Данная работа посвящена разработке методики определения высокочастотных параметров заземляющих устройств с помощью численного расчета электромагнитного поля. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Обзор существующих методов численного, экспериментального и аналитического определения параметров заземлителей. 2. Получение аналитических выражений для сопротивления проводника, учитывающих токи смещения. 3. Определение комплексного сопротивления конструкций со сложной геометрией и неоднородной структурой по результатам расчета электромагнитного поля. 4. Расчет электромагнитного поля во временной области для получения графиков переходного процесса в заземляющем устройстве В работе проведены расчеты электромагнитных полей в заземлителе в частотной и временной областях методом конечных элементов с помощью программного комплекса COMSOL Multiphysics. В результате работы построена модель для численного расчета электромагнитного поля в заземляющих устройствах различной конструкции, позволяющая получать комплексное сопротивление заземлителя, а также проводить расчет переходных процессов при различных возмущениях, воздействующих на заземлитель. При этом осуществлен совместный учет уравнений электромагнитного поля в модели заземляющего устройства и уравнений переходных процессов в схеме внешней сети с сосредоточенными параметрами.

The graduate qualification work topic is “Determination of high-frequency parameters of grounding devices for electromagnetic transients calculation”. The work under consideration is devoted to development of a method for determining high-frequency parameters of grounding devices using numerical calculations of the electromagnetic field. The research set the following goals: 1. To review existing methods for the numerical, experimental, and analytical determination of the parameters of grounding conductors. 2. To obtain analytical expressions for the conductor impedance that consider bias currents. 3. To determine impedance of objects with complex geometry and heterogeneous structure using the results of the electromagnetic field calculation. 4. To calculate the electromagnetic field in the time domain to obtain graphs of the transients occurring in the grounding device. The work provides computation of electromagnetic fields in the grounding in both the time and frequency domain using finite element method. The calculations were carried out in COMSOL Multiphysics software package. As a result of the work, a model for numerical calculation of the electromagnetic field in grounding devices of various designs was constructed. The model allows to derive impedance of the grounding system, as well as to carry out the transients calculation during various disturbances affecting the grounding. In addition, the electromagnetic field equations in the grounding device model were jointly combined with the transient equations of the external network circuit with lumped parameters.

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. Методики определения сопротивления заземляющего устройства
  • 1.1. Аналитические выражения для определения активного сопротивления заземлителя
  • 1.2. Экспериментальное определение сопротивления заземлителя
  • 1.3. Характеристики заземлителей на высокой частоте
• 2. Аналитические выражения для определения комплексного сопротивления проводника круглого сечения по теореме Умова-Пойнтинга
  • 2.1. Комплексное сопротивление «хорошо» проводящего проводника
  • 2.2. Комплексное сопротивление «плохо» проводящего проводника с учетом токов электрического смещения в нем
  • 2.3. Примеры расчетов комплексного сопротивления круглого «хорошо» проводящего проводника по теореме Умова-Пойнтинга
  • 2.4. Примеры расчетов комплексного сопротивления «плохо» проводящего круглого проводника по теореме Умова-Пойнтинга с учетом токов смещения
  • 2.5. Расчеты комплексного сопротивления проводника по теореме Умова-Пойнтинга с помощью программного комплекса COMSOL Multiphysics
• 3. Определение сопротивления отдельного элемента с помощью теоремы Умова-Пойнтинга
  • 3.1. Определение комплексного сопротивления проводника с неоднородной проводимостью
  • 3.2. Определение комплексного сопротивления однородного проводника
  • 3.3. Определение комплексного сопротивления катушки
• 4. Совместный расчет электрического и магнитного поля во временной области
  • 4.1. Расчет синусоидально изменяющегося электромагнитного поля
  • 4.2. Расчет переходного процесса при воздействии на заземлитель импульса напряжения или тока
    • 4.2.1. Расчет переходного процесса в простейшем заземлителе
    • 4.2.2. Расчет переходного процесса в заземлителе сложной конструкции
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ