Разряды в неоднородном поле

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Содержание

Введение

1. Разряды в неоднородном поле. Закон подобия разрядов

2. Разряд в резко неоднородном поле. Влияние полярности

Заключение

Рекомендуемая литература

Введение

Учебную практику прошел на Красноярской ГЭС. Практика проходила вовремя экскурсии. Мною было наглядно изучены процессы, происходящими при ионизации различных газов , с природой возникновения электрических разрядов в газовых , жидких и твёрдых диэлектриков.

Прохождение практики для получения первичных профессиональных знаний и навыков - важная часть становления профессиональным работником. Именно на учебной практике для получения первичных профессиональных знаний и навыков студент может получить и отточить технику различных операций.

Цель:

закрепление, расширение, углубление и систематизация знаний, полученных при освоении специальных дисциплин.

Задачи:

- приобрести умения и навыки ремонта и работы с оборудованием в технологической отрасли;

- выявить умения использования теоретических знаний полученные в процессе обучения;

- проверить профессиональную готовность к самостоятельной трудовой деятельности в сфере технического обслуживания и ремонта электрооборудования.

1. Разряды в неоднородном поле. Закон подобия разрядов

Неоднородным называется электрическое поле, в котором напряженность поля в различных точках различна. Такие поля имеют место, если электроды имеют сложную форму или отличаются друг от друга по форме (острие-плоскость, острие-шар и т.п.). Степень неоднородности поля характеризуется коэффициентом неоднородности

 , где  ,  -

расстояние между электродами.

Для однородного поля  . Если  , то поле называется слабонеоднородным. Такие условия соответствуют полю двух концентрических цилиндров  , параллельных проводов  и для двух сфер одинакового радиуса  .

Рассмотрим случай неоднородного поля для двух коаксиальных цилиндров радиусом и  (рис. 1.5).

Напряженность электрического поля в любой точке между цилиндрами определяется выражением

 . (1.14)

Условие самостоятельности разряда с учетом коэффициента ионизации  будет

 . (1.15)

Но т.к.  нелинейно зависит от  и  , то напряжение возникновения разряда  будет зависеть от соотношения  и  , т.е.

. Последнее выражение характеризует закон подобия разрядов. Для неоднородного поля при

начальное напряжение развития разряда является функцией произведения плотности (давления) газа на один из параметров промежутка и отношения к этому параметру всех остальных размеров, определяющих форму промежутка.

Вывод: в геометрически подобных промежутках начальное напряжение разряда  будет зависеть от  . Если сохранять промежутки геометрически подобными, начальные напряжения останутся неизменными при пропорциональном изменении плотности газа.

Для случая двух коаксиальных цилиндров радиусом  и  , максимальное значение напряженности на поверхности цилиндра радиусом  в зависимости от отношения  будет иметь вид кривой (рис. 1.6, кривая 1) с минимумом при

 . Размещено на http: //www. allbest. ru/

Если для электродов напряженность поля начального разряда равна  и не зависит от расстояния, то имеем две характерные области развития разрядов:

 и  .

В области  , когда  (точка К₁), образование ионизирующего слоя возле цилиндра радиусом как бы увеличивает его радиус, т.е. уменьшает отношение  , что приводит к увеличению напряженности электрического поля, увеличению области ионизации и развитию стримера. Стример достигает противоположного электрода, образуется канал высокой проводимости, возникает самостоятельный разряд, переходящий в пробой. Поле в этом случае будет слабонеоднородным.

В области  при  также возникает самостоятельный разряд, но в этом случае при уменьшении  уменьшается напряженность электрического поля до

 .

В дальнейшем расширение области самостоятельного разряда прекращается, т.к. при  не выполнется условие самостоятельности разряда. Таким образом при  (  ) будет существовать устойчивый самостоятельный разряд, охватывающий только часть пространства. Такой разряд называется коронным.

Для того, чтобы коронный разряд перешел в пробой, необходимо поднять напряжение до значения  , при котором кривая  (кривая 2) будет касаться прямой  в одной точке

 , т.е.  и  .

Такое поле называется резконеоднородным.

Выражение

представляет собой математическую запись закона подобия разрядов: в неоднородных полях начальные напряжения являются функцией произведения плотности газа Размещено на http: //www. allbest. ru/

 на один из геометрических размеров промежутка и отношений к этому размеру всех остальных определяющих геометрических размеров.

Например для параллельных цилиндров с радиусами Rиr, находящихся на расстоянии S друг от друга закон можно записать в виде:

 или  

Из закона следует, что для геометрически подобных промежутков, у которых отношения всех геометрических размеров одинаковы, начальные напряжения зависят только от произведения  . Следовательно, если сохранять промежутки геометрически подобными, начальные напряжения останутся неизменными при изменении плотности газа обратно пропорционально изменению геометрических размеров

Для практических расчетов пользуются эмпирической формулой

 , (1.16)

где  - радиус электрода с большей кривизной;  - расстояние между электродами;  - коэффициент неоднородности электрического поля. Значения  и  зависят от формы электродов.

2. Разряд в резко неоднородном поле. Влияние полярности

В однородных полях при напряжении меньше разрядного ионизация в промежутке практически отсутствует.

Начальная лавина в однородном поле развивается практически при отсутствии объемного заряда. Приблизительно такие же условия имеют место и в слабо неоднородном поле. В резко неоднородных полях условия развития разряда совершенно другие.

Рассмотрим промежуток острие (стержень) -- плоскость, являющийся характерным примером резко неоднородного поля. Предварительная ионизация в этом промежутке будет развиваться в области наиболее сильного поля, т. е. у стержня, а искажения поля создаваемыми при этом объемными зарядами будут различными при положительной и отрицательной полярностях стержня.

При положительной полярности стержня (рис. 4,а) образовавшийся в промежутке электрон, двигаясь к стержню и попадая в область сильного поля, начинает ионизировать и образует лавину электронов. Если напряжение между электродами возрастает медленно, то еще до образования короны (до выполнения условия самостоятельности разряда) в промежутке может образоваться достаточно большое число таких лавин. Когда каждая из этих лавин доходит до стержня, электроны лавины уходят на электрод, а положительные ионы остаются в пространстве, медленно перемещаясь к противоположному электроду.

Таким образом, вблизи стержня создается положительный объемный заряд, как это показано на рис. 4 б, где направление напряженности внешнего поля Е и поля объемных зарядов Е_ОБ показано стрелками.

Присутствие положительного объемного заряда уменьшает поле вблизи стержня и несколько усиливает его во внешнем пространстве (рис. 4, в). Поэтому дальнейшая ионизация вблизи стержня ослабляется, а это затрудняет выполнение условия самостоятельности разряда, т. е. образование короны

Рис. 1 Искажение напряженности поля в промежутке положительный стержень -- плоскость в стадии несамостоятельного разряда

Рис 2 Искажение напряженности поля в промежутке отрицательный стержень -- плоскость в стадии несамостоятельного разряда

При отрицательной полярности стержня (рис.) образованные на поверхности катода электроны сразу попадают в сильное поле и образуют лавины, двигающиеся к плоскости. Когда электроны лавин выходят из области сильного поля, они перестают осуществлять ионизацию и с постепенно уменьшающейся скоростью летят к аноду. Часть из них долетает до анода и там нейтрализуется, а другая часть захватывается атомами кислорода с образованием отрицательных ионов, после чего скорость перемещения отрицательных зарядов к аноду резко уменьшается. Положительные ионы лавин постепенно уходят на стержень, но так как скорость их относительно мала, в непосредственной близости от стержня всегда имеется положительный объемный заряд. Таким образом вблизи стержня имеется весьма компактный положительный объемный заряд, а в глубине промежутка -- рассеянный отрицательный заряд. В силу своей малой плотности объемный отрицательный заряд не оказывает существенного влияния на внешнее поле, а положительный объемный заряд искажает его так как показано на рис. кривая 2. Напряженность поля вблизи стержня возрастает, и выполнение условий самостоятельности разряда облегчается.

Из сделанного анализа следует что напряжение возникновения короны в промежутке стержень - плоскость при положительной полярности стержня должно быть выше, чем при отрицательной, что полностью подтверждается результатами непосредственных наблюдений. Для выяснения влияния полярности на разрядные напряжения не обходимо рассмотреть дальнейший стадии разряда.

Если стержень положительный напряжение между электродами достаточно велико, то возникает лавина справа от объемного заряда (рис.), электроны которой смешиваясь с положительными ионами объемного заряда, создают зародыш канала анодного стримера, заполненный плазмой (рис.6, б). Заряды плазмы стримера находятся в электрическом поле, поэтому они будут распределяться неравномерно и на головке стримера будет располагаться некоторый избыточный положительный заряд. Этот заряд частично компенсирует поле в канале самого стримера и создает повышенную напряженность на его головке, как показано кривой 2 на рис., г. Наличие области сильного поля перед головкой обеспечивает образование новых лавин, электроны которых втягиваются в канал стримера, а ионы создают показанный на рис., б положительный объемный заряд, приводящий к дальнейшему усилению поля перед головкой стримера. Вновь образованные лавины превращают этот объемный заряд в продолжение канала стримера, который, таким образом, постепенно удлиняется, прорастая к аноду (рис.).

Рис. 6. Образование анодного стримера в промежутке положительный стержень -- плоскость

В зависимости от степени неоднородности поля и напряжения между электродами напряженность поля на головке стримера по мере его удлинения может расти или падать. В первом случае обеспечено распространение стримера до противоположного электрода, т. е. полный пробой промежутка; во втором случае развитие стримера после достижения определенной длины прекращается, т. е. будет иметь место коронный разряд.

При отрицательной полярности стержня образование стримера вблизи стержня (в этом случае он называется катодным стримером) оказывается сильно затрудненным. Сильное поле непосредственно около стержня приводит к образованию большого числа лавин, распространяющихся по направлению к окружающему стержень положительному объемному заряду. Именно в силу большого числа одновременно развивающихся лавин не возникает условий для образования заполненного плазмой узкого канала, а создается более или менее однородный плазменный слой, как показано на рис., a. Этот слой играет роль как бы экрана с гораздо большим радиусом кривизны, чем стержень, и благодаря его возникновению напряженность поля изменяется приблизительно так, как показано на рис. , г (кривая 2). При дальнейшем возрастании напряжения ионизация длительное время продолжает происходить только в пространстве между стержнем и плазменным слоем, который постепенно увеличивается в объеме и несколько вытягивается в сторону противоположного электрода. Напряженность поля на внешней поверхности плазменного слоя постепенно растет и при дальнейшем возрастании напряжения возникают лавины электронов справа от этого слоя (рис., б), Положительные заряды этих лавин, вызывают дальнейшее возрастание напряженности на границе плазменного слоя, благодаря чему появляется большое число новых лавин, слияние которых приводит к удлинению плазменного слоя по направлению к аноду и превращению его в стример. Однако, так же как и в начале процесса, благодаря большому числу возникающих лавин головка стримера оказывается размытой (рис.) и возрастание напряженности поля на головке оказывается гораздо меньшим, чем при положительном стержне (рис., кривая 3).

Рис. 3 Образование катодного стримера в промежутке отрицательный стержень - плоскость

ионизация разряд стример диэлектрик

В силу рассмотренных выше особенностей развитие стримера при отрицательном стержне происходит с гораздо большими трудностями, поэтому и разрядное напряжение при отрицательном стержне значительно выше, чем при положительном (в 2-2,5 раза).

При обеих полярностях стержня пересечение стримером всего промежутка между электродами обеспечивает полный пробой, но не является последней стадией разряда. Канал стримера является проводящим и напряженность поля в канале относительно невелика. Поэтому стример служит как бы продолжением стержня и его головка имеет потенциал, близкий к потенциалу стержня (но, конечно, меньше на величину падения напряжения в канале). Когда расстояние между головкой стримера и плоскостью делается очень малым, напряженность поля в еще непробитой части промежутка сильно возрастает, возникает весьма интенсивная ионизация, превращающая этот промежуток в плазму с очень высокой плотностью ионов, гораздо большей, чем в канале стримера. Распределение поля в промежутке в этот момент показано на рис.8.Большая напряженность поля на границе вновь образовавшегося канала приводит к постепенному распространению зоны интенсивной ионизации по направлению к стержню. Этот процесс обычно называется обратным (или главным) разрядом. Обратный разряд развивается от плоскости к стержню, т. е. в направлении, обратном движению, стримера, с очень большой скоростью порядка 109 и обеспечивает создание между электродами канала высокой проводимости, через который после этого начинает проходить ток короткого замыкания источника.

Рис.4 Последовательные стадии развития обратного разряда и распределение продольной напряженности электрического поля в канале

В неоднородном поле в отличие от однородного напряженность поля в различных точках промежутка разная по величине или по направлению. К типичным промежуткам с неоднородным полем относятся стержень - стержень, стержень - плоскость, провод - земля и многие другие реальные изоляционные промежутки.

На рис. приведены зависимости напряженностей от расстояния между электродами типа стержень - плоскость.

Основные закономерности развития разряда в любых резконеоднородных полях (Kн > 4) практически одинаковы. При некотором начальном напряжении Uh в промежутке возникает самостоятельный разряд в лавинной форме, т.к. вблизи стержня имеется область с напряженностью, превышающей значение  , соответствующее возникновению самостоятельной формы разряда (рис.). Разряд локализуется в этой области, а вторичные лавины поддерживаются либо за счет фотоионизации из объема газа (при положительной полярности стержня), либо за счет фотоэмиссии или автоэлектронной (холодной) эмиссии с катода (при отрицательной полярности стержня). Такой разряд называется коронным разрядом в лавинной форме. Значение напряжения и напряженности поля на электроде при возникновении коронного разряда зависит от степени неоднородности поля. С увеличением степени неоднородности напряженность на электроде-стержне увеличивается, а напряжение возникновения короны уменьшается.

Рис. 5Зависимость напряженности электрического поля от расстояния между электродами типа стержень-плоскость: 1 --  ; 2 --  ; 3 --  -- напряженность возникновения самостоятельной формы разряда

При увеличении напряжения свыше Uн, когда количество электронов в лавине возрастает до 10⁷ -- 10⁹, она переходит в плазменное состояние и в промежутке возникает стример у электрода с повышенной напряженностью поля. Если в однородном поле возникший стример пересекает весь межэлектродный промежуток, то в резконеодном поле в зависимости от величины напряжения стример, пройдя некоторое расстояние, может остановиться. При этом плазма его распадается, но вблизи острия возникают новые стримеры, которые также останавливаются и их плазма распадается.

Такое состояние разряда устойчивое, т.к. при этом выполняется условие самостоятельности разряда. Этот случай, когда стримеры не достигают противоположного электрода, получил название коронного разряда в стримерной форме.

Для пробоя всего межэлектродного промежутка необходимо еще увеличить напряжение. Тогда образуется канал, который продвигается от электрода с повышенной напряженностью (острие) к противоположному электроду. При пересечении искровым каналом всего промежутка он преобразуется в электрическую дугу, что означает завершение пробоя. В резконеоднородных полях напряжение пробоя всегда больше напряжения возникновения коронного разряда в любой форме.

Заключение

В ходе учебной практики был решен ряд задач:

- закрепление и совершенствование знаний и практических навыков, полученных во время обучения;

- подготовка к осознанному и углубленному изучению общепрофессиональных и специальных дисциплин;

- формирование умений и навыков в выполнении электромонтажных работ;

- овладение первоначальным профессиональным опытом.

При изучении раздела "Общие сведения о предприятии" ознакомился со структурой управления предприятия, правилами внутреннего трудового распорядка, охраной труда при эксплуатации электроустановок и должностными обязанностями электромонтера.

При выполнении практических заданий на предприятии производились электромонтажные работы, при выполнении которых познакомился с устройством ряда инструментов, приспособлений, оборудования, устройств и аппаратов.

Рекомендуемая литература

1. Александров Д. С.Надёжность и качество электроснабжения предприятий: учебное пособие / Д. С. Александров, Е. Ф. Щербаков- Ульяновск. УлГТУ, 2010. - 155 с.

2. Быстрицкий Г.Ф. Основы энергетики: учебник / Г.Ф. Быстрицкий. - 3-е изд., стер. - М.: КНОРУС, 2012. - 352с.ISBN 978-5-16-002223-9.

3. ВажовВ.Ф.Техника высоких напряжений: курс лекций / В. Ф.Важов,В. А.Лавринович. - Томск: Изд-во ТПУ, 2010. - 150 с.

4. Герасименко А.А., Федин В.Т. Передача и распределение электрической энергии / Герасименко А.А., Федин В.Т. -- Изд. 2-е. -- Ростов н/Д: Феникс, 2012. -- 715, [2] с. (Высшее образование).

5. Инструкция по предотвращению и ликвидации аварий в электрической части энергосистем. Министерство энергетики Российской федерации. 2003.- URL: http://forca.ru/instrukcii/dispetcherskie/instrukciya-po--predotvrascheniyu-i-likvidacii-avarii-v-elektricheskoi-chasti-energosistem_4.html. Дата обращения 05.11.2010 г.

6. Киреева, З.А., Цырук, С.А. Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем [Текст]: Учебник для студентов СПО. - М.: Издательский центр «Академия», 2010. - 288 с. (гриф МО РФ);

7. Корнеева Л.К. Электрооборудование электрических сетей и подстанций (Практикум для студентов сред.проф. образования) - М.: Издательский центр «Академия», 2006, 124с..ISBN 5-93901-002-4.

8. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов: Учеб.пособие для студ. Учреждений сред. проф. образования - М.: Издательство «Мастерство», 2002.-320 с: ил.ISBN 5-294-00063-6.

9. Котеленец, Н.Ф., Акимова, Н.А., Антонов, М.В. Испытания, эксплуатация и ремонт электрических машин: учебник [Текст] - М.: Издательский центр «Академия», 2010. - 384 с. (допущено Минобразованием России);

10. Лыков А.В. Электрические системы и сети. Учебное пособие. Университетская книга. - М. Донецк. 2006, - 234с.

11. Михеев Г.М. Цифровая диагностика высоковольтного электрооборудования. -- М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2008. -- 304 с: ил. (Серия «Электротехника и энергетика»). ISBN 978-5-94120-188-4

12. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации [Текст] - М.: Издательство «Омега-Л», 2008. - 256 с.

13. Рожкова Л.Д. Электрооборудование электрических станций и подстанций: Учебник для сред. Проф. Образования/ Л.Д. Рожкова, Л.К.Корнеева, - М.: Издательский центр «Академия», 2004, -448с..ISBN 5-7695-2328-Х.

14. Рожкова Л.Д. , Козулин В.С. Электрооборудование электрических сетей и подстанций. Учебник для техникумов. - 3-е изд. Перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1987, -648с.

15. Сибикин Ю.Д. Техническое обслуживание, ремонт электрооборудования и ceтей промышленных предприятий: Учеб.для нач. проф. образования: Учеб.пособие для сред. проф. образования / Ю.Д.Сибикин, М.Ю.Сибикин. М.: Издательский центр «Академия», 2004, - 432 с. .ISBN 5-94231-010-6.

16. Справочник по проектированию электрических сетей/ под редакцией Д.Л. Файбисович.- 2-е изд. Перераб. и доп. - М : ЭНАС. 2007, - 212с.

17. Типовая инструкция по переключениям в электроустановках. - URL: http://download.modus.icenet.ru/swmandoc/70_oper_switching/r38-3-01.htm/ Дата обращения 05.11.2010.

18. Типовая инструкция по предотвращению и ликвидации аварий в электрической части энергосистемы. СО 153-34.20.561-2003. М.:/ Издательство НЦ ЭНАС. 2004г. Утверждено Приказом Минэнерго России от 30 июня 2003г. № 289.

19. Филатов А.А. Оперативное обслуживание оборудования электрических подстанций. М.:Энерrия, 1980.

20. ЧичёвС.И., КалининВ.Ф., Глинкин Е.И. Система контроля и управления электротехническим оборудованием подстанций. - М.: Издательскийдом «Спектр»,2011. - 140 с. - 400 экз. - ISBN 978-5-904270-85-8.

21. Шеховцов В.П. Расчёт и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования М: ФОРУМ: ИНФРА - М., 2005, - 214с.

22. Электронный учебно-методический комплекс (УМКД) по дисциплине «Электроэнергетические системы и сети» подготовлен в рамках инновационной образовательной программы «Создание группового проектного обучения студентов СФУ как одного из основных элементов инновационной образовательной программы в рамках приоритетного образовательного проекта «Образование» на базе учебно-научно-производственного комплекса», реализованной в ФГОУ ВПО СФУ в 2007 г.

23. Электронный учебно-методический комплекс (УМКД) по дисциплине «Электроснабжение» подготовлен в рамках инновационной образовательной программы «Создание группового проектного обучения студентов СФУ, как одного из основных элементов инновационной образовательной программы в рамках приоритетного образовательного проекта «Образование» на базе учебно-научно-производственного комплекса»,реализованной в ФГОУ ВПО СФУ в 2007 г.

24. Электронный справочник: В 4 т. Т. 1. Общие вопросы. Электротехнические материалы/ Под общ.ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. - 8-е изд., испр. и доп. - М.,: Издательство МЭИ, 1995. - 440 с.: ил. ISBN 5-7046-0099-9, ISBN 5-7046-0100-6. (Т.1).

25. Электронный справочник: В4 т. Т.2. Электротехнические изделия и устройства / Под общ.ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. - 9-е изд., испр. и доп. - М.,: Издательство МЭИ, 2003. - 518 с.: ил. ISBN 5-7046-0986-4, ISBN 5-7046-0984-8. (Т.2).

26. Электронный справочник: В 4 т. Т.3. Производство, передача и распределение электрической энергии / Под общ.ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. - 8-е изд., испр. и доп. - М.,: Издательство МЭИ, 2002. - 964с.: ил. ISBN 5-7046-0099-9, ISBN 5-7046-0750-0. (Т.3).

27. Электронный справочник: В 4 т. Т.4. Использование электрической энергии / Под общ.ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. - 8-е изд., испр. и доп. - М.,: Издательство МЭИ, 2002. - 696 с.: ил. ISBN 5-7046-0099-9, ISBN 5-7046-0751-9. (Т.4).

28. http://belenergo.pro/. Профессиональный сайт ООО Научно-производственное обьединение . Завод энергооборудования. : - режим доступа.

29. http://lib.rosenergoservis.ru/. Электронная библиотека по энергетике. Росэнергосервис. : - режим доступа.

30. http://leg.co.ua/. Электронный каталог по электрооборудованию. Электрические сети. : - режим доступа.

Размещено на Allbest.ru