МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Тольяттинский государственный университет»

Институт химии и энергетики

Кафедра «Электроснабжение и электротехника»

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

«Основы электромеханики»

Отчет по лабораторной работе №6

«Изучение коронного разряда»

Работу выполнил(-и): Назаров М.О.

Преподаватель: Прядилов А.В.

Тольятти 2021

Содержание

Основная часть 3

1. Цель работы 3

2. Задачи работы 3

3. Теоретическая часть 3

4. Ход работы 8

Заключение 12

1. Вывод 12

1. Цель работы

Целью лабораторной работы является изучение физических явлений, происходящих при коронном разряде, основных характеристик разряда и приобретение навыков работы с электрооборудованием при высоких напряжениях.

2. Задачи работы

• изучить правила работы с высоковольтным оборудованием;

• изучить вид и структуру коронного разряда;

• получить и изучить положительную и отрицательную короны, сопоставить их;

• научиться снимать вольт – амперные характеристики коронного разряда;

• уяснить влияние на коронный разряд климатических факторов.

3. Теоретическая часть

Коронные разряды являются незавершенной формой пробоя межэлектродного газового промежутка.

При работе различных высоковольтных электроустановок в межэлектродных электрических газовых промежутках, в зависимости от формы электродах, могут формироваться равномерные, слабонеравномерные и резконеравномерные электрические поля. Степень неравномерности электрического поля характеризуется коэффициентом неравномерности:

где – максимальная напряженность электрического поля;

– средняя или номинальная напряженность электрического поля.

Резконеравномерным считается электрическое поле, при котором К > 4.

Окружающий нас воздух состоит из большого количества электрически нейтральных молекул, находящихся в постоянном хаотическом движении. Отсутствие свободных электрических зарядов в газах делает его диэлектриком с достаточно высокими характеристиками. При этом необходимо отметить, что воздух присутствует в большинстве электротехнических устройств и установок в качестве электрической изоляции. Кроме этого в воздухе под воздействием внешнего электрического поля могут протекать электрофизические явления, приводящие к некоторым видам разрядов в этих газовых включениях и нарушению электрической прочности всего диэлектрического устройства.

Изучение и моделирование процессов, протекающих в газах, в полях высокой напряженности, дает возможность получить более глубокие и полноценные сведения о явлениях, протекающих в сложных диэлектрических структурах.

Атмосферный воздух по своему составу представляет собой достаточно сложную композицию, состоящую из различных ионов. Степень проводимости газового диэлектрика будет в значительной степени зависеть от степени его ионизации.

Основой для изучения механизма разрядов в газах в поле высокой напряженности является изучение движения электронов и ионов в газе и сопровождающих их. Рассмотрим поведение газообразных диэлектриков в поле высокой напряженности.

В газах, находящихся в состоянии теплового равновесия, микрочастицы структуры газа движутся хаотично по всем направлениям. Скорости газовых молекул подчиняются максвелловскому распределению, которое устанавливается в результате частых соударений молекул структуры газа, а длины свободных пробегов молекул и число их соударений распределяются по закону теории вероятностей. Средняя кинетическая энергия газовых микрочастиц не зависит от их природы, а зависит в основном от температуры.

Если в газе присутствуют электроны или ионы, то при тепловом равновесии с газом они будут обладать той же средней энергией, что и молекулы газа. При наложении внешнего поля электроны и ионы под воздействием этого поля получают направленное движение и дополнительное ускорение. В результате столкновений микрочастиц, имеющих место в газах, заряженные частицы передают молекулам часть своей энергии, приобретенной за счет воздействия электрического поля, вследствие этого увеличивается средняя скорость неупорядоченного движения газовых молекул. Таким образом повышается общая температура газа за счет действия приложенного внешнего электрического поля.

Если же газ состоит из смеси электронов и ионов, то средняя длина свободного пробега (λ) электронов, согласно кинетической теории газов, определяется зависимостью:

,

где r1 и r2 – радиусы соответственно электронов и ионов,

n – концентрация ионов в структуре газа.

Зависимость справедлива в том случае, когда количество электронов незначительно и является малой примесью в объеме тяжелых малоподвижных ионов, при этом средняя длина свободного пробега является величиной обратно пропорциональной числу легких микрочастиц в единице объема

,

где Р – давление газа;

А – коэффициент, зависящий от размеров и скорости сталкивающихся микрочастиц, а следовательно, от их температуры.

Положительная корона

Рисунок 1 – Положительная корона

Коронный разряд начинается около острия. При этом образуются в основном положительные ионы и свободные электроны. За счет эффекта Роговского в зоне, где Е = Екр, образуется объемное положительное заряженное облако. Это облако несколько снижает напряженность поля около острия и увеличивает ее между диском и облаком. В результате этого в некоторых местах облака возникает усиленная ионизация и начинают прорастать стримеры (электропроводные каналы). Это называется стримерной формой развития разряда. Когда стример прорастает достаточно далеко, промежуток пробивается и возникает дуга.

Наличием стримеров объясняется образование в некоторых случаях искровых или кистевых разрядов. Искровой разряд представляет собой ярко светящиеся искры, которые, не долетая до диска, затухают. Эта неустойчивая форма разряда объясняется неустойчивостью стримеров и возникает непосредственно перед дуговым разрядом. Кистевые разряды имеют ту же природу, но представляют собой целые кисти искр.

Описанные эффекты сильно снижают пробивное напряжение, содействуют развитию короны; поэтому такая корона часто называется саморазвивающейся.

Вольт – амперная характеристика короны представляет собой нелинейное сопротивление, которое при постоянном напряжении подчиняется уравнению:

где U_кр – начальное напряжение;

А – постоянный коэффициент, зависящий от конструкции и размеров электродов, погоды, шероховатости и т.д.

Расчет U_кр и А весьма труден, поэтому эти величины обычно определяются экспериментально или с помощью эмпирических формул, имеющих ограниченное значение. Вольт-амперная характеристика коронного разряда примыкает к оси абсцисс почти по касательной (рисунок 2, а), разброс экспериментальных точек в начальной части по ряду причин очень велик, поэтому определение U_кр и А по ВАХ весьма неточно.

Рисунок 2 – Зависимость тока короны от напряжения

Для увеличения точности применяют редуцированные характеристики. Разделим уравнение ВАХ на напряжение, тогда:

Зависимость является линейной и строится по экспериментальным точкам в средней и верхней части кривой, т.е. по надежным точкам (рисунок 2, б). Нижними точками пренебрегаем. При таком построении U_кр выделяются очень четко. Коэффициент А является тангенсом угла наклона линии графика, если U и подставить в именованных величинах.

Прерывистые явления в коронном разряде

И положительная, и отрицательная корона сопровождается в воздухе характерным звуковым явлением – шипением. Это шипение носит несколько различный характер в случае положительной и отрицательной короны и при каждой из них изменяется с изменением силы коронного тока. Таким образом, уже непосредственное визуальное наблюдение коронного разряда указывает на ряд прерывистых явлений в короне. Прерывистый характер коронного разряда был обнаружен Тричелем. Коронный ток, как показал Тричель, слагается из периодических и правильно чередующихся импульсов. При повышении напряжения сила тока в каждом импульсе остается неизменной, а общая сила тока коронного разряда увеличивается за счет увеличения частоты чередования импульсов.

Каждый регулярный импульс представляет собой обычным образом развивающийся ряд лавин, сопровождаемой фотоионизацией в окружающем объеме газа. Прерывистые явления тока коронного разряда наблюдались только в электроотрицательных газах и при наличии последних в смеси газов хотя бы в небольшом количестве.

Частота чередования импульсов Тричеля обуславливается, временем накопления и рассасывания пространственного заряда.