Лабораторная работа 1 Гайдук Самоснов

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 и электротехники

Отчет по лабораторной работе №1

«Разряд в слабонеоднородном поле»

Выполнили студенты группы 5А93 Гайдук К.А.

Самсонов Д.П.

Проверил старший преподаватель: _____________ Шолохова И.И.

Томск — 2022

Цель работы: Изучение влияния неоднородности электрического поля на разрядное напряжение между электродами в слабонеоднородном поле.

Краткие теоретические сведения:

Атмосферный воздух является самым распространенным диэлектическим "материалом" для создания внешней изоляции энергетического оборудования и электрических аппаратов. Изолируемые электроды располагаются на определенных расстояниях друг от друга и от земли и укрепляются в заданном положении с помощью изоляторов. Разрядное напряжение воздушного промежутка зависит от конфигурации электрического поля между электродами и давления, температуры и влажности воздуха. В связи с этим знание процессов, сопровождающих нарушение электрической прочности воздуха, является весьма важным.

Рисунок 1 – Различные конфигурации электрического поля:

а – однородное; б – слабонеоднородное; в, г – резконеоднородное

Степень неоднородности электрического поля между электродами характеризуется коэффициентом неоднородности , который равен отношению максимальной напряженности к средней напряженности поля между электродами:

Средняя напряженность есть отношение напряжения U, приложенного к электродам, к расстоянию между электродами S:

Процесс роста числа электронов, движущихся к аноду, получил название лавины электронов. Интенсивность размножения электронов в лавине количественно характеризуется коэффициентом ударной ионизации , численно равным числу ионизаций, производимых электронами на пути в 1 см по направлению электрического поля.

Рисунок 2 – Схема экспериментальной установки:

АТ – автотрансформатор, Т – высоковольтный трансформатор, R_защ – защитное сопротивление, V1 и V2 – выпрямители, С1 и С2 – фильтры, R1 и R2 – высоковольтный омический делитель, V – вольтметр, D1 и D2 – электроды.

Таблица 1 – Результаты измерений

S, см	D = 10 см								D = 5 см
	U, кВ				, кВ		, кВ/см		, см				, см		, кВ/см
	1	2	3	1					2	3
1	10	11	12	11		11		0,8		0,8	0,8	0,8		13,75		0,8
2	26	27	28	27		13,5		2		2	2	2		13,5		1
3	41	41	41	41		13,67		3,2		3,2	3,2	3,2		12,8		1,067

Пример расчета:

Рисунок 3 – График зависимости U=f(S), U=f(S₁)

Рисунок 4 – График зависимости =f(S₁)

Вывод:

В ходе лабораторной работы было изучено влияние неоднородности электрического поля на разрядное напряжение между электродами в слабонеоднородном поле. Были получены значения разрядного напряжения и расстояния между электродами, после были вычислены напряженность и коэффициент неоднородности. По графику зависимости видно, что одно и то же разрядное напряжение у шаров меньшего диаметра возникает на большем расстоянии, что объясняется большей неоднородностью поля по сравнению с полем, создаваемым от шаров большего диаметра. При этом чем больше расстояние между электродами, тем больше неоднородность поля.

Ответы на контрольные вопросы:

1. Что такое коэффициент неоднородности электрического поля?

Степень неоднородности электрического поля между электродами характеризуется коэффициентом неоднородности .

2. Что называется лавиной электронов?

Процесс роста числа электронов, движущихся к аноду, получил название лавины электронов.

3. В чём заключается условие самостоятельности разряда в газах?

Условие самостоятельности разряда в однородном поле можно записать

где S – расстояние между электродами; γ – коэффициент вторичной ионизации

4. Что называется коэффициентом ударной ионизации?

Коэффициент ударной ионизации α – коэффициент, характеризующий количественно интенсивность размножения электронов в лавине, численно равный числу ионизаций, производимых электронами на пути в 1 см по направлению электрического поля.

где Е – напряжённость электрического поля, – относительная плотность воздуха.

5. Почему при измерении напряжения используются электроды шар – шар, а не плоскость – плоскость?

Промежуток между двумя шарами является типовым промежутком со слабонеоднородным полем, который получил широкое распространение в мировой практике как универсальный прибор для измерения амплитудных значений постоянного, переменного и импульсного напряжения. Электроды шар-шар позволяют одновременно исследовать квазиоднородное поле и слабонеоднородное поле. Электроды плоскость - плоскость являются однородным полем, которое мало где применимо и не подходит для измерения напряжённости в реальных условиях.