НЕЛІНІЙНІ ЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ У ТВЕРДИХ ДІЕЛЕКТРИКАХ ПІД ДІЄЮ СИЛЬНИХ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПОЛІВ :

Краткое содержание

ОСНОВНІЙ ЗМІСТ роботи

У вступі обґрунтовано актуальність тими, сформульовані мета і задачі досліджень, а також наукова новизна та практична цінність роботи, приведені дані про ефективність і впровадження її результатів.

Перший розділ присвячено аналізу науково-технічної літератури, що стосується електрофізичних процесів в нелінійних твердих діелектриках, ви­користаних у високовольтній імпульсній техніці. Зокрема, систематизовані дані про нелінійні процеси в активних діелектриках під дією сильних елек­тричних полів, а також методи дослідження розповсюдження електромагнітних хвиль в середовищах з нелінійною діелектричною і магнітною проникностями. Проведено аналіз наявних даних щодо основних властивостей і галузей застосування у високовольтній імпульсній техніці нелінійних середовищ. Встановлена доцільність розвитку методів фізичного і математичного моделювання електрофізичних процесів у середовищах з нелінійними діелектричною та магнітною проникностями при дії сильних електричних полів, зокрема процесів деформації електромагнітних хвиль.

Проаналізовані методи дослідження нелінійних процесів деструкції, які відбуваються у твердих діелектриках під дією сильних електричних полів. Тверді діелектрики широко застосовуються у високовольтній імпульсній техніці, що викликає підвищений інтерес до дослідження нелінійних електрофізичних процесів, які відбуваються у них під дією високої напруги. Зокрема нелінійними є процеси, які супроводжують електричне старіння ізоляції в результаті її руйнування під дією сильних електричних полів, утворення тонких порожнистих деревовидних каналів – триінгів, а також появи часткових розрядів (ЧР). Форма розподілу фаз появи ЧР відносно фази прикладеної напруги нелінійно залежить від стадії зростання дендриту, а також рівня цієї напруги. Аналіз експериментальних даних, одержаних під час росту триінга, дозволяє на підставі так званого методу відбитків по знятих розподілах фази появи ЧР встановлювати вид триінга, що їх викликає.

Вирішення задач техніки сильних електричних та магнітних полів по­требує дослідження електрофізичних процесів, які супроводжують нелінійні електророзрядні явища у діелектричних слабко провідних середовищах. Зо­крема, для математичного моделювання процесів у ґрунті, який оточує зазем­лювачі, може бути використаний комбінований підхід з використанням цик­лічного алгоритму. Цей алгоритм передбачає розрахунок електромагнітного поля (ЕМП) заземлювача, статистичне моделювання стохастичних нелінійних електрофізичних процесів, пов’язаних зі зміною електричних параметрів
ґрунту, які мають наслідком виникнення складних розгалужених просторових конфігурацій переплавлених та випарених ділянок ґрунту, і далі – повторний розрахунок розподілу ЕМП з урахуванням змінених параметрів твердих ді­електричних складових ґрунту. Аналогічний підхід використаний також при моделюванні процесів розповсюдження лідерного каналу блискавки і “вибо­ру” нею місця удару у наземні об’єкти.

У другому розділі обґрунтований вибір напрямку досліджень та викла­дена загальна методика їх проведення, описані методи розрахунків, а також визначені методи математичного моделювання електрофізичних процесів
в нелінійних середовищах під дією сильних електричних і магнітних полів. Математична модель перехідних процесів розповсюдження електромагнітних хвиль в середовищах з нелінійною діелектричною і магнітною проникностями сформульована у термінах модифікованого векторного магнітного потенціалу при незмінних в часі питомих провідностях середовищ.

Утворення ударних електромагнітних хвиль (УЕМХ) може бути викли­кане нелінійною залежністю діелектричної  або магнітної  проникностей середовища від напруженостей електричного Е або магнітного Н поля. В пер­шому випадку для формування ударних електромагнітних хвиль можуть бути використані сегнетоелектрики, в другому – феромагнетики. Оскільки при пе­рехідному процесі розповсюдження електромагнітної хвилі відбувається зрос­тання величин Е і Н, отже зниження рівнів  і , хвильовий опір лінії дина­мічно змінюється, а значить – змінюються умови її узгодження з навантажен­ням, яке підключене до виходу лінії. Неузгодженість лінії з навантаженням призводить до появи відбитих хвиль, неповної передачі енергії у навантажен­ня і спотворення форми вихідного сигналу. Для того, щоб усунути дане явище пропонується використовувати як робоче активне діелектричне тіло формую­чої лінії композитні середовища, які складаються з сегнетоелектриків і феро­магнетиків, і мають нелінійні залежності як (Е) так і (Н). Це уможливлює одержання незмінного хвильового опору лінії у разі синхронної зміни  і  
у часі за відповідними законами. Найефективнішим шляхом для того, щоб
підібрати параметри подібних середовищ, є використання методів математич­ного моделювання процесів розповсюдження у них електромагнітних хвиль.

Враховуючи те, що в розрахунковій області лінії передачі межі розділу середовищ переважно є пласкими, для вирішення поставленої задачі викорис­таний чисельний метод скінченного інтегрування, який полягає в інтегруванні рівнянь Максвела по поверхнях елементарних комірок, на які розбивається розрахункова область. В результаті вирішуване рівняння є законом безперерв­ності струму, записаним для кожного вузла розрахункової сітки, причому умови на межах кусочно-однорідних середовищ виконуються автоматично. Даний метод дозволяє врахувати нелінійну зміну електричних і магнітних
параметрів середовищ у просторі та часі.

         Для знаходження розподілу електромагнітного поля, досліджувана об­ласть розбита на комірки-паралелепіпеди таким чином, щоб вузли розрахун­кової сітки лежали на межах розділу середовищ. Для кожного вузла розрахун­кової сітки дійсне рівняння Максвела