Power Insulator Simulation

電力絶縁体

絶縁体は電気機器で使用され、電流を通すことなく導電体を支持および分離します。電気ケーブルやその他の機器を包むためにバルクで使用される絶縁材料は、絶縁体と呼ばれます。絶縁体という用語は、配電または送電線を電柱や送電鉄塔に取り付けるために使用される絶縁支持体を指すためにも、より具体的に使用されます。それらは、電流がタワーを通って地面に流れることを許可せずに、吊り下げられたワイヤーの重量を支えます。

図 1 -イギリス、グロスターシャーの架空送電線。

図2 -電化鉄道で使用されるセラミックがいし

説明

電力用途では、EMS の静電解析モジュールを使用して、電極デバイスと電力線絶縁体の 3D モデルを解析できます (図 3)。

この例で対象となるモデルは、三相絶縁方式の送電線の柱です。中心相ライン (図 4) は、80kV rms の相対地間電圧 (138.56 kVrms の相間電圧) で動作します。上下のラインは 40 kV rms で動作します。電界は、中心相電圧がピークにある AC 波形のポイントで計算されます。このモデルは、アルミニウムの導線と銅のクランプで構成されています (図 5)。クランプは、導体をシリコン ゴムとガラス繊維の絶縁体に接続し、次に塔に接続します。静電モジュールは、前述の条件により電場と変位場を決定します。

これらのフィールドは、完全な 3D プロットおよびモデル内の特定の位置にあるフィールドを示す 2D プロットで表示できます。たとえば、電界は、空気とシリコンゴム絶縁体を通過するセグメント (図 6) に沿って得られます。

図 3 -三相絶縁方式の電力線図 4 -中間相絶縁体の拡大図




図 5-中間相の絶縁体の拡大図。図 6 -中間相絶縁体の断面図
グラスファイバーとシリコンゴムのコンポーネントを使用




図 7 -絶縁体の 3D モデル

スタディ

EMS の静電モジュールは、電界、変位場、電位、静電力密度を計算するために使用されます。また、EMS によって計算される重要なパラメータである安全率も重要です。このパラメータは、非導体材料の絶縁破壊電圧を識別するために使用されます。
材料
EMS の静電解析で必要な材料特性は、表 1 に示す比誘電率と絶縁耐力です。

結果

フォルダーには、電界 E、電気変位 D、電位分布 V、力密度 F、および上記の安全係数が含まれています。結果テーブルには、固定電圧体の静電エネルギーと総電荷が含まれています。さらに、すべての結果は、フリンジ、ベクトル、等高線、セクション、ライン、およびクリッピング プロットなどのさまざまな形式で視覚化できます。結果は簡単にエクスポートして分析できます。
ファイバーと絶縁体を除くすべてのコンポーネントを非表示にした後、次の電界プロット (図 8) が得られます。

図 8 -絶縁体とファイバー内の電界 (フリンジ プロット)


図 9 -ファイバーの先端にある 2 点間の電界の変化




図 10 -モデル全体のポテンシャル




図 11 -安全率

上の図 (図 11) に示すように、最大値は 0.378 であるため、このモデルにはブレークダウン電圧はありません。

結論

絶縁破壊電圧があるかどうかを調べるには、EMS Results の Safety Factor フォルダが使用されます。特定の点における電界と誘電強度の比率の値を示します。安全率が 1 に達すると、その時点で絶縁破壊電圧が発生する危険性があります。 EMS の静電モジュールは、このようなアプリケーションでの絶縁破壊電圧とコロナ効果を回避するのに役立ちます。

参考文献

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Insulator_(electricity)