SF6断路器灭弧室电场数值计算优化方案

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：高压断路器灭弧室内电场分析计算是断路器设计的一个重要方面，也是断路器断口电压不断提高、灭弧室结构不断小型化的基础。如把电极表面取作边界S，电极以外的空间称作场域，则当场域中满足下列拉普拉斯方程式：divgradφ=0 时，取在边界上所给出的值为V，即φats=V 则场的计算问题即成为求取函数φ的边界值问题，通常称为Dirichlet问题。

在高压电器设备中，绝缘结构的绝缘强度除了与绝缘介质本身的绝缘性能有关外，还与结构的电场特性有密切关系，因而在进行绝缘设计时，在满足电气基本要求的前提下应设法改善绝缘结构，使电场分布尽可能合理，达到设计要求。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目前绝缘配合研究中最主要的研究内容之一。高压断路器灭弧室内电场分析计算是断路器设计的一个重要方面，也是断路器断口电压不断提高、灭弧室结构不断小型化的基础。

下面简单介绍一些高压开关电器电场计算的数值方法。

静电场计算的最基本原理是当电极上加上规定电压时，求取电极外部空间的电场。如把电极表面取作边界S，电极以外的空间称作场域，则当场域中满足下列拉普拉斯方程式：

divgradφ=0 （8-35）时，取在边界上所给出的（电极电压）值为V，即

φ_ats=V （8-36）

则场的计算问题即成为求取函数φ的边界值问题，通常称为Dirichlet问题。通常把函数φ称为电位，电场强度则由下式来给出：

由于在高压电器中的场为二维场、旋转对称场或者三维场，所以可以用笛卡尔坐标（x，y）、圆柱坐标（r，z）把拉普拉斯方程表示如下：

对于二维场：

对于旋转对称场：

对于三维场：

存在两个以上的电介质的场合（或介电常数随场所而变化时），如把介电常数取为ε，则可用下式来代替式（8-35）

div（εgradφ）=0 （8-41）

当存在空间电荷时，如把空间电荷密度取为q，则可以用下面的泊松公式来代替式（8-35）