- •Вопросы к экзамену по дисциплине «Электроэнергетика». Ч. 4. (Изоляция и перенапряжение, твн)
- •Особенности внешней и внутренней изоляции.
- •Стримерная теория разряда
- •Условие самостоятельности разряда в однородном поле.
- •Пробивное напряжение газа в однородном поле. Закон Пашена.
- •Влияние полярности электродов на пробивное напряжение, влияние барьера на пробивное напряжение.
- •Эффект полярности:
- •Барьерный эффект
- •Коронный разряд на влэп при постоянном и переменном напряжении. Способы ограничения потерь на корону.
- •Ограничение потерь на корону:
- •Электропроводность твердых диэлектриков.
- •Поляризация твердых диэлектриков, диэлектрические потери.
- •Диэлектрические потери:
- •Разряд вдоль поверхности твердых диэлектриков в однородном поле.
- •Разряд вдоль поверхности твердых диэлектриков в резконеоднородном поле, разряд по увлажненной и загрязненной поверхности твердых диэлектриков.
- •Разряд по увлажненной и загрязненной поверхности твердых диэлектриков.
- •Распределение напряжения по гирлянде изоляторов, выбор числа изоляторов в гирлянде.
- •Выбор числа изоляторов:
- •Регулирование электрических полей во внутренней изоляции.
- •Тепловой пробой.
- •Электрический пробой.
- •Изоляция силовых трансформаторов и высоковольтных вводов.
- •1)Начальная стадия – лидерная
- •2) Главный разряд
- •3) Завершающая (финальная) стадия
- •Электрические характеристики молнии
- •Защита от прямых ударов молнии.
- •Зоны защиты молниеотводов
- •Тросовые молниеотводы
- •Защитные промежутки
- •Трубчатый разрядник
- •Вентильный разрядник.
- •Заземления в электрических установках высокого напряжения. Требования к заземлению станций и подстанций.
- •Грозозащита линий электропередач.
- •Волновые процессы в линиях, преломление и отражение волн в узловых точках.
- •Волновые процессы в линиях
- •Преломление и отражение волн в узловых точках
- •Перенапряжения при отключении емкостей и ненагруженных линий.
- •Феррорезонансные явления в электрических установках.
1)Начальная стадия – лидерная
Молния представляет собой относительно медленно (V1,5105 м/с) развивающийся слабо светящийся канал – лидер. Зона ионизации лидера имеет избыточный заряд того же знака, что и облако. Заряды облака и лидера индуктируют на поверхности земли и на расположенных на ней объектах заряды другого знака. По мере приближения лидера к земле индуктированный заряд и напряженность поля на вершинах возвышающихся над поверхностью земли объектах возрастают и с них могут начать развиваться встречные лидеры, имеющие заряды, по знаку обратные заряду лидера. Ток в лидерной стадии молнии имеет порядок десяток и сотен ампер.
2) Главный разряд
Когда канал развивающегося от облака лидера приближается к земле или к одному из встречных лидеров, то между ними на расстоянии 25-100 м возникает высокая напряженность электрического поля, среднее значение которой оценивается в 10 кВ/см. Промежуток этот пробивается за несколько микросекунд, и в нем выделяется энергия порядка 0,5-5 МДж, которая расходуется на нагрев и термоионизацию. Проводимость этой части канала резко возрастает, и зона повышенной напряженности перемещается к облаку со скоростью от 1,5107 до 1,5108 м/с (0,05-0,5 скорости света). Процесс этот называется главным разрядом и сопровождается сильным свечением канала разряда. Ток в канале за 5-10 мкс достигает десятков и даже одной – двух сотен килоампер, а затем за время 25-200 мкс спадает до половины амплитудного значения. В течении этого очень короткого времени канал разряда разогревается до температуры 20-30 тыс.С.
При нагревании канал разряда быстро расширяется, что вызывает распространение в окружающем воздухе ударной волны, имеющей на своем фронте высокое давление и воспринимаемое как гром. Во время главного разряда происходит нейтрализация зарядов лидера.
3) Завершающая (финальная) стадия
По каналу в течении десятков миллисекунд проходит ток порядка десятков и сотен ампер. В это время нейтрализуются заряды облака. Часто на ток финальной стадии накладываются импульсы тока повторных разрядов, во время которых разряжаются на землю скопления зарядов, расположенные в разных местах по высоте грозового облака. Лидер повторных разрядов – так называемый стреловидный лидер – движется со скоростью превосходящей скорость лидера первого разряда и имеющей порядок 106 м/с, поскольку он развивается по уже образованному каналу. Скорости нарастания тока главного разряда в повторных разрядах выше, чем в первом, а амплитуды ниже. Яркие вспышки канала при повторных разрядах воспринимаются как молнии. Чаще всего длительность удара молнии не превышает 0,1 с.
Электрические характеристики молнии
Переход от лидерной стадии к главному разряду можно имитировать замыканием на землю вертикального заряженного провода .Будем считать, что во время лидерной стадии сформировался проводящий канал (вертикальный провод) с постоянной плотностью отрицательного заряда на единицу длины (Кл/м) . При замыкании ключа К происходит нейтрализация отрицательного заряда за счет положительных зарядов, поступающих в канал молнии с поверхности земли.
Если волна нейтрализации распространяется вверх со скоростью V , то амплитуда тока: IM= V.
Если провод замыкается на землю через некоторое сопротивление R, то ток уменьшается и определяется как , где z – эквивалентное волновое сопротивление канала молнии (300-600 Ом)
При таких значениях z влияние сопротивления заземления, по крайней мере до R=50 Ом, невелико и с достаточной степенью точности для расчетов молниезащиты можно принимать эквивалентное волновое сопротивление канала молнии бесконечно большим, т.е. рассматривать молнию как источник тока.
С точки зрения электромагнитного воздействия на установки ВН важное значение имеют форма и значение тока главного разряда. Приближенно он имеет вид апериодического импульса
Важнейшей характеристикой является максимальное значение тока молнии IM , часто называемое просто током молнии.
Крутизна фронта тока молнии определяет индуктивные падения напряжения в проводниках и индуктированные напряжения магнитно-связанных цепях. Однако удобнее бывает пользоваться средней крутизной это не вносит существенной ошибки при способе определения продолжительности фронта, показанном на рис.
Между амплитудой и крутизной фронта тока молнии имеется слабая положительная корреляционная связь: большим токам соответствует большая крутизна. Однако данных пока недостаточно, поэтому принято считать IM и a независимыми случайными величинами. В этом случае:P(IM,a)≈ P(IM)+ P(a)
где P(IM) и P(a) – вероятности того что ток молнии и крутизна будут равны или превысят заданные значения,.
При проектировании молниезащитных устройств необходимо учитывать тепловое и электродинамическое действия молнии. Значения зарядов, переносимых молнией, характеризуют энергию, выделяющуюся в точке удара молнии, и расплавление металла в этом месте. Интеграл квадрата тока , называемый также иногда интегралом действия или импульсом квадрата тока, определяет механические воздействия и нагрев проводников при прохождении по ним тока молнии.