Przejdź do treści

Banery wysuwane

Okładka Wysokie napięcie...
WYSOKIE NAPIĘCIE W ELEKTROENERGETYCE
WYBRANE ZAGADNIENIA I OBLICZENIA

Kategoria produktu
Nauki techniczne » Elektrotechnika
ISBN
978-83-66364-35-6
Typ publikacji
podręcznik
Format
B5
Oprawa
twarda
Liczba stron
816
Rok wydania
2020
Wydanie
1
Opis

Książka otrzymała Nagrodę Rektora Politechniki Warszawskiej dla najlepszej publikacji akademickiej w dziedzinie nauk technicznych i ścisłych w 14. edycji konkursu na najlepszą książkę akademicką i naukową ACADEMIA 2021.

Przedstawione w książce wybrane zagadnienia, charakteryzujące rolę i znaczenie techniki wysokich napięć dla rozwoju elektroenergetyki, obejmują analizy teoretyczne i techniczne wysokonapięciowych układów izolacyjnych urządzeń elektroenergetycznych, odniesione do warunków ich eksploatacji - zarówno znamionowych, jak i zakłóceniowych. Dopełnieniem treści rozdziałów są przykłady obliczeniowe. Wnioski i opisujące je zależności funkcyjne mogą stanowić podstawę zastosowania odpowiednich metod numerycznych w projektowaniu urządzeń elektroenergetycznych. Współczesne techniki informatyczne stwarzają duże możliwości w tym zakresie.

Spis treści

Wstęp 13
ROZDZIAŁ 1
Postęp w elektroenergetyce jako efekt rozwoju wysokonapięciowych układów izolacyjnych 17
1.1. Rozwój światowej elektroenergetyki  17
1.2. Elektroenergetyczne napowietrzne linie przesyłowe 20
1.2.1. Linie napowietrzne napięcia przemiennego HVAC   20
1.2.2. Linie napowietrzne napięcia stałego HVDC   22
1.3. Elektroenergetyczne linie kablowe HVDC   24
1.4. Podstawy doboru wysokonapięciowych układów izolacyjnych   26
1.4.1. Materiały w wysokonapięciowych układach izolacyjnych  26
1.4.2. Trwałość układów izolacyjnych w warunkach narażeń eksploatacyjnych  28
1.4.3. Charakterystyki wytrzymałości elektrycznej podstawowych grup układów izolacyjnych  30
1.5. Rozwój technologii wysokonapięciowych układów izolacyjnych   32

ROZDZIAŁ 2
Wytrzymałość elektryczna gazowych układów izolacyjnych wysokiego napięcia  37
2.1. Wprowadzenie  37
2.2. Zjawiska elektryczne w gazach elektroizolacyjnych  38
2.2.1. Konduktywność elektryczna 38
2.2.2. Rodzaje jonizacji w gazach 38
2.3. Wytrzymałość elektryczna gazów elektroizolacyjnych  43
2.4. Mechanizmy wyładowań elektrycznych w gazowych układach izolacyjnych 46
2.4.1. Charakterystyka prądowo-napięciowa powietrznego układu izolacyjnego   47
2.4.2. Teoria lawin elektronowych w gazach  51
2.4.3. Mechanizm strimerowy  56
2.4.4. Mechanizm liderowy  59
2.5. Wpływ ciśnienia na wytrzymałość elektryczną gazów 59
2.5.1. Charakterystyka Paschena  60
2.5.1.1. Współrzędne minimum charakterystyki Paschena  63
2.5.1.2. Wpływ temperatury na napięcie przeskoku  65
2.5.1.3. Wpływ pola magnetycznego na mechanizm wyładowań w gazie 66
2.6. Wytrzymałość elektryczna próżni   66
2.6.1. Układy izolacyjne próżniowe   66
2.6.2. Prawdopodobieństwo jonizacji zderzeniowej w gazach rozrzedzonych   67
2.6.3. Warunki inicjowania wyładowań w próżniowych układach izolacyjnych 68
2.6.4. Wyładowania zupełne w próżni   71
2.7. Wyładowania w gazach elektroujemnych  71
2.7.1. Elektroujemność pierwiastków chemicznych   72
2.7.2. Inicjowanie i rozwój wyładowania  72
2.8. Formy wyładowań elektrycznych w powietrzu   75
2.8.1. Podstawowy podział form wyładowań elektrycznych   75
2.8.2. Wyładowania w powietrzu w polu elektrycznym jednostajnym i niejednostajnym  76
2.8.3. Formy wyładowań elektrycznych w powietrzu w polu niejednostajnym  77
2.9. Wyładowania elektryczne na powierzchniach granicznych: dielektryk stały – dielektryk gazowy   78
2.9.1. Podstawowy podział form wyładowań na powierzchniach granicznych  79
2.9.2. Wyładowania na powierzchniach granicznych w polu elektrycznym jednostajnym i niejednostajnym  79
2.10. Wyładowania ślizgowe   81
2.10.1. Mechanizm inicjowania wyładowań ślizgowych   82
2.10.2. Etapy rozwoju wyładowań ślizgowych  85
2.10.3. Wpływ rezystywności powierzchniowej dielektryka stałego na napięcie początkowe wyładowań ślizgowych  90
2.10.4. Wzory doświadczalne na napięcie początkowe wyładowań ślizgowych   92
2.10.5. Zapobieganie wyładowaniom ślizgowym 94
2.11. Przykłady obliczeniowe 95

ROZDZIAŁ 3
Metody analizy pola elektrycznego w układach izolacyjnych   111
3.1. Wprowadzenie  111
3.2. Podstawowe równania pola elektrycznego  112
3.3. Charakterystyki pola elektrycznego do celów technicznych  114
3.4. Szczególne metody rozwiązywania równań pola elektrycznego   116
3.4.1. Metoda rozdzielenia zmiennych   116
3.4.2. Metoda odwzorowań konforemnych   117
3.4.3. Metoda superpozycji 119
3.4.4. Metoda odbicia lustrzanego  122
3.4.5. Zastosowanie prawa Gaussa   123
3.4.6. Metody numeryczne  128
3.5. Przykłady zastosowania układów współrzędnych do wyznaczania rozkładów pola elektrycznego 129
3.5.1. Układy izolacyjne we współrzędnych kołowo-walcowych   130
3.5.2. Układy izolacyjne we współrzędnych sferycznych 134
3.5.2.1. Układ modelowy – metalowa wtrącina kulista w polu elektrycznym  135
3.5.2.2. Układ izolacyjny – dielektryczna wtrącina kulista w polu elektrycznym  140
3.5.3. Układ izolacyjny we współrzędnych toroidalnych 146
3.5.4. Układ izolacyjny we współrzędnych dwuwalcowych  151
3.5.4.1. Układ modelowy – elektrody walcowe niewspółosiowe  151
3.5.4.2. Współczynnik niejednostajności pola elektrycznego   155
3.5.5. Układ izolacyjny we współrzędnych eliptyczno-walcowych   157
3.5.5.1. Układ modelowy – elektrody eliptyczno-walcowe   157
3.5.5.2. Współczynnik niejednostajności pola elektrycznego   159
3.6. Modelowe układy współrzędnych   161
3.7. Przykłady obliczeniowe 165

ROZDZIAŁ 4
Rozkłady pola elektrycznego w modelowych układach izolacyjnych  181
4.1. Wprowadzenie   181
4.2. Układy izolacyjne w polu elektrycznym jednostajnym   182
4.2.1. Układ dwóch elektrod płaskich równoległych  182
4.2.2. Wpływ krawędzi elektrod na rozkład pola elektrycznego  184
4.2.3. Układy izolacyjne uwarstwione w polu elektrycznym jednostajnym  192
4.2.3.1. Uwarstwienie szeregowe dielektryków   192
4.2.3.2. Uwarstwienie równoległe dielektryków  195
4.3. Układy izolacyjne w polu elektrycznym niejednostajnym  196
4.3.1. Układy izolacyjne z elektrodami kulowymi  196
4.3.1.1. Układ elektrod typu kula – płaszczyzna   197
4.3.1.2. Układ elektrod typu kule mimośrodkowe   199
4.3.1.3. Układ elektrod typu kule współśrodkowe   201
4.3.2. Układy izolacyjne z elektrodami walcowymi   204
4.3.2.1. Układ elektrod typu walec – płaszczyzna  204
4.3.2.2. Układ elektrod typu dwa walce mimoosiowe   205
4.3.2.3. Układ elektrod typu trzy walce mimoosiowe   207
4.3.2.4. Układ elektrod typu walce współosiowe  208
4.3.3. Układ izolacyjny z elektrodami typu sworzeń – płaszczyzna 211
4.3.4. Układy izolacyjne z elektrodami ostrzowymi  213
4.3.4.1. Rozkład pola elektrycznego w układzie elektrod typu ostrze – płaszczyzna (elektroda hiperboloidalna) 213
4.3.4.2. Rozkład pola elektrycznego w układzie elektrod typu pręt – płaszczyzna   216
4.3.4.3. Rozkład pola elektrycznego w układzie elektrod typu ostrze – ostrze (wzory uproszczone)  218
4.4. Wpływ rodzaju napięcia a rozkład pola elektrycznego w układach izolacyjnych   218
4.4.1. Rozkład pola elektrycznego w w warstwowych układach izolacyjnych w polu elektrycznym jednostajnym   219
4.4.2. Warstwowy układ izolacyjny w polu elektrostatycznym  221
4.4.3. Warstwowy układ izolacyjny przy napięciu stałym  222
4.4.4. Warstwowy układ izolacyjny przy napięciu przemiennym  223
4.5. Współdziałanie pola elektrycznego i cieplnego w układach izolacyjnych wysokiego napięcia 223
4.5.1. Model układu izolacyjnego w polu elektrycznym jednostajnym przy oddziaływaniu pola cieplnego   224
4.5.2. Model układu izolacyjnego w polu elektrycznym niejednostajnym przy oddziaływaniu pola cieplnego 226
4.6. Podstawy doboru roboczego natężenia pola elektrycznego   234
4.6.1. Wpływ kształtu elektrod na rozkład pola elektrycznego  234
4.6.2. Wpływ niejednostajności pola elektrycznego na dobór roboczego natężenia pola  236
4.7. Kształtowanie rozkładu pola elektrycznego   237
4.7.1. Kształtowanie rozkładu pola elektrycznego wewnętrznego 237
4.7.1.1. Układ izolacyjny jednorodny  238
4.7.1.2. Układ izolacyjny niejednorodny  239
4.7.2. Zewnętrzne pole elektryczne w modelowym układzie izolacyjnym  244
4.7.2.1. Rozkład pola elektrycznego w punkcie potrójnym   244
4.7.2.2. Model rzeczywistego układu izolacyjnego  245
4.7.2.3. Wpływ rezystywności powierzchniowej i skrośnej materiału izolacyjnego na wartość napięcia początkowego wyładowań ślizgowych 249 
4.7.3. Kształtowanie rozkładu pola elektrycznego zewnętrznego w kierunku osiowym  250
4.7.3.1. Wpływ warstwy półprzewodzącej na rozkład pola elektrycznego 251
4.7.3.2. Warunki doboru natężenia pola elektrycznego w kierunku osiowym   254
4.7.4. Wewnętrzne ekrany sterujące  259
4.8. Przykłady obliczeniowe  261

ROZDZIAŁ 5
Straty dielektryczne w wysokonapięciowych materiałach elektroizolacyjnych   317
5.1. Wprowadzenie  317
5.2. Przewodnictwo elektryczne dielektryków polimerowych  318
5.3. Polaryzacja w dielektrykach  320
5.3.1. Charakterystyka mechanizmów polaryzacji  320
5.3.2. Polaryzacja orientacji  322
5.4. Stałe pole elektryczne   325
5.4.1. Przewodnictwo wewnętrznych własnych nośników ładunku 325
5.4.2. Przewodnictwo ładunków wprowadzonych  326
5.5. Zmienne pole elektryczne  329
5.5.1. Dielektryk niepolarny – straty przewodnościowe   330
5.5.2. Dielektryk polarny – straty polaryzacyjne   331
5.5.3. Dielektryk polarny – straty polaryzacyjne i straty przewodnościowe  335
5.6. Wielkości charakteryzujące straty dielektryczne  338
5.6.1. Współczynnik strat dielektrycznych  338
5.6.2. Straty dielektryczne przy napięciu odkształconym przez wyższe harmoniczne  340
5.6.3. Charakterystyki częstotliwościowe strat dielektrycznych 341
5.6.3.1. Charakterystyki współczynnika strat przewodnościowych i polaryzacyjnych  341
5.6.3.2. Charakterystyki dyspersyjne strat dielektrycznych  342
5.6.4. Zależność współczynnika strat dielektrycznych od napięcia  344
5.7. Przykłady obliczeniowe 346

ROZDZIAŁ 6
Próby wytrzymałości elektrycznej układów izolacyjnych urządzeń elektroenergetycznych   411
6.1 Wprowadzenie  411
6.2. Poziomy izolacji urządzeń elektroenergetycznych  412
6.3. Napięcia probiercze w znormalizowanych próbach wytrzymałości elektrycznej   413
6.4. Charakterystyka prób wytrzymałości elektrycznej napięciem o częstotliwości sieciowej  415
6.4.1. Warunki próby wytrzymałości elektrycznej   416
6.4.2. Zespoły probiercze napięcia przemiennego 416
6.4.2.1. Zespoły probiercze z pojedynczym transformatorem   416
6.4.2.2. Układy kaskadowe transformatorów   418
6.4.2.3. Moc znamionowa zespołów probierczych  419
6.5. Charakterystyka prób wytrzymałości elektrycznej napięciem udarowym  421
6.5.1. Parametry napięć udarowych  422
6.5.2. Napięcie udarowe piorunowe  422
6.5.3. Napięcie udarowe łączeniowe  424
6.5.4. Wytwarzanie napięć udarowych  424
6.5.4.1. Schemat zastępczy generatora jednostopniowego  424
6.5.4.2. Wielostopniowy generator napięć udarowych  427
6.5.5. Procedury prób napięciem udarowym piorunowym  430
6.5.6. Statystyczne napięcia wytrzymywane  431
6.6. Wytrzymałość elektryczna wielkich odstępów izolacyjnych (WOI)   432
6.6.1. Podstawy doboru odstępów izolacyjnych   432
6.6.2. Wytrzymałość elektryczna wielkich odstępów izolacyjnych przy napięciu udarowym łączeniowym 434

6.6.2.1. Wytrzymałość doziemna 434
6.6.2.2. Wytrzymałość międzyfazowa 436
6.6.3. Wytrzymałość elektryczna wielkich odstępów izolacyjnych przy napięciu udarowym piorunowym  440
6.6.4. Wytrzymałość elektryczna wielkich odstępów izolacyjnych przy napięciu przemiennym  441
6.6.5. Porównanie wytrzymałości elektrycznej doziemnej WOI przy napięciu udarowym łączeniowym i piorunowym oraz napięciu przemiennym  442
6.7. Koordynacja izolacji  442
6.7.1. Wymagania koordynacji izolacji  443
6.7.2. Procedury koordynacyjne   447
6.7.3. Statystyczna metoda koordynacji izolacji   448
6.7.3.1. Model rozkładu przepięć  448
6.7.3.2. Model rozkładu napięć wyładowania  451
6.8. Próby udarami prądowymi   454
6.8.1. Charakterystyka prądu wyładowania piorunowego   454
6.8.2. Rozkłady statystyczne parametrów wyładowania piorunowego  458
6.8.3. Wielkości normowane parametrów prądu pioruna  460
6.8.4. Próby udarami prądowymi   461
6.8.4.1. Znormalizowane udary prądowe  461
6.8.4.2. Generatory udarów prądowych   463
6.9. Przykłady obliczeniowe   469

ROZDZIAŁ 7
Napowietrzne elektroenergetyczne linie przesyłowe  519
7.1. Wprowadzenie  519
7.2. Modele elektryczne linii napowietrznych wysokich napięć   520
7.2.1. Schematy zastępcze elektroenergetycznych linii napowietrznych 520
7.2.2. Stosowane modele elektroenergetycznych linii napowietrznych 521
7.3. Charakterystyki przesyłowe elektroenergetycznych linii napowietrznych   522
7.3.1. Eksploatacyjne efekty energetyczne w liniach napowietrznych  522
7.3.2. Typowe parametry napowietrznych linii przesyłowych   525
7.3.3. Przewody linii napowietrznych  525
7.3.4. Wpływ długości linii napowietrznej na jej zdolność przesyłową  526
7.3.5. Przewody wiązkowe w liniach napowietrznych 528
7.4. Układy izolacyjne wysokonapięciowych linii napowietrznych  532
7.4.1. Wymagane znormalizowane odstępy izolacyjne  532
7.4.2. Izolatory w wysokonapięciowych napowietrznych liniach przesyłowych  534
7.4.3. Rodzaje wyładowań elektrycznych na izolatorach liniowych wiszących   536
7.4.4. Kryteria zastosowania izolatorów w warunkach zabrudzeniowych  540
7.4.5. Napięcia probiercze w znormalizowanych próbach wytrzymałości elektrycznej izolatorów  542
7.5. Pole elektryczne pod liniami napowietrznymi wysokiego napięcia 543
7.5.1. Napięcia znamionowe elektroenergetycznych linii napowietrznych  544
7.5.2. Pole elektromagnetyczne pod liniami przesyłowymi wysokich napięć 545
7.5.3. Metody obliczania natężenia pola elektrycznego pod liniami przesyłowymi wysokiego napięcia 547
7.5.4. Podstawy fizykalne formułowania modeli linii napowietrznych wieloprzewodowych 548
7.5.4.1. Model pojedynczego przewodu nad gruntem  549
7.5.4.2. Model linii napowietrznej wieloprzewodowej  552
7.5.5. Rozkład natężenia pola elektrycznego w jednoprzewodowej i dwuprzewodowej linii napowietrznej wysokiego napięcia 555
7.5.5.1. Jednoprzewodowa linia napowietrzna 555
7.5.5.2. Dwuprzewodowa linia napowietrzna napięcia stałego 557
7.5.6. Procedury obliczania natężenia pola elektrycznego pod trójfazowymi liniami napowietrznymi  559
7.5.6.1. Trójfazowa linia napowietrzna z przewodami wiązkowymi i dwoma przewodami odgromowymi  559
7.5.6.2. Trójfazowa linia napowietrzna z przewodami wiązkowymi i jednym przewodem odgromowym  565
7.5.6.3. Trójfazowa linia napowietrzna z przewodami wiązkowymi, jednym przewodem odgromowym i trzema przewodami ekranującymi zawieszonymi pod przewodami fazowymi 570
7.5.7. Rozkłady i obrazy pola elektrycznego w otoczeniu napowietrznych linii przesyłowych 576
7.6. Ulot elektryczny 582
7.6.1. Charakterystyka zjawiska ulotu elektrycznego 583
7.6.2. Wzory doświadczalne do obliczeń napięcia początkowego ulotu 587
7.6.3. Zasięg strefy ulotu elektrycznego  590
7.6.4. Skutki ulotu elektrycznego w liniach napowietrznych 594
7.7. Przykłady obliczeniowe  596

ROZDZIAŁ 8
Elektroenergetyczne linie kablowe 615
8.1. Wprowadzenie 615
8.2. Parametry elektryczne układu izolacyjnego kabli wysokiego napięcia 617
8.2.1. Schemat zastępczy układu izolacyjnego jednożyłowego kabla elektroenergetycznego 617
8.2.2. Rozkład pola elektrycznego w kablach wysokiego napięcia przemiennego i stałego 618
8.3. Kable wysokiego napięcia przemiennego 619
8.3.1. Układy izolacyjne jednorodne 619
8.3.2. Układy izolacyjne niejednorodne  623
8.3.3. Optymalizacja konstrukcji układów izolacyjnych kabli napięcia przemiennego 626
8.3.3.1. Porównanie układów izolacyjnych dwuwarstwowego i jednowarstwowego 626
8.3.3.2. Porównanie układów izolacyjnych dwuwarstwowego i jednowarstwowego z uwzględnieniem wielkości materiałowych i konstrukcyjnych 629 
8.4. Kable wysokiego napięcia stałego  631
8.4.1. Systemy podstawowe kabli wysokiego napięcia stałego  631
8.4.2. Układ izolacyjny kabli wysokiego napięcia stałego 632
8.4.3. Pole elektryczne w izolacji kabli wysokiego napięcia stałego  633
8.4.3.1. Wpływ czynników eksploatacyjnych na wartości konduktywności elektrycznej materiałów izolacyjnych 633
8.4.3.2 Zależność temperaturowa i polowa konduktywności elektrycznej 634
8.4.4. Procedura obliczania rozkładu natężenia pola elektrycznego w izolacji kabla wysokiego napięcia stałego 635
8.5. Przykłady obliczeniowe 641

ROZDZIAŁ 9
Metody opracowywania wyników badań wysokonapięciowych układów izolacyjnych 683
9.1. Wprowadzenie 683
9.2. Opracowanie wyników pomiarów 684
9.2.1. Określenia podstawowe  684
9.2.2. Niepewność pomiaru  685
9.2.2.1. Ocena niepewności standardowej typu A 686
9.2.2.2. Ocena niepewności standardowej typu B  688
9.2.2.3. Niepewność całkowita  689
9.3. Parametry charakterystyczne rozkładów zmiennych losowych 689
9.4. Rozkłady prawdopodobieństwa zmiennych losowych 690
9.4.1. Rozkłady zmiennych losowych dyskretnych  690
9.4.1.1. Rozkład równomierny 691
9.4.1.2. Rozkład dwumianowy 691
9.4.1.3. Rozkład geometryczny   693
9.4.1.4. Rozkład Poissona   693
9.4.2. Rozkłady zmiennych losowych ciągłych   694
9.4.2.1. Rozkład gamma uogólniony i przypadki szczególne  694
9.4.2.2. Rozkład równomierny  696
9.4.2.3. Rozkład normalny   697
9.4.2.4. Rozkład normalny ucięty lewostronnie w zerze  699
9.4.2.5. Logarytmiczny rozkład normalny  700
9.4.2.6. Rozkład Weibulla   702
9.4.2.7. Rozkład wykładniczy 710
9.4.2.8. Rozkład t-Studenta  711
9.4.2.9. Rozkład F-Snedecora  712
9.4.2.10. Rozkład χ2  713
9.5. Przykłady obliczeniowe 715

ROZDZIAŁ 10
Rozwój przesyłu energii elektrycznej 753

ROZDZIAŁ 11
Biogramy wynalazców, konstruktorów i teoretyków763

Literatura  785
Spis wybranych oznaczeń 799
Indeks  809

Cena
0,00 zł