Федеральное агентство железнодорожного транспорта

федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Омский государственный университет

путей сообщения»

(ОмГУПС (ОмИИТ))

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ

ВОЗДУШНОГО ПРОМЕЖУТКА, ПРИ НАПРЯЖЕНИИ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ, ОТ ФОРМЫ ЭЛЕКТРОДОВ РАЗРЯДНИКА

Отчет по лабораторной работе № 4

по дисциплине «Электротехнические материалы и техника высоких напряжений»

ИНМВ. 600004. 000

Выполнил:

студент гр. 49 Б

Руководитель:

доцент кафедры ЭЖТ

И.В. Тарабин

Омск 2012

Цель работы:

Изучение особенности разряда в воздухе при различ­ных формах электродов разрядника, сравнение опытных данных об электриче­ской прочности воздушных промежутков с расчетными данными, определен­ными по формулам.

Краткие теоретические сведения

Электрическая прочность воздушного промежутка зависит от расстояния между электродами, величины атмосферного давления и температуры, причем эта зависимость имеет различный характер при различных формах и размерах электродов.

Пробивное напряжение воздушного промежутка определяется по показа­ниям вольтметра, включенного в первичную обмотку повышающего транс­форматора, с последующим его пересчетом через коэффициент трансформации, определенный в первой лабораторной работе:

U_пр = k·U. (1)

При проведении опытов напряжение следует поднимать от нуля до про­бивного значения со скоростью 1кВ/с, т.к. при большей скорости показания вольтметра U, будут занижены вследствие инерционности стрелки вольтметра за счет влияния переходных процессов. Относительная плотность воздуха δ задается преподавателем (δ = 0,75). Схема лабораторной уста­новки для исследования электрической прочности воздушного промежутка от формы электрода приведена на рисунке 1.

Расстояние между электродами может изменяться по условию опыта.

V

T1

T2

PV

1

2

3

4

R₁

R₂

~220 В

ИП

Рисунок 1 – Схема эксперимента

ИП – испытуемые воздушные промежутки, подключаемые поочередно:

1 – «игла – игла», 2 – «игла – плоскость»,

3 – «плоскость – плоскость», 4 – «шар – шар»

Выполнение работы

1) Воздушный промежуток «игла – игла»

Пробивная напряженность и пробивное напряжение определяются по формулам:

; (2)

. (3)

Таблица 1 – Результаты измерений и расчета (воздушный промежуток «игла – игла»)

Размер разрядного промежутка Х, см	Напряжение U1, В				Расчет по данным эксперимента			Вычислено по формулам
	1	2	3	ср	Uпр, кВ	U’пр, кВ	E’пр, кВ/см	Uпр(И-И), кВ	Eпр(И-И), кВ/см
1	13	19	19	17	7,14	7,3	7,3	14,28	7,14
1,5	23	23	23	23	9,66	9,87	6,58	16,6	6,44
2,5	52	52	52	52	21,84	22,33	8,93	21,23	8,736
3,5	73	73	73	73	30,66	31,35	8,95	25,87	8,76
4,5	79	73	70	74	31,08	31,78	7,06	30,6	6,90
5,5	95	102	102	99,66	41,86	42,8	7,78	35,13	7,78

Пример расчета:

Р=730 мм.рт.ст.;

2) Воздушный промежуток «игла – плоскость»

Пробивная напряженность и пробивное напряжение определяются по формулам 2 и 3, соответственно.

Таблица 2 – Результаты измерений и расчета (воздушный промежуток «игла – плоскость»)

Размер разрядного промежутка Х, см	Напряжение U1, В				Расчет по данным эксперимента			Вычислено по формулам
	1	2	3	ср	Uпр, кВ	U’пр, кВ	E’пр, кВ/см	Uпр(И-П), кВ	Eпр(И-П), кВ/см
1	25	27	28	26,67	11,2	11,45	11,45	14,28	11,2
1,5	45	30	30	35	14,7	15,03	10,02	16,6	9,8
2,5	58	61	59	59,3	24,92	25,48	10,2	21,23	9,97
3,5	73	73	73	73	30,66	31,35	8,95	25,87	8,76
4,5	83	83	83	83	34,86	35,64	7,92	30,5	7,75
5,5	97	100	95	97,33	40,88	41,80	7,6	35,13	7,43

Пример расчета:

Р=740 мм.рт.ст.;

3) Воздушный промежуток «плоскость – плоскость»

Пробивная напряженность и пробивное напряжение определяются по формулам:

; (4)

. (5)

Таблица 3 – Результаты измерений и расчета (воздушный промежуток «плоскость – плоскость»)

Размер разрядного промежутка Х, см	Напряжение U1, В				Расчет по данным эксперимента			Вычислено по формулам
	1	2	3	ср	Uпр, кВ	U’пр, кВ	E’пр, кВ/см	Uпр(П-П), кВ	Eпр(П-П), кВ/см
1	42	-	-	42	17,64	19,049	19,049	27,28	17,64
1,5	64	-	-	64	26,88	29,028	19,352	39,15	17,92
2,5	85	-	-	85	35,7	38,552	15,4208	83,18	14,28
3,5	102	-	-	102	42,84	46,263	13,218	85,04	12,24
4,5	117	-	-	117	49,14	53,066	11,79	121,676	10,92
5,5	135	-	-	135	56,7	61,231	11,132	129,82	10,31

Пример расчета:

Р=735 мм.рт.ст.;

4) Воздушный промежуток «шар – шар»

Пробивная напряженность при симметричном расположении шаров, кВ/см:

. (6)

Пробивная напряженность и пробивное напряжение для электродов «шар – шар» определяются по формулам:

; (7)

, (8)

где f - коэффициент неравномерности поля:

, (9)

где R – радиус шаров, см (R = 0,73 см).

Пример расчета:

Р=735 мм.рт.ст.;

Таблица 4 – Результаты измерений и расчета (воздушный промежуток «шар – шар»)

Размер разряд-ного про-межутка Х, см	f	Напряжение U1, В				Расчет по данным эксперимента			Вычислено по формулам
		1	2	3	ср	Uпр, кВ	U’пр, кВ	E’пр, кВ/см	Uпр(Ш-Ш), кВ	Eпр(Ш-Ш), кВ/см
1	1,26	67	59	57	61	25,6	27,64	32,26	33,12	41,734
1,5	1,55	75	74	74	74,33	31,28	33,71	34,84	40,387
2,5	2,16	94	94	94	94	39,48	42,63	36,83	48,303
3,5	2,81	108	108	105	107	44,94	48,53	38,96	51,98
4,5	3,58	115	112	110	112,33	47,17	50,95	40,53	52,46
5,5	4,13	120	120	120	120	50,4	54,43	40,87	55,58

Также данные таблиц представлены в виде графиков на рисунках 2 – 5

Рисунок 2 – Зависимость пробивного напряжения U’_пр от расстояния между электродами (опытные значения)

Рисунок 3 – Зависимость напряженности Е’_пр от расстояния между электродами (опытные значения)

см

3

1, 2

4

Рисунок 4 – Зависимость напряженности Е_пр от расстояния между электродами (расчетные значения)

Рисунок 5 – Зависимость пробивного напряжения U_пр от расстояния между электродами (расчетные значения)

см

1, 2

Вывод:

В ходе проведения лабораторной работы были исследованы четыре типа воздушных промежутков. Для каждого из них были измерены значения напряжения пробоя и напряженности пробоя в зависимости от расстояния между электродами. Эти же значения были рассчитаны по эмпирическим формулам. По получившимся зависимостям были построены графики (рисунки 2 – 5).

Расхождение экспериментальных и теоретических зависимостей обуславливается несоответствием относительной плотности воздуха, заданной преподавателем и реальной.

Начальные напряжения в случае неоднородных полей подчиняются закону подобия разрядов, который является обобщением закона Пашена и может быть сформулирован следующим образом:

Для неоднородного поля при неизменной температуре начальное напряжение является функцией произведения давления газа на один из геометрических размеров промежутка (например, на расстояние между электродами) и отношений к этому размеру всех остальных определяющих геометрических размеров.

Значительное различие напряжения при малых промежутках объясняется тем, что различные типы электродов имеют различную неоднородность электрического поля, зависящую от кривизны самого электрода и расстоянием от него; близость значений напряжения пробоя при разных типах электродов в случае больших промежутков объясняется уменьшением неоднородности электрического поля с увеличением расстояния между электродами, и напряжение пробоя в этом случае будет определяться законом Пашена; постоянство роста напряжения при больших промежутках также является следствием этого закона.