На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Работа № 97677


Наименование:


Контрольная ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ РАЗРЯДОВ В ГАЗАХ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Информация:

Тип работы: Контрольная. Добавлен: 7.6.2016. Сдан: 2015. Страниц: 112. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):



Введение

Настоящее учебно-методическое пособие предназначено для студентов бакалавриата по образовательному направлению 5520200 - «Электроэнергетика». Оно включает в себя теоретические сведения с кратким пояснением формул, решением задач и примерами для самостоятельного решения.
Цель данного пособия - помочь студентам применить теоретические знания при решении практических вопросов.


II. ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ РАЗРЯДОВ В ГАЗАХ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

2.1. Процессы ионизации в газах

В технике высоких напряжений газовая среда служит изолирующим материалом и используется на воздушных линиях электропередач (при расположении проводов в воздухе), на подстанциях (между электродами воздушных конденсаторов, в искровых промежутках, разрядников) и вообще во всех высоковольтных установках, токопроводящие элементы которых выходят в атмосферу и называются наружными.
Газы различаются структурой молекул и атомов; различным может быть также физическое состояние газов, давление и температура. Нормальным атмосферным условиям соответствуют нормальная плотность газа. Плотность газа, отличающаяся от нормальных атмосферных условий приводиться в соответствии выражением
= = 0.386 .
Давление воздуха зависит от высоты расположения электрической установки над уровнем моря. В среднем можно принять, что над уровнем моря давление равно 760 мм рт. ст и падает на 1% на каждые 100 м высоты над уровнем моря. Следовательно Р=Р0(1-10-4h), где h-высота над уровнем моря м.
При воздействии на газовый промежуток электрического поля с достаточной напряженностью газ теряет свои изолирующие свойства и становится проводящим в узком канале или в определенной зоне.
Процесс кратковременной потери газом диэлектрических свойств под действием приложенного к газовому промежутку напряжения называется пробоем газа.
Величина средней напряженности электрического поля, при которой возникает пробой, называется пробивной напряженностью Епр. Пробой газовой среды объясняется рядом процессов, из которых основными являются процессы ионизации. Наибольшее влияние на величину пробивной напряженности электрического поля оказывает форма электродов, так как она определяет собой степень равномерности электрического поля в момент приложения напряжения. С течением времени поле искажается за счет объемных зарядов малоподвижных положительных ионов газа, поэтому пробой формируется не сразу, а ступенями. Наибольшей прочностью обладает газовый промежуток между симметричными электродами шар-шар или плоскими электродами.
Наименьшую прочность имеет газовый промежуток между электродами игла-плоскость, который при прочих равных условиях обладает несколько большей емкостью, чем промежуток между иглами или стержнями.
Отсюда следует, что при одинаковых расстояниях между электродами прочность промежутка тем больше, чем более равномерно электрическое поле.
В газах атомы связаны в молекулы, и число связей определяется валентностью атомов. В атомах, электроны взаимодействуют не только собственным ядром, но и с ядрами других атомов молекулы.
При отрыве одного электрона (qe=-1.6x10-19k, m=9/1x10-28г) от нейтральной молекулы возникает однозарядной положительной ион. Процесс отрыва электрона от молекулы называется ионизацией. При большой интенсивности ионизации возможен отрыв двух или трех электронов и образование двухзарядного или трехзарядного иона. Для ионизации молекулы требуется затратить энергию, которая измеряется в ЭВ - это есть энергия равной кинетической энергии, которую приобретает электрон при свободном движении между двумя точками с разностью потенциалов в 1 в.
Значения энергии или потенциалы, необходимые для ионизации Uи и возбуждения Uв некоторых газов и пары элементов приведены в таблице 1
Таблица 1.
Газ Uи, в Uв, в Газ Uи, в Uв, в
Водород Н2 15.4 11.2 Гелий Н2 24.6 19.8
Азот N2 15.8 6.1 Цезий Сs 3.88 1.38
Кислород О2 12.5 7.9 Ртуть 10.4 4.86
Наибольшие значения Uи и Uв имеют инертный газ, наименьшее значение - щелочные газы.
Рассмотрим основные процессы, при которых молекуле в разрядном промежутке передается энергия, достаточная для ее ионизации.
Ударная ионизации. В объеме газа происходит образование заряженных частиц за счет кинетической энергии соударяющихся электронов и нейтральных атомов. Протекание процесса ударной ионизации зависит от длины свободного пробега l заряженной частицы, которая определяет число столкновений частиц на единицу длины газового промежутка, что в свою очередь зависит от плотности газовых частиц в объеме, т.е. от давления газа Р и величина А, характеризирующей размеры сталкивающихся частиц. Математически эту зависимость можно выразить формулой =Ар.
Не каждое столкновение приведет к отрыву электрона с внешней орбиты, доля успешных столкновений зависит от постоянно действующей величины напряженности электрического поля и ионизационных свойств самого газа. До столкновения молекулы с электроном в электрическом поле с напряженностью Е, электрон, пробегая путь Хи, приобретают кинетическую энергию =ЕХи. Длина пути пробега определяется: Хи = ; Хв = .
По Тоундсену, которой первый предложил количественную теорию разряда в газах, процесс ударной ионизации характеризуется величиной коэффициента ударной ионизации
a = Ар , где Uи - потенциал ионизации газа

Пример 1. 1. Определить путь Хи, который должен пробежать электрон для ионизации молекулы азота в поле напряженностью Е=30 кВ/см. Для азота Uи=15.8 в.
Определяем Хи= » 5.3*10-4 см.
В поле с напряженностью Е для ионизации одной молекулы газа электрон должен пробежать до столкновение с молекулой путь Xи ? . Согласно кинетической теории газов электрон пролетает без столкновение путь Хи с вероятностью , где lе-средняя длина свободного пробега электрона, которая обратно пропорциональна плотности газа = Абd. Умножая число столкновений на вероятность ионизации при столкновении, получаем число ионизации электрона на пути в 1см, которое называется коэффициентом ударной ионизации и обозначается a = {- }, иониз/см.
Коэффициентом ударной ионизации называется величина, определяющая число успешных соударений (приводящих к расщеплению газовой молекулы на электрон и положительный ион), на 1См пути движения электрона вдоль поля.
Пример 1. 2. Определить коэффициент ударной ионизации для азота при нормальных атмосферных условиях и напряженности Е = 30кВ/см. Для азота Uи = 15.8 эв, а Аб = 9.6*103 1/см, d=1.
a = {- } = 10*103 ? ехр{ } = 50 иониз/см.
Значения Аd и длины свободного пробега lе при d=1.

Таблица 2.
Газы Аd ,1/см lе , см
Воздух 11.1*103 0.09*10-3
Водород 3.8*103 0.26*10-3
Азот 9.6*103 0.1*10-3
Гелий 2.2*103 0.45*10-3
Аргон 10.3*103 0.1*10-3
Фотоионизация - так называется ионизация в результате поглощения молекулой квантов лучистой энергии, т. е фотонов. Энергия фотона выражается формулой W =hg, где g-частота излучение, 1/сек, а h - 6.6*10-27 эрг*сек- постоянная Планка.
Условия ионизации и возбуждения выражается формулами
hg ? Uи и hg ? Uв, (1)
где g = , с - скорость света, l- длина волны.
Как видно из этих формул, повышение частоты увеличивают способность фотона к ионизации. Можно определить длины волны в ангстремах, необходимые для ионизации и возбуждении
Пример 1. 3. Определить длину волны излучения, необходимой для ионизации молекулы азота. l= =785 . Такой длине волны соответствует ультрафиолетовое излучение.
В газовом разряде источником фотонов, способных к ионизации, служат не только внешние излучатели, но и сами молекулы, участвующие в газовом разряде.
Термоионизации. Температура - есть мера кинетической энергии хаотического(теплового) движения молекул и свободных электронов в газе. Величина этой кинетической энергии определяется для молекулы выражением
W = КТ, (2)
W- кинетическая энергия теплового движения для молекулы; Т - температура, ; К-постоянная Больцмана., равная 1.37*10-16эрг/К = 0.86 ЭВ/ ;
Степень ионизации, т. е. отношение числа ионизированных молекул Nи к общему числу N в данном объеме газа, может быть вычислена по формуле Саха = 2.4х10-4 ,
m= - степень ионизации.
Если при ионизации возникают заряженные частицы, то при рекомбинации заряды частиц взаимно компенсируется. Возможно электронная рекомбинация электрона положительным ионом, в результате которого возникает нейтральная молекула. Возможно также ионная рекомбинация положительного и отрицательного ионов, в процессе этой рекомбинации лишний электрон с орбиты отрицательного иона переходит на орбиту положительного иона и возникает две нейтральные молекулы.
Пример 1. 4. Концентрация ионов в заданной точке канала газового разряда N+ = N- = 1011 ион/см3. Рассчитать время, в течение которого эта концентрация уменьшается вдвое за счет рекомбинация частиц. N0/N =2, коэффициент рекомбинация р= 2*10-6.
Из формулы
N = , t= = сек = 5 мксек.
Заряженные частицы, образованные в результате ионизации, перемещаются вдоль силовых линий поля и ведут к перераспределению объемного заряда и электрического поля в межэлектродном промежутке. В поле с напряженностью Е на заряженную частицу действует сила сообщающей ей постоянное ускорение, однако при столкновениях с молекулами газа частица будет постепенно терять приобретенную скорость V= kE. При нормальных атмосферных условиях подвижность положительных ионов К+=1.6 , подвижность отрицательных ионов К-=2.2 ; подвижность электронов при Е>100 в/см) Ке = 5*103 .
Пример 1. 5. Рассчитать расстояние, которое пробегают положительные и отрицательные ионы в воздухе при нормальных атмосферных условиях за время Dt = 0.005 сек в поле со средней напряженностью 5 кВ/см.
V+ = 1.6 *5*103 = 8*103 см/сек.;
V- = 2.2*5*103 = 11*103 см/сек.
Расстояние, пройденное ионами, составляет:
S+ = 8*103*5*10-3 = 40 cм;
S- = 11*103*5*10-3 = 55 см.
Для образования лавины необходим, по крайней мере, один начальный электрон. Для начала развития разряда
g( -1)? 1. (3)
необходим исходный начальный электрон. Условие (3) можно переписать и в такой форме
(4)
Для воздуха значение »20 и,
следовательно, =20
Связывая эту формулу с кривой =f( ) не трудно рассчитать критическую напряженность Екр необходимую для подержания самостоятельного разряда в воздухе.
Пример 1. 6. Определить Екр равномерного поля в воздухе на участке S= 2см при давлении Р=700 мм. рт. ст. и t =400 С.
По формуле = определим плотность воздуха = =0.86.
Из зависимости определяем =20, = = 10, = =11.6, которая из =32, определяем Екр = 32х0.86 = 27.5 кВ/см.

Задачи для самостоятельного решения

1. Чему равна кинетическая энергия электрона в электрон- вольтах при свободном пробеге расстояния 10-3 см в поле с напряженностью 20кВ/см? Достаточно ли приобретенная энергия для ионизации или возбуждения молекулы азота и гелия?
2. В атмосферном воздухе всегда имеются ионы обоих знаков с концентрацией N- =N+ =500 ион/см3. Определить плотности тока в атмосфере при напряженности поля 1 кВ/см. Плотности тока d = (N-V- +N+V+), где q - заряд иона, V-, V+ - скорости движения ионов (q =qе).
3. Определить коэффициент ударной ионизации для гелия и аргона при нормальных атмосферных условиях и напряженности Е = 30кВ/см. Для азота Uи = 15.8 эв, а Аб = 9.6*103 1/см, d=1.
4. Чему равна кинетическая энергия электрона в электрон- вольтах при свободном пробеге расстояния 10-3 см в поле с напряженностью 25кВ/см? Достаточно ли приобретенная энергия для ионизации или возбуждения молекулы аргона и водорода?
5. В атмосферном воздухе всегда имеются ионы обоих знаков с концентрацией N- =N+ =1500 ион/см3. Определить плотности тока в атмосфере при напряженности поля 1 кВ/см. Плотности тока d = (N-V- +N+V+), где q - заряд иона, V-, V+ - скорости движения ионов (q =qе).

2.2. Процессы разряда в газах

Работа ряда аппаратов основана на различных формах газового разряда. Такими аппаратами являются трубчатые разрядники, использующие дуговой разряд; установки по очистке дымовых газов на электростанциях, использующие коронный разряд; высоковольтные газосветные трубки с холодным катодом, использующие тлеющий разряд; установки по электроискровой обработке металлов, использующие искровой разряд; установки по окраске изделий в электрическом поле.
Физическая форма газового разряда зависит от совокупности целого ряда факторов: давления и температуры газа, напряженности и конфигурации электрического поля, мощности источника, плотности тока и расстояние между электродами.
Лавинный процесс возникает на некотором пути S вблизи электрода; за участком S напряженность поля уже недостаточна для ионизационных процессов. Однако в данном случае лавинный процесс не приводит непосредственно к искровому разряду, поскольку ионизационные токи ограничены большим емкостным сопротивлением оставшейся части промежутка. Разряд в такой форме получил название коронного разряда или просто короны. Коронный разряд возникает при некоторой начальной напряженности поля Е или начальной напряжении Uн.
Если необходимо определить разрядное напряжение при условиях, отличающихся от нормальных, использует формулу.
Uр=Uрн , где К - поправочный коэффициент на влажность значение которого даны в справочниках.
Разрядные напряжения искровых промежутков стержень - плоскость при положительной полярности стержня могут быть повышены путем установки барьера вблизи стержня.
При возникновении короны вблизи положительного стержня положительные ионы, выносимые силами электрического поля к противоположному электроду, задерживается барьером и растекается по нему. В результате поле между барьером и плоскостью выравнивается, что ведет к значительному повышению разрядного напряжения промежутка. Существует оптимальное расстояние Sопт между стержнем и барьером, при котором разрядное напряжение максимально. При SSопт разрядное напряжение снижается вследствие снижения длины промежутка с выровненным полем.
При отрицательной полярности стержня, барьер не только не повышает, но даже снижает разрядное напряжение промежутка. Это объясняется тем, что электроны, вносимые силами электрического поля к противоположному электроду, задерживаются барьером, где происходит образование отрицательных ионов. Поэтому если без барьера положительный объемный заряд, сконцентрированный у стержня, снижал напряженность поля в промежутке, а отрицательный заряд на барьере повышает напряженность поля между барьером и плоскостью, что ведет к понижению разрядного напряжения.
Для использования в изоляционных конструкциях высокого напряжения синтезированы специальные высокопрочные электроотрицательные газы. Такие газы имеют молекулы с высоким потенциалом ионизации и большим сродством к электронам, вследствие чего электроны, возникающие в лавинах, легко прилипают к молекулам и лишаются своей активной роли в ионизационных процессах.
Увеличение разрядного напряжения газовых промежутков в изоляционных конструкциях часто достигается повышением давления газа. Согласно закону Пашена разрядное напряжение искрового промежутка является функцией давления газа. При давлениях порядка нескольких атмосфер разрядные напряжения можно считать прямо пропорциональными давлению. При больших давлениях наблюдается снижение роста разрядного напряжения. Особенно резко это снижение проявляется в промежутках «стержень - плоскость» при положительной полярности стержня. По этому в изоляционных конструкциях обычно не применяется газы под давлением большим нескольких десятков атмосфер.
В электрических системах характер разряда существенной степени зависит от вида, формы и длительности воздействующих напряжений, и для изучения методов построения изоляции современных электропередач необходимо изучить эти особенности.
Возникающие при грозовых разрядах импульсные напряжения имеет длительность в несколько микросекунд. Участок нарастания напряжения называется фронтом волны, участок спада напряжения -хвостом волны. Аналитические формы волны аппроксимируется разностью двух экспонент:
U=U0( - ), где коэффициент a,- характеризующий спад напряжения на хвосте волны, много меньше b, характеризующего подъем напряжения на фронте волны. Для унификации разрядных характеристик стандартизована испытательная волна с фронтом волны 1,5 мксек и хвостом длиной 40 мксек, кратко обозначаемых как волна 1.5/40.На фронте волны отмечается две точки на уровне 0.3U и 0.9U, где U -амплитуда волны; через которые проводится прямая до пересечения с осью абсцисс.
Измерение разрядных напряжений промежутков при напряжении промышленной частоты производится при медленном подъеме напряжения. Нормированная скорость подъема составляет 3% от амплитуды ожидаемого разрядного напряжения в секунду. Вследствие малой скорости возрастания напряжения при каждом опыте оказывается весьма вероятным наиболее неблагоприятное сочетание случайных факторов, влияющих на развитие разряда. Поэтому испытание воздушных промежутков при плавном подъеме напряжения промышленной частоты оказывается эквивалентным испытанию при длительном воздействии рабочего напряжения.
Тлеющий разряд возникает как устойчивая форма газо­вого разряда при давлениях порядка 10-20 мм рт. ст. Этот раз­ряд характеризуется малой плотностью тока 20-50 ма/см2 и большим перепадом напряжения вблизи электродов 200-400 в.
При тлеющем разряде имеет место переход электрона с уда­ленной орбиты на орбиту, лежащую ближе к ядру и обладающую, поэтому меньшей энергией. Избыток энергии излучается атомом в пространство в виде порции энергии DА, называемой квантом или фотоном, величину которой можно выразить как разность энергетических уровней двух орбит: А1 и А2 в электрон-вольтах. DА = А2 - А1.
Расчетом можно установить цвет, соответствующий излучению, воспользовавшись соотношением
l= =
где l -длина волны излучения, ; k - расчетный коэффициент ( );
DА- энергия излучения, эв.
Пример 2. 1. Определить длину волны излучения неона при тлеющем разряде в высоковольтной газосветной трубке, если известно, что при давлении в трубке 7-8 мм рт.ст. большинство электронов совершает переходы с орбиты с уровнем 29.8*10-12 эв на орбиту с уровнем 26.6*10-12 эв.
Решение. Зная разность энергий указанных орбит, определим энергию излучаемых квантов:
DА = 29.8*10-12 -26.6*10-12 эв =3.2*10-12 эв.
Используя зависимость l= , определим длину волны излучения:
l= = = 6250 .
Дуговой разряд является одной из форм самостоятельного разряда, т. е. разряда, происходящего без воздействия внешних ионизаторов на газовый промежуток.
Дуговой разряд в установках высокого напряжения возникает между электродами под действием рабочего напряжения вслед за искровым разрядом при Ераб>Екр, при замыкании электродов металлическими быстро перегорающими проволочками, при перекрытии загрязненной изоляции.
Для расчета напряжения, обеспечивающего поддержание дуги в воздушном промежутке длиной 1-100 см при нормальном условии, определяется зависимостью
Uдуги=62+L(11.4+ )в, где i-ток в канале дуги, а; L - длина дуги.
Средняя напряженность электрического поля в столбе дуги при начальных токах 100 -1000 А определяется при достижении ею критической длины из соотношения Еср = [2-3] кВ/м
Пример 2. 2. Линия электропередачи протяженностью 100 км с рабочим напряжением 115 кВ сооружена на металлических опорах с гирляндами изоляторов 7хП-4.5, общей длиной 126 см.
В результате атмосферного перенапряжения произошло перекрытие одной из гирлянд. Поставить условие горения или само погасания дуги, если после отключения поврежденной фазы остаточный емкостный ток равен 2а, а соотношение между частичными емкостями = 5
Решение. Используя зависимость, определим критическую длину дуги
L(x)кр = 0.1UхI
где Ux- восстанавливающееся напряжение, определяемое по формуле
Ux = 0.14Uф = 0.14 =9.3 кВ.
Откуда после введения заданных величин имеем
L(x)кр = 0.1UхI = 0.1*9.3*20.25 = 1.11м.
Так как действительная длина гирлянды оказалась больше критической длины дугового перекрытия, дуга должна погаснуть.
Коронным разрядом или просто короной, называется разряд в газовой или воздушной среде, возникающей, в частности, в частности, у поверхности проводов воздушных линий электропередачи и у поверхности любых электродов с малым радиусом кривизны под действием рабочего напряжения.
Начальная напряженность электрического поля, соответствующая появлению короны, зависит от давления воздуха, температуры и состояния поверхности провода и аналитически определяется зависимостью:
Е0d = 30.3md(1+ ) кВ макс/см,
где г-радиус провода, см; d= -относительная плотность воздуха;
р - атмосферное давление, мм рт. ст.; t - температура;
m - коэффициент не гладкости, равный 0.82 для витых проводов.
При б=1 начальная напряженность для проводов марки АС-240, АС-З00 и АС-400 соответственно равна 31.9, 31.6 и 31,1: кВ макс/см.
Рабочая напряженность электрического поля вблизи одиночных проводов линии определяется зависимостью
Емах = = = 0.0147 [кВ макс/см]
где U - действующее значение линейного напряжения, кВ;
Сn - рабочая емкость рассматриваемой фазы, пФ/м.
Значение для рабочей емкости С для всей линии, определяемая зависимостью.
С = [пФ/см]
В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) для линий электропередач 110 и 220 кВ корона устраняется применением проводов сечением не меньше, чем у АС-50 и АС-240, поэтому потери на корону учитываются для указанных сечений только в высокогорных районах, а для обычных районов -начиная с 330 кВ и более. Потери на корону не должны превышать 2-5% от активных потерь в самом проводе. При дожде потери в линиях электропередач напряжением 500 кВ могут достигать 50-I00 кВт/км, при гололеде 10-15 кВт/км, в хороших условиях 0,1-0,5 кВт/км. В качестве примера рассмотрим широко известную формулу Пика.
DРк = (f+25) (Uф-Uo)10-5 кВт/км,
где f - частота переменного тока, гц;
d - относительная плотность воздуха;
г - радиус провода, см;
D - расстояние между проводами, см;
Uo- условное напряжение, называемое критическим и определяемое из зависимости Uo = Eorln , или из формулы
Uo= 21.2m1m2rln кВ действ.,
где m1 = (0.98-0.83) - коэффициент негладкости провода; m2 = 0.8 коэффициент ненастной погоды.
Критическое линейное напряжение может быть получено из выражения
= 84.6 m1m2 d rln кВ действ.,
Потери на корону наступают при равенстве линейного или фазного напряжения линии, соответствующему критическому линейному или фазному напряжению, и возрастают при увеличении действительного напряжения над критическим.
Потери на корону во всех трех проводах при частоте переменного тока 50 гц определяются из выражения:
DРк = (U- )
где U и Uo‘ - соответствующие линейное и критическое напряжения.
Расчет проводов линии на корону сводится к определению критического напряжения и установлению наличия или отсутствия короны из соотношения: при UUo’ потери имеют место.
Для расчета напряженности электрического поля, при которой между цилиндрами возникает устойчивая корона, используется зависимость
Ек = 31d(1+ ) макс./см
Расчет критического напряжения, при котором у поверхности внутреннего цилиндра создается критическая напряженность электрического поля, производится по формуле Uк = Екrln [кВмакс.],
где R, r -соответственно радиусы внешнего и внутреннего цилиндров.
Пример 2. 3. Определить потери активной мощности на корону для линии электропередачи при напряжении 154 кВ, если протяженность линии 100 км, провод АС-50 с радиусом 0.48 см, провода расположены треугольником с расстоянием между ними 500 см. Температура воздуха 0°С, Давление 710 мм рт. ст., коэффициент не гладкости 0.85, погода ясная (m2=1).
Решение. Влияние атмосферных условий на корону учтем с помощью Величины относительной плотности воздуха:
d = = = 1.02
Используя зависимость, определим критическое фазное напряжение:
Uo= 21.2m1m2rln = 21.2*1.02*0.85*1*0.48*2.3lg =
= 61.0кВ действ.
Действующее фазное рабочее напряжение сети
Uф= = 89 кВ действ.
Так как рабочее напряжение оказалось больше критического, то корона будет иметь место.
Для расчета потерь мощности на 1 км провода линии воспользуемся формулой Пика
DРк= (f+25) (Uф-Uo)210-5= (89-61)2?10-5
= 4.36 кВт/км,
Потеря мощности на все три провода
DРк(3) = 3DРк = 13.1 кВт/км
Потери мощности на всю линию заданной длины
DРк = DРк(3)l = 13.1*100 = 1310 кВт.
Пример 2. 4. В схеме моста для измерения диэлектрических потерь в качестве эталонного использован цилиндрический воздушный конденсатор с диаметром внешнего цилиндра 60 см и внутреннего 22 см. Относительная плотность воздуха нормальная. Рабочее напряжение 10 кВ. Расчетом на корону установить пригодность данного конденсатора, если появление короны, изменяющей емкость, недопустимо.
Решение. В соответствии с Ек = 31d(1+ ) кВ макс/см, определим критическую напряженность электрического поля:
Ек = 31*1(1+ ) = 31.4 кВ макс/см,
Критическое напряжение находим из зависимости:
Uк = Екr2.3lg = 31.4*11*2.3lg = 216 кВ макс.
Пример 2. 5. Для воздушной линии электропередачи трехфазного тока с линейным напряжением 115 кВ применены провода М-70 с расчетным диаметром 10.6 мм. Провода расположены равносторонним треугольником с расстоянием между ними 400 см. Коэффициент негладкости 0.85, относительная плотность воздуха 1, частота 50 гц. Определить, во сколько раз увеличатся потери мощности на корону в линии при ненастной погоде (коэффициент погоды 0,80) по сравнению с потерями при ясной погоде.
Решение. Для расчета воспользуемся зависимостью для m2 =1.
DРк = (Uф-Uo)2 ; для m2 =0 DРк? = (Uф-Uк)2
U0 = 84.6.dm1m2 rlg = 84.6*0.85*0.8*1*0.53*lg = 87 кВ дейст.
Uк = 84.6.dm1m2 rlg = 84.6*0.85*1*1*0.53*lg = 109 кВ дейст.
Относительное увеличение потерь определяется из соотношения
К = = ( )2 = ( ) 21.8

Задача для самостоятельного решения

Задача 2.1. Линия электропередачи длиной 100 км выполнена на металлических опорах с гирляндами изоляторов 12хП-4.5, имеющих длину 2 м. В результате атмосферного перенапряжения произошло перекрытие гирлянды. Установить по критической длине дуги условие ее горения или само погасания, если после отключения поврежденной фазы линии с рабочим напряжением 230 кВ остаточный ток емкостной проводимости равен 4 А. В расчете учитывается только, реактивное сопротивление. Соотношение между частичными емкостями проводов смежных фаз и фазы на землю равно 0.2.
Задача 2.2. Определить потери мощности на корону для линии протяженностью 100 км с рабочим напряжением 230 кВ, если расстояние между проводами 4 м, радиус провода 0,95 см (АС-185), коэффициент негладкости провода 0.85 и относительная плотность воздуха 0.9. Погода ясная, для расчета воспользоваться формулой Пика. Ответ. Критическое напряжение 162 кВ, потери 4630 кВт. Потери оказываются недопустимо большими, поэтому для линий напряжением 220 кВ по ПУЭ рекомендован провод АС-240.
Задача 2. 3. Определить критическое напряжение и максимальную напряженность электрического поля на поверхности провода линии передачи с номинальным напряжением 220 кВ. Провода марки АС-З00 расположены в горизонтальной плоскости с расстоянием между ними 7 м. Погода ясная, атмосферные условия нормальные, коэффициент негладкости витого провода 0.85, диаметр провода 24.2 мм. Ответ. Напряжение критическое 240 кВ. Напряженность 22.5 кВ макс./см

2.3. Разряды на поверхности электродов

В ряде случаев развития электрического разряда в газовом промежутке существенную роль может играть поверхностная ионизация. Так называется эффект испускания из электродов заряженных частиц, в основном свободных электронов. В металле свободные электроны находятся в электрическом поле положительных ионов, образующих кристаллическую решетку. Поверхность металла создает потенциальный барьер, который удерживает свободные электроны внутри металла. Для выхода из металла электроны должны получить энергию, достаточную для преодоления поверхностного потенциального барьера Uпи. Электроны, высвобождающиеся в результате поверхностной ионизации с катода, силами электрического поля уводятся от катода в область газового разряда. Поэтому для развития газового разряда основное значение имеет поверхностная ионизация с катода.
Поверхностная ионизации с катода может иметь различные формы.
Поверхностная ударная ионизация происходит под действием бомбардировки поверхности катода положительными ионами, ускоренными в электрическом поле. Для того чтобы освободить из катода один электрон положительный ион должен свободно пролетать в поле напряженности Е расстояние Хпи = .
Поверхностная фота ионизация происходит при падении на поверхности катода фотонов достаточно высокой энергии hg ? Uпи, , .
Термическая эмиссия электронов из катода - это эмиссия, при которой свободные электроны в металле за счет его нагрева приобретают энергию, достаточную для преодоления поверхностного потенциального барьера. Явление термической эмиссии широко используется в радиолампах.
Автоэлектронная эмиссия заключается в том, что электроны под действием сил электрического поля вырывается из катода. Автоэлектронная эмиссия происходит при напряженностях поля в близи катода порядка 106 в/см. Такую напряженность можно создать на остриях в средах, в которых отсутствуют другие формы ионизации, например в вакууме или в масле.
Твердая высоковольтная изоляция, разделяющая токоведущие части, имеет ограниченные размеры и заключена в изолирующую среду, которой воздух или трансформаторное масло. Под действием разности потенциалов между изолирующими частями во всех изолирующих средах устанавливается электрическое поле. Вектор напряженности этого поля в каждой точке можно условно разложить по отношению к поверхности раздела на составляющие Еn и Еt. Первый из этих векторов направлен перпендикулярно к разделяющей поверхности, а вторая - по касательной.
Используя аналогию с преломлением световых лучей, можно доказать, что при переходе вектора напряженности из одной среды в другую он подчиняется закону преломления.
Если граница раздела двух изолирующих сред не расположена нормально к силовым линиям электрического поля, то вектор напряженности электрического поля испытывает при переходе в смежную среду преломление так, что отношение угла падения a1 к углу преломления a2 равно отношению относительных диэлектрических проницаемостей соприкасающихся сред. При этом тангенциальные составляющие преломляющегося и преломленного векторов равны между собой Е2t = Е1t, а нормальные составляющие подчиняются соотношению .
Нормальная составляющая вектора напряженности электрического поля является причиной сквозного пробоя изоляции, тангенциальная причиной разряда вдоль поверхности.
Завершенная форма последнего называется перекрытием изоляции. Перекрытие не приводит к разрушению изоляции и только кратковременно нарушает ее изолирующие свойства. Достаточная для перекрытия напряженность электрического поля зависит от формы и состояния поверхности диэлектрика, степени ее загрязненности, увлажнения и неравномерности электрического поля.
Для перекрытия изоляция в условиях неравномерного поля величина средней напряженности электрического поля 0.1-0.2 кВ/мм может оказаться достаточной, а в равномерном -0.6-0.8 кВ/мм и более. Если перекрытия происходит вдоль поверхности L, то напряжение перекрытия определится зависимостью Uпер = = ЕtсрL.
Конструктор, изменяя форму поверхности изоляции, может, в зависимости от ее назначения, предопределить форму разряда, направляя его по пути пробоя или перекрытия.
В линиях, находящихся под кратковременным перенапряжением, перекрытие гирлянд наступает при напряжении в 1.5-2 раза меньшим пробивного. Таким образом, перекрытие технически используется как своеобразное средство защиты изоляции от пробоя.
При достаточно больших расстояниях между электродами или наличии искусственно развитой поверхности, затрудняющей перекрытие, разряд вдоль поверхности может принять устойчивую форму скользящего разряда.
Скользящей разряд в этих случаях предшествует перекрытию, сопровождается короной у электродов и имеет вид прорастающих кистей или искровых побегов, оставляющих на поверхности органической изоляции следы в виде выжженных борозд.
Исследованиями установлено, что поверхность твердого диэлектрика, покрытая адсорбированными отрицательными ионами, является по отношению к ионному облаку своеобразной обкладкой конденсатора, что позволило ввести понятие удельной поверхностной емкости С0 ф/см2. В результате многочисленных опытов установлено, что напряжение, при котором начинается скользящий разряд, зависит от величины этой емкости:
Uск = Кв действ.
Здесь С0 - поверхностная удельная емкость, определяемая для цилиндрических тел зависимостью
С0= = = = .
Где D и d-соответственно наружный и внутренний диаметры цилиндрического изолятора, см.
Под пробоем твердого диэлектрика понимают местное разрушение изоляции, происходящие под действием сил электрического поля.
Электрический пробой наступает тот момент, когда нормальная составляющая вектора напряженности электрического поля данной изоляции достигает предельного для данной изоляции значения.
Величина средней пробивной напряженности электрического поля для наиболее употребительных изоляционных материалов приведены в таблице 3.
При изменении толщины диэлектрика, находящегося в неравномерном электрическом поле, величина пробивного напряжения определяется из квадратичной зависимости.
U(пр2)=U(пр1) ,
где U(пр1) - пробивное напряжение, определенное опытным путем, для образца произвольной толщиной а1;
U(пр2) - пробивное напряжение для образца толщиной а2.



Таблица 3
Материалы Пробивная напряженность кВ действ/мм
Текстолит листовой ГОСТ 2910-8.0 2.0-8.0
Бумага кабельная ГОСТ 64........




Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть похожие работы

* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.