Главная | Обратная связь

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

методические указания к выполнению практических занятий

 

 

студентам специальностей 140200.62 "Электроэнергетика", 140400.62 "Электроэнергетика и электротехника. Электроснабжение", 110300.62 «Агроинженерия» - бакалавриат всех форм обучения

 

Ставрополь 2014

ББК 22.2.1

УДК 621.3

 

 

Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ» составлены в соответствии с требованиями ГОСВПО рабочих учебных планов специальностей.

Предназначены для студентов всех форм обучения.

 

Составители: А.Ф. Шаталов

 

 

Рецензент:

 

 

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ (ЭМС) ставит своей целью разъяснение природы электромагнитных влияний и путей проникновения помех, способов измерения уровней помех, методов ослабления электромагнитных влияний, а также вопросов правового регулирования ЭМС.

 

 

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Уровень освоения дисциплины должен быть таковым, чтобы сформировать у обучаемого навыки идентификации механизмов электромагнитных влияний, выбора оптимального способа защиты устройств и человека от этих влияний, навыки по оценке уровня помех и работы и с правовой информацией.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ:

Изучение дисциплины "Электромагнитная совместимость в электроэнергетике" предусматривает рассмотрение следующих тем:

основные определения; электромагнитная обстановка на объектах электроэнергетики; источники помех; чувствительные к помехам элементы; каналы передачи помех; уровни помех; помехоустойчивость; методы испытаний и сертификации элементов вторичных цепей на помехоустойчивость; влияние полей, создаваемых устройствами электроэнергетики на биологические объекты; нормы по допустимым напряженностям электрических и магнитных полей промышленной частоты для персонала и населения, Закон РФ об электромагнитной совместимости.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 1

Определение взаимных индуктивностей и емкостей

Цель занятия: научиться рассчитывать электрические ёмкости и взаимные индуктивности типичных систем, встречающихся на объектах электроэнергетики.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Электрическая ёмкость и взаимная индуктивность напрямую связаны со степенью электромагнитного влияния объектов друг на друга, они определяются геометрическими размерами и топологией проводников входящих в рассматриваемые системы.

Под емкостью С между двумя телами, на которых имеются электрические заряды Q, понимают абсолютную величину отношения заряда на одном из тел к напряжению между телами

. (1.1)

Из определения следует единица измерения электрической емкости – 1 кулон/вольт = 1 фарад (ф). Так как напряжение между телами в электростатике может быть линейно выражено через заряд (за исключением сегнетоэлектриков), то емкость, очевидно, зависит лишь от конфигурации и размеров тел.

Индуктивность L проводника определяется соотношением:

, (1.2)

где: - потокосцепление, обусловленное током I . Для двух контуров, магнитные потоки которых взаимно пересекают площади друг друга, аналогично получаем выражение для взаимной индуктивности L_ВЗ.

. (1.3)

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Пример расчета. Тонкий длинный провод радиуса R₀ располагается на расстоянии h параллельно бесконечно протяженной проводящей плоскости (см. рисунок 1.1). Определить электрическую емкость между проводом и плоскостью, на единицу их длины, считая, что R₀<<h.

Решение. Для учета проводящей поверхности дополним чертеж зеркальным изображением проводника – согласно методу зеркальных изображений. Тогда проводник и плоскость можно эквивалентно заменить двухпроводной линией с расстоянием между проводниками 2h. Из определения электрической емкости . Примем заряд проводников ±Q. Найдем напряжение между ними используя соотношение . С учетом зависимости потенциала и напряженности поля прямолинейного бесконечно длинного провода лишь от одной координаты получаем . Отсюда .

Рисунок 1.1 – Расположение проводника и проводящей плоскости

 

Из теоремы Гаусса, напряженность поля заряженного проводника находится как . Так как заряд нити определится через линейную плотность зарядов как , то после подстановок получаем

. (1.4)

После преобразований и с учетом, что электрическая емкость на единицу длины равна , получаем электрическую емкость между проводом и проводящей плоскостью на единицу их длины.

. (1.5)

 

Задача 1.1. Определить индуктивность двухпроводной линии на единицу ее длины, если диаметр проводников R, а расстояние между их осями d.

 

Задача 1.2. Определить электрическую емкость коаксиального кабеля на единицу его длины, если диэлектрическая проницаемость изоляции , диаметр внутренней жилы 1 мм, внутренний диаметр наружной жилы 5 мм.

 

Задача 1.3. Рассчитать взаимную индуктивность проводящего квадратного контура и прямого бесконечно длинного проводника, лежащего в плоскости контура. Взаимное расположение проводника и контура показано на рисунке 1.2.

 

Рисунок 1.2 – Расположение проводника и проводящего контура.

 

Задача 1.4. Определить индуктивность на единицу длины стальной шины с поперечным сечением в виде прямоугольника имеющего стороны 1 мм и 5 см. Сравнить эту индуктивность с индуктивностью круглого проводника с площадью, равной площади шины.

 

Задача 1.5. Рассчитайте электрическую емкость на единицу длины двух протяженных цилиндрических проводов диаметрами 2 см, геометрические оси которых находятся на расстоянии 5 см друг от друга.

 

ВОПРОСЫ

1. Что такое магнитный поток и потокосцепление?

2. Дайте понятие индуктивности и взаимной индуктивности?

3. Что такое электрическая емкость?

4. В каких единицах измеряются индуктивность и электрическая емкость? В чем разница между погонными величинами индуктивности и емкости и полными их значениями?

5. Как связаны между собой напряженность и потенциал электростатического поля?

6. От чего зависят индуктивность, взаимная индуктивность и электрическая емкость системы проводников.

7. Опишите способы расчета электрических емкостей.

8. Опишите способы расчета индуктивностей.