高压电容式套管电容芯子极板电场分布的研究*

路彦峰， 李 宏， 张金锋， 刘明胜， 何金鑫

(淮北师范大学物理与电子信息学院，安徽 淮北 235000)

0 引 言

高压套管电极结构特点决定了电容芯子极板和均压球表面的电场强度值要远大于其它部位，局部过高的电场容易击穿绝缘保护层而造成套管及其连接设备的损坏[1-3]。因此，在套管研制时必需对其电场分布进行分析进而对其结构进行优化，使套管内部的电场分布尽可能均匀。

在对套管电场进行计算时，首先需要建立尽可能符合实物的模型。但现有的文献大多只考虑了对均压球的优化[4-8]，忽略了均压球涂层的作用，也没有明确给出高压引线、变压器升高座直径及变压器外壳等因素的影响。本文就这方面展开、探讨其对套管电场分布的影响。另外，在应用有限元法进行计算时，截断边界S2定义和悬浮导体的处理则是有限元法的需要解决的两个问题，电荷守恒法、部分电容法、最小能量法等常用的悬浮电位处理方法并不适用于具有细长形状的套管悬浮导体极板，但是套管中介质的介电系数较小，虚拟介电常数法[4]就成为一个很好的选择。

1 高压套管电场计算模型

根据套管电场结构对称性的特点，可以将其看成二维轴对称问题。图1给出了计算模型，其中均压球内表面是指均压球与其涂层的交界面，均压球的外表面是均压球涂层与变压器油交界面。

图1 电容式套管、均压球和电容芯子计算模型

则高压套管内部的电位分布是如下边值问题的解