 |
کابل زیردریایی 2 – اثرات خازنی
معرفی
این آموزش یک مدل المان محدود دوبعدی یک کابل زیردریایی سه هسته‌ای استاندارد XLPE HVAC 1 با روکش سربی ، با مقطع رسانای اصلی 500 میلی‌متر مربع و ولتاژ فاز به فاز 220 کیلو ولت را مورد بحث قرار می‌دهد . اثرات خازنی تجزیه و تحلیل می شود. این آموزش این فرض را تأیید می کند که برای ظرفیت خازنی و جریان های شارژ، رویکردهای تحلیلی به اندازه کافی دقیق هستند (تأیید را شامل می شود).
تاثیر خواص مواد، طول کابل و انواع اتصال مورد بحث قرار می گیرد. این مدل رویکرد انتخاب شده در آموزش های بعدی این مجموعه را توجیه می کند، به ویژه، آموزش های خازنی پیوند و اثرات القایی (فصل های 3 و 4).
تعریف مدل
هندسه کابل در شکل 1 نشان داده شده است . این یک مقطع دقیق را توصیف می کند (همانطور که در آموزش مقدمه ساخته شده است ). تعداد زیادی از خواص مواد برای فلزات، پلیمرها و بستر دریا گنجانده شده است.
شکل 1: سطح مقطع کابل شامل سه فاز (زرد)، صفحه نمایش (قرمز)، XLPE (سفید)، زره (آبی) و فیبر (سبز).
مبانی نظری
این مدل یک مسئله بقای جریان دوبعدی در صفحه را در حوزه فرکانس حل می کند. این شامل موارد زیر است:
(1)
برای میدان الکتریکی، قانون گاوس، و بقای جریان. شکل دیفرانسیل در اینجا همراه با سیستم واحد SI استفاده می شود : E ، D و J به ترتیب در V/m ، C/m2 و A /m2 هستند . توجه داشته باشید که تعریف میدان الکتریکی صرفاً با استفاده از گرادیان پتانسیل الکتریکی – در نتیجه عبارات مبتنی بر پتانسیل بردار مغناطیسی A را در نظر نمی‌گیریم – فقط زمانی معتبر است که میدان الکتریکی بدون پیچش باشد . وقتی قانون فارادی صفر می شود:
(2)
اگر میدان الکتریکی بدون پیچ و تاب نباشد، چیزی به نام پتانسیل الکتریکی منحصر به فرد V وجود نخواهد داشت (حتی با وجود محدودیت های مرزی مناسب). در این موارد می توانید در امتداد یک حلقه بسته راه بروید، میدان الکتریکی را در حین حرکت یکپارچه کنید (برای تعیین پتانسیل محلی)، و در نهایت در همان نقطه با پتانسیل الکتریکی متفاوت با پتانسیلی که با آن شروع کرده اید قرار بگیرید. تعریف میدان الکتریکی انتخاب شده 
اساساً به این معنی است که میدان‌های الکتریکی درون صفحه ناشی از القای الکترومغناطیسی ناچیز فرض می‌شوند.
اساساً به این معنی است که میدان‌های الکتریکی درون صفحه ناشی از القای الکترومغناطیسی ناچیز فرض می‌شوند.مسلماً، مدل‌های پیچش سه‌بعدی در آموزش جلوه‌های القایی سه‌بعدی به شما نشان می‌دهند که میدان‌های الکتریکی درون صفحه‌ای که به‌صورت مغناطیسی القا می‌شوند، شکل می‌گیرند ، و بدون پیچ‌خوردگی نیستند (آنها گرداب‌های کوچکی را در رساناها ایجاد می‌کنند). با این حال، این میدان‌های الکتریکی در حد چند ولت بر متر هستند. آنها کاملاً تحت الشعاع میدان های الکتریکی بدون پیچش از ولتاژ فاز به زمین 127 کیلو ولت هستند . و حتی اگر مرتبه بزرگی یکسانی داشتند، جهت آنها به گونه ای است که به پدیده خازنی فاز به زمین کمکی نمی کنند. این مجموعه روابط نشان داده شده در معادله 1 را توجیه می کند .
جدا از تعاریف بالقوه و قوانین حفاظت، ما روابط سازنده زیر را داریم (آنهایی که حاوی خواص مواد هستند):
(3)
برخی از افراد ممکن است ترجیح دهند جریان جابجایی را در تعریف جریان بگنجانند . این به شما می دهد 
و 
برای قانون حفاظت فعلی و تعریف فعلی، به ترتیب.
و 
برای قانون حفاظت فعلی و تعریف فعلی، به ترتیب.صرف نظر از قراردادی که انتخاب می‌کنید، وقتی همه چیز را کنار هم می‌گذارید، به معادله دیفرانسیل جزئی دو بعدی زیر برای متغیر وابسته V می‌رسید :
(4)
رابط جریان های الکتریکی از این قانون حفاظت برای تعیین مقدار V در دامنه ها استفاده می کند. برای مرزها، چندین شرط دیریکله استفاده می شود. برای سه فاز با ولتاژ فاز به زمین V 0 داریم:
(5)
که در آن یک توان مختلط 
برای تنظیم یک تغییر فاز 120 درجه بین فازها استفاده می شود. در ترکیب با 
برای زمین (شرایط بی نهایت استفاده شده در مرز بیرونی)، این مجموعه کاملی از معادلات را به شما می دهد.
برای تنظیم یک تغییر فاز 120 درجه بین فازها استفاده می شود. در ترکیب با 
برای زمین (شرایط بی نهایت استفاده شده در مرز بیرونی)، این مجموعه کاملی از معادلات را به شما می دهد.رویکرد مدلسازی
آموزش با اصول اولیه، با اعمال پتانسیل در فازها و بستر دریا، با استفاده از ویژگی ترمینال و زمین شروع می شود . در نتیجه صفحه‌ها شناور می‌مانند و ویژگی‌هایی مانند ظرفیت خازنی نسبتاً بی‌اهمیت هستند.
با این حال، در عمل، صفحه نمایش ها معمولاً زمین هستند. برای تعیین خواص خازنی کابل در هر فاز بر حسب μF/km ، اغلب از رابطه تحلیلی برای خازن های کواکسیال استفاده می شود:
(6)
که در آن ε 0 ε r به گذردهی مقره اشاره دارد و R 1 ، R 2 به ترتیب به شعاع بیرونی و داخلی عایق اشاره دارد. از ظرفیت C و ولتاژ اعمال شده V 0 ، جریان شارژ در هر فاز بر حسب A/km را می توان به صورت زیر بدست آورد:
(7)
معادله 6 به طور ضمنی یک عایق کامل را فرض می کند که بین دو هادی کامل قرار گرفته است. علاوه بر این، فرض می‌کند که هر فاز همراه با صفحه آن را می‌توان یک مشکل مجزا در نظر گرفت: اثرات خازنی بین صفحه‌ها و زمین کاملاً نادیده گرفته می‌شوند.
به عبارت دیگر، فازها در در نظر گرفته می‌شوند 
، صفحه‌ها به صورت زمینی در نظر گرفته می‌شوند و جریان‌های خارج از صفحه‌ها صفر در نظر گرفته می‌شوند. در نزدیکی زمین و نقطه تغذیه، این فرضیات معتبر به نظر می رسند. با این حال، پس از 10 کیلومتر کابل، با اتصال تک نقطه ای 2 ، شرایط کمتر واضح است. نتایج حاصل از جلوه‌های القایی و آموزش‌های خازنی پیوند برای حدس زدن دقیق در مورد میزان انحراف پتانسیل‌های فاز و صفحه از مقدار خود در نزدیکی نقطه زمین استفاده می‌شود.
، صفحه‌ها به صورت زمینی در نظر گرفته می‌شوند و جریان‌های خارج از صفحه‌ها صفر در نظر گرفته می‌شوند. در نزدیکی زمین و نقطه تغذیه، این فرضیات معتبر به نظر می رسند. با این حال، پس از 10 کیلومتر کابل، با اتصال تک نقطه ای 2 ، شرایط کمتر واضح است. نتایج حاصل از جلوه‌های القایی و آموزش‌های خازنی پیوند برای حدس زدن دقیق در مورد میزان انحراف پتانسیل‌های فاز و صفحه از مقدار خود در نزدیکی نقطه زمین استفاده می‌شود.در مورد مشکلات بد مطرح شده
این مدل دارای یک کنتراست بسیار بزرگ در رسانایی است، در حدود 
، که σ cu به رسانایی مس اشاره دارد و ωε 0 را می توان رسانایی جریان جابجایی در هوا در نظر گرفت (منطق پشت این موضوع از معادله 4 به دست می آید ). این تضاد بزرگ منجر به چیزی می شود که به عنوان یک مشکل نامناسب شناخته می شود .
، که σ cu به رسانایی مس اشاره دارد و ωε 0 را می توان رسانایی جریان جابجایی در هوا در نظر گرفت (منطق پشت این موضوع از معادله 4 به دست می آید ). این تضاد بزرگ منجر به چیزی می شود که به عنوان یک مشکل نامناسب شناخته می شود .سطح مقطع کابل اساساً یک سیستم پیچیده از مقاومت ها و خازن ها است. جریان، هنگام عبور از فاز به زمین، با یک امپدانس بسیار بزرگ (XLPE) مواجه می شود. سپس با یک امپدانس بسیار کوچک (صفحه نمایش) مواجه می شود و در پلی اتیلن ادامه می یابد (با فرض اینکه سرب یک پتانسیل شناور باشد).
از آنجایی که امپدانس XLPE حدود 10 15 برابر بزرگتر از امپدانس در لید است، افت ولتاژ در سرب حدود 10 15 برابر کوچکتر خواهد بود. این افت ولتاژ از نظر عددی کاملاً ناچیز است. حل این تضاد بزرگ به دقت بسیار بالایی نیاز دارد (و در نتیجه، منابع محاسباتی زیادی). با این حال، این افت ولتاژ برای تعیین میزان جریان عبوری از فلز مورد نیاز است.
یک راه حل این است که فقط کنتراست را به سطحی کاهش دهیم که بتوان آن را راحت تر حل کرد. حدود 10 6 تا 10 10 . هنگامی که به جریان (و گرادیان پتانسیل) در عایق ها علاقه دارید، ماده ای با رسانایی 108 برابر بیشتر برای مدل سازی رفتار فلزی کافی است. همچنین به همین دلیل است که ترکیب نیمه رسانا مانند یک فلز رفتار می کند – و همینطور بستر دریا – حتی اگر رسانایی آن کمتر از آب دریا باشد.
کاهش کنتراست به طور قابل توجهی بر دقت تأثیر نمی گذارد، زیرا امپدانس XLPE همچنان به طور کامل بر نتایج تسلط دارد: فقط یک مقاومت 1 Ω و یک μ Ω را به صورت سری در مقایسه با مقاومت 1 Ω و 1 p Ω تصویر کنید. جریان مشابه خواهد بود.
راه حل دیگر این است که دامنه فلزی را به طور کلی از مدل حذف کنید و به جای آن یک شرط مرزی هم پتانسیل را روی مرزهای بیرونی آن قرار دهید. در آن صورت، توزیع پتانسیل در داخل فلز دیگر بخشی از مدل اجزای محدود نیست. کاملا ثابت فرض می شود. این رویکردی است که توسط ویژگی های ترمینال استفاده می شود . از نظر مقاومت هایی که به صورت سری قرار می گیرند، به این معنی است که مقاومت 1 p Ω به طور کلی از مدار حذف می شود.
لطفاً توجه داشته باشید، هنگامی که عایق ها و فلزات را به صورت موازی قرار می دهید، این فلزات هستند که غالب هستند (این مورد در آموزش Bonding Capacitive نشان داده شده است ). هنگامی که این مورد است، اغلب این عایق ها هستند که حذف می شوند، یا خواص مواد متضاد کمتری به آنها داده می شود. مردم با حذف عایق ها از مدل جریان الکتریکی بسیار راحت تر هستند. بدیهی است که این همیشه مناسب نیست.
نتایج و بحث
برای 10 کیلومتر کابل با اتصال تک نقطه ای اعمال شده و تمام اثرات القای ولتاژ در فاز – بدترین سناریوی 3 – به نظر می رسد که تقریب تحلیلی برای ظرفیت کابل ( معادله 6 ) همچنان برقرار است: 0.14 μF/km .
افت پتانسیل فاز در طول کابل به دلیل مقاومت AC 490 ولت برآورد شده است . انتظار می رود افزایش پتانسیل صفحه نمایش حداکثر 83 ولت + 473 ولت باشد، به ترتیب از اثرات خازنی و القایی (همانطور که در آموزش های Bonding Capacitive و Bonding Inductive مشاهده می شود ). به لطف پتانسیل بزرگ تغذیه فاز به زمین 127 کیلو ولت (همانطور که توسط 
) ارائه شده است، همه این ولتاژهای ثانویه ناچیز نشان داده شده است 4 .
) ارائه شده است، همه این ولتاژهای ثانویه ناچیز نشان داده شده است 4 .
شکل 2: بخش واقعی توزیع پتانسیل مقطعی در فاز 
.
.با پتانسیل صفحه نمایش نسبتا نزدیک به صفر، جفت خازنی بین صفحه نمایش ناچیز است. این رویکرد “فاز ایزوله” انتخاب شده در آموزش Bonding Capacitive را توجیه می کند . علاوه بر این، چگالی جریان درون صفحه به دلیل اثرات خازنی در مقایسه با چگالی جریان خارج از صفحه اعمال شده و القایی ناچیز است. حدود 2.95 · 10 7 برابر کوچکتر.
این تا حدی رویکرد انتخاب شده در آموزش جلوه های القایی را توجیه می کند ، جایی که جریان های درون صفحه نادیده گرفته می شوند. علاوه بر این، به ما می‌گوید مدل‌های کابل سه‌بعدی معمولاً روی بخش القایی (یا حرارتی) دستگاه تمرکز می‌کنند، زیرا برای حل تراکم‌های جریان جابجایی کوچک در صفحه همراه با چگالی‌های جریان رسانش خارج از صفحه بسیار قوی‌تر نیاز است. یک دقت عددی غیر عملی
در سطح مقطع کابل، کنتراست زیاد در خواص مواد (همانطور که توسط 
) نشان داده شده است، این امکان را فراهم می کند که پلی اتیلن متقاطع (XLPE) را یک عایق کامل و سرب (Pb) یک رسانای عالی – مس را حتی بیشتر در نظر بگیریم. بنابراین. حتی ترکیب نیمه رسانا با رسانایی حدود 2 S/m را می توان یک رسانای کامل در نظر گرفت. این نیز مطابق با تقریب تحلیلی است، همانطور که در معادله 6 نشان داده شده است .
) نشان داده شده است، این امکان را فراهم می کند که پلی اتیلن متقاطع (XLPE) را یک عایق کامل و سرب (Pb) یک رسانای عالی – مس را حتی بیشتر در نظر بگیریم. بنابراین. حتی ترکیب نیمه رسانا با رسانایی حدود 2 S/m را می توان یک رسانای کامل در نظر گرفت. این نیز مطابق با تقریب تحلیلی است، همانطور که در معادله 6 نشان داده شده است .
شکل 3: هنجار چگالی جریان جابجایی در عایق XLPE.
برای همه مقاصد و مقاصد، مدل COMSOL Multiphysics مطابقت کاملی را با ارقام تعیین‌شده تحلیلی نشان می‌دهد. در نهایت، وقتی صحبت از ظرفیت کابل به میان می‌آید، تمام جزئیات مدل اضافی هستند. به جز سه مورد:
• | گذردهی پلی اتیلن اتصال متقابل. |
• | شعاع بیرونی پلی اتیلن متقاطع. |
• | شعاع داخلی پلی اتیلن متقاطع. |
این دانش حیاتی است. مدل‌های عددی مانند این می‌توانند ماهیت یک دستگاه را قبل از شروع نمونه‌سازی نشان دهند. این به مهندسان تازه کار در زمینه خاصی اجازه می دهد تا بفهمند چه چیزی مهم است.
در مورد دقت
ممکن است وسوسه شوید که مدل را با نتایج نظری یا مشخصات تا رقم دهم مطابقت دهید – زمان زیادی را صرف جزئیات هندسی، کیفیت مش و غیره کنید. و ممکن است فکر کنید یک مدل “دقیق” تر به نوعی بهتر است.
لطفاً به خاطر داشته باشید، مهم ترین رقم در اینجا ε xlpe است (یک کمیت اندازه گیری شده در دو رقم). اگر این رقم 5 درصد کاهش یابد، بقیه مدل نیز خاموش می شود، صرف نظر از اینکه چه تعداد جزئیات در آن قرار داده اید یا چقدر با راه حل تحلیلی مطابقت دارد. به هر حال، هر مدلی فقط به اندازه داده هایی که در آن قرار می دهید دقیق است .
همانطور که گفته شد، خود رفتار بسیار دقیق است. اگر می‌خواهید یک ارزیابی کیفی برای یک دستگاه انجام دهید (برای درک ماهیت آن)، حتی ویژگی‌های موادی که 50٪ تخفیف دارند نیز خوب خواهند بود.
منابع
1. کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی، کابل های برق – محاسبه رتبه فعلی . IEC 60287; انتشارات IEC: ژنو، سوئیس، 2006.
2. فایل ویدیویی submarine_cable_z_animation_01_floating_screen ،
برای دانلود در https://www.comsol.com/model/43431 موجود است .
برای دانلود در https://www.comsol.com/model/43431 موجود است .
3. فایل ویدئویی submarine_cable_z_animation_02_fixed_screen ،
برای دانلود در https://www.comsol.com/model/43431 موجود است .
برای دانلود در https://www.comsol.com/model/43431 موجود است .
مسیر کتابخانه برنامه: ACDC_Module/Tutorials,_Cables/submarine_cable_02_capacitive_effects
دستورالعمل مدلسازی
این آموزش بر روی افکت های خازنی تمرکز دارد. دستورالعمل های موجود در صفحات زیر به شما در ساخت، پیکربندی، حل و تجزیه و تحلیل مدل کمک می کند. اگر چیزی نامرتب به نظر می رسد، لطفاً مراحل خود را دوباره دنبال کنید. مدل نهایی – موجود در پوشه Application Libraries مدل – می تواند به شما کمک کند. با استفاده از گزینه Compare در نوار ابزار Developer می توانید آن را مستقیماً با مدل فعلی خود مقایسه کنید .
ریشه
هندسه، مواد و مش در آموزش مقدمه (فصل 1) آماده شده است. آنها در فایل submarine_cable_01_introduction.mph ذخیره شده اند . می توانید با باز کردن این فایل و ذخیره آن با نام جدید شروع کنید.
نکته: اگر در COMSOL Multiphysics تازه کار هستید، بهتر است ابتدا آموزش مقدمه را بررسی کنید .
1 | از منوی File ، Open را انتخاب کنید . |
2 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل submarine_cable_01_introduction.mph دوبار کلیک کنید . |
3 | از منوی File گزینه Save As را انتخاب کنید . |
4 | به یک پوشه مناسب بروید و نام فایل submarine_cable_02_capacitive_effects.mph را تایپ کنید . |
تعاریف جهانی
برخی از پارامترها برای اجرای مدل و تأیید نتایج پس از آن آماده شده است. می توانید آنها را از یک فایل بارگیری کنید.
پارامترهای الکترومغناطیسی
1 | در نوار ابزار Home ، روی  پارامترها کلیک کنید و Add>Parameters را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، پارامترهای الکترومغناطیسی را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Parameters را پیدا کنید .  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل submarine_cable_c_elec_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
هجده پارامتر جدید اضافه شده است. f0 ، w0 ، V0 و I0 بسیار ساده هستند، جایی که 1/sqrt(3) و sqrt(2) به ترتیب از فاز به فاز به فاز به زمین، و از ریشه میانگین مربع (RMS) به مقدار پیک تبدیل می‌شوند. Scup to Dsarm برخی از خواص مواد و اعماق پوست ناشی از آنها هستند (همانطور که در آموزش جلوه‌های القایی استفاده می‌شود )، و Rcon ، Rpbs مقاومت‌های DC به صورت تحلیلی تعیین می‌شوند.
پارامتر Cpha ظرفیت تعیین تحلیلی کابل در هر فاز است که در رابطه 6 ارائه شده است . در اینجا، Exlpe به گذردهی نسبی XLPE اشاره دارد. 2.5 (مقدار از IEC 60287 [ 1 ] گرفته شده است). در عبارت Cpha ، فلزات و ترکیب نیمه هادی رسانای کامل در نظر گرفته می شوند ، بنابراین از شعاع بیرونی و داخلی لایه XLPE استفاده می شود.
در نهایت، جریان شارژ در هر فاز، Icpha ، از معادله 7 پیروی می کند . حدود 5.5 A/km ارزیابی می شود. توجه داشته باشید که این رویکرد به طور ضمنی یک پتانسیل ثابت در همه جا در امتداد کابل، با اتصال به صفحه نمایش، فرض می‌کند.
اجازه دهید وضعیت را بدون این فرضیات بررسی کنیم، جزئیات را به صورت عددی بررسی کنیم و ببینیم که آیا به نتایجی مشابه با توصیف تحلیلی منجر می شود یا خیر. با اضافه کردن فیزیک و یک مطالعه جدید شروع کنید.
فیزیک را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics باز شود . |
2 | به پنجره Add Physics بروید . |
3 | در درخت، AC/DC>Electric Fields and Currents>Electric Currents (ec) را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics بسته شود . |
جریان های الکتریکی (EC)
1 | در پنجره تنظیمات برای جریان های الکتریکی ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، دامنه های الکترومغناطیسی را انتخاب کنید . |
3 |  روی دکمه Zoom to Selection در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Frequency Domain را انتخاب کنید . |
4 | کلیک راست کرده و Add Study را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 1
مرحله 1: دامنه فرکانس
1 | در پنجره تنظیمات دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
2 | در قسمت متن فرکانس ها ، f0 را تایپ کنید . |
مواد
اکنون، خواهید دید که COMSOL شروع به شناسایی خواص مواد از دست رفته می کند. ویژگی هایی که باید اضافه شوند در جدول زیر آمده است. لطفاً همه آنها را برای مقدار صحیح بررسی کنید، حتی آنهایی که قبلاً پر شده اند. یک گزینه سریع این است که مقادیر را مستقیماً از این فایل *.pdf در COMSOL کپی کنید .
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials ، ویژگی های زیر را بررسی کنید: |
برچسب | سیگما [S/M] | شماره اپسیلون | |
mat6 | پلی اتیلن متقاطع (XLPE) | 1e-18[S/m] | معافیت |
mat11 | فلز مس | اسکاپ | 1 |
mat12 | رهبری | Spbs | 1 |
mat13 | فولاد گالوانیزه | افسون | 1 |
لطفاً توجه داشته باشید که در نهایت، بسیاری از خواص مواد یا نادیده گرفته می‌شوند، نادیده گرفته می‌شوند، یا ثابت می‌شوند که بی‌اهمیت هستند. تشخیص اینکه کدام یک اغلب اوقات مهم هستند، بخش اساسی تحقیق است. برای اطلاعات بیشتر در این مورد، به بخش نتایج و بحث مراجعه کنید .
دستورالعمل های مدل سازی – صفحه نمایش شناور
اکنون که مواد تنظیم شده و دوباره بررسی شده اند، لطفاً به فیزیک نگاهی بیندازید. به عنوان نقطه شروع، فرض کنید بستر دریا زمین است و سطح مقطع 2 بعدی که این مدل نشان می دهد نزدیک به نقطه تحریک قرار دارد، یعنی هنجار ولتاژ فاز برابر با V0 است .
جریان های الکتریکی (EC)
زمین 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Electric Currents (ec) کلیک راست کرده و Ground را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 12، 13، 338 و 348 را انتخاب کنید. |
3 |  روی دکمه Zoom to Selection در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
حفاظت فعلی 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Current Conservation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حفاظت فعلی ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، فلزات را انتخاب کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom to Selection در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
این ویژگی آخر ( Current Conservation 2 ) نیاز به توضیح دارد. در این مرحله، فقط با استفاده از همان تنظیمات، ویژگی پیش‌فرض حفاظت فعلی را لغو می‌کند. بعداً به این موضوع باز خواهیم گشت.
فاز 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Terminal را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات ترمینال ، فاز 1 را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، فاز 1 را انتخاب کنید .  |
4 | قسمت ترمینال را پیدا کنید . از لیست نوع ترمینال ، ولتاژ را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی V 0 ، V0 را تایپ کنید . |
فاز 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Terminal را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات ترمینال ، فاز 2 را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، فاز 2 را انتخاب کنید .  |
4 | قسمت ترمینال را پیدا کنید . از لیست نوع ترمینال ، ولتاژ را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی V 0 ، V0*exp(-120[deg]*j) را تایپ کنید . |
فاز 3
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Terminal را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ترمینال ، فاز 3 را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، فاز 3 را انتخاب کنید .  |
4 | قسمت ترمینال را پیدا کنید . از لیست نوع ترمینال ، ولتاژ را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی V 0 ، V0*exp(+120[deg]*j) را تایپ کنید . |
توجه داشته باشید که از آنجایی که ما در حوزه فرکانس هستیم، عباراتی مانند exp(-120[deg]*j) یا exp(-j*2*pi/3) ممکن است برای تنظیم یک شیفت فاز 120 درجه بین ولتاژهای AC استفاده شود. سه هادی اصلی
بنابراین اکنون شما یک قانون بقای فعلی با برخی از خواص مواد، مرجع زمین و شکلی از تحریک اضافه کرده اید. همراه با مطالعه دامنه فرکانس – با مجموعه فرکانس – باید آزاد باشید که بروید.
مطالعه 1
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید . |
باید یک خطا ظاهر شود: “راه حل یافت نشد” .
2 | روی OK کلیک کنید . |
پس اینجا چه اتفاقی افتاد؟ در ریاضیات عددی، این مدل به عنوان یک مسئله نامناسب شناخته می شود . هنگام مدل سازی (صرف نظر از نرم افزار مورد استفاده) هر چند وقت یکبار با این مشکل مواجه خواهید شد. همانطور که در بخش مشکلات نامناسب توضیح داده شد ، یکی از راه حل ها کاهش کنتراست در رسانایی است. می توانید رسانایی فلزات را روی مقدار به ظاهر کوچک 5 [S/m] (رسانایی آب دریا) تنظیم کنید. این ما را به Conservation کنونی 2 بازمی گرداند .
حفاظت فعلی 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Current Conservation 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حفاظت فعلی ، بخش Constitutive Relation Jc-E را پیدا کنید . |
3 | از لیست σ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 5[S/m] را تایپ کنید . |
برای همه فلزات (به استثنای فازها) اکنون رسانایی پیش‌فرض را با تنظیماتی که کاربر تعریف می‌کند لغو کرده‌اید. با محاسبه راه حل ادامه دهید.
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، 
روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
پتانسیل الکتریکی (EC)
اولین چیزی که باید به آن توجه کرد این است که طرح پتانسیل الکتریکی کمی بزرگ‌نمایی شده است. این به این دلیل است که هنوز روی تنظیمات دوربین استفاده شده در هندسه و مش قفل است. اجازه دهید به آن تنظیمات نمای جداگانه بدهیم.
1 | در پنجره Settings for 2D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
2 | از لیست View ، نمای جدید را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Electric Potential (ec) را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی قسمت Quality کلیک کنید . |
3 | از لیست Resolution ، Fine را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Electric Potential (ec) ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
دومین چیزی که باید به آن توجه کرد این است که در مقایسه با پلیمرها، بستر دریا به قدری خوب هدایت می‌شود که مانند یک پتانسیل همسان (مانند فلز) رفتار می‌کند. جریان ها برای اینکه افت پتانسیل قابل توجهی در آنجا دیده شود بسیار کوچک هستند.
شما می توانید بستر دریا را از طرح با افزودن یک انتخاب به راه حل حذف کنید.
مطالعه 1/راه حل 1 (sol1)
در پنجره Model Builder ، گره Results>Datasets را گسترش دهید ، سپس روی Study 1/Solution 1 (sol1) کلیک کنید .
انتخاب
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  ویژگی ها کلیک کنید و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، دامنه های کابلی را انتخاب کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom to Selection در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
پتانسیل الکتریکی (EC)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی Electric Potential (ec) کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار Electric Potential (ec) ، روی  Plot کلیک کنید . |
3 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
در مرحله بعد، اجازه دهید نگاهی به هنجار میدان الکتریکی و برخی نمودارهای جریان بیاندازیم.
هنجار میدان الکتریکی (EC)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electric Field Norm (ec) کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار Electric Field Norm (ec) ، روی  Plot کلیک کنید . |
3 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
میدان الکتریکی در عایق ها برجسته ترین است، در فلزات ناچیز است (آنطور که باید). میدان‌های الکتریکی قابل‌توجهی در خارج از صفحه‌نمایش وجود دارد، که نشان می‌دهد صفحه‌ها کار خیلی خوبی انجام نمی‌دهند (ما بعداً به آن خواهیم پرداخت). علاوه بر این، میدان بسیار قوی‌تر از میدان‌های الکتریکی ناشی از القای مغناطیسی است (این میدان‌ها بدون پیچ‌خوردگی نیستند، به بخش مبانی نظری مراجعه کنید ).
در واقع، قدرت میدان آنقدر زیاد است که کابل کار نمی کند. بسیار بالاتر از سطح شکست الکتریکی در هوا (که حدود 3 کیلو ولت بر میلی متر است). این سطوح بالا در تکینگی هایی رخ می دهد که در گوشه های تیز با خواص مواد متضاد قرار دارند. در نزدیکی هادی‌های اصلی نیز این اثر اتفاق می‌افتد، البته اگر رشته‌های جداگانه آنها را به‌صراحت مدلسازی کنید. این یکی از دلایل اصلی داشتن ترکیب نیمه رسانا است. میدان الکتریکی را صاف می کند و از شکستگی جلوگیری می کند.
هنجار چگالی جریان جابجایی (ec)
1 | روی Electric Field Norm (ec) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات گروه طرح دو بعدی ، هنجار تراکم جریان جابجایی (ec) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Displacement Current Density Norm (ec) را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، sqrt(abs(ec.Jdx)^2+abs(ec.Jdy)^2) را تایپ کنید . |
4 | چک باکس Description را انتخاب کنید . در فیلد نوشتاری مرتبط، Desplacement current density norm را تایپ کنید . |
بیان رنگ 1
1 | در پنجره Model Builder ، Results>Displacement Current Density Norm (ec)>Streamline 1 node را گسترش دهید، سپس روی Color Expression 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Color Expression ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، sqrt(abs(ec.Jdx)^2+abs(ec.Jdy)^2) را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Displacement Current Density Norm (ec) روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
برای بسیاری از کمیت ها، متغیرهای از پیش تعریف شده در دسترس هستند. می توانید آنها را با استفاده از دکمه های موجود در گوشه سمت راست بالای بخش Expression ، درست بالای فیلد ورودی متن برای عبارت، پیدا کنید. برخی از قابلیت های تکمیل خودکار نیز وجود دارد (سعی کنید Ctrl+Space را با فیلد ورودی متن در فوکوس فشار دهید). با این حال، برای هنجار چگالی جریان جابجایی، هیچ متغیر از پیش تعریف‌شده‌ای وجود ندارد، بنابراین باید تعریف خود را وارد می‌کردید.
متغیرهای ec.Jdx و ec.Jdy جزء x و y میدان جریان جابجایی پیچیده دوبعدی هستند که پیشوند ec. ” به رابط فیزیک که مسئول تعریف آن است اشاره دارد. جریان های الکتریکی هنجار یک میدان برداری پیچیده به صورت || تعریف می شود J d || = (| J , x | 2 + | J d ,y | 2 ) 1/2 .
اکنون، می‌توانید از همین رویکرد برای هنجار چگالی جریان هدایت (یا القایی) استفاده کنید.
هنجار چگالی جریان هدایت (EC)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Displacement Current Density Norm (ec) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، هنجار چگالی جریان هدایت (ec) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Conduction Current Density Norm (ec) را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، sqrt(abs(ec.Jix)^2+abs(ec.Jiy)^2) را تایپ کنید ، یعنی “ d ” را با “ i ” جایگزین کنید. |
4 | در قسمت متن توضیحات ، Conduction current density norm را تایپ کنید . |
بیان رنگ 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Conduction Current Density Norm (ec)>Streamline 1 را گسترش دهید، سپس روی Color Expression 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Color Expression ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، sqrt(abs(ec.Jix)^2+abs(ec.Jiy)^2) را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Conduction Current Density Norm (ec) روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
لطفا توجه داشته باشید که جریان های جابجایی در هادی ها از جمله ترکیب نیمه هادی ناچیز است. به همین ترتیب، جریان های هدایت در عایق ها ناچیز است. برای همه اهداف و مقاصد، دقیق است که XLPE را یک خازن کامل و ترکیب نیمه رسانا را یک مقاومت کامل در نظر بگیریم . بنابراین، رسانایی XLPE می تواند به همان اندازه صفر باشد. همین امر در مورد گذردهی ترکیب نیمه رسانا نیز صدق می کند.
بعد، اجازه دهید ببینیم آیا می‌توانیم با ایجاد یک انیمیشن زیبا، بینش بیشتری در مورد وابستگی فاز راه‌حل به دست آوریم.
ساده 1
در پنجره Model Builder ، در Results>Electric Potential (ec) روی Streamline 1 راست کلیک کرده و Disable را انتخاب کنید .
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | از لیست مقیاس ، خطی متقارن را انتخاب کنید . |
بیان قد 1
1 | روی Surface 1 کلیک راست کرده و Height Expression را انتخاب کنید . |
2 | در نوار ابزار Electric Potential (ec) ، روی  Plot کلیک کنید . |
3 |  روی دکمه Go to Default View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
انیمیشن 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  انیمیشن کلیک کنید و Player را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انیمیشن ، قسمت ویرایش انیمیشن را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع توالی ، پسوند داده پویا را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Frames را پیدا کنید . در قسمت متنی Number of frames عدد 60 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Playing را پیدا کنید . از لیست تکرار ، برای همیشه لطفا برای انتخاب کنید . |
6 |  روی دکمه Play در نوار ابزار Graphics کلیک کنید (به انیمیشن از مرجع [ 2 ] مراجعه کنید). |
نکته: اگر تولید انیمیشن در دستگاه شما خیلی طول می کشد، تنظیم کیفیت/رزولوشن طرح سطح مربوطه را از ریز به درشت تغییر دهید .
نکته ای که باید به آن توجه کرد این است که فلزات (که در 5 [S/m] قرار گرفته اند ) در واقع مانند حوزه های هم پتانسیل رفتار می کنند، همانطور که باید. علاوه بر این، صفحه نمایش آزادانه بین فاز (رسانای مرکزی) و محیط شناور است. این برای سیم‌های زرهی فردی نیز صدق می‌کند. بدیهی است که این رفتار آنطور که در نظر گرفته شده نیست. صفحه نمایش باید زمین باشد. اجازه دهید ببینیم که آیا این هنوز هم وجود دارد، حتی در فاصله ده کیلومتری از نقطه زمین. برای این کار چند پارامتر جدید معرفی می کنیم.
7 | روی دکمه Stop در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
دستورالعمل های مدل سازی – صفحه نمایش ثابت
تعاریف جهانی
پارامترهای الکترومغناطیسی
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی پارامترهای الکترومغناطیسی کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | شرح |
Vdcon | I0*Lcab*53[mohm/km] | افت ولتاژ در فاز (تقریبی) |
Vrpbs | ((Icpha*Lcab)/2*Rpbs*Lcab)+473[V] | افزایش ولتاژ روی صفحه نمایش (تقریبی) |
در اینجا، 53[mohm/km] به مقاومت AC در هر فاز اشاره دارد که در آموزش اثرات القایی ارائه شده است . این مقاومت بسیار بیشتر از ظرفیت خازنی یا اندوکتانس کابل است (آنهایی که در مرتبه μF و دهم میلی‌اول هستند). ضرب در طول کل و جریان نامی حدس دقیقی برای افت ولتاژ می دهد. حدود 490 ولت
برای افزایش ولتاژ در غلاف سرب، ما بدترین حالت را در نظر می گیریم: پیوند تک نقطه ای با تمام اثرات القای ولتاژ در فاز. از آموزش Bonding Capacitive عبارت (Icpha*Lcab)/2*Rpbs*Lcab را داریم که ولتاژ ناشی از جریان های شارژ (حدود 83 ولت) را نشان می دهد. قسمت باقی مانده، 473 ولت، ناشی از پدیده های استقرایی است. مقدار در نیمه راه آموزش Bonding Inductive تعیین شده است .
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | شرح |
V1 | V0-Vdcon | ولتاژ فاز به زمین (بعد از 10 کیلومتر) |
v2 | 0 + Vrpbs | ولتاژ صفحه نمایش به زمین (بعد از 10 کیلومتر) |
ممکن است احساس کنید که ما در اینجا به صورت دایره‌ای فکر می‌کنیم: اثبات یک نکته با استفاده از داده‌های مدل‌های دیگر که با استفاده از نتایج این مدل توجیه شده‌اند. اینجاست که ارزیابی کیفی مطرح می‌شود: اثبات همچنان پابرجا خواهد بود، حتی اگر حدس علمی برای ولتاژها تا 100% خاموش باشد. با خیال راحت این را بررسی کنید .
بنابراین پتانسیل در هادی مرکزی کم و بیش V0 است ، پتانسیل در صفحه نمایش کم و بیش زمین شده است. بگذارید آن را در مدل قرار دهیم و دوباره محاسبه کنیم.
جریان های الکتریکی (EC)
فاز 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Electric Currents (ec) روی Phase 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات ترمینال ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی V 0 ، V1 را تایپ کنید . |
صفحه نمایش 1
1 | روی فاز 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ترمینال ، Screen 1 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 55 را انتخاب کنید.  |
4 | قسمت ترمینال را پیدا کنید . در قسمت متنی V 0 ، V2 را تایپ کنید . |
فاز 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Phase 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات ترمینال ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی V 0 ، V1*exp(-120[deg]*j) را تایپ کنید ، یعنی؛ V0 را با V1 جایگزین کنید . |
صفحه نمایش 2
1 | روی فاز 2 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ترمینال ، Screen 2 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 101 را انتخاب کنید.  |
4 | قسمت ترمینال را پیدا کنید . در قسمت متنی V 0 ، V2*exp(-120[deg]*j) را تایپ کنید . |
فاز 3
1 | در پنجره Model Builder ، روی فاز 3 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات ترمینال ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی V 0 ، V1*exp(+120[deg]*j) را تایپ کنید . |
صفحه نمایش 3
1 | روی فاز 3 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ترمینال ، Screen 3 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 54 را انتخاب کنید.  |
4 | قسمت ترمینال را پیدا کنید . در قسمت متنی V 0 ، V2*exp(+120[deg]*j) را تایپ کنید . |
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
پتانسیل الکتریکی (EC)
1 | در نوار ابزار Electric Potential (ec) ، روی  Plot کلیک کنید . |
2 |  روی دکمه Go to Default View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
به غیر از XLPE، کابل شبیه یک پتانسیل برابر شده است. نکته: می توانید وابستگی فاز را با پخش انیمیشن مربوطه که به عنوان مرجع نیز موجود است، بررسی کنید [ 3 ].
اجازه دهید با تغییر انتخاب اعمال شده روی راه حل، نواحی خارج از صفحه را بررسی کنیم.
انتخاب
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>Datasets>Study 1/Solution 1 (sol1) روی Selection کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، عایق (خارجی به فاز) را انتخاب کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom to Selection در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
پتانسیل الکتریکی (EC)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی Electric Potential (ec) کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار Electric Potential (ec) ، روی  Plot کلیک کنید . |
3 |  روی دکمه Go to Default View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
اگرچه این بدترین سناریو است. در عمل، اثرات خازنی و القایی یک تغییر فاز 90 درجه نسبت به اثرات مقاومتی، حتی در جهت مخالف نشان می‌دهند.
یکی از جزئیاتی که ممکن است به آن اشاره کنید این است که از آنجایی که زره پیچ خورده است، همه سیم های زره باید پتانسیل یکسانی داشته باشند (یعنی زره به عنوان یک کل باید مانند یک پتانسیل برابر عمل کند). شما می توانید با اعمال یک ترمینال منفرد برای کل گروه سیم های زرهی و تنظیم فرم تحریک آن بر روی Current excitation با جریان صفر به این امر دست یابید.
سپس همه سیم‌های زره مانند یک موجودیت عمل می‌کنند و جریان خالص کل صفر آمپر را ایجاد می‌کنند، همانطور که هادی‌های شناور انجام می‌دهند. با این حال، هیچ تفاوتی در نتیجه نهایی (پارامترهای یکپارچه) نخواهد داشت. اجازه دهید ببینیم که این مدل تنظیم شده چگونه با نتایج تحلیلی (و مشخصات) مقایسه می شود.
ظرفیت AC فاز
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی ارزیابی  جهانی کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی ، Phase AC Capacitance را در قسمت نوشتاری Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
(image(ec.Y11)/ec.omega)/1[m] | uF/km | ظرفیت فاز 1 |
(image(ec.Y22)/ec.omega)/1[m] | uF/km | ظرفیت فاز 2 |
(image(ec.Y33)/ec.omega)/1[m] | uF/km | ظرفیت فاز 3 |
CPA | uF/km | ظرفیت در هر فاز (تحلیلی) |
در اینجا، ec.Y11 یکی از عناصر ماتریس پذیرش است . اعداد به شماره پایانه ها اشاره دارند. این متغیر خاص به جریان عبوری از ترمینال 1 ، تقسیم بر ولتاژ ترمینال 1 اشاره دارد .
انتخاب قسمت خیالی و تقسیم بر ec.omega ، ظرفیت آن ترمینال را به شما می دهد. از آنجایی که این یک مدل دوبعدی است، با اعمال ضخامت پیش‌فرض خارج از صفحه یک متر، ظرفیت خازن بر 1[m] تقسیم می‌شود . Cpha مقدار تحلیلی برای مقایسه است.
4 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
جدول
1 | به پنجره Table بروید . |
نتایج باید حدود 0.14 μF/km برای هر سه فاز باشد ( همانطور که در مشخصات ذکر شده است). همانطور که می بینید، مقداری آلودگی خازنی از عایق های خارجی در رقم سوم یا چهارم قابل توجه (یعنی اثر اتصال یک نقطه ای و ده کیلومتر کابل) وجود دارد. اگر V1 را برابر با V0 و V2 را برابر 0 V قرار دهیم ، نتایج تا ششمین رقم قابل توجه یا بیشتر با مقدار تعیین شده به صورت تحلیلی یکسان خواهد بود (عمدتاً به این دلیل که مش دایره های کامل تولید نمی کند).
چیزی که این نتیجه به ما می گوید این است که COMSOL قادر به بازتولید نتایج تحلیلی است. همانطور که در بخش دقت اشاره شد ، این لزوما به این معنی نیست که نتایج اندازه گیری را تا رقم هفتم بازتولید می کند. به عبارت دیگر به این معنی نیست که اهمیت تا رقم هفتم است. چیزی مشابه در مورد جریان ها صدق می کند.
نتایج
جریان شارژ فاز
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی ارزیابی  جهانی کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی ، Phase Charging Current را در قسمت نوشتاری Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
abs(ec.I0_1)/1[m] | A/km | جریان شارژ فاز 1 |
abs(ec.I0_2)/1[m] | A/km | جریان شارژ فاز 2 |
abs(ec.I0_3)/1[m] | A/km | جریان شارژ فاز 3 |
ایپا | A/km | جریان شارژ در هر فاز (تحلیلی) |
4 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
جدول
1 | به پنجره Table بروید . |
نتایج باید حدود 5.5 A/km باشد. علاوه بر این، توجه داشته باشید که چگالی جریان درگیر بسیار کوچک است (در حدود 0.06 A/m2 ) . برای مشاهده این، انتخاب اعمال شده در راه حل را بازیابی کنید:
نتایج
انتخاب
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>Datasets>Study 1/Solution 1 (sol1) روی Selection کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، دامنه های کابلی را انتخاب کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom to Selection در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
هنجار چگالی جریان جابجایی (ec)
1 | در پنجره Model Builder ، در زیر Results ، روی Displacement Current Density Norm (ec) کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار Displacement Current Density Norm (ec) روی  Plot کلیک کنید . |
3 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
این چگالی جریان حدود 2.95·107 کوچکتر از میانگین چگالی جریان خارج از صفحه در هادی های اصلی است (همانطور که توسط I0/Acon ارائه شده است ).
این به ما دو چیز می‌گوید: یکی، ممکن است از این چگالی جریان در آموزش جلوه‌های القایی غافل شویم . ثانیاً، مدل‌های سه بعدی معمولاً روی بخش القایی دستگاه تمرکز می‌کنند. این واقعیت که این چگالی جریان اصلاً تأثیری دارد از سطح طولی زیاد کابل ناشی می شود. در آموزش Bonding Capacitive به این موضوع با جزئیات بیشتری پرداخته شده است .
نکته دیگری که باید به آن توجه کرد این است که نمودار جریان جابجایی هیچ جریانی را در پایانه ها نشان نمی دهد. در نیمه راه آموزش، شما رسانایی فلزات را روی 5 S/m تنظیم کرده اید تا مشکل به خوبی مطرح شود . رویکرد دیگر این است که فلز را به طور کلی از مدل حذف کنید و پتانسیل آن را واقعاً یکنواخت در نظر بگیرید. این همان کاری است که ویژگی‌های ترمینال و پتانسیل شناور انجام می‌دهند. آنها هادی های بی نقص را مدل می کنند ( به بخش مشکلات مطرح شده مراجعه کنید ).
در نهایت، دیدید که این مدل شامل هندسه دقیق و لیست مفصلی از خواص مواد است. در پایان، تنها یک ویژگی مادی دارای اهمیت بوده است: ε xlpe . علاوه بر این ، تنها دو ویژگی هندسی مهم بوده است: R1 و R2 (به ترتیب شعاع داخلی و خارجی XLPE). اغلب اوقات، با موقعیت هایی مواجه می شوید که دقیقاً مشخص نیست چه چیزی مهم است و چه چیزی ممکن است نادیده گرفته شود. یک کاوش عددی کوچک می‌تواند شگفت‌انگیز باشد، حتی زمانی که ارقام دقیق را در دست ندارید .
شما اکنون این آموزش را تکمیل کرده اید، آموزش های بعدی به فایل حاصل با عنوان submarine_cable_02_capacitive_effects.mph اشاره می کنند . آموزش بعدی در این مجموعه به بررسی انواع پیوند از دیدگاه خازنی می‌پردازد.
از منوی File گزینه Save را انتخاب کنید .
1
پلی اتیلن متقاطع، جریان متناوب ولتاژ بالا.
2
برای اطلاعات بیشتر در مورد انواع مختلف باندینگ، به آموزش های Bonding Capacitive و Bonding Inductive در این مجموعه مراجعه کنید.
3
در حالی که هنوز شرایط اسمی را در نظر می گیریم، یعنی; بدون اتصال کوتاه یا خرابی الکترومغناطیسی
4
یعنی در شرایط عملیاتی عادی، نوسانات برق موضوع متفاوتی است.
