ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 297
Скачиваний: 3
п"/(п-\- 1)г,+1 = 0,385, а ]/"/;/(«+1) = 0,47, т. е. в последнем случае максимальная длина дуги при одном и том же токе короткого за мыкания больше.
ГЛАВА III. КОРОННЫЙ РАЗРЯД
§ 3.1. УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ КОРОННОГО РАЗРЯДА •
Начальная напряженность коронного разряда при переменном и постоянном напряжениях определяется условием самостоятельности разряда (см. § 2.6). Некоторое различие механизма воспроизводства свободных электронов при положительной и отрицательной поляр ностях напряжения определяет незначительное различие начальных напряженностей положительной £+ н отрицательной £7, короны. При радиусе проводов порядка сантиметров £;( > Е~н. В униполярном режиме короны, когда вблизи каждого провода перемещаются только ионы, созданные в зоне ионизации того же провода, величины Et, и Е~ определяют напряженность поля на поверхности короннрующего провода практически независимо от тока короны. Такой режим будет существовать, например, при постоянном напряжении в системе про вод— земля или при переменном напряжении, когда длина разряд ного промежутка настолько мала, что все ионы, образованные в те чение какого-либо полупериода напряжения, полностью устраняются из промежутка до начала следующего полупериода. Напротив, в случае коронпрования двух противоположно заряженных проводов при постоянном или переменном напряжении, когда длина разрядно го промежутка достаточно велика, чтобы ионы не могли достичь второ го электрода и возвратились к проводу в течение последующего полу периода, устанавливается биполярный режим короны.
При вторжении отрицательных ионов в зону ионизации положи тельной короны возможен распад этих ионов с образованием свобод ных электронов (см. § 1.5). Благодаря этому в биполярном режиме по ложительный коронный разряд может поддерживаться при несколько меньшем напряжении, чем начальное напряжение короны. Мини мальное напряжение, при котором может поддерживаться разряд в присутствии встречного потока ионов, носит название критического напряжения короны UK. Соответствующая напряженность на поверх ности провода называется критической напряженностью Ен. Прак тически это приводит к различию напряжения возникновения U a короны в биополярном режиме и напряжения, при котором разряд пре кращается при снижении напряжения (UK) Б Влияние встречного по тока ионов заметно вблизи напряжения возникновения короны. При повышенном напряжении рекомбинация ионов большой концентра ции существенно ослабляет поток возвращающихся ионов, что прак тически исключает его влияние на развитие разряда.1
1 Это явление при постоянном напряжении обнаружено В. И. Попковым.
60
Амплитудное значение критической напряженности короны при напряжении промышленной частоты для проводов с различными радиу сами
|
|
= 23,36 ( l + вДГС, Y |
(3.1) |
где Ект— в кв/см; |
г0— в см. |
|
|
Зависимости |
Е„ |
и Ек короны переменного тока от радиуса прово |
|
дов г,I при 6=1 |
приведены на рис. 3.1. |
|
|
Вблизи начального напряжения ток положительной и отрицатель ной короны не непрерывен. При отрицательной короне прерывистость тока определяется накоплением биполярного заряда положительных и отрицательных ионов вблизи поверхности провода и различной ско-
Рис. |
З.і. |
Зависимости |
начальной |
Рнс. 3.2. Импульс тока стримерноГг |
£„ и |
критической Ек напряженно |
короны на проводе диаметром 20 мм |
||
стей |
короны от радиуса |
гладкого |
при постоянном напряжении |
|
|
|
провода г„ |
|
|
ростью |
их |
устранения |
(см. § 2.8). Импульсы, развивающиеся с фик |
|
сированной поверхности провода («пятна»), имеют примерно одинако вые амплитуды (около ІО-2 а) и форму (длина фронта около ІО“8 сек; ширина импульса на уровне 0,5 / тах около 3-10“8 сек), а также ча стоту повторения, которая увеличивается при увеличении напряже ния до сотен килогерц. При дальнейшем повышении напряжения уста навливается непрерывный ток отрицательной короны.
Прерывистость тока положительной короны вблизи U„ определя ется несоответствием скорости образования и устранения объемногозаряда. Амплитуда тока импульсов положительной короны значительно меньше, чем отрицательной, а длительность— значительно больше и составляет десятки микросекунд и более. При незначительном повы шении напряжения сверх Un эти импульсы исчезают и устанавлива ется непрерывный ток короны. Однако, как было показано в § 2.6, при повышении напряжения сверх UH коронный разряд переходит в стримерную форму. Развитие стримера сопровождается протеканием импульса тока с амплитудой Jmax я^О, 1 а и длительностью в десятые доли микросекунды (рис. 3.2). Этот импульс определяется движением вдоль стримера электронов со скоростью ІО5м/сек, попадающих на.
61
электрод. При длине стримера около 5 см все электроны вытягиваются из стримера за время около 0,5 мксек.
На линиях электропередачи широко применяются витые и рас щепленные провода. Сердцевина из скрученных стальных проволок обеспечивает высокую механическую прочность сталеалюминиевого
провода, а несколько наружных повивов алюминиевой |
проволоки — |
||||
необходимую его проводимость. Провода применяются: |
нормальной |
||||
конструкции марки АС с соотношением сечений стали |
и |
алюминия |
|||
£ = QFC QA\ = 0,18 -h 0,19; |
облегченной |
конструкции |
марки |
АСО |
|
с £ = 0,12 ч- 0,13; усиленной конструкции мар |
|||||
ки |
АСУ с £ = 0,23 |
0,24. |
|
|
|
|
Негладкость поверхности витого провода |
||||
облегчает возникновение короны. |
При |
рав |
|||
ных внешних диаметрах и прочих равных условиях (емкость линии, напряжение на линии) максимальная напряженность поля на поверхности витого провода Епмзі.с значи тельно превосходит напряженность поля на
|
|
поверхности гладкого провода |
их отноше |
|
|
ние £■,./£„_мзкс л; 0,7. Поскольку спад напря |
|
Рнс. 3.3. Зависимость на |
женности поля вблизи поверхности витого |
||
пряженности поля от рас |
провода значительно сильнее, чем у гладкого |
||
стояния до оси провода в |
(рис. 3.3), снижение начального напряжения |
||
относительных единицах |
короны на витом проводе Н1М! по |
сравнению |
|
для витого (кривая |
1) и |
с гладким проводом Un составляет в среднем |
|
гладкого (кривая 2) |
про |
||
вода: */„.„/£/„« 0,82 -=-0,85.
Идея применения нескольких проводов в фазе, принадлежащая акад. В. Ф. Ммткевичу (1910 г.), позволяет решить проблему со
здания проводов для линий высших классов напряжения. Распре деление напряженности поля по поверхности составляющих рас щепленных проводов может быть получено с помощью метода изо бражения (инверсии) в 'круге. При расположении составляющих в вершинах правильного многоугольника (рис. 3.4) распределение напряженности поля приближенно может быть вычислено по формуле
Е: q l"l-f-(n— \ ) ~ cos cp , (3.2)
где п —число составляющих; q = nqg—суммарный заряд на единицу длины расщепленной фазы; е„—диэлектрическая проницаемость ва куума; г0— радиус составляющего провода; гѵ—радиус расщепления провода; ср—угол, отсчитываемый относительно оси составляющего от точки с наибольшей напряженностью поля (рис. 3.5).
Заряд на проводе q = C0U, где С0— рабочая емкость фазы линии, U —напряжение относительно земли.
Максимальная напряженность имеет место на внешних образую
щих поверхности составляющих |
(при ср = 0) и |
равна |
|
Е max |
С„и |
І - И п - І ) ^ |
( 3. 3) |
|
2пе,дгдп |
'v |
|
Рис. 3.4. Картина электрического поля расщепленных проводов при различном числе составляющих
Приравнивая максимальную напряженность на поверхности про вода начальной напряженности короны, получим формулу для на чального напряжения короны
и = |
2леотпг0Е„ |
(3.4) |
1+ ( п — 1) (Го/Гр) С |
где т — коэффициент негладкостн многожильных витых про водов. Подставляя в формулу (3.4) вместо Е„ величину Ек, по лучим величину критического
напряжения короны.
»
§ 3.2. МЕСТНАЯ КОРОНА. УЧЕТ КОРОНЫ ПРИ ВЫБОРЕ ПРОВОДОВ ЛЭП
Коронный разряд на ЛЭПиме- |
„ „ г „ |
||
к |
r г |
- |
Рис. 3.5. Параметры расщепленного провода |
ет специфические |
особенности. |
|
|
Отдельные очаги разряда на линиях возникают при напряжениях, зна чительно меньших, чем критическое напряжение короны UK, даже при отсутствии метеорологических осадков на поверхности проводов
6?
(при «хорошей» погоде). Это обстоятельство послужило основанием к введению понятий «местной» и «общей» короны. При этом подразу мевается, что до критического напряжения короны разряд носит местный характер. Очаги разряда возникают в отдельных местах вдоль провода, на которых имеется повышенная напряженность поля вслед ствие загрязнения, повреждения. Они могут появиться также па ар матуре крепления проводов у гирлянд изоляторов, распорках на рас щепленной фазе и др. Метеорологические условия оказывают сущест венное влияние на развитие коронного разряда на проводах линий. Осадки (дождь, снег, изморозь) значительно увеличивают число мест ных очагов короны в виде капель, иголок изморози.
Образование и перемещение объемного заряда в сильном поле вбли зи поверхности проводов вызывает потери энергии. Действительно, ионы у поверхности провода в переменном поле совершают колеба тельное движение. При отсчете времени от момента, соответствующего амплитуде напряжения промышленной частоты, область перемещения ионов можно оценить по формуле О. Майра
|
о ( |
1 / |
1 + |
|
KJ& u *™** sin соі — l j , |
|
(3.5) |
||
|
гоб = г, \ |
у |
|
|
лё0шг5 |
|
|
|
|
где |
га— радиус коронпрующего |
провода; |
К„ — подвижность ионов; |
||||||
С0 — рабочая емкость фазы |
линии; |
£/фп1ах—амплитуда |
фазного на |
||||||
пряжения; со —угловая |
частота |
напряжения. |
|
|
|||||
В случае расщепленных проводов приближенная оценка пути |
|||||||||
перемещения объемного |
заряда |
|
может быть получена также по фор |
||||||
муле (3.5) при замене радиуса |
|
одиночного |
провода |
на |
эквивалент |
||||
ный |
радиус расщепленного |
провода1: |
|
|
|
||||
|
|
гэ = |
г р V nrJ rv> |
|
|
(3.6) |
|||
где |
обозначения соответствуют |
|
рис. |
3.5. |
|
|
|
||
Максимальное удаление ионов от провода получим |
по формуле |
||||||||
(3.5) при оД = я/4; для |
линий |
класса 220 ч - 750 кв |
оно |
составляет |
|||||
20 ч- 30 см, т. е. за один период ионы проходят 40 ч- 60 см в силь ном поле вблизи проводов.
При напряжении на проводах, равном критическому, потери на корону недопустимо велики. Поэтому диаметры и расщепление про водов в фазе должны быть такими, чтобы критическое напряжение короны было заметно выше рабочего. Для обоснованного выбора
■отношения U j U Kнеобходимо изучить зависимость потерь на корону
от отношения рабочего |
напряжения V ф на линии к критическому |
UK при U JU U<.\. Для |
оценки среднегодовых потерь на корону |
на трехфазных линиях переменного тока Л. В. Егорова и Н. Н. Тиходеев предложили использовать эмпирическую формулу, справед ливую для средней полосы европейской части СССР и Сибири. Эта формула может быть аппроксимирована зависимостью
____________ Дк = 2,5- 10~4Нф (Дф/ UKY, (3.7)
1 Соответствует радиусу такого одиночного провода, при котором величина ра бочей емкости линии та же.
64
где Рк—среднегодовые потери трехфазной линии, квт/клг, £/ф—дей ствующее значение фазного напряжения линии, кв\ UK-—действующее
значение среднего (по трем фазам) критического напряжения короны, кв. Формула (3.7) справедлива в диапазоне изменения отношения
U^jU„ от 0,5 до 1,0. На рис. |
3.6 приведены зависимости Рк = |
|
= / (Ufy/UK), вычисленные по (3.7), для |
линий разных классов на |
|
пряжения. |
ионы |
заполняют все пространство |
При постоянном напряжении |
||
между электродами. По этой причине в случае коронирования провода
Рк ,кВт!км
/
1
1
1
//1
V //
///2
у У
ищчі
0,1 0Л 0,5 0,5 0,7 0,8 1,0
10 15 20 25~~
Е,.кб/см
Рис. 3.6. Зависимости среднего довых потерь на корону на ли ниях переменного тока от отно шения фазного напряжения к среднему критическому напряже
нию короны UKтрех фаз при раз личных номинальных напряже ниях:
I — 500 кв; 2 — 750 кв; 3 — 1150 /со;
J — 1500 кв; 5 — 2000 кв
Рис. 3.7. Зависимости среднегодовых потерь мощности на корону от
отношения (Уф/Ук на трехфазноіі линии переменно го тока (7) и биполярной линии постоянного тока (2) с проводами 2ХАСУ-400
над плоскостью (униполярная линия постоянного тока) ионы накап ливаются в области слабого поля вблизи земли, что приводит к огра ничению тока короны и соответственно к ограничению потерь на ко рону. Поэтому потери на корону на униполярных линиях постоянного тока значительно меньше, чем на линиях переменного тока. Однако в более реальном варианте биполярной воздушной линии постоянного гока (линия с двумя противоположно заряженными проводами) встреч ный поток разноименных ионов, образовавшихся в зоне ионизации каждого из проводов, приводит к взаимной нейтрализации объемного заряда в области слабого поля. В связи с этим условия образования и перемещения объемного заряда оказываются близкими к таковым при переменном напряжении. В связи с этим и потери энергии на бипо лярных линиях постоянного тока и на линиях переменного тока близки (рис. 3.7).
3 |
Заі(. 557 |
&5 |
|
