2.3Коронирование на линии электропередачи под действием волны атмосферного перенапряжения
Корона при импульсном напряжении представляет практический интерес в связи с движением электромагнитных волн по проводам воздушных линий электропередачи; собственно волны возникают из-за разрядов молний в линию или в непосредственной близости от нее. Форма импульсного напряжения имеет быстро нарастающую /несколько микросекунд/ часть, т.е. фронт импульса, и
относительно медленно /десятки, сотни микросекунд/ спадающую хвостовую часть. Амплитуда волны достигает сотен киловольт /нескольких мегавольт/ Базовые исследования импульсной короны проведены академиком М.В.Костенко. Очень высокая скорость изменения напряжения на проводе в пределах фронта волны /т.е. сотни киловольт в микросекунд)/ способствует развитию стримерной формы короны. Провод в этом режиме подобен цилиндрической щетке со щетинками стримерами . Длина их в зависимости от амплитуды и полярности импульсов достигает десятков сантиметров /рис. 2.16/. Стримеры, соединенные с проводом, и
Рис. 2.16 |
объемный заряд наблюдаются до прохождения импульсом своей амплитуды в общем объеме воздуха у провода. Это, в частности, повлияло на вольт-кулоновые характеристики импульсной короны; для описания этих характеристик используются эмпирические формулы. Типичная вольт - кулоповая характеристика при импульсном напряжении /провод диаметром 15 мм/ показана на рис. 2.17. Рассмотрение вольт-кулоновых /в - q /характеристик позволяет отметить большую интенсивность короны положительной полярности по сравнению с короной отрицательной полярности, что определяется большей площадью в - q характеристики. При некотором мгновенном напряжении ил
статическая емкость Ccm=qAU
A превышает геометрическую емкость Сг ровода, показанную пунктирной линией на рис. 2.17.
Динамическая емкость Сд в точке А характеризует скорость изменения суммарного заряда короны и определяется как.
Отмечено также, что при взаимодействии электронов в канале стримера с магнитным полем тока в проводе стример "наклоняемся" вдоль провода и возникает некоторый продольный ток короны  . который уменьшает магнитный поток у провода и приводит к некоторому уменьшению динамической индуктивности L (u) провода и повышению его омического сопротивления . В целях упрощения можно пренебречь активными параметрами линии, тогда волновой процесс вдоль линии (x,t) характеризуется уравнениями /2.44/-  /2.45/ |
|
ди
Известное из ТОЭ решение системы этих уравнений использует понятия скорости и волнового сопротивления; в данном случае это будут динамическое сопротивление ZK(u) коронирующей линии и некоторая функция 
, формально соответствующая фазовой скорости перемещения на фронте импульса напряжения с мгновенным значением и. Обозначим
Опыты на линии с Uw= 110 кВ, выполненные сотрудниками
ХЭТИ А К.Потужным и СМ.Фертиком, показали деформацию волны с увеличением длины пробега вдоль линии. На рис. 2.18 изображены осциллограммы волн отрицательной полярности вблизи ввода импульса в линию на расстояниях / - 
х = 0,11 км;2 - 
х = 1,11 км; 3-
= 5,06 км; 4 -
х =12,0 км. МКС |
Рис.2.18 |
С ростом длины пробега волны вдоль провода фронт импульса затягивается из-за снижения крутизны; амплитуда снижается на уровне примерного пересечения нового фронта с хвостовой частью исходной волны и деформация нa хвостовой части слабо выражена; на фронте импульса появляется характерная "ступенька" на уровне напряжения U
провода. Для анализа перенапряжений от набегающей с линии волны на объектах подстанции необходимо описать новую форму волны из-за деформации по ходу пробега волны вдоль этой линии. Эффективный подход к решению этой задачи предложен проф. А.И.Долгиновым. Вольт-кулоновая характеристика импульсной короны на фронте волны описывается формальным выражением
qK= С
и(1 + иВ)/2.46/
где В - эмпирический коэффициент, зависящий от диаметра провода. Динамическая емкость для выражения /2.46/
/2.47/
Фазовая скорость волны
/
где с - скорость света / с = 300 м/мкс /.
Таким образом, определенным мгновенным значениям напряжения приписываются соответствующие формальные скорости, рассчитанные по /2.48/, причем с ростом и скорость V(u) уменьшается. Соответственно, если разбить фронтовую часть волны на отдельные полоски 
и со средним значением напряжения U, то каждая такая полоска должна перемещаться со скоростью V, (и) /рис.2.19/,
После прохождения волной расстояния l по линии отдельные полоски 
U"запаздывают" на 
t(и) по сравнению с участком волны до напряжения 
причем
/249/
Приближение в /2.49/ определено пренебрежением (иВ)2 при преобразовании /1+2 и В/
|
Геометрическое построение деформированного короной фронта волны по казано на рис 2.20; новая амплитуда приравнивается к напряжению в точке М |
Значения коэффициента В для импульсов отрицательной полярности в /2.46/ рекомендуется принимать в соответствии с рис. 2.21; в случае расщеп
ленной фазы эквивалентный диаметр 
Известны результаты исследований предлагающие другие выражения для описания относительного значения фазовой скорости через геометрические параметры линии и некоторое значение критической напряженности, выражения для оценки времени смещения t фазы -и через интенсивность искажения фронта волны
Контрольные вопросы 1Основные физические и энергетические характеристики коронного раз
2Расчеч мощности потерь на корону в квазиустановившемся режиме; аналитический и эмпирический подходы.
3Выбор технического решения конструкции фазы воздушной линии электропередачи по натуральной мощности линии и ограничению потерь на корону при заданном номинальном напряжении.
4Деформация волны перенапряжения в линии импульсной короной
Литература
Левитов В.И. Корона переменного тока. - М.: Энергия, 1969. -27] с, ил.
Мельников Н.А. и др. Проектирование электрической части воздушных линий электропередачи 330 - 600 кВ. - 2-е. изд. - М.: Энергия, 1974. - 388 с, ил.
Проектирование линий электропередачи сверхвысокого напряжения / Г.Н.Александров и др. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 368 с, ил.
Техника высоких напряжений: Учеб. пособие для вузов / Под ред. М.В.Костенко. - М.: Высш. шк., 1973. - 528 с, ил.
Долгинов А.И. Техника высоких напряжений в электроэнергетике. -М.: Энергия, 1968.