Проведено порівняльний аналіз розрахунків процесів у нелінійному розрядному колі, виконаних за допомогою аналітичного та числового методів. Доведено ефективність використання запропонованого аналітичного методу для розв'язання відповідних задач електротехніки.

Акцентовано увагу на вирішенні актуальної науково-прикладної проблеми розвинення теорії розрахунку електромагнітних полів і зв'язаних з ними процесів різної фізичної природи в неоднорідних діелектричних і провідних середовищах електротехнічних пристроїв на основі багатомасштабного моделювання, що спрямовується на подальше вдосконалення та забезпечення надійної експлуатації електротехнічних пристроїв. Удосконалено та розширено застосування методу багатомасштабного моделювання для розрахунку електромагнітного поля та електрофізичних процесів у електротехнічних пристроях шляхом виділення в досліджуваному пристрої рівнів структурної ієрархії, вибору на кожному з них відповідального елемента об'єму та чисельного розрахунку в такому об'ємі електромагнітного поля і зв'язаних з ним процесів різної фізичної природи. Розроблено наукові підходи, математичні моделі, методики чисельного розрахунку, а також досліджено електромагнітні поля та процеси у високовольтних і надвисоковольтних кабельних лініях, самоутримних ізольованих проводах для повітряних ліній електропередачі класу середньої напруги та пристроях електромагнітної обробки матеріалів, які використовуються в технологіях виробництва кабельно-провідникової продукції та термічної обробки матеріалів індукційним способом.

Проведено аналіз розподілу тривимірного квазістаціонарного електромагнітного поля, що формується в системі просторовий контур зі змінним струмом - електропровідний півпростір. Розрахунки виконано двома методами: аналітичним і чисельним з використанням пакета Comsol. Отримані дані показали збіг результатів і підтвердили загальний теоретичний висновок про нульове значення нормальної до межі поділу середовищ компоненти напруженості поля і густини струму в електропровідному півпросторі.

На основі аналітичного розв'язку тривимірної польової задачі і чисельного розрахунку в пакеті Comsol проаналізовано затухання неоднорідного електромагнітного поля при його проникненні в електропровідний півпростір. Сформульовано загальний висновок, що неоднорідне поле завжди затухає тим швидше, чим більша глибина проникнення. При сильному скін-ефекті закон затухання неоднорідного поля наближається до закону затухання однорідного поля для всіх точок поверхні, причому відхилення залежить від величини введеного малого параметра.

Розраховано та проаналізовано магнітне поле на поверхні землі підземної одноланцюгової кабельної лінії на напругу 330 кВ у разі, коли кабелі лінії прокладені в поліетиленових трубах. На відміну від традиційного випадку передбачається, що у поліетилен труб додана магнітна дрібнодисперсна фракція, і за рахунок цього поліетиленовий матеріал має ефективні магнітні властивості. Такі труби можуть виконувати функції магнітного екрану, що знижує магнітне поле на поверхні грунту. Досліджено два різні конструктивні варіанти: кожен фазний кабель розташовано в окремій трубі з магнітними властивостями і всі три кабелі знаходяться у загальній трубі. Показано, що використання трьох поліетиленових труб як магнітних екранів є неефективним, а у разі однієї загальної для всіх кабелів труби поле на поверхні землі може бути знижено на порядок. Досліджено вплив ефективної магнітної проникності матеріалу труби, а також розмірів труби (радіуса, товщини стінки) і форми (замкненої у перерізі або напівкруглої труби) на ефективність екранування магнітного поля на поверхні грунту.

Виконано комп'ютерне моделювання розподілу магнітного поля підземної надвисоковольтної кабельної лінії (330 кВ) з феромагнітним екраном різної форми. Показано, що застосування Н-подібного екрана без зазорів дає змогу забезпечити безпечний рівень магнітного поля на поверхні землі над кабелями. Проаналізовано залежність рівня магнітного поля від товщини Н-подібного феромагнітного екрана.

Індекс рубрикатора НБУВ: З279.126-012

Рубрики:

Кабельні лінії електропередачі та електричні мережі

Шифр НБУВ: Ж69973 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Проведено огляд сучасного стану відновлюваної енергетики у світі, зокрема в розвинених країнах та в Україні. Наведено кількісні дані для різних секторів відновлюваної енергетики, в тому числі тих, що найбільш інтенсивно розвиваються, - гідро-, сонячної та вітрової енергетики. Представлено та проаналізовано перспективи подальшої розробки та використання відновлюваних джерел енергії для виробництва та споживання електроенергії.

Проаналізовано та виявлено особливості розподілу магнітного поля, що створюється підземною надвисоковольтною (330 кВ) трифазною кабельною лінією в оточуючому середовищі та на поверхні землі у разі використання П-подібного екрана, виготовленого з різних матеріалів - алюмінію, міді, заліза, магнетілу, мю-металу. Показано найбільшу ефективність екранування при застосуванні екрана з високопровідних матеріалів - міді або алюмінію. Для зниження рівня магнітного поля на поверхні землі до регламентованих безпечних значень пропонується використовувати П-подібний екран з подовженими вертикальними елементами.

Представлено сучасні системи моніторингу температури кабельних ліній енергетичного призначення, що базуються на волоконно-оптичній технології. Це DTS (distributed temperature sensing) система розподіленого вимірювання температури по всій довжині кабелів і RTTR (real time thermal rating) система з елементами smart-моніторингу електромережі, у складі якої працюють кабельні лінії. Описано особливості аналізу даних температурних датчиків шляхом використання програмових засобів при моніторингу та управлінні роботою кабельних ліній. Визначено переваги сучасних волоконно-оптичних моніторингових систем для кабельних мереж - їх багатофункціональність (контроль температури, струму, деформації тощо), можливість різного інтегрування оптичного волокна (в структуру кабелів на етапі виробництва або зовні до їх поверхні під час експлуатації), проведення smart-моніторингу (виявлення резервів, контроль, управління роботою кабельних ліній), а також наявність провідних інструкцій, стандартних вимог та процедур щодо вимірювань та обробки даних моніторингу.

Розглянуто особливості розподілу магнітного поля, що створюється підземною надвисоковольтною (330 кВ) трифазною кабельною лінією в оточуючому середовищі, зокрема навколо кабелів у траншеї та на поверхні землі у разі використання Н-подібного екрана, виготовленого з різних матеріалів - алюмінію, нетекстурованої та низьковуглецевої сталі. Показано найкращу ефективність екранування у разі застосування екрана з алюмінію, що має найбільшу електропровідність. Задля зниження рівня магнітного поля на поверхні землі до регламентованих безпечних значень пропонується використовувати Н-подібний екран з високопровідних немагнітних матеріалів.

Запропоновано пристрій для дистанційного моніторингу стану високовольтної кабельної лінії. Пристрій дає змогу одночасно вимірювати декілька діагностичних показників: температуру зовнішньої оболонки кабелю, електричний струм у жилі, ємнісний струм на землю. Він використовує спеціально створене внутрішнє електричне джерело живлення, що перетворює безпосередньо енергію електромагнітного поля кабелю в електричну енергію з необхідними параметрами. За допомогою комп'ютерного моделювання визначено розподіл температурного поля в активній зоні кабельної лінії напругою 330 кВ та встановлено кількісний зв'язок між температурою зовнішньої оболонки кабелю (яка безпосередньо вимірюється) та значеннями температури жили кабелю та ізоляції, які є важливими діагностичними показниками теплового стану силового кабелю.

За допомогою дво- та тривимірної розрахункових моделей виконано комп'ютерне моделювання магнітного поля високовольтної (330 кВ) підземної кабельної лінії з використанням спеціального насипного грунту різних розмірів (об'єму). Додатковий грунт над кабелями є композиційним матеріалом з ефективними магнітними властивостями та виконує функцію магнітного екрана. Проведено порівняння результатів дво- і тривимірних комп'ютерних розрахунків. Досліджено ефективність екранування магнітного поля кабельної лінії залежно від значення магнітної проникності насипного грунту, його ширини та висоти. Виявлено існування оптимальної невеликої висоти насипки, необхідної для зменшення магнітного поля кабелів на поверхні землі безпосередньо над ними, та істотний вплив ширини насипного грунту на ефективність екранування. Обгрунтовано ефективність екранування підземних одноланцюгових трифазних кабельних ліній з використанням магнітного насипного грунту незначної висоти.

Індекс рубрикатора НБУВ: З279.122.56-048

Рубрики:

Кабельні лінії електропередачі постійним струмом

Шифр НБУВ: Ж14164 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Виявлено особливості розподілу магнітного поля та температури в елементах підземної двоколової надвисоковольтної кабельної лінії та навколо неї за наявності горизонтально розташованого алюмінієвого екрана, що знаходиться на різній відстані від кабелів і має різну товщину. Досліджено закономірності розподілу магнітного поля та температури в екрані. Для розглянутих випадків джоулеві втрати в зовнішньому екрані складають не більше 3 % від втрат у кабелях. Проведено порівняння основних електромагнітних характеристик для алюмінієвого екрана (коефіцієнт екранування до 1,94) та екрана, що має меншу електропровідність (коефіцієнт екранування до 1,2). За допомогою чисельних результатів показано, що екран більшої товщини сприяє можливості збільшення пропускної спроможності кабельної лінії за рахунок меншого нагріву, а струмове навантаження кабельної лінії залежить від відстані екрана до кабелів внаслідок змінення їхньої максимальної температури від цієї відстані.

Розроблено модель для розрахунку теплових процесів в установках індукційного нагріву рухомої заготовки за допомогою еквівалентних теплових кіл. У моделі для врахування конвективного перенесення теплоти вздовж рухомої заготовки використано додаткові елементи - керовані джерела струму. Модель реалізована в пакеті Matlab/Simulink і дає змогу отримувати розподіл температури вздовж заготовки в усталеному тепловому режимі нагрівання. Результати порівнюються з розрахунком на основі альтернативного методу, що базується на теорії електромагнітного та теплового полів, реалізацію якого здійснено в програмі Comsol. Показано збіг результатів розрахунків розподілу температури вздовж заготовки, отриманих за двома методами. Визначаються наявні переваги та недоліки кожного з використаних розрахункових підходів.

Проведено огляд волоконно-оптичних технологій в електроенергетиці, зокрема для моніторингу сучасних силових кабелів з ізоляцією зі зшитого поліетилену та з інтегрованими в їхню структуру волоконно-оптичними модулями. Представлено нові інтелектуальні засоби контролю електричних, теплових, механічних характеристик та рівня часткових розрядів у кабельних лініях. Описано сучасний досвід використання інтелектуальної системи захисту кабелів і кабельних ліній від аварійних ситуацій. На основі аналізу ефективності сучасних методів моніторингу рівня часткових розрядів, розподілу температури і механічних ушкоджень зміцненої поліетиленової ізоляції та інших елементів високо- і надвисоковольтних кабелів з інтегрованими волоконно-оптичними модулями показано перспективу розвитку технологій інтелектуальної діагностики технічного стану та надійності потужних кабельних ліній електропередачі (ЛЕП). Обгрунтовано, що використання волоконно-оптичних модулів у структурі силових кабелів та комп'ютерних методів обробки інформації відносно змінення теплових і механічних характеристик елементів потужних кабелів підвищує ефективність інтелектуальних технологій моніторингу технічного стану сучасних електроенергосистем, автоматичного регулювання режимів їхньої електропередачі та захисту від аварійно небезпечних ситуацій.

За допомогою комп'ютерного моделювання досліджено магнітне поле високовольтної (330 кВ) підземної одноланцюгової кабельної лінії, прокладеної в поліетиленовій трубі з магнітними властивостями, з використанням спеціального насипного/засипного грунту різних розмірів (об'єму). Труба та додатковий грунт навколо і поблизу кабелів виготовляються з композиційного матеріалу з ефективними магнітними властивостями і можуть виконувати функцію магнітного екрана, зменшуючи рівень поля навколо кабельної лінії. Вивчено ефективність екранування поля кабельної лінії залежно від висоти і ширини композиційного насипного/засипного грунту. Виявлено існування оптимальної невеликої висоти насипки, необхідної для найбільшого зменшення магнітного поля кабелів на поверхні землі безпосередньо над ними, та вплив ширини насипного та засипного грунту на ефективність екранування. Проаналізовано характерні особливості розподілу магнітного поля в розглянутих екрануючих елементах кабельної лінії залежно від наявності чи відсутності композиційного засипного грунту і висоти насипного грунту з ефективними магнітними властивостями. Обгрунтовано ефективність екранування підземних одноланцюгових трифазних кабельних ліній з використанням магнітного насипного грунту визначеної невеликої висоти (об'єму).

Визначено переваги використання захищених ізоляцією проводів для ліній електропередачі на середню напругу (до 35 кВ) у порівнянні з традиційними неізольованими проводами. Розроблено математичну модель та проведено комп'ютерні розрахунки для захищеного проводу 20 кВ, що має жилу сталево-алюмінієвої конструкції. Для такої конструкції проаналізовано розподіли магнітного поля та густини струму в трьох проводах повітряної лінії, а також визначено їхній опір з урахуванням нелінійних властивостей сталевого осердя в діапазоні змінення частоти 50 - 10 000 Гц. Це надає можливості розраховувати електричні втрати в провідниках повітряної лінії електропередачі в перехідних режимах та під час виникнення вищих гармонік в енергомережі.

За допомогою комп'ютерного моделювання досліджено магнітне поле підземних кабельних ліній середньої та високої напруги, прокладених у композиційних поліетиленових трубах, що мають магнітні властивості, з використанням спеціального насипного/засипного грунту різних розмірів (об'єму). Труби та додатковий грунт навколо і поблизу кабелів виготовляються з композиційного матеріалу з ефективними магнітними властивостями і можуть виконувати функцію магнітного екрана, зменшуючи рівень поля кабелів. Вивчено ефективність екранування поля кабельних ліній в трубах залежно від висоти і ширини композиційного насипного/засипного грунту. Виявлено існування оптимальної висоти насипки, необхідної для найбільшого зменшення магнітного поля кабелів на поверхні землі безпосередньо над ними, та вплив ширини насипного та засипного грунту на ефективність екранування. Проаналізовано характерні особливості розподілу та змінення рівня магнітного поля залежно від наявності чи відсутності композиційного магнітного грунту. Показано перспективність розміщення високовольтних кабелів (трикутником) в одній загальній трубі з додатковим композиційним магнітним насипним і засипним грунтом.