CC BY
38
10.Залесова О.В. Исследование уровня наведенного напряжения на отключенной линии электропередачи, находящейся
в зоне влияния тяговой сети железной дороги переменного тока // Вестник МГТУ. - 2014. - Т. 17, № 1. - С. 40-45.
Сведения об авторах
Ефимов Борис Васильевич,
директор Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, д.т.н. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: efimov@ien.kolasc.net.ru
Селиванов Василий Николаевич,
заместитель директора по науке
Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, к.т.н.
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: selivanov@ien.kolasc.net.ru
УДК 621.311
А.Н.Данилин, В.В.Ивонин
ОПТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ПРОВОДНИКОВ В ГРУНТЕ*
Аннотация
Представлены результаты лабораторных исследований нелинейных процессов при стекании импульсных токов с электродов в увлажненный грунт, эмитирующих заземляющие устройства объектов электроэнергетики. Описаны два метода регистрации процессов искрообразования в грунте вокруг электродов. В результате получены экспериментальные данные по растеканию импульсных токов с заземлителей в лабораторных условиях с учетом искрообразования на моделях заземлителей при критических значениях напряженности электрического поля и длительностях импульсов тока сотни микросекунд.
Ключевые слова:
искрообразования в грунте, ионизация грунта, заземление, оптические исследования.
A.N.Danilin, V.V.Ivonin
OPTICAL INVESTIGATION OF HIGH-VOLTAGE PULSE PROCESSES ON THE SURFACE OF CONDUCTORS IN THE SOIL
Abstract
Experimental results of laboratory investigation of nonlinear processes in moist soil near electrode simulating grounding of electric power systems are presented. Two methods of optical recording of spark formation in the soil are developed. Investigations were carried out at voltage of 20-50 kV and current pulse duration of tens of microseconds. The critical electric field and delay of sparks beginning in soil in depending on the electrode construction, moisture and impulse duration are obtained.
Keywords:
sparking in soil, soil ionization, grounding, optical investigation.
ж
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 14-08-00573).
40
Известно, что удельное сопротивление грунта напрямую зависит от таких характеристик, как почвенный состав грунта, температура в определенный момент времени года, содержание грунтовой влаги, степени засоленности, глубины промерзания грунта в зимний период, наличия многолетней мерзлоты и некоторых других [1, 2]. При ударе молнии быстроменяющийся многокилоамперный ток воздействует на грунт и вызывает искрообразование, в результате чего и свойства грунта, и характеристики заземления могут отличаться в несколько раз от величин, полученных при протекании слабого стационарного тока. Процессы, связанные с искрообразованием, носят нелинейный характер [3, 4]. Цель данной работы заключалась в разработке метода регистрации искровых каналов в грунте и исследовании развития каналов при различных условиях.
Оптические наблюдения выполнялись на установке [5], схема и конструкция которой приведена на рис. 1. Искровые процессы в грунте фиксировались цифровым фотоаппаратом через стекло емкости, в которой в увлажненном грунте размещался электрод, прислоненный к стеклу в окне заземленного экрана.
Следующим устройством для наблюдения искровых процессов в грунте является система, приведенная на рис. 2. В увлажненном грунте размещался лист фотобумаги, на который устанавливался электрод. После подачи импульса напряжения бумага проявлялась и на ней проявлялись следы развивающихся в грунте искровых каналов. Размер электрода такой же, как и в предыдущем опыте.
Рис.1. Устройство для оптических Рис.2. Устройство для фиксации наблюдений искрообразования в грунте искровых каналов в грунте
на фотобумаге
Результаты экспериментов. На рис. 3 приведены сравнительные результаты явлений, наблюдаемых вокруг стержня длиной 50 мм и диаметром 4 мм, зафиксированных оптическими методами и на фотобумаге. Напряжение в импульсе - 20 кВ.
Еще одной парой сравнительных опытов, выполненных по такой же методике, являются зафиксированные процессы искрообразования, происходящие на краю плоского диска диаметром 25 мм (рис. 4).
41
а
б
Рис.3. Искровые процессы в грунте, зафиксированные на фотобумаге (а) и оптическим методом через стекло (б)
а
Рис.4. Искровые процессы в грунте, зафиксированные на краях плоского диска с помощью фотобумаги (а) и фотоаппарата (б)
Все процессы при начале искрообразования в грунте, особенно в неоднородном поле, как уже указывалось, нелинейны. Это хорошо демонстрируют вольт-амперные зависимости, которые строятся по осциллограммам токов и напряжений, полученных в ходе экспериментов. На рис. 5 приведены результаты опытов на сферическом электроде, наполовину погруженном в грунт. Импульсы напряжения лежали в интервале от 25 до 50 кВ с фронтом 0.1 мкс и длительностью до полуспада 120-270 мкс. При малых напряжениях импульсное сопротивление линейно и эквивалентно стационарному сопротивлению. На больших напряжениях вольт-амперная характеристика имеет форму гистерезиса, связанную с нелинейной характеристикой грунта. Из рисунка видно, что, когда плотность тока превышает критическое значение на поверхности электрода, сопротивление начинает уменьшаться из-за ионизации грунта.
42
Рис.5. Вольт-амперные характеристики увлажненного грунта Выводы
1. Разработана методика оптических и фотографических наблюдений искровых процессов вблизи поверхности электродов в увлажненном грунте при подаче на электрод высоковольтных импульсов. Выполнена серия сравнительных опытов регистрации импульсных искровых процессов.
2. Разработанные методики позволили визуализировать эти процессы. Показано, что при превышении критической плотности тока, стекающего с электрода в грунт, от электрода растут плазменные каналы, за счет чего динамическое сопротивление электродов становится резко нелинейным и сопровождается гистерезисными явлениями, что подтверждают вольт-амперные характеристики.
3. В симметричных электродных системах с неоднородным полем с ростом напряжения возникает неустойчивость плазменных процессов и ее контрагирование, что убедительно подтверждают опыты регистрации на фотобумаге.
Литература
1. Данилин А.Н., Ивонин В.В. Экспериментальные исследования импульсных характеристик сосредоточенных заземлителей // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. Вып. 3. - Апатиты, 2014. - С. 27-33.
2. Oettle E.E. The impulse impedance of concentrated earth electrodes: Master's dissertation. - Johannesburg: University of the Witwatersrand, 1987.
3. Kuffel E., Zaengl W.S., Kuffel J. High voltage engineering: fundamentals // Newnes. 2000.
4. Nixon K.J. The lightning transient behaviour of a driven rod earth electrode in multi-layer soil. - Johannesburg: Witwatersrand, 2006.
43
5. Данилин А.Н., Ивонин В.В., Куклин Д.В. Лабораторные исследования процессов искрообразования в увлажненном грунте в зависимости от амплитуды и длительности импульсного напряжения на заземленном устройстве // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. Вып. 4. - Апатиты, 2013. - С. 38-56.
6. Данилин А.Н., Ивонин В.В. Зондовые измерения процессов растекания импульсных токов в увлажненном грунте // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. Вып. 7. - Апатиты, 2014. - С. 31-35.
Сведения об авторах
Данилин Аркадий Николаевич,
заведующий лабораторией высоковольтной электроэнергетики и технологии Центра
физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, к.т.н.
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А
Эл. почта: danilin@ien.kolasc.net.ru
Ивонин Виктор Владимирович,
аспирант Кольского научного центра РАН
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А
Эл. почта: ivoninviktor@mail.ru
УДК 621.311
А.В.Бурцев, Ю.М.Невретдинов, А.А.Смирнов, Г.П.Фастий
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭМИССИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ ВО ВТОРИЧНУЮ ОБМОТКУ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Аннотация
Приведены результаты экспериментальных исследований эмиссии электромагнитных возмущений в трехфазном силовом трансформаторе. Получены частотные характеристики функции передачи во вторичную обмотку трансформатора. В лабораторных условиях выявлено влияние режима нейтрали и токов во вторичной обмотке на формирование импульсных напряжений на выводах вторичной обмотки.
Ключевые слова:
эмиссия электромагнитных возмущений, импульсные перенапряжения, силовой трансформатор, функции передачи, частотные характеристики.
A.V.Burtsev, Y.M.Nevretdinov, А.А.8т1гпоу, G.P.Fastiy
RESEARCH OF ELECTROMAGNETIC DISTURBANCES EMISSION IN THE POWER TRANSFORMER SECONDARY WINDING
Abstract
Pilot studies results of electromagnetic disturbances emission in the three-phase power transformer secondary winding are given. Transfer function frequency characteristics to a transformer secondary coil are received. The influences of the neutral mode and secondary winding currents on the impulse voltage formation in the LV bushing are revealed.
Keywords:
electromagnetic disturbances emission, power transformer, pulse overvoltages, transfer function, frequency characteristics.
44
