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不同电极距离下的故障交流电弧仿真研究

交流故障电弧严重威胁着用电设备的安全稳定运行，极易引发火灾。故障电弧之所以会引发如此大的危害，主要是因为电弧发生过程中会发出强光，同时伴随很高的温度，极易引燃周围物品，造成极大损失和危害，且它的发生具有隐蔽性、突发性和随机性。因此对故障电弧进行仿真研究具有非常重要的现实意义。为研究不同间隙距离对交流故障电弧各个物理场的影响，首先对交流故障电弧能量转换过程进行分析，建立了其磁流体动力学模型，并对动量守恒和能量守恒方程进行简化。应用COMSOL Multiphysics软件，建立二维轴对称模型，外接220V的工频电压源及5Ω的电阻，对复杂的交流电弧进行仿真，分析了电极距离为2mm时的终端电流、电压以及温度场和磁场的变化和联系，研究了不同电极距离对交流电弧终端电压电流的分布及电弧温度分布的影响，电弧各个物理场是相互作用并耦合在一起的，电弧的初始温度决定电导率的大小，电导率又决定着电流密度的大小，电流密度的变化会影响磁场的变化，同时产生焦耳热，焦耳热会导致等离子体参数变化，进而影响电流和磁场。对于不同电极距离（2mm-10mm），电极终端电压、电流波形有着相应的变化，随着间隙距离的增大，终端电压幅值也在增大，且电压“平肩区”减小；电流出现最大值的时间靠后，但波形几乎没有发生变化，电压最大值和电流最大值出现的时间差为一定值，说明随着间隙的增大，电弧的弧阻也在增大。磁场变化与电流变化呈现一致性，随着电流的增大而增大，随电流减小而减小。电极两侧的磁场强度比电极内部大，随着电流达到最大值，电极内部轴线方向磁场强度呈现收缩状态，电流密度最大时，电弧形态上横向宽度达到最窄。