Comsol-电弧模拟
电弧是个涉及电场、磁场、热场、流场的相互耦合作用的一个多物理的复杂的物理现象。
电弧故障和研究意义
电弧故障是电气线路中引起电气火灾的常见的隐患之一，直流系统中因为电缆接头松脱、接触不良、导线绝缘破裂等原因极易产生点接触直流电弧故障，其伴随着高热现象的持续产生会不断地对外界释放能量，这会使得电极材料和绝缘层材料进行能量累积，当能量累积到一定程度时，会导致接触材料表面受热熔化，引发电极的烧蚀和绝缘层的熔滴，进而产生电缆火焰的蔓延现象，严重危害直流供配电系统的安全运行甚至引发电气火灾事故。
研究直流电弧故障稳定放电的传热特性，分析直流电弧故障的空间温度分布，可为直流电弧性电气火灾标准的制定提供理论依据，也为有效预防直流供电系统电气火灾事故提供理论支撑。
电弧仿真模型
搭建如下的二维轴对称模型用于模拟电极之间的电弧放电现象，图中上侧为金属高压电极，下侧为接地电极，中间区域为模拟高温高压的放电空气域。
通过MHD磁流体动力学方程来确定电极之间电弧模拟的边界条件：
（1）电流场：高压电极施加电路里面的终端激励，接地电极设置接地边界，对称轴设为轴对称边界，其余边界设置电绝缘边界；
（2）磁场：对称轴设置轴对称边界条件，其余边界设置磁绝缘边界，整个模型域添加矢量磁势度规修域条件；
（3）流体传热：整个域施加放电产生的平衡放电热源作为加热热源，设置空气域为流体域，其余电极为固体域，外侧边界设置对流换热边界；
（4）层流：空气域作为流场域，外侧设置出口边界，对称轴设置轴对称边界，其余边界设置无滑移壁条件；
（5）电路：将电路的电流激励耦合到电流场的高压电极终端边界，提供放电产生的电压源；
（6）多物理场耦合：平衡放电热源、感应电流密度、静态电流密度、非等温流、洛伦兹力等。
结果展示
采用瞬态研究方式进行电弧放电模拟，研究总时间为10ms，步长设置0.1ms，通过计算得到电极间的电弧特性如下所示。
文字丨电子F430
照片丨软件截图
编辑丨小苏
审核丨赵佳乐
