【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电弧运动仿真建模，具体地说，涉及一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立方法及系统。
技术介绍
1、随着城市化进程的不断加速，城市的用电开销不断增大，因为发电主要地区和用电主要地区通常距离较远，所以在郊外的输电导线不断增多。这些导线处于旷野的高点，更容易在雷雨天受到雷击，因此避雷线的防护必不可少，对雷击原理的研究和避雷线的损伤评估也成为了保证输电安全的重要研究。电弧跳跃现象会在避雷线上造成不连续的多段损伤，可能造成多根绞线同时破坏，使避雷线有很大的断裂风险，对安全可靠的输电造成了威胁。由于关于雷电的实验不易控制变量的精确进行，故利用仿真模型进行电弧的仿真有很强的实际意义。
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立方法，能够同时得到电弧运动形态及场强分布，判断电弧根是否发生跳跃并计算电弧根的跳跃距离和滑行距离。
2、本专利技术的第二目的在于提供一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立系统。
3、本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立方法，包括步骤：
4、s1、设定材料参数，将电弧均分为若干电弧微元，构建电弧链式模型；基于电弧链式模型，根据预设的仿真时间及迭代的时间步长，在每个迭代的时间步长获取时间步长结束时刻各电弧微元的位置，直至迭代达到预设的迭代步数，仿真输出电弧微元轨迹；
5、s2、根据所述电弧微元轨迹提取电弧微元的
6、s3、根据步骤s2输出的电弧形态信息、材料参数及雷电流强度建立电弧的二维几何模型，对所述二维几何模型添加边界条件和场源，构建电场仿真模型，仿真输出电弧周围的电场强度分布情况；
7、s4、联立电弧跳跃判据、跳跃距离计算公式及滑行距离计算公式，构建跳跃判断模型，其中，
8、所述电弧跳跃判据具体包括：所述电场仿真模型输出的电场强度的最大值大于预设的电场强度阈值，则电弧根发生跳跃；
9、所述跳跃距离计算公式如下：
10、dj=x’m，式（1），
11、，式（2），
12、其中，dj为电弧根的跳跃距离，emax为电场仿真模型输出的电场强度的最大值，（x’m，y’m）为电弧的边界上发生跳跃的位置坐标，此坐标通过电场仿真模型读取，为（x’m，y’m）点对应的电场强度；
13、s5、根据所述电场强度分布情况判断电弧根的跳跃情况，从而完成电弧根跳跃模型的建立，具体包括：
14、比较电场强度分布情况与电弧跳跃判据，判断电弧根是否发生跳跃；
15、若是，则根据跳跃距离计算公式和滑行距离公式分别计算电弧根的跳跃距离和滑行距离；
16、若否，则根据滑行距离计算公式计算电弧根的滑行距离。
17、优选的，步骤s1具体包括以下步骤：
18、s11、设定仿真时间t，并将仿真时间t平均划分为h个时间步长，h为迭代步数；
19、s12、设定电流强度、空间边界、环境风速和避雷线的材料参数，将竖直雷电弧均分为若干个长度和直径相等的圆柱体电弧微元，以雷击点为坐标原点，避雷线为x轴建立平面直角坐标系，将相邻两个电弧微元连线的中点作为电弧微元的中心，各电弧微元的中心坐标沿着电弧依次表示为（x1，y1），（x2，y2）……（xn，yn），n表示电弧微元的序数；
20、s13、计算考虑边界层影响的实际风速 v w：
21、，式（3），
22、其中， y为电弧微元与避雷线的距离， l w为边界层的厚度， v o为环境风速；
23、s14、在时间步长内对电弧微元进行受力分析，根据空气阻力公式计算得到电弧微元的速度，电弧微元所受合力f及电弧微元的速度 v的计算公式分别如下：
24、f=fc+ fw+ f l，式（4），
25、，式（5），
26、其中，fc=bcid l，式（6），
27、f l=b lid l，式（7），
28、，式（8），
29、，式（9），
30、，式（10），
31、其中，bc为流过避雷线的电流产生的磁感应强度，b l为流过电弧微元的电流产生的磁感应强度，μ为磁导率，i为流过电弧微元的电流强度，d l为电弧微元的长度，rc为电弧微元与避雷线的距离，r l为电弧微元相互之间的距离；
32、假定电弧微元在每个时间步长内匀速运动，计算在时间步长内电弧微元的位移，如式（11），并更新在本时间步长结束时刻电弧微元的位置，如式（12）：
33、，式（11），
34、，式（12），
35、其中，，为第k个时间步长内电弧微元的速度，为第k个时间步长内电弧微元的位移，为k个时间步长结束时刻电弧微元的位移向量，为电弧微元的初始位置；
36、s15、进入下一个时间段：以步骤s14中本时间步长结束时刻电弧微元的位置作为下一个时间段起始时刻电弧微元的位置，重复步骤s14；直至迭代达到预设的迭代步数h，输出仿真时间内的电弧微元轨迹。
37、优选的，步骤s2中，所述场路耦合模型用于提取和处理所述电弧链式模型中电弧微元的位置信息，包括以下步骤：
38、s21、根据所述电弧微元轨迹提取各电弧微元的中心坐标，并对中心坐标进行处理，得到电弧微元的边界点坐标：
39、首先将相邻两个中心坐标的连线作为电弧在第n个电弧微元的中心坐标处的方向，第n个电弧微元的中心坐标处的方向角为：
40、，式（13），
41、其中，n≥2，（xn，yn）和（xn-1，yn-1）分别为第n个和第n-1个电弧微元的中心坐标；
42、确定各电弧微元的中心坐标处的方向的法向，将各电弧微元的中心坐标沿着对应的法向的两侧分别扩展，扩展距离为电弧半径r，得到电弧微元两侧的边界点，令第n个电弧微元两侧的边界点的坐标分别表示为（x’n，y’n）和（x’2n-n+1，y本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立方法，其特征在于，步骤S2中，所述场路耦合模型用于提取和处理所述电弧链式模型中电弧微元的位置信息，包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：
5.根据权利要求3所述的一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立方法，其特征在于，步骤S4中，所述滑行距离计算公式为：
6.根据权利要求1所述的一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立方法，其特征在于，步骤S4中，所述预设的电场强度阈值设置为5kV/cm。
7.根据权利要求1所述的一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立方法，其特征在于，步骤S4中，所述预设的电场强度阈值根据电弧所在空间的电介质的参数进行设置。
8.一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型
9.根据权利要求8所述的一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立系统，其特征在于，所述场路耦合模型用于提取和处理所述电弧链式模型中电弧微元的位置信息，包括：
10.根据权利要求9所述的一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立系统，其特征在于，跳跃判断模型建立模块中，所述滑行距离计算公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立方法，其特征在于，步骤s1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立方法，其特征在于，步骤s2中，所述场路耦合模型用于提取和处理所述电弧链式模型中电弧微元的位置信息，包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立方法，其特征在于，步骤s3具体包括以下步骤：
5.根据权利要求3所述的一种基于场路耦合的电弧根跳跃模型的建立方法，其特征在于，步骤s4中，所述滑行距离计算公式为：
6.根据权利要求1所述的一种...
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