151022 (Техника высоких напряжений)

Контрольная работа

Техника высоких напряжений

Задача 1

Условие:

Рассчитать число электронов в лавине, развивающейся в воздухе при различных атмосферных условиях (таблица 3.1) под действием однородного электрического поля с напряжённостью Е, после прохождения лавиной пути х (таблица 3.2).

Дано: , , кВ/см, см.

Найти: n=?

• Допустим, что в лавине, прошедшей расстояние х, содержится n электронов. На пути каждый из них произведёт ионизаций, поэтому увеличение числа электронов в лавине на пути .

если электрическое поле однородное и напряжённость его всюду одинакова, то коэффициент свойства не зависит от координаты х, поэтому получаем

Где: эффективный коэффициент ионизации;

х – путь, пройденный лавиной.

Коэффициент представляет собой разность между коэффициентом ударной ионизации и коэффициентом прилипания электронов , равным числу актов захвата на пути в 1см, т.е.

• Величина для воздуха рассчитывается по эмпирической формуле

,

- относительная плотность воздуха

Е – напряжённость электрического поля, кВ/см.

• Относительная плотность воздуха рассчитывается:

,

Где и давление и температура при нормальных атмосферных условиях: ;

и давление и температура воздуха в расчётных условиях.

Решение:

• Рассчитываем величину

• Рассчитываем коэффициент при напряжённости поля кВ/см

• Находим число электронов в лавине при см

Задача 2

Условие:

Определить пробивное напряжение воздушного промежутка между электродами различной конфигурации при подаче на промежуток постоянного, переменного (промышленной частоты) и импульсного (стандартного) напряжений обеих полярностей.

Расстояние между электродами указано в таблице 3.3. Вид прикладываемого напряжения, форма электродов и атмосферные условия приведены в таблице 3.4.

Примечание. Разрядные напряжение, определённое по формулам, таблицам и графикам, следует привести к реальным атмосферным условиям (указанным в таблице 3.4).

Дано:

, вид прикладываемого напряжения – переменное ,

Стержень-стержень, ГПа, .

Найти:

Промежутки стержень-стержень, являются классическим примером симметричного резконеоднородного поля. Электрическая прочность промежутка между двумя проводами очень близка к прочности промежутка стержень-стержень.

Зависимость разрядного напряжения для промежутков с резконеоднородным полем от давления имеет своеобразный характер: с ростом давления разрядные напряжения увеличиваются, в случае положительного стержня происходит снижение разрядного напряжения. Это явление можно объяснить следующим образом. При увеличении давления газа уменьшается коэффициент диффузии электронов и ионов, и положительный объёмный заряд, созданный лавиной, располагается в меньшем объёме. Поэтому напряжённость , обусловленная этим зарядом, возрастает и условие образования стримера . Соответственно снижается и разрядное напряжение.

Очевидно, что в газе под давлением следует всячески избегать использование промежутков с резконеоднородным полем.

• Из рис.1 определяем амплитуда разрядного напряжения воздушного промежутка стержень-стержень, равного 50 см при переменном напряжении промышленной частоты и нормальных атмосферных условиях.

• Определяем разрядные напряжения для реальных условий.

- относительная плотность воздуха.

где - реальные давление и температура

где - давление и температура при нормальных атмосферных условиях ,

- разрядное напряжение, приведённое к реальным атмосферным условиям.

Задача 3

Условие:

Дать общую характеристику короны как одного из видов самостоятельного разряда. Объяснить природу потерь энергии на корону при переменном напряжении, существования радиопомех и акустических шумов.

Рассчитать удельные потери энергии на корону и напряжение появление короны для линии электропередачи переменного напряжения, характеризуемой следующими параметрами: номинальное напряжение линии ; расщеплённые фазы расположены горизонтально и расстояние между фазами равно а.

Каждая фаза имеет n проводов радиусом и шагом расщепления . Средняя высота подвеса проводов (таблица 3.5). Трасса ЛЭП проходит в регионе, метеорологические условия которого характеризуются продолжительностью (в часах) хорошей погоды , сухого снега , изморози , дождя и мокрого снега , относительной плотностью воздуха (таблица 3.6)

Расчёт производить согласно ;

Дано: , , , , , ,

, , , ,

Теория:

Коронный разряд, или корона, - это самостоятельный разряд, возникающий в резконеоднородных полях, в которых ионизационные процессы могут происходить только в узкой области вблизи электродов. К такого рода полям относится и электрическое поле проводов воздушных линий электропередачи.

Начальная напряжённость коронного разряда

которая справедлива при отрицательной полярности провода, однако может использоваться и при положительной полярности, поскольку полярности невелико.

При малых радиусов проводов можно использовать Ф. Пика

- коэффициент гладкости провода.

На линиях электропередачи применяются провода, витые из большого числа проволок. Витые провода не имеют гладкой поверхности, поэтому при одинаковых с гладкими проводами напряжениях и внешних диаметрах напряжённость электрического поля вблизи их поверхности бывает выше и корона возникает при меньшем напряжении. При определении начальной напряжённости коэффициент гладкости учитывает форму поверхности витого провода. Для проводов различных марок коэффициент гладкости .

При коронном разряде в результате ионизации воздуха у поверхности провода образуется объёмный заряд того же знака, что и полярность напряжения на проводе.

Напряжённость поля у поверхности провода во время коронирования остаётся равной . Увеличение напряжения на проводе приводит к усилению ионизационных процессов, росту объёмного заряда и снижению напряжённости до . Вследствие увеличения объёмного заряда потери энергии на корону растут тем в большей степени, чем больше напряжение на проводе превосходит начальное напряжение

- высота одиночного провода над землёй.

Так как объёмный заряд при любой полярности провода перемещается от провода к земле, напряжённость поля у поверхности провода стремится увеличиться. Однако из-за усиления при этом ионизации воздуха объёмный заряд вблизи провода пополняется и напряжённость поля в итоге сохраняется равной . Таким образом, вследствии непрерывного удаления объёмного заряда от провода коронный разряд может поддерживаться неограниченно долго.

При больших диаметрах проводов напряженность электрического поля в окрестности провода уменьшается значительно медленнее, чем вблизи проводов малого диаметра. Поэтому зона ионизации- ‘чехол’ короны – имеет большие размеры, и даже при начальном напряжении лавины могут достигать критической длины. Корона в этом случае возникает сразу в стримерной форме; структура зоны ионизации дискретна, светятся многочисленные стримерные каналы.

На проводах малых диаметров (до 1 см) корона возникает в лавинной форме. Зона ионизации достаточно однородна, свечение сосредоточено в узком чехле. Однако при увеличении напряжения сверх начального размеры зоны ионизации возрастут и корона из лавинной переходит в стримерную.

Ток стримерной короны состоит из отдельных импульсов с очень крутым фронтом (длительность фронта – порядка десятков наносекунд). Это высокочастотная составляющая тока корона является источником интенсивного электромагнитного излучения с широким спектром частот, которое создаёт помехи радио- телевизионному приёму. При коронировании проводов линий сверхвысокого напряжений может также возникать звуковой эффект, особенно сильный при дожде.

Объёмный заряд короны, образовавшийся в один из полупериодов перменного напряжения, за время до изменения полярности провода может переместится на несколько десятков сантиметров. Вследствие этого объёмные заряды обоих знаков совершают возвратно-поступательное движение вблизи провода, медленно удаляясь от него в область слабого поля, и там рекомбинируют. Только несущественная часть объёмного заряда может дойти до проводов соседних фаз. Вследствие этого процессы коронирования каждой из фаз трёхфазной линии не влияют друг на друга (эффект биполярности отсутствует), и каждая фаза может рассматриваться изолированно от других.