4.3.3. Определение напряжения на вентильном разряднике при воздействии волны грозового перенапряжения

Эквивалентная схема замещения приведена на рис. 4.13.

Напряжение на вентильном разряднике определяется исходя из уравнения , где – напряжение волны, распространяющейся по линии; Z₁ – волновое сопротивление линии; i₁ – ток в линии; – напряжение на вентильном разряднике.

Рис. 4.14. Определение остающегося напряжения U_PB(t) при срабатывании вентильного разрядника: ВСХ – вольт-секундная характеристика искрового промежутка вентильного разрядника; ВАХ – вольт-амперная характеристика нелинейного элемента

Расчет производится графоаналитическим методом: задается U(t), вольт-секундная характеристика искрового промежутка вентильного разрядника (ВСХ), вольт-амперная характеристика нелинейного элемента (ВАХ), волновое сопротивление линии Z₁ (рис. 4.14). Момент прихода волны перенапряжения U(t) в точку установки вентильного разрядника (точка А, конец линии) примем за ноль. Напряжение на искровом промежутке вентильного разрядника будет изменяться по кривой 2U(t) (удвоение напряжения произошло из-за того, что конец линии разомкнут, Z₂ = ). В момент времени t₁, когда напряжение 2U(t) достигнет значения пробивного напряжения искрового промежутка вентильного разрядника (точка 1 на рис. 4.14 – пересечение 2U(t) с вольт-секундной характеристикой), происходит срабатывание вентильного разрядника и подключение нелинейного резистора к точке А. При этом напряжение 2U(t) (точка 1а) мгновенно перераспределяется между нелинейным сопротивлением вентильного разрядника и волновым сопротивлением линии (точки 1б и 1в), а напряжение в точке А мгновенно изменяется от значения точки 1 до значения в точке 1г. Далее, вследствие нелинейной вольт-амперной характеристики вентильного разрядника напряжение в точке А в широком диапазоне токов через вентильный разрядник в течение времени прохождения волны перенапряжения мало изменяется. Максимум остающегося напряжения на вентильном разряднике (точка 2в) будет наблюдаться в момент t₂, когда импульс перенапряжения 2U(t) достигает амплитудного значения.

4.3.4. Многократные отражения в линиях конечной длины

Всякая линия может рассматриваться как линия бесконечной длины до момента времени t, пока к точке отсчета х не пришла отраженная волна от другой узловой точки, т. е. в течение времени t  2l/, где l – расстояние от точки x до точки неоднородности линии l. После прихода отраженной волны для оценки напряжения U_x в точке х следует учитывать воздействие отраженных и преломленных волн.

Рассмотрим простейший случай: переход прямоугольной волны с линии Z₁ в линию Z₂ через линию конечной длины АБ с волновым сопротивлением Z (рис. 4.15). Будем считать, что l₁ и l₂ >> l, т. е. Z₁ и Z₂ – две бесконечных по длине линии.

l = τ

l₁

Рис. 4.15. Эквивалентная схема неоднородного участка длинной линии для расчета отраженных и преломленных волн:  – скорость движения волны по линии АБ;  – время пробега волны по линии АБ

В случае равенства Z₁ = Z₂ нетрудно показать с применением схемы замещения по правилу Петерсена, что в момент прихода дважды преломленной волны через точки неоднородности А и Б напряжение в точке Б всегда будет меньше U_пад. Напряжение в точке Б в последующее время будет зависеть от отражения и преломления падающей волны U_пад от точек неоднородности А и Б. Отраженные и преломленные волны в точке Б будут появляться через время двойного пробега волны по линии АБ . Возникший переходный процесс, связанный с многократными отражениями и преломлениями в точках неоднородности, можно просчитать, используя принцип наложения, т. е. напряжение в каждой узловой точке равно сумме преломленных и отраженных волн.

После бесконечного числа отражений напряжение в Z₂ достигает того же значения, которое было бы при переходе волны с Z₁ на Z₂ при отсутствии линии АБ.