绝缘材料

物理量	名称	数值	参考文献
e/C	单位电荷量	1.6×10^-19	[10]
k_B/(J/K)	玻尔兹曼常数	1.38×10^-23	[10]
$ε S F 6$	六氟化硫介电常数	1.002	[10]
$ε 0$ /(F/m)	真空介电常数	8.854×10^-12	[26]
$n 0 ±$ /(1/m³)	初始正、负离子密度	1.14×10¹⁰	[22]
$γ C$ /(S/m)	临界电导率	1×10^-13	[23]
E_c/(kV/mm)	临界电场强度	5	[23]
$γ 0 / S$	材料系数	10^-20	[24]
α₀/(m/MV)	电场敏感系数	1.25	[24]
P/MPa	仿真压强	0.5	[22]
A/(S/m)	材料系数	45.5	[24]
B/K	材料系数	1.086×10⁴	[24]
T₀/K	基准温度	273.15	[26]
T_h/K	高压电极温度	371	[26]
T_l/K	地电极温度	333	[26]
T_a/K	大气温度	313	[10]

物理量

名称

数值

参考文献

e/C

单位电荷量

1.6×10^-19

[10]

k_B/(J/K)

玻尔兹曼常数

1.38×10^-23

[10]

ε S F 6

六氟化硫介电常数

1.002

[10]

ε 0

/(F/m)

真空介电常数

8.854×10^-12

[26]

n 0 ±

/(1/m³)

初始正、负离子密度

1.14×10¹⁰

[22]

γ C

/(S/m)

临界电导率

1×10^-13

[23]

E_c/(kV/mm)

临界电场强度

[23]

γ 0 / S

材料系数

10^-20

[24]

α₀/(m/MV)

电场敏感系数

1.25

[24]

P/MPa

仿真压强

0.5

[22]

A/(S/m)

材料系数

45.5

[24]

B/K

材料系数

1.086×10⁴

[24]

T₀/K

基准温度

273.15

[26]

T_h/K

高压电极温度

371

[26]

T_l/K

地电极温度

333

[26]

T_a/K

大气温度

313

[10]

物理量	名称	数值	参考文献
e/C	单位电荷量	1.6×10^-19	[10]
k_B/(J/K)	玻尔兹曼常数	1.38×10^-23	[10]
$ε S F 6$	六氟化硫介电常数	1.002	[10]
$ε 0$ /(F/m)	真空介电常数	8.854×10^-12	[26]
$n 0 ±$ /(1/m³)	初始正、负离子密度	1.14×10¹⁰	[22]
$γ C$ /(S/m)	临界电导率	1×10^-13	[23]
E_c/(kV/mm)	临界电场强度	5	[23]
$γ 0 / S$	材料系数	10^-20	[24]
α₀/(m/MV)	电场敏感系数	1.25	[24]
P/MPa	仿真压强	0.5	[22]
A/(S/m)	材料系数	45.5	[24]
B/K	材料系数	1.086×10⁴	[24]
T₀/K	基准温度	273.15	[26]
T_h/K	高压电极温度	371	[26]
T_l/K	地电极温度	333	[26]
T_a/K	大气温度	313	[10]

物理量

名称

数值

参考文献

e/C

单位电荷量

1.6×10^-19

[10]

k_B/(J/K)

玻尔兹曼常数

1.38×10^-23

[10]

ε S F 6

六氟化硫介电常数

1.002

[10]

ε 0

/(F/m)

真空介电常数

8.854×10^-12

[26]

n 0 ±

/(1/m³)

初始正、负离子密度

1.14×10¹⁰

[22]

γ C

/(S/m)

临界电导率

1×10^-13

[23]

E_c/(kV/mm)

临界电场强度

[23]

γ 0 / S

材料系数

10^-20

[24]

α₀/(m/MV)

电场敏感系数

1.25

[24]

P/MPa

仿真压强

0.5

[22]

A/(S/m)

材料系数

45.5

[24]

B/K

材料系数

1.086×10⁴

[24]

T₀/K

基准温度

273.15

[26]

T_h/K

高压电极温度

371

[26]

T_l/K

地电极温度

333

[26]

T_a/K

大气温度

313

[10]

非线性电导涂层对直流GIL绝缘子空间/表面电荷和沿面电场的调控研究

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陈继明 , 吴绩涛 , 毕官正 , 尹智慧

绝缘材料 | 绝缘技术 2024,57(3): 89-95

收起

绝缘材料 | 绝缘技术 2024, 57(3): 89-95

非线性电导涂层对直流GIL绝缘子空间/表面电荷和沿面电场的调控研究

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陈继明, 吴绩涛, 毕官正, 尹智慧

作者信息

中国石油大学（华东）新能源学院，山东青岛 266580

陈继明（1970-），男（汉族），山东济宁人，副教授，主要从事电力系统故障检测诊断工作。

通讯作者:

吴绩涛（1998-），男（汉族），河南信阳人，硕士生，主要从事高压绝缘材料性能的研究。

Study on regulation of space/surface charge and surface electric field of DC GIL insulator by nonlinear conductive coating

Jiming CHEN, Jitao WU, Guanzheng BI, Zhihui YIN

Affiliations

College of New Energy, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, China

出版时间: 2024-03-20 doi: 10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2024.03.012

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摘要

收起

空间/表面电荷积聚是导致直流GIL绝缘子沿面闪络电压降低的潜在原因，涂敷非线性电导涂层是提升沿面绝缘性能的有效方法。本文建立了电场依赖性非线性电导涂层对绝缘子空间/表面电荷及沿面电场调控的数学模型，综合考虑了绝缘气体电流密度以及绝缘子固体电导率与电场强度的非线性关系，通过该模型研究了温度梯度分布下绝缘子内部电荷的分布规律，以及非线性电导涂层对绝缘子表面电荷积聚的影响机制。结果表明：非线性电导涂层对空间电荷消散有明显的促进作用，高压电极附近的同极性电荷主导了表面电荷分布；由于表面电荷分布和切向电场的改善，绝缘子的沿面闪络性能得到提高；在绝缘子与涂层界面之间会积聚正电荷，并从高压电极向地电极逐步递减。

关键词

直流GIL / 非线性电导涂层 / 固-气/固-固界面电荷积聚 / 空间电荷密度

Abstract

收起

Space/surface charge accumulation is a potential cause for the decrease of surface flashover voltage of DC GIL insulators. Applying nonlinear conductive coating is an effective method to improve the surface insulation performance. In this paper, a mathematical model was established for the regulation of space/surface charge and surface electric field of insulator by electric field dependent nonlinear con-ductive coating. The nonlinear relationships between the current density of insulating gas and the solid conductivity of insulator and the electric field intensity were comprehensively considered. The internal charge distribution law of insulator under temperature gradient distribution and the influence mechanism of nonlinear conductive coating on the surface charge accumulation of insulator were studied through this model. The results show that the nonlinear conductive coating promotes the dissipation of space charge obviously, and the homopolar charge near the high voltage electrode dominates the surface charge distribution. Due to the improvements of surface charge distribution and tangential electric field, the surface flashover performance improves. The positive charge may accumulate between the insulator and the coating interface, and decrease gradually from the high voltage electrode to the ground electrode.

Key words

DC GIL / nonlinear conductive coating / charge accumulation at the solid-gas/solid-solid interface / space charge density

引用本文

陈继明, 吴绩涛, 毕官正, 尹智慧. 非线性电导涂层对直流GIL绝缘子空间/表面电荷和沿面电场的调控研究. 绝缘材料, 2024 , 57 (3) : 89 -95 . DOI: 10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2024.03.012

Jiming CHEN, Jitao WU, Guanzheng BI, Zhihui YIN. Study on regulation of space/surface charge and surface electric field of DC GIL insulator by nonlinear conductive coating[J]. Insulating Materials, 2024 , 57 (3) : 89 -95 . DOI: 10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2024.03.012

正文

收起

0 引言

收起

高压气体绝缘输电线路（gas-insulated transmission lines，GIL）相较于传统架空线路具有可靠性高、稳定性好等优点^[1]，在自然环境恶劣地区已被应用于直流输电系统中。但在直流高压作用下，绝缘子空间和表面电荷积聚导致沿面电场发生畸变，会影响绝缘子的沿面绝缘性能，限制了直流GIL的大规模发展^[2]。

目前针对绝缘子沿面绝缘性能的研究主要集中在表面电荷积聚特性和表面电荷抑制策略两个方面^[3-4]。前者研究的是电荷在固-气界面上的积累、耗散和输运机理^[5]，后者旨在提出抑制表面电荷积聚的方法^[6]，从而提高表面绝缘强度。因此，掌握表面电荷积聚的机理至关重要。目前，许多研究学者对直流GIL绝缘子空间/表面电荷积聚的机理进行了大量研究^[7-11]，认为表面电荷的来源主要有3种：①气体体积电流；②绝缘子表面电流；③绝缘子侧体积电流^[12]。

绝缘子表面涂层是抑制表面电荷积聚的有效手段。文献[13]利用不同TiO₂含量的TiO₂/环氧树脂复合材料以及文献[14]将

C r 2 O 3

沉积到环氧树脂材料表面的方式，实现了绝缘子表面从高压电极到接地电极电导率逐步减小的效果，结果表明这种涂层抑制了表面随机分布和电极附近的局部电荷。同时文献[15]提出的不同表面导电性分级涂层（surface conductivity graded coating，SCGC）与文献[16]提出的表层功能梯度材料（surface functionally graded materials，SFGM）的方案类似，前者揭示了绝缘子的表面电荷行为和闪络性能，后者研究了SFGM方案对直流GIL绝缘子电场分布的调控机理。文献[17]通过建立GIL盆式绝缘子在直流电压下电荷积聚的仿真模型，分析了主导表面电荷积累机制转变的原因；同时通过实验发现SiC/环氧涂层材料的非线性电导性可以控制电极的充电过程^[18-20]。不过以上研究也存在一些不足：在研究涂层对电荷的调控时未考虑温度梯度导致电导率分布不均对电荷积聚的影响；不管是仿真分析或是实验计算，均未考虑绝缘子与涂层之间界面电荷积聚的问题。

本文在考虑温度梯度下研究非线性电导涂层对直流GIL绝缘子空间/表面电荷和沿面电场的调控机理。在涂层电导率、气体侧电流密度与场强以及绝缘子体积电导率与温度的非线性关系基础上，建立非线性电导涂层对绝缘子空间/表面电荷调控的数学模型，并通过该模型研究非线性电导涂层对空间电荷和界面电荷以及电场分布的调控机制。

1 直流GIL电-热多物理场数学模型

收起

由于直流GIL绝缘子表面电导、气体侧电导和固体侧电导机制的影响，其空间/表面电荷的积聚是一个动态平衡过程，下面分别从固-气界面、固-固界面电荷积聚特性和直流GIL温度出发介绍直流GIL的电-热多物理场数学模型。

1.1 绝缘气体侧数学模型

在绝缘气体中，由于正、负离子不停地产生、复合、碰撞和扩散，气体侧电流密度与场强并非简单的线性关系，本文建立考虑微观过程的气体侧数学模型。

使用微分方程组来表示绝缘气体中正、负离子密度，如式（1）所示^[2,21]。

∂ n + / ∂ t = ∂ n I P / ∂ t - k r n + n - - d i v n + b + E + D + ∇ 2 n + ∂ n - / ∂ t = ∂ n I P / ∂ t - k r n + n - - d i v n - b - E + D - ∇ 2 n -

（1）

式（1）中：

∂ n I P / ∂ t

为绝缘气体中离子对生成速率，本文取值为30 IP/(cm³·s)，IP为离子对；

k r

为复合系数，取值为1.74×10^-7 cm³/s^[10]；

n +

、

n -

是正、负离子密度；

b +

、

b -

是正、负离子迁移率，

b +

b -

=0.048 cm²/(V·s)；

E

为电场强度；

D +

、

D -

是正、负离子扩散速率。

在绝缘气体中正、负离子的扩散速率可由Einstein方程（式（2））表示。

D + = D - = b + / - k B T g e

（2）

式（2）中，T_g为SF₆气体温度。

直流GIL中的电场强度和正、负离子密度与电势

φ

的关系可由式（3）～（4）表示。

E = - ∇ φ

（3）

∇ 2 φ = - e n + - n - / ε

（4）

式（4）中，ε为介电常数。

以上微分方程构建了绝缘气体侧内部离子运动的微观模型，联立可以求得正、负离子的密度分布和电场分布。

1.2 涂层固-气界面数学模型

涂层固-气界面电荷密度随时间变化的积聚方程如式（5）所示^[22]，指定由固体侧指向气体侧的方向为电场法向方向，如图1所示。

∂ σ / ∂ t = J I n - J G n - ∇ ⋅ γ S E τ

（5）

式（5）中：

J G n

为气体侧法向电流密度；

J I n

为固体侧法向电流密度；

γ S

为涂层表面电导率；

E τ

为切向电场强度；

σ

为表面电荷密度；

t

为电荷积聚时间。

涂层内部电流密度由位移电流和传导电流组成，如式（6）所示。

J 1 = ∂ D ∂ t + γ C E

（6）

式（6）中：

J 1

为涂层侧体积电流密度；

D

为电通量密度；

γ C

为涂层体积电导率；

E

为电场强度。

绝缘气体的体积电流密度J_G可表示为式（7）。

J G = ∂ D / ∂ t + e E n + b + + n - b - - e g r a d D + n + - D - n -

（7）

根据非线性电阻电场分级理论，在电场不为0的情况下，涂层体积电导率与场强的关系如式（8）所示^[23]。

γ C = γ c E / E c α

（8）

式（8）中：

α

是表征电导率对所加电场依赖性的非线性指数，本文取值为2.67^[23]；

γ c

、

E c

分别为临界电导率和临界电场。

在直流GIL中，涂层表面电流密度由切向场强

E τ

和表面电导率

γ S

来表征。其中，

γ S

可表示为式（9）。

γ S = γ 0 e α 0 E τ

（9）

式（9）中：

γ 0

为材料系数；

α 0

为电场敏感系数^[24]。

1.3 绝缘子空间电荷

在电场向稳态过渡过程中，温度分布不均导致电导率分布不均，若电导率分布不均匀，内部将积累空间电荷。本文考虑到绝缘子电导率和温度的非线性关系。直流GIL绝缘子空间电荷密度

ρ i

与电势

φ

的关系可用Poisson方程表示，如式（10）所示。

∇ 2 φ = - ρ i / ε i

（10）

式（10）中，

ε i

为绝缘子相对介电常数。

根据电流连续性原理，绝缘子空间电荷密度

ρ i

与电流密度J的关系可表示为式（11）。

∇ J = - ∂ ρ i / ∂ t

（11）

电场强度

E

与电位

φ

以及电流密度

J

的关系分别如式（12）和式（13）所示。

E = - ∇ φ

（12）

J = γ V E

（13）

由以上可推出式（14）。

∂ ρ i / ∂ t = ∇ γ V ∇ φ - γ V ε i / ρ i

（14）

根据经验公式，绝缘子体积电导率与温度的关系可表示为式（15）。

γ V = A e - B T i

（15）

式（15）中：

A

、

B

为材料系数；

T i

为绝缘子温度^[24]。

1.4 涂层固-固界面数学模型

绝缘子与涂层之间的电导率和介电常数的不连续会引起固-固界面电荷积聚，图2和式（16）～（18）展示了绝缘子和涂层之间的极化模型^[25]。

E V d V + E C d C = U

（16）

γ V E V - γ C E C = 0

（17）

ε C E C - ε V E V = ρ S

（18）

式（16）～（18）中：

E V

、

ε V

、

γ V

分别为绝缘子的电场强度、介电常数和体积电导率，其中

ε V

取值为4.95^[26]；

E C

、

ε C

、

γ C

分别为涂层的电场强度、介电常数和体积电导率，

ρ S

为界面电荷密度；

U

为两端所加电压；d_V为绝缘子的厚度；d_C为涂层厚度。

1.5 绝缘子温度分布特性

直流GIL在工况下会存在温度梯度分布，以热传导和热对流为主要传导机制，根据傅里叶定律可得出式（19）和式（20）。

ρ C ⋅ ∂ T / ∂ t + ρ C u ∇ T + ∇ q = Q

（19）

q = - k ∇ T

（20）

式（19）～（20）中：

ρ

为物体的密度；

C

为物体的比热容；

T

为物体的温度；

k

为物体的导热系数；

u

为流体速度场；

q

为物体的热通量；

t

为时间；

Q

为热源。

热传导主要发生在电极与绝缘子之间，其传热过程可由式（21）进行描述。

λ r ∂ ∂ r r ∂ T i ∂ r + λ ∂ 2 T i ∂ r 2 + Q = 0

（21）

式（21）中：

λ

为绝缘子导热系数，本文取值为0.2 W/(m·K)；

Q

为高压电极与绝缘子间热通量；r为坐标系r轴；T_i为绝缘子温度。

对流换热主要发生在高压电极与绝缘气体、绝缘子与绝缘气体、外壳与大气环境之间，其对流过程可由式（22）进行描述，对流系数采用COMSOL固体和流体传热模块中的外部自然对流模型。

Q 1 = h 1 A 1 (T h - T g) Q 2 = h 2 A 2 (T i - T g) Q 3 = h 3 A 3 (T l - T a)

（22）

式（22）中：h₁、h₂、h₃分别为高压电极与绝缘气体、绝缘子与绝缘气体、外壳与大气环境之间的传热系数；A₁、A₂、A₃为高压电极与绝缘气体、绝缘子与绝缘气体、外壳与大气环境之间对流的有效接触面积；T_h、T_l、T_a、T_i、T_g分别为高压电极、地电极、大气环境、绝缘子与绝缘气体的温度。

2 仿真及分析

收起

2.1 直流GIL绝缘子仿真模型、参数及边界条件

通过多物理场有限元软件建立GIL台式绝缘子二维轴对称仿真模型。其中高压电极与地电极之间的距离为20 mm，电极半径为30 mm，绝缘子上半径为10 mm，下半径为20 mm，如图3所示，绝缘子体积电流密度和表面电流密度可以等效为两个电阻并联的电路模型。为减少计算量，不考虑各种潜在因素的影响，仿真模型参数如表1所示。

通过设置计算所需要的边界条件便能展开仿真计算。在高压电极和地电极设置狄利克雷边界条件，如式（23）和式（24）所示。

φ h = U

（23）

φ l = 0

（24）

式（23）～（24）中，

φ h

、

φ l

分别为高压侧和低压侧电势。

绝缘气体电极侧边界正离子密度（

n +

）为狄利克雷边界条件，绝缘子或涂层表面负离子密度（

n -

）为纽曼边界条件，如式（25）和式（26）所示。

n + = 0

（25）

∇ n - = 0

（26）

绝缘气体筒壁侧边界负离子密度（

n -

）为狄利克雷边界条件，绝缘子或涂层表面正离子密度（

n +

）为纽曼边界条件，如式（27）和式（28）所示。

n - = 0

（27）

∇ n + = 0

（28）

2.2 绝缘子温度和涂层电导率分布

施加电压后，直流GIL台式绝缘子内部温度分布和涂层电导率分布分别如图4和图5所示。从图4可以看出，直流GIL温升达到稳定状态后内部温度分布均匀且由高压电极向地电极逐渐降低。温度梯度分布会导致绝缘子体积电导率变化，从而影响绝缘子内部与表面电荷的积聚与消散。因此，在研究非线性电导涂层对固-气界面电荷的调控规律时需要考虑GIL内部的温度梯度。

从图5可以看出，涂层内部的电场梯度分布使涂层的电导率呈现连续梯度分布，且电导率从高压电极到接地电极逐渐降低。在直流系统中，电场分布与涂层电导率分布成反比，电导率越大，电场越小。因此，依据电场依赖性非线性电导率涂层可以实现电场分布的自适应调节，从而对空间/表面电荷进行调控。

2.3 引入涂层前后绝缘子空间电荷积聚特性

由于电导率分布不均匀，在过渡到恒定电场过程中，直流GIL绝缘子内部将有自由电荷积累。图6和图7直观地展现了引入涂层前后绝缘子内部的电荷密度分布情况。从图6和图7可以看出，电导率的不均匀分布导致绝缘子内部积聚正电荷，且空间电荷密度最大位置位于高压电极附近温差较大的区域。在高压直流激励下，绝缘子内部积聚正电荷。引入涂层后，绝缘子空间电荷密度峰值由17.9 mC/m³减小至12.7 mC/m³，减小了29.05%；最小值由0.01 mC/m³增大到0.05 mC/m³。这是由于气体侧电流密度在电场强度变化不大的情况下几乎不变，而涂层电导率相较于绝缘子体积电导率数量级高很多，由并联电路等效模型可知绝缘子内部电荷是通过涂层的体传导电流消散。

2.4 引入涂层前后固-气界面电荷积聚特性

在直流激励下，直流GIL绝缘子在有无涂层时绝缘子固-气界面的电荷密度如图8～9所示。从图8可以看出，在直流电压作用下，无涂层时台式绝缘子表面靠近高压电极处积聚同极性电荷，地电极附近积聚异极性电荷；有涂层时仅在高压电极处积聚大量同极性电荷，附近分布有少量的异极性电荷；界面电荷密度在无涂层和有涂层时的最大值分别为0.91 mC/m²和1.40 mC/m²，有涂层时的界面电荷密度峰值相较无涂层时增大了53.85%。如图9所示，引入涂层前绝缘子电流密度由高压电极向地电极按指数形式衰减，与绝缘子体积电导率-温度的指数关系相符；引入涂层后体电流密度和面电流密度急剧衰减，这是因为三结合点处的电场强度最大，而非线性电导涂层又有电场依赖性。

事实上，气体电流在低场强和温度梯度不变的情况下变化不大，对于没有涂层的绝缘子，表面电荷积聚过程主要由绝缘子体电流主导，高压电极附近由于体电流传导会积聚同极性电荷，温度由高压电极向接地电极逐级递减导致接地电极附近迁移率较低，异极性电荷主要停留在接地电极附近。而对于引入涂层的绝缘子，由图9可知，绝缘子面电流和体电流都增大，同极性电荷和异极性电荷均增加，如图10表面电荷主导机制示意图所示，涂层表面电导率的增加使得异极性电荷向高压电极快速迁移，导致高压电极附近积聚少量异极性电荷，同时由式（5）可知，在涂层面电流和体电流方向相反的情况下，表面电荷峰值会增加。在其他区域，从接地电极向高压电极移动的异极性电荷与泄漏电流供给的同极性电荷抵消，形成了几乎无电荷的表面。也就是说，电场依赖性非线性电导涂层对表面电荷的调节作用是通过增加涂层面电流来补偿绝缘子体电流传导电流实现的。

2.5 引入涂层前后电场分布

直流GIL在工况下运行时，表面电荷积聚导致的切向电场畸变会影响绝缘子的绝缘性能，因此有必要分析固-气界面电荷对沿面电场的影响。

图11和图12分别为有无涂层时固-气界面的法向电场强度和切向电场强度。

从图11和图12可以看出，引入涂层后法向场强峰值由-24.41 kV/cm增大至-27.18 kV/cm，增大了11.35%；切向场强峰值由38.52 kV/cm减小至33.84 kV/cm，减小了12.14%。造成这种现象的原因是没有涂层时靠近高压电极的同极性电荷来源于体电流的注入和气体侧正离子在法向场强为负的情况下不断向绝缘表面迁移；引入涂层后，同极性电荷数量的增加增大了法向电场强度，同时高压电极附近积聚少量异极性电荷，削弱了切向电场强度。

2.6 固-固界面电荷分布

引入涂层后，绝缘子与涂层之间的固-固界面也会导致电荷积聚，其对绝缘子绝缘性能的影响直接关系到非线性电导涂层的实际应用。

图13为固-固界面电荷密度。从图13可以看出，绝缘子与涂层之间的同极性电荷密度峰值出现在高压电极附近，这是因为涂层内部传导电流增加，同极性电荷在法向场强为负的情况下不断向固-固界面迁移。另外三结合点处涂层内部电场显著高于绝缘子内部电场，根据式（18），也能推断出其峰值出现在高压电极附近。当接近地电极时，绝缘子内部电场与涂层内部电场的差值逐渐减小，其固-固界面电荷密度也逐渐减小。

3 结论

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（1）在直流正极性电压激励下，绝缘子内部积聚正电荷；电场依赖性非线性电导涂层能加快绝缘子内部电荷消散且使空间电荷分布更加均匀。

（2）引入涂层后绝缘子表面电荷密度峰值增大了53.85%，这是由于涂层电导率数量级高，表面电荷主导机制由涂层体电流传导模式转变为涂层体电流传导和面电流传导共同主导模式，涂层面电流成为表面电荷的主要来源。

（3）由于表面电荷积累和空间电荷的改善，切向电场由38.52 kV/cm减小至33.84 kV/cm，减小了12.14%，说明非线性电导涂层有利于改善电场分布。

（4）在绝缘子与涂层之间的固-固界面有正电荷积聚，峰值在高压电极附近，并且由高压电极向低压电极递减，其电荷密度数量级远小于固-气界面电荷密度，不会对整体绝缘性能造成隐患。

参考文献

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文献

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2024年第57卷第3期

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doi: 10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2024.03.012

接收时间：2023-03-30
首发时间：2025-12-22
出版时间：2024-03-20

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出版历史

收稿日期：2023-03-30
修回日期：2023-05-22

基金

作者信息

中国石油大学（华东）新能源学院，山东青岛 266580

通讯作者:

吴绩涛（1998-），男（汉族），河南信阳人，硕士生，主要从事高压绝缘材料性能的研究。

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

物理量	名称	数值	参考文献
e/C	单位电荷量	1.6×10^-19	[10]
k_B/(J/K)	玻尔兹曼常数	1.38×10^-23	[10]
$ε S F 6$	六氟化硫介电常数	1.002	[10]
$ε 0$ /(F/m)	真空介电常数	8.854×10^-12	[26]
$n 0 ±$ /(1/m³)	初始正、负离子密度	1.14×10¹⁰	[22]
$γ C$ /(S/m)	临界电导率	1×10^-13	[23]
E_c/(kV/mm)	临界电场强度	5	[23]
$γ 0 / S$	材料系数	10^-20	[24]
α₀/(m/MV)	电场敏感系数	1.25	[24]
P/MPa	仿真压强	0.5	[22]
A/(S/m)	材料系数	45.5	[24]
B/K	材料系数	1.086×10⁴	[24]
T₀/K	基准温度	273.15	[26]
T_h/K	高压电极温度	371	[26]
T_l/K	地电极温度	333	[26]
T_a/K	大气温度	313	[10]

物理量

名称

数值

参考文献

e/C

单位电荷量

1.6×10^-19

[10]

k_B/(J/K)

玻尔兹曼常数

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