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

УТВЕРЖДАЮ: Заместитель генерального директора — Научный руководитель Акционерного общества «Научнотехнический центр Единой энергетической системы», (АО НТЦ ЕЭС) доктор технических наук, профессор . Кощеев Акционерного общества «Научно-технический центр Единой энергетической системы», (АО НТЦ ЕЭС), г.

Санкт-Петербург о диссертации Дубицкого Семена Давидовича «Мультифизические методы численного моделирования поля для решения задач электротехники» представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.05 — Теоретическая электротехника 1. Актуальность работы Актуальность темы диссертационного исследования обусловлена мировым трендом сокращения сроков вывода новых образцов продукции в производство путем максимально полной замены физического эксперимента численным моделированием.

Численная модель, результатам анализа которой можно доверять почти также, как натурным экспериментам, обычно включает уравнения нескольких взаимозависимых физических процессов, то есть является мультифизической, К мультифизическим также причисляют задачи, в которых сочетаются численные модели из одного физического домена, но существенно различные по уровню математической абстракции, например, цепные и полевые модели, либо детерминированные и стохастические модели.

Поэтому исследования, направленные на развитие сложности и адекватности численных моделей, выявлению и преодолению сопутствующих проблем, являются чрезвычайно актуальными и практически обоснованными. В качестве частных мультифизических задач основное внимание автор уделяет проблемам кабельной техники. Несмотря на то, что теоретическая модель расчета потерь и температуры кабелей и основанная на ней расчетная методика содержатся в международных стандартах, в практике ощущается необходимость более детального анализа температурного режима кабельных линий, особенно при коллективной прокладке в кабельных блоках, тоннелях и других сооружениях. Кроме того, современная тенденция к увеличению сечения токопроводящих жил кабелей подводит к границам применимости стандарта МЭК 60278, которую можно преодолеть только путем тщательного численного моделирования.

В настоящее время остро стоит задача развертывания массового отечественного производства соединительных и концевых муфт для высоковольтных кабелей с пластмассовой изоляцией, которая также требует подробного моделирования электрического поля с учетом деталей конструкции и свойств материалов. В свете сказанного, разработка методов мультифизического моделирования представляется весьма актуальной задачей. 2. Научная новизна работы ° Выявлены и проанализированы причины расхождения между результатами расчетов токовой нагрузки кабелей при коллективной прокладке методами стандарта МЭК 60287 и мультифизич еского моделирования.

Сделан вывод о недооценке стандартом степени электромагнитного и температурного взаимодействия кабелей между собой. ° Рассмотрение задачи управления внешним магнитным полем кабельной линии привело к выводу о наличии тесной взаимосвязи между мероприятиями по снижению внешнего магнитного поля подземных кабельных линий и их пропускной способностью. Исследованы основные способы снижения магнитного поля и даны практические рекомендации. ° Разработана методика выравнивания поля в высоковольтных муфтах для кабелей с пластмассовой изоляцией, которая учитывает не только диэлектрическую проницаемость, но и электропроводность материалов двухкомпонентного стресс-конуса.

Проведенная оптимизация в пространстве параметров стресс-конуса позволила выдать обоснованные рекомендации для конструкторского проектирования, подтвержденные ресурсными испытаниями. ° Техника мультифизического моделирования применена для высоконагруженного сварочного трансформатора с водяным охлаждением вторичной обмотки. Специфика данного изделия, работающего в повторно-кратковременном режиме по сложному сварочному циклу, состоит в том, что главными проектными ограничениями являются индуктивность короткого замыкания и температурный режим. Выполнено совместное моделирование электромагнитного поля, температурного состояния трансформатора с водяным охлаждением и механических напряжений в изоляционном компаунде, вызванных одновременным действием термических деформаций и электродинамических усилий.

° Проведено исследование нестационарного электромагнитного и температурного поля грозозащитного троса воздушнои 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 грозозащитного троса и их влияние на целостность оптического модуля. 3. Научная значимость работы Научная значимость работы состоит в: ° Обосновании границ в обосновании границ применимости стандарта ГОСТ Р МЭК 60287-2012 при расчете токовой нагрузке многоценных подземных кабельных линий; е Выявлении взаимосвязи между мерами снижения магнитного поля вокруг кабельной линии и ее температурным режимом; ° Использовании для моделирования электрического поля стресс-конуса формулировки, позволившей принять во внимание электропроводность диэлектрических материалов; ° Разработки и проверке методики двумерного мульти физического моделирования сварочного трансформатора; ° Впервые решенной задаче о температурной стойкости грозозащитного троса ВЛ с оптоволоконным модулем при ударе молнии; е Накоплен методический опыт решения взаимосвязанных мультифизических задач с обоснованием применяемых допущений.

Важно отметить, что все перечисленные факторы новизны достигнуты на единой методической основе и с использованием высококачественного отечественного программного продукта Е1.С1ГГ. 4. Практическая значимость работы Практическая значимость состоит в разработке готовой для практического использования методики расчета подземных кабельных линий, дополнительных потерь на переменном токе в токопроводящих жилах, температурного режима кабельных линий и их внешнего магнитного поля. Также несомненным практическим результатом является выдача проектных данных для проектирования нового поколения высоковольтных кабельных муфт и оптимизация температурного режима сварочного трансформатора для новых машин стыковой контактной сварки газопроводов большого диаметра.

5. Рекомендации по использованию результатов и выводов работы Разработанные диссертантом методики анализа теплового режима подземных кабельных линий рекомендуются для применения в проектной практике и в задачах экспертной оценки действующих и проектируемых энергообъектов. Предложенная методика оценки дополнительных потерь в монолитных сегментированных токопроводящих жилах кабелей может быть рекомендована для кабельных заводов при разработке новой продукции этого типа.

Также заслуживает практического применения комплекс мероприятий по управлению магнитным полем кабельных линий в интересах электромагнитной экологии. 6. Замечания по диссертационной работе 1. Представляется недостаточно обоснованным допущение об изолированности проводников при решении задачи об уточнении дополнительных потерь в кабельных токо проводящих жилах из массивных профилированных сегментов (стр.127). Как повлияет учет контактных сопротивлений между проводниками на распределение плотностей тока? 2.

Требует пояснения исключение зависимости от четвертой степени температуры в уравнении радиационного теплообмена 1выражение (2.20), стр.115). 3. Достаточно ли расстояние до нижней границы расчетной области 1,75 м при расчете температурного поля системы большого количества кабелей (Глава 2, рис.2.12), если ранее при расчете одиночного кабеля принималось расстояние 10 м? 4. Имеется ряд редакционных замечаний: сдвиг нумерации рисунков и таблиц в Главах 2,3; ссылки на несуществующие формулы и уравнения 1стр.123) и т.д. 7.

Заключение Отмеченные недостатки и замечания не снижают значимости полученных научных результатов и не влияют на положительную оценку диссертационной работы. Диссертационная работа Дубицкого 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, решен ряд актуальных задач кабельной техники и расчета сварочных трансформаторов на базе отечественного программного продукта. Работа характеризуется научной новизной, сделанные автором выводы в достаточной степени обоснованы.