直流故障电弧稳态传热特性仿真研究

吴祺嵘 张认成 涂 然 杨 凯 周学进

（机电装备过程监测及系统优化福建省高校重点实验室（华侨大学） 厦门 361021）

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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故障电弧，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[1]，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。通过导线热能累积诱发火灾的可能性与电弧故障热能的传递情况密切相关，因此，研究直流故障电弧的稳态传热特性，可为探究耐电弧烧蚀材料及直流防火电缆的研制提供理论依据，对于保障直流供配电系统的稳定可靠运行和提高电气火灾事故的预防能力具有重要意义。

电弧的发生是一个极复杂的多物理场耦合现象，涉及电磁学、传热学、流体力学、等离子学等多门学科。近年来，随着计算机技术的发展以及有限元分析软件的不断完善，基于计算机的数值仿真模拟技术已成为研究和分析工程热物理问题的高效手段[2-3]，目前在接地电弧[4-5]，交流电弧[6-8]、直流电弧[9-10]、电弧炉[11]、故障电弧神经网络模型[12]等领域都广泛存在电弧仿真的应用。在有关电弧热力学仿真中，使用较多的方法是基于磁流体动力学（Magneto-Hydrodynamics, MHD）的磁流体仿真[13]，Huang Keyao等以继电器为研究对象，建立了高压直流继电器电弧触点打开过程的三维物理模型，研究了触电打开过程的燃弧行为并且观察到了弧根漂移的现象[14]。……