随着经济的发展,用电量不断增加。电气设备长时间过负荷运行或不良电气接线等情况下,易发生短路故障,产生电弧。短路电弧温度可达到一万多度,会对电气设备和人身安全造成严重危害。电力系统容量越来越大,对开关设备的改进势在必行。因而,短路电弧和开关电弧的研究成为热点。目前,中低压短路电弧测量数据和开关电器实验数据很少,短路电弧数学模型和开关电器数学模型的研究还不够深入。本文在实验的基础上,建立了短路电弧和开关电弧数学模型,并且研究了短路电弧的物理特性。首先介绍了短路电弧和开关电弧模型的发展历程以及短路电弧保护的发展背景、研究现状和前景。分析了短路电弧和开关电弧的不同之处、产生原因及其危害。其次用工程计算软件MATLAB仿真短路电弧。研究了5个传统电弧数学模型,找出了用传统数学模型仿真短路电弧的方法。建立了限流熔断器的数学模型,将熔断器电弧看作为一个时变非线性电阻元件,得出了模型参数,仿真计算得到了开断短路电流过程中产生的限流特性、过电压。各个特征参量的仿真计算结果与实验结果接近,可作为熔断器设计和使用的依据。研究了三相限流断路器的实验结果,提出了用Schwarz电弧模型和电弧长度模拟三相限流断路器的电压,根据实验数据确定了模型的参数。该模型能仿真不同运行状态下的三相限流断路器,仿真结果表明该模型有好的仿真精度。最后,采用有限元分析软件ANSYS Workbench和Ansoft Maxwell仿真短路电弧的3D电磁场。电弧3D电磁场仿真有利于理解短路电弧的特性以及分析电动力和电弧运动规律,有利于研究减小短路电弧危害的措施。