CN114722659A - 一种电极间隙电场不均匀系数计算方法 - Google Patents
一种电极间隙电场不均匀系数计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114722659A CN114722659A CN202210286820.6A CN202210286820A CN114722659A CN 114722659 A CN114722659 A CN 114722659A CN 202210286820 A CN202210286820 A CN 202210286820A CN 114722659 A CN114722659 A CN 114722659A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electric field
- gap
- calculating
- electrode
- setting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005684 electric field Effects 0.000 title claims abstract description 39
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 title description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003570 air Substances 0.000 claims description 4
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 3
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 claims description 3
- 229910018503 SF6 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N sulfur hexafluoride Chemical compound FS(F)(F)(F)(F)F SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229960000909 sulfur hexafluoride Drugs 0.000 claims description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
- G06F2111/10—Numerical modelling
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明公开了一种电极间隙电场不均匀系数计算方法，包括如下步骤：将稍不均匀电场中的圆润电极简化为几种模型，并给定数值后输入至Ansoft Maxwell低频电磁场分析软件Local_Variables列表中；绘制简化后的模型并导入分析软件；将两电极间的距离定义为变量d，在Ansoft Maxwell场计算器中输入计算简化后的间隙几何特性参数的表达式；将一个电极的电位设置为Ua，另一个电极电位置为零，并在场计算器中输入计算电场不均匀系数ff的表达式；将最小网格尺寸设置为0.01*r，离散网格点击求解，直接计算获得间隙的电场不均匀系数ff；导出求解后的ff和p的函数关系数据，进行拟合获得参数a1、a2、a3的值，计算电场不均匀系数ff。本发明能够快速确定间隙的电场不均匀系数，进而估算出间隙击穿电压。
Description
技术领域
本发明涉及船舶中高压输电控制技术领域，尤其是一种电极间隙电场不均匀系数计算方法。
背景技术
随着船舶综合电力系统的推广应用，船舶中高压电器设备的绝缘设计面临前所未有的挑战。一方面。船舶空间有限，需要尽量控制电极间的距离以减小电器尺寸；另一方面，如果电极间的距离过小又会引发绝缘故障，缩短电器寿命，带来安全隐患。
借助设计手段，船用中高压电器中的电场避免出现极不均匀电场，设计人员常需要知道电极间隙电场不均匀系数，以便通过公式(1)来估算稍不均匀电场中的击穿电压Ub。
式(1)中Em为击穿时的最大场强；d为间隙距离；ff为间隙的电场不均匀系数；获得电极不平衡系数的方法是模拟电荷法、实验法，这些方法需要反复调整电极间距，耗时长、成本高、且不易操作，对设计人员的要求较高，不便于设计的及时验证和修改。
因此，亟需一种能够快速获得稍不均匀电场电极间隙电场不均匀系数计算方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电极间隙电场不均匀系数计算方法，能够快速确定间隙的电场不均匀系数，进而估算出间隙击穿电压。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电极间隙电场不均匀系数计算方法，包括如下步骤：
(1)将稍不均匀电场中的圆润电极简化为几种模型，设置两级间的典型电压为1V，球或者柱面的半径定义为rr，并给定数值后输入至Ansoft Maxwell低频电磁场分析软件Local_Variables列表中；
(2)绘制简化后的模型并导入分析软件，将电极材料设置为金属，并将求解器的类型置为静电场求解器，在电极外部设置求解域，按实际问题设置求解域的材料；
(3)将两电极间的距离定义为变量d，同时在Ansoft Maxwell场计算器中输入计算简化后的间隙几何特性参数的表达式
在场计算器中输入格式为/(+(rr,d),rr)，固定rr，设置合理的范围参数化d；
(4)将一个电极的电位设置为Ua，另一个电极电位置为零，并在场计算器中输入计算电场不均匀系数ff的表达式：ff＝Em*d/Ua，在场计算器中输入格式为/(*(Em,d),Ua)；
(5)将最小网格尺寸设置为0.01*r，离散网格点击求解，直接计算获得间隙的电场不均匀系数ff；
(6)导出求解后的ff和p的函数关系数据，使用公式ff＝a1*p2+a2*p+a3，进行拟合获得参数a1、a2、a3的值，计算电场不均匀系数ff。
优选的，步骤(1)中，几种模型包括圆柱--板，球--板，圆柱--圆柱，圆球--板，球--球。
优选的，步骤(2)中，材料为真空、空气、氮气、六氟化硫。
优选的，步骤(3)中，使得无量纲的间隙几何特性参数p在1.5～20之间变化，d的步长控制为整个范围的1/300～1/60。
本发明的有益效果为：本发明区别于传统的电极设计方法中的模拟电荷法，速度快，几乎不需要反复；能够和电场试验相互印证，节约了大量的试验成本；基于稳定的电磁有限元算法，易于收敛；只需要对应相应的模型进行计算，即可使用拟合的公式快速确定同一类型电极间隙的电场不均匀系数。
附图说明
图1为本发明的求解器和材料设置示意图。
图2为本发明的在场计算器中的计算表达式输入示意图。
图3为本发明的模型离散之后的网格剖分示意图。
图4为本发明的模型离散之后的网格剖分示意图。
其中，1、电极；2、求解器设置。
具体实施方式
如图1所示，一种电极间隙电场不均匀系数计算方法，包括如下步骤：
(1)将两个类圆柱形电极简化为圆柱----圆柱电极对模型，以圆柱----圆柱模型的电场不均匀系数计算为例说明本发明的方法；
(2)绘制简化后的模型并导入分析软件，如图1所示，将两个平行放置的圆柱电极材料设置为铜，并将求解器的类型置为静电场求解器(Electrostatic)，在铜电极外部设置求解域，本例设置为空气(Air)；
(3)将两电极间的距离定义为变量d，同时在Ansoft Maxwell场计算器中输入计算简化后的间隙几何特性参数的表达式
在场计算器中输入格式为/(+(rr,d),rr)，固定圆柱半径rr＝10mm，设置参数d范围是5mm～190mm，步长设置为1mm，这样无量纲的间隙几何特性参数p就在1.5～20之间变化；
(4)将一个电极的电位设置为Ua，另一个电极电位置为零，如图2所示，在场计算器中输入计算电场不均匀系数ff的表达式：ff＝Em*d/Ua,注意在场计算器中输入格式为/(*(Em,d),Ua)；
(5)如图3所示，将最小网格尺寸设置为0.01*r＝0.1mm，离散网格点击求解，直接计算获得间隙的电场不均匀系数ff，如图4所示；
(6)导出求解后的ff和p的函数关系数据，使用公式2
ff＝a1*p2+a2*p+a3 (2)
进行拟合获得参数a1、a2、a3的值；本发明优选最小二乘法进行拟合，拟合后相关系数之平方(R^2):0.999752173175696，满足实际使用要求。
表1拟合获得参数a1、a2、a3的值
| a<sub>1</sub> | a<sub>2</sub> | a<sub>3</sub> |
| -0.00133036837748447 | 0.156739355695438 | 0.869312027332345 |
(7)实际应用时，直接代入公式6)步的公式进行计算相应的电场不均匀系数ff。如当间隙几何特性参数p＝10时，电场不均匀系数ff＝2.3055。
Claims (4)
1.一种电极间隙电场不均匀系数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将稍不均匀电场中的圆润电极简化为几种模型，设置两级间的典型电压为1V，球或者柱面的半径定义为rr，并给定数值后输入至Ansoft Maxwell低频电磁场分析软件Local_Variables列表中；
(2)绘制简化后的模型并导入分析软件，将电极材料设置为金属，并将求解器的类型置为静电场求解器，在电极外部设置求解域，按实际问题设置求解域的材料；
(3)将两电极间的距离定义为变量d，同时在Ansoft Maxwell场计算器中输入计算简化后的间隙几何特性参数的表达式
在场计算器中输入格式为/(+(rr,d),rr)，固定rr，设置合理的范围参数化d；
(4)将一个电极的电位设置为Ua，另一个电极电位置为零，并在场计算器中输入计算电场不均匀系数ff的表达式：ff＝Em*d/Ua，在场计算器中输入格式为/(*(Em,d),Ua)；
(5)将最小网格尺寸设置为0.01*r，离散网格点击求解，直接计算获得间隙的电场不均匀系数ff；
(6)导出求解后的ff和p的函数关系数据，使用公式ff＝a1*p2+a2*p+a3，进行拟合获得参数a1、a2、a3的值，计算电场不均匀系数ff。
2.如权利要求1所述的电极间隙电场不均匀系数计算方法，其特征在于，步骤(1)中，几种模型包括圆柱--板，球--板，圆柱--圆柱，圆球--板，球--球。
3.如权利要求1所述的电极间隙电场不均匀系数计算方法，其特征在于，步骤(2)中，材料为真空、空气、氮气、六氟化硫。
4.如权利要求1所述的电极间隙电场不均匀系数计算方法，其特征在于，步骤(3)中，使得无量纲的间隙几何特性参数p在1.5～20之间变化，d的步长控制为整个范围的1/300～1/60。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210286820.6A CN114722659A (zh) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 一种电极间隙电场不均匀系数计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210286820.6A CN114722659A (zh) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 一种电极间隙电场不均匀系数计算方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114722659A true CN114722659A (zh) | 2022-07-08 |
Family
ID=82240250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210286820.6A Pending CN114722659A (zh) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 一种电极间隙电场不均匀系数计算方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114722659A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090006053A1 (en) * | 2006-03-08 | 2009-01-01 | Carazzone James J | Efficient Computation Method for Electromagnetic Modeling |
| CN107607772A (zh) * | 2017-09-18 | 2018-01-19 | 重庆大学 | 基于高斯积分的输电线路的相线电压检测方法 |
| CN109408937A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-03-01 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种空气间隙冲击放电电压间隙系数的计算方法与装置 |
| CN113608079A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-11-05 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 绝缘气体的绝缘性能分析方法、装置、设备及存储介质 |
-
2022
- 2022-03-23 CN CN202210286820.6A patent/CN114722659A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090006053A1 (en) * | 2006-03-08 | 2009-01-01 | Carazzone James J | Efficient Computation Method for Electromagnetic Modeling |
| CN107607772A (zh) * | 2017-09-18 | 2018-01-19 | 重庆大学 | 基于高斯积分的输电线路的相线电压检测方法 |
| CN109408937A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-03-01 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种空气间隙冲击放电电压间隙系数的计算方法与装置 |
| CN113608079A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-11-05 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 绝缘气体的绝缘性能分析方法、装置、设备及存储介质 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 尹青峰;王宝瑞;李建原;: "电火花加工电极间隙电场分布研究", 机械, no. 01, 15 January 2013 (2013-01-15) * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110287629B (zh) | 确定高压盆式绝缘子结构参数的计算机装置、设备及方法 | |
| CN105844029B (zh) | 高压电缆终端接头的研究方法 | |
| CN108920751B (zh) | 基于拓扑优化的电力变压器绕组变形状态逆向求解方法 | |
| CN104269953A (zh) | 基于电场分析的高压电机定子线圈防晕结构优化方法 | |
| CN104899375A (zh) | 一种用于高压电机的主绝缘防晕结构优化计算方法 | |
| CN105808881A (zh) | 高压电缆中间接头的有限元优化设计方法 | |
| Lu et al. | 3D full maxwell research for effect of initial electromagnetic field on very fast transient overvoltage in GIS | |
| CN112924763B (zh) | 一种高压交流输电线路下方暂态电击评估方法 | |
| CN114722659A (zh) | 一种电极间隙电场不均匀系数计算方法 | |
| Araneo et al. | Hybrid and pi-circuit approaches for grounding system lightning response | |
| Mokhtari et al. | The effect of soil ionization on transient grounding electrode resistance in non‐homogeneous soil conditions | |
| CN113625067A (zh) | 一种离子流场中悬浮液滴荷电特性测量装置及方法 | |
| CN111444592B (zh) | 一种变压器宽频导纳模型及建立方法 | |
| CN117034854A (zh) | 一种变压器电场时域仿真方法和系统 | |
| CN112072687B (zh) | 一种确定交流滤波器杂散电容值的方法 | |
| CN114254481B (zh) | 一种变压器套管的气泡缺陷分析方法及设备 | |
| CN105912771A (zh) | 基于ansys的绝缘子检测与清扫机器人对绝缘子串分布电压影响优化的分析方法 | |
| CN113378428A (zh) | 特高压直流换流站交流滤波器避雷器的电场分布估计方法 | |
| CN112347676B (zh) | 电机定子绕组损耗的快速计算方法、装置和系统 | |
| CN108133089B (zh) | 一种输电线路屏蔽环静电场有限元数值计算的荷载施加方法 | |
| Sekki et al. | Transient behaviour of grounding system in a two-layer soil using the transmission line theory | |
| Asadpourahmadchali et al. | Hybrid continuous circuit‐trapezoidal integration method analysis of multi‐cross structure of grounding system | |
| CN112765842A (zh) | 一种组合式绝缘子均压结构优化设计方法 | |
| CN112595938A (zh) | 架空输电线路杆塔石墨基柔性接地装置适应性的评估方法 | |
| CN112115624A (zh) | 分析方法、避雷器、分析装置和计算机可读存储介质 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |