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绝缘子周围存在空间电荷时的电场
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1、沿母线径向剖分绝缘子周围区域时的电场
大电流封闭母线采用三绝缘子支持方式，见图1.外壳接地，母线导体额定电压为18kV,该绝缘子为内胶装式。
两个相邻绝缘子间夹角为120°，考虑到对称性，计算时只需剖分60°角区域即可。由计算结果可以得到绝缘子周围区域的电场等位线分布和各点的场强值，从中可以看出空间电荷对电场的影响。当空间电荷密度逐渐加大时，封闭母线绝缘子周围区域的电场受到的畸变也在逐渐加强。额定电压下在电荷密度达到-8.7×10-5C/m2时，绝缘子周围局部区域的电场强度已超过空气中沿瓷表面的工频闪络击穿场强16.67kV/cm[4],此时的等位线分布见图3.所以在18kV电压下电荷密度不应大于-8.7×10-5C/m2，才能保证绝缘子不发生闪络击穿。
在50kV电压下，随空间电荷密度变化时的等位线分布与18kV电压时的类似，只是达到工频闪络击穿场强时的空间电荷密度更小一些。电荷密度为-8×10-5C/m2时绝缘子周围局部区域的电场强度即开始达到工频闪络击穿场强。所以封闭母线绝缘子周围空间电荷密度应在-8×10-5C/m2以下。此时的电场等位线分布见图4.
2、沿母线轴向剖分绝缘子周围区域时的电场
以上对绝缘子周围区域沿母线径向剖分进行了数值计算。下面将绝缘子周围区域沿母线轴向进行剖分，求出了不同空间电荷密度时的电场强度。
电荷密度为-1.23×10-4C/m2时的电场等位线分布如图6所示，此时绝缘子周围局部区域电场强度开始超过工频闪络击穿场强。
在50kV电压条件下，封闭母线中电荷密度为-1.12×10-4C/m2时绝缘子周围局部区域的电场强度开始超过工频闪络击穿场强。电场等位线如图7所示。所以电荷密度必须保持在-1.12×10-4C/m2以下
综上所述，封闭母线中绝缘子周围区域发生击穿或闪络时的空间电荷密度见表1。
1 空间电荷密/C.m-2
电压/kV | ρ1 | ρ2 |
18 | -8.7×10-5 | -1.23×10-4 |
50 | -8.0×10-5 | -1.12×10-4 |
从上图可以看出，绝缘子沿母线径向剖分时，其周围区域发生击穿或闪络时的电荷密度小于轴向剖分的情况。所以为保证封闭母线正常运行，绝缘子周围区域的电荷密度不应大于8.0×10-5C/m2.为了使得电荷密度在安全范围以内，应该在封闭母线中装配去离子装置以降低电荷密度，这使得开展风冷封闭母线去离子装置的研究显得非常重要。
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