一,电场的基本概念
静电场:通常把不随时间变化的电场称为静电场。实际上,只要电场变化的速度低于电磁波的变化速度则可作为静电场来处理。对于变压器来讲,无论在工频或冲击时,其各处的电场均可认为仅随外电压而变化,其电场分布是相似的,所以完全可以作为静电场来处理。静电场的方向由正电荷指向负电荷或由高电位指向低电位。
电位和电场强度:电位是指静电场在电荷作用下各点所具有的位能,能量的大小由库伦定律决定;电场强度在数值上等于电位梯度,它表征电场的强弱,单位为KV/cm(mm,m)。在高压设备的绝缘设计中,其基本原则是应使电场中作用于各部位的“电场强度”均小于绝缘材料的容许击穿场强。
电力线和等位线:电力线是电场分布虚设的有向曲线族,曲线上每一点的切线方向与该点电场方向一致,等位线图是电场各电位相等点相连线的轨迹。它可以形象的表示出电场分布特征,等位线密集会显示该处电场强,反之等位线稀疏则显示电场弱。
均匀电场与不均匀电场:实际上完全均匀的电场是不存在的,在高压电气设备的绝缘设计中,应注意电场的调整,以尽量减低电场的不均匀度,避免电场集中现象的发生,尤其像变压器这种绝缘结构复杂的设备,电场的合理调整就更加重要。
二,变压器的电场
绕组对芯柱、绕组初次级之间的电场可以看为准均匀电场,对于方绕组变压器,尤其对于高压产品应特别注意拐角处的场强集中。
绕组表面并非连续的圆柱体,其轴向的匝间或段间油隙或气隙常引起电场呈波纹状的附加集中。
在绕组的绝缘设计时,还应注意到绕组的轴向电场对主绝缘的影响,如果绕组在工频电压作用下,电场分布是均匀的,这时轴向电场与辐向电场的复合与之考虑幅向电场时相差不大。但当冲击电压作用于绕组时,由于首端电位梯度很高,相应绕组进线端的电场强度较高,因而对绕组的主绝缘的复合场强必然影响较大。
下面是变压器各部位的各部位电场示意图:

变压器高压绕组端部电场分布

饼式绕组饼间电场计算结果

油浸式变压器的引线及其电场

油浸式变压器的主绝缘及端部电场图
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