ЛБ4 Эфф.полярн

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Направление − 13.04.02 Электроэнергетика и электротехника

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №4

ЭФФЕКТ ПОЛЯРНОСТИ И ВЛИЯНИЕ БАРЬЕРОВ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ ВОЗДУШНЫХ ПРОМЕЖУТКОВ НА ПОСТОЯННОМ НАПРЯЖЕНИИ

Выполнили:		Абдуллаев Б.С.
студент группы: 5АМ09	(подпись, дата)	(Ф.И.О)
		Колобылин Е.С.
	(подпись, дата)	(Ф.И.О)
		Пидчаша К.А.
	(подпись, дата)	(Ф.И.О)
		Шикхеримов М.Ю.
	(подпись, дата)	(Ф.И.О)

Проверил:		Юшков Анатолий Юрьевич
к.т.н., доцент (ОЭЭ, ИШЭ):	(подпись, дата)	(Ф.И.О)

Томск – 2020

Цель работы: исследование влияния полярности электродов на пробивное напряжение воздушного промежутка острие-плоскость.

Теоретическая часть

Воздушная изоляция играет важную роль в различных высоковольтных конструкциях, поэтому оценка величин разрядных напряжений воздушных промежутках имеет большое значение в создании высоковольтной изоляции. Разрядные напряжения зависят от степени неравномерности электрического поля, времени воздействия напряжения, полярности электродов, атмосферных условий и других факторов. В слабонеравномерных полях, где максимальный и средний градиенты мало отличаются друг от друга влияние полярности невелико. В резконеоднородном поле коронное напряжение намного ниже разрядного, полярность при несимметричных электродах существенно валяет на величину разрядного напряжения. В промежутке острие – плоскость формирование разряда зависит от полярности острия.

Барьеры в промежутке устанавливаются на таком расстоянии от острия, при котором разрядные напряжения максимальны, при чем при положительной полярности острия разрядное напряжение может увеличиться в 2 – 2,5 раза по сравнению с промежутком без барьера, а при отрицательной полярности коронирующего электрода в 1,2-1,3 раза. Если могут коронировать оба электрода разрядного промежутка, то барьеры устанавливаются вблизи обоих электродов.

При расположении барьера в непосредственной близости от положительного острия роль его уменьшается вследствие резкой неравномерности распределения зарядов на барьере. Напряженность поля оказывается достаточной для того, чтобы ионизационные процессы проходили по другую сторону барьера.

Упрочняющий эффект барьеров имеет место при постоянном, переменном и импульсном напряжениях. Однако при импульсных напряжениях барьерный эффект выражен слабее, так как барьер не успевает за короткое время зарядиться.

Барьеры широко используются в высоковольтных конструкциях, работающих как в воздухе, так и в масле.

Схема установки

Рисунок 1 – Электрическая схема установки

АТ- автотрансформатор; Т- высоковольтный трансформатор;

Rз- защитное сопротивление; V- выпрямитель; С- конденсатор;

R- токоограничивающее сопротивление; μА- прибор для измерения высокого напряжения

В таблице ниже представлены экспериментальные данные.

Таблица 1 – Экспериментальные данные

S, см	Uр, кВ			Uр.ср, кВ		Полярность острия				S, см		Uр, кВ				Uр.ср,кВ		Полярность острия
	1	2	3									1	2	3
1	9	9	9		9		Положительная				1		8	8	8		8		Отрицательная
2	15	15	15		15						2		17	17	17		17
3	19	20	19		28,3						3		28	27	26		27
4	24	24	23		35,7						4		37	37	37		27

S, см	Uр, кВ	Полярность острия
0,5	48	Положительная
1	42
1,5	38

S, см	Uр, кВ	Полярность острия
0,5	46	Отрицательная
1	42
1,5	39

Рисунок 2 – Зависимости U р ср = f(S)

Рисунок 3 – Зависимости U р ср = f(S 1 )

Вывод: с увеличением расстояния между электродами напряженность поляуменьшается и, для того чтобы произошел пробой, нужно приложить большеенапряжение.По полученным зависимостям видно, что при положительной полярностиострия значения разрядных напряжений U р ниже, чем при отрицательнойполярности.При положительной полярности острия в начальный момент все имеющиесяв воздухе свободные электроны движутся к острию. По пути они сталкиваются сатомами и/или молекулами, превращая их в положительные ионы. Электроны,достигнув острия, нейтрализуются, а ионы из-за малой скорости движенияостаются у острия, при этом создавая свое электрическое поле (объемный заряд).Объемный заряд начинает взаимодействовать с внешним полем: усиливая впромежутке и ослабляя у острия. Далее, при увеличении поля, возникают лавиныэлектронов. Дойдя до объемного заряда, они вместе образуют анодный стример,заполненный плазмой. На головке стримера создается область повышеннойнапряженности, что приводит к втягиванию новых электронов. Происходитудлинение стримера, а затем пробой.

При отрицательной полярности острия процесс идет иначе. На остриепроисходит эмиссия электронов, которые тут же производят ударную ионизациюи образуют лавины. Но за счет большого межэлектродного расстояния им нехватает энергии дойти до анода. В итоге у острия образуется опять жеположительный объемный заряд, который наоборот: ослабляет внешнее поле иусиливает поле у острия. Происходит усиленная эмиссия электронов споверхности острия. И эти электроны, смешиваясь с ионами объемного заряда,создают катодный стример. Из-за большого количества начальных лавин у катодаплазменный канал представляет собой узкий слой высокой напряженности поля, где рождаются электроны, выносимые во внешнее пространство. Для пробоянеобходимо увеличить напряжение, так как поле ослаблено. При достаточномувеличении происходит ионизация плазменного слоя, и стример удлиняется всторону анода. Происходит пробой.

Так же по зависимостям видно, что при малых промежутках полярность невлияет на разрядное напряжение. При положительном острие объемный разрядсоздается очень близко к катоду, что облегчает созданию стримера идальнейшему пробою. При отрицательном острие лавинам электронам хватаетэнергии дойти до анода, образовав стример и дальнейший пробой.

Из полученных зависимостей также видно, что при использовании барьерапри небольшом межэлектродном расстоянии пробивное напряжение довольновысокое, однако, при увеличении межэлектродного промежутка пробивное напряжение падает обратно пропорционально расстоянию.

Контрольные вопросы:

1. От каких факторов зависят разрядные напряжения промежутков?

Разрядные напряжения в промежутке зависят от:

- формы электродов (геом. размеры, угол рассеяния);

- полярности электродов;

- расстояния между электродами;

- наличия барьера;

- степени неравномерности электрического поля;

- атмосферных условий;

- времени воздействия напряжения.

2. В каких промежутках полярность электродов влияет на величину разрядногонапряжения?

Полярность электродов влияет на величину разрядного напряжения впромежуткахмежду электродами, имеющими различную форму создаваемого имиполя (несимметричное поле). Например: острие-плоскость, острие-шар, и т. д.

3. Как можно увеличить разрядные напряжения промежутков?

Разрядные напряжения промежутков можно увеличить путем введения в нихбарьеров, либо заполнения промежутков газами, активно поглощающими электроны, что используется в элегазовых выключателях.

4. Из какого материала выполняется барьер?

Барьер выполняется из любого диэлектрического материала, например: электрокартон, гетинакс и др.

5. На каком оптимальном расстоянии устанавливается барьер в межэлектродномпромежутке?

Барьер в межэлектродном промежутке устанавливается на расстоянии, при котором разрядные напряжения максимальны (1/5 – 1/6 длины промежутка междуэлектродами).