簡介
塑殼斷路器是低壓電網系統中重要的配電電器之一，當線路中遇到大的短路電流時，會在塑殼斷路器動靜觸頭間會產生一團溫度極高、發出強光的電弧，影響其電壽命與可靠性，甚至會危及整個配電網的安全與可靠運行。
塑殼斷路器的滅弧系統通常採用柵片滅弧， 將故障電弧分割成很多段小的電弧， 利用交流電弧的近陰極效應，通過增加電弧的電壓來使故障電流下降來達到滅弧的效果，傳統的做法通過增大觸頭開距，或者增加柵片的數量來提高，但這些做法會增加產品體積及成本。這些年虛擬樣機技術在塑殼斷路器產品上的套用及理論研究也越來越多，保持160A塑殼斷路器現有滅弧系統尺寸不變的情況下，通過更改V型槽的深度及柵片鍍層，提出5種方案並與無柵片藉助ANSYS分析軟體對這6種模型在分斷試驗過程中產生的電弧電壓進行比較，得出最好的方案，最後通過實際試驗與模擬結果進行比較 。
分斷過程中的交流電弧
160A塑殼斷路器滅弧系統的組成，包含動觸桿及觸頭、靜觸桿及觸頭、滅弧式上下殼、滅弧柵片及產氣片。
在塑殼斷路器分斷過程中，電弧從產生到熄滅主要經歷以下4個階段：1)觸頭開始分離階段。此階段為限流機構動作時間，對限流型塑殼斷路器主要指電動斥力隨短路電流增長至電動斥力等於觸頭壓力的時間， 此時觸頭尚未分開，電弧電壓為零。2)電弧停滯階段。這個階段動觸頭打開，電弧電壓接近極間壓降，幾乎不變。3)電弧運動階段。電動斥力帶動觸頭打開，電弧被拉長後開始進入滅弧柵片。這個時間差的長短決定了電弧的運動速度及電壓增加速度。4)電弧熄滅階段。電弧進入柵片後由於近極壓降，使電弧電壓迅速增長到峰值，電弧電壓大於電源電壓的瞬時值，電流被強制減少，電流減小至0，電弧熄滅。
滅弧柵片變更方案
由於電弧電壓由兩部分組成，即電弧拉長後的弧柱壓降以及近極壓降，故增加電弧電壓的傳統做法是增加產品觸頭開距以及增加滅弧柵片的數量，但這些做法都會導致產品滅弧系統尺寸變大，成本增加。我們這裡嘗試通過改變柵片V型槽的深度h，以及兩種表面處理即鍍鎳與鍍銅，提出5個組合併與無滅弧柵片的情況一起比較得到6種柵片組合方案，其中柵片的原材料為冷軋鋼DC01 。
模型仿真分析
電弧在滅弧室中運動過程，是一種涉及氣流場、電場、磁場和熱場的複雜物理現象，因而採用ANSYS耦合分析。由於滅弧系統為對稱結構，這裡為節約軟體計算分析時間，只取其中一半的結構。其中動靜觸桿的材料均為銅，動靜觸頭的材料為AgW，另外由於各個方案中的產氣片不做變更，為計算及分析方便，下面的分析將其省略。ANSYS分析的一般步驟：創建幾何→劃分格線→物理定義→數值求解→後處理。
總結
在不增加觸頭開距及滅弧柵片的情況下，通過改變滅弧柵片V型槽的深度與柵片表面鍍層的變化進行排列組合，利用有限元分析軟體對幾種設計方案的電弧電壓進行耦合分析，選出較好的設計方案，並進一步最佳化。根據最優設計方案製作樣機，樣機的試驗結果與有限元分析結果比較基本吻合，可以指導後續類似產品滅弧系統的設計 。
