Расчет электрических полей в моноблоке высоковольтной ячейки RM-6
Ключевые слова:
электрическое поле, комплектное распределительное устройство, численные методы расчета, электрический потенциал, напряженность, моноблок, датчики
Аннотация
Статья посвящена определению оптимального места установки датчиков напряженности электрического поля на основе расчета электрических полей в моноблоке высоковольтной ячейки модели RM-6 классом напряжения 10 кВ. Для учета различных конфигураций распределения напряженности электрического поля внутри моноблока исследованы однофазный, двухфазный и трехфазный режимы работы ячейки. Рассмотрены численные методы, подходящие для расчета напряженности с учетом сложности конфигурации электрических полей промышленной частоты: метод конечных разностей; конечных элементов; интегральных уравнений; эквивалентных зарядов. Приведены основные достоинства и недостатки рассмотренных методов. Описана разработанная трехмерная модель моноблока ячейки RM-6 с учетом конфигурации, используемых материалов, размеров и граничных условий, приближенных к эксплуатационным, обоснована применимость данной модели. Полученные значения напряженности электрического поля в различных местах моноблока сравниваются с допустимыми диапазонами по нормативной технической документации. Для определения количества датчиков напряженности электрического поля и мест их установки проведен анализ значений напряженности в изоляционном объеме. Предложены варианты оптимизации рассматриваемой ячейки.
Литература
1. Борисов Р.К., Ковалев Д.И. Исследование электрических полей сложных конфигураций в комплектных распределительных устройствах классом напряжения 10 кВ. – XXIII Всерос. конф. «Электромагнитное поле и материалы (фундаментальные физические исследования)», 2015, с. 345–352.
2. Ковалев Д.И. Расчет электрических полей в электротехнических установках высокого напряжения – Электротехника, 2015, № 10, с. 24–27.
3. Ковалёв Д.И., Борисов Р.К. Электрические поля в высоковольтных распределительных устройствах классом напряжения 10 кВ. – Электричество, 2016, № 4, с. 10–14.
4. Колечицкий Е.С. Расчет электрических полей устройств высокого напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1983, 168 с.
5. Wyld H.W., Powell G. Mathematical Methods for Physics: 45th Anniversary Edition (2nd Ed.). Boca Raton, U.S.A.: CRC Press, 2020, p. 476.
6. Шевченко С.Ю., Окунь А.А. Анализ методов расчета электрических полей установок высоких напряжений. – Электротехника и электромеханика, 2010, № 4, с 59–60.
7. Бутырин П.А., Дубицкий С.Д., Коровкин Н.В. Численное моделирование электромагнитных полей: мультифизические задачи, инструментарий и обучение. – Электричество, 2019, № 6, с. 51–58.
8. Мигалев И.Е. Моделирование электромагнитного поля с помощью метода конечных разностей. – Вестник КрасГАУ, 2012, № 6, с. 181–184.
9. Polycarpou A.C. Introduction to the Finite Element Method in Electromagnetics. Bristol, U.S.A.: Morgan & Claypool Publishers, 2022, 126 p.
10. Benguesmia H., M’ziou N., Boubakeur A. Simulation of the Potential and Electric Field Distribution on High Voltage Insulator Using the Finite Element Method. – Diagnostyka, 2018, vol. 19, No. 2, pp. 41–52, DOI: 10.29354/diag/86414.
11. Киреев А.В. и др. Расчёт электрических полей в изоляции тяговых электродвигателей методом эквивалентных зарядов. – Электротехника, 2009, № 3, с. 35–39.
12. Комнатный Д.В., Кусенков Н.А., Тишков Е.В. Расчет электростатического поля протяженных проводников, расположенных в проводящих прямоугольных границах, методом эквивалентных электродов. – Вестник ГГТУ им. П.О. Сухого, 2021, № 1(84), с. 82–91.
13. PM-6. Моноблок. КРУЭ с элегазовой изоляцией в металлическом корпусе [Электрон. ресурс], URL: https://rosvacuum.group/f/rm-6monoblok.pdf (дата обращения 08.08.2024).
14. РМ-6. Распредустройства 6, 10 кВ [Электрон. ресурс], URL: https://www.04kv.com/ru_6_10 (дата обращения 08.08.2024).
15. Куницын А.А., Бирюков С.В. Обзор существующих датчиков напряжения и напряженности электрического поля. – Динамика систем, механизмов и машин, 2012, № 1, с. 334–338.
16. ГОСТ Р 51317.6.5–2006. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых на электростанциях и подстанциях. Требования и методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2007,
---
Работа выполнена в рамках проекта «Моделирование элементов комплектно-распределительных устройств с комбинированной изоляцией» при поддержке гранта НИУ «МЭИ» программы научных исследований «Приоритет 2030: Технологии будущего» в 2022–2024 гг.
#
1. Borisov R.K., Kovalev D.I. XXIII Vseros. konf. «Elektromag-nitnoe pole i materialy (Fundamental’nye fizicheskiye issledovaniya)» – in Russ. (XXIII All-Russian conf. Electromagnetic field and materials) (Fundamental Physical Research)), 2015, pp. 345–352.
2. Kovalyov D.I. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engine-ering), 2015, No. 10, pp. 24–27.
3. Kovalyov D.I., Borisov R.K. Elektrichestvo – in Russ. (Elec-tricity), 2016, No. 4, pp. 10–14.
4. Kolechitskiy E.S. Raschet elektricheskih poley ustroystv vyso-kogo napryazheniya (Calculation of Electric Fields of High Voltage Devices). M.: Energoatomizdat, 1983, 168 p.
5. Wyld H.W., Powell G. Mathematical Methods for Physics: 45th Anniversary Edition (2nd Ed.). Boca Raton, U.S.A.: CRC Press, 2020, p. 476.
6. Shevchenko S.Yu., Okun’ A.A. Elektrotekhnika i elektromeha-nika – in Russ. (Electrical Engineering and Electromechanics), 2010, No. 4, pp 59–60.
7. Butyrin P.A., Dubitskiy S.D., Korovkin N.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2019, No. 6, pp. 51–58.
8. Migalev I.E. Vestnik KrasGAU – in Russ. (Bulletin of KrasGAU), 2012, No. 6, pp.181–184.
9. Polycarpou A.C. Introduction to the Finite Element Method in Electromagnetics. Bristol, U.S.A.: Morgan & Claypool Publishers, 2022, p. 126.
10. Benguesmia H., M’ziou N., Boubakeur A. Simulation of the Potential and Electric Field Distribution on High Voltage Insulator Using the Finite Element Method. – Diagnostyka, 2018, vol. 19, No. 2, pp. 41–52, DOI: 10.29354/diag/86414.
11. Kireev A.V. et al. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2009, No. 3, pp. 35–39.
12. Komnatnyy D.V., Kusenkov N.A., Tishkov E.V. Vestnik GGTU im. P.O. Suhogo – in Russ. (Bulletin of GSTU n.a. P.O. Sukhoi), 2021, No. 1(84), pp. 82–91.
13. PM-6. Monoblok. KRUE s elegazovoy izolyatsiey v metal-licheskom korpuse (RM-6. Monoblock. GIS with Gas Insulation in a Metal Casing) [Electron. resource], URL: https://rosvacuum.group/f/rm-6monoblok.pdf (Date of appeal 08.08.2024).
14. RM-6. Raspredustroystva 6, 10 kV (RM-6. Switchgears 6, 10 kV) [Electron. resource], URL: https://www.04kv.com/ru_6_10 (Date of appeal 08.08.2024).
15. Kunitsyn A.A., Biryukov S.V. Dinamika sistem, mehanizmov i mashin – in Russ. (Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines), 2012, No. 1, pp. 334–338.
16. GOST R 51317.6.5–2006. Sovmestimost’ tehnicheskih sredstv elektromagnitnaya. Ustoychivost’ k elektromagnitnym pome-ham tehnicheskih sredstv, primenyaemyh na elektrostantsiyah i podstantsiyah. Trebovaniya i metody ispytaniy (Electromagnetic Compatibility of Technical Means. Resistance to Electromagnetic Interference of Technical Means Used in Power Plants and Substations. Requirements and Test Methods). M.: Standartinform, 2007, 32 p
---
The investigation has been carried out within the framework of the project "Modeling of elements of switchgear and control gear with combined insulation" with the support of a grant from the National Research University Moscow Power Engineering Institute for implementing the research program "Priority 2030: Technologies of the Future" in 2022–2024.
2. Ковалев Д.И. Расчет электрических полей в электротехнических установках высокого напряжения – Электротехника, 2015, № 10, с. 24–27.
3. Ковалёв Д.И., Борисов Р.К. Электрические поля в высоковольтных распределительных устройствах классом напряжения 10 кВ. – Электричество, 2016, № 4, с. 10–14.
4. Колечицкий Е.С. Расчет электрических полей устройств высокого напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1983, 168 с.
5. Wyld H.W., Powell G. Mathematical Methods for Physics: 45th Anniversary Edition (2nd Ed.). Boca Raton, U.S.A.: CRC Press, 2020, p. 476.
6. Шевченко С.Ю., Окунь А.А. Анализ методов расчета электрических полей установок высоких напряжений. – Электротехника и электромеханика, 2010, № 4, с 59–60.
7. Бутырин П.А., Дубицкий С.Д., Коровкин Н.В. Численное моделирование электромагнитных полей: мультифизические задачи, инструментарий и обучение. – Электричество, 2019, № 6, с. 51–58.
8. Мигалев И.Е. Моделирование электромагнитного поля с помощью метода конечных разностей. – Вестник КрасГАУ, 2012, № 6, с. 181–184.
9. Polycarpou A.C. Introduction to the Finite Element Method in Electromagnetics. Bristol, U.S.A.: Morgan & Claypool Publishers, 2022, 126 p.
10. Benguesmia H., M’ziou N., Boubakeur A. Simulation of the Potential and Electric Field Distribution on High Voltage Insulator Using the Finite Element Method. – Diagnostyka, 2018, vol. 19, No. 2, pp. 41–52, DOI: 10.29354/diag/86414.
11. Киреев А.В. и др. Расчёт электрических полей в изоляции тяговых электродвигателей методом эквивалентных зарядов. – Электротехника, 2009, № 3, с. 35–39.
12. Комнатный Д.В., Кусенков Н.А., Тишков Е.В. Расчет электростатического поля протяженных проводников, расположенных в проводящих прямоугольных границах, методом эквивалентных электродов. – Вестник ГГТУ им. П.О. Сухого, 2021, № 1(84), с. 82–91.
13. PM-6. Моноблок. КРУЭ с элегазовой изоляцией в металлическом корпусе [Электрон. ресурс], URL: https://rosvacuum.group/f/rm-6monoblok.pdf (дата обращения 08.08.2024).
14. РМ-6. Распредустройства 6, 10 кВ [Электрон. ресурс], URL: https://www.04kv.com/ru_6_10 (дата обращения 08.08.2024).
15. Куницын А.А., Бирюков С.В. Обзор существующих датчиков напряжения и напряженности электрического поля. – Динамика систем, механизмов и машин, 2012, № 1, с. 334–338.
16. ГОСТ Р 51317.6.5–2006. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых на электростанциях и подстанциях. Требования и методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2007,
---
Работа выполнена в рамках проекта «Моделирование элементов комплектно-распределительных устройств с комбинированной изоляцией» при поддержке гранта НИУ «МЭИ» программы научных исследований «Приоритет 2030: Технологии будущего» в 2022–2024 гг.
#
1. Borisov R.K., Kovalev D.I. XXIII Vseros. konf. «Elektromag-nitnoe pole i materialy (Fundamental’nye fizicheskiye issledovaniya)» – in Russ. (XXIII All-Russian conf. Electromagnetic field and materials) (Fundamental Physical Research)), 2015, pp. 345–352.
2. Kovalyov D.I. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engine-ering), 2015, No. 10, pp. 24–27.
3. Kovalyov D.I., Borisov R.K. Elektrichestvo – in Russ. (Elec-tricity), 2016, No. 4, pp. 10–14.
4. Kolechitskiy E.S. Raschet elektricheskih poley ustroystv vyso-kogo napryazheniya (Calculation of Electric Fields of High Voltage Devices). M.: Energoatomizdat, 1983, 168 p.
5. Wyld H.W., Powell G. Mathematical Methods for Physics: 45th Anniversary Edition (2nd Ed.). Boca Raton, U.S.A.: CRC Press, 2020, p. 476.
6. Shevchenko S.Yu., Okun’ A.A. Elektrotekhnika i elektromeha-nika – in Russ. (Electrical Engineering and Electromechanics), 2010, No. 4, pp 59–60.
7. Butyrin P.A., Dubitskiy S.D., Korovkin N.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2019, No. 6, pp. 51–58.
8. Migalev I.E. Vestnik KrasGAU – in Russ. (Bulletin of KrasGAU), 2012, No. 6, pp.181–184.
9. Polycarpou A.C. Introduction to the Finite Element Method in Electromagnetics. Bristol, U.S.A.: Morgan & Claypool Publishers, 2022, p. 126.
10. Benguesmia H., M’ziou N., Boubakeur A. Simulation of the Potential and Electric Field Distribution on High Voltage Insulator Using the Finite Element Method. – Diagnostyka, 2018, vol. 19, No. 2, pp. 41–52, DOI: 10.29354/diag/86414.
11. Kireev A.V. et al. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2009, No. 3, pp. 35–39.
12. Komnatnyy D.V., Kusenkov N.A., Tishkov E.V. Vestnik GGTU im. P.O. Suhogo – in Russ. (Bulletin of GSTU n.a. P.O. Sukhoi), 2021, No. 1(84), pp. 82–91.
13. PM-6. Monoblok. KRUE s elegazovoy izolyatsiey v metal-licheskom korpuse (RM-6. Monoblock. GIS with Gas Insulation in a Metal Casing) [Electron. resource], URL: https://rosvacuum.group/f/rm-6monoblok.pdf (Date of appeal 08.08.2024).
14. RM-6. Raspredustroystva 6, 10 kV (RM-6. Switchgears 6, 10 kV) [Electron. resource], URL: https://www.04kv.com/ru_6_10 (Date of appeal 08.08.2024).
15. Kunitsyn A.A., Biryukov S.V. Dinamika sistem, mehanizmov i mashin – in Russ. (Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines), 2012, No. 1, pp. 334–338.
16. GOST R 51317.6.5–2006. Sovmestimost’ tehnicheskih sredstv elektromagnitnaya. Ustoychivost’ k elektromagnitnym pome-ham tehnicheskih sredstv, primenyaemyh na elektrostantsiyah i podstantsiyah. Trebovaniya i metody ispytaniy (Electromagnetic Compatibility of Technical Means. Resistance to Electromagnetic Interference of Technical Means Used in Power Plants and Substations. Requirements and Test Methods). M.: Standartinform, 2007, 32 p
---
The investigation has been carried out within the framework of the project "Modeling of elements of switchgear and control gear with combined insulation" with the support of a grant from the National Research University Moscow Power Engineering Institute for implementing the research program "Priority 2030: Technologies of the Future" in 2022–2024.
