《高海拔电气设备电场分布有限元计算导则gbt+41635-2022》详细解读

《高海拔电气设备电场分布有限元计算导则gb/t41635-2022》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义4计算类型5基本原理与流程6一般要求contents目录7有限元电场模型建立一般规则8高海拔气候环境对电气设备的影响9高海拔耐受电压和爬电距离修正方法10结果影响因素11偏差及结果判定附录A(资料性)高海拔电气设备电场分布有限元计算基本原理与流程contents目录附录B(资料性)高海拔气候环境对电气设备的影响附录C(规范性)常见参数的选取附录D(规范性)有限元数值结果的判定011范围适用对象本导则适用于高海拔地区电气设备的电场分布有限元计算。适用于电力、电气领域的研究人员、工程师和技术人员。涉及内容规定了高海拔电气设备电场分布有限元计算的基本原则和方法。涵盖了电场计算模型的建立、边界条件的设定、材料属性的选取等方面。““本导则不适用于非高海拔地区的电气设备电场分布计算。不涉及电气设备的具体设计、制造和安装过程。不适用范围在进行高海拔电气设备电场分布有限元计算时，需考虑高海拔环境对电气设备性能的影响。应根据实际情况选择合适的计算方法和参数，以确保计算结果的准确性和可靠性。特别注意事项022规范性引用文件GB/T20064-2006《电气安全名词术语》GB/TXXXX-XXXX《电气设备电场分布测试方法》GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》引用标准相关技术文件DL/TXXXX-XXXX《高海拔地区电气设备使用导则》IEC60071-2:2020《绝缘配合—第2部分：高压输变电设备的绝缘配合使用导则》电场强度表示电场中某点的电场大小和方向的物理量。有限元分析一种数值分析方法，通过将连续体离散化为有限个单元，对每个单元进行求解，最终得到整体的解。高海拔地区指海拔高度在1000m及以上的地区。术语和定义E电场强度，V/m符号和缩略语FEM有限元方法（FiniteElementMethod）HV高压（HighVoltage）033术语和定义高海拔地区指的是海拔高度在1000m及以上的地区。在这些地区，由于大气压力、温度和湿度等环境条件的变化，电气设备的性能和电场分布特性可能会受到影响。3.1高海拔地区电气设备指的是在电力系统中用于发电、输电、配电和用电的各种设备的总称，包括但不限于发电机、变压器、开关设备、电缆等。3.2电气设备电场分布指的是在电气设备周围空间中，电场强度随空间位置变化的分布情况。电场分布的计算和分析对于评估电气设备的性能和安全性具有重要意义。3.3电场分布“有限元计算是一种数值计算方法，通过将连续的物理问题离散化为有限个单元的组合体，再对每个单元进行求解，最终得到整个问题的近似解。在电场分布计算中，有限元方法被广泛应用于求解复杂电场问题。3.4有限元计算3.5导则导则指的是为某一特定领域或问题提供的指导性原则或建议。本导则旨在为高海拔电气设备电场分布有限元计算提供系统性的指导和建议，以确保计算的准确性和可靠性。044计算类型VS这是电场分布有限元计算中最基础也最常见的一种类型。它主要用于分析电气设备在正常工作状态下的电场分布情况。通过稳态电场计算，可以了解设备内部的电场强度、电位分布等关键参数，从而评估设备的电气性能和安全性能。2.暂态电场计算与稳态电场计算不同，暂态电场计算主要关注电气设备在特定时间内的电场变化。这种计算类型通常用于分析设备在启动、停止、故障等暂态过程中的电场分布情况，以评估设备在这些特殊情况下的电气性能和安全性。1.稳态电场计算4.计算类型3.谐波电场计算针对电力系统中存在的谐波问题，谐波电场计算旨在分析谐波对电气设备电场分布的影响。通过这类计算，可以了解谐波对设备内部电场强度、电位分布等参数的影响，为设备的谐波抑制和防护措施提供依据。4.其他特殊电场计算除了上述三种常见的电场计算类型外，《导则》还可能涉及其他特殊类型的电场计算，如考虑温度、湿度等环境因素对电场分布影响的计算，以及针对特定电气设备结构或运行方式的定制化电场计算等。4.计算类型055基本原理与流程5.基本原理与流程010203基本原理该导则基于有限元方法（FEM），这是一种数值分析技术，用于求解偏微分方程描述的物理现象。在电气设备电场分布计算中，有限元方法通过离散化连续的电场空间，将其划分为有限个小的、相互连接的子区域（即“元素”），并在每个元素内假设电场的近似解。通过求解每个元素内的电场分布，并考虑元素间的相互作用，最终得到整个设备内的电场分布。5.基本原理与流程“1.模型建立根据电气设备的实际几何形状和材料属性，建立电场计算的有限元模型。2.网格划分5.基本原理与流程将模型划分为适当大小和形状的网格元素，以确保计算的准确性和效率。01025.基本原理与流程3.边界条件设置为模型设置合适的边界条件，如电压、电荷分布等，以模拟实际运行情况。4.求解方程利用有限元方法求解电场分布的偏微分方程，得到每个网格元素内的电场强度、电势等参数。5.结果分析与后处理对计算结果进行分析，评估电气设备的性能和安全裕度，并根据需要进行后处理，如可视化电场分布图、提取关键参数等。066一般要求6.1计算模型与假设应根据实际电气设备的结构和运行条件，建立合理的电场计算模型。01在建模过程中，需对电气设备的材料属性、边界条件等进行合理假设。02假设应基于实验数据或经验公式，确保计算结果的准确性和可靠性。03网格划分应合理，能够准确反映电气设备的电场分布情况。网格精度应满足计算要求，避免过大或过小的网格导致计算误差。对于关键区域，如电极附近、绝缘子表面等，应进行网格细化以提高计算精度。6.2网格划分与精度要求0102036.3边界条件与初始条件0302应根据电气设备的实际运行情况，设置合理的边界条件，如电位、电荷密度等。01对于复杂电气设备，可能需要考虑多个边界条件和初始条件的组合情况。初始条件应根据电气设备的初始状态进行设置，确保计算结果的正确性。应根据电气设备的电场分布特点和计算要求，选择合适的计算方法，如有限元法、边界元法等。对于大型电气设备或复杂电场分布情况，可能需要采用并行计算技术以提高计算效率。求解器的选择应根据计算方法的需要，确保计算结果的稳定性和收敛性。6.4计算方法与求解器选择077有限元电场模型建立一般规则在建立有限元电场模型时，应根据实际电气设备的结构和特点进行适当的简化和等效。这有助于减少计算复杂度，同时保持模型的准确性。1.模型简化与等效模型的网格划分应合理，网格密度应适中。过于稀疏的网格可能导致计算结果不准确，而过于密集的网格则会增加计算成本。因此，需要在保证精度的前提下，合理选择网格大小。2.网格划分与密度7有限元电场模型建立一般规则7有限元电场模型建立一般规则01在模型边界上，应正确设置电场分布的边界条件。这包括电势、电荷分布等，以确保计算结果的准确性和可靠性。模型中各部分的材料属性应准确赋值，包括介电常数、电导率等。这些材料属性对电场分布的计算结果具有重要影响。在建立有限元电场模型后，应通过实验数据或其他可靠方法对模型进行验证。如发现模型与实际情况存在较大差异，应及时对模型进行修正，以提高其准确性。02033.边界条件设置4.材料属性赋值5.模型验证与修正088高海拔气候环境对电气设备的影响电气设备绝缘老化高海拔地区紫外线辐射强、日夜温差大等环境因素会加速电气设备绝缘材料的老化，缩短设备的使用寿命。空气绝缘强度降低随着海拔的升高，大气压力和空气密度逐渐降低，导致空气的绝缘强度减弱，电气设备容易发生放电现象。温升效应加剧高海拔地区的气压低，使得电气设备的散热条件变差，设备运行时温升效应更加明显，可能影响设备的正常运行。高海拔对电气设备性能的影响01电场强度变化由于高海拔地区空气绝缘强度降低，电气设备的电场强度会发生变化，可能导致设备内部的电场分布不均，增加局部放电的风险。放电电压降低在高海拔地区，电气设备的放电电压会相应降低，这要求设备在设计和制造时需要充分考虑这一因素，以确保设备的安全运行。绝缘配合问题高海拔地区电气设备的绝缘配合问题更加突出，需要合理选择绝缘材料和设计绝缘结构，以确保设备在恶劣环境下的可靠性。高海拔电气设备电场分布的特点0203加强设备选型与试验针对高海拔地区的特点，应选用适应高海拔环境的电气设备，并进行相应的型式试验和出厂试验，确保设备性能符合要求。优化设备结构与工艺在电气设备的设计和制造过程中，应充分考虑高海拔地区的环境因素，优化设备结构和工艺，提高设备的耐候性和可靠性。加强设备维护与检修在高海拔地区使用电气设备时，应加强设备的维护和检修工作，及时发现和处理设备故障，确保设备的正常运行。应对高海拔气候环境的措施010203099高海拔耐受电压和爬电距离修正方法高海拔对电气设备的影响空气稀薄导致电气间隙的击穿电压降低01设备表面易积聚污秽，降低爬电距离02温度和湿度变化大，影响设备性能03根据海拔高度，按照标准中的公式对耐受电压进行修正考虑设备类型、绝缘材料和结构等因素结合实际运行经验和试验数据，确保修正后的耐受电压安全可靠耐受电压修正方法010203爬电距离修正方法0302根据海拔高度、污秽等级和设备类型，确定爬电距离的修正系数01定期检查和维护设备，保持设备表面清洁，减少污秽积聚采用增大绝缘子片数、选用防污型绝缘子或涂覆防污涂料等措施来增加爬电距离在高海拔地区进行实地试验，验证修正方法的可行性和有效性将修正方法应用于实际工程中，提高电气设备的运行可靠性和安全性收集并分析试验数据，对修正方法进行优化和改进修正方法的实施与验证1010结果影响因素网格划分精度网格质量网格划分的合理性、均匀性和连续性对计算结果有很大影响。不合理的网格划分可能导致结果失真或计算不稳定。网格密度电场计算的准确性很大程度上取决于网格的划分精度。较密的网格可以提供更精确的结果，但同时也会增加计算时间和资源消耗。材料的电导率是影响电场分布的重要因素。不同材料的电导率差异可能导致电场强度的显著变化。电导率介电常数反映了材料在电场中的极化能力。不同的介电常数将导致电场分布的差异。介电常数材料属性电位边界条件设定合理的电位边界条件对于准确计算电场分布至关重要。不同的电位设置将直接影响电场线的走向和强度。01边界条件接地处理在实际电气设备中，接地处理对于电场分布有很大影响。合理的接地设置可以有效降低电场强度，提高设备的安全性。02迭代次数求解器的迭代次数会影响计算结果的精度。增加迭代次数可以提高精度，但也会增加计算时间。收敛判据收敛判据的设置将直接影响求解器的停止条件和计算结果的准确性。过于宽松的收敛判据可能导致结果不准确，而过于严格的收敛判据则可能增加计算时间。求解器设置1111偏差及结果判定计算偏差通过对比有限元计算结果与实际测量值，分析计算过程中可能产生的偏差，包括模型简化、网格划分、边界条件设置等因素对结果的影响。实验验证通过实验测量数据与有限元计算结果的对比，验证计算方法的准确性和可靠性，为偏差分析提供依据。偏差分析结果判定准则制定明确的结果判定流程，包括数据对比、偏差分析、结果评估等环节，确保判定结果的客观性和准确性。判定流程根据工程实际需求，设定合理的误差范围，作为判定有限元计算结果是否合格的依据。误差范围模型优化针对偏差分析结果，对有限元模型进行优化，如改进网格划分、调整边界条件等，以提高计算精度。方法改进根据实验结果和偏差分析，改进有限元计算方法或参数设置，减小计算偏差。纠正措施注意事项数据记录详细记录实验测量数据和有限元计算结果，为后续偏差分析和结果判定提供完整的数据支持。结果复核对判定为不合格的结果进行复核，确认偏差原因并采取相应的纠正措施，确保计算结果的准确性和可靠性。12附录A(资料性)高海拔电气设备电场分布有限元计算基本原理与流程基本原理基于麦克斯韦方程组，通过求解电位或电场强度的偏微分方程，可以得到电气设备的电场分布。在高海拔地区，由于空气稀薄，电气设备的电场分布会发生变化，因此需要进行特殊的计算和分析。电场分布计算有限元方法是一种数值分析方法，用于求解偏微分方程。它将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元组合体，然后利用在每一个单元内假设的近似函数来分片地表示全求解域上待求的未知场函数。有限元方法建立模型根据电气设备的实际结构和尺寸，建立三维有限元模型。模型中需要包含设备的所有关键部分，如电极、绝缘介质等。01.计算流程网格划分将模型进行网格划分，生成离散化的计算单元。网格的密度和质量对计算结果的准确性和计算效率有重要影响。02.边界条件设置根据电气设备的实际运行情况和周围环境，设置合适的边界条件。例如，可以设置电极的电位、绝缘介质的介电常数等。03.VS利用有限元方法求解电位或电场强度的偏微分方程，得到电气设备的电场分布。在求解过程中，需要考虑高海拔地区空气稀薄对电场分布的影响。结果分析对计算结果进行分析和处理，提取出关键信息，如电场强度最大值、电位分布等。同时，需要对计算结果进行验证和比较，以确保其准确性和可靠性。如果需要，还可以对模型进行优化和改进，以提高计算精度和效率。求解方程计算流程13附录B(资料性)高海拔气候环境对电气设备的影响高海拔对电气设备性能的影响由于高海拔地区的环境条件特殊，电气设备的运行参数可能需要进行相应的调整和优化。高海拔地区的气压低，电气设备的绝缘性能可能受到影响，需要特别注意电气设备的绝缘设计和使用。空气稀薄导致电气设备的散热能力下降，设备温度容易升高，进而影响设备的性能和寿命。010203010203随着海拔的升高，大气压逐渐降低，空气稀薄，含氧量减少。高海拔地区的气温变化较大，日夜温差显著，对电气设备的性能和可靠性提出更高要求。高海拔地区的风力可能稍大，对电气设备的抗风能力有一定要求。高海拔气候环境的特点123在设计电气设备时，应充分考虑高海拔地区的气候环境特点，选择合适的材料和结构，确保设备的性能和可靠性。加强电气设备的散热设计，采用有效的散热措施，以降低设备温度，提高设备的运行稳定性。针对高海拔地区的绝缘问题，可以采用加强绝缘设计、选用高性能绝缘材料等措施，以提高电气设备的绝缘性能。针对高海拔气候环境的电气设备设计建议14附录C(规范性)常见参数的选取相对介电常数高海拔地区电气设备的绝缘材料，其相对介电常数可能因环境条件而有所变化，需要根据实际情况进行选取。电导率电气设备的导电部分的电导率是影响电场分布的重要因素，应根据材料的实际情况进行准确测量和选取。材料参数海拔高度高海拔地区的气压和温度等环境条件与低海拔地区存在显著差异，这些差异会对电气设备的电场分布产生影响。因此，在计算电场分布时，应准确输入海拔高度参数。温湿度环境参数高海拔地区的温湿度条件也会影响电气设备的电场分布。在计算过程中，需要考虑温湿度的实际值及其对设备性能的影响。0102电气设备的尺寸和形状对其电场分布具有重要影响。在计算电场分布时，应准确输入设备的实际