- •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
Зная критическую напряженность, можно определить критическое напряжение образования короны:
, (3.2)
где R – расстояние от провода до земли.
Для уменьшения потерь на корону применяют расщепленные провода (см. рис. В.2). Наибольшие напряженности в этом случае (у поверхности расщепленного провода, обращенной наружу) оказываются ниже наибольшей напряженности у поверхности одинарного провода.
3. 2. Корона на проводах лэп при постоянном напряжении
Для определения потерь на корону рассмотрим цилиндрический конденсатор, у которого r0 – радиус провода, R – расстояние от провода до земли. При постоянном напряжении потери на корону
, (3.3)
где I – ток короны; U – напряжение между проводом и землей.
Ток короны является функцией напряжения на проводе:
. (3.4)
Подставив (3.4) в (3.3), получим:
. (3.5)
Найдем вольт-амперную характеристику короны , используя теорему Остроградского– Гаусса, которая гласит, что поток вектора электрической индукции D сквозь произвольную замкнутую поверхность S равен алгебраической сумме свободных зарядов Q, расположенных в объеме,ограниченном этой поверхностью:
. (3.6)
В дифференциальной форме
, (3.7)
где ρ – объемная плотность заряда.
Это означает, что источники электрического поля находятся только в тех местах, в которых имеются электрические заряды. Для среды с постоянной диэлектрической проницаемостью () имеем
, , (3.8)
где ε0 = 8,85·10-12, Ф/м – диэлектрическая постоянная.
Распишем дивергенцию в цилиндрической системе координат:
. (3.9)
Два последних слагаемых равны нулю, так как напряженность вдоль провода и по его периметру не изменяется. Тогда получим
, . (3.10)
Разделим переменные:
. (3.11)
Ток короны невелик, поэтому предполагаем, что объемные заряды мало искажают электрическое поле, т.е. rE = const. Напряженность поля на поверхности провода поддерживается на уровне критической Eк. Если по какой-либо причине напряженность на проводе возрастет, то более интенсивная ионизация приведет к увеличению объемного заряда, который не даст возрасти напряженности на проводе. Интегрируем (3.11) от rE до r0Eк и от r0 до r:
(3.12)
После интегрирования получим:
(3.13)
Поделим (3.13) на r :
. (3.14)
Проинтегрировав (3.14), получим напряжение:
,
. (3.15)
С учетом получим
, (3.16)
где Uк – напряжение возникновения короны.
Расстояние от провода до земли много больше радиуса провода: R >> r0, поэтому
. (3.17)
Откуда объемная плотность заряда
. (3.18)
Ток короны
или , (3.19)
где – поверхность цилиндра; – скорость движения ионов; k – подвижность ионов.
Из формулы (3.19) получим ток короны на радиусе R:
(3.20)
Напряженность поля на расстоянии R
(3.21)
Подставим (3.21) в (3.20):
(3.22)
Подставим (3.18) в (3.22):
(3.23)
Сгруппируем все постоянные, получим
(3.24)
Тогда формула для тока короны (3.22) примет следующий вид:
(3.25)
Окончательно имеем
(3.26)
При Uк > U потерь на корону нет: P = 0. Наличие короны недопустимо, однако бывают такие погодные условия, что может возникнуть корона.