Разработка методов анализа и синтеза электромагнитных полей электротехнических устройств с сильными токами

• Автор: Шишигин, Сергей Леонидович
• Шифр специальности: 05.09.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 220 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ,
МЕТОДЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ И КВАЗИБЕССИЛОВЫХ МАГНИТОВ
1.1. Математическая модель земли
1.2. Математические модели заземляющих устройств
1.3. Методы расчета электромагнитных переходных процессов в ЗУ
1.4. Учет частотно зависимых параметров в шаговых алгоритмах
1.5. Эквивалентные модели ЗУ и способы определения их параметров
1.6. Методы анализа электрических и магнитных полей
1.7. Методы синтеза электрических и магнитных полей
1.8. Существующие программы расчета ЗУ
1.9. Методы измерения сопротивлений ЗУ опор ВЛ с тросом
1.10. Выводы по Главе
ГЛАВА 2. ЦЕПНО-ПОЛЕВАЯ МОДЕЛЬ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
2.1. Формирование цепно-полевой модели ЗУ
2.2. Параметры цепно-полевой модели ЗУ
2.3. Расчет сопротивлений элементов по методу среднего потенциала
и средней точки
2.4. Взаимное сопротивление элементов в однородной среде и однородной земле
2.5. Взаимное сопротивление элементов в двухслойной земле
2.6. Эквивалентный перенос ОС параметров из средних точек элементов в узлы цепно-полевой модели ЗУ
2.7. Реализация цепно-полевой модели ЗУ
2.8. Учет сосредоточенных сопротивлений в цепно-полевой модели

2.9. Расчетные модели конструкций ЗУ
2.9.1.Эквивалентные диаметры проводников некруглого сечения
2.9.2. Эквивалентный диаметр кабельных линий
2.9.3. Эквивалентный диаметр металлических башенных опор
2.9.4. Моделирование железобетонных фундаментов
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ШАГОВЫХ АЛГОРИТМОВ РАСЧЕТА ПЕРЕХОДНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЦЕПНОПОЛЕВОЙ МОДЕЛИ ЗУ ПРИ ИМПУЛЬСНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ С УЧЕТОМ ЧАСТОТНО ЗАВИСИМЫХ И НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
3.1. Шаговые алгоритмы на базе операторного метода
3.2. Сопоставление шаговых алгоритмов
3.3. Дискретная схема замещения и параметры частотно зависимых элементов
3.4. Дискретные переходные сопротивления стальных стержней при резко выраженном поверхностном эффекте
3.5. Сопротивление грозозащитного троса с учетом частотно зависимого сопротивления земли
3.6. Учет нелинейных элементов в шаговых алгоритмах
3.6.1. Учет искрообразования в земле
3.6.2. Учет нелинейности внутреннего сопротивления стальных стержней
3.6.3. Характеристика коронирующих проводников В Л
ГЛАВА 4. СИНТЕЗ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ЯЬС СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ

4.1. Расчет переходного сопротивления пассивного двухполюсника по мгновенным значениям входного напряжения и тока

4.2. Синтез КЬС моделей заземляющих устройств по
экспериментальным и расчетным переходным сопротивлениям
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ СИНТЕЗА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ С СИЛЬНЫМИ ТОКАМИ
5.1. Сведение минимаксных задач нелинейной оптимизации к задачам синтеза электромагнитных полей
5.2. Разработка итерационных методов синтеза формы заземляющих сеток
5.2.1. Принцип построения заземляющих сеток с минимальным напряжением прикосновения и сопротивлением ЗУ
5.2.2. Метод синтеза заземляющих сеток с постоянным напряжением
ячеек
5.3. Метод синтеза формы границы с двумя граничными условиями
ГЛАВА 6. ПРИЛОЖЕНИЕ МЕТОДОВ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ К ЗАДАЧАМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ И КВАЗИБЕССИЛОВЫХ МАГНИТОВ
6.1. Программа ЗУМ
6.2. Интерпретация данных ВЭЗ в многослойной земле с приведением
к эквивалентной двухслойной земле
6.3. Расчет ЗУ опор ВЛ в скальном грунте
6.4. Математическое моделирование методов измерений сопротивлений ЗУ опор ВЛ с тросом
6.5. Проектирование заземляющего устройства электрической подстанции 110 кВ в грунте с изолирующим (скальным) основанием
6.6. Синтез формы заземляющих сеток
6.6.1. Синтез формы заземляющих сеток по критерию минимума максимального напряжения прикосновения

К аналогичному выводу приходим, анализируя работу [32], посвященную расчету кабельных линий.
Характерен вывод, сделанный в [112] при исследовании электромагнитных процессов в протяженных заземлителях, что «несмотря на отчетливую методологическую общность задач расчета электромагнитных полей заземлителей в грунте и воздушных линий электропередачи ни один из существующих методов расчета последних невозможно применить для исследования процессов в заземлителях».
Таким образом, теория длинных линий, эффективная при расчетах ВЛ, не соответствует требованиям задач расчета ЗУ с разветвленной сеточной структурой и трехмерным распределением электромагнитного поля.
К наиболее простым расчетным инструментам ЗУ относится теория цепей с сосредоточенными параметрами. ЗУ разбивается на элементы, размеры которых существенно меньше длины электромагнитной волны. Элементы моделируются симметричными П-четырехполюсниками с продольными активно-индуктивными сопротивлениями и поперечными активно-емкостными проводимостями. Добиться адекватности схемной модели электромагнитному полю и процессам в ЗУ - главное требование при формировании модели, достигаемое исследователями разными способами.
В основу первой модели ЗУ [20] положена итерационная процедура приведения матриц собственных и взаимных параметров четырехполюсников к диагональному виду, что соответствует цепной схеме с эквивалентными собственными (далее рабочими) параметрами звеньев. В первом приближении ЗУ принимается эквипотенциальным ф=сопз1 и решением системы ЛчГ=ф, где Л — матрица собственных и взаимных сопротивлений элементов, находятся стекающие токи J и рабочие проводимости элементов ^,-=Д/фь 1—1..N. Проводимость узла равна полусумме рабочих проводимостей подключенных к нему элементов. Внешняя индуктивность элементов находится приближенно, по формуле Ф. Поллячека [20, стр. 152], емкостью пренебрегают, что допустимо на низких частотах.