综述：开放空气电弧建模综述：基本概念、影响参数、建模与软件实现

《Results in Engineering》：A Review of Arc in Open Air Modeling: Fundamental Concepts, Influential Parameters, Modeling, and Software Implementation

本文系统回顾了开放空气电弧（EAOA）七十余年研究历程，从基础物理机制到多物理场耦合模型展开论述。重点解析了电弧非线性特性、绝缘恢复过程与单相重合闸时序的关联性，通过典型案例演示了瞬态仿真在保护系统设计中的应用。指出数据驱动与自适应建模是未来应对环境依赖性强、校准复杂度高挑战的关键方向。

　　

电弧物理本质与建模演进

开放空气电弧（EAOA）作为电力系统最复杂的瞬态现象，其建模发展历经三大阶段：早期基于电压-电流（U-I）特性的静态模型，中期引入动态电导率的Cassie-Mayr理论体系，以及现代融合电磁-热-机械耦合的多物理场框架。研究表明电弧本质是电离气体通道内能量平衡的动态过程，涉及电子雪崩、热电离、对流散热等物理机制。

动态建模技术突破

重点发展的二次电弧模型通过耦合绝缘恢复强度与弧道伸长效应，首次实现熄灭-重燃概率的量化分析。进阶模型更纳入电离通道储能历史效应，使恢复电压计算误差降低至5%以内。仿真验证表明，引入非线性电导率微分方程能精确复现电弧电压的滞回特性。

实验验证与软件实现

基于ATP-EMTP等瞬态分析平台的案例研究表明，数字孪生技术可重构电弧从燃弧到熄灭的全过程行为。典型输出包含瞬时电阻曲线、电导率波形以及电压-电流滞回线，这些数据为保护继电器时序整定提供关键输入。

挑战与未来方向

当前模型仍受制于环境参数敏感性和校准复杂性，高保真模型的计算负荷可达传统模型的10³倍。发展趋势指向机器学习辅助的多尺度建模，通过融合有限元分析（FEA）与实时数字仿真（RTDS），在工程适用性与物理精确度间寻求突破。