Вестник МГТУ. 2016, №4.

Вестник МГТУ. 2016. Т. 19, № 4. С. 729–736. DOI: 10.21443/1560-9278-2016-4-729-736 729 УДК 621.311 Д. В. Куклин, Б. В. Ефимов Влияние расположения токового и потенциального контуров на результаты расчетов импульсных характеристик протяженного заземлителя При измерениях и расчетах импульсных характеристик заземлителей часто используют токовый и потенциальный проводники для введения тока в заземлитель и измерения его потенциала соответственно. Результаты таких расчетов и измерений могут зависеть от расположения токового и потенциального проводников вследствие взаимного влияния между ними и проводником заземлителя. Необходимо выяснить, в какой степени расположение контуров влияет на расчеты с заземлителем простой формы. Причем, в отличие от измерений, при расчетах токовый и потенциальный контуры возможно располагать в том числе и вертикально, а также заменять потенциальный контур интегралом электрического поля. Для расчетов был использован метод конечных разностей во временной области. Для того чтобы оценить, в какой степени рассчитанное напряжение на заземлителе (соответственно и его сопротивление) может зависеть от расположения токового и потенциального контуров, были проведены расчеты с различным взаимным расположением контуров. Проведен сравнительный анализ результатов расчетов. Существуют методы расчета, в которых ввод тока в заземлитель и расчет его потенциала могут производиться без токового и потенциального проводников. Одним из таких методов является метод, основанный на телеграфных уравнениях. Для того чтобы определить, какое расположение токового и потенциального контуров при расчетах методом конечных разностей во временной области будет соответствовать расчетам методом, основанным на телеграфных уравнениях, было проведено сравнение результатов расчетов двумя методами. По результатам расчетов можно заключить, что рассчитанные переходные характеристики в различной степени зависят от таких факторов, как расположение токового и потенциального контуров, замена потенциального контура расчетом интеграла электрического поля, параметры грунта. Расположение токового или потенциального контуров над заземлителем резко снижает значение рассчитанного напряжения на заземлителе. При перпендикулярном расположении токового, потенциального и заземленного проводников результаты расчета соответствуют тем, что были получены при помощи метода, основанного на телеграфных уравнениях. Ключевые слова: метод FDTD, импульсное сопротивление, напряжение на заземлителе, заземление. Введение Результаты расчетов и измерений импульсных характеристик заземлителей могут сильно зависеть от расположения токового и потенциального контура вследствие взаимного влияния между проводниками. Подобная оценка влияния проводилась для лучевых заземлителей [1], так как это необходимо для выполнения измерений с заземлителями опор. Однако необходимо также выяснить, в какой степени расположение контуров влияет на расчеты с заземлителем простой формы (при расчетах токовый и потенциальный контуры возможно располагать в том числе и вертикально, в отличие от измерений, а также заменять потенциальный контур интегралом электрического поля). Материалы и методы Для расчетов был использован метод конечных разностей во временной области [2]. Проводники моделировались с помощью метода, предложенного авторами Railton C. J. и др. [3]. Поглощающие граничные условия – uniaxial perfectly matched layer (UPML) [2]. Также проведены расчеты методом, основанным на телеграфных уравнениях, описанном в работе [4]. Результаты и обсуждение Для того чтобы оценить, в какой степени рассчитанное напряжение на заземлителе (соответственно и его сопротивление) может зависеть от расположения токового и потенциального контуров, были проведены расчеты с различным взаимным расположением контуров. Фронт тока в расчетах выбран равным 0,25 мкс, время полуспада – 100 мкс, что в стандарте МЭК по защите от атмосферного электричества рекомендовано для моделирования токов последующих компонентов молнии [5]. Форма импульса задается по формуле [5–7], в зарубежной литературе иногда называемой функцией Хейдлера: τ ( ) = , η 1 n t n t I T i t e t T −         +     где I – амплитудное значение тока; η – поправочный коэффициент для амплитуды тока; t – время; τ – константа, определяющая время фронта; T – константа, определяющая длину импульса. Согласно стандарту МЭК