Определение электрической прочности газообразных диэлектриков (стр. 3 из 3)
Рисунок 4 – Зависимость пробивного напряжения воздуха между острием и плоскостью при различной полярности острия.
В неоднородном поле пробой газа зависит от полярности электродов. При положительно заряженном острие и отрицательно заряженной плоскости пробивное напряжение будет меньше, чем при отрицательно заряженном острие. Расстояние между электродами в обоих случаях остается неизменным.
Такая зависимость объясняется тем, что около острия накапливаются положительно заряженные ионы и распространяются в направлении отрицательно заряженной плоскости. В этом случае, острие как бы прорастает в толщу газа, сокращая путь искровому разряду. Для повышения пробивного напряжения газообразного диэлектрика и во избежание возникновения электрической короны, острые края электродов необходимо закруглить.
Изменение Eпр воздуха в однородном поле при изменении расстояния h между электродами показано на рисунке 5
 |
Рисунок 5 – Зависимость электрической прочности воздуха от расстояния между электродами в однородном поле при нормальных условиях ±50 Гц., t = 20оС, р ≈ 0,1 мПа.
При малых расстояниях между электродами наблюдается значительное увеличение электрической прочности воздуха. Это объясняется тем, что развитие процессов ионизации затрудняется из-за малой общей длины свободного пробега электронов. Так как процесс пробоя газа происходит очень быстро, то значение электрической прочности (или пробивного напряжения газового промежутка) при переменном напряжении определяется амплитудным значением:
Uпр м = √ 2 Uпр.р(5)
где Uпр м – амплитудное значение напряжения, В;
Uпр.р– действующее значение напряжения, В.
На практике случаются случаи пробоя газа на границе с твердым диэлектриком. Рассматриваемый пример можно представить в виде плоского двухслойного конденсатора с разной толщиной слоя и относительной диэлектрической проницаемостью. Так как газы имеют меньшую диэлектрическую проницаемость ε и меньшую электрическую прочность, они оказываются в невыгодном положении. Слои диэлектриков с большей диэлектрической проницаемостью ε стремятся разгрузиться и переложить часть электрического напряжения на слои с меньшей ε. Пробивное напряжение воздуха на границе с твердым диэлектриком будет меньше по сравнению с пробивным напряжением для того же расстояния в газе при отсутствии твердого диэлектрика (см. рисунок 6).
Рисунок 6 – Зависимость напряжения перекрытия в
воздухе от расстояния для различных материалов
в сравнении с пробивным напряжением
соответствующего воздушного промежутка.
Однородное поле, f-50 Гц
1- пробой воздушного промежутка
2- парафин
3- фарфор
4- фарфор, стекло при плохом контакте
Так как электрическая прочность воздуха невелика, то для повышения газовой изоляции применяются высокопрочные сжатые газы, например элегаз. Основные характеристики элегаза (SeF6): плотность – 6700 кг/м3 при t = 0 0C и p = 0,1 МПа; диэлектрическая проницаемость ε = 1,0021 при p = 0,1 МПа; электрическая прочность Eпр = 7,2 МВ/м.
Кроме высокой электрической прочности элегаз обладает более высокой дугогасящей способностью. Благодаря своим свойствам элегаз используется в выключателях, в высоковольтных кабелях, распределительных устройствах.
Описание лабораторной установки
Принципиальная схема лабораторной установки для испытания диэлектриков показана на рисунке 7
Рисунок 7- Принципиальная схема установки АИИ – 70 для измерения Uпр на переменном напряжении
Испытательная установка содержит:
QF1 – автоматический выключатель;
SQ1 – блокировочный контакт;
S1, S2 – переключатель защиты;
VL1 –кенотрон;
FU1,FU2 – предохранитель;
TV1 – регулировочный трансформатор;
TV2 – трансформатор накала кенотрона;
TV3 – испытательный трансформатор для повышения напряжения;
PA1 – микроамперметр;
FV1 – разрядник;
1,2 – электроды.
Принцип работы аппарата для испытания изоляции типа АИИ-70.
Измерение Uпр образцов жидких и твердых материалов может выполняться с помощью установок, выпускаемых серийно.
Аппарат для испытания изоляции типа АИИ-70 предназначен для опреде- ления Uпр материалов и испытания изоляции кабелей. Наибольшее напряжение при испытаниях на переменном токе составляет 50 кВ, на постоянном токе 70 кВ, мощность высоковольтного трансформатора 2 кВА.
Напряжение от сети через блокировочные контакты и предохранители подводится к регулировочному трансформатору ТV1, служащему для плавного изменения напряжения, и к трансформатору накала кенотрона ТV2. Включение высокого напряжения осуществляется путем включения автоматического выключателя QF1, имеющего три обмотки; две из них соединены последовательно (причем одна шунтируется переключателем защиты S2). Разомкнутое положение этого переключателя соответствует “чувствительной” защите: автомат срабатывает при пробое на стороне переменного тока и остается включенным, если ток в цепи выпрямленного напряжения не превосходит 5 мА. Когда переключатель S2 замкнут, осуществляется “ грубая” защита: автомат не срабатывает при коротком замыкании на высокой стороне и остается включенным, если мощность на стороне высокого напряжения при 50 кВ не превосходит 2 кВА. Такой режим должен длиться не более 1 мин. Измерение напряжения на образце производиться вольтметром kV класса 1.5 на стороне низкого напряжения, проградуированным в киловольтах. Конденсаторы. С служат для защиты от перенапряжения первичной обмотки. При синусоидальной форме кривой питающего напряжения вторичное напряжение высоковольтного трансформатора в режиме холостого хода не отличается от синусоидального более чем на 5%. Резистор R1 служит для защиты трансформатора от перегрузки при пробое образца. В установке имеется сосуд с электродами для стандартного испытания жидких материалов. Испытания на постоянном токе производят при помощи однополупериодного выпрямителя, для получения которой используется кенотрон VL1; на образец подается постоянное напряжение отрицательной полярности. Если необходимо измерить ток утечки, то для этой цели используется микроамперметр PA1 в анодной цепи. Защита микроамперметра от перегрузок осуществляется при помощи разрядника FV1, шунтирующего конденсатора С3 и сопротивления R2. Аппарат снабжен пультом управления, защитным ограждением и заземляющей штангой для снятия заряда с испытуемого образца и заземления вывода высокого напряжения. Погрешность при измерении испытательного напряжения не превосходит ±2 %.
Испытания с помощью данного аппарата могут производиться при следующих трех режимах.
1.Кратковременное испытание выпрямленным напряжением до 70 кВ при длительности не более 10 мин с интервалами 3 мин.
2.Продолжительное испытание выпрямленным напряжением длительностью до 8 ч.
3.Кратковременное испытание переменным напряжением до 50кВ при дли- тельности не более 1 мин с интервалами 5 мин.
3 Содержание и порядок выполнения работ
1. Ознакомиться со схемой лабораторной установки, изучить устройство и принцип работы аппарата АИИ-70.
2. До включения лабораторной установки в сеть выполнить следующее:
а) подключить электроды к высоковольтным шипам.
б) установить заданное расстояние между электродами.
в) установить рукоятку автотрансформатора в нулевое положение
г) включить лабораторную установку в сеть при помощи автоматического включателя QF1. С помощью регулировочного автотрансформатора ТV1 изменять напряжение от нуля до пробивного напряжения со скоростью 1 кВ/с. В качестве пробивного напряжения фиксируют наибольшие показания вольтметра перед моментом пробоя. После пробоя рукоятку автотрансформатора ТV1 установить в нулевое положение и отключить установку.
3. Снять по описанной методике зависимость Uпр=f(h) воздуха в однородном электрическом поле. Пробивное напряжение определяется при расстоянии между плоскими электродами 0.5, 1, 1.5, 2.0, 3.0 и 4.0 см. Результаты испытаний занести в таблицу 1.
Таблица 1 Результаты исследования электрической прочности воздуха в однородном электрическом поле (плоскость - плоскость)
| Расстояние между электродами h, м | Пробивное напряжение Uпр, В | Электрическая прочность Епр, В/м |
4.Снять зависимость Uпр=f(h) воздуха в однородном электрическом поле (система электродов шар-плоскость) при расстоянии между электродами 0.5, 1, 1.5, 2.0, 3.0 см. Результаты испытаний занести в таблицу 2.
5. Снять зависимость Uпр=f(h) воздуха в неоднородном электрическом поле (система электродов игла-плоскость). Пробивные напряжения определять при расстояниях между электродами 1.0, 1.5, 2.0 и 3.0 см. Результаты испытаний занести в таблицу 3..
Таблица 2 Результаты исследования электрической прочности воздуха в однородном электрическом поле (шар - плоскость)
| Расстояние между электродами h, м | Пробивное напряжение Uпр, В | Электрическая прочность Епр, В/м |
Таблица 3 Результаты исследования электрической прочности воздуха в неоднородном электрическом поле (игла – плоскость)
| Расстояние между электродами h, м | Пробивное напряжение Uпр, В | Электрическая прочность Епр, В/м |