电器设备的开域和闭域电场数值分析

摘要

电磁场数值分析随着计算机水平的不断发展而发展，计算精度也在得到不断的提高，采用先进的计算机技术和科学的计算方法对电气设备进行电场计算已经成为人们关注的问题。从数值方法的角度来看，电磁场数值分析方法有多种如镜像法、模拟电荷法、有限差分法、积分法、边界元法、有限元法和无网格法等，其中，有限元法是以变分原理为基础的一种较为成熟和得到广泛应用的数值计算方法，可以通过大型有限元方程的求解来进行二维或三维工程电磁场计算分析。 有限元的分析场域有两种：开域和闭域。建立开域和闭域电场的有限元模型并分析，开域以12kV户外支柱式真空断路器为例，闭域以12kV户外箱式真空断路器和40.5kV/C-GIS隔离开关室为例进行电场分析。通过对12kV户外支柱式真空断路器电场的分析计算，研究真空断路器的绝缘性能，为真空断路器的小型化提供理论参考。三维有限元模型的分网成为有限元分析的重要环节，因为有限元模型的网格质量与数量直接影响其求解过程。对于结构复杂、形状不规则的图形采用自由分网比较适合。采用局部细化、重新分网、检查单元质量等方法也可以有效提高网格的质量。 本文分别对12kV户外支柱式真空断路器和12kV户外箱式真空断路器静电感应带电的情况进行了分析，由于静电感应带电体是悬浮体，分析时需要分别对每个悬浮体耦合。分析高电压中静电感应电荷的产生过程，得出静电感应电压产生的机理，以减小静电感应带电带来的危害。 40.5kV/C-GIS隔离开关室的场域是闭域，由于C-GIS小型化的特点使其紧凑的结构影响了绝缘性能，获得已知结构条件下的电场分布为提高绝缘性能提供了依据。然而，对于一个实际的产品由于其结构的复杂性和空间计算区域的广大性，用有限元法计算空间三维电场必然会遇到计算精度与网格数量、计算机容量与剖分空间等因素之间的矛盾。对于这些节点数和单元数可达数万甚至百万的大型工程电磁场问题，应用分网控制工具、分网技术等是解决问题的重要方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1中压户外真空断路器和充气柜的背景、发展趋势

1.2电器设备的电场数值计算

1.3本课题的意义和目的

1.4本课题的研究内容

2开域电场数值计算

2.1电场数值计算方法

2.2开域电场有限元原理

2.3开域电场计算实例：12kV户外支柱式真空断路器三维电场计算

2.3.1 12kV户外支柱式真空断路器的分析模型

2.3.2有限元网格划分

2.3.3 12kV户外支柱式真空断路器的网格划分

2.3.4 12kV户外支柱式真空断路器的电场求解

2.4 12kV户外支柱式真空断路器的静电感应

2.4.1 12kV户外支柱式真空断路器产生静电感应的原因、机理

2.4.2 12kV户外支柱式真空断路器的静电感应分析

2.5本章小结

3闭域电场数值计算

3.1闭域电场有限元原理

3.2闭域电场计算实例一：12kV户外箱式真空断路器的静电感应分析

3.3闭域电场计算实例二：40.5kV/C-GIS隔离开关室三维电场计算

3.3.1 SF6气体击穿场强和沿面放电场强

3.3.2 40.5kV/C-GIS隔离开关室的分析模型

3.3.3 40.5kV/C-GIS隔离开关室的网格划分

3.3.4 40.5kV/C-GIS隔离开关室的电场求解

3.4本章小结

4结论

参考文献

在学研究成果

致 谢