固體電介質空間電荷分布實驗與仿真系統

朱明曉，陳繼明，孟慶偉，董 磊

（中國石油大學（華東）新能源學院，山東青島 266580）

0 引言

固體電介質廣泛應用于電力／電子設備、航天器與脈沖功率裝備等領域，由于各類設備工作環境復雜，長期在高電場、高／低溫、強輻射等應力作用下易發生絕緣失效現象［1-3］。相關問題的出現推動了高電壓與絕緣技術的快速發展，很多高校的電氣工程及其自動化專業開設了“高電壓技術”與“電介質物理學”等相關課程，旨在為相關領域培養專業技術人才［4-6］。

固體電介質的擊穿與老化理論是“高電壓技術”與“電介質物理學”課程的主要內容之一，擊穿理論包括電擊穿、熱擊穿與電化學擊穿3類，其中涉及電荷的注入、遷移、入陷與脫陷等復雜微觀過程［7-8］。隨著高壓直流輸電技術的快速發展，直流輸電電纜存在空間電荷積聚，空間電荷會畸變絕緣體內的電場分布，加速絕緣材料的老化與擊穿過程［9-10］。由于空間電荷輸運過程的不可見性，相關知識比較抽象，學生難以理解。目前多數高校開設的電介質電氣特性實驗主要是選取針、板、球等典型電極結構測試擊穿電壓，對學生理解電介質擊穿的微觀過程幫助不大［11-14］。將空間電荷測量與仿真技術引入實踐教學，直觀的實驗與仿真結果有助于學生理解空間電荷的輸運過程與微觀機制。

本文設計了固體電介質空間電荷分布實驗與仿真系統?？臻g電荷測量實驗系統基于電聲脈沖法搭建，仿真系統利用有限元法求解電荷輸運方程得到空間電荷分布。……