книги / Техника высоких напряжений

магнита ЭМи создавая

импульсный

дуктируется никакой э. д. с. В слу­

магнитный

поток

ФИ1,

замыкаю­

чае пробоя образуются короткозам­

щийся

через сердечник

электромаг­

кнутые витки, наведенная в них

нита и стенки

паза, как

показано

э. д. с. приведет к появлению тока

на рис. 27-2

пунктиром. Этот поток

и магнитного потока, часть которо­

индуктирует

в

витках

испытуемой

го замкнется через сердечник кон­

секции

обмотки

импульсное напря­

трольного электромагнита ЭМ2. На­

жение,

ложащееся

на

изоляцию

личие возникающей при этом э. д. с.

между витками. На те же пазы на­

будет зафиксировано вспышкой не­

кладывается

также

контрольный

оновой лампы Н.

по

этой

схеме

электромагнит ЭМ2, на обмотку ко­

Изготовленный

торого через

выпрямитель включе­

аппарат С-5П-ВЭИ имеет напряже­

на неоновая лампа

Н

(или

микро­

ние импульсного

генератора

3 кв

амперметр).

пробоя

между

и позволяет получать на витковой

При отсутствии

изоляции

напряжение

порядка

испытываемыми витками ток по ним

500 в, т. е. порядка 70% напряже­

протекать не будет,

поэтому

в

об­

ния заводских испытаний для ма­

мотке электромагнита

ЭМ2

не

ин­

шин 6,3 кв.

Как указывалось в гл. 18, ветви­

пытания

кабелей высоким постоян­

стые разряды в кабелях развивают­

ным

напряжением с

амплитудой

ся весьма медленно, однако в ка­

(5—6)

Uu для кабелей 3—10 кв и

кой-то мере они имеют место в каж­

(4—5)

UB для кабелей

10—35 кв.

дом кабеле, пробывшем в эксплуа­

которые осуществляются с помощью

тации длительное время. Кроме

обычных

выпрямительных кено­

ветвистых разрядов, дефекты в кабе­

тронных установок.

лях

возникают

при

повреждении

Во время испытания кабелей вы­

оболочки

вследствие

коррозии или

прямленным напряжением регистри­

при земляных работах,

при

ополз­

руется также величина тока утечки.

нях в почве и т. д. Через место по­

В ряде энергосистем рекомендуются

вреждения в оболочке в изоляцию

определенные допустимые величины

постепенно проникает

влага,

вытес­

тока утечки, однако основным пока­

няя масло, и прочность изоляции

зателем является не величина тока

снижается

до

недопустимо

низких

утечки, а ее изменение в процессе

величин. Могут также возникать де­

испытаний. Обычно во время опыта

фекты

в

соединительных

муфтах

величина тока утечки остается неиз­

в виде трещин в заливочных соста­

менной

или

несколько

снижается.

вах или загрязнений выводов. Та­

При

постепенном

возрастании то­

ким образом, в кабелях в основном

ка утечки длительность

испытания

возникают

местные дефекты, кото­

должна

быть

несколько

увеличена

рые

необходимо

обнаруживать

и, если ток утечки не стабилизи­

с тем,

чтобы вырёзать

поврежден­

руется,

кабель необходимо

довести

ный участок кабеля и заменить его

до пробоя.

при

испытаниях

новым.

профилакти­

Пробой кабеля

Основным методом

фиксируется по резкому броску то­

ческих испытаний кабеля в эксплуа­

ка и снижению напряжения на объ­

тации

является

контроль повышен­

екте.

После

установления

факта

ным напряжением. Наиболее широ­

пробоя необходимо по возможности

кое

распространение

получили ис­

точно определить

его местоположе­

раты, испытательное напряжение ко­

ний под нагрузкой является

то об­

торых ниже принятой величины. Од­

стоятельство, что при этом контро­

нако

практически это напряжение

лируется только изоляция

относи­

оказывается

допустимым

для всего

тельно земли, так как напряжение

оборудования, за исключением вра­

между фазами во время испытаний

щающихся машин.

под

нагрузкой

остается равным номинальному. Од­

При испытаниях

нако повреждения

междуфазовой

в месте пробоя всегда возникает до­

изоляции в

процессе эксплуатации

статочно мощная дуга

емкостного

происходят

значительно

реже, так

тока,

обеспечивающая

надежное

как она находится дальше от свин­

прожигание

места

повреждения,

цовой оболочки и

не

подвержена

поэтому отыскание

места

пробоя

увлажнению. Дефекты

технологии

может осуществляться относительно

в большинстве случаев обнаружива­

простыми методами.

испыта­

ются еще в процессе заводских ис­

Некоторым недостатком

пытаний.

29-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ним из заряженных

центров в облаке,

Молния является частным случа­

поэтому часть зарядов этого центра

ем

искрового

разряда

при

очень

стекает в канал лидера. Распределе­

большом

расстоянии

между

элект­

ние этого заряда в канале должно

родами.

Последние

исследования

быть

неравномерным, возрастая

к

показывают, что общая длина кана­

его концу. Однако некоторые кос­

ла молнии обычно достигает не­

венные

измерения

позволяют

ут­

скольких

километров

(в

среднем

верждать,

что

наименьшая

плот­

5 км),

причем

значительная

часть

ность

заряда

в

канале

близка

этого канала находится внутри об­

к средней и, таким образом, скопле­

лака и поэтому фотоаппаратами не

ния зарядов «а конце канала игра­

фиксируется.

Из-за

своеобразного

ют

второстепенную

роль. Поэтому

распределения

зарядов

в

грозовом

в ряде расчетов линейную плотность

облаке молния состоит из несколь­

зарядов

а (рис. 29-1) в первом при­

ких единичных разрядов, развиваю­

ближении можно считать постоянной

щихся по одному и тому же пути,

и общий заряд, спускаемый в канал

причем

каждый

разряд

так же

лидера, Q= al, где / — длина канала

как

и

лабораторная

искра,

начи­

молнии.

мере продвижения

канала

нается лидерным и завершается об­

По

ратным

(главным)

разрядом. Ско­

лидера под действием электрическо­

рость

опускания

лидера

первого

го поля канала в земле происходит

единичного разряда

имеет

порядок

смещение зарядов,

причем

положи­

1,5

• 107 см!сек, скорости лидеров по­

тельные

заряды

скапливаются

на

следующих разрядов

достигают

поверхности земли

непосредственно

2* 108 см/сек, а скорость обратного

под

развивающимся лидерным ка­

разряда

изменяется

в

пределах

налом. В результате напряженность

(1,5- 109— 1,5 • 1010)

см/сек, т. е. от

поля

оказывается

самой

большой

0,05 до 0,5 скорости света.

вдоль

силовой

линии электрическо­

Канал лидера, как и канал вся­

го поля, соединяющей головку лиде­

кого стримера, заполнен

плазмой,

ра с местом наибольшей концентра­

следовательно,

обладает определен­

ции зарядов на поверхности земли,

ной

проводимостью. Верхним

кон­

лидер развивается именно по этой

цом лидерный канал соединен с од­

силовой

линии

и место удара

мол-

а — п о сл ед н яя с тад и я

р азв и ти я л и д ер н о го

р а з р я д а ;

возн и кн о вен и е

зон ы

интенсивной

и они зац и и

вб ли зи

п оверхности

зем л и ; в — п р о м еж у то ч н ая ст ад и я р а зв и т и я о б р атн о го

р а зр я д а ;

г — зак л ю ч и ­

те л ь н а я

ст ад и я

р а зв и т и я о б р атн о го

р а з р я д а .

1 — к а н а л

л и д ер а ;

2 — зо н а

п ер естр о й ки

к а н а л а ;

3 — к а н а л

о б р атн о го

р а зр я д а .

нии в землю оказывается предопре­

шает критическую и в этом прост­

деленным.

в

земле

скапливаются

ранстве начинается бурный процесс

Заряды

ионизации, приводящий к образова­

непосредственно под головкой лиде­

нию заполненного

плазмой

канала,

ра только в случае однородной про­

плотность ионов в котором гораздо

водимости

грунта. Если,

например,

больше,

чем

в

канале

лидера.

лидерный

разряд

развивается

над

Вследствие своей высокой проводи­

скальными

грунтами,

проводимость

мости вновь сформированный канал

которых очень низка, а вблизи на­

приобретает потенциал земли, и вся

ходятся участки с хорошей проводи­

разность потенциалов между лидер­

мостью (например, река или озеро),

ным каналом и землой оказывается

то заряды стекают в участки с по­

приложенной к нижней части кана­

вышенной

проводимостью,

именно

ла лидера. Таким образом, на гра­

там

возникают

увеличенные

напря­

нице раздела между каналом лиде­

женности поля и траектория разря­

ра 'и вновь образованным каналом

да

искривляется,

направляясь к

образуется область весьма

сильных

этим

участкам. Этим

обстоятельст­

напряженностей поля, как это было

вом

объясняется

так

называемая

показано в гл. 4 на рис. 4-9. Под

избирательная поражаемость разря­

действием этой напряженности про­

дами

молнии,

когда

молния чаще

исходит

перестройка

нижней части

всего поражает участки земли с наи­

лидерного канала, она также при­

более

высоким

уровнем

грунтовых

обретает

потенциал

земли, а об­

вод,

протекающие

в

глубоких

ласть повышенных напряженностей

ущельях реки и пр. С этими обстоя­

перемещается вверх по каналу. Этот

тельствами в ряде случаев прихо­

процесс

и

называется

обратным

дится

считаться

при осуществлении

разрядом, скорость которого, следо­

мероприятий по грозозащите.

вательно, зависит от времени, кото­

По

мере

опускания

лидерного

рое

затрачивается на

перестройку

канала средняя

напряженность

по­

канала

под

действием ионизации

ля в пространстве между его голов­

в области повышенных напряженно­

кой

и землей

постепенно

увеличи­

стей поля. Е с л и бы перестройка ка­

вается; в

конце

концов

она

превы­

нала

осуществлялась

мгновенно,

скорость обратного разряда

возрос­

или

от

сопротивления

заземления

ла бы до скорости света.

при ударе в возвышающиеся объ­

По мере продвижения обратного

екты.

разряда

канал

молнии

приобретает

Оценить это снижение тока весь­

нулевой

потенциал,

а

имевшиеся

ма трудно, так как приведенная вы­

в лидерном канале избыточные за­

ше аналогия является условной, а

ряды стекают в землю, создавая

точная

величина

эквивалентного

определенный ток iMв месте удара.

волнового

сопротивления

канала

Если линейная плотность зарядов в

молнии неизвестна. Однако порядок

лидериом

канале

равна

a,

a

ско­

этого сопротивления можно оценить

рость

движения

обратного

разря­

величиной 200—300 ом, поэтому из­

да V, то за

единицу времени в зем­

менение тока в объекте не превы­

лю стекает зарядам и, следователь­

шает 10% при изменении сопротив­

но,

*М= (П/.

(29-1).

ления заземления объекта в преде­

лах

0—20—30

ом.

В

дальнейшем

Процесс,

происходящий

при

пе­

все

объекты, сопротивления

зазем­

ления которых не превышают 30 ом,

реходе лидерного разряда в обрат­

мы будем называть «хорошо зазем­

ный разряд, во многом аналогичен

ленными» и считать, что при ударах

процессу замыкания на землю вер­

молнии в такие объекты ток в объ­

тикального

заряженного

провода

екте не зависит от величины сопро­

(рис. 29-2). При этом, как известно,

тивления заземления и равен току

вдоль провода будет со скоростью

молнии.

света

распространяться

разрядная

29-2. ПАРАМЕТРЫ

волна

положительных

зарядов,

по­

РАЗРЯДА МОЛНИИ

нижающая

потенциал

провода

до

Основной количественной харак­

нуля, причем ток в месте замыка­

теристикой разряда

м о л н и й

являет­

ния также может определяться по

ся амплитуда тока молнии, поэтому

(29-1). Если провод замыкается на

землю

через некоторое

сопротивле­

в настоящее время имеется наиболь­

ние г, то величина тока в месте за­

шее

количество

экспериментальных

данных именно относительно

этого

земления уменьшится и будет равна

/ =

где z — волновое сопро­

параметра.

Наиболее распространенным при­

тивление провода.

бором для измерения токов молнии

Пользуясь этой аналогией, можно

является

так

называемый

ферро­

магнитный

регистратор, который

полагать, что ток молнии также бу­

дет зависеть от сопротивления в ме­

представляет

собой

цилиндриче­

ский

стержень,

изготовленный из

сте удара — от удельного сопротив­

ления

грунта при

ударе

в землю

стальных опилок

или

проволочек,

запрессованных в пластмассу. Мате­

риал, из которого получены опилки,

должен

обладать

большой

коэрци­

тивной силой, так что, будучи поме­

- 6

щен в магнитное поле, после его

исчезновения ферромагнитный реги­

стратор

сохраняет

значительную

остаточную

намагниченность,

про­

порциональную напряженности маг­

нитного поля в месте расположения

регистратора.

реги­

Обычно

ферромагнитные

а)

б )

страторы устанавливаются

на

опо­

Рис. 29-2. Замыкание на землю

рах линий электропередачи, которые

в подавляющем

большинстве

слу­

вертикального

заряженного

провода.

чаев относятся

к хорошо заземлен­

%

l

1М±0'-Шка

30 f

аСр » 9 щ/мксек

20 -

10

О

Ю

20

30

4Q ка/мксек

О

IÛ 20

30 4Q m/мксек

О

Ш 20

30 40 ка/мксек

Рис. 29-6. Кривые распределения крутизн для различных интервалов токов молнии.

что однозначная связь между эти­

Эти колебания тока, по-видимому,

ми параметрами

отсутствует,

так

связаны с

наличием

разветвлений

что при каждом значении амплиту­

канала молнии и с точки зрения

ды крутизна

фро)Нта

может

прини­

грозозащиты

имеют второстепенное

мать

самые

разнообразные

значе­

значение. Поэтому в общем случае

ния.

В

качестве

примера

на

для

расчетов

может

применяться

рис. 29-6 показаны кривые распре­

волна

тока

молнии, изображенная

деления крутизн для трех различ­

на рис. 29-7. Эта волна характери­

ных интервалов токов молнии. Ха­

зуется линейным возрастанием тока

рактер этих

кривых

прежде

всего

на фронте по закону iM= a t

и экспо­

свидетельствует о недостаточном ко­

ненциальным

спадом

на

хвосте

личестве

экспериментальных

дан­

волны.

ных, но вместе с тем позволяет об­

Однако применение такой формы

наружить

вполне

определенную

волны в ряде случаев неоправданно

тенденцию увеличения средних кру­

усложняет расчеты и в зависимости

тизн при увеличении амплитуды то­

от характера

Задачи

обычно

при­

ка молнии.

меняются

более

простые

формы

волн, изображенные на рис. 29-8 и

29-3.

РАСЧЕТНАЯ ФОРМА

ВОЛНЫ

29-9.

косоугольным

фронтом

ТОКА МОЛНИИ

Волна с

Волна

тока единичного

разряда

(рис.

29-8)

используется в тех

слу­

чаях,

когда

заранее

известно,

что

молнии

имеет

форму

импульса

рассматриваемый

процесс

происхо­

(рис. 29-4). Действительная форма

дит на фронте волны или во всяком

волны тока обычно имеет ряд коле­

баний как на фронте, так и на хво­

случае

в течение

времени,

значи­

тельно

меньшем,

чем длина

волны.

сте волны, причем эти

колебания

В этом случае снижение тока после

у отдельных разрядов могут иметь

совершенно

различный

характер.

Рис.

29-8.

Волна

тока молнии

с

косоугольным

фронтом

( т в = о о )

для расчета

про­

Рис. 29-7. Расчетная

волна тока молнии

цессов,

происходящих

на

в общем

случае.

фронте волны.