13.03.02 Электроэнергетика и электротехника / ТВН_практика / ещё пример стр 37

Эквивалентные схемы при волновых процессах

Понятие преломленной волны перенапряжения относится к напряжению в узловой точке, то есть к напряжению на шинах ПС или Ст.

Понятие тока преломленной волны – суммарный ток, протекающий по всем элементам, присоединенным к Ст или ПС.

Отсюда следует, что для определения параметров эквивалентной схемы можно записать соотношение токов волн перенапряжений и выразить напряже-

ние преломленной волны

Uотр

2Uпад

Рис. 2. Обобщенная эквивалентная схема для анализа волновых процессов

11

Волновые процессы при набегании ЭМВ перенапряжений на ПС

Рис. 3. Схема замещения при набегании волны перенапряжения на шины ПС

Пусть .

Исходя из эквивалентной схемы замещения, можно определить ток пре-

ломленной волны

При числе линий, подключенных к ПС, n = 2 преломления волн не будет.

При n = 1 на шинах происходит удвоение напряжения падающей волны.

Прохождение ЭМВ через индуктивность.

Рис. 4. Схема замещения при прохождении ЭМВ через индуктивность

12

Для эквивалентной схемы замещения составляются уравнения по II зако-

ну Кирхгофа

. (19)

Решая дифференциальное уравнение, можно получить выражение для определения напряжения преломленной волны

Напряжение преломленной волны изменяется по экспоненциальному за-

кону.

В первый момент времени t = 0 напряжение за индуктивностью = 0. Затем оно нарастает по экспоненте и достигает максимального значения в установив-

шемся режиме (t = ∞).

13

Прохождение ЭМВ мимо емкости

Рис. 5. Схема замещения при прохождении ЭМВ мимо емкости

По схеме замещения составляется система уравнений по законам

Кирхгофа

.

Решая полученную систему уравнений, можно получить напряжения пре-

ломленной и отраженной волн

Емкость сглаживает фронт ЭМВ, что благоприятно сказывается на усло-

виях работы межвитковой изоляции обмоток трансформаторов и электрических машин.

При набегании ЭМВ перенапряжений на трансформаторы и электриче-

ские машины: чем меньше крутизна фронта волны, тем ниже будут разности

14

потенциалов между витками при прохождении вдоль обмотки фронта волны.

Чем больше фронт, путем установки емкости, тем менее опасны грозовые перенапряжения для трансформаторов и электрических машин.

Определение емкости для снижения крутизны фронта набегающих

волн.

Из уравнения для преломленной волны скорость изменения напряжения на фронте волны (крутизна) определится

Отсюда можно сделать вывод, что наибольшее значение крутизны фронта волна имеет в момент времени τ = 0.

При решении дифференциального уравнения (29) получаем величину ем-

кости, необходимой для снижения крутизны фронта набегающих волн перена-

тивлением 400 Ом на шины ПС. По условиям безопасной работы изоляции трансформатора определена допустимая крутизна фронта волны = 1 кВ/мкс.

Найти емкость, обеспечивающую сглаживание фронта волны для защиты меж-

витковой изоляции.

Решение

.

Вывод: В схемах молниезащиты и защиты от внутренних перенапряже-

ний емкость используется для сглаживания фронта набегающих волн и защиты межвитковой изоляции.

Импульсная корона

Существенное влияние на волновой процесс оказывает импульсная коро-

на, возникающая на проводах при высоких напряжениях импульсной волны.

Она существует столько, сколько существует импульсный канал «молния – ВЛ

- земля».

Импульсная корона имеет стримерную структуру, и состоит из множества радиально направленных светящихся нитей – стримеров. Каналы стримеров яв-

ляются проводящими, благодаря чему часть зарядов стекает к головкам стри-

меров.

В итоге в чехле импульсной короны сосредотачивается значительный за-

ряд и емкость провода линии возрастает. Эта емкость называется динамиче-

ской.

Динамическая емкость определяется наклоном касательной к вольт-

кулоновской характеристике (рис. 6) импульсной короны

q

Рис. 6. Воль-кулоновская характеристика импульсной короны

Скорость нарастания заряда в чехле короны .

Вывод. Анализ ВКХ показывает, что с нарастанием волны перенапряже-

ния угол касательной увеличивается, следовательно, возрастает динамическая

16

емкость.

Определим влияние импульсной короны на скорость распространения ЭМВ перенапряжения.

Импульсная корона снижает скорость распространения ЭМВ по прово-

дам. Коэффициент затухания ЭМВ из-за влияния импульсной короны

виям работы изоляции при грозовом поражении, кВ. Это то минимальное зна-

чение напряжения, которое приводит к перекрытию. Для каждого расчетного случая определяется заново;

Импульсная корона (динамическая емкость) влияет и на коэффициент динамической связи между проводами и тросами с учетом короны

17

Вывод. Импульсная корона снижает волновые сопротивления проводов и

повышает коэффициент связи между проводами и тросами. Неучет импульсной короны приводит к большим погрешностям при оценке уровня грозоупорности электроэнергетических объектов.

Затухание амплитуды импульсной волны из-за потерь энергии

на импульсную корону

В практических расчетах l – длиннее защищенного подхода.

Под защищенным подходом Ст или ПС понимается тот участок линии,

подходящий к Ст или ПС, попадание в который молнии вызывает опасные для изоляции оборудования волны перенапряжения.

Пример. Определить напряжение, набегающее с пораженной линии на шины ПС. Волна отрицательной полярности. Напряжение имеет амплитуду

U = 1600 кВ. Путь, пройденный волной, l = 5 км.

18

.

Вывод по влиянию импульсной короны. Импульсная корона приводит к деформации волны перенапряжения, снижая ее амплитуду и удлиняя фронт волны.

Примеры решения типовых задач

ЗАДАЧА.

1.Определить напряжение на шинах подстанции и ВЛ при набегании электромагнитных волн по ВЛ и скорость ее распространения:

а) на шины подстанции;

б) при прохождении ЭМВ через индуктивность L;

в) при прохождении ЭМВ мимо емкости С.

2. Найти индуктивное напряжение на проводах при ударе молнии в трос.

Исходные данные: номинальное напряжение Uн = 220 кВ; тип опоры УБ-500-1; марка и сечение провода АС-400; количество ВЛ n = 3; соотношение напряжений Uпад /Uдоп = 1600/200; lзп = 2,5/2 км; емкость линии С = 0,25 мкФ;

индуктивность линии L = 4,2 мГн; максимальная скорость изменения напряжения преломленной волны dUпр.мах/dt = 3,5 кВ/мкс.

Решение.

1. Волновое сопротивление линии до шины:

Z1 60 ln 2 h ,

rпр

где h - средняя высота подвеса провода над землей, м; для заданного типа опоры h = 27,4 м;

rпр - радиус провода, м; rпр = 15 мм = 0,015 м.

Волновое сопротивление линии после шины:

19

Uпр2 = 1067 В; Uпр3 = 1073 В; Uпр4 = 1100 В; Uпр5 = 1130 В; Uпр6 = 1190 В; Uпр7 = 1256 В.

Uпр2 = 1298 В; Uпр3 = 1260 В; Uпр4 = 1243 В; Uпр5 = 1182 В; Uпр6 = 1113 В; Uпр7 = 1065 В.

20