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絕緣子周圍存在空間電荷時的電場
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1、沿母線徑向剖分絕緣子周圍區(qū)域時的電場
大電流封閉母線采用三絕緣子支持方式，見圖1.外殼接地，母線導(dǎo)體額定電壓為18kV,該絕緣子為內(nèi)膠裝式。
兩個相鄰絕緣子間夾角為120°，考慮到對稱性，計算時只需剖分60°角區(qū)域即可。由計算結(jié)果可以得到絕緣子周圍區(qū)域的電場等位線分布和各點(diǎn)的場強(qiáng)值，從中可以看出空間電荷對電場的影響。當(dāng)空間電荷密度逐漸加大時，封閉母線絕緣子周圍區(qū)域的電場受到的畸變也在逐漸加強(qiáng)。額定電壓下在電荷密度達(dá)到-8.7×10-5C/m2時，絕緣子周圍局部區(qū)域的電場強(qiáng)度已超過空氣中沿瓷表面的工頻閃絡(luò)擊穿場強(qiáng)16.67kV/cm[4],此時的等位線分布見圖3.所以在18kV電壓下電荷密度不應(yīng)大于-8.7×10-5C/m2，才能保證絕緣子不發(fā)生閃絡(luò)擊穿。
在50kV電壓下，隨空間電荷密度變化時的等位線分布與18kV電壓時的類似，只是達(dá)到工頻閃絡(luò)擊穿場強(qiáng)時的空間電荷密度更小一些。電荷密度為-8×10-5C/m2時絕緣子周圍局部區(qū)域的電場強(qiáng)度即開始達(dá)到工頻閃絡(luò)擊穿場強(qiáng)。所以封閉母線絕緣子周圍空間電荷密度應(yīng)在-8×10-5C/m2以下。此時的電場等位線分布見圖4.
2、沿母線軸向剖分絕緣子周圍區(qū)域時的電場
以上對絕緣子周圍區(qū)域沿母線徑向剖分進(jìn)行了數(shù)值計算。下面將絕緣子周圍區(qū)域沿母線軸向進(jìn)行剖分，求出了不同空間電荷密度時的電場強(qiáng)度。
電荷密度為-1.23×10-4C/m2時的電場等位線分布如圖6所示，此時絕緣子周圍局部區(qū)域電場強(qiáng)度開始超過工頻閃絡(luò)擊穿場強(qiáng)。
在50kV電壓條件下，封閉母線中電荷密度為-1.12×10-4C/m2時絕緣子周圍局部區(qū)域的電場強(qiáng)度開始超過工頻閃絡(luò)擊穿場強(qiáng)。電場等位線如圖7所示。所以電荷密度必須保持在-1.12×10-4C/m2以下
綜上所述，封閉母線中絕緣子周圍區(qū)域發(fā)生擊穿或閃絡(luò)時的空間電荷密度見表1。
1 空間電荷密/C.m-2
電壓/kV | ρ1 | ρ2 |
18 | -8.7×10-5 | -1.23×10-4 |
50 | -8.0×10-5 | -1.12×10-4 |
從上圖可以看出，絕緣子沿母線徑向剖分時，其周圍區(qū)域發(fā)生擊穿或閃絡(luò)時的電荷密度小于軸向剖分的情況。所以為保證封閉母線正常運(yùn)行，絕緣子周圍區(qū)域的電荷密度不應(yīng)大于8.0×10-5C/m2.為了使得電荷密度在安全范圍以內(nèi)，應(yīng)該在封閉母線中裝配去離子裝置以降低電荷密度，這使得開展風(fēng)冷封閉母線去離子裝置的研究顯得非常重要。
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