ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ЕН.Р2 " Методы расчета электрических полей "
______
(указывается индекс и наименование дисциплины согласно учебному плану в соответствии с ГОС ВПО)
по направлению подготовки (специальности) _______________________________
(указывается код и наименование)
140201 "Высоковольные электроэнергетика и электротехника"
форма обучения __ очная ___________
(очная, очно-заочная, заочная)
Состав программы учебной дисциплины
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина "Методы расчета электрических полей является вспомогательной дисциплиной естественно научного курса подготовки дипломированных специалистов направления 650900 по специальности 071600 согласно ГОС 2000г. Целью дисциплины является обучение студентов: 1) методам аналитического расчета электрических полей аппаратов высокого напряжения; 2) методам численного моделирования и расчету характеристик электрических полей; 3) применению инженерных формул для расчетов практических конструкций высокого напряжения.
ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Студенты должны знать: а) принципы и методы расчета различных характеристик электрических полей; б) способы снижения напряженности поля в аппаратах высокого напряжения; в) как изменяются характеристики поля изоляционной конструкции или материала при внесении в них дефектов различной природы; г) знать величины пробивных напряжений в однородных и неоднородных полях и уметь оценить максимально допустимое напряжение аппарата ВН, исходя из величины коэффициента неоднородности поля в нем.
ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
| Вид учебной работы | Всего часов | Семестры |
| ОБЩАЯ ТРУДОЕМКОСТЬ ДИСЦИПЛИНЫ | 57/31 | |
| АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ | 34/17 | |
| Лекции | ||
| Практические занятия | ||
| Семинары | ||
| Лабораторные работы | 17/17 | |
| и (или) другие виды аудиторных занятий | ||
| САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА | 23/14 | |
| Курсовой проект (работа) | ||
| Расчетно-графические работы | 11/8 | |
| Реферат | ||
| и(или) другие виды самостоятельной работы | 12/6 | |
| ВИД ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ (ЗАЧЕТ, ЭКЗАМЕН) | зачет |
Примечание: В графах 2, 3 через дробь от общего количества часов указываются часы, отводимые на занятия с использованием персональных компьютеров.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ
| N п/п | Раздел дисциплины | Лекции (номера) | Практич. (семин.) занятия (номера) | Лабора- торные работы (номера) |
| 6 СЕМЕСТР | ||||
| Основные характеристики, уравнения и теоремы электрических полей | 1,2 | |||
| Аналитические расчеты электрических полей | 3,4,5,6 | 1,2,3 | ||
| Численные расчеты электрических полей | 7,8,9 |
СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1
Основные характеристики, уравнения и теоремы электрических полей
Основные понятия, определения и единицы измерений. Уравнения Максвелла, основные законы электрического поля (далее просто поля). Потенциальные уравнения поля. Характеристики поля на границе поверхностей. Явный вид основных понятий (div, grad, rot, divgrad, оператор Лапласа) в координатной форме. Системы координат (декартова, цилиндрическая и сферическая). Постановка электростатической задачи.
Раздел 2
Аналитические расчеты электрических полей
2.1. Расчет параметров поля в однородной среде по известному распределению зарядов. Решение дифференциальных уравнений Лапласа и метод изображения поля в различных системах координат (декартовой, цилиндрической, сферической).
2.2. Математическая модель метода интегральных уравнений. Метод эквивалентных зарядов для случая однородной среды: применение основных законов, принцип наложения, принцип симметрии, эффект близости, принцип зеркальных отображений, свойства эквипотенциальных поверхностей, связь напряженности поля с кривизной эквипотенциальной поверхности, краевой эффект. Метод среднего потенциала и его применение к расчету ёмкости. Электростатическое поле и ёмкость трехфазной линии. Теорема взаимности.
2.3. Основные сведения о функциях комплексного переменного. Конформные отображения. Основной принцип, расчеты напряженности поля цилиндрического конденсатора, поля у края плоского конденсатора, поля расщепленного провода (диаграмма полей в случае расщепления на 2, 3 и 4 провода в фазе). Проводящие включения в изоляцию. Математические модели для расчета поля конденсаторов и конденсаторных разделов.
2.4. Расчет зарядов и напряженности поля на проводах по известным фазным напряжениям (двухпроводная и трехпроводная линии). Понятие о методах расчета полей с объемными зарядами.
2.5. Аналитическая оптимизация электродных систем (цилиндрический и сферический конденсаторы). Оценки максимальных напряженностей поля (коэффициент неоднородности поля (Швайгера), основные электродные системы, графический метод Лемана).
2.6. Преломление силовых линий электрического поля на границе раздела изоляционных сред. Диэлектрики с цилиндрическими слоями. Поле в многослойных конденсаторах, градирование изоляции, газовые включения в изоляторы с твердой и жидкой изоляцией. Распределение напряжения по цепочке емкостей. Распределение напряжения вдоль поверхности твердых диэлектриков. Выравнивание поля конденсаторными обкладками (конструкция трансформаторного ввода). Распределение напряжения в неоднородной изоляции при учете проводимостей на переменном и постоянном токе.
Раздел 3
Численные расчеты электрических полей
3.1. Дифференциальный метод. Основы метода, порядок расчета, слоистый диэлектрик, поле плоского конденсатора, поле у края электродов. Дробление сетки и его контроль. Случай трехмерного поля и поля с цилиндрической симметрией.
3.2. Метод конечных элементов. Основы метода. Металлические электроды с плавающим потенциалом, трехмерные поля.
3.3. Метод эквивалентных зарядов. Основы метода, порядок расчета, формы зарядов, расчет поля в слоистых диэлектриках, электродах с плавающим потенциалом.
(Примечание: Часть вопросов теоретического курса по решению кафедры может выноситься на самостоятельное изучение. Необходимые для этого часы берутся из фонда «Самостоятельная работа студентов». Объем лекционных часов при этом не уменьшается.
