Диссертация (Мультифизические методы численного моделирования поля для решения задач электротехники), страница 4

Методика расчета сварочного трансформаторапутеммультифизическогомоделированияиспользовананазаводеПсковЭлектросвар для проектирования современных трубосварочных машин.Разработаннаяметодикамоделированиянестационарногоэлектромагнитного поля при ударе молнии в оптический грозотрос может бытьиспользована для сравнительного анализа различных конструкций грозозащитныхтросов с точки зрения обеспечения сохранности и работоспособности встроенногооптического модуля.1.9 ПубликацииПо теме диссертации опубликовано более 25 печатных работ, в том числе6 статей в рецензируемых изданиях, входящих в перечень рекомендованных ВАК,5 статей на английском языке, индексированные в базе данных Scopus и 1 патентРФ на полезную модель.1.10 Апробация и внедрение результатовОсновныеобсуждались на:положениядиссертационнойработыдокладывалисьи17• кафедральных научных семинарах Санкт-Петербургского политехническогоуниверситета,• Международной научно-технической конференции «Современные методы исредстваисследованиятеплофизическихсвойстввеществ».(Санкт-Петербург, 30 ноября – 2 декабря 2010),• VII Международной научно-практической конференции «Повышениеэффективности энергетического оборудования-2012» (Санкт-Петербург, 1315 ноября 2012),• Международном симпозиуме по электромагнитной совместимости иэлектромагнитной экологии (Санкт-Петербург, 13-16 сентября 2011),• Международном симпозиуме по электромагнитной теории (EMTS-2013,Хиросима, Япония, 20-25 мая 2013),• МеждународнаяконференцияIEEEпокачествуэлектроэнергииинадежности энергоснабжения PQ-2014, Раквере, Эстония, июнь 2014• XXIII Симпозиум по электромагнитным явлениям в нелинейных цепях,Пилзень, Чешская республика 2 – 4 июля, 2014,• Международная конференция Recent Advances in Energy, Environment andMaterials, Europment.

23-25 сентября 2014, Санкт-Петербург• Международная конференция IEEE EnergyCon-2016, 4-8 апреля 2016,г. Лёвен, Бельгия• XXVI Международная конференция «Электромагнитное поле и материалы(фундаментальные физические исследования)» 23-24 ноября 2018, МоскваМетодика расчета нагрузочной способности подземных кабельных линий наосновемультифизическогочисленногорасчетаэлектромагнитногоитемпературного поля внедрена и активно используется в ГК «Севкабель, НИИ«Севкабель» и других проектных организациях. Копии актов о внедрении отООО «Энерговектор» и ООО «Невская энергосервисная компания» приведены вприложении.Этаметодикавключенатакжевстандартпредприятия18ПАО Ленэнерго [141] для прокладки кабелей 0,4-10 кВ в городских условиях.Копии актов внеМетодика расчета добавочных потерь от эффектов вытеснения и близостидля кабелей из скрученных массивных жил использована заводом Таткабель дляперспективных кабелей с медными и алюминиевыми жилами сечением 1200 и 2000мм2.Методикамоделированияэлектрическогополявконцевыхисоединительных муфтах для высоковольтных кабелей с пластмассовой изоляциейиспользована НИИ Севкабель для оптимизации и конструирования кабельнойаппаратуры.

Опытные образцы соединительных и концевых муфт [137]изготовлены и прошли испытания. Копия акта о внедрении от ГК «Севкабель»приведена в приложении.Методика анализа эффективности снижения магнитного поля подземнойкабельной линии путем экранирования тонкими пленками с высокой магнитнойпроницаемостью используется в компании ЗАО НПО «Техносервис-Электро».Копия акта внедрения от этой компании приведена в приложении.Результаты мультифизического моделирования сварочного трансформатораи разработанная методика используется на заводе ПсковЭлектросвар припроектировании новых машин контактной сварки магистральных трубопроводовбольшого диаметра. Копия акта о внедрении от ЗАО «ПсковЭлектросвар»приведена в приложении.1.11 Личный вклад автораЛично вклад автора состоит в постановке задач, выборе методов решения,анализе результатов, программировании алгоритмов и скриптов, выполнениирасчетов, обработке и анализе их результатов.

Автором проведено сопоставлениерезультатов моделирования поля в подземных кабельных линиях с расчетами пометодике стандарта МЭК 60287, анализ применимости различных форм19стандартизованных испытательных импульсов тока молнии, все численныерасчеты электромагнитного, температурного и упругого поля в сечении сварочноготрансформатора и другие расчеты.Расчеты сглаживания электрического поля концевой и соединительнойкабельных муфт выполнены совместно с Г.В. Грешняковым, Н.В. Коровкиным иГ.Г. Ковалевым. Расчеты добавочных потерь в кабеле с массивными сегментамижилы обсуждались с Н.В.

Коровкиным и сотрудниками завода Таткабель Н.Н.Лотфуллиным и А.Ю. Бескоровайным. Расчеты и оптимизация сварочноготрансформатора проводились и обсуждались совместно с Л.И. Сахно, А.Г.Калимовым. Подходы к постановкам задач и интерпретации полученныхрезультатов обсуждались с Н.В. Коровкиным, Г.В.

Грешняковым.1.12 Структура и объем диссертации.Полный объем диссертации составляет 218 страниц основного текста и 7страниц приложений, в том числе 71 рисунок и 31 таблица. Список литературывключает 141 название.Описание представляемого исследования включает введение, четыре главы,заключение и список литературы.Во введении обсуждается актуальность работы, цели и задачи исследования,научная новизна, научная и практическая значимость диссертации, личный вкладавтора, формулируются положения, выносимые на защиту, приводится количествостатей и конференций, в которых опубликованы результаты данного исследования.В главе 1 на основе литературных источников обсуждается понятиемультифизическихзадачрасчетаполя,приводитсяклассификациямультифизических задач по степени связи отдельных физических доменов междусобой, перечисляются вычислительные особенности мультифизических задач,затрудняющие их решение, перечисляются основные методы решения таких задач20и обосновывается выбор метода конечных элементов и программного обеспеченияELCUT для выполнения дальнейших исследований.Главапосвящена2постановке,исследованиюирешениюмультифизических задач кабельной техники.

В первом разделе обсуждается задачарасчета нагрузочной способности подземных кабельных линий, мультифизическаяформулировкакоторойэлектромагнитногополятребуетсовместносовместногосрешенияуравнениямиуравненийэлектрическойцепизаземляющего контура для вычисления потерь и уравнений температурного поля.Проводитсядетальноесопоставлениесклассическимметодомрасчетанагрузочной способности по стандарту МЭК. Выясняются пределы применимостистандарта и описывается ситуация коллективного кабельного сооружения, длякоторой точность расчета по стандарту оказывается неприемлемо низкой.Во втором разделе главы обсуждается задача управления внешниммагнитным полем подземной кабельной линии в интересах электромагнитнойэкологии и совместимости.

Оценивается уровень и структура внешнего магнитногополя двухцепной линии без экранов в зависимости от междуфазного расстояния.Обсуждается необходимость и эффективность экранирования экранами изсовременныхтонкопленочныхмагнитомягкихматериалов,методическиепроблемы таких расчетов и их численные результаты. В заключениирассматривается эффективность локального экранирующего действия недавнопредложенных кольцевых надвижных экранов с акцентом на их тепловой эффект.Показано, что практически любые меры снижения магнитного поля увеличиваюттемпературу кабелей, или, при равной температуре, снижают пропускнуюспособность по току.В третьем разделе рассматривается задача уточненного расчета добавочныхпотерь от эффекта вытеснения тока и эффекта близости для кабеля перспективнойконструкции из профилированных монолитных жил, транспонированных поМилликену.

Рассмотрено сведение трехмерной полевой задачи к двумернойформулировкесприсоединеннойэлектрическойцепью.Анализ21электромагнитного поля детально сопоставлен с методикой стандарта МЭК, данырекомендации по расчету потерь для кабельных жил описанной конструкции.Вчетвертомразделеоптимизируетсяконструкцияконцевойисоединительной кабельных муфт для кабелей с изоляцией из cшитого полиэтилена.Рассматривается комбинированный способ сглаживания электрического поля вместе разделки экрана кабеля. В отличие от обычного подхода к моделированиюэлектростатического поля, используется полевая формулировка с учетом токовпроводимости в неидеальном диэлектрике, которая позволяет вовлечь впространство оптимизируемых параметров диэлектрическую проницаемость иэлектропроводность изоляционных материалов.Глава 3 посвящена мультифизическому анализу трансформатора дляконтактной сварки труб большого диаметра.

Описаны базовые алгоритмы расчетаосновных электромагнитных параметров трансформатора на основе модели опытахолостого хода и короткого замыкания, возможность сведения трехмерногорасчета к двумерному моделированию. Электромагнитный расчет дополненрасчетом температурного поля в поперечном сечении трансформатора, а такжерасчетом поля упругих напряжений и деформаций, обусловленных кактермическими напряжениями, так и магнитными силами.