Экспериментальные методы определения критического поверхностного пробивного напряжения ( U50 % ) и среднеквадратического отклонения (сг). При применении обычного метода производятся испытания 20 коммутационными импульсами на каждом из пяти уровней напряжения в диапазоне вероятности поверхностного пробоя от 20 до 80%.
Результаты испытаний наносятся на сетчатку нормальной вероятности (см. рис. 7.17.4) и интерполируются прямой линией. Значение U50 % определяется напряжением для 50%-ной вероятности,
а среднеквадратическое отклонение, %,
(П.7.1.1)
При применении метода «вверх — вниз» прикладывается серия коммутационных импульсов (40 по проекту УВН), при этом максимальное значение напряжения зависит от предыдущего результата — был поверхностный пробой или нет в предыдущем импульсе. Если пробоя не было, то напряжение увеличивается на ДU, если же пробой произошел, то напряжение на это же значение напряжения снижается. Эти AU по проекту УВН составляли 4% испытуемого уровня. U50 о/о определялось усреднением максимальных значений напряжений всех импульсов.
Предыдущий метод определил U50 %/ Этот же метод используетсй для получения U6,7% . Эти две точки определяют прямую линию на
нормальной вероятностной бумаге, а среднеквадратическое отклонение находится, как и в уравнении (П.7.1.2).
По проекту УвН U6,7% было определено приложением 16 групп
напряжений. Каждая группа состояла из 10 неизменных импульсов. В результате каждая группа рассматривалась как «выдерживаемая», если все 10 импульсов выдерживались; если же хотя бы один из десяти импульсов приводил к пробою, то группа рассматривалась как «пробивная». Различие между двумя уровнями (группами) напряжений составляло приблизительно 2%. Среднее значение максимальных значений напряжений для 16 групп и есть U6,7%
По этому методу определяется напряжение, при котором испытуемый объект с 50%-ной вероятностью выдерживает 10 импульсов. Вероятность поверхностного пробоя для каждого импульса определяется выражением
(П.7.1.2)
а U6,7% является результатом этой методики испытаний.
Целью метода 20+20 является уточненное определение среднеквадратического отклонения, при этом используется обычный метод, но испытуемые уровни концентрируются в областях низких и высоких вероятностей 5—20 и 80—95%. Среднеквадратическое отклонение определяется по наклону кривой вероятности поверхностного пробоя, которая проходит между двумя определенными точками [7.43].
ПРИЛОЖЕНИЕ 7.2
Расчет распределения угла отклонения. Расчет значения и частоты углов отклонения для вертикальных гирлянд изоляторов требует данных по статистике ветра, а также зависимости угла отклонения от скорости ветра.
Рассматриваемый здесь метод предназначен для расчета функции «угол отклонения — скорость ветра» только при оценке коммутационных перенапряжений, а не для механических расчетов. Этот метод основывается на результатах швейцарских и немецких исследований. Распределение скорости ветра строилось на основе данных метеостанций США.
Угол отклонения как функция скорости ветра. Типичные регистрации углов отклонения гирлянды с одним проводом в фазе в функции мгновенной скорости ветра, нормальной к линии, представлены точками на рис. П.7.2.1. Эти данные не скорректированы по высоте над землей и на отношение ветрового и весового пролетов.
Их можно интерпретировать следующим образом.
Принимая, что все боковые ветры, вызывающие отклонение, например, 15°, имеют одинаковое распределение частот скоростей ветра, и пренебрегая влиянием боковых порывов на угол отклонения,
Рис. П.7.2.1. Угол отклонения в зависимости от мгновенной скорости ветра v у опоры.
1 — угол отклонения в функции средней скорости ветра; 2— скорость при порыве равна 1,4 средней скорости.
Рис. П.7.2.2. Гистограмма зарегистрированных скоростей ветра при углах отклонения 15, 16, 17 и 18°.
1 — среднее значение.
можно рассматривать зарегистрированные скорости ветра при этом угле отклонения как случайное значение скорости ветра (боковой), вызывающей этот угол отклонения. Таким образом, регистрация скоростей ветра при определенном угле отклонения характеризует статистики скоростей ветра, вызывающих этот угол отклонения. На рис. П.7.2.2 показаны гистограммы скоростей ветра для углов отклонения 15, 16, 17 и 18°. Там же отмечена средняя скорость ветра. Отношение максимальной скорости ветра к средней меняется от 1,23 до 1,4. На рис. П.7.2.3 показана зависимость угла отклонения в функции средней скорости по пролету, при этом коэффициент порывистости достигал 1,4.
Результаты для других проводов можно оценить, корректируя их по диаметру провода, массе и отношению ветрового пролета к весовому (рис. П.7.2.4).
Основываясь на изложенном, а также на результатах испытаний, проведенных в Швейцарии, получили ряд кривых для других одиночных проводов в функции
(П.7.2.1)
где D — диаметр провода, мм; W — масса 1 м провода, кг/м; Н/V — отношение ветрового пролета к весовому.
На рис. П.7.2.3 показаны эти кривые. При их использовании необходимо учитывать следующее:
углы отклонения даны в функции средней скорости ветра по пролету. Направление ветра перпендикулярно линии;
кривые получены для пролета 300 м. Более длинные пролеты могут иметь несколько меньшие углы отклонения, более короткие —
Рис. П.7.2.3. угол отклонения 0 в функции средней скорости ветра v, км/ч (для v>\20 км/ч кривые получены экстраполяцией).
Рис. П.7.2.4. Диаграмма для определения параметров ветрового пролета и пролета по массе.
большие, но различие, вероятно, несущественно для пролетов 150 м и более;
сечение ветра в Хорнисгринде, вероятно, более равномерно, имеет более широкий фронт и большую длительность порывов, поэтому данные на рис. П.7.2.3 могут рассматриваться как взятые с некоторым запасом.
На рис. П.7.2.3 также представлены некоторые данные по углам отклонения для фазы, расщепленной на два (горизонтальных) и четыре провода. По этим данным следует, что при малых скоростях ветра угол отклонения расщепленных фаз меньше, чем у одиночного провода. На эти результаты оказывают влияние конструкция и расположение распорок. Поэтому обычно принимается, что расщепленные провода имеют тот же угол отклонения, что и одиночные.
Статистика скоростей ветра. Часовая регистрация данных Главного бюро погоды США включает данные «мгновенной скорости ветра». В соответствии с рекомендациями бюро погоды США считываемая величина определяется «мысленным усреднением», которое проделывает обслуживающий персонал при наблюдении за флюктуацией ветра на приборе. О порывах ветра информация поступает отдельно. Для расчетов угла отклонения часовые наблюдения скорости ветра даются усредненными за 1 мин.
Таким образом, частотное распределение одночасовых данных в течение года довольно точно характеризует статистику одноминутного ветра в том месте, где производилась регистрация.
Частотное распределение максимумов ветра за 1 мин на линии более «тяжелое», чем частотное распределение одноминутного ветра в определенном месте. По крайней мере три фактора имеют место:
градиентный ветер можно считать постоянным на довольно больших площадях. Если центр низкого давления передвигается со скоростью X, км/ч, то градиент скорости, наблюдаемый в одной точке, через час будет наблюдаться в точке, отстоящей m X, км, в направлении шторма;
средняя скорость ветра за большой период, скажем, на высоте 30 м зависит от градиента ветра и шероховатости поверхности. На площадях с постоянным градиентом ветра вариация средней скорости ветра определяется изменением шероховатости поверхности. Под «большим периодом» здесь понимается 5 мин или более;
на площадях с равномерной шероховатостью и постоянным коэффициентом ветра в противоположность пятиминутной скорости ветра одноминутная скорость характеризует случайную природу флюктуации. Максимум одноминутной скорости ветра обычно на 10% превышает пятиминутную (в диапазоне 65—95 км/ч).
Частотное распределение максимумов одноминутных скоростей ветра на линии можно получить, видоизменив распределение часовых регистраций скорости ветра. Этот метод базируется на двух допущениях:
наибольшее значение одноминутной скорости ветра для точек, отстоящих на расстояние до 32 км от пункта регистрации, принимается на 10% большим, чем зарегистрированная скорость ветра;
принимается, что скорость передвижения центров низкого давления равна 32 км/ч. Поэтому полученная максимальная скорость одноминутного ветра будет относиться к линии в течение L/32 ч, где L — длина линии.
Распределение максимумов одноминутного ветра на линии, определенное таким методом, имеет следующие особенности:
так как местность, по которой проходит линия, обычно менее открытая, чем аэродромы, где регистрируются ветры, то полученные рекомендации консервативны;
также консервативны рекомендации для линий, направление которых отличается от направления движения центров низкого давления (для США обычно с востока на запад);
методика не учитывает возможные местные максимумы силы ветра, определяемые топографическим влиянием, если только зарегистрированные данные не включают этого;
оценка распределения несколько консервативна, поскольку все ветры считаются нормальными к линии;
скорость ветра V1 на высоте провода h1 (средняя высота) определяется по выражению
где vо — зарегистрированная скорость на высоте h0.
Для открытых местностей (аэропорты) приемлемого значения а = = 0,14. При большей шероховатости а больше, но в этом случае скорость ветра на высоте h0 ниже, и полому скорости ветра, рассчитанные по регистрациям на аэропортах при а = 0,14, должны близко соответствовать реальным значениям для более широких площадей.
Ветер на высоте 300—600 м от земли, т. е. там, где на скорость ветра не оказывает влияние трение о поверхность, а влияет только градиент давления,
