绝缘子表面电场分布数值仿真

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1、绝缘子表面电场分布的数值仿真通过电磁场有限元软件ANSYS仿真。构建了绝缘子三维模型，分析绝缘子表面导电颗粒以及不均匀系数对电压的影响。仿真结果表明，电压随着颗粒长度的增加而减小，电场强度随着颗粒长度的增加有饱和的趋势。仿真结果与实验结果有较好的对应关系。众所周知，绝缘子表面金属颗粒对绝缘子表面电场分布特性及闪络性能会产生影响。绝缘子闪络性能与电场的分布是密切相关的。利用各种数值计算方法计算绝缘子、套管等高压元器件的电场、磁场分布已成为高电压领域优化设计和分析的一个新趋势。利用有限元通用软件ANSYS分析了绝缘子在不同情况下的电

2、磁场分布情况，并结合相关文献的经验公式着重分析由于导电颗粒引起的电场分布不均匀性对闪络电压的影响。ANSYS分析的主要步骤(1)前处理。前处理主要在前处理器中完成，前处理器(Preprocessor。／PREP7)用来建立有限元模型．这是问题的前提。2)加载并求解。加载并求解在求解器中完成。求解器(Solution，／SOLU)的主要操作为定义边界条件、加载外力、求解。(3)后处理。后处理器分通川后处理器、时间处胂器两种。通jH处理器用于观察在给定时间点整个模型的结果。时间处理器(TimeHistPostprocesgor)用于

3、观察模型中指定点呈现为时间的函数结果。本仿真试验建立模型与电场分析的基本步骤：1.过虑图形界面2.定义单元和材料性能3.建模4.分配单元、材料和网格划分5.加载励磁载荷6.选择7.求解器求解8.后处理仿真结果我们仿真了不同长度的导电颗粒在绝缘子中间位置时的情况．导电颗粒的长度分别为：0．5mm、2mm、5mm。仿真结果发现，当颗粒小于2mm时．电场强度随着导电颗粒长度的增长而呈线性不断增加。但是当导电颗粒的长度为5mm时。电场强度的增长速度有所下降。(2)电场不均匀系数f定义为间隙中最大场强E呱与平均场强E的比值。通过ANSYA

4、仿真分析，下图表示了实验中电极系统(绝缘子中部粘有不同长度的金属颗粒)在不同电压下的电场不均匀系数的分布。仿真结果发现，电场不均匀系数与电极结构有很大的关系。而与所加电压的大小无关。随着颗粒长度的增加。电场不均匀系数也随之增大．但是当颗粒为5mm时。电场不均匀系数增加的幅度并没有颗粒小于2mm时的快。电场不均匀系数与导电颗粒长度之间的关系3)由于不均匀电场中绝缘子闪络电压的影响因素比较多．现在对闪络电压的预测只能通过一些经验公式来获得。从图可以看出，绝缘子闪络电压随着导电颗粒长度的增长而不断下降。闪络电压随着颗粒长度的增加出现饱

5、和的趋势。而从我们实验结果看，闪络电压值也是随着颗粒长度的增加而减小。正好验证了这一结果。结论：(1)绝缘子表面电场强度随着颗粒长度的增加而增大，并随着颗粒长度的增加有饱和的趋势。(2)通过研究电场不均匀系数发现：电场不均匀系数与电极结构有很大的关系．而与所加电压的大小无关。随着颗粒长度的增加，电场不均匀系数也随之增大。但是当颗粒为5mm时。电场不均匀系数增加的幅度并没有颗粒小于2mm时的快。（3)绝缘子沿面闪络电压与电场不均匀系数成反比。与电极粗糙系数和气压成正比。通过仿真我们发现．绝缘子闪络电压随着颗粒长度的增大而减小。