3.2. Описание установки

Принципиальная электрическая схема установки представлена на рис. 3.1. Схема содержит следующие элементы:

– автомат, отключающий питание при перегрузке по току;

– контакты дверной блокировки, размыкающиеся при открывании двери кабины;

– лабораторный автотрансформатор, служащий для регулирования низкого напряжения;

– испытательный высоковольтный трансформатор, служащий для создания высокого напряжения на испытуемом объекте;

О – объект испытания (воздушный промежуток между электродами различной конфигурации);

– защитное сопротивление в виде стеклянной трубки с водой, ограничивающее величину тока во вторичной обмотке при пробое воздушного промежутка;

– диод, служащий для подачи на объект выпрямленного напряжения;

– ключ, от положения которого зависит вид подаваемого на объект напряжения.

Рис. 3.1. Электрическая схема экспериментальной установки

Д ля определения зависимости пробивного напряжения воздуха от произведения давления на расстояние между электродами (закон Пашена) используется установка, схема которой представлена на рис. 3.2. В качестве объекта испытания используются цилиндрические электроды с различными расстояниями между ними, заключенными в камеру 1 из изоляционного материала. С помощью вакуумного насоса 2 в камере 1 создается разрежение. Остаточное давление измеряется вакуумметром 3. Давление в камере можно увеличивать до атмосферного, путем открывания вентиля 4. При определении пробивных напряжений на промежутках между электродами 1 и 2 мм ключ переводится в положение 1 (рис. 3.2), в этом случае высоковольтный трансформатор питается через понижающий трансформатор (100/10 В). При подключении к электродам с промежутком 10 мм переключатель необходимо перевести во положение I I.

Рис. 3.2. Схема экспериментальной установки при исследовании закона Пашена

3.3. Задание на предварительную подготовку

1. Построить примерный ход зависимости электрической прочности воздуха от расстояния между электродами в однородном поле.

2. Построить примерный ход зависимости электрической прочности газа от давления. Дать объяснение.

3. Построить примерный ход зависимости пробивного напряжения воздуха от длины промежутка стержень-плоскость при обеих полярностях выпрямительного напряжения. Дать объяснение.

3.4. Задание на измерение

1. Перед началом работы ознакомиться со схемой установки, расположением ее элементов, порядком проведения переключений, необходимых для выполнения всех пунктов задания на измерение, а также инструкцией по технике безопасности при работе на установке. Записать температуру и давление в лаборатории.

2. Собрать схему для определения пробивного напряжения на переменном напряжении (рис. 3.1).

3. Определить пробивное напряжение воздуха в промежутке между электродами Роговского, меняя расстояние между ними от 0,5 до 3,5 см через 0,5 см. При каждом расстоянии делать четыре пробоя, за пробивное напряжение принять среднее из последних трех, первый пробой в расчет не принимать.

4. Вычислить по формуле (3.5), – по формуле (3.2), – по формуле (3.4). Построить графики зависимостей , . Пробивное напряжение , кВ, подсчитывается по формуле

, (3.5)

где – показание вольтметра перед пробоем в вольтах;

– коэффициент трансформации трансформатора .

, (3.6)

где и – значения номинальных напряжений соответственно на первичной и вторичной обмотках испытательного трансформатора (указаны на табличке данных трансформатора).

5. Определить пробивное напряжение воздуха при различной форме электродов: «шар-шар», «игла-игла», «плоскость-плоскость", электроды Роговского – при расстоянии между электродами 2 см. По расчетным формулам (3.5) и (3.2) вычислить , и построить диаграмму изменения в зависимости от формы электродов.

6. Собрать схему (рис. 3.1) для определения пробивного напряжения воздуха на выпрямленном напряжении между электродами “игла-плоскость”.

7. При обеих полярностях иглы, меняя расстояние между электродами от 1 см до 5 см через 1 см, определить пробивное напряжение воздуха. По расчетным формулам (3.5) и (3.2) вычислить , и построить зависимости при обеих полярностях иглы.

8. Собрать схему (рис. 3.2) для определения зависимости пробивного напряжения воздуха от давления при трех значениях расстояния между электродами (2 мм, 4 мм и 10 мм).

9. Определить пробивное напряжение воздуха для трех расстояний между электродами при различном остаточном давлении в камере (1; 0,8; 0,6; 0,4; 0,2 атм и далее до возможного минимума). Давление в камере определяется по следующим соотношениям:

, (3.7)

где – давление в лаборатории, Па;

– определяется по соотношению (3.8).

, (3.8)

где – отсчет по шкале вакуумметра.

Подсчитать (для промежутка 2 и 4 мм по формуле (3.9), для промежутка 10 мм – по формуле (3.10), и .

, (3.9)

где .

. (3.10)

Построить зависимости , используя значения , полученные для всех трех промежутков во всем указанном диапазоне давления.

Порядок выполнения п. 9 следующий:

– присоединить первый электрод первого промежутка к высоковольтному зажиму трансформатора через ;

– включить электродвигатель М насоса (рис. 3.2) в сеть;

– после включения двигателя перевести вентиль 4 (рис. 3.2) в положение “открыт” и следить за показанием вакуумметра;

– после установления вакуумметра на минимальном возможном значении давления перевести вентиль в положение “закрыт”. Нельзя отключать двигатель при открытом вентиле, так как камера и трубка при этом заполняются маслом;

– убедившись, что ЛАТР установлен в нулевом положении, закрыть дверь кабины, включить установку в сеть и повышать напряжение до появления отчетливого свечения между электродами; записать показания вольтметра; снять напряжение и произвести пробой еще два раза;

– при отключенном трансформаторе осторожно открыть доступ воздуха в камеру через вентиль 4 (рис. 3.2) и повторить опыты при новой ступени давления и т. д.;

– отключить трансформатор от сети, присоединить высоковольтный зажим трансформатора на второй промежуток и произвести аналогично опыт на втором промежутке. Затем перейти на третий промежуток.

10. Результаты опытов и расчетов привести в табл. 3.1–3.3.

Таблица 3.1

Форма электродов									Примечание
		1	2	3	Ср
	см	В				кВ	кВ	кВ/см
Электроды Роговского	1 1,5 2 2,5 3 3,5
«Игла-игла»	2,0
«Плоскость-плоскость»	2,0
«Шар-Шар»	2,0

Таблица 3.2

Электроды «игла-плоскость»
Полярность иглы								Примечание
		1	2	3	Ср
	см	В				кВ	кВ
+(-)	1 . . . 5

Таблица 3.3

											Примечание
					1	2	3	Ср
м			Па	Па∙м	В				кВ	кВ

11. Составить отчет, который должен содержать:

– схемы установок, технические характеристики оборудования;

– расчетные формулы;

– данные измерений, графики полученных зависимостей;

– анализ полученных результатов и выводы.