Simulating dielectric breakdown based on Maxwell’s equations with inhomogeneous conductivity

电介质 麦克斯韦方程组 介电强度 电气故障 材料科学 击穿电压 电场 高斯分布 局部放电 电击穿 机械 电压 物理 数学分析 数学 电气工程 工程类 光电子学 量子力学
作者
Qi Wang,Yan Yang,Malvern Yap,Wen Kwang Chern,Zhong Chen
标识
DOI:10.1109/ceidp55452.2022.9985246
摘要

Dielectric breakdown of electrical insulations under high-voltage conditions can cause damage to electronics and electrical equipment, resulting in property losses. To investigate the breakdown behaviour of dielectric polymers, a simulation method of dielectric breakdown is proposed in this paper. A maximum electric field intensity criterion was integrated with Maxwell’s equations. A Gaussian distribution function was coupled with the criterion to illustrate the stochasticity of the breakdown strength. A damage factor was proposed to differentiate the intact and breakdown material, whose local properties were modified according to the damage factor. Maxwell’s equations that have considered the inhomogeneous material properties were solved using the finite element method in the time domain. The tree-like breakdown channels were obtained by the proposed method. The method brings a novel insight into the study of the degradation and breakdown mechanism of dielectric materials.

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