Электроснабжение. Изоляция и перенапряжения (стр. 4 )

При отрицательной полярности электрода-стержня барьер действует аналогично, но разрядные процессы более локализованы, и оседающий на барьере заряд располагается по поверхности менее равномерно, чем при положительной полярности. Во-вторых, при отрицательной полярности стержня пробивное напряжение примерно в 1,5 раза ниже, чем в однородном поле, и барьер не способен его значительно повысить. Пробивное напряжение в этом случае будет примерно в 1,2-1,3 раза выше, чем в промежутке без барьера.

Если коронируют оба электрода разрядного промежутка, барьеры устанавливают вблизи обоих электродов. Упрочняющее действие барьеров имеет место при постоянном, переменном и импульсном напряжениях, но при импульсных напряжениях эффект выражен слабее, что связано с малым временем приложения напряжения, так как барьер не успевает зарядиться.

Барьеры устанавливают только в коронирующих межэлектродных промежутках, причем необходимо, чтобы плоскость барьера была перпендикулярна центральной силовой линии в промежутке.

Описание лабораторной установки

Экспериментальная часть лабораторной работы выполняется на испытательной высоковольтной установке АИД-70. Установка имеет электронный блок управления и защиты. Схема высоковольтной и регулирующей части установки представлена на рис. 2.4.

Р и с. 2.4. Схема испытательной установки

Основными элементами установки являются: Т – регулятор напряжения, в качестве которого используется автотрансформатор; PV – вольтметр; TV – повышающий высоковольтный трансформатор; Rзащ – токоограничивающий защитный резистор; F – разрядный промежуток.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться со схемой испытательной установки, ее конструкцией, особо обратить внимание на шкалы измерительного прибора, используемые при испытаниях на переменном и постоянном напряжениях.

2. Записать показания барометра, термометра и психрометра, установленных в лаборатории.

3. Определить зависимость напряжения пробоя межэлектродного промежутка в зависимости от расстояния между электродами. Провести испытания с электродами различной формы. Комбинации электродов для испытаний следующие:

· два сферических электрода;

· два плоских электрода специальной формы;

· два стержневых электрода;

· электроды «стержень – плоскость».

Для выполнения указанной задачи укрепить на стойках исследуемые электроды. Для сферических электродов и электродов специальной формы диапазон изменения межэлектродного расстояния лежит в пределах от 5 до 25 мм; расстояние уточняется преподавателем. Для стержневых электродов и электродов «стержень – плоскость» межэлектродное расстояние можно увеличить до 50 мм по согласованию с преподавателем. В каждом опыте при определении Uпр = f(L) необходимо получить пробивные напряжения при 4-5-ти межэлектродных расстояниях. Разрядное напряжение определяется как среднее из трех измерений. Скорость подъема напряжения должна составлять примерно 1 кВ/с. Отсчет напряжения производить по прибору PV испытательной установки.

Рассчитать напряжения пробоя для сферических электродов и электродов специальной формы по 2.2 – 2.4.

4. Определить зависимость напряжения пробоя Uпр воздушного промежутка «стержень – плоскость» от расстояния между стержнем и барьером (при наличии барьера). Расстояние между электродами для опыта задает преподавамм).

Содержание отчета

1.  Схема испытательной установки с описанием основных функциональных элементов.

2.  Таблицы опытных и расчетных данных.

3.  Графики опытных и расчетных зависимостей Uпр = f(L) – строятся на одном рисунке.

4.  Таблица опытных данных при испытаниях воздушного промежутка с барьером.

5.  График зависимости пробивного напряжения Uпр в зависимости от расстояния между барьером и стержнем.

6.  Анализ полученных результатов работы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.  Объясните механизм пробоя газов. Что такое лавина, стример, лидер, главный разряд?

2.  Как оценивается степень неоднородности электрического поля?

3.  От каких факторов зависит статистическое время запаздывания разряда и время формирования разряда?

4.  Какой вид имеет вольт-секундная характеристика искрового промежутка?

5.  Как развивается коронный разряд и в чем его особенность?

6.  Как влияет диэлектрический барьер на напряжение пробоя газового промежутка?

7.  Где следует располагать диэлектрический барьер, чтобы максимально повысить пробивное напряжение?

8.  В чем причина повышения электрической прочности газового промежутка с диэлектрическим барьером?

9.  Какой участок газового промежутка с барьером пробивается первоначально?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Техника высоких напряжений: изоляция и перенапряжения в электрических системах: Учебник для вузов / , , ; Под общ. ред. . – М.: Энергоатомиздат, 1986. – С. 25-30, 62-73, 89-92, 100, 133, 155-159.

2. Техника высоких напряжений / Под ред. . – М.: Энергия, 1976. – С. 38-45.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

РАЗРЯД ВДОЛЬ ПОВЕРХНОСТИ ДИЭЛЕКТРИКА

Цель работы – изучить основные закономерности развития электрического разряда по поверхности твердого диэлектрика в воздухе.

Теоретические сведения

Разряд в газе по поверхности твердого диэлектрика, обычно называемый поверхностным разрядом, представляет практический интерес, так как очень часто изоляционные конструкции окружены газом (чаще всего – воздухом). Пробой по поверхности твердого диэлектрика называется перекрытием. Напряжение перекрытия может существенно отличаться от напряжения пробоя газа между электродами, когда твердый диэлектрик отсутствует [5].

На практике встречаются три случая взаимного расположения диэлектриков и электродов. В первом случае граница раздела между двумя средами (окружающий газ и твердый диэлектрик) точно совпадает с силовыми линиями, искажения электрического поля за счет внесения диэлектрика с иными свойствами, чем окружающий газ – воздух, минимальны (рис. 3.1, а).

Во втором случае граница раздела строго не совпадает с силовыми линиями поля, силовые линии искажаются, диэлектрические среды работают в неоднородном поле (рис. 3.1, б).

Р и с. 3.1. Характерные конструкции воздушных промежутков

с твердым диэлектриком

В третьем случае граница раздела двух сред пересекается силовыми линиями и создается большая нормальная составляющая напряженности электрического поля (рис. 3.1, в).

На границе раздела двух сред в зависимости от приложенного напряжения могут иметь место три вида разрядов.

Коронный разряд, или корона, – это местный разряд, возникающий в области наибольшей напряженности неоднородного поля. Такой разряд может наблюдаться в виде отдельных слабосветящихся точек или венчиков в области максимальной напряженности поля. С помощью чувствительной аппаратуры корона фиксируется по появлению всплесков тока в цепи. При более высоком напряжении всплески тока имеют регулярный характер. Такой коронный разряд получил название устойчивой короны. Коронный разряд на границе раздела двух сред оказывает разрушающее действие на электроизоляционные материалы. Однако кратковременное действие неустойчивой короны (например, при испытаниях) допускается. Напряжение коронного разряда Uк, кВ, может быть определено по формуле [5]

, (3.1)

где d – толщина твердого диэлектрика, мм; εr – относительная диэлектрическая проницаемость твердого диэлектрика.

Скользящий разряд появляется при дальнейшем повышении напряжения и развивается от электрода, где область электрического поля более неоднородна. Разряд имеет вид сияющих нитей, не достигающих второго электрода. Электрический ток, протекающий через нити разрядов, замыкается на нижний электрод через поверхностные емкости. Чем больше величина поверхностной емкости, тем сильнее неравномерность поля. Считается, что при развитии скользящего разряда большое значение имеет нормальная составляющая поля, прижимающая электрон или ион к поверхности диэлектрика. При этом заряженные частицы движутся как бы «с трением», вызывая разогрев поверхности диэлектрика, способствуя термоионизации. С увеличением поверхностной емкости увеличивается электрический ток в нити скользящего разряда, следовательно, возрастает ее проводимость и длина нити скользящего разряда.

Процесс развития скользящего разряда можно представить с помощью схемы замещения диэлектрика, помещенного между двумя электродами. Схема замещения скользящего разряда представлена на рис. 3.2. При соответствующих условиях (напряжении) разряд начинается у краев электрода «А» в виде свечения. При дальнейшем повышении напряжения корона становится более интенсивной, и на фоне светящейся полосы появляются яркие нити, которые носят название стримеров скользящего разряда.

Ток в канале стримера скользящего разряда замыкается через диэлектрик как ток смещения

(3.2)

где C – емкость между стримером и противоположным электродом; – заряд.

В

Р и с. 3.2. Схема замещения скользящего разряда

Величина удельной емкости диэлектрика C1 (рис. 3.1) в значительной мере определяет плотность этого тока. При повышении плотности тока в канале стримера возникает термическая ионизация, которая приводит к снижению падения напряжения на стримере Z, вызывая тем самым его резкое удлинение, особенно с увеличением напряжения между электродами. Однако возникновение скользящих разрядов затрудняется при уменьшении поверхностного сопротивления диэлектрика вследствие более равномерного распределения напряжения вдоль его поверхности.