Описание установки

Принципиальная электрическая схема установки представлена на рисунке 1.

Рис. 1–5. Принципиальная электрическая схема установки

Принципиальная электрическая схема установки представлена на рис. 1—5. Высокое напряжение промышленной частоты получается от высоковольтной установки АИИ-70 V – без выпрямителя (напряжение на входе U₁ до 220В, на выходе U₂ до 70000В). Для получения выпрямленного высокого напряжения применяется однополупериодная схема выпрямления (U_d – выпрямленное напряжение, коэффициент схемы выпрямления К_сх = U_d / U₂ = 0,45) с включенным селеновым выпрямителем ВС. Тогда напряжение на ИО будет U_d = U₂ • К_сх = (U₁ / K_тр) • K_cх; K_тр – коэффициент трансформации испытательного трансформатора установки АИИ-70. Выключатель В служит для коммутации напряжения испытательной установки. Контактор П предназначен для дистанционного отключения и включения высоковольтного трансформатора. Испытательная схема снабжена реле, которое отключает напряжение при пробое испытываемого промежутка, и лампочкой, сигнализирующей о подаче напряжения на высоковольтный трансформатор. Высоковольтная часть установки расположена за ограждением. Двери ограждения снабжены блокировкой, контакты которой включены в цепь управления контактором П.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться со схемой установки, расположением ее элементов и объектов испытания, с порядком проведения измерений и правилами безопасной работы на установках.

2. Определить коэффициент напряжения схемы высоковольтного трансформатора и выпрямителя, т. е. зависимость напряжения на выходе схемы от напряжения на первичной стороне трансформатора Т.

3. Снять зависимость начального U₀ (напряжения короны) и пробивного U_p напряжений от расстояния между электродами S для промежутка стержень—плоскость при изменении его от 1 до 5 см при различных полярностях электродов. По результатам опытов рассчитать действительные значения и построить зависимости U₀ = f (S), U_p = f (S), E_ср = U_p / S = f (S) на одном графике. (Табл. 1–1)

4. Установить электроды на расстоянии 5 см друг от друга и расположить между ними барьер, измерить зависимости пробивного напряжения от расстояния между стержнем и барьером, изменяя расстояние через 1 см, при различных полярностях электродов. По результатам опытов построить зависимости напряжений от расстояния между стержнем и барьером, отметив на них пробивные напряжения при отсутствии барьера (по данным п. 3). (Табл.1–2)

5. Рассчитать для приведения напряжений к нормальным условиям коэффициент, учитывающий относительную плотность и влажность воздуха,

(1.7)

Обработка полученных данных

1. Определим коэффициент напряжения схемы высоковольтного трансформатора и выпрямителя по формуле (1.8):

(1.8)

2. Снять зависимость начального U₀ (напряжения короны) и пробивного U_p напряжений от расстояния между электродами S для промежутка стержень—плоскость при изменении его от 1 до 5 см при различных полярностях электродов. Полученные данные данного опыта занесены в таблицу 1-1.

Таблица 1–1 – Зависимость начального U₀ (напряжения короны) и пробивного U_p напряжений от расстояния между электродами S.

(–) — ├ (+)
S	см	1	2	3	4	5
U0	В	15	25	30	30	35
	кВ	10,7	17,8	21,4	21,4	25
Up	В	20	40	70	95	110
	кВ	14,3	28,6	50	67,9	78,6
Ecp	кВ/см	14,3	14,3	16,7	16,9	15,7
(+) — ├ (–)
U0	В	10	28	29	30	40
	кВ	7,1	20	20,7	21,4	28,6
Up	В	27	39	49	54	65
	кВ	19,3	27,9	35	38,6	46,4
Ecp	кВ/см	19,3	13,9	11,7	9,6	9,3

Воспользуемся формулой (1.8), чтобы рассчитать напряжение на вторичной обмотке трансформатора для каждого опыта:

(1.9)

Найдем с помощью формулы (2.0) для опыта стержень-плоскость:

кВ (2.0)

Аналогично находим напряжение на вторичной обмотке для других значений.

Средняя напряженность есть отношение , приложенная к электродам к расстоянию S между электродами. Найдем среднюю напряженность для всех опытов по формуле (2.1):

(2.1)

кВ/см (2.2)

Аналогично находим среднюю напряженность для остальных полеченных значений.

3. По результатам опытов рассчитать действительные значения и построить зависимости U₀ = f (S), U_p = f (S), E_ср = U_p / S = f (S) на одном графике. (Табл. 1-6)

Рис.1-6 – График зависимостей ((–) — ├ (+)) U₀ = f (S), U_p = f (S)

Рис. 1-7 – График зависимостей ((–) — ├ (+)) E_ср = U_p / S = f (S)

Рис.1-8 – График зависимостей ((+) — ├ (–)) U₀ = f (S), U_p = f (S)

Рис. 1-9 – График зависимостей ((+) — ├ (–)) E_ср = U_p / S = f (S)

4. Установить электроды на расстоянии 5 см друг от друга и расположить между ними барьер, измерить зависимости пробивного напряжения от расстояния между стержнем и барьером, изменяя расстояние через 1 см, при различных полярностях электродов. По результатам опытов построить зависимости напряжений от расстояния между стержнем и барьером, отметив на них пробивные напряжения при отсутствии барьера (по данным п. 3). (Табл. 1-2)

Таблица 1–2 - Результаты опытов

(+) — ├ (-)
S1	см	0	1	2	3	4	5
Up	В	55	55	80	80	60	55
	кВ	39,3	39,3	57,1	57,1	42,9	39,3
(–) — ├ (+)
Up	В	55	53	62	98	110	108
	кВ	39,3	37,9	44,3	70	78,6	77,1

Рис.1-10 - График зависимостей U_p1,2 = f (S)

Вывод:

В ходе лабораторной работы был определен коэффициент напряжения схемы высоковольтного трансформатора и выпрямителя, с помощью которого было определено напряжение на выходе схемы. Позже опытным путем было определена зависимость начального и пробивного напряжения от различных расстояний между электродами и их различных полярностей, рассчитаны действительные значения полученных результатов и построены графики зависимостей, из которых следует, что и начальное и пробивное напряжение увеличиваются прямопропорционально расстоянию между электродами. Также был проведен аналогичный опыт с применением барьера между электродами и построен график зависимости напряжений от расстояния между стержнем и барьером, по которому заметно, что при отрицательной полярности на стержне напряжение пробоя увеличивается прямопропорционально расстоянию между барьером и стержнем, а при положительном – сначала увеличивается, затем уменьшается, но при этом начальное напряжение также возрастает с 7,1 кВ до 28,6 кВ. Но при отрицательной полярности напряжение возрастает с периода с 10,7 до 25 кВ. Все это говорит нам о том, что при увеличении расстояния промежутка и изменениями полярности мы наблюдаем, влияние не только начального, но и пробивного напряжения. Это объясняется тем, что при положительно заряженном стержне, новые электроны могут образовываться только в объеме газа за счет фотоионизации. А значит, в однородном поле пробой наступает при больших напряжениях, но, в нашем случае мы рассматриваем неоднородное поле. Следовательно, при неоднородном поле, особенно резко, пробой наступает при значительно меньших напряжениях. Значит, можно сделать вывод, что вероятность пробоя при искажении поля резко возрастает, что необходимо учитывать специалистам при эксплуатации электрического оборудования в электроснабжении.