302

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Кафедра конструирования и технологии в электротехнике

Л.А. Ковригин

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Методические указания для практических работ

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2013

elib.pstu.ru

Составитель д-р техн. наук, проф. Л.А. Ковригин

УДК 621.316 Т38

Рецензент

канд. техн. наук Л.Г. Сидельников

(ООО «ТестСервис»)

Техника высоких напряжений : метод. указания / сост. Т38 Л.А. Ковригин. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн.

ун-та, 2013. – 36 с.

Рассмотрены волновые процессы в ЛЭП и перенапряжения при отключении ненагруженной линии, а также высоковольтные испытательные установки.

Предназначены для студентов специальности 180302 «Электроснабжение».

УДК 621.316

ПНИПУ, 2013

2

elib.pstu.ru

Работа № 1

ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Цель работы – исследовать изменение параметров электромагнитной волны при прохождении через узловую точку, через индуктивность и мимо емкости.

Прохождение электромагнитной волны через узловую точку

При переходе электромагнитной волны с участка линии, обладающего волновым сопротивлением Z1, на участок с волновым сопротивлением Z2 изменяются параметры волны, так как на первом участке соотношение напряжения и тока определяется величиной волнового сопротивления Z1 = U1/I1, а на втором – Z2 = U2/I2. Такое изменение параметров волны происходит вследствие перераспределения энергии электрического и магнитного полей. При увеличении напряжения волны и уменьшении ее тока часть энергии магнитного поля переходит в энергию электрического поля. Волновое сопротивление линии зависит от индуктивности L0 и емкости C0 единицы

длины линии: Z = L0 / C0 . Для воздушной линии электропередачи

Z = 400…500 Ом, для кабельной линии Z = 5…40 Ом.

Пусть воздушная линия с волновым сопротивлением Z1 переходит в кабельную линию с волновым сопротивлением Z2 в точке a (рис. 1.1). По линии Z1 движется падающая волна Uпад с прямоугольным фронтом. В точке a произойдет изменение параметров волны: по линии Z2 будет продолжать движение преломленная волна Uпр, а в обратную сторону начнет движение отраженная волна Uотр:

циент отражения.

4

elib.pstu.ru

Коэффициенты α и β связаны соотношением: α = 1+ β.

Рис. 1.1. Прохождение электромагнитной волны через узловую точку: а – переход воздушной линии в кабельную; б – эквивалентная схема

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. 1.2).

Рис. 1.2. Прохождение электромагнитной волны через индуктивность: а – линии с индуктивностью; б – эквивалентная схема

За индуктивностью напряжение преломленной волны изменяется по закону

5

elib.pstu.ru

где TL = L/(Z1 + Z2) – постоянная времени.

Из уравнения (1.2) видно, что амплитуда преломленной волны Uпр на шинах подстанции уменьшится на коэффициент преломления α, а фронт волны будет возрастать по экспоненте с посто-

В начальный момент времени напряжение отраженной волны равно напряжению падающей волны с сохранением знака, а затем уменьшается по экспоненте (см. рис. 1.2, а).

Прохождение электромагнитной волны мимо емкости

Пусть на шины подстанции подключена емкость С (рис. 1.3, а). По линии Z1 набегает электромагнитная волна с прямоугольным фронтом. Эквивалентная схема представлена на рис. 1.3, б.

Напряжение преломленной волны изменяется по закону:

где TС = СZ1Z2/( Z1 + Z2) – постоянная времени.

6

elib.pstu.ru

Рис. 1.3. Прохождение электромагнитной волны мимо емкости: а – линии с емкостью; б – эквивалентная схема

Из уравнения (1.5) видно, что амплитуда преломленной волны Uпр на шинах подстанции уменьшится на коэффициент преломления α, а фронт волны будет возрастать по экспоненте с постоянной времени TС, т.е. произойдет сглаживание фронта волны

(рис. 1.3, а).

Напряжение отраженной волны:

т.е. волна, отраженная от емкости, в отличие от волны, отраженной от индуктивности, изменяет знак и затем убывает по экспоненте

(см. рис. 1.3, а).

На подстанциях с воздушными линиями для сглаживания фронта выгодно ставить емкость, так как электромагнитная волна, движущаяся по таким линиям, несет энергию, большая часть которой заключена в электрическом поле. На подстанциях с кабельными

7

elib.pstu.ru

вставками лучше ставить индуктивность, так как вся энергия волны заключена в магнитном поле.

Выполнение работы

1.Работа выполняется на компьютере в интерактивном режиме.

2.Открыть папку «Техника высоких напряжений».

3.Открыть папку «ТВН практические занятия».

4.Ознакомиться с теоретической частью «Волновые процессы

влиниях электропередачи».

5.Запустить файл Volna.exe. На экране появится:

6. Нажать OK.

8

elib.pstu.ru

Контрольные вопросы

1.Что такое коэффициент отражения?

2.Каким образом изменяется фронт волны при прохождении через индуктивность?

3.Для чего в системах грозозащиты применяют емкость?

4.С каким знаком отражается волна от емкости?

Работа № 2

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ОТКЛЮЧЕНИИ НЕНАГРУЖЕННЫХ ЛИНИЙ

Цель работы – исследование зависимости величины перенапряжений при отключении ненагруженной линии электропередач от ее параметров.

Одним из наиболее часто возникающих в эксплуатации видов коммутационных перенапряжений являются перенапряжения при отключении ненагруженной линии. Такие перенапряжения возникают вследствие повторных зажиганий дуги между расходящимися контактами выключателя. Ненагруженная линия представляет собой емкость. На рис. 2.1 представлена

схема отключения емкости.

Во включенном состоянии через конденсатор проходит ток ic, который на 90° опережает напряжение Uг (рис. 2.2). Пусть в промежуток времени t0 – t1 произошло расхождение контактов в выключателе, за расходящимися контактами горит электрическая дуга, поэтому цепь не прерывается.

10

elib.pstu.ru