IV. Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1. Принципиальную схему установки.

2. Таблицы опытных и расчетных данных.

З. Графики зависимостей, построенные по пунктам 2, 4, 6, 7.

4. Расчет среднего значения коэффициента трансформации.

5. Анализ полученных результатов.

Лабораторная работа № 2

Исследование эффекта полярности и влияния барьеров на электрическую прочность воздуха в промежутке с однородным и резконеоднородным полями.

I. Цель работы

1. Исследовать зависимость разрядных напряжений воздушных промежутков от формы электродов и расстояния между ними при постоянном и переменном напряжении.

2. Для промежутков, указанных преподавателем сделать сравнительную оценку экспериментально полученных данных с расчетными по эмпирическим выражениям, представленным в [1].

3. Определить влияние полярности на величину разрядного напряжения несимметричных электродов.

4. Уяснить сущность барьерного эффекта и установить влияние места расположения барьера на величину разрядного напряжения воздушных промежутков с неравномерным полем.

II. Предварительные сведения

Влияние полярности электродов на величину разрядного напряжения проявляется при несимметричных электродах или при симметричных электродах, но при несимметричном распределении поля (когда один из электродов заземлен). Чем больше степень неоднородности поля, тем больше эффект полярности.

Если внести в пространство между электродами барьер, т.е. тонкий плоский лист из металла или диэлектрика (можно применить марлю или металлическую сетку с одинаковым эффектом), то его влияние на электрическую прочность воздушного искрового промежутка велико в неоднород­ных полях; в однородных или слабонеоднородных полях это влияние невелико.

Оценка величины разрядных напряжений в сильно неравномерном поле при больших расстояниях между электродами имеет большое практическое значение, так как выбор наименьших допустимых расстояний между электродами значительно снижает стоимость установки. Например, пользуясь данными о разрядных напряжениях в воздухе при различных формах электродов, выбирают расстояния между проводами, проводом и тросом, прово­дом и опорой и т.д.

Кроме того, множество высоковольтных конструкций имеет острые края, углы и т.п. с высокой концентрацией в этих местах линий электрическо­го поля. Моделями таких элементов конструкций являются электроды в виде острия или иглы. Для создания сильно несимметричного поля в качестве второго электрода применяют плоскость, для симметричного – иглу. Такие электроды, которые моделируют наиболее типичные части высоковольт­ных изоляционных конструкций, называются типовыми. Зная разрядные на­пряжения между типовыми электродами, можно с достаточным приближением судить о разрядном напряжении любого промежутка.

Рассмотрим промежуток игла – плоскость (характерный для промежутка провод – земля). При любой полярности электродов предварительная ионизация промежутка начинается в области наиболее сильного поля, т.е. у электрода с большим радиусом кривизны. Вслед­ствие малой подвижности положительных ионов они образуют у иглы положительный объемный заряд, как это показано на рис. 2.1, где направление напряженности внешнего поля Е и поля объемных зарядов Е_об показано стрелками. В зависимости от полярности электродов искажения, вносимые этими зарядами в распределение поля, будут по-разному влиять на характер развития разряда в этом промежутке. Исследования показывают, что в промежутке игла - положительная, плоскость - отрицательная присут­ствие положительного объемного заряда уменьшает напряженность поля вблизи стержня и усиливает его во внешнем пространстве (рис. 2.1а), что способствует прорастанию разряда в глубь промежутка. Объёмный положительный заряд как бы удлиняет иглу, это облегчает развитие пробоя. Если игла имеет отрицательный знак, положительный объемный заряд усиливает поле у этого электрода, но ослабляет поле в остальной части промежутка (рис. 2.1б). Поэтому прорастание разряда в глубь промежутка здесь затруднено, что и приводит к более высоким пробивным напряжениям по сравнению с предыдущим случаем (рис. 2.2).

При введении барьера между положительной иглой и отрицательной плоскостью, положительные ионы будут задерживаться барьером и распределяться на нем более или менее равномерно (рис. 2.3а). Промежуток окажется разделенным на две части, первая -игла-барьер и вторая – барьер-плоскость. Поле между барьером и плоскостью близко по своей конфигура­ции к полю плоского конденсатора. Это поле является высокопрочным по­лем. Поле игла-барьер является ослабленным, так как электроды игла и барьер имеют одну и ту же полярность. В целом промежуток игла-плоскость с барьером при указанных полярностях электродов является высокопрочным промежутком, но его прочность зависит от местоположения барьера. При приближении барьера к плоскости влияние поля плоского конденсатора ослабевает и прочность промежутка в целом уменьшается.

Е_об

Е

а)

Е_об

Е

б)

Рисунок 2.1 – Различные полярности электродов.

без барьера

X_δ

U_пр

без барьера

Рисунок 2.2 – Влияние положения барьера на пробивное напряжение между острием и плоскостью при постоянном напряжении.

б)

x_δ

S

a)

Рисунок 2.3 – Введение барьеров между электродами.

Регулируемый выпрямитель

Рисунок 2.4 – Схема испытательной установки.

Сходные условия имеют место и в случае помещения барьера между отрицательной иглой и положительной плоскостью. Согласно опытным данным при малом значении X_δ пробивное напряжение U₂ пр. практически не от­личается от пробивного напряжения при отсутствии барьера U₂ пр.б.б, которое достаточно велико. При увеличении X_δ (при неизменном S ) происходит снижение U₂ пр. аналогично снижению пробивного напряжения плоского конденсатора при сближении его обкладок.

III. Содержание работы

1.Изучить схему и все оборудование испытательной установки, обеспечивающей получение переменного частотой 50 Гц и выпрямленного напряжений.

2. Получить зависимость пробивного напряжения от расстояния между электродами для промежутка игла – плоскость при переменном и постоянном напряжениях и 2^х полярностях электродов, а также для электродов игла - игла при любой их полярности и изучить электрофизические основы механизма развития разряда и динамику изменения напряженности при этом в исследуемых промежутках.

3. Для указанных преподавателем промежутков по эмпирическим выражениям, представленным в [1], произвести расчет разрядных напряжений и сделать сравнительную оценку сходимости полученных расчетных данных с экспериментальными, приведенными к одним и тем же метеоусловиям.

4. Получить зависимость пробивного напряжения между электродами игла - плоскость при внесении в промежуток барьера и при изменении расстояния между барьером и иглой при обеих полярностях электродов, а также при переменном напряжении 50 Гц.

IV. Порядок выполнения работы

1. Собрать схему, приведенную на рис. 2.4, обеспечивающей получение переменного частотой 50 Гц и выпрямленного напряжений.

2. Доложить преподавателю о готовности к работе. После проверки преподавателем схемы и надежности работы блокировки приступить к ра­боте на установке.

3. Установить расстояние между электродами 0.5 см и, плавно поднимая напряжение, довести его до пробоя промежутка, замечая показание вольтметра в момент пробоя. Пробой повторить три раза, записав в табл. 2.1 среднее арифметическое из трех опытов значение напряжения вольтметра. Опыты повторить для промежутков 1; 1.5; 2; 2.5; 3 см. Те же опыты проделать на переменном напряжении.

4. Поменять полярность электродов и повторить те же опыты только на постоянном напряжении.

5. Поменять плоскость на иглу и провести те же опыты.

6. Установить между иглой и плоскостью расстояние S = 2.5 см и ввести в промежуток барьер.

Опыты проводить при X_δ = 0; 0.3; 0.5; 0.8; 1.2; 1.8; 2; 2.5; см. Изменить полярность электродов и повторить опыты.

7. То же проделать на переменном напряжении.

8. Для указанных преподавателем промежутков по эмпирическим выражениям, представленным в [1], произвести расчет разрядных напряжений приводя их к метеоусловиям проведения опытов.

9. Полученные данные занести в табл. 2.1.

10. Построить на миллиметровке графики изменения пробивного напряжения в зависимости от расстояния между электродами для всех электродов и полярностей, а также при изменении расстояния между иглой и барьером.

Таблица 2.1

№ п\п	Электроды и их полярность	S, см	Xδ, см	U2пр., кВ. макс	Uрасч., кВ. макс	Примечание

V. Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1. Цель работы.

2. Полную схему испытательной установки.

3. Таблицу опытных данных и расчетов.

4. Графики изменения разрядных напряжений и динамических напряженностей в процессе развития разряда в исследуемых промежутках.

5. Краткие выводы по работе.

Лабораторная работа №3

Элетрические разряды в воздухе вдоль поверхности твердого диэлектрика.

I. Цель работы.

1. Ознакомление с особенностями и характеристиками разрядов вдоль поверхности твердого диэлектрика в полях различной формы при переменном напряжении.

2. Изучение особенностей развития поверхностного разряда при воз­действии постоянного напряжения.

3. Оценка влияния некоторых факторов на характер и механизм разви­тия поверхностного разряда, а также величину разрядного напряжения по поверхности твердого диэлектрика.