Методические указания к лабораторным работам по курсу «электротехнические материалы» для студентов ІІ курса дневной и заочной форм обучения специальностей 090. 603, 090. 605, 0922. 02 (стр. 8 из 9)

Горение дуги при расстоянии между электродами менее или равном 20 мм	Токопроводящая пере-мычка в испытуемом материале		Процесс, протекающий в испытуемом материале	Класс
во время горения дуги	после охлаждения образца

11. Составить отчет о работе, который должен содержать формулировку цели работы, принципиальные электрические схемы измерений дугостойкости, заполнение табл. 6.2, 6.3 и выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Объясните, как производится классификация материалов по стойкости к действию дуги постоянного тока.

2. Дайте определение дугостойкости и электроизоляционных материалов.

3. Укажите параметры, характеризующие стойкость материалов к действию дуги переменного тока.

4. Перечислите требования, предъявляемые к образцам испытуемых материалов.

5. Укажите факторы, которые могут оказывать влияние на стойкость материалов к действию дуги переменного тока.

6. Объясните назначение резистора в электрической схеме для испытания материалов к действию дуги переменного тока.

Л и т е р а т у р а : [4, с. 397-400].

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а №7

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ ПО ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ДИЭЛЕКТРИКА

7.1. Цель работы

Используя экспериментальные установки, изучить физику возникновения электрического разряда на поверхности твердого диэлектрика и влияние удельной поверхностной емкости на развитие разряда.

7.2. Общие положения

Многообразие изоляционных конструкций с твердым диэлектриком может быть сведено к трем характерным случаям (рис. 7.1).

Рис.7.1.Характерные расположения твердого диэлектрика в электрическом поле.

При размещении диэлектрика в однородном поле (рис. 7.1, а) поверхность раздела диэлектрика и воздуха расположена вдоль силовых линий напряженности электрического поля (Е^t). на рис. 7.1, б и 7.1, в показано положение диэлектрика в конструкциях с неоднородным полем. В первом случае (рис. 7.1, б) во всех точках поверхности диэлектрика, за исключением очень малых ее участков вблизи электродов, тангенциальная составляющая напряженности поля Е^t , в другом случае (рис. 7.1, в) - наоборот.

В зависимости от формы электрического поля на характер развития разряда и величину разрядного напряжения оказывают влияние различные факторы.

При помещении диэлектрика в однородное поле естественно было бы предположить, что, так как постоянство напряженности поля не изменяется, пробой может произойти в любом месте, а разрядное напряжение окажется таким же, как и для чисто воздушного промежутка. Однако в действительности разряд происходит всегда по поверхности диэлектрика и имеет вид скользящих термоионизированных светящихся каналов. Такой разряд называется скользящим.

Значительную роль в снижении разрядных напряжений играет адсорбированная влага. Материалы, обладающие большой поверхностной гигроскопичностью (стекло, бакелизированная бумага), дают большее снижение разрядных напряжений, чем малогигроскопичные материалы (парафин, винипласт).

Вместе с тем имеет значение длительность приложения напряжения. Большее по сравнению с импульсами снижение электрической прочности при приложении постоянного или переменного напряжения свидетельствует об относительно медленном развитии процесса.

Адсорбированная поверхностью диэлектрика влага содержит диссоциированные ионы. В электрическом поле сравнительно медленно (из-за малой проводимости увлажненного слоя) происходит перераспределение зарядов на поверхности диэлектрика. Поле вблизи электродов усиливается, а в середине промежутка ослабляется. В результате этого величина разрядного напряжения уменьшается. При импульсах электрическое поле в промежутке не успевает существенно исказится, и поэтому величина разрядного напряжения снижается в меньшей мере.

Помимо увлажнения поверхности диэлектрика большое влияние на величину разрядного напряжения могут оказывать воздушные прослойки между диэлектриком и электродами. В этих прослойках из-за разницы в диэлектрических проницаемостях воздуха и диэлектрика создается местное увеличение напряженности поля и возникает ионизационный процесс. Продукты ионизации выходят на поверхность, что приводит к значительному (иногда вдвое и более) снижению разрядного напряжения.

Таким образом, под однородным электрическим полем понимается такое поле, у которого плотность электрических силовых линий напряженности Е, пересекающих площадку, расположенную перпендикулярно линиям поля, одинакова во всех точках.

В реальных конструкциях такого поля не существует из-за указанных искажений, а также краевых эффектов, шероховатостей и т. д., поэтому более точное название однородного поля - квазиоднородное поле («квази» - почти).

Расположение диэлектрика, показанное на рис. 7.1,б, характерно для опорных изоляторов. Электрическое поле в этой конструкции неоднородно, поэтому разрядные напряжения ниже, чем в случае, показанном на рис. 7.1,а.

Гигроскопичные свойства диэлектрика в этом случае мало влияют на величину разрядных напряжений, поскольку процессы на его увлажненной поверхности могут лишь несколько увеличить и без того значительную неоднородность поля. Неплотное прилегание диэлектрикам к электродам в реальных конструкциях обязательно устраняется с помощью цементирующих замазок или прокладок.

Нижний электрод (фланец) опорного изолятора обычно бывает соединен с заземленными конструкциями, имеющими значительные размеры. Вследствие этого напряженность поля у фланца уменьшается и разряд начинается с другого электрода (шапки), находящегося под высоким потенциалом.

В конструкции, показанной на рис. 7.1,в, характерной для проходных изоляторов, у короткого электрода при относительно небольшом напряжении возникает коронный разряд в виде полоски ровного и неяркого свечения.

Коронный разряд - разряд в локальном промежутке неоднородного поля, возникающий в зоне наибольшей концентрации силовых линий напряженности электрического поля.

При увеличении напряжения область коронирования расширяется и на поверхности диэлектрика появляются многочисленные слабо светящиеся каналы (стримеры), направленные в сторону противоположного электрода. Эта форма стримерного разряда обусловливает скользящий разряд.

Чем выше величина тока в канале скользящего разряда, тем выше проводимость канала и потенциал на его конце, тем быстрее растет длина скользящего разряда и ниже оказывается разрядное напряжение.

Величина тока при переменном напряжении определяется емкостью канала разряда по отношению к противоположному электроду. При одинаковых приложенных напряжениях ток в канале будет тем значительнее, чем больше величина этой емкости. Очевидно, чем больше емкость, тем ниже должно быть разрядное напряжение при постоянстве расстояния между электродами по поверхности диэлектрика.

В качестве величины, характеризующей емкость канала, принимается удельная поверхностная емкость, т. е. емкость единицы поверхности, по которой развивается разряд, по отношению к противоположному электроду.

Для приближенного расчета напряжений поверхностного разряда могут быть использованы следующие эмпирические формулы:

а) при отсутствии нормальной составляющей напряженности электрического поля

(7.1)

где U - разрядное напряжение, кВ;

l - разрядное расстояние, см;

б) напряжение начальных скользящих разрядов при наличии нормальной составляющей напряженности электрического поля (формула Рота)

(7.2)

где С - удельная поверхностная емкость, представляющая собой емкость единицы поверхности, на которой развивается разряд, по отношению к противоположному электроду, Ф/см².

Для плоского диэлектрика величина удельной поверхностной емкости

, (7.3)

где e_r - относительная диэлектрическая проницаемость

(5,5 ... 5,7 - фарфор, стекло; 5,3 ... 5,5 - бакелит):

h - толщина диэлектрика, см.

Для полного цилиндрического диэлектрика

, (7.4)

где D и d - наружный и внутренний диаметры диэлектрика, см.

7.3. Приборы и оборудование

Упрощенная экспериментальная схема установки показана на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Принципиальная электрическая схема установки

Источником напряжения промышленной частоты служит испытательный трансформатор аппарата АИИ-70 на 50 кВ (действующее значение). Напряжение его регулируется с помощью автотрансформатора и измеряется со стороны низшего напряжения вольтметром PV₁. Рубильник служит для коммутации напряжения испытательной установки и создания видимого разрыва.

Для получения разрядных напряжений в однородном поле используется промежуток между двумя дисками с закругленными краями (электроды Роговского). В промежуток помещаются диэлектрические цилиндры разной высоты h, сделанные из гигроскопического и малогигроскопического материалов (рис. 7.1,а).

К материалам, обладающим большой гигроскопичностью, относятся стекло, бакелизированная бумага. К малогигроскопичным материалам относятся парафин, винипласт и др.

Разрядные напряжения по поверхности диэлектрика при помещении его в неоднородное поле с преобладающей тангенциальной преобладающей изучаются на конструкции, изображенной на рис. 7.3,а. Электроды представляют собой металлические кольца 1, расстояние между которыми можно изменять в широких пределах. В качестве твердого диэлектрика используются стеклянные, фарфоровые или бакелитовые трубки.