- •Л.А. Ковригин техника высоких напряжений
- •Введение
- •Атмосферные перенапряжения
- •1.1. Волновые процессы в линиях электропередачи
- •1.1.1. Прохождение электромагнитной волны через узловую точку
- •1.1.2. Прохождение электромагнитной волны через индуктивность
- •1.1.3. Прохождение электромагнитной волны мимо емкости
- •1.2. Развитие грозового разряда
- •Важным параметром при расчете грозозащиты является крутизна фронта тока молнии, это отношение амплитуды тока молнии Iм к длительности фронта τф (рис. 1.17):
- •1.4. Молниеотводы
- •1.5. Заземлители
- •Порядок устройства заземлителей:
- •1) Измеряется удельное объемное сопротивление грунта;
- •1.6. Разрядники
- •1.6.1. Структура времени разряда
- •1.6.2. Вольт-секундная характеристика искрового промежутка
- •1.6.3. Принцип защиты объекта разрядником
- •1.6.4. Трубчатый разрядник
- •1.6.5. Вентильный разрядник
- •1.6.6. Магнитно-вентильный разрядник
- •1.6.7. Ограничитель перенапряжения нелинейный
- •1.7. Грозозащита линий электропередачи
- •1.7.1. Индуктированные перенапряжения на лэп
- •1.7.2. Прямой удар молнии в опору лэп, не защищенную тросами
- •1.7.3. Прямой удар молнии в опору лэп с тросами
- •На изоляцию будет воздействовать напряжение:
- •1.7.4. Прямой удар молнии в провод лэп
- •1.7.5. Прямой удар молнии в трос в центре пролета
- •Через τфнапряжение начнет спадать (рис. 1.50,б).
- •1.7.6. Общие принципы защиты лэп
- •1. 8. Грозозащита подстанций
- •1.8.1. Допустимое расстояние между вентильным разрядником и защищаемым объектом
- •1.8.2. Грозозащита подстанций на напряжение 3–20 кВ
- •1.8.3. Грозозащита подстанций на напряжение 35–220 кВ
- •1.8.4. Грозозащита подстанций на напряжение 500 кВ
- •1.8.5. Грозозащита вращающихся машин
- •2. Внутренние перенапряжения
- •2.1. Общие сведения
- •2. 2. Перенапряжения при отключении ненагруженных линий
- •Возникновение перенапряжений можно избежать при отключении трансформаторов со стороны низкого напряжения (рис. 2.5, б). В этом случае линия разрядится через обмотку трансформатора.
- •2.3. Перенапряжения при отключении трансформаторов
- •С учетом (2.2) уравнение (2.8) примет вид
- •3. Корона на проводах лэп
- •3.1. Общие сведения
- •Зная критическую напряженность, можно определить критическое напряжение образования короны:
- •3. 2. Корона на проводах лэп при постоянном напряжении
- •3.3. Корона на проводах лэп при переменном напряжении
- •3.4. Корона на проводах лэп при импульсном напряжении
- •Скорость распространения волны вдоль некоронирующей линии равна скорости света c:
- •4. Высоковольтные испытательные установки и измерение высоких напряжений
- •4. 1. Одноступенчатый генератор импульсных напряжений
- •Заряд емкости Сф идет в соответствии с уравнением
- •Одновременно идет разряд Сг через Rхв:
- •4. 2. Многоступенчатый гин
- •4.3. Генератор постоянного напряжения
- •4.4. Испытательные трансформаторы
- •4.5. Измерение высоких напряжений
- •4. 5.1. Шаровые разрядники
- •4.5.2. Электростатические вольтметры
- •Достоинством электростатического вольтметра является линейность шкалы, что видно из формулы (4.23). Предел измерения и чувствительность вольтметра регулируются площадью пластин и упругостью пружины.
- •4.5.3. Делитель напряжения
- •4.5.4. Генерирующий вольтметр
2.3. Перенапряжения при отключении трансформаторов
Существенной особенностью при отключении трансформаторов является то, что из-за малых токов намагничивания гашение дуги происходит не при нулевых значениях тока, в результате чего энергия магнитного поля переходит в энергию электрического поля, т. е. повышается напряжение и, следовательно, возникают перенапряжения.
Эквивалентная схема отключения трансформатора представлена на рис. 2.6. Найдем напряжение на индуктивности после размыкания контактов.
Рис. 2.6. Схема отключения трансформатора: L– индуктивность трансформатора,C– емкость подводящих проводов
В момент обрыва дуги в выключателе возникает колебательный контур LC, напряжение на емкости UС равно напряжению на индуктивности UL. Пусть дуга погасла при некоторых средних значениях тока и напряжения: i = = iср, U = Uср в момент t = 0.
Запишем уравнение для данного контура по закону Кирхгофа:
, (2.1)
Емкостный ток можно найти из выражения:
(2.2)
Продифференцируем (2.2):
(2.3)
Подставим (2.3) в выражение (2.1) и получим:
, (2.4)
Для решения составим характеристическое уравнение:
, (2.5)
где – корень характеристического уравнения.
Уравнение (2.4) имеет решение:
. (2.6)
Найдем постоянные A1 и A2, для этого продифференцируем (2.5):
. (2.7)
Умножим (2.7) на C:
. (2.8)
С учетом (2.2) уравнение (2.8) примет вид
. (2.9)
В начальный момент времени (t = 0) емкостный ток равен среднему значению (iС = iср), поэтому
, . (2.10)
Подставив в уравнение (2.6) t = 0 и U = Uср, получим
.(2.11)
Преобразуем выражение (2.5):
,, , . (2.12)
Подставим в уравнение (2.6) выражение (2.12):
(2.13)
Применим формулу Эйлера:
или (2.14)
Подставив в (2.14) выражения (2.10) и (2.11), получим
(2.15)
Преобразуем множитель в формуле (2.15) с учетом (2.12):
,
где – сопротивление контура.
Тогда выражение (2.15) примет вид
. (2.16)
Найдем максимальное значение этой величины, для этого приравняем производную выражения (2.16) к нулю:
, ,
, (2.17)
Напряжение UС будет максимальным при .
Выразим sin t и cos t через tg t:
, (2.18)
. (2.19)
Тогда, подставив (2.18) и (2.19) в (2.16), получим:
,
. (2.20)
Из формулы (2.20) видно, что чем больше индуктивность и меньше емкость, тем больше величена перенапряжения.
3. Корона на проводах лэп
3.1. Общие сведения
Коронный разряд представляет собой один из видов самостоятельного разряда в газе достаточно высокой плотности. Обязательным условием существования короны является резко неоднородное электрическое поле. В однородном поле корона возникнуть не может, так как стримеры не затухают и перекрывают все пространство между электродами, т.е. происходит пробой. В резко неоднородных полях стримеры образуются в области повышенной напряженности электрического поля; двигаясь в сторону меньших градиентов, стримеры затухают. Область вокруг электрода, где выполняется условие самостоятельности разряда, называется чехлом короны (рис. 3.1). Светящемуся ореолу вблизи поверхности коронирующего электрода и обязан рассматриваемый вид газового разряда своим названием.
Рис. 3.1. Чехол короны |
Рис. 3.2. ИмпульсыТричеля |
Корона возникает при некоторой критической напряженности Ек, величина эта относительно постоянная, так как если повышается напряжение, то увеличивается объемный заряд короны, который уменьшает напряженность на поверхности провода. Критическую напряженность на поверхности провода Eк, при которой корона приобретает форму самостоятельного разряда, можно определить по эмпирической формуле Пика:
, кВ/см , (3.1)
где m – коэффициент негладкости провода; если число проволок верхнего повива n стремится к бесконечности, то m стремится к 0,717; – относительная плотность воздуха (см. измерение высоких напряжений с помощью шарового разрядника); r0 – радиус провода, см.