Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Развитие газового разряда в однородном электрическом поле

 

Стадии развития разряда в искровом промежутке при атмосферном давлении в воздухе можно проанализировать по вольтамперной характеристики газового разряда (рис.1).

Рис.1. Вольтамперная характеристика газового разряда

 

При возрастании напряжения от нуля до UА (участок ОА) имеет место закон Ома (убыль концентрации зарядов между электродами восполняется за счет ионизации частиц в пространстве между электродами).

При дальнейшем повышении напряжения рост плотности тока замедляется и при UB (точка В) совсем прекращается. Достигается плотность тока, насыщения остающийся неизменным.

При напряжении UC (точка С) начинается ускоренное нарастание тока вплоть до точки D (до UD). На участке CD вольтамперная характеристика (ВАХ) напряженности поля между электродами становится достаточной для ударной ионизации. Участок ОАВС (ВАХ) соответствует несамостоятельной форме разряда или темной (таунсендовской) области разряда. Для поддержания несамостоятельной формы разряда необходимо наличие внешнего ионизатора, все время создающего новые электроны и ионы.

Часть ВАХ участка CD представляет переходную стадию от несамостоятельного разряда к самостоятельному, который возникает на участке DEFG. На этом участке уже не требуется внешний ионизатор. Разряд развивается под действием сил электрического поля.

Участок DEF соответствует форме коронного (или тлеющего) разряда, а участок FG – дуговому разряду. Дуговой разряд имеет большую плотность тока и поддерживается процессами ударной ионизации, а также термической ионизацией за счет высокой температуры в канале дуги.

Самостоятельный разряд может быть стационарным (коронный, дуговой) и нестационарным (искровой).

(Концентрация ионов над сушей оценивается в среднем числами N+» 750 ионов в см3, N–» 650 ионов в см3. Эти ионы обеспечивают среднюю проводимость воздуха).

Опытные данные об электрической прочности газа. На протекание процессов разряда в газе влияют различные факторы (P – давление,
W – влажность, T – температура, U – напряжения, ¦ – частота). В настоящее время нет достоверных теоретических расчетов пробивных напряжений газового промежутка.

Поэтому для оценки электрической прочности высоковольтных устройств используются результаты опытных данных. Исследуются статистические закономерности электрической прочности газовых промежутков.

Для ориентировочного расчета пробивного напряжения воздуха при частоте 50 Гц (Р» 1 атм, Т» 20 °С) для электродов простейшей формы используются следующие зависимости:

1) Плоские электроды

при межэлектродном расстоянии:

1) S < 1 см , кВ/см, Uпр = ЕпрS, кВ;

2) 1 < S < 20 см , кВ/см, Uпр = ЕпрS, кВ.

2) Поле двух параллельных цилиндрических проводов S/r > 30 (неоднородное поле):

, кВ/см, , кВ.

где S – расстояние между осями проводов; r – радиус провода; d – относительная плотность воздуха; Uпр – напряжение на проводе относительно нейтрали.

3) Симметричное поле двух сфер r < S < 2 r (малая степень неоднородности)

, кВ/см; , кВ,

где ;

S – кратчайшее расстояние между сферами, см;

r – радиус сферы, см.

 

При расстояниях, превышающих критические (Sкр), эти формулы позволяют оценить величину начального напряжения короны (Uн.кор .), т.е. начало частичных разрядов в зоне электродов. Полный пробой промежутка произойдет при условии повышения приложенного напряжения сверх начального.

В пределах изменения S от 0 до Sкр начальное напряжение короны совпадает с напряжением полного пробоя, коронный разряд неустойчив (рис.2.). При расстоянии S > Sкр (ветвь кривой 1) определяет величину начального напряжения самостоятельного и устойчивого разряда (неполного пробоя); ветвь 2 соответствует росту напряжения и дает значение Uпроб. всего промежутка.

Рис.2. Зависимость напряжения между параллельными проводниками
в зависимости от расстояния между ними

 

Поле электродов стержень-плоскость, стержень-стержень имеют высокую степень неоднородности. Пробивные напряжения этих промежутков имеют наименьшие значения по сравнению с промежутками между электродами иной формы. Пробивные напряжения этих промежутков принимаются для грубой оценки электрической прочности искровых промежутков. Зависимости электрической прочности воздуха от длины промежутка в пределах до 200 см для электродов стержень-стержень и стержень-плоскость приведены на рис. 3 при частоте 50 Гц.

Рис. 3. Зависимость разрядных напряжений при 50 Гц от расстояния
между электродами: 1 – «стержень-стержень»; 2 – «стержень-плоскость»

 

Для электродов стержень-плоскость пробивное напряжение определяется зависимостью Uпр = 5 + 3,75 S (для электродов стержень-стержень при 20 < S < 250 см).

При промежутках S = 8…10 м и более пробой развивается через лидерную стадию. Между электродами образуется объемный заряд, распределение заряда в пространстве зависит от формы и размеров электродов. Объемный заряд влияет на процесс развития пробоя и на величину Uпр. На рис. 4 представлены зависимости Uпр для электродов различных форм.

Рис. 4. Зависимости разрядных напряжений при 50 Гц для длинных промежутков в неоднородном поле между электродами различных форм:

1 – стержень-плоскость; 2 – стержень-стержень;
3 – провод-земля; 4 – провод-стойка опоры

 

Значение пробивных напряжений Uпр искровых промежутков воздуха зависит от частоты переменного тока, полярности электродов при постоянном напряжении, от формы импульсов, от относительной плотности воздуха и его влажности.

Разряд в длинных воздушных промежутках. Самое низкое разрядное напряжение имеет промежуток стержень-плоскость. Рассмотрим развитие разряда в таком промежутке при коммутационном импульсе.

Рис. 5. Разряд в длинном воздушном промежутке при коммутационном импульсе для промежутка «стержень-плоскость»:

а – стилизованная фоторазвертка во времени;
осциллограммы: б – напряжения; в – тока; г – заряда

 

При достижении Uнач.раз . со стержня развивается пучок стримеров (рис. 5). Образованный при этом объемный заряд приводит к падению напряженности вблизи стержня, из-за чего развитие разряда прекращается. Затем напряжение растет и появляются новые вспышки стримеров. Из-за нагрева воздуха в зоне развития стримеров появляется другое образование – канал разряда. В этом канале происходит термоионизация газа. Этот канал называется лидером, который контактирует с электродом. Следующие вспышки стримеров возникают с конца лидера и приводит к его удлинению. При достижении стримером плоскости начинается «сквозная фаза» развития разряда. В этой фазе растет ток, а напряжение падает на промежутках из-за падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника. Значение Uразр промежутка соответствует началу сквозной фазы. Сквозная фаза завершается перекрытием промежутка лидерным каналом, что означает его пробой.

Оценка разрядного напряжения промежутка стержень-плоскость может быть произведена по уравнению

Up = Ел×lл + Ес×lc,

где Ел – средняя напряженность поля в канале лидера в начале сквозной фазы;

Ес = 5 кВ/см;

lл и lc – длина лидера и протяженность стримерной зоны в момент установления сквозной фазы разряда.

При разряде в длинном воздушном промежутке зона ионизации целиком заполнена стримерами. Поэтому ее называют стримерной зоной, для этой зоны средняя напряженность электрического поля Еср = 5 кВ/см.

При грозовых импульсах длина зоны ионизации (стримерная зона) практически равна межэлектродному расстоянию L и разряд напряжения промежутков при этом могут быть оценены по выражению

,

где – в вольтах, L – в сантиметрах.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
 | Работа изоляторов при увлажненных загрязнениях поверхности


Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных