Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Электрические разряды в воздухе

Стр 1 из 3Следующая ⇒

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторных работ по дисциплине

«Техника высоких напряжений» для студентов специальности

311400 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»

дневной и заочной форм обучения

Воронеж 2010

Составители: доцент Ю.А. Перцев,

канд. тех. наук Ю.В. Писаревский,

канд. тех. наук А.Ю. Писаревский

УДК 621.3.048.015.3.

Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Техника высоких напряжений» для студентов специальности 311400 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» дневной и заочной форм обучения / ГОУВПО «Воронеж. гос. тех. ун-т»; сост. Ю.А. Перцев, Ю.В. Писаревский, А.Ю. Писаревский. Воронеж, 2010. 32 с.

Методические указания по выполнению лабораторным работам по дисциплине «Техника высоких напряжений» для студентов специальности 311400 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» включают в себя описание трех лабораторных работ и содержит цель и порядок выполнения каждой работы, теоретическое пояснение и контрольные вопросы для домашней подготовки.

Предназначено для студентов 3 и 4 курсов.

Табл. 6. Ил. 9.

Рецензент канд. техн. наук, доц. Н.В. Ситников.

Ответственный за выпуск зав. кафедрой, канд. техн. наук, доц. В.П. Шелякин.

Печатается по решению редакционно-издательского совета воронежского государственного технического университета.

Ó ГОУВПО Воронежский государственный технический университет, 2010

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЁТУ

Отчет оформляется на стандартных листах формата А4. Отчет должен снабжаться титульным листом, на котором указываются: наименование института, кафедры, лаборатории, номер и название работы, шифр группы, фамилия и инициалы студента (в соответствии с СТП ВГТУ)

Расчеты должны производиться в системе СИ с необходимыми пояснениями. Схемы и графики должны выполняться в соответствии с ЕСКД и на миллиметровой бумаге.

Отчет по лабораторной работе должен содержать: цель работ, схемы включения и эскизы, таблицы записей показаний, расчеты и графики.

В заключение отчета студент делает выводы в виде ответов на вопросы, поставленные в описание к данной лабораторной работе.

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

Работа в лаборатории техники высоких напряжений отличается рядом особенностей, связанных с высоким напряжением. Поэтому необходимо:

· перед началом работ всем студентам ознакомиться с правилами техники безопасности в данной лаборатории;

· в каждой работе проверить наличие и исправность заземлений;

· не приступать к работе с открытыми дверями камеры, где расположены части, находящиеся под напряжением;

· не включать без разрешения преподавателя высокое напряжение;

· после подачи высокого напряжения не касаться проводов, даже если они изолированы.

Лабораторная работа №1

Электрические разряды в воздухе

1. Цель работы

Экспериментальное исследование разряда в воздухе при различной форме электродов, получение опытных данных об электрической прочности воздушных промежутков и методах её увеличения.

2. Теоретические пояснения

Воздух используется в установках высокого напряжения как внешняя изоляция (изоляция между проводами ЛЭП, между шинами распределительных устройств и т.д.). Электрическая прочность такой изоляции определяется расстоянием между электродами и электродами и землей, а также факторами: давлением Р, температурой Т, влажностью .

В связи с этим работа посвящена изучению основных характеристик электрического разряда при постоянном и переменном напряжениях в воздухе при давлениях, температуре и влажности близких к нормальным (Р=101300 Па, t=20ºС, ).

Электрическая прочность воздуха при нормальных условиях и однородном электрическом поле составляет ~ 30 кВ/см, что в десятки раз меньше, чем у твердых диэлектриков. Поэтому изоляционные расстояния по воздуху в установках высокого напряжения получаются большими по сравнению с размерами электродов и радиусами кривизны их поверхностей. При таких соотношениях размеров электродов и изоляционных промежутков электрическое поле во внешней изоляции всегда резконеоднородное. Это обстоятельство приводит к выполнению коронного разряда, а электрическая прочность изоляционного промежутка оценивается в среднем величиной 5-6 кВ/см.

Однородное поле в реальных изоляционных конструкциях практически не встречается. Однако изоляционные промежутки в условиях однородного поля удобны для сравнения электрической прочности различных диэлектриков, а также для цепей измерения высоких напряжений.

Для однородного поля величина пробивного напряжения определяе6тся по формуле

(1)

где =24,5 кВ/см;

b₀=6,4 кВ/см;

- относительная плотность воздуха при произ-

вольных давлении Р и температуре Т.

(2)

(Р₀=101,3 кПа, Т₀=293 ºК)

L – расстояние между электродами, см.

Промежуток между двумя шарами является классическим примером однородного поля, если отношение расстояния между шарами (электродами) к их диаметру не превышает 0,5.

Шаровые электроды часто применяются для измерения напряжения.

Промежутки игла-плоскость и игла-игла являются классическим примером резко неоднородного поля. При этом в промежутке игла-плоскость создается несимметричное электрическое поле, а в промежутке игла-игла симметричное, что существенно влияет на электрическую прочность рассматриваемых промежутков. Для таких промежутков используется формула приближенной оценки пробивных напряжений

, кВ (3)

где L – расстояние между электродами, см;

d -относительная плотность воздуха.

Для увеличения электрической прочности промежутка с неоднородным электрическим полем возможно использование диэлектрических барьеров. Электрическая прочность промежутка с барьером зависит от положения барьера (рис. 1).

Наибольшей прочности соответствует расположение барьера от коронирующего электрода на расстоянии 1/5 – 1/6 длины промежутка. Электрическая прочность промежутка при этом возрастает примерно в два три раза при положительной полярности и в 1/2 и 1/3 раза при отрицательной полярности коронирующего электрода. Если могут коронировать оба электрода разрядного промежутка, то барьеры устанавливают в близи обоих электродов.

а – постоянное напряжение; 1 – острие положительно; 2 – острие отрицательно (1' и 2' тоже, но без барьера); б - переменное напряжение промышленной частоты (f = 50 Гц)

Рис. 1. Влияние местоположения барьера на пробивное напряжение в промежутке игла – плоскость

3. Порядок выполнения работы

3.1. Установить электроды шаровой формы для исследования разряда в однородном электрическом поле (шары диаметром 2 см).

Получить зависимость пробивных напряжений U_p от длинны промежутка L при постоянном (выпрямленном) напряжении и переменном напряжении промышленной частоты (f=50 Гц).

3.2. Установить, по очереди, электроды (иглы) с различным радиусом кривизны в системе игла-плоскость для исследования разряда в неоднородном электрическом поле.

Получить зависимость коронного напряжения U_кор от длинны промежутка L при постоянном напряжении и различной полярности иглы для игл с различным радиусом кривизны.

Получить зависимость пробивных напряжений U_p от длинны промежутка L при постоянном напряжении и различной полярности иглы для игл с различным радиусом кривизны.

Получить зависимость коронного напряжения U_кор от длинны промежутка L при переменном напряжении промышленной частоты (f=50 Гц) для игл с различным радиусом кривизны.

Получить зависимость пробивного напряженя U_p от длинны промежутка L при переменном напряжении промышленной частоты для игл с различным радиусом кривизны.

3.3. Установить систему электродов игла-плоскость для исследования барьерного эффекта в воздухе.

Получить зависимость пробивного напряжения от местоположения бумажного барьера относительно острия иглы:

а) при постоянном напряжении и положительной полярности иглы;

б) при постоянном напряжении и отрицательной полярности иглы;

в) при переменном напряжении промышленной частоты (f=50 Гц).

4. Методические указания

Исследования проводятся с помощью установки АИИ-70. Перед началом работы необходимо ознакомиться с установкой и её электрической схемой.

Упрощенная схема установки представлена на рис. 2. Для проведения исследований собрать схему с выбранным вариантом электродов, при этом высоковольтные провода не должны касаться заземленных частей.

Плотно закрыть двери камеры.

Рукоятка автотрансформатора должна находиться в крайнем левом положении. Одеть диэлектрические перчатки и стать на коврик, включить штепсельный разъем, при этом загорается зеленая лампочка. Включить кнопку автомата, загорается красная лампа на панели установки, сигнализирующая о том, что высоковольтная цепь под напряжением. Вращением рукоятки автотрансформатора повышать напряжение со скоростью 1 кВ/с до наступления пробоя. Величина пробивного напряжения фиксируется с помощью вольтметра V1. После пробоя рукоятку автотрансформатора установить в крайне левое положение и повторить опыт.

Все полученные результаты должны быть пересчитаны на нормальную плотность воздуха d. Для этого необходимо перед проведением опытов записать температуру и давлением воздуха в помещении лаборатории.

где Р и Т существующие давление и температура;

Р₀=101,3 кПа; Т₀=293 ºК.

Пробивное напряжение, пересчитанное на нормальную плотность воздуха d, будет равно , где U пробивное напряжение получено при опыте.

При проведении опытов во всех случаях для каждого значения длинны разрядного промежутка L значение U_p берется как среднее трех измерений.

Перед работой поверхность электродов следует очистить от пыли.

Собрать схему установки (рис. 2) в соответствии с требованиями эксперимента. Длину разрядного промежутка устанавливать по калибрам.

К пункту 3.1. При выполнении измерений на переменном напряжении замкнуть разъединители S4 и S5. Разъединители S2, S3, S6 и S7 разомкнуты.

В конце каждого опыта замыкается разъединитель S7, после этого можно выполнять действия с исследуемым объектом.

Для проведения опытов используются шаровые электроды диаметром D=2 см. Расстояние между шарами изменять от 0,2 до 3 см. Результаты опытов занести в таблицу 1.

Таблица 1

Разрядн. пром. L, см	L/D	Измеренные значения	Вычислено по форм.	Определено по справ. таблицам
U, кВ	U’, кВ	U’, кВ	Е_ср,кВ/см	U’, кВ	Е_ср,кВ/см
			Ср.

Постоянное напряжение

Переменное напряжение f=50 Гц

По значениям столбцов 7, 8, 9, 10 и 1 построить зависимости U'(L) и E_ср(L).

К пункту 3.2. При выполнении измерений на постоянном токе при положительной полярности иглы необходимо замкнуть разъеденители S4, S3 и S6. Разъединители S2, S5 и S7 разомкнуты. После выполнения опыта разъединитель S7 замыкается.

При выполнении измерений на постоянном токе при отрицательной полярности иглы необходимо замкнуть разъединители S2, S5 и S6. Разъединители S4, S3 и S7 разомкнуты.

При выполнении измерений на переменном напряжении промышленной частоты необходимо замкнуть разъединители S4 и S5. Разъединители S2, S3, S6 и S7 разомкнуты.

В конце каждого опыта замкнуть разъединитель S7.

Для проведения опытов применяются электроды имеющиеся в лаборатории. Испытываются иглы с радиусом кривизны от 0,8 до 5 мм. Расстояние между иглой и плоскостью изменять в пределах от 5 до 30 мм.

Результаты занести в табл. 2.

Таблица 2.

Радиус кривизны электр. R, мм	Разрядн. пром. L, мм	Измеренные значения	Справочные знач. U_p, кВ
U_кор., кВ	U_р., кВ
			ср.	ср.
Постоянное напряжение. Игла «+»

R₁


R₂


R₃


R₄


Постоянное напряжение. Игла «-»

R₁


R₂


R₃


R₄


Переменное напряжение f=50Гц

R₁


R₂


R₃


R₄

Рис. 2. Принципиальная схема установки

По значениям величин в столбцах 6 и 10 (табл. 2) построить зависимости U_кор(L), U_p(L), U’_p(L).

Построить зависимости U_кор(R) и U_p(R) для различной полярности иглы при постоянном напряжении и переменном напряжении.

Примечание.

Для упрощения графических построений желательно задаваться одними и теми же значениями L в различных опытах.

Значения L устанавливать при помощи калибров.

К пункту 3.3. Установить нужную полярность иглы по аналогии с пунктом 3.2.

Для проведения опытов выбрать систему игла-плоскость с таким радиусом кривизны иглы, при котором наблюдаются минимальные пробивные напряжения промежутка L=30 мм. Установить бумажный барьер и изменяя расстояние X от 0 до 30 мм (рис.1) снять зависимость пробивного напряжения U_p от соотношения X/L. Результаты опыта занести в таблицу 3.

Таблица 3

Расстоян. От иглы до барьера Х,мм

Отношение X/L

Пробивное напряжение, U кВ

U’ кВ

Прим.

Ср.

Постоянное напряжение. Игла «+»

Постоянное напряжение. Игла «-»

Переменное напряжение. f=50 Гц

По значениям величин в столбцах 2 и 7 (табл.3) построить зависимости U'(X/L).

Примечание. При выборе шага , при изменении расстояния Х учесть, что максимум функции U’(X/L) сответсвует Х/L=0,2 (X=6 мм).

В заключение отчета необходимо сформулировать выводы в виде ответов на вопросы:

1. Какие параметры газа влияют на величину пробивного напряжения?

2. Какое влияние оказывает форма электродов на электрическую прочность воздуха?

3. Почему коронный разряд возникает в резконеоднородном поле?

4. Объясните, почему в несимметричных промежутках с неоднородным электрическим полем пробивное напряжение зависит от полярности электродов.

5. Сравните разрядные напряжения для различных электродов при одних и тех же расстояниях и дайте объяснение полученным результатам.

Контрольные вопросы для домашней подготовки

1. Чем характеризуется степень неоднородности электрического поля?

2. Что называется начальным напряжением?

3. Почему начальное напряжение несимметричного разрядного промежутка зависит от полярности иглы?

4. Почему пробой разрядного промежутка с неоднородным электрическим полем происходит при напряжении большем начального?

5. Какие меры применяются для уменьшения неоднородности электрического поля?

6. Какие промежутки называют коронирующими и каковы внешние проявления коронного разряда?

7. Какие формы имеет коронный разряд?

8. Как влияет диэлектрический барьер на пробивные напряжения промежутка с резконеоднородным электрическим полем.

9. Какой электрический разряд называется самостоятельным?

10. При каком положении диэлектрического барьера пробивное напряжение промежутка стержень-плоскость наибольшее?

Лабораторная работа № 2

12 3 Следующая ⇒