лабы / ТВН ЛБ2

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»

«Разряды в воздухе при переменных напряжениях»

Лабораторная работа № 2

по дисциплине:

Техника высоких напряжений

Выполнили

студент группы 5А6Б ________________________ Отрашевский Н.А.

(подпись)

студент группы 5А6Б ________________________ Банькова А.П.

(подпись)

студент группы 5А6Б ________________________ Санжиев А.О.

(подпись)

студент группы 5А6Б ________________________ Кошкин Д.Р.

(подпись)

студент группы 5А6Б ________________________ Жабровец А.А.

(подпись)

студент группы 5А6Б ________________________ Баранов А.В.

(подпись)

студент группы 5А6Б ________________________ Раскатов Н.С.

(подпись)

___________________________

(дата)

Руководитель ___________________________ Старцева Е.В.

(подпись)

___________________________

(дата)

Томск – 2019

Цель работы: исследование зависимости разрядного напряжения в воздухе от расстояния между электродами при различной форме электродов.

Краткие сведения:

Основным диэлектриком для создания внешней изоляции ЛЭП и высоковольтного оборудования, работающего в открытых распределительных устройствах электрических станций и подстанций, является воздух при атмосферных условиях. При нормальных атмосферных условиях электрическая прочность воздушных промежутков невелика и в однородном поле не превышает 30 кВ/см. Электрическое поле реальных изоляционных конструкций в большинстве случаев является неоднородным, и электрическая прочность воздушных промежутков значительно уменьшается. Это связано с особенностями развития разряда в неоднородных полях. При приложении к воздушному промежутку высокого напряжения происходит эмиссия электронов из катода, их ускорение в электрическом поле и ионизация атомов и молекул воздуха, что приводит к появлению большого количества носителей зарядов в лавинах, которые преобразуются в стримеры. В результате этого при некоторой величине приложенного напряжения в воздухе формируется плазменный искровой канал, который перемыкает промежуток. Минимальное напряжение, при котором происходит полная потеря диэлектриком изолирующих свойств называется разрядным напряжением (Uр). В неоднородных и резконеоднородных полях ионизация начинается только в части промежутка с наибольшей напряженностью поля. Возникший в этих областях самостоятельный разряд называется коронным разрядом, а начальное напряжение – напряжением зажигания коронного разряда.

В слабонеоднородных полях (Кн=Еmax/Eср 3) коронный разряд неустойчив и быстро переходит в полный пробой промежутка. В таких полях напряжение зажигания коронного разряда близко или совпадает с Uр. В резконеоднородных полях (Кн > 3) ионизация и коронный разряд занимают незначительную часть промежутка вблизи электрода с меньшим радиусом, коронный разряд является устойчивым, и разрядное напряжение может быть существенно выше коронного. Возникновение стримерного коронного разряда сопровождается свечением области ионизации, потрескиванием и появлением запаха озона. Коронный разряд может иметь две формы – лавинную и стримерную. Лавинной называется такая форма разряда, при которой в промежутке развиваются лавины электронов. При этом напряженность поля зарядов каждой из лавин значительно меньше напряженности внешнего поля. Зона ионизации при большом числе лавин имеет более или менее однородную структуру, что приводит к выравниванию электрического поля в промежутке за счет образующегося объемного заряда, знак которого совпадает со знаком "острого" электрода.

Ход работы

Экспериментальные и расчетные данные вносим в таблицу 1:

Таблица 1 – Экспериментальные и расчетные данные

Форма электродов	S, см	Экспериментальные данные									Расчетные данные
		Up, кВ				Up.ср, кВ		Ер.ср, кВ/см		Up, кВ			Ер, кВ/см
Острие-плоскость	1	21,2	18,3	16,9	18,8		18,8		9,44			9,44
	2	31,1	31,1	31,1	31,1		15,5		12,5			6,25
	3	38,1	38,1	39,5	38,6		12,8		15,5			5,19
Шар-шар	1	31,1	29,6	31,3	30,64		30,64		28,8			28,8
	2	60,8	62,2	60,8	61,2		30,64		54,79			27,3
	3	87,6	87,6	87,6	87,6		29,2		78,12			26,04
Коронирующие кольца	1	16,9	19,7	18,3	18,3		18,3		-			-
	2	29,6	31,1	28,2	29,6		14,8
	3	41	41	39,5	40,5		13,5
Острие-острие	1	14,1	16,9	15,5	15,5		15,5		15,8			15,8
	2	19,9	18,3	19,7	19,3		9,6		18,8			9,4
	3	33,9	35,3	35,3	34,8		11,6		21,9			7,32

Для расчета разрядного напряжения и напряженности поля сначала определяем относительную плотность воздуха:

где T₀=273,15 К, P₀=760 мм.рт.ст. T=293,15 К, P=744 мм.рт.ст.

Тогда разрядное напряжение для электродов острие-плоскость, расположенных на S=1 см:

Напряженность поля для этой же системы электродов:

Для системы электродов шар-шар:

Для системы острие-острие:

Аналогично производится расчет для остальных значений S.

По полученным данным построим зависимости U_p.cp=f(S) и E_р.ср=f(S):

Рисунок 1 – Зависимости системы острие-плоскость

Рисунок 2 – Зависимости системы шар-шар

Рисунок 3 – Зависимости системы острие-острие

Вывод: при проведении данной лабораторной работы было проведено исследование зависимости пробивного напряжения и напряженности электрического поля от расстояния между электродами и формы электродов. Также был произведен расчет пробивного напряжения и напряженности поля по формулам, учитывающим характеристики, при которых проводились эксперименты. По полученным в ходе эксперимента и расчета данным были построены зависимости разрядного напряжения и напряженности поля от расстояния между электродами для разных систем электродов. Зависимости представлены кривыми: возрастающая U_p.cp=f(S) и убывающая E_р.ср=f(S), причем кривые для экспериментальных данных и для расчетных заметно отличаются, что объясняется тем, что расчетные формулы учитывают лишь влияние на возникновение разряда только внешней среды, без учета параметров экспериментальной установки, поэтому данные, полученные в ходе расчета более приближены к идеальным.

Ответы на контрольные вопросы

1. Для каких целей вводится поправка на относительную плотность воздуха?

Так как число электронов в лавине зависит от эффективного коэффициента ударной ионизации, который в свою очередь зависит от относительной плотности воздуха, в расчетных формулах производится учет данной величины. К тому же пространство между электродами заполнено воздухом, параметры которого (температура и атмосферное давление) напрямую влияют на образование электронных лавин, а, следовательно, и разряда.

2. Почему в однородном поле отсутствует коронная форма разряда?

Ввиду того, что напряжение зажигания коронного разряда в однородном, а также в слабонеоднородном поле близко по значению или равно разрядному напряжению, коронный разряд не образуется, так как сразу же переходит в полный пробой диэлектрика.

3. Какие параметры электродной системы влияют на максимальную и среднюю напряженность электрического поля?

На напряженность электрического поля в межэлектродном пространстве влияют такие параметры как размер и форма электродов, расстояние между электродами, характеристики газа в этом пространстве, а также полярность и частота напряжения.

4. Чем характеризуется и как определяется степень неоднородности электрических полей?

Степень неоднородности электрических полей определяется коэффициентом неоднородности, который в сою очередь является отношением максимальной напряженности электрического поля в промежутке E_max и средней напряженности электрического поля , где U- приложенное к электродам напряжение, S – расстояние между электродами.

В зависимости от величины К_н поля подразделяются на:

• Однородные К_н = 1

• Слабонеоднородные К_н ≤ 3

• Резконеоднородные К_н > 3

.