- •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
1.1.2. Прохождение электромагнитной волны через индуктивность
Пусть электромагнитная волна Uпад с прямоугольным фронтом движется по линии с волновым сопротивлением Z1 и набегает через индуктивность L на шины подстанции, от которой отходит линия с волновым сопротивлением Z2 (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Прохождение электромагнитной волны через индуктивность
Для эквивалентной схемы составим уравнение по закону Кирхгофа:
, (1.16)
где iпр – мгновенное значение преломленного тока.
Преобразуем:
.
Разделим переменные:
или .
Интегрируем получившееся выражение
(1.17)
Умножим и разделим левую часть уравнения (1.17) на (Z1 + Z2), в числителе внесем (Z1 + Z2) под знак дифференциала; левой и правой частям уравнения присвоим знак « – », в левой части уравнения внесем « – » под знак дифференциала:
(1.18)
Добавим произвольное слагаемое 2Uпад под знак дифференциала:
(1.19)
После интегрирования получим
. (1.20)
Определим постоянную интегрирования K. В начальный момент времени t = 0 ток iпр равен 0, поэтому
. (1.21)
Подставим (1.21) в выражение (1.20), получим
(1.22)
Потенцируем (1.22):
Выразим iпр :
(1.23)
С учетом окончательно получим
или , (1.24)
где TL = L/( Z1 + Z2) – постоянная времени.
Рис. 1.4. Отраженная волна перед индуктивностью |
или . (1.25)
Продифференцируем уравнение (1.23):
или . (1.26)
Подставим (1.26) и (1.24) в выражение (1.25):
.
Сгруппируем и окончательно получим
(1.27)
В начальный момент времени (подставим t = 0 в (1.27)) напряжение отраженной волны
(1.28)
В начальный момент времени напряжение отраженной волны равно напряжению падающей волны с сохранением знака, а затем уменьшается по экспоненте (см. рис. 1.4).
1.1.3. Прохождение электромагнитной волны мимо емкости
Пусть на шины подстанции подключена емкость С. По линии Z1 набегает электромагнитная волна с прямоугольным фронтом. Эквивалентная схема представлена на рис. 1.5. На практике электромагнитные волны, подходя к подстанции, преодолевают не только индуктивности, но и зачастую проходят мимо емкости (см. рис. 1.5). Рассмотрим, какое же влияние окажет емкость на прямоугольную волну бесконечной длины.
Рис. 1.5. Прохождение электромагнитной волны мимо емкости
Для эквивалентной схемы составим уравнения по закону Кирхгофа и закону полного тока:
(1.29)
Продифференцируем второе уравнение системы (1.29) и выразим iС.
(1.30)
Подставим (1.30) в третье уравнение системы (1.29):
(1.31)
Подставим (1.31) в первое уравнение системы (1.29):
Разделим переменные:
(1.32)
Дальнейшие операции произведем по аналогии с выводом формул для прохождения электромагнитной волны через индуктивность. После интегрирования и последующего потенцирования, имеем:
(1.33)
С учетом окончательно получим:
или , (1.34)
где TС = СZ1Z2/( Z1 + Z2) – постоянная времени.
Из уравнения (1.34) видно, что амплитуда преломленной волны Uпр на шинах подстанции уменьшится на коэффициент преломления , а фронт волны будет возрастать по экспоненте с постоянной времени TС, т.е. произойдет сглаживание фронта волны (рис. 1.6).
Так как Uпад+ Uпр = Uотр, то напряжение отраженной волны:
(1.35)
или (1.36)
Рис. 1.6. Отраженная волна перед емкостью |
, (1.37)
т.е. волна, отраженная от емкости, в отличие от волны, отраженной от индуктивности, изменяет знак и затем убывает по экспоненте (см. рис. 1.6).
На подстанциях с воздушными линиями для сглаживания фронта выгодно ставить емкость, так как электромагнитная волна, движущееся по таким линиям, несет энергию, большая часть которой заключена в электрическом поле. На подстанциях с кабельными вставками лучше ставить индуктивность, так как вся энергия волны заключена в магнитном поле.