лабы / ТВН ЛБ4

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Инженерная школа энергетики

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Характеристики короны на проводах при переменном напряжении

Лабораторная работа № 4

по дисциплине:

Техника высоких напряжений

Выполнил

студент группы 5А6Б ________________________ Кошкин Д.Р.

(подпись)

___________________________

(дата)

Руководитель ___________________________ Старцева Е.В.

(подпись)

___________________________

(дата)

Томск – 2019

Цель работы: ознакомиться с основными характеристиками короны на переменном напряжении и методикой их определения.

Теоретические сведения

Коронный разряд, или корона, – один из видов самостоятельного разряда в газе достаточно высокой плотности. Обязательным условием существования короны является значительная неоднородность электрического поля, возникающего в разрядном промежутке при приложении к его электродам напряжения.

Рисунок 1 – Корона на проводах при переменном напряжении

(а – изменение во времени напряжения и напряжённости электрического поля проводе и суммарный заряд; б – ёмкостной ток () и ток короны ())

- напряженность зажигания короны;

- напряжение зажигания короны;

- заряд на проводе;

- напряжённость поля на поверхности провода.

Положим, что линия подключается к источнику синусоидального напряжения в момент t₀ при U=0 (рисунок 1, а), синусоида в различных масштабах соответствует напряжению источника U, напряженности поля на поверхности провода Е_пр и заряду Q_пр = U∙C₀, где C₀ – емкость ЛЭП на единицу длины при отсутствии короны.

В момент времени t₁, когда напряжение на проводе достигнет значения U_к (соответственно и Е = Е_к), загорится корона. По мере роста напряжения от U до U_m (t₁ – t₂) часть заряда с провода по образующимся стримерам под действием электрического поля перемещается в окружающее пространство, где создается избыточный положительный заряд (рисунок 1, а). При этом наличие тока в каналах стримера высокой проводимости обусловливает сохранение неизменной критическую напряженность Е_к на поверхности провода, а следовательно, неизменным и заряд на проводе Е_к = const. Создаваемое этим зарядом напряжение U’ = Q_пр/С₀ также будет неизменным. Разница напряжений = U – U' поддерживается объемным зарядом Q_об, который с ростом напряжения постепенно увеличивается. Одновременно увеличивается и суммарный заряд =Q_пр+Q_об. После максимального значения напряжения источника (t2) суммарный заряд с уменьшением напряжения уменьшается, в первую очередь, на проводе. Как только напряженность на проводе станет меньше критической, ионизация в чехле короны прекращается, каналы стримеров постепенно теряют свою проводимость, и

объемный заряд оказывается отрезанным от провода. В момент времени t₃ (рисунок 1, а) заряд на проводе Q_пр будет равен нулю, а напряжение сохраняется положительным за счет влияния объемного заряда и только в момент времени t₄, когда на проводе появится отрицательный заряд, создающий напряжение, результирующее напряжение станет равным нулю. В момент времени t₅ напряженность на проводе достигнет критической, и загорится «отрицательная корона» при U = U₀. Отрицательные частицы из чехла короны, двигаясь навстречу положительным частицам, будут рекомбинировать, уменьшая положительный объемный заряд.

Ход работы:

1. Ознакомиться с электрической схемой экспериментальной установки (рис. 2)

2. Определить напряжение зажигания короны для 4-х проводников различного диаметра (r₁, r₂, r₃, r₄), расположенных в цилиндре: а) по кривые тока; б) по вольтамперной характеристике; в) по вольт-кулоновой характеристике. Данные занести в таблицу 1.

3. Снять вольт-кулоновую характеристику (с экрана осциллографа на кальку) для одного из проводов при различных напряжениях на коронирующем проводе. Данные занести в табл. 2

Описание лабораторной установки:

Рисунок 2 – Схема проведения опытов

(АТ – автотрансформатор; Т – высоковольтный трансформатор; R_З – защитное сопротивление; R1-R2 – высоковольтный омический делитель; С1-С2 – высоковольтный емкостный делитель; N – осциллограф; С – делитель для снятия вольт-кулоновой характеристики; R – делитель для снятия характеристики по кривой тока и вольтамперной; Ц – металлический цилиндр.)

Расчетные формулы:

где: - напряжение, приложенное к электродам; - среднее значение разрядного напряжения.

Опытные данные:

Таблица 1 – Напряжение зажигания короны

Методика регистрации напряжения зажигания короны		Радиус провода, мм
		r1 = 0,3	r2 = 0,6	r3 = 1,35
U, кВ	По кривой тока	21,21	31,11	49,5
	По ВАХ	21,21	31,11	49,5
	По ВКХ	21,21	31,11	49,5
	Среднее значение	21,21	31,11	49,5

Таблица 2 – Вольт-кулоновая характеристика

Величина напряжения на коронирующем электроде U, кВ	U1=28,28	U2=35,35
P отн.ед, по вольт-кулоновым характеристикам	Р1=12,4	Р2=25,6

Рисунок 3 – Зависимость напряжения зажигания короны от радиуса провода

Рисунок 4 – Зависимость потерь на корону от напряжения

Таблица 3 – Вольт-кулоновские характеристики при разном напряжении коронирующего электрода

Напряжение на коронирующем электроде	Вольт-кулоновская характеристика
U1=28,28кВ
U2=35,35кВ

Вывод

В ходе проведения лабораторной работы ознакомились с основными характеристиками короны на переменном напряжении и методами их определения: зависимость напряжения зажигания короны от радиуса провода и зависимость потерь на корону от напряжения. По графику видно, что с увеличением диаметра провода увеличивается напряжение зажигания короны. С увеличением напряжения резко возрастают потери на корону. Выход – с увеличением класса напряжения стоит применять провода большего сечения.

При менее интенсивных осадках (например, начало дождя) будет наблюдаться большие потери энергии, чем при проливном дожде. Т.к. на проводнике образуются «микрокапли», которые увеличивают неоднородность электрического поля. Это говорит о том, что с увеличением интенсивности осадков, потери на корону будут уменьшаться.

Благоприятным эффектом, который оказывает корона, является уменьшение амплитуды волн перенапряжения за счёт увеличения потерь напряжения на корону.

Самым точным методом определения напряжения зажигания короны оказался метод по ВКХ.

Ответы на вопросы:

1. Коронный разряд – один из видов самостоятельного незавершённого разряда в газе достаточно высокой плотности.

2. Потери энергии, радиопомехи, акустический шум, продукты ионизации воздуха, которые разрушительно действуют на изоляцию и металлическую арматуру.

3. Потери энергии на корону при переменном напряжении связаны с непрерывной перезарядкой чехла короны, которая происходит несинхронно с изменением напряжения. Потери энергии за один период можно определить как или , т. е. потери пропорциональны площади, так называемой вольт-кулоновой характеристики. Вольт-кулоновая характеристика представляет собой зависимость мгновенного значения заряда от мгновенного значения напряжения источника и определяется геометрической емкостью линии.

Потери за единицу времени подсчитываются как

т.е. представляют собой площадь вольт-кулоновской характеристики, помноженную на частоту.

4. Коэффициент гладкости представляет собой отношение начального напряжения короны на витом проводе к начальному напряжению короны на гладком цилиндрическом проводе равного радиуса при прочих равных условиях (одинаковые межэлектродные расстояния, одинаковая плотность воздуха, отсутствие осадков). Он характеризует отличие формы реального провода от идеальной цилиндрической.

Коэффициент погоды характеризует атмосферные условия, существенно влияющие на коронирование проводов ЛЭП.

5. Рекомендовано разделять все многообразие погодных условий на четыре группы: хорошая погода (без осадков), дождь (включая мокрый снег и морось), сухой снег и изморозь (включая гололед и иней).

6. Наибольшие потери энергии происходят при изморози на проводах, т.к. образование «микрососулек» приводит к появлению резконеоднородного поля, которое способствует усилению короны.

7. Темп роста потерь при общей короне значительно больше, чем при местной короне.

8. Величина при хорошей погоде меньше единицы и определяется плотностью воздуха, геометрией проводов и коэффициентом гладкости их поверхности.

9. Основным методом снижения потерь на корону является применение расщепления проводов в фазе, применение проводов с сечением большим минимально допустимого по короне для данного класса напряжения