Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрофизические основы электроэнергетики. Учебное пособие
.pdf
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Перенапряжения в электрических системах и защита от них: учебник для
вузов/ В.В. Базуткин, К.П. Кадомская, М.В. Костенко, Ю.А. Михайлов. –
Санкт-Петербург: Энергоатомиздат, 1995. – 320 с.
2. Дьяконов В.П., Абраменкова И.В. MathCAD 7.0 в математике, физике и в
Internet. – М.: Нолидж, 1998. – 352 с.
3. Потемкин В.Г. Система MATLAB. Справочное пособие. – М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1998. – 350 с.
4. Основы теории цепей: учебник для вузов / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин,
А.В. Нетушил, С.В. Страхов. – 5-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат,
1989. – 528 с.
5. Физико-математические основы техники и электрофизики высоких
напряжений: учебное пособие для вузов / В.В. Базуткин, К.П. Кадомская,
Е.С. Колечицкий и др.; под ред. К.П. Кадомской. – М.: Энергоатомиздат,
1995. – 416 с.
6. Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита
от них: учебник / К.П. Кадомская, Ю.А. Лавров, А.А. Рейхард. –Новосибирск:
Изд-во НГТУ, 2004. – 368 с.
7. Кадомская К.П. Волновые процессы в ВЛ и КЛ / Новосиб. электротехн.
ин-т. – Новосибирск. 1980. – 100 с.
8. Кадомская К.П. Физико-математические основы техники и электрофизики высоких напряжений: конспект лекций / Новосиб. электротехн. ин-т. – Новосибирск, 1992. – 65 с.
9. Перенапряжения в электрических системах и защита от них: учебник для
вузов / В.В. Базуткин, К.П. Кадомская, М.В. Костенко, Ю.А. Михайлов. –
Санкт-Петербург: Энергоатомиздат, 1995. – 320 с.
10. Техника высоких напряжений: учебное пособие для вузов / под ред.
Г.С. Кучинского. – СПб.: Изд. ПЭИПК, 1998. – 700 с.
11. Техника высоких напряжения. Изоляция и перенапряжения в электрических системах / В.В. Базуткин, В.П. Ларионов, Ю.С. Пинталь; под общ. ред.
В.П. Ларионова – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 464 с.
12. Техника высоких напряжений: учебник для вузов / под общ. ред.
Д.В. Разевига. – М.: Энергия, 1976. – 488 с.
111
13. Клейн А.А., Щеглов Н.В. Электрофизические основы электроэнергетики:
учебное пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. – 94 с.
14. Техника высоких напряжения в электроэнергетике / А.И. Долгинов. –
М.: Энергия, 1968. – 464 с.
15. Куффель Е., Цоенгль В., Куффель Дж. Техника и электрофизика высоких напряжений; пер. с англ.: учебно-справочное руководство / Е. Куффель,
В. Цоенгль, Дж. Куффель. – Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект»,
2011. – 520.
16. Техника высоких напряжений: теоретическое и практическое применение; пер. с нем. / М. Байер, В. Бёк, К. Мюллер, В. Цаенгель; под ред. В.П. Ларионова. – М.: Энергоиздат, 1989. – 555 с.
17. Хаушильд В., Мош В. Статистика для электротехников в приложении к
технике высоких напряжений; пер. с нем. – Л.: Энергоиздат, 1989. – 312 с.
112
ПРИЛОЖЕНИЕ
Измерение максимальных напряжений с помощью
шаровых разрядников
Простые воздушные искровые разрядники могут быть использованы для
измерения амплитудного напряжения свыше примерно 10 кВ. Искровые разрядники для измерительных целей могут быть применены с учетом разработанных на основе физических явлений при пробое правил и рекомендаций. Поскольку быстрый переход от изолированного состояния промежутков между
электродами до состояния дуги высокой проводимости используется для определения уровня напряжения, электрический пробой не дает возможности прямо
считывать напряжение в разряднике.
С помощью разрядника нельзя непосредственно определить напряжение,
поэтому необходимо пользоваться таблицами. При замыкании искрой источника напряжения ток замыкания ограничивается резисторами, включенными
последовательно с разрядником. Искровые разрядники могут рассматриваться
как комбинированные приборы с ограниченной точностью, т. е. с известной
погрешностью измерений, но с высокой надежностью.
Геометрическая конфигурация электродов измерительного разрядника
служит решающим фактором для его применения. В течение нескольких десятилетий международные, а также национальные стандарты рекомендуют шаровые разрядники, а в настоящее время рассматривается возможность применения разрядников типа стержень–стержень для измерения напряжения, поскольку их надежность подтверждена.
Разрядники с равномерным полем обладают существенными недостатками.
Шаровые разрядники (это две металлические сферы одинакового диаметра,
расположенные рядом) применяются для измерения максимального значения
постоянного, переменного и импульсного напряжения. Способность измерить
импульсные значения напряжений при длительности фронта 1…3 мкс обусловлена малым временем статистического запаздывания, т. е. временем ожидания
появления электрона для инициализации электронной лавины, временем
развития стримера и формирования пробоя между электродами. При малом
113
расстоянии между электродами имеется довольно равномерное распределение
напряженности электрического поля, так что никаких частичных разрядов или
короны перед пробоем не появляется; поэтому задержка формирования разряда
мала. Постоянное присутствие первичных или начальных электронов в области
максимальных градиентов поля инициирует критические лавины с малым временем запаздывания. Распределение напряженности электрического поля в области поля с высокой напряженностью в достаточной мере определяется конфигурацией электродов. Помимо напряженности электрического поля необходимо знать состав воздуха и его плотность.
Шаровой разрядник представляет собой емкость, которая вместе с индуктивностями соединительных проводов может сформировать последовательный
колебательный контур. Интенсивные частичные разряды на испытываемом
объекте будут возбуждать колебания, которые могут вызвать пробой разрядника.
Чтобы уменьшить электрическую эрозию шаров, между испытываемым
объектом и шаровым разрядником включают резисторы с сопротивлением от
0,1 до 1 МОм при измерении постоянных и переменных напряжений промышленной частоты. Для более высоких частот падение напряжения на этом сопротивлении может изменить напряжение между шарами. При импульсных напряжениях такие защитные резисторы должны иметь сопротивление 500 Ом, а их
индуктивность не должна превышать 30 мкГн.
В табл. П1 и П2 приведены значения разрядного напряжения при отсутствии облучения разрядного промежутка. При диаметре шаров менее 125 мм
требуется облучение.
Т а б л и ц а П1
Пятидесятипроцентные разрядные напряжения шаровых разрядников
с одним заземленным шаром при переменном, грозовом импульсном
напряжении отрицательной полярности и постоянном напряжении
обеих полярностей (нормальные атмосферные условия: 20 оС; 101,3 кПа)
Зазор шарового
разрядника, мм
5 17,2 16,8 –
10 31,9 31,7 –
15 45,5 45,5 –
20 58,5 59,0 –
25 69,5 72,5 72,5
30 79,5 85,0 86,0
35 (87,5) 97,0 99,0
40 (95) 108,0 112,0
45 (101) 119,0 125,0
Максимальное значение напряжения, кВм
Dш = 6,25 см
Dш = 12,5 см Dш = 25 см
114
О к о н ч а н и е т а б л . П1
6
7,4 10
6
22,2 10
Зазор шарового
разрядника, мм
50 (107) 129,0 137,0
55 (112) 138,0 149,0
60 (116) 146,0 161,0
Примечание. Цифры в круглых скобках, которые соответствуют расстояниям
между шарами более 0,5D, могут давать погрешность ±5,0 %
Пятидесятипроцентные разрядные напряжения шаровых разрядников
с одним заземленным шаром при положительной полярности грозовых
и коммутационных импульсов и постоянном напряжении обеих полярностей
(нормальные атмосферные условия: 20 оС; 101,3 кПа)
Зазор шарового
разрядника, мм
5 17,2 16,8 –
10 31,9 31,7 31,7
15 45,9 45,5 45,5
20 59,0 59,0 59
25 71,0 72,5 72,7
30 82,0 85,5 86,0
35 (91,5) 98,0 99,0
40 (101) 110,0 112,0
45 (108) 122,0 125,0
50 (115) 134,0 138,0
55 (122) 145,0 151,0
60 (127) 155,0 163,0
Максимальное значение напряжения, кВм
Dш = 6,25 см
Максимальное значение напряжения, кВм
Dш = 6,25 см
Dш = 12,5 см Dш = 25 см
Dш = 12,5 см Dш = 25 см
Т а б л и ц а П2
Примечание. Цифры в круглых скобках, которые соответствуют расстояниям
между шарами более 0,5D, могут давать погрешность ±5,0 %.
Рекомендуется выполнять облучение кварцевой трубчатой лампой с ртутными парами минимальной номинальной мощностью 35 Вт и током не менее
1 А, радиоактивное облучение – с помощью капсул, содержащих радиоактив-
ные материалы активностью не менее 0,2 млКюри (
почтительно 0,6 млКюри (
беккерелей), встроенных в шар, находя-
беккерелей), а пред-
щийся под высоким напряжениям. При этом необходимо соблюдать особые
меры предосторожности при использовании радиоактивных материалов.
115
Применение шаровых разрядников для измерений требует большого вре-
50 %
,
50 %
мени. Эта процедура обычно состоит из калибровки, определения соотношений
между высоким напряжением, которое измеряется шаровым разрядником, и
показанием вольтметра, осциллографа или другого прибора, присоединенного
к первичной стороне высокого напряжения. Это соотношение изменяется при
изменениях в схеме, в частности при изменении расстояния между шарами.
Напряжение, измеряемое шаровым разрядником, определяется расстоянием
между шарами.
Процедура измерения переменных напряжений
Устанавливается некоторое расстояние между шарами. Затем напряжение
повышается со скоростью, достаточной для считываний регистрирующего прибора, установленного на первичной стороне источника высокого напряжения.
Процедура измерения постоянных напряжений
Зажигается разряд между шарами, напряжение источника питания медленно уменьшается до момента погасания разряда и фиксируется напряжение
на первичной стороне.
Если в воздухе присутствует пыль или волокнистый материал, то могут
возникать электрические пробои при меньшем напряжении, особенно когда измеряются постоянные напряжения и может потребоваться несколько тренировочных разрядов перед измерениями.
Процедура измерения импульсных напряжений
Чтобы получить 50 % пробоя, расстояние между шарами или зарядное
напряжение импульсного генератора ступенчато изменяют. Ступень должна
быть не более чем 2 % от ожидаемого напряжения пробоя. Шесть импульсов
напряжения прикладываются к разряднику на каждой ступени. Интервал
между приложением импульсов не должен быть меньше 5 с. Значение, дающее
50 %-ю вероятность пробоя, предпочтительно находится интерполяцией, по
крайней мере, между двумя установками расстояний или напряжений. Первая
соответствует двум пробоям или меньше, а вторая – четырем пробоям или
больше. Другой, менее точный, метод – это регулировка установки до тех пор,
пока не будет получаться от четырех до шести пробоев в серии из десяти приложений напряжения.
Поскольку плотность воздуха в процессе измерений меняется при изменении атмосферных условий, напряжение пробоя промежутка определяется формулой
где
U соответствует табличным значениям для определенного расстояния
U kU (П1)
S
между измерительными шарами; k – коэффициент коррекции, связанный с
плотностью воздуха.
116
Действующая относительная плотность воздуха определяется по формуле
0 0
,
t pT
p t p T
0
p
20 C
273
p
где
– давление воздуха в нормальных условиях; p – давление в условиях
испытания;
t
0
273
0 0
(П2)
; t – температура в градусах Цельсия в условиях испыта-
ния.
Коэффициент коррекции k, приведенный в табл. П3, есть слабонелинейная
функция относительной плотности воздуха. В общем виде напряжение пробоя
описывается законом Пашена.
Т а б л и ц а П3
Коэффициент коррекции k
Относительная плотность воздуха δ Коэффициент коррекции k
0,70 0,72
0,75 0,77
0,80 0,82
0,85 0,86
0,90 0,91
0,95 0,95
1,00 1,00
1,05 1,05
1,10 1,09
1,15 1,13
Влиянием влажности обычно пренебрегают, так как возрастание напряжения пробоя с увеличением влажности составляет 2…3 % во всем диапазоне
влажностей, встречающихся обычно в условиях лабораторий.
117
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................................................................................................................... 3
1. Исследование переходных процессов в цепях с сосредоточенными
параметрами ....................................................................................................... 4
1.1. Математическая модель электромагнитных переходных процессов
в схемах с сосредоточенными параметрами ................................................ 4
1.2. Инженерная методика оценки максимальных значений напряжений
и токов в переходном процессе .................................................................... 9
1.3. Практические занятия по исследованию электромагнитных
переходных процессов в схемах с сосредоточенными параметрами ...... 15
Контрольные вопросы ........................................................................................ 17
2. Расчет погонных и волновых параметров воздушных линий
электропередачи ............................................................................................... 20
2.1. Определение параметров трехфазной ВЛ без потерь ............................... 22
2.2. Расчет параметров ВЛ с потерями ............................................................. 25
2.3. Аналитический расчет параметров ВЛ без потерь ................................... 27
2.4. Исследование влияния тросов на параметры ВЛ ...................................... 27
Контрольные вопросы ........................................................................................ 37
3. Особенности электромагнитных переходных процессов в схемах
с распределенными параметрами ................................................................. 38
Контрольные вопросы ........................................................................................ 61
4. Электрические разряды в газе ...................................................................... 62
4.1. Самостоятельный разряд в газе .................................................................. 62
4.2. Влияние диэлектрического барьера на пробивное напряжение
промежутка с резконеравномерным полем ............................................... 68
Контрольные вопросы ........................................................................................ 72
118
5. Влияние формы воздействующего напряжения на электрическую
прочность воздушных промежутков ............................................................ 73
Контрольные вопросы ........................................................................................ 81
6. Разряд вдоль поверхности твердой изоляции ............................................ 82
Контрольные вопросы ........................................................................................ 89
7. Коронный разряд на проводах линий электропередачи .......................... 90
7.1. Расчет среднегодовой мощности потерь энергии на корону
на ВЛ переменного тока .............................................................................. 95
7.2. Проверка проводов на допустимый уровень радиопомех ........................ 97
7.3. Выбор оптимальной конструкции фазы ВЛ .............................................. 98
7.4. Экспериментальное определение характеристик короны
на проводах при переменном напряжении ................................................ 99
Контрольные вопросы ...................................................................................... 102
8. Статистические свойства разряда .............................................................. 103
Контрольные вопросы ...................................................................................... 110
Библиографический список ................................................................................ 111
Приложение. Измерение максимальных напряжений с помощью
шаровых разрядников .................................................................. 113
119
Цуркан Наталья Викторовна
Шевченко Станислав Сергеевич
Щеглов Николай Владимирович
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ
Учебное пособие
Редактор И.Л. Кескевич
Выпускающий редактор И.П. Брованова
Корректор И.Е. Семенова
Дизайн обложки А.В. Ладыжская
Компьютерная верстка Л.А. Веселовская
Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции
Издание соответствует коду 95 3000 ОК 005-93 (ОКП)
___________________________________________________________________________________
Подписано в печать 08.10.2019. Формат 60 × 84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 50 экз.
Уч.-изд. л. 6,97. Печ. л. 7,5. Изд. № 170. Заказ № 1358. Цена договорная
___________________________________________________________________________________
Отпечатано в типографии
Новосибирского государственного технического университета
630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]