Электроснабжение. Изоляция и перенапряжения (стр. 1 )

,

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ.

ИЗОЛЯЦИЯ И ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Лабораторный практикум

Самара

Самарский государственный технический университет

2009

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский государственный технический университет»

Филиал в г. Сызрани

,

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ.

ИЗОЛЯЦИЯ И ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Лабораторный практикум

Самара

Самарский государственный технический университет

2009

УДК 621.3.048.

ББК 31 24

Р е ц е н з е н т: канд. техн. наук

Электроснабжение. Изоляция и перенапряжения: лабораторный практикум / , . – Самара. Самар. гос. техн. ун-т, 2009. – 50 с.: ил.

Представлены пять лабораторных работ, соответствующих важнейшим разделам курса дисциплины «Электроснабжение. Изоляция и перенапряжение». В работах изучаются электрические разряды при низких и нормальных давлениях, скользящий разряд; анализируются распределение и регулирование электрических полей во внешней изоляции электроустановок, изучается методика профилактических испытаний кабеля.

Предназначен для студентов специальности 140211 «Электроснабжение» очной, очно-заочной и заочной форм обучения.

УДК 621.3.048.

ББК 31 24

© , , 2009

© Самарский государственный

технический университет, 2009

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Лабораторные работы по дисциплине «Электроснабжение. Изоляция и перенапряжения» выполняются в специальной лаборатории, в условиях повышенной опасности, что обусловлено применением в установках напряжений выше 1000 В. Исходя из данных условий и согласно положению [1] численность подгруппы студентов должна составлять 5-8 человек.

Занятия в лаборатории должны проводиться согласно [2] при условии выполнения следующих требований.

1. Испытания материалов и изделий (средств защиты, различных изоляционных деталей, масла и т. п.) с использованием стационарных испытательных установок, у которых токоведущие части закрыты сплошными или сетчатыми ограждениями, а двери снабжены блокировкой, допускается выполнять работнику, имеющему группу III, единолично в порядке текущей эксплуатации с использованием типовых методик испытаний [2, п. 5.1.5].

2. Рабочее место оператора испытательной установки должно быть отделено от той части установки, которая имеет напряжение выше 1000 В. Дверь, ведущая в часть установки, имеющую напряжение выше 1000 В, должна быть снабжена блокировкой, обеспечивающей снятие напряжения с испытательной схемы в случае открытия двери и невозможность подачи напряжения при открытых дверях. На рабочем месте оператора должна быть предусмотрена раздельная световая сигнализация, извещающая о включении напряжения до и выше 1000 В, звуковая сигнализация, извещающая о подаче испытательного напряжения. При подаче испытательного напряжения оператор должен стоять на изолирующем ковре [2, п. 5.1.6].

Перед выполнением лабораторных работ студенты проходят инструктаж о правилах поведения в лаборатории и технике безопасности. Студент, прошедший инструктаж, расписывается в журнале.

Студент, выполнивший лабораторную работу (измерения, испытания, расчеты), представляет к следующему занятию оформленный отчет на листах формата А4. Текст должен размещаться на странице, имеющей следующие поля: левое – 25 мм, правое – 10 мм, верхнее и нижнее – не менее 20 мм. На первой странице указываются группа, фамилия студента, название работы. Таблицы и рисунки должны иметь номер (если их несколько), название и выполняться обязательно с применением чертежных инструментов. Можно использовать компьютерное построение и вклеить рисунок в текст отчета.

Отчет должен содержать схему испытательной установки, необходимые схемы и рисунки для пояснения работы. Содержание работы должно быть изложено в соответствии с порядком работы, представленным в методических указаниях. Каждый пункт должен иметь краткие необходимые пояснения. При наличии однородных вычислений следует первый пункт (вычисление) привести в развернутом виде, а остальные свести в таблицу.

В конце работы необходимо привести краткий вывод, отражающий результат выполненной работы: соответствие литературным или справочным данным, подтверждение теоретических положений, зависимостей, установление закономерностей и т. д.

Выполнение лабораторной работы засчитывается, если студент дает исчерпывающие ответы на контрольные вопросы, а при необходимости – и на дополнительные по теме работы.

Ссылки на литературу, приводимые в тексте, даются по общему библиографическому списку. После каждой лабораторной работы приводится библиографический список литературы, рекомендуемой для данной работы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

РАЗВИТИЕ РАЗРЯДА В ВОЗДУХЕ ПРИ ПОНИЖЕННОМ ДАВЛЕНИИ

Цель работы – ознакомиться с особенностями развития разряда в воздухе при пониженном давлении и установить общие закономерности этого процесса в слабонеоднородном электрическом поле.

Теоретические сведения

Самостоятельный разряд в газе возникает при определенной напряженности электрического поля. Для того чтобы разряд стал самостоятельным, необходимо, чтобы взамен каждого ушедшего с катода электрона был создан новый вторичный электрон за счет вторичных процессов:

1)  освобождения электронов из катода при ударе о его поверхность положительных ионов начальной лавины;

2)  фотоионизации на поверхности катода, осуществляемой из начальной лавины, когда возбужденные атомы при переходе электронов в устойчивое состояние испускают фотоны;

3)  фотоионизации в объеме газа за счет излучения лавины. Это имеет существенное значение для смеси газов, когда энергия возбуждения одного газа превышает энергию ионизации другого газа.

При рассмотрении вторичной эмиссии, осуществляемой положительными ионами, условие превращения разряда в самостоятельный осуществляется при выполнении условия

, (1.1)

где γи – число электронов, выбиваемых с катода одним ионом; L – расстояние между электродами; α – коэффициент ударной ионизации электронами; αL – число ионизаций, проведенных одним электроном на пути от катода к аноду; (expαL – 1) – полное число ионизаций, проведенных одной лавиной электронов на пути от катода к аноду.

Число вторичных электронов, высвобождаемых ионами из катода, пропорционально числу электронов в начальной лавине. Число вторичных электронов, образованных в результате фотоионизации на катоде и в объеме газа, также пропорционально числу электронов начальной лавины. Поэтому вводится обобщенный коэффициент вторичной ионизации γ, учитывающий все три механизма, при этом αL – общее число эффективных ионизаций, осуществляемых электронами на пути между электродами. В общем случае условия самостоятельно разряда можно записать в виде

. (1.2)

Пробивное напряжение газового промежутка определяется из условий самостоятельного разряда. После деления обеих частей равенства на γ, перенесения единицы в правую часть и логарифмирования получим . После подстановки выражения для коэффициента α, имеющего вид [4, с. 19], получим равенство . Подставив и проведя логарифмирование, будем иметь выражение

и или , (1.3)

где А и В – постоянные величины, зависящие от свойств газа и его температуры, р – давление воздуха в мм рт. ст.; L – расстояние между электродами в см; К – константа, определяемая условиями пробоя.

Видно, что в выражение для Uпр p и L входят в виде произведения. Это означает, что для газовых промежутков с различными значениями p и L при условии равенства произведений pL пробивные напряжения будут иметь одно и то же значение. Эта закономерность первоначально была экспериментально установлена Пашеном и получила название «закон Пашена», формула (1.3). На рис. 1.1 представлена зависимость

 

Р и с. 1.1. Кривая Пашена Up = f(pL) для воздушного промежутка

с однородными электродами [4]

Объяснить наличие двух ветвей в кривой Пашена можно при исследовании равенства Оказалось, что при пробое газа при разных p и L величина pL мало изменяется, и при пробое воздуха αL ≈ 18 – 20 = К [3]. Следовательно, при уменьшении давления сокращается число столкновений электронов с частицами газа, а при увеличении давления снижается вероятность ионизации. Поэтому в том и другом случае для выполнения условия самостоятельности разряда αL = К необходимо увеличить напряжение на промежутке. Минимальному значению Uпр по кривой Пашена соответствует оптимальное значение α.