Ознайомитися з теоретичними відомостями по роботі.
Вивчити принцип роботи лабораторної установки.
Отримати досвідчені значення електричної міцності повітряних проміжків.
Побудувати залежності напруги пробою від товщини повітряних проміжків для електродів різної форми.
Проаналізувати отримані дані.
Повітря як діелектрик
В якості ізоляції в різних електричних установках використовуються гази. Особливе місце серед них займає повітря. Він є природною ізоляцією багатьох електротехнічних конструкцій: трансформаторів, конденсаторів, повітряних вимикачів, ліній електропередачі.
Як діелектрик, повітря має такі позитивні властивості: швидко відновлює свою електричну міцність після пробою, відсутність старіння, тобто погіршення властивостей з плином часу, малі діелектричні втрати. Негативними властивостями повітря як діелектрика є: неможливість використання його для закріплення деталей пристроїв, внаслідок чого вони застосовуються в поєднанні з твердими діелектриками, невисока електрична міцність, здатність зволожаться, утворювати оксиди і підтримувати горіння, низька теплопровідність.
Електрична міцність повітря не є величиною постійною, а залежить від тиску, відносної вологості, форми електродів і відстані між ними, від виду напруги, а також від полярності електродів.
Пробоєм називається явище, що приводить до тривалого або короткочасного утворення каналу з високою електричну провідність. Значення напруги, при якому відбувається пробій діелектрика, називається пробивним напругою, а відповідне значення напруженості поля - електричною міцністю діелектрика.
Електрична міцність Епр. визначається пробивним напругою Uпр. віднесених до товщини діелектрика в місці пробою. Для практичних цілей зручно висловлювати пробивна напруга в кВ, а товщину діелектрика - мм, тоді Епр буде в кВ / мм.
Пробій газоподібних діелектриків завжди починається з ударної іонізації. Електричний струм провідності в будь-якої середовищі, зокрема в газах, можливий тільки в тому випадку, коли в ній є вільні заряджені частинки - електрони і іони. У нормальному стані частки газу - атоми і молекули - нейтральні; газ в цьому випадку не проводить електричного струму. Однак під впливом зовнішнього електричного поля в газах виникають вільні заряди в вигляді електронів, а також позитивних і негативних іонів.
Ударна іонізація викликається зіткненнями електронів та іонів з нейтральними атомами і молекулами газу. Для початку ударної іонізації необхідно, щоб кінетична енергія електронів, що розганяються електричним полем, стала більше енергії іонізації. Явище пробою газу залежить від ступеня однорідності електричного поля, в якому здійснюється пробою
Пробій газу в однорідному полі
Однорідне поле можна отримати між плоскими електродами з закругленими краями, а також між сферами великого діаметра при малій відстані між ними. В такому полі пробій настає практично миттєво при досягненні строго певного напруги, що залежить від температури і тиску газу. Між електродами виникає іскра, яка потім переходить в дугу, якщо джерело напруги має достатню потужність.
При малих відстанях між електродами спостерігається значне збільшення електричної міцності. Це явище можна пояснити труднощами формування розряду при малій відстані між електродами, так як ударна іонізація ускладнюється через недостатню загальної довжини пробігу вільних зарядів. Це позначається більш сильно при особливо малих відстанях, порівнянних з довжиною вільного пробігу, середнє значення якого при нормальних барометричних умовах становить 10 -5 см. При нормальних умовах, тобто при тиску 101325 Па = 760 мм.рт.ст. і температурі 273,15К = 0 ° C, електрична міцність повітря при відстані між електродами 1 см становить приблизно 3.2 МВ / м (3.2 кВ / мм), при відстані між електродами 6 мм - 70 МВ / м.
Пробивна напруга збільшується зі збільшенням тиску газу і товщини шару газу. Зі зменшенням ж тиску газу і відстані між електродами пробивна напруга зменшується, але, пройшовши мінімум, воно знову зростає. Для повітря мінімальне пробивна напруга дорівнює близько 300 В, для різних газів лежить в межі 195-520 В. Гази при високому тиску застосовуються в якості ізоляції для високовольтної апаратури, а також у виробництві кабелів конденсаторів високої напруги.
Пробій газу в неоднорідному полі
Неоднорідне поле виникає між двома вістрями, вістрям і площиною, між проводами ліній електропередачі, між сферичними поверхнями при відстані між ними, що перевищують радіус сфери і т.д.
Неоднорідність поля призводить до того, що в деяких місцях густота силових ліній дуже велика, а значить, напруженість має підвищене значення і ударна іонізація починається вже при напрузі, менших, ніж характерно для даного проміжку.
Особливістю пробою газів в неоднорідному полі є виникнення часткового розряду у вигляді корони в місцях, де напруженість поля досягає критичних значень, з подальшим переходом корони в іскровий розряд і дугу при зростанні напруги. Корона - це іонізаційні процеси в локальній області поблизу електрода, частіше поблизу гострих кромок електродів, де локальне електричне поле може бути дуже великим. Вони призводять до втрат енергії, вносять шуми радіохвиль, виділяють озон і шкідливі оксиди азоту.
Генератор напруги високовольтний ГНВ1-02а (надалі по тексту прилад) призначений для проведення практикуму з курсу Радіоматеріали в ВУЗах. Прилад застосовується в складі модульних лабораторно - навчальних комплексів МУК-РМ (Радіоматеріали), а також для лекційних демонстрацій.
Прилад призначений для:
Генерації постійної напруги з регульованим рівнем.
Умови експлуатації - лабораторні:
Температура навколишнього середовища від 283 до 308 К (від +10 до +35 0 С);
Відносна вологість до 80% при температурі 298 К (+25 0 С);
Атмосферний тиск 100 ± 4 кПа (750 + 30 мм рт. Ст.);
Напруга живильної мережі 220 ± 20 В з частотою 50 Гц.
Електричні параметри і характеристики
Генератора регульованого постійної напруги має такі параметри:
Вихідна регульоване напруга, не більше 20 кВ;
Вихідний струм, не більше 200 мкА;
Напруга пульсацій, не більше 10%.
Прилад забезпечує свої технічні характеристики в межах зазначених норм після 5-ти хвилинного самопрогрева;
Прилад допускає безперервну роботу протягом 8 годин при збереженні своїх технічних характеристик.
Зовнішній вигляд приладу представлений на рис. 1.
Малюнок 1. Органи управління ГВН1.
Індикатор перевантаження по струму;
Індикатор перевантаження по напрузі;
УВАГА запобіжні заходи:
Забороняється вставляти і виймати вилку живлення, утримуючи кнопку «Мережа».
Порядок роботи з блоком
Увімкніть кнопку "Мережа" 10 (Рис.1), при цьому загориться індикатор напруги, який покаже (000). Прилад готовий до роботи.
Якщо горить індикатор блокування 4, то це означає, що відкрита кришка високовольтної камери чи вона не встановлена.
Рекомендована відстань між електродами не менше 1 мм.
вимірювальна камераІК2-1
Вимірювальна камера ІК2-1 призначена для проведення практикуму з курсу Радіоматеріали в ВУЗах. Камера застосовується в складі модульних лабораторно - навчальних комплексів МУК-РМ (спільно з ГНВ1), а також для лекційних демонстрацій.
Камера призначена для вимірювання відстаней напруги пробою.
Умови експлуатації - лабораторні.
Порядок виконання роботи
Вивчити теоретичні відомості про електричний пробої повітряного діелектрика.
Вивчити лабораторну установку ГВН1 + ІК2-1, електричні параметри і характеристики, органи управління та індикації.
Отримати у викладача набір електродів і встановити першу пару в ІК2-1.
Задати проміжок між електродами в 1 мм і провести вимірювання напруги пробою, поступово збільшуючи вихідну напругу ГВН1.
Збільшуючи зазор між електродами на 1 мм, провести серію вимірів пробивної напруги і побудувати графіки залежностей U = f (d).
Розрахувати напруженості електричного поля, при яких відбувається пробій.
Змінити набір електродів і повторити п.п. 4 - 6 для електродів іншої форми.
Зробити висновки про проведене дослідження.
Примітка для магістрантів (вимірювання і розрахунки проводити з урахуванням точності вимірювання, що забезпечується приладом).