[发明专利]一种线性/非线性双层绝缘电介质界面极化特性分析方法

说明书

一种线性/非线性双层绝缘电介质界面极化特性分析方法属于绝缘电介质技术领域；现有技术使得理论推导过程复杂化且很难获得解析解；包括线性绝缘电介质层和非线性绝缘电介质层串联，线性绝缘电介质层与第一电极引线相连，非线性绝缘电介质层与第二电极引线相连，第一电极引线与第二电极引线之间直流高电压U₀；分别用第一伏安特效曲线和第二伏安特性曲线表示线性/非线性双层绝缘电介质；将线性/非线性双层绝缘电介质用等效电路模型进行描述，获得线性绝缘电介质层的电压值、非线性绝缘电介质层的电压值、线性/非线性双层绝缘电介质的总极化电流值及时间常数值；解决了双层绝缘电介质的界面极化特性推导过程复杂化的技术问题。

技术领域

本发明属于绝缘电介质技术领域，尤其涉及一种线性/非线性双层绝缘电介质界面极化特性分析方法。

背景技术

根据电导率和介电常数与外施电场强度的变化关系，绝缘电介质可以划分为线性绝缘电介质和非线性绝缘电介质两大类。线性绝缘电介质的电导率和介电常数均是与电场强度无关的常数，例如在较低电场强度作用范围内的聚乙烯、环氧树脂、硅橡胶等。但是，实际上，很多绝缘电介质的电导率都是电场强度的函数，即电导率随着电场强度的增加而增加，这类电介质属于广义非线性绝缘电介质范畴。例如，在较高电场强度作用下，高压直流电缆附件主绝缘的电导率与电场强度密切相关。从狭义上讲，非线性绝缘电介质指的是电导率和/或相对介电常数随着电场强度的变化而变化且能够自行均化电场分布的绝缘电介质，这类绝缘电介质也被称为“智能绝缘电介质”，已经广泛应用于电机线棒端部、电缆附件，且在高压套管、电力电子器件中具有广阔的应用前景。非线性绝缘电介质的电导率与电场强度之间的关系通常可以用分段线性函数、双曲正弦函数或幂函数形式表示。

实际工程中的电气设备绝缘结构通常都是由两种或两种以上电导率和介电常数不同绝缘电介质组成的复合绝缘电介质所构成。研究双层或多层复合绝缘电介质的界面极化和/或损耗特性对于电气设备的开发、设计以及安全运行具有重要的意义。目前，一般采用Maxwell-Wagner极化方法描述双层线性绝缘电介质的界面极化特性，这种方法已经得到了广泛的认可。但是，由于表征非线性绝缘电介质层电导率的双曲正弦函数、幂函数甚至分段线性函数使得理论推导过程复杂化且很难获得解析解，因此到目前为止，国内外关于线性/非线性绝缘双层绝缘电介质界面极化特性的分析还没有形成较为成熟的方法。

发明内容

本发明克服了上述现有技术的不足，提供一种线性/非线性双层绝缘电介质界面极化特性分析方法，通过分段线性化等效电路方法，将非线性绝缘电介质层转化为线性等效电路参数模型，进而将线性/非线性双层绝缘电介质的界面极化特性分析转化为线性等效电路模型的分析，易于推导出线性绝缘电介质层上的电压和非线性绝缘电介质层上的电压、线性/非线性双层绝缘电介质的总极化电流以及时间常数的解析解，有效的解决了双层线性绝缘电介质的界面极化特性推导过程复杂化的技术问题。

本发明的技术方案：

一种线性/非线性双层绝缘电介质界面极化特性分析方法，包括以下步骤：

步骤a、将线性绝缘电介质层和非线性绝缘电介质层串联，线性绝缘电介质层与第一电极引线相连，非线性绝缘电介质层与第二电极引线相连，第一电极引线与第二电极引线之间施加直流高电压U₀；

步骤b、将线性绝缘电介质层的电导特性用第一伏安特性曲线进行表征，第一伏安特性曲线的斜率为G₁；非线性绝缘电介质层的电导特性用第二伏安特性曲线进行表征；第二伏安特性曲线由两段线性关系等效，当电压U_(t)U_2t时，第二伏安特性曲线的斜率为G₂₁；当电压U_(t)U_2t时，第二伏安特性曲线的斜率为G₂₂；