PODSUMOWANIE I KIERUNKI DALSZYCH BADAŃ

Przedmiotem monografii są trzy wybrane zagadnienia dotyczące projektowania wysokonapięciowych przewodów szynowych izolowanych sprężonym SF , obejmujące:

6

- modelowanie matematyczne pola elektrycznego (rozdział 3), - wymiarowanie i kształtowanie układów izolacyjnych (rozdział 4), - wyznaczanie temperatur elementów konstrukcyjnych (rozdział 5).

Wymienione zagadnienia stanowią fragment szerokiej problematyki z zakresu projektowania, konstruowania, badania i eksploatowania rozważanych przewodów szynowych.

Modelowanie matematyczne pola elektrycznego wykonywane jest w sposób numeryczny, na podstawie metody równań całkowo-brzegowych pierwszego i drugiego rodzaju. Operatorami całkowymi w tych równaniach są: potencjał warstwy pojedynczej oraz jego pochodna w kierunku normalnym do powierzchni przewodzących i rozważanych modeli izolatorów. Do aproksymacji powyższych operatorów zastosowano metodę funkcji sklejanych. Uzyskano w ten sposób możliwość algebraizacji równań całkowych, a tym samym - obliczania rozkładu pola elektrycznego w przewodach ekranowych o dowolnym ukształtowaniu elektrod oraz w obszarach oddziaływania izolatorów odstępnikowych o symetrii obrotowej.

Do praktycznego zastosowania wybrano trzy algorytmy obliczeniowe, służące do wyznaczania pola elektrycznego w układzie trójbiegunowym (bez uwzględniania wpływu izolatorów) oraz w układzie jednobiegunowym, wyposażonym - alternatywnie - w izolatory dyskowe i kielichowe. Dla każdego z tych algorytmów opracowano procedury obliczeniowe w postaci oryginalnych mikrokomputerowych programów użytkowych: PRZEWEK_3, IZO_DYSK i IZO_KIEL.

Programy przestawione są w wygodnej dla użytkownika formie konwersacyjnej.

Pozwalają one na swobodne wprowadzanie podstawowych parametrów i wymiarów elementów konstrukcyjnych przewodów (szyn, osłon, izolatorów) oraz na wydruk i graficzną prezentację wyników obliczeń. Realizacja tych programów możliwa

jest na mikrokomputerach klasy IBM PC z pamięcią operacyjną 640 kB, wyposażonych w koprocesor i typową kartę graficzną.

Celowe są dalsze badania teoretyczne i eksperymentalne, mające na celu uzyskanie użytkowych programów komputerowych, służących do wyznaczania rozkładu pola elektrycznego w następujących obszarach przedmiotowych przewodów szynowych:

- odcinkach krzywoliniowych i odgałęzieniach o różnym stopniu nierównomier- ności pola,

- układach trójbiegunowych z izolatorami odstępnikowymi o zróżnicowanym ukształtowaniu geometrycznym.

Wymiarowanie i kształtowanie układów izolacyjnych dotyczy izolacji gazowej ciśnieniowej i izolacji stałej przewodów szynowych o napięciach roboczych od 123 do 420 kV. Dobór izolacji przewodów dokonywany jest ze względu na wymagania w zakresie doraźnej i długotrwałej wytrzymałości elektrycznej. Analizowane są najważniejsze wymagane właściwości techniczne oraz zasady, kryteria i metody wymiarowania układów izolacyjnych. Rozkłady pola elektrycznego wyznaczano na podstawie rezultatów obliczeń numerycznych, będących wynikiem realizacji programów komputerowych IZ0_DYSK i IZ0_KIEL.

Najmniejsze dopuszczalne gazowe odstępy izolacyjne w przewodach jednobiegunowych, wynikające ze zbiorów najmniejszych dopuszczalnych wymiarów poprzecznych szyn prądowych i osłon przewodów, wyznaczano na podstawie wyników szczegółowych analiz i obliczeń numerycznych (program użytkowy IZOLACJA). Opracowano również program obliczeniowy 0DIZ_3, służący do przybliżonego wymiarowania przewodów trójbiegunowych w układzie trójkąta równobocznego (zał.1).

Na podstawie dużej liczby eksperymentów numerycznych z zakresu modelowania rozkładu przestrzennego pola elektrycznego (zał.2) wyznaczono zbiory dopuszczalnych wymiarów geometrycznych izolatorów dyskowych i kielichowych w przewodach jednobiegunowych (w tym również izolatorów wyposażonych w wewnętrzne i zewnętrzne ekrany sterujące). Zaproponowane rozwiązania wymiarowe izolatorów wsporczych i grodziowych są modelami obliczeniowymi, ponieważ nie ma dotychczas jednoznacznych ustaleń konstrukcyjnych, materiałowych i technologicznych. Zaproponowane metody wymiarowania i kształtowania izolacji gazoszczelnych przewodów szynowych są przystosowane do wykonywania obliczeń optymalizacyjnych ze wspomaganiem komputerowym, przy uwzględnieniu rozmaitych kryteriów technicznych oraz minimalizacji całkowitych spodziewanych kosztów rocznych.

124

-Prace w zakresie projektowania układów izolacyjnych gazoszczelnych przewodów szynowych powinny być kontynuowane. W szczególności należy dążyć do:

- rozszerzenia zakresu eksperymentów numerycznych, stanowiących podstawę wy­

miarowania izolatorów dyskowych ze względu na obciążenia elektryczne, - opracowania użytkowego programu komputerowego do obliczania izolacji gazo­

wej i stałej w odcinkach krzywoliniowych i odgałęzieniach przewodów,

- określenia kryteriów doboru i praktycznego wymiarowania izolatorów odstę- pnikowych ze względu na wymagania w zakresie wytrzymałości mechanicznej, a następnie stworzenia stosownego algorytmu i programu obliczeniowego,

- opracowania algorytmów i programów obliczeniowych do wymiarowania izolato­

rów odstępnikowych o dowolnym ukształtowaniu geometrycznym, w tym również izolatorów niesymetrycznych.

Wyznaczanie temperatur elementów konstrukcyjnych przewodów szynowych dokonywane jest na podstawie programu obliczeniowego, w którym wykorzystano istnienie analogu wybranych wielkości cieplnych i elektrycznych. W obwodowym modelu obliczeniowym uwzględnia się nieliniowość temperaturową rezystywności materiału szyn i osłon oraz parametrów fizycznych sześciofluorku siarki i powietrza otaczającego przewód. Model odnosi się bezpośrednio do przewodu szynowego, z założenia jednorodnego. Wpływ niejednorodności elementów składowych na temperaturę nagrzewania rzeczywistego przewodu szynowego jest uwzględniony pośrednio - poprzez ilościowe skorygowanie kryterium dopuszczalności technicznej rozważanego rozwiązania konstrukcyjnego.

Program obliczeniowy NAGRZEW umożliwia wyznaczenie temperatury szyny oraz temperatury osłony w warunkach obciążenia prądem roboczym i zwarciowym.

Zakres stosowania procedury obliczeniowej obejmuje:

- przewody trójbiegunowe we wspólnej osłonie i z fazami rozmieszczonymi w układzie trójkąta równobocznego,

- przewody jednobiegunowe z indywidualną osłoną dla każdej z faz, ułożonych w jednej płaszczyźnie lub w układzie trójkąta równobocznego.

W wypadku przewodów jednobiegunowych rozpatruje się rozwiązania z ciągłymi ekranami fazowymi, połączonymi lub nie połączonymi na końcach przewodów.

Obliczenia nagrzewania przewodów szynowych prądem zwarciowym ograniczone są do wyznaczania temperatur szyny prądowej i osłony, występujących w chwili wyłączenia zwarcia. Z uwagi na zbyt długi czas obliczeń numerycznych zrezygnowano z wyznaczania przebiegu czasowego powyższych temperatur.

W dalszych pracach w zakresie projektowania przedmiotowych przewodów szynowych ze względu na wymaganą odporność cieplną należy dążyć do:

- zbadania ilościowego wpływu niejednorodności osiowych (złącz, izolatorów, odgałęzień itd.) na nagrzewanie się rzeczywistych konstrukcji przewodów, - opracowania zbioru danych, umożliwiających szybkie i bezpośrednie skorygo­

wanie kryterium temperaturowego dla typowych konstrukcji przewodów (zależnie od rodzaju, charakteru i stopnia niejednorodności),

- rozszerzenia zakresu zastosowania obwodowych modeli obliczeniowych do przewodów izolowanych mieszaniną sprężonych gazów oraz ułożonych w sposób nietypowy,

- uściślenia metod wyznaczania strat w szynach prądowych i osłonach przewo­

dów, poprzez zastosowanie numerycznych procedur obliczania pola elektro­

magnetycznego.

LITERATURA