Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрофизические основы электроэнергетики. Учебное пособие
.pdf
При расположении барьера вблизи от плоскости пробивное напря-
р
U
р
U
р
U
( )
U f S
жение определяется уже не прочностью эквивалентного промежутка
шар–плоскость, а прочностью промежутка стержень–барьер. Поэтому
по мере приближения барьера к плоскости его влияние постепенно
уменьшается.
На рис. 4.4 показана кривая изменения пробивного напряжения
между стержнем и плоскостью при переменном напряжении промышленной частоты; характер кривой такой же, как и при постоянном напряжении для положительной полярности стержня.
Влияние формы поля и полярности электродов
на электрическую прочность воздушного промежутка
Для исследования этого влияния необходимо:
1) определить разрядное напряжение (
) промежутка стержень–
плоскость при положительной и отрицательной полярности стержня в
зависимости от расстояний между электродами (S);
2) определить разрядное напряжение (
) промежутка стержень–
плоскость при переменном напряжении в зависимости от расстояний
между электродами (S);
3) определить разрядное напряжение (
) промежутка шар–плос-
кость при переменном напряжении в зависимости от расстояний между
электродами (S);
4) оценить влияние барьера на прочность промежутка стержень–
плоскость при переменном напряжении;
5) оценить влияние барьера на прочность промежутка стержень–
плоскость при положительной и отрицательной полярности стержня;
6) построить все полученные зависимости
р
;
7) сделать выводы по результатам исследований.
Напряжение пробоя промежутков определяется на установке, электрическая схема которой показана на рис. 4.5, а, б. Установка позволяет
проводить испытания на переменном и постоянном напряжении. При
испытаниях на постоянном напряжении после каждого пробоя необходимо разряжать конденсатор C с помощью разрядной штанги. Разрядное напряжение промежутка измеряется с помощью вольтметра, установленного на стороне низкого напряжения трансформатора, и градуировочной характеристики испытательной установки для переменного и
постоянного напряжения.
71
QF
QF
а
б
Рис. 4.5. Электрические схемы испытательной установки на перемен-
ном (а) и постоянном (б) напряжении:
QF – автоматический выключатель; КМ1, КМ2 – контакторы; Т1 – регулиро-
вочный трансформатор; Т2 испытательный трансформатор
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое лавина и стример?
2. Чем отличаются несамостоятельный и самостоятельный разряд?
3. Что такое начальная напряженность и начальное напряжение?
4. В чем основное различие равномерного, слабонеравномерного и
резконеравномерного полей?
5. Как влияет полярность электродов в слабонеравномерном и рез-
конеравномерном полях на пробивное напряжение?
6. Как объяснить влияние барьера на электрическую прочность про-
межутка стержень–плоскость?
7. Как осуществляется измерение высоких напряжений в высоко-
вольтных лабораториях?
8. Как изменить полярность выпрямленного напряжения в схеме,
приведенной на рис. 4.5, б?
72
5. ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ВОЗДЕЙСТВУЮЩЕГО
НАПРЯЖЕНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ
ПРОЧНОСТЬ ВОЗДУШНЫХ ПРОМЕЖУТКОВ
В большинстве случаев электрическое поле в электроустановках неравномерное: напряженности поля в различных точках межэлектродного промежутка различны.
Развитие разряда в неравномерном поле характеризуется рядом особенностей. Прежде всего, в резконеравномерных полях ударная ионизация возникает не во всем объеме газа между электродами, а в местах
наибольшей напряженности поля, обычно у одного электрода или обоих
электродов. При этом напряженность поля в условиях неравномерного
поля достигает критического значения при относительно невысоком
значении напряжения, приложенного к электродам. В этом случае возникает коронный разряд. Это один из видов самостоятельного разряда в
газах при резконеравномерных полях.
Одна из особенностей разрядов в неравномерных полях состоит в
том, что с увеличением давления электрическая прочность промежутков растет медленней, чем в равномерном поле. В диапазоне давлений
8–12 атмосфер наблюдается резкое уменьшение разрядного напряжения, после чего с повышением давления прочность вновь медленно возрастает (рис. 5.1). Максимум в зависимости U = f(p) имеет место при
напряжении частотой 50 Гц и постоянном напряжении при положительной полярности электрода с большей кривизной. Объяснение отступлений от закона Пашена в неравномерных полях необходимо искать во
влиянии давления на процессы ионизации, ступенчатой ионизации и
диффузии.
В условиях неравномерного поля при несимметричных электродах
наблюдается эффект полярности: пробивное напряжение ниже в том
73
случае, когда электрод с большей кривизной является анодом. Это явление связано с влиянием объемных зарядов на развитие разряда. Ударная ионизация начинается у электрода с большей кривизной поверхности. Здесь возникают свободные заряды: положительные ионы и электроны. Вследствие малой подвижности положительных ионов они образуют у электрода положительный объемный заряд. Когда электрод с
большей кривизной имеет положительный знак, положительный объемный заряд как бы удлиняет этот электрод, увеличивая напряженность
поля в промежутке. Это облегчает развитие пробоя. Если электрод с
большей кривизной имеет отрицательный знак, положительный объемный заряд усиливает поле у этого электрода, но ослабляет поле в остальной части промежутка. Поэтому прорастание разряда вглубь промежутка затруднено, что и приводит к более высоким пробивным напряжениям.
Рис. 5.1. Зависимость пробивного напряжения азота от давления для промежутка стержень–плоскость при расстоянии
между электродами 20 мм
Импульсное напряжение имеет апериодическую форму и кратковременный характер. Обычно электроустановки подвергаются воздействию импульсных напряжений в результате ударов молнии в провода
воздушных линий электропередачи. При этом на проводах возникают
электромагнитные волны, имеющие форму апериодических импульсов
с амплитудой в миллионы вольт и длительностью в десятки микросекунд. Распространяясь вдоль линий, импульсные волны воздействуют
на линейную изоляцию и изоляцию электрооборудования электрических
74
станций и подстанций. В связи с этим высоковольтное оборудование
ф
с
U
должно обладать необходимой импульсной прочностью, т. е. иметь определенные разрядные характеристики при импульсных воздействиях.
Величины импульсных напряжений, которые электрооборудование
должно выдерживать без возникновения разрядов (испытательное
напряжение), устанавливается в соответствии с величинами возможных
импульсных воздействий с учетом действия защитных аппаратов.
Импульсная волна характеризуется амплитудой, длиной фронта и
полной длиной. Длина фронта и полная длина волны выражаются в микросекундах и определяются на осциллограммах в соответствии с отрез-
ками
и
(рис. 5.2).
и
Рис. 5.2. Полный грозовой импульс
Пробой газов при импульсах происходит обычно чаще при больших
напряжениях, чем в случае постоянного или переменного напряжения.
Это связано с тем, что время воздействия импульса ограничено и имеет
один порядок с временем формирования разряда.
Кратковременность действия импульса напряжения требует для развития пробоя более высоких амплитуд напряжения, чем при длительно
действующем переменном напряжении.
Отношение импульсного пробивного напряжения к пробивному
напряжению при длительном воздействии (статическому пробивному
напряжению
) называют коэффициентом импульса β:
U U
имп имп
U U
ст
75
(5.1)
.
U
За пробивное импульсное напряжение принимают так называемое
с
U
с
U
50 %-е разрядное напряжение (методы измерения приведены в приложении). Коэффициент импульса обычно больше единицы. Величина его
зависит от длительности импульса и характера электрического поля разрядного промежутка. В неравномерных полях коэффициент импульса
выше, чем в равномерных. С уменьшением длины импульсной волны
разрядное импульсное напряжение увеличивается и коэффициент импульса β возрастает.
При определении импульсных разрядных характеристик электрооборудования пользуются импульсными волнами постоянной длины –
стандартными импульсными волнами. Согласно рекомендациям
МЭК используются две стандартные волны: полная волна 1,2/50, имеющая длину фронта 1,2 мкс и полную длину 50 мкс, и срезанная волна
длиной 2…5 мкс (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Пробой при импульсном напряжении
Рассматривая пробой при импульсах, необходимо обратить внимание на развитие процесса во времени. Обычно при кратковременных
импульсных воздействиях, когда напряжение на фронте волны достигает значения напряжения пробоя при длительном воздействии (стати-
ческое пробивное напряжение
), пробоя не происходит. Это объясня-
ется тем, что для развития разряда необходимо определенное время –
большее, чем при достижении величины
при импульсной волне. От-
резок времени от момента достижения статического пробивного напряжения до момента окончательного формирования разряда называется
временем запаздывания разряда. В свою очередь, время запаздывания
76
разряда составляется из статистического времени запаздывания
с
t
ф
t
зап с ф
t t t
с
t
с
t
с
t
ф
t
ф
t
р
t
р
t
р
t
р
t
времени формирования разряда
:
и
Величина
обусловливается отсутствием в разрядном промежутке
. (5.2)
в момент достижения статического пробивного напряжения начальных
электронов, которые могут создать электронную лавину в результате
ударной ионизации. Величина
зависит от величины приложенного
напряжения, материала катода, а главное – от освещенности катода.
При облучении катода коротковолновым излучением, создающим
поверхностную фотоионизацию, вероятность появления начального
«запального» электрона увеличивается и время
Время формирования разряда
обусловлено скоростью движения
снижается.
электронной лавины и скоростью распространения стримера. Величина
уменьшается при повышении напряженности поля и снижении дав-
ления и пропорциональна длине разрядного промежутка. При этом следует отметить, что если длительность импульса меньше времени запаздывания разряда, пробоя промежутка не происходит.
Более полно, чем коэффициент импульса, поведение изоляционных
промежутков при импульсах описывают вольт-секундные характеристики. Эти характеристики устанавливают связь между амплитудой
импульса и полным временем разряда
– временем от момента при-
ложения напряжения до завершения разряда.
Для получения вольт-секундной характеристики необходимо испытываемый объект подвергнуть воздействию стандартных импульсных
волн различной амплитуды. В зависимости от величины амплитуды им-
пульса разряд будет происходить при различном времени разряда
При помощи осциллограмм можно зафиксировать форму, амплитуду
импульсной волны и время разряда. На основании этих данных строится
вольт-секундная характеристика (рис. 5.4).
Если разряд происходит на хвосте волны, то точки вольт-секундной
характеристики связывают время разряда
и амплитуду импульса.
Если разряд происходит на фронте волны, то эти точки связывают время
разряда
с напряжением импульса в момент разряда.
.
77
1
U
2
U
Рис. 5.4. Вольт-секундная характеристика
Вольт-секундные характеристики имеют спадающий характер: с
уменьшением амплитуды волны увеличивается время разряда. Для построения вольт-секундных характеристик используется формула
T
U At
1 ,
p
(5.3)
где А и Т определяются экспериментально для данного промежутка. Для
этого достаточно найти время разряда при двух значениях напряжения
и
. В этом случае А и Т рассчитываются по уравнениям
T T
U A U A
1 и 1 .
1 2
t t
p1 p2
(5.3)
Вольт-секундные характеристики имеют существенное значение
при защите электрооборудования от воздействия набегающих импульсных полн с помощью защитных аппаратов (РВ и ОПН). Характеристики
защитных аппаратов должны располагаться ниже характеристик защищаемой изоляции.
Определяются импульсные разрядные характеристики опытным
путем.
78
Исследование электрической прочности воздушного
( )
U f S
( )
U f S
и
( )
U f S
промежутка с резконеравномерным полем
при различной форме воздействующего напряжения
Необходимо исследовать электрическую прочность воздушных промежутков с различной степенью неравномерности поля в зависимости
от расстояния между электродами при различной форме воздействующего напряжения.
1. Перед началом работы ознакомиться со схемами испытательных
установок, с порядком проведения измерений и правилами безопасной
работы на испытательных установках.
2. Определить
50 %
при воздействии импульсного напряже-
ния для промежутков шар–шар и стержень–плоскость.
3. Определить
50 %
при воздействии переменного напряже-
ния промышленной частоты для промежутков шар–шар и стержень–
плоскость.
4. Определить коэффициент импульса (
) для исследуемых проме-
жутков.
5. Построить зависимости
50 %
для исследуемых проме-
жутков.
6. Сделать выводы по проведенной работе.
Напряжение пробоя на промышленной частоте определяется на
установке, электрическая схема которой показана на рис. 5.5.
QF
ного напряжения ГИН-140 (рис. 5.6).
Рис. 5.5. Электрическая схема испытательной установки
на промышленной частоте:
QF – автоматический выключатель; КМ1, КМ2 – контакторы; Т1 – регулировоч-
ный трансформатор; Т2 – испытательный трансформатор
Источником импульсного напряжения служит генератор импульс-
79
Т – трансформатор для зарядки
Г
С
0
С
ф
С
ф
R
д
R
р
R
ГИН
конденсаторов С
, Д2 – высоковольтные диоды
Д1
С0 – конденсаторы ступеней
Rд – демпферные сопротивления
R0 – зарядные сопротивления
Rз – защитное сопротивление
Rф – фронтовое сопротивление
0
Рис. 5.6. Электрическая схема импульсной испытательной установки
(ГИН-140)
Параметры ГИН:
= 0,5 мкФ – емкость ступени генератора;
кость;
= 40 Ом – фронтовое сопротивление;
сопротивление демпферных сопротивлений;
противление;
U = 140 кВ.
= 0,07 мкФ – емкость генератора в ударе;
= 5,5 нФ – фронтовая ем-
= 50 Ом – общее
= 1 кОм – разрядное со-
=
Напряжение на рязрядном промежутке при воздействии переменного напряжения измеряется с помощью вольтметра на стороне низкого
напряжения и градуировичной характеристики испытательного трансформатора.
Напряжение на рязрядном промежутке при воздействии импульсного напряжения измеряется киловольтметром на емкости первой ступени ГИН и градуировочной характеристики генератора.
Данные измерений разрядных напряжений промежутков на переменном и импульсном напряжении можно свести в таблицу следующей
формы.
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]