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Electrical treeing: A phase-field model

电植树 材料科学 复合材料 电介质 电容器 局部放电 电场 分形 相(物质) 介电常数 介电强度 电压 电气工程 光电子学 化学 物理 工程类 量子力学 数学分析 有机化学 数学
作者
Ziming Cai,Xiaohui Wang,Longtu Li,Wei Hong
出处
期刊:Extreme Mechanics Letters [Elsevier BV]
卷期号:28: 87-95 被引量:60
标识
DOI:10.1016/j.eml.2019.02.006
摘要

Electrical treeing is a commonly observed phenomenon associated with dielectric breakdown in solid dielectrics. In this work, a phase-field model is developed to study the initiation and propagation of electrical trees in two different geometries: a parallel capacitor and a cylindrical capacitor. The model utilizes a continuous field of damage variable to distinguish the localized damaged regions from the undamaged bulk material. Factors that affect electrical tree morphology, including discharge speed and damage mobility, are studied. Electrical treeing tends to exhibit a fractal shape with more branches at a relatively high discharge speed relative to the rate of damage. Furthermore, the effect of fillers on electrical treeing is also studied. Numerical results suggest that fillers of lower permittivity, higher breakdown energy or lower damage mobility will promote fractal treeing and thus resist catastrophic breakdown.
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