- •Изоляция и перенапряжения Краткий курс лекций
- •Перенапряжения
- •1.Общие понятия и определения
- •2.Атмосферные перенапряжения а. Молния, как источник перенапряжения.
- •Б) Защита от прямых ударов молнии.
- •В) Индуктированные атмосферные перенапряжения
- •Г) Грозозащитные заземления.
- •3. Волновые процессы в линии
- •3.1. Движение электромагнитной волны вдоль проводов.
- •3.2. Отражение и преломление волн
- •3.3. Многократные отражения
- •3.4 Затухание и искажение волны
- •3.5. Схемы замещения
- •4. Внутренние перенапряжения
- •4.1. Перенапряжения при отключении линии на холостом ходу.
- •4.2. Отключение батарей конденсаторов.
- •4.2. Перенапряжения при отключении индуктивностей
- •5. Резонансные перенапряжения
- •6. Заземление нейтрали и перенапряжения
- •7. Гашение емкостного тока замыкания на землю дугогосящими аппаратами
- •7.1. Физика процесса и основные соотношения.
- •7.2. Смещение нейтрали из-за включения дугогасящей катушки
- •Литература
3.2. Отражение и преломление волн
Рис.8
Переход волны с линии одного сопротивления на линию с другим сопротивлением происходит с преломлением и отражением волн.
К точке А (узловая точка) по линии подходит падающая волна, после точки А по линии дальше будет двигаться уже преломленная волна, а назад пойдет отраженная волна.
откуда
где - коэффициент преломления
Аналогично ,
Где - коэффициент отражения
При разомкнутом конце линии ( ) , т.е напряжение на разомкнутом конце линии удваивается.
При коротком замыкании ( ) , .
При ; , , т.е. волна проходит без преломления.
Для энергия магнитного поля целиком переходит в энергию электрического поля.
Для энергия электрического поля переходит в энергию магнитного поля.
Кроме того, .
3.3. Многократные отражения
Реальные линии имеют конечную длину и в них происходит многократное отражение и преломление волн.
По линии с сопротивлением движется прямоугольная волна бесконечной длины с косоугольным фронтом.
В точке А волна отразится и преломится. Преломленная волна будет иметь амплитуду
Дойдя до точки В волна опять преломится и отразится.
Преломленная волна
,
отраженная
.
Отраженная волна пойдет по линии , а преломленная двинется дальше по линии . Отраженная от точки В волна дойдет до точки А снова отразится
.
Эта отраженная волна пойдет к точке В и опять отразится и преломится
и т.д.
Для стадии
или в виде геометрической прогрессии
,
что при дает или при подстановке значений коэффициентов
.
Это соотношение показывает, что на участке , не зависит от .
1. Если и имеют одинаковые знаки, то напряжение проходящей волны будет нарастать ступенями, стремясь к .
Рис.10,а
Фронт волны сглаживается
2 . Если и имеют разные знаки,
Рис.10,б
Фронт волны становится круче.
При прохождении волны через или мимо C и L меняется не только амплитуда, но и форма волны.
Фронт плоской волны, т.е. волны с прямоугольной формой, может быть представлен в виде суммы бесконечно большого числа гармонических составляющих, т.е суммы амплитуд синусоидальных колебаний, имеющих частоту от 0 до . Вообще, чем меньше крутизна фронта волны, тем меньше количество составляющих.
Горизонтальная прямая состоит из одной составляющей с частотой равной 0. Качественно прохождение волны через индуктивность можно представить следующем образом:
в первый момент времени при подходе волны составление катушки . Напряжение при этом удваивается за счет отраженной волны, а ток спадает до 0.
После прохождения фронта пойдет плоская часть волны и индуктивность будет иметь только активное сопротивление и ток и напряжение за катушкой будет постепенно возрастать до значений падающей волны.
При проходе фронта волны мимо емкости в первый момент времени и напряжение снижается до 0. Эл. энергия преобразуется в магнитную и ток возрастает до двойного.
В дальнейшем конденсатор будет заряжаться, и ток и напряжение изменяться до значений падающей волны.
Рис.11 Рис.12