一种高压开关设备在冲击电压下的暂态电场计算方法
专利汇可以提供一种高压开关设备在冲击电压下的暂态电场计算方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种高压 开关 设备在冲击 电压 下的暂态 电场 计算方法，属于高压开关设备绝缘设计与数值仿真领域，包括如下步骤：对雷电、操作冲击电压 波形 进行傅里叶分解，确定冲击电压波形的 直流分量 与各次谐波分量峰值、 频率 等参数；拟合分析高压开关设备绝缘材料介电 频谱 测量数据，得出绝缘材料直流电导率、直流分量及各谐波分量下对应的相对 介电常数 ；建立高压开关设备电场 有限元分析 模型，计算直流分量及各谐波分量作用下的电场分布并进行线性 叠加 ，得出高压开关设备在冲击电压下的暂态电场分布。本发明综合考虑了高压开关设备绝缘材料转向极化过程，与传统方法相比，高压开关设备在雷电、操作冲击电压下暂态电场计算的准确度提高了4.46％。，下面是一种高压开关设备在冲击电压下的暂态电场计算方法专利的具体信息内容。
1.一种高压开关设备在冲击电压下的暂态电场计算方法，其特征在于，利用高压开关设备的暂态电场数学模型，联合基于智能优化算法的介电谱分析方法，在计算时间成本可接受的前提下，计算高压开关设备在冲击电压下的暂态电场分布，其步骤如下：
步骤1，采集高压开关设备在雷电、操作状态下冲击电压的实时数据，并对高压开关设备在雷电、操作状态下的冲击电压的波形进行傅里叶分解，得出分解后的冲击电压直流分量和冲击电压交流分量，再以分解后获得的直流分量的1/600作为筛选标准，选取所有峰值大于直流分量1/600的谐波分量，得到筛选后的冲击电压各次谐波分量峰值；将分解后的冲击电压直流分量记为直流分量Udc，筛选后的冲击电压各次谐波分量峰值中的任一个谐波分量峰值记为谐波分量峰值Uk、谐波分量峰值Uk的谐波角频率记为谐波角频率ωk，k为筛选出的谐波分量峰值编号，k＝1，2，3，4……；
步骤2，测量高压开关设备绝缘件环氧氧化铝复合材料的宽频介电谱，得到以下三个参*
数的试验数据：复介电常数εHN(ωk)、复介电常数的实部ε′HN(ωk)和复介电常数的虚部ε″HN(ωk)，分析材料弛豫峰的个数m，建立各绝缘材料的H-N函数模如下：
ε*HN(ωk)＝ε′HN(ωk)-iε″HN(ωk)
式中：i为虚数单位；
步骤3，以复介电常数的虚部ε″HN(ωk)为对象，建立目标函数如下式所示，利用智能优化算法拟合分析，重构环氧氧化铝复合材料对应H-N方程；
式中，εk″(ωk)为复介电常数的虚部拟合数据，ωk为谐波角频率，min为优化的目标函数值，控制在0.001以内；
步骤4，根据下式计算得出高压开关设备环氧氧化铝复合材料的直流电导率γd及环氧氧化铝复合材料各谐波分量对应频率的介电弛豫强度Δε(ωk)；
式中，εs为静态介电常数，ε∞为光频介电常数，τHN表示弛豫时间常数；β为描述弛豫峰的形状因子1，γ为描述弛豫峰的形状因子2；j为累加求和下界；
步骤5，利用有限元分析软件建立高压开关设备的电场有限元分析模型，调用高压开关设备环氧氧化铝复合材料的直流电导率γd、环氧氧化铝复合材料各谐波分量对应频率的介电弛豫强度Δε(ωk)、静态介电常数εs、光频介电常数ε∞，提取得到各次谐波分量对应的单元编号s；
步骤6，对步骤5建立的电场有限元分析模型施加直流分量Udc，运用有限元法计算得到直流稳态环境下各单元随时间变化的电位值，并记为直流电位值 对步骤5建立的电场有限元分析模型模型分别施加谐波分量峰值Uk，运用有限元法计算得到各次谐波分量下各单元随时间变化的电位值，记为谐波分量峰值电位值 所述施加谐波分量峰值Uk的步长采用分段时间设置；
步骤7，根据下式计算直流分量与各谐波分量共同作用时各单元电位值随时间变化关系并记为单元电位
根据单元电位 得到高压开关设备在冲击电压下的暂态电场分布情况。
2.根据权利要求1所述的一种高压开关设备在冲击电压下的暂态电场计算方法，其特征在于，所述施加谐波分量峰值Uk的步长采用分段时间设置的具体内容如下：
对于雷电冲击电压，在0μs＜波前时间≤3μs时，设置0.01μs≤时间步长≤0.1μs；当3μs＜半峰值时间≤50μs时，设置0.5μs≤时间步长≤2μs；
对于操作冲击电压，当0μs＜波前时间≤300μs时，设置1μs≤时间步长≤10μs；当300μs＜半峰值时间≤2500μs时，设置5μs≤时间步长≤20μs。
一种高压开关设备在冲击电压下的暂态电场计算方法
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