Розрахунок розподілу електричного поля в околі електропровідного стрижня

Анотація

У статті проведений огляд методів математичного моделювання електричних полів в околі електропровідних стрижнів і представлений метод, що розроблений для розрахунку розподілу напруженості і потенціалу електричного поля в системах з електропровідними стрижнями. Цей метод дозволяє використовувати розрахункову просторову сітку, що має крок, пропорційний не радіусу стрижня, а його довжині, що є актуальним при великому співвідношенні довжини стрижня до його радіусу. Метод застосований для розрахунку стрижнів, у яких таке співвідношення сягає порядку 10²–10³. Запропонований метод побудований на базі методу скінченного інтегрування. При цьому враховане нелінійне спадання рівнів напруженості і потенціалу при віддаленні від стрижня в напрямках, перпендикулярних його осі. Різницеві коефіцієнти у вузлах, що оточують стрижень, були отримані шляхом інтегрування по поверхнях комірок розрахункової сітки тих виразів, що описують напруженість і потенціал електричного поля для видовженого еліпсоїда, який перебуває під потенціалом. При такому поданні електропровідного стрижня вдалося досягти найбільшого збігу розрахунків з аналітичним рішенням. Практичне застосування представленого методу дозволяє здійснювати більш точний розрахунок електричного поля в околі електропровідного стрижня, що знаходиться або під потенціалом, або в однорідному ЕП, з використанням розрахункової сітки з кроком, співрозмірним не з радіусом стрижня, а з його довжиною. Врахування нелінійного характеру спадання напруженості і потенціалу електричного поля поблизу стрижня проводиться за допомогою аналітичних виразів для електропровідного еліпсоїда, що перебуває під потенціалом. У зоні, що оточує стрижень, і над його вершиною при використанні кроку просторової сітки, порівнянного з довжиною стрижня, а не з його радіусом, відносні похибки розрахунку напруженості зменшилися з 27 % до 3 %. Наведено результати розрахунку електричного поля стрижневого блискавкоприймача з метою дослідження умов виникнення зустрічних лідерів.