 |
|
Перенапряжения на оборудовании, подключенном к линии
Решение телеграфных уравнений линии показывает, что перенапря-
жение составлено падающей и отраженной волнами напряжения. Отра-
женная волна возникает в конце линии при отражении волны от нагрузки
линии. Характер отражения волны напряжения и получающееся итоговое
напряжение на нагрузке линии зависит от характера этой нагрузки. В этом
разделе рассмотрены простейшие ситуации падения волны на активную
нагрузку, на емкостную нагрузку и на индуктивную нагрузку линии.
В любом случае напряжение и ток в линии – и в конце ее на нагрузке
в том числе – определяется наложением падающих и отраженных волн,
связанных в напряжении и токе волновым сопротивлением линии:
,
, i =
u
п
, i
= −
u
о
,
u = u п+u о
i = iп+iо
пZ
В
о
Z В
или для нагрузки линии
u = + i Z
нuпuо, н В
= −
u u
п
о
что при суммировании этих уравнений дает
u + i Z
н н В
= 2u п.Последнее
уравнение соответствует электрической схеме с источником ЭДС величи-
ной
2u п и последовательно включенными элементами ZВ и нагрузки линии
(рис. 14.3а).
а)
2uп
ZВiН
ZН
u Н
б)
2u п
ZВiН
С
u Н
в)
2u п
ZВiН
L
u Н
Рис. 14.3. Схема замещения линии при падении волны напряжения на на-
грузку
При падении волны грозового перенапряжения на резистивнуюна-
грузку Rн выполняется соотношение u н=iнRн,или
2uп=uн+u
Z
В
, u
=
2u
п
,
н
Rн
н
1 +
Z
В
Rн
то есть напряжение на нагрузке может быть в пределах от
2uп
до нуля.
Форма напряжения на нагрузке повторяет форму падающей волны, а наи-
большее напряжение получается при отсутствии нагрузки в конце линии
или при большом входном сопротивлении нагрузки.
В случае емкостнойнагрузкилинии (рис. 14.3б) достаточно про-
стые уравнения получаются только для прямоугольной волны напряжения,
что эквивалентно включению схемы под постоянное напряжение величи-
ной U = 2uп.Задача расчета напряжения на конденсаторе при его заряже-
нии от источника постоянного напряжения через резистор является про-
стейшей задачей анализа переходных процессов; ток через конденсатор и
напряжение на нем равны
=
U
−
t
u
1t
= ∫
=
−
−
t
i
Z
exp(
Z C
) ;
н
C
i dt U [1 exp(
Z C
)] .
В
В
В
Характерное значение входной емкости оборудования C=1000 пФ,
если ZВ=300 Ом, то ZВC=0.3 мкс, это означает заряжение емкости оборудо-
вания за время менее 1 мкс. Таким образом, при воздействии на оборудо-
вание падающей волны грозового перенапряжения с фронтом порядка 1
мкс или более емкость оборудования в 1000 пФ почти не влияет на время
нарастания напряжения и на оборудование действует удвоенная волна гро-
зового перенапряжения. Если же входная емкость оборудования велика,
порядка 1 мкФ и более (кабельные вставки и конденсаторы), то ZВC=300
мкс, и будет происходить существенное снижение перенапряжения.
Анализ воздействия волны перенапряжения на индуктивнуюна-
грузку (рис. 14.3в) также проще сделать для прямоугольной падающей
волны. В этом случае, как известно, ток через катушку определяется фор-
u
мулой
i =
2 п[1 − exp(−t)]
, где
ô =
L
- постоянная времени цепи. На-
Z В
ô
=
di
Z В
=
−
t
, что означает спад на-
пряжение на нагрузке равно
u L
2u п exp( )
dt
ô
пряжения на нагрузке через некоторое время, определяемое постоянной ô .
Если это время велико по сравнению с длительностью падающей волны, то
это равнозначно отсутствию нагрузки линии. При L=0.1 Гн (у силового
трансформатора при заземлении нейтрали индуктивность катушки значи-
тельно больше) и ZВ=300 Ом ô =0.3 мс, падающая волна грозового напря-
жения с длительностью в десятки микросекунд будет удваиваться на такой
нагрузке.
Таким образом, отсутствие нагрузки линии, небольшая емкостная
нагрузка линии или большая индуктивная нагрузка приводят к удвоению
падающей волны грозового перенапряжения на конце линии.