Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Исследование разряда по поверхности

ДИЭЛЕКТРИКА

Цель работы

Опытное исследование разряда вдоль поверхности электроизоляционного материала, а также получение данных о параметрах электрического поля при которых на поверхности диэлектрика появляется корона, затем скользящие разряды и, наконец, полный разряд по поверхности.

Теоретические пояснения

Высоковольтные аппараты, изоляторы и другие устройства, которые работают на воздухе, конструируются таким образом, чтобы исключить разряд вдоль поверхности электроизоляционной конструкции.

Обычно разрядное напряжение вдоль поверхности изоляции бывает более низким, чем разрядное напряжение воздушного промежутка между теми же электродами.

Средние разрядные напряженности электрического поля получаются наиболее низкими при таких условиях, когда поле имеет нормальную составляющую напряженности Е_n по отношению к поверхности диэлектрика, соединяющего высоковольтные электроды. Причем чем больше нормальная составляющая Е_n по отношению к тангенциальной составляющей Е_t тем ниже разрядное напряжение.

При медленном (1кВ/с) повышении напряжения между электродами наблюдается следующая характерная картина поверхностного разряда. При относительно небольшом напряжении возникает коронный разряд в виде полоски ровного и неяркого свечения. При увеличении напряжения область коронирования расширяется и на поверхности диэлектрика появляются многочисленные слабосветящиеся каналы (стримеры). Стримерные каналы имеют определенную емкость по отношению к противоположному электроду. Вследствие этого через них проходит сравнительно большой ток.

При увеличении напряжения ток возрастает и в определенный момент достигает такого значения, что температура стримерных каналов существенно увеличивается и с них становится возможной термическая ионизация.

В результате сопротивление каналов резко падает, интенсивность свечения возрастает. Термически ионизированные каналы, развивающиеся по поверхности диэлектрика, называется скользящими разрядами. Падение напряжения на каналах скользящих разрядов невелико, поэтому почти все напряжение оказывается приложенным к не перекрытой части промежутка.

Длина скользящих разрядов очень быстро увеличивается с повышением напряжения, и процесс завершается полным перекрытием промежутка между электродами.

Длина канала скользящего разряда зависит от его проводимости, а следовательно, от тока в нем. В свою очередь ток зависит от напряжения между электродами, изменения напряжения между электродами и емкости канала стримера относительно противоположного электрода.

Влияние этих параметров отражено в электрической формуле Тёплера, согласно которой получено

(1)

где U_p – разрядное напряжение;

c - коэффициент определяемый опытным путем;

L – расстояние между электродами по поверхности диэлектрика;

С – удельная поверхностная ёмкость равная

(2)

где d – толщина диэлектрика.

Из (1) следует, что рост длины изолятора дает относительно малое повышение разрядного напряжения. Яяпоэтому для увеличения разрядных напряжений проходных изоляторов уменьшают удельную поверхностную ёмкость путем увеличения диаметра изолятора у фланца, с которого можно ожидать развитие разряда.

Появление скользящего разряда на изоляционной конструкции недопустимо, особенно для органических диэлектриков, вследствие неблагоприятного воздействия на них повышенной температуры, коротковолнового излучения, а также химически активных продуктов разряда, образующихся в результате ионизации (озон, окись азота), что приводит к ускоренному старению и разрушению диэлектрика.

Порядок выполнения работы

3.1. Определить коронное напряжение, напряжение скользящих разрядов и полное разрядное напряжение для диэлектриков с плоской поверхностью;

3.2. Определить коронное напряжение, напряжение скользящих разрядов для диэлектриков с цилиндрической поверхностью;

3.3. Определить зависимость разрядного напряжения от длинны разрядного пути для диэлектрика с цилиндрической поверхностью.

Методические указания

Общие указания Исследования проводятся с помощью испытательной установки АИИ – 70. Перед началом работы необходимо ознакомиться с установкой и её электрической схемой. Упрощенная схема установки и схема проведения испытаний приведены на рис.1. Порядок включения установки АИИ-70 подробно описан в лабораторной работе №2 (п.1 методических указаний) и регламентирован правилами техники безопасности при работе на установках с напряжение р выше 1000 В.

Рис. 3. Принципиальная схема установки

К пункту 1. Диэлектриками при испытании служат стекло и винипластовые пластины одинаковой толщины. Устройство, применяемое для этого испытания, показано на рис. 4.

Испытания производятся в темноте. Для получения надежных результатов необходимо, чтобы глаз наблюдателя успел приспособиться к темноте. Поэтому опыт нельзя делать раньше, чем через 5 минут после выключения света.

При медленном повышении напряжения (1 кВ/с) нужно сначала отметить коронное напряжение U_кор, затем напряжение скользящих разрядов U_ск и, наконец, напряжение полного разряда U_p.первые два из них нужно отмечать как при повышении напряжения, так и при его понижении. В таблицу заносить среднюю величину.

Перед испытанием диэлектрика электроды должны быть очищены от пыли и нагара.

Рис. 4. Устройство для излучения скользящих разрядов вдоль поверхности плоского диэлектрика

Результаты испытаний должны быть приведены к нормальной плотности воздуха по формуле

где - напряжение, полученное при испытании;

- напряжение при d=1;

р – давление воздуха, мм. рт. ст.;

d - относительная плотность воздуха во время опыта, определяемая по формуле

где t – температура окружающего воздуха, °С.

Пользуясь устройством рис. 2. определить разрядные напряжения по поверхности диэлектрика в зависимости от расстояния l. Размер l устанавливать в пределах от 4 до 12 см соответствующим подбором диэлектрических пластин. Разрядное напряжение определяется как среднее трех измерений для каждого значения l. Результаты измерений занести в табл. 4.

Таблица 4

Тип образца	Размеры, мм	Коронное напряжение кВ	Напряжение скользящих разрядов кВ	Напряжение полного разряда кВ
d	l
Плоский - // -
Цилиндрический (вариант а) - // -
Цилиндрический (вариант б) - // -
Воздух (вариант в) - // -

Примечание: d - толщина изоляции;

l – расстояние между электродами по поверхности диэлектрика.

Варианты а, б, в, соответствуют рис. 3.

По результатам опытов построить кривые U_p(l). Зависимость U_p(l) построить также в логарифмических координатах, пользуясь этим построением, определить значения коэффициентов К_d и n в уравнении:

U_p=K_d×lⁿ

где U_p – разрядное напряжение при неизменной толщине d и материале диэлектрика;

l – расстояние между электродами по поверхности диэлектрика.

Сравнить полученную формулу с уравнением (1).

К пункту 2а. Испытанию подвергается фарфоровая или стеклянная трубка. Одним электродом служит металлический стержень, входящий внутрь трубки, а другим металлическое кольцо, надеваемое на трубку (рис. 5а).

Рис. 5. Определение напряжения скользящих разрядов

При испытании нужно учесть указания к пункту 1.

Пользуясь устройством рис. 5а определить разрядные напряжения по поверхности диэлектрика в зависимости от расстояния l. Размер l устанавливается в приделах от 2 до 12 см соответствующим подбором диэлектрических трубок. Разрядное напряжение определяется как среднее трех измерений для каждого значения l. Результаты измерений занести в табл. 4.

К пункту 2б. Испытанию подвергаются трубки или круглые стержни из фарфора, стекла, эбонита и дерева покрытого парафином или щеллаком и непокрытого. Устройство для испытания показано на рис. 5б.

При испытании необходимо учесть указания к пункту 1. Отмечается коронное напряжение, напряжение возникновения скользящих разрядов и напряжение полного разряда. Расстояние l между электродами брать в диапазоне от 2 до 12 см.

Также опытным путем определяется зависимость разрядного напряжения между кольцами, находящимися в воздухе (рис. 5в). Это делается для сравнения разрядных напряжений различных промежутков и для оценки степени влияния твердого диэлектрика на разрядное напряжение. Результаты измерений занести в табл.4.

К пункту 3. При испытании используются диэлектрические цилиндры, которые зажимаются между дисками с закругленными краями (рис. 6). Диаметр цилиндров определяется из условия d£0.5×D, где D – диаметр диска. Длина цилиндров подбирается в диапазоне 0,5 – 4 см. Разрядные напряжения определяются с диэлектриком и без него. Результаты занести в табл. 4.

По данным табл. 1 построить график U_p(l). На этот же график для сравнения нанести разрядное напряжение между плоскими электродами с закругленными краями без твердого диэлектрика.

Рис. 6. Определение напряжения скользящих разрядов в однородном поле

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

1. Приведите характерные конструкции с твердым диэлектриком (конструкция с однородным полем, конструкция с неоднородным полем и преобладанием тангенциальной составляющей напряженности электрического поля, конструкция с неоднородным полем и преобладанием нормальной составляющей напряженности электрического поля).

2. Объясните, почему указанные выше характерные конструкции с твердым диэлектриком имеют различную электрическую прочность при одинаковом расстоянии между электродами l.

3. Сравните кривые разрядных напряжений конструкий а, б, в (рис. 5) и объясните различия.

4. Что такое удельная поверхностная ёмкость и какое влияние она оказывает на величину разрядного напряжения?

5. Приведите формулу Тёплера для оценки величины разрядного напряжения и объясните, каким образом можно предотвратить развитие скользящих разрядов вдоль поверхности изоляционной конструкции (на примере проходного изолятора).

Контрольные вопросы для домашней подготовки

1. Почему разрядное напряжение между электродами с твердым диэлектриком во многих случаях меньше чем без него?

2. Какие факторы играют главную роль в снижении разрядного напряжения по поверхности диэлектрика?

3. Что такое скользящий разряд и чем он опасен для изоляции?

4. Как влияет пленка влаги на развитие разряда вдоль поверхности диэлектрика?

5. Что называют тренинг стойкостью материала?

6. Что такое гигроскопичность материала и как она влияет на величину разрядного напряжения?

7. Какие технические решения применяют на практике для увеличения разрядного напряжения промежутка с твердым диэлектриком?

8. Почему простое увеличение длины изолятора дает относительно малое повышение разрядного напряжения?

9. Почему при постоянном напряжении разрядное напряжение выше, чем при действующем переменном напряжении в одинаковых изоляционных конструкциях?

10. Влияние дождя на величину напряжения перекрытия изоляторов.

Лабораторная работа № 3

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒