исследование электрического поля опорного изолятора

Министерство образования и науки Российской Федерации
Томский политехнический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
ОПОРНОГО ИЗОЛЯТОРА
Методические указания к курсовой работе по дисциплине
«Техника и физика высоких напряжений»
для магистров направления
13.04.02 – Электроэнергетика и электротехника
Разработал: доцент, канд. техн. наук
Лопаткин С.А.
Томск – 2014
Цель работы: практическое освоение численного метода и программного
обеспечения для расчета электрического поля опорного изолятора и мер по оптимизации конструкции изолятора.
1. Краткие сведения
Изоляционные конструкции работают, как правило, в сложных по конфигурации электрических полях. Для более надежной эксплуатации изоляционных конструкций необходимо уметь смоделировать, рассчитать эти поля с тем,
чтобы правильно сконструировать изоляцию.
Методы расчета и исследования полей делятся на численные, аналитические, графоаналитические и экспериментальные.
Аналитические точные и приближенные методы пригодны для расчета
электростатических полей, т.е. полей с неподвижным зарядом и полей несложной конфигурации при симметричных электродах. Эти методы с достаточной
точностью позволяют рассчитать заданное известное электрическое поле.
Графоаналитические методы используются в том случае, когда необходим
расчет поля сложной конфигурации или при наличии неоднородного диэлектрика. Суть метода состоит в том, что вычерчивается предполагаемая картина
электрического поля, которая затем уточняется с помощью аналитических выражений. Расчет электрического поля с помощью графоаналитических методов
дает достаточно большую погрешность (20–30%) и поэтому широко не используется.
Экспериментальные методы исследования электрических полей разработаны для более простого и точного расчета полей. Они разделяются на две
группы:
1. Методы определения эквипотенциалей (методы непосредственного
определения эквипотенциалей; компенсационные методы; методы моделирования).
2. Методы построения силовых линий электрического поля (метод электрических спектров; метод стрелки; метод магнитного моделирования).
20 кВ Рис. 1. Электрическое поле
изолятора
15 кВ 10 кВ 5 кВ В настоящей работе используется численный метод расчета распределения
потенциала и напряженности электрического поля в пространстве, окружающем опорный изолятор. Расчет выполняется в программе «IsoLab», разработанной на кафедре ТЭВН ТПУ, пояснения к использованию программы находятся
в руководстве пользователя.
Содержание работы
1. В справочной литературе найти конструкцию и размеры изолятора для
своего варианта задания.
2. Начать новый проект, сохранить его с именем «Фамилия_Номер варианта».
3. Задать размер области моделирования, размер и количество ячеек расчетной сетки. Размер ячеек и количество ячеек установить так, чтобы
размеры области моделирования превышали габариты изолятора не менее чем в 2 раза.
4. Вычертить изолятор по размерам. Достаточно половины изолятора – до
оси симметрии, – расположенной на краю области моделирования.
5. Задать параметры изолятора (диэлектрическую проницаемость материала).
6. Задать потенциал электродов. Для высоковольтного электрода задать
максимально возможное (амплитудное) значение напряжения для данного типа изолятора в рабочем режиме.
7. Запустить расчет.
8. По окончании расчета включить отображение модуля напряженности
поля.
9. Добавить на схему сечение, пересекающее область моделирования и
включающее максимальную напряженность поля у высоковольтного
электрода. Присвоить имя сечению.
10. Добавить на схему сечение, пересекающее область моделирования и
включающее максимальную напряженность поля у заземленного электрода. Присвоить имя сечению.
11. Открыть новое окно «Сечение», отобразить профили напряженности
поля для обоих сечений.
12. Определить по профилю максимальную напряженность поля у высоковольтного электрода; у заземленного электрода.
13. Рассчитать коэффициент неоднородности поля.
14. Определить, возможно ли появление коронного разряда вблизи электродов. Критическим значением напряженности считать 30 кВ/см.
15. В случае резконеоднородного поля изменить форму электродов для
снижения напряженности поля в 2-3 раза.
В пояснительной записке к курсовой работе представить ход выполнения
работы с необходимыми иллюстрациями, результаты расчетов и выводы по работе.