Перенапряжения при отключении трансформаторов

Существенной особенностью при отключении трансформаторов является то, что из-за малых токов намагничивания гашение дуги происходит не при нулевых значениях тока, в результате чего энергия магнитного поля переходит в энергию электрического поля, т. е. повышается напряжение и, следовательно, возникают перенапряжения.

Эквивалентная схема отключения трансформатора представлена на рис. 2.6. Найдем напряжение на индуктивности после размыкания контактов.

 

Рис. 2.6. Схема отключения трансформатора: L – индуктивность трансформатора, C – емкость подводящих проводов

 

 

В момент обрыва дуги в выключателе возникает колебательный контур LC, напряжение на емкости U_С равно напряжению на индуктивности U_L. Пусть дуга погасла при некоторых средних значениях тока и напряжения: i = = i_ср, U = U_срв момент t = 0.

Запишем уравнение для данного контура по закону Кирхгофа:

 

, (2.1)

 

Емкостный ток можно найти из выражения:

 

(2.2)

Продифференцируем (2.2):

(2.3)

 

Подставим (2.3) в выражение (2.1) и получим:

 

, (2.4)

 

Для решения составим характеристическое уравнение:

 

, (2.5)

 

где – корень характеристического уравнения.

Уравнение (2.4) имеет решение:

 

. (2.6)

 

Найдем постоянные A₁ и A₂, для этого продифференцируем (2.6):

 

. (2.7)

 

Умножим (2.7) на C:

. (2.8)

 

С учетом (2.2) уравнение (2.8) примет вид

 

. (2.9)

 

В начальный момент времени (t = 0) емкостный ток равен среднему значению (i_С = i_ср)_, поэтому

 

, . (2.10)

 

 

Подставив в уравнение (2.6) t = 0 и U = U_ср, получим

 

. (2.11)

 

Преобразуем выражение (2.5):

 

, , , . (2.12)

 

Подставим в уравнение (2.6) выражение (2.12):

 

(2.13)

 

Применим формулу Эйлера:

 

или (2.14)

 

Подставив в (2.14) выражения (2.10) и (2.11), получим

 

(2.15)

 

Преобразуем множитель в формуле (2.15) с учетом (2.12):

 

,

 

где – сопротивление контура.

Тогда выражение (2.15) примет вид

 

. (2.16)

 

Найдем максимальное значение этой величины, для этого приравняем производную выражения (2.16) к нулю:

 

, ,

 

, (2.17)

 

Напряжение U_С будет максимальным при .

Выразим sin wt и cos wt через tg wt:

 

, (2.18)

 

. (2.19)

 

Тогда, подставив (2.18) и (2.19) в (2.16), получим:

 

,

 

. (2.20)

 

Из формулы (2.20) видно, что чем больше индуктивность и меньше емкость, тем больше величена перенапряжения.

 

 

КОРОНА НА ПРОВОДАХ ЛЭП

Общие сведения

Коронный разряд представляет собой один из видов самостоятельного разряда в газе достаточно высокой плотности. Обязательным условием существования короны является резко неоднородное электрическое поле. В однородном поле корона возникнуть не может, так как стримеры не затухают и перекрывают все пространство между электродами, т.е. происходит пробой. В резко неоднородных полях стримеры образуются в области повышенной напряженности электрического поля; двигаясь в сторону меньших градиентов, стримеры затухают. Область вокруг электрода, где выполняется условие самостоятельности разряда, называется чехлом короны (рис. 3.1). Светящемуся ореолу вблизи поверхности коронирующего электрода и обязан рассматриваемый вид газового разряда своим названием.

Рис. 3.1. Чехол короны

В чехле короны происходит ионизация атомов и рекомбинация ионов. Эти процессы сопровождаются радиоизлучением в широком диапазоне частот (1–100 МГц), т. е. корона создает радиопомехи. В короне протекают химические реакции, в частности образуются озон и окислы азота. Корона сопровождается акустическим шумом и механическими вибрациями. Кроме того, в ней выделяется энергия, что ухудшает экономические показатели ЛЭП.

Рис. 3.2. ИмпульсыТричеля

На тонких проводах при отрицательной полярности возникает относительно однородный чехол, не вызывающий сколько-нибудь заметных высокочастотных колебаний. Однако с течением времени чехол распадается на ряд очагов по длине провода, похожих на бусы. При этом возникают сильные помехи, а в цепи можно зафиксировать ток короны, который имеет форму коротких (10^-2–10^-3 мкс), регулярно повторяющихся импульсов с амплитудой 6–8 мкА. Эти импульсы называют импульсами Тричеля (рис. 3.2). Амплитуда этих импульсов мало зависит от напряжения, однако чем выше напряжение, тем чаще повторяются импульсы. На тонком проводе с положительной полярностью возникает так называемая ультракорона, т.е. очень однородный светящийся чехол. В токе такой короны отсутствуют заметные высокочастотные колебания. На толстых проводах с положительной полярностью от провода развиваются стримеры, возникает так называемая стримерная корона – она имеет мощные радиоизлучения в широком диапазоне частот. Уровень радиоизлучения превышает уровень помех от отрицательной короны. Импульсы тока короны развиваются хаотически и часто накладываются друг на друга.

Корона возникает при некоторой критической напряженности Е_к, величина эта относительно постоянная, так как если повышается напряжение, то увеличивается объемный заряд короны, который уменьшает напряженность на поверхности провода. Критическую напряженность на поверхности провода E_к, при которой корона приобретает форму самостоятельного разряда, можно определить по эмпирической формуле Пика:

 

, кВ/см, (3.1)

 

где m – коэффициент негладкости провода; если число проволок верхнего повива n стремится к бесконечности, то m стремится к 0, 717; – относительная плотность воздуха (см. измерение высоких напряжений с помощью шарового разрядника); r₀ – радиус провода, см.

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.

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: