浅谈Ansoft Maxwell软件在小型化真空灭弧室绝缘优化设计中的应用

利用计算机辅助设计技术已经越来越受到研究人员的重视,它可以实现快速有效的设计而且可以优化产品的结构与性能。随着真空灭弧室不断走向小型化,其内部绝缘的优化设计至关重要,本文介绍一种比较简便实用的有限元分析软件——Ansoft Maxwell,运用其强大的电场分析功能,对所设计的小型化真空灭弧室内部电场进行定性分析,进而实现对小型化真空灭弧室内部结构的优化设计,使其获得较高的绝缘水平。     

高压真空灭弧室的电场设计

真空灭弧室广泛用于额定电压在36kV以下的中压领域。但由于必须克服诸如电场设计等方面的一些技术问题，它很少应用于高压领域。屏蔽罩、场梯电极和主触头等各种电极装置必须予以考虑。通常，真空中的这些电极结构的耐受电压可以用电场分布出来。局部电场增强和电极面积会使耐受电压有一定程度的下降，因此必须考虑局部场强增加取决于电极材料、表面处理和老炼。有效面积与电极表面局部电场强度的平均值有关。因此，还需要实验数据来获得辅助的信息，必须出屏蔽罩和CuCr或Cu触头的雷电冲击电压。本文对被试电电极结构的电场增强因子和面积效应进行了估算，最后对高压真空灭弧室的设计结果进行了讨论。     

单断口和双断口真空灭弧室的绝缘强度

本文描述了对高压的真空灭弧室进行的绝缘实验。实验是在两种设计不同的真空室中进行的。两种实验对象的不同之处是其内部的开断单元的数量不同，另外，其屏蔽结构也有微小差异。在此基础上讨论在灭弧室相同的情况下，单、双断口结构绝缘性能的差异。实验显示由老炼作用的绝缘强度会提高，实验分别在交流电压和雷电冲击电（HIV）进行。     

大开距真空灭弧室结构模型及计算分析

本文通过对真空灭弧室中纵向磁场作用的分析，提出了一种大开距情况下真空灭弧室的结构模型，并对其中的磁场和静态电场进行了计算分析，为大开距真灭空弧室的设计提供参考。     

真空灭弧室压力变化及真空寿命的判定

真空灭弧室是以真空作为绝缘和灭弧介质的。内部气体压力对灭弧室的性能起着决定性的作用，本文分析引起内部气体压力上升的气体源，简述了真空寿命的计算判定方法。     

单场限环结构的表面电场分布及环间距的优化

基于横向扩散与纵向扩散构成的冶金结边界为椭圆形这一特点,讨论单场限环结构表面电场强度的分布,给出表面电场强度、主结及环结分担电压的解析表达式。在纵向结深和掺杂浓度一定的条件下,根据临界电场击穿理论,讨论环间距的优化设计方法。单场限环结构主结环结间表面电场强度的绝对值曲线近似呈抛物线,最大电场位于主结处。随着环间距的增大,最大电场变大;随着横向扩散深度的增大,最大电场变小。环右侧最大电场也出现在结处,随着环间距和横向扩散深度的增加,最大电场均减小。在场限环结构中,当主结和环结在表面处的最大电场强度均等于临界电场强度时,击穿电压达到最大值,此时所对应的环间距为最佳环间距。     

空心电抗器投切下的电场和电动力分析

针对频繁投切操作对干式空心电抗器绝缘产生的影响,为保障电力系统的安全稳定运行,文中采用仿真和实验分析的方法,对空心电抗器稳态和投切暂态下的电场和电动力进行分析。通过建立基于Maxwell的空心电抗器仿真模型,进一步比较两种状态下电场和电动力的分布特性及数值变化。研究结果表明,投切下的电场强度和电动力较稳态运行下均有明显增大,绝缘厚度需要达到0.032 5 mm才能约束投切过程中产生的径向电动力。投切暂态过程对电抗器绝缘厚度提出了更高的要求,为空心电抗器的工业设计提供了一定的理论依据。     

真空灭弧室内部电场分布的分析与仿真

真空灭弧室对于真空断路器的性能有具重要作用,为了了解真空灭弧室内部的电场分布情况,文中采用Ansoft Maxwell仿真软件搭建了真空灭弧室的电场数学模型,并利用有限元分析法进行分析,通过Ansoft Maxwell仿真软件得出的结果表明,有无屏蔽罩对真空灭弧室电场分布有着较大影响。     

一种高压功率器件场板技术的改进与设计

为了解决功率器件高击穿电压与减小表面最大电场需求之间的矛盾,提出了一种高压功率器件终端场板改进方法。通过调节金属场板和多晶硅场板的长度,使金属场板覆盖住多晶硅场板,最终使得两者的场强相互削弱,从而减小表面最大电场。采用TCAD(ISE)软件对该结构进行仿真验证,结果表明该结构能够在保证高耐压的前提下减小表面最大电场。基于所提方法,设计出了一种七个场限环的VDMOSFET终端结构,其耐压达到了893.4 V,表面最大电场强度只有2.16×10⁵ V/cm,提高了终端的可靠性。     

配电网单相接地故障的电场检测装置研制

为了提升电场检测精度,研制配电网单相接地故障的电场检测装置。利用低通调理电路采集传感单元在电场中产生的感应电压,实时计算出线路附近的电场强度。使用COMSOL软件对输电线路单相接地故障情况进行有限元仿真,观察空间电场的变化情况。搭建工频均匀电场试验平台,对PCB传感单元进行电场强度测量校正,验证COMSOL电场强度仿真值。利用验证后的仿真值对平行半圆板电场测量传感单元进行校正,建立输电线路模型,对输电线路发生单相接地故障前后的电场强度进行测量。实验结果表明,当线路A相发生接地故障时,其周围电场强度迅速减小,而B、C两相周围电场强度增大,与仿真结果一致,电场检测精度较高。     

论真空灭弧室的绝缘设计

文章阐述了真空灭弧室绝缘的要求，并说明对电力系统可靠运行的重要性。综合地介绍了真空灭弧室内部绝缘和外部绝缘的计算方法。     

薄栅氮化物的击穿特性

研究了含 N MOS薄栅介质膜的击穿电场和电荷击穿特性。结果表明 :MOS栅介质中引入一定的 N后 ,能提高介质的电荷击穿强度 ,电荷击穿强度受 N2 O退火温度的制约 ;N对薄栅介质的击穿电场强度影响甚微 ,击穿电场受栅偏压极性的制约。用一定模型解释了实验结果     

110kV交流输电线路地面附近工频电场横向分布研究

当高压输电线路投入运行后,其电磁现象会对环境产生一定影响。文中根据相关标准,基于等效电荷法和矢量叠加原理,以110 kV交流输电线路为例,计算并分析了距地1.5 m平面的工频电场横向衰减特性。结果表明,110 kV单回、110 kV双回逆相序交流输电线路地面附近工频电场横向分布特点为:随着与线路中心距离的增加,工频电场强度先逐渐升高,而后逐渐减小;110 kV双回正相序交流输电线路地面附近工频电场横向分布特点为:随着与线路中心距离的增加,工频电场强度逐渐减小,最大电场强度位于线路中心。当有同塔双回或者多回路线路穿越城镇居民区时,应尽量采用逆相序排列,从而达到有效减小线路下方电场的目的。     

新型72／84kVC—GIS用真空灭弧室的绝缘特性

本文描述了７２／８４ｋＶ新型柜式气体绝缘开关设备Ｃ－ＧＩＳ用真空灭弧室的绝缘技术。沿聊瓷内表面设计一个多腔屏蔽结构可大大提高绝缘性能,它使真空灭弧室的体积减小了４０％,配置这种真空灭弧室的Ｃ－ＧＩＳ设备的体积也减少４０％,本文讨论了表面绝缘的基本特征及多腔屏蔽结构对表面绝缘的影响以及它们在新型７２／８４ｋＶ Ｃ－ＧＩＳ设备中的应用。     

量子线中强耦合束缚磁极化子的电场效应

采用线性组合算符和幺正变换相结合方法研究了电场和温度对抛物量子线中强耦合束缚磁极化子性质的影响。计算了在电场和温度影响下抛物量子线中强耦合束缚磁极化子的基态能量、平均声子数和振动频率。数值计算结果表明：量子线中强耦合束缚磁极化子的基态能量随约束强度、回旋共振频率和电场强度的增强而增大,随耦合强度的增大和温度的上升而减小;平均声子数随回旋共振频率、约束强度和温度的增大而增加;振动频率随回旋共振频率的增大而增大,同时也随约束强度的增大而增大。     

真空灭弧室并联电容老炼的试验研究

真空灭弧室在排气台上的老炼是提高真空间隙的耐压水平的重要手段。目前在生产过程中我们一般是将电流和是 老炼分两步进行,这样生产效率相对较低。基于对目前真空灭弧室的电压,电流老炼工艺参数及其晰分析研究,我们提出了在灭弧室上并联电容春进行老炼,目的是提高灭弧在电压老炼后的击穿电场强度,适当地电压老炼的工艺过程,提高生产效率及产品的质量,降低生产成本。     

闪电电场传感与测量系统的研制

针对目前电场测量装置存在带宽窄、共模噪声大等问题，提出以新型FPGA器件Artix-7为核心，结合传感和调理、宽带放大、单端转差分、高速采集、北斗定位等设计的电场探测系统，软核 Microblaze实现数据处理和控制，等精度测量时间参数保证了高精度，FPGA驱动 19英寸液晶，分析了信号链的阻抗，利用平行电极板构造变化电场对系统进行了测试，带宽达到20ＭＨｚ，电场强度的测量误差在±10％以内，线性度良好，脉冲电场的频率和占空比的最大测量误差分别为±0.4％和±１％。     

高电压真空灭弧室陶瓷外壳的设计

高电压陶瓷外壳是真空灭弧室的重要组成部分,因此,陶瓷外壳的绝缘在设计中是必须考虑的,一只在运行中的真空灭弧室触头断开后,陶瓷外壳就会受到电源电压的影响.因此陶瓷外壳在设计时应考虑到下列三点:陶瓷外壳的长度,陶瓷外壳的爬电距离和真空灭弧室陶瓷外壳外面的绝缘介质.     

高压线路加挂ADSS最佳方案的研究

自1963年起,国外为了带电作业时在高场强下工作的需要,开始研究输电线路产生的电场强度问题以及由此引起的生物效应,文章采用矩量法对超高压输电铁塔附近的三维电场进行了数值计算,并与现场实测的数据进行了充分比较,证实了结果的有效性。然后又对110kV的实际铁塔附近的电场分布进行了计算,得到了大量的计算数据。因而通过这些结果可以预测带电作业时的操作方式和防护措施,以及同杆架设自承式全介质光缆(ADSS)时所受到的干扰强度,这些结果为我国超高压线路的建设提供参考。     

家用电场强度测试仪的设计

随着现代电子工业、电信产业的讯猛发展及电器产品的普及,人类生存坏境中的电磁能力密度不断增强,电磁污染也日益严重。测量评价电磁辐射是否对该空间内的人员和设备产生影响,现已成为了研究热点,开发高质、廉价、耐用的家庭式测试仪器也便成为重中之重。本文在分析了家用电场的强度的基础上,介绍了一种最新型的电场测试仪的设计方案。该方案将硬件划分为探头和主机两大模块。并在家用电场强度测试仪系统硬件设计的基础上,给出了系统软件的总体设计思想及详细设计过程。系统软件包括下位机软件和上位机软件。在家用电场强度测试仪系统硬件和软件实现的基础上,对家用电场强度测试仪进行了功能测试。测试结果表明,该场强仪性能稳定,能够实现电磁辐射的准确测量、上下位机通信安全可靠符合设计要素,并且有便携、多功能、扩展功能良好等特点,具有很好的使用价值,能够准确无误的测试家用电场强度。