【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及熔断器弧前时间的仿真方法，尤其涉及用于模拟电压互感器保护用熔断器弧前时间的仿真方法，属于熔断器弧前时间仿真。
技术介绍
1、当设备承受的电流大于其设计电流时，可能会引起以下问题：(1)设备热量过大：电流过大会产生大量热量，导致设备温度过高，从而对设备产生不可逆的损伤；(2)设备过载：由于电流过大，设备内部部件的负荷工作可能会超过其设计的过载能力，从而导致设备失效、电路短路等问题；(3)安全隐患：由于电流过大，电路可能会产生火花或电弧，从而引发火灾等。因此需要一种电保护器即熔断器，其根据通入熔断器电流超过其额定最小开断电流一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开保护设备。
2、熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。高压限流熔断器又叫高分断能力熔断器，作为熔断器中的重要一员，具有如下两个特点：(1)开断短路电流能力大，故上述的“高分断能力”就是由此而得名的；(2)具有显著的限流效应，在短路电流还未到达最大值前，电流即被截断。高压限流熔断器的额定电流选取取决于具体的型号和规格，不同型号的熔断器其额定电流可以从零点几安到几千安不等。
3、不同厂家熔断器的最大区别主要集中在所生产熔断器熔体的材质、半径、长度、石英砂的填充程度等因素不同，导致熔断器会在同一电流下有着不同的弧前时间，这也造成了熔断器会因电流大小的不同而有着不同的灵敏度。在某些特定的场所，其内部设施对于流入过载电流的承受倍数和时间是有限的，因此应该根据不
4、目前虽然已经存在各类型熔断器弧前时间的测量装置，但其只能对已经设计完成的熔断器进行不可逆的破坏型试验来实现弧前时间的测量，对于用于电压互感器保护的熔断器的弧前测量装置，由于该型号熔断器的额定电流小，因此需要花费很长的时间来完成弧前时间的测量，大大浪费了人力、物力和财力，突出了模拟弧前时间方法的必要性。现有技术中对于熔断器的弧前时间进行仿真模拟的方法大部分都是在模拟通入电流超过额定电流几十倍甚至几百倍的情况，由于在这种情况下弧前时间极短，往往会将上述过程看成绝热过程来进行仿真，但对于额定电流值很小的电压互感器保护用熔断器在流入电流超过其额定电流数倍的情况下，其弧前时间较长，必须要考虑与石英砂接触散热以及空气传导散热的情况，否则仿真结果将存在较大误差；在熔体整个熔断过程中，熔体会在通电之后生热，随着温度的上升发生因相变而出现的潜热现象，但其往往会在大电流的情况下被忽视掉。
5、因此，需要一种考虑熔断器运行过程中散热和潜热情况的熔断器弧前时间仿真方法。
技术实现思路
1、在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
2、鉴于此，为解决现有技术中传统的熔断器弧前时间仿真方法存在的仿真结果误差较大的问题，本专利技术提供用于模拟电压互感器保护用熔断器弧前时间的仿真方法。
3、技术方案如下：用于模拟电压互感器保护用熔断器弧前时间的仿真方法，包括以下步骤：
4、s1.在workbench软件的电学模块和瞬态热模块设置模拟电压互感器保护用熔断器的参数，并设计模拟电压互感器保护用熔断器的熔体形状；
5、s2.采用瞬态热分析模块对熔体升温的内部温度场进行物理建模分析；
6、s3.采用电学模块对熔体通电后的电流场进行物理建模分析；
7、s4.结合瞬态热分析模块和电学模块的物理建模，进行网格划分配置熔体运行环境，对得到的熔体热电耦合场进行物理建模分析；
8、s5.对熔体热电耦合场的物理建模引入温度概念，通过控制熔体通入电流时间进行仿真，根据仿真情况得到熔体熔断的弧前时间。
9、进一步地，所述s1中，模拟电压互感器保护用熔断器的参数包括熔体材料参数、熔体电阻率、熔体焓值、熔体比热容、熔体热传导系数和熔体密度；
10、熔体材料参数包括熔体材质、熔体半径、熔体长度、填料的填充程度；
11、熔体焓值h计算公式如下：当熔体为固态时，hs＝ρcs(t'-t0')，其中，hs表示熔体为固态时的熔体焓值，ρ为熔体密度，cs表示熔体为固态时的熔体比热容，t'表示熔体为固态时的温度，t0'表示熔体焓值h为0时的温度，当熔体状态在固液之间时，h1＝hs+ρc*(t'-ts)，其中，h1表示熔体状态在固液之间时的熔体焓值，c1为熔体为液态时的熔体比热容，l为熔化潜热，cavy为熔体状态在固液之间时的熔体比热容，t1表示熔体为在固态状态下的最高温度，ts表示熔体为在液态状态下的最高温度，c*为熔体在考虑熔化潜热情况下在固液混合状态时用于计算的比热容值，当熔体温度超过液体温度时，h'＝h1+ρc1(t'-t1)，h'表示熔体温度超过液体温度时的熔体焓值。
12、进一步地，所述s2中，根据设计的模拟电压互感器保护用熔断器的熔体形状和workbench软件的默认空间直角坐标系，在模拟电压互感器保护用熔断器内部有热源且非稳态导热的情况下，选取熔体特征点，得到模拟电压互感器保护用熔断器的内部温度场微分方程；
13、内部温度场微分方程表示为：
14、
15、其中，v为默认空间直角坐标系内选取的场域，(x,y,z)为场域内的坐标点，kx为默认空间直角坐标系x轴方向上的传导系数，ky为默认空间直角坐标系y轴方向上的传导系数，kz为默认空间直角坐标系z轴方向上的传导系数，t为熔体特征点的温度，q为熔体特征点温度所吸收的热量，c为熔体的比热容，t为通入电流时间；
16、场域的初始条件表示为：
17、
18、其中，ξ0和η0为随熔体特征点的温度变化的随机变量。
19、进一步地，所述s3中，当熔体内部通过电流时，内部的电流密度满足电流连续性方程；
20、电流连续方程表示为：
21、
22、其中，为梯度，描述电场或磁场在空间中变化率，j为电流密度矢量，γ为熔体的电导率，e为电场矢量，为熔体电位；
23、定义熔体一端面上的所有点x＝0且在熔体另一端面即x＝l0处定义其中，c0为常数，在x＝l0处电流为i，则有其中，jx为x＝l0处的电流密度矢量，r为熔体截面半径，得到第一边界条件；
24、第一边界条件表示为：
25、
26、进一步地，所述s4中，熔体与填料之间接触散热，将熔体与填料接触面的对流系数设定为对流1，得到第三边界条件；
27、第三边界条件表示为：
28、
29、其中，q为散热量，β为填料热传导系数，d为填料本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于模拟电压互感器保护用熔断器弧前时间的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟电压互感器保护用熔断器弧前时间的仿真方法，其特征在于，所述S1中，模拟电压互感器保护用熔断器的参数包括熔体材料参数、熔体电阻率、熔体焓值、熔体比热容、熔体热传导系数和熔体密度；
3.根据权利要求2所述的一种用于模拟电压互感器保护用熔断器弧前时间的仿真方法，其特征在于，所述S2中，根据设计的模拟电压互感器保护用熔断器的熔体形状和Workbench软件的默认空间直角坐标系，在模拟电压互感器保护用熔断器内部有热源且非稳态导热的情况下，选取熔体特征点，得到模拟电压互感器保护用熔断器的内部温度场微分方程；
4.根据权利要求3所述的一种用于模拟电压互感器保护用熔断器弧前时间的仿真方法，其特征在于，所述S3中，当熔体内部通过电流时，内部的电流密度满足电流连续性方程；
5.根据权利要求4所述的一种用于模拟电压互感器保护用熔断器弧前时间的仿真方法，其特征在于，所述S4中，熔体与填料之间接触散热，将熔体与填料接触面的对流系数设定为对
6.根据权利要求5所述的一种用于模拟电压互感器保护用熔断器弧前时间的仿真方法，其特征在于，所述S5中，所述仿真情况包括：(1)随着通入电流时间的增加，熔体温度达到某一低于沸点的温度时不在上升，熔体生热散热相互抵消，熔体不熔断，熔断器正常工作；(2)随着通入电流时间的增加，熔体温度达到沸点，熔体熔断，熔断器停止工作，熔体达到沸点的时间即熔断器的弧前时间。
...【技术特征摘要】
1.一种用于模拟电压互感器保护用熔断器弧前时间的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟电压互感器保护用熔断器弧前时间的仿真方法，其特征在于，所述s1中，模拟电压互感器保护用熔断器的参数包括熔体材料参数、熔体电阻率、熔体焓值、熔体比热容、熔体热传导系数和熔体密度；
3.根据权利要求2所述的一种用于模拟电压互感器保护用熔断器弧前时间的仿真方法，其特征在于，所述s2中，根据设计的模拟电压互感器保护用熔断器的熔体形状和workbench软件的默认空间直角坐标系，在模拟电压互感器保护用熔断器内部有热源且非稳态导热的情况下，选取熔体特征点，得到模拟电压互感器保护用熔断器的内部温度场微分方程；
4.根据权利要求3所述的一种用于模...
【专利技术属性】
技术研发人员：聂洪岩，陈嘉浩，何沛恬，孙茂轩，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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