电极表面凝露对空气间隙电场影响探究

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1、电极表面凝露对空气间隙电场影响探究摘要：根据电磁场基本原理，利用相关有限元计算软件，分析电极表面凝露的情况下，空气间隙电场分布的变化，并研究了凝露对空气间隙放电电压的影响。关键词：凝露电场；间隙电场；有限元分析法中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：1672-3198(2012)19-0185-020引言在对空气间隙放电起始电压与大气环境参数的影响的研究与分析中，研究者发现击穿电压下降段大多出现在高湿和温度迅速下降时期。作者通过分析认为空气间隙放电起始电压的降低可能是由于电极表面得到凝露引起的。高湿环境下温度有严重下降将使空气饱和(达到露点)，

2、此时若继续降温，空气中原有的水蒸气会从空气中凝结出来，在电极表面凝结为凝露，这势必会对空气间隙电场产生影响。1电极表面有水滴时球间隙的电场分布当空气湿度较大时，电极表面常常会有水珠出现。我们建立模型过程中，以半圆模拟电极表面附着水珠的情况，当电极表面只有一个水滴出现时，电极空气间隙电场分布如图1所示。由图1可见，当电极表面的顶点处有水珠时，电场分布的总体趋势不变；但水珠周围的电场发生改变，即水珠的存在畸变了原电场，水珠内部电场强度微弱（类似于导体），最大场强出现在水珠顶端，见图2。在电极性质、分布及介质不变的情况下，外加电压的大小并不改变电场分布

3、，只是场强与外加电压成正比上升。可以设想，在有上述水珠的情况下，改变外加电压值，随着外加电压的提高，球间隙中电场的最大值正比的上升，当达到空气介电强度也即33.9kv/cm时，间隙将击穿，此时的外加电压应为31.6kvo2水珠大小对球间隙最大电场的影响当水珠大小变化时，电场的最大场强也会有相应的变化。表1给出了水珠大小变化（水珠位置保持在球顶处不变）时的最大电场值的情况，最大场强随水珠半径的增大而减小，但变化不大。在水珠半径从0.05mm增加到1.0mm时，电极间隙最大场强减小了2.6%o当电极附着水珠时，水珠的大小对电极间最大场强有一定影响，但

4、影响较微弱。3利用有限元法对凝露电场进行定量分析有限元法是静电场数值计算中常用的方法，有限元法在20世纪50年代初开始应用于力学问题，1965年，有限元法开始应用于电气工程中，有限元法是以变分原理和剖分插值为基础的一种数值计算方法。当电极表面产生凝露时，短时间内我们可以将凝露和电极看作是不动的，因此可以当做静电场来分析。静电场中，在各向同性、线性、均匀介质中，电位小满足泊松方程或拉普拉斯方程：电极凝露电场定解问题是由对应的电磁场方程组和定解条件组成的。若用有限元法求解，则首先需确定与定解问题等价的泛函问题即变分问题。由于电磁场方程中拉普拉斯方程是

5、泊松方程的一个特例，现以齐次第一类边界条件的泊松场为例来说明凝露电场的极值问题。在泊松场中，泛定方程：通过以上计算分析，我们可以看出，在有凝露的情况下,电极凝露电场已自动满足齐次第三类边界条件，同时也满足非齐次第二类或第三类边界条件。当湿度大于一定限度时，放电起始电压有较大降低。4结束语在实验中，作者发现各个监测点放电起始电压有下降的情况，放电起始电压降低段往往伴随着高湿环境和降温阶段，在高湿情况下，温度的迅速下降则造成了相对湿度的急速增加，同时造成空气容纳水蒸气的饱和，形成了雾滴，雾滴与一些地方的灰霾天气结合起来形成了严重的雾霾（放电起始电压降

6、低时能见度大多在10km以下）。同时凝露现象造成放电极的表面凝结了小水珠，改变了电场分布。因此，当电极上凝结有露水时，必须及时对露水进行处理，不然可能对用电设备造成危害，甚至影响整个电网的稳定运行。参考文献[1]吴广宁.高电压技术[M]•北京：机械工业出版社,2007,(5):1-49.[2]严璋，朱德恒.咼电压绝缘技术[m].北京：中国电力出版社，2001：1-141.