3D打印绝缘的层状结构对沿面电场分布影响

由于3D打印技术层叠制造的特点,成型件内部具有分层结构,对应用于绝缘领域的打印绝缘件的电气性能和机械性能产生影响。3D打印绝缘由于自身层状结构的非匀质性,在高电压作用下会展现出与匀质绝缘件不同的性能。为了明确层状绝缘件较匀质绝缘件的电场分布变化,制备了打印方向垂直与平行电场方向的两种尼龙12样品,主要研究了两者的相对介电常数、体积电阻率和交流击穿场强,结合层状结构的串并联关系推导出不同层的相对介电常数和体积电阻率,实验表明层状结构垂直电场方向时样品体击穿强度更高,进一步研究了该结构层状绝缘子和匀质绝缘子的沿面电场分布。结果表明:由于层状绝缘表面三结合点处的电场畸变效应,层状绝缘子的沿面最大场强高于匀质绝缘子,沿面电场分布较匀质绝缘子更不均匀,通过改变打印方向可改善沿面电场分布,但需考虑体击穿强度的下降。

界面电荷注入与积聚行为对直流GIS/GIL绝缘子沿面电场的影响分析

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)和气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metalenclosed transmission line,GIL)运行电流大,设备内部存在明显的温度梯度分布,造成高压电极附近电荷的注入与迁移加剧,导致绝缘子内空间及表面电荷的积聚,畸变电场,容易诱发沿面闪络故障。为此文中建立了电—热耦合应力下直流盆式绝缘子内的电荷注入与积聚模型,研究了考虑电荷注入和迁移特性的绝缘子空间电荷及表面电荷积聚情况,并分析了不同负载电流下绝缘子沿面电场分布规律。研究结果表明:温度梯度下,导体—绝缘界面电荷注入会造成绝缘子内部同极性空间电荷的积聚,并且空间电荷积聚密度会随着负载电流的增大而增大;空间电荷的积聚会减弱高压电极附近电场强度,增强绝缘子凸侧表面法向电场强度,加剧表面电荷的积聚;空间及表面电荷的积聚会使绝缘子表面电势上升,导致接地电极附近电势差增大,电场强度显著增大,地电极三结合点处的场强由空载条件下的1.71 kV/mm增长为额定电流作用下的3.47 kV/mm,增加了103%。该研究结果有助于理解温度梯度下直流绝缘子表面电场畸变机理,并对直流绝缘子的优化设计和安全运行有一定的参考价值。