吴国林，张怀亮



电弧仿真收敛性研究

吴国林1，张怀亮2

(1. 中国人民解放军91003部队，海南三亚572000; 2. 海军装备部装备采购中心，北京170001）

电弧仿真的研究，对于电器开关的发展改进有着重要意义。本文以稳态空气电弧为研究对象，对其中心轴附近近极区域建立了二维轴对称模型，利用MATLAB软件编程，采用局部细化网格的电弧仿真方法，对电弧近极的电位场进行了仿真，给出了一种解决电弧仿真过程中发散问题的新思路。

电弧仿真 收敛性 MATLAB

0 引言

随着电网中故障短路电流水平的不断提高[1-3]，大容量分断设备的应用也越来越广泛。分断设备在分断短路电流时，会在分断的通流柱体之间产生电弧[4]，大容量分段设备的广泛应用也使得电弧的研究越来越重要。电弧近极区温度的剧变使得近极区电弧物性参数变化剧烈，对该区域进行仿真时，若采用常规的网格划分方法，则极易使得计算发散。目前为避免发散问题的出现，大都将整个模型或该区域的网格划分得十分密集[5-7]，使得电弧的仿真计算动辄数十小时，造成很大的资源浪费。

本文以稳态空气电弧为研究对象，对其中心轴附近近极区域建立了二维轴对称模型，利用MATLAB软件编程，给出了一种局部细化网格的方法，使得仿真计算大幅简化。

1 模型建立

1.1 物理模型

如图1所示，给出了电弧模型示意图，电弧为阳极与阴极之间的虚线部分，目前普遍将电弧作为圆柱体仿真。本文为简化模型，将电弧转化为二维模型，又由于本章的目的主要是解决电弧近极部分由于物性参数剧变带来的发散问题，从而仅取电弧中心轴附近区域进行仿真，即图1中斜线区域，并且仿真区域轴向长度为电弧轴向长度1/2。……