Лабы / Кутонов5А93_лб2

Министерство науки и высшего образования Российской федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа энергетики

Направление 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Отделение Электроэнергетики

Отчет по лабораторной работе №2

«Разряды в воздухе при переменном напряжении»

Выполнил:

Студенты группы 5А93 ______________ Белокуров Д. В.

Комбатуров Т.Н.

Кутонов В.С.

Руденок В.А.

Селяев А. В.

Проверил преподаватель: _____________ Шолохова И.И.

Томск — 2022

Цель работы

Исследование зависимости разрядного напряжения в воздухе от расстояния между электродами при различной форме электродов.

Краткие сведения

Основным диэлектриком для создания изоляции линий электропередачи и высоковольтного оборудования, работающего на открытых участках, является воздух. При нормальных атмосферных условиях электрическая прочность воздушных промежутков невелика и в однородном электрическом поле при нормальных условиях равна 30 кВ/см.

При приложении к воздушному промежутку высокого напряжения происходит эмиссия электронов из катода, их ускорение в электрическом поле и ионизация атомов и молекул воздуха, что приводит к появлению большого количества носителей зарядов в лавинах, которые преобразуются в стримеры. В результате этого в воздухе формируется плазменный разрядный канал, который перемыкает промежуток. Минимальное напряжение, при котором происходит полная потеря диэлектриком изолирующих свойств называется разрядным напряжением (U_р).

В неоднородных и резконеоднородных полях ионизация начинаетсятолько в областях с наибольшей напряженностью поля. Возникший в таких областях самостоятельный разряд называется короннымразрядом, а начальное напряжение – напряжением зажигания коронногоразряда. В слабонеоднородных полях (К_н = Е_max/E_ср ≤ 3) коронный разряд неустойчив и быстро переходит в полный пробой.

Число электронов в лавине, развивающейся от одного эффективногоэлектрона, равно

где n – число электронов в лавине; х – расстояние, пройденное лавиной; α – эффективный коэффициент ударной ионизации.

Величина разрядного напряжения зависит от длины промежутка, размеров и формы электродов (рис. 1), способа их подключения, плотности и вида газа, полярности и частоты напряжения.

Схема установки

Ход выполнения работы

Таблица 1 – экспериментальные и расчетные данные

Форма электродов	S, см	Экспериментальные данные							Расчетные данные
		кВ			Uр ср, кВ		Eср, кВ/см			Uр, кВ		Eср, кВ/см
		1	2	3
Острие-плоскость	1	8	8	8
	2	18	14	16		22,62		11,31			9,8		4,9
	3	24	22	22		32,06		10,69			9,8		3,27
Острие-острие	1	10	10	10		14,14		14,14			16,1		16,1
	2	16	16	16		22,63		11,31			16,1		8,05
	3	22	22	24		32,06		10,69			16,1		5,37
Шар-шар	1	20	20	20		28,28		28,28			29,9		29,9
	2	39	38	40		55,15		27,58			56,08		28,04
	3	58	57	58		81,55		27,18			79,03		26,34
Коронирующие кольца	1	12	12	12		16,97		16,97			-		-
	2	18	19	18		25,93		12,96			-		-
	3	26	25	25		35,83		11,94			-		-

Температура в условиях опыта: T=18+273=291K;

Давление в условиях опыта: P=762 мм рт. ст.

Для электродной системы острие-плоскость:

Для электродной системы острие-острие:

Радиус шара: R=5см;

Температура в условиях опыта: T=18+273=291K;

Давление в условиях опыта: P=762 мм рт. ст.

Для электродной системы шар-шар:

Рисунок 3 – Зависимости Uр= f(S) «острие-плоскость»

Рисунок 4 – Зависимости Eр = f(S) «острие-плоскость»

Рисунок 5 – Зависимости Uр= f(S) «острие-острие»

Рисунок 6 – Зависимости Eр = f(S) «острие-острие»

Рисунок 7 – Зависимости Eр = f(S) и Uр= f(S) «Коронирующие кольца»

Рисунок 8 – Зависимости Uр= f(S) «шар-шар»

Рисунок 9 – Зависимости Eр = f(S) «шар-шар»

На графиках представлены зависимости разрядного напряжения и напряжённости от величины воздушного промежутка в четырех системах электродов: острие-плоскость, острие-острие, коронирующие кольца и шар-шар. Система шар-шар обеспечивает слабонеоднородное поле, т.к. выполняется условие однородности S/D<0,5.

Системы острие-плоскость, острие-острие и коронирующие кольца – системы электродов, создающие резконеоднородное поле.

В случае систем острие-острие и коронирующие кольца имеем симметричное резконеоднородное поле, а в случае системы острие-плоскость – несимметричное. С увеличением расстояния разрядное напряжение системы шар-шар растёт существенно быстрее, чем в системах резконеоднородного поля.

Вывод

В ходе лабораторной работы была исследована зависимость разрядного напряжения в воздухе от расстояния между электродами при различной форме электродов. Как видно из зависимостей Uр= f(S), чем больше расстояние между электродами, тем больше разрядное напряжение. Это подтверждается теорией возникновения разряда. С увеличением Sпо графикам наблюдается уменьшение Eр, это объясняется тем, что неоднородность поля возрастает с увеличением расстояния. В опыте при системе электродов шар-шар экспериментальные данные и расчётные наиболее точное совпали между собой, так как шары являются наиболее оптимальной формой для создания электрического поля. Острие-плоскость и острие-острие имели электрическое поле отличное от теоретического из-за отсутствия соосности между электродами.

Кривые для экспериментальных данных и для расчетных заметно отличаются, что объясняется тем, что расчетные формулы учитывают лишь влияние на возникновение разряда только внешней среды, без учета параметров экспериментальной установки, поэтому данные, полученные в ходе расчета более приближены к идеальным.

Рисунок 10 – Протокол измерений

Контрольные вопросы

1. Для каких целей вводится поправка на относительную плотность воздуха?

Реальные условия практически всегда отличаются от нормальных. Для точного сопоставления результатов измерений, проведенных при различных условиях внешней среды, необходимо вводить поправку, таким образом, приводя к нормальным условиям.

2. Почему в однородном поле отсутствует коронная форма разряда?

Коронный разряд происходит в части промежутка с наибольшей напряженностью поля. Так как в однородном поле напряженность постоянна вдоль силовых линийЕ_макс = Е_ср, то коронный разряд непосредственно переходит в полный пробой.

3. Какие параметры электродной системы влияют на максимальную и среднюю напряженность электрического поля?

Длина промежутка; размер и форма электродов; плотности газа; температура среды; вид газа; полярность напряжения; частота напряжения; способ подключения электродов.

4. Как классифицируется и чем определяется степень неоднородности электрического поля?

Степень неоднородности электрического поля между электродами характеризуется коэффициентом неоднородностиk, который равен отношению максимальной напряженности к средней напряженности поля между электродами. В однородном поле его напряженность постоянна вдоль силовых линий(k=1). Электрические поля разделяются на однородные, слабонеоднородные и резконеоднородные. Слабонеоднородным можно назвать поле, в котором напряженность изменяется вдоль силовых линий не более чем в 2-3 раза (1<k≤3). При больших значениях изменения напряженности электрического поля имеем резконеоднородное поле (k>3).