лабы / ТВН ЛБ1
.rtfМинистерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»
Инженерная школа энергетики
13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
Разряд в слабонеоднородном поле
Лабораторная работа № 1
по дисциплине:
Техника высоких напряжений
Выполнил
(подпись)
студент группы 5А6Б ________________________ Кошкин Д.Р
(подпись)
Руководитель ___________________________ Старцева Е.В.
(подпись)
___________________________
(дата)
Томск – 2019
Цель работы: изучение влияния неоднородности электрического поля на разрядное напряжение между электродами в слабонеоднородном поле.
Порядок работы:
1. Ознакомиться с устройством испытательной установки, схема которой представлена на рисунке 1.
2. Установить в держатели электродов шары диаметром D = 12,5 см.
3. Между шарами поочередно устанавливать расстояния S (1–5 см), включать установку и плавно увеличивать напряжение до тех пор, пока не произойдет разряд в промежутке. В этот момент фиксировать разрядное напряжение U. Для каждого расстояния S провести три измерения и результаты занести в табл. 1. Рассчитать среднее значение разрядного напряжения Uср для каждого расстояния S. Во время измерений по п. 3 необходимо выполнять условие S/D < 0,5, чтобы поле между шарами оставалось квазиоднородным. Тогда, при некотором допущении, можно принять, что
4. В испытательной установке заменить шары диаметром 12,5 см на шары диаметром D1=5 см. Установить расстояние между шарами на 1–3 см больше величины S в первом опыте п. 3. Включить установку и плавно увеличить напряжение до значения Uср, рассчитанного для первого опыта п. 3, а затем сближать шары до получения между ними разряда. Измерить длину разрядного промежутка S1. Измерения повторять три раза для каждого из расстояний S п.3.
5. Рассчитать среднее значение расстояния S1ср для каждого разрядного Напряжения Uср. Учитывая, что , определить коэффициент неоднородности электрического поля Кн = Eмакс/Eср.
Результаты измерений занести в табл. 1.
Схема экспериментальной установки
Рисунок 1 Схема экспериментальной установки
Обозначения соответствующей схемы (рисунок 1):
АТ – автотрансформатор; Т – высоковольтный трансформатор;
Rзащ- защитное сопротивление; V1, V2 – выпрямители; С1, С2 – фильтр;
R1, R2 – высоковольтный омический делитель; V – вольтметр;
D1, D – электроды.
Ход работы
Таблица 1. Экспериментальные данные
S, см |
D = 12,5 см |
D = 5 см |
||||||||||||
U, кВ |
Uср, кВ |
Eмакс кВ/см |
S1, см |
S1ср, см |
Eср, кВ/c м |
KH |
||||||||
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
|
|
|
||||||
1 |
13 |
14 |
14 |
13,66 |
13,66 |
1,1 |
1,2 |
1 |
1,1 |
12,42 |
1,1 |
|||
2 |
25 |
25 |
25 |
25 |
12,5 |
2,4 |
2,1 |
2,1 |
2,2 |
11,36 |
1,1 |
|||
3 |
36 |
37 |
36 |
36,66 |
12,22 |
3,4 |
3,4 |
3,2 |
3,33 |
11 |
1,11 |
|||
4 |
48 |
49 |
47 |
48 |
12 |
5,8 |
5,7 |
5,6 |
5,7 |
8,42 |
1,4 |
Приведем пример расчета первой строки таблицы:
Построение зависимостей
На рисунке 2 представлены зависимости Uср = f(S1ср) и Uср = f(S).
U, кВ
S, см
Рисунок 2 – Зависимость напряжения от расстояния между электродами большого и малого диаметра
На рисунке 3 представлена зависимость Кн = f(S1ср).
S, см
Рисунок 2 – Зависимость коэффициента неоднородности от расстояния между электродами малого диаметра
Ответы на контрольные вопросы
-
Что такое коэффициент неоднородности электрического поля?
Степень неоднородности электрического поля между электродами характеризуется коэффициентом неоднородности Кн, который равен отношению максимальной напряженности Емакс к средней напряженности Еср поля между электродами.лектрод
-
Что называется лавиной электронов?
Если в газе между двумя электродами появляется свободный электрон, то, набирая энергию при движении к аноду, он может ионизировать атом или молекулу газа при столкновении. В результате этого многократно повторяющегося процесса появляются новые свободные электроны, число которых непрерывно растет.
-
В чем заключается условие самостоятельности разряда в газах?
При самостоятельной форме разряда развитие вторичных лавин возобновляется именно за счет условий создания эффективных электронов от первичной лавины, а не внешних воздействий. Условия появления хотя бы одного эффективного электрона:
1) Оставшиеся после прохождения лавины положительные ионы, двигаясь к катоду, бомбардируют его и вызывают эмиссию электронов из катода;
2) Возбужденные атомы и молекулы, образующиеся наряду с ионизацией, испускают фотоны, которые могут приводить как к фотоионизации в объеме промежутка, так и к фотоэмиссии электронов из катода.
-
Что называется коэффициентом ударной ионизации?
Интенсивность размножения электронов в лавине характеризуется коэффициентом ударной ионизации α, который равен числу ионизаций, производимых электроном на единице длины пути по направлению электрического поля.
-
Почему при измерении напряжения используются электроды шар-шар, а не плоскость-плоскость?
Использование электродов шар-шар объясняется тем, что они более экономичны при изготовлении, изменять расстояние между ними проще, а также коэффициент неоднородности у них будет оставаться постоянным при различных их перекосах, что нельзя сказать про 2 плоскости, при скосах которых будет сильно изменяться коэффициент неоднородности.
Вывод
Таким образом, в ходе данной лабораторной работы изучено влияние неоднородности электрического поля на разрядное напряжение между электродами в слабонеоднородном поле.
По рисунку 2 видно, что одно и то же разрядное напряжение у шаров меньшего диаметра возникает на большем расстоянии, что объясняется большей неоднородностью поля по сравнению с полем, создаваемым от шаров большего диаметра. При этом чем больше расстояние между электродами, тем больше неоднородность поля (по рис. 3), поэтому и зависимости на рисунке 2 имеют нелинейный характер.