Лабораторная работа по дисциплине "Электротехнические материалы"

Лабораторная работа № 2

Определение электрической прочности в однородном и неоднородном электрическом поле

Цель работы: ознакомиться с особенностями пробоя воздуха при использовании электродов различной формы. Получить опытные значения электрической прочности воздушных промежутков.

Краткие теоретические сведения. Воздух является естественной изоляцией многих электротехнических конструкций: трансформаторов, конденсаторов, воздушных выключателей, линий электропередачи. Как диэлектрик воздух имеет следующие положительные свойства: быстро восстанавливает свою электрическую прочность после пробоя, незначительно изменяет диэлектрическую проницаемость, диэлектрические потери очень малы (tg δ = 10  ). Отрицательные свойства воздуха как диэлектрика – низкая теплопроводность (0,00025 – 0,00036 Вт/см ∙ ºС), невысокая электрическая прочность, способность увлажняться, образовывать окислы, поддерживать горение. Электрическая прочность воздуха не является величиной постоянной и зависит от давления и относительной влажности, а также формы электродов.

Под действием электрического поля имеющиеся в воздухе ионы и электроны приобретают кинематическую энергию, необходимую для усиленной ионизации частиц газа. При этом у электродов появляется светящийся синеватый слой, сопровождающийся легким шипением; такой разряд называется тихим, или коронирующим. Это явление очень опасно в высоковольтных электрических машинах. Особенно проявляется тихий разряд на электродах, диаметр которых мал (тонкие провода, углы прямоугольных шин, острия, заусенцы и др.). При увеличении напряжения тихий разряд может перейти в искровой, который иногда перерастает в дуговой. Дуговой разряд обычно приводит к короткому замыканию в сети.

Приборы и оборудование. Для определения электрической прочности воздуха можно использовать аппарат АКИ-50, предназначенный для испытания изоляции кабелей (рисунок 1). Аппарат АКИ-50 питается от сети однофазного переменного тока напряжением 127/220 В, имеет выпрямленное напряжение 50 кВ, выпрямленный ток 2 мА и мощность 0,5 кВА. Высоковольтный однофазный масляный трансформатор 15 с напряжением первичной обмотки 110 В создает во вторичной обмотке напряжение до 36 кВ.

Выпрямление тока осуществляется кенотроном 16, который расположен в баке трансформатора. Там же помещены трансформатор канала 17 кенотрона и буферное сопротивление 11, которое служит для защиты высоковольтного трансформатора и кенотрона от перегрузок при пробое воздуха.

Первичная обмотка высоковольтного трансформатора 15 присоединяется к сети через автотрансформатор 1, позволяющий плавно менять напряжение от нуля до максимального значения. Напряжение измеряется киловольтметром 13, включенным в первичную обмотку трансформатора 15. Вольтметр отградуирован в киловольтах выпрямленного напряжения при холостом режиме аппарата. К контактам 14 подключают вольтметр для контроля за напряжением на первичной обмотке высоковольтного трансформатора. Контроль величины тока утечки осуществляют микроамперметром 9 с тремя пределами измерений: 100, 500 и 2500 мкА.

Штепсельные контакты 8 служат для подбора пределов измерения микроамперметра 9 шунтированием в зависимости от величины токов утечки. Контрольный микроамперметр на период пробоя шунтируется на контактах 12.

Аппарат снабжен сигнальными лампами: зеленой 2, загорающейся при включении штепсельной вилки в сеть, и красной 3, загорающейся при включении кнопки 6 и сигнализирующей о наличии напряжения на высоковольтной обмотке трансформатора.

Порядок выполнения работы.

1. Ознакомиться со схемой аппарата АКИ-50.

2. Проверить положение автотрансформатора, регулирующего напряжение, подаваемое в первичную обмотку испытательного трансформатора.

3. При выключенном аппарате закрепить электроды на высоковольтных шинах, предназначенных для определения электрической прочности воздушного промежутка.

4. Проверить наличие заземленного ограждения высоковольтной части аппарата.

5. Включить установку в сеть напряжением 127 или 220 В. При этом должна загореться зеленая сигнальная лампа 2.

6. Включить автоматический выключатель и подать напряжение на трансформатор 15. При этом должна загореться красная сигнальная лампа 3.

7. С помощью автотрансформатора изменять напряжение от нуля до пробивного значения со скоростью 1 кВ/с. В момент пробоя сработает реле максимального тока и аппарат выключится.

8. Записать величину напряжения при пробое Uпр в таблицу 1.

9. Получить опытным путем зависимость пробивного напряжения от длины разрядного промежутка в случае:

а) шаровых электродов одинакового диаметра (50 мм);

б) плоских электродов – дисков диаметром 50 мм с закругленными краями;

в) электродов игла – плоскость (при положительной игле);

г) электродов игла – плоскость (при отрицательной игле).

10. Изменяя расстояние h между электродами (от 2 до 15 мм), определить напряжение при пробое  Uпр в случае неоднородного и однородного электрического поля.

После каждого произведенного пробоя рукоятку регулировочного автотрансформатора вывести в нулевое положение.

11. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 1.

Таблица 1.

Номер п/п	Форма электродов	Измеряются		Вычисляется
		h, мм	Uпр, кВ	Епр, кВ/мм

12. Когда атмосферные условия испытания отличаются от нормальных (р = 760 мм рт. ст. и t = 20 ºС), истинное пробивное напряжение находят, умножая пробивное напряжение из таблицы 1 на поправочный коэффициент α:

Uи.пр =  α Uпр.

Поправочный коэффициент α зависит от относительной плотности воздуха δ следующим образом:

Относительная

плотность воздуха δ…..0,70  0,75  0,80  0,85  0,90  0,95  1,00  1,05  1,10  1,15

Поправочный

коэффициент α………..0,72  0,77  0,82  0,86  0,91  0,95  1,00  1,05  1,09  1,13

Относительную плотность воздуха определяют по формуле

δ = 293 р / (760 (273 + t)),

где р – атмосферное давление в момент измерения, мм рт. ст.; t – температура окружающего воздуха в момент измерения, ºС.

Контрольные вопросы.

1. При какой форме электродов величина электрической прочности наибольшая?

2. Какова величина электрической прочности воздуха при нормальных условиях в случае однородного поля?

3. Как связаны между собой пробивное напряжение и электрическая прочность?

4. Какая форма электродов способствует увеличению пробивного напряжения и почему?