Теорія високих напруг
Конфігурація електричних полів. Іонізаційні процеси в газі. Утворення стримера. Закон Пашена. Вплив часу прикладання напруги на електричну міцність газової ізоляції. Розряд вздовж провідної та забрудненої поверхні ізолятора. Вимірювання високих напруг.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 31.08.2012 |
| Размер файла | 8,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
109
Зміст
Вступ 4
- 1. Розряди в газах 5
- 1.1 Конфігурація електричних полів 5
- 1.2 Йонізаційні процеси в газі 8
- 1.3 Види йонізації 10
- 1.4 Лавина електронів 15
- 1.5 Умова самостійності розряду 18
- 1.6 Утворення стримера 19
- 1.7 Закон Пашена 20
- 1.8 Розряд в неоднорідних полях 25
- 1.9 Ефект полярності 27
- 1.10 Бар'єрний ефект 30
- 1.11 Вплив часу прикладання напруги на електричну міцність газової ізоляції (вольт-секундна характеристика ВСХ) 32
- 1.12 Коронний розряд 36
- 1.13 Втрати енергії при коронуванні 39
- 1.14 Розряд в повітрі по поверхні ізоляторів 42
- 1.14.1 Розряд вздовж провідної та забрудненої поверхні ізолятора 46
- 1.15 Пробій рідких діелектриків 48
- 1.15.1 Вплив вологи і мікродомішок 51
- 1.15.2 Вплив тиску 53
- 1.15.3 Вплив температури 54
- 1.15.4 Вплив часу дії напруги 55
- 1.15.5 Вплив матеріалу, геометрії електродів, відстані між ними і полярності 57
- 1.15.6 Бар'єрний ефект 58
- 1.16 Пробій твердої ізоляції 59
- 1.16.1 Часткові розряди 63
- 2. Високовольтна ізоляція 68
- 2.1 Високовольтні ізолятори 68
- 2.1.1 Лінійні ізолятори 69
- 2.1.2 Станційно-апаратні ізолятори 70
- 2.2 Ізоляція високовольтних конденсаторів 73
- 2.3 Ізоляція трансформаторів 75
- 2.4 Ізоляція кабелів 76
- 2.5 Ізоляція електричних машин 78
- 2.6 Профілактика ізоляції 79
- 2.6.1 Задачі та цілі профілактики 79
- 2.6.2 Вимірювання опору ізоляції (струмів витоку) 81
- 2.6.3 Вимірювання tgд 82
- 2.6.4 Методи виявлення часткових розрядів 84
- 2.6.5 Методи реєстрації високочастотних складових часткових розрядів (індикатори часткових розрядів -ІЧР) 85
- 2.6.6 Контроль вологості ізоляції 87
- 2.6.7 Випробування підвищеною напругою 88
- 3. Високовольтне випробувальне обладнання і вимірювання 90
- 3.1 Установки для отримання високих змінних напруг 90
- 3.2 Установки для отримання високих постійних напруг 92
- 3.3 Імпульсні випрямляючі установки 95
- 3.3.1 Генераторі імпульсних струмів (ГІС) 97
- 3.4 Вимірювання високих напруг 98
- 3.4.1 Кульові розрядники 98
- 3.4.2 Електростатичні вольтметри 100
- 3.4.3 Дільники напруги (ДН) 101
- 3.4.3.1 Омічний дільник (R1>>R2) 102
- 3.4.3.2 Ємнісний дільник (С2>>C1) 103
- 3.4.3.3 Змішаний дільник напруги 104
- 4. Перенапруги і захист від них 105
- 4.1 Класифікація перенапруг 105
- 4.2 Внутрішні перенапруги 106
- 4.3 Грозозахист повітряних ліній електропередач і підстанцій 108
- 4.3.1 Захист від прямих ударів блискавки 108
- 4.3.2 Зони захисту стрижневого громозводу 109
- 4.3.3 Зони захистів линвового громозводу 110
- 4.3.4 Грозостійкість об'єктів (ПЛ) 112
- 4.4 Засоби захисту від перенапруг 113
- 4.5 Хвильові процеси в лініях 116
- 4.5.1 Переломлення та відбиття хвиль в вузлових точках 117
- 4.5.2 Перенапруги при несиметричному відключенні фаз 119
- 4.6 Хвильові процеси в обмотках трансформаторів 124
- 4.6.1 Початкове розподілення напруги вздовж обмотки трансформаторів 125
- 4.6.2 Усталений режим (або примусовий режим) 127
- 4.6.3 Перехідний процес 128
- 4.6.4 Розподілення напруги вздовж обмоток 3--фазного трансформатора 129
- 4.6.4.1 Зірка з заземленою нейтраллю 130
- 4.6.4.2 Зірка з ізольованою нейтраллю 130
- 4.6.4.3 З'єднання обмоток трикутником 132
- 4.6.5 Передача хвиль перенапруг з однієї обмотки в іншу 134
- 4.7 Перенапруги при ввімкненні ненавантажених ЛЕП і батарей конденсаторів 136
- 4.7.1 Вимкнення ненавантажених ПЛ 136
- 4.7.2 Вимкнення батарей конденсаторів 139
- 4.7.3 Дугогасні апарати 139
- Література 143
- Вступ
- Техніка високих напруг (ТВН) виникла в зв'язку з необхідністю електропередачі великих електричних потужностей на далекі відстані. В 1880 році професор Петербурзького лісового інституту Д.А. Лачінов розробив і запропонував теорію передачі електроенергії на великі відстані - підвищення напруги і зниження струму в міру збільшення віддалі та передаваної потужності.
- Відповідно до потреб енергетики розвивалась техніка високих напруг. Знадобилося створення промислових високовольтних установок змінної, постійної та імпульсної напруги, а також установок для проведення досліджень і випробувань ізоляції при дії різних видів високої напруги. Підвищення рівня напруги потребувало вивчення фізичних явищ, механізмів дії електромагнітних полів високої напруги на ізоляцію в різних умовах експлуатації.
- Сьогодні номінальна напруга ЛЕП досягає 1150000 В, а передавана потужність по одному колу такої лінії складає 6 ГВт.
1. Розряди в газах
Повітря до сьогодні залишається основним видом зовнішньої ізоляції ліній електропередачі, енергетичного обладнання та високовольтної техніки. Традиційний шлях створення ізоляційних конструкцій, що містить в собі повномасштабні натуральні випробування ще на пошуковому етапі роботи, з підвищенням номінальних напруг стає ще менш перспективним. Техніка випробувань стає трудомісткою і потребує все більше часових і матеріальних затрат. В зв'язку з цим виникає потреба в чисельних оцінках електричної міцності повітряних проміжків на основі розрахункових моделей, що достовірно відображають закономірності розвитку розряду в повітрі.
1.1 Конфігурація електричних полів
Діелектрики служать для ізоляції струмоведучих електродів різної полярності одного від іншого. Ізольовані електроди (шини розподільчих пристроїв, проводи ліній електропередач, зовнішні струмоведучі частини електричних апаратів і т. п.) створюють електричні поля різної конфігурації.
Від форми електричного поля залежить електрична міцність та пробивна напруга.
Форми електричних полів поділяються на однорідні, слабко неоднорідні, сильно неоднорідні.
Типовим прикладом однорідного поля є поле між двома плоскопаралельними електродами й електродами Роговського, слабко неоднорідне поле реалізується в системі електродів куля-куля (рис. 1.1) при відстані між електродами менше діаметра кулі (), різко неоднорідне поле - при електродах стержень-площина чи стержень-стержень.
Ступінь неоднорідності електричного поля між електродами характеризується коефіцієнтом неоднорідності , котрий рівний відношенню максимальної напруженості електричного поля до середньої напруженості між електродами, тобто:
а) б)
Рисунок 1.1 - Форми електричних полів: а - симетрична система електродів; б - несиметрична система електродів
Середня напруженість і є відношення напруги, прикладеної до електродів, , до відстані між електродами, ,
Максимальна напруженість залежить від прикладеної до електродів напруги, конфігурації, розмірів електродів і відстані між ними. Наприклад, для коаксіальних циліндрів (рис. 1.2) максимальна напруженість визначається як:
а середня напруженість:
де - прикладена напруга, кВ;
- зовнішній радіус внутрішнього циліндра (жила кабелю), см;
- внутрішній радіус зовнішнього циліндра (обплетення кабелю), см.
Підставивши і в отримаємо:
тобто залежить від геометричних розмірів електродів.
Рисунок 1.2 - Схема коаксіальних електродів
Для однорідного поля коефіцієнт неоднорідності , для слабко неоднорідного - , для різко неоднорідного .
Крім цього, розрізняють симетричну і несиметричну систему електродів. Симетрична форма - електроди мають однакову форму і розміри та відсутнє заземлення будь-якого з них (рис. 1.1, а). Несиметрична форма - електроди мають відмінну конфігурацію, розміри чи один з них заземлений (рис 1.1, б). Пробивні напруги в несиметричній системі електродів нижчі, ніж в симетричній.
1.2 Йонізаційні процеси в газі
У відсутності зовнішнього електричного поля частинки газу знаходяться в стані хаотичного (теплового) руху, постійно зіштовхуючись з іншими частинками. Якщо на одиниці довжини шляху частинка зіштовхнулася раз, то середня довжина її вільного пробігу рівна:
Значення залежить від концентрації частинок та від тиску і температури газу. З підвищенням тиску і зменшенням температури зменшується. Частинки газу при тепловому русі переміщуються невпорядковано. Наявність зовнішнього електричного поля призводить до виникнення направленого напрямленого руху заряджених частинок, якщо такі є, тобто появі в газі електричного струму. Рухомість частинки залежить від її ваги: чим більша маса, тим менша її рухливість.
При розгляданні процесів виникнення і зникання заряджених частинок в газі можна вважати електрони частинками і не враховувати їх хвильові властивості. Коли електрони розташовуються на найменших стаціонарних орбітах, то потенціальна енергія атома є мінімальна. Такий стан атома є стійким і називається нормальним. Перехід одного або декілька електронів з нормальних орбіт на більш віддалені від ядра називається збудженням атома. Енергію, необхідну для збудження, атом (молекула) може отримати при зіткненні з іншою частинкою чи поглинанні короткохвильового випромінювання (фотозбудження). Час перебування атома у збудженому стані складає ~10-10 с. Повернення атома в нормальний стан відбувається самовільно і супроводжується випромінюванням фотона.
Коли електрон віддаляється від атома настільки, що взаємодія його з ядром практично зникає, то електрон стає вільним. Відбувається йонізація атома, в результаті котрої утворюються дві незалежні частини: електрон і позитивний йон. Енергія, поглинута атомом, називається енергією йонізації. Енергія збудження та йонізації вимірюється в електрон-вольтах (еВ). Мінімальні енергії збудження та йонізації деяких газів, що містяться в повітрі, наведені в табл. 1.1.
Таблиця 1.1 - Енергія збудження та йонізації газів
|
Газ |
Мінімальна енергія, еВ |
||
|
Збудження |
Йонізації |
||
|
N2 |
6,1 |
15,5 |
|
|
N |
6,3 |
14,5 |
|
|
O |
7,9 |
12,5 |
|
|
O2 |
9,1 |
13,6 |
|
|
H2O |
7,6 |
12,7 |
Одночасно з йонізацією атомів і молекул газу відбувається процес взаємної нейтралізації заряджених частинок - рекомбінація. Внаслідок дії двох протилежних факторів - йонізації та рекомбінації - встановлюється рівноважний стан, при котрому в одиницю часу виникає і рекомбінує певна кількість заряджених частинок. Цей рівноважний стан характеризується певною мірою йонізації газу, тобто відношенням концентрації йонізованих частинок до загальної концентрації частинок.
де - коефіцієнт міри йонізації газу; - концентрація йонізованих частинок; - загальна концентрація частинок ().
Газ, в котрому значна кількість атомів і молекул йонізована, називається плазмою ( йонів на см3).
Концентрація додатних і від'ємних зарядів у плазмі приблизно однакова. Плазма - форма існування речовини при температурі приблизно 5000 К та вище.
При зіткненні електронів з нейтральним атомом чи молекулою можливе захоплення ним електрона й утворення від'ємного йону. Гази, в котрих можливе утворення від'ємних йонів, називаються електронегативними (кисень, хлор, пара води і ін.), а гази, в котрих від'ємні йони не утворюються - електропозитивними (азот, гелій).
1.3 Види йонізації
Розрізняють поверхневу та об'ємну йонізацію. Об'ємна йонізація - утворення заряджених частинок в об'ємі газу між електродами. Поверхнева йонізація - випромінювання (емісія) заряджених частинок з поверхні електродів.
Об'ємна йонізація поділяється на:
1) ударну йонізацію;
2) ступінчасту йонізацію;
3) фотойонізацію;
4) термойонізацію.
Ударна йонізація - співударяння електрона з нейтральним атомом чи молекулою. Якщо до проміжку між електродами в газі прикладена напруга, то заряджені частинки крім теплової швидкості набувають під дією електричного поля напрямлену швидкість
де - швидкість, см/с; - коефіцієнт пропорційності, що отримав назву «рухливість» - швидкість дрейфу зарядженої частинки в електричному полі з , [см2/(В·с) - розмірність рухливості ]:
- рухливість електронів;
- рухливість йонів;
- напруженість зовнішнього електричного поля, В/см.
При цьому кінетична енергія може бути суттєво більшою за теплову енергію і достатньою для здійснення ударної йонізації нейтральних частинок. Умова йонізації може бути записана у вигляді:
де - ефективна маса зарядженої частинки, кг ( - ефективна маса електрона; - ефективна маса протона); - швидкість руху зарядженої частинки, м/с; - енергія йонізації нейтрального атома чи молекули, еВ.
Оскільки швидкість електронів значно більша від швидкості йонів, то ударна йонізація йонами малоефективна і визначною є ударна йонізація електронами.
На рис 1.3, а наведена схема ударної йонізації електроном.
Рисунок 1.3 - Схеми об'ємної йонізації газу
а) ударна йонізація; б) ступінчаста йонізація; в) фотойонізація; - елементарний заряд електрона (), - маса зарядженої частинки
Умовою ударної йонізації електроном є:
де - ефективна маса зарядженої частинки (маса електрона); - швидкість електронів; - енергія йонізації молекули (атома).
Ступінчаста йонізація відбувається тоді, коли енергія першого електрона, який діє на нейтральний атом чи молекулу, приводить атом тільки у збуджений стан, тобто енергія електрона недостатня для йонізації. Дія другого електрона на збуджений атом чи молекулу призводить до йонізації. Час між дією першого і другого електронів повинен бути не більшим за час знаходження нейтрального атома чи молекули в збудженому стані. На рис. 1.3, б, наведено схему ступінчастої йонізації. Умовою ступінчастої йонізації є:
де - маса електрона; - швидкості електронів; - енергія йонізації молекули (атома).
Для здійснення фотойонізації в об'ємі газу енергія фотонів, що випромінюється збудженими атомами чи молекулами, повинна бути більшою за енергію йонізації при поглинанні фотона нейтральним атомом чи молекулою. Цей процес успішно здійснюється в суміші газів (повітря). При фотойонізації можлива і ступінчаста йонізація. На рис. 1.3, в, зображена схема фотойонізації. Умовою фотойонізації є:
де - стала Планка; - власна частота фотона.
Термойонізація обумовлена тепловим станом газу і може відбуватися в результаті таких актів:
1) звільнення йону при співударянні між атомами і молекулами при високих температурах;
2) фотойонізація нейтральних атомів і молекул, збуджених в результаті теплової взаємодії при високих температурах;
3) йонізація при зіткненні електрона з нейтральним атомом чи молекулою при високих температурах.
В газі при тепловому русі відбувається дисоціація молекул раніше, ніж відбудеться йонізація, оскільки енергія дисоціації менша, ніж енергія йонізації. В таблиці 1.2 як приклад наведені енергія дисоціації та йонізації для деяких газів.
Таблиця 1.2 - Енергії дисоціації та йонізації
|
Молекула |
Енергія дисоціації, еВ |
Атом |
Енергія йонізації, еВ |
|
|
О2 |
5,17 |
О |
13,6 |
|
|
N2 |
9,77 |
N |
14,5 |
Поверхнева йонізація (емісія електронів) здійснюється за рахунок:
1) бомбардування поверхні катода додатними йонами - вторинна електронна емісія (схема наведена на рис. 1.4, а);
де - маса йона; - швидкість йону; - енергія виходу електрона.
2) променистої енергії, що опромінює катод, - ультрафіолетове світло, рентген, випромінювання збуджених атомів і молекул в об'ємі газу між електродами - фотоемісія (схема приведена на рис. 1.4, б); при цьому умова для виходу електрона з поверхні:
де - стала Планка; - частота випромінювання фотона; - енергія виходу електрона.
3) нагріву поверхні катода - термоелектронна емісія (схема наведена на рис 1.4, в);
4) енергії зовнішнього електричного поля - автоелектронна чи холодна емісія (схема наведена на рис 1.4, г) можлива при напруженості електричного поля більше 3·102 кВ/см.
Для реалізації поверхневої йонізації необхідно, щоб енергія впливу була більшою за енергію виходу електрона з катода . Енергія нижча за енергію об'ємної йонізації приблизно в 2 рази і більше і залежить від матеріалу електрода. Для мідних і стальних електродів в повітрі робота виходу складає .
Рисунок 1.4 - Схеми поверхневої йонізації
а) йонізація йоном; б) йонізація квантом світла; в) термойонізація; г) автоелектронна йонізація.
1.4 Лавина електронів
Якщо в газі між двома електродами, що утворюють однорідне поле, з'являється вільний електрон, то рухаючись до анода при достатній напруженості електричного поля, він може йонізувати атом чи молекулу газу при зіткненні (рис. 1.3, а). В результаті цього з'являється новий (ще один) електрон і додатній йон. Цей електрон разом з початковим йонізують нові атоми і молекули, і кількість вільних електронів безперервно зростає. Цей процес отримав назву лавини електронів.
Інтенсивність розмноження електронів в лавині характеризується коефіцієнтом ударної йонізації , що рівний кількості йонізацій, що робить електрон на шляху 1 см в напрямку дії електричного поля. Інша назва коефіцієнта ударної йонізації - перший коефіцієнт Таунсенда.
У процесі розвитку лавини одночасно з електронами утворюються додаткові йони. Рухливість йонів значно менша, ніж електронів, і за час розвитку лавини практично не встигають переміститися в проміжку до катода. Таким чином, після проходження лавини електронів в газі залишається додатні, а в електронегативних газах і від'ємні йони, котрі спотворюють (зменшують чи збільшують) зовнішнє електричне поле в проміжку. На рис. 1.5 наведено розподілення напруженості електричного поля в проміжку при проходженні його лавиною електронів. Видно, що напруженість електричного поля на фронті лавини зростає, в середній частині, де розташовуються залишкові додатні йони, зменшується, а поблизу катода знову незначно збільшується.
Рисунок 1.5 - Спотворення електричного поля в проміжку, створюване лавиною: 1 - середня напруженість без лавини; 2 - результуюча напруженість
Для описання лавинного процесу необхідно визначити кількість електронів у лавині. Припустимо, що з катода за рахунок зовнішнього йонізатора виривається електронів (наприклад ). На відстані від катода кількість електронів зросла до (рис. 1.6). Збільшення кількості електронів на шляху буде рівне:
Інтегруючи по від 1 до і по від до , отримаємо:
Рисунок 1.6 - Схема визначення кількості електронів в лавині
В однорідному полі, де коефіцієнт ударної йонізації , оскільки напруженість в будь-якій точці проміжку однакова, будемо мати:
Вираз дає значення електронів у лавині без урахування їх прилипання до нейтральних атомів і молекул. Це явище характеризується коефіцієнтом присипання . Коефіцієнт присипання залежить від роду газу (електронегативний чи електропозитивний). Тоді кількість електронів в лавині з урахуванням присипання буде рівна:
Якщо більше 1, то буде мати вигляд:
Кількість електронів у лавині .
1.5 Умова самостійності розряду
Після проходження першої лавини в проміжку лавинний процес може відновитися, а може і затухнути. Для відновлення лавинного процесу потрібен хоча б один вторинний ефективний електрон. Якщо цей електрон отримується в результаті зовнішнього йонізатора - розряд називається несамостійним. Тобто, якщо забрати зовнішній йонізатор, то лавинний процес не відновиться і розряд потухне. Якщо ж вторинний ефективний електрон виникає в результаті проходження первинної лавини - розряд називається самостійним. Розряд з несамостійного може перейти в самостійний, якщо збільшити прикладену до електродів напругу.
При самостійній формі розряду лавинний процес відновлюється, оскільки сама первинна лавина (і наступні вторинні теж) створює умову для відновлення процесу. Умови відновлення:
1) ті, що залишились після проходження лавини, додатні йони, рухаючись до катода, бомбардують його і викликають емісію електронів з катоду;
2) збуджені атоми і молекули, що утворюються разом з йонізацією, випромінюють фотони, котрі можуть призводити до фотоіонізації в об'ємі проміжку, так і до фотоемісії електронів з катода. Утворені таким чином вторинні електрони призводять знову до утворення лавин в розрядному проміжку.
Кількість додатних йонів, що залишились в проміжку після проходження лавини, рівна кількості електронів у лавині , виключаючи початковий електрон, тобто:
Електрони, вибиті з катода, не всі приймають участь в утворенні вторинних лавин. Частина електронів рекомбінує з додатними йонами. Сумарний процес утворення вторинних електродів з катода характеризується коефіцієнтом вторинної йонізації - другий коефіцієнт Таунсенда. Коефіцієнт залежить від матеріалу катода, складу і тиску газу і завжди . Кількість вторинних електронів, утворених після проходження первинної лавини при самостійній формі розряду, повинна бути не більша:
Рівняння є умовою самостійності розвитку розряду в газовому проміжку. Воно показує, що в результаті проходження первинної лавини необхідне утворення, як мінімуму, одного ефективного електрона, що здатен запалити вторинну лавину.
1.6 Утворення стримера
У процесі розвитку лавини безупинно збільшується кількість електронів та додатних йонів. Зі збільшенням кількості електронів у головці лавини зростає напруженість на фронті лавини (рис 1.5). На хвості лавини напруженість понижена. Електрони в головці лавини зупиняються і не можуть рекомбінувати з йонами. При рекомбінації випромінюються фотони, котрі здатні поблизу хвоста первинної лавини йонізувати нейтральні молекули, утворюючи вторинні лавини.
Вторинні лавини, прямуючи силовими лініями і маючи на головці надлишковий заряд (електрони), втягуються в область позитивного об'ємного заряду, залишеного первинною лавиною. Електрони вторинних лавин змішуються з додатними йонами первинної лавини і утворюють стример - область з найбільшою густиною струму, котра, розігріваючись, починає світитися, а найбільша концентрація частинок (густина струму) утворюється поблизу катода. Для фотойонізації в об'ємі газу енергія фотонів повинна бути більшою енергії йонізації. Цей процес успішно здійснюється в сумішах газів, що містять компоненти з відносно низькою енергією йонізації (в тому числі і в повітрі). Бомбардування катода додатними йонами ефективна при низьких тисках газу.
Критерієм переходу лавинного розряду в стримерний є критична кількість електронів у лавині. Розрахунки показують, що при кількості електронів лавина переходить в стример. Для накопичення такої кількості електронів лавина повинна пройти певну критичну відстань . Отже, з ростом відстані між електронами більше лавина неминуче перейде в стримерну форму розвитку розряду. Необхідно відмітити, що залежить від тиску газу і його складу. Картина утворення стримера наведена на рис. 1.7.
Рисунок 1.7 - Механізм розвитку катодного стримера: 1 - електрод-катод; 2 - канал стримера; 3 - лавини; 4 - рух фотонів; 5 - електрон за рахунок фотойонізації.
1.7 Закон Пашена
Виконання умови самостійного розряду в однорідному полі означає пробій всього проміжку, прийнявши і прирівнявши одиниці, отримаємо:
Про логарифмуємо і перетворимо відносно :
Експериментально встановлено:
де - тиск газу; - напруженість електричного поля; - коефіцієнт, що залежить від стану газу.
де - радіус молекул; - стала Больцмана; - температура в градусах Кельвіна.
- коефіцієнт, що залежить від енергії йонізації газу;
Де - потенціал йонізації газу.
Прирівнюючи вирази і , отримаємо:
Підставивши в , маємо:
Прологарифмуємо , тоді:
Оскільки нас цікавить напруга, при якій відбудеться пробій, прирівняємо . Тоді з :
З видно, що при незмінній температурі розрядна напруга в однорідному полі є функцією добутку тиску на відстань між електродами , тобто
Цю закономірність вперше експериментально виявив Пашен. І вираз називається законом Пашена. Графічно ця закономірність представлена на рис. 1.8.
Рисунок 1.8 - Графічне відображення закону Пашена для повітря
Вигляд цієї залежності можна пояснити, виходячи з фізичних уявлень. При збільшення тиску більше значення, що відповідає мінімуму, призводить до збільшення кількості зіткнень електронів з нейтральними атомами і молекулами і, як наслідок, до зменшення його енергії, що накопичується по всій траєкторії вільного пробігу. Отже, для виникнення ударної йонізації необхідно збільшення напруги . З іншого боку, при тисках менших, ніж ті, що відповідають мінімуму значення, збільшується довжина вільного пробігу і накопичувана електроном енергія, але зменшується кількість зіткнень, що зменшує ймовірність ударної йонізації. Для її збільшення необхідно, щоб якомога більша кількість зіткнень закінчувалось йонізацією. Для цього необхідно збільшувати енергію електрона на траєкторії вільного пробігу, тобто збільшувати .
Закон Пашена у вигляді формули справедливий для нормальної температури. Зміна температури діє зворотно зміні тиску і повинна враховуватися в розрахунках. В загальному вигляді з урахуванням зміни температури закон Пашена запишеться:
- температура в градусах Кельвіна.
Тоді
де - пробивна напруга, приведена до дійсних умов вимірювання; - пробивна напруга, отримана при розрахунку за формулою Пашена.
Експериментальна крива Пашена відрізняється від розрахункової як в області дуже малих значень , так і в області дуже великих. В області дуже малих значень відмінність пояснюється наближенням до вакуумного пробою, при котрому основну роль грають процеси на поверхні електродів, а не в об'ємі газу. При великих значеннях відмінність пояснюється збільшенням напруженості електричного поля на мікро виступах електродів і збільшенні ймовірності виникнення лавин, що понижує .
На основі закону Пашена можуть бути запропоновані способи підвищення пробивної напруги газів:
1) збільшення тиску більше атмосферного;
2) зменшення тиску до значень менших, ніж тиск, що відповідає мінімуму, аж до вакууму.
1.8 Розряд в неоднорідних полях
У неоднорідному полі, на відміну від однорідного, напруженість поля в різних точках проміжку різна за величиною чи за напрямком. До типових проміжків з неоднорідним полем відносяться стрижень-стрижень, стрижень площина, провід-земля і інші реальні ізоляційні проміжки.
На рис 1.9 наведені залежності напруженості від відстані між електродами типу стрижень-площина.
Основні закономірності розвитку розрядів у будь-яких різко неоднорідних полях () практично однакові. При деякій початковій напрузі в проміжку виникає самостійний розряд в лавинній формі, оскільки поблизу стрижня є область з напруженістю, що перевищує значення , яке відповідає виникненню самостійної форми розряду (рис. 1.9). Розряд локалізується в цій області, а вторинні лавини підтримуються або за рахунок фотойонізації з об'єму газу (при додатній полярності стрижня), або за рахунок фотоемісії чи автоелектронної (холодної) емісії з катода (при від'ємній полярності стержня). Такий розряд називається коронним розрядом в лавинній формі. Значення напруги і напруженості поля на електроді при виникненні коронного розряду залежить від міри неоднорідності поля. Зі збільшенням міри неоднорідності напруженість на електроді-стрижні збільшується, а напруга виникнення корони зменшується.
Рисунок 1.9 - Залежність напруженості електричного поля від віддалі між електродами типу стрижень-площина: 1 - ; 2 - ; 3 - - напруженість виникнення самостійної форми розряду
При збільшенні напруги більше , коли кількість електронів у лавині зростає до 107-109, вона переходить у плазмовий стан і в проміжку виникає стример біля електрода з підвищеною напруженістю електричного поля. Якщо в однорідному полі виниклий стример перетинає весь міжелектродний простір, то в різко неоднорідному полі залежно від напруги стример, пройшовши деяку відстань, може зупинитися. При цьому плазма його розпадеться, але поблизу вістря виникають нові стримери, котрі також зупиняються і їх плазма розпадається.
Такий стан розряду стійкий, оскільки при цьому виконується умова самостійності розряду. Цей випадок, коли стримери не досягають протилежного електрода, отримав назву коронного розряду в стримерній формі.
Для пробою всього міжелектродного проміжку необхідно ще збільшувати напругу. Тоді утворюється канал, котрий рухається від електрода з підвищеною напруженістю (вістря) до протилежного електрода. При пересіченні іскровим каналом всього проміжку він перетворюється в електричну дугу, що означає завершення пробою. В різконеоднорідних полях напруга пробою завжди більша за напругу виникнення коронного розряду в будь-якій формі.
1.9 Ефект полярності
У слабконерівномірних полях, де мінімальний і середній градієнти напруги мало відрізняються один від одного, коронна і розрядна напруги практично співпадають одна з одною, вплив полярності невеликий. В сильнонерівномірному полі коронна напруга набагато нижча від розрядної, полярність при несиметричних електродах суттєво впливає на величину розрядної наруги. В проміжку вістря-площина формування розряду залежить від полярності вістря.
При додатній полярності вістря, електрони, що знаходяться в проміжку, рухаючись до вістря в область сильного поля, створюють ударну йонізацію і утворюють лавину електронів. Коли лавина доходить до вістря, електрони лавини нейтралізуються на аноді, а додатні йони внаслідок малої швидкості руху залишаються біля вістря і створюють додатний об'ємний заряд, котрий має власне електричне поле. Взаємодіючи з зовнішнім полем в проміжку, додатній об'ємний заряд послаблює поле поблизу вістря і підсилює його в решті проміжку (рис. 1.10, а). Якщо напруга між електродами достатньо велика, то виникає лавина електронів справа від об'ємного заряду, електрони котрої, змішуючись з додатними йонами об'ємного заряду, створюють зародок каналу анодного стримера, заповнений плазмою. Запалюється стримерний коронний розряд. Додатні заряди цієї лавини будуть розміщуватися на головці стримера і створювати область підвищеної напруженості у зовнішньому просторі. Наявність області сильного поля забезпечує створення нових лавин, електрони котрих втягуються в канал стримера, поступово видовжуючи його. Стример проростає до катода, спричиняючи пробій проміжку при порівняно малій величині розрядної напруги.
При від'ємній полярності вістря електричне поле безпосередньо біля вістря призводить до емісії електронів з катоду, котрі зразу попадають сильне поле і спричиняють ударну йонізацію, утворюючи велику кількість лавин. Електрони лавин, переміщуючись в слабке поле біля анода, втрачають швидкість, захоплюються нейтральними молекулами, робляться від'ємними йонами, що розсіяні в просторі. Додатні йони лавин утворюють об'ємний заряд біля вістря, котрий, взаємодіючи з зовнішнім полем, буде збільшувати напруженість безпосередньо біля вістря і зменшувати в іншій частині проміжку (рис. 1.10, б). Збільшення поля біля вістря призводить до підсилення емісії електронів з поверхні катода, котрі, змішуючись з додатним об'ємним зарядом, утворюють біля катода зародок катодного стримера.
Рисунок 1.10 - Утворення анодного а) і катодного б) стримера: - напруженість зовнішнього поля; - напруженість поля об'ємного додатного заряду; - результуюча напруженість в проміжку після йонізації
Внаслідок великої кількості початкових лавин біля катода плазмовий канал тут представляє собою більш чи менш однорідний шар з радіусом кривизни більшим, ніж біля вістря. Тому електричне поле трошки вирівнюється і напруженість в зовнішній області зменшується.
Рисунок 1.11 - Залежність пробивної напруги від відстані між електродами стрижень-площина на імпульсній напрузі: 1 - додатна полярність вістря; 2 - від'ємна полярність вістря; 3 - однорідне поле.
Зменшення напруженості електричного поля у зовнішньому просторі призводить до того, що для подальшої йонізації в цій частині проміжку необхідно значно збільшити різницю потенціалу між електродами.
При подальшому збільшенні напруги відбувається йонізація праворуч від плазмового шару, велика кількість утвірних лавин призводить до видовження стримера. Однак, також, як і на початку, завдяки великій кількості лавин головка стримера розмита, і зростання напруженості на головці стримера виявляється значно меншим, ніж при додатному вістрі.
У силу розглянутих вище особливостей розвиток стримера при від'ємному вістрі відбувається з більшими труднощами, тому розрядна напруга при від'ємній полярності вістря більша, ніж при додатній полярності (в 2-2,5 рази).
На змінній напрузі пробій відбувається завжди на додатній полярності.
1.10 ефект
Вагомий вплив об'ємного заряду на розвиток розряду в проміжку з різконерівномірним полем використовується на практиці для збільшення розрядних напруг ізоляційних проміжків. Це збільшення досягається розміщенням у проміжку бар'єрів з твердого діелектрика (електрокартон, гетинакс і ін.). При додатному вістрі додатні йони осідають на бар'єр і розтікаються по його поверхні тим рівномірніше, чим далі від вістря розміщений бар'єр. Це призводить до більш рівномірного розподілу напруженості в проміжку між бар'єром і площиною (рис 1.12, а) і, як наслідок, до збільшення розрядної напруги.
При від'ємній полярності стрижня електрони, рухаючись від вістря, потрапляють на бар'єр, втрачають швидкість і більшість з них разом з атомами кисню стають від'ємними йонами. На бар'єрі в цьому випадку з'являється концентрований від'ємний заряд, що збільшує напруженість електричного поля не тільки між додатним об'ємним зарядом біля вістря і бар'єром, але і у зовнішньому просторі (рис 1.12, б). Тому при від'ємній полярності вістря збільшення розрядної наруги в проміжку за наявності бар'єра буде незначним. При розміщенні бар'єра в середній частині проміжку, розрядні напруги при від'ємній і додатній полярностях близькі. При розміщенні бар'єра в безпосередній близькості від додатного вістря роль його зменшується внаслідок різкої нерівномірності розподілу зарядів на бар'єрі. Напруженість поля виявляється достатньою для того, щоб йонізаційні процеси проходили з другої сторони бар'єра. Бар'єр, розміщений в безпосередній близькості від від'ємного вістря, не здатен затримувати швидкі електрони з вістря, котрі проходять крізь бар'єр до площини.
Таким чином, бар'єри в проміжку встановлюються на такій оптимальній відстані від вістря, при котрій розрядні напруги максимальні (20-30% від довжини проміжку між електродами), причому при додатній полярності вістря розрядна напруга може збільшитися в два рази порівняно з проміжком без бар'єра (рис. 1.13).
Рисунок 1.12 - Розподіл напруженості поля в міжелектродному просторі за наявності бар'єра: а) - додатна полярність стрижня; б) - від'ємна полярність стрижня; 1 - розподіл напруженості поля без бар'єра; 2 - розподіл напруженості поля з бар'єром
Рисунок 1.13 - Вплив бар'єра на пробивну напругу газового проміжку при додатній (1,3) і від'ємній (2,4) полярностях напруги: 1,2 - пробивна напруга проміжку без бар'єра; 3,4 - пробивна напруга проміжку з бар'єром
Бар'єри широко використовуються у високовольтних конструкціях, що працюють як на повітрі, так і в оливі (високовольтні вводи, трансформатори і ін.). При змінній напрузі електрична міцність на додатній полярності збільшується і наближається до електричної міцності при від'ємній полярності.
1.11 Вплив часу прикладання напруги на електричну міцність газової ізоляції (вольт-секундна характеристика ВСХ)
При короткочасних імпульсах значення розрядної напруги повітряних проміжків залежить від тривалості впливу. Якщо до проміжку прикладена напруга достатня для пробою, то для розвитку і завершення розряду в проміжку необхідно певний визначений час . Який називається часом розряду (див рис. 1.14).
Рисунок 1.14 - Часова структура розвитку розряду на імпульсній напрузі
Розвиток самостійного розряду починається з появою в проміжку ефективного початкового електрона, що є випадковою подією. Час очікування ефективного електрона схильний до розкиду і тому називається статистичним часом запізнення розряду. Це перша складова часу розряду. Другою складовою, що має також статистичний характер є час формування розряду , тобто час від моменту появи початкового електрона до завершення пробою проміжку. Час називають часом запізнювання розвитку розряду. При достатньо великій тривалості фронту імпульсу має значення також час , що представляє собою час підйому напруги до значення . Таким чином, в загальному випадку час розряду визначається як:
Складові часу розряду і залежать від значення напруги на проміжку. При збільшенні напруги підвищується ймовірність того, що електрони, які з'являються в проміжку, стануть ефективними і зменшується. Зменшується також і , оскільки при великій напрузі зростає інтенсивність розрядних процесів і швидкість просування каналу розряду в проміжку. Тому чим вища розрядна напруга, тим менший час розряду.
Залежність максимальної напруги розряду від часу дії імпульсу називається вольт-секундною характеристикою ізоляції. Оскільки початок і швидкість розвитку йонізаційних процесів залежать від значення напруги, вольт-секундні характеристики залежать від форми імпульсу. З метою уніфікації випробувань і можливості порівнювання ізоляційних конструкцій встановлений стандартний грозовий імпульс з тривалістю фронту (зростання напруги) і тривалістю імпульсу і позначається 1,2/50 мкс. (рис 1.15).
Рисунок 1.15 - Визначення параметрів імпульсу напруги
Для експериментального визначення вольт-секундної характеристики до досліджуваного проміжку прикладаються імпульси стандартної форми. При кожному значенні максимальної напруги імпульсу робиться серія дослідів. В силу статистичного розкиду часу розряду вольт-секундна характеристика виходить у вигляді області точок (рис. 1.16), для котрої вказуються середня крива і границі розкиду часу розряду.
Вигляд вольт-секундної характеристики залежить від ступеня неоднорідності електричного поля в проміжку. Для проміжків з однорідним або слабконеоднорідним полем, вольт-секундна характеристика слабко залежить від (рис 1.17, крива 1), і тільки часі розряду порядку 1мкс і менше розрядна напруга збільшується. Зв'язано це з тим, що розряд в таких проміжках формується за досить малий час при напрузі рівній початковому значенню і відсутня корона. Відзначені властивості вольт-секундної характеристики дозволяють використовувати проміжок між кульовими електродами, що створюють практично однорідне поле, якщо відстань між електродами менша їх радіуса, як універсальний прилад для вимірювання максимальних значень напруги.
Рисунок 1.16 - Побудова вольт-секундної характеристики ізоляції за дослідними даними (грозові імпульси): 1 - імпульс напруги; 2 - крива середніх значень пробивної напруги; 3 - межі розкиду пробивних напруг
Рисунок 1.17 - ВСХ захисних розрядників ізоляції: 1 - ВСХ вентильного розрядника (однорідне поле); 2 - ВСХ трубчастого розрядника (різко неоднорідне поле); 3 - ВСХ захищає мого об'єкта; 4 - імпульс напруги
Вольт-секундні характеристики проміжків з різконеоднорідним полем (рис 1.17, крива 2) мають достатньо велику крутизну, оскільки в таких проміжках час формування розряду сильно залежить від значення прикладеної напруги. Для таких проміжків при грозових імпульсах характерні великі розрядні напруги , ніж при змінній напрузі промислової частоти 50 Гц. Відношення
називається коефіцієнтом імпульсу.
Проміжки з однорідним і слабконеоднорідним полями мають коефіцієнт імпульсу практично у всьому діапазоні часів розряду.
ВСХ-и широко використовуються для координації ізоляції високовольтного обладнання, тобто для захисту від дії грозових і комутаційних перенапруг. З цією метою паралельно захищуваному об'єкту вмикається повітряний розрядник (наприклад, вентильний розрядник) з пологою ВСХ. Надійний захист буде забезпечуватись, якщо ВСХ розрядника (рис. 1.17, крива 1) лежить нижче за ВСХ захищуваного обладнання (крива 3) у всьому діапазоні часу діючої напруги.
1.12 Коронний розряд
Коронний розряд це самостійний розряд, при котрому ударна йонізація електронами має місце не на всій довжині проміжку, а лише біля електродів. Коронний розряд може мати лавинну і стримерну форми. Пробій коронуючого проміжку відбувається при напрузі, яка більша за початкову.
Корона представляє цікавість у зв'язку з втратами енергії при коронуванні ЛЕП. Наприклад, на лініях надвисокої напруги втрати енергії при коронуванні проводів ЛЕП в погану погоду складають 100-200 кВт на кілометр лінії і більше. Крім того, продукти йонізації повітря руйнуючи діє на ізоляцію та металічну арматуру. Коронний розряд також є джерелом акустичного струму і високочастотного електромагнітного випромінювання (спектр частот 0,154-100 МГц), котре створює завади радіо- і телеприйманню.
При коронному розряді відбувається йонізація повітря і біля поверхні проводу утворюється об'ємний заряд того ж знаку, що і полярність і напруга на проводі. Під дією сил електричного поля йони, що складають об'ємний заряд, рухаються від проводу. Для їх руху необхідно запаси енергії, котрі і визначають в основному втрати енергії на корону, оскільки затрати енергії на йонізацію повітря значно менші.
При постійній напрузі розрізняють уніполярну і біполярну корону. Якщо коронує один провід - уніполярна корона. При уніполярній короні генеровані короною заряди, що мають той же знак, що і коронуючий провід під дією електричного поля спрямовуються до землі, де відбувається їх нейтралізація. При біполярній короні об'ємні заряди проводів різноманітної полярності рухаються назустріч один одному. При зустрічі відбувається рекомбінація йонів різних знаків. Частина йонів проникає в простір поблизу протилежного проводу, що призводить до підсилення інтенсивності коронування. Це збільшує втрати на корону.
При змінній напрузі коронний розряд запалюється при досягненні початкової напруги , що рівна напрузі запалювання корони при часі (рис. 1.18, а). навкруги проводу утворюється зона йонізації, що називається чохлом корони (рис. 1.18, в). З чохла корони додатні заряди (як на рис. 1.18, в) виносяться в навколишнє середовище й утворюють зовнішній об'ємний заряд (ОЗ). Процес коронування продовжується доти, доки напруга не досягає при .
Не зважаючи на підвищення напруги до , напруженість на проводі залишається постійною і рівною через вплив об'ємного заряду.
Рисунок 1.18 - Розвиток корони при змінній напрузі
Потім напруга починає знижуватися. Синхронно знижується і напруженість на проводі, що призводить до згасання корони. Але після згасання корони (після ) в просторі навкруги проводу залишається додатний зовнішній об'ємний заряд, котрий ще віддаляється від проводу (рис. 1.18, в). Відстань, на котру віддаляється об'ємний заряд, залежить від напруги на проводі і складає см. Різниця потенціалів між проводом і ОЗ збільшується по мірі зменшення напруженості на проводі до часу . При (рис. 1.18, а, в), коли напруга досягає , котра значно менша , запалюється корона. При цьому негативно заряджені частинки починають рухатися від проводу у зовнішню область, а назустріч (до проводу) рухаються позитивно заряджені частинки з зовнішнього об'ємного заряду. Відбувається рекомбінація заряджених частинок до повної компенсації додатного зовнішнього ОЗ. Потім накопичується від'ємний ОЗ в зовнішній області. Все це відбувається за час від до (рис. 1.18, а, в). В момент часу (початок зменшення напруги) від'ємна корона гасне. Далі всі ці цикли повторюються і запалювання корони на обох полярностях відбувається при . Між проводом і землею є ємність , котра заряджується і розряджається з частотою змінного струму. При цьому між проводом і землею протікає ємнісний струм (рис 1.18, б):
Виникнення коронного розряду в момент призводить до появи струму корони , котрий накладається на ємнісний струм лінії та спотворює синусоїду струму (рис. 1.18, б). Тривалість піків струму корони рівна тривалості її горіння, тобто від до (чи , ).
На змінній напрузі коронування проводів є більш інтенсивне, ніж на постійній напрузі, і за інших рівних умов, втрати енергії на корону суттєво більші.
На характеристики коронного розряду (початкову напругу, втрати енергії, радіоперешкоди, шум) значний вплив мають погодні умови. Атмосферні опади різко знижують початкову напругу виникнення корони.
1.13 Втрати енергії при коронуванні
При проектуванні ЛЕП користуються розрахунковими залежностями втрат енергії при коронуванні.
Розповсюдженою формулою для розрахунку втрат на корону при змінній напрузі є емпірична формула Піка для одиночного проводу:
де - відносна густина повітря; - частота, Гц; - радіус одиночного проводу, см; - відстань між проводами, см; - діюче значення фазної напруги, кВ; - напруга виникнення корони, кВ.
де - коефіцієнт гладкості проводу; - коефіцієнт погоди.
Для ідеально гладкого проводу , для реального витого проводу (залежить від конфігурації проводу). Зазвичай приймають - при поганій погоді.
На лініях електропередачі надвисокої напруги використовують розщеплені проводи у фазах. Для визначення втрат при коронуванні для розщеплених проводів використовують формулу Майра:
де - кількість проводів у фазі; - частота, Гц; - радіус одиночного проводу, см; - напруженість виникнення корони, кВ/см; - еквівалентна напруженість, кВ/см; - коефіцієнт погоди.
Середня напруженість для розщепленого проводу:
Максимальна напруженість:
- еквівалентний радіус одиночного проводу, що має ту ж ємність, що і розщеплена фаза:
- радіус розщеплення фази, см.
Недоліком формули Майра є те, що все різноманіття погодних умов зводиться до двох груп погоди: «хороша» погода () і «погана» погода (). Для України втрати на корону для 3-фазних ЛЕП надвисокої напруги можна розрахувати за формулою Л. Єгоровой та Н. Тіходєєва:
де - амплітудне значення фазної напруги, кВ.
Для визначення втрат на корону протягом року розраховують втрати енергії для кожної групи погоди, а потім сумують їх з врахуванням тривалості групи на протязі року:
де - відносна тривалість групи погоди; - середньорічна потужність втрат при і-тій групі погоди.
Для оцінного підрахунку середньорічних втрат всі погодні умови розбивають на 4 групи: 1) хороша погода; 2) дощ (включаючи мокрий сніг і мряку); 3) сухий сніг; 4) паморозь (включаючи іній та ожеледь). Найбільші втрати в одиницю часу виникають при паморозі. Усереднену тривалість різних груп погоди для України наведено в таблиці 1.3.
Таблиця 1.3 - Тривалість груп погоди за рік
|
Група погоди |
Тривалість групи погоди за рік (год) |
Тривалість груп погоди за рік (%) |
|
|
Хороша погода |
7120 |
81,3 |
|
|
Сухий сніг |
800 |
9,1 |
|
|
Дощ |
500 |
5,7 |
|
|
Паморозь |
340 |
3,9 |
|
|
Сума |
8760 |
100 |
1.14 Розряд в повітрі по поверхні ізоляторів
Розглянемо вплив твердого діелектрика на виникнення і розвиток розряду в повітрі вздовж поверхні ізолятора. В конструкції рис. 1.19, а силові лінії електричного поля паралельні поверхні діелектрика і поле однорідне. В конструкції рис. 1.19, б поле неоднорідне і тангенціальна складова напруженості поля на поверхні діелектрика переважає над нормальною складовою . В конструкції рис. 1.19, в поле також неоднорідне, але переважає нормальна складова. Перша конструкція порівняно рідко зустрічається в реальних умовах, але зручна при виявленні впливу характеристик діелектрика на виникнення розряду, друга і третя конструкція зустрічається часто (опорні та прохідні ізолятори).
В ізоляційній конструкції рис. 1.19, а електрична міцність проміжку з діелектриком менша, ніж чисто повітряного проміжку. Це пов'язано з адсорбцією вологи з навколишнього повітря на поверхні діелектрика, а також з мікропроміжками між твердим діелектриком і електродом. Поверхня всіх тіл у вологому повітрі покрита надтонкою плівкою води. Йони, що утворюються в цій плівці під дією електричного поля, переміщуються до електродів. У результаті цього поле поблизу електродів підсилюється, а в середині проміжку послаблюється. Підсилення поля біля електродів призводить до зниження електричної міцності проміжку. Це зниження тим більше, чим гігроскопічніший діелектрик.
Рисунок 1.19 - Характерні конструкції повітряних проміжків з твердим діелектриком
Наприклад, скло є більш гігроскопічним матеріалом, ніж глазурована порцеляна, тому напруга перекриття вздовж поверхні скла є нижчою, ніж вздовж порцеляни.
Зменшення напруги перекриття ізолятора за наявності мікропроміжку між діелектриком і електродом чи мікротріщини на поверхні діелектрика пов'язано зі збільшенням в них напруженості поля внаслідок неоднаковості діелектричних проникностей повітря і твердого діелектрика (діелектрична проникність твердого діелектрика в 3-4 рази більша, ніж повітря), збільшення напруженості поля в мікропроміжках призводить до виникнення там йонізаційних процесів, продукти котрих (йони і електрони), потрапляючи в основний проміжок, створюють місцеве підсилення поля, що призводить до зменшення напруги перекриття.
Для збільшення розрядної напруги проміжку з твердим діелектриком намагаються використовувати малогігроскопічні діелектрики, створювати покриття з малогігроскопічних матеріалів, які захищатимуть діелектрик від контактів з водяною парою (наприклад, глазурування поверхні порцеляни), а також забезпечити надійне, без мікропроміжків, сполучення тіла ізолятора з металічною арматурою, використовуючи замазування цементом та еластичні провідні щільниці.
В ізоляційній конструкції на рис 1.19, б поле неоднорідне, отже, як і у випадку з чисто повітряним проміжком, розрядна напруга менша, ніж в однорідному полі. Вплив гігроскопічності діелектрика та мікропроміжків тут якісно таке ж, як і в конструкції на рис. 1.19, а, але воно слабкіше виражено, оскільки електричне поле і без цього суттєво неоднорідне. За достатньо великої неоднорідності поля в цій ізоляційній конструкції, як і в чисто повітряному проміжку, виникає коронний розряд. Утвірний при цьому озон і окисли азоту діють на твердий діелектрик. Найбільшу небезпеку коронний розряд представляє для полімерної ізоляції, особливо коли він має стримерну форму. Температура в каналі стримера достатньо висока, і дотик його з поверхнею діелектрика може призвести до термічного розкладу діелектрика й утворення обвугленого сліду з підвищеною провідністю. Довжина цього сліду (треку) з часом зростає, що приводить до перекриття ізолятора з невідновною втратою ним електричної міцності.
Подобные документы
Основи функціонування схем випрямлення та множення напруги. Особливості однофазних випрямлячів змінного струму високої напруги. Випробувальні трансформатори та методи випробування ізоляції напругою промислової частоти. Дефекти штирьових ізоляторів.
методичка [305,0 K], добавлен 19.01.2012Дослідження властивостей електричних розрядів в аерозольному середовищі. Експериментальні вимірювання радіусу краплин аерозолю, струму, напруги. Схема подачі напруги на розрядну камеру та вимірювання параметрів напруги та струму на розрядному проміжку.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 26.08.2014Рівні ізоляції повітряних проміжків при змінній і постійній напругах, по поверхні твердої ізоляції. Вольт-секундні характеристики ізоляторів. Опір ізоляції та коефіцієнта абсорбції. Ізоляція кабелів високої напруги. Перенапруги в електричних установках.
лабораторная работа [653,1 K], добавлен 19.01.2012Розподільні пристрої (РУ) підвищених напруг електричних станцій. Вибір генераторів і блокових трансформаторів, розподіл генераторів між РУ. Варіанти схем РУ всіх напруг, провідників. Визначення втрат електроенергії від потоків відмов елементів схем.
курсовая работа [122,7 K], добавлен 16.12.2010Системи рівнянь для розрахунку струмів і напруг в простому і складному електричних колах. Умови використання методу обігу матриці і формул Крамера. Оцінка вірогідності значення струмів згідно закону Кіргхофа. Знаходження комплексного коефіцієнта передачі.
курсовая работа [255,3 K], добавлен 28.11.2010Розроблення конфігурацій електричних мереж. Розрахунок струмів та напруг на ділянках без урахування втрат та вибір проводів для схем. Особливість вибору трансформаторів. Визначення потужності та падіння напруги на ділянках мережі для схем А і Б.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 17.12.2021Розрахунок перехідного процесу в усіх елементах при замиканні та розмиканні ключа класичним та операторним методами для заданого електричного ланцюга. Побудування узгоджених часових діаграм струмів, напруг в елементах. Тривалість перехідного процесу.
курсовая работа [404,2 K], добавлен 27.03.2012Ознайомлення з пакетом схемотехнічного моделювання Simulink. Особливості складання схем, використання основних вимірювальних приладів. Складання однофазного простого електричного кола. Вимірювання миттєвого, діючого значеня струмів та напруг на елементах.
лабораторная работа [1,8 M], добавлен 29.03.2015Несправності блоків живлення, методи їх усунення. Вимір напруг всередині блоку. Перевірка резисторів, діодів. Електромеханічні вимірювальні перетворювачі. Вимірювальні трансформатори струму та напруги, їх класифікація та метрологічні характеристики.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 27.07.2015Основнi поняття перехiдних процесів в лiнiйних електричних колах. Закони комутацiї i початковi умови. Класичний метод аналiзу перехiдних процесiв. Вимушений i вiльний режими. Перехідні процеси в колах RL і RC. Увiмкнення джерел напруги до кола RC.
реферат [169,2 K], добавлен 13.03.2011
