Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
otvety_tvn.docx
Скачиваний:
198
Добавлен:
06.11.2017
Размер:
6.89 Mб
Скачать
  1. Особенности внешней и внутренней изоляции.

Назначение изоляции в технике высоких напряжений

В условиях эксплуатации изоляция подвергается воздействию внутренних и грозовых перенапряжений. Источником внут. перенап. являются электродвижущие силы генераторов системы, а причиной – нормальные или аварийные коммутации, сопровождающиеся колебательными процессами или резонансными явлениями в системе. На изоляцию электроустановок могут воздействовать также грозовые перенапряжения - удары молнии в электроустановки. Изоляция подвергается температурным и механическим воздействиям, приводящим к ухудшению ее электрических и механических свойств.

требованияк изоляционным элементам электрических сетей:

  • надежная работа изоляции, т.е. надежная изоляция токоведущих частей относительно земли и между собой, при всех перечисленных воздействиях (рабочее напряжение, перенапряжения, неблагоприятные атмосферные условия, механические воздействия);

  • ограничение потерь энергии в изоляции при рабочем напряжении;

  • обеспечение безопасной работы эксплуатационного персонала;

ограничение радиопомех и высокочастотных помех в каналах связи по линиям электропередачи.

Внешняя и внутренняя изоляция

К внешней изоляции относятся воздушные. Внутренняя изоляция состоит из комбинации различных жидких, твердых и газообразных диэлектриков.

Внешняя

Внутренняя

1.Зависимость эл. прочности от атм. условий.

+

-

2.Изоляция самовосстан.

+

-

3.Старение изоляции

-

+

  1. Виды ионизации газов, лавина электронов, стримерная теория разряда.

Молекула – наименьшая частица вещ-ва, облад. его физико-химическими свой-ми.

Атом – наименьшая частица эл-та, обладающая его физико-химическими свойствами.

Энергия, необходимая для ионизации атома или молекулы, называется энергией ионизации. В результате ионизации атома образуются две частицы: «+» ион и электрон. «+» ион может быть ионизирован, тогда образуются двухзарядный ион и электрон. Однако для этого требуется существенно большая энергия.

Виды ионизации газов:

Ударная ионизация – процесс ионизации газа путем соударения нейтральных молекул с электронами. Коэф. ударной ионизации α, = числу актов ионизации, производимых электроном на пути в 1см по направл. действия сил эл. поля. .

Вторичная ионизация - Освобожд. электронов при бомбардир. катода «+» ионами. «+» ионы практически не могут ионизировать молекулы газа по следующим причинам:-малая подвижность;-длины свободного пробега значительно меньше, чем у электронов;-при неупругом соударении иона и молекулы (их массы практически одинаковы) передается не более половины кинетической энергии, поэтому положительный ион для совершения ионизации должен накапливать энергию вдвое большую, чем Wи.

Фотоионизация - в процессе ионизации газа возникает большое количество возбужденных частиц, которые, переходя в нормальное состояние, испускают фотоны. Если энергия фотона превышает энергию ионизации т.е.: , то при поглощении его атомом или молекулой освобождается электрон, происходит фотоионизация. Энергия фотонов соответствует энергии возбуждения.

Рекомбинация – процесс взаимной нейтрализации заряженных частиц.

Термоионизацияпри значительном повышении температуры газа кинетическая энергия нейтральных частиц возрастает настолько, что становится возможной ионизация при их столкновении. Газ, в котором значительная часть частиц ионизирована, называется плазмой. Концентрация положительно и отрицательно заряженных частиц в плазме примерно одинаковы. Плазма представляет собой форму существования вещества при высоких температурах.

Лавина электронов

Рассмотрим газовый промежуток между двумя плоскими электродами в газе (однородное поле) и допустим, что вблизи катода этого промежутка появился один электрон (например, под действием какого-нибудь внешнего ионизатора). При достаточной напряженности электрического поля, летя к аноду, он может ионизировать молекулу газа при столкновении. Образовавшийся при этом свободный электрон ионизирует новые молекулы. Число свободных электронов будет непрерывно возрастать.

Лавина электронов – процесс нарастания числа электронов, движущихся в электрическом поле по направлению к аноду.

Под действием лавинообразования электронов распространение зарядов в лавине неравномерное. Следовательно, происходит сильное искажение поля между электродами, которое способствует излучению лавины фотонов, которые обладают большой энергией. Этой энергии достаточно для образования новой ионизации в газе. По мере продвижения лавины к катоду поле будет искажаться, что вызовет интенсивное излучение фотонов. Число возбужденных частиц всегда превышает число ионизирующих частиц. Т.о. распространение лавины сопровождаются не только ударной ионизацией, но и вторичной ионизацией в газе.

I-распределение зарядов в лавине

II- продольные составляющие напряженности поля от разности знаков

III- результирующая напряженность поля между электродами

Стримерная теория разряда.

Рассмотрим развитие разряда при высоких давлениях. При высоких давлениях поверхностная ионизация незначительна, поэтому основным источником становится фотоионизация в объеме газа. Начальная лавина после пересечения всего промежутка оставляет «+» объемные заряды, сосредоточенные около анода. В результате сильного искажения внешнего поля в окрестностях лавины образуются вторичные лавины еще до того как ионы начальной лавины уйдут на катод. Образованные фотоны вторичными электронами дают начало новым лавинам. Электроны этих лавин будут притягиваться положительным объемным зарядом, который расположен в головной части лавины. Электроны вторичных лавин вместе с «+» -ми ионами начальной лавины образуют канал заполненный плазмой.

Данный канал называется стримером. На конце стримера создается повышенная напряженность поля из-за избыточного «+»-го заряда и вторичных лавин. Поэтому стример представляет собой выступ на поверхности анода. Электроны вторичных лавин уходят в канал стримера, а положительные ионы увеличивают вблизи головной части «+»-ый объемный заряд, который усиливает внешнее поле и притягивает следующие лавины.

Т.о. канал постоянно удлиняется и прорастает к катоду. В результате происходит пробой и образуется сквозной проводящий канал.

3. Условие самостоятельности разряда в однородном поле.

В промежутке между электродами непрерывно возникают свободные электроны, так как постоянно действуют внешние ионизаторы (космические частицы, радиоактивное излучение Земли, ультрафиолетовое излучение солнца). Под действием приложенного к промежутку напряжения в нем непрерывно будут образовываться лавины электронов. Движение заряженных частиц в промежутке создает ток разряда между электродами. Если исключить действие внешнего ионизатора, ток в промежутке прекращается.

Несамостоятельный разряд – разрядный процесс, для поддержания которого необходим внешний ионизатор.

Самостоятельный разряд – разряд способный существовать в отсутствие внешнего ионизатора.

Для возникновения самостоятельного разряда необходимо, чтобы в результате ушедшего электрона появился по крайней мере один вторичный электрон, способный создать новую лавину. Вторичных электронов могут быть созданы в результате фотоионизазии с катодаи и фотоионизации в объеме газа.

Рассмотрим вторичную ионизацию, осуществляемая «+» ионами.

Пусть в лавине, прошедшей расстояние x, содержится n электронов. На пути dx каждый из них произведет ndx ионизаций, поэтому увеличение числа электронов в лавине на пути dx:

  1. dn= αndx

  2. Ln n=αx

  3. n=

Таким образом, в однородном поле число электронов в лавине нарастает по экспоненциальному закону со скоростью, которая определяется коэффициентом ударной ионизации α.

После того как лавина пересечет весь промежуток, она будет содержат электронов иионов. Обозначим черезγ – коэффициент вторичной ионизации. Тогда число вторичных электронов, освобожденных из катода положительным ионами равно:

Для того чтобы взамен каждого улетевшего с катода электрон был создан новый необходимо выполнить условие:

При этом условии ток в промежутке протекает неограниченно долгое время.

4.Пробивное напряжение газа в однородном поле. Закон Пашена.

В случае однородного поля условие самостоятельности разряда является условием пробоя промежутка, поэтому оно может быть использовано для определения пробивного напряжения. Перепишем условия:

, где γ –обобщенный коэффициент вторичной ионизации.

Для определения пробоя напряжения необходимо выполнить условие αх=const. Это означает, что для пробоя промежутка каждый электрон на пути между электродами осуществить определенное количество ионизаций равное числу К.

αх=К=const.

Закон Пашена: при неизменной температуре пробивное напряжение газа в однородном поле является функцией произведения давления на расстояние между электродами.

Uпр=f(pS),

Епр=f(pS).

При постоянном давлении Епр тем выше, чем меньше расстояние между электродами.

Увеличение относительной прочности при уменьшении толщины характерно не только для газовых, но и для твердых и жидких диэлектриков. Это свойство часто используется для уменьшения габаритов изоляционных конструкций.

5.Развитие разряда в неоднородном поле.

Особенность поля- неравномерное распределение напряженности в пространстве. Наибольшая напряженность электрода у острия.

Степень неоднородности характеризуется отношением:

При электрическое поле относится к слабонеоднородным;

При электрическое поле – резконеоднородное.

При электрическое поле –однородное.

При увеличении напряжения возникает коронный разряд.

Коронный разряд – самостоятельный разряд, возникающий в резконеоднородных полях, в которых ионизационные процессы могут происходить только в узкой области вблизи электродов.

В областях с малой напряженностью форма короны лавинная. При увеличении напряжения лавинная корона переходит в стримерную. По мере увеличения длины стримера напряженность поля в головной части уменьшается из-за падения напряжения в канале.

Из-за уменьшения напряженности ионизация прекращается. При дальнейшем увеличении напряжения длина стримера увеличивается, возрастает емкость между стримерном и анодом. Ток в канале увеличивается при увеличении емкости. Стример разогревается возникает термическая ионизация. Такая термически-ионизированная часть стримера называется лидером, при лид стримера .

При приближении лидера к аноду напряженность непробитой части резко увеличивается. Далее усиление процесса ионизации в непробитой части. За счет усиления ионизации канал непробитой части превращается в канал невысокой плотности причем плотность данной ионизированной части больше плотности лидера. В результате образует обратный или главный разряд, который напрвлен к катоду. Скорость разряда равна 107 м/c. В результате происходит пробой промежутка.

Соседние файлы в предмете Техника высоких напряжений