SAŽETAK
U procesu projektiranja uzemljivačkog sustava elektroenergetskog objekta, potrebno je što točnije izračunati očekivane vrijednosti napona opasnosti te iznose električnih i magnetskih polja kojima će biti izloženo osoblje i živa bića u neposrednoj blizini razmatranih objekata, kako u stacionarnom stanju, tako i u slučajevima kratkih spojeva i tranzijentnim stanjima sustava izazvanim udarom munje. Da bi ovo bilo moguće, potrebno je razviti odgovarajuće računalne programe koji će biti u stanju, uz što manje zanemarenja te što točnije i što brže, modelirati navedene pojave. U disertaciji je razvijen novi harmonijski elektromagnetski model sustava vodiča u horizontalno složenom višeslojnom sredstvu. Razvijeni elektromagnetski model uvažava kompletnu elektromagnetsku spregu među vodičima koji se mogu nalazi bilo gdje u višeslojnom tlu i pak u zraku. Pritom vodiči mogu biti u bilo kojem položaju u odnosu na površinu tla. Osim toga, vodiči mogu biti goli ili pak izolirani u odnosu na okolno tlo. Ovaj model uključuje, osim proračuna raspodjele struje po sustavu vodiča, proračun potencijala u bilo kojoj točki višeslojnog sredstva te proračune napona opasnosti. Osim toga, model uključuje i proračun raspodjele jakosti električnog i magnetskog polja u bilo kojoj točki višeslojnog sredstva za bilo koju frekvenciju od interesa.
Nadogradnjom harmonijskog elektromagnetskog modela razvijen je novi tranzijentni elektromagnetski model sustava vodiča u horizontalno složenom višeslojnom sredstvu. Prijelaz iz frekvencijske domene u vremensku domenu izveden je pomoću FFT – IFFT algoritma. Primjenom ovdje razvijenih elektromagnetskih modela moguće je provesti nove analize i proračune koji dosad nisu bili mogući. Također je moguće na jednostavnim primjerima točnije i kvalitetnije analizirati utjecaj parametara slojeva tla na harmonijsko i tranzijentno ponašanje uzemljivačkog sustava. Osim toga, dotični uzemljivački sustav može uključivati metalne strukture u zraku, što znači da se mogu simulirati izravni udari munje u GSM bazne stanice, nadzemne elektroenergetske vodove ili dijelove visokonaponskih rasklopnih postrojenja. Glavni izvorni znanstveni doprinos disertacije je razvoj učinkovitog harmonijskog i tranzijentnog elektromagnetskog modela sustava vodiča u horizontalno složenom višeslojnom sredstvu. Znanstveni se doprinos ovog rada može gledati i mnogo šire budući da se, zbog univerzalnosti numeričkih metoda, svi razvijeni numerički postupci mogu uspješno primijeniti pri istraživanju i rješavanju niza problema u raznim granama tehnike.
EartHGriD Ver. 1.0
Programski paket za numerički proračun elektromagnetskog polja složenih uzemljivačkih sustava u
horizontalno složenom višeslojnom sredstvu, s proizvoljnim ukupnim brojem slojeva. Osim proračuna
raspodjele potencijala i napona opasnosti omogućen je i proračun električnog i magnetskog polja duž
pravaca i / ili ploha u bilo kojem sloju, uključujući i zrak te površinu tla.
Programski paket EartHGriD je QuickWin(R) aplikacija razvijena korištenjem Compaq Visual Fortran Developer Studio 6.5 u programskom jeziku Visual Fortran (F90/95). Ovo je "stand alone" GUI (Graphical User Interface) aplikacija koja služi za harmonijski proračun sustava vodiča u horizontalno složenom višeslojnom sredstvu. Matematički model proračuna temelji se na primjeni tehnike konačnih elemenata na sustav tankožičanih struktura (segmenata vodiča) u horizontalno složenom višeslojnom sredstvu. Rješava se pritom integralno formuliran problem (Helmholtzova diferencijalna jednadžba) u frekvencijskoj domeni. Prijelaz iz frekvencijske domene u vremensku ostvaren je primjenom FFT - IFFT algoritma (brza Fourieova transformacija). Programski paket EartHGriD omogućuje slijedeće interaktivne proračune koji su od interesa potencijalnom korisniku programa:
- Proračun potencijala u bilo kojoj točki višeslojnog modela sredstva, uključujući i granice bilo kojih dvaju slojeva; proračun raspodjele potencijala duž bilo kojeg pravca u bilo kojem sloju, uključujući i pravce na površini tla; proračun trodimenzionalne (3D) raspodjele potencijala na površini tla;
- Proračun raspodjele napona koraka duž bilo kojeg pravca; proračun trodimenzionalne (3D) raspodjele napona koraka, tj. proračun raspodjele napona koraka duž više paralelnih pravaca istovremeno;
- Proračun dodirnog napona u bilo kojoj točki koju čovjek može dotaknuti; proračun trodimenzionalne (3D) raspodjele napona dodira;
- Proračun ulazne impedancije uzemljivačkog sustava;
- Proračun komponenti jakosti električnog polja duž koordinatnih osi globalnog koordinatnog sustava kao i proračun efektivne vrijednosti jakosti ukupnog električnog polja u bilo kojoj točki višeslojnog sredstva i duž bilo kojeg pravca u višeslojnom sredstvu; proračun trodimenzionalne (3D) raspodjele komponenti jakosti električnog polja, kao i efektivne vrijednosti ukupnog električnog polja po bilo kojoj plohi u višeslojnom sredstvu uključujući i površinu tla;
- Proračun komponenti magnetske indukcije i/ili jakosti magnetskog polja duž koordinatnih osi globalnog koordinatnog sustava kao i proračun efektivne vrijednosti ukupne magnetske indukcije i/ili efektivne vrijednosti ukupne jakosti magnetskog polja u bilo kojoj točki višeslojnog sredstva i duž bilo kojeg pravca u višeslojnom sredstvu; proračun trodimenzionalne (3D) raspodjele komponenti magnetske indukcije i/ili jakosti magnetskog polja, kao i ukupne magnetske indukcije i/ili jakosti magnetskog polja po bilo kojoj plohi u višeslojnom sredstvu uključujući i površinu tla.
