一种正立式压缩气体标准电容器电极参数的设计方法

摘要

本发明涉及一种正立式压缩气体标准电容器电极参数的设计方法。该设计方法将电容器电容量与电场计算有效地结合起来，可以快速得到电极参数的初始值。根据仿真计算对电容量及场强值进行微调，即可得到电极尺寸确定值。同时通过理论计算可以方便的对电极材料做出选择。本发明的设计方法简单实用，逻辑性强，可有效地提高设计效率，可广泛用于标准电容器电极参数的设计。

主权项

一种正立式压缩气体标准电容器电极参数的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）根据压缩气体标准电容器的标准文件《JB1811‑1992_压缩气体标准电容器》规定，确定不同电压等级下电容器的相关参数要求，包括电容量C，电压系数α_u，温度系数α_c；（2）根据使用条件要求，选择绝缘气体，确定电极表面最大场强允许值E_1max及屏蔽电极表面最大允许场强E_2max；（3）选取高低压电极有效对应长度初始值l ，l值需要根据r₁，r₂计算结果调整，依据同轴电容器电容量变形公式：（1）计算得到，其中r₁，r₂分别为高低压电极半径，ε₀为真空介电常数，ε_r为电容器绝缘气体的相对介电常数；（4）将带入同轴结构表面场强计算公式：（2）计算得r₁，进而由得r₂，考虑装置尺寸外观，确定r₁，r₂结果是否合理，其中U为高压电极最大工作电压有效值；（5）考虑加工要求，对步骤（4）中求得的r₁、r₂做向上取整数处理，对应的l值由公式（1）反推获得；（6）低压电极端部圆弧半径r₃由于处在屏蔽电极内，只需考虑安装即可，选取合适半径；（7）屏蔽电极过渡圆弧半径r₀选取，将E_2max值带入如下公式中，计算得到圆弧半径r₀：（3）其中U为高压电极最大工作电压有效值，d为屏蔽电极端部圆弧与高压电极间距，d = r₂‑r₁；（8）根据步骤（5）中计算的l值、取整数后的r₁、r₂及步骤（7）中计算得到的r₀在Ansoft Maxwell电磁场仿真软件中搭建二维与三维仿真模型并设置相应参数；（9）利用Ansoft Maxwell软件仿真计算高低压电极间场强值分布及最大场强值E_1max和E_2max是否小于步骤（2）中的最大场强允许值，同时提取高低压电极电容量C_cal；计算与步骤（1）中设计值C差值，由如下公式计算高低压电极对应长度调整值△l：（4）（10）根据步骤（9）中计算得到的△l，在Ansoft Maxwell软件中重新调整、搭建模型，设置相应参数，计算场强值、电容量；（11）根据结果重复步骤（9）、（10）直至全部参数满足要求，完成参数设计；（12）将不同电极材料的膨胀系数α和弹性模量E_m分别带入公式（5）和（6）计算电容器理论温度系数α_c与理论电压系数α_u，根据计算结果确定电极材料，设a=U/E_1max­，有：（5）其中T₂，T₁为温度，d₀为电极厚度，U为高压电极最大工作电压有效值，（6）其中d₁，d₂分别为高低压电极厚度，E₁和E₂分别为高压电极和低压电极材料的弹性模量。