Файл: Техника высоких напряжений учеб. пособие.pdf

Предисловие.............................

3

Введение.........................................................................................................................

Р а з д е л п е р в ы й

5

РА ЗРЯДЫ

В ГАЗАХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВНЕШНЕЙ ИЗОЛЯЦИИ

Г л а в а

I. Элементарные процессы при электрическом разряде

в

газе

. ,

8

§ 1.1.

Образование заряженных

частиц в

г а з е ...........................................

8

§ 1.2.

Длина

свободного пробега частиц г а з а ...........................................

9

§ 1.3.

Движение электронов

и

ионов

в электрическом п о л е ...................

11

§ 1.4.

Ударная ионизация электронами молекул газа

...........................

12

§ 1.5.

Образование и

разрушение отрицательных ион ов...........................

14

§ 1.6.

Рекомбинация ионов.................................................................................

16

§ 1.8.

Термическая ионизация

г а з а

18

§ 1.9.

Освобождение электронов с поверхности металлов.......................

20

Г л а в а

II. Основные виды электрического разряда в г а з а х

....................

22

разрядов в газах. Лавины электро­

22

нов .................................................................................................................

§ 2.2. Математическая формулировка условия самостоятельности разряда

24

§ 2.3. Пробой промежутков с однородным полем. Лавинная форма разряда

27

§ 2.4. Стримерная

форма разряда в

29

§ 2.5. Закон подобия для промежутков с однородным полем. Зависимость

32

пробивного

напряжения

от плотности г а з а .....................................

§ 2.6. Разряд

в

неоднородных

п о л я х ...........................................................

35

§ 2.7. Образование искрового

канала в длинных воздушных промежут­

40

ках

с

сильнонеоднородным полем

...................................................

§2.8. Особенности развития разряда с отрицательно заряженного острия

44

§ 2.9. Время

развития пробоя

и предразрядное ...........................в р е м я

поле

при

47

§2.10. Особенности развития

разряда

в сильнонеоднородном

48

большой

длине

промежутка. ..........................................

(скользя­

§2.11. Разряд

в газе

вдоль поверхности твердого диэлектрика

54

щий

разряд)...............................................................................................

д у г а

§2.12. Электрическая

57

Г л а в а

III.

Коронный

разряд

..........................................................................

коронного

р азр яд а

60

§3.1. Условия

возникновения

60

§3.2. Местная

корона. Учет короны при выборе проводов ЛЭП . . . .

63

§ 3.3. Поле

коронирующих

проводов.

Характеристики

коронирующих

л и н и й ..................................................................................................

при импульсном

68

75

§ 3.4. Особенности характеристик короны

напряжении

Г л а в а

IV. Электрическая прочность воздушных промежутков

изоляцион­

ных конструкций........................................................................

78

78

§4.1. Статистические

характеристики

электрической прочности . . . .

§ 4.2. Влияние окружающих предметов, формы и расположения электро­

81

дов на развитие разряда в длинных

воздушных промежутках . .

§ 4.3. Разрядные напряжения длинных воздушных промежутков при на­

83

§ 4.4.

пряжении

промышленной

частоты и

постоянном

напряжении . .

Характеристики разряда при кратковременном воздействии напря­

84

Г л а в а

жения

..........................................................................................................

поверх­

V. Развитие разряда вдоль увлажненных и загрязненных

ностей изоляторов.....................................................................

89

89

§5.1. Условия загрязнения и увлажнения

поверхностей изоляторов . .

§5.2. Механизм

развития разряда ...............................................................

при длительном

воздействии

91

§ 5.3. Электрическая

прочность изоляторов

напряжения-.......................................................................................

увлажненных изоляторов

при

94

§ 5.4. Разрядные

напряжения

кратковре­

96

менных

воздействиях

напряжения........................................

-. . . .

Р а з д е л в т о р о й

Стр.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ВНУТРЕННЕЙ ИЗОЛЯЦИИ

Г л а в а

VI. Физические условия развития разряда в жидких диэлектриках

99

§ 6.1. Общие понятия о проводимости жидких диэлектриков

.

,

, ,

9 9

100

а. Ионная

проводимость.............................................

' .....................

100

б. Катафоретическая

проводимость....................

• ...........................

ЛОЗ

104

§ 6.4. Основные

экспериментальные

закономерности пробоя

жидких

107

диэлектриков

..........................................................................................

107

а. Общие

п о л ож ен и я ..................................................................

б. Влияние

влаги

и

в о л о к о н ...................................................

109

в. Влияние температуры и д авл ен и я .........................................

ПО

г. Влияние

времени

воздействия

напряж ения......................

111

д. Влияние формы и размеров электродов, расстояния между

112

ними и полярности напряжения . .

. '...................

■ . . .

.

§ 6.5. Механизм

пробоя жидких диэлектриков.......................................

113

113

а. Влияние

воды

или пузырьков

г а з а .....................................

113

б. Теория пробоя вследствие ударной ионизацииэлектронами

.

Г л а в а

в. Механизм пробоя

больших промежутков в жидкости . . .

116

VII. Физические условия развития

разряда в твердых и комбини­

§ 7.1. Проводимость твердых диэлектриков

118

а. Ионная

проводимость

,

, .

.

118

б. Электронная

проводимость

диэлектриков

119

§ 7.2. Основные

экспериментальные

закономерности пробоя твердых

121

диэлектриков

..........................................................................................

121

а. Виды пробоя твердых диэлектриков...............................

б. Влияние

окружающей

электрическую

прочность

123

твердых

диэлектриков

и

,

в. Влияние

формы поля,

площади

электродов на электрическую

прочность............................

124

г. Зависимость

пробивного

твердых диэлектриков

от времени

приложения ...........................

125

126

§ 7.3. Механизм

электрического

пробоя твердых диэлектриков . .

.

а. Потери

энергии

электрона

при

взаимодействии

с

ионами

кристаллической

р еш ет ...................................................к и

126

б. Теория ударной ионизации медленными электронами Хиппеля —

К а л л е н а ..................................................................................

ионизации

электронами

127

128

в. Теория

ударной

Фрелиха

,

г. Квантовомеханнческая

теория

пробоя

твердых диэлектриков

вследствие электростатической ......................ионизации

. . .

129

129

д. Квантовомеханнческая

теория

ударной ионизации

.

§ 7.4.

е. Энергетический анализ электрической ........прочности

130

Тепловой

пробой

твердых ................................

133

136

§ 7.5.

Разряд вдоль поверхности твердой изоляции в жидком диэлектрике

§ 7.6.

Частичные

разряды

в и зо ...............................................л я ц и и

р а з р я д о в

138

а. Основные характеристики ........

138

б. Физическая природа частичных разрядов при переменном

напряжений

.

■ . ..............................................................

разрядов

139

в. Зависимость

напряжения

от толщины

142

д и электри ка......................................................

143

г. Частичные разряды при постоянном ........напряж ении

воздействии

рабочего напряж ................................ения

145

§ 8.1. Основные

факторы,

определяющие

электрическую

прочность

145

внутренней

изоляции

при

длительном

воздействии

напряжения

Ст р.

§8.2. Частичные разряды в маслобарьерной изоляции

............................

147

б. Разрушение маслобарьерной изоляции частичными разрядами.

151

Ползущий

р а зр я д ...............................................................................

■

в. Связь между интенсивностью частичных разрядов и разрушением

153

■ изоляции

.....................................................

г. Частичные разряды в маслобарьерной изоляции при постоян­

154

ном напряжении..................................................................................

бумажно-масляной

§8.3. Частичные

разряды

в

155

а. Структура

бумажно-масляной

изоляции

................................

155

б. Частичные

разряды

при

переменном напряжении....................

156

в. Зависимость напряженности ч. р. от толщины

изоляции . . .

161

г. Зависимость характеристик ч. р. от избыточного давления масла

162

д. Частичные разряды при постоянном напряжении....................

163

§8.4. Тепловое

старение- и • окисление

изоляции.......................................

164

§8.5. Увлажнение

изоляци и ............................................................................

впроцессе старения

165

§8.6. Изменение

электрической прочности изоляции

166

§8.7. Электрическая прочность твердой изоляции при длительном воз­

169

действии

напряж ения

..............................................................................

и полиэфирных смол . . . .

а. Изоляция

на основе эпоксидных

169

б. Композиционная

твердая

изоляция

электрического поля

170

§ 8.8. Выбор допустимых

рабочих

напряженностей

176

Г л а в а

IX. Электрическая прочность внутренней изоляции

при

кратковре­

179

менных

воздействиях

напряжения

§9.1. Общие сведения.......................................................................................

179

§9.2. Кратковременная электрическая прочность маслобарьерной изоля­

181

ции ................................................................................................................

а. Специфические особенности определения электрической проч­

181

ности

маслобарьерной

изоляции . .

б. Электрическая прочность при кратковременном воздействии

183

напряжения

промышленной

частоты

. ...................................

в. Электрическая

прочность

при

импульсных воздействиях . . .

184

г. Электрическая

прочность

продольной

185

§9.3. Электрическая прочность бумажно-масляной изоляции при крат­

186

ковременном воздействии напряжения промышленной частоты . .

а. Зависимость пробивной напряженности от толщины слоя изо­

186

ляции

и площади электродов...........................................................

б. Влияние толщины, плотности и технологии изготовления бумаги

188

на электрическую

прочность

изоляции ...................................

в. Влияние избыточного давления на кратковременную электри­

189

ческую

прочность...............................................................................

§ 9.4. Электрическая прочность бумажно-масляной изоляции при импуль­

190

сном напряжении

......................................................................................

прочность твердой изоляции . .

§9.5. Кратковременная

электрическая

192

а. Изоляция

на

основе эпоксидных

и полиэфирных смол . . . .

192

б. Композиционная

твердая

изоляция ...........................................

194

§9.6. Допустимые

величины

перенапряжений .......................................

испытательных

196

§ 9.7. Допустимые

напряженности

при

одноминутных

199

напряжениях

промышленной

частоты ...........................................

Р а з д е л

т р е т и й

п е р е н а п р я ж е н и я в э л е к т р и ч е с к и х с е т я х

Г л а в а х . Электромагнитные колебания и волны в линиях без потерь . .

201

§ 10.1. Общая

характеристика

перенапряжений

них . . .

201

а. Общие

сведения..................................................................................

внутренних перенапряжений . . . .

201

б. Общая

характеристика

202

в. Общая характеристика грозовых перенапряжений и грозозащи­

205

ты ..........................................................................................................

Ст р.

§ 10.2. Волновые процессы на

линии

без

потерь.......................................

206

б. Решение

уравнений линии без потерь

208

§ 10.3. Правило

212

а. Вывод правила эквивалентной волны

.......................................

212

б. Коэффициенты

отражения...............................

214

в. Применение

к некоторым част­

215

ным случаям.......................................................................................

волн

в

линиях без

потерь

. . . . .

§10.4. Многократные

218

а. Характеристическая

сетка...............................................................

218

б. Метод

221

в. Метод

223

г. Метод стоячих волн . . . . •...........................................................

225

Г л а в а

д. Исследование

модели.......................

228

XI. Переходные

...........................

231

§11.1. Волновые процессы на линии с учетом сопротивления земли и

[231

проводов......................................................................................................

а. Телеграфные уравнения л-проводной линии с учетом сопротив­

231

ления

б. Параметры симметричной линии с учетом сопротивления земли

232

н проводов...........................................................................................

грозового происхождения

вследст­

§11.2. Искажение и затухание волны

235

вие стримерной

......................................................................

л и н и и

а. Уравнения

g

235

б. Искажение

волны....................................

237

в. Искажение хвоста и затухание волны .......................................

240

§11.3. Приближенный учет влияния короны при расчетах коммутаци­

241

Г л а в а

онных перенапряжений

.......................................................................

XII. Квазистационарные

перенапряжения

........................................

242

§12.1. Рабочее

в

сетяхвысокого напряж ения......................

242

а. Основные

заземлений...........................................

242

б. Сеть с глухим заземлением

нейтрали.......................................

242

в. Сеть

нейтралью...............................................

245

г. Сеть с компенсацией тока

замыканияна зем лю .........................

252

д. Сеть

...........................................................

и несимметричных

режимах

255

§ 12.2. Емкостный

256

электропередач

промышленной

частоте...................................

а. Емкостный

включенной линии. Четверть­

256

волновой

реакторов на л и н и и

б. Влияние шунтирующих

257

в. Влияние насыщения стали трансформаторов...........................

258

г. Влияние короны на проводах линии...........................................

261

д. Емкостный эффект линии с двусторонним питанием. Полувол­

261

новой

е. Резонансные

короткие замыкания в сверхдальних электропере­

262

дачах

в

неполнофазных

схемах

ж. Емкостный .......................

263

§ 12.3. Перенапряжения

высших

гармонических

при несимметрич­

266

ных режимах..........................................................................................

явления

а. Физическая .......................................................

высших гармонических

266

б. Условия возникновения резонанса на

268

при несимметричных .......................................................

режимах

с е т я х

§ 12.4. Параметрический ...................

в

электрических

269

а. Физическая .........................................................

явления

269

б. Оценка .......................................

перенапряжений

272

§ 12.5. Феррорезонансные ...................

273

а. Физическая ...........................................................картина

явления

273

б. Феррорезонанс ...................................

основной

гармонике

276

в. Феррорезонанс ...............................

высших

гармонических

279

г. Феррорезонанс ...................................

низших гармонических

280

Ст р.

§ 13.1. Перенапряжения

мри

включении

ліінніі .......................................

280

а. Физическая

картина

явления

...........................

280

б. Перенапряжения при включении эквивалентного одиочастотиого

282

колебательного

к о н ту р а ....................................................................

в. Перенапряжения при включении трехфазноіі линии с распреде­

286

ленными

параметрами. Влияние

короны .......................................

г. Компенсация емкостной проводимости между фазами во время

287

паузы т о к а ...........................................................................................

перенапряжений

при

включе­

д. Статистические характеристики

289

нии ..........................................................................................................

перенапряжениипри

§ 13.2. Меры ограничения

293

а. Общая

характеристика......................................................................

разрядников

293

б. Применение

коммутационных

293

в. Применение реакторов с искровым присоединением................

299

г. Управление

моментом включения выключателя.........................

выключателях

302

§ 13.3.

д. Применение

шунтирующих

сопротивлений

в

303

Перенапряжения

при

отключении

л ...............................и н и й

306

а. Физическая

картина

явления

........................................................

306

б. Перенапряжения на аварийных фазах при отключении коротких

308

замыканий

.........................................................................................

в. Перенапряжения на здоровых фазах при разрывах электропере­

310

дачи

.....................................................................................................

г. Отключение линии с повторными зажиганиями дуги в выключа­

314

теле ......................................................................................................

при

отключении

и включении

индуктивностей

§ 13.4. Перенапряжения

318

а. Физическая

картина

явления

........................................................

холостого

трансформатора

318

б. Перенапряжения

при

отключении

320

в. Меры по снижению перенапряжений при отключении трансфор­

323

матора

тока.................................................................................................

в

дутогасящей

катушке

§ 13.5.

г. Обрыв

324

Дуговые

перенапряжения..................................................................

326

а. Физическая

картина

явления.........................................................

и Слепяна . .

326

б. Дуговые перенапряжения по гипотезе

328

в. Дуговые

перенапряжения

по гипотезе .....................Петерсена

331

г. Дуговые

перенапряжения

по

гипотезе .....................Б ел я к о в а

332

д. Защитное

действие

дугогасящей

катушки ...............................

333

§ 13.6. Перенапряжения

в

электропередачах

с

продольной емкостной

336

компенсацией.............................................................................................

картина

яв л ен и я

а. Физическая

продольной

компенсации

336

б. Перенапряжения

на

конденсаторах

338

§ 13.7.

в. Перенапряжения

при

разрывеэлектропередачи........................

339

Перенапряжения

в

настроенныхэлектропередачах......................

340

а. Физическая

картина

явления..........................................................

340

б. Резонансные перенапряжения при коротких замыканиях' . . .

341

Г л а в а

в. Перенапряжения

при

качаниях .................................................

342

XIV. Грозовые перенапряжения и грозозащита электрических сетей.

343

§ 14.1.

Разряд молнии как

источник

грозовыхперенапряжений . . . .

343

а. Краткие сведения

о

грозе

...........................................................

343

§ 14.2.

б. Характеристики м олнии ...................................................................

344

Грозозащитные заземления..................................................................

347

§ 14.3.

Грозозащита

линий

электропередачи

..........................................

350

а. Общие сведения..................................................................................

350

б. Линии электропередачи с грозозащитными .........тросами

353

в. Линии с полным использованием изоляции

дерева . . . . . .

361

г. Использование защитного действия дугогасящей

катушки . .

362

д. Защита отдельных точек на линии разрядниками или защит­

363

ными промежутками........................................................................

§ 14.4.

е. Автоматическое

повторноевключение ...............................

364

Грозозащита

подстанций . ...................................................................

366