5. Un mic unghi al pierderilor dielectrice tg # 948; ≈10-6.
6. Lipsa îmbătrânirii.
Dielectricii gazoși au proprietăți de izolație electrice înalte numai la tensiuni mici. Proprietățile izolatoare ale gazului sunt explicate prin faptul că atomii și moleculele de gaze în stare naturală sunt particule neutre, neîncărcate. Sub acțiunea ionizatori externe (raze spațiale și solare, radiații radioactive) în toate gazele au o cantitate mică de particule încărcate electric de electroni și ioni într-o mișcare termică haotică, adică există un proces de ionizare a gazului. Sub acțiunea unui câmp electric extern, se produc deformări elastice ale carcaselor de electroni ale atomilor și deplasarea lor în raport cu nucleele lor. Dacă molecula de gaz are o structură ionică de structură, atunci ionii se deplasează unul față de celălalt. Ca urmare, apar polarizări electronice și ionice. Dacă gazul constă din molecule dipol, apare și polarizarea dipolară. Gradul de polarizare a atomilor și a moleculelor de gaze este caracterizat prin permitivitatea dielectrică # 949; Majoritatea dielectricilor gazoși utilizați în ingineria electrică sunt nonpolari și permitivitatea lor dielectrică # 949; ≈1.
Ionizarea gazului conduce la faptul că gazul capătă o mică conductivitate electrică. Simultan cu ionizarea gazului, recombinarea ionilor pozitivi și negativi are loc cu formarea de molecule și atomi neutri. La o intensitate scăzută a câmpului electric, echilibrul dintre procesul de ionizare și recombinare este menținut.
Figura 2 - Dependență
curent de la tensiune,
atașat la volum
Caracteristica curentului de tensiune arată că, în regiunea câmpurilor electrice slabe, curentul din gaz crește proporțional cu tensiunea aplicată, iar legea lui Ohm este observată aici. În figura 2 aceasta corespunde secțiunii OA. Particularitatea acestei secțiuni este că, împreună cu ionizarea în gaz, se produce recombinarea datorită combinației de ioni pozitivi și electroni care efectuează o mișcare termică continuă haotic. Ca urmare a recombinării, se formează molecule de gaze neutre. Conductivitatea specifică a aerului în câmpuri slabe este de aproximativ 10-15 S / m.
Cu o creștere suplimentară a tensiunii, proporționalitatea dintre curent și tensiune este distrusă. Curentul începe să crească mai lent decât tensiunea și caracteristica curentului de tensiune începe să se îndoaie (secțiunea AB din figura 2). Creșterea tensiunii conduce la faptul că atunci când se atinge o anumită valoare, curentul de conducție încetează să depindă de tensiune. Apare o saturație curentă care corespunde părții orizontale a soarelui din Figura 2. În această secțiune, toate particulele încărcate care sunt formate în dielectric sub acțiunea ionizatorilor externi sunt duse de câmpul electric la electrozii fără a se recombina. Curentul care curge în dielectric atinge saturația sa. Curentul de saturație depinde de distanța dintre electrozii din condensator.
Curba OC pe caracteristica curentului de tensiune corespunde unei descărcări non-auto-susținute. Pentru întreținerea sa, o evacuare non-auto-susținută necesită formarea constantă a particulelor încărcate în golul de evacuare sub influența factorilor externi. Ionizarea gazelor apare, în principal, datorită electronilor, deoarece ionii pozitivi au o mobilitate mai mică.
Cu o creștere suplimentară a tensiunii, viteza particulelor încărcate crește brusc, ca urmare a coliziunilor frecvente cu particule de gaze neutre. Ca urmare, electronii sunt separați de atomii lor și se formează particule electrice încărcate: electroni și ioni liberi. Acest proces se numește ionizare prin șoc (secțiunea CE) și duce la defalcarea gazului. În procesul de ionizare a impactului, electronii inițiali care apar ca urmare a acțiunii factorilor externi participă la un proces de ionizare suplimentar, creând noi electroni.
Ca rezultat, apare o avalanșă de electroni primar, care se deplasează la anod cu o viteză de 10 5 m / s. Pe calea avalanșelor se formează un canal format din electroni și ioni pozitivi, densitatea încărcărilor în care crește rapid și atinge maximul în capul avalanșei de lângă anod. Cu o creștere a tensiunii, debitul care nu se auto-susține duce la o descărcare independentă. O descărcare independentă poate exista în absența ionizatorilor externi. Creșterea concentrației de ioni și electroni are loc în detrimentul noilor procese elementare asociate cu descărcarea în sine.
În unele tipuri de deversări, avalanțele electronice creează electroni datorită impactului ionilor pozitivi asupra catodului. În funcție de presiunea gazului, este posibilă rezistența circuitului extern, gradul de neomogenitate a câmpului electric și alți factori, diferite forme de descărcare.
Defecțiunea în aer, în prezența unui câmp electric uniform în el, la presiune atmosferică normală, distanțe mari între electrozii, dar o sursă de curent de joasă putere, apare ca o scânteie. În această formă de descărcare de gestiune, avalanele individuale de electroni se îmbină și formează un canal continuu. Electronii mai mobili se deplasează mai repede spre anod, deci canalul constă în principal din ioni pozitivi și se numește streamer. Striderul se deplasează la catod cu o viteză de 10 6 m / s. Atunci când fluxul ajunge la catod și canalul electric conductiv din plasmă închide golul de evacuare, se formează canalul principal de scânteie. Tensiunea de descompunere a gazului este tensiunea la care are loc o descărcare de scânteie. Dacă puterea sursei de tensiune este suficientă, descărcarea cu scânteie poate să intre în arc.
Defalcarea pe gaz într-un câmp electric neomogen diferă de defalcarea într-un domeniu omogen. Se formează un câmp neomogen între punctul și planul, cilindrii coaxiali, între suprafețele sferice, dacă distanța dintre ele este mai mare decât raza sferei.
Distrugerea gazului într-un câmp electric neomogen are loc la o tensiune mai scăzută în comparație cu distrugerea aceluiași strat de gaz într-un câmp electric omogen. Mai întâi, există o distrugere electrică incompletă a stratului de gaz la electrodul cu o rază mai mică, deoarece cea mai mare intensitate a câmpului electric este observată la suprafața acestuia. Pe măsură ce crește tensiunea, apare o descărcare sub forma unei coroane. Cu o creștere suplimentară a tensiunii, corona comută la o descărcare cu scânteie și cu o sursă de alimentare suficientă, se află într-o descărcare cu arc.
Într-un câmp electric omogen la T = const, defalcarea unui dielectric gazos este exprimată prin următoarea formulă:
unde Upr = tensiunea de descompunere a stratului de gaz, V;
h-distanța dintre electrozi, m;
Figura 3 prezintă dependența tensiunii de descompunere a diferitelor gaze pe produsul sub presiune de distanța dintre electrozii.
Figura 3 - Dependența tensiunii de descompunere a diferitelor gaze asupra produsului de presiune asupra distanței dintre electrozii
Puterea electrică a unui gaz depinde de natura sa, de structura moleculei sale. Rezistența electrică a unui gaz depinde într-o mare măsură de densitatea sa, adică de la presiunea la t = const: prin urmare, pentru a calcula tensiunea de defalcare a aerului, formula
unde Upr este tensiunea de rupere la o anumită temperatură și presiune;
Tensiune Uproprovnoe în condiții normale;
Densitate relativă a aerului.
Densitatea relativă este calculată prin formula:
Figura 3 arată că tensiunea de rupere crește odată cu creșterea presiunii și cu creșterea stratului între electrozii. La presiuni mari, distanța dintre moleculele individuale devine mai mică, calea medie liberă a electronilor scade, iar energia suplimentară a particulelor încărcate necesare ionizării poate fi obținută prin creșterea intensității câmpului. (= 280 V pentru vozduhaUpr) și apoi începe să crească din nou în regiunea de gaze rarefiate presiunea este redusă, iar distanța dintre electrozi tensiunea defalcare este redusă la minimum. Acest lucru se datorează faptului că, în regiunea de gaze rarefiate reduce drastic numărul de atomi și molecule, care sunt obiecte de ionizare și, în consecință, procesul de ionizare de impact are loc la tensiuni mai mari.
Figura 4 - Dependența tensiunii de descompunere a aerului dintre punct și plan pentru polaritatea diferită a punctului.
Într-un câmp neomogen, descompunerea gazului depinde de polaritatea electrozilor. Cu un punct încărcat pozitiv și un plan încărcat negativ, tensiunea de defalcare va fi mai mică decât pentru un vârf încărcat negativ. Distanța dintre electrozii rămâne neschimbată în ambele cazuri.
Această dependență se datorează faptului că ionii încărcați pozitiv se acumulează în apropierea vârfului și se propagă în direcția planului încărcat negativ. În acest caz, punctul în care se înmugurește în grosimea gazului, scurtând calea către descărcarea scântei. Pentru a crește tensiunea de descompunere a dielectricului gazos și pentru a evita apariția unei coroane electrice, marginile ascuțite ale electrozilor trebuie rotunjite.
Schimbarea aerului într-un câmp omogen cu o schimbare a distanței dintre electrozii este prezentată în figura 5
Figura 5. Dependența rezistenței electrice a aerului pe distanța dintre electrozi în domeniu omogen în timpul normal de ± 50 Hz., T = 20 ° C, p ≈0,1 mPa.
La distanțe mici între electrozii se observă o creștere semnificativă a rezistenței electrice a aerului. Acest lucru se explică prin faptul că dezvoltarea proceselor de ionizare este împiedicată de calea liberă totală a electronilor mici. Deoarece procesul de defectare a gazelor are loc foarte rapid, valoarea puterii electrice (sau a tensiunii de desprindere a golului de gaz) la o tensiune alternativă este determinată de valoarea amplitudinii:
În practică, există cazuri de distrugere a gazului la limită cu un dielectric solid. Exemplul considerat poate fi reprezentat sub forma unui condensator plat cu două straturi cu grosimi de strat diferite și permitivitate relativă. Deoarece gazele au o permeabilitate dielectrică inferioară # 949 și o rezistență electrică scăzută, ele sunt dezavantajate. Straturile dielectrice cu o permitivitate mai mare # 949 au tendința de a descărca și de a schimba unele dintre stresul electric la straturi cu o dimensiune mai mică. Tensiunea de descompunere a aerului la interfața cu un dielectric solid va fi mai mică decât tensiunea de defect pentru aceeași distanță în gaz în absența unui dielectric solid (a se vedea figura 6).
Figura 6 - Dependența tensiunii de suprapunere în
aer de la distanță pentru diferite materiale
în comparație cu tensiunea de defalcare
corespunzătoare diferenței de aer.
1-defalcare a decalajului de aer
4-porțelan, sticlă cu contact slab
Deoarece rezistența electrică a aerului este scăzută, gazele comprimate de înaltă rezistență, cum ar fi gazul SF6, sunt utilizate pentru a mări izolația gazelor. Principalele caracteristici ale gazului SF6: densitate - 6700 kg / m3 la t = 0 0Cip = 0,1 MPa; permitivitatea este # 949; = 1,0021 la p = 0,1 MPa; rezistența electrică Epr = 7,2 MV / m.
În plus față de rezistența electrică ridicată, SF6 are o capacitate de rupere mai mare a arcului. Datorită proprietăților sale, gazul SF6 este utilizat în întreruptoare de circuit, în cabluri de înaltă tensiune, în comutatoare.
Descrierea instalației de laborator
Schema schematică a unei instalații de laborator pentru testarea dielectricilor este prezentată în figura 7
Figura 7- Diagrama schematică a instalației AII-70 pentru măsurarea tensiunii AC
Echipamentul de testare conține:
QF1 - comutator automat;
SQ1 - contact de blocare;
Transformator de reglare TV1;
TV2-un transformator cu filament de kenotron;
TV3 este un transformator experimental pentru creșterea tensiunii;
Principiul dispozitivului de testare tip AII-70.
Măsurarea probelor de materiale lichide și solide poate fi efectuată cu ajutorul instalațiilor care sunt disponibile în comerț.
Dispozitivul de testare a tipului de izolație AII-70 este destinat pentru determinarea materialelor și testarea izolației cablurilor. Tensiunea maximă pentru testele AC este de 50 kV, la un curent constant de 70 kV, puterea unui transformator de înaltă tensiune este de 2 kVA.
Tensiunea din rețea prin intermediul contactelor de blocare și siguranțe furnizate la transformator de reglare TV1, angajat pentru tensiune variabilă continuu și un kenotron TV2 transformator cu filament. Tensiunea înaltă este pornită pornind întreruptorul QF1, care are trei înfășurări; două dintre ele sunt conectate în serie (una fiind aruncată de comutatorul de protecție S2). Poziția deschisă a comutatorului corespunde „sensibile“ protecție automată funcționează în defalcarea pe partea de curent alternativ și rămâne aprins când curentul în circuitul tensiunii redresate nu depășește 5 mA. Când pereklyuchatelS2 închis, a făcut o protecție „dur“ automat nu declanșat de un scurt circuit pe partea de înaltă și rămâne aprins atunci când tensiunea de ieșire laterală ridicată la 50 kV nu depășește 2 kW. Acest mod nu trebuie să dureze mai mult de 1 minut. Măsurați tensiunea pe eșantion cu un voltmetru kV clasa 1.5 pe partea de joasă tensiune, gradată în kilovoliți. Condensatoare. C servesc pentru a proteja împotriva supratensiunii înfășurării primare. Cu forma sinusoidală a curbei de tensiune de alimentare, tensiunea secundară a transformatorului de înaltă tensiune în modul inactiv nu diferă de valul sinus cu mai mult de 5%. Rezistorul R1 servește la protejarea transformatorului de suprasarcină în cazul defectării eșantionului. În instalație există un vas cu electrozi pentru testul standard al materialelor lichide. Testele DC sunt efectuate folosind un redresor cu jumătate de undă, care utilizează kenotronul VL1 pentru a-l obține; O tensiune constantă de polaritate negativă este aplicată eșantionului. Dacă este necesară măsurarea curentului de scurgere, în acest scop este utilizat un microampermetru PA1 în circuitul anodic. Microammetrul este protejat împotriva supraîncărcării prin intermediul unui protector de supratensiune FV1, un condensator de șuntare C3 și o rezistență R2. Dispozitivul este echipat cu un panou de comandă, un dispozitiv de protecție și o tijă de împământare pentru a scoate sarcina din proba de testare și pentru a împămânca ieșirea de înaltă tensiune. Eroarea la măsurarea tensiunii de încercare nu depășește ± 2%.
Testele care utilizează această unitate pot fi efectuate în următoarele trei moduri.
1. Testarea pe termen scurt cu o tensiune rectificată de până la 70 kV pe o durată de cel mult 10 minute la intervale de 3 minute.
2. Testarea continuă cu o tensiune rectificată de până la 8 ore.
3. Testarea pe termen scurt cu o tensiune alternativă de până la 50 kV pe o durată de cel mult 1 min la intervale de 5 min.
1. Să se familiarizeze cu schema instalației de laborator, să studieze dispozitivul și principiul de funcționare a aparatului AII-70.
2. Înainte de a porni instalația de laborator, efectuați următoarele:
a) conectați electrozii la vârfurile de înaltă tensiune.
b) setați distanța specificată între electrozii.
c) puneți butonul autotransformatorului în poziția zero
d) Porniți instalația de laborator în rețea cu comutatorul automat QF1. Folosind autotransformatorul de ajustare ТV1, schimbați tensiunea de la zero la tensiunea de defect la o viteză de 1 kV / s. Ca tensiune de defecțiune, sunt înregistrate valorile maxime ale voltmetrului înainte de punctul de defecțiune. După defalcare, rotiți mânerul autotransformatorului TV1 în poziția zero și opriți instalarea.
3. Scoateți, conform procedurii descrise, dependența de aer fpr = f (h) într-un câmp electric omogen. Tensiunea de descompunere este determinată cu distanța dintre electrozii plane 0,5, 1, 1,5, 2,0, 3,0 și 4,0 cm. Rezultatele testelor trebuie introduse în Tabelul 1.
Tabelul 1 Rezultatele studiului rezistenței electrice a aerului într-un câmp electric omogen (plan plane)
Distanța dintre electrozii h, m
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: