Перехідні процеси при діянні великих імпульсних струмів та сильних імпульсних магнітних полів на провідні об'єкти

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Спеціальність 05.09.13 -- Техніка сильних електричних та магнітних полів

ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ ПРИ ДІЯННІ ВЕЛИКИХ ІМПУЛЬСНИХ СТРУМІВ ТА СИЛЬНИХ ІМПУЛЬСНИХ МАГНІТНИХ ПОЛІВ НА ПРОВІДНІ ОБ'ЄКТИ

Баранов Михайло Іванович

Харків -- 1999

Загальна характеристика роботи

Актуальність проблеми. При отриманні та застосуванні для наукових (проведення фізичних експериментів) та технологічних (магнітно-імпульсна обробка металів (МІОМ), електрогідравлічна обробка матеріалів) цілей великих імпульсних струмів (ВІС) та сильних імпульсних магнітних полів (СІМП) у нано- та мікросекундному часових діапазонах, а також при проектуванні та створенні для даних цілей високовольтних електрофізичних установ (ВЕФУ) з ємкісними накопичувачами енергії (ЄНЕ) невід'ємною задачею є виконання розрахунків та аналізу перехідних електромагнітних, електротеплових та електромеханічних процесів у їх струмоведучих частинах та оброблюючих деталях, що містять, у основному, циліндричні та плоскі струмопровідні об'єкти. Діяння на такі об'єкти ВІС та СІМП штучного походження може приводити до імпульсного нагріву їх матеріалу за час проходження по ним ВІС до високих температур, послідуючому розплавленню та при визначених умовах до явищ абляції і електричного вибуху (ЕВ) скін-шару та стінки струмопроводів та оброблюваних деталей. Тому при розробці та експлуатації таких ВЕФУ з ЄНЕ однією з проблемних задач з'являється забезпечення електротермічної стійкісті циліндричних струмопроводів і раціональний вибір їх поперечних перерізів по заданим значенням імпульсного струму розряду ВЕФУ з ЄНЕ. В наступний час відсутні дані з обгрунтованого вибору найбільш допустимої (по граничним температурам для ізоляції та показникам зниження механічної міцності матеріалу струмопроводів) та критичної (по досягненню температури плавлення та ЕВ матеріалу струмопроводів) щільностей імпульсного розрядного струму ВЕФУ з ЄНЕ у циліндричних струмопроводах. Усе вищевказане відноситься і до імпульсного струму блискавки мікросекундного діапазону, а також імпульсним вдарним струмам мілісекундного діапазону при коротких замиканнях (КЗ), що діють на циліндричні струмопроводи силових електричних ланцюгів промислової частоти. У техніці ВІС та СІМП, при МІОМ та у екрануючих конструкціях широко використовуються провідні циліндричні оболонки, що випробовують діяння зовнішніх аксіальних імпульсних магнітних полів (ІМП). Відомі рішення задач проникання аксіальних ІМП у таку оболонку виконані у плоскому приближенні падаючей електромагнітної хвилі (ЕМХ), що не облічують реальні поперечні розміри циліндричної оболонки. Тому дослідження поверхневого ефекту (ПЕ) у циліндричної оболонці з кінцевими значеннями радіусу і товщини її стінки для аксіальних ІМП з'являється актуальною задачею. Практичний інтерес у технології МІОМ представляє вивчення крайового механічного ефекту у круглої провідної циліндричної оболонки, що стиснута тисненням СІМП у індукторі з концентратором магнітного потоку (КМП) з кінцевою довжиною робочої зони. Існуючі методи розрахунків процесу енерговиділення та інтегральних електричних параметрів (ІЕПА) для суцільних та порожнистих циліндричних провідників з аксіальними ВІС не облічують вплив нестаціонарного ПЕ. Особливу трудність при розробці та створенні середнє- та крупногабаритних ВЕФУ з коаксіальними формуючими (КФЛ) та повітряними (ПЛ) лініями кінцевої довжини для цілей одержання ВІС та потужних електромагнітних імпульсів (ЕМІ) у повітряних робочих об'ємах представляє урахування та оцінка впливу імпульсних теплових втрат у циліндричних струмопроводах КФЛ та ВЛ.

Необхідність вирішення електродинамічних задач у області технології МІОМ, електромагнітної сумісності (ЕМС) та стійкості (ЕМСТ) об'єктів електроенергетичних (ЕЕС) та аерокосмічних (АКС) систем стимулює інтерес до вивчення ефектів, особливостей та результатів взаємодії ВІС та СІМП різних часових форм з провідними об'єктами різної конфігурації та структури. До аналогічних задач можуть бути віднесені і прикладні задачі у галузі технічної електродинаміки, що зв'язані з радіолокацією та зондуванням ЕМХ провідних об'єктів, дослідженням поширення та дифракції ЕМХ на провідних неоднорідностях та границях розділу середовищ і ідентифікацією АКС. Рішення вказаних задач істотно спрощуються у випадку завдання граничних умов для ЕМХ на поверхнях провідних об'єктів, що випробовують діяння ВІС та СІМП.

При прямому ударі блискавки (ПУБ) в металеву обшивку літального апарату (ЛА) виникає складний комплекс електромагнітних, електротеплових та електромеханічних явищ у зоні прив'язки каналу блискавки на провідної поверхні обшивки ЛА. Слідством цих явищ слідує рахувати вм'ятини на обшивці та найбільш важкі її пошкодження у вигляді розривів та крізних пробоїв (прожогів), що приводить до зниження безпеки польотів ЛА (літаків, вертольотів, ракетно-космічної техніки) у електрично активної земної атмосфері. Наведені від діяння ВІС та СІМП природного та штучного походження рівень потенціалів, напруг та струмів у електричних ланцюгах об'єктів ЕЕС та АКС можуть привищувати допущені, що викликає відкази та необоротні процеси у їх ланцюгах та радіоелектронних засобів (РЕЗ), що найчастіше приводять до катастрофічних наслідків. У зв'язку з цим розробка теорії перехідних електромагнітних, електротеплових та електромеханічних процесів у провідних об'єктах, що випробовують діяння ВІС та СІМП, та забезпечення на її основі електромагнітної, електротермічної та електромеханічної стійкостей провідних об'єктів ЕЕС та АКС до діяння ВІС та СІМП природного та штучного походження придбавають першорядне значення для їх надійного функціонування та стають актуальною комплексною науково-прикладною проблемою.

Зв'язок роботи з науковими планами, темами. Робота виконувалась у відповідності з планами НДОКР по секції прикладних проблем НАН України (тема №9/66 від 13.10.92 р.), госпдоговірної (теми №90430 від 18.05.83р., №117051 від 02.07.92р.) та бюджетної тематиці НДПКІ “Молнія” ХДПУ по міністерству освіти України (№ держрегістрації у УкрІНТЕІ: 0196U017855, 0198U000360), який згідно з постановою Кабінету Міністрів України від 01.04.99р. № 527 є національним надбання України.

Мета та задачі роботи. Метою цієї роботи є розробка теорії перехідних електромагнітних, електротеплових та електромеханічних процесів при діянні ВІС та СІМП природного та штучного походження на провідні об'єкти та забезпечення на її основі електромагнітної, електротермічної та електромеханічної стійкостей струмоведучих частин ВЕФУ сильнострумової імпульсної техніки (СІТ), об'єктів електроенергетики, зв'язку, авіаційної та ракетно-космічної техніки до діяння на них ВІС та СІМП.

У рамках даної мети були сформульовані наступні задачі:

розробити математичні моделі нестаціонарного лінійного ПЕ у суцільному та порожнистому круглих циліндричних провідниках необмеженої довжини та довільного поперечного перерізу, що збуджуються зовнішнім однорідним азимутальним або аксіальним ІМП;

розробити з урахуванням впливу нестаціонарного лінійного ПЕ методику розрахунку наведених імпульсних напруг та струмів у електрично коротких екранованих коаксіальних кабелях зв'язку (ЕККЗ) з круглою суцільною провідною циліндричною оболонкою, що випробовує діяння ПУБ на стадії головного розряду з імпульсною складовою струму блискавки 2/50 мкс;

розробити з урахуванням впливу нестаціонарного лінійного ПЕ методи розрахунку імпульсних теплових втрат та ІЕПА для суцільного та порожнистого круглих циліндричних провідників з експоненціально затухаючим по синусоїді розрядним струмом ВЕФУ з ЄНЕ та аперіодичним двохекспоненціальним імпульсним струмом блискавки 2/50 мкс;

дослідити з урахуванням впливу нестаціонарного лінійного ПЕ перехідні процеси грозового походження у двохпровідної ВЛ електропередачі з суцільними та порожнистими круглими циліндричними проводами, що випробовують діяння імпульсного струму блискавки 2/50 мкс, а також перехідні процеси у двохпровідної ВЛ при діянні на циліндричні провода імпульса розрядного струму ВЕФУ 5/200 нс;

розробити методику приблизного розрахунку хвильових електромагнітних процесів (ХЕМП) стосовно до отримання ВІС та потужних ЕМІ при розряді однорідної одинарної КФЛ ВЕФУ на активне навантаження з зосередженими параметрами, що облічує вплив нестаціонарного лінійного ПЕ у циліндричних струмопроводах;

розробити з урахуванням впливу нестаціонарного лінійного ПЕ методику приблизного розрахунку ХЕМП при розряді однорідної одинарної КФЛ ВЕФУ на однорідну багатопровідну ВЛ з суцільними та порожнистими круглими циліндричними проводами та довільною зосередженою навантаженістю;

розробити приблизні граничні умови для провідних об'єктів різної геометричної форми при діянні на них ВІС та СІМП, що змінюються за часом по довільному закону;

чисельно дослідити нестаціонарний нелінійний ПЕ у суцільному та порожнистому круглих циліндричних провідниках при ПУБ з імпульсним струмом блискавки 2/50 мкс, імпульсному розряді ВЕФУ з експоненціально затухаючим по синусоїді струмом та імпульсним струмом КЗ промислової частоти;

визначити електротермічну стійкість для голих та ізольованих ізотропних циліндричних проводів та кабелів при ПУБ з імпульсним струмом блискавки 2/50 мкс та для затухаючого по синусоїді розрядного струму ВЕФУ з ЄНЕ;

знайти найбільші допустимі та критичні щільності струму для голих та ізольованих круглих циліндричних проводів та кабелів, що випробовують імпульсні діяння аперіодичного струму блискавки 2/50мкс при ПУБ, струму затухаючого розряду ВЕФУ з ЄНЕ та струму КЗ у силових ланцюгах промислової частоти;

встановити межі застосування найпростішої нелінійної електротеплової моделі з рівномірним розподіленням імпульсного струму та температури по поперечному січенню круглого суцільного циліндричного провідника, що випробовує діяння ВІС, що змінюються з часом по законам експоненціально затухаючого по синусоїді імпульсного розрядного струму ВЕФУ з ЄНЕ, аперіодичного імпульсного струму блискавки 2/50мкс та імпульсного струму КЗ промислової частоти;

виконати математичне моделювання електромагнітного та електромеханічного ефектів при ПУБ у тонкостінну металеву обшивку ЛА;

виконати експериментальне дослідження електротермічного діяння каналу сильнострумового мікросекундного розряду ВЕФУ з ЄНЕ на плоский елемент дуралюминової обшивки ЛА;

дослідити крайовий механічний ефект при стисненні круглої циліндричної металевої оболонки тисненням СІМП у індукторі з КМП з плоскими торцями;

розробити критерії та рішення по забезпеченню електромагнітної стійкості при ПУБ електричного короткого ЕККЗ, електротермічної стійкості при ПУБ, затухаючим по синусоїді розряді ВЕФУ з ЄНЕ та КЗ промислової частоти кабельно-провідникової продукції, електротермічної та електромеханічної стійкостей при ПУБ металевої обшивки ЛА.

Постановка вищевказаних цілей та задач потребувала вивчення відомих у світі відповідних наукових даних у галузі фізики та техніки ВІС та СІМП, техніки та електрофізики високих напруг, теоретичної електротехніки, фізики блискавки та сильнострумового газового розряду, теоретичних основ електромагнітного екранування, теплопровідності та опору матеріалів, електродинаміки суцільних сред, МІОМ, силового електроапаратобудування, ЕМС, ЕМСТ та досягнень у даних сферах провідних вчених та фахівців: С.М.Аполонського, В.К.Аркадьєва, Е.М.Базеляна, Ю.В.Батигіна, В.М.Бондалетова, В. О. Бржезицького, Е.Ф.Венса, Г.А. Гулого, Н. І. Гумерової, К.С.Демирчяна, Д. К. Єгера, Ю. П. Емца, В. Т. Ерофеєнка, С. К. Камзолова, Г.Кнопфеля, Е. В. Колесникова, Е. С. Колечицького, М. В. Коровкіна, М. В. Костенка, А.М.Кравченка, В. І. Кравченка, І. П. Кужекіна, В. П. Ларіонова, М.О.Леонтовича, В. М. Михайлова, К.К.Намитокова, О. Б. Новгородцева, Є. І. Петрушенка, О. Д. Подольцева, І.М.Романенка, Б. С. Стогнія, С. П. Тимошенка, Л. Т. Хіменко, Г. М. Цицикяна, В. Й. Чабана, Г. А. Шнеєрсона, М. А. Юмана та ін.

Наукова новизна роботи заключається у наступному:

розроблені та досліджені одномірні математичні моделі нестаціонарного лінійного ПЕ у суцільному та порожнистому круглих циліндричних провідниках кінцевої товщини та необмеженої довжини при діянні на них аксіальних ВІС та азимутальних СІМП, що виникають при ПУБ з імпульсним струмом блискавки 2/50 мкс;

досліджено вплив нестаціонарного лінійного ПЕ у провідної оболонці електрично коротких ЕККЗ на зниження у кабелях зв'язку атмосферних перенапруг, що викликаються ПУБ в їх оболонку, та надані практичні пропонування, що забезпечують при ПУБ підвищення електромагнітної стійкості ЕККЗ; вперше у часовому представленні отримано аналітичне співвідношення для повного опіру зв'язку круглої циліндричної провідної оболонки електрично короткого ЕККЗ, що випробовує пряме діяння імпульсного струму блискавки 2/50 мкс;

розроблена та досліджена одномірна математична модель нестаціонарного лінійного ПЕ у порожнистому провідному круглому циліндру необмеженої довжини та довільного поперечного перерізу, що випробовує діяння напруженості зовнішнього однорідного аксіального ІМП, що змінюється з часом по закону експоненціально затухаючої синусоїди;

розроблені нові методики та на їх основі вперше встановлені особливості впливу нестаціонарного лінійного ПЕ на процес імпульсного енерговиділення та ІЕПА для суцільного та порожнистого круглих циліндричних провідників кінцевих поперечних розмірів з аксіальним імпульсним розрядним струмом ВЕФУ з ЄНЕ та імпульсним струмом блискавки 2/50мкс;

вивчені особливості впливу нестаціонарного лінійного ПЕ у суцільних та порожнистих круглих циліндричних проводах простішої однорідної двохпровідної ВЛ необмеженої довжини на перекручення та затухання поширюющихся вздовж неї імпульсного мікросекундного струму блискавки 2/50 мкс та імпульсного наносекундного розрядного струму ВЕФУ 5/200 нс;

розроблена нова методика приблизного чисельного розрахунку ХЕМП при розряді однорідної одинарної КФЛ кінцевої довжини на активну зосереджену навантаженість через ідеальний ключ або сильнострумовий газовий комутатор (ГК), що базується на знаходженні у лапласових образах вирішення системи телеграфних рівнянь (СТР) та його послідуючим чисельному зверненні у простір оригіналів на основі застосування розкладання тимчасових залежностей формуючих імпульсів напруги (струму) у узагальнені ряди Фур'є по ортогональним функціям зміщених поліномів Лежандра;

розроблена на основі метода чисельного обернення перетворення Лапласа нова методика приблизного чисельного розрахунку ХЕМП при розряді однорідної одинарної КФЛ кінцевої довжини через іскровой проміжок сильнострумового ГК на однорідну багатопровідну ВЛ кінцевої довжини з суцільними та порожнистими круглими циліндричними проводами та з довільною навантаженістю;

отримано узагальнене співвідношення проміж компонентами імпульсного електромагнітного поля (ІЕМП) на поверхні ізотронного провідника довільної геометричної форми; введено та математично визначено поняття перехідного поверхневого опору для ізотронного провідника та отримані формули для приблизного аналітичного розрахунку перехідних поверхневих опорів стосовно до випробовуючим діяння ВІС та СІМП довільної часової форми необмеженим по довжині нерухомим провідним об'єктам різної геометричної форми (пластини, круглих суцільного та порожнистого циліндрів, суцільної прямокутної шини, суцільних та порожнистих куль);

розроблені нові приблизні граничні умови для необмежених по довжині нерухомих провідних об'єктів плоскої, циліндричної, прямокутної та сферичної форм довільної товщини, що випробовують діяння ВІС та СІМП довільної часової форми;

розроблені та досліджені одномірні чисельні моделі нестаціонарного нелінійного ПЕ у суцільному та порожнистому круглих циліндричних провідниках кінцевої товщини та необмеженої довжини, що випробовують діяння імпульсного струму блискавки 2/50 мкс, експоненціально затухаючого по синусоїді імпульсного розрядного струму ВЕФУ з ЄНЕ та імпульсного струму КЗ промислової частоти;

розроблені методики по визначенню електротермічної стійкості голих та ізольованих круглих циліндричних проводів та кабелів при діянні на них імпульсного струму блискавки 2/50 мкс, та експоненціального затухаючого по синусоїді імпульсного струму розряду ВЕФУ з ЄНЕ;

визначені усереднені амплітудні найбільш допустимі та критичні чисельні значення щільності струму для голих та ізольованих круглих циліндричних проводів та кабелів, що випробовують діяння імпульсного струму блискавки 2/50 мкс, експоненціально затухаючого по синусоїді імпульсного розрядного струму ВЕФУ з ЄНЕ та імпульсного струму КЗ промислової частоти;

вперше встановлені межі застосування найпростішої нелінійної електротеплової моделі для круглих суцільних мідних та алюмінієвих циліндричних проводів, що схильні до діяння експоненціально затухаючого по синусоїді імпульсного розрядного струму ВЕФУ з ЄНЕ, імпульсного струму блискавки 2/50 мкс та імпульсного струму КЗ промислової частоти;

розроблені та досліджені приблизні одно- та двомірні математичні моделі для аналітичного розрахунку електромагнітного та електромеханічного ефектів при ПУБ з імпульсним струмом блискавки 2/50 мкс у тонкостінну металеву обшивку ЛА;

сформульовано безрозмірний критерій електромеханічної стійкості при ПУБ плоского елемента металевої обшивки ЛА та надані практичні рекомендації по її підвищенню до електродинамічної дії ПУБ;

розроблена та досліджена приблизна двомірна математична модель крайового механічного ефекту при стисненні круглої тонкостінної циліндричної металевої оболонки тисненням СІМП у індукторі з КМП прямокутного поперечного перерізу у робочої зоні.

Автор захищає сукупність наукових результатів та технічних рішень, які основані на дослідженнях перехідних електромагнітних, електротеплових та електромеханічних процесів при діянні ВІС та СІМП природного та штучного походження на провідні об'єкти, які складають вирішення значної комплексної науково-прикладної проблеми, щодо забезпечення електромагнітної, електротеплової та електромеханічної стійкостей ряду провідних об'єктів СІТ, електроенергетики, зв'язку та аерокосмічної техніки до діяння на них ВІС та СІМП. Дані наукові результати та технічні рішення включають:

основи теорії нестаціонарного лінійного та нелінійного ПЕ у суцільних та порожнистих циліндричних провідниках при діянні на них ВІС та СІМП, що характерні для ПУБ, сильнострумового затухаючого по синусоїді розряду ВЕФУ з ЄНЕ та КЗ в ланцюгах промислової частоти;

методику розрахування в перехідному режимі наведених імпульсних напруг та струмів у електрично короткому ЕККЗ з круглою суцільною циліндричною оболонкою, що випробовує діяння ПУБ з імпульсним струмом блискавки 2/50 мкс;

методики розрахування у нестаціонарному режимі процесу імпульсного електровиділення та ІЕПА для суцільних та порожнистих круглих циліндричних провідників з імпульсним струмом блискавки 2/50 мкс та затухаючим по синусоїді імпульсним розрядним струмом ВЕФУ з ЄНЕ;

методики розрахування перехідних електромагнітних процесів у двохпровідної ВЛ з імпульсами струму 2/50 мкс та 5/200 нс та хвильових процесів при розряді однорідної одинарної КФЛ кінцевої довжини на зосереджену активну навантаженість або однорідну багатопровідну ВЛ кінцевої довжини з довільною навантаженістю;

нові приблизні граничні умови для провідних об'єктів плоскої, циліндричної, прямокутної та сферичної форм, які випробовують діяння ІЕМП довільної часової форми;

методики по визначенню електротермічної стійкості, найбільш допустимих та критичних значень щільності струму для голих та ізольованих циліндричних проводів та кабелів при ПУБ, сильнострумовим затухаючим по синусоїді розряді ВЕФУ з ЄНЕ та КЗ у силових ланцюгах промислової частоти;

методики по визначенню межі застосування найпростішої нелінійної електротеплової моделі для круглих суцільних мідних та алюмінієвих циліндричних проводів з затухаючим по синусоїді імпульсним розрядним струмом ВЕФУ з ЄНЕ, імпульсним струмом блискавки 2/50мкс та імпульсним струмом КЗ промислової частоти;

основи приблизного розрахунку електромагнітного та електромеханічного ефектів при ПУБ у металеву обшивку ЛА;

основи приблизного розрахунку крайового механічного ефекту при деформації металевої оболонки тисненням СІМП у індукторі з КМП з плоскими торцями;

нові критерії по забезпеченню електромагнітної стійкості при ПУБ електрично короткого ЕККЗ та електромеханічної стійкості при ПУБ металевої обшивки ЛА;

нові науково-технічні рішення та практичні рекомендації з забезпечення електромагнітної, електротермічної та електромеханічної стійкостей проводів, кабелів та металевих оболонок об'єктів СІТ, електроенергетики, зв'язку, авіаційної та ракетно-космічної техніки, що випробовують діяння ВІС та СІМП при ПУБ, сильнострумовим затухаючим по синусоїді розряді ВЕФУ з ЕНЄ та КЗ у ланцюгах промислової частоти.

Практичне значення роботи заключається у наступному:

розроблені інженерні методики аналітичного розрахунку у перехідному режимі активного опору, індуктивності та добротності круглих суцільного та порожнистого циліндричних провідників з імпульсним розрядним струмом ВЕФУ з ЄНЕ та імпульсним струмом блискавки 2/50мкс використовуються при розробці та створенні ВЕФУ з ЄНЕ, розрядні ланцюги яких утримують циліндричні струмоведучі частини;

надані практичні рекомендації по підвищенню електромагнітної стійкості електрично короткого ЕККЗ до діяння ПУБ;

розроблені інженерні методики чисельного розрахунку ХЕМП у розрядних ланцюгах ВЕФУ з КФЛ та ВЛ знайшли практичне застосування при розробці та створенні унікальних випробних ВЕФУ, що генерують ВІС та формують потужні ЕМІ у повітряних об'ємах;

розроблені приблизні граничні умови для ІЕМП на поверхні провідних об'єктів різної геометричної форми представляють велику практичну цінність при вирішенні електродинамічних задач у СІТ при отриманні ВІС та СІМП, області ЕМС, ЕМСТ, електромагнітного екранування, технології МІОМ, радіолокації та ідентифікації ЛА;

розроблені методики по визначенню електротермічної стійкості голих та ізольованих проводів та кабелів до діяння ВІС різної часової форми, встановлені для них значення найбільш допустимих та критичних щільностей імпульсного струму блискавки 2/50 мкс, що затухає по синусоїді розрядного струму ВЕФУ з ЄНЕ та струму КЗ промислової частоти дозволяють забезпечити підвищення надійності роботи та строку служби кабельно-провідникової продукції об'єктів СІТ, зв'язку, ЕЕС та АКС в умовах діяння на них ВІС та СІМП;

встановлені межі застосування найпростішої нелінійної електротеплової моделі дозволяють істотно спростити електротеплові розрахунки круглих суцільних мідних та алюмінієвих циліндричних проводів при діянні на них ВІС та СІМП;

надані практичні рекомендації по забезпеченню електротермічної та електромеханічної стійкостей металевої обшивки ЛА до діяння ПУБ;

встановлена зона впливу крайового механічного ефекту у індукторі з КМП на напружено-деформований стан стисненої тисненням СІМП круглої циліндричної металевої оболонки уявляє практичну значущість для технології МІОМ.

Реалізація результатів роботи. Результати роботи знайшли практичну реалізацію та впровадження при розробці та створенні нових та модернізації існуючих унікальних випробних ВЕФУ, що утримують КФЛ та ВЛ з циліндричними струмопровідами та призначених для отримання ВІС та потужних ЕМІ (Науково-дослідний та проектно-конструкторський інститут (НДПКІ) “Молнія” ХДПУ, м. Харків); у технології МІОМ при визначенні електротермічної стійкості кабельно-провідникової продукції ВЕФУ з ЄНЕ та деформації тисненням СІМП у індукторі з КМП з плоскими торцями трубчастих металевих заготівок (Науково-дослідна лабораторія МІОМ ХДПУ, м. Харків); при забезпеченні стійкості від блискавки об'єктів ракетно-космічної техніки (Державне конструкторське бюро (ДКБ) “Південне” ім.М.К.Янгеля, м. Дніпропетровськ).

Особистий внесок автора. У колективно виконаних роботах особистий внесок автора складається у науковому обгрунтуванні основних ідей, математичному ставленні задач, виборі методів їх рішення, аналізі одержаних теоретичних та експериментальних результатів, формуліровці висновків, розробці узагальненого граничного співвідношення між компонентами ІЕМП на поверхні провідних об'єктів, приблизних граничних умов імпульсної електродинаміки та критеріїв електромагнітної, електротермічної та електромеханічної стійкостей досліджених провідних об'єктів до діяння ВІС та СІМП. Автором самостійно розроблені питання, що зв'язані з розробкою та розвитком теорії перехідних електромагнітних, електротеплових і електромеханічних процесів у досліджених провідних об'єктах СІТ, електроенергетики, зв'язку і аерокосмічної техніки при діянні на них ВІС та СІМП природного та штучного походження.

Апробація роботи. По основним результатам дисертаційної роботи зроблено 12 наукових доповідей на міжнародних, всесоюзних та республіканських симпозіумах та науково-технічних конференціях, у тому числі на:

7-му (м. Дрезден, Німеччина, 1991 р.), 9-му (м. Грац, Австрія, 1995 р.) та 10-му (м. Монреаль, Канада, 1997 р.) міжнародних симпозіумах по високовольтній імпульсній техніці;

11-му (1992 р.), 12-му (1994 р.) та 13-му (1996 р.) міжнародних симпозіумах по ЕМС (м. Вроцлав, Польща);

1-му міжнародному симпозіумі з проблем ЕМС (м. Санкт-Петербург, Росія, 1993 р.);

24-й міжнародної конференції по захисту від блискавки (м.Бірмінгем, Великобританія, 1998 р.);

1-й всесоюзної науково-технічної конференції по стійкості РЕЗ (м.Харків, Україна, 1991 р.);

4-й науково-технічної конференції по проблемам нелінійної електротехніки (м. Київ, Україна, 1992 р.).

Результати роботи у 1993-1999 р.р. обмірковувались та одержали схвалення на засіданнях науково-технічної ради НДПКІ “Молнія” ХДПУ та вченої ради ХДПУ.

Публікації. Основні результати дисертації відображені у 23 статтях, у т.ч. 10 особистих, та 12 наукових працях міжнародних, всесоюзних та республіканських науково-технічних конференцій та симпозіумів.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, шести розділів, заключення, списку використаних джерел, що включає 215 найменування та восьми додатків. Основний текст роботи викладено на 289 сторінках машинописного тексту, ілюструється 95 малюнками та 13 таблицями при повному обсязі роботи на 380 сторінках.

Зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, відображена наукова новизна та практична цінність роботи, приведені дані о зв'язку роботи з науковими планами організації, де виконувалась робота, надані свідчення по впровадженню та апробації результатів, про особистий внесок автора та публікації по темі дисертації.

У першому розділі дається аналіз сучасного питання, що зв'язано з особливостями та результатами електромагнітного, електротеплового та електромеханічного взаємодій ВІС та СІМП природного та штучного походження з провідними об'єктами СІТ, електроенергетики, зв'язку, авіаційної та ракетно-космічної техніки. Сформульовані ціль роботи та основні направлення досліджень, безпосередньо зв'язаних з рішенням проблемних задач дисертації.

У другому розділі розглянуто математичне моделювання нестаціонарного лінійного ПЕ у суцільному та порожнистому немагнітних круглих циліндричних ізотропних провідниках кінцевої товщини з зовнішнім та внутрішнім радіусами та необмеженої довжини при діянні на них ВІС та СІМП, що виникають при ПУБ та відтворенні у ВЕФУ потужного наносекундного імпульсу розрядного струму для випробування провідних об'єктів СІТ, електроенергетики, зв'язку, авіаційної та ракетно-космічної техніки. Дослідження нестаціонарного ПЕ у розглянутих провідниках з азимутальним та аксіальним ІМП, напруженість якого змінюється з часом по довільному закону та задовольняє умовам Дирихле, виявляється вихідним етапом для розрахунку в них імпульсних теплових втрат, їх ІЕПА, наведених при ПУБ імпульсних напруг та струмів в ЕККЗ та визначення у імпульсному режимі екранованих характеристик циліндричних провідних оболонок.

Вперше визначені магнітна та електрична складові перехідної реакції у досліджених циліндричних провідниках на діяння одиничного ступінчастого імпульсу (ОСІ) аксіального струму. З допомогою інтеграла Дюамеля отримані аналітичні вирази, що дозволяють виконувати розрахунки нестаціонарного лінійного ПЕ у вказаних циліндричних провідниках, що випробовують діяння двохекспоненціального імпульсу струму блискавки 2/50мкс з коефіцієнтами форми , та двохекспоненціального імпульсу 5/200 нс з коефіцієнтами форми , розрядного струму ВЕФУ.

Виконано чисельний аналіз сходимості рядів у отриманих виразах, що описують просторово-часові змінення напруженостей азимутального магнітного та аксіального електричного полів у досліджених провідниках з роздивляємими імпульсами струму. При цьому показано, що для практичних діапазонів змінення геометричних параметрів круглих циліндричних провідників при числі членів рядів рівним погрішність розрахунків ІЕМП у них складає менше 1%. Описані особливості проявлення нестаціонарного лінійного ПЕ у круглому суцільному циліндричному алюмінієвому провіднику з імпульсним аксіальним струмом блискавки 2/50мкс. Показано, що у процесі проникнення у глибину немагнітного ізотронного матеріалу циліндричних провідників уніполярного імпульсу аксіального струму блискавки 2/50 мкс відбувається згладжування його фронту та зменшення його амплітуди, що викликаються імпульсними тепловими втратами енергії.

Розроблена методика уточненого розрахунку при ПУБ у ЕККЗ наведених у електрично короткому однокоаксіальному кабелі зв'язку з круглої циліндричної суцільної немагнітної ізотронної провідної оболонкою довільної товщини імпульсних напруг та струмів, що дозволяє при прямому діянні на оболонку кабеля першої компоненти імпульсного струму блискавки 2/50 мкс одержувати кількісні залежності по впливу нестаціонарного лінійного ПЕ у оболонці кабелю на процес формування наведених у ньому імпульсних напруг та струмів . Вперше у часовому представленні отримано аналітичне співвідношення для повного опору зв'язку круглої циліндричної суцільної немагнітної провідної оболонки ЕККЗ, що випробовує пряме діяння аперіодичного двохекспоненціального імпульсу струму блискавки 2/50 мкс.

Показано, що при ПУБ з постійною часу спаду аперіодичного двохекспоненціального імпульсу струму блискавки 2/50 мкс вплив нестаціонарного лінійного ПЕ у оболонці ЕККЗ на зниження у кабелях зв'язку атмосферних перенапруг найбільш сильно проявляється для ЕККЗ з постійною часу оболонки кабелю рівною. Виконання на практиці даного співвідношення забезпечує при ПУБ істотне підвищення електромагнітної стійкості ЕККЗ.

Вперше отримані узагальнені та приватні формули для точного розрахування та аналізу нестаціонарного лінійного ПЕ у необмеженому по довжині немагнітному ізотропному порожнистому круглому провідному циліндрі довільних поперечних розмірів. що збуджується циліндричною хвилею зовнішнього однорідного аксіального ІМП, що змінюється у часі по довільному закону та закону експоненціально затухаючої синусоїди.)

Уявлені особливості у розподілах у імпульсному режимі напруженостей аксіального магнітного та азимутального електричного полів у тонкостінному суцільному алюмінієвому циліндрі, що випробовує діяння експоненціально затухаючого по синусоїді зовнішнього однорідного аксіального ІМП, що формує у ВЕФУ з ЄНЕ. Встановлено, що при числі членів у рядах для напруженостей аксіального ІМП та азимутального імпульсного електричного поля (ІЕП) рівному погрішність розрахунку ІЕМП у тонкостінному () алюмінієвому циліндрі не перевищує 1%. З аналізу отриманих результатів слідує, що в імпульсному режимі амплітуда першої полухвилі напруженості азимутального ІЕП на зовнішній поверхні роздивляючого алюмінієвого циліндра значно менше (приблизно на 31%), ніж у стаціонарному. Для порівняння слідує відмітити, що згідно відомим даним у випадку проникнення плоскої ЕМХ у масивний циліндричний провідник різниця, яка розглядається для напруженості ІЕП, складає примірно 12%.

Третій розділ присвячено розгляданню питань, зв'язаних з розробкою методів розрахунку імпульсних теплових втрат та ІЕПА (активного опору, індуктивності та добротності) для суцільного та порожнистого немагнітних ізотронних круглих циліндричних провідників з урахуванням впливу нестаціонарного лінійного ПЕ. На основі закону Джоуля-Ленца розроблена методика розрахунку у перехідному режимі теплової енергії, що виділяється у немагнітних ізотропних суцільному та порожнистому круглих циліндричних провідниках довільної товщини при діянні на них аксіального імпульсного струму, що змінюється з часом по законам експоненціально затухаючого по синусоїді та аперіодичного двохекспоненціального імпульсів розрядного струму ВЕФУ з ЄНЕ. Описані особливості процесу імпульсного енерговиділення у досліджених циліндричних провідниках при діянні на них розглядаючих імпульсів струму. З отриманих результатів слідує, що виділювані у імпульсному режимі у циліндричних провідниках значення теплової енергії істотно залежать від відносних товщин для суцільного та для порожнистого провідників, де , -- товщини відповідних скін-шарів. При та, тобто для масивних провідників, вплив нестаціонарного лінійного ПЕ на значення розсіювачої у провідниках теплової енергії зростає та стає особливо істотним при оцінці балансу електромагнітної енергії у розрядному контурі ВЕФУ з ЄНЕ. Показано, що у перехідному режимі для незатухаючого синусоїдального імпульсного струму (,-- відповідно коефіцієнт затухання та кругова частота розрядного струму) на ділянці другого полуперіоду коливань значення теплової енергії, що виділяється у циліндричних провідниках, досягають своїх максимальних значень. Для немасивних циліндричних провідників (,=1) різниці у значеннях у залежності від номеру полуперіоду коливань імпульсного синусоїдального струму не підвищують 1%, що з'ясняється помітним ослабленням впливу нестаціонарного лінійного ПЕ на протікаючи всередені немасивних циліндричних провідників перехідні електромагнітні процеси.

Показано, що у перехідному режимі для усереднених на довільному часовому інтервалі значень активного опору , внутрішньої індуктивності та добротності розглядаючих циліндричних провідників довільної товщини справедливі співвідношення:

На основі (3.1) -- (3.3) та результатів розрахунку нестаціонарного лінійного ПЕ вперше розроблені методики розрахунку у імпульсному режимі значень ІЕПА , та для суцільного та порожнистого круглих циліндричних провідників довільного поперечного перерізу з аксіальним імпульсним струмом, що змінюється з часом по законам експоненціально затухаючої синусоїди та аперіодичного двохекспоненціального імпульсу струму блискавки. Встановлено, що у першому випадку вплив нестаціонарного лінійного ПЕ на імпульсні електричні параметри , та найбільш сильно проявляється для масивних суцільного та порожнистого циліндричних провідників у інтервалі двох перших полухвиль імпульсного струму. При цьому активні опори розглядаючих провідників у перехідному режимі значно менші, а їх внутрішні індуктивності та добротності більші, чим при встановившемся. Показано, що ці різниці у значеннях ІЕПА , та можуть складати до 60% у залежності від значень співвідношень товщин циліндричних провідників та скін-шарів та значень коефіцієнту затухання синусоїдального струму. Для тонкостінних суцільного () та порожнистого () циліндричних провідників вплив нестаціонарного лінійного ПЕ на їх ІЕПА незначно (менше 9%). У другому випадку встановлено, що на ділянці тривалості імпульсу струму блискавки 2/50 мкс усереднені значення активних опорів становлять у декілька разів більше, а усереднені значення внутрішніх індуктивностей масивних циліндричних провідників у декілька разів менше, ніж їх електричні параметри та при постійному струмі. Виявлено, що на дільниці фронту імпульсу струму блискавки 2/50 мкс для масивних суцільного та порожнистого циліндричних провідників різниці у значеннях електричних параметрів , та , зростають та досягають десяти та більш разів. Вперше розрахунковим шляхом показано, що у імпульсному режимі при виконанні умови для випадку аксіального діяння на порожнистий циліндричних провідник експоненціально затухаючою по синусоїді розрядного струму ВЕФУ з ЄНЕ, а також при умові для випадку діяння на розглядаючий провідник імпульсу струму блискавки 2/50 мкс практично відсутня залежність його ІЕПА від часових параметрів імпульсного струму (кругової частоти , тривалості фронту та тривалості імпульсу ), що діє на немагнітний ізотронний порожнистий циліндричних провідник, що має важливе практичне значення при розробці та створенні трубчастих шунтів для виміру ВІС. Отримані нові дані про вплив співвідношення товщин суцільного та порожнистого циліндричних провідників та скін-шарів на значення їх ІЕПА у імпульсному режимі дозволяють уточнити вибір товщини стінки циліндричної ошиновки ВЕФУ з ЄНЕ, що призначені для отримання ВІС та СІМП, у залежності від значень глибини проникнення ІЕМП у матеріал її струмопроводів та функціонального призначення їх розрядного контуру. Крім того, отримані результати дозволяють істотно уточнити з урахуванням впливу нестаціонарного лінійного ПЕ розрахунки імпульсних опорів циліндричних струмоведучих частин грозозахисних заземлень, що, у свою чергу, приводить до більш точного аналітичного визначення поверхневої температури у круглих циліндричних відводів від блискавки.

У четвертому розділі дисертації приведені результати досліджень по розробці методів розрахування та аналізу перехідних процесів та ХЕМП у однорідних ВЛ та КФЛ кінцевої довжини ЕЕС та розрядних ланцюгів ВЕФУ для отримання ВІС та потужних ЕМІ з урахуванням впливу нестаціонарного лінійного ПЕ у циліндричних струмопроводів. Розроблені методики приблизного аналітичного розрахунку перехідних електромагнітних процесів у найпростішої однорідної двохпровідної ВЛ “одиночний циліндричний провід -- провідна плоскість землі” необмеженої довжини, що випробовує діяння мікросекундного імпульсу струму блискавки 2/50 мкс або наносекундного імпульсу розрядного струму ВЕФУ 5/200нс, що дозволяють кількісно оцінити вплив нестаціонарного лінійного ПЕ та зв'язаного з ним імпульсного тепловиділення у немагнітних суцільному та порожнистому круглих циліндричних проводах довільної товщини, а також геометричних та електрофізичних параметрів дослідженої ВЛ на викривлення та затухання, що поширюються вздовж неї вказаних імпульсів струму, що викликають з'явлення у проводах ЕМХ довжиною . Показано, що для “великих” довжин пробігу імпульсної хвилі струму блискавки 2/50 мкс (м) або імпульсної хвилі розрядного струму ВЕФУ 5/200 нс (м) імпульсні теплові втрати енергії у масивних суцільному та порожнистому циліндричних проводах дослідженої ВЛ викликають значне сглажування (уширення) фронту та затухання амплітуд розглядаючих імпульсів струму та імпульсів радіального ІЕП поблизу проводів ВЛ. Для немасивних суцільних ( та порожнистих циліндричних проводів ВЛ деформації фронту хвиль струму та радіального ІЕП з-за імпульсних теплових втрат енергії у проводах ВЛ не відбувається, а має місце майже їх затухання. При цьому викривлень на спаді хвиль струму та імпульсів радіального ІЕП практично не спостерігається, а їх затухання відбувається тим інтенсивніше, чим менше значення висоти підвіски проводів над землею, зовнішнього радіусу , товщини стінки () та питомої електропроводимості матеріалу проводів ВЛ. Отримані дані по розрахунку перехідних електромагнітних процесів у ВЛ з імпульсними струмами 2/50 мкс та 5/200 нс можуть бути використані при оцінці ЕМС та ЕМСТ ряду технічних засобів (ВЛ ЕЕС, ВЛ ВЕФУ, засобів зв'язку) до діяння ВІС та потужних ЕМІ.

Розроблені методики приблизного чисельного розрахунку ХЕМП при розряді одинарної однорідної КФЛ кінцевої довжини через ідеальний ключ або сильнострумовий ГК на активну зосереджену навантаженість або однорідну багатопровідну ВЛ кінцевої довжини з суцільними та порожнистими циліндричними проводами та з довільної навантаженістю . Чисельні розрахунки основані на знаходженні у лапласових образах рішень СТР та їх послідуючем чисельном оберненні у простір оригіналів на базі застосування розкладання часових залежностей формуючих у КФЛ, ВЛ та на навантажені імпульсів напруг (струму) у узагальнені ряди Фур'є по ортогональним функціям зміщених поліномів Лежандра. Визначені умови застосування СТР у ланцюгах розряду однорідної одинарної КФЛ на однорідну багатопровідну ВЛ та активне (довільне) навантаження. Розроблені методики дозволяють у хвильовому режимі визначати вплив нестаціонарного лінійного ПЕ та викликаних їм імпульсних теплових втрат енергії у циліндричних струмопроводах КФЛ та проводах ВЛ, геометричних та електрофізичних параметрів КФЛ, ВЛ, ГК та навантаження та втрат на випромінювання у ВЛ на амплітудно-часові параметри (АЧП), що формуються у КФЛ, ВЛ та на навантаженості імпульсів напруги та струму. Встановлено, що при чисельних розрахунках ХЕМП у дослідженому розрядному ланцюгу КФЛ з багатопровідною ВЛ на основі метода чисельного обернення перетворення Лапласа з сумарною погрішністю не більше 5% число ланцюжків у повному внутрішньому операторному опору циліндричних струмопроводів КФЛ та ВЛ може не перевищувати 10, а число зміщених поліномів Лежандра -- 11. Показано, що у хвильовому режимі імпульсні теплові втрати енергії у трубчастих стальних циліндричних струмопроводах дослідженої КФЛ викликають збільшення (до 17%) тривалості фронту та зменшення (до 14%) амплітуди імпульсів напруги (струму) на активної зосередженої навантаженості . У результаті чисельних розрахунків встановлено, що при розряді одинарної КФЛ застосування у ВЛ немагнітних циліндричних проводів замість феромагнітних забезпечує істотне зменшення тривалості фронту та затухання формуючих у ВЛ імпульсів напруги та струму. Показано, що у хвильовому режимі урахування імпульсних теплових втрат енергії у масивних трубчастих стальних циліндричних струмопроводах КФЛ та у суцільних мідних циліндричних проводах ВЛ доводить до збільшення (до 25%) тривалості фронту та зменшенню (до 12%) амплітуди формуючих у дослідженої ВЛ імпульсів напруги (струму), а втрати на випромінювання у ВЛ доповняльно збільшують затухання імпульсів напруги (до 15% у середині та до 28% у кінці ВЛ) та струму (до 14% у середині та до 27% у кінці ВЛ). Використання у ВЛ трубчастих алюмінієвих циліндричних струмопроводів по зрівненю з суцільними мідними циліндричними проводами дозволяє у розрядному ланцюгу однорідної одинарної КФЛ зменшити (до 10%) тривалість фронту формуємих у середині дослідженої ВЛ імпульсів напруги, але одночасно при цьому та збільшити (до 15%) їх затухання.

З проведеного зрівняння пропонованого алгоритму чисельного розрахунку ХЕМП у ланцюгу розряду однорідної одинарної КФЛ на активну навантаженість , основаного на чисельному оберненні перетворення Лапласа, з відомими методами розрахунку хвильових процесів у електричних ланцюгах з розподіленими параметрами (методом однорідних ланцюгових схем та методом оберненого перетворення Фур'є по Карсону) слідує, що описаний у дисертації алгоритм вигідно відрізняється від вказаних відомих методів розрахунку як у частині затрат процесорного часу, так і вимагаємого об'єму пам'яті ЕЦВМ (ПЕВМ). Отримані результати по розрахунку ХЕМП у досліджених електричних ланцюгах знайшли прикладне застосування при розробці та створення унікальних випробувальних ВЕФУ з одинарними КФЛ і багатопровідними ВЛ для отримання ВІС та потужних ЕМІ.

П'ятий розділ присвячено розробці приблизних граничних умов для нерухових немагнітних ізотропних провідних об'єктів різної геометричної форми, що використовані у СІТ, авіаційної та ракетно-космічної техніці, електроенергетиці і зв'язку при діянні на них ВІС і СІМП, що змінюються з часом по довільному закону. У даному розділі сформульовано узагальнене граничне співвідношення імпульсної електродинаміки для ІЕМП, що діють на поверхню провідних об'єктів довільної форми, у такому вигляді:

З (5.2) слідує, що перехідний поверхневий опір провідного об'єкту чисельно рівно напруженості ІЕП на його поверхні , щовипробовує діяння ОСІ напруженості зовнішнього магнітного поля . З допомогою (5.2) отримані формули для аналітичного розрахунку перехідних поверхневих опорів стосовно до випробовуючим діяння ВІС та СІМП необмеженим по довжині та довільного поперечного перерізу нерухомим немагнітним ізотронним провідним пластини, суцільного та порожнистого круглих циліндрів при їх одно- та двостороннім електромагнітному збудженні аксіальним та азимутальним ІПМ. Подібні формули для отримані також для двопровідного коаксіального кабелю, провідних суцільної прямокутної шини, суцільних та порожнистих куль.

На основі узагальненого співвідношення (5.1) розроблені приблизні граничні умови для нерухомих немагнітних ізотронних провідних об'єктів плоскої, циліндричної, прямокутної та сферичної форм довільної товщини, що випробовують діяння ВІС та СІМП довільної часової форми. Встановлено, що співвідношення між напруженостями ІМП і ІЕП на поверхні досліджених провідних об'єктів та їх перехідний поверхневий опір істотно залежить від просторової орієнтації вектора напруженості діючого ІМП відносно поздовжньої осі об'єкту. Певність отриманих аналітичних граничних співвідношень підтверджена результатами приведених чисельних розрахунків та їх зрівнянням з відомими даними. Визначені технічні області використання розроблених приблизних граничних умов імпульсної електродинаміки для нерухомих немагнітних ізотропних провідних об'єктів, схильних діянню ВІС та СІМП.

У шостому розділі приведені результати математичного і фізичного моделювання перехідних електромагнітних, електротеплових та електромеханічних процесів у немагнітних ізотропних провідних об'єктах СІТ, електроенергетики та аерокосмічної техніки при діянні на них ВІС та СІМП. Розроблені та досліджені одномірні математичні моделі та алгоритми чисельного вирішення за допомогою методу кінцевих різниць нелінійних електротеплових задач для немагнітних ізотропних суцільного і порожнистого круглих циліндричних провідників кінцевої товщини та необмеженої довжини, що випробовують у умовах конвективного теплообміну з оточуючим середовищем аксіальне діяння імпульсного струму блискавки 2/50мкс, експоненціально затухаючого по синусоїді імпульсного розрядного струму ВЕФУ з ЄНЕ та імпульсного струму КЗ промислової частоти. У розроблених моделях прийнято, що питома електропроводимість матеріалу провідників є змінною величиною, що залежить від теплоутримування (температури) провідників, а питома теплоємкість та коефіцієнт теплопровідності матеріалу досліджених провідників приймають постійні значення.

Показано, що нестаціонарні нелінійні електромагнітні та електротеплові процесі у досліджених циліндричних струмопроводів для напруженості азимутального ІМП та перевищення температури описуються слідуючими диференціальними рівняннями 2-го порядку з частинними похідними:

Встановлені особливості виявлення нестаціонарного нелінійного ПЕ у суцільному та трубчастому мідному та алюмінієвому круглих циліндричних проводах при діянні на них вказаних вище виглядів ВІС. Показано, що при аналізі діяння розгляданих видів аксіального імпульсного струму на циліндричні провідники на ділянках тривалості перехідних процесів впливом конвективної тепловіддачі з їх поверхней, що охолоджуються високошвидкісним повітряним потоком, та теплопровідності матеріалу провідників у інженерних електротеплових розрахунках можливо зневажати.

На основі результатів розрахунків нелінійних електромагнітних і електротеплових процесів розроблені нові методики по визначенню електротермічної стійкості голих та ізольованих круглих немагнітних ізотропних циліндричних проводів та кабелів з полівінілхлоридною (ПВХ), резиновою (Р) та поліетиленовою (ПЕ) ізоляцією з суцільною та розщепленою жилами при аксіальному діянню на них першої компоненти імпульсного струму блискавки 2/50 мкс та експоненціально затухаючого по синусоїді імпульсного струму розряду ВЕФУ з ЄНЕ. Дані методики мають важливе практичне значення і дозволяють забезпечити економію, підвищення надійності роботи та строку служби кабельно-провідникової продукції об'єктів СІТ, зв'язку, ЕЕС та АКС в умовах діяння на них вказаних видів ВІС.

Визначені усереднені амплітудні найбільш допустимі (по умовам забезпечення механічної міцності та електротермічної стійкості ізоляції і матеріалу провідника) та критичні (по умовам розплавлення і ЕВ матеріалу провідника) чисельні значення щільності струму для голих та ізольованих круглих циліндричних проводів та кабелів з ПВХ, Р і ПЕ ізоляцією, що випробовують аксіальне діяння імпульсного струму блискавки 2/50мкс, експоненціально затухаючого по синусоїді імпульсного струму розряду ВЕФУ з ЄНЕ та імпульсного струму КЗ промислової частоти. Експериментальними даними підтверджені правомірність прийнятого підходу до їх визначення і певність результатів розрахунку критичних щільностей струму для суцільної мідної жили радіочастотних кабелів типу РК з суцільною ПЕ ізоляцією при діянні на них імпульсного затухаючого синусоїдального струму розряду ВЕФУ з ЄНЕ. Показано, що при ПУБ для неізольованих круглих циліндричних проводів усереднені амплітудні найбільш допустимі значення щільності імпульсного струму блискавки 2/50мкс для мідних проводів складають не більше 26кА/мм2, для алюмінієвих -- 13кА/мм2 і для стальних -- 6 кА/мм2. Встановлено, що при ПУБ усереднені амплітудні найбільш допустимі значення імпульсного струму блискавки 2/50мкс для круглих циліндричних проводів і кабелів з ПВХ і Р ізоляцією у суцільних мідних жилах (екранах) складають не більше 19 кА/мм2, у алюмінієвих -- 11 кА/мм2, а з ПЕ ізоляцією відповідно не більше 16 і 9кА/мм2. При цьому усереднені амплітудні критичні значення щільності імпульсного струму блискавки 2/50 мкс для мідних жил (екранів) голих та ізольованих круглих проводів та кабелів складають не менше 73кА/мм2, а для алюмінієвих -- 53кА/мм2.

Показано, що при характерних для СІТ значень кГц для радіочастотних кабелів типу РК з суцільною ПЕ ізоляцією усереднене найбільш допустиме амплітудне значення щільності експоненціально затухаючого по синусоїді імпульсного розрядного струму ВЕФУ з ЄНЕ при у суцільної круглої мідної жилі не повинно збільшувати 45кА/мм2, а при =0,0569 -- 33кА/мм2. З проведених розрахунків і експериментів слідує, що при =0,185 усереднене амплітудне критичне значення щільності імпульсного експоненціально затухаючого по синусоїді струму розряду ВЕФУ з ЄНЕ для суцільної круглої мідної жили радіочастотних кабелів типу РК з суцільною ПЕ ізоляцією складає не менше 115кА/мм2, а при =0,0569 -- 86кА/мм2. Розрахунковим шляхом виявлено, що усереднені амплітудні найбільш допустимі значення щільності струму КЗ промислової частоти при тривалості КЗ рівною для голих мідних і алюмінієвих круглих проводів складають відповідно не більше 0,45 і 0,25кА/мм2, для мідних та алюмінієвих круглих проводів та кабелів з ПВХ та Р ізоляцією -- відповідно не більше 0,36 і 0,22кА/мм2, а з ПЕ ізоляцією -- відповідно не більше 0,32 і 0,19 кА/мм2. При цьому усереднені амплітудні критичні значення щільності струму КЗ промислової частоти для круглих мідних і алюмінієвих жил (екранів) голих та ізольованих проводів та кабелів складають відповідно не менше 0,71 і 0,36кА/мм2.