ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

(ОмГУПС (ОмИИТ))

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

Зависимость электрической прочности воздушного промежутка от формы электродов разрядника

Отчет по лабораторной работе № 4

по дисциплине «Электротехнические материалы и техника высоких напряжений»

Выполнил:

студент гр. 41Е

Хафизов Э.Р.

Проверил:

доцент кафедры ЭЖТ

И.В. Тарабин

Омск 2012

Цель работы: изучение особенностей электрического разряда в воздушном промежутке в зависимости от формы электродов разрядника, сравнение опытных данных электрической прочности воздушных промежутков с расчетными.

1 Краткие теоретические сведения

Электрическая прочность воздушного промежутка зависит от расстояния между электродами, атмосферного давления и температуры, на характер этой зависимости влияют форма и размеры электродов.

Схема лабораторной установки для исследования зависимости электрической прочности воздушного промежутка от формы электрода приведена на рисунке 1, где ИП– испытуемые воздушные промежутки, подключаемые поочередно (1– «игла – игла», 2 – «игла – плоскость», 3 – «плоскость – плоскость», 4 – «шар – шар»), расстояние в промежутке может изменяться по условию опыта.

Рисунок 1 – Схема лабораторной установки для исследования зависимости

электрической прочности воздушного промежутка от формы электрода

Пробивное напряжение воздушного промежутка определяется по показаниям вольтметра, включенного в первичную обмотку повышающего трансформатора, с последующим пересчетом полученного значения через коэффициент трансформации, вычисленного в первой лабораторной работе:

. (1)

При проведении опытов напряжение следует увеличивать от нуля до пробивного значения со скоростью 1 кВ/c, так как при большей скорости показания вольтметра U₁ будут занижены вследствие инерционности стрелки вольтметра за счет влияния переходных процессов. Относительная плотность воздуха  при изменении температуры и влажности определяется по формуле:

. (2)

R – радиус шаров, см;

P – барометрическое давление, мм рт. ст.;

t – температура окружающей среды, ^оС.

При атмосферных условиях (Р = 730 мм рт. ст.; t = 23^оС) относительная плотность воздуха  равна 0,95.

2 Экспериментальная и расчётная часть

В ходе выполнении лабораторной работы при напряжении промышленной частоты необходимо получить экспериментальным и расчетным путем зависимость пробивных напряжения и напряженности электрического поля воздушного промежутка от расстояния между электродами.

При проведении всех опытов необходимо изменять размер разрядного промежутка в пределах от 1 до 5 см через 1 см.

1) Опыт с электродами «игла – игла». Результаты измерений и расчетов занесены в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты проведения опыта с электродами «игла – игла»

Размер разрядного промежутка, см	Напряжение U1, В				Экспериментальное значение				Расчетное значение
	измерение				, кВ	, кВ	, кВ/см	, кВ		, кВ/см
	1-е	2-е	3-е	ср.
1 2 3 4 5	19 41 65 80 93	19 45 65 80 93	19 43 65 80 94	19 43 65 80 93,3	7,9 18 27,3 33,6 39,1	8,3 18,9 28,7 35,3 41,1	8,3 9,4 9,5 8,8 8,2	13,9 18,4 22,9 27,4 31,9		7,9 9 9,1 8,4 7,8

В таблицах 1 – 4 для всех типов электродов используются следующие обозначения параметров:

– пробивное напряжение с учетом атмосферного давления и температуры, = ;

– напряженность, по данным опыта .

Пробивные напряженность и напряжение для электродов «игла – игла» определяются по формулам:

; (3)

. (4)

Пример расчёта:

_{Uпр = kU1=420·19=7,9кВ}

= =

кВ/см

2) Опыт с электродами «игла – плоскость». Результаты измерений и расчетов занесены в таблицу 2.

Таблица 2 – Результаты проведения опыта с электродами «игла – плоскость»

Размер разрядного промежутка, см	Напряжение U1, В				Экспериментальное значение				Расчетное значение
	измерение				, кВ	, кВ	, кВ/см	, кВ		, кВ/см
	1-е	2-е	3-е	ср.
1 2 3 4 5	29 45 59 72 85	29 45 60 70 85	29 46 60 72 85	29 46,3 59,6 71,3 85	12,1 19,4 25 29,9 35,7	12,7 20,4 26,3 31,4 37,5	12,7 10,2 8,7 7,8 7,5	13,9 18,4 22,9 27,4 31,9		12,1 9,7 8,3 7,4 7,1

Пробивные напряженность и напряжение для электродов «игла –плоскость» определяются по формулам (3), (4).

Пример расчёта:

_{Uпр = kU1=420·29=12,1кВ}

= =

кВ/см

3) Опыт с электродами «плоскость – плоскость». Результаты измерений и расчетов занесены в таблицу 3.

Таблица 3 – Результаты проведения опыта с электродами «плоскость – плоскость»

Размер разрядного промежутка, см	Напряжение U1, В				Экспериментальное значение				Расчетное значение
	измерение				, кВ	, кВ	, кВ/см	(п-п), кВ		(п-п), кВ/см
	1-е	2-е	3-е	ср.
1 2 3 4 5	41 67 86 105 117	41 68 87 105 115	40 67,3 86,6 104,6 116	40,6 67,3 92,3 105 116	17 29,6 36,3 43,9 48,7	17,8 29,6 38,2 46,2 51,2	17,8 14,8 12,7 11,5 10,2	27,9 52 73,4 98,6 121,5		17 14,1 12,1 10,9 9,7

Пробивные напряжение и напряженность для равномерного электри-ческого поля между электродами «плоскость – плоскость» определяются по формулам:

; (5)

. (6)

Пример расчёта:

_{Uпр = kU1=420·40,6=17кВ}

= =

кВ/см

4) Опыт с электродами «шар – шар». Результаты измерений и расчетов занесены в таблицу 4.

Таблица 4 – Результаты измерений в опыте с электродами «шар – шар»

Размер разрядного промежутка, см	Коэффициент неравномерности поля f	Напряжение U1, В				Экспериментальное значение			Расчетное значение
		измерения				, кВ	, кВ	, кВ/см	, кВ	, кВ/см
		1-е	2-е	3-е	ср.
1 2 3 4 5	1,7 2,5 3,3 4,2 5,1	50 80 92 105 111	51 79 92 105 110	50 80 93 105 111	50,6 79,6 92,3 105 110,6	21,2 33,4 38,8 44,1 46,4	22,3 35,1 40,8 46,4 48,8	37,9 43,8 44,8 48,7 49,7	26,5 36,1 41 42,9 44,2	45,1 45,1 45,1 45,1 45,1

Пробивная напряженность при симметричном расположении шаров определяется по формуле:

. (7)

Пробивные напряженность и напряжение для электродов «шар – шар» рассчитываются по уравнениям:

; (8)

. (9)

Пример расчёта:

_{Uпр = kU1=420·50,6=21,2кВ}

= =

E_пр(ш-ш)=27,2·0,95

кВ

см

Рисунок 2 – Зависимость пробивного напряжения U’_пр от расстояния между электродами Х (опытные значения)

кВ

см

Рисунок 3 – Зависимость пробивного напржения U_пр от расстояния между электродами Х (теоретические значения)

кВ/см

см

Рисунок 4 – Зависимость напряженности Е’_пр от расстояния между электродами Х (опытные значения)

см

кВ/см

Рисунок 5 – Зависимость напряженности Е_пр от расстояния между электродами Х (теоретические значения)

Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы мы изучили особенности электрического разряда в воздушном промежутке в зависимости от формы электродов разрядника, построили графики зависимости напряжения и напряжённости в зависимости от расстояния между электродами. Для исследования были предложены следующие электроды: «игла – игла» - резконеоднородное поле, «игла – плоскость» - резконеоднородное поле, «плоскость – плоскость» - однородное поле, «шар – шар» - слабонеоднородное поле.