ДП Третьяков (1) (1204588), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

– описание цели работы;

– принципиальную схему стенда для определения разрядных напряжений воздушных промежутков;

– основные расчетные формулы;

– таблицы результатов измерений и вычислений, графики;

– сформулированные выводы о влиянии расстояния между электродами, формы электродов и их полярности на величину разрядного напряжения.

Контрольные вопросы

1. Какая форма электродов и при каких условиях дает максимальную стабильность электрической прочности воздуха?

2. При каком расположении шаровых разрядников относительно земли пробивное напряжение воздуха будет иметь наибольшее значение и почему?

3. Как влияет на пробивное напряжение воздуха влага на поверхности шаровых разрядников и почему?

4. Как сказывается наличие пыли в воздухе на его электрическую прочность?

5. Как можно повысить электрическую прочность воздуха?

6. Нарисуйте и объясните кривую Пашена для газов.

7. Что означает выражение (6.2)?

8. Как может быть выражена объемная ионизация частиц газа?

9. При какой полярности электродов «игла–плоскость» пробивное напряжение воздуха максимально и минимально?

10. Объясните влияние барьера на разрядные напряжения между стержнем и плоскостью при положительной и отрицательной полярности стержня.

5.4 Лабораторная работа № 2: Исследование электрической прочности твердых диэлектриков и явлений разряда по поверхности

Цель работы:

1) ознакомиться с методикой определения электрической прочности твердых диэлектриков;

2) исследовать зависимости электрической прочности твердых диэлектриков от толщины диэлектрика (или расстояния между электродами);

3) изучить явления образования и развития разряда вдоль поверхности твердого диэлектрика в воздухе.

Общие сведения

Потеря диэлектриком его электроизоляционных свойств с образованием канала высокой проводимости, приводящего к короткому замыканию, называется пробоем.

Для твердых диэлектриков характерны следующие виды пробоев:

– электротепловой (тепловой);

– электрический;

– электрохимический;

– ионизационный;

– перекрытие или поверхностный разряд.

Механизм электротеплового пробоя твердого диэлектрика заключается в его разрушении под влиянием нагревания диэлектрическими потерями, удельное значение которых, Вт/м3, описывается формулой

, (5.4)

где Е – напряженность электрического поля, В/м; f – частота, Гц; εr – относительная диэлектрическая проницаемость; tgδ – тангенс угла диэлектрических потерь.

Твердые диэлектрики являются плохими проводниками тепла. Диэлектрические потери в них, как правило, сильно возрастают с ростом температуры. Если при данном приложении напряжения во внутренних объемах диэлектрика не может установиться тепловое равновесие, то при достаточно длительном воздействии напряжения произойдет его разрушение: он обуглится или расплавится, что приведет к короткому замыканию электродов – пробою.

Основной физической сущностью электрического пробоя является образование в диэлектрике достаточно сильной электронной лавины из небольшого числа начальных электронов под действием большой напряженности электрического поля. По сравнению с тепловым, электрический пробой развивается за очень короткий промежуток времени (10-7÷10-8 с), необходимо лишь достижение определенной напряженности электрического поля.

Для начала ударной ионизации электронами в диэлектрике необходимо, чтобы электроны при разбеге в электрическом поле приобретали кинетическую энергию, Вт·с, достаточную для разрушения кристаллической решетки [22]

, (5.5)

где m – масса электрона, кг; υ – скорость электрона, м/с; q – заряд электрона, Кл;  – время, в течение которого электрон проходит путь свободного пробега, с.

Для механизма ударной ионизации характерна зависимость электрической прочности от толщины диэлектрика. при этом чем больше толщина, тем слабее влияет ее увеличение на электрическую прочность. Из-за малой длины свободного пробега электронов в твердых телах рост электрической прочности с уменьшением толщины может быть заметен только при очень малых толщинах. При сравнительно больших толщинах, характерных для производственных условий применения диэлектриков (сотые доли миллиметра и выше), электрическая прочность при электрическом пробое может практически не зависеть от толщины.

При наличии в структуре диэлектрика газовых (воздушных) включений и при повышении напряжения до пробоя самого твердого диэлектрика начинается ионизация этих включений, в которых напряженность электрического поля всегда будет больше, чем в твердой части. Газы в нормальных условиях имеют электрическую прочность, как правило, меньшую, чем твердые вещества, даже при малых толщинах включений. Ионизация внутренних воздушных пор приводит к увеличению диэлектрических потерь, увеличивая опасность теплового пробоя.

Очаги внутренней ионизации в порах действуют разрушающим образом на твердый (основной) компонент изоляции за счет бомбардировки ионами и электронами, вызывающими эрозию, за счет теплового воздействия и воздействия озона и окислов азота.

Повысить напряженность начала ионизации у пористых материалов можно пропиткой – замещением воздуха другим диэлектриком, например, жидким. Однако жидкость в порах остается электрически более слабым местом: первая стадия пробоя начинается с ионизации в этих порах. Ионизация жидкости, хотя и медленнее, чем воздуха, но все же действует разрушающе.

Перекрытие, или поверхностный разряд, есть пробой окружающей среды по ее границе с твердым диэлектриком, он определяется, в первую очередь, закономерностями пробоя окружающей среды.

На напряжение перекрытия большое влияние оказывает характер распределения потенциала по поверхности электроизоляционной конструкции. Чем равномернее распределяется поверхностная напряженность электрического поля, тем больше при прочих равных условиях напряжение перекрытия. При местной поверхностной электрической перегрузке наступает поверхностная корона, приводящая к еще большей неравномерности распределения потенциала. Большое значение имеет и состояние поверхности твердого диэлектрика. Наличие грязи, влаги на ней приводит к искажению поверхностного распределения потенциала, что снижает напряжение перекрытия. В результате напряженность электрического поля, вызывающего перекрытие, обычно бывает меньше электрической прочности среды между теми же электродами.

Напряжение перекрытия твердых диэлектриков уменьшается с усилением влажности окружающего воздуха вследствие образования на поверхности пленок воды, искажающих распределение потенциала по поверхности, приводящих к местным поверхностным электрическим перегрузкам. В этом отношении не спасает и несмачиваемость поверхности диэлектрика водой.

Напряжение перекрытия увеличивается с увеличением пути поверхностного разряда. С этой целью поверхности изоляционных конструкций, например, изоляторов часто делают ребристыми. На изоляторах наружной установки предусматривают такие ребра, чтобы они хотя бы частично оставались сухими во время дождя. Этим достигается сохранение определенных поверхностного сопротивления и мокроразрядного напряжения (напряжения перекрытия под дождем).

Изделия из неорганических диэлектриков, имеющих достаточную механическую прочность (например, керамические изоляторы), перекрытием в форме искрового разряда не повреждаются, но могут оплавиться или растрескаться при мощном дуговом разряде. В органических диэлектриках при поверхностном разряде может произойти местное обугливание материала, перерастающее при повторных воздействиях в проводящий след [22].

Описание имитационной установки

Схемы подключения оборудования для проведения лабораторной работы показаны на рисунках 5.4 – 5.5

Высокое напряжение с высоковольтного вывода 2 источника испытательного напряжения 5 аппарата АИД-70 подается на электрод 3. Между верхним и заземленным нижним электродами 4 помещается образец диэлектрика 7. Управление источником испытательного напряжения осуществляется с пульта управления 6. Пробой образца диэлектрика происходит при малых значениях напряжения, поэтому в схему включен лабораторный вольтметр 1, по которому определяется момент пробоя и пробивное напряжение. Вольтметр включен параллельно первичной обмотке повышающего трансформатора, а напряжение на его зажимах пропорционально напряжению на высоковольтном выводе источника. Зная коэффициент трансформации трансформатора и первичное напряжение, можно определить значение напряжения на испытуемом объекте.

Рисунок 5.4. Схема стенда для определения зависимости электрической прочности твердого диэлектрика от его толщины: 1 – вольтметр; 2 – высоковольтный вывод; 3,4 – электроды; 5 – источник испытательного напряжения; 6 – пульт управления; 7 – образец диэлектрика

Рисунок 5.5. Схема стенда для определения зависимости разрядного напряжения от длины разрядного пути: 1 – электроды; 2 – высоковольтный вывод; 3 – стеклянная трубка; 4 – изолирующие стойки; 5 – источник; 6 – пульт управления

Порядок выполнения работы

1. Определение зависимости электрической прочности твердого диэлектрика от его толщины.

Испытуемым твердым диэлектриком служит бумага, пропитанная трансформаторным маслом, и сухая бумага (непропитанная). Число листов (толщина одного листа 0,2 мм) испытуемого диэлектрика задается преподавателем.

Эксперимент производится в следующем порядке:

1) с помощью контроллера «мышь» выберете тип испытуемого диэлектрика;

2) в соответствующем окне выберете количество листов;

3) нажмите кнопку «Пробой»;

4) в окне «Пробивное напряжение U₁, кВ» появится результат испытания;

5) повторите опыт изменяя количество листов диэлектрической бумаги;

6) повторите п.2 – 5 с другим типом диэлектрической бумаги;

Величина пробивного напряжения U'_ПР определяется по следующей формуле:

. (5.6)

где К_т – коэффициент трансформации (принять значение равное 300);

Полученные значения разрядных напряжений U'_ПР, кВ, приведите к нормальным атмосферным условиям (давление 760 мм рт.ст., температура 20 ⁰С) по формуле

, (5.7)

где U_ПР – разрядное напряжение при нормальных условиях, кВ; U'_ПР – разрядное напряжение в условиях опыта, кВ; δ – относительная плотность воздуха, определяемая по формуле

, (5.8)

где p – барометрическое давление в условиях опыта, мм рт.ст.; t – температура воздуха в условиях опыта, ⁰С.

Далее рассчитайте значения пробивной напряженности электрического поля, кВ/мм,

(5.9)

где h – средняя толщина n листов используемой бумаги.

Данные измерений и вычислений занесите в таблицу 5.3.

По данным таблицы 5.3 постройте графики зависимостей U_пр=f(h), E_пр=f(h) в одних осях координат для пропитанной и непропитанной бумаги, на основании которых произведите анализ результатов опыта.

Таблица 6.3 – Результаты измерений и вычислений

Наименование диэлектрика	Число листов, шт	Средняя толщина h, мм	U'пр кВmax	Uпр, кВmax	Епр, кВ/мм
Бумага пропитанная	2
	4
	6
Бумага непропитанная	2
	4
	6

2 Определение зависимости разрядного напряжения от длины разрядного пути в неравномерном поле при диэлектрике с цилиндрической поверхностью.

Определение зависимости разрядного напряжения от разрядного пути производится по стеклянной трубке с электродами (рисунок 5.5), расположенными в соответствии с рисунком 5.6. Расстояние между электродами следует брать в пределах 1÷5 см (3 точки).

Эксперимент производится в следующем порядке:

1) с помощью контроллера «мышь» выберете способ расположения электродов на стеклянной трубке;

2) повторите порядок (2 – 5) описанный в пункте 1;

3) повторите испытание с другими способами расположения электродов;

Результаты испытаний, приведенные к нормальным атмосферным условиям по формулам (5.6), (5.7), занесите в таблицу 5.4.

Величину разрядного напряжения U'_р определяют по формуле

Характеристики

Список файлов ВКР