文档介绍：10kV母线内部结构设计论文
1、静电场数值计算
静电场数值计算方法主要有有限差分法、有限元法和模拟电荷法。这三种方法在处理简单模型时的效果相差不多，但当模型较为复杂时，有限差分法已基本不适用。模拟电荷法与有限元法在实际使用中各有利弊，模拟电荷法有准确度高、三维模型计算中占用计算机内存少等优点，但其适用范围比较小，对于介质种类多、具有较多过小曲率半径的边界的系统等，用模拟电荷法来计算就比较麻烦，甚至不可能。有限元法虽然在电场强度计算上与实际值有一定偏差，但可以通过细化网格达到减小误差目的。本文研究的10kV母线内部电场分布，存在3种以上的介质、结构复杂，故选用有限元法。
2、10kV母线静电场仿真计算
基于已有的10kV母线端部结构图，并对其做出初步的改进。由于铝金属薄膜的截面是一个矩形，有四个直角，在电场中容易造成尖端效应，使电场产生畸变分布不均匀。因此，对铝金属薄膜的截面进行倒角操作，减少尖端效应。画出母线端部结构及尺寸二维视图如图1所示。为了能够更好地展示母线内部结构，利用ANSYS生成母线端部结构的三维视图。母线由绝缘护套层、接地铜带、主绝缘层、铜导体、铝金属薄膜构成，是一个轴对称模型，可采用PLANE121这一单元进行建模，PLANE121是一个二维八节点静电单元，适用于轴对称模型，适用于静电场计算。
铜导线电阻率小，传导过程中发热少，电能损耗低，不易生锈，质软而且可以制成多股软线，大大提高了屈折次数。铝金属薄膜重量较轻。
母线采用铜导体，其电流密度大，电阻小，集肤效应不明显，无须降容使用。电压降小也就意味着能量损耗小，最终节约用户的投资。工频耐压及雷电冲击耐压数值，符合国家标准。其负载性能要求如下，在额定电流下，外壳的温升符合GB/T11022–1999《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》标准要求。其短路性能要求如下，动热稳定试验符合GB2706–89《交流高压电器动热稳定试验方法》标准要求。
本文将通过ANSYS软件建立二维电场的模型，来研究母线的电位和电场分布。ANSYS分析电磁场问题时，需要从以下3个方面进行考虑。第一由于此处只考虑单项母线，单根母线属于轴对称结构，因此使用二维模型即可反应母线电位和电场分布，从而得到符合实际的数据。第二目前电气设备电极间电压随时间的变化是比较缓慢的，所以母线在任一瞬间的电场都可以近似地认为是稳定的，可以按静电场来分析。第三采用基于节点法的传统的有限元法，其直观性较好。
做完母线模型的仿真之后，利用ANSYS软件进行计算，提取电场强度及电位图，结合材料的击穿场强分析其是否满足要求，并作出优化，尽量减少尖端效应，使电场分布的更加均匀。母线端部采用的多层铝金属膜逐渐降低电位，此处也是电场分布最不均匀的地方。在三层铝金属薄膜端部，其电场畸变较为强烈，但在靠近接地层的端部电场畸变最为剧烈，此处的绝缘中电场最为集中，即此处的绝缘最易发生击穿损坏。而且可以看出，电场的不均匀也会延伸到母线的外皮处，当外皮出现污秽及水滴时，在外皮也会出现电场集中，从而导致表面放电的发生。为了进