Лабораторна робота № 4 дослідження електричних розрядів на поверхні ізоляційних конструкцій

Мета роботи

Вивчити і експериментально дослідити вплив різних факторів на значення напруги перекриття на поверхні ізоляційних конструкцій.

Основні теоретичні відомості

Більшість ізоляційних конструкцій з твердим діелектриком можуть бути приведені до трьох характерних випадків:

- розміщення діелектрика в однорідному полі (рисунок 4.1, а);

розміщення діелектрика в неоднорідному полі, де переважає тангенційна складова електричного поля Е (рисунок 4.1, б);

- розміщення діелектрика в неоднорідному полі, коли нормальна складова напруженості Ен набагато більша від тангенційної складової Etg (рисунок 4.1, в).

Рисунок 4.1 – Розміщення діелектрика в однорідному (а) і неоднорідному (б, в) полях (1 – електроди; 2 – діелектрик)

Наявність діелектрика в проміжку між електродами при будь-якій формі електричного поля завжди приводить до зниження розрядних напруг Uр і розряд проходить на поверхні діелектрика. Значну роль в зниженні розрядних напруг відіграє зволоження поверхні діелектрика. В ізоляційних матеріалах, що мають велику поверхневу гігроскопічність (скло, фарфор, бакелізований папір, картон тощо) зниження розрядних напруг є більшим, ніж в малогігроскопічних матеріалах (парафін, бітум, фторопласт, вініпласт тощо).

На величину напруги перекриття впливає тривалість прикладення напруги. Чим більша тривалість прикладеної напруги (постійної або промислової частоти), тим більше спостерігається зниження напруги при перекритті діелектриків. Це свідчить про відносно повільний розвиток процесу, що пов'язаний з перерозподілом розрядів по поверхні діелектрика. При імпульсній напрузі електричне поле в проміжку не встигає значно змінитися і напруга перекриття знижується (при однакових зовнішніх умовах) менше, ніж при постійній чи змінній напрузі. Суттєво впливають на значення розрядної напруги повітряні проміжки між діелектриком і електродами. В цих прошарках виникають іонізаційні процеси і продукти іонізації розповсюджуються по поверхні діелектрика, що приводить до значного (іноді в два і більше разів) зниження розрядної напруги. Для усунення цього явища поверхні діелектрика, що торкаються електродів, металізують або покривають вугільною пастою чи цементуючими замазками.

В конструкціях з домінуючою нормальною складовою електричного поля Ен (прохідні ізолятори) спочатку виникає коронний розряд. Потім біля електродів на поверхні діелектрика з'являються розряди, що світяться (стрімери), які розповсюджуються на значні відстані від електродів. Стрімерні канали мають значно більшу ємність стосовно протилежного електрода, що приводить до збільшення струму, термічної іонізації і, відповідно, до більш сприятливих умов розвитку розряду. Довжина ковзних розрядів визначається виразом:

,

де Спит – питома поверхнева ємність;

U – прикладена напруга;

k – постійна, що залежить від полярності електродів і поверхневих властивостей діелектриків.

Для збільшення розрядної напруги по поверхні діелектриків необхідно збільшити довжину шляху витоку струму за допомогою встановлення ребер на поверхні ізоляційних конструкцій.

Опис експериментальної установки

Електрична схема установки зображена рисунку 4.2.

АТр Тр

R

Рисунок 4.2 – Електрична схема для дослідження розрядів на поверхні ізоляційних конструкцій

Джерелом напруги служить випробувальний трансформатор Тр на 100 кВ, вхідна напруга якого регулюється автотрансформатором АТр і контролюється вольтметром V. Резистор R захищає обмотки трансформатора від струмів короткого замикання.

Для дослідження розрядів на поверхні діелектриків використовують макет опорного і прохідного ізолятора, виконаний з скляної трубки Т (рисунок 4.3).

В роботі досліджується вплив питомої поверхневої ємності С_пит на значення напруги перекриття (рисунок 4.4), де заземлена металева пластина 1 може переміщуватися на відстань d від діелектрика 2 (скло), по поверхні якого проходить розряд між високовольтним електродом 3 і землею при постійній відстані l. При збільшенні відстані між металевою пластиною і діелектриком буде зменшуватись С_пит, а напруга перекриття, відповідно, буде збільшуватися.

В роботі також досліджується вплив внутрішніх екранів, що встановлюються в малогабаритних ізоляторах, на напругу перекриття.

Рисунок 4.3 – Макет ізолятора Рисунок 4.4 – Пристрій для дослідження

впливу питомої поверхневої ємності на

розвиток розряду

Порядок виконання роботи

Ознайомитися з схемою установки, розташуванням її елементів і об'єкта дослідження, з порядком проведення вимірювань і технікою безпеки при роботі на установці.

Визначити розрядні напруги на поверхні діелектрика Uр в залежності від відстані l Uр=(1) (рисунок 4.3) для моделей опорного і прохідного ізоляторів. Значення l змінювати в межах від 4 до 12 см через 1 см. Результати вимірювань записати в таблиці 4.1 і 4.2.

Таблиця 4.1 – Результати вимірювань моделі опорного і прохідного ізолятора

ізолятор	l, cм	4	5	6	7	8	9	10	11	12
опорний	Uр, кВ
прохідний	Uр, кВ

Користуючись пристроєм, зображеним на рисунку 4.4, при постійній відстані l між високовольтним і заземленим електродами, визначити розрядні напруги, змінюючи відстань d від 0 до 5 см через 1 см. Результати досліджень записати в таблицю 4.2.

Таблиця 4.2 – Результати досліджень впливу питомої поверхневої ємності на значення розрядної напруги

d, см	0	1	2	3	4	5
Uр, кВ

4 Тричі виміряти напругу перекриття для опорних ізоляторів з внутрішнім екраном і без нього. Результати досліджень записати в таблицю 4.3.

Таблиця 4.3 – Результати досліджень впливу внутрішніх екранів на величину розрядної напруги

Конструкція ізолятора Розрядна Напруга	З внутрішнім екраном	Без екрану
Up1, кВ
Up2, кВ
Up3, кВ

Опрацювання результатів досліджень

За результатами досліджень :

- побудувати графіки залежностей Up(l) і Ep(l) для моделей опорного і прохідного ізоляторів;

- побудувати залежність Up(d);

- визначити середні значення розрядних напруг;

- зробити висновки за результатами проведених експериментів.

Контрольні запитання

1. Які параметри ізоляційних матеріалів впливають на напругу перекриття ізоляційних конструкцій?

2. Який вплив має нормальна складова напруженості електричного поля на значення напруги перекриття ізолятора?

3. Яке призначення внутрішнього екрану в малогабаритних ізоляторах?

4. Як впливає питома поверхнева ємність на значення розрядної напруги?

5. Яким чином можна збільшити напругу перекриття ізоляційних конструкцій?