基于电荷等效法的电容短路放电微观特性数值模拟研究

王党树 栾哲哲 古东明 刘树林 王新霞

（1. 西安科技大学电气与控制工程学院 西安 710075 2. 西安科技大学理学院 西安 710075）

0 引言

容性电路短路时经常会产生火花放电，并且放电时间短、放电能量密度高度集中，很容易引燃周围危险气体，造成人员财产伤亡。基于此，国标GB 3836.4给出最小点燃电压曲线和IEC安全火花试验装置两种方法用来检测爆炸性环境中的容性电路本质安全性[1]。围绕着容性电路爆炸性和非爆炸性本质安全判断，国内外学者进行了大量相关研究。目前主要围绕建模研究，如截止型输出短路保护下容性等效电路模型[2]，基于放电机制的场致发射建立比较理想数学模型[3-4]，基于放电特性曲线分段模型[5]。在这些数学模型下即可得出电容短路放电的最小点燃电压曲线，并进行数值拟合[6-8]，以及对放电引燃特性进行分析[9-10]，数学建模分析只是对放电特性进行宏观描述，无法解释电容短路放电的微观机理。文献[11]是基于电容火花放电，对氢气-空气混合物的最小点火能量（Minimum Ignition Energy, MIE）进行测量，研究发现，在室温下相对湿度从0增加到90%时，火花持续时间从5ns变化到1ms，这表明湿度和火花持续时间对MIE几乎没有影响。也有对电感、电容组成复合电路放电特性进行探讨[12]，针对IEC火花试验装置电容短路放电打火间隔及灵敏度进行分析[13]，以及对两电极等离子体合成射流激励器工作特性研究等[14]。文献[15]提出截止型电容（Electric Potential and Capacitor, EC）电路模型作为研究对象建立了EC电路等效火花放电模型电路，推导出相应的数学模型，并认为电源也参与了放电，这一问题值得商榷。……