Анотація до роботи:

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.

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.

Публікації автора:

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, О.Л. Резинкин, 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., Резинкин О.Л., Носенко М.И. Классификация частичных разрядов в полиэтиленовой изоляции //Вестник ХГПУ.-1999.-Вып.65.-С.42-46.

27. Резинкина М.М., Резинкин О.Л., Носенко М.И. Экспериментальное исследование процессов ионизационного старения полиэтиленовой изоляции // Вестник ХГПУ. - 2000. - Вып. 78. - С. 74-76.

28. Кравченко В.И., Резинкина. М.М. 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.

38. Rezinkina M., Bydianskaya E. Nikolenko E. Numerical modeling of low frequency electric field interaction with the woman body // Proc. of 3d International Workshop on biological effects of electromagnetic fields. - Kos. – 2004. – P. 177-183.