A gáz-halmazállapotú dielektrikumok elektromos szilárdságának meghatározása
5. A dielektromos veszteségek kis szöge # 948; ≈10 -6.
6. Az öregedés hiánya.
A gáz-halmazállapotú dielektrikumok csak kis feszültségnél nagy elektromos szigetelési tulajdonságokkal rendelkeznek. A gáz szigetelési tulajdonságait magyarázza az a tény, hogy a természetes állapotú gázok atomjai és molekulái semlegesek, töltetlen részecskék. A külső ionizátorok (kozmikus és napsugárzás, radioaktív sugárzás) hatására minden gázban kis mennyiségű elektromosan töltött részecskék-elektronok és ionok vannak kaotikus termikus mozgásban, azaz a gáz ionizációs folyamata van. Egy külső elektromos mező hatása alatt az atomok elektronhéjai elasztikus deformációi fordulnak elő és elmozdulnak a magukhoz viszonyítva. Ha a gázmolekula szerkezetének ionos szerkezete van, akkor az ionok egymáshoz viszonyítva mozognak. Ennek eredményeként elektronikus és ionos polarizáció lép fel. Ha a gáz dipólmolekulákból áll, akkor dipoláris polarizáció is bekövetkezik. Az atomok és gázmolekulák polarizációjának foka a dielektromos permittivitással jellemezhető # 949; Az elektrotechnikában alkalmazott gáznemű dielektrikumok többsége nempoláris és dielektromos permittivitásuk # 949; ≈1.
A gáz ionizációja azt eredményezi, hogy a gáz kis elektromos vezetőképességet eredményez. A gáz ionizálásával párhuzamosan a pozitív és negatív ionok rekombinációja semleges molekulák és atomok képződésével történik. Alacsony elektromos térerősség mellett az ionizációs és rekombinációs folyamat egyensúlya fennmarad.
2. ábra: A függőség
áram a feszültségről,
csatolva a kötethez
Az áramfeszültség jellemzője azt mutatja, hogy a gyenge elektromos terek tartományában a gázban lévő áram az alkalmazott feszültség arányában nő, és az Ohm törvényét itt megfigyeljük. A 2. ábrán ez megfelel az OA szakasznak. Ennek a régiónak a sajátossága az, hogy a gáz ionizációjával együtt a rekombináció olyan pozitív ionok és elektronok kombinációjának köszönhető, amelyek kaotikus, folyamatos hőmozgást végeznek. A rekombináció eredményeként semleges gázmolekulák képződnek. A levegő fajlagos vezetőképessége a gyenge mezőben kb. 10-15 S / m.
A feszültség további növelésével az áram és a feszültség arányossága elpusztul. Az áram lassabban növekszik, mint a feszültség, és az áramfeszültség jellemzője megkezdi a hajlítást (az AB szakasz a 2. ábrán). A feszültségnövekedés azt eredményezi, hogy bizonyos érték elérésekor a vezetési áram megszűnik a feszültség függvényében. A 2. ábrán látható nap vízszintes részének megfelelő aktuális telítettség érhető el. Ebben a szakaszban a külső ionizátorok hatására a dielektrikumban képződő összes töltött részecskéket az elektromos tér elveszi az elektródákig rekombináció nélkül. A dielektrikumban folyó áram eléri telítettségét. A telítési áram a kondenzátor elektródáinak távolságától függ.
Az OC-görbe az áramfeszültség jellemzője nem önfenntartó kisülés. A karbantartáshoz a nem önfenntartó kisülésekhez a külső tényezők hatására folyamatosan képződik a töltött részecskék a kisülési résben. A gáz ionizációja elsősorban az elektronok miatt következik be, mivel a pozitív ionok kisebb mozgékonysággal rendelkeznek.
A feszültség további növelésével a töltés részecskéinek sebessége erőteljesen növekszik, ami következtében gyakori ütközések keletkeznek semleges gázrészecskékkel. Ennek eredményeként az elektronok elválnak az atomoktól és új elektromosan töltött részecskék jönnek létre: szabad elektronok és ionok. Ezt a folyamatot sokk-ionizációnak nevezik (CE szakasz), és a gáz lebomlásához vezet. Az ionizáció hatása során a külső tényezők hatására keletkező kezdeti elektronok részt vesznek egy további ionizációs folyamatban, új elektronokat hozva létre.
Ennek eredményeként megjelenik egy primer elektron lavina, amely az anódra halad 10 5 m / s sebességgel. A lavinavonalon egy elektroncsövekből és pozitív ionokból álló csatorna keletkezik, a töltések sűrűsége, amely gyorsan növekszik és elérte a maximális értéket a lavina fején az anód közelében. A növekvő feszültség mellett a nem önfenntartó kisülés önálló kibocsátássá válik. Külső ionizátorok hiányában független kisülés lehet. Az ionok és elektronok koncentrációjának növekedése az öntéshez kapcsolódó új elemi folyamatok rovására következik be.
Bizonyos típusú kisüléseknél az elektron-lavinák elektronokat hoznak létre a pozitív ionok katódon gyakorolt hatása miatt. A gáznyomástól függően a külső áramkör ellenállása, az elektromos mező inhomogenitásának mértéke és számos más tényező is lehetséges.
A levegőben egy egységes villamos mező jelenlétében, normál légköri nyomáson, nagy távolságok vannak az elektródák között, de kis energiaigényű áramforrás szikra keletkezik. Ebben a kisülési formában az egyes elektron lavinák egyesülnek és folyamatos csatornát alkotnak. Minél mozgékonyabb elektronok gyorsabban mozognak az anód felé, így a csatorna alapvetően pozitív ionokból áll, és szalagként hívják. A szalag 10 6 m / s sebességgel mozog a katódra. Amikor a szalag eléri a katódot, és az elektromosan vezető plazmacsatorna lezárja a kisülő rést, a fő szikracsatornát képezzük. A gáz lebomlási feszültsége az a feszültség, amelynél a szikramentesítés történik. Ha elegendő a feszültségforrás teljesítménye, a szikrakiáramlás bejuthat az ívbe.
A gázbontás egy inhomogén elektromos mezőben eltér a homogén mező lebomlásától. A gömbfelületek között a pont és a sík, a koaxiális hengerek között inhomogén mező alakul ki, ha a köztük lévő távolság nagyobb, mint a gömb sugara.
Az inhomogén elektromos térben a gáz lebomlása alacsonyabb feszültségnél történik, összehasonlítva ugyanazon gázréteg homogén elektromos térbe történő lebontásával. Először is, az elektródon lévő gázrétegnek egy kisebb sugara kisebb mértékben romlik, mivel az elektromos mező legnagyobb intenzitása felszínén figyelhető meg. Ahogy a feszültség emelkedik, egy kisugárzás jelenik meg korona formájában. A feszültség további növelésével a korona egy szikrakibocsátáshoz kapcsol, és megfelelő erőforrással, ívkisüléssel.
Egy homogén villamos mezőben T = const esetén a gáz-halmazállapotú dielektrikum lebomlását a következő képlet adja meg:
ahol Upr = a gázréteg lebomlási feszültsége, V;
h-távolság az elektródok között, m;
A 3. ábra a különböző gázok lebomlási feszültségének függését mutatja a nyomásterméken az elektródák közötti távolságon.
3. ábra - Az elektródák közötti távolság különböző gázainak lebontási feszültségének függvénye a nyomáson
A gáz elektromos szilárdsága természetétől, molekulájának szerkezetétől függ. A gáz elektromos szilárdsága nagymértékben függ a sűrűségétől, azaz a sűrűségtől. a nyomásnál a t = const: tehát a levegő lebomlási feszültségének kiszámításához
ahol Upr az adott hőmérsékleten és nyomáson fellépő meghibásodási feszültség;
Uproprovnoe feszültség normál körülmények között;
# 948; -visszatérő levegő sűrűsége.
A relatív sűrűséget az alábbi képlet adja meg:
A 3. ábra azt mutatja, hogy a megszakítási feszültség növekszik a növekvő nyomással és az elektródák közötti réteg növelésével. Magas nyomás esetén az egyes molekulák közötti távolság kisebb lesz, az elektronok átlagos szabad útvonala csökken, és az ionizáláshoz szükséges töltött részecskék további energiája a térerősség növelésével érhető el. A nyomáscsökkenés és az elektródák közötti távolság esetén a leállási feszültség minimálisra csökken (U = 280 V-os levegő esetén), majd újra elkezd növekedni a ritka gázok térségében. Ezt magyarázza az a tény, hogy a ritka gázok térségében az ionizáció tárgyát képező atomok és molekulák száma élesen csökken, ezért a sokszoros ionizáció folyamata nagyobb feszültségek esetén fordul elő.
4. ábra - A pont és a sík közötti pontosságú polaritás feszültsége függ a pont különböző polaritásától.
Inhomogén mezőben a gáz lebomlása az elektródák polaritásától függ. Egy pozitív töltésű pont és egy negatívan feltöltött sík esetében a leállítási feszültség kisebb lesz, mint egy negatívan feltöltött csúcs esetében. Az elektródák közötti távolság mindkét esetben változatlan marad.
Ez a függőség annak a ténynek köszönhető, hogy a pozitív töltésű ionok a csúcs közelében felhalmozódnak és a negatívan töltött sík irányába terjednek. Ebben az esetben az a pont, amely a gáz vastagságához vezet, és lerövidíti a szikrakiömlés elérési útját. A gáz-halmazállapotú dielektrikum meghibásodásának növelése és az elektromos korona megjelenésének elkerülése érdekében az elektródák éles széleit kerekíteni kell.
A levegő egy homogén mezőben történő változása az elektródák közötti távolság változásával az 5. ábrán látható
5. ábra - A levegő elektromos szilárdságának függése a homogén mezőben levő elektródák közötti távolságtól normál körülmények között ± 50 Hz, T = 20 o, ρ ≈0,1 mPa.
Az elektródák közötti kis távolságoknál megfigyelhető a levegő elektromos szilárdságának jelentős növekedése. Ezt azzal magyarázza, hogy az ionizációs folyamatok fejlődését a kis teljes elektronmédium szabad útja gátolja. Mivel a gázbontás nagyon gyorsan megtörténik, az áramerősség (vagy a gázrés meghibásodási feszültsége) váltakozó feszültségnél az amplitúdó értékkel határozható meg:
A gyakorlatban vannak olyan esetek, amikor a szilárd anyag dielektrikusan határolja a gáz lebomlását. A megfontolt példát egy sík kétrétegű kondenzátor formájában lehet ábrázolni, különböző rétegvastagsággal és relatív permittivitással. Mivel a gázok alacsonyabb dielektromos permeabilitással # 949, és alacsonyabb elektromos szilárdságuk van, hátrányos helyzetben vannak. A nagyobb permittivitással rendelkező dielektrikumok rétegei általában 949-nél kevesebbet emésztenek ki és váltják át néhány elektromos feszültséget rétegekké; A szilárd dielektrikummal ellátott interfésszel a levegő lebomlási feszültsége kisebb lesz, mint a szilárd dielektrikumok távollétében a gáz ugyanazon távolságának megszakítási feszültsége (lásd a 6. ábrát).
6. ábra - Az átfedési feszültség függősége
a levegő távolsága különböző anyagokhoz
összehasonlítva a leállási feszültséggel
amely megfelel a légrésnek.
1-es lebomlása
4-porcelán, üveg rossz érintkezéssel
Mivel a levegő elektromos szilárdsága alacsony, a nagy szilárdságú sűrített gázok, például az SF6 gáz felhasználásával növelik a gázszigetelést. Az SF6 gáz fő jellemzői: sűrűség - 6700 kg / m3 t = 0 0Cip = 0,1 MPa; a permittivitás # 949; = 1,0021 p = 0,1 MPa; elektromos szilárdság Epr = 7,2 MV / m.
A nagy elektromos szilárdság mellett az SF6 nagyobb ívtörési kapacitással rendelkezik. Tulajdonságai miatt az SF6 gázokat megszakítók, nagyfeszültségű kábelek, kapcsolóberendezések használják.
A laboratóriumi berendezés leírása
A dielektrikumok tesztelésére szolgáló laboratóriumi berendezés vázlata a 7. ábrán látható
7. ábra: Az AII-70 telepítési vázlata az AC feszültség mérésére
A vizsgálati létesítmény tartalmazza:
QF1 - automatikus kapcsoló;
SQ1 - reteszelő érintkező;
TV1 szabályozó transzformátor;
TV2-egy kenotronszálas transzformátor;
A TV3 egy kísérleti transzformátor a feszültség növelésére;
Az AII-70 szigetelési típus vizsgálatára szolgáló eszköz elve.
A folyékony és szilárd anyagok mintáinak mérése kereskedelmi forgalomban kapható létesítmények segítségével végezhető el.
Az AII-70 szigetelést vizsgáló készüléket az anyagok meghatározására és a kábel szigetelésének tesztelésére tervezték. Az AC-tesztek maximális feszültsége 50 kV, 70 kV állandó áram mellett nagyfeszültségű transzformátor teljesítménye 2 kVA.
Feszültség a hálózaton keresztül a blokkoló kapcsolatok és biztosítékok juttatni a szabályozó transzformátor TV1, munkavállaló folyamatosan változtatható feszültséget és a szálat transzformátor kenotron TV2. A nagyfeszültség bekapcsolásával bekapcsolja a QF1 megszakítót, amelynek három tekercse van; közülük kettő sorosan kapcsolódik (az egyiket S2 védő kapcsoló forgatja). A nyitott pozíció kapcsoló megfelel az „érzékeny” Protection automata működik a bontás az AC oldalon, és maradjon bekapcsolva áram az az egyenirányított feszültség nem haladja meg az 5 mA. Amikor pereklyuchatelS2 zárva készült „durva” védelem automatikus nem váltja ki rövidzárlat magasnak, és marad, ha a magas oldali kimeneti feszültség 50 kV nem haladja meg a 2 kW-ot. Ez a mód legfeljebb 1 percig tarthat. Mérje meg a minta feszültségét egy kV 1,5-es voltmérővel az alacsony feszültségű oldalon, kilovolttben mérve. Kondenzátorok. C az elsődleges tekercs túlfeszültség elleni védelmére szolgál. a szekunder feszültség a nagyfeszültségű transzformátor az inaktív módban nem különbözik a szinuszos több mint 5% szinuszos feszültség görbét. Az R1 ellenállás a transzformátor túlterhelés elleni védelmét szolgálja a minta lebomlása esetén. A telepítésnél egy tartály van elektródokkal a folyékony anyagok szabványos vizsgálatához. A DC-teszteket félhullámú egyenirányítóval végezzük, amely a kenotron VL1-et használja fel annak kinyeréséhez; A minta negatív polaritású állandó feszültséget alkalmaz. Ha szükséges a szivárgóáram mérése, erre a célra egy PA1 ampermérőt kell használni az anód áramkörben. Túlterhelés elleni védelem mikroampermérő végezzük razryadnikaFV1, sönt C3 kondenzátor és soprotivleniyaR2. A készülék fel van szerelve egy vezérlőpanellel, egy védőburkolattal és egy földelő rúddal, hogy eltávolítsa a töltetet a vizsgálati mintaból, és földelje a nagyfeszültségű kimenetet. A tesztfeszültség mérési hibája nem haladja meg a ± 2% -ot.
Az egységet használó tesztek a következő három üzemmódban végezhetők el.
1. Rövid távú vizsgálat, egyenértékű feszültség esetén 70 kV-ig, legfeljebb 10 perc időtartamra, 3 percenként.
2. Folyamatos vizsgálat legfeljebb 8 órás korrigált feszültséggel.
3. Rövid távú vizsgálat legfeljebb 50 kV váltakozó feszültség mellett, legfeljebb 1 perc időtartamra, 5 percenként.
1. A laboratóriumi berendezés rendszerének megismerése érdekében tanulmányozni kell az eszköz és az AII-70 készülék működésének elveit.
2. A laboratóriumi telepítés bekapcsolása előtt végezze el a következőket:
a) csatlakoztassa az elektródákat nagyfeszültségű tüskékhez.
b) állítsa be a megadott távolságot az elektródák között.
c) Állítsa az autotranszformátor gombot 0 állásba
d) Kapcsolja be a laboratóriumi telepítést a hálózathoz a QF1 automatikus kapcsolóval. A ТV1 autotranszformátor-beállítással a feszültséget nulláról a megszakítási feszültségre 1 kV / s sebességgel kell változtatni. A leállási feszültség, a feszültségmérő maximális leolvasása a leállítási pont előtt történik. A meghibásodás után fordítsa el a TV1 autotranszformátor fogantyúját zéró pozícióba, és kapcsolja ki a telepítést.
3. A leírt eljárásnak megfelelően vegye le a légfüggést fpr = f (h) egy homogén elektromos mezőben. A leállási feszültséget a 0,5, 1, 1,5, 2,0, 3,0 és 4,0 cm sík elektródák közötti távolsággal határozzák meg, a vizsgálati eredményeket az 1. táblázatban kell megadni.
1. táblázat A levegő elektromos szilárdságának vizsgálata egy homogén elektromos mezőben (sík síkban)
Elektródák h, m távolsága