《表2 电树枝仿真模型参数》

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《工频叠加冲击电压下XLPE绝缘中电树枝的生长特性研究》

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本研究利用多物理场有限元仿真软件COM-SOL分别构建了3个电树枝模型，分别为工频电压作用下的电树枝模型、工频叠加冲击电压作用下的电树枝模型和撤去冲击电压后仅工频电压作用时的电树枝模型。3个模型的尺寸参考图4～5中实验样本中电树枝的实际尺寸，并结合扫描电镜图中电树枝的微观结构进行设置。模型1、2中针板电极间隙为2 mm，两条电树枝间的角度为15°，长度设为400μm。模型1、2的区别在于所施加的电压不同，模型1的电压为工频电压5 kV，模型2的电压为工频叠加冲击电压，参考实验电压，考虑电压最大值为15 kV。模型3与模型1、2相似，但中间一条电树枝的长度设置为555μm，用于表征在工频叠加冲击电压作用下生长出的电树通道。从图5的电树图可以看出，丛状电树枝的颜色较深，工频叠加冲击电压下生长出的电树通道颜色很浅，电树通道内可能存在大量气体。因此，沿针尖方向每一条400μm的电树枝均设置为碳化通道，而长度为555μm的电树枝通道中靠近针尖的400μm设置为碳化通道，前端的155μm设置为气体。扫描电镜观察到电树枝通道存在明显碳化痕迹，文献[8]中观察到电树枝通道壁附着有纳米级碳颗粒，因此在模型3中的枝状电树枝通道壁上依次设置3颗纳米级碳颗粒。在上述模型中对钢针电极施加高压，铜电极接地，相关材料的参数如表2所示[4]。图8为3种模型下仿真得到的电场分布情况。