Разработка электрического способа тушения пожара на газопроводах низкого давления
 Скачать 3.36 Mb.
|
|
2.3 Теория подобия электрического поля При отсутствии электродной поляризации подобие электрических полей обеспечивается их геометрическим подобием. При наличии поляризации для подобия полей требуется выполнение специальных условий. Подобие электрических полей в электролитах будет иметь место тогда, когда на электродах в сходственных точках плотности токов будут пропорциональны или, что тоже самое, равны их безразмерные значения. Сущность подобия состоит в том, что если в какой-либо системе заряженных проводников изменить потенциалы всех проводников в одинаковое число раз, то форма электрического поля не изменится; поле, образованное при измененных значениях потенциалов, будет подобно полю при прежних потенциалах проводников [61-65]. Распределение токов между электродами зависит от траекторий движения электронов, которые определяются структурой электрического поля в межэлектродном пространстве. В соответствии с теоремой подобия электрических полей структура поля не нарушается, если потенциалы всех электродов изменить в одинаковое число раз. Поэтому, при пропорциональном изменении напряжений относительная доля электронов, попадающих на электроды, не будет изменяться, то есть распределение электронов должно определяться не абсолютным значением напряжений электродов, а их отношением (5):
где I – сила тока, А; n – коэффициент подобия; U – напряжение, В. 35 Напряженность поля также определяется геометрическим подобием, то есть, при увеличении напряженности электрического поля в одинаковое число раз, напряжение на электродах возрастает во столько же раз (6):
где E – напряженность электрического поля, В/м; n – коэффициент подобия; U – напряжение, В. 2.4 Измерение высоковольтного напряжения Проведение измерений высоких напряжений является проблемой в высоковольтной технике. Сложность измерения обуславливается тем, что на точность измерения влияние оказывают факторы, имеющие случайные и сложные от напряжения, частоты, внешних условий и тепловых явлений. Существующие устройства и методы для высоковольтных измерений можно разделить на два основных вида: способы и устройства, измеряющие полную величину напряжения. способы и устройства, измеряющие какую-либо часть напряжения и позволяющие определять полное напряжение по коэффициенту пропорциональности этого устройства. Наиболее широкое применение при измерении импульсных, постоянных и переменных напряжений в научно-исследовательских лабораториях получили шаровые измерительные разрядники, электростатические киловольтметры и делители напряжений с низковольтными регистрирующими и измерительными приборами. 36 2.4.1. Измерение шаровым разрядником Шаровой измерительный разрядник очень широко применяется для измерения высоких напряжений. Измерение высокого напряжения основывается на применении зависимости величины напряжения пробоя воздушного пространства между электродами от расстояния между ними. Для измерения используются промежутки с однородным или слабонеоднородным полем, в которых значения напряжения возникновения условия самостоятельного разряда и напряжения искрового пробоя близки и имеют зависимость от расстояния. Шаровые разрядники могут измерить высокие напряжения в широком интервале от десятков киловольт до нескольких мегавольт. Измерение переменных и постоянных напряжений разрядниками может осуществляться двумя способами: 1) выставляется необходимое расстояние между электродами, далее напряжение подводится на шаровой разрядник. Далее электроды сближаются до возникновения разряда между ними. По справочным таблицам определяется уровень напряжения, при котором возник разряд. 2) выставляется большое расстояние между электродами и подводится напряжение на шаровой разрядник. Далее электроды сближают до образования разряда между ними. В этом случае определяется расстояние S, при котором произошел пробой и по справочным таблицам определяется искомое высокое напряжение. Величина напряжения находится как среднее из трех последовательных измерений с интервалом не менее одной минуты. Перед первым измерением рекомендуется произвести несколько предварительных разрядов. Для ситуаций, когда измерения проходит в нестандартных атмосферных условиях, для получения истинной величины напряжения необходимо ввести поправочный коэффициент К в зависимости от относительной плотности воздуха (7):
где Р – давление воздуха, мм рт. ст.; t – температура воздуха, градусы Цельсия. Истинное значение пробивного напряжения в этом случае будет равно (8):
где Uтаб – значение разрядного напряжения. 2.4.2. Измерение с помощью электростатического киловольтметра Для прямого измерения высокого напряжения используют электростатические киловольтметры, принцип действия которых основывается на измерении сил электрического поля, которые возникают между заряженными электродами Под воздействием напряжения U, приложенного к пластинам, образующим собой плоский конденсатор, между ними появляется сила взаимодействия, стремящаяся сблизить их. Перемещение подвижной пластины уравновешивается механической силой системы ее крепления. Данная сила пропорциональна квадрату напряжения и выражается по формуле (9):
где S – площадь электродов, образующих плоский конденсатор; – расстояние между электродами. 38 2.4.3. Измерение высокого напряжения с использованием делителей Делитель напряжения – измерительное устройство, которое представляет собой цепочку из последовательно соединенных элементов, имеющих активное или реактивное сопротивление, один конец которой заземляется, а на другой конец подается высокое измеряемое напряжение. Делитель напряжения включает низковольтное плечо, к которому прикладывается измерительный прибор, и высоковольтное плечо. Делители характеризуются коэффициентом деления. Это отношение полного сопротивления делителя к сопротивлению низковольтного плеча делителя (10): Kдн=(Z1+Z2)/Z2=U1/U2. (10) Делитель должен удовлетворять основному требованию: напряжение на низковольтном плече должно по форме повторять измеряемое напряжение, приложенное к высоковольтному плечу. Для этого необходимо: отсутствие зависимость коэффициента деления и частоты. отсутствовала зависимость коэффициента деления от полярности и величины измеряемого напряжения. включение делителя не оказывало влияния на измеряемое напряжение. величина сопротивления делителя не зависела от напряжения, температуры. Делители напряжения применяются для измерения импульсных, переменных и постоянных напряжений. Из формул (11)-(17), определяющих энергию электрического поля и энергию газового фонтана можно вывести общую формулу для сравнения энергий газового фонтана и электрического поля, и формулу для определения требуемой напряженности поля для различных газопроводов.
где Еэл – энергия электрического поля, Дж, C – электрическая емкость, Ф, U – напряжение на электродах, В.
где q – величина электрического заряда, Кл.
где Eн – напряженность электрического поля, В/м, – диэлектрическая проницаемость воздуха, Ф/м, ε0 – электрическая постоянная, Ф/м, Sэл – площадь электродов, м2.
где Eгаз – энергия потока газовой смеси, Дж, – скорость выхода смеси из устья, м/с, см – объем смеси, м3, см – удельный вес смеси, кг/м3, – ускорение свободного падения, м/с2. Получив из экспериментальных данных значения Eэл, и U можно определить величину заряда q из формулы (14). Зная величину заряда q, по формуле (12) можно выразить электрическую емкость. Для того, чтобы электрическое поле оказывало влияние на выброс газовой струи, должно соблюдаться условие (16),
Используя полученную формулу (17) можно определить напряженность E, при которой электрическое поле будет оказывать влияние на энергию газовой струи. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||