Импульсное напряжение Билет №17

Небольшие грозовые перенапряжения возникают при прямом ударе молнии в линию или подстанцию. В месте удара возникает кратковременное импульсное напряжение, выше импульсной электрической прочности изоляции электропередач и электрооборудования.

Импульс напряжения - резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня за промежуток времени до нескольких миллисекунд (т.е. меньше полупериода).
Импульсное напряжение характеризуют следующие величины:
амплитуда импульса С/имп - максимальное мгновенное значение импульса напряжения; длительность импульса.

В электрическую сеть напряжением 220...380 В может проникать импульсное напряжение до 3... 6 кВ.
Для обеспечения надежной работы электрической сети необходимо осуществить ее эффективную и экономичную грозозащиту или использовать ограничители перенапряжения (ОПН) на основе металло-оксидных соединений.

Распределение в неоднородном поле(однородном)

Однородным полем називается поле в котором вдоль силовых линий напряженность поля постоянная. Если в газе между двумя электродами, образующими однородное поле, появляется свободный электрон, то, двигаясь к аноду при достаточной напряженности электрического поля, он может ионизировать атом или молекулу газа при столкновении. В результате этого появляется новый электрон и положительный ион. Это электрон вместе с начальным ионизируют новые атомы и молекулы, и число свободных электронов непрерывно нарастает. Этот процес називается лавиною электронов.

В неоднородном поле напряженность поля в различных точках промежутка разная по величине и по направлению. При некотором на­чальном напряжении U_Hв промежутке возникает самостоятельный раз­ряд в лавинной форме, т. к. вблизи стержня имеется область с напряженностью. превышающей значение Е_H. соответствующее возникнове­нию самостоятельной формы разряда. Разряд локализуется в этой области, а вторичные лавины поддерживаются либо за счет фото-ионизации либо за счет фотоэмиссин или автоэлектронной эмиссии. Такой разряд называ­ется коронным разрядом в лавинной форме. Значение напряжения и на­пряженности поля на электроде при возникновении коронного разряда зависит от степени неоднородности поля. С увеличением степени неод­нородности напряженность на электроде-стержне увеличивается, а на­пряжение возникновения короны уменьшается.

При увеличении напряжения свыше когда количество элек­тронов в лавине возрастает до 10⁷—10⁹. она переходит в атазменное со­стояние и в промежутке возникает стример у электрода с повышенной напряженностью поля. В резконеоднородном поле, в зависимости от величины напряжения, стример, пройдя некото­рое расстояние, может остановиться.

Для пробоя всего межэлектродного промежутка необходимо еще увеличить напряжение. Тогда образуется канал, который продвигается от электрода с повышенной напряженностью (острие) к противополож­ному электроду. При пересечении искровым каналом всего промежутка он преобразуется в электрическую дугу, что означает завершение про­боя. В резконеоднородных полях напряжение пробоя всегда больше на­пряжения возникновения коронного разряда в любой форме.

Модэль лидер – земля.

Условия для развития молнии создаются в том месте облака, где образовались скопления зарядов и электрическое поле с напряжонностью, равной критическому значению. В этом месте начинается процесс ударной ионизации, создаются лавины электронов, под воздействием фотоионизации и термоионизации образуются стимеры, которые преобразуются в лидеры. Разряд молнии состоит из нескольких отдельных импульсов, каждый импульс имеет две стадии: начальную и главный разряд. Если импульс развернуть во времени то мы увидим что разряд лидерной стадии первого импульса развивается ступенями. Задержки в развитии ступенчатого лидера происходят из-за того, что для развития лидера должно происходить движение электронов вниз по каналу ведущего стимера, чтобы обеспечить возникновение необходимого градиента потециала, а на это требуется некоторое время. Это время и является паузой между отдельными ступенями. Второй и последующие импульсы имеют стреловидную форму ли-дерной стадии, а не ступенчатую. Так как они развиваются по ионизированному каналу, то необходимость в ступенча­том лидере отпадает. При достижении земли лидером пер­вого импульса образуется хорошо проводящий ионизиро­ванный канал. Заряд с конца лидера быстро стекает в землю. Этот момент является началом второй стадии гро­зового разряда, который называется главным (обратным) разрядом. Главный разряд распространяется в виде сплош­ной светящейся линии от земли к облаку (линейная мол­ния). Как только главный разряд достигает облака, све­чение канала ослабевает. Фаза слабого свечения называ­ется послесвечением.

Повторных импульсов в одном разряде молнии может быть до 20 и более, продолжительность одного разряда молнии достигает 1,33 с. Примерно в 40 % случаев разряд молнии имеет многократный характер, в среднем с тремя-четырьмя импульсами в одном разряде.

 

 

Билет №18

1. При кратковременных импульсах значение разрядного напряжения воздушных промежутков зависит от продолжительности воздейcтвия. Если к промежутку приложено напряжение, достаточное для пробоя, то для развития и завершения разряда в промежутке необходи­мо определенное время tp называемое временем разряда (см. рис. 1.14).

Развитие самостоятельного разряда начинается с появления в промежутке эффективного начального электрона, что является случайным событием. Время ожидания эффективного электрона tc подвержено разбросу и поэтому называется статистическим временем запаздывания разряда. Это первая составляющая времени разряда. Другой составляющей, имеющей также статистический характер, является время формирования разряда tф. т. е. время от момента появления начального электрона до завершения пробоя промежутка. Время tc+tф=tз называют временем запаздывания развития разряда. При достаточно большой длительности фронта импульса имеет значение также время t0. пред­ставляющее собой время подъема напряжения до значения Uн, Таким образом, в общем случае время разряда определяется так:

tp=t0+tc+tф

Составляющие времени разряда tc и tф зависят от значения напряжения на промежутке. При увеличении напряжения повышается вероятность того, что появляющиеся в промежутке электроны станут эффективными и tc уменьшится. Сокращается также и tф. поскольку при большем напряжении возрастает интенсивность разрядных процессов и скорость продвижения канала разряда в промежутке. Поэтому чем выше разрядное напряжение, тем меньше время разряда.

С целью унификации испытании и возможности сопоставления изоляционных конструкций установлен стандартный грозовой импульс с длительностью фронта (возрастания напряжения) τ_ф =1.2±0.4 мкс и длительностью импульса τ_и =50±10 мкс. Он обозначается так: 1.2/50 мкс.

Уровень U₀ – статическое разрядное напряжение, тоестьанпряжение необходимое для разряда в однородном поле. По сравнению с длиной импульса U_1//U₀ – коеффициент импульса.

U₁‑разрядное импульсное напряжение;

U₀‑статическое (50Гц).

2. Для уменьшения перенапряжений в трансформаторе необходимо уменьшить амплитуду свободных колебаний приближением начального распределения напряжения к установившемуся. Этого достигают применением внутренней защиты, которая получила название емкостной. Принцип ее заключается в создании специальных экранирующих емкостей С_э, через которые на катушки подается ток, компенсирующий стекание тока на землю через емкости С₁. Из большого количества конструкций такой защиты в настои Щей работе рассматривается поперечная (рис. 20.4).

 

3. Защита от прямых ударов молнии осуществляется с помощью молниеотводов. Молниеотвод представляет собой возвышающееся над защищаемым объектом устройство, через которое ток молнии, минуя защищаемый объект, отводится в землю. Молниеотвод состоит из молниеприемника; непосредственно воспринимающего на себя удар молнии, токоотвода и заземлителя.

Защитное действие молниеотводов основано на том, что во время лидерной стадии на вершине молниеотвода скапливаются заряды и наибольшие напряженности электриче­ского поля создаются на пути между развивающимся лидером и вершиной молниеотводов. Возникновение и развитие с молниеотвода встречного лидера еще более усиливает напряженности поля на этом пути, что окончательно предопределяет удар в молниеотвод. Защищаемый объект, более низкий, чем молниеотвод, будучи расположен поблизости от него, оказывается заэкранированным молниеотводом и встречным лидером и поэтому практически не может быть поражен молнией.

Защитное действие молниеотвода характеризуется его зоной защиты, т. е. пространством вблизи молниеотвода, вероятность попадания молнии в которое не превышает оп­ределенного достаточно малого значения.

В зависимости от защищаемого объекта применяют стержневые (подстанции) или тросовые (ВЛ) молниеотводы. Необходимым условием эффективной работы молниеотводов является их хорошее заземление.

 

 

Билет 19.

1. Залежність розрядної напруги від крутизни хвилі імпульсу.

В связи с кратковременностью действия импульса U влияние на разрядное U оказывает временное запаздывание разряда.

Чем круче волна, тем большее разрядное U.

В предразрядное время время запаздывания складывается из 3-х составляющих: 1- составляющие τ1 и τ‘1 – есть время достижения волной уровня напряжения U0, которая соответствует уровню самостоятельности разряда. 2-интервалы времени τст и τ‘ст – отвечают за появление запального электрода, который является эффект, т.е. способным производить ионизацию. 3 - τформ и τ‘форм – явл. временами пересечения лавиной промежутка.

Волны 1 и 2 имеют различную крутизну, как следует из рисунка, τст=τ‘ст и τформ=τ‘форм при прочих равных условиях разрядное U при волне с большей крутизной будет большим