Presentation Master GT2E

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Presentation Master GT2E

  1. 1. Titre Etude théorique des efforts électrodynamiques lors du fonctionnement des fusibles Khaled Almaksour Stage de Master 2 GT2E Laboratoire Arc Electrique et Plasmas Thermiques (LAEPT) / Mersen Khaled ALMAKSOUR 25 août 2010 Encadrants: William BUSSIERE (LAEPT / Clermont-Ferrand) Jean-louis GELET (Mersen / Saint-Bonnet-de-Mure) Edith CLAVEL (G2Elab / Grenoble)
  2. 2. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 Plan • Introduction • InCa3D • Simulation et résultat indépendant du temps • Effet éventuel de la force de Laplace • Couplage InCa3D / modèle thermique de LAEPT • Simulation et résultat en fonction du temps • Conclusion et perspectives 2
  3. 3. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 Contexte 3  Principe de fonctionnement du fusible  Régime de pré-arc  Régime d’arc SolideLiquidegaz t T Solide Liquide gaz Pré-arc arc TL TV Pré-arcarc I
  4. 4. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 Problématique 4  Modélisation du régime de pré-arc  Modèle électrothermique du LAEPT (basé sur l’effet Joule)  Résultat obtenu :  Objectif Rechercher les causes de cet écart en étudiant le rôle éventuel de la force électrodynamique texp < tcal
  5. 5. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 InCa3D  Eléments calculés  Densité de courant  Densité de champ magnétique  Densité de la force de Laplace  Méthode PEEC (Partial Elément Equivalent Circuit)  Représenter un conducteur sous la forme d'une matrice d'impédance 5
  6. 6. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 Etude Analytique théorique 6  Force de Laplace est une force de compression  Force de Laplace est maximale dans les bords et diminue en approchant au centre 1 2
  7. 7. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 Simulations et résultats InCa3D (I=1000A) 7  Force de Laplace dans est une force de compression
  8. 8. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 8  Force de Laplace est maximale aux bords et aux angles et diminue en approchant au centre Simulations et résultats InCa3D (I=1000A) 1 2 3
  9. 9. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 Simulations et résultats InCa3D 9 F= f(y)  Force de Laplace maximale dans les angles
  10. 10. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 Effet éventuel 10 F F  Valeur maximale de la force dans les angles  Possibilité de casser le métal avant la vaporisation
  11. 11. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 InCa3D 11  Inconvénients  InCa3D ne prend pas en compte l’aspect thermique (température constante quelque soit le courant)  régime de préarc => température est variable => résistivité est variable => densité de courant est variable => force de Laplace est variable Or InCa3d n’est pas prévu pour donner une variation temporelle de la Force de Laplace
  12. 12. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 Modèle thermique 12  Eléments calculés  Temps de pré-arc tprearc  Évolution temporelle de la température T = f(t)  Évolution temporelle de la résistivité électrique ρ = f(t)  Évolution temporelle de la densité du courant J = f(t)  Méthode des éléments finis est utilisée pour le calcul
  13. 13. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 Couplage des deux outils : InCa3D / modèle thermique 13InCa3D Modèle thermique  Pour prendre l’aspect thermique en compte et trouver une évolution temporelle de la force, il faut:  Modèle thermique : obtenir des valeurs de la résistivité  InCa3D : intégrer les valeurs de la résistivité et calculer la force de Laplace
  14. 14. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 Comparaison (I=1000A) 14 1 66 1.3 0.50.105  Densité de courant obtenue par les deux outils InCa3D Modèle thermique
  15. 15. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 15 x y 0 E%=5.3% E%=10.1% Comparaison (I=1000A)  Ecart relative est inférieur de 15% 1) J = f(x) 2) J = f(y)
  16. 16. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 Evolution temporelle 16  On obtient une évolution temporelle en utilisant l’ensemble de deux outils : InCa3D et le modèle thermique I= f(t)
  17. 17. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 Evolution temporelle 17 (1) ρ = f(t) (2) J = f(t) (3) F = f(t) (4) F = f(t)
  18. 18. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 Conclusion 18  Force de Laplace dans le fusible est une force de compression non négligeable (de l’ordre de )  Force de Laplace maximale correspond à la fin de l’état solide et le début de l’état liquide du métal 310 /10 mN
  19. 19. TitreKhaled ALMAKSOUR 25 août 2010 Perspectives 19  Vérifier expérimentalement l’effet de la force de Laplace  Décrire d’une manière formulaire la déformation du métal en fonction de temps  Trouver un modèle complet du régime de préarc qui prendre en compte les deux aspects : thermique et électrodynamique

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