автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.13, диссертация на тему:Исследование и компьютерное моделирование процессов в полостях твердого диэлектрика в сильных электрических полях

ХАРК1ВСЫШИ ДЕРЖАВШИ ГОЛ1ТЕХН1ЧНШ УН1ВЕРСИТЕТ

Р Г Б ОД

0 - гпп , На правах рукопису

1 3 Г,ил

ДолсЯн Олександр ЕЦтол&дович

Д0СЯ1ДЖЕННЯ ТА КОМП'ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ

ПР0ЦЕС1В У ПОЛОСТЯХ ТВЕРДОГО Д1ЕЛЕКТРИКА

В СИЛЬНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ ПОЛЯХ

05.09.13 - техн1ка сильких електричних та магттних пол1в

Автореферат дисертацП на здобуття наукового ступеня кандидата техн!чних наук

Харкав - 1996

Дисертаидею е рукопис

Робота виконана на кафедр1 1нженерно! електрофазики Харк1вського державного пол1техн1чного ун!верситету

Науковий кер1вник - кандидат техн1чних наук, професор

Конотоп Владлен Викторович.

0фщ1йн1 опоненти : доктор техн1чних наук, професор

Кононов Борис ТимофШович; кандидат технхчних наук, с.н. с. Рудаков Валер1й Васильевич.

Пров1дне гпдприемство - 1нститут 1млульсних

процес1в НАН Укра1ни См. Микола1в).

Захист в1дбудеться "/§" ЬгШ&'М'Д- 199 ¿р. на зас1дашп спец1ал1зовано1 вченог ради Д 02.09.15 у Харк1вському державному полЛтехн1чному ун1верситет1 С 310002, м. Харк1в-2, МСП, вул. Фрунзе 21 ).

3 дисертац1ес моасна оэнайомитись у б1<5л1отец1 утиверси-

тету.

Автореферат роз1сланий " //"

Вчений секретар спецдал1зовано1 вчено! ра,

бгоров Б.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн1сть проблеми. Основу сучасно! електрично! хзо-ляцИ складавть високомолекулярн1 вуглеводн!. Це обумовлено !х високою електричнов мщнастю, низькою електричною пров!д-нхстю, високою одномаритнхстю структури, низькою варт!стю та простотою виройництва. Пол1етилен СПЕ) е одним з найб1льш розповсюджених твердих лол!мерних д1електрик1в. В1н мае до-сить високу електричну м1щасть, легко обробляеться I мохе застосовуватись як у вигляд! литих конструкидй, так 1 у виг-ляд! пл1вок. Поряд з вищеперел1ченими якостями сл!д в1дзначити,що ПЕ мае 1 деяк1 вади. Головною з них е та, що в наопдок довгого знаходження його в сильному змшному електричному пол1 в ньому можуть виникати Нлляст! порожнини -дендрити, як1 розвиваються в мисцях локального посилення електричного поля 1 поступово зростають в1д одного електрода до шшого. Ф1зичн1 процеси, що обумовлиють виникнення 1 роз-виток дендрита досить складн1 та малодосл1джен1. Проведения експериментальних досл1джень динам1ки розвитку дендрита у ре-альних 1золяц1йних конструкц1ях обыежуеться неможлив^стю пе-редбачити м1сце його виникнення та складн1ств неруйнуючого контролю його росту.

Розвиток комп'ютерно! техн1ки дае можлив1сть застосову-вати для дослхджень складних ф1зичних процес1в коми'»терне моделювання, за допомогов якого можливо детально анал1зувати вплив окремих чинншав та 1х сукупност1 на динамку розвитку дендрита в 1золяцП, а також знаходити ймов!рн1сть виникнення дендрита 1 часу його розвитку.

У зв'язку з широким розповсюдженням ПЕ досл!дження та комп'ютерне моделювання умов його електричного руйнування з метою прогнозування строку слухби Хзоляцгйних констругаий, що мхстять ПЕ, е актуальним.

Метой робота с розробка математячно! модел1 виникнення та наступного розвитку дендрит1в у пол1етилен1 в сильному електричному пол!, яка б дозволяла прогнозувати ймов1рн!сть строку слукби пол1етиленових !золя1ййних конструкц1й електроф1зичних пристро!в. В основ! модел! лежать експерименталыи дослгдження ресурсних характеристик м1крообсяг1в кабельного ПЕ в сильному електричному жт, а також електрично! м1цност1 м1кроканал1в в ПЕ.

Наукова новизна. Розроблена 1 гпдтвердждена

h

експериментально математична модель розвитку дендрит1в у пол1етиленов1й изоляцП, яка враховуе частков! розряди СЧР) в каналах дендрита, стохастичне руйнування ПЕ, i дозволяе прогнозувати ймов1рн1сть появи дендрит1в i швидк1сть ïx розвитку.

Експериментально отриманх статистичн1 характеристики ресурсно! витривалост1 м!крообсяг1в кабельного ПЕ в сильному 3MiHH0wy електричному noni промислово! частоти напруженностю 100... 250 kB/мм, досл1джена електрична м1цн1сть м1кроканал1в в ПЕ та фазовий розшдал 4P у каналах дендрита на р1зних стад1ях його розвитку.

0триман1 oôniKOBi залежност! просторово! структури дендрита в1д напруженност! електричного поля.

Практичне значення. Розроблено методику, яка дозволяе прогнозувати ймов1рн1сть строку служби пол1етиленовкх !золяц1йних конструкций Ска(5ел1в, 1золятор1в, тощо). Розроблено також пакет програм для ПЕОМ, який реал1зуе одержану в poöoTi методику.

Апробац1я робота. Головн! результата роботи викладен1 та обговорен! на чотирьох науково-техн1чних конференц1ях: "Диэлектрики-93". (С-Петербург, 1993); VI-наукова школа "Физика импульсных воздействий на конденсированные среды" (Микола!в, 1993); "Компьютер: наука, техника, технология, образование, здоровье" (XapKiB-Miшкольц, 1994); VII-наукова школа "Физика импульсных разрядов в конденсированных средах" (Микола1в, 1995); "Компьютер: наука, техника, технология, образование, здоровье" СXapKiB-Miшкольц, 1995); "Компьютер: наука, техника, технология, образование, здоровье" (Харов-Мшкольц, 1996); а також на м1жнародному симпозиум! : "1995 Int. Symp. on Electrical Insulating Materials" (Tokyo, 1995).

П.убл1кацП. За результатами виконаних досл1джень опубликовано И друкованих праць.

Структура i обсяг дисертаци!; Робота складаеться i3 вступу, трьох роздШв, висновку, перел1ку л1тературх з 56 найменувань i BMimye 182 ctodîiîkh, 67 малюшйв i 2 таблиц!.

3MICT РОБОТИ.

У BCTyni показана актуальн1сть теми дисертац!йно! ро-

боти, П наукова новизна i практичне значения, сформульована мета роботи та коротко викладений П основний зм1ст.

В першому роздхл! на баз1 л1тературних джерел здайснено анал!з ф1зико-х!м1чних процес!в, як1 сприяють появ! та наступ-ному прорастаннв розвинених порожнин Сдендрит1в) у пол1етиле-нов!й !золяцП. В^значено, що oahied з найважливших задач П1д час розробки високовольтних конструкидй, як1 м1стять по-л1етиленову !золя1Цв, в з'ясування fiM0BipH0CTi появи та швид-KOCTi розвитку в н!Я дендрит1в. Проведения експериментальних дослхджень динамики розвитку дендритхв у реальних !золяц!йних конструюиях ускладнено неможлив1Стю локализацП ы1сця появи дендрита та неруйнуючого контролю його розвитку. У зв'язку з цим е актуальной розробка теоретично! модел1 руйнувакня noni-етиленово! !золяци nia впливом електричного поля, яка б дозволила прогнозувати Ямов1рн1сть розвитку дендрит1в в реальних 130ЛЯЦ1ЙНИХ конструкцхях ! наступного IX пробою.

У б!льшост1 пусШкагцй математичн! модели., що описують розвиток в д1електриках передпробойних утворень, розглядасть 1х в!докрешгено в1д часового масштабу. Таке моделювання базу-сться на розподШ всього обсягу дхелектрика на oicpeMi чарун-ки та доелiдженн1 стохастичного процесу приеднання до кластеру або агрегату, що росте, праводячкх часток. При цьоыу старая 13оляцП розглядаеться узагальнено, без врахування складних ф1зичних npoueciB руйнування д1електрика. Це робить так! модел! малопридатними для вивчення бхльшост! важливих випадк1в, а також вони не здатн1 досить точно описувати стар1ння ПЕ та Лнших пол1мерних д!електршив, в яких не виникають навуглечен! передпробойн1 канали.

На баз1 анализу л!тературних джерел з'ясован1 головы! чинники, як! повинн! враховуватися при розробпд модел! розвитку дендрит!в в пол!етиленов!й !золяц,П: руйнування струк-тури ПЕ п!д впливом сильного електричного поля з появою MiKpo-порожнин, трьохвиьириий характер структури канал!в дендрита, що з'являються, ix npoBiflHiCTb, частков! роз ряди С 4PD в них, а також стохастичний характер процесу руйнування ^.золяцП.

Виходячи з анализу л1тературних джерел зроблено висновок, що для моделювання процесу розвитку дендрита е необх!дним роз-рахунок напруженност! електричного поля в усьому хзоляцдйному обсягу, що розглядаеться. Для цього обрано метод кшечних pi3-ниць у сукупност! з методом вторинних джерел.

Зроблено висновок про необх1дн1сть отриыання додаткових експериментальних даних. Це статистичн1 функцП.що характеризуешь розпод1л часу життя м1крообсяг!в ПЕ в залежносп в1д р!вня напруженност! електричного поля; залехносг! електрично! мщностх м1кроканал1в в ПЕ в1д 1хнього диаметру, зсув фази найбЛлъшо! 1нтенсивност1 ЧР у каналах дендрита по в1дношенню до напруги, що прикладаеться.

У другому роздШ описана математична модель росту дендрита в обсяз1 1золяцН, яка базуеться на знаходгешй трьох-виьйрного розпод1лу потенидала електричного поля за дов1льних зм!Н напруги на електродах з урахуванням зм!н ф!зичних параметр! в 130ляидйного обсягу, перерозподхлу заряду в 1золяцП.

Для розглядаемого 13оляд1йного обсягу було записано

р1вняння непреривностд тока:

-»

(Ну б = 0 , (1)

-»

де б - вектор шдльност1 тока.

Вектор 6 було покладено складаючимся з двох складових:

« = *пр + Й ' С23

де ¿пр - вектор тогпв, обумовлених проводим1стю матер1ала у;

$ - вектор дХелектричного зсуву.

Р^внякня С1) 1нтегрувалося по часу, при чому враховувалося, що для розглядаемо! задач!, у переважн1й б1льшост1 практично вагомих випадк1в д1аметр каналу дендрита набагато менипй довжини ребра розрахунково! С1тки. Таким чином, вважая д1електричну проникнешйсть 1золяци постШюю 1 використовуя трете р1вняння Максвеллу, р^вняння С1) у декартових координатах було надано у сл!дуючому вигляд!:

д *<р д 2р д р .

-1 + -1 + -1 4 аш. = о, СЗ)

д хг а у2 д г2

де РВ1ЛИ ~ Щлыйсть обсягового заряду,

с - д1електрична проникнешйсть ПЕ.

Скалярний потениДал електричного поля <р було введено при допомоз1 сп1вв1дношення:

Е = - дгас! р , (4)

де Е - напружёшйсть електричного поля.

Використовуя закон Ома в диференцЦШй форм1, а також eniвв1дношения (4), маемо: t

г f д f д <р д 3 р 1

Рв1ля J [ Л U ei + <з7 г Ту J

д

a z

д ç ,.

" dt С5)

dz'

Р1вняння СЗ) вир!иувалося з врахуванням сп!вв1Дношения (5) при заданих початкових та граничних умовах.

На обсяг, що розглядаеться, накладалася прямокутна ciTKa, яка мае X*Y*Z вузл!в. Вважалось; що весь ойсяговий заряд у систем! сконцентровано у вузлах просторово! схтки, а руйнування 1золяид1 Срост дендриту) в1дбуваеться уздовж !1 ребер. При характерних розм1рах дендриту 0,5. ..2 ш характер на довжина прямих Biflpi3KiB його г1лок 1 в залежност1 в!д р1зних умов складае 10... 100 мкм. Довжина ребра розрахунково! ci тки приймала'сь piBHOD 1, електричн1 характеристики середовища, а також niauerp канала дендрита уздовж нъого вважалися незм1нними.

В1дпов1дний р1зничний аналог для р!вняння (3), записаний для елементарно! чарунки просторово! сггки, мае вигляд:

k. ^ . р. . , + к. . , р . , + к. . . р. . ж , + i-<-i,j,kri+i,.),k i -i , j ,к 1 , j -м ,к i , j + i , к

к. . , р. . , + к. . , р. . , + к. . , ю. . , +

i.J-i.k i . j -i , к i , J , fc — i i , J , k-i i ,J ,k + i i , J , к +1

к. . . р. . , = -р. . , /е. . , , С6)

i , J ,к i , j ,к ri ,j ,к i ,j , к

де р. к - minbHicTb заряду, сконцентрованого в i,j,k-TOMy вузл1;

с k - середня абсолютна д1електрична проникненн1сть у i,j,k-TOMy вузл!; к - просторов! коеф!ц1енти.

Р1вняння Сб), записан! для кожного вузла просторово! ci тки складають систему л!н1йних алгебра!чних р!внянь ССЛАР), яку noTpiÖHo вир!шувати на кожному часовому Kpoui, знаходячи праву частину !тераидйним методом.

Матриця коефШентв системи р1внянь (63 е сьомид1аго-нальною квадратною матрицею з необх!дною для практично знач-них розрахушив к!льк!стю р!внянь понад 5000... 10000. Тому для виршення СЛАР був застосований модиф!кований метод Гауса,

в якому нульов! елементи у верхньому правому 1 нижньоыу л1во-му вуглах матриц! не використовувться. У цьому випадку матриця коеф1иДентав фактично перетворюеться в прямокутну матрицю, яка выщуе (2*Х*У+1)*Х*Т*Е елемент1в. Кр1м того, з структури систем! р1внянь типа С6) вапливае, но матриця коеф!ц!ент!в не залежить в!д часу та електричних властивостей !золяци, а залежить виключно в!д кордонних умов, як! залишавться незлинни-ми в процес! моделювання. Таким чином,обчислення матриц! кое-ф!ц!ент!в зд!йскювалось п!д час изготовки даних для моделв-вання, а пот!м отримана матриця використовувалась П1Д час пе-рерозрахунку потешйал!в на кожному часовому кроид.

Але, нав!ть з використанням сучасних комп'ютер!в, р!шен-ня системи, що складаеться бальш юж з 10000 елемент!в, е проблематичним. 3 метою усунення цхе! проблем було застосо-вано наступкий п!дх!д. 3 базовой розрахунковою с!ткою з роз-м!ром вузл!в сполучувалась додаткова розрахункова с!тка з розм!ром Х1*У1хг1 вузл!в та кроком, кратним кроку базово! с!тки. На кожному часовому кроид поперше знаходились потеши-али у вузлах додатково! с1тки. Для цього в них скупчувався увесь обсяговий заряд. Розпод!л потен1иала електричного поля у вузлах додатково! с!тки викокувався в використанням вищеви-кладено! методики. Потхм з використанням квадратичного в!д-носно других пох!дних сплайна, у якому враховуеться розшшл заряд1в у вузлах базовог розрахунково! с1тки, виконувалось обчислення потенц!алу у вузлах базово! с!тки, як! лежать на ребрах додатково!. Шсля цього розглядався прямокутний обсяг ДУ. , у вершинах якого лежать вузли додатково! розрахунково! с!тки. На гранях цього обсягу вир!шувалось р!вняння (3). Пот!м знаходилось р!шення р!вняння (63 всереден! обсягхв АУ. , на гранях яких був визначений потенидал.

Для визначення помилки розрахунк!в розподхлу потетЦалу електричного поля було проведено !х пор!вняння з результатами, отриманими анал!тичними методами. Рхзниця в результатах не перевищувала 8'/..

Статистичний процес стар!ння !золяцП в сильному елек-тричному пол! було розглянуто за допомогою чисельно! реал!за-цП метода Монте-Карло стосовно до деструкцп йзоляцП. При цьому кожному ребру базово! розрахунково! с!тки ставилось у вхдшшднасть випадкове д!йсне число в штервал! 0. ..1. Воно використовувалось у якост! ймов!рносного квантиля для озна-

чення часу життя елементу !золяцН при ф1ксованому piBHi на— пруженност i електричного поля.

На кожному часовому кроц1 визначалась середня напружен-HicTb електричного поля Е для кожного ребра просторово! с!тки, а пот1м розраховувались в!дпов1дн1 значение напруженност1 зменшення часу життя елемект1в за часовий крок AL, як1 визна-чають стар!ння !золяцП шд впливом електричного поля. Якщо час життя елемента tj стае вхд'емним, то елемент вважався пробитим - зм1нювались його електричн1 характеристики i BiH приеднувався до гътки моделюемого дендрита. Пот!м проводилось переобчислення потенц1ал1в вузл1в просторово! с!тки з ураху-ванням зм1н в характеристиках середовица, що виникли внасл!-док пробою, а також зм!ни за часовий крок потенциалу електро-д1в U(t3. Цей процес повторювався доти, деки Mix потенндйним i заземлении електродами не виникав безперервний шлях, скла-дений з пробитих елемент1в 13оляцП. У цьому випадку процес припинявся i ф1ксувався час життя 1золяцП.

Для отримання даних по ресурсним характеристикам м1кро-обсяг1в д1електрика п!д впливом на них сильного електричного поля був розроблений автоматизований експериментальний стенд, цо дозволяв проводитк ресурсн! випробування м1крообсяг1в кабельного пол1етилену С до 10~1г м3).

Наведен! результата ресурсних випробувань м1крообсяг!в кабельного пол1етилену для рад1ус1в закругления вкпросЗуваль-ного електроду 5,30,100 i 250 мкм при р1зних швидкостях зрос-тання вилробувально! напруги. В результат! статистично! об-робки експериментальних виборок були отриман! в!дпов!дн! па-раметри теоретичних розподШв, як! характизусть час життя М1крообсяг!в полieraneново! 1золяцП у pa3i дИ на не! зм1н-но! напруги промислово! частота.

Наведен! результата моделювання розвитку дендрита в електродн1й систем! "гострий виступ - плоскость" для випад-KiB проводячих Чу - 10""® Ом"1) та слабопроводячих Су = 10"11

0м"') канал1в дендрита.

Розроблена система критерПв оцднки просторово! структура дендриту в ход! його розвитку. В якост! критерПв засто-сован!: час розвитку дендрита, коефШент заповнення обсягу к , в!дносна довжина г!лки 1 . , в!дносний рад!ус дендрита

V 3 I Д

г . .

Б1 Д

Наведен! результати експериментальних дослЦжень динам!-

ки розвитку дендрита за рдзних piBHiB напруженност1 електрич-ного поля. На Ix ocHoBi означено матеыатичне оч1кування кри-терИв просторово! структури дендрита, а також ix дисперспя. В1дзначено, що при напрухенност! поля 150 кВ/мм експе-

риментальна крива залежност1 кое$1ц1енту заповнення обсягу дендритом мае максимум Ску = 0.5). В облаетi малих значень напруженност! поля (Етах= 120 кВ/мм), а також в области великих значень СЕ = 280 кВ/мм) математичне очхкування Koeii-

ю ах ' х

цдента заповнення обсягу зменшуеться в 2,5 рази.

За допомогою розроблено! системи критерпв просторово! структури дендриту виконано пор!вняння результат!в чисельного моделввання його розвитку з експериментальними даними. Отри-MaHi результата в окремих випадках не сп!впадають в 2-3 рази. Зроблено висновок, що для приведения у BiflnoBiflHicTb результат!в чисельного моделввання з експериментальними даними необх!дно врахувати в математичн1й модел1 ЧР в каналах дендрита, як1 призводять до перерозподхлу обсягового заряду в !золяц!!, що досл1джуеться.

У третьому розд1л! описано розроблений експериментальний стенд для реестрацП власного випрстнювання канал!в дендрита, отриман! осцилограми, як! факсують випром1нювання ЧР в гйлках дендрита в npoueci його розвитку. В1дзначений зеув фази максимуму iнтенсивностi спалах1в ЧР на п/4 в!дносно потешдалу електрод1в. В npoueci роста дендрита зеув фази зменшуеться..

Описана розроблена модель розвитку дендрита в пол!етиле-HOBift i3onflu,ii, яка враховуе !н!ц!ювання ЧР в галках дендрита п1д час руйнування чергового м1крообсягу 1золяцп поблизу одн!е! з г1лок, а також виникнення ЧР, якщо град!ент «елек-тричного поля уздовж прямол1к1йно! частки г1лкл перевищуе пробойне значения. Було прийнято, що п!д час ЧР г!лка дендрита заповнветься плазмою та переходить у пров1дний стан. При цьому Bci ii точки приймають потенидал, що дор1внюе потенциалу електрода, а уздовж г!лки в!дбуваеться перерозподхл заряду. П1сля вир1внювання потенц!алу в1дбуваеться згасання плазми та зменшення проводимост! г1лки С в!дновлення елек-трично! MiiiHocTi Заряд, який був перенесений, починае по-ступово перерозпод!лятись зг1дно з проводим!стю г!лкк. Зм1на розпод!лу заряду суттево перекручуе картину електричного поля б1ля г1лки, в як1й в!дбувся розряд.

В розроблешй модел1 ЧР моделювався миттевим перерозпо-

д1лом заряду в г1лид дендрита. Вважалось, що час, за який в1дбуваеться, ЧР значно менший часу !пж окремими розрядами.

Плка дендрита, в як!й в1дбуваеться ЧР, та високовольтний електрод складаються з N вузл1в просторово! с1тки з вхдошши потешЦалами. Вони розглядались як N дз.лянок прямолШйного проводника. Шсля пробою умова екв1потен1пальност1 плки дендрита та високовольтного електроду буде мати вигляд: N

= \ р + р** (73

171=1

де . - значения потеши алу вузла г1лки чи електроду;

1 /К

Ра - потешЦал, що утворюеться к-тою д1лянкою галки дендрита чи електроду;

р®* - потешЦал електричного поля в ь^к-тому вузл1 до пробою.

Записуючи р1вняння (73 для кожного вузла пробито! г1лки дендрита та високовольтного електроду, маемо СЛАР для знаходження зм1н заряд1в г!лки дендрита п1сля ЧР: N

р1. . . = 7 а1 АО + рвн .

N

. . = У а2 АО + Рвй . (83

т=1

ООО ооооооооооооооооооооооо оо

N

р1 . = У а1 ДО + р"\ .

Г1,,] ,к и т т Г1 л ,к

т=1

ОООООООООООООО ООООООООООООО

N

= Та" ДО + Р?* .

т = 1

де а^ - коефапденти.

Система р!внянь (83 виршувалась кожного разу, коли вгд-бувався ЧР у г1л1й (коли Г1лка заповнювалась плазмоюЗ, п!сля чого виконувався перерозрахунок потенпдалу електричного поля в у<пй облает I.

Описана розроблена експериментальна методика визначення електрично! м1цност1 м1кроканал1в в ПЕ ( до дгаметра 10 мкмЗ.

Отримана експерименталъна залежнхсть електрично! MiuHOCTi м!кроканал1в в ПЕ В1Д д1аметра канала. Ця залежтсть використована в комп'ютерйй модел1 розвитку дендрит1в.

Проведено чисельне моделхзвання процесу розвитку дендрита в пол1етиленов1й ДзоляцП з урахуванням процесу 4P у г1лках дендрита i зм1ни д1аметру каналiв гхлок при наявностх в них 4P. Виконано пор1вняння отриыаних результатов моделювання з результатами експеримектальних досл1дкень динам!ки розвитку дендритхв. В1дзначено сп1впад1ння математичного оч1кування коефшенту заповнення осЗсягу kv у межах 20°/., в1дносно! дов-жини Г1лки 1 . у межах 15%, в1дносного рад1усу г . у межах

В1 Д г v * 81Д *

20У,. В1дзначен1 характерн1 особливост1 змхни форми дендрит!в в залеккостх в!д напружеккост! електричного поля. Вкгляд змо~ дельованого дендрита при вих1днЛЙ напруженност1 електричного поля бз.ля виступу Е = 280 kB/мм наведено на мал. 1.

пгах

Вигляд змодельованого дендрита

О 1

Мал.1.

0триман1 розрахунков1 пстограми 4P у г1лках дендрита при моделюванн1 процеса його розвитку в пол1етияеномй 1золя-цп. В1дзначено, що при врахуванн1 в комп'ютерн1й модел1 4P,

максимум розрахункових гхстограм фазового розшшлу 4P практично спхвпападае з максимумом з.нтенсивност1 4P пхд час екс-периментально! реестрацхх власного випромхнювання 4P в каналах дендрита.

Отриман! розрахунков! значения ймов1рностх часу пробою 1золяидйного пром!жку у pa3i розвитку в ньому дендрита. Проведений пор1вняльний аналхз розрахунковох залежностх часу життя в1д середнъох напруженностх електричного поля в хзоля-UiИному промхжку з в1домими л1тературккш даними показав Ix розб1жнхсть у межах 20% при Еср = 20 кВ/ым и 50% при Еср= 5 кВ/мм.

0CH0BHI РЕЗУЛЬТАТ!! Р0Б0ТИ

1. Побудована математична модель розвитку дендрита в по-лхетиленов!й хзоляцП, яка враховуе виникнення в гх.лках дендрита 4P, зм1ну дхаметру канал1в дендрита в npoueci його росту, ймов1рний характер руйнування 1золяцхх в сильному електричному пол1, трьохвимхрнхсть структур« каналх.в дендрита, як1 утворшться в полхетиленх, лров1дн1сть канал1в г1лок. Ця модель дозволяе прогнозувати час виникнення i розвитку дендрита в реальних 1золяцдйннх конструкидях. Проведено моделювання розвитку дендритхв в полхетиленовхй хзоляцхх i показано, що головним чинником процесу е наявн!сть 4P в г1лках дендрита.

2. Розроблено автоматизований експериментальний стенд, який дозволяе виконувати ресурснх випробування м1кроо<Зсягхв С до 10"'2 м3) кабельного полхетилену. Отримано параметри ста-тистичних розподхлхв, якх характизусть час життя м1кроо<5сяг!в пол1етиленовох хзоляцП у разх прикладення до них зм1нного електричного поля промисловох частота напруженностю 100... 250 кВ/мм. Створено методику експериментального визначення електричнох мхцност1 мхкроканалхв в полхетилещ ( для каналхв дхаметром до 10 мкм ). Отримано експериментальну залежнх.сть електричко! м1иност1 м).кроканал1в в пол1етиленх в1д д1аметру каналу.

3. Розроблено експериментальний стенд для реестрацхх власного внпрошнювання 4P в каналах дендрита. Отримано осци-лограми, якх ф1ксують випромхнювання 4P в гх.лках дендрита в npou,eci його розвитку. Виявлено зсув фази максимуму 1нтенсив-

HocTi cnaJiaxiB випромХнювання 4P вддносно фази напруги, що прикладасться,

4. Здайснено пор!вняння отриманих розрахункових залеж-ностей ftMOBipHocTi часу розвитку дендрита в1д середньо! на-пруженност1 електричного поля в 1золяд1йному пром!жку з в1-домими л!тературними даними. В1дзначено, що вони узгоджувться в межах 20% при Е = 20 kB/мм и 50'/. при Е = 5 кВ/мм.

г ср г ср

Отримано сп1впад1ння в межах 10% максимума розрахункових ricTorpaM 4P в г!лках моделюемого дендрита з максимумом iHTeHCHBHQCTi спалах1в випром1нювання 4P в експериментально отриманих осцилограмах власного випроманювання дендрита.

0сновн1 результати дисертац!йко1 роботи наведен! у наступних друкованих працях

1. Гадаскин С. Г. , ДолбинА. С. , Конотоп В. В. , Резинкин 0. Л. Экспериментальное исследование динамики роста дендритов в полиэтиленовой изоляции // в кн. тез. докл. Российской науч. -техн. конф. по физике диэлектриков с международным участием "Диэлектрики-93". С-Петербург, 1993. С. 243.

2. Долбин А. В. , Конотоп В. В., Резинкин 0. Л. , Резинкина М. М. Получение кривых жизни твердой изоляции из опытов с нараставшим напряжением // в кн. тез. док л, VI-научной школы "Физика импульсных воздействий на конденсированные среды". Николаев, 1993. С.229.

3. Долбин A.B., Гадаскин С. Г. Компьютерное управление процессом ресурсных испытаний комбинированной высоковольтной изоляции // в кн. тез. докл. международной научно-технической конференции "Компьютер: наука, техника, технология, образование, здоровье". Харьков-Мишкольц, 1994. С.146.

4. Долбин А. В., Исакова А. В. , Резинкина М. М. Использование компьютерного моделирования процессов электрического старения изоляции в курсе "Электрофизические основы специальности" // в кн. тез. докл. международной научно-технической конференции "Компьютер: наука, техника, технология, образование, здоровье". Харьков-Мишкольц, 1994. С.151.

5. Резинкин 0. Л., Резинкина М. М. , Долбин A.B. Исследование фрактальных характеристик дендритов в полиэтиленовой изоляции // Письма в журнал технической физики, т.20, вып.17, 1994. С. 24.

6. Долбин A.B., Максимов A.M., Резинкин О.Л. , Резинкина М. М.

Получение кривых жизни микрообъемов кабельного полиэтилена // в кн. тез. докл. VII-научной школы "Физика импульсных разрядов в конденсированных средах". Николаев, 1995. С. 205.

7. Долбин A.B. Компьютерная обработка статистических данных испытаний комбинированной высоковольтной изоляции // в кн. тез. докл. международной научно-технической конференции "Компьютер: наука, техника, технология, образование, здоровье". Харьков-Мишкольц, 1995. С. 197.

8. Коногоп В. В. , Резинкин 0. Л. , Резинкина М. М. , Долбин А. В. Экспериментальные исследования ресурсных характеристик микрообъемов твердой изоляции // Приборы и техника эксперимента, N 4, 1995. С. 191.

9. Rezinkin 0. L. , Rezinkina М. М. and Dolbin A.V. The Experimental Investigation of Fractal Characteristics of Dendrites Changing in Time Domain during the Electrical Aging of Polyethylene // In the book "1995 Int. Symp. on Electrical Insulating Materials". Tokyo, 1995, G7, p. 161.

10. Долбин А.В., Александров А. В. Компьютерное моделирование процессов старения полиэтиленовой изоляции в сильных резко неоднородных полях // в кн. тез. докл. международной научно-технической конференции "Компьютер: наука, техника, технология, образование, здоровье". Харьков-Мишкольц, 1996. С. 134.

11. Долбин A.B. Автоматизация процесса высоковольтных испытаний микрообьемов кабельного полиэтилена //в кн. тез. докл. международной научно-технической конференции "Компьютер: наука, техника, технология, образование, здоровье". Харьков-Миикольц, 1996. С. 137.

Особистий внесок дисертанта у робота, як i опубл1кован1 у cniBaBTopcTBi, полягае у розробц1 математично! модел! розвитку дендрита в пол1етиленов1й гзоляцП, експериментальному досл1дженн! динам1ки розвитку дендритíb, розробц! конструмйй експериментальних стенд1в, проведешп експеримент1в.

Dolbin A. V. THE STUDY AND COMPUTER SIMULATION OF PROCESSES IN SOLID INSULATION HOLLOWS IN ELECTRICAL POWER FIELD A thesis submitted for a candidate of sciences degree on the speciality 05.09.13 - technics of the strong electrical and magnetic fields.

Kharkov State Polytechnical University, Kharkov, Ukraine, 1996 Presented are 11 scientific works, which comprise theoretical and experimental examination of growth process of brancing hollows Cdendrits) in solid dielectric being under influence of strong electric field, are presented. The mathenatical simulation allowing to predict the probability of origin and following growth dynamics of dendrit in polyethylene insulation, have been created. At have been made the comparison of know results with obtained numerical results of probability dendrit's growth time depends on average electric field intensity in insulating region. At should be noted that the discrepancy of known and obtained results doesn't exceed 20% and 35% with Emd= 20 kV/mm and 5 kV/mm respectively. Долбин А. В. Исследование и кошьютерное моделирование процессов в полостях твердого диэлектрика в сильных электрических полях.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.13 - техника сильных электрических и магнитных полей. Харьковский гос.политехи, ун-т, Харьков, 1996.

Защищается 11 научных работ, которые содержат теоретические и

экспериментальные исследования процессов развития в твердом

диэлектрике при воздействии сильного электрического поля

разветвленных полостей Сдендритов}. Построена математическая

модель, позволяющая прогнозировать вероятность зарождения и

динамику последующего развития дендрита в полиэтиленовой

изоляции. Произведено сравнение полученных расчетных

зависимостей вероятности времени развития дендрита от средней

напряженности электрического поля в изоляционном промежутке с

экспериментальными и известными литературными данными.

Отмечено, что их расхождение не превышает 20% при Еср= 20

кВ/мм и 50% при Е = 5 кВ/мм. г ср

Ключов1 слова:

Стар1ння 1золяцП, електричне поле, частков1 розряди, дендрит. .S^s—rr^fb^—