Описание установки и объектов испытания

Принципиальная электрическая схема установки представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема лабораторной установки

Схема лабораторной установки, представленная на рисунке 3 включает в себя:

− Источник переменного напряжения 220 В;

− Вводной автоматический выключатель Q1;

− Лабораторный автотрансформатор АТ;

− Вольтметр переменного напряжения V;

− Магнитный контактор KM;

− Испытательный однофазный трансформатор Т;

− Объект испытания ОИ.

Вводной выключатель Q1 служит для коммутации цепи испытательной установки, а магнитный пускатель KM необходим для дистанционного включения/отключения испытательного трансформатора T. Схема лабораторной установки снабжена реле, которое отключает установку при пробое объекта испытания ОИ. Кроме того, снаружи металлической клетки установлена сигнальная лампа зеленого цвета, которая сигнализирует о том, что на высоковольтную часть лабораторной установки подано напряжение.

При проведении лабораторных опытов необходимо помнить, что напряжение на высоковольтной части может достигать 100 кВ, поэтому при проведении опытов необходимо использовать средства индивидуальной защиты, которыми снабжена лаборатория.

Для определения коэффициента трансформации трансформатора Т необходимо использовать паспортные данные, указанные на трансформаторе и выражение:

(2.7)

где 𝐼1 – ток в первичной обмотке трансформатора; 𝐼2 – ток во вторичной обмотке трансформатора; 𝑊1 – число витков первичной обмотки трансформатора; 𝑊2 – число витков вторичной обмотки трансформатора; 𝑈1 – напряжение первичной обмотки трансформатора;

Разрядные напряжения на поверхности диэлектрика в неоднородном поле с преобладанием тангенциальной составляющей напряженности изучаются на конструкции макета опорного изолятора (рисунок 3а). Электроды 1 и 2 представляют собой металлические кольца. В качестве твердого диэлектрика используется стеклянная трубка 3. Один из электродов заземляется, к другому подается высокое напряжение. Для изменения расстояния между электродами производится перемещение подвижного кольца.

Для изучения поверхностного разряда в неоднородном поле с большой нормальной составляющей напряженности используется конструкция макета проходного изолятора (рисунок 3б). Внутрь стеклянной трубки 3 помещается металлический стержень 3. Напряжение подается между подвижным кольцом 2 и металлическим стержнем.

Влияние удельной поверхностной емкости на развитие разряда изучается с помощью конструкции (рисунок 3в). Напряжение подается к плоским электродам, расположенным на диэлектрике, под которым помещена металлическая плоскость. Один из электродов и металлическая плоскость заземлены. Удельная поверхностная емкость регулируется изменением толщины диэлектрика.

1 — неподвижный электрод; 2 — подвижный электрод; 3 — диэлектрик;

4 – подвижный стержень

Рисунок 3 - Изоляционные конструкции для испытания

Порядок выполнения работы

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

2. Определить коэффициент трансформации испытательного трансформатора.

(2.8)

3. Определить для конструкции макета опорного изолятора (рисунок 4а) разрядные напряжения по поверхности диэлектрика в зависимости от расстояния между электродами 𝑙. Величину 𝑙 установить равной 2, 4, 6, 8 см, результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1 - Результаты опытов

Тип изоляционной конструкции	Измеряемые параметры	Расстояние 𝑙, см
		2	4	6	8
Опорный изолятор	𝑈р, В	15	58	76	87
	𝑈р, кВ	10,7	41,4	54,3	62,1
	𝐸р, кВ/см	25	30	60	62
Проходной изолятор	𝑈р, В	17,9	21,4	42,6	44,3
	𝑈р, кВ	5,4	10,4	9	7,7
	𝐸р, кВ/см	8,9	5,4	7,1	5,5

Воспользуемся формулой (2.8), чтобы рассчитать напряжение на вторичной обмотке трансформатора для каждого опыта:

(2.9)

Найдем с помощью формулы (2.9) для опыта с опорным изолятором:

кВ (3.0)

Аналогично находим напряжение на вторичной обмотке для других значений.

Найдем среднюю напряженность для всех опытов по формуле (3.1):

(3.1)

кВ/см (3.2)

Аналогично находим среднюю напряженность для остальных полеченных значений.

По результатам опытов построить кривые U_р =f (l) и E_cp = f (l) для опорного и проходного изоляторов на одном графике.

Рис.4 – Кривые U_р =f (l) и E_cp = f (l) для опорного изолятора

Рис.5 – Кривые U_р =f (l) и E_cp = f (l) для проходного изолятора

4. Определить для конструкции макета проходного изолятора (рисунок 3б) разрядные напряжения по поверхности диэлектрика в зависимости от расстояния между электродами 𝑙. Величину 𝑙 установить равной 2, 4, 6, 8 см. По результатам опытов построить кривые 𝑈р=𝑓(𝑙) и 𝐸р=𝑓(𝑙) для опорного и проходного изоляторов на одном графике.

Таблица 2 - Результаты опытов

Параметр	Единица измерения	Расстояние 𝑙
𝑑	см	2	4	6	8	10
𝑈к	В	15	42	55	70	90
	кВ	10,7	30	39,3	50	64,3
𝑈р	В	20	45	60	72	92
	кВ	14,3	32,1	42,9	51,4	65,7
𝐸ср	кВ/см	7,1	8	7,1	6,4	6,6

E_р и U_ср в данном опыте находим аналогично с пунктом 2.

Рис.6 - Графики U_к, U_р = f (l)

Рис.7 – График E_cp = U_р / l= f (l).

5. Определить для конструкции (рисунок 3в) напряжение возникновения короны 𝑈к, напряжение возникновения скользящих разрядов 𝑈ск и разрядное напряжение 𝑈р при различном расстоянии между электродами 𝑙 и постоянной толщине диэлектрика 𝑑. Величину 𝑙 установить равной 2, 4, 6, 8, 10 см, заполнить таблицу 2. По полученным данным построить графики: 𝑈к=𝑓(𝑙), 𝑈ск=𝑓(𝑙), 𝑈р=𝑓(𝑙), 𝑈к=𝑓(𝑙) и 𝐸ср=𝑓(𝑙).

Таблица 3 - Результаты опытов

Параметр	Единица измерения	Толщина диэлектрика 𝑑
𝑑	см	0,3	0,6	0,9	1,2	1,5
𝑈к	В	44	52	62	65	55
	кВ	31,4	37,1	44,3	46,4	39,3
𝑈р	В	47	55	65	69	60
	кВ	33,6	39,3	46,4	49,3	42,9
𝐸ср	кВ/см	5,6	6,5	7,7	8,2	7,1

E_cp, U_р, U_k в данном опыте находим аналогично с пунктом 1 и 2.

Рис.8 - Графики U_к, U_р = f (d)

Рис.9 – График E_cp = f (d)

6. Определить для конструкции напряжение возникновения короны 𝑈к, напряжение возникновения скользящих разрядов 𝑈ск и разрядное напряжение

𝑈р при различной толщине диэлектрика 𝑑 и постоянном расстоянии между электродами 𝑙. Расстояние 𝑙 установить равным 6 см. Данные занести в таблицу 3. По полученным данным построить графики: 𝑈к=𝑓(𝑑), 𝑈ск=𝑓(𝑑), 𝑈р=𝑓(𝑑), 𝑈к=𝑓(𝑑) и 𝐸ср=𝑓(𝑑).

8. Построить зависимости log10𝑈р=𝑓(log10𝑙) и log10𝑈р=𝑓(log10𝑑) в логарифмических координатах и по ним графически определить коэффициенты 𝑘2 и 𝑘3, а также показатели степени 𝑚 и 𝑛 для выражений.

Рис.10 – График зависимости U_р = f (l) в логарифмических координатах

По данному графику определим множитель k₂ и показатели степени т и п. Величина тангенса угла α соответствует показателю степени т, а отрезок ОА равен lg k₂. Согласно графику, величина ОА равна 1,1. Найдем k₂ и т (формула 3.3,3.4)

(3.3)

m=tgα= (3.4)

Рис.11 - График зависимости U_р = f (d) в логарифмических координатах

Аналогичным образом ищем множитель k₃ и показатель степени п:

Вывод

В данной лабораторной работе было исследовано электрический разряд вдоль поверхности твердого диэлектрика. В ходе работы был определен коэффициент трансформации испытательного трансформатора и напряжение по поверхности опорного и проходного изолятора, а также напряжение возникновения коронного разряда изменяя расстояние между электродами и толщину. В последнем опыте было исследовано, что с увеличением толщины диэлектрика увеличивается и напряжение коронного разряда, и пробивное напряжение.