Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрофизические основы электроэнергетики. Учебное пособие
.pdf
Кнопки 1, 2 и 3, расположенные в верхней части окна, соответствуют положениям переключателя К на электрической схеме (рис. 7.4),
т. е. при подключении нерасщепленного провода необходимо активировать кнопку 1, при подключении провода, расщепленного на две или три
составляющие, активировать кнопку 2 или 3 соответственно.
При этом в основной части окна будут показаны вольт-кулоновая
характеристика, напряжение на проводе и радиопомеха. Кроме того, на
соответствующих графиках отображаются потери энергии и действующее значение напряжения.
Измерение напряжения начала короны проводится следующим образом.
1. Соединив повышающий трансформатор с исследуемым проводником и активировав нужную кнопку программы, необходимо поднять
напряжение до возникновения коронного разряда. Появление коронного разряда фиксируется наличием характерных сигналов в окне с радиопомехой.
Рис. 7.6. Вольт-кулоновая характеристика при отсутствии
коронирования
101
2. Медленно снижая величину напряжения, надо достигнуть момента, когда площадь вольт-кулоновской характеристики будет равна
нулю. Пример такой характеристики показан на рис. 7.6.
Напряжение, соответствующее этому моменту, будет напряжением
начала короны.
Внимание! Запрещается поднимать напряжение выше 35 кВ!
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какой разряд получил название коронного?
2. Дайте понятие общей и местной короны.
3. Как измеряют напряжение начала короны и мощность потерь на
корону в лабораторных условиях?
4. Назовите основные параметры расщепленного провода.
5. Как зависит напряжение начала короны от параметров расщепленного провода?
6. Должен ли изменяться наклон вольт-кулоновой характеристики
для проводов различной конструкции?
7. Как деформирует импульсная корона импульс перенапряжения?
102
( ) ,
P U e dU e dt
( )
P U
( ) 0,5,
8. СТАТИСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАЗРЯДА
Все стадии развития разряда в воздушных промежутках подчинены
статистическим закономерностям. Образование начальной лавины связано с появлением начального электрона вследствие таких случайных
факторов, как фотоионизация каким-либо внешним источником. Развитие лавин, стримеров, лидерного разряда связано с огромным числом
микропроцессов, каждый из которых в значительной степени имеет случайный характер в силу случайного взаимного расположения молекул,
наличия пылинок в газе, действия внешних ионизаторов. Предположим,
что к промежутку приложено напряжение определенной формы. Если
бы разряд протекал в детерминистической форме (т. е. при отсутствии
элемента случайности), то разряд в промежутке происходил бы всегда
при неизменном напряжении. Вследствие статистического характера
развития разряда разрядное напряжение будет иметь некоторый разброс. Согласно теории вероятности, разброс опытных точек, на который
влияет большое число независимых случайных факторов (это характерно для развития разряда в воздушных промежутках), должен соответствовать так называемому нормальному закону распределения.. Для
разрядного напряжения интегральная функция распределения, следующая этому закону, имеет вид
2
( )
U U
U
2
2
где
p
– вероятность того, что в данном опыте разрядное напряже-
p
2 2
1 1
ние окажется меньшим U или равным ему; U – среднее значение разрядных напряжений в большом числе опытов: вероятность
103
U U
2
t
2
(8.1)
P U
p
или 50 %; – среднеквадратическое отклонение (или стандарт распре-
;
U
( )
P U
деления), характеризующее степень разброса опытных точек (разрядных напряжений) относительно среднего значения
выражается в
единицах U.
Типичная кривая
показана на рис. 8.1.
( )P U
p
Рр (U)
Рис. 8.1. Интегральная функция распределения случайной величины, соответствующей нормальному
закону распределения
Согласно выражению (8.1)
симптотически стремится к нулю
p
и единице при беспредельном снижении или возрастании напряжения.
Однако в действительности разряд при малом напряжении невозможен,
а при высоком напряжении происходит в 100 % случаев. Поэтому выражение (8.1) справедливо лишь в ограниченных пределах отклонения
напряжения от U. Практически возможное отклонение разрядного
напряжения от U не превышает 3 (вероятность столь значительного
отклонения, рассчитанная по формуле (8.1), оценивается в 0,0013).
Соответствующие трехсигмовые границы могут рассматриваться
104
в качестве верхней и нижней огибающей в области опытных точек. Ча-
2 .
.
U
( )
P U
3
г/м
сто также верхняя и нижняя границы Up принимаются равными
U
p
Для того чтобы характеризовать разрядное напряжение при воздействии напряжения заданной формы, достаточно знать среднее разрядное
v
напряжение U и значение
Разрядные напряжения воздушных промежутков характеризуют так
называемыми кривыми эффекта, или кривыми вероятности разряда
. Кривая эффекта определяет разброс разрядных напряжений про-
p
межутка.
Измерение разрядных напряжений промежутка при напряжении
промышленной частоты производится при медленном подъеме напряжения. Нормированная скорость подъема составляет 3 % от амплитуды
ожидаемого разрядного напряжения в секунду. Вследствие малой скорости возрастания напряжения при каждом опыте оказывается весьма
вероятным наиболее неблагоприятное сочетание случайных факторов,
влияющих на развитие разряда. Поэтому испытание воздушных промежутков при плавном подъеме напряжения промышленной частоты оказывается эквивалентным испытанию при длительном воздействии рабочего напряжения. В результате благоприятного сочетания влияющих
факторов измерение разрядных напряжений характеризуется малым
разбросом опытных точек, при котором величина v не превышает
1,5…2,0 %.
Промежуток стержень–стержень обладает 100 %-й симметрией, промежуток стержень–плоскость обладает наибольшей возможной несимметрией. Разрядные напряжения воздушных промежутков, встречающихся в электроустановках высокого напряжения, располагаются между
кривыми для промежутков стержень–стержень и стержень–плоскость,
тяготея в зависимости от симметричности к одной из этих кривых.
Атмосферный воздух является единственным изолирующим материалом, который можно рассматривать как полностью самовосстанавливающийся. На изолирующие свойства влияют климатические колебания (температура, давление, влажность). С помощью корректирующих
множителей характеристики окружающей среды должны быть соотнесены с действующим номинальным напряжением при нормальных
условиях (20 оС, 101,3 Па, 11
воды). Напряжение пробоя, напротив,
обычно должно быть соотнесено с характеристиками при нормальных
105
условиях. Различие климатических условий и соответствующих им кор-
A U u
( ) ( )
P A P U u
( ) ( )
F u P U u
0 ( ) 1.
1 2 1 2
для ( ).
F u F u u u
lim ( ) ( ) 0;
lim ( ) ( ) 1.
ректирующих множителей служит важной причиной разброса и плохой
воспроизводимости результатов.
Развитие разряда зависит от образования в воздухе начальных электронов прежде всего под действием космических лучей, а также ультрафиолетового излучения. Напряжение пробоя уменьшается при увеличении интенсивности излучения, особенно в промежутках со слабонеравномерным полем без стабильных частичных зарядов, а также в возмущенном слабонеравномерном поле, причем влияние космического излучения в диапазоне его естественного колебания меньше, чем влияние
исскуственного ультрафиолетового излучения. Действие излучения существенно зависит от материала и геометрии электродов.
При переменном напряжении на микровыступах электродов возникают частичные разряды и описывающая эти явления функция может
быть апробирована нормальным распределением (в особенности при
конструктивных выступах или при большом числе выступов; коэффициент вариации ≤ 0,10) или распределением Вейбулла.
Закон распределения случайной величины удобно описывать с помощью соответствующей функции распределения. Пусть рассматрива-
емое событие
U
и его вероятность
U
для из-
вестной числовой величины u. Функция распределения определится как
Функция распределения в точке u показывает, с какой вероятностью
случайная величина U принимает значение меньше уровня u. Функция
распределения обладает следующими основными свойствами.
1. Вследствие допустимого диапазона изменения вероятности для
функции распределения имеется следующий диапазон изменения:
2. Функция распределения монотонно возрастает (не убывает):
3. Граничные значения
F u
( ) ( )
F u F
u
F u F
u
106
. (8.2)
(8.3)
(8.4)
(8.5)
(8.6)
4. Каждая определенная по формуле (8.2) функция распределения
,
i
U u
2 2
.
u u u nu
U
непрерывна слева. При описании этой функции целесообразно использовать параметры: математическое ожидание, среднее отклонение, коэффициент вариации.
В качестве функциональных параметров берут теоретические значения математического ожидания и дисперсии. Если они должны быть
определены эмпирически по выборке, то отдельные реализации следует
математически преобразовать в функцию выборки.
1. Математическое ожидание
n
1
n
(8.7)
1
i
где n – объем выборки.
2. Среднее квадратическое отклонение (эмпирическое стандартное
отклонение) – это корень квадратный из эмпирической дисперсии:
n n
1 1
i i
1 1
n n
1 1
i i
2
(8.8)
В отличие от математического ожидания вместо объема выборки n
используется уменьшенная величина (n – 1).
Часто соотношение между изменением случайной величины и ее
средним значением представляет значительно больший интерес, чем
функциональные параметры. Отношение
называют коэффициентом вариации и используют как наглядную меру
относительного отклонения случайной величины.
С помощью коэффициента вариации удобно выполнять сравнение
случайных величин.
(8.9)
107
Экспериментальная оценка статистических характеристик
p
U
p
U
p
U
p
U
p
U
, ,
U U
разрядных промежутков различной конфигурации
а б в г
Рис. 8.2. Промежутки с различной степенью неравномерности
электрического поля:
а – промежуток плоскость–плоскость; б – промежуток шар–шар;
в – промежуток стержень–плоскость; г – промежуток стержень–плоскость
Программа работы
1. Определить разрядное напряжение (
) промежутка плоскость–
плоскость (рис. 8.2, а).
2. Определить разрядное напряжение (
) промежутка шар–шар
(рис. 8.2, б).
3. Определить разрядное напряжение (
) промежутка стержень–
плоскость (рис. 8.2, в).
4. Определить разрядное напряжение (
) промежутка стержень–
стержень (рис. 8.2, г).
5. Построить функции распределения
исследованных проме-
жутков на вероятностной сетке нормального распределения.
6. Определить числовые характеристики разрядных напряжений
для всех типов промежутков.
7. Сделать выводы по работе.
Разрядное напряжение промежутков (рис. 8.2) определяется на уста-
новке, электрическая схема которой показана на рис. 8.3.
108
QF
Рис. 8.3. Электрическая схема испытательной установки на переменном
напряжении:
QF – автоматический выключатель; КМ1, КМ2 – контакторы; Т1 – регулиро-
вочный трансформатор; Т2 – испытательный трансформатор
Рис. 8.4. Вероятностная сетка нормального распределения
Установка позволяет проводить испытания на переменном напряжении. Разрядное напряжение измеряется с помощью вольтметра на стороне низкого напряжения и градуировочной характеристики установки.
Для построения функций распределения разрядных напряжений на
рис. 8.4 показана вероятностная сетка нормального распределения.
109
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие микропроцессы влияют на развитие лавин, стримеров и ли-
дероного разряда?
2. Какими параметрами характеризуют разрядное напряжение при
воздействии напряжения заданной формы?
3. Почему испытание воздушных промежутков при плавном подъеме напряжения эквивалентно испытанию при длительном воздействии
рабочего напряжения?
4. Как располагаются разрядные напряжения воздушных промежутков в электроустановках высокого напряжения относительно промежутков стержень–стержень и стержень–плоскость?
5. Назовите основные свойства функции распределения.
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]