Диссертация (1144049), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Выработать пути преодолениясложностей,связанныхсразномасштабностьюпостоянныхвременичисленногорасчетаэлектромагнитного и теплового процессов.1.3 Научная новизна1. Показанавозможностьиспользованияпрямогоэлектромагнитного поля и передача вычисленных омических потерь в полевую11температурную задачу для трехфазной кабельной линии с различнымиусловиями заземления.
Установлено, что анализ электромагнитного полякабельнойлиниидолженпроводитьсясовместносуравнениямиприсоединенной цепи, описывающей схему заземления. Подтвержденосовпадение результатов моделирования с методикой МЭК 60287 для одиночныхкабельных линий. Впервые указано расхождение результатов моделированияполя с методикой МЭК 60287 для коллективных кабельных сооружений.Показано, что основная причина расхождений вызвана недооценкой стандартомстепени электромагнитного взаимодействия близкорасположенных кабельныхлиний. Вторая, менее значительная причина расхождений кроется в недооценкестандартом эффекта подогрева кабелями друг друга.2.
Впервые в отечественной практике проведено исследование способоввыравнивания поля в высоковольтной соединительной муфте для кабелей изсшитого полиэтилена путем одновременного использования специальноподобранной геометрической формы стресс-конуса и оптимального выборадиэлектрической проницаемости и проводимости материалов, из которыхизготовлены его элементы – основное тело и рефлектор.
Использованыуравнения переменного электрического поля с ненулевой электропроводностьюматериала, что позволяет учесть влияние проводимости материала нараспределение электрического поля.3. Разработана и практически применена методика раздельного учета добавочныхпотерькабелясжилойизскрученныхмассивныхсегментов из-заповерхностного эффекта и эффекта близости. Методика построена такимобразом, чтобы избежать вычисления потерь путем вычитания близких позначению больших величин.4. Показана взаимосвязь мероприятий по снижению внешнего магнитного полякабельной линии с неблагоприятным увеличением температуры кабелей.Обоснованы ограничения мер по магнитному экранированию с точки зрения ихнеблагоприятного температурного эффекта. Выработаны способы преодоления12проблемы разномасштабности при экранировании кабельных линий тонкимипленками.5.
Впервые проведено исследование нестационарного электромагнитного итемпературного поля грозозащитного троса воздушной линии со встроеннымоптическим элементом при прямом ударе молнии. Изучен и обоснован выборформы тестового импульса тока для моделирования. Показано, что стандартныйгрозовой импульс тока и тестовый импульс тока по SAE дают слегка различные,нопринципиальносходныерезультатымоделирования.Изученыгипотетические модели распределения плотности тока молнии по сечениюгрозотроса.6.
Разработана методика оценки электромагнитных параметров сварочноготрансформатора, прежде всего индуктивности короткого замыкания, припомощи двумерной модели электромагнитного поля. Путем сопоставления стрехмерноймодельюмоделирования.показаныВпервыеграницыпроведеноприменимостисовместноедвумерногомоделированиеэлектромагнитного поля, температурного состояния трансформатора с учетомводяного охлаждения и механических напряжений в изоляционном компаунде,вызванныходновременнымдействиемтермическихпослужилиподземнаядеформацийиэлектродинамических усилий.1.4 Объект исследованияОбъектамиисследованиякабельнаялинияэлектропередачи, набранная из однофазных кабелей с одной, двумя и несколькимитрехфазными цепями, высоковольтный кабель с токопроводящей жилой изскрученных массивных фасонных сегментов, концевая муфта для кабелей изсшитого полиэтилена 110 кВ, сварочный трансформатор для машины контактнойсварки магистральных трубопроводов, грозозащитный трос ВЛ со встроеннымоптическим элементом.131.5 Методы исследованияДля решения поставленных задач использовался метод конечных элементовв сочетании с уравнениями подключенной электрической цепи.
В качествепрограммного средства для решения мультифизических полевых задач выбранапрограмма ELCUT [26], [27], [28], [29], обладающая комплектом инструментов длячисленного моделирования электрического и магнитного поля в частотной ивременной области, стационарного и нестационарного температурного поля, поляупругихнапряженийидеформаций,возможностьюрешатьуравненияэлектромагнитного поля совместно с уравнениями подключенной электрическойцепи, а также инструментами межзадачной связи.Важным преимуществом ELCUT для решения мультифизических задачявляется возможность разрабатывать скрипты для сложных сценариев одно- идвунаправленной межзадачной связи.1.6 Достоверность научных положенийДостоверность численных расчетов, выполненных в диссертационной работеподтверждается следующими основаниями:• Использованиемхорошоизученного,всестороннематематическиобоснованного численного метода решения полевых задач – методаконечных элементов.• Использование высококачественного программного инструмента ELCUT,проверенного сотнями пользователей в течение многолетней успешнойпрактики.
Наличие в ELCUT встроенных инструментов адаптивногосгущения сетки конечных элементов позволяет удостовериться в достижениигеометрической сходимости.• Часть полученных результатов удалось проверить экспериментально спомощью НИИ Севкабель, для части других продемонстрировано хорошеесовпадение с расчетами по альтернативным методикам.141.7 Научные положения, выносимые на защиту1.
Показано, что расчетная методика токовой нагрузки подземной кабельнойлинии по МЭК 60287 систематически недооценивает степень электромагнитного и теплового взаимодействия кабелей между собой. Для преодоленияэтой трудности предложено использовать мультифизическое моделированиеэлектромагнитного и температурного поля совместно с уравнениями цепизаземления для кабельных блоков и других коллективных кабельныхсооружений.2.
Показано, что практически любое мероприятие по снижению внешнегомагнитного поля приводит к локальному повышению потерь в проводниках.Поэтому, анализ электромагнитной экологии кабельной линии долженвключать в себя не только расчет магнитного поля, но и изменившегосятеплового состояния.3. Предложено новое решение задачи уточнения эмпирических коэффициентовувеличения потерь на переменном токе для токопроводящих кабельных жилновой конструкции путем разделения потерь от эффекта вытеснения тока и отэффекта близости, исключающее вычитание больших близких величин.Сделанные вычисления показали, что без применения такого разделенияневозможно получить надежную оценку потерь от эффекта близости. Данырекомендации для завода-изготовителя кабельной продукции.4.
Предлагается использовать уравнения переменного электрического поля сненулевой электропроводностью материала для решения задачи численногомоделирования электрического поля в высоковольтной соединительной муфтедля кабелей из сшитого полиэтилена. Особенностью процедуры являетсяодновременная оптимизация геометрической формы элементов стресс-конуса исвойств диэлектрических материалов. Предложенный подход впервые позволилвключитьвпространствооптимизируемыхпараметровнетолькодиэлектрическую проницаемость, но и электропроводность материалов, изкоторых изготовлены его элементы – основное тело и рефлектор.155.
Показана возможность сквозного расчета сварочного трансформатора путеммоделирования взаимосвязанных полей: электромагнитного, температурного иполя механических напряжений и деформаций. Выяснены условия, при которыхточность расчета в двумерной модели оказывается удовлетворительной дляопределения параметров трансформатора.6. Предложена методика мультифизического анализа грозозащитного троса соптическим элементом при ударе молнии. Использован нестационарный анализэлектромагнитного поля с учетом насыщения стальных проволок, эффектоввытеснения и близости.
Существенно трехмерная модель сведена к двумерномурасчету совместно с рабочими гипотезами о характере растекания тока молнии.Проведено сравнение двух разных модельных импульсов молниевого тока.1.8 Практическая ценность результатовРазработанная методика оценки нагрузочной способности подземныхкабельных линий электропередачи, альтернативная подходу стандарта МЭК 60287,позволяет достоверно предсказать максимальный ток линии в условияхколлективных кабельных сооружений, при сложных условиях прокладки и вдинамическомМатематическаярежиме примодельипослеаварийном перераспределениипрактическаяметодикарасчетанагрузки.нагрузочнойспособности кабельной линии используется в практике расчетов ГК Севкабель ивключена в стандарт ПАО Ленэнерго [141].Моделированиеэлектрическогополявдиэлектрикесконечнойпроводимостью позволяет подобрать оптимальные физические свойства игеометрию двухкомпонентного стресс-конуса для высоковольтных кабельныхмуфт.
Результаты моделирования стресс-конуса для соединительной кабельноймуфты 110 кВ использованы при проектировании опытных образцов муфт длякабелей из сшитого полиэтилена НИИ Севкабель, которые уже изготовлены ипроходят ресурсные испытания.16Методика расчета добавочных потерь в перспективной конструкциитокопроводящей жилы кабеля, скрученной из монолитных сегментов, позволяетоценить конструктивные коэффициенты увеличения потерь на переменном токе отэффекта вытеснения и эффекта близости для жил, скрученных из массивныхпрофилированных сегментов, в том числе большого сечения. Эта методикаприменена заводом Таткабель для алюминиевых и медных кабелей 110 кВсечением 1200 мм2 и 2000 мм2.Сквозной мультифизический анализ электромагнитного, температурного иупругого полей в трансформаторе контактной сварки позволяет комплекснорассмотреть его поведение и надежность при повторно-кратковременном режимеработы в сложном сварочном цикле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
