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。