Распространение электромагнитных волн вдоль проводов линий
При прямом ударе молнии в линию (перенапряжения прямого удара) или вблизи нее (индуктированные перенапряжения) на проводах создается высокое напряжение относительно земли, под действием которого в обе стороны от места удара вдоль линии распространяются электромагнитные волны. Эти волны проникают во все элементы электроустановок. Распространение волн перенапряжений связано с переходными процессами, приводящими к резкому повышению напряжений, воздействующих на изоляцию элементов установки. Амплитуда и длительность этих волн зависят от интенсивности грозовых воздействий, параметров и схемы установки (длины и количества линий электропередачи), уровня ее изоляции, наличия и характеристик разрядников. Скорость распространения волн перенапряжения будет зависеть от физических условий среды, в которой они распространяются, вида линии электропередачи, формы проводов и их количества и будет определяться по формуле
где с — скорость распространения световых волн 300 м/с; — относительная диэлектрическая проницаемость среды; µ — относительная магнитная проницаемость среды.
Между проводами линии, а также между проводами линии и землей образуются электрическое и магнитное поля, конфигурация которых зависит от формы проводов и их расположения.
Рис. 1.7. Распространение волн напряжения и тока по линии
Для воздушных линий = µ = 1 скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света v = с. Для кабельных линий µ = 1, а диэлектрическая проницаемость изоляции между жилами и оболочкой в среднем равна 4. Следовательно, скорость распространения световых волн в кабельных линиях равна половине скорости света. Распространение электромагнитных волн сопровождается образованием волны напряжения u и волны тока i (рис. 1.7).
Закон Ома. Волновое сопротивление линии
Параметры электромагнитных волн, а именно их напряжение и ток, связаны между собой зависимостью, описываемой законом Ома
 |
где Lо и Cо — соответственно индуктивность и емкость линии на единицу длины; z — волновое сопротивление линии. Величины Lо и Со определяются по формулам
 |
 |
где h — высота расположения провода над землей, м; r — радиус провода,
 |
Подставив в (1.6) значения Lо и Со из (1.4) и (1.5) и преобразовав ее, получим для воздушной линии, когда
в среднем волновое сопротивление воздушных линии можно принимать равным Z = 400 Ом. Волновое сопротивление кабельных линий зависит от сечения и толщины изоляции кабеля и составляет от 5 до 40 Ом, что позволяет использовать кабельные вставки для защиты от перенапряжений подходов к подстанциям.
Если выразить величины и µ через Lо и Со, подставить их в (1.1), то можно получить уравнение, связывающее скорость движения волны по линии с ее основными параметрами
 |
(1.8)
 |
Пользуясь (1.6) и (1.8), находим связь между параметрами линии и известными величинами v и Z