Коронный разряд на проводах лэп реферат
Обновлено: 05.07.2024
Коронный разряд - это явление, связанное с ионизацией воздуха в электрическом поле с высокой напряженностью (свечение газов в неоднородном электрическом поле высокой напряжённости).
Области с высокой напряженностью часто образуются вследствие неоднородности электрического поля, возникающей:
1) При выборе неверных параметров в процессе конструирования;
2) В результате загрязнений, возникающих в процессе работы;
3) В результате механических повреждений и износа оборудования.
Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). Когда напряженность поля достигает предельного значения для воздуха (около 30 кВ/см), вокруг электрода возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны (отсюда название). Коронный разряд применяется для очистки газов от пыли и других загрязнений (электрофильтр), для диагностики состояния конструкций (позволяет обнаруживать трещины в изделиях). На линиях электропередачи возникновение коронного разряда нежелательно, так как вызывает значительные потери передаваемой энергии. С целью уменьшения относительной кривизны электродов применяются многопроводные линии (3, 5 или более определенным образом расположенных проводов).
Типы корон и их идентификация
Отрицательная "подобная пламени" корона. Этот тип короны обычно имеет место на проводнике, заряженном отрицательно, например, во время отрицательной полуволны напряжения сети. Этот тип короны выглядит как пламя, форма, направление и размер которого постоянно изменяются. Эта корона очень чувствительна к изменению параметров окружающей среды. Ее возникновение также приводит к появлению звукового сигнала примерно удвоенной промышленной частоты (например, 100 Гц) или кратной ей.
Пробои обычно образуются между двумя изолированными, но находящимися близко друг от друга металлическими пластинами. Ток утечки вдоль опоры индуцирует определенные уровни напряжения между пластинами и, таким образом, разряд между ними. Эти разряды обычно трудны для локализации, так как нет прямого их соединения с высоковольтной линией. В камере CoroCAM эти искровые промежутки будут выглядеть как небольшие, постоянные и очень яркие объекты. Звук, который возникает при этих разрядах, имеет более высокий тон, чем у отрицательных корон, и кажется несвязанным с промышленной частотой. Искровые промежутки обычно вызывают большие радио- и телевизионные помехи (например, высокие RI – radio interference).
Положительный тлеющий коронный разряд
Положительный тлеющий коронный разряд образуется на проводнике, заряженном положительно, (например, во время положительной полуволны напряжения сети). Он обычно встречается в местах с острыми углами. Этот тип короны имеет небольшой размер и выглядит как свечение вокруг определенного места. Это относительно слабый источник коронного разряда, и он создает очень незначительный звуковой сигнал.
Насколько серьезна корона/разряд с точки зрения возникновения напряжения радиопомех (RIV)?
Общие замечания:
Все искровые промежутки являются причиной серьезных радиопомех.
Если корона полностью видима невооруженным глазом (ночью), то она вызовет серьезные радиопомехи. (Используйте камеру CoroCAM для быстрой локализации всех источников коронного разряда, а затем постарайтесь увидеть их невооруженным глазом.)
Положительный тлеющий коронный разряд не вызывает серьезных радиопомех.
Применение коронного разряда
Электрическая очистка газов (электрофильтры).
Сосуд, наполненный дымом, внезапно делается совершенно прозрачным, если внести в него острые металлические электроды, соединенные с электрической машиной, а все твердые и жидкие частицы будут осаждаться на электродах. Объяснение опыта заключается в следующем: как только и проволоки зажигается корона, воздух внутри трубки сильно ионизируется. Газовые ионы прилипают к частицам пыли и заряжают их. Так как внутри трубки действует сильное электрическое поле, заряженные частицы пыли движутся под действием поля к электродам, где и оседают.
Счетчики элементарных частиц.
Счетчик элементарных частиц Гейгера – Мюллера состоит из небольшого металлического цилиндра, снабженного окошком, закрытым фольгой, и тонкой металлической проволоки, натянутой по оси цилиндра и изолированной от него. Счетчик включают в цепь, содержащую источник тока, напряжение которого равно нескольким тысячам вольт. Напряжение выбирают необходимым для появления коронного разряда внутри счетчика.
При попадании в счетчик быстро движущегося электрона последний ионизирует молекулы газа внутри счетчика, отчего напряжение, необходимое для зажигания короны, несколько понижается. В счетчике возникает разряд, а в цепи появляется слабый кратковременный ток. Чтобы обнаружить его, в цепь вводят очень большое сопротивление (несколько мегаом) и подключают параллельно с ним чувствительный электрометр. При каждом попадании быстрого электрона внутрь счетчика листка электрометра будут откланяться.
Подобные счетчики позволяют регистрировать не только быстрые электроны, но и вообще любые заряженные, быстро движущиеся частицы, способные производить ионизацию путем соударений. Современные счетчики легко обнаруживают попадание в них даже одной частицы и позволяют поэтому с полной достоверностью и очень большой наглядностью убедиться, что в природе действительно существуют элементарные заряженные частицы.
Громоотвод
Подсчитано, что в атмосфере всего земного шара происходит одновременно около 1800 гроз, которые дают в среднем около 100 молний в секунду. И хотя вероятность поражения молнией какого-либо отдельного человека ничтожно мала, тем не менее молнии причиняют немало вреда. Достаточно указать, что в настоящее время около половины всех аварий в крупных линиях электропередачи вызывается молниями. Поэтому, защита от молнии представляет собой важную задачу.
Ломоносов и Франклин не только объяснили электрическую природу молнии, но и указали, как можно построить громоотвод, защищающий от удара молнии. Громоотвод представляет собой длинную проволоку, верхний конец которой заостряется и укрепляется выше самой высокой точки защищаемого здания. Нижний конец проволоки соединяют с металлическим листом, а лист закапывают в Землю на уровне почвенных вод. Во время грозы на Земле появляются большие индуцированные заряды и у поверхности Земли появляется большое электрическое поле. Напряженность его очень велика около острых проводников, и поэтому на конце громоотвода зажигается коронный разряд. Вследствие этого индуцированные заряды не могут накапливаться на здании и молнии не происходит. В тех же случаях, когда молния все же возникает (а такие случаи очень редки), она ударяет в громоотвод и заряды уходят в Землю, не причиняя вреда зданию.
В некоторых случаях коронный разряд с громоотвода бывает настолько сильным, что у острия возникает явно видимое свечение. Такое свечение иногда появляется и возле других заостренных предметов, например, на концах корабельных мачт, острых верхушек деревьев, и т.д. Это явление было замечено еще несколько веков тому назад и вызывало суеверный ужас мореплавателей, не понимавших истинной его сущности.
Под действием коронного разряда
Электрофильтры – наиболее эффективные газоочистительные аппараты, т.к. эксплуатационные расходы на их содержание, по сравнению с другими пыле- и золоуловителями, гораздо ниже. При этом электрофильтры наиболее полно отвечают требованиям абсолютного пылеулавливающего устройства.
Установка для электрической очистки газов включает в себя электрофильтр и агрегат питания. Подлежащий очистке газ поступает в электрофильтр, на электроды которого подается высокое напряжение, между электродами возникает коронный разряд, вследствие чего происходит заполнение межэлектродного пространства отрицательно заряженными ионами газа, которые под действием электрического поля движутся от коронирующих электродов к осадительным.
Осадительные электроды подразделяются на пластинчатые, трубчатые, коробчатые, прутковые, карманные, желобчатые, С-образные, тюльпанообразные и т.д.
По способу удаления пыли электрофильтры делятся на мокрые и сухие. В сухих электрофильтрах встряхивание электродов производится ударно-молотковым, ударно-импульсным, вибрационным способами и др. В мокрых электрофильтрах осуществляется периодическая или непрерывная промывка электродов. По направлению движения очищаемого газа электрофильтры подразделяются на вертикальные и горизонтальные. Кроме того, электрофильтры бывают однозонными, в которых зарядка и осаждение частиц осуществляется в одной зоне, и двухзонными – в них зарядка и осаждение осуществляются в разных зонах: ионизаторе и осадителе.
Трубчатый электрофильтр Стюртевант
По принципу создания коронного разряда электрофильтры бывают с фиксированными точками коронного разряда и нефиксированным коронным разрядом.
По типу систем коронирующих электродов электрофильтры можно разделить на две основные группы: с рамными коронирующими электродами и со свободно подвешенными коронирующими электродами. Встряхивание осадительных и коронирующих электродов осуществляется с помощью соударения, ударно-молоткового встряхивания, ударно-импульсной системы, вибрационных механизмов, периодической и непрерывной промывки.
Введение………………………………………………….……………..……..3
1. Общая корона и ее характеристика……………….………………..……..4
2. Общая корона на проводах ЛЭП.…..………. …………………………. 7
3. Экологическое влияние общего коронного разряда……………………..9
Заключение……………..……………………………………………..……..11
Список использованной литературы……………….……………………. 12
Согласно общему представлению о природе электрического тока, газ в
обычном своем состоянии является отличным изолятором, так как в этом
пространстве очень мало положительно или отрицательно заряженных частиц.
Однако если резко повысить общее напряжение данного пространства,
заполненного газом, то количество ионов и электронов в нем заметно возрастет, что
приведет к образованию тока и появлению свечения.
На проводах линии электропередачи переменного тока, особенно на линии
сверхвысокого напряжения, может возникать коронный разряд. Корона на проводах
при рабочем напряжении ведёт к потерям энергии и длительным радиопомехам, и
поэтому должна быть ограничена. При перенапряжениях корона снижает амплитуду
волн и поэтому благоприятна.
Коронный разряд на проводах протекает в форме ионизационных процессов.
В отсутствии короны ток, стекающий с провода, чисто ёмкостный, и
следовательно, сдвинут по отношению к напряжению на 90 0 . Под действием
напряжения положительного знака отрицательные ионы будут двигаться к проводу.
Это движение зарядов – есть ток конвекции положительного направления (за
положительное направление принято считать направление движения
положительных зарядов от провода или отрицательных зарядов к проводу).
В некоторый момент времени напряжённость поля на проводе достигает
критического значения, при котором возникает вспышка коронного разряда
положительной полярности. Образующиеся в лавинах коронного разряда электроны
поглощаются проводом, что ведёт к резкому подъёму тока. По мере роста
напряжения область ионизации расширяется и ток возрастает. При снижении
напряжения некоторое время ещё поддерживаются ионизация и поток электронов к
проводу.
После прохождения максимума напряжения ионизация прекращается и ток
короны поддерживается за счёт движения положительных зарядов (ионов) от
провода. Этот ток, очевидно, прекращается, когда напряжение достигает нуля и
меняет свой знак. В этот момент провод окружен чехлом положительных зарядов.
1. Общая корона и ее характеристика.
На проводах различают местную и общую корону. Помимо неровностей,
вызванных проволоками верхнего повива, на поверхности провода имеются
царапины, заусеницы, загрязнения. В этих местах напряженности электрического
поля высоки и здесь уже при сравнительно невысоких напряжениях возникает
местная корона. При более высоких напряжениях корона охватывает провод по всей
длине. Эта стадия называется общей короной. Теоретическое определение
напряженности и напряжения возникновения местной короны еще не дано. Поэтому
при рассмотрении короны на линиях исходят из характеристик общей короны.
Существенная зависимость критического напряжения общей короны от состояния
поверхности провода требует при исследовании потерь мощности а корону на
опытных установках одновременно определить и критические напряжения. Для
этого следует использовать метод редуцирования характеристик потерь мощности
на корону. Последнее возможно только при измерении потерь как в области
местной, так и в области общей корон. Если измерения охватывают только первую
область, как это бывает при исследованиях на большинстве опытных линий для
условий хорошей погоды, то оказывается неопределенным один из основных
параметров характеристики потерь мощности на корону - критическое напряжение
общей короны.
Общая корона на проводах возникает при внутренних перенапряжениях, когда
напряжённость поля на поверхности проводов превышает начальную
напряжённость поля. С общей короной связаны активный и емкостной токи
поперечной проводимости. Общую корону можно имитировать фазными
параметрами – активной проводимостью и ёмкостью, которая является
дополнительной к основной геометрической ёмкости провода. Активная
проводимость растёт, а дополнительная ёмкость падает с повышением частоты.
Лабораторными исследованиями установлено, что при толчкообразном
положении синусоидального напряжения к коронирующему проводу
установившаяся величина коронных потерь достигается примерно за три
полупериода. В первом полупериоде приложения напряжения коронные потери не
превышают 35-45% установившихся.
Если электрод является катодом(такую корону называют отрицательной),
происходит размножение лавин. Вторичным процесом служит эмиссия с катода, а
возможно, и фотоионизация в объеме газа. Зажигание отрицательной короны, в
принципе, не отличается от таунсендовского пробоя и зажигания темного
таунсендовского разряда
На катоде:γ- процессы
В слое– ионизация электронами
Во внешней области: электроны и отрицательные ионы (в
воздухе) образуют отрицательный объемный заряд,
ограничивающий ток короны даже без добавочноо
сопротивления.
Корона – незавершенный пробой – пробой только в области коронирующего
слоя.
Если острие, проволока являются анодом (положительная корона), удаленный
большой катод, около которого поле слабое, не принимает
участия в размножении. Воспроизведение электронов
обеспечивают вторичные фотопроцессы в газе в зоне острия. В
отличие от ровного свечения отрицательной короны в положительной наблюдаются
светящиеся нити, разбегаюиеся от острия. Пологают, что это - стримеры. В качестве
критерия возникновения положительной короны можно принять условие
возникновения стримера.
Критерии возникновения короны накладывают условие главным образом на
величину масимального поля около коронирующего электрода, которая должна
превышать некоторый нижний предел Е к .
В линиях электропередачи применяются провода, свитые из большого числа
проволок. Витые провода не имеют гладкой поверхности (рис. 1), поэтому при
одинаковых с гладкими проводниками напряжениях и внешних диаметрах
напряженность электрического поля вблизи их поверхности бывает выше и корона
возникает при меньшем напряжении. При определении начальной напряженности
коэффициент гладкости учитывает форму поверхности витого провода.
Рис. 1. Электрическое поле у поверхности многожильного провода
При коронном разряде в результате ионизации воздуха у поверхности провода
образуется объемный заряд того же знака, что и полярность напряжения на проводе
(рис. 2).
Рис.2 Напряженность поля у поверхности провода во время коронирования остается
равной Ен. Увеличение напряжения па проводе приводит к усилению ионизационных процессов,
росту объемного заряда и снижению напряженности до Ен.
2. Общая корона на проводах ЛЭП.
Список использованной литературы
1. Базуткин В.В., Ларионов В.П., Пинталь Ю.С. Техника высоких напряжений.
Изоляция и перенапряжения в электрических системах. – М.: Энергоатомиздат,
1986. – 464 с.
2. Михалков А.В. Техника высоких напряжений в примерах и задачах. –
М.:Энергия,1988.-227 с.
3. Техника высоких напряжений. / Под ред. Разевига Д.В. – М.: Энергия, 1978. –
488 с.
4. Степанчук К.Ф., Тиняков Н.А. Техника высоких напряжений.-Минск: Высшая
школа, 1982.-367 с.
5. Электротехнический справочник. Том 3, кн. 1.-М.:Энергия, 1986.-564 с.
6. Борисов В.Н., Халилов Ф.Х. Изоляция электрооборудования электрических
станций и подстанций. – М.: Издательство МЭИ, 1992. – 243 с.
Коронные разряды на поверхности проводов линий электропередачи возникают в том случае, когда напряженность электрического поля на поверхности проводов превышает пробивную для воздуха. Даже в однородном поле между двумя параллельными пластинами на прочность воздуха оказывают воздействие многие факторы: давление воздуха, материал электродов, наличие паров воды, фотоионизация и вид приложенного напряжения. Любая неровность на поверхности провода (царапины, заусенцы, загрязнение) приводит к местному увеличению напряженности электрического поля и как следствие к возникновению местного коронного разряда. Пробой воздуха при этом сопровождается вызывающими потери энергии акустическими шумами и свечением, радиопомехами, вибрацией провода, а также выделением озона и других веществ.
Процессы газового разряда. Электрические разряды возникают обычно при ускорении электрическим полем свободных электронов в газе. Когда электроны приобретают достаточную энергию, они получают способность при столкновении с атомами образовывать новые свободные электроны и положительные ионы. Такой процесс называется ударной ионизацией. Количество свободных электронов продолжает при этом увеличиваться, как это изображено на рис. 2.2.1, до тех пор, пока вторичные явления не приведут к самостоятельному разряду. Первые электроны, начинающие ионизационный процесс, чаще всего образуются путем фотоионизации. Фотон от некоторого находящегося на расстоянии источника сообщает атому достаточно энергии для образования электрона и положительно заряженного иона. При ускоренном движении в электрическом поле электрон сталкивается с атомами азота, кислорода и других имеющихся в воздухе газов. Большинство таких столкновений являются упругими подобно столкновениям двух биллиардных шаров. При таком столкновении электрон теряет лишь небольшую часть своей кинетической энергии. Время от времени, однако, удары могут достигать такой силы, что происходят возбуждение атома и переход его в более высокое энергетическое состояние.
При этом меняется орбита одного или нескольких электронов, на что расходуется часть кинетической энергии. В дальнейшем возбужденный атом может возвратиться в свое нормальное состояние с выделением избытка энергии в форме свечения (видимая корона) или электромагнитных волн (радиошум). При столкновении электронов с ионами возможно также превращение последних в нейтральные атомы.
Основной ионизационный процесс, определяемый ускорением электронов газа электрическим полем, может быть выражен следующим образом:
Рис. 2.2.1. Начало электронной лавины у отрицательного электрода.
а — начало; б — столкновение электрона с нейтральным атомом, приводящее к образованию добавочного электрона и положительного иона; в — движение электронов в воздушном промежутке с образованием новых электронов и положительных ионов; 1 — освобожденный электрон; 2 — нейтральный атом; 3 — фотон.
где А — атом; А+ — положительный ион; е — электрон.
После столкновения электрона с атомом происходит высвобождение нового электрона. При дальнейших столкновениях этих электронов с атомами число свободных электронов увеличится еще на два. Таким образом, цепная реакция приведет к быстрому возрастанию количества свободных электронов. Таунсенд в своих ранних работах по разрядам в газах предложил коэффициент для описания числа свободных электронов, образовавшихся в результате движения единичного электрона в однородном поле на длине пути 1 см. Этот коэффициент известен как первый коэффициент ионизации Таунсенда. При этом ток разряда в лавинообразном процессе выразится в виде
(2.2.1)
где а — первый коэффициент ионизации Таунсенда; d — длина промежутка.
Коэффициент а изменяется в зависимости от силы поля, давления газа и других условий, оказывающих влияние на образование пар электронов.
Однако не каждое столкновение приводит к образованию добавочного электрона. В данном случае играют роль такие понятия, как поперечное сечение атомов, эффективность ионизации и потенциалы ионизации. Поперечное сечение так мало (приблизительно 8Х Х10“16 см2 для азота), что лишь немногие атомы подвергнутся удару данного электрона. За короткий период его ускорения электрон, движущийся в газе при давлении 1 мм рт. ст. и температуре 0°С, на пути в 1 см совершает лишь от 10 до 100 столкновений. При повышении давления количество атомов в одном кубическом сантиметре и вероятность столкновения возрастают. Число ионов, образованных электроном на 1 см пути, называют эффективностью ионизации. Для появления ионизации необходим определенный минимум потенциальной энергии свободного электрона, измеряемой в электронвольтах. При этом потенциале, называемом потенциалом ионизации, вероятность ионизации равна нулю. С повышением энергии электрона сверх потенциала ионизации вероятность ионизации быстро возрастет. Наконец, при дальнейшем повышении энергии электрона вероятность ионизации начинает снова понижаться.
На большей части пути электрона происходят упругие столкновения, не вызывающие ионизацию. С каждым столкновением электрон теряет небольшую часть своей энергии, и в дальнейшем для него становится уже возможным присоединение к атому, что связано для электрона со значительной потерей кинетической энергии. Если нейтральный атом захватывает электрон, последний выделяет избыточную энергию. В воздухе электрон до момента его захвата атомом может совершить
2* 10s столкновений. Некоторые молекулы имеют повышенную способность захватывать электроны — например галогены и водяной пар. Именно поэтому более высокая влажность воздушного промежутка повышает его прочность. Водяной пар захватывает ионизирующие электроны и препятствует тем самым возникновению лавинообразного процесса. При захвате электрона атомом образуется отрицательный ион. Поскольку подвижность такого иона относительно мала, он не может при столкновениях ионизировать газ, за исключением случаев, когда энергия особенно высока.
Лавинообразный процесс Таунсенда. Если приложить напряжение к воздушному промежутку, то оказавшиеся свободные электроны и ионы устремляются к электродам противоположной полярности, создавая тем самым незначительный ток. Этот ток определяет собою естественную проводимость воздуха. При возрастании напряженности поля сверх 15 кВ/см ток начинает быстро возрастать по следующим причинам. Во-первых, описанный выше ионизационный процесс приводит к образованию новых электронов. Во-вторых, образованию новых свободных электронов способствует бомбардировка катода положительными ионами и фотонами. Выбивание электронов из катода представляет собой вторичный процесс, в то время как ударная ионизация является первичным.
Возрастание тока в однородном поле до момента пробоя промежутка определяется уравнением
(2.2.2)
где1 — ток промежутка; /о—начальный ток в газе, возникший за счет внешних источников; d — длина промежутка; а — первый ионизационный коэффициент Таунсенда (соответствует первичному процессу); у — второй ионизационный коэффициент Таунсенда (соответствует вторичному процессу). Числитель выражения (2.2.2) полностью соответствует (2.2.1). Значение тока становится неопределенным, когда знаменатель приближается к нулю. Неопределенность соответствует условию
(2.2.3)
Критерий пробоя (2.2.3), несмотря на его логическую закономерность, используется редко, ибо пробой является значительно более сложным процессом [2.2, 2.3].
Формы короны постоянного тока. Некоторые качественные зависимости, иллюстрирующие механизм частичных разрядов у положительных и отрицательных электродов, представлены на рис. 2.2.1—2.2.3. Даже при одной и той же полярности корона может принимать
Рис. 2.2.2. Распространение объемного заряда в отрицательном неоднородном поле короны (высота графика пропорциональна плотности ионов).
а — плотность ионов в канале отрицательной короны на ранних стадиях; б — окончательное распространение ионов в разрядном промежутке; 1 — острие; 2 — положительные ионы; 3 — отрицательные ионы; 4 — темное пространство; 5 — свечение при бомбардировке электронами.
Рис. 2.2.3. Предполагаемое распространение объемного заряда в стримере для положительного неоднородного поля короны.
а — плотность ионов в канале положительной короны; б — распространение положительных ионов; 1 — острие; 2 — положительные ионы; 3 — электроны, попадающие в канал стримера.
различный характер в зависимости от приложенного напряжения, формы электродов и состояния поверхности. Каждому виду короны соответствуют свои зависимости для тока и частоты импульсов, а следовательно, и радиопомех, акустических шумов и потерь.
Процессы при отрицательной короне. Значительный вклад в исследование короны в отрицательном неоднородном поле был сделан Тричелом. В зрительном отношении разряды Тричела проявляются в виде сплошного, но сравнительно слабого свечения. Отдельные пульсации не могут быть зафиксированы оптически. Возможно,
что возникновение каждого такого разряда связано с ударом положительного иона в отрицательный электрод. Этот удар приводит к образованию вторичного электрона, который удаляется из точки удара под действием отрицательного ноля. При этом в соответствии с представлениями Таунсенда возникает движение и других электронов, оставляя, как это показано на рис. 2.2.2, позади менее подвижные положительные ионы. Электроны присоединяются к нейтральным атомам (обычно кислорода) и образуют отрицательные ионы. Образовавшиеся положительные ионы в свою очередь еще более ослабляют поле. Процесс прекращается после того, как иоле очистится от ионов. При этом положительные ионы медленно движутся к катоду. Отрицательные ионы перемещаются к аноду, повышая снова интенсивность поля.
Повышение интенсивности поля продолжается до тех пор, пока может повторяться процесс. Энергия, затрачиваемая на этот процесс, как раз и представляет собой потери на корону. Отрицательная корона может проявиться в трех видах — импульсы Тричела, пульсирующее свечение и отрицательные стримеры. Результаты соответствующих измерений и фотографии приведены на рис. 2.2.4 и 2.2.5.
Рис. 2.2.4. Коронный разряд у катода.
а — стримеры Тричела; б — отрицательное свечение; в — отрицательные стримеры.
Максимальное значение тока импульсов Тричела колеблется от 10~8 А у точечных электродов до 20-10~* А у больших электродов. Время разряда импульсов достигает 20 -10-9 с, время подъема 25—50 не.
Увеличение напряжения повышает частоту и уменьшает амплитуду импульсов. Максимальная частота импульсов Тричела — 2 кГц для сферы диаметром 8 мм и -10** Гц для острия с конусностью 30°.
Рис. 2.2.5. Напряжение начала разряда от выступа на отрицательном проводе диаметром 2,92 см в зависимости от длины разрядного промежутка.
а — сферический выступ диаметром 8 мм; б — конический выступ диаметром 6 мм, 0=30°; 1 — отрицательное свечение; II — импульсы Тричела.
Пульсирующее свечение возникает с повышением напряжения после того, как частота импульсов Тричела достигает максимума.
Область свечения имеет вид широкой сферы и расширяющегося конического столба. Ток пульсирующей короны возрастает с напряжением. При его дальнейшем повышении появляются отрицательные стримеры. Происходит вытягивание положительного конического столба с образованием небольших ответвлений. Ток состоит из импульсов, наложенных на квазипостоянную составляющую. Время возрастания этих импульсов примерно 0,5-10~6 с.
Рис. 2.2.10. Возможные формы короны при переменном напряжении. а — положительный полупериод; б — отрицательный полупериод; 1 —импульсы Тричела; 2— отрицательное свечение; 3 — отрицательные стримеры; 4 — начальные импульсы; 5 — свечение; 6 — положительные стримеры; 1 — начало стримерного пробоя; /1 — начало свечения; III— начало стримера; IV — начало импульса Тричела; V—начало отрицательного свечения; VI — начало отрицательного стримера.
Рис. 2.2.9. Напряжение начала разряда от выступа на проводе диаметром 2,92 см при переменном напряжении в зависимости от длины разрядного промежутка.
а — сферический выступ диаметром 8 мм; б— конический выступ диаметром 15 мм, 0=30°; 1 — стримеры; II — свечение Хермштейна; III — импульсы Тричела; IV — отрицательное свечение.
На рис. 2.4.11 приведена корона в сухую погоду для очень высокой напряженности поля. При обычно реализуемых напряженностях на линиях электропередачи в хорошую погоду интенсивной короны не возникает. Для возникновения короны требуются неровности поверхности, такие, например, как капли дождя при мокрой погоде, которые, оседая на проводе, образуют не-
ровности и служат основным источником возникновения короны. Примеры короны при мокрой погоде приведены на рис. 2.4.9 и 2.4.10.
Потери на корону, потери электроэнергии при её передаче вследствие возникновения коронного разряда (короны). Отличительной особенностью коронного разряда, определяющей его количественные закономерности, является характерная форма взаимодействия ионов, создаваемых в процессе разряда, и электрического поля у коронирующего электрода, например провода линии электропередачи (ЛЭП). Знак заряда ионов, движущихся из зоны ионизации во внешнюю зону, совпадает со знаком заряда на коронирующем проводе, что обычно ведёт к ослаблению поля у провода до некоторой, практически постоянной величины — критической напряжённости (Ekp) — и к соответствующему усилению поля в остальной части пространства (внешней зоне). Эта особенность механизма образования короны обусловливает существенную зависимость от напряжения на проводе как тока коронного разряда, так и П. на к.
| 1.1 | Механизм коронного разряда |
Если коронирует только анод, корона называется положительной. В этом случае первичные электроны высвобождаются на внешней границе коронирующего слоя в результате фотоионизации газа (см. Ионизация) фотонами, испускаемыми внутри короны. Ускоряясь в поле анода, эти электроны ударно возбуждают атомы и ионы газа и в актах ударной ионизации порождают электронные лавины. Во внешней зоне носителями тока являются положительные ионы; образуемый ими положительный пространственный заряд ограничивает ток К. р.
В двуполярной короне коронируют оба электрода. Процессы в коронирующих слоях аналогичны описанным; во внешней зоне ток переносится встречными потоками положит, ионов и электронов (или отрицательных ионов).
Коронный разряд на ЛЭП
Максимальное значение коммутационных импульсов является часто определяющим фактором при выборе изоляции линии СВН. Уменьшение максимального значения перенапряжений на 10% дает возможность на столько же снизить требования к линейной изоляции.
Опыт показывает, что корона может играть значительную роль в уменьшении максимального значения коммутационных перенапряжений.
Однако до сих пор влияние короны при определении требований к изоляции не рассматривалось.
В Исследовательском центре СВН исследования в этой области включали в себя:
измерения формы и максимального значения тока короны при различных значениях перенапряжений;
расчет влияния тока короны с использованием данных, полученных выше и при изучении литературы.
Рис. 2.6.1. Стримеры импульсной короны на проводах линий электропередачи.
а — стримеры отрицательной полярности, достигающие 125 см (приложенное напряжение 2960 кВ); б — стримеры положительной полярности, достигающие 75 см (приложенное напряжение 2570 кВ).
Рис. 2.6.2. Схема для измерения формы импульса тока короны на восточной фазе линии Исследовательского центра СВН при частоте 60 Гц или коммутационных импульсах.
1 — клетка ВН; 2 — клетка для операторов; 3 — опытная линия; 4 — емкость линии; 5 — шунтирующий промежуток; 6 — вертикальные пластины катодного осциллографа; 7 — цепь развертки катодного осциллографа; 8 — питание приборов во время длительных измерений; 9 — восточная фаза автотрансформатора; 10 — выключатель.
Для более ясного представления о токах потерь на корону были проведены испытания при различных напряжениях на линии длиной 900 м с проводом диаметром 3,7 м. На рис. 2.6.1 изображена корона на этой линии как при положительных, так и при отрицательных импульсах. Токи короны были измерены осциллографом по схеме рис. 2.6.2. Схема работает таким образом, что обеспечивает попадание на экран осциллографа только лишь тока короны, не допуская попадания туда тока емкости линия — земля. При измерениях используются две клетки Фарадея. Конденсатор С2 на рис. 2.6.2 создает емкостный ток, используемый для компенсации зарядного тока линейной емкости Си конденсатор С2 подключен к обмотке высшего напряжения автотрансформатора 650 кВ, питающего измерительную схему.
На рис. 2.6.3, 2.6.4 представлены типичные осциллограммы, получаемые при этих испытаниях. Осциллограммы на рис. 2.6.3 изображают токи установившейся короны при разных напряжениях относительно земли; осциллограммы на рис. 2.6.4 фиксируют токи короны при внезапном включении линии.
В результате исследований были сделаны следующие выводы.
1. В положительном и отрицательном полупериодах потери на корону приблизительно равны, а формы тока схожи.
2. Корона положительного полупериода создается пиками стримеров положительной полярности.
3. Во время переходного процесса максимум тока короны опережает максимум напряжения; к нулю же ток и напряжение приходят практически одновременно.
4. В переходный период после коммутации токи короны будут больше в начальной стадии, пока вокруг провода не сформировался объемный заряд. Время, необходимое для формирования такого заряда, 2—3 периода. Этот результат очень важен для оценки влияния короны при коммутационных импульсах.
5. Максимальный ток короны на землю при коммутационных импульсах, в 2—4 раза превышающих номинальное напряжение, колеблется в пределах 1,56 — 6,8 А/км фазы линии. Токи при максимальном рабочем напряжении значительно меньше.
6. Эквивалентная схема короны (рис. 2.6.5) представляет собой по существу нелинейную RС-цепочку. Схема справедлива для одного полупериода и с учетом этого может быть использована.
На основе эквивалентной схемы (рис. 2.6.5) было рассчитано затухание коммутационных импульсов в линии за счет короны. Первоначально были рассчитаны и измерены токи коммутационных импульсов, приложенных к пролету 900 м линии от импульсного генератора.
Рис. 2.6.3. Токи однофазной установившейся короны на проводе делении 0.2 А) М ПРИ различных напряжениях (в одном большом
Рис. 2.6.4. Токи импульсной короны на проводе Plover длиной 900 м при включении выключателя (напряжение 550/ v ЗкВ; в одном большом делении 0,5 А).
а — первое включение; б — второе включение.
На рис. 2.6.6 показаны расчетные и измеренные токи короны для импульсов с максимальным значением 460 и 700 кВ. Их хорошее совпадение дало основание произвести расчет коммутационного импульса 760 кВ
Рис. 2.6.5. Эквивалентная схема для полупериода тока коронного разряда на проводе воздушной линии.
С\ — емкость линия — земля; С2 — часть емкости короны, определяющая возврат коронного разряда на провод; С3 — часть емкости короны, определяющая потерю заряда проводом; G — эквивалентная проводимость утечки, определяющая потерю заряда; UQ — начальное напряжение короны, появление которой определяется соотношением U>UQ.
Линии электропередачи длиной 160 км, имеющей начальное напряжение короны 400 кВ и нагрузку, равную натуральной мощности. Длительность фронта импульса была принята равной 150 мкс, а емкость короны
Рис. 2.6.6. Расчетные и измеренные токи короны при коммутационных импульсах на проводе диаметром 3,7 см длиной 885 м.
а — напряжение и ток при 460 кВ; б — напряжение и ток при 700 кВ; 1 — расчет; 2 — измерение.
3,003 мкФ/км, что соответствует емкости линии Исследовательского центра СВН. Постоянная проводимость короны на землю G составляет по данным испытаний 2,75* 10“6 Ом-1. Результаты расчета представлены на рис. 2.6.7. Если не учитывать емкости короны, уменьшение напряжения на расстоянии 40 км составляет 3%.
Учет емкости короны приводит к снижению напряжения на больших расстояниях из-за замедления той части волны, которая превышает начальное напряжение короны, и отбора части заряда.
Рис. 2.6.7. Распространение вдоль линии электропередачи коммутационного импульса с учетом эффекта коронного разряда (по результатам расчета).
Напряжение: 1 — на питающем конце линии; II — на расстоянии 40 км от подстанции при отсутствии короны; III — на расстоянии 40 км от подстанции: IV — на расстоянии 80 км от подстанции; V — на расстоянии 160 км от подстанции; VI — ток короны в начале линии.
Таким образом, небольшое снижение перенапряжения из-за короны является вполне вероятным. Замечено, что при одинаковых начальных амплитудах коммутационные импульсы с кратковременными пиками затухают в большей степени, чем волны с пиками большой длительности, затухание которых незначительно. Испытания на длинной линии 345 кВ показывают, что коммутационные импульсы при кратности 1,6 вызывают токи короны, которые не превышают 10% тока, определяемого линейной емкостью, и могут быть даже значительно ниже этой цифры. Представляется, однако, вероятным, что при кратности свыше 2,0 токи короны могут в некоторых случаях оказывать значительное влияние на уровень перенапряжений.
Ионизационные процессы у поверхности проводов ВЛ при рабочем напряжении возникают в узкой области высокой напряженности поля при выполнении условия самостоятельности разряда. Эта форма разряда получила название коронного по чисто внешнему признаку - слабо светящемуся в темноте голубому ореолу вблизи проводов. Провода ВЛ выбираются таким образом, чтобы максимальная напряженность на поверхности провода при наибольшем рабочем напряжении не превосходила начальной напряженности коронного разряда. Однако неровности на поверхности провода, возникающие из-за механических повреждений (заусенцы, царапины), загрязнений )(капли смазки, твердые частицы), осадков (капли дождя, росы, снег, изморось, гололед, иней), приводят к местному увеличению напряженности электрического поля.
В результате коронный разряд на проводах ВЛ возникает при напряжении значительно меньшем, чем начальное напряжение самостоятельного разряда на чистых проводах с неповрежденной поверхностью. Такого типа разряд получил название местной короны.
Объемного заряда вблизи поверхности провода и движение его в поле ионов приводит к потерям энергии. Потери энергии определяются передачей энергии ускоряемыми полем ионами нейтральным молекулам газа, т. е. имеют тепловую природу. Иными словами, образование и перемещение ионов вблизи проводов приводит к нагреву воздуха, незначительному ввиду малости плотности тока в газе. Тем не менее перемещение ионов за период напряжения на расстояние около 1 м в сильном поле провода вызывает потери, составляющие десятки киловатт на 1 км длины линии.
Погодные условия подразделяются на четыре группы: хорошая погода (без осадков), дождь (включая мокрый снег и морось), сухой снег и изморозь (включая гололед и иней). Среднегодовые потери на корону для линий электропередачи определяются суммированием потерь по группам погоды с учетом продолжительности погоды каждой группы вдоль трассы проектируемой линии.
| 1.3 | Методы снижения потерь на переменном напряжении |
Путь борьбы с короной заключится в уменьшении напряженности поля на поверхности провода и увеличении напряжения начала короны. Простое увеличение диаметра провода позволяет относительно легко решить поставленную задачу, но при этом снижается экономическая эффективность передачи электроэнергии, т.к. снижается экономическая плотность тока и, следовательно, уменьшается удельная передаваемая мощность. Таким образом, принцип минимальных затрат, на основе которого выбирается минимальный диаметр провода с учетом экономической плотности тока, при таком подходе не реализуется, и стоимость передачи электроэнергии возрастает. Для сохранения удельных параметров передаваемой мощности необходимо повысить передаваемую плотность тока, а также рабочее напряжение линии. Но при этом, естественно, возникает снова проблема борьбы с короной. Возникает замкнутый круг.
Применение полых проводов является практически идеальным решением. Но изготовление таких проводов из отдельных специальных проволок сложного профиля представляет из себя достаточно трудоёмкий процесс. Альтернативным вариантом применения полых проводов является использование сталеалюминиевых проводов. Они являются основными типами проводов в современной энергетике. Такой провод состоит из центрального стального сердечника, который свивается из отдельных стальных проволок и воспринимает основную механическую нагрузку при эксплуатации. Поверх сердечника накладывается один или несколько повивов из алюминиевых проводов, по которым передается электрическая нагрузка. Технология изготовления таких проводов проще, а в отношении потерь на корону они аналогичны полым проводам.
При сооружении ЛЭП высокого и сверхвысокого напряжения широкое распространение получили расщепленные провода, в которых каждая фаза вместо одного провода большого сечения, обычно специальной и иногда сложной конструкции, заменяется несколькими более тонкими стандартными проводами, расположенными на некотором удалении друг от друга, но с суммарным сечением, равным или несколько превышающим сечение одинарного провода. Применение расщепленных проводов позволяет также существенно снизить уровень радиопомех. Расщепление проводов позволяет отказаться от применения более дорогих специальных проводов, но монтаж расщепленных проводов более сложнее и требует специальных устройств для подвески проводов расщепленной фазы и поддержания между ними с помощью специальных распорок необходимого шага расщепления (а=40-50 см). Применение расщепленных проводов приводит к уменьшению индуктивности линии. При этом уменьшается волновое сопротивление линии, что способствует повышению пропускной способности передачи. Это особенно важно для линий сверхвысоких напряжений, предназначенных для передачи очень больших мощностей.
Напряжение на ЛЭП U = 110 кВ
Марка провода АС – 11 0 (радиус r 0 = 0 , 84 см)
Расстояние между проводами D = 4 ,2 м (420 см)
Средняя высота подвеса провода h = 8,8 м
Плотность тока j = 0,6 8 А/мм 2 .
1. Для расчета начальной напряженности электрического поля воспользуемся формулой : (4)
где r0 - радиус провода, см;
m = 0,82 — коэффициент негладкости для витого провода (этот коэффициент учитывает снижение расчетной напряженности поля из-за негладкости поверхности);
Читайте также: