[發(fā)明專利]直流電纜絕緣層內(nèi)空間電荷分布的計(jì)算方法、裝置及設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111479293.2
• 申請(qǐng)日: 2021-12-03
• 公開（公告）號(hào): CN114357822A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 展云鵬;侯帥;惠寶軍;傅明利;黎小林;張逸凡;馮賓;朱聞博;陳光輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F30/25;G06F111/10;G06F113/16
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 麥小嬋

1.一種直流電纜絕緣層內(nèi)空間電荷分布的計(jì)算方法，其特征在于，包括：

構(gòu)建直流電纜幾何模型；

設(shè)置在所述直流電纜幾何模型的絕緣層界面處的電子電荷注入過(guò)程；

設(shè)置在所述直流電纜幾何模型的絕緣層內(nèi)部的雜質(zhì)分子解離過(guò)程；

設(shè)置仿真邊界條件和所述直流電纜幾何模型的仿真模型參數(shù)；

基于所述直流電纜幾何模型，對(duì)直流電纜絕緣層內(nèi)的空間電荷分布進(jìn)行仿真，獲得所述直流電纜絕緣層內(nèi)的空間電荷分布結(jié)果。

2.如權(quán)利要求1所述的直流電纜絕緣層內(nèi)空間電荷分布的計(jì)算方法，其特征在于，所述設(shè)置在所述直流電纜幾何模型的絕緣層界面處的電子電荷注入過(guò)程，具體為：

基于肖特基注入電流密度表達(dá)式，對(duì)在所述直流電纜幾何模型的絕緣層界面處的電子電荷注入過(guò)程進(jìn)行設(shè)置。

3.如權(quán)利要求2所述的直流電纜絕緣層內(nèi)空間電荷分布的計(jì)算方法，其特征在于，所述肖特基注入電流密度表達(dá)式具體為：

其中，j_e(r_o,t)和j_h(r_i,t)分別表示電子載流子和空穴載流子的注入密度，r_o為絕緣層的外徑，r_i為絕緣層的內(nèi)徑，w_ei和w_hi分別表示電子載流子和空穴載流子在絕緣層界面處的注入勢(shì)壘高度，A為理查德森常數(shù)，k_B為玻爾茲曼常數(shù)，e為元電荷，T為溫度，r為沿絕緣徑向位置，E為電場(chǎng)強(qiáng)度，ε₀為真空介電常數(shù)，ε_r為電介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)。

4.如權(quán)利要求1所述的直流電纜絕緣層內(nèi)空間電荷分布的計(jì)算方法，其特征在于，所述設(shè)置在所述直流電纜幾何模型的絕緣層內(nèi)部的雜質(zhì)分子解離過(guò)程，包括：

根據(jù)如下表達(dá)式對(duì)雜質(zhì)分子的解離率進(jìn)行設(shè)置：

其中，D_d為雜質(zhì)分子的解離率，w_d表示當(dāng)雜質(zhì)分子解離為正離子和負(fù)離子時(shí)的解離勢(shì)壘高度，v為嘗試逃逸頻率，k_B為玻爾茲曼常數(shù)，T為溫度，E為電場(chǎng)強(qiáng)度，ε₀為真空介電常數(shù)，ε_r為電介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)。

5.如權(quán)利要求1所述的直流電纜絕緣層內(nèi)空間電荷分布的計(jì)算方法，其特征在于，所述對(duì)直流電纜絕緣層內(nèi)的空間電荷分布進(jìn)行仿真，獲得所述直流電纜絕緣層內(nèi)的空間電荷分布結(jié)果，具體為：

采用有限元法對(duì)所述直流電纜幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)直流電纜絕緣層內(nèi)的空間電荷分布進(jìn)行仿真，求解獲得所述直流電纜絕緣層內(nèi)的空間電荷分布結(jié)果。

6.如權(quán)利要求5所述的直流電纜絕緣層內(nèi)空間電荷分布的計(jì)算方法，其特征在于，所述求解獲得所述直流電纜絕緣層內(nèi)的空間電荷分布結(jié)果，具體為：

根據(jù)如下表達(dá)式求解獲得所述直流電纜絕緣層內(nèi)的空間電荷分布結(jié)果：

其中，V(r,t)為電壓值，r為直流電纜的半徑長(zhǎng)度，ρ為凈電荷密度，ε₀為真空介電常數(shù)，ε_r為電介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)，n為電荷載流子密度，j_a(r,t)為電流密度，μ_a(r,t)為電荷載流子遷移率，下標(biāo)a表示電荷種類，下標(biāo)μ表示電荷為自由電荷，E為電場(chǎng)強(qiáng)度，D_f為擴(kuò)散系數(shù)，s為源項(xiàng)，表示電荷密度在局部范圍由于入陷、脫陷及復(fù)合導(dǎo)致的變化。

7.如權(quán)利要求1所述的直流電纜絕緣層內(nèi)空間電荷分布的計(jì)算方法，其特征在于，所述仿真邊界條件至少包括電壓值和溫度；

所述仿真模型參數(shù)至少包括初始離子對(duì)濃度、解離勢(shì)壘高度、注入勢(shì)壘高度、入陷概率參數(shù)、電荷遷移率、脫陷勢(shì)壘高度、陷阱密度和擴(kuò)散系數(shù)。

8.如權(quán)利要求1所述的直流電纜絕緣層內(nèi)空間電荷分布的計(jì)算方法，其特征在于，所述直流電纜幾何模型包括外屏蔽層、絕緣層、內(nèi)屏蔽層和電纜導(dǎo)體。