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1、2004年3月高电压技术第30卷第3期·17·复合高压套管的电场计算和分析江汛,王仲奕(西安交通大学电气工程学院,西安710049)CALCULATIONANDANALYSISFORTHEELECTRICFILEDOFCOMPOSITEHIGHVOLTAGEBUSHINGJiangXun,WangZhongyi(SchoolofElectricalEngineering,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,China)AbstractTheelectricfiledmodelonhighvoltagebushingha
2、s特别是穿墙套管的长径比一般>10。分析电场数值characteristicofhigherrateoflongandbreadth.Thepaperan2时,为减少内存,提高计算速度,对该结构产品所建alyzes22DelectricfiledofacompositebushingwhichmadeofoxygenresinandHTVbyusingANSYS.Themethodforfar2电场分析区域的形状也为细长形,因其长径比大,称fieldproblemofelectricfieldwithhigherrateoflongand之为高长径比场域
3、。breadthisproposedandastructuretypewhichimprovethe表1复合干式高压穿墙套管典型尺寸bushing’selectricfiledandsatisfycraftrequestissuggested.Table11TypicaldimensionofcompositehighKeywordshighvoltagebushingfiniteelementfar2fieldvoltagewallbushingsinfiniteboundaryANSYS摘要高压套管电场模型长径比高,用ANSYS分析软件电压等级/kV
4、总长/mm有效直径/mm长径比对选用环氧树脂和高温硫化硅橡胶制造的复合套管进行了40151200<100>122D电场分析,找出用1∶3～1∶4场域长径比处理高长径比电场中远场问题的方法。计算表明,套管与法兰连接处涂刷半1262340<180>13导体漆可使最高场强减少3315%。2524890<250>19关键词高压套管有限元远场无限大边界ANSYS中图分类号TM21615文献标识码A(3)电场区域为无限空间。用ANSYS远场单元或边界来近似等效替代无限大空间(远场),等效0引言的好坏对电场计算的准确性和精度影响很大。高压套管作为高压引出装置,是电站和
5、电器配2高长径比远场模型的建立套的关键设备之一。随着复合材料的飞速发展,外用与高压套管特点相同的同轴圆筒电极建模和绝缘用硅橡胶、内绝缘用环氧树脂、BMC、SMC制造的高压套管越来越多。复合材料制造的非电容式套分析计算,研究有高长径比的轴对称无界电场的建管比电容小、憎水性好、体积小,但高压套管插入式模方式。同轴圆筒电极见图1,其电场为轴对称分电极结构的电场分布极不均匀;不设置电容屏的非布,同时有镜像对称的特点,因此仅对其1/4场域建电容式套管若结构设计不合理,有机材料特别是硅模。用ANSYS电场分析软件建立的电场有限元模橡胶在长期高电场作用下,可能产生降解
6、、老化,大型见图2。图3为3种情况下计算的电场分布。大降低设备运行的安全性。本文用ANSYS分析软件分析环氧树脂和高温硫化硅橡胶制造的非电容式复合套管结构,得到满足工程需要的数值解,进而提出了改善场强分布和满足工艺要求的结构方式。1高压套管的电场模型高压套管的电场分布特点为:(1)电场分布轴对称,其求解可归结为二维轴对图1同轴圆筒电极图2电场有限元模型[1]称静电场边值问题,其电位φ的拉普拉斯方程为Fig11CylinderelectrodeFig12Electricfieldfinite222elementmodel¨φ=(1/r)5(r5φ/5r)/
7、5r+5φ/5z=0,边界条件一般为第一和第二类条件:计算表明不同长径比的有限元模型在有限场区域φ=f1(p),5φ/5n=f2(p)。内,电场等位线分布有差别,其中电极附近的电场分(2)高压套管(典型尺寸见表1)结构为细长形,布受长径比大小的影响较小,但远场单元对外部电·18·Mar12004HIGHVOLTAGEENGINEERINGVol.30No.3场分布存在较大影响,应根据所关心场域选择合适图6为算得的高压套管接地法兰附近电位和最的长径比,分析高长径比结构场强宜选1∶3～1∶4场大场强分布。可知由于无电容屏均压,场强主要集域的长径比。中于法兰附
8、近。图7为法兰到第一个伞裙沿面附近节点处的场强分布,可见空气一侧的场强大于硅胶一
