лабы / ТВН ЛБ5
.docxМИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИШЭ
Отчет к лабораторной работе № 5
По дисциплине «Техника высоких напряжений»
Электрические разряды по поверхности твердого диэлектрика
Выполнили: студенты группы 5А6Б
_______ Кошкин Д.Р.
Проверил: ________________ Старцева Е.В.
(подпись) ____________ (дата)
Томск – 2019
Цель работы
Экспериментальное изучение разряда по поверхности твердого диэлектрика в зависимости от конфигурации электрического поля, расстояния между электродами и толщины диэлектрика.
Краткие сведения
Характерные случаи электрических полей изоляционных конструкций:
1. Равномерное поле. Поверхность раздела двух диэлектрических сред расположена вдоль силовых линий электрического поля. Неоднородное поле с преобладанием тангенциальной составляющей напряженности поля во всех точках поверхности диэлектрика.
-
Неоднородное поле с преобладанием тангенциальной составляющей напряженности электрического поля.
-
Неоднородное поле с преобладанием нормальной составляющей напряженности электрического поля.
Диэлектрик, помещенный в равномерное поле, нарушает его однородность, и разряд происходит всегда по поверхности диэлектрика, при напряжении более низком, чем в воздушном промежутке.
Значительную роль в снижении разрядных напряжений играет адсорбция диэлектриком влаги. Материалы, обладающие большой поверхностной гигроскопичностью (стекло, эбонит, оргстекло, бакелизированная бумага), дают большее снижение разрядных напряжений, чем малогигроскопичные материалы (парафин, винипласт). Под действием приложенного к электродам напряжения диссоциированные ионы, содержащиеся в адсорбированной диэлектриком влаге, перераспределяются по поверхности диэлектрика, искажая градиент потенциала вдоль его поверхности. В результате разрядное напряжение уменьшается. На импульсах поле в промежутке не успевает существенно исказиться из-за инерционности процесса перераспределения зарядов, поэтому разрядное напряжение снижается в меньшей мере. Кроме увлажнения поверхности диэлектрика, на величину разрядного напряжения существенное влияние оказывают воздушные прослойки между диэлектриком и электродами.
Поверхностный разряд по мере увеличения приложенного напряжения проходит несколько стадий:
-
При относительно низких напряжениях на электродах возникает коронный разряд в виде полоски ровного неяркого свечения.
-
Увеличение напряжения приводит к расширению области коронирования и образованию на твердом диэлектрике многочисленных слабо светящихся каналов (стримеров), направленных к противоположному электроду. Характер разрядных процессов определяется величиной токов, текущих в разрядных каналах.
При дальнейшем увеличении напряжения ток возрастает настолько, что становится возможной термическая ионизация в стримерных каналах. Эта форма стримерного разряда, называемая скользящим разрядом, характеризуется интенсивным свечением канала, резким уменьшением сопротивления канала и, следовательно, выносом потенциала в глубь промежутка.
-
Длина скользящих разрядов очень быстро увеличивается с повышением напряжения, и процесс завершается перекрытием промежутка между электродами.
Рисунок 3 – Принципиальная электрическая схема установки
РН – регулятор напряжения, Т – высоковольтный трансформатор, Rз – защитное сопротивление; S1, S2 – выключатели
Таблица 1 – Экспериментальные данные для различных промежутков
№ п/п |
l, см |
d, см |
Uкороны, кВ |
Ucк.р, кВ |
Uперекрытия, кВ |
Uперекр.расчет, кВ |
Нормальная составляющая |
2 |
0,4 |
10 |
13 |
13 |
25,9 |
4 |
0,4 |
8 |
12 |
18 |
29,8 |
|
6 |
0,4 |
8 |
12 |
20 |
32,3 |
|
8 |
0,4 |
9 |
14 |
24 |
34,2 |
|
2 |
1 |
10 |
14 |
14 |
39,1 |
|
4 |
1 |
12 |
16 |
24 |
44,9 |
|
6 |
1 |
12 |
16 |
26 |
48,7 |
|
8 |
1 |
14 |
16 |
30 |
51,6 |
|
Тангенциальная составляющая |
2 |
0,4 |
12 |
- |
16 |
34,5 |
4 |
0,4 |
20 |
- |
24 |
39,7 |
|
6 |
0,4 |
28 |
- |
30 |
43 |
|
8 |
0,4 |
34 |
- |
38 |
45,6 |
|
2 |
1 |
12 |
- |
16 |
52,2 |
|
4 |
1 |
18 |
- |
22 |
59,9 |
|
6 |
1 |
24 |
- |
30 |
64,9 |
|
8 |
1 |
22 |
- |
40 |
68,8 |
Рисунок 4 – Графики зависимостей Uк = f(l), Uперекр. = f(l), Uперекр. асчет. = f(l),
Uск.р. = f(l), при d = 0,4 и En > Eτ
Рисунок 5 – Графики зависимостей Uк = f(l), Uперекр. = f(l), Uперекр. асчет. = f(l),
Uск.р. = f(l), при d = 1 и En > Eτ
Рисунок 6 – Графики зависимостей Uк = f(l), Uперекр. = f(l), Uперекр. асчет. = f(l),
Uск.р. = f(l), при d = 0,4 и Eτ >En
Рисунок 7 – Графики зависимостей Uк = f(l), Uперекр. = f(l), Uперекр. асчет. = f(l),
Uск.р. = f(l), при d = 1 и Eτ >En
Выводы: в результате проделанной работы и обработки экспериментальных данных были определены напряжения возникновения короны, возникновения скользящих разрядов и разрядные напряжения для различных межэлектродных расстояний при воздействии переменного напряжения в промежутках с преобладающей нормальной или тангенциальной составляющей электрического поля. Полученные результаты были представлены в виде графиков.
Из графиков видно, что для системы электродов с преобладающей тангенциальной составляющей напряжение появления короны и напряжение перекрытия несколько выше, чем для системы с нормальной составляющей за счет меньшей степени неоднородности поля. А при увеличении толщины диэлектрика при малых межэлектродных расстояниях возрастает напряжение появления короны, напряжения скользящих разрядов и разрядное напряжение.
Также было проведено сравнение напряжения перекрытия опытного с расчетным. Погрешность обусловлена, во-первых, тем, что при замере были задействованы люди (человеческая реакция неидеальна), а не автоматика, а во-вторых, потому что при установке расстояния между электродами могли быть неточности.
Ответы на вопросы
-
С чем связано искажение электрического поля при помещении диэлектрика в равномерное поле?
Диэлектрик, помещенный в равномерное поле, нарушает его однородность, и разряд происходит всегда по поверхности диэлектрика при напряжении более низком, чем в воздушном промежутке.
-
Какое влияние оказывает неплотное прилегание электродов на разрядное напряжение вдоль поверхности диэлектриков?
Из-за неплотного прилегания образуются воздушные прослойки между диэлектриком и электродами. В этих прослойках из-за отличия диэлектрических проницаемостей воздуха и твердого диэлектрика создается местное увеличение напряженности поля, и возможно возникновение ионизационных процессов.
-
Для каких изоляционных конструкций характерно поле с преобладающей тангенциальной составляющей, для каких конструкций – с нормальной?
Конфигурация электрического поля с преобладанием нормальной составляющей напряженности характерна для конструкции проходного изолятора. Неоднородное поле с преобладанием тангенциальной составляющей характерно для опорных изоляторов
-
Что делается в реальных условиях работы изоляции для увеличения разрядных напряжений по поверхности изоляторов?
Для увеличения пути утечки тока по поверхности твердого диэлектрика и увеличения разрядного напряжения применяют ребристую поверхность.