Описание принципа работы аппарата для испытания изоляции типа АИИ-70

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 9Следующая ⇒

Измерение U_пр образцов газообразных, жидких и твердых материалов может выполняться с помощью установок, выпускаемых серийно.

Напряжение от сети через блокировочные контакты и предохранители подводится к регулировочному трансформатору ТV1, служащему для плавного изменения напряжения. Включение высокого напряжения осуществляется путем включения выключателя автоматического QF2, имеющего три обмотки; две из них соединены последовательно (причем одна шунтируется переключателем защиты SА1). Разомкнутое положение этого переключателя соответствует «чувствительной» защите: выключатель автоматический срабатывает при пробое на стороне переменного тока и остается включенным, если ток в цепи выпрямленного напряжения не превосходит 5 мА. Когда переключатель SА1 замкнут, осуществляется «грубая» защита: выключатель автоматический не срабатывает при коротком замыкании на высокой стороне и остается включенным, если мощность на стороне высокого напряжения при 50 кВ не превосходит 2 кВА. Такой режим должен длиться не более 1 мин. Измерение напряжения на образце производится вольтметром РV1 (класс точности 1,5) на стороне низкого напряжения, проградуированным в киловольтах. Конденсаторы С1, С2 служат для защиты от перенапряжения первичной обмотки трансформатора ТV2. При синусоидальной форме кривой питающего напряжения вторичное напряжение высоковольтного трансформатора ТV2 в режиме холостого хода не отличается от синусоидального более чем на 5 %. Резистор R1 служит для защиты трансформатора от перегрузки при пробое образца.

Испытания на постоянном токе производят при помощи однополупериодного выпрямителя UZ1; на образец подается постоянное напряжение отрицательной (положительной) полярности. Для выполнения соединений элементов СЭП служат клеммы XT1…XT7. Защита от перегрузок осуществляется при помощи разрядника FV1.

Аппарат снабжен пультом управления, защитным ограждением и заземляющей штангой для снятия заряда с испытуемого образца и заземления вывода высокого напряжения. Погрешность при измерении испытательного напряжения не превосходит ±2 %.

Испытания с помощью данного аппарата могут производиться при следующих трех режимах:

1) кратковременное испытание выпрямленным напряжением до 70 кВ при длительности не более 10 мин с интервалами 3 мин;

2) продолжительное испытание выпрямленным напряжением длительностью до 8 ч;

3) кратковременное испытание переменным напряжением до 50 кВ при длительности не более 1 мин с интервалами 5 мин.

Лабораторная работа № 1 «Определение электрической прочности газообразных диэлектриков»

Цель работы

4.1.1 Экспериментальное исследование особенностей пробоя газообразных диэлектриков в однородном и неоднородном электрических полях.

4.1.2 Изучение электрической прочности газообразных диэлектриков в однородном и неоднородном электрическом поле.

Основные понятия о пробое

Диэлектрик, находящийся под действием электрического поля не слишком высокой напряженности, является непроводящей средой. Если напряженность поля превысит некоторое критическое значение, то диэлектрик потеряет свои электроизоляционные свойства. Образование в диэлектрике проводящего канала под действием электрического поля называется электрическим пробоем. При этом идет процесс разрушения диэлектрика, в результате чего диэлектрик из непроводящего состояния перейдет в состояние высокой проводимости. В таком состоянии будет находиться не весь образец, а только лишь узкий канал, направленный от электрода к электроду.

При обычных напряжениях вольт-амперная характеристика образца диэлектрика линейная, но с приближением U к U_пр отклоняется от линейной характеристики (рисунок 4).

Рисунок 4 – Вольт-амперная характеристика при пробое диэлектрика

В момент пробоя ток утечки через диэлектрик резко возрастает, а сопротивление изоляции соответственно снижается, так что dI/ dU ® ¥.

В месте пробоя возникает искра или электрическая дуга. Вследствие чего образовывается сильно проводящий канал между электродами и образец оказывается короткозамкнутым, напряжение при этом начинает падать, несмотря на рост тока.

Напряжение, при котором происходит пробой диэлектрика, называют пробивным U_пр, а соответствующее значение напряженности электрического поля называется электрической прочностью диэлектрика Е_пр.

Пробивное напряжение U_пр электрической изоляции зависит от ее толщины, т. е. от расстояния между электродами: чем толще слой электроизоляционного материала, тем выше пробивное напряжение. Но различные диэлектрики одной и той же толщины имеют отличные значения пробивного напряжения U_пр.

Электрическая прочность Е_пр является важнейшим параметром диэлектрического материала, характеризует способность материала противостоять разрушению в электрическом поле и широко используется при расчетах и конструировании электрической изоляции, машин, трансформаторов, кабелей, конденсаторов и других устройств, а также для оценки их надежности и долговечности.

Для простейшего случая однородного электрического поля электрическая прочность диэлектрика рассчитывается по формуле

E_пр= U_пр/ h, (1)

где E_пр – электрическая прочность, В/мм, кВ/см, МВ/м;

U_пр – пробивное напряжение, В;

h – толщина диэлектрика в месте пробоя, м.

Для надежной работы любого электротехнического устройства рабочее напряжение его изоляции U_раб должно быть существенно меньше пробивного напряжения. Отношение U_пр/ U_раб называют коэффициентом запаса прочности.

Физическая природа пробоя

Различают четыре основных вида пробоя диэлектриков:

1) электрический пробой;

2) электротепловой пробой;

3) электрохимический пробой;

4) ионизационный пробой.

Электрический пробой. Этот вид пробоя вызывается ударной ионизацией электронами и протекает практически мгновенно в течение 10^-8…10^-5 с. В процессе электрического пробоя диэлектрик разрушается силами, действующими в электрическом поле на электрические заряды его атомов, молекул или ионов. В случае электрического пробоя электрическая прочность Е_пр газообразного диэлектрика (воздуха) при нормальных условиях достигает значения Е_пр = 3 МВ/м.

Электротепловой (тепловой) пробой обусловлен нарушением теплового равновесия диэлектрика вследствие диэлектрических потерь или электропроводности. Тепловой пробой возникает, когда нарушается равновесие между теплотой, выделяющейся в диэлектрике, и теплотой, которая отводится в окружающую среду. Время развития и величина U_пр теплового пробоя зависят от конструкции электроизоляционного изделия и условий отвода выделяющейся в диэлектрике теплоты в окружающую среду. Тепловой пробой развивается в течение 10^-3…10^-2 с, он во много раз медленнее электрического.

При электротепловом пробое U_пр зависит от частоты приложенного напряжения (при возрастании частоты U_пр уменьшается) и от температуры окружающей среды (начальной работы температуры диэлектрика), уменьшаясь при ее возрастании.

Переход из области чисто электрического пробоя в область электротеплового пробоя зависит от следующих факторов:

– возрастание начальной температуры;

– переход от постоянного напряжения к переменному с дальнейшим повышением частоты;

– ухудшение условий охлаждения.

Электрохимический пробой (электрическое старение). Электрохимический пробой обусловлен химическими процессами, приводящими к изменениям химического состава и структуры диэлектрика под действием электрического поля. Время развития электрохимического пробоя составляет 10³…10⁸ с и называется временем жизни диэлектрика t_ж. Время жизни зависит от напряжения и температуры: с увеличением напряжения или температуры t_ж, как правило, уменьшается.

Ионизационный пробой обусловлен ионизационными процессами вследствие частичных разрядов в диэлектрике и объясняется действием на диэлектрик химически агрессивных веществ, образующихся в газовых порах диэлектрика. Он характерен для диэлектриков с воздушными включениями (например, бумажная изоляция). При больших значениях напряженности электрического поля в воздушных порах возникает ионизация воздуха, образование ионов и выделение тепла. Все эти факторы приводят к постепенному разрушению изоляции и снижению Е_пр_.

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 2045; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!