Волновые процессы в линиях
При прямом ударе молнии (ПУМ) в линию или вблизи нее (в землю) возникают электромагнитные волны, распространяющиеся вдоль провода ЛЭП. Атмосферные перенапряжения на линиях и подстанциях определяются движением и преломлением этих волн. Поэтому анализ волновых процессов при расчетах устройств грозозащиты имеет принципиально важное значение.
Волна распространяется вдоль линии в воздухе со скоростью
υ = C /корень (µ ⋅ ε) = C = 300 м/мкс – скорость света (µ – относительная магнитная проницаемость среды; ε – диэлектрическая проницаемость среды).
Для воздуха µ0 = 1; ε = 1.
Для кабельных линий µ = 1; ε ≈ 4.
Следовательно, в кабелях υ ≈ 0,5 С.
Напряжение и ток волны связаны между собой:
Волновое сопротивление единичного провода воздушной линии
Z = 400…450 Ом.
Кабельные линии имеют Z = 50…100 Ом.
В общем случае волновой процесс в линиях определяется четырьмя
основными параметрами: емкостью С, индуктивностью L, активным сопротивлением провода r и активной проводимостью диэлектрика g.
Преломление и отражение волн в узловых точках Узловой точкой линии называют такую точку, в которой скачком изменяется соотношение между электрическим и магнитным полем, т. е. изменяется волновое сопротивление линии ZЛ . Для расчета преломленных и отраженных волн в узловых точках используют эквивалентную схему замещения линии с распределенными параметрами на линию с сосредоточенными параметрами по правилу Петерсена (см. рис. 4.9). Рассмотрим несколько примеров отражения и преломления волн в узловых точках при бесконечной длине падающей волны с прямоугольным фронтом. 1. Конец линии (точка А) разомкнут, Z2 =бесконечность.
Падающая волна напряжения отражается полностью с тем же знаком, и в точке А, на конце линии, напряжение удваивается. Для волны тока i2 = 0, т. е. преломленный ток равен нулю:
Падающая волна тока отражается от разомкнутого конца полностью с обратным знаком, и ток в линии равен нулю. 2. Линия в конце (точка А) закорочена, Z2 = 0 .
Падающая волна напряжения отражается полностью от короткозамкнутого конца линии с обратным знаком, напряжение в точке А равно нулю, а волна тока отражается с тем же знаком – удваивается. 3. Линия в конце (точка А) согласована, т. е. Z1 = Z2 = Z. Нетрудно видеть, что в этом случае падающие волны напряжения и тока не испытывают отражений и преломлений при падении на согласованное Z. Для системы (рис. 4.9)
где α – β = 1. Определим границы изменения α и β. 1. Предположим, что Z2 = 0, тогда из выражения (4.9) α = 0. При Z2 = ∞ α = 2. Следовательно, α изменяется в диапазоне 0 ≤ α ≤ 2. 2. Предположим, что Z2 = 0, тогда из выражения (4.10) β = –1. При Z2 = ∞ β = 1. Следовательно, β изменяется в диапазоне –1 ≤ β ≤ +1.
Общая характеристика внутренних перенапряжений.
Установившиеся перенапряжения при коротком замыкании.
Перенапряжения при отключении емкостей и ненагруженных линий.