Развитие разряда в длинных воздушных промежутках при импульсных напряжениях, страница 3

i = σv                                                                             (4. 34)

(σ — линейная плотность избыточного заряда лидера), и поэтому увеличению тока разряда соответствует возрастание скорости развития лидера, и наоборот.

В лабораторных условиях регулятором тока разряда, а следовательно, скорости развития лидерного канала и продольных градиентов напряжения в нем выступает Рис. 4. 43. Длина стримерной зоны в начале сквозной фазы в зависимости от расстояния между электродами стержень — плоскость

последовательно включенный в цепь разряда резистор (в общем случае внутреннее сопротивление источника энергии). Чем больше сопротивление резистора, тем меньше ток, ниже продольные градиенты напряжения в канале, но больше время развития

Поскольку при грозовых импульсах длина стримерной зоны практически равна межэлектродному расстоянию L, то в соответствии с (4. 35) 50%-ные разрядные напряжения длинных промежутков при грозовых импульсах могут быть оценены по выражению

U_ρ~5L,                                                                         (4. 36)

где U_p— в кВ; L— в см.

Для оценки разрядных напряжений длинных воздушных промежутков необходимо знать в момент установления сквозной фазы длину l_с стримерной зоны и значение E_л. Экспериментально полученные значения l_с представлены на рис. 4. 43 в зависимости от межэлектродного расстояния. Зависимость эта может быть выражена эмпирическим уравнением

где а₀ — постоянная. Для промежутка стержень — плоскость a₀ =1м, а для промежутка провод—плоскость a_о = 1, 5 м.

Экспериментальные данные позволяют записать зависимость средних продольных градиентов в лидере от его длины как

где l_л = L-l_c, а E_л0 = 1, 5 кВ/см — так называемый «начальный» градиент напряжения в канале лидера.

Подставив (4. 37) и (4. 38) в уравнение (4. 35), получим формулу Э. Лемке для расчета 50%-ных разрядных напряжений длинных воздушных промежутков в области минимума вольт-секундных характеристик (см. рис. 4. 26, 4. 27):

Результаты расчета по (4. 39) хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Относительная длина стримерной зоны с увеличением длины промежутка уменьшается (рис. 4. 43), а средние градиенты в лидере существенно меньше градиентов в стримерной зоне.

Рпс. 4. 44. Разряд длиной порядка 100 м с вершины делителя напряжений (отделение ВЭИ. г. Истра). Импульс -t- 1, 5/3000 мкс, напряжение 3. 2 MB

Это и определяет замедление роста разрядных напряжений при увеличении расстояния между электродами.

Как видно из рис. 4. 27, при коммутационных импульсах и при переменном напряжении частотой 50 Гц в очень длинных разрядных промежутках (10—15 м и более) средние разрядные напряженности электрического поля снижаются до 1, 5—1, 0 к В/см. Это означает, что лидерный канал может развиваться в достаточно слабых электрических полях. Очевидно, для таких разрядов решающими являются условия перехода стримера в лидер, складывающиеся у высоковольтного электрода.

Возможность образования лидерного канала связана с развитием стримеров до критической длины. Рассчитывая распределение напряжения в разрядном промежутке и принимая во внимание, что стримеры могут развиваться в электрическом поле со средней напряженностью 5 кВ/см, можно определять длину стримерных каналов при разных значениях напряжения между электродами и, сопоставляя ее с критической длиной, устанавливать возможность преобразования их в лидер.

Используя условия стримерно-лидерного перехода, в Истринском отделении ВЭИ при импульсах напряжением около 3, 5 MB в 1980 г. впервые получили лидерные разряды длиной 100 м и более (рис. 4. 44). Исследование разрядов длиной до 200 м, получаемых при коммутационных импульсах напряжением примерно 5 MB, начато в 1987 г. в СибНИИЭ (г. Новосибирск). Характеристики лидера, развивающегося с отрицательного электрода, оказались соответствующими нижней границе параметров отрицательного лидера молнии: скорость развития примерно 2 10⁵ м/с, погонная плотность заряда примерно 100 мкКл/м. Лидер имел ступенчатый характер, как и молния. Длина ступеней составляла 3, 5 м при длительности 20 мкс. Впервые был осуществлен опыт «грозового» отключения работающей воздушной линии 110 кВ. Длина искрового канала при этом составила 150 м. Перекрытие линейной изоляции произошло в 200 м от точки поражения фазного провода линии.