2.4. Меры безопасности при работе на аппарате аим-90

При испытаниях запрещается:

– прерывать повышение испытательного напряжения в интервале 60÷90 кВ;

– без острой необходимости нажимать кнопку прерывания подъема высокого напряжения «_—/_—»;

– включать высокое напряжение, если не установлены в аппарат изоляционный барьер ячейки с жидким диэлектриком;

– работать на аппарате при напряжении выше 90 кВ . при достижении во время испытаний указанной величины необходимо отключить аппарат сетевой кнопкой.

3. Лабораторная работа № 1 испытание воздуха на пробой при различной форме электродов

Цель работы: исследовать зависимость разрядных напряжений от формы электродов и расстояния между ними; определить влияние полярности на величину разрядного напряжения несимметричных электродов.

3.1. Общие сведения

К внешней изоляции установок высокого напряжения относят изоляционные промежутки между электродами (проводами линий, шинами распределительных устройств и т. д.), в которых роль основного диэлектрика выполняет воздух.

Целесообразность использования диэлектрических свойств воздуха в энергетических установках разных классов напряжения объясняется меньшей стоимостью и сравнительной простотой создания изоляции. Но электрическая прочность воздуха при нормальных условиях относительно невелика: при расстояниях между электродами более 1 см она не превосходит 25÷30 кВ/см, т. е. в 10÷30 раз меньше, чем у твердых диэлектриков.

Пробой газообразных диэлектриков всегда начинается с ударной ионизации. Для начала ударной ионизации необходимо, чтобы кинетическая энергия электронов, разгоняемых электрическим полем, стала больше энергии ионизации. Ударную ионизацию начинают электроны как более подвижные и имеющие большую длину свободного пробега, чем ионы. Электроны начинают ионизировать молекулы газа при достижении скорости свыше 1000 км/с. При достаточной напряженности электрического поля ударную ионизацию могут производить и ионы. Для завершения пробоя воздуха, проявляющегося внешне в виде искры, проскакивающей между электродами, необходимо, чтобы процесс увеличения количества свободных зарядов в данном искровом промежутке привел к достаточной плотности свободных зарядов. Это достигается благодаря некоторым вторичным явлениям, сопутствующим ударной ионизации, например, вследствие выхода дополнительных свободных электронов из катода под действием фотонов, излучаемых атомами газа, возбудившимися под влиянием соударений с электронами (излучение из начальной лавины). Имеет место также фотоионизация молекул газа.

Электрическая прочность газов зависит от их плотности (рис. 3.1).

В правой части графика рост электрической прочности объясняется уменьшением длины свободного пробега электронов, а в левой части – уменьшением вероятности столкновения электронов с молекулами газа.

Второй закономерностью механизма ударной ионизации является зависимость электрической прочности газа от расстояния между электродами (рис. 3.2).

При малых расстояниях ударная ионизация затрудняется вследствие малой общей длины пробега свободных зарядов. Это сказывается более сильно при особо малых расстояниях, сопоставимых с длиной свободного пробега, среднее значение которого при нормальных барометрических условиях составляет 10^-5 см. При достаточно больших расстояниях между электродами (от 1 см и выше) влияние расстояния сильно снижается.

Рис. 3.1. Зависимость электрической прочности воздуха от давления

Рис. 3.2. Зависимость электрической прочности воздуха от расстояния между электродами в однородном поле

Одновременное влияние на пробой газов плотности р и расстояния между электродами S привело к установлению зависимости пробивного напряжения от произведения этих величин (закон Пашена). Согласно этому закону, для газов существует определенное минимальное пробивное напряжение (для воздуха оно составляет около 300 В).

В реальных условиях изоляционные расстояния по воздуху в установках высокого и сверхвысокого напряжения получаются большими, достигая нескольких метров. Размеры же электродов (провода, шины и др.), выбранных по плотности тока, механической прочности и другим критериям, оказываются сравнительно небольшими, и радиусы кривизны их поверхностей составляют не более единиц сантиметров. При таких соотношениях размеров электродов и межэлектродных расстояний электрические поля во внешней изоляции получаются резко неоднородными. В неоднородных полях имеются места с повышенной напряженностью, где и начинается ударная ионизация при сравнительно небольшом напряжении на электродах.

Создание внешней изоляции в таких условиях сильно затрудняется. Во-первых, при резко неоднородных полях во внешней изоляции возможен коронный разряд, сопровождающийся большими потерями энергии в воздушных линиях напряжением 110 кВ и выше. Во-вторых, электрическая прочность воздуха в таких полях значительно ниже. Поэтому с ростом номинального напряжения габариты и стоимость внешней изоляции возрастают настолько, что сооружение установок с внешней изоляцией на напряжение выше некоторого предельного становится экономически нецелесообразным.

Таким образом, увеличения номинального напряжения электроустановок при неизменности их габаритов можно достичь следующими путями:

– уменьшением степени неоднородности электрических полей (увеличение радиуса кривизны поверхностей электродов; применение полупроводящих покрытий);

– увеличением электрической прочности газового промежутка (повышенные и пониженные давления; разделение газового промежутка толщиной S на n соединенных последовательно промежутков толщиной S/n).