Электрический взрыв проводников. ПТ_ЭВП_Фт-580301_Зорин_Шарипов. Отчет по лабораторной работе по дисциплине Пучковые технологии
 Скачать 1.01 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б. Н. Ельцина» ФИЗИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ Кафедра экспериментальной физики Отчет по лабораторной работе по дисциплине: «Пучковые технологии» название: «Электрический взрыв проводников» Преподаватель: Соковнин С.Ю. Студенты: Зорин М.И. Шарипов А.А. Группа: ФТ-580301 Екатеринбург 2022 Цель работы: Изучить явление электрического взрыва проводников, провести инженерный расчет ЭВП на основе критериев подобия. Устройство макета для исследования ЭВП: Схема электрическая принципиальная макета для исследования явления ЭВП представлена на рисунке 1.  Рисунок 1 - Схема электрическая принципиальная лабораторного стенда исследования явления ЭВП В состав лабораторного стенда входят: источник высокого напряжения ИВС-20-10; защитный резистор R3, набранный из 50 последовательно соединенных резисторов МЛТ-2-1М; емкость С, состоящая из двух параллельно соединенных конденсаторов ИК-100-04; соленоид L с индуктивностью около 4,5 мкГн; воздушный разрядник с электромагнитным управлением в качестве коммутатора К; держатели ЭВП; омический делитель ОДН1 с микроамперметром; омический делитель ОДН2. Параметры контура представлены в таблице 1: Таблица 1 - Параметры контура
Также использовался осциллограф Tektronix TDS-2002. Расчет режимов ЭВП. Определение настроек осциллографа Период сигнала:  Амплитуда тока:  Расчет режима согласованного взрыва Волновое сопротивление  Площадь сечения проводника  Энергия, необходимая для согласованного взрыва проводника  Критическая длина проводника  Величина зарядного напряжения (Кп = 1.4, КПД = 0.9)   Амплитуда тока  Расчет критериев подобия
Расчет режима с паузой тока Полагая, что ε=1,6·106, ν=22, используем выражения для режима максимального перенапряжения. Комплексы, характеризующие контур   Критическая длина  Зарядное напряжение емкостного накопительного элемента   Энергия, поглощенная ЭВП до паузы тока  Результаты для длины проводника и зарядного напряжения приведены в таблице 2. Таблица 2 - Длины проводника и зарядные напряжения
Проведение экспериментов Для проведения эксперимента в режиме короткого замыкания проводили следующие действия: Открыли дверцу, через которую осуществляется доступ к держателю ЭВП. Используя диэлектрическую штангу, наложили заземление на верхний электрод держателя. Подсоединили к держателям медную закоротку, убрали штангу и плотно закрыли дверцу. Включили осциллограф и настроили его на режим однократного срабатывания. Включили вилку кабеля трехфазного питания в сеть. Включили сетевой выключатель, при этом загорелась светодиодная индикация фаз. Включили ключ высокого напряжения, при этом загорелась красная лампа индикации высокого напряжения, зеленая и красная лампа на ИВН и раздался щелчок срабатывания электромагнита разрядника. По микроамперметру контролировали напряжение на емкости С. Для режима короткого замыкания необходимо провести два измерения при напряжении 5 кВ и 10 кВ (на микроамперметре это соответствует 10 мкА и 20 мкА соответсвенно). Когда на микроамперметре значение становилось на 1 мкА больше, чем надо выключали ИВН и ждали пока на амперметре значение дойдет до нужного. Поворачивали ключ и получали осциллограмму. Для проведения экспериментов в режиме согласованного взрыва и режиме с паузой тока проводили те же действия, за исключением пунктов 4), 5), 6). В пункте 3) вместо медной закоротки вставляли медную проволоку, в пункте 8) контролировали напряжение на емкости до нужного. Реализация режима короткого замыкания Осциллограммы, полученные в ходе работы представлены на рисунке 2 и 3.  Рисунок 2 - Осциллограмма при 5 кВ  Рисунок 3 - Осциллограмма при 10 кВ Результаты обсчета осциллограмм приведен в таблице 3. Таблица 3 - Данные с осциллограмм
Произведём оценку измерения, для этого надо рассчитать погрешность, вносимую осциллографом: линейную и доверительную погрешности при Р = 0,95.    = 3,95%Таким образом, при напряжении 5 кВ – Т = (12,5 ± 0,49) мкс; При напряжении 10 кВ – Т = (13 ± 0,51) мкс. Средний период сигнала составляет – Т = 12,75 ± 1 мкс. Рассчитаем реальную индуктивность контура:   Следовательно, L  мкГн.Реальное волновое сопротивление:  Амплитуда тока короткого замыкания:   2.2 Реализация режима согласованного взрыва Для реализации режима согласованного взрыва отмотаем длину проволоки 70,09 мм и будем заряжать ЕНЭ до 8,64 кВ (согласно результату расчёта из таблицы 2). Конечно, с такой точностью выделить длину проволоки и зарядить ЕНЭ до такого значения напряжение с текущими приборами мы не могли.  Рисунок 4 – Осциллограммы при согласованном взрыве Сопротивление проволоки:  Коэффициент передачи делителя:  Амплитуда тока согласованного взрыва:  Рассчитаем погрешность осциллографа:     = 18,55% .2.3 Реализация режима с паузой тока Для реализации режима согласованного взрыва отмотаем длину проволоки 98,52 мм и будем заряжать ЕНЭ до 18,1 кВ (согласно результату расчёта из таблицы 2).  Рисунок 5 – Осциллограммы в режиме с паузой тока Сопротивление проволоки:  Коэффициент передачи делителя:  Амплитуда тока паузы тока:  Рассчитаем погрешность осциллографа:    = 12,31% 3. Ремонт установки После проведения эксперимента в режиме короткого замыкания установка сломалась: при повороте ключа контроля коммутатора разрядник не размыкался. Продолжение эксперимента было невозможна без ремонта прибора. Возможных причин неисправности могло быть несколько: обрыв провода или нескольких проводов, поломка механизма ключа, поломка механизма разрядника, пробой катушки реле управления разрядником. Необходимо было устранить неисправность в кратчайшие сроки для продолжения экспериментов с ЭВП. После отключения питания мы начали диагностику установки с визуального осмотра. Для этого убрали боковые стенки установки, открутив винты. При осмотре был обнаружен висящий провод вблизи контактов неисправного ключа. Цвет изоляции этого провода – желто-зелёный – отражает функциональное назначение провода – заземление. При визуальной проверке места прокладки данного провода и проверки сопротивления мультиметром было установлено, что провод не является заземляющим. Повторный осмотр контактов ключа позволил увидеть деформацию контактной площадки ключа в двух местах – где был закреплён другой провод и там, где никакого провода не было. Ослабление винта крепежа контактной площадки показало наличие фрагмента лужённого провода в деформированном месте. По виду висящего провода и фрагмента был сделан вывод об их совместимости. Фрагмент был убран, а висящий провод закреплён на той же контактной площадке. При тестовом включении установки ключ работал исправно. Далее были установлены на место боковые стенки установки. Ремонт был завершён, и мы продолжили эксперименты. Данный случай является примером того, как важно использовать провода с цветной изоляцией по назначению во избежания путаницы. Вывод: В ходе выполнения данной лабораторной работы мы изучили явление электрического взрыва проводников, провели инженерный расчет ЭВП на основе критериев подобия. Сравнение расчётных и экспериментально полученных величин представлено в таблице 4. Можно заметить, что полученные экспериментально данные в пределах погрешности совпадают с расчётными. Таблица 4 – Данные для сравнения расчётных и экспериментально полученных величин
Осциллограммы напряжений для согласованного взрыва совпадают по форме с теоретическими. Так же нами был осуществлён ремонт установки: устранён обрыв провода на контактах ключа. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
