Чисельний розрахунок тривимірних електричних полів в полімерній ізоляції самоутримних ізольованих проводів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”

Спеціальність 05.09.05 - теоретична електротехніка

УДК 621.3.01 : 537.212

Автореферат

Дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ЧИСЕЛЬНИЙ РОЗРАХУНОК ТРИВИМІРНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ ПОЛІВ В ПОЛІМЕРНІЙ ІЗОЛЯЦІЇ САМОУТРИМНИХ ІЗОЛЬОВАНИХ ПРОВОДІВ

Перетятко Юлія

Вікторівна

Київ - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі теоретичної електротехніки Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут” МОН України (м. Київ)

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор, член-кореспондент НАН України Щерба Анатолій Андрійович, Національний технічний університет України „КПІ” МОН України, завідувач кафедри теоретичної електротехніки.

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор Бржезицький Володимир

Олександрович, Національний технічний університет України „КПІ” МОН України, завідувач кафедри техніки та електрофізики високих напруг.

- кандидат технічних наук, доцент Дубовенко Костянтин Вікторович, Миколаївський навчально-науковий інститут Одеського Національного університету імені І.І.Мечникова, завідувач кафедри обчислювальної техніки та інформаційних технологій.

Захист відбудеться 18 лютого 2008 р. о 15 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.002.06 в Національному технічному університеті України „Київський політехнічний інститут” МОН України за адресою: м.Київ-56, пр. Перемоги,37, корп. №20, ауд. №3. т.241-76-37.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного технічного університету України „КПІ” за вищевказаною адресою.

Автореферат розіслано ”16” січня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.О.Шостак

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Однією з найбільш важливих наукових задач, які вирішуються при розробці нового електроенергетичного, електронного і комунікаційного обладнання, є розрахунок неоднорідних електричних полів (ЕП) в його ізоляції та навколишньому середовищі. Підвищення експлуатаційних напруг та ускладнення електрообладнання збільшує інтенсивність та неоднорідність полів, що може призводити до підвищення їх напруженостей до критичних значень виникнення часткових розрядів, електродендритів та інших електрофізичних процесів, що зменшують її електричну міцність та надійність. Аналіз критичних напруженостей ЕП та руйнівних електрофізичних процесів на фізичних моделях пов'язаний з довготривалими, дорогими і в багатьох випадках неможливими експериментами. Тому розробка ефективних математичних моделей для дослідження розподілу ЕП у неоднорідних середовищах є важливим науковим напрямком теоретичної електротехніки. В цьому напрямку відомі роботи таких вчених, як І.Є.Тамм, А.В.Тозоні, В.Я.Ушаков, А.А.Самарський, А.К.Шидловський, В.Ф.Рєзцов, А.А.Щерба, В.О.Бржезицький, Ю.П.Ємець, Ю.М.Васецький, В.І.Кравченко, В.М.Михайлов, О.Д.Подольцев, О.І.Вовченко, В.В.Рудаков, М.М.Резинкіна, К.В.Дубовенко, L.Dissado, E.Gulski, A.Krivda, G.C.Montanari, P.Morshuis, R.Patsch, A.Taflove та інших.

Сучасні дослідження шляхів підвищення надійності та безпеки експлуатації повітряних ліній електропередачі (ЛЕП) напругою до 35 кВ (особливо при ожеледі, сильному вітру, снігопаді та інших стихійних лихах) обґрунтовують доцільність використання самоутримних ізольованих проводів (СІП) зі зшитою поліетиленовою ізоляцією (ЗПЕІ), яка має високу електричну міцність та низькі електричну проникність, ємнісні втрати, температурну нестабільність та тангенс кута діелектричних втрат. В той же час відомо, що поява в ЗПЕІ провідних гетерогенних неоднорідностей з розмірами понад 50 мкм призводить до такої неоднорідності ЕП, при якій властивості ізоляції можуть різко погіршуватись. За останні роки виявлено, що ЗПЕІ може значно погіршуватись і при відсутності включень з такими розмірами, тому виникла необхідність проведення нових досліджень розподілу ЕП в ЗПЕІ СІП при наявності в ній сукупності гетерогенних мікронеоднорідностей з різними розмірами, характеристиками і просторовим розташуванням.

Розв'язок такого типу тривимірних польових задач аналітичними методами на даний час можливий лише для спрощених випадків, які не завжди відповідають потребам практики. На даний час використовують чисельні методи: метод скінченних різниць (МСР), метод скінченних об'ємів (МСО) і метод скінченних елементів (МСЕ). Найбільш доцільним є використання МСЕ, оскільки на його основі розроблено перевірені в багатьох розрахунках пакети сервісних прикладних програм (зокрема FEMLAB), які спрощують проведення комп'ютерних експериментів і аналіз отриманих результатів. Тому тема дисертаційної роботи, яка присвячена розвитку МСЕ і розробці нових математичних моделей та методик для чисельного розрахунку тривимірних електричних полів у ЗПЕІ СІП з урахуванням спільного впливу різних гетерогенних мікронеоднорідностей є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана згідно планам НДР „Оптимізація структури і впровадження технологічної лінії промислового виробництва СІП з підвищеною надійністю і безпекою їх експлуатації при напругах 0,38-35 кВ „СІП” (Постанова Бюро Президії НАН України № 94 від 04.04.2007 г.), НДР „Науково-технічне і технологічне забезпечення розробки та виробництва нових силових електрокабелів на напругу до 110 кВ з підвищеною надійністю, пропускною здатністю та екологічністю” (Постанова Бюро Президії НАНУ № 131 від 20.04.2006 г.) та НДР НТУУ „КПІ” № 2021-п „Підвищення надійності, пропускної електричної потужності та екологічності силових кабелів на напругу до 110 кВ і освоєння нової технології їх промислового виготовлення та діагностики”.

Будучи виконавцем цих НДР, здобувачка розробила математичні моделі та методики розрахунку ЕП в полімерній ізоляції СІП та кабелів з урахуванням сукупності близько розташованих мікронеоднорідностей: поверхневих і об'ємних, провідних і діелектричних та розташування СІП у трифазній ЛЕП.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розвиток методу скінченних елементів в частині розробки нових математичних моделей чисельного розрахунку тривимірних електричних полів у полімерній ізоляції СІП із урахуванням взаємного впливу сукупності різних мікронеоднорідностей (поверхневих і об'ємних, провідних і діелектричних) та просторового розташування проводів трифазної ЛЕП на розподіл напруженості електричного поля в ЗПЕІ СІП.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

1. Дослідити відомі методи розрахунку ЕП у неоднорідних діелектричних середовищах та обґрунтувати доцільність використання МСЕ для розрахунку розподілу напруженості тривимірного ЕП в ЗПЕІ СІП з урахуванням взаємного впливу різних мікронеоднорідностей.

2. Розвинути МСЕ в частині розробки багаторівневих математичних моделей для аналізу розподілу напруженості ЕП в ЗПЕІ з урахуванням взаємного впливу гетерогенних мікронеоднорідностей (поверхневих і об'ємних, провідних і діелектричних) та розташування СІП у трифазній ЛЕП.

3. Визначити критерії збільшення напруженості ЕП в ЗПЕІ (від параметрів і конфігурації мікровключень та відстаней між ними) та залежність кроку розрахункової сітки від цих критеріїв.

4. Розробити математичну модель для визначення об'ємів ізоляції з напруженістю ЕП, яка перевищує критичне значення при зміненні параметрів сукупності мікровключень.

5. Розробити методики розрахунку розподілу тривимірних напруженостей ЕП у ЗПЕІ СІП із урахуванням впливу на нього близько розташованих гетерогенних мікронеоднорідностей: поверхневих і об'ємних, провідних і діелектричних та розташування СІП у трифазній ЛЕП.

6. Розробити математичні моделі для аналізу електричних полів у ЗПЕІ з урахуванням повітряних мікровключень і виникаючих часткових розрядів та імпульсних перехідних процесів в ЛЕП.

Об'єкт дослідження - тривимірні електричні поля в полімерній ізоляції СІП із сукупністю гетерогенних близько розташованих мікровключень.

Предмет дослідження - об'ємний розподіл тривимірного електричного поля у зшитій поліетиленовій ізоляції СІП із урахуванням взаємного впливу сукупності різних мікровключень.

Методи дослідження базуються на фундаментальних положеннях теоретичної електротехніки та математичної фізики. В розробках математичних моделей для аналізу електричних полів використовувався МСЕ, реалізований в пакеті прикладних програм FEMLAB.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

1. Розвинуто МСЕ в частині розробки нових багаторівневих математичних моделей розрахунку тривимірних ЕП в ЗПЕІ СІП з урахуванням взаємного впливу гетерогенних мікронеоднорідностей (поверхневих і об'ємних, провідних і діелектричних) та розташування СІП у трифазній ЛЕП, що забезпечило створення методик для аналізу умов виникнення в ЗПЕІ областей з напруженістю ЕП, що перевищує критичне значення.

2. Визначено новий узагальнюючий критерій неоднорідного збільшення напруженості ЕП в ЗПЕІ СІП від параметрів мікровключень, їх конфігурації та відстаней між ними.

3. Розвинуто МСЕ і розроблено нові математичні моделі для розрахунку тривимірних ЕП в ЗПЕІ СІП, що включають одночасне використання:

- триступеневого підходу: на першому етапі визначались макропараметри неоднорідного двовимірного ЕП з урахуванням близькості СІП у трифазній ЛЕП, але з допущенням однорідності ЗПЕІ; на другому - визначались граничні умови і мікропараметри тривимірного ЕП з урахуванням сукупності різних гетерогенних мікровключень в ЗПЕІ, на третьому - уточнювались найбільші напруженості ЕП і визначались мікрооб'єми ЗПЕІ з недопустимими рівнями напруженості ЕП;

- граничних умов для об'єднання задач розрахунку ЕП поза та всередині мікровключень;

- ітераційного методу змінних напрямків при реалізації тривимірної прогонки;

- залежності кроку розрахункової сітки від визначеного критерію неоднорідності ЕП.

4. На основі аналізу нових закономірностей підвищення напруженості ЕП в ЗПЕІ СІП розроблено нову математичну модель для визначення об'ємів з напруженістю, що перевищує критичне значення.

5. Розроблено нову математичну модель аналізу ЕП в ЗПЕІ СІП з урахуванням повітряних мікровключень і виникаючих часткових розрядів та імпульсних перехідних процесів в ЛЕП.

Практичне значення одержаних результатів:

1. Розроблено методики для практичних розрахунків розподілу напруженості тривимірних ЕП в ЗПЕІ СІП і урахування взаємного впливу гетерогенних мікронеоднорідностей (поверхневих і об'ємних, провідних і діелектричних) та розташування СІП у трифазній ЛЕП.

2. Використання триступеневого підходу, граничних умов з об'єднанням розрахунку ЕП поза та всередині мікровключень, і залежності кроку розрахункової сітки від узагальнюючого критерію неоднорідності ЕП, підвищує в 1,5-6 разів точність розрахунку найбільших значень напруженості ЕП і спрощує розрахунок мікрооб'ємів ЗПЕІ з недопустимою напруженістю ЕП.

3. Розроблено методики визначення об'ємів, в яких напруженість ЕП перевищує критичне значення, урахування часткових розрядів та інших імпульсних процесів в СІП та аналізу впливу поверхневого ефекту й ефекту близькості в СІП з великим перетином жил (1000 мм2 і більше) на еквівалентний опір ЛЕП.

4. Методики ефективні для уточнення технологій виготовлення СІП, що підтверджується їх впровадженням на ЗАТ „Завод „Південкабель” (м.Харків) при освоєнні промислового виробництва СІП з характеристиками на рівні кращих світових зразків.

5. Отримані результати використовуються для оптимізації технологічних режимів виробництва СІП зі ЗПЕІ та в навчальних програмах кафедри теоретичної електротехніки НТУУ „КПІ”.

Особистий внесок здобувачки. У наукових працях, опублікованих у співавторстві, здобувачці належить: в [1,3,4,6] - розробка математичної моделі, програми та методики для розрахунку розподілу напруженості ЕП в ЗПЕІ із сукупністю різних гетерогенних мікровключень, у [2] - розробка двовимірної математичної моделі і методики та аналіз впливу розташування СІП у трифазній ЛЕП на напруженість ЕП у ЗПЕІ та повітрі; у [5] - оцінка ефективності поглинаючих граничних умов при чисельному розрахунку тривимірних низькочастотних ЕП у середовищах типу ЗПЕІ; у [7] - аналіз неоднорідних ЕП для збільшення швидкості електрофільтрації в 3,5рази; у [8] - дослідження неоднорідних ЕП при підвищенні динаміки електроіскрінь у шарі гранул.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертації доповідались і підтримані на 5-ій Міжнародній науково-технічній конференції (МНТК) „Математичне моделювання в електротехніці та електроенергетиці” (м. Львів, 2007 р.), МНТК „Силова електроніка та енергоефективність” (м.Алушта, 2007 р. та 2006 р.), XIII МНТК „Физика импульсных разрядов в конденсированных средах” (м. Миколаїв, 2007 р.); VII МНТК „Импульсные процессы в механике сплошных сред” (м. Миколаїв, 2007 р.).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 8 наукових праць, з них 6 статей у фахових виданнях і 2 доповіді в матеріалах міжнародних науково-технічних конференцій.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Повний обсяг дисертації складає 227 сторінок, до яких входять 139 сторінок основного тексту, 52 ілюстрації; 43 таблиці; 159 найменувань використаних літературних джерел та 2 додатки про впровадження результатів дисертаційної роботи.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету та задачі дослідження, показано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, приведено відомості про апробацію і наявні наукові публікації.

У першому розділі проведено аналіз аналітичних і чисельних методів розрахунку ЕП в неоднорідних діелектричних середовищах. Підтверджено неефективність використання аналітичних методів для розрахунку тривимірних ЕП в полімерній ізоляції із сукупністю близько розташованих гетерогенних мікровключень складної форми. На основі аналізу методів чисельного розрахунку ЕП (еквівалентних зарядів, інтегральних рівнянь, скінчених різниць, об'ємів та елементів) обґрунтовано доцільність використання методу скінчених елементів (МСЕ), покладеного в основу пакетів прикладних програм (зокрема FEMLAB), що спрощують комп'ютерні експерименти і аналіз отриманих результатів. Однак, для розробки нових математичних моделей чисельного розрахунку тривимірних ЕП в середовищах із сукупністю різних мікровключень та уточнення умов комп'ютерних експериментів бажано мати можливість оцінювати точність чисельних розрахунків.

В якості однієї з тестової задачі було розглянуто аналітичний розрахунок розподілу напруженості при появі сферичного включення з радіусом R=a і відносною діелектричною проникністю е1 в ізоляції з відносною проникністю е2 та при дії на неї зовнішнього ЕП напруженістю E0=Const (див. рис.1). Відомо, що складові напруженості ЕП в такій задачі визначаються з рівнянь:

; ;

; .

Як тестові були розглянуті також аналітичні розрахунки напруженості неоднорідних ЕП в поліетиленовій ізоляції з мікровключеннями типу провідний та діелектричний мікроеліпсоїди та з гетерогенними неоднорідностями типу провідна площина-голка і голка-голка. На основі порівняння аналітичних розрахунків і отриманих в дисертації чисельних розрахунків ЕП указаних тестових задач було встановлено точність останніх на рівні 1-5%.

У другому розділі представлено результати розробки нової математичної моделі для розрахунку дво- та тривимірних низькочастотних неоднорідних ЕП у ЗПЕІ СІП напругою до 35 кВ.

Загальна постановка задачі. В дисертації обґрунтовано ефективність розрахунку тривимірних ЕП в ЗПЕІ СІП в три етапи. На першому етапі вирішувалась задача оцінки розподілу напруженості ЕП неоднорідного двовимірного ЕП в макрообластях ЗПЕІ (розмірами 100 мм) з урахуванням близькості СІП у трифазній ЛЕП, але при відсутності мікровключень у ЗПЕІ.

На другому етапі визначались розміри ( 100 мкм) розрахункової мікрообласті та граничні умови на її поверхні на основі розрахунків першого етапу. Уточнювались діапазони змінення розмірів мікровключень, їх конфігурацій і відстаней між ними, граничні умови на їх поверхнях та визначався розподіл напруженості тривимірного ЕП в ЗПЕІ. Порівнюючи розрахунки на двох етапах уточнювались граничні умови на поверхні розрахункової мікрообласті. Змінюючи розміри мікровключень, їх конфігурації і відстані між ними та параметри їх середовищ (і відповідно граничні умови на їх поверхні) аналізувались закономірності збільшення неоднорідності ЕП від впливу різних сукупностей мікровключень та визначався узагальнюючий критерій збільшення напруженості ЕП.

На третьому етапі аналізувалась доцільність подальшого зменшення розмірів розрахункової області (до 10 мкм) і кроку розрахункової сітки з урахуванням узагальнюючого критерію в областях ЗПЕІ з недопустимою напруженістю ЕП. В дисертації було розроблено нову математичну модель для розрахунку розмірів мікрооб'ємів з недопустимою напруженістю ЕП в ЗПЕІ та її діелектричних мікровключеннях. Розрахунки найбільших напруженостей ЕП та об'ємів з недопустимою напруженістю ЕП були використані для оптимізації режимів виготовлення СІП.

Задача розрахунку ЕП в ЗПЕІ вирішувалась у квазістатичній постановці. Основою спрощення в розрахунках змінних електромагнітних полів у середовищі, що поляризується, було виконання умови: l<<л, де l - характерний розмір досліджуваних областей, - довжина хвилі електромагнітного поля в ЗПЕІ, f=50 Гц - його частота, е0=8,85•10-12 Ф/м та м0=1,257•10-6 Гн/ м - електрична і магнітна постійні, е та м - відносні діелектрична і магнітна проникності середовища. Допускалось, що змінне ЕП в ЗПЕІ з малою питомою електропровідністю <10-10 См/м (для водяних включень <10-4 См/м), викликає кінцеву (хоч і малу) густину струму , де =- густина струму електропровідності, а вектор електричного зміщення

оскільки приймалось, що вектор поляризації пропорційний вектору (тобто =, де ke - електрична сприйнятливість середовища). Приймалось також допущення, що змінний струм в ЗПЕІ створює магнітне поле з індукцією але це змінне магнітне поле індукує електричне поле значно меншої інтенсивності, порівняно з існуючим, тому допускалось, що

При прийнятих допущеннях розривається взаємообумовленість електричних і магнітних полів і задача по суті стає квазіелектростатичною. Зважаючи, що струми і ЕП в ЗПЕІ є гармонійними, то в розділах 2 і 3 використовувались рівняння Максвелла для комплексних амплітуд:

Рівняння (1) допускає введення скалярного потенціалу ц із співвідношення

З рівняння (2) отримується головне рівняння для визначення розподілу потенціалу:

Умови на границі середовищ ізоляції та включень для напруженості ЕП та потенціалу такі:

(6) ,

(8) ,

де ; та - тангенційні складові вектора ; та - нормальні складові вектора ; рівність потенціалів по різні сторони границі в (7) витікає з умови (1); а - є похідною, яка визначається вздовж нормалі до границі в точці у границі і витікає з умови (2).

Використання МСЕ полягало в чисельному інтегруванні рівняння (5) в розрахунковій області, на яку накладалась сітка трикутних або тетраїдних комірок (в залежності від конфігурації мікровключень). Їх параметри середовища приймались однорідними, але могли змінюватись при переході від однієї комірки до іншої відповідно з граничними умовами на поверхні мікровключень.

Розрахунок макропараметрів двовимірного ЕП проводився у площині x0y поперечного перерізу трифазної ЛЕП з фазними СІП та нульовим неізольованим проводом. Аналіз симетричних і несиметричних режимів ЛЕП проводився при припущеннях, що її провідники є нескінченно довгими і розташовані у повітрі паралельно поверхні землі. Неоднорідності ЗПЕІ в СІП і виникнення корони біля проводів не ураховувались. Потенціал землі і нульового провідника приймались нульовими, потенціали на струмопровідних жилах фазних СІП задавались як

, , .

Визначався розподіл електричного потенціалу і розподіл напруженості ЕП у ЗПЕІ і повітряному середовищі. Узагальнена модель для аналізу параметрів тривимірного ЕП в ЗПЕІ СІП з різними мікровключеннями (поверхневими і об'ємними, провідними і діелектричними) та несиметрично розташованими СІП у трифазній ЛЕП представляє собою систему рівнянь (1)-(9) для розрахункової мікрообласті ЗПЕІ, вибраної у вигляді паралелепіпеда. Приклад такого паралелепіпеда з наявністю близько розташованих мікровиступу (на поверхні жили СІП) та мікровключення з голчатими дендритами представлено на рис.2. Паралелепіпед було вибрано в області максимальної інтенсивності ЕП - біля поверхні струмопровідної жили фазного СІП.

В розділі 2 проводився розрахунок ЕП в ЗПЕІ біля мікровиступів і мікровпадин (одного та двох близько розташованих на поверхні жили СІП) та біля об'ємного мікровключення (водяного та повітряного). В якості характерних форм виступів вибирались конуси, впадин - півсфери, об'ємних включень - сфери, на поверхні яких можуть виникати дендрити. Крок розрахункової сітки вибирався не меншим радіуса кривизни поверхні мікронеоднорідності та зменшувався зі збільшенням величини напруженості ЕП, віднесеної до величини кроку (тобто відношення величини напруженості до величини кроку підтримувалось постійним). Величина напруженості ЕП могла зростати з різних причин: змінення конфігурації мікронеоднорідностей і дендритів, зменшення відстаней між мікровключеннями, змінення параметрів середовищ тощо.

потенціал на нижній грані ; на верхній грані, на поверхні мікровиступів і впадин - ; на бокових гранях області з мікровключеннями і ЗПЕІ задавалось, що .

Для оцінки величини зростання напруженості ЕП у розрахунковій області ЗПЕІ використався коефіцієнт

.

Чисельний розрахунок розподілу напруженості ЕП в ЗПЕІ СІП при різному їх розташуванні в трифазній ЛЕП показав наявність двох екстремумів: біля поверхні струмопровідної жили й на поверхні ЗПЕІ фазного СІП, яка контактує з поверхнею іншого провідника СІП. Але для контактуючих (переплетених) СІП в ЛЕП напругою до 1 кВ максимальна напруженість не перевищує критичне значення і не зменшує надійності електроживлення споживачів електроенергії навіть в екстремальних погодних умовах. В той же час при фізичних контактах СІП в ЛЕП напругою 35кВ максимальне значення напруженості ЕП у ЗПЕІ може на 20,8 % перевищувати критичне значення. Тому СІП на 35кВ не перевивають, а тривалість їх фізичних контактів (виникаючих при стихійних лихах) треба зменшувати (рекомендовано усувати такі контакти протягом 5 діб). Між СІП ЛЕП 35 кВ використовують повітряний простір, але відстані між СІП можуть бути в 2-4 рази меншими від відстаней між неізольованими проводами традиційних ЛЕП.

Розглянуто розподіл напруженості ЕП в СІП при появі мікровиступів та впадин на поверхні жили, заповнених водою, повітрям та поліетиленом. Підтверджено, що при наповненні впадини повітрям в мікровключенні виникає найбільша напруженість, а оскільки його електрична міцність є найменшою, то такий випадок є найбільш критичним.

Проводився аналіз інтенсивності ЕП в ЗПЕІ при виникненні на поверхні водяних і повітряних мікровключень одного та двох дендритів, виникаючих на поверхні сферичного включення й включення у формі капсули. На графіку (рис. 3) представлено розподіл напруженості ЕП при проростанні дендрита на поверхні сферичного й еліптичного водяних мікровключень. Підтверджено, що наявність дендритів на поверхні мікровключень та збільшення довжини мікровключення вздовж ліній напруженості ЕП збільшують неоднорідність ЕП.

Комп'ютерні експерименти підтвердили, що розподіл напруженості ЕП всередині каналу дендрита та у середовищі мікровключення мають відмінності. Усередині мікровключення поле є однорідним і збільшення довжини каналу дендрита майже не впливає на розподіл напруженості ЕП в середовищі мікровключення. Однак при цьому збільшуються інтенсивність ЕП та густина струму провідності усередині каналу дендрита. Це пов'язане з тим, що струм електричного зміщення протікає через досить велику поверхню мікровключення і порівняно малу поверхню дендрита. Збільшення густини струму у каналі дендрита буде призводити до збільшення його діаметру, вирівнюючи властивостей дендритів і мікровключень. Результати, отримані в другому розділі дисертації дозволили систематизувати сучасні уявлення про електрофізичні механізми утворення та розвитку електричних дендритів у твердій полімерній ізоляції.

Третій розділ присвячено розрахунку розподілу напруженості ЕП у ЗПЕІ СІП при наявності сукупності мікровключень, розташованих на близьких відстанях один від одного.

Виконано аналіз напруженості ЕП у ЗПЕІ в проміжку між мікровиступом струмопровідної жили СІП й близько розташованого сферичного мікровключення. Встановлено, що такий розподіл напруженості ЕП на вершині мікровиступу при віддаленні сферичного включення наповненого водою підкорюється експоненційному закону (рис. 4). При значних відстанях (більших від розмірів мікровключення) взаємний вплив мікровиступу та мікровключення на зростання напруженості ЕП припиняється. Наближення сферичного включення наповненого як водою, так і повітрям до поверхневого мікровиступу збільшує напруженість ЕП в ЗПЕІ біля його вершини, але при приближенні водяного мікровключення напруженість ЕП зростає більше.

Розглянуто зміну напруженості ЕП при збільшення дендриту на поверхні сферичного мікровключення в напрямку до мікровиступу вздовж ліній напруженості, при умові відсутності взаємного впливу мікровиступу та включення. Встановлено, що проростання дендрита від включення до вершини мікровиступу та зменшення відстані між ними може викликати збільшення напруженості ЕП в проміжку між ними до величини, більшої від критичної. Підтверджено, що виникнення мікровиступів на поверхні струмопровідної жили СІП, без використання напівпровідних покриттів, призводить до значного збільшення напруженості ЕП (може бути kн=30-40), а поява в ЗПЕІ водяних мікровключень підсилює такий ефект ще в 1,3-1,4 рази (тобто може виникати kн=50-60 ).

Аналіз параметрів ЕП в ЗПЕІ біля двох сферичних мікровключень, розташованих уздовж напрямку ліній напруженості ЕП (рис. 5а), показав збільшення напруженості ЕП в проміжку між ними та збільшення величини об'єму V, в якому напруженість ЕП стає більшою від критичного значення. Причому величина такого об'єму є більшої від суми об'ємів V1 та V2, в яких виникає критична напруженість ЕП в кожному з двох мікровключень, які знаходяться на значних відстанях одне від одного, тобто

V > V1+ V2

Зроблено висновок, що зміна напруженості ЕП у проміжку між двома водяними сферичними включеннями підкоряється експоненційному закону. При цьому на відстані l більше радіуса сфери R включення можна розглядати як незалежне, тобто при l>R коефіцієнт kн ? 3. Залежність можна апроксимувати виразом

f(l)=e-a·l+3.

Підвищення напруженості ЕП у проміжку між близько розміщеними мікровключеннями при зменшенні відстані сприяє виникненню часткових розрядів. Проведено аналіз розподілу ЕП для декількох випадків: проростання дендрита тільки з однієї сфери (голка-площина), зустрічне проростання дендритів (голка-голка) і заглиблення в сферичному включенні.

Аналіз також показав, що максимальне збільшення напруженості ЕП виникає в ізоляції при виникненні дендритів на обох близько розташованих водяних включеннях. У такому випадку при діаметрі дендритів менш 2 мкм напруженість поля може зрости в кілька разів у порівнянні з напруженістю поля в цій же області, але при наявності одного водяного включення. Збільшення напруженості ЕП може відбутися й при виникненні на поверхні водяного включення заглиблення. Найбільше збільшення напруженості ЕП проявляється біля краю заглиблення, тобто в області з найменшим радіусом кривизни границі розподілу різних середовищ.

Розглянуто випадок чисельного моделювання й розрахунку розподілу напруженості ЕП в об'ємі поліетиленової ізоляції при наявності двох сферичних мікровключень, розташовані уздовж ліній напруженості ЕП, одне з яких наповнено водою, а друге - повітрям (рис. 6).

Встановлено, що при зближенні сферичних мікровключень з різними електрофізичними параметрами, незалежно від їх діаметрів, напруженість ЕП усередині повітряного (діелектричного) мікровключення збільшується, а в ЗПЕІ біля водяного (провідного) мікровключення - зменшується. Зменшення діаметра мікровключень веде до підсилення ЕП.

Проведено розрахунок об'ємів ЗПЕІ, в яких напруженість ЕП стає більшою від критичних значень. Встановлено, що збільшення діаметру сферичного включення призводить до збільшення об'єму такої „перенапруженої” області при незмінній напруженості ЕП на поверхні мікровключення. Проведено розрахунок об'ємів перенапружених областей для сукупності сферичних включень. Як приклад розглянуті сферичні включення діаметрами 50 мкм та 5 мкм. Розглянуто випадки розташування сферичних включень діаметрами 50 мкм на відстанях l=10 мкм та 1мкм і для включень D=5 мкм на відстанях l=1 мкм та 0,1 мкм.

На рис.7 представлено графіки зміни величини об'єму перенапружених областей на різних рівнях. Установлено, що зменшення діаметру між включеннями веде до збільшення об'єму перенапруженої області. Так наприклад, зменшення відстані між включеннями на порядок веде до збільшення перенапруженого об'єму приблизно в 1,3 рази. Порівнюючи результати розрахунків для поодиноких включень і для їхньої сукупності встановлено, що алгебраїчна сума перенапружених об'ємів, створених двома мікровключеннями, розташованими на значних відстанях, менше перенапруженого об'єму, створеного такими ж включеннями, але при незначних відстанях між ними (меншими від їх розмірів).

У четвертому розділі розроблено математичну модель розрахунку імпульсних процесів в полімерній ізоляції з повітряними мікровключеннями при виникненні в ній часткових розрядів. Виконано чисельну реалізацію цієї моделі МСЕ та аналіз процесів розтікання імпульсного струму в об'ємі ізоляції. Результати проведених дослідів показали, що розрядний струм, який виникає в об'ємі повітряного включення, частково замикається у вигляді зворотних струмі в об'ємі ізоляції та частково (25-30%) протікає через зовнішній контур. напруженість електричний ізоляція мікровключення

Для розрахунку низькочастотних ЕП у відкритих областях розроблено математичну модель з використанням МСО та методу добре узгоджених граничних шарів зі змінною величиною діелектричної проникності, що дозволяє проводити розрахунки ЕП з похибкою не більше 3 %. Вирішено ряд тестових задач, які підтвердили, що використання методу добре узгоджених граничних шарів методу більш доцільніше ніж використання відомого б-методу. Підтвержено, що при проведенні розрахунків розподілу низькочастотного ЕП у відкритих областях рекомендується задавати анізотропні параметри поглинаючих граничних шарів шляхом зміни величини діелектричної проникність, а не питомої електропровідності.

У п'ятому розділі описано методики розрахунку ЕП та об'ємів перенапружених областей для дво- та тривимірних розрахунків:

- у двовимірній постановці, у припущенні, що полімерний ізолюючий матеріал СІП на 1 та 35 кВ є ідеально однорідним.

- у тривимірній постановці для поодиноких включень складної конфігурації та сукупності таких включень.

Аналіз ЕП для СІП у двомірній постановці передбачає, що провідники лінії є безкінечними по довжині і кінцевими ефектами на вході та виході лінії можна знехтувати. Розрахунок проводився для усталеного гармонійного процесу. З урахуванням таких припущень, поставлена задача розглядалась у двомірній постановці, в декартовій системі координат в площині x0y. Реалізація чисельного комп'ютерного моделювання представлена на прикладі аналізу параметрів ЕП в несиметричній чотирьохпровідній системі ізольованих проводів на напругу до 1 кВ.

Реалізація 2D методики з використанням програми FEMLAB:

1. Вибір геометрії та взаємного розташуванням аналізуємих об'єктів;

2. Визначення припущень для кожного з об'єктів і формування 2D задачі моделювання.

3. Формування розрахункової області передбачаючи, що вона частково-однорідна.

4. Встановлення електрофізичних параметрів для кожної з областей.

5. Визначення граничних умов.

6. Вибір змінного кроку сітки в залежності від радіусу кривизни об'єктів.

7. Визначення розподілу напруженості ЕП та розрахунок максимального значення напруженості ЕП і розмірів об'ємів перенапружених областей ().

Методика тривимірного розрахунку впливу мікронерівностей та мікровключень на розподіл напруженості ЕП в діелектричному середовищі, а також розрахунок об'єму перенапружених областей представлена на прикладах: заглиблення в струмопровідній жилі (повітряне наповнення) та зустрічне проростання дендритів від двох близько розташованих сферичних включень (наповнених водою).

Реалізація 3D методики за допомогою програми FEMLAB:

1. Вибір розмірів, конфігурації та взаємного розташуванням мікронеоднорідностей.

2. Формування розрахункової області, присвоєння їй властивостей, які відповідають СІП по всій довжині.

3. Встановлення електрофізичних параметрів частково-однорідного середовища з гетерогенними мікронеоднорідностями.

4. Визначення граничних умов.

5. Генерування змінного кроку розрахункової сітки в залежності від радіуса кривизни мікронеодноріднорідностей та/або критерію впливу взаємного розташування мікронеодноріднорідностей на величину і розміри перенапружених об'ємів.

6. Розрахунок розподілу напруженості ЕП, максимального його значення та перенапружених об'ємів в електротехнічних виробах:

6.1 Формування нової розрахункової області при збереженні конфігурації, розмірів та взаємного розташування, а також електрофізичних параметрів.

6.2 Визначення граничних умов виходячи з попереднього розрахунку.

6.3 Генерування уточнюючого змінного кроку розрахункової сітки з урахуванням узагальнюючого критерію.

6.4 Уточнюючій розрахунок розподілу напруженості ЕП, максимального його значення та перенапружених об'ємів.

Розроблені методики є ефективними для уточнення умов реалізації оптимальних технологічних режимів виробництва СІП зі ЗПЕІ з метою зменшення розмірів та неоднорідності розподілу різних гетерогенних мікронеоднорідностей. Методики впроваджено на ЗАТ „Завод „Південкабель” (м.Харків) при освоєнні промислового виробництва СІП з характеристиками на рівні кращих світових зразків.

ВИСНОВКИ

В дисертації вирішено нову наукову задачу розробки математичних моделей для чисельного розрахунку тривимірних електричних полів у полімерній ізоляції самоутримних ізольованих проводів з урахуванням наявності гетерогенних близько розташованих мікронеоднорідностей (поверхневих і об'ємних, провідних і діелектричних) та просторового розташування провідників у трифазній лінії електропередачі. Отримані результати у сукупності мають суттєве значення для розвитку теорії та методів розрахунку електричних полів в неоднорідних діелектричних середовищах та підвищення надійності та безпеки ЛЕП з самоутримними ізольованими проводами.

1. На основі аналізу методів розрахунку ЕП у неоднорідних діелектричних середовищах обґрунтовано доцільність розвитку МСЕ та розробку нових математичних моделей для розрахунку тривимірних ЕП у СІП з урахуванням наявності сукупності різних гетерогенних мікродефектів у ЗПЕІ.

2. Створено нові багаторівневі математичні моделі розрахунку тривимірних ЕП у неоднорідній полімерній ізоляції СІП, що забезпечило створення методик розрахунку просторового розподілу напруженості ЕП в їх ЗПЕІ з урахуванням наявності гетерогенних близько розташованих мікродефектів (поверхневих і об'ємних, провідних і діелектричних) та розташування СІП у повітряній трифазній ЛЕП.

3. Визначено новий критерій неоднорідного збільшення напруженості ЕП, який залежить від розмірів, конфігурації та параметрів мікровключень в ЗПЕІ, відстаней між ними та їх розташування. Використання такого критерію формалізує та спрощує розрахунки напруженості тривимірних ЕП в СІП незалежно від зміни різних параметрів ЗПЕІ.

4. Розвиток методу скінчених елементів (МСЕ) і розробка нових математичних моделей для розрахунку тривимірних ЕП в ЗПЕІ СІП базуються на використанні:

- триступеневого підходу: спочатку визначались макропараметри неоднорідного двовимірного ЕП з урахуванням близькості СІП у трифазній ЛЕП і допущенням відсутності мікровключень у ЗПЕІ, потім визначались граничні умови і мікропараметри тривимірного ЕП з урахуванням сукупності різних гетерогенних мікровключень в ЗПЕІ, а потім уточнювались розрахунки ЕП в областях найбільших неоднорідностей і визначались об'єми з недопустимою напруженістю ЕП;

- граничних умов для об'єднання задач розрахунку ЕП поза та всередині мікровключень;

- ітераційного методу змінних напрямків при реалізації тривимірного прогону;

- залежності кроку розрахункової сітки від визначеного критерію неоднорідності ЕП, що забезпечило підвищення точності розрахунків 1,5-6 разів.

5. На основі аналізу неоднорідних ЕП в ЗПЕІ СІП підтверджено, що:

- напруженість ЕП збільшується в ЗПЕІ зі зменшенням відстані між: мікровиступами на жилі СІП; мікровиступом і провідним мікровключенням; провідними включеннями;

- напруженість ЕП збільшується у повітряних включеннях ЗПЕІ зі зменшенням відстані між двома повітряними мікровключеннями та між повітряним і водяним включеннями.

Визначено, що напруженість ЕП може зрости в 10 і більше разів, тому деградаційні процеси в ЗПЕІ можуть виникати навіть при середній напруженості ЕП 1 кВ/мм і меншій. При цьому можуть виникати електродендрити діаметрами d<2 мкм і довжиною l>5d, що призводить до подальшого збільшення напруженості ЕП в ЗПЕІ.

6. Обґрунтовано, що зі зменшенням відстані між проводами СІП напруженість ЕП найбільш зростає в ЗПЕІ біля поверхні струмопровідних жил СІП та в повітряному проміжку біля поверхні ЗПЕІ. Зважаючи, що критична напруженість для повітря становить близько 3 кВ/мм, визначено, що при тривалому (більшому 1 тижня) знаходженні СІП на відстанях менших 0.03 м в трифазній ЛЕП напругою 35 кВ можуть виникати деградаційні процеси (іонізація, часткові розряди та електроерозія), які зменшує надійність ізоляції.

7. Розроблено математичну модель для аналізу імпульсних процесів у полімерній ізоляції СІП при наявності повітряних включень та часткових розрядів, що виникають в її об'ємі. Для чисельної реалізації цієї моделі на комп'ютері запропоновано використати МСЕ, реалізований у прикладному пакеті FEMLAB Проведений аналіз показав, що розрядний струм в повітряному включенні частково замикається у вигляді зворотних струмів через об'єм ЗПЕІ (75-70 %) і частково через зовнішнє коло (25-30 %).

8. Розроблено математичну модель і методику для розрахунку МСЕ тривимірного ЕП в СІП трифазної ЛЕП з сементованими жилами (типу Miliken). Розглянуто особливості проявлення поверхневого ефекту й ефекту близькості в діапазоні частот 50-1000 Гц, що підтвердило, що еквівалентний опір такої ЛЕП залежить як від конструкції СІП, так і від відстаней між ними в ЛЕП. Використання в СІП сегментованих алюмінієвих жил загальним перетином 1000 мм2 і більше зменшує їх опір на 5-10%.

9. Для розрахунку низькочастотних ЕП у відкритих областях розроблено математичну модель з використанням МСО та методу добре узгоджених граничних шарів зі змінною величиною діелектричної проникності, що дозволяє проводити розрахунки ЕП з похибкою не більше 3 %.

10. Розроблено нові методики розрахунку неоднорідних тривимірних ЕП в СІП з урахуванням сукупності різних гетерогенних мікродефектів у ЗПЕІ. Методики є ефективними для уточнення умов реалізації оптимальних технологічних режимів виробництва СІП зі ЗПЕІ з метою зменшення розмірів та неоднорідності розподілу різних гетерогенних мікронеоднорідностей. Методики впроваджено на ЗАТ „Завод „Південкабель” (м. Харків) при освоєнні промислового виробництва СІП з характеристиками на рівні кращих світових зразків.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Щерба А.А., Перетятко Ю.В. Моделирование и анализ электрического поля в полимерной изоляции самонесущих изолированных проводов при наличии в ней объемных и поверхностных дефектов // Технічна електродинаміка. Тем. вип. „Силова електроніка та енергоефективність”. - Ч.1. - 2007, - С.108-111.

2. Щерба А.А., Подольцев А.Д., Перетятко Ю.В. Анализ неоднородного электрического поля в изоляции самонесущих изолированных проводов с учетом их расположения в воздушных линиях электропередачи // Технічна електродинаміка. Тем. вип. „Силова електроніка та енергоефективність”, - Ч.5. - 2007, - С.63-66.

3. Щерба А.А., Перетятко Ю.В. Моделирование неоднородных электрических полей в высоковольтной твердой полимерной изоляции с гетерогенными микровключениями // Вісник Національного університету „Львівська політехніка. Тем. вип. „Електроенергетичні та електромеханічні системи”, 2007. - № 597. - С.123-129.

4. Резинкина М.М., Щерба А.А., Перетятко Ю.В. Трехмерное моделирование неоднородных электрических полей в открытых облястях с применением метода поглощающих граничных условий // Технічна електродинаміка. - 2007. - №5. - С.9-12.

5. Щерба А.А., Захарченко С.Н., Яцюк С.Л., Перетятко Ю.В., Спинул Л.Н., Чибелис В.И., Янкович В.М. Электротехнологическая система осаждения микро- и наночастиц в неоднородном электрическом поле // Технічна електродинаміка, Тем. вип. „Силова електроніка та енергоефективність”, Ч.1, 2006, С.112-115.

6. Щерба А.А., Захарченко С.М., Супруновська Н.І., Шевченко М.І., Монастирський Г.Є., Перетятко Ю.В., Петрученко О.В. Стабілізація режимів електротехнологічних систем для отримання іскроерозійних мікро- та нанопорошків // Технічна електродинаміка, Тем. вип. „Силова електроніка та енергоефективність”, Ч.1, 2006, С.120-123.

7. Щерба А.А., Перетятко Ю.В. Моделирование и анализ электрического поля в проводах самонесущих изолированных и защищенных на напряжение до 35 кВ // Физика импульсных разрядов в конденсир. средах: Матер. XIII Междунар.научн.шк.-семинара, - Николаев, 2007. - С.178-182.

8. Щерба А.А., Перетятко Ю.В. Трехмерное моделирование электрического поля в неоднородной полиэтиленовой изоляции высоковольтных кабелей // Импульсные процессы в механике сплошных сред: Матер. VII Междунар.научн.шк.-семинара,- Николаев, 2007. - С.95-100.

АНОТАЦІЇ

Перетятко Ю.В. Чисельний розрахунок тривимірних електричних полів в полімерній ізоляції самоутримних ізольованих проводів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.05 - теоретична електротехніка. - Національний технічний університет України „КПІ”, м.Київ, 2008.

Дисертація присвячена розв'язанню наукової задачі розробка нових математичних моделей і методик для чисельного розрахунку тривимірних електричних полів у полімерній ізоляції самоутримних ізольованих проводів з урахуванням наявності гетерогенних близько розташованих мікронеоднорідностей (поверхневих і об'ємних, провідних і діелектричних) та просторового розташування провідників у трифазній лінії електропередачі. В роботі визначено узагальнюючий критерій збільшення напруженості ЕП в ЗПЕІ СІП та в її діелектричних включеннях, який враховує змінення розмірів та електрофізичних параметрів мікронеоднорідностей, відстаней між ними і розмірів дендритів на їх поверхні. Цей критерій використано для підвищення точності розрахунків напруженості ЕП та визначення локальних об'ємів в ізоляції з недопустимою напруженістю.

Розроблено нові методики розрахунку неоднорідних тривимірних ЕП в СІП з урахуванням сукупності різних гетерогенних мікродефектів у ЗПЕІ. Методики є ефективними для уточнення технологічних режимів промислового виробництва СІП, що підтверджується їх впровадженням на ЗАТ „Завод „Південкабель” (м.Харків) при освоєнні промислового виробництва СІП з характеристиками на рівні кращих світових зразків. Використання СІП виключає короткі замикання між проводами ЛЕП при ожеледі, сильному вітру, снігопаді та інших стихійних лихах, зменшує реактивний опір трифазних ЛЕП напругою до 1 кВ (з 0,35 Ом/км - до 0,1 Ом/км), зменшує падіння напруги та втрати потужності та підвищує надійність, безпеку та енергоефективність повітряних ЛЕП.

Ключові слова: електричне поле, неоднорідність, напруженість, полімерна ізоляція, мікровключення, самоутримні ізольовані проводи, моделювання.

Перетятко Ю. В. Численный расчет трехмерных электрических полей в полимерной изоляции самоудерживаемых изолированных проводов. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук за специальностью 05.09.05 - теоретическая электротехника. - Национальный технический университет Украины „Киевский политехнический институт”, г.Киев, 2008.

Диссертация посвящена разработке математических моделей и методик численного расчета трехмерных электрических полей (ЭП) в полимерной изоляции самоудерживаемых изолированных проводов (СИП) с учетом совокупности близко расположенных гетерогенных микронеоднородностей: поверхностных и объемных, проводящих и диэлектрических, а также расположения проводников в трехфазной линии электропередачи (ЛЭП).

В работе развивается метод конечных элементов с использованием пакета прикладных программ FEMLAB, которые упрощают осуществление компьютерных экспериментов и анализа полученных результатов. Определен обобщенный критерий увеличения напряженности ЭП в сшитой полиэтиленовой изоляции (СПЭИ) СИП и в ее диэлектрических включениях при изменении параметров, конфигураций и размеров микронеоднородностей, расстояний между ними, размеров и конфигурации электродендритов и расположения СИП в трехфазной ЛЭП. При создании математической модели и методики использовался трехступенчатый подход. Сначала определялись макропараметры двухмерного неоднородного ЭП с учетом близости СИП в трехфазной ЛЭП, но при допущении отсутствия микровключений в СПЭИ. Потом определялись граничные условия и микропараметры трехмерного ЭП с учетом наличия в изоляции совокупности близко расположенных различных гетерогенных микронеоднородностей. Для повышения точности расчетов использовалась зависимость шага расчетной сетки от выбранного критерия неоднородности ЭП. На основании анализа указанных критериев разработана новая математическая модель для определения локальных объемов с недопустимой напряженностью и зависимость величины таких объемов от размеров, конфигурации, электрофизических параметров гетерогенных микронеоднородностей, расстояний между ними и расположения СИП у трехфазной ЛЭП.

На основании анализа неоднородных ЭП в СПЭИ СИП подтверждено, что:

- напряженность ЭП увеличивается в полимерной изоляции при уменьшении расстояния между: микровыступами на токопроводящей жиле СИП, микровиступом и проводящим микровключением; проводящими микровключеннями;

- напряженность увеличивается в воздушных включениях СПЭИ при уменьшении расстояния между такими микровключениями и между воздушным и водяным включениями.

Напряженность ЭП может увеличится в 10 и более раз, поэтому деградация СПЕИ может возникать даже при средней напряженности ЭП менее 1 кВ/мм. Возникновение электродендритов диаметром d<2 мкм и длиной l>5d также приводит к увеличению напряженности ЭП в СПЭИ. При уменьшении расстояния между проводами СИП напряженность ЭП более всего возрастает в СПЭИ возле поверхности токопроводящих жил СИП и в воздушном промежутке возле поверхности СПЭИ. Учитывая, что для воздуха критической является напряженость около 3 кВ/мм, определено, что при длительном (более 1 недели) нахождении СИП на растояниях менее 0.03 м в ЛЭП напряжением 35 кВ внутри и на поверхности СПЭИ могут возникать ионизация, частичные разряды и электроэрозия, которые будут уменьшать ее надежность.

В диссертации разработаны методики для расчета ЭП в СПЭИ СИП с учетом совокупности близко расположенных гетерогенных микронеоднородностей и расположения СИП в трехфазной ЛЭП. Методики внедрены на ЗАО „Завод „Южкабель” (г.Харьков) при создании новой технологической линии промышленного производства СИП со СПЭИ на напряжения до 35 кВ с характеристиками на уровне лучших мировых образцов. Разработана также математическая модель для анализа ЭП в изоляции СИП с воздушными включениями с учетом частичных разрядов и импульсных переходных процессов в ЛЭП.

Ключевые слова: электрическое поле, неоднородность, напряженность, полимерная изоляция, микровключения, самоудерживаемые изолированные провода, моделирование.

Ju. V. Peretyatko. Numerical calculation of three-dimensional electric fields in polymer insulation of self-holding insulated conductors. Manuscript

Thesis for a degree of a candidate of technical science on 05.09.05 specialty - theoretical electrical engineering. - National technical university of Ukraine “KPI”, Kiev, 2008.

The thesis is devoted to solving the scientific task to develop new mathematical models and techniques for numerical calculation of three-dimensional electric fields in polymer insulation of self-holding insulated conductors, taking into account both the presence of heterogeneous closely located micro-heterogeneities (surface and volumetric, conducting and dielectric) and spatial location of conductors in a three-phase transmission line. In the thesis a new generalized criterion of electric field (EF) intensity growth in cross-linked polymer insulation (XLPE) of self-holding insulated conductors and in its dielectric micro-inclusions considering a changing both size and electro physical parameters of micro-heterogeneities, as well as distances between them and sizes of dendrites on their surface is identified.

This criterion has been used to increase the accuracy of calculations of EF intensity and for determination of local volumes in insulation with inadmissible intensity. The developed models and techniques have been applied in industry at a ZAT “Zavod “Pivdencabel” (Kharkiv) that facilitated a realization of new processing line for industrial production of self-holding conductors with XLPE insulation on 35 kV voltages having highest characteristics comparable with best world samples.

...