[发明专利]一种有机材料绝缘件表面炭化通道形成预测方法

摘要

本发明公开了一种有机材料绝缘件表面炭化通道形成预测方法，该方法通过实际测量的绝缘件的相关参数计算绝缘件表面某区域在正常电压作用下的产热量和自然对流条件下的散热量，比较两者的大小，当产热量大于自然对流的散热量时，即将进一步形成炭化通道；计算简单、判断结果准确；该分析计算方法可用于设备运行维护工作中，可以确定绝缘件的维修策略，及早维护相关器件，极大的降低了维护风险和成本；为防止因绝缘件碳化通道形成造成设备损坏事故，制定有效的反事故措施，提供了供理论依据。

主权项

1.一种有机材料绝缘件表面炭化通道形成预测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1：获取待预测的有机材料绝缘件初始数据；所述初始数据包括有机材料绝缘件电极间尺寸、绝缘件的电阻率、局部炭化区域到电极的距离、局部炭化区域长度l与宽度d、局部炭化区域电阻率、环境温度tf；步骤2：基于步骤1获取的数据，利用麦克斯韦方程组，计算有机材料绝缘件表面局部炭化区域及局部炭化区域周围离炭化区域边缘1cm范围内的区域的电场强度E与电流密度J；步骤3：确定易炭化区域；从步骤2获得的电场强度和电流密度数据中，找出电场强度最大值；当炭化区域边缘的未碳化区域中的电场强度大于或等于上述电场强度最大值的80％时，未碳化区域为易炭化区域，并获取未碳化区域的长度a和宽度b；步骤4：根据步骤1获得的局部炭化区域长度l与宽度d，获得局部炭化区域的自然对流散热特征长度L，L＝(l+d)/2；步骤5：计算格拉晓夫值G_r，根据步骤1获得的环境温度tf以及有机材料绝缘件炭化温度tw，计算获得空气定性温度tm，tm＝(tf+tw)/2，并依据干空气物理性质表查询获得运动粘度v、热导率λ以及普兰德数Pr；上式中，g为引力常数，取值9.8m/s2，β＝1/(273+tm)，Δt＝tw‑tf；步骤6：计算自然对流换热的对流换热系数α：其中，Num＝C(Gr·Pr)n，C为第一调节系数，n为第二调节系数，基于格拉晓夫值与普兰德数以及易炭化区域的形状和位置，查询下表获得C和n的值；步骤7：获取易炭化区域的产热功率P：P＝E·J·V；其中，E为易炭化区域的电场强度，J为易炭化区域的电流密度，V为易炭化区域的体积，易炭化区域的厚度取值为0.1mm，长度和宽度的取值由步骤3获得；步骤8：计算易炭化区域与空气接触表面自然对流散热功率Q：Q＝a·b·α·(tw‑tf)；步骤9：比较步骤7获得的产热功率P与步骤8获得的自然对流散热功率Q，若(P‑Q)为正值，则有机材料绝缘件的炭化通道将朝易炭化区域方向持续形成；否则，则有机材料绝缘件的炭化区域维持现状，不会继续形成炭化通道。