石英砂熔断器是电力系统中应用十分广泛的保护电器,弧前时间–电流特性是其最重要的性能指标之一。为准确模拟石英砂熔断器的弧前时间–电流特性,揭示影响弧前时间–电流特性的因素和规律,采用焓变的方法处理相变过程,并提出一种新的仿真方法。同时建立了石英砂熔断器弧前过程的热电耦合模型,利用ANSYS软件计算了石英砂熔断器的弧前时间,并分别采用两种狭颈形状熔体熔断器对仿真结果进行实验验证。结果表明:熔体狭颈处因电流线收缩而电流密度最大,温度上升最快;由于材料的电阻率、热导率、密度、焓值等物性参数随温度在不断变化,使熔体温度随时间非线性上升,且在两次相变点附近均有短暂的温度缓慢增长阶段;在300~3 500A电流范围内,弧前时间均随预期电流的增大而减小,截断电流数值验证了石英砂熔断器的限流作用;两种熔体弧前时间–电流特性的仿真值与实验值相对误差均小于5%,验证了该仿真模型与方法的正确性和适用性。 为熔体材料的密度，kg/m3；c为熔体材料的比热容；θref为温度的初始值；θm为熔体的熔点温度；θv为熔体的沸点温度；Lm为熔体的熔化潜热；Lv为熔体的汽化潜热石英砂熔断器的弧前-电动折弯机数控滚圆机滚弧机张家港钢管弯管机滚弧机。2弧前时间–电流特性的仿真采用单根单狭颈带状熔体的石英砂熔断器为研究对象，其额定电流为90A，熔体长为128mm，截面尺寸为2.5mm0.1mm，狭颈位于带状熔体正中央，熔体形状及尺寸见图1。因熔丝材料一般为银

转载 ，故对材料属性设置采用纯银的物理参数[19-20]，材料型号IC–Ag99.95。由于熔体的电阻率、热导率及比热容均随着温度变化，热、电两个物理场互相影响且呈非线性关系，适合采用有限元方法求解，因此本文利用ANSYS有限元分析软件进行仿真。本文采用的熔体模型中，狭颈处的温度变化剧烈，而且几何形状不规则，因此狭颈部位的网格剖分较密，有利于计算收敛和满足精度要求。将熔体划分为3个部分，两侧区域为长方体，属规则的几何体，采用映射的剖分方式将其剖分为规则的六面体单元，剖分尺寸设置为0.3mm；中间的狭颈区域采用适应性很强的自由网格剖分方式，将其剖分为四面体单元，尺寸设置为0.1mm。剖分结果见图2。图3是预期电流为350A的熔体模型在电流流过8.80ms时的温度场分布云图。由图3可见，熔体上只有狭颈区域的温度梯度比较明显，狭颈中央节点温度最高达793.34℃，熔体两端区域的温度分布近似均匀，为33.75℃。这是因为熔体流过电流，狭颈处由于电流密度最大而产生最多热量，在非常短暂的时间内，狭颈处的热传导比较显著，温度梯度较大；而熔体两端区域几何形状规则，横截面积石英砂熔断器的弧前-电动折弯机数控滚圆机滚弧机张家港钢管弯管机滚弧机 转载