ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 154
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Волновые процессы в линиях
При прямом ударе молнии (ПУМ) в линию или вблизи нее (в землю) возникают электромагнитные волны, распространяющиеся вдоль провода ЛЭП. Атмосферные перенапряжения на линиях и подстанциях определяются движением и преломлением этих волн. Поэтому анализ волновых процессов при расчетах устройств грозозащиты имеет принципиально важное значение.
Волна распространяется вдоль линии в воздухе со скоростью υ =С /
=C =300 м/мкс– скорость света (µ – относительная магнитная проницаемость среды; ε – диэлектрическая проницаемость среды).Для воздуха µ0 = 1;ε = 1.
Для кабельных линий µ = 1;ε ≈ 4. Следовательно, в кабелях υ ≈ 0,5С. Напряжение и ток волны связаны между собой:
- волновое сопротивление.Волновое сопротивление единичного провода воздушной линии Z = 400…450 Ом.
Кабельные линии имеют Z = 50…100 Ом.
В общем случае волновой процесс в линиях определяется четырьмя основными параметрами: емкостью С, индуктивностью L, активным сопротивлением провода r и активной проводимостью диэлектрика g.
Преломление и отражение волн в узловых точках
Узловой точкой линии называют такую точку, в которой скачком изменяется соотношение между электрическим и магнитным полем, т. е. изменяется волновое сопротивление линии ZЛ.
Для расчета преломленных и отраженных волн в узловых точках используют эквивалентную схему замещения линии с распределенными параметрами на линию с сосредоточенными параметрами по правилу Петерсена (см. рис. 4.9).
Рис. 4.9. Эквивалентная схема замещения длинной линии по правилу Петерсена для расчета преломленных и отраженных волн в узловой точке А: Uпад – падающая волна напряжения;Z1 – волновое сопротивление длинной линии, по которой падает волна напряжения;Z2 – волновое сопротивление длинной линии после точки неоднородности; А – узловая точка (место неоднородности);
UA – напряжение в узловой точке.
Рассмотрим несколько примеров отражения и преломления волн в узловых точках при бесконечной длине падающей волны с прямоугольным фронтом.
Рассмотрим несколько примеров отражения и преломления волн в узловых точках при бесконечной длине падающей волны с прямоугольным фронтом.
1. Конец линии (точка А) разомкнут,Z2 =∞:
.Падающая волна напряжения отражается полностью с тем же знаком, и в точке А, на конце линии, напряжение удваивается.
Для волны тока i2 = 0, т. е. преломленный ток равен нулю:
.Падающая волна тока отражается от разомкнутого конца полностью с обратным знаком, и ток в линии равен нулю.
2. Линия в конце (точка А) закорочена,Z2 = 0 .
Падающая волна напряжения отражается полностью от короткозамкнутого конца линии с обратным знаком, напряжение в точке А равно нулю, а волна тока отражается с тем же знаком – удваивается.
3. Линия в конце (точка А) согласована, т. е. Z1 =Z2 =Z.
Нетрудно видеть, что в этом случае падающие волны напряжения и тока не испытывают отражений и преломлений при падении на согласованное Z.
Для системы (рис. 4.9)
, 
, 
, 
.Определим Uпрел и Uотр через Uпад. Решая совместно систему и выраженные токи:
, 
, где
- коэффициент преломления (4.9) ,
– коэффициент отражения (4.10).Отсюда
, где -=1.Определим границы изменения α и β.
1.Предположим, что Z2 = 0, тогда из выражения (4.9) α = 0. При Z2=∞ α = 2. Следовательно,α изменяется в диапазоне 0≤ α ≤ 2.
2.Предположим, что Z2 = 0, тогда из выражения (4.10) β =–1.При Z2=∞ β = 1. Следовательно,β изменяется в диапазоне –1≤ β ≤ +1.
-
Общая характеристика внутренних перенапряжений.
Наиболее многообразны внутренние перенапряжения. Причины возникновения внутренних перенапряжений очень разнообразны (отключение линии электропередач, трансформатора и другие переключения; обрывы фаз; КЗ, перекрытие и пробой изоляторов).
Внутренние перенапряжения вызываются колебаниями энергии, запасенной в элементах сети, или при изменении поступающей энергии от источников энергии (генераторы при изменении первоначальных параметров).
Элементы электрической сети: источники энергии; накопители энергии (конденсаторы, катушки индуктивности); поглотители энергии (активные сопротивления, корона, проводимость изоляции).
Внутренние перенапряжения делятся на коммутационные, квазистационарные (установившиеся), стационарные.
1) Важнейшей характеристикой перенапряжений на изоляции является их кратность, т. е. отношение максимального значения напряжения U макс к амплитуде наибольшего рабочего напряжения на данной изоляционной конструкции 2 U ном.раб.: К = Uмакс/ 2U ном.раб. (1)
Следует отметить, что при измерении кратности перенапряжений или при ее расчете Umax обычно относят не к величине 2Uном раб, а к фактической амплитуде рабочего напряжения, имеющего место непосредственно перед появлением перенапряжения или установившегося после него. Это не противоречит данному выше определению кратности по формуле (1), поскольку предполагается, что величина Umax пропорциональна рабочему напряжению и при повышении напряжения до наибольшего рабочего значения величина кратности не изменится.
Перенапряжения, кроме того, характеризуются рядом других параметров, которые учитываются при выборе электрической изоляции и средств ее защиты от перенапряжений.
2)Повторяемость определяется ожидаемым числом случаев возникновения перенапряжений за данный промежуток времени.
3)Форма кривой перенапряжения характеризуется длиной фронта, длительностью, числом импульсов и временем существования данного перенапряжения.
4)Широта охвата сети определяет число изоляционных конструкций, на которые одновременно воздействует данное перенапряжение.
Важное значение имеют также статистические характеристики ущерба в случае повреждения изоляции.
Все перечисленные параметры перенапряжений являются, как правило, случайными величинами, что определяет необходимость статистического под- хода к их исследованию и обоснованию требований к электрической прочности изоляции и характеристикам защитных устройств.
Условно развитие перенапряжения графически представлено на рис. 4.2.
I стадия – переходный процесс (коммутационные перенапряжения). Длится несколько периодов.
II стадия – условно установившееся состояние (квазистационарная). Переходный процесс закончился, но параметры цепи другие, поэтому установилось высокое напряжение, а регуляторы напряжения на генераторах еще не успели сработать.
III стадия – работа регуляторов напряжения у генераторов. Снижение напряжения до нового установившегося рабочего напряжения.
Увеличение длины и класса напряжения линии приводит к увеличению энергии в элементах сети и, как следствие, к увеличению кратности перенапряжений. В связи с этим для линий класса U > 330 кВ осуществляется принудительное ограничение перенапряжений до уровней:
30 кВ – Кп = 2,7; 500 кВ – Кп = 2,5; 750 кВ – Кп = 2,2; 1150 кВ – Кп = 1,8.
-
Установившиеся перенапряжения при коротком замыкании.
При возникновении на линии однофазного короткого замыкания на неповрежденных фазах установившиеся перенапряжения не превышают 1,3UФ, что допустимо с учетом кратковременности этого режима.
Так как выключатели срабатывают неодновременно, то в течение секунды существует режим одностороннего питания. Режим связан с перенапряжениями на здоровых ( неповрежденных) фазах. На повышение напряжения от ёмкостного эффекта накладывается дополнительное повышение от несимметрии.
Ток однофазного замыкания на землю определяется как
, Токи различных последовательностей при этом равны:
Напряжение в каждой из фаз может быть представлено как сумма четырех составляющих:
- составляющей напряжения симметричного режима, существовавшей до КЗ;
- аварийной составляющей прямой последовательности
-составляющем обратной последовательности
- составляющей нулевой последовательности
Для точек, удаленных от шин генераторного напряжения
. Обозначим: 
Если сопротивление всех последовательностей принять реактивным, то m>1.
Для сетей с изолированной нейтралью . Для них Uгаш=1,1 Uном.
Для систем с заземленной нейтралью применяют 80% разрядники, то есть Uгаш=0,8 Uном. . Это позволяет уменьшить сопротивление нелинейного резистора и остаточное напряжение на разряднике.
-
Перенапряжения при отключении емкостей и ненагруженных линий.
Значительные коммутационные перенапряжения могут возникать не только при включениях, но и при отключениях недогруженных линий и конденсаторных батареи.
Рассмотрим отключение сосредоточенной емкости, например батареи конденсаторов С, от источника (рис. 27.12, а).
П
ри отключении после начала расхождения контактов выключателя между ними некоторое время продолжает горсть дуга. Допустим, что емкостный ток достаточно велик, так что дуга гаснет только в момент естественного перехода тока через нуль.