Труды КНЦ вып.22 (ЭНЕРГЕТИКА вып. 3/2014(22))

Однако измерения токов молнии показывают [4], что при грозовых воздействиях действуют токи, длины волн которых могут быть сопоставимы с размерами заземлителя и даже опоры. При приближении одной десятой длины волны тока в заземлителе к размеру заземлителя, квазистатические методы становятся неточными [5]. Поэтому необходимо учитывать распределенность параметров заземлигелей и опоры. Для расчета сопротивления заземлигелей простой формы с учетом его распределенных параметров, могут подойти методы, основанные на решении уравнений длинной линии [3, 6, 7\. Существуют подходы, при которых опора также представляется в виде линии с распределенными параметрами, но на результаты расчетов влияет пространственная картина поля и замещения опоры линией с распределеннымипараметрамиможетбыть недостаточно [8]. В связи с вышесказанным, для определения оптимальной конструкции заземлителя существует необходимость в привлечении методов, основанных на решении уравнений электродинамики и точно учитывающих особенности распространения электромагнитного поля. Более того, в расчетнуюмодель нужно включать опору. Также, для учета неоднородностей грунта используются лишь приближенные методы приведениямногослойной структуры грунта к эквивалентнойдвухслойноймодели. Однако на данныймомент существует возможность более точного учета как вертикальных, так и горизонтальных неоднородностей грунта. Среди существующих методов расчета электромагнитного поля, наиболее подходящим для учета неоднородностей среды (неоднородности грунта, фундаменты опор) является метод конечных разностей во временной области (FDTD) [9], т.к. в нем расчет полей осуществляется по всей области вычислений. Метод конечных разностей во временной области применяется для расчета распространения электромагнитного поля несколько десятилетий, однако широкое распространение он получил лишь с появлением высокопроизводительных персональных компьютеров и показал хорошие результаты при его применении в расчете характеристик заземлигелей [10]. Первые работы, посвященные применению этого метода для расчета параметров заземлигелей, появились около десяти лет назад. На данный момент с увеличением производительности персональных компьютеров и развитием методов моделирования протяженных проводников в методе конечных разностей во временной области появляется отсутствующая ранее возможность точного расчета электрических параметров заземлигелей с учетом сложного характера распространения электромагнитного поля, что необходимо для адекватной оценки грозоупорности линий электропередачипри использовании конкретных заземлигелей. Метод ГОТО основан на представлении дифференциальной формы уравнений Максвелла в виде конечно-разносгных выражений. Расчетная сетка делится на ячейки, в каждой из которых в декартовой системе координат вычисляется 6 компонент поля - по три для электрического и магнитного поля. На рис.1 изображено взаимное расположение векторов электрического и магнитного поля небольшого участка сетки с индексами полей i, j, к и некоторыми соседними точками. Ах, Ay, Az - размеры ячейки расчетной сетки, которые часто принимаютсяравнымимежду собой. Параметры среды (удельная проводимость, диэлектрическая и магнитная проницаемости) задаются в каждой точке расчетной сетки перед расчетом. Объекты, размеры которых меньше размера шага сетки или плохо подходящие к форме расчетной сетки, моделируются специальными методами. Размеры расчетной области в методе FDTD определяют объем оперативной памяти компьютера, требуемой для расчета. Ни один компьютер не может содержать бесконечное количество данных, поэтому область вычислений ограничена. Размер области вычислений должен быть достаточным для того, чтобы в него помешалась исследуемая модель. Поскольку в методе FDTD используется преимущественно центрально-разностная аппроксимация, то вычисление поля в конкретной точке требует знания полей в соседних 47