高压开关柜用介电功能梯度绝缘隔板电场调控特性分析

针对高压开关柜中绝缘隔板电场分布不均匀、局部电场畸变严重容易导致绝缘故障的问题,将介电功能梯度材料引入到绝缘隔板的制备中,提出了内部绝缘结构优化和表面绝缘结构优化两种优化方案。通过改变材料的介电常数上限、绝缘隔板厚度以及表面涂层厚度等参数进行电场、温度场仿真计算,对比分析其对电场分布优化效果的影响,最后对两种优化方案进行了仿真及介质损耗特性试验对比。结果表明:相较于传统的匀质绝缘隔板,在不考虑开关柜内部运行环境因素影响的条件下,改变内部绝缘结构和增加表面涂层都可以使沿面最大场强降低。当绝缘隔板厚度增加到12 mm时电场优化效果最优,沿面最大场强可降低69.8%;当表面涂层厚度为1 mm时电场优化效果最优,沿面最大场强可降低62.9%。通过仿真及试验对比证明,内部绝缘结构优化的隔板电场调控效果及绝缘性能更优。

基于介电功能梯度材料的盆式绝缘子电场分布优化

为改善盆式绝缘子沿面电场分布,以径向介电常数分布为对象,提出了一种通过识别沿面最大场强位置反馈更新介电常数分布的全局优化算法,实现了介电功能梯度材料盆式绝缘子参数优化设计.通过APDL语言,实现MATLAB与ANSYS联合仿真,研究了步长大小、分层数量等参数对优化结果的影响.结果表明:随着步长减小,沿面场强分布随迭代次数的变化更加平滑,介电常数区间范围增大.分层数目越多,径向介电常数分布越平滑,高压端介电常数值越大,沿面电场分布波动越小,最大场强降低幅度越大,可达70.5%.盆式绝缘子场强集中区域从高、低电极和三结合点处往中间转移,上、下表面电场利用率均达到0.75以上.研究结果为盆式绝缘子优化设计提供了参考.

体/表面介电功能梯度绝缘子的电场仿真及优化效果对比

介电功能梯度绝缘可以在不增加绝缘子几何结构复杂度的前提下,有效改善其电场分布,进而提升其沿面闪络电压。目前,介电功能梯度绝缘子(dielectric functionally graded insulator,d-FGI)的设计、制造及应用已经成为电气绝缘领域的热点问题。随着研究的深入,研究者们提出了两种不同类型的d-FGI:体介电梯度绝缘子和表面介电梯度绝缘子。为比较两种梯度分布形式的电场调控效果,基于有限元迭代算法,分别对这两类绝缘子的介电常数分布进行了优化设计。优化结果表明,相比于未优化的匀质绝缘子,体梯度和表面梯度绝缘子的沿面最大场强均可降低70%以上,优化效果显著。通过考察介电常数上限、分层数等影响因素,对两类梯度绝缘子的优化效果进行了对比分析,结果表明表面梯度绝缘子的表面层厚度是影响其与体梯度绝缘子之间优化效果差别的关键因素。

过滤法制备介电梯度功能材料的介电特性的研究

对用过滤法制备的介电梯度功能材料的介电特性作了阐述 ,并用计算机模拟的方法研究了其对电场分布的影响 。