摘要：为实现高压直流电缆绝缘层内部空间电荷输运的数值仿真,结合双极性载流子输运模型,提出基于二维非结构网格的空间电荷输运特性算法。该算法基于对泊松方程与连续方程的迭代求解,其中泊松方程采用有限元法求解,连续方程采用格心离散有限体积法求解。为同时保证电荷密度落在合理区间及二阶计算精度,对绝缘内部电荷密度进行线性重构和限制器控制处理。通过对4mm厚绝缘电缆内部空间电荷二维仿真和电声脉冲法全尺寸测量的结果进行比对,验证了所提算法的准确性和有效性。另外,二维结构空间电荷的仿真结果表明:当电缆长度远大于半径时,除电缆轴向两端区域之外,中部区域空间电荷沿轴向基本均匀分布,因此该条件下中部区域的空间电荷仿真可简化为径向一维模型。但当电缆长度接近半径值或关注电缆端部的空间电荷分布时,空间电荷沿轴向存在明显的不一致性,一维简化模型将不再适用,必须采用二维模型,以提高空间电荷输运仿真结果的准确性。

关键词：电缆绝缘 空间电荷 二维模型 双极性载流子输运模型 有限元法 

单位：上海交通大学电子信息与电气工程学院; 上海市闵行区200240