Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Твердая изоляция внутренних высоковольтных конструкций

Решение краевых задач электростатики на ЭВМ - Твердая изоляция внутренних высоковольтных конструкций

Оглавление
Твердая изоляция внутренних высоковольтных конструкций
Влияние режимов работы изоляционных конструкций на внутреннюю изоляцию
Стационарный режим эксплуатация трансформаторов в схемах выпрямителей
Переходные режимы эксплуатации трансформаторов в схемах выпрямителей
Эксплуатация трансформаторов тока и напряжения
Эксплуатация трансформаторов и дросселей в усилителях низкой частоты
Катушки индуктивности и вариометры
Эксплуатация импульсных трансформаторов и зарядных дросселей
Разъединители механической блокировки, контакторные устройства, выключатели, переключатели
Антенно-фидерные тракты
Влияние режимов работы изоляционных конструкций на внешнюю изоляцию
Влияние климатических и механических условий эксплуатации
Влияние температуры
Влияние повышенной   влажности
Радиационная стойкость и механические факторы
Электрические свойства диэлектриков
Электрические свойства полимерных материалов
Электрические свойства стеатитовой керамики
Кратковременная и длительная электрическая   прочность эпоксидных компаундов
Кратковременная и длительная электрическая прочность полиолефинов
Кратковременная и длительная электрическая прочность керамики, лейкосапфиров
Электрическая прочность эпоксидных компаундов при механическом нагружении
Короностойкость и дугостойкость полимерных материалов
Полупроводящие полимерные материалы
Пробой в воздухе на постоянном напряжении и при частоте 50...400 Гц
Пробой вдоль поверхности на постоянном напряжении и при частоте 50...400 Гц
Пробой в воздухе и вдоль поверхности при высокой частоте
Факторы, влияющие на механические свойства изоляции, эпоксидные компаунды
Физико-механические свойства изоляции термопластов
Физико-механические свойства изоляции стеатитовой керамики
Физико-механические свойства изоляции стеклопластиков
Физико-механические свойства изоляции эпоксидных компаундов
Физико-механические свойства изоляции термопластов
Физико-механические свойства изоляции стеклопластиков
Адгезионная прочность
Образование термоупругих напряжений в изоляции
Снижение термоупругих напряжений
Образование термоупругих пробоев в изоляции
Выравнивание полей внутренней изоляции
Выравнивание полей внешней изоляции
Электромоделирование электрических полей изоляционных конструкций
Решение краевых задач электростатики на ЭВМ
Оптимизация систем изоляции высоковольтных конструкций
Выбор изоляционных промежутков
Оптимизация технологии систем изоляции высоковольтных конструкций
Конструкции высокопотенциальных трансформаторов
Конструкции высокопотенциальных блочных трансформаторов
Конструкции высокопотенциальных трансформаторов с малой емкостью
Проектирование высоковольтных силовых и анодных трансформаторов
Проектирование высоковольтных силовых и анодных трансформаторов средней мощности
Проектирование высоковольтных силовых и анодных трансформаторов большой мощности
Проектирование трансформаторов модуляционных и   низкой         частоты
Проектирование импульсных трансформаторов
Высоковольтные дроссели, катушки индуктивности и вариометры - проектирование
Проектирование изоляции поворотных и опорных изоляторов
Проектирование изоляции высокочастотных изоляторов
Проектирование изоляции поворотных изоляторов
Проектирование изоляции проходных изоляторов
Проектирование изоляции реле, выключателей и переключателей
Коаксиальные высоковольтные конструкции антенно-фидерных трактов - проектирование
Системы изоляции нестандартных высоковольтных устройств - проектирование
Список литературы

Другим способом обоснованного инженерно-технологического решения для оптимизированных изоляционных конструкций является проведение анализа систем изоляции посредством решения краевых задач электростатики на ЭВМ.


Рис. 7.3. Выбор изоляции с помощью моделирующего устройства

Этот метод также позволяет сократить трудоемкий этап макетирования опытных образцов изоляционных конструкций, уменьшить погрешности при разработке вариантов и затраты инженерного труда, ускорить внедрение новых высоковольтных изделий в производство.
Программа для ЭВМ является информативной, если она представляет графический материал, наиболее приближающийся к требованиям конструкторской документации, и позволяет произвести глубокий анализ электрического поля. Это возможно при наличии поля эквипотенциалей, силового поля, значений напряженностей электрического поля и его нормальной и касательной составляющих в любой точке конструкции, определении градиентов и зарядов на поверхности электродов. Время подготовки исходных данных, моделирования и обработки результатов должно быть минимальным.

Независимо от используемого метода моделирования последовательность действия при проектировании изоляционной конструкции одинакова и проводится по блок-схеме на рис. 7.3.
Блок-схема предусматривает на основании полученного технического задания предварительные расчеты размеров внутренней и внешней изоляции с учетом принятой геометрии для решаемой функциональной задачи, а также типа изолятора или другой изоляционной конструкции.
Поставленная задача классифицируется, и производится выбор основных конструкторско-технологических решений и изоляционных материалов, обеспечивающих принятое решение. Возможно принятие решения о конструкции на основании выбранного изоляционного материала и его технологичности, способа переработки с учетом существующего технологического решения.
После выполнения предварительного эскиза с размерами рассматривается возможность его конструктивного воплощения и производится подготовка численного материала для моделирования одним из принятых методов. Если формализация для существующего метода неосуществима, то изменяется конструкция или технология.
Моделирование и анализ его результатов производятся до тех пор, пока .не достигается необходимая электрическая прочность, степень равномерности электрического поля с учетом возможности его конструктивно-технологического воплощения или возникает уверенность в необходимости изменения исходных предпосылок.
При положительном решении начинается детальная разработка конструкции, технологии и оснастки, в ходе которой также возможны корректировка и дополнительное моделирование. Такой метод последовательных приближений с творческим осмыслением каждого последующего шага дает положительные результаты.
При моделировании рассматривается комбинированная изоляция без учета распределения электрических зарядов.
Для облегчения конструкторско-технологических решений форма электродов и изоляционного тела выбирается сравнительно простой, обеспечивающей быстрейшее приближение электрического поля к равномерному.
Расчетная точность должна обеспечивать в конечном итоге изготовление изоляционной конструкции с заданной электрической прочностью и поэтому целиком определяется технологическими погрешностями. Точность вычислений должна несколько превышать существующую точность изготовления.
Связь между затратами q на вычислительную процедуру и информативность (эффектом) F от точности модели представлена на рис. 7.4.

Трудоемкость моделирования не должна превышать уровня, определяемого технологическими погрешностями для конкретной конструкции, Общее число вариантов моделирования в среднем лежит в пределах 2.. .7.

Рис. 7.4. Информативность модели
1 — полезность; 2 — стоимость; 3 — отношение информативности к затратам
Для оценки числа итераций п, необходимых для достижения заданной точности q независимо от способа приближения к оптимальному варианту картины поля, используется выражение 

Таблица 7.2

Если прологарифмировать обе части, то п оценивается из отношения числовые значения для которого берутся из табл. 7.2.

Проведенные различными авторами сравнения показывают, что из всех известных способов расчетов электрических полей для изоляционных конструкций более высокой эффективностью обладают методы интегральных уравнений и эквивалентных зарядов.
Метод интегральных уравнений позволяет рассчитывать поля и получать решения как для закрытой, так и для открытой областей. Этот метод использует распределение поверхностной плотности зарядов распределения поля в выбранной области.
Входящий в этот ряд программ пакет ТОПАЗ содержит развитый входной блок со специально разработанным языком «Сезам». Входная информация состоит из описания геометрии области моделирования, граничных условий, описания входных данных, напряжений на электродах и т. д. Процесс выбора расчетных точек сводится к выполнению простых правил.

Использование пакета СЛАУ связано с составлением вызывающей программы на языке «Фортран-IV», в которой oпределяются координаты эквивалентных зарядов и контурных точек Увеличивается подготовка исходных данных. Пакеты универсальны и совместимы с другими пакетами программ. Они также могут быть использованы для различных вычислительных систем. Класс задач, которые могут решаться по системе СЛАУ, весьма широк и охватывает большинство возникающих к практике измерений случаев.
Программа АКСИАЛ предназначена для расчета осесимметричных и объемных электростатических полей в однородных средах и при наличии различных диэлектриков. Она позволяет производить расчеты поля при наличии одного внешнего поля, разделять заряды тонких оболочек, рассчитывать поле при неизвестном потенциале одного или нескольких тел (при заданном полном заряде одного из таких тел), определять напряженность и потенциал в заданных контрольных точках межэлектродного промежутка, учитывать симметрию или несимметрию поля, символически изображать конфигурацию электродов.
Программа в состоянии воспринять 15 расчетных тел (граничных условий первого и второго рода), под которыми подразумеваются либо отдельные электроды хотя бы и одного потенциала, либо отдельная граница раздела сред, не совпадающая с поверхностью электрода.
Для пакета АКСИАЛ исходная информация задается в кодированно-цифровом виде. По сравнению с программой ТОПАЗ несколько увеличивается время подготовки исходных данных. Для сравнительно простых задач, когда требуемое число расчетных точек невелико, АКСИАЛ является одним из наиболее экономичных.
Результаты анализа интегральных методов, включающих в себя пакеты прикладных программ ТОПАЗ, АКСИАЛ и СЛАУ, приведены в табл. 7.3.
Таблица 7.3


Программа

По
греш
ность
ΔΕ,
%

Отношение длины отрезка 1 к радиусу кривизны R

Емкость памяти. Кбайт

Время решения задачи, с

Время
подготовки
исходных
данных,
мин

Число
арифмети
ческих
операций

оперативной

внешней

ТОПАЗ

1
5

0,27
0,62

32
32

62
58

87
40

5

 

АКСИАЛ

1
5

0,21
0,48

32
32

20
19

64
37

10

300/72

СЛАУ

1
5

0,16
0,36

30
27

0
0

46
25

30

30/72

Из таблицы следует, что по времени подготовки исходных данных максимальное количество времени затрачивается при использовании программы СЛАУ, а минимальное — ТОПАЗ. Однако по затратам машинного времени все происходит наоборот. По сравнению с ними выигрывает программа АКСИАЛ, которая при затрате времени на подготовку всего 10 мин, т. е. в 3 раза меньше, чем СЛАУ, машинного времени расходует на 27% больше.
В книге использовались программы АКСИАЛ и ЭФИР. Последняя основана на программе ТОПАЗ.
Пакеты обеспечивают решение задач для электростатического поля, т. е. решение уравнения Лапласа с соответствующими краевыми условиями для потенциала и его производных на границах расчетной области и границах раздела сред. Тип краевой задачи зависит от природы конкретной системы изоляции и ее геометрии. При этом для большинства задач, характеризующихся сложностью расчета, наличием областей с различными сочетаниями граничных условий нескольких типов, могут быть использованы обе программы.
Пакет прикладных программ ЭФИР предназначен для расчета двухмерных (осесимметричных и плоских) электростатических полей и был разработан специально для задач, рассматриваемых в данной работе. Пакет позволяет проводить расчеты полей для различных граничных отрезков прямых или окружностей.
При расчете эллипсоидального поля оно аппроксимируется двумя радиусами окружности, как это выполняется в конструкторской документации.
Необходимым считается разработка исключительно технологически обоснованных геометрий и сопряжений с учетом возможности потерь на оптимизацию в электростатике, которые обычно компенсируются надежностью изготовления заданной формы конструкции в производстве.
На участках могут задаваться краевые условия первого, второго и третьего рода или условия сопряжения на поверхностях раздела сред с различными диэлектрическими свойствами. Граница расчетной области может быть одно- или многосвязанной, замкнутой или разомкнутой.
Пакет включает входной язык, позволяющий наглядно и оперативно описывать информацию о краевой задаче и задание на расчет. Вся программа написана на алгоритмическом языке «Фортран-IV».
Исходные данные о краевой задаче, записанные на входном языке «ВК», представляют собой последовательность списков, т. е. перечисление параметров, которые однозначно определяют описание задачи и представляют координаты, задающие геометрию системы изоляции.
Координаты могут быть взяты непосредственно с эскиза или чертежа. При этом достаточно задавать координаты начала и конца прямолинейных отрезков, а также координаты центра окружности и точек ее начала и конца.
Список граничных условий задает перечень существующих в данной системе изоляции реальных условий. Список сплайнов определяет порядок обхода точек, присваивает отрезкам соответствующие им граничные условия и дает число разбиений границ на точки, которые в пакете будут использованы при вычислении.
В данном контексте термин «сплайн», относящийся к аппроксимации различных граничных условий при реализации метода интегральных уравнений, рассматривается как ключевое слово, определяющее данный список (список сплайнов), задающий порядок обхода границ.
Пакет имеет возможность производить графическое отображение характеристик электрического поля в виде линий равных значений на АЦПУ или на графопостроителе.
Для этого вычисления строятся в два этапа: на первом вычисляется значение характеристик, производится ограничение расчетной области и выдаются функциональные зависимости в виде графиков от координат; на втором выдается подробная графическая информация.
Эту выдачу производит система СЕРВИС, входящая в состав пакета ЭФИР. Выдаются следующие характеристики:
рисунок расчетной области вместе с системой координат;
график функциональных зависимостей;
рисунки векторного поля, полей эквипотенциалей, силового и равной напряженности, наложенных на изображение расчетной области с системой координат.
Таким образом, выдается практически вся необходимая для проектирования информация, за исключением нормальных и касательных составляющих напряженности электрического поля.
Возможность получения этой информации на интересующих отдельных участках поля методом лупы позволяет, например, в зоне тройного сопряжения внешних электродов рассчитать недостающие условия образования самостоятельности разряда при заданном напряжении.
Для эффективного использования рассмотренных методов расчета электрических полей необходимо наличие универсальных, физически обоснованных критериев оптимизации.



 
« Такелажные работы при монтаже оборудования электростанций   Телемеханика в энергоснабжении промышленных предприятий »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.