МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

________________

(подпись)

«___»_________________201_ г.

Техника высоких напряжений

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

Направление подготовки 140400.62 Электроэнергетика и электротехника

Профиль подготовки «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»,

«Электроснабжение»,

«Электроэнергетические системы и сети»

Квалификация выпускника бакалавр

Изучается в 5 семестре

СОГЛАСОВАНО:	РАЗРАБОТАНО:
Зав. выпускающей кафедрой АЭСиЭ .____________ Кононов Ю.Г. "__" _____________ 20______ г. Директор института ИЭЭН ____________ Кононов Ю.Г. "__" _____________ 20______ г. Рассмотрено УМК института ИЭЭН "__" _____________ 20_____ г. протокол N____________ Председатель УМК ________	Зав. кафедрой АЭСиЭ ___________ Кононов Ю.Г. "__" ____________ 20_____ г. Доцент кафедры АЭСиЭ Ястребов С.С., "__" ____________ 20_____ г. Доцент кафедры АЭСиЭ Романенко И.Г., "__" ____________ 20_____ г. Доцент кафедры ФЭиЭ Данилов М.И., "__" ____________ 20_____ г.

Ставрополь

2013

МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Ястребов С.С., Романенко И.Г., Данилов М.И.

Техника высоких напряжений

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

к лабораторным работам

Направление подготовки 140400.62 Электроэнергетика и электротехника

Профиль подготовки «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»,

«Электроснабжение»,

«Электроэнергетические системы и сети»

Квалификация выпускника бакалавр

Ставрополь

2013

Печатается по решению

Учебно-методического совета

Северо-Кавказского федерального

университета

Рецензенты: к.т.н. Седова И.Ю.

Ястребов С.С., Романенко И.Г., Данилов М.И. Техника высоких напряжений: учебно-методическое пособие. — Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2013. – _ с.

В настоящем учебном пособии приведены методика и порядок выполнения лабораторных работ, указания по технике безопасности и перечень вопросов для защиты работ по дисциплине «Техника высоких напряжений». Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и программой дисциплины «Техника высоких напряжений» и предназначено для студентов направления подготовки 140400.62 Электроэнергетика и электротехника профилей «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», «Электроэнергетические системы и сети», «Электроснабжение». Учебно-методическое пособие дает возможность студентам приобрести навыки в проведении экспериментальных исследований.

© ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский

федеральный университет», 2013

Предисловие

Целью дисциплины «Техника высоких напряжений» является формирование согласно ООП ВПО набора профессиональных компетенций ПК-3, ПК-5, ПК-20, ПК-25, ПК-41, ПК-43, ПК-44, ПК-48, ПК-51 будущего бакалавра по направлению 140400.62 Электроэнергетика и электротехника. Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла ООП ВПО и предполагает знание студентами следующих дисциплин: «Высшая математика», «Физика», «Теоретические основы электротехники», «Электротехническое и конструкционное материаловедение». В результате изучения дисциплины у студента формируются указанные выше компетенции, приобретаются знания по устройству изоляции высоковольтных установок, профилактическому контролю изоляции, причин и методов ограничения перенапряжений в электроэнергетических системах, появляются навыки практического применения теоретических знаний для контроля состояния изоляции высоковольтных установок.

Учебно-тематический план дисциплины

№ п/п	Раздел дисциплины	семестр	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость в зач.ед. (часах)				Формы текущего контроля успеваемости (по разделам дисциплины) Форма промежуточной аттестации (по триместрам)
			Лекции	Практические занятия	Лабораторные работы	СРС
	Раздел 1. Изоляция электроэнергетического оорудования	5	0,28(10)	0,33(12)	0,33 (12)	1,33(48)	устный опрос
1	Тема 1. 1 Электрическая прочность газовых промежутков	5	1	2	4	4	устный опрос
2	Тема 2. Корона на проводах линий электропередач	5	1	2	0	6	устный опрос
3	Тема 3. Разряд по поверхности твердого диэлектрика	5	1	0	0	4	устный опрос
4	Тема 4. Электрофизические процессы во внутренней изоляции	5	1	0	0	4	устный опрос
5	Тема 5. Изоляционные конструкции и характеристики воздушных линий	5	1	2	0	6	устный опрос
6	Тема 6. Станционно-аппаратные изоляторы	5	1	0	0	4	устный опрос
7	Тема 7. Контроль изоляции	5	1	2	8	4	устный опрос
8	Тема 8. Изоляция силовых кабелей высокого напряжения	5	1	0	0	2	устный опрос
9	Тема 9. Электрический и тепловой расчет силовых кабелей	5	1	4	0	12	устный опрос
10	Тема 10. Изоляция электрических аппаратов и распределительных устройств.	5	1	0	0	2	устный опрос
	Радел 2. Перенапряжения и методы их ограничений	5	0,17(6)	0,13 (4)	0,13(4)	0,33(12)	устный опрос
11	Тема 11. Грозозащита линий электропередач и подстанций	5	1	2	0	2	устный опрос
12	Тема 12. Методы защиты от перенапряжений	5	2	2	4	6	устный опрос
13	Тема 13. Внутренние перенапряжения	5	2	0	0	2	устный опрос
14	Тема 14. Особенности изоляции силовых трансформаторов	5	1	0	0	2	устный опрос
	Зачет с оценкой						накопительный
	ИТОГО:		0,44 (16)	0,44(16)	0,44 (16)	1,67(60)

Лабораторная работа №1

ПРОБОЙ ГАЗОВОГО ПРОМЕЖУТКА В ОДНОРОДНЫХ И НЕОДНОРОДНЫХ ПОЛЯХ

Цель работы: Формирование у студента компетенций ПК-3, ПК-5. Для этого необходимо изучение характера пробоя воздушных промежутков между электродами типа сфера – сфера, стержень – стержень, стержень - плоскость исследование зависимости пробивного напряжения от расстояния между ними; изучение характера разряда по границе раздела твердый диэлектрик – воздух, изучение особенностей перекрытия проходного изолятора в сравнении с опорным.

1 Основные понятия и количественные характеристики

Воздух является диэлектриком, то есть веществом, в обычном состоянии не проводящим электрический ток. Откуда же в воздухе берутся свободные электрические заряды, за счет которых начинает протекать электрический ток? Основной причиной появления заряженных частиц в воздухе является ударная ионизация – появление заряженных частиц при столкновении электронов с нейтральными молекулами. Первый свободный электрон привносится извне в том плане, что причиной его отрыва от нейтрального атома является внешние ионизаторы типа естественной радиоактивности, космических лучей или ультрафиолетового излучения. При поддержании ионизации электрическим полем разряд становится самостоятельным, не зависящим от внешних ионизаторов. Закономерности самостоятельного разряда определяются величинами и распределением в пространстве электрического поля, то есть в первую очередь формою электродов.

Пробоем изоляции называют потерю изоляцией изоляционных свойств при превышении напряжением некоторого критического значения, называемого пробивным напряжением U_пр. Соответствующая напряженность электрического поля E_пр=U_пр/h, где h – расстояние между электродами, называется электрической прочностью промежутка.

В однородном электрическом поле (электроды типа плоскость – плоскость, сфера – сфера) самостоятельный разряд развивается по всей длине промежутка, что приводит к пробою промежутка. В резконеоднородном поле (стержень – плоскость, стержень – стержень) самостоятельный разряд начинается при сравнительно небольшом напряжении вблизи стержня – возникает корона. При более высоком напряжении произойдет пробой, причем электрическая прочность в этом случае в несколько раз меньше, чем в однородном электрическом поле.

Можно отметить несколько наиболее существенных факторов, определяющих закономерности развития разряда в воздушном промежутке. Во-первых, основными частицами, ответственными за пробой, являются отрицательно заряженные электроны; однополярность основных частиц влечет за собой различия пробоя промежутка с неодинаковыми электродами при разной их полярности. Во-вторых, при ионизации нейтральных молекул остаются малоподвижные положительные ионы, которые в промежутке стержень – плоскость либо экранируют положительное острие, либо резко усиливают поле вблизи отрицательного острия. И, в-третьих, на развитие проводящего канала в газе, называемого стримером, существенное влияние, кроме ударной ионизации, оказывает фотоионизация в объеме газа и ионизация на катоде из-за воздействия фотонов и положительных ионов.

По указанным причинам промежуток с резконеоднородным полем отличается от промежутка с однородным полем наличием коронного разряда и меньшей электрической прочностью. В промежутке стержень – плоскость существует эффект полярности: корона начинается при меньшем напряжении на отрицательном острие, но пробивные напряжения промежутка с отрицательным острием значительно больше, чем с положительным (а на переменном напряжении нужно ожидать пробоя промежутка при положительной полуволне на острие – и при максимальном значении синусоиды напряжения).

Зависимость пробивного напряжения от расстояния между электродами типа плоскость – плоскость, сфера – сфера подчиняется закону Пашена; в нормальных условиях пробивное напряжение растет с ростом расстояния между электродами, но медленнее, чем расстояние.

изучение характера разряда по границе раздела твердый диэлектрик – воздух, его особенностей в сравнении с пробоем; изучение особенностей перекрытия проходного изолятора в сравнении с опорным.

Перекрытием называют разряд по границе раздела двух диэлектриков в изоляционной конструкции. Основная особенность перекрытия – меньшее разрядное напряжение по сравнению с пробоем однородного диэлектрика (в частности, воздуха), хотя основные особенности разряда в однородном диэлектрике (различия процессов в однородном и резконеоднородном поле, особенности разряда в резконеоднородных полях) остаются теми же.

Рисунок 1.1 Схемы работы изоляции в однородных и неоднородных полях

В конструкции с однородным электрическим полем (рисунок 1.1, а) напряжение перекрытия в 1.5..2 раза меньше, чем напряжение пробоя чисто воз-душного промежутка. Считается, что основными причинами снижения раз-

рядного напряжения является, во-первых, наличие микрозазоров между диэлектриком и электродом, приводящих к увеличению в них напряженности электрического поля; во-вторых, накопление заряженных частиц на поверхности твердого диэлектрика с увеличением напряженности поля вблизи них; в-третьих, наличие микрокапель влаги на поверхности твердого диэлектрика, облегчающих разряд.

В конструкции опорного изолятора (рисунок. 1.1, б) поле неоднородно с преобладанием тангенциальной (касательной) к поверхности изолятора составляющей. И здесь разрядное напряжение меньше, чем в чисто воздушном промежутке с такими же электродами.

Рисунку 1.1, в соответствует конструкция проходного изолятора. Не-благоприятное расположение электродов этой конструкции приводит к то-му, что вблизи заземленного фланца напряженность электрического поля особенно велика. Кроме того, в этом случае развивающийся от фланца канал стримера оказывается одной из пластин конденсатора, второй пластиною которого является внутренний стержень. Емкостный ток замыкается по каналу стримера, дополнительно разогревая его и делая устойчивее, что означает возможность развития разряда при меньшем напряжении, чем у опорного изолятора. Напряжение перекрытия в такой конструкции самое меньшее из всех трех вариантов. При перекрытии в таком поле выделяют три стадии разряда:

1. • коронный разряд, который начинается у фланца, где выше напряженность электрического поля;

2. • скользящие разряды, при которых видны отдельные искры, увеличенные в размерах, развивающиеся на значительную длину, но еще не захватывающие весь промежуток;

3. • перекрытие, при котором скользящий разряд перекрывает весь промежуток и переходит в дугу.

Напряжение перекрытия является одной из основных характеристик изоляторов; оно определяется для сухого состояния (сухоразрядное напряжение) и при смачивании поверхности изолятора дождем интенсивностью 3 мм/мин, падающим под углом 45 к вертикали (мокроразрядное напряжение).