Розрахунок тривимірних електричних полів в неоднорідних середовищах методом скінченних об’ємів

Початкові умови при розрахунку покладалися нульовими, граничні: ₁=U₀ на стержневому електроді - голці і площині голкотримача, ₂=0 - на заземленій площині, на інших граничних площинах. Відстань між голкою і площиною - 1,5 мм, рівні прикладеної до голки напруги: U₀=6 кВ (час розвитку дендрита - 10 хв.) - рис. 6а і U₀=9 кВ (час розвитку дендрита - 20 с) - рис. 6б.

Якщо при статистичному моделюванні не враховується процес збільшення провідності стінок дендрита при його рості, варіювання амплітуди прикладеної напруги не призводить до зміни форми дендритів, відрізняються тільки часи їхнього розвитку. Для моделювання зміни об'ємної структури дендрита при різних рівнях напруги необхідно враховувати відому експериментально встановлену залежність величини провідності стінок дендрита від тривалості витримки й амплітуди прикладеної напруги. Порівняння фрактальної розмірності і характерних часів розвитку дендритів, отриманих за експериментальними і розрахунковими дослідженнями, показали їхній збіг у межах точності експерименту.

за допомогою описаної моделі можна розрахувати імовірнісну криву часу до пробою ізоляційної конструкції і визначити з заданою наперед надійністю час її безвідмовної роботи для визначеного режиму експлуатації з урахуванням статистичних розподілів діелектричних властивостей матеріалу поблизу дендрита.

Шостий розділ присвячено використанню методу скінченних об'ємів для розрахунку розподілів низькочастотних електричних полів навколо й усередині слабкопровідних неоднорідних включень складної просторової конфігурації, таких як, наприклад, тіло людини. При цьому електричні параметри оточуючого тіло діелектричного середовища (повітря) залишаються незмінними, а електричні параметри включення (тіла людини) украй неоднорідні і залежать від частоти прикладеного електромагнітного поля. Спочатку вирішується зовнішня задача і визначається розподіл електричного поля поза включенням (тілом людини), потім по знайдених граничних умовах розраховується розподіл поля всередині неоднорідного включення.

Перебування слабкопровідних включень (наприклад, тіла людини) у зоні низькочастотного ЕП приводить до його викривлення і посилення напруженості електричного поля навколо і на поверхні даних включень. Для нормування безпечних для здоров'я людини рівнів напруженості електричних полів необхідна інформація про розподіл полів на поверхні й усередині тіла людини. Така інформація дозволяє визначити можливий негативний вплив ЕП, а також, якщо це необхідно, розробити засоби захисту або екранування. Для цього потрібно одержати картини розподілу електромагнітних полів у різних полеутворюючих системах.

В даний час велика увага приділяється вивченню впливу електромагнітних полів ліній електропередачі (ЛЕП) на здоров'я людини. При цьому необхідна інформація про розподіл електричного поля в санітарній зоні ЛЕП, а також усередині тіла людини.

На основі розвитку методу скінченних об'ємів нами розроблені чисельні методики, що дозволяють одержувати картини розподілу потенціалів і напруженостей тривимірних електричних полів у біологічних об'єктах, розташованих у санітарній зоні ЛЕП. Розраховані лінії однакового потенціалу (а) і рівної напруженості (б,в) ЕП у перетині Z=const, що проходить через середину тіла людини, яка знаходиться в санітарній зоні ЛЕП-110, представлені на рис. Рівні однакового потенціалу ЕП дані у кіловольтах (а), рівні однакової напруженості електричного поля дані у кВ/м (б,в).

Розподіли відповідають моменту часу, коли напруга на середньому проводі досягла максимуму. Початкові умови при розрахунку вважалися нульовими, граничні умови являли собою аналітичне рішення для потенціалів ЛЕП на відстані від тіла людини, де викривленням поля, пов'язаним з його присутністю, можна знехтувати.

Для того, щоб оцінити ступінь викривлення ЕП у присутності слабкопровідних включень складної просторової конфігурації, був використаний також метод інтегральних рівнянь. Як приклад було розраховано розподіл напруженості електростатичного поля у системі "оператор персонального комп'ютера - відеодисплейний термінал (ВДТ)". Оскільки провідність біотканин на багато порядків перевищує провідність повітря, при одержанні розподілу електростатичного поля поблизу тіла людини воно вважалося ідеальним провідником. Екран ВДТ замінявся рівномірно зарядженою площиною, густина заряду якої розраховувалася по обмірених рівнях напруженості електростатичного поля в безпосередній близькості від його поверхні.

Нормальні компоненти напруженості електричного поля у вузлах на поверхні досліджуваного об'єкта записувалися через щільності заряду на відповідних їм площадках у вигляді суперпозиції напруженостей ЕП зарядів інших площадок, а також зарядів елементарних площадок, на які розбитий екран ВДТ. У результаті перетворення даних виразів, отримані рівняння для внутрішньої задачі Неймана, що представляють собою інтегральні рівняння Фредгольма другого роду. Після регуляризації, система інтегральних рівнянь була замінена системою лінійних алгебраїчних рівнянь.

З метою більш точного урахування реальної форми поверхні людського тіла, воно було апроксимоване сіткою, що складається з плоских площадок-трикутників, які мають різну орієнтацію у просторі. Тривимірна геометрична модель тіла людини була представлена в dxf-форматі Autodesk AutoCAD і прочитана спеціально розробленою підпрограмою.

При розрахунку вважалося, що заряд кожної елементарний площадки зосереджений у її центрі ваги. У результаті рішення системи рівнянь записаних для кожної елементарної площадки, на які поділена поверхня об'єкта, розраховувалися величини зарядів, що імітують присутність людини в зоні дії електричного поля.

Результати проведених чисельних розрахунків напруженості електростатичного поля в системі "оператор персонального комп'ютера - відеодисплейний термінал" представлені на рис.: це розраховані лінії однакової напруженості ЕП 20 кВ/м у перетині, що проходить через площину симетрії оператора (напруженості ЕП дані у В/м).

При розрахунку використовувалися відомі експериментальні дані про рівень напруженості електростатичного поля на відстані 0,1 м від центра ВДТ - 250 кВ/м. Відповідно до діючих в Україні нормативних документів, час перебування людей у зоні дії електростатичного поля не обмежено, якщо рівень його напруженості менший ніж 20 кВ/м. Як видно з рис. 8, зони з підвищеною напруженістю ЕП є на грудях (І), а також на передній і задній частині голови оператора (ІІ).

ВИСНОВКИ

У дисертації отримала подальший розвиток теорія неоднорідних електричних полів у частині розробки методу скінченних об'ємів, наукових підходів і математичних моделей для чисельного розрахунку тривимірних квазістаціонарних електричних полів у діелектричних і слабкопровідних середовищах з включеннями, що мають складну конфігурацію, яка може змінюватися у часі. Отримані результати у сукупності складають суттєвий внесок у вирішення науково-прикладної проблеми розрахунку електричних полів у середовищах з гетерогенними включеннями складної конфігурації, яка може змінюватись у часі.

При цьому одержано такі основні наукові результати:

1. На основі узагальненого аналізу відомих підходів і методів розрахунку електричних полів у неоднорідних середовищах обґрунтовано доцільність розробки методу скінченних об'ємів для чисельного розрахунку тривимірних електричних полів у діелектричних і слабкопровідних середовищах з гетерогенними включеннями складної конфігурації, що дозволило розробити наукові підходи та методики для розрахунку квазістаціонарних полів у неоднорідних діелектричних і слабкопровідних середовищах, в тому числі з включеннями, конфігурація яких може змінюватись у часі.

2. Розроблено метод скінченних об'ємів та програмні засоби для чисельного розрахунку тривимірних квазістаціонарних електричних полів у діелектричних і слабкопровідних середовищах з гетерогенними включеннями складної конфігурації, яка може змінюватися у часі. Отримані результати у сукупності складають нову наукову концепцію чисельного розрахунку електричних полів у неоднорідних середовищах, яка базується на ітераційному визначенні розподілу електричного поля біля провідних включень у припущенні, що вони є ідеальними провідниками, та подальшим розрахунком електричного поля усередині включень у припущенні, що зовнішнє середовище є ідеальним діелектриком, а також використанні розробленої різницевої схеми для знаходження рішення систем тривимірних еліптичних рівнянь.

3. Запропоновані граничні умови для напруженості електричного поля на межах розрахункової області при застосуванні метода поглинаючих граничних шарів та скінченних об'ємів при розрахунку впливу однорідного зовнішнього поля на середовища, розташовані у відкритих областях. Це дозволило суттєво, у 10 і більше разів, знизити порядок розв'язуваної системи рівнянь, час роботи електронно-обчислюваної техніки та вимоги до оперативної пам'яті комп'ютера.

4. Визначений характер зміни анізотропних електричних параметрів середовища, яке оточує розташовані в ньому тонкі провідні канали з діаметром у багато разів меншим за їхню довжину, що забезпечує проведення розрахунків розподілів електричних полів методом скінченних об'ємів з кроком розрахункової сітки у 10-10⁴ разів більшим, ніж діаметри каналів.

5. З використанням методу скінченних об'ємів, теорії фракталів і експериментальних даних про електричне старіння твердих полімерів розроблено програмні засоби для аналізу в них напруженості електричного поля поблизу тонких провідних включень складної конфігурації, що може змінюватись у часі. Створено методику статистичного моделювання процесів розвитку у часі тонких провідних розгалужених каналів (дендритів) у полімерних діелектриках.

6. Чисельно реалізовано новий метод ітераційного розрахунку тривимірних електричних полів при протіканні електричного струму через розгалужені провідні включення з урахуванням нелінійних змін електричних параметрів зовнішнього середовища та з вирішенням задачі аналізу нелінійних електричних кіл. Це забезпечило розробку методики аналізу електричних параметрів (потенціалів, напруженостей, опорів розтіканню струму, напруг дотику і крокових напруг) на території високовольтних електричних підстанцій і визначення зон, в яких небезпечні фактори можуть перевищувати допустимі рівні, а також перевірити заходи щодо модернізації систем електрозаземлення.

7. На основі розвитку методу скінченних об'ємів для розрахунку електричних полів у діелектричних середовищах із провідними включеннями складної конфігурації розроблено програмні засоби для визначення параметрів систем протикоронних екранів, що дозволило забезпечити зниження максимальних рівнів напруженості електричного поля до 16 кВ/см і уникнути завдяки цьому появи електричної корони у високовольтних елементах конструкції електростатичного прискорювача важких іонів.

8. На базі нової концепції розрахунку електричних полів у неоднорідних середовищах розроблено ефективні наукові підходи і програмні засоби для чисельного розрахунку розподілу напруженості електричного поля навколо й усередині неоднорідного включення, яким з електричної точки зору є тіло людини, з урахуванням його реальної геометричної конфігурації та електричних параметрів. Це дозволяє аналізувати вплив електричних полів на життєдіяльність людей та визначати зони, які можуть бути небезпечними для роботи персоналу. Розрахунки показали, що зовнішнє низькочастотне електричне поле викривляються у присутності тіла людини: рівні його напруженості можуть збільшуватися у 2-11 разів в залежності від умов впливу. 9. Сформульовані в дисертаційній роботі наукові положення та результати є достатньо обґрунтованими і достовірними, що підтверджується збіжністю ітераційних процесів, збігом рішень при подвійному зменшенні кроку розрахункової сітки та подвоєнні габаритів розрахункової області; відповідністю отриманих результатів з відомими тестовими аналітичними та опублікованими чисельними рішеннями, узгодженням розроблених математичних моделей з результатами, отриманими на експериментальних та промислових електротехнічних об'єктах.

10. Отримані результати впроваджено:

- в Науково-дослідному та проектно-конструкторському інституті (НДПКі) "Молнія" Національного технічного університету (НТУ) "Харківський політехнічний інститут" ("ХПі") при визначенні надійності систем захисного заземлення електроенергетичних об'єктів Міненерго України;

- в Інституті фізики плазми ННЦ Харківського фізико-технічного інституту (ХФТІ) НАН України при розробці системи протикоронних екранів електростатичного прискорювача іонів, який експлуатується у м. Мадрид (Іспанія), та у НДПКі "Молнія" НТУ "ХПі" при розрахунках властивостей металевих корпусів, що екранують зовнішнє електричне поле (розраховано розподіл полів усередині корпусів під дією зовнішнього електричного поля напруженістю до 5 кв/м, на основі чого проведено оцінку відповідності виробів вимогам п.5.4 НП306.5.02/3.035-2000 "Вимоги з ядерної та радіаційної безпеки до інформаційних і керуючих систем, що важливі для безпеки атомних станцій");

- в Харківському науково-дослідному інституті гігієни праці та професійних захворювань при розробці нормативів для рівнів електричних полів, безпечних для життєдіяльності людей.

11. Результати дисертаційної роботи використовуються також у навчальних планах підготовки бакалаврів, спеціалістів та магістрів на кафедрі теоретичної електротехніки Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” та кафедрі імпульсних процесів і технологій Українського державного морського технічного університету ім. адм. О.Макарова.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Резинкина М.М. Расчет проникновения низкочастотного трехмерного электрического поля в неоднородные слабопроводящие объекты // Электричество. - 2003.- № 8. - С. 50-55.

2. Резинкина м.м. Расчет трехмерных электрических полей в системах, содержащих тонкие проволоки // Электричество. - 2005. - № 1. - С. 44-49.

3. Резинкина М.М. Расчет распределения неоднородного низкочастотного электрического поля в окрестности тела человека // Электричество. - 2003.- № 4.- С. 44-48.

4. Резинкина М.М. Моделирование зависимости формы дендритов в полиэтилене от уровня приложенного напряжения // Письма в журнал технической физики. - С-Петербург: “Наука”. - 2000. - т. 26, № 5. - С. 37-41.

5. Резинкина М.М. Численный расчет электрического поля закраины импульсного конденсатора, содержащего неоднородную изоляцию // Техническая электродинамика. - 1999. - № 3. - С. 20-23.

6. Резинкина М.М. Численное исследование трехмерного поля дендрита, возникающего при электрическом старении полимерной изоляции // Техническая электродинамика. - 1999. - № 6. С. 13-16.

7. Резинкина М.М. Численное моделирование распределение электрического поля заземлителей // Электронное моделирование. - 2000. - №1. - С. 107-112.

8. Резинкина М.М. Экспериментальное исследование динамики роста дендритов в полиэтилене при различных перенапряжениях // Вестник ХГПУ. - 1998. - Вып. 21. - С. 48-51.

9. Резинкина М.М. Расчет искажения электрического поля в окрестности человека, находящегося в санитарной зоне лэп // Праці Інституту електродинаміки НАН України. - 2000. - Енергоефективність. - С. 193-200.

10. Резинкина М.М. Математическое моделирование распределения потенциалов на территории высоковольтных подстанций в аварийных режимах // Вестник ХГПУ. - 2000. - Вып. 82. - С. 81-83.

11. Резинкина М.М. численное исследование электрических характеристик систем заземлителей // Вестник ХГПУ. - 1999. - Вып. 75. - С. 115- 120.

12. Резинкина М.М., Щерба А.А. моделирование электрических полей в слабопроводящих неоднородных средах и анализ распределения полей вне и внутри тела человека. Технічна електродинаміка. Темат.вип. “Проблеми сучасної електротехніки”. Ч.5.- 2004. - С. 3-6.

13. Резинкина М.М., Резинкин О.Л. Расчет распределения напряженности трехмерного электрического поля в неоднородном диэлектрике // Электричество. - 1995. - № 7. - С. 62-66.

14. Резинкина М.М., Резинкин О.Л., Носенко М.И. Зависимость фазы появления частичных разрядов в полиэтиленовой изоляции от стадии роста дендрита // Журнал технической физики. - 2001. - т. 71, № 3. - с. 69-71.

15. Резинкина М.М., Колиушко Д.Г. Исследование разветвленной системы защитного заземления высоковольтной подстанции // Вестник ХГПУ. - 1999. - Вып. 47. - С. 72-75.

16. Резинкина М.М., Князев В.В., Резинкин О.Л. Численный расчет распределения трехмерных низкочастотных электрических полей в проводящих экранах с отверстиями // Техническая электродинамика. - 1997. - № 6. - С. 3-6.

17. резинкина м.м., резинкин о.л., носенко м.и. Экспериментальное исследование зависимости частичных разрядов в полиэтилене от фрактальных характеристик дендрита // Вестник ХГПУ. - 1999. - Вып. 66. - С. 107-111.

18. Экспериментальные исследования ресурсных характеристик микрообъемов твердой изоляции / Конотоп В.В., Резинкин О.Л., Резинкина М.М., Долбин А.В., Гадаскин С.Г. // Приборы и техника эксперимента. - 1995. - № 4. - С. 191-196.

19. Конотоп В.В., Резинкин О.Л., Резинкина М.М. Численная модель развития во времени и в пространстве деструкционных процессов в электрической изоляции // Журнал технической физики. - 1996. - Т. 66, № 2. - С. 198-201.

20. Оценка состояния заземляющих устройств энергообъектов с помощью математического моделирования / Г.М. Колиушко, М.М. Резинкина, О.Л. Резинкин, Д.Г. Колиушко // Вестник ХГПУ. - 1999. - Вып. 55. - С. 88-90.

21. Основные направления развития современных методов молниезащиты / В.В. Князев, М.М. Резинкина, В.И. Кравченко, А.А. Щерба // Вестник НТУ “ХПИ”. - 2004. - Вып. 35. - С. 102-111.

22. Резинкин О.Л., Резинкина М.М., Долбин А.В. Исследование изменения во времени фрактальных характеристик дендритов в полиэтиленовой изоляции // Письма в журнал технической физики. - 1994. - Т. 20, № 17. - С. 24-28.

23. Князев В.В., Колиушко Д.Г., Резинкина М.М. Численная оценка уровня потенциалов на элементах конструкции матч радиорелейной связи при прямых ударах молнии // Вестник НТУ “ХПИ”. - 2004. - Вып. 5. - с.7-16.

24. Разработка принципов автоматизации процесса выбора конструкционных параметров твердой электрической изоляции / В.В. Конотоп, М.М. Резинкина, А.В. Сотников // Электронное моделирование. - 1996. - Т. 18, № 3. - С. 92-94.

25. Разработка системы противокоронных экранов инжектора и ускорителя пучка ионов диагностического комплекса для физических исследований плазмы / М.М. Резинкина, О.С. Недзельский, С.М. Хребтов, О.Л. Резинкин // Журнал технической физики. - 1998. - Т. 68, № 11. - С. 106-109.

26. Резинкина М.М. классификация частичных разрядов в полиэтиленовой изоляции //Вестник ХГПУ.-1999.-Вып.65.-С.42-46.

27. Резинкина М.М.. Экспериментальное исследование процессов ионизационного старения полиэтиленовой изоляции // Вестник ХГПУ. - 2000. - Вып. 78. - С. 74-76.

28. кравченко в.И. Современные проблемы биологических аспектов электромагнитной совместимости // Вестник НТУ “ХПИ”. - 2002. - Т. 1, №7. - С. 108-116.

29. Резинкина М.М., Резинкин О.Л., Носенко м.и. Экспериментальный стенд под управлением ПЭВМ для регистрации частичных разрядов в полиэтиленовой изоляции // Вестник ХГПУ. - 1999. - Вып. 37. - С. 87-90.

30. Резинкина М.М., Кравченко О.А. Численная оценка искажения электромагнитных полей в присутствии биологических объектов // Праці Інституту електродинаміки НАН України. - 1999. - Електротехніка. - С. 23-33.

31. Резинкина М.М., Кравченко О.А. Расчетное исследование распределения напряженности электрического поля в окрестности оператора видеодисплейного терминала // Технічна електродинаміка. - 2000. - Темат.вип. “Проблеми сучасної електротехніки”. Ч.3. - С. 3-6.

32. Rezinkina M.M. The computation of electric field intensity distribution in the dielectric during its aging // Proc. of 9-th International Symposium on High Voltage Engineering. - Graz. - 1995. -V.8. - P. 8383.1-8383.4.

33. Konotop V.V., Rezinkin O.L., Rezinkina M.M. Numerical model of the electric insulation aging processes in time and space domain // Proc. of 9-th International Symposium on High Voltage Engineering. -Graz. - 1995. -V.1. -P. 1082.1-1082.

34. Rezinkina M.M. Experimental and numerical investigation of treeing processes in polyethylene insulation // Proc. of 10-th International Symposium on High Voltage Engineering. -Montreal. - 1997.

35. Rezinkina M.M., Koliyshko G.M., Rezinkin O.L. Calculation of 3-d electrical field distribution around technical devices in the vicinity of high voltage transmission lines // Proc. of 10-th International Sympos. on High Voltage Engineering. - Montreal. - 1997. - V. 2. - P. 109-112.

36. Rezinkina M.M., Rezinkin O.L. experimental research of the correlation between partial discharges in polyethylene insulation and fractal characteristics of causing them treeing //Proc. of 7th Int.Conf. оn Solid Dielectrics.- Eindhoven.-2001.-Р.404-407.

37. Rezinkina M.M., Rezinkin O.L. Monitoring and diagnostics of high-voltage cables polyethylene insulation //Proc. of APTADM 2001.- Wroclaw.-2001.- P.297-300.

АНОТАЦІЇ

резинкіна м.м. розрахунок тривимірних електричних полів в неоднорідних середовищах методом скінченних об'ємів. - рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.05 - теоретична електротехніка. - Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2005.

Дисертація присвячена розвитку теорії розрахунку електричних полів у галузі розробки методів та математичних моделей чисельного розрахунку тривимірних квазістаціонарних електричних полів в неоднорідних діелектричних та слабкопровідних середовищах з гетерогенними включеннями складної конфігурації, яка може змінюватися у часі. Для цього використовуються методи скінченних об'ємів та поглинаючих граничних шарів. Застосування розроблених методик для розрахунків параметрів електричних процесів, які відбуваються під впливом сильних електричних полів в неоднорідних слабкопровідних включеннях зі складною конфігурацією, котра може зміцнюватися під впливом високої напруги, дозволило визначити безпечні режими роботи систем заземлення енергетичних об'єктів, твердої полімерної ізоляції, а також людей при їхньому знаходженні у зоні дії електричних полів.

Ключові слова: поле електричне, метод скінченних об'ємів, ізоляція, заземлення, екранування, біоелектромагнітна сумісність.

Rezinkina M.M. Calculation of three-dimensional electric field in heterogeneous mediums by the method of final volumes. - manuscript.

The dissertation for a doctor's degree on speciality 05.09.05 - theoretical electrical engineering. - Institute of Electrodynamics of Ukrainian National Academy of Sciences, Kyiv, 2005.

The dissertation is dedicated to development of the theory of electric field calculation on the base of creation of the methods and mathematical models of numerical calculation of three-dimensional quasi-stationary electric fields in heterogeneous dielectric and weakly conducting mediums with inclusions of complex and changing in time domain configuration. The methods of the final volumes and absorbing boundary layers have been used for these calculations. Usage of the elaborated methods for calculation of the parameters of electric processes upon strong electric field in heterogeneous dielectric and weakly conducting inclusions with complex configuration, which may change upon action of high voltage, has allowed to define the safe working regimes of the systems of grounding of power objects, solid polymeric insulation, as well as people, located in the zone of electric field action.

Keywords: electric field, final volumes method, insulation, grounding, shielding, bioelectromagnetic compatibility.

резинкина м.м. Расчет трехмерных электрических полей в неоднородных средах методом конечных объемов. - рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.09.05 - теоретическая электротехника. - Институт электродинамики НАН Украины, Киев, 2005.

Диссертация посвящена развитию теории электрических полей в части разработки методов и математических моделей численного расчета трехмерных квазистационарных электрических полей в неоднородных диэлектрических и слабопроводящих средах с гетерогенными включениями сложной и изменяющейся во времени конфигурации. При этом используются методы конечных объемов и поглощающих граничных слоев. разработан новый метод и программные средства для статистического моделирования развития дендритов - тонких проводящих разветвленных каналов неполных пробоев (причем, величина шага пространственной сетки может быть в четыре и более раз превышать их диаметр), конфигурация которых изменяется во времени при переходе диэлектрических областей в проводящую фазу. Это происходит в результате перерасчетов электрического поля при изменении конфигурации дендритов, а также использования теории фракталов и экспериментальных данных об электрическом старении твердых полимерных сред. Разработан метод и основанная на нем программа расчета распределений трехмерных электрических полей при протекании электрического тока в токопроводящем включении с учетом нелинейных изменений электрических параметров прилегающих областей. Данный метод основан на решении итерационных задач: расчета переходных процессов в эквивалентной электрической схеме замещения токопроводящего включения при допущении, что окружающая среда является идеальным диэлектриком; расчета электрического сопротивления растеканию тока в окрестности проводящего включения при допущении, что оно является идеальным проводником.

Применение разработанных методик для расчетов параметров электрических процессов, происходящих в системах заземления энергетических объектов, обеспечило определение потенциалов, сопротивлений растеканию тока, напряжений прикосновения и шаговых напряжений на их территориях в аварийных режимах, позволило обнаружить зоны, где они превышают допустимые уровни, предложить и научно обосновать меры по модернизации данных систем, а также проверить расчетным путем эффективность предложенных технических решений. Данные результаты использованы в НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ" при исследовании надежности систем защитного заземления эксплуатируемых в Украине электроэнергетических объектов.

На основе разработанной концепции численного расчета распределения низкочастотных электрических полей в неоднородных диэлектрических средах с включениями изменяющейся формы, а также полученных экспериментальных данных о параметрах твердых полимерных диэлектриков при их электрическом старении разработаны научно-технические основы диагностики состояния высоковольтной изоляции. Они состоят в установлении наиболее вероятной формы дефектной структуры - дендрита, образующегося под действием высокого напряжения, в результате измерения и классификации вызываемых им частичных разрядов и последующем статистическом моделировании с помощью теории фракталов его развития во времени и в пространстве для оценки остаточного ресурса. Использование разработанного метода диагностики состояния высоковольтной изоляции кабелей различных энергетических систем может позволить существенно снизить риск возникновения аварийных ситуаций вследствие отказа изоляции.

Применение разработанных методов расчета электрических полей в окрестности и внутри тела человека с учетом его реальной пространственной формы и неоднородных электрических параметров позволило уточнить и научно обосновать разрабатываемые нормы безопасных для операторов уровней напряженности электрических полей. Материалы диссертации использованы в Харьковском научно-исследовательском институте гигиены труда и профессиональных заболеваний при разработке норм безопасных для людей уровней электрических полей.

В результате использования созданных численных методик расчета трехмерных электрических полей в неоднородных диэлектрических средах с включениями сложной формы выбраны параметры средств защиты от действия сильных электрических полей: систем противокоронных экранов электростатического ускорителя ионов; защитных экранов, обеспечивающие минимальное проникновение в них электрического поля; разработаны численные критерии определения эффективности защиты объектов стержневыми молниеотводами. Результаты диссертационной работы внедрены в НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ" при выполнении бюджетной и хоздоговорной тематики, а также в Институте физики плазмы ННЦ Харьковского физико-технического института НАН Украины при разработке системы противокоронных экранов электростатического ускорителя ионов, эксплуатируемого в настоящее время в Испании (г. Мадрид). Ключевые слова: поле электрическое, метод конечных объемов, изоляция, заземление, экранирование, биоэлектромагнитная совместимость.

Размещено на Allbest.ru