МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Электротехнический факультет

Кафедра электрических станций

Изоляция и перенапряжения Краткий курс лекций

Ч. II

Перенапряжения

для студентов специальностей

100100, 100400 д/о, з/о, ПВЗ

Киров, 2003

УДК. 621.316.9.

Составители: Петрухин А.Н.

Поздняков Н.И.

Чесноков И.П.

Якимчук Н.Н.

Рецензент: Овчинников В.В., доцент кафедры Э ВятГУ

Подписано в печать Усл.печ.л.

Бумага типографская Печать матричная

Заказ № Тираж Бесплатно

Текст напечатан с оригинал-макета, предоставленного автором

610000, г. Киров, ул. Московская, 36

• Вятский государственный университет, 2003

Права на данное издание принадлежат Вятскому

государственному университету

1.Общие понятия и определения 4

2.Атмосферные перенапряжения 4

а. Молния, как источник перенапряжения. 4

б) Защита от прямых ударов молнии. 7

в) Индуктированные атмосферные перенапряжения 14

г) Грозозащитные заземления. 17

3. Волновые процессы в линии 20

3.1. Движение электромагнитной волны вдоль проводов. 20

3.2. Отражение и преломление волн 21

3.3. Многократные отражения 22

3.4 Затухание и искажение волны 26

3.5. Схемы замещения 26

4. Внутренние перенапряжения 37

4.1. Перенапряжения при отключении линии на холостом ходу. 37

4.2. Отключение батарей конденсаторов. 39

4.2. Перенапряжения при отключении индуктивностей 40

5. Резонансные перенапряжения 42

6. Заземление нейтрали и перенапряжения 43

7. Гашение емкостного тока замыкания на землю дугогосящими аппаратами 45

7.1. Физика процесса и основные соотношения. 45

7.2. Смещение нейтрали из-за включения дугогасящей катушки 47

ЛИТЕРАТУРА 49

1.Общие понятия и определения

Нормальная работа оборудования определяется рабочими (номинальными) напряжениями. Любое повышение напряжения сверх нормального называется перенапряжением. Перенапряжения делятся на атмосферные (внешние) и коммутационные (внутренние). Атмосферные перенапряжения возникают в ЛЭП и аппаратах при прямых ударах молнии или как наведенные при ударе молнии вблизи объекта. Величина атмосферных перенапряжений достигает миллионов вольт и, несмотря на малое время существования, они являются причиной тяжелых аварий.

Коммутационные перенапряжения возникают при изменении режима работы установок вследствие перераспределения электромагнитной энергии. Величина коммутационных перенапряжений существенно меньше (2,05,0 ), но большая длительность их опасна для высоковольтной изоляции.

2.Атмосферные перенапряжения а. Молния, как источник перенапряжения.

Электрический разряд в виде молнии до сих пор не может быть получен искусственно в лаборатории и используется в практике лишь в малом подобии.

Средние по грозовой деятельности районы дают 1520 ударов молнии на 100 км ЛЭП в год.

Молния представляет собой разновидность искрового разряда при очень больших (до 57 км) межэлектродных расстояниях, фоторазвертка молнии показывает, что процесс состоит из ряда единичных разрядов, происходящих примерно по одному каналу.

Развитие разряда происходит в три стадии:

1. Проход лидера первичного разряда со скоростью м/сек.

2. Повторный проход лидеров разрядов со скоростью м/сек.

3. Проход обратного разряда по образовавшемуся каналу со скоростью м/сек.

Канал молнии располагается по силовой линии электрического поля между местами концентрации зарядов на облаке и земле. Значительное влияние на путь канала оказывает проводимость грунта, наибольшее число ударов молнии приходится на места с большой проводимостью (влага, металлические руды и т.д.).

Статистика ударов молнии показывает:

1. В 7090% случаев полярность молнии отрицательна.

2. Амплитуда тока молнии зависит от сопротивления грунта, обычно находится в пределах 10120 кА, наибольшее зарегистрированное значение 400 кА.

Вероятность появления тока молнии данной амплитуды:

.

3. Так как длительность фронта импульса тока молнии примерно постоянна ( 1,52,0 мкс), то крутизна тока молнии также описывается вероятностной кривой

Крутизна характеризует скорость нарастания тока на фронте волны и определяет величину индуктированных перенапряжений. Обычно крутизна находится в пределах 550 . Предельная крутизна зарегистрирована 100 кА/мкс.

4. Форма тока молнии – последовательный ряд изменяющихся по амплитуде импульсов с крутым фронтом и более пологим хвостом, что связано с рядом последовательных разрядов в канале с различных скоплений зарядов в облаке.

Поскольку первый разряд имеет наибольшую амплитуду и крутизну, то при расчете разряд аппроксимируют единичным с линейным фронтом

и экспоненциальным хвостом

.

а)	б)
Рис. 1

Для токов принимают ; принимают .

Волновое сопротивление канала молнии Z=300 ом .

Параметры импульса, которым испытывается высоковольтное оборудование, примерно соответствует реальному атмосферному разряду

,

.

5. Интенсивность грозовой деятельности различна для различных районов. Она повышается от севера к югу и характеризуется числом грозовых дней в году (от 5 до 50), по данным метеостанций. В районах с 20 грозовыми днями на 1 приходится в среднем 13 разряда в год. Принимая среднюю продолжительность грозы 1,5 часа, можно оценить число грозовых часов в год

.

6. Воздействие тока молнии .

При ударе молнии обычно наблюдаются механические воздействия, приводящие к разрушению опор, изоляторов, построек. Они определяются силами взаимодействия по закону Кулона

.

Тепловые воздействия, которые приводят к нарушению изоляционной поверхности. Вследствие малой продолжительности разрядов они обычно невелики.

Наиболее опасны и для человека, и для конструкций и аппаратуры электромагнитные воздействия, которые могут распространяться далеко от места прямого удара молнии.