лабы / ТВН ЛБ5

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИШЭ

Отчет к лабораторной работе № 5

По дисциплине «Техника высоких напряжений»

Электрические разряды по поверхности твердого диэлектрика

Выполнили: студенты группы 5А6Б

_______ Кошкин Д.Р.

Проверил: ________________ Старцева Е.В.

(подпись) ____________ (дата)

Томск – 2019

Цель работы

Экспериментальное изучение разряда по поверхности твердого диэлектрика в зависимости от конфигурации электрического поля, расстояния между электродами и толщины диэлектрика.

Краткие сведения

Характерные случаи электрических полей изоляционных конструкций:

1. Равномерное поле. Поверхность раздела двух диэлектрических сред расположена вдоль силовых линий электрического поля. Неоднородное поле с преобладанием тангенциальной составляющей напряженности поля во всех точках поверхности диэлектрика.

2. Неоднородное поле с преобладанием тангенциальной составляющей напряженности электрического поля.

2. Неоднородное поле с преобладанием нормальной составляющей напряженности электрического поля.

Диэлектрик, помещенный в равномерное поле, нарушает его однородность, и разряд происходит всегда по поверхности диэлектрика, при напряжении более низком, чем в воздушном промежутке.

Значительную роль в снижении разрядных напряжений играет адсорбция диэлектриком влаги. Материалы, обладающие большой поверхностной гигроскопичностью (стекло, эбонит, оргстекло, бакелизированная бумага), дают большее снижение разрядных напряжений, чем малогигроскопичные материалы (парафин, винипласт). Под действием приложенного к электродам напряжения диссоциированные ионы, содержащиеся в адсорбированной диэлектриком влаге, перераспределяются по поверхности диэлектрика, искажая градиент потенциала вдоль его поверхности. В результате разрядное напряжение уменьшается. На импульсах поле в промежутке не успевает существенно исказиться из-за инерционности процесса перераспределения зарядов, поэтому разрядное напряжение снижается в меньшей мере. Кроме увлажнения поверхности диэлектрика, на величину разрядного напряжения существенное влияние оказывают воздушные прослойки между диэлектриком и электродами.

Поверхностный разряд по мере увеличения приложенного напряжения проходит несколько стадий:

1. При относительно низких напряжениях на электродах возникает коронный разряд в виде полоски ровного неяркого свечения.

2. Увеличение напряжения приводит к расширению области коронирования и образованию на твердом диэлектрике многочисленных слабо светящихся каналов (стримеров), направленных к противоположному электроду. Характер разрядных процессов определяется величиной токов, текущих в разрядных каналах.

При дальнейшем увеличении напряжения ток возрастает настолько, что становится возможной термическая ионизация в стримерных каналах. Эта форма стримерного разряда, называемая скользящим разрядом, характеризуется интенсивным свечением канала, резким уменьшением сопротивления канала и, следовательно, выносом потенциала в глубь промежутка.

3. Длина скользящих разрядов очень быстро увеличивается с повышением напряжения, и процесс завершается перекрытием промежутка между электродами.

Рисунок 3 – Принципиальная электрическая схема установки

РН – регулятор напряжения, Т – высоковольтный трансформатор, Rз – защитное сопротивление; S1, S2 – выключатели

Таблица 1 – Экспериментальные данные для различных промежутков

№ п/п	l, см	d, см	Uкороны, кВ	Ucк.р, кВ	Uперекрытия, кВ	Uперекр.расчет, кВ
Нормальная составляющая	2	0,4	10	13	13	25,9
	4	0,4	8	12	18	29,8
	6	0,4	8	12	20	32,3
	8	0,4	9	14	24	34,2
	2	1	10	14	14	39,1
	4	1	12	16	24	44,9
	6	1	12	16	26	48,7
	8	1	14	16	30	51,6
Тангенциальная составляющая	2	0,4	12	-	16	34,5
	4	0,4	20	-	24	39,7
	6	0,4	28	-	30	43
	8	0,4	34	-	38	45,6
	2	1	12	-	16	52,2
	4	1	18	-	22	59,9
	6	1	24	-	30	64,9
	8	1	22	-	40	68,8

Рисунок 4 – Графики зависимостей U_к = f(l), U_{перекр.} = f(l), U_{перекр. асчет.} = f(l),

U_ск.р. = f(l), при d = 0,4 и E_n > E_τ

Рисунок 5 – Графики зависимостей U_к = f(l), U_{перекр.} = f(l), U_{перекр. асчет.} = f(l),

U_ск.р. = f(l), при d = 1 и E_n > E_τ

Рисунок 6 – Графики зависимостей U_к = f(l), U_{перекр.} = f(l), U_{перекр. асчет.} = f(l),

U_ск.р. = f(l), при d = 0,4 и E_τ >E_n

Рисунок 7 – Графики зависимостей U_к = f(l), U_{перекр.} = f(l), U_{перекр. асчет.} = f(l),

U_ск.р. = f(l), при d = 1 и E_τ >E_n

Выводы: в результате проделанной работы и обработки экспериментальных данных были определены напряжения возникновения короны, возникновения скользящих разрядов и разрядные напряжения для различных межэлектродных расстояний при воздействии переменного напряжения в промежутках с преобладающей нормальной или тангенциальной составляющей электрического поля. Полученные результаты были представлены в виде графиков.

Из графиков видно, что для системы электродов с преобладающей тангенциальной составляющей напряжение появления короны и напряжение перекрытия несколько выше, чем для системы с нормальной составляющей за счет меньшей степени неоднородности поля. А при увеличении толщины диэлектрика при малых межэлектродных расстояниях возрастает напряжение появления короны, напряжения скользящих разрядов и разрядное напряжение.

Также было проведено сравнение напряжения перекрытия опытного с расчетным. Погрешность обусловлена, во-первых, тем, что при замере были задействованы люди (человеческая реакция неидеальна), а не автоматика, а во-вторых, потому что при установке расстояния между электродами могли быть неточности.

Ответы на вопросы

1. С чем связано искажение электрического поля при помещении диэлектрика в равномерное поле?

Диэлектрик, помещенный в равномерное поле, нарушает его однородность, и разряд происходит всегда по поверхности диэлектрика при напряжении более низком, чем в воздушном промежутке.

2. Какое влияние оказывает неплотное прилегание электродов на разрядное напряжение вдоль поверхности диэлектриков?

Из-за неплотного прилегания образуются воздушные прослойки между диэлектриком и электродами. В этих прослойках из-за отличия диэлектрических проницаемостей воздуха и твердого диэлектрика создается местное увеличение напряженности поля, и возможно возникновение ионизационных процессов.

3. Для каких изоляционных конструкций характерно поле с преобладающей тангенциальной составляющей, для каких конструкций – с нормальной?

Конфигурация электрического поля с преобладанием нормальной составляющей напряженности характерна для конструкции проходного изолятора. Неоднородное поле с преобладанием тангенциальной составляющей характерно для опорных изоляторов

4. Что делается в реальных условиях работы изоляции для увеличения разрядных напряжений по поверхности изоляторов?

Для увеличения пути утечки тока по поверхности твердого диэлектрика и увеличения разрядного напряжения применяют ребристую поверхность.