Отчет по ТВН. Лабораторная работа 4 Цель работы

• Название: Лабораторная работа 4 Цель работы
• Дата: 12.11.2022
• Размер: 0.64 Mb.
• Имя файла: Отчет по ТВН.docx
• Тип: Лабораторная работа; #784425
• страница: 3 из 4

Пояснения к работе

Перекрытием называют разряд по границе раздела двух диэлектриков изоляционной конструкции. Основная особенность перекрытия – меньшее разрядное напряжение по сравнению с пробоем однородного диэлектрика (в частности, воздуха).

Большинство изоляционных конструкций, использующих комбинированную изоляцию воздух–диэлектрик, может быть сведено к трем характерным случаям.

Однородное поле, в котором силовые линии электрического поля параллельны поверхности раздела двух диэлектрических сред воздух – диэлектрик (рис. 6.1). Разрядное напряжение в таких конструкциях существенно (в 1,5 – 2 раза) ниже разрядного напряжения чисто воздушного промежутка.




Рис. 6.1. Конструкция с однородным электрическим полем

Снижение электрической прочности объясняется двумя причинами.

Первая причина - неплотное прилегание электродов к диэлектрику. Между электродами и диэлектриком образуются воздушные прослойки. При плавном подъеме напряжения на такой конструкции воздушные прослойки ионизируются уже при невысоких напряжениях, так как напряженность поля в них повышается из-за перераспределения напряженностей согласно соотношению: ^Евозд^/Едиэл ^{= ε}диэл^/εвозд ^,

где Е_возд, Е_диэл - напряженность поля в воздухе и диэлектрике, соответственно;

ε_возд, ε_диэл - диэлектрическая проницаемость воздуха и диэлектрика, соответственно.

Диэлектрическая проницаемость твердого диэлектрика в 3-4 раза больше чем воздуха. Продукты ионизации выходят на края диэлектрика, искажая электрическое поле. Оно становится неоднородным, следовательно, менее прочным.

Бороться с ионизацией воздушных включений в таких конструкциях можно либо их устранением, либо устранением поля в них. Первый путь предполагает соединение диэлектрика с электродом жидкими твердеющими материалами: цементом, смолами и т. п. Второй путь - покрытие контактной поверхности диэлектрика проводящими лаками, распыленным в вакууме металлом и т. п. Воздушные прослойки при этом не устраняются, но поле в воздушной прослойке отсутствует.

Второй причиной снижения прочности промежутка является влага, абсорбированная поверхностью диэлектрика. Каждый диэлектрик в большей или меньшей степени абсорбирует влагу воздуха. Поэтому на поверхности диэлектрика образуется тонкий слой влаги, обладающий ионной проводимостью. При приложении напряжения ионы перераспределяются по поверхности диэлектрика, устремляясь к противоположно заряженным электродам. Поскольку проводимость тончайшего слоя влаги невелика, то такое перераспределение ионов происходит сравнительно медленно, в результате чего возле электродов напряженность поля повышается, а в середине промежутка - снижается. Как и в первом случае, происходит искажение однородного поля, приводящее к снижению прочности промежутка.

Материалы, обладающие большой поверхностной гигроскопичностью (стекло, эбонит, оргстекло), дают большее снижение разрядных напряжений, чем малогигроскопичные материалы (парафин, винипласт).

Борьба с этой причиной снижения прочности промежутка - применение, гидрофобных диэлектриков или гидрофобных по крытий диэлектрика (лаков, паст), применение ребер или юбок на поверхности диэлектрика.

На рисунке 6.2. показана зависимость разрядного напряжения от расстояния между электродами для чисто воздушного промежутка и при внесении в него диэлектрика.

Рис. 6.2. Зависимость разрядного напряжения по поверхности образцов от расстояния между электродами:

1 – чисто воздушный промежуток; 2 – фарфор; 3 – стекло; 4 – фарфор и стекло при неплотном прилегании электродов к диэлектрику.

Наличие загрязнений на поверхности твердого диэлектрика также снижает разрядное напряжение поверхностного разряда.

Неоднородное поле с преобладанием тангенциальной (параллельной поверхности раздела двух диэлектрических сред) E_τ составляющей (рис.6.3).

а б

Рис. 6.3. Опорный изолятор (а) и система электродов (б) с преобладанием тангенциальной составляющей электрического поля.

Такая конфигурация электрического поля характерна для опорных изоляторов. В этом случае гигроскопические свойства диэлектрика оказывают меньшее влияние на величину разрядных напряжений, так как искажения поля, обусловленные процессами на поверхности диэлектрика, лишь незначительно увеличивают и без того значительную неоднородность поля. Разрядное напряже ние в таких конструкциях также ниже, чем в чисто воздушном промежутке.

При постепенном повышении напряжения на такой конструкции поверхностная корона на краях электродов возникает при сравнительно высоком напряжении, порядка (0,5 – 0,6) напряжения перекрытия промежутка U_пер.

Корона слабая, так как плотность зарядов в чехле короны невелика. Скользящий заряд совпадает с перекрытием. Качество диэлектрика практически не оказывает влияния на напряжение перекрытия. При промышленной частоте U_пер можно рассчитать по эмпирическим формулам для двух игл в воздухе:

U_пер = 3,36*S+ 14

для симметричного напряжения, и

U_пер = 3,16*S+ 14

Для несимметричного напряжения (один электрод заземлён).

Формулы справедливы при S ≥ 8 см.

Неоднородное поле с преобладанием нормальной (перпендикулярной поверхности раздела двух диэлектрических сред) E_n составляющей поля (рис.6.4).

а б

Рис. 6.4. Проходной изолятор (а) и система электродов (б) с преобладанием нормальной составляющей электрического поля.

Конфигурация электрического поля с преобладанием нормальной составляющей напряженности характерна для конструкции проходного изолятора. Неоднородность поля в межэлектродном промежутке в этом случае выше, чем в рассмотренных выше случаях, и, следовательно, разрядные напряжения ниже.

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. Корона возникает при напряжении порядка (0,1÷0,2) U_nep, у заземленного фланца 2 (место с наиболее высокой напряженностью).
   
2. 
   Увеличение напряжения до величины (0,3÷0,5) U_перприводит к расширению области коронирования и образованию на твердом диэлектрике многочисленных слабо светящихся каналов (стримеров), направленных к противоположному электроду. 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 вглубь промежутка.
   

Для конструкций с преобладанием тангенциальной составляющей напряжение появления скользящих разрядов практически совпадает напряжением перекрытия.

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

Ток, проходящий по каналам скользящего разряда, замыкается на второй электрод через емкость этого канала по отношению к противоположному электроду, т.е. через поверхностную емкость. Чем больше эта емкость, тем больше ток, тем ниже напряжение возникновения скользящих разрядов U_ск.

Напряжение возникновения скользящих разрядов может быть определено по эмпирической формуле