074a-1-opreview (Мультифизические методы численного моделирования поля для решения задач электротехники)

ОТЗЫВ официального оппонента на диссертационную работу Дубицкого Семена Давидовича «Мультифизические методы численного моделирования поля для решения задач электротехники» представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.05 — Теоретическая электротехника 1, Актуальность темы днссертацнп Диссертация Семена Давидовича Дубицкого посвящена исследованию и разработке методике мультифизического численного моделирования поля в задачах электротехники.

Численное решение полевых задач давно применяется в научных исследованиях, а в последние годы и при проектировании электротехнических изделий и систем. Развитие теории и техники численных расчетов дает возможность улучшения полноты и адекватности численных моделей путем включения большего числа физических эффектов. Этого требует специфика многих задач электротехники, заключающаяся в том, что адекватность численных моделей существенно повышается прн сочетании уравнений электромагнитных и иных ~тепловых, механических и пр.) физических процессов. Решение мультифизических задач и интерпретация их результатов характеризуются специфическими сложностями„которые рассматриваются и преодолеваются в диссертационной работе.

Общие закономерности мультифизических задач показаны на примерах задач кабельной техники, таких как расчет токовой нагрузки подземных кабельных линий, углубленный анализ потерь на переменном токе для монолитных перевитых то ко проводящих жил, анализ сглаживания электрического поля в кабельных муфтах, способы управления внешним магнитным полем кабельных линий электропередачи. Каждая из перечисленных задач является актуальной поскольку несовершенство существующих методов расчета сдерживает повышение пропускной способности мощных подземных кабельных линий. Общие принципы мул ьтифизического моделирования применимы также к сварочным трансформаторам, осуществимость которых в заданном габарите определяется не только электромагнитными, но также тепловыми и механическими характеристиками.

Поэтому разработка методов мультифизического моделирования представляется весьма актуальной задачей. 2. Достоверность и новизна основных результатов работы Достоверность результатов выполненных в диссертации численных расчетов подтверждается использованием хорошо изученного и всесторонне обоснованного метода конечных элементов, выбором качественного программного средства с длительной историей успешного использования, тщательной проверкой сходимости численных решений и их устойчивости к вариации входных параметров. Часть результатов подтверждена экспериментально в ходе конструирования, изготовления и ресурсных испытаний комплекта кабельных муфт с пластмассовой изоляцией.

Научная новизна результатов, полученных диссертантом, заключается в следующем: е Впервые указано на существенное расхождение результатов численного моделирования рабочего режима кабельного блока по сравнению с расчетом по МЭК б0287. Исследована природа этого расхождения, сделан вывод о недооценке стандартом степени электромагнитного и температурного взаимодействия кабелей между собой. ° Показана и исследована тесная взаимосвязь между мероприятиями по снижению внешнего магнитного поля подземных кабельных линий и их пропускной способностью.

Выявлены ограничения мер по магнитному экранированию с точки зрения их неблагоприятного температурного эффекта. ° Предложена методика и проведено исследование способов выравнивания поля в высоковольтной соединительной муфте для кабелей из сшитого полиэтилена. Уравнения электрического поля в модели выбраны таким образом, чтобы учесть не только диэлектрическую проницаемость, на и электропроводность материалов двухкомпонентного стресс-конуса.

Результатом является оптимальный выбор геометрических и физических параметров стресс-конуса, положенный в основу проекта концевой и соединительной муфт 110 кВ. ° Разработана методика оценки электромагнитных параметров сварочного трансформатора, прежде всего индуктивности короткого замыкания, при помощи двумерной модели электромагнитного поля. Путем сопоставления с трехмерной моделью показаны границы применимости двумерного моделирования.

Выполнено совместное моделирование электромагнитного поля, температурного состояния трансформатора с водяным охлажденим и механических напряжений в изоляционном компаунде, вызванных одновременным действием термических деформаций и электродинамических усилий. ° Проведено исследование нестационарного электромагнитного и температурного поля грозозащитного троса воздушной линии со встроенным оптическим элементом при прямом ударе молнии.

Обоснован выбор формы тестового импульса тока для моделирования. Показано„что стандартный грозовой импульс тока и тестовый импульс тока по ЯАЕ дают принципиально сходные результаты моделирования. Изучены гипотетические модели распределения плотности тока молнии по сечению грозотроса. 3. Обоснованность научных положений и выводов Научные положения, выносимые на защиту, обоснованы большим объемом численных расчетов, сопровождающихся контролем сходимости по густоте сетки конечных элементов, проверкой корректности граничных условий, контролем устойчивости численного решения по отношению к входным данным.

Автор провел сопоставление полученных им результатов с опубликованными работами и расчетами по классическим методикам. 4. Значимость результатов работы для науки и практики Научная значимость работы состоит в крайне важном для практического применения обосновании границ применимости стандарта ГОСТ Р МЭК 60287- 2012 при расчете токовой нагрузке многоценных подземных кабельных линий, впервые примененной для моделирования стресс-конуса в формулировке электрического поля с токами утечки, позволившей включить проводимость диэлектриков в пространство оптимизируемых параметров, в разработке и проверке методики двумерного мультифизического моделирования сварочного трансформатора, впервые решенной задаче о температурной стойкости грозозащитного троса ВЛ с оптоволоконным модулем при ударе молнии.

Определены возможности применения двумерных моделей с учетом анализа точности расчета, достаточной для определения параметров трансформатора. Практическая значимость„подтвержденная шестью актами о внедрении, состоит в уточнении методика оценки максимальной токовой нагрузки подземных кабельных линий при помощи разраоотанных расчетных программ, методе расчета внешнего магнитного поля кабельных линий и его взаимосвязи с тепловым режимом кабелей, выдаче проектных данных для проектирования нов010 поколения высоковольтных каоельных муфт, наличии Опытных образцов кабельной муфты на 110 кВ, проходяших этап испытаний.

5. По содержанию диссертации можно сделать следующие замечания Не смотря на очевидную актуальность поставленных и решенных задач объем представленного материала кажется избыточным 1226 страниц текста). Разнообразие рассмотренных актуальных проблем различного типа показывает возможности широкого применения используемых численных методов расчета„ но с другой стороны - нарушает логическую целостность и гармоничное единство диссертационной работы. В отдельных местах изложение материала напоминает стиль учебно- методического пособия для пользователей программными продуктами.

При подробном рассмотрении поставленных задач все же возникает ряд вопросов. 1. Методика оценки теплового состояния кабельных линий описана в работе для подземной прокладки. Исследовались ли вопросы анализа температурного режима для линий, проложенных в кабельных туннелях, на лотках и других сооружениях на открытом воздухе7 2. Насколько обоснованной выглядит гипотеза о характере распределения тока молнии по одной-двум проволокам грозотроса". Чем обосновано это предположение и можно ли на его основе строить расчет термической стойкости Опти~еского модуля". 3. Расчет токовой нагрузки кабельной линии в работе выполнен только для установившегося симметричного режима.

Стоило бы распространить анализ также на переходный режимы, в том числе, короткое замыкание. В тексте в некоторых местах присутствуют опечатки 1например, на страницах 45,51,6б,82-85, 114), а также неточности в ссылках на нумерацию рисунков и таблиц в тексте второй — четвертой глав, например, на страницах 178, 194-196, 198). Некоторые графики и картины магнитного поля не имеют численных характеристик 1'стр.83 рис.2.12) или на них не указана размерность указанных величин (таблицы 2.12, 2.14, 2.16, рисунок 4.3. на стр.

! 93). На стр. 182 помещен рисунок 3.12 без обозначений по осям Х и У и без ссьшки на него в тексте работы. Аналогично отсутствует ссылка на рисунок 4.1, на стр. 188. б. Заключение Отмеченные недостатки и замечания не снижают значимости полученных научных результатов и не влияют на положительную оценку диссертационной работы. Диссертационная работа Дубицк ого Семена Давидовича является законченной самостоятельной научно-квалификационной работой, в которой исследованы проблемы, возникающие при постановке и решении мультифизических задач, предложены и обоснованы пути их преодоления.

В работе решены ряд задач кабельной техники и расчета сварочных трансформаторов на базе отечественного программного продукта. В ходе решения отдельных задач получены новые научные результаты, а также предложены и отработаны методики. полезные для широкого прим~пения в практике проектирования кабельных линий, кабельной армагуры н сварочных трансформаторов. Работа характеризуется научной новизной, сделанные автором выводы в достаточной степени обоснованы. Все основные результаты диссертации опубликованы, прошли научной обсуждение и были благоприятно восприняты научным сообшеством. Автореферат качественно отражает содержание работы.