含有非线性介质的绝缘结构内瞬态电场仿真分析

论文摘要

非线性绝缘介质是指电导率或(和)相对介电常数随电场变化而变化的绝缘介质,它具有在不均匀电场下自行均化电场分布的特点,因此在复杂绝缘结构中具有广泛的应用。本文以同轴电极中填充电导率或(和)相对介电常数为非线性绝缘介质的绝缘结构作为主要研究对象,分别仿真分析了在阶跃电压、交流电压和冲击电压作用下非线性绝缘介质内瞬态电场分布。论文采用电场模拟软件ElecNet的瞬态2D求解器对同轴电极中填充非线性绝缘介质所构成的绝缘结构进行瞬态仿真分析。结果表明:在阶跃电压作用下,电导率非线性的绝缘介质只在稳态时起到均化电场的作用,绝缘利用系数较高,其均化电场分布、提高绝缘利用系数的本质是空间电荷效应;相对介电常数非线性的绝缘介质只在初始状态时起到均化电场作用,稳态时绝缘利用系数较小;电导率和相对介电常数均为非线性绝缘介质在整个过程中都能起到均化电场作用,改善电场的效果最好。在交流、冲击电压作用下,根据空间电荷限制电场理论,非线性绝缘介质均化电场作用的能力取决于介质内部的传导电流与位移电流哪个占主导地位。当传导电流占主导地位时,电导率非线性绝缘介质能够起到均化电场作用;当位移电流占主导地位时,容性非线性绝缘介质能够起到均化电场作用。本文还仿真分析了含有应力锥结构的电缆终端的电场分布,并对采用线性硅橡胶外绝缘和非线性硅橡胶外绝缘的电缆终端的电场分布进行比较,结果表明:非线性绝缘介质的引入降低了应力锥外表面合成场强以及应力锥端尾处的最大合成场强,但是对电缆绝缘与应力锥分界面处的轴向场强以及硅橡胶外绝缘与空气的交界面上的场强影响较小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外非线性绝缘介质介电性能的研究现状
• 1.2.1 非线性绝缘介质直流电导特性的研究
• 1.2.2 非线性绝缘介质介电常数的研究
• 1.3 均匀交变电场下非线性绝缘介质的表征
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 ElecNet环境下仿真模型的建立
• 2.1 ElecNet的简介
• 2.2 ElecNet操作说明
• 2.2.1 视窗界面
• 2.2.2 材料建模
• 2.2.3 几何建模
• 2.2.4 电极设定
• 2.2.5 网格剖分与网格的自适应
• 2.2.6 边界条件
• 2.2.7 求解器
• 2.2.8 后处理
• 2.2.9 参数化功能和脚本语言
• 2.2.10 ElecNet的技术特点
• 2.3 本章小结
• 第3章 直流阶跃电压下非线性绝缘介质内电场分布的仿真分析
• 3.1 同轴圆柱电极间的电场分布
• 3.1.1 线性绝缘介质内的电场分布
• 3.1.2 非线性绝缘介质内的电场分布
• 3.1.3 非线性绝缘介质内电场分布的仿真分析
• 3.2 阻性非线性绝缘介质内电场仿真分析
• 3.2.1 阻性非线性绝缘介质的阶跃响应特性
• 3.2.2 非线性绝缘介质均化电场的机理研究
• 3.2.3 非线性绝缘介质对稳态电场的改善程度
• 3.3 非线性绝缘介质中极性反转的电场分布
• 3.4 阶跃电压下容性非线性绝缘介质内电场仿真分析
• 3.5 阶跃电压下非线性绝缘介质内电场仿真分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 交流、冲击电压下非线性绝缘介质内电场分布的仿真
• 4.1 阻性非线性绝缘介质的交流响应特性
• 4.1.1 阻性非线性绝缘介质的工频响应特性
• 4.1.2 阻性非线性绝缘介质的频率特性
• 4.2 容性非线性绝缘介质的交流响应特性
• 4.2.1 容性非线性绝缘介质的工频响应特性
• 4.2.2 容性非线性绝缘介质的频率特性
• 4.3 冲击电压下阻性非线性绝缘介质内的电场分布
• 4.4 本章小结
• 第5章 非线性绝缘材料在电缆终端中的应用
• 5.1 电缆终端电场分布特点及研究现状
• 5.1.1 电缆终端电场分布特点
• 5.1.2 电缆终端电场分布研究现状
• 5.2 电缆终端电场分布的仿真分析
• 5.2.1 线性硅橡胶外绝缘
• 5.2.2 非线性硅橡胶外绝缘
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢