К вопросу моделирования высоковольтного изолятора в программном комплексе COMSOL Multiphysics 5.6

В статье рассматриваются основные аспекты моделирования подвесной полимерной высоковольтной изоляции воздушных линий электропередачи (ЛЭП) в программном комплексе COMSOL Multiphysics 5.6. Приводятся аналитические выражения математической модели электромагнитного поля вокруг изолятора, на базе которых формируется численное решение в рамках программного комплекса, позволяющее построить модель электрического поля в двумерном и трехмерном пространстве. Выделяются три основных этапа работы с интерфейсом программы. На первом этапе рассматривается задание геометрических параметров модели изолятора и окружающей области, уделяется внимание формированию конструктивных особенностей полимерных изоляторов. На втором этапе описываются физические свойства конструкционных материалов изолятора, а также окружающего его пространства. Третий этап сводится к детерминации граничных условий для решения дифференциального уравнения Пуассона. Даются рекомендации по плотности построения сетки конечных элементов. Приводится градиентная картина распределения электрического потенциала вблизи поверхности изолятора. Также построены графики распределения нормальной составляющей напряженности электрического поля вдоль поверхности изолятора. На базе полученных результатов производится исследование влияния внешних факторов на свойства полимерного изолятора. Описывается возможный вариант моделирования влияющих факторов, таких как загрязнение и увлажнение, посредством внесения изменений в описание физических свойств поверхности изолятора, а именно включением равномерного и непрерывного слоя с заданной проводимостью. Получено распределение нормальной составляющей напряженности электрического поля вдоль поверхности изолятора с загрязнением. Результаты моделирования распределения электрического поля с наличием загрязнения на поверхности изолятора и его отсутствием сводятся в таблицу, где указана напряженность электрического поля в зависимости от расстояния до траверсы. На основании анализа полученных результатов выдвигается предположение о завышенном уровне максимального электрического поля на изоляторах, рекомендуемом производителями.