Simulation bidimensionnelle du comportement d'un arc électrique dans un appareil de coupure

par Philippe Robin-Jouan

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Denis Jeandel.

Soutenue en 1992

à l'ECL .

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  • Résumé

    Les processus de coupure de courant dans un circuit électrique s'accompagnent de la création d'un arc électrique entre les contacts. Le milieu qui devient conducteur est le siège de sources de chaleur intenses par effet joule, ce qui induit la création de zones à très fortes températures limitées par des fronts très raides. Vu ces conditions sévères et les faibles temps caractéristiques, les expériences permettant de décrire cette coupure et d'appréhender le comportement de l'arc sont difficilement réalisables. L’approche par simulation numérique semble donc constituer une voie intéressante, mais la modélisation aérothermodynamique nécessite de prendre en compte de façon couplée un ensemble de phe��nomènes complexes (effets dynamiques, thermiques, radiatifs électriques) dans des conditions de fonctionnement sévères. Les études que nous avons réalisées s'intéressent a la simulation aérothermodynamique du développement de l'arc dans le cas d'un boitier de disjoncteur et dans le cas de rails parallèles. Les calculs bidimensionnels sont réalises dans un plan horizontal a mi-chemin des électrodes, privilégiant ainsi l'influence des parois latérales a celle des électrodes. Une approche purement thermique de l'arc a permis de traiter de façon approchée l'ensemble du phénomène de coupure et de mettre en évidence l'importance des termes radiatifs. L’approche globale de l'arc (avec la dynamique) n'a pu se faire que sur des temps courts, mais elle a pu mettre en évidence la complexité de l'évolution des fronts, fortement dépendante de l'action des forces magnétiques. Différentes formes de fronts ont ainsi pu être caractérisées: la forme bulbe, la forme tulipe et la forme epsilon. Ces formes de front sont liées a des structures d'écoulement constituées de tourbillons


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