Modelization and analysis of the electric arc in low voltage circuit breakers

Resumen

Esta tesis doctoral define y desarrolla un nuevo modelo para el análisis del arco eléctrico en interruptores de baja tensión. El modelo propuesto se ha desarrollado en un entorno software de dinámica de fluidos computacional, CFD, utilizando como base un análisis de volúmenes finitos, FVM. La herramienta comercial utilizada para dicho propósito ha sido ANSYS CFX. El modelo presentado se basa en anteriores referencias bibliográficas y presenta novedades y mejoras respecto a los mismos, así como la consideración de la geometría en su totalidad con tres dimensiones y sin simplificaciones de simetría, un mallado fino de aproximadamente 100000 nodos, un modelo de radiación preciso P1 con seis bandas espectrales y el cálculo del campo magnético mediante el vector potencial magnético. De esta manera el modelo definido se aplicaa para seis casos diferentes analizando la influencia de diversos factores en el comportamiento del arco eléctrico en interruptores de baja tensión. Los factores analizados son: la definición de las raíces del arco eléctrico, la posición de inicio del arco, el valor de la corriente de entrada, la cantidad de chapas en la cámara del interruptor, el volumen de expanción en la salida de la cámara, así como otros cambios geométricos. Las conclusiones obtenidas de dicho análisis, son contrarrestadas con la verificación y validación del modelo. La verificación del modelo se ha llevado a cabo analizando la influencia del mallado y del tiempo de paso en las simulaciones calculando los errores computacionales para cada caso y eligiendo así el mallado, tiempo de paso y modelo de radiación más acertado para el modelo de arco eléctrico que se presenta. La validación, sin embargo, se ha llevado a cabo mediante trabajo experimental en el laboratorio realizadno diferentes test.