第第I頁(yè)12kV斷路器電場(chǎng)仿真及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究【摘要】由于我國(guó)送變電線路、發(fā)電廠、等電力設(shè)備日趨成熟，智能化、占地面積小是箱式開(kāi)關(guān)設(shè)備的必然變革方向。12kV斷路器是電力系統(tǒng)內(nèi)必不可少的電氣設(shè)備，結(jié)合實(shí)際需求12kV斷路器多為真空斷路器。而真空滅弧室電場(chǎng)分布情況能夠直接體現(xiàn)其絕緣性能的優(yōu)劣。滅弧室包含的元件布局是否得當(dāng)、絕緣材料的選擇都是影響電場(chǎng)分布的因素。為討論斷路器真空滅弧室的電場(chǎng)分布情況，應(yīng)用SolidWords軟件創(chuàng)建真空滅弧室三維仿真模型，分析并計(jì)算斷路器開(kāi)斷狀態(tài)下各個(gè)部分電場(chǎng)分布情況，通過(guò)使用有限元分析軟件AnsoftMaxwell實(shí)現(xiàn)。結(jié)果顯示：在真空滅弧室中場(chǎng)強(qiáng)主要集中于觸頭側(cè)面靠近觸頭處，需要加強(qiáng)關(guān)注。在初步仿真的前提下，分析了屏蔽罩的半徑對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度分布的影響。為真空斷路絕緣性能優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考?！娟P(guān)鍵詞】12kV真空斷路器，有限元法，絕緣特性，電場(chǎng)，滅弧室目錄第一章緒論 11.1課題研究背景及意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展 11.3本文主要內(nèi)容 2第二章斷路器電場(chǎng)仿真研究理論基礎(chǔ) 22.1有限元方法的發(fā)展與應(yīng)用 22.2電場(chǎng)學(xué)基本理論 42.3本章小結(jié) 6第三章12kV斷路器電場(chǎng)仿真研究 63.112kV真空斷路器的結(jié)構(gòu) 63.212kV斷路器模型的建立 73.3材料屬性和邊界條件的設(shè)置 83.4電場(chǎng)仿真計(jì)算結(jié)果 83.5本章小結(jié) 10第四章12kV真空滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)分布影響因素的分析 104.1屏蔽罩對(duì)電場(chǎng)分布的影響 104.2屏蔽罩半徑對(duì)內(nèi)部電場(chǎng)分布的影響 114.3本章小結(jié) 11第五章斷路器優(yōu)化設(shè)計(jì) 125.1屏蔽罩結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 125.2斷路器空間場(chǎng)強(qiáng)優(yōu)化建議 125.3本章小結(jié) 12第六章總結(jié) 12參考文獻(xiàn) 13第一章緒論1.1課題研究背景及意義電力工業(yè)的進(jìn)步與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展相輔相成，因此我國(guó)配電網(wǎng)的迅速發(fā)展同時(shí)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要的支撐作用。然而電力技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步離不開(kāi)相關(guān)設(shè)備的支持，電氣設(shè)備正不斷向小型化、安全可靠的方向變化。真空斷路器在中壓范圍具有主導(dǎo)地位，其中真空滅弧室是12kV斷路器中分?jǐn)喽搪冯娏鞯年P(guān)鍵部分。真空斷路器同時(shí)具有環(huán)保、安全穩(wěn)定維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。其中真空滅弧室是該斷路器不可缺少的重要部件。滅弧室的電場(chǎng)分布是否均勻且場(chǎng)強(qiáng)差不超出安全范圍很大程度上關(guān)系著真空斷路器絕緣性能的好壞。若電場(chǎng)分布不均，過(guò)于集中就會(huì)引發(fā)擊穿，導(dǎo)致電流開(kāi)斷失敗。本文針對(duì)12kV真空斷路器的滅弧室做電場(chǎng)仿真，利用有限元法對(duì)真空滅弧室的電位和電場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算分析。本文所運(yùn)用的有限元法是一種優(yōu)越的數(shù)值分析方法，最初于20世紀(jì)50年代運(yùn)用連續(xù)體力學(xué)范疇。接著，由于有限元法的強(qiáng)大與優(yōu)越性，該方法迅速延申被運(yùn)用在計(jì)算各種不間斷場(chǎng)域，如溫度場(chǎng)、電場(chǎng)、流體場(chǎng)等。其基本原理是將一個(gè)繁瑣的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題，將原有求解域算作有限個(gè)小的互相連接的子域組成的與原來(lái)求解域相同的場(chǎng)域，再單獨(dú)對(duì)每個(gè)單元假設(shè)適當(dāng)?shù)慕平?，最后得出該求解域的解。由于?shí)際場(chǎng)域是連續(xù)的，而計(jì)算時(shí)被較粗略的子域取代，所以運(yùn)用有限元法得到的解是近似解。但現(xiàn)實(shí)中大部分問(wèn)題都無(wú)法計(jì)算出精確解，相對(duì)而言有限元法精度能滿(mǎn)足仿真需求，同時(shí)對(duì)求解對(duì)象的形狀沒(méi)有要求。因此，與計(jì)算機(jī)技術(shù)一同發(fā)展的有限元分析法是卓有成效的工程分析方法。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展電壓和場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算分析是電氣設(shè)備完善優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要方式，電氣設(shè)備的電場(chǎng)仿真分析為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了重要的理論基礎(chǔ)。當(dāng)下，已有一些公司發(fā)布了可以進(jìn)行電場(chǎng)計(jì)算的軟件，如ANSYS、FEMLAB、MAXWELL等，能夠利用計(jì)算機(jī)對(duì)目標(biāo)電場(chǎng)做出數(shù)值計(jì)算與分析，最近幾年，許多研究人員采取了不同的研究方式對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行剖析與優(yōu)化。河南電力博大工程設(shè)計(jì)有限公司通過(guò)軟件ANSYS對(duì)40.5kV穿墻套管以及母線做出有限元分析，并對(duì)分析目標(biāo)做出電場(chǎng)計(jì)算與改進(jìn)，結(jié)果顯示：絕緣故障不一定是因?yàn)榻^緣部件強(qiáng)度不足。空氣間隙放電也會(huì)影響電場(chǎng)的分布，其關(guān)鍵因素之一是母線棱角。經(jīng)由將矩形母線的棱角做圓角處置能夠改善場(chǎng)強(qiáng)分布不均的問(wèn)題，使電場(chǎng)強(qiáng)度在一定程度上下降，降低空氣間隙放電的概率。外國(guó)學(xué)者VolatC和FarzanehM對(duì)覆冰狀態(tài)下的絕緣子其形成的電場(chǎng)進(jìn)行了研究，他們發(fā)現(xiàn)，該粒子被凍結(jié)時(shí)，對(duì)所形成電場(chǎng)的分布情況產(chǎn)生了影響，另外，覆蓋的冰的大小和該粒子的電場(chǎng)分布情況會(huì)對(duì)空氣間隙產(chǎn)生影響。美國(guó)的SarangB，BasappaP，LakdawalaV通過(guò)軟件Coulomb研究了絕緣子在濕潤(rùn)的條件下的電場(chǎng)分布狀況，結(jié)果表明：潮濕的程度與方位對(duì)絕緣子表面的電場(chǎng)分布有不可忽視的影響。1.3本文主要內(nèi)容本文的主要研究對(duì)象是12kV真空斷路器，由于其具有三相對(duì)稱(chēng)的特性，因此只需要對(duì)一相進(jìn)行研究即可，既能簡(jiǎn)化過(guò)程，又不會(huì)對(duì)研究結(jié)果產(chǎn)生影響。應(yīng)用SolidWorks軟件對(duì)斷路器進(jìn)行建模，再將所得模型導(dǎo)入到AnsoftMaxwell軟件中，進(jìn)行有限元分析和電場(chǎng)的仿真。針對(duì)不同大小的屏蔽罩，研究其對(duì)電場(chǎng)的影響情況。所得結(jié)論給斷路器的優(yōu)化和控制提供理論依據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本文需要進(jìn)行的工作如下：第一章為緒論，主要介紹了12kV斷路器的發(fā)展，與仿真研究的背景和意義，以及有限元法的基本原理。第二章對(duì)本文應(yīng)用的有限元法的發(fā)展與應(yīng)用做了相關(guān)介紹，并對(duì)電場(chǎng)學(xué)基本理論做了詳細(xì)的介紹。第三章主要分為兩個(gè)部分，一、12kV斷路器模型的建立與簡(jiǎn)化：通過(guò)模型重建刪除其表面特征等方式進(jìn)行簡(jiǎn)化，便于后續(xù)的仿真計(jì)算，節(jié)省仿真計(jì)算的時(shí)間。二、12kV斷路器電場(chǎng)仿真與分析：將12kV斷路器模型導(dǎo)入AnsoftMaxwell仿真軟件中，定義材料屬性，添加邊界條件，完成12kV斷路器模型的電場(chǎng)仿真分析，得出最后的電壓和場(chǎng)強(qiáng)分布圖。第四章通過(guò)改變斷路器屏蔽罩半徑和添加金屬環(huán)來(lái)探究12kV真空滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)的分布影響因素。第五章主要分析了斷路器電場(chǎng)分布規(guī)律并對(duì)斷路器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出建議。第六章對(duì)本文研究成果做出總結(jié)，并對(duì)該范疇之后進(jìn)一步的發(fā)展研究工作做出的展望與設(shè)想。

第二章斷路器電場(chǎng)仿真研究理論基礎(chǔ)2.1有限元方法的發(fā)展與應(yīng)用有限元法的理論經(jīng)歷了很長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展。該理論的產(chǎn)生與發(fā)展傳播過(guò)程可分為如下階段：1943年理論首次被提出；1944年到1960年基本理論的前期發(fā)展；1961年到1990年理論逐漸成熟。第一階段，1943年美國(guó)著名的數(shù)學(xué)期刊發(fā)布了一篇名為《平衡和振動(dòng)問(wèn)題的變分解法》的文章。這篇文章的雛形是1941年一個(gè)的數(shù)學(xué)會(huì)議上，數(shù)學(xué)家柯朗在演講時(shí)所講述的內(nèi)容，這次演講的主要理論就是柯朗所設(shè)想的關(guān)于有限元的大致研究方向和研究要點(diǎn)等。在他提出這一基本理論設(shè)想的同一時(shí)期，另一名專(zhuān)注于工程領(lǐng)域的學(xué)者阿格瑞斯也發(fā)表了相似的理論。他們兩位在數(shù)學(xué)和工程兩個(gè)領(lǐng)域的研究中，產(chǎn)生了相似的想法，也說(shuō)明了有限元法產(chǎn)生的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，數(shù)學(xué)和工程的發(fā)展都需要有限元法。第二階段，在這個(gè)設(shè)想產(chǎn)生之初，數(shù)學(xué)和工程領(lǐng)域的學(xué)者們并沒(méi)有予以重視。這種現(xiàn)狀一直持續(xù)到上世紀(jì)中葉，此時(shí)的有限元理論才得到了進(jìn)步，六十年代才初步形成體系。此理論的進(jìn)步主要集中在以下幾個(gè)方面：數(shù)學(xué)式越來(lái)越準(zhǔn)確、網(wǎng)格分割方式和單元的種類(lèi)增多、對(duì)于解的研究等。上世紀(jì)的六十年代，數(shù)學(xué)家克勞夫發(fā)表了名為《平面應(yīng)力分析中的有限元》的文章，他用數(shù)學(xué)方法將某定義域劃分為有限個(gè)單元的過(guò)程進(jìn)行了完整的闡述。他有許多研究成果可以證明，對(duì)那些距離和類(lèi)別都相似的單元來(lái)說(shuō)，它們會(huì)伴隨著距離的減小而減小，與此同時(shí)得到的近似域內(nèi)的解會(huì)誤差更小。根據(jù)這種研究方法和研究過(guò)程，他得出了有限元法特殊情況下的收斂規(guī)律。最具有里程碑意義的是，他率先在重要場(chǎng)合提出了“有限元法”這一稱(chēng)呼。從有限元法的產(chǎn)生到現(xiàn)在的成熟理論體系，這一稱(chēng)呼一直沿用至今，它代表了有限元法這一研究階段的結(jié)束和新研究階段的開(kāi)始。第三階段，是其理論逐漸成熟的階段，這個(gè)時(shí)期我國(guó)的學(xué)者對(duì)于有限元法的研究也走上了正軌。首先是國(guó)外的學(xué)者們這個(gè)階段的研究成果：第一，對(duì)于有限元法在數(shù)學(xué)和通信領(lǐng)域的應(yīng)用構(gòu)建了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚擉w系；第二，有限元法也開(kāi)始在其他領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用和發(fā)展；第三，解的收斂規(guī)律被學(xué)者們更深層次的剖析，得出了一套有關(guān)于系統(tǒng)誤差的評(píng)價(jià)理論體系。第四，有里程碑意義的是有限元法的應(yīng)用計(jì)算軟件開(kāi)始出現(xiàn)并應(yīng)用在了工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。另外是我國(guó)對(duì)于有限元法的研究成果。1965年我國(guó)數(shù)學(xué)家馮康首次提出了相似的數(shù)學(xué)成果，這次提出的理論是獨(dú)立自主的研究，代表了有限元法在我國(guó)研究的開(kāi)端。他的這個(gè)理論的提出不僅限于一個(gè)新概念的產(chǎn)生，更是直接影響了這個(gè)理論在我國(guó)的最初發(fā)展，得到了我國(guó)科學(xué)界的廣泛重視。馮康的研究成果包括：經(jīng)過(guò)大量運(yùn)算總結(jié)出了其在某一特殊條件的表達(dá)式；總結(jié)了一個(gè)獨(dú)到的定理，并驗(yàn)證了其有效性；運(yùn)用該理論得到了解的收斂規(guī)律。雖然他提出的理論體系還存在不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤剑Y(jié)合他所處的歷史和社會(huì)環(huán)境來(lái)看，不難想象這個(gè)理論的得出和驗(yàn)證是經(jīng)過(guò)了多么復(fù)雜和艱難的過(guò)程。對(duì)于他所得出的成果，全世界的相關(guān)學(xué)者們和我國(guó)的領(lǐng)導(dǎo)人都給予了肯定。最近的二三十年以來(lái)，有限元法因其獨(dú)特的分析方法和強(qiáng)大的作用，逐漸被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)范疇，對(duì)于該方法的進(jìn)一步研究也在不斷進(jìn)步。該方法理論不局限于對(duì)機(jī)械的分析，還在現(xiàn)象領(lǐng)域得到了初步發(fā)展與運(yùn)用。其使用范圍從解決平面問(wèn)題延伸到了空間和板殼方面，從解決靜力分析問(wèn)題延伸到了動(dòng)力、穩(wěn)定、波動(dòng)等方面。研究對(duì)象也開(kāi)始擴(kuò)大范圍，從最開(kāi)始的彈性元件，到現(xiàn)在的各種材料應(yīng)用，從最開(kāi)始的固體，到現(xiàn)在的流體、滲流、傳熱、磁學(xué)、建筑、噪聲等多種方面。還有該方法的理論方面從做開(kāi)始的穩(wěn)態(tài)相關(guān)，到現(xiàn)在的材料和結(jié)構(gòu)的非線性、甚至?xí)r間問(wèn)題等等。對(duì)該方法內(nèi)設(shè)計(jì)到的網(wǎng)格劃分問(wèn)題，近年來(lái)取得了極大的成績(jī)，其自動(dòng)劃分網(wǎng)格法和單元自調(diào)整法得到了進(jìn)步與應(yīng)用，使得有限元法在企業(yè)生產(chǎn)和管理中的應(yīng)用越來(lái)越多，不僅提高了企業(yè)的效率，更反作用于其網(wǎng)格單元的發(fā)展進(jìn)程。其計(jì)算時(shí)龐大的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)運(yùn)算過(guò)程，主要特征就是計(jì)算需要計(jì)算機(jī)的運(yùn)算水平足夠高，還有會(huì)產(chǎn)生龐大的信息量。這就需要對(duì)計(jì)算開(kāi)始時(shí)的參數(shù)有足夠的理解和研究，只有這樣才能在計(jì)算過(guò)程察覺(jué)到隨機(jī)發(fā)生的變化和產(chǎn)生的錯(cuò)誤，才會(huì)對(duì)最終的出的結(jié)果有足夠的理解能力和認(rèn)知能力，以及獨(dú)到性見(jiàn)解。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，有限元法最常應(yīng)用和研究的對(duì)象就是場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)與分布。一般情況下，有：應(yīng)力、位移、壓力、電場(chǎng)等場(chǎng)的分布情況與大小計(jì)算，我們把這幾個(gè)問(wèn)題叫做“四維”問(wèn)題。因?yàn)閼?yīng)用有限元法從這幾個(gè)場(chǎng)中的得出的結(jié)果很復(fù)雜，學(xué)者們提出要將這些所得結(jié)果進(jìn)行可視化處理，就是把所得四維數(shù)據(jù)具象化或者對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地處理以直觀的展示出來(lái)，處理完之后可以使計(jì)算結(jié)果表現(xiàn)為圖像的形式，能直觀的看到場(chǎng)的分布狀態(tài)，從四維計(jì)算結(jié)果圖像中也能對(duì)研究對(duì)象的各種所受應(yīng)力、壓力、位移等力學(xué)特性進(jìn)行分析，得出所需要的更準(zhǔn)確的結(jié)論。這使得人們對(duì)于研究對(duì)象的場(chǎng)的變化更直觀和清晰，能得到從單純的數(shù)據(jù)結(jié)果看不出的結(jié)論，甚至從中得到意外之喜的創(chuàng)新點(diǎn)，使研究時(shí)間變短，大大提升了研究效率和所得結(jié)論的數(shù)量與質(zhì)量。2.2電場(chǎng)學(xué)基本理論電場(chǎng)學(xué)是對(duì)電磁場(chǎng)內(nèi)各種參量之間的相關(guān)聯(lián)系以及動(dòng)態(tài)變化情況的研究。對(duì)于電場(chǎng)的精確關(guān)系的得出，可以從庫(kù)倫的研究成果開(kāi)始了解，他對(duì)電荷的作用力關(guān)系進(jìn)行了揭示，他發(fā)現(xiàn)兩電荷之間的作用力大小和兩電荷間距離大小的平方是反比關(guān)系。后來(lái)著名物理家安培團(tuán)隊(duì)也得出了電流元間力的大小也符合這一結(jié)論。然后另一著名學(xué)者麥克斯韋對(duì)前人的電磁學(xué)的所得全部理論進(jìn)行了系統(tǒng)的整理，建立了這一學(xué)說(shuō)的全面理論體系。這一理論體系以他總結(jié)的方程組為中心思想，是經(jīng)典物理的最偉大成就之一。庫(kù)侖定律以慣性系為基準(zhǔn)進(jìn)行觀測(cè)，位于真空的兩個(gè)不動(dòng)的點(diǎn)電荷他們之間存在的庫(kù)侖力，與它們自身電量的乘積成正比，和它們所離距離的大小的平方成反比，其方向與兩點(diǎn)電荷的連接方向相同。表達(dá)式可以寫(xiě)為如下形式：（3-1）式中：和代表兩電荷自身所帶的電量大小和方向；r21代表兩電荷間的距離大?。皇菃挝皇噶?；k是常數(shù)，真空環(huán)境下。2、電場(chǎng)和靜電場(chǎng)在n個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度等于每個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和。可表示為：（3-2）式中是電荷單獨(dú)存在時(shí)在P點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度。在場(chǎng)源電荷是靜止的參考系中觀察到的電場(chǎng)叫做靜電場(chǎng)。電場(chǎng)中任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為：（3-3）其中，為到場(chǎng)點(diǎn)的距離；為由出發(fā)指向目標(biāo)位置的單位矢量。3、靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電介質(zhì)導(dǎo)體內(nèi)部的電荷平衡狀態(tài)為在此導(dǎo)體的內(nèi)部和外部都不存在電荷的移動(dòng)情況。這個(gè)狀態(tài)的導(dǎo)體上的電荷可以總結(jié)三點(diǎn)如下規(guī)律：（1）導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度可以視為零。（2）這個(gè)狀態(tài)的導(dǎo)體上的電荷不會(huì)存在于內(nèi)部只會(huì)存在于外部。（3）靜電平衡下的導(dǎo)體不受外部環(huán)境影響時(shí)，存在于其外部的電荷密度分布與其形狀曲率是正相關(guān)關(guān)系，即曲率越大，電荷分布越密集，電場(chǎng)線越多，電場(chǎng)強(qiáng)度也更高，甚至出現(xiàn)放電現(xiàn)象，這稱(chēng)為尖端效應(yīng)。我們平常說(shuō)的不導(dǎo)電的物體被稱(chēng)為絕緣體，電介質(zhì)即理想的絕緣體。但是若將其放入電場(chǎng)中，它會(huì)產(chǎn)生變化，引起電荷的移動(dòng)等。當(dāng)所處的電場(chǎng)強(qiáng)度比較大時(shí)，它自身的穩(wěn)定狀態(tài)會(huì)被破壞，產(chǎn)生電荷的定向移動(dòng)現(xiàn)象，這就導(dǎo)致了它不再是完美絕緣的物體，而是有了導(dǎo)電性能，這稱(chēng)為擊穿。所以在絕緣體的使用過(guò)程中要注意，其使用環(huán)境的場(chǎng)強(qiáng)要小于絕緣體發(fā)生擊穿現(xiàn)象的場(chǎng)強(qiáng)。4、電磁場(chǎng)中的偏微分方程在對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行分析和計(jì)算時(shí)，通過(guò)所列的數(shù)學(xué)方程直接進(jìn)行求解得到精確答案是不容易的，因此要采用有限元法的思想，找到邊界和初始條件進(jìn)行計(jì)算和求解。為了方便對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，將兩個(gè)場(chǎng)的相關(guān)參數(shù)和變量分開(kāi)運(yùn)算。通過(guò)兩個(gè)場(chǎng)的不同特性和狀態(tài)，將兩個(gè)單獨(dú)的場(chǎng)總結(jié)為代表磁場(chǎng)和電場(chǎng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。其中表示的關(guān)鍵量為磁勢(shì)（有方向的矢量）和電勢(shì)φ（無(wú)方向的標(biāo)量）。磁勢(shì)的表達(dá)式:（3-4）電勢(shì)的表達(dá)式:（3-5）依據(jù)相關(guān)電磁學(xué)定律的理論進(jìn)行推導(dǎo)，可以得到磁場(chǎng)和電場(chǎng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，分別如式（3-6）和（3-7）所示：（3-6）（3-7）式中，為介質(zhì)的磁導(dǎo)率（H/m），為介電常數(shù)（F/m）；稱(chēng)為拉普拉斯算子。通過(guò)有限元法的相關(guān)理論對(duì)上式進(jìn)行求解，即可得到磁勢(shì)和電勢(shì)φ，在應(yīng)用相關(guān)軟件運(yùn)算就能得到精確的場(chǎng)數(shù)值。2.3本章小結(jié)本章主要介紹了有限元法的發(fā)展與起源，并簡(jiǎn)要描述了有限元法的基本原理以及應(yīng)用范圍和其優(yōu)點(diǎn)，反映了本課題使用有限元法的優(yōu)越性。同時(shí)，描述了電場(chǎng)學(xué)的基本理論，為之后的電場(chǎng)仿真的分析計(jì)算做理論準(zhǔn)備。第三章12kV斷路器電場(chǎng)仿真研究3.112kV真空斷路器的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在市場(chǎng)上，斷路器的生產(chǎn)廠很多，生產(chǎn)的型號(hào)也多種多樣，適用于不同的場(chǎng)合。但可根據(jù)使用的位置不同將其基本劃分為室內(nèi)和室外兩大類(lèi)。其大致由主體結(jié)構(gòu)，消弧腔結(jié)構(gòu)，以及控制部分組成。真空斷路器的消弧腔是真空的，此外還有手動(dòng)控制部分、傳動(dòng)部分、底部框架等，如圖1所示。真空消弧腔的組成：靜觸頭、動(dòng)觸頭、絕緣罩、外殼、管狀彈性元件、防護(hù)蓋、導(dǎo)電部分、端蓋等，如圖2所示。圖112kV真空斷路器結(jié)構(gòu)示意圖靜管芯2、固定法蘭3、導(dǎo)向管4、動(dòng)蓋板5、波紋管6、波紋管屏蔽罩7、主屏蔽罩8、中封環(huán)9、金屬化瓷殼10、端屏蔽罩11、靜蓋板12、動(dòng)管芯圖212kV真空滅弧室內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖斷路器的主體結(jié)構(gòu)組成為：通電線路，絕緣部分，外殼等。其結(jié)構(gòu)是三相為一個(gè)箱體。其中的通電線路由輸入和輸出的導(dǎo)電桿和絕緣底座，導(dǎo)電夾，連接部分和真空消弧腔組裝而成。機(jī)構(gòu)是自動(dòng)儲(chǔ)能裝置，自動(dòng)開(kāi)合閘裝置，也能手動(dòng)操作。這個(gè)結(jié)構(gòu)是由開(kāi)合彈簧和線圈、儲(chǔ)存能量的裝置、電流保護(hù)裝置、手動(dòng)操作系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)等結(jié)構(gòu)組合而成的。真空斷路器的動(dòng)靜觸頭通常都是接觸型的，但是這樣可能造成彈跳的發(fā)生。為了避免因?yàn)橛|頭的跳動(dòng)現(xiàn)象使其意外運(yùn)行的狀況產(chǎn)生，要求觸頭需要用特殊的材料制造，并且在關(guān)閘時(shí)，壓力的大小要有所保證，且跳動(dòng)時(shí)間小于2ms。對(duì)于觸頭的材料一般需要滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)：熔點(diǎn)高、耐電弧、所含水比率低、阻截電流少等，這樣能對(duì)電流的流通與斷開(kāi)提供更穩(wěn)定可靠的控制。滿(mǎn)足上述要求的最好的材料為多種金屬制造的合金。最常應(yīng)用的是四種金屬組成的合金如：銅-鎢-鉍-鋯、銅-鎢-鎳-銻等。真空消弧腔整個(gè)部分都被玻璃密封，密封的玻璃殼也是不導(dǎo)電的，起到了保護(hù)作用。為了對(duì)導(dǎo)電的金屬桿進(jìn)行密封，使用管狀彈性元件，應(yīng)用之后，真空消弧腔就可由手動(dòng)控制裝置實(shí)現(xiàn)開(kāi)合操作，還能保證真空狀態(tài)不變。3.212kV斷路器模型的建立因?yàn)閿嗦菲鞯臏缁∈掖嬖诮^緣填充物質(zhì)、屏蔽裝置，外部還有絕緣殼體，其絕緣特性表現(xiàn)優(yōu)秀，所以開(kāi)合閘時(shí)的電場(chǎng)大多分布在滅弧室內(nèi)的觸頭附近，正由于這個(gè)緣故，一個(gè)斷路器是否具有良好的絕緣表現(xiàn)是由滅弧室內(nèi)的電場(chǎng)分布情況決定的，可以說(shuō)滅弧室是斷路器中最重要的部分。所以，下面就該部位的各方面優(yōu)化對(duì)真空斷路器的絕緣性的提升予以一些改進(jìn)方法。在SolidWords中對(duì)滅弧室進(jìn)行建模，其中其內(nèi)部電場(chǎng)分布與運(yùn)算方法見(jiàn)圖1。對(duì)其模型的建立做出幾點(diǎn)假設(shè)：1）不考慮絕緣填充物質(zhì)的氣泡；2）導(dǎo)體和電極等導(dǎo)電物質(zhì)的表面是光滑的；3）為方便進(jìn)行分析，簡(jiǎn)化相應(yīng)模型，忽略絕緣體極柱，只考慮滅弧室。為了能得到比較貼近事實(shí)的仿真結(jié)果，在軟件中搭建的模型都是與實(shí)物等尺寸的，兩個(gè)觸點(diǎn)的距離也是按標(biāo)準(zhǔn)的8mm進(jìn)行設(shè)置。所搭建的仿真模型由屏蔽罩、靜和動(dòng)兩導(dǎo)電裝置、觸頭底座、承受支架和觸頭片等組成。他們的尺寸分別是：屏蔽罩長(zhǎng)138mm，最大直徑102.5mm，寬度4mm；觸頭片寬度可達(dá)79mm，厚約5mm，其上垂向的槽寬2mm，長(zhǎng)22mm；觸點(diǎn)底座高可達(dá)22mm，厚達(dá)9mm，底座部件與地面呈25°角。觸頭座的杯指與水平面的夾角為25°。此處杯指斜槽將杯壁分為指狀。圖3滅弧室SolidWords模型圖3.3材料屬性和邊界條件的設(shè)置在軟件中的建模完成后，還需要對(duì)所有的部件使用的材料進(jìn)行編輯。所有部件里：導(dǎo)電裝置、底座和連接部件都是銅制的材料；承受支架和屏蔽罩是不銹鋼材料；最重要的觸頭片是CuCr50。詳細(xì)模型各部分的材料參數(shù)如表1所示，真空介電常數(shù)取1。表1電場(chǎng)仿真各部分材料屬性參數(shù)滅弧室內(nèi)部元器件材料種類(lèi)電阻率/Ω?m相對(duì)介電常數(shù)屏蔽罩不銹鋼2.70×10-81.8導(dǎo)電桿銅（Cu）1/5.80×10-71.0觸頭座銅（Cu）1/5.80×10-71.0觸頭支撐盤(pán)不銹鋼1/1.10×10-61.0觸頭片CuCr501/1.41×10-71.0理想條件下的消弧腔的電場(chǎng)分布地區(qū)不存在自由移動(dòng)的電荷，則滿(mǎn)足拉普拉斯方程：1（1）邊界條件為：φ（2）式中：φ為電位；L1和L2分別為靜、動(dòng)觸頭邊界；L3為中軸線和無(wú)限遠(yuǎn)邊界。通過(guò)對(duì)上式進(jìn)行求解，可得到三個(gè)點(diǎn)的電勢(shì)，再由式E=?gradφ計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小。真空消弧腔的絕緣罩可表示為：S（3）式中：φ、S和Q分別為屏蔽罩的電勢(shì)大小、表面積大小和帶電量。圖4材料參數(shù)設(shè)置需要對(duì)其邊界進(jìn)行一定的限制，要滿(mǎn)足如下條件：對(duì)靜觸頭和它周邊的連接部件加12kV的電壓，設(shè)置動(dòng)觸頭和它周邊的連接部件電壓為零；屏蔽罩編輯為懸浮導(dǎo)體；所計(jì)算的電場(chǎng)面積是所建模型大小的五倍，無(wú)窮遠(yuǎn)處為零電壓。3.4電場(chǎng)仿真計(jì)算結(jié)果將上一節(jié)所建立的滅弧室仿真模型導(dǎo)入AnsoftMaxwell軟件進(jìn)行有限元的相關(guān)分析和計(jì)算。依據(jù)描述的各部件的材料參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，對(duì)邊界需要滿(mǎn)足的條件加以限制，再對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，由此可得電位的分布情況如圖5所示。圖5真空斷路器滅弧室電位分布另外，還能獲得消弧腔內(nèi)部的電場(chǎng)分布情況圖，沿滅弧室模型的中心線的縱向剖視電場(chǎng)如圖6所示。圖6真空斷路器滅弧室電場(chǎng)分布由圖6可得，滅弧室內(nèi)部的各個(gè)部件的電場(chǎng)分布位置和場(chǎng)強(qiáng)大小，由圖的左上角圖示可知，圖示中越是靠上的顏色其場(chǎng)強(qiáng)越大，圖示中越是靠下的顏色其場(chǎng)強(qiáng)越小。另外還能看出，電場(chǎng)密度最大的地方是觸頭之間的位置和觸頭片表面邊緣與屏蔽罩之間的位置。為了方便更直觀的表達(dá)其分布狀況，另外選擇靜、動(dòng)觸頭表面和觸頭中心在水平方向上的電場(chǎng)分布情況。進(jìn)行對(duì)比分析，其中觸頭中心和其表面的電場(chǎng)分布情況可見(jiàn)圖7。其中：靜觸頭和動(dòng)觸頭表面的水平方向的取值位置為從觸頭片表面圓心位置沿面水平方向到其內(nèi)表面的最邊緣位置；動(dòng)、靜觸頭之間中心面沿水平方向的電場(chǎng)強(qiáng)度取值范圍為整個(gè)所建模型的中間位置沿著水平方向一直到所建模型的屏蔽罩的內(nèi)邊緣。由圖7可得如下結(jié)論：1）兩觸頭間中心水平面的場(chǎng)強(qiáng)大小約為3.6×105V/m。在這個(gè)部分存在的電場(chǎng)是較平緩的，不會(huì)輕易產(chǎn)生放電現(xiàn)象。2）滅弧室內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)最大的位置是在靜觸頭水平面上最接近靜觸頭邊緣的地方，即觸頭與屏蔽罩的間隙，其值為5.18×105V/m，這一值比兩觸頭間位置的中心水平面的場(chǎng)強(qiáng)的最大值大。3）兩觸頭表面的電場(chǎng)是不相等的，在距其中間約27mm的位置，場(chǎng)強(qiáng)的增大速率出現(xiàn)急速的增加。4）雖然動(dòng)、靜觸頭大體是對(duì)稱(chēng)的，但靜觸頭表面的場(chǎng)強(qiáng)比動(dòng)觸頭表面場(chǎng)強(qiáng)要大，這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是：在軟件中所建立模型是以成都旭光電子股份有限公司的滅弧室模型為原型的，建立的運(yùn)算模型靜、動(dòng)兩個(gè)觸頭的導(dǎo)電端的結(jié)構(gòu)沒(méi)有完全對(duì)稱(chēng)，靜導(dǎo)電裝置的長(zhǎng)度略小于動(dòng)導(dǎo)電裝置，且其靜導(dǎo)電裝置被密封在了屏蔽罩內(nèi)，因此靜觸頭和靜導(dǎo)電裝置附近的電場(chǎng)都聚集在屏蔽罩內(nèi)。圖7觸頭表面與觸頭中心平面徑向的電場(chǎng)分布曲線圖3.5本章小結(jié)本章介紹了真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)，并依據(jù)實(shí)際需求通過(guò)SolidWorks建立斷路器滅弧室三維模型并簡(jiǎn)化，設(shè)置材料屬性和邊界條件，采用AnsoftMaxwell進(jìn)行電場(chǎng)分析。根據(jù)仿真計(jì)算的實(shí)踐過(guò)程可知：1.在開(kāi)始仿真計(jì)算之前，對(duì)模型中不影響計(jì)算結(jié)果的部分做出簡(jiǎn)化處理能夠減少計(jì)算量，降低時(shí)間成本，提高效率。2.仿真計(jì)算過(guò)程中，微小空氣域可能造成網(wǎng)格劃分不成功，要對(duì)其做出優(yōu)化處理。3.由于絕緣拉桿倒角增大，電場(chǎng)強(qiáng)度值慢慢下降。其原因是倒角的加大會(huì)讓絕緣拉桿倒角部分變得更光滑，以便電場(chǎng)的優(yōu)化。

第四章12kV真空滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)分布影響因素的分析4.1屏蔽罩對(duì)電場(chǎng)分布的影響滅弧室內(nèi)電場(chǎng)的分布狀態(tài)是否滿(mǎn)足要求決定了對(duì)絕緣情況的評(píng)價(jià)。為了對(duì)滅弧室內(nèi)電場(chǎng)進(jìn)行更好的研究，在軟件中建立不同類(lèi)型的模型以實(shí)現(xiàn)對(duì)其的進(jìn)行對(duì)照分析和研究。在對(duì)滅弧室的研制和發(fā)展過(guò)程中，理想材料狀況下的電極在真空中正常工作而不被擊穿的最高場(chǎng)強(qiáng)為107V/m。充分考慮多種條件的影響，如：其電場(chǎng)分布不平均性、電極材料和擊穿閾值等，用于生產(chǎn)的滅弧室在設(shè)計(jì)時(shí)，滅弧室內(nèi)應(yīng)保證其場(chǎng)強(qiáng)小于8×106V/m。但是，其內(nèi)部的絕緣特性除了與場(chǎng)強(qiáng)有關(guān)外還與其他因素有關(guān)。例如，其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)的最大處和最小處的差值，即電場(chǎng)分布是否均勻的特性，其分布越均勻差值越小，其絕緣特性也就越優(yōu)秀。所以，應(yīng)用這種分析方法，能得到滅弧室內(nèi)兩觸頭的距離、觸點(diǎn)和絕緣罩的外形等影響方面對(duì)滅弧室內(nèi)電場(chǎng)的分布情況的影響。觸頭和屏蔽罩間的位置以及屏蔽罩的非中心區(qū)域電場(chǎng)分布不夠平均，對(duì)滅弧室的特性產(chǎn)生了不好的影響，是滅弧室內(nèi)最需要注意是否會(huì)發(fā)生擊穿的區(qū)域。為了改善電場(chǎng)分布的情況，對(duì)屏蔽罩的大小尺寸、形狀等因素進(jìn)行研究，并分析它們與電場(chǎng)分布的關(guān)系，以使上述區(qū)域的電場(chǎng)分布更加均勻。4.2屏蔽罩半徑對(duì)內(nèi)部電場(chǎng)分布的影響為了對(duì)屏蔽罩的大小尺寸、形狀等因素與電場(chǎng)分布的關(guān)系進(jìn)行分析，運(yùn)用控制變量法。其他影響因素保持不變，僅僅改變屏蔽罩半徑的大小，取其半徑分別為48.75mm、51.25mm和53.75mm三種情況，分別對(duì)其內(nèi)部電場(chǎng)進(jìn)行仿真分析并對(duì)比。由于滅弧室中電場(chǎng)主要集中在屏蔽罩內(nèi)，故本次仿真只討論屏蔽罩內(nèi)部電場(chǎng)分布情況。因?yàn)榉抡娴牟襟E太多且復(fù)雜，因此為了減少仿真所需時(shí)間，對(duì)模型進(jìn)行精簡(jiǎn)。下圖8-13為絕緣罩半徑分別為48.75mm、51.25mm和53.75nn三種情況時(shí)靜觸頭表面在中心線方向的電場(chǎng)分布情況和電場(chǎng)模型的垂向剖面電場(chǎng)的分布情況。圖8電場(chǎng)分布曲線圖（屏蔽罩外徑48.75mm)圖9真空斷路器滅弧室電場(chǎng)分布（屏蔽罩外徑48.75mm)通過(guò)仿真電場(chǎng)分布情況，不難在圖9中看出滅弧室內(nèi)電場(chǎng)主要在1.83×106V/m到8.50×104V/m區(qū)間內(nèi)。電場(chǎng)主要集中在觸頭間隙的邊緣位置。圖10電場(chǎng)分布曲線圖（屏蔽罩外徑51.25mm)圖11真空斷路器滅弧室電場(chǎng)分布（屏蔽罩外徑51.25mm)通過(guò)仿真電場(chǎng)分布情況，能夠在圖11中看出滅弧室內(nèi)電場(chǎng)主要在2.35×106V/m到5.06×104V/m區(qū)間內(nèi)。電場(chǎng)主要集中在觸頭間隙的邊緣位置。圖12電場(chǎng)分布曲線圖（屏蔽罩外徑53.75mm)圖13真空斷路器滅弧室電場(chǎng)分布（屏蔽罩外徑53.75mm)通過(guò)仿真電場(chǎng)分布情況，可以在圖13中看出滅弧室內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度主要在9.03×105V/m到4.19×104V/m區(qū)間內(nèi)。電場(chǎng)主要集中在觸頭間隙的邊緣位置。綜上所述，由圖8、10、12可得以下結(jié)論：1）從這三張圖的走勢(shì)來(lái)說(shuō)，在靜觸頭表面的最外圍處開(kāi)始，場(chǎng)強(qiáng)上升速度加快，但場(chǎng)強(qiáng)在與靜觸頭間距變大時(shí)就開(kāi)始下降，最后，曲線變得平穩(wěn)。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是：在靜觸頭表面的最外圍處附近的區(qū)域其所占位置不大，最終造成了此位置內(nèi)的電荷過(guò)于集中的現(xiàn)象，因此此位置的場(chǎng)強(qiáng)會(huì)很快的增大。但場(chǎng)強(qiáng)在與靜觸頭所離間距逐漸增大的過(guò)程中，電荷逐漸平均分布于各處，場(chǎng)強(qiáng)也開(kāi)始下降，后曲線變得平穩(wěn)。2）隨著屏蔽罩半徑逐漸增加的過(guò)程中，場(chǎng)強(qiáng)的峰值都是下降的，其峰值從4.1×105V/m下降至4.1×105V/m，且半徑增大時(shí)其曲線也變得更加平穩(wěn)。因此，半徑處在一定區(qū)間內(nèi)，隨著其值的增加，屏蔽罩與觸頭間的場(chǎng)強(qiáng)隨之減小，且分布變得越來(lái)越平均。4.3本章小結(jié)本章闡述了絕緣罩與電場(chǎng)分布的關(guān)系，也說(shuō)明了其優(yōu)化所需改進(jìn)的地方及斷路器運(yùn)行過(guò)程對(duì)場(chǎng)強(qiáng)的需要條件，還有滅弧室的絕緣性?xún)?yōu)劣的評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過(guò)對(duì)比不同絕緣罩半徑對(duì)電場(chǎng)分布的影響情況，對(duì)不同絕緣罩半徑下的場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行對(duì)比分析，得出最終結(jié)論如下：半徑處在一定區(qū)間時(shí)，隨著其值的增加，屏蔽罩與觸頭間的場(chǎng)強(qiáng)隨之減小，且分布變得越來(lái)越平均。以期對(duì)屏蔽罩半徑的設(shè)計(jì)提供參考。第五章斷路器優(yōu)化設(shè)計(jì)5.1屏蔽罩結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)由第四章的結(jié)論可知，屏蔽罩半徑對(duì)滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)的大小和均勻程度有一定影響。在一定范圍內(nèi)隨著屏蔽罩半徑的增大，屏蔽罩與觸頭之間的電場(chǎng)強(qiáng)度明顯減小而且電場(chǎng)分布更加均勻。因此，在實(shí)際情況允許和理論合理的前提下，可以選用半徑相對(duì)較大的屏蔽罩，達(dá)到使電場(chǎng)強(qiáng)度不超過(guò)絕緣擊穿臨界值的目的，與此同時(shí)滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度的最大值與最小值之差能夠保持在較小的范圍內(nèi)。5.2金屬環(huán)厚度對(duì)滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)的影響為降低12kV真空斷路器滅弧室內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度和滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度的最大值與最小值的差值，嘗試在屏蔽罩內(nèi)部添加金屬環(huán)。以不銹鋼（電阻率/Ω?m為1/1.10×10-6；相對(duì)介電常數(shù)為1.0）為例。建立其仿真模型如圖14所示。為研究屏蔽罩內(nèi)加入金屬環(huán)是否能達(dá)到使滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)更均勻的效果，用圖14所示模型進(jìn)行電場(chǎng)仿真。選取屏蔽罩外徑為102.5mm的情況進(jìn)行討論。其中，金屬環(huán)與屏蔽罩間隔0.7mm即金屬環(huán)外徑為97mm，其高度與屏蔽罩一致。圖14優(yōu)化后滅弧室模型為研究屏蔽罩內(nèi)加入金屬環(huán)是否能達(dá)到使滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)更均勻的效果，以及金屬環(huán)尺寸對(duì)真空滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)分布的影響。當(dāng)其他條件不變時(shí)，只改變金屬環(huán)的半徑，對(duì)比計(jì)算真空滅弧室內(nèi)部的電場(chǎng)分布。分別取金屬環(huán)厚度為0.5mm、1.00mm和2.00mm時(shí)的情況進(jìn)行分析。找到均勻電場(chǎng)效果較好的情況。圖13真空斷路器滅弧室電場(chǎng)分布（金屬環(huán)厚度0.5mm)通過(guò)仿真電場(chǎng)分布情況，可以在圖13中看出，添加0.5mm金屬環(huán)后滅弧室內(nèi)電場(chǎng)主要在1.68×106V/m到2.68×105V/m區(qū)間內(nèi)。電場(chǎng)主要集中在觸頭間隙的邊緣位置。對(duì)比沒(méi)有金屬環(huán)時(shí)電場(chǎng)區(qū)間大約在2.35×106V/m到5.06×104V/m的情況下。最大值明顯下降，而最小值上升，達(dá)到了降低電場(chǎng)強(qiáng)度，且內(nèi)部電場(chǎng)分布更均勻的目的，符合優(yōu)化要求。圖14真空斷路器滅弧室電場(chǎng)分布（金屬環(huán)厚度1.0mm)通過(guò)仿真電場(chǎng)分布情況，可以在圖14中看出，添加1.0mm金屬環(huán)后滅弧室內(nèi)電場(chǎng)主要在1.28×106V/m到2.00×105V/m區(qū)間內(nèi)。電場(chǎng)主要集中在觸頭間隙的邊緣位置。相較于添加0.5mm金屬環(huán)時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)一步下降。圖15真空斷路器滅弧室電場(chǎng)分布（金屬環(huán)厚度2.0mm)通過(guò)仿真電場(chǎng)分布情況，可以在圖15中看出，添加2.0mm金屬環(huán)后滅弧室內(nèi)電場(chǎng)主要在1.44×106V/m到2.28×105V/m區(qū)間內(nèi)。電場(chǎng)主要集中在觸頭間隙的邊緣位置。相較于添加0.1mm金屬環(huán)時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度再次下降，且最小值上升。綜上所述，添加金屬環(huán)可以在一定程度上使滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)更均勻。其他條件相同時(shí)的情況下，添加的金屬環(huán)越厚，均勻電場(chǎng)的效果越好。但需要注意的是，通過(guò)添加金屬環(huán)來(lái)使電場(chǎng)更均勻的方法有一定的弊端。電場(chǎng)最大值下降的過(guò)程中，電場(chǎng)最小值也在上升，因此在選擇金屬環(huán)厚度時(shí)，需要注意電場(chǎng)強(qiáng)度不能過(guò)高。本文所選三種金屬環(huán)厚度并未使電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)擊穿強(qiáng)度。5.3金屬環(huán)材質(zhì)對(duì)滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)的影響選取金屬環(huán)厚度為0.5mm的情況為例，改變金屬環(huán)材料，討論不同材料對(duì)12kV真空斷路器滅弧室電場(chǎng)分布的影響。5.2討論了金屬環(huán)為不銹鋼（電阻率/Ω?m為1/1.10×10-6；相對(duì)介電常數(shù)為1.0）的情況。在金屬環(huán)厚度為0.5mm時(shí)，滅弧室內(nèi)電場(chǎng)主要在1.68×106V/m到2.68×105V/m區(qū)間內(nèi)。為研究金屬環(huán)材料對(duì)真空滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)分布的影響，當(dāng)其他條件不變時(shí)，只改變金屬環(huán)材料屬性，對(duì)比用不銹鋼做金屬環(huán)時(shí)真空滅弧室內(nèi)部的電場(chǎng)分布情況。分別取金屬環(huán)材料為銅、銀和錳銅時(shí)的情況進(jìn)行分析。材料參數(shù)如表2。表2屏蔽罩內(nèi)部金屬環(huán)材料屬性參數(shù)材料種類(lèi)電阻率/Ω?m相對(duì)介電常數(shù)不銹鋼1/1.10×10-61.0銅（