Вестник МГТУ. 2015, №1.

ВестникМГТУ, том 18, № 1, 2015 г. стр. 137-142 УДК 621.316.99 Д.В. Куклин, В.Н. Селиванов Программное обеспечение для расчета волновых процессов в заземлителях и заземленных объектах D.V. Kuklin, V.N. Selivanov Software for calculations of surge processes in ground conductors and grounded objects Аннотация. В статье описано программное обеспечение, предназначенное для расчета процессов, связанных с распространением электромагнитного поля в объектах электрических сетей (опоры линий электропередачи и их заземлители, заземлители подстанций). При помощи данного программного обеспечения выполнена проверка метода моделирования произвольно ориентированных проводников, предложенного в работе Guiffaut et al. (2012) для случая с проводящей средой. Abstract. Software for calculations related to propagation of electromagnetic waves in high-voltage objects (transmission towers and their grounding, substation grounding) has been described in the paper. Using the software the oblique thin wire simulation method proposed by Guiffaut et al. (2012) has been verified for conductive medium. Ключевые слова: метод конечных разностей во временной области, переходное сопротивление, заземление Key words: finite difference time domain method, transient resistance, grounding 1. Введение Среди существующих методов расчета распространения электромагнитных волн в протяженных проводниках метод конечных разностей во временной области (FDTD) является наиболее подходящим для учета неоднородностей среды (неоднородности грунта, заземлители в грунте, фундаменты опор линий электропередачи и т.д.) (Куклин, 2013а). 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 заземлителей. Первые работы, посвященные применению этого метода для расчета параметров заземлителей, появились около десяти лет назад. На данный момент с развитием методов моделирования протяженных проводников в неоднородных средах появляется отсутствующая ранее возможность точного расчета электрических параметров заземлителей с учетом сложного характера распространения электромагнитного поля, что необходимо для адекватной оценки грозоупорности линий электропередачи при использовании конкретных заземлителей. На сегодняшний день существует большое количество различных программ, использующих алгоритмы метода конечных разностей во временной области для решения широкого круга задач, связанных с распространением электромагнитного поля в широком диапазоне частот, начиная от сверхдлинных волн и заканчивая волнами оптического диапазона. Однако среди этого программного обеспечения (ПО) мы не нашли такого, программный код которого подошел бы для расчета переходных характеристик заземлителей или мог бы легко модифицироваться для добавления новых возможностей. Часть ПО является проприетарным и не позволяет свободно использовать и изменять программный код. Так как данный метод непрерывно развивается, то программы с открытым кодом уже устарели и не удовлетворяют поставленной цели. В ходе выполнения работы было создано программное обеспечение, обладающее необходимыми свойствами для решения задачи компьютерного моделирования заземляющих устройств опор линий электропередачи с учетом вертикальных и горизонтальных неоднородностей грунта в условиях северной климатической зоны. Основное назначение данного ПО - расчет электрических характеристик заземлителей, но оно также может применяться и для других задач, связанных с распространением электромагнитного поля. Для написания программ использовался язык C++. За исключением графической оболочки, ПО не использует стороннего кода и библиотек, что сводит к минимуму число зависимостей кода. При написании ПО был использован принцип модульности с целью упрощения изменения, расширения и тестирования программы (рис. 1). Основной модуль не является программой или динамической библиотекой, а только содержит файлы с основными классами, которые могут 137