Исследование электромагнитных и электростатических наводок на протяженные объекты

Электромагнитные наводки на протяженные объекты

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

            Исследование электромагнитных и электростатических наводок на протяженные объекты, анализ экранирующих эффектов.

            Задание к работе

1.  Подключите одну из жил силового кабеля к источнику высокого напряжения. Электростатическим вольтметром измерьте напряжение на остальных жилах. Одну из жил соедините с оболочкой и повторите измерение.

2.  Замкните жилу кабеля на одном из концов с оболочкой. На противоположном конце между замкнутой жилой и оболочкой включите источник тока. К выводам одной  из оставшихся жил подключите милливольтметр, проведите измерение тока в закороченной жиле и наведенного напряжения на отключенной жиле.

3.  Заземлите одну из неподключенных жил с обеих сторон с оболочкой и повторите измерение наведенного напряжения и тока.

4.  На основе справочных данных о параметрах кабеля определите аналитически электростатическую и электромагнитную наводки на отключенных жилах и сопоставьте результаты с экспериментальными. Составьте отчет о работе, содержащий расчетные и измерительные схемы, результаты измерений и расчетов, выводы по работе.

Электростатическое влияние

Если в электростатическом поле тела с зарядом q₁ поместить другое тело, то оно приобретает некоторый потенциал, отличный от нуля. Многие электроэнергетические (высоковольтные) установки создают значительные поля, поэтому потенциалы на незаземленных предметах могут составлять значительные величины. Связь между потенциалом U₁ тела О₁ и зарядами двух тел определяется отношением

, (1)

где a₁₁ и a₁₂– собственный и взаимный потенциальный коэффициенты, зависящие от геометрических характеристик тела. Аналогично можно записать для второго тела (объекта О₂)

.

       В системе заряженных n тел имеет место аналогичное взаимное влияние, поэтому в общем случае можно записать в матричной форме

. (2)

Обратная задача нахождения заряда по известному напряжению состоит в решении вышеприведенной системы линейных уравнений, т.е.

,

где b - коэффициенты электростатической индукции.

            Заряды можно определить также через разности потенциалов всех тел, включая землю, тогда уравнение записывают в виде:

.                                                                                            .

                                 ………………………………………………………...                                                                                            .

где С_ik – собственные и взаимные частичные емкости. Собственная емкость определяется как сумма коэффициентов электростатической индукции по строке, а взаимные берутся с обратным знаком.

Сильным источником электрического поля является линия электропередачи, поэтому вблизи нее изолированные протяженные предметы могут приобретать значительные потенциалы. Такой же эффект имеет место на ОРУ подстанций ВН.

            При прохождении в одном коридоре ВЛ ВН и линий более низкого класса напряжения или линии связи, которые отключаются для проведения ремонтных работ или при их строительстве,  последние могут быть электростатически индуцированы.

            Определим потенциал на проводе, расположенном параллельно действующей ВЛ. Потенциальные коэффициенты и, следовательно, коэффициенты электростатический индукции определятся на основе метода зеркальных  отражений:

Рис. 1. Пояснения к методу зеркальных отображений

,

Тогда, наведенный потенциал определится на основе матрицы частичных емкостей. В соответствии с принципом суперпозиции напряжение на проводе будет

Рис. 2. К определению потенциала на проводе

 (3)

где С  –  элементы матрицы частичных емкостей.

Электростатическое экранирование

            Поскольку потенциал на изолированных объектах определяется зарядами на других объектах в системе заряженных тел, то, изменяя заряды и потенциалы ближайших тел (одновременно изменяя картину электрического поля) можно влиять на потенциалы, наводимые на изолированные объекты (это следует из (1) и (2)). Так, например , заземляя одно из изолированных тел изменяется электрическое поле  и если в системе есть другой изолированный объект, то изменяется и его потенциал. Этот факт используют для разработки разнообразных экранов, изменяющих картину электрического поля и снижающих до необходимых пределов потенциалы на объектах. Рассмотрим простейший случай, когда в электрическом поле трехфазной ВЛ находятся два протяженных провода. В первом случае, когда провода изолированы потенциалы на них можно определить по схеме аналогично выражению (3).

Расчетная схема (матрица частичных емкостей известна) будет:

Рис. 3. Схема замещения для исследования электростатического экранирования

После заземления одного из изолированных проводов происходит изменение картины электрического поля, поскольку потенциал одного из объектов в системе становится равным нулю. В расчетной схеме в этом случае задается потенциал на объекте равным нулю, что приводит к уменьшению потенциала (напряжения) на остающемся изолированным проводе. В электрическом плане в соответствии со схемой происходит шунтирование частичной емкости изолированного провода.

Электромагнитное влияние

            При протекании в любом объекте переменного во времени электрического тока создается магнитное поле, характеризуемое вектором магнитной индукции B, который, пронизывая любую ограниченную проводящим контуром поверхность, определяет в нем магнитный поток

.

            В силу закона электромагнитной индукции этот поток, изменяющийся во времени, наводит ЭДС