Разработка методик математического моделирования и исследований электрических и тепловых процессов в ограничителях перенапряжений

• Автор: Смирнов, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.14.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор литературы по методам расчета электрических

и тепловых процессов в ограничителях перенапряжений

1.1. Математическое моделирование ОПН

1.2. Обзор методов расчета электростатических полей

1.3. Обзор методов расчета электрических и тепловых процессов Глава 2. Методика расчета электростатических полей

высоковольтных аппаратов

2.1. Математическая модель электростатических полей

в кусочнооднородных средах

2.2. Применение метода сингулярных интегральных уравнений

2.3. Методика численного решения интегральных уравнений
2.4. Методика расчета поля в трехмерном варианте Глава 3. Расчет электростатических полей
модельных объектов и ОПНУ0
3.1. Примеры расчета электростатических полей
3.2. Расчет поля ОПН Глава 4. Моделирование электрических
и тепловых процессов в ОПУ0
4.1. Моделирование электрических процессов в ОПН
в стационарном и импульсных режимах
4.2. Моделирование тепловых процессов в ОПН
в стационарном и импульсных режимах
Заключение
Литература


В работе [] отмечается также, что «расчет поля ОПН с учетом поверхностного загрязнения является главным образом оценочным, так как величины поверхностных проводимостей зависят от многих внешних факторов и носят случайный характер, в результате чего распределение величины поверхностной проводимости вдоль фарфоровой покрышки может изменяться в достаточно широком диапазоне». Методика расчета распределения потенциала вдоль покрышки ОПН при наличии загрязнения прелагается B. C. Дмитриевским []. Данная методика не позволяет также вычислять наибольшие значения напряженности на электродах. Р1Ь» для расчета осесимметричных полей. Однако при расчете поля использовалась кусочно-постоянная аппроксимация функции распределения заряда, которая также не способна обеспечить высокую точность расчетов. Кроме того, уровень развития вычислительной техники еще несколько лет назад не давал возможности вычислять электростатические поля сложных высоковольтных аппаратов (таких как ОПН) без существенного упрощения их геометрии. Методика расчета напряжений электрических токов в блоках ОПН обсуждалась С. Н. Кадниковым в работе []. Однако расчеты токов и потерь мощностей по данной методике с удовлетворительной точностью ранее произведены не были по причине нехватки вычислительных мощностей. Развитие вычислительной техники позволяет в настоящее время вернуться к рассмотрению данной проблемы на более высоком уровне, используя и более совершенные математические модели, и большее количество элементов дискретизации. Моделирование электрических процессов в ограничителях перенапряжений приводит к жесткой системе - обыкновенных дифференциальных уравнений с большим числом жесткости. Методы решения данных систем описаны в [, , ]. Анализ литературы показывает, что достаточно точный численный расчет токов и потерь мощностей на блоках ОПН с учетом нелинейности резисторов и взаимного влияния всех электродов ранее не проводился. Тем более, не вычислялись токи и потери мощностей в блоках ОПН при различных внешних воздействиях (коммутационные и грозовые перенапряжения, загрязнение покрышки аппарата). Моделирование электрических процессов невозможно без точной информации о вольт-амперной характеристике варисторов [2, -]. Следует отметить,, что данная информация в литературе представлена достаточно противоречиво. Задача построения схемы замещения ограничителей напряжений в целом или отдельных его элементов ставилась ранее многими исследователями [-]. Однако большинство предлагавшихся схем учитывали взаимные влияния только близлежащих электродов. Как показали результаты вычислительных экспериментов, это приводит к неадекватной модели электрических процессов в ОПН. Кроме того, параметры схемы замещения аппарата определялись ранее исходя из натурного эксперимента. Такой подход не позволяет строить схему замещения ОПН на этапе проектирования новой модели аппарата, а точность построенной схемы существующего аппарата может значительно снизиться при увеличении диапазона внешних воздействий. Поэтому необходимо создать общую методику построения резистивно-емкостной схемы замещения ОПН с учетом взаимного влияния всех электродов и нелинейности резисторов, которая бы достаточно точно моделировала электрические процессы в широком спектре внешних воздействий. Задача достаточно точного расчета теплового режима ОПН (с учетом взаимного влияния электрических и тепловых процессов) посредством математического моделирования до настоящего времени не ставилась. Ранее, например, проводились исследования распределения температур внутри варисторов [] без учета неравномерности распределения нагрузки на них. Однако распределение температур вдоль резисторного столба аппарата можно получить лишь при расчете теплового режима ОПН в целом. Как показывают вычисления, температура по варисторам распределена достаточно неравномерно по причине неравномерного распределения источников тепла. Кроме того, данное распределение существенно зависит от внешних факторов (высоты экрана, наличия грязевых покрытий, коммутационных и грозовых перенапряжений и т. При расчете тепловых режимов активно применялась также идея аналогии тепловых и электрических процессов [, , , ].