Указания по технике безопасности
1. К работе на стендах допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности при выполнении работ в лабораториях кафедры «Автоматизированных электроэнергетических систем и электроснабжения» и ознакомившиеся с настоящими методическими указаниями. Прохождение инструктажа по технике безопасности фиксируется преподавателем в специальном журнале.
2. Лабораторная работа должна выполняться не менее чем двумя студентами.
3. Перед началом работы необходимо убедиться в надежном заземлении корпуса аппарата.
4. Замену образца диэлектрика производят после отключения аппарата сетевым выключателем.
5. По окончании испытания или при перерыве в работе установку отключают от напряжения питания.
Задания
1 Исследование электрической прочности газовых диэлектриков
Исследование разряда в однородном поле производится в системе электродов сфера-сфера, расстояние между которыми изменяется в пределах от 0,5 до 2 см.
Исследование разряда в неоднородном поле производится в системе электродов стержень-плоскость, стержень-стержень, расстояние между которыми изменяется в пределах от 0,5 до 8 см. Для системы электродов стержень – плоскость исследование проводится на постоянном токе при различных полярностях стрежня (положительной и отрицательной).
Исследование поверхностного разряда производится на следующих конструкциях (рисунок 1.4):
• модель опорного изолятора (рисунок 1.4,а с металлическими кольцами 1 и 2 и трубкой из диэлектрического материала 3);
• модель проходного изолятора (рисунок 1.4,а при этом внутри трубки размещается металлический стержень 4, электрически соединенный с кольцом 2);
Рисунок 1.4 – Модель для испытания проходных и опорных изоляторов
На рисунке 1.4 изображена модель опорного и проходного изоляторов. Распределение электрических полей в опорном изоляторе моделируется при подаче напряжения на металлические кольца 1 и 2, насаженные на трубку 3, а поля для случая проходного изолятора формируются при добавке внутреннего стержня 4, соединяемого с кольцом 2.
Таблица 1.1 – Результаты измерений
| Форма Электродов, полярность напряжения | Расстояние S, см | U1 | U2 | U3 | U4 | U5 | Uср | Еср, кВ/мм | |
| Uпр, кВ | |||||||||
| Uкор,кВ | |||||||||
| Uпр, кВ | |||||||||
| Uкор, кВ | |||||||||
| Uпр, кВ | |||||||||
| Uкор, кВ | |||||||||
| Uпр, кВ | |||||||||
| Uкор,кВ | |||||||||
| Uпр, кВ | |||||||||
| Uкор, кВ | |||||||||
| Uпр, кВ | |||||||||
| Uкор, кВ |
На переменном напряжении измерить пробивные напряжения Uпр промежутка сфера – сфера при пяти разных расстояниях между электродами. Расстояние между сферами S не должно превышать 3 см. Проделать подобные опыты с электродами типа стержень-стержень, стержень плоскость. Для последней пары электродов опыты повторить при постоянном напряжении и различных полярностях на плоскости. Данные занести в таблицу 1.1.
2. По данным таблицы 1.1 построить графики зависимостей пробивного напряжения и электрической прочности от расстояния между электродами, сделать выводы по полученным результатам.
3. Проанализировать результаты и сделать выводы по полученным результатам.
Содержание отчета
Каждый студент, выполнивший лабораторную работу, должен оформить отчет и предоставить его преподавателю.
Отчет должен содержать:
1. Название и цель работы.
2. Таблицы экспериментальных и расчетных данных.
3. Графики зависимостей, полученных в результате эксперимента и расчета.
4. Выводы по результатам работы, в которых должна быть дана оценка исследуемых явлений, подтверждение в выполнении законов, объяснение характера кривых.
Отчет должен иметь титульный лист с указанием Ф.И.О. студента, номера группы и даты выполнения работы.
Контрольные вопросы
1. Зависимость электрической прочности газа от расстояния между электродами.
2. Зависимость электрической прочности газа от формы электродов.
3. Зависимость электрической прочности газа от температуры.
4. Зависимость электрической прочности газа от давления.
5. Развитие пробоя в газах.
6. Лавина электронов.
7. Развитие стримера.
8. Однородные и неоднородные поля, коэффициент неоднородности.
9. Коронный разряд.
10. Ударная ионизация.
11. Закон Пашена.
12. Влияние времени приложения напряжения на электрическую прочность газа.
13. Особенности разряда по поверхности твердого диэлектрика.
14. Различие в моделях проходного и опорного изолятора.
15. Симметричные и несимметричные системы электродов.
Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме
Основная литература
1. Электроснабжение сельского хозяйства: учебник / т. Б. Лещинская, и. В. Наумов ; [ред. Г. В. Лихачёва]. - М. : Колос, 2008. - 655 с. – ISBN 978-5-9532-0560-3.
2. Расчет электрических полей устройств высокого напряжения : учеб. пособие / И. П. Белоедова, Ю. В. Елисеев, Е. С. Колечицкий и др. ; ред. Е. С. Колечицкий. - М.: ИД МЭИ, 2008. - 248 с. – ISBN 978-5-383-00072-4
Дополнительная литература
3. Техника высоких напряжений : учебник для вузов / под ред. Д. В. Разевига. – 2-е изд., пер. и доп. – М. : Энергия, 1976. – 488 с.
4. Техника высоких напряжений(изоляция и перенапряжение в электрических установках) : учебник для техникумов / В. П. Ларионов, В. В. Базуткин, Ю. Г. Сергеев ; под ред. В. П. Ларионова. – М. : Энергоиздат, 1982. – 296 с.
Лабораторная работа №2
Испытание изоляции повышенным напряжением, измерение сопротивления изоляции, контроль линейной изоляции
Цель: Изучение распределения напряжения по изоляторам гирлянды с помощью электрической схемы замещения. Исследование распределения напряжения по гирлянде подвесных изоляторов методом непосредственного измерения напряжения. Ознакомление с порядком испытания изоляции электрооборудования повышенным постоянным напряжением.
В результате выполнения лабораторной работы у студента формируются компетенции ПК-8 (способностью использовать технические средства для измерения и контроля основных параметров технологического процесса), ПК-14 (способностью применять методы и технические средства эксплуатационных испытаний и диагностики электроэнергетического и электротехнического оборудования).
Теоретическая часть
На рисунке 2.1 показана гирлянда подвесных изоляторов и ее электрическая схема замещения. Здесь С - собственные емкости изоляторов; С1 - емкости изоляторов относительно заземленных частей опоры (емкость на землю); С2 - емкость изоляторов относительно токоведущего провода.
Рисунок 2.1 Гирлянда подвесных изоляторов и схема ее замещения
Так как гирлянда комплектуется из однотипных изоляторов, можно принять емкости С одинаковыми. Если бы емкости С1 и С2 отсутствовали, то напряжение распределялось по гирлянде равномерно (рисунок 2.2). В этом случае через емкости изоляторов протекает один и тот же емкостной ток I, вызывающий одинаковые падения 
на емкостях С :
(2.1)
Рисунок 2.2 – Распределение напряжения по гирлянде в случае отсутствия паразитных емкостей
На рисунке 2.3 дана схема замещения и показано распределение токов при наличии емкости относительно земли С1 и отсутствие емкости С2.
По мере удаления от провода токи I1, I2,..., I6 уменьшаются на величину ΔI1 ΔI2 ΔI6 и, следовательно, ΔU1> ΔU2 >ΔU6
Рисунок 2.3 – Распределение напряжения по гирлянде в случае присутствия паразитных емкостей на землю.
Наибольший ток протекает через емкость элемента, ближайшего к проводу, наименьший - через элемент, ближайший к земле. Следовательно, согласно формуле (1) наибольшее напряжение приходится на первый элемент гирлянды
Рисунок 2.4 – Распределение напряжения по гирлянде в случае присутствия паразитных емкостей на провод.
На рисунке 2.4 показано влияние емкостей относительно провода на распределение напряжения по элементам гирлянды в предположении, что емкости относительно земли отсутствуют. Рассуждения, аналогичные предыдущим, показывают, что наличие емкостей С2 обусловливает наибольшее напряжение на элементе, ближайшем к земле.
Рисунок 2.5 - Распределение напряжения по гирлянде в случае присутствия паразитных емкостей на провод и на землю.
На рисунке 2.5 показано распределение напряжения по гирлянде изоляторов в случае наличия емкостей относительно токоведущего провода С2 и емкостей относительно земли С1 когда для всех элементов гирлянды эти емкости одинаковы, т. е. C1=C2. В этом случае вблизи провода ток, оттекающий через емкости С1 велик (так как велико напряжение относительно земли), а ток, протекающий через емкости С2, мал. Вблизи земли наоборот: токи, оттекающие через емкости C1 малы, а токи, протекающие через емкости С2, велики. Из - за указанного соотношения токов и получается такая кривая распределения напряжения по элементам гирлянды.
Практически емкости С1 и С2 различны для различных элементов гирлянды зависят от положения данного изолятора в гирлянде, а совместное влияние этих емкостей складывается обычно таким образом, что наибольшее напряжение приходится на изолятор, расположенный около провода, а наименьшее - на изолятор, находящийся в средней части гирлянды ближе к заземленному концу.
Для выравнивания распределения напряжения вдоль гирлянды изоляторов применяется специальная арматура в виде колец или рогов, которая укрепляется в месте подвески провода. Арматура увеличивает емкость С2, в основном изоляторов, ближайших к проводу, тем самым уменьшает долю напряжения, приходящуюся на них.
Оборудование и материалы
В работе используется аппарат АИД-70/50, описание и работа с которым аналогична описанной в лабораторной работе №1.