Электрофизические процессы в газах: поверхностный разряд icon

Электрофизические процессы в газах: поверхностный разряд



НазваниеЭлектрофизические процессы в газах: поверхностный разряд
Дата конвертации16.06.2013
Размер445 b.
ТипДокументы
скачать >>>


ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ГАЗАХ:


ПОВЕРХНОСТНЫЙ РАЗРЯД

  • Влияние параметров перекрытия отражено в эмпирической формуле Теплера, согласно которой длина канала скользящего разряда:



ПОВЕРХНОСТНЫЙ РАЗРЯД

  • где a – коэффициент, определяемый опытным путем;

  • С удельная поверхностная емкость – емкость единицы поверхности диэлектрика, по которой развивается разряд, относительно противоположного электрода.



^ ПОВЕРХНОСТНЫЙ РАЗРЯД

  • В условиях эксплуатации поверхности изоляторов всегда загрязняются.

  • Сухие загрязнения, имеющие высокое сопротивление и не влияющие на распределение напряжения по поверхности изолятора, не существенно снижают разрядное напряжение.



^ ПОВЕРХНОСТНЫЙ РАЗРЯД

  • Увлажнение слоя загрязнения дождем или росой приводит к уменьшению сопротивления слоя загрязнения, существенному изменению распределения напряжения по поверхности изолятора и в результате –

  • к значительному снижению разрядного напряжения.



^ КОРОННЫЙ РАЗРЯД

  • Обязательным условием возникновения коронного разряда является сильная степень неоднородности электрического поля, Кн3.

  • Такие условия всегда существуют в электрических сетях, системах и высоковольтной технике.



^ КОРОННЫЙ РАЗРЯД

  • Коронный разряд вызывает ряд серьезных проблем в современной индустрии:

  • - потери энергии,

  • - радиопомехи,

  • - шум,

  • -образование озона с последующим окислением несущих конструкций.



^ СПОСОБЫ БОРЬБЫ С КОРОНОЙ

  • Одним из способов борьбы с короной является увеличение диаметра провода. Однако это экономически неэффективно.

  • На линиях электропередачи сверхвысокого напряжения для снижения потерь вызванных коронным разрядом используют расщепленные провода в фазах.



^ СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ДУГОЙ

  • Своевременное срабатывание систем релейной защиты и гашение дуги в масляных, воздушных, элегазовых и вакуумных выключателях.



^ СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ПЕРЕКРЫТИЯМИ

  • Учет возможности развития поверхностных разрядов при проектировании сетей, систем и станционного оборудования.

  • Учет вероятности развития перекрытия при размещении высоковольтного оборудования.

  • Содержание диэлектрических поверхностей в чистоте и порядке.



^ ЧАСТИЧНЫЕ РАЗРЯДЫ (ЧР)

  • Частичными разрядами называются разрядные процессы в изоляции, которые развиваются под действием приложенного напряжения и охватывают локальную часть изоляционного промежутка.



^ ЧАСТИЧНЫЕ РАЗРЯДЫ

  • Понятие частичных разрядов в изоляции охватывает локальные разряды на поверхности или внутри изоляции в виде короны, скользящих разрядов или частичных пробоев отдельных элементов изоляции, шунтирующих часть изоляции между электродами, находящимися под разными потенциалами.



^ ЧАСТИЧНЫЕ РАЗРЯДЫ

  • Частичные разряды в изоляции возникают в местах с повышенной напряженностью электрического поля или с пониженной электрической прочностью - в газовых включениях в толще изоляции или в прослойках пропитывающей жидкости и т.п. Элемент диэлектрика, участвующий в ЧР, будет называться "включением".



^ ЧАСТИЧНЫЕ РАЗРЯДЫ

  • При рассмотрении ЧР, вводится понятие «кажущийся заряд». Это такой заряд, который при мгновенном введении между выводами испытуемого объекта, вызовет такое же мгновенное изменение напряжения между его выводами, как реальный ЧР.



^ ЧАСТИЧНЫЕ РАЗРЯДЫ

  • ЧР бывают начальные и критические.

  • Различаются величиной кажущегося заряда.

  • Начальные разряды в изоляции допустимы при условии, что их мощность не превышает значений, определяемых требуемым сроком службы изоляционной конструкцией.



^ ЧАСТИЧНЫЕ РАЗРЯДЫ

  • Критические ЧР имеют мощность, достаточную для относительно быстрого (часы, месяцы, годы) разрушения изоляции.

  • Своевременная диагностика ЧР является важным разделом высоковольтной техники.



^ ЧАСТИЧНЫЕ РАЗРЯДЫ

  • ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЧР ПРИ ПЕРЕМЕННОМ И ПОСТОЯННОМ НАПРЯЖЕНИИ – САМОСТОЯТЕЛЬНО.

  • В.В.Базуткин,В.П. Ларионов,Ю.С. Пинталь. М.: Энергоатомиздат, 1986. – 464 с.

  • Техника высоких напряжений. Под редакцией Кучинского Г.С. СПб.: Энергоатомиздат, 2003. – 608 с.



^ СТРУКТУРА ВРЕМЕНИ РАЗВИТИЯ РАЗРЯДА: ИЗУЧИТЬ САМОСТОЯТЕЛЬНО –ЛЮБОЙ УЧЕБНИК ПО КУРСУ ТВН



ВОЛЬТ-СЕКУНДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

  • Зависимость максимального напряжения разряда от времени действия импульса называется вольт-секундной характеристикой изоляции (ВСХ).

  • Вид вольт-секундной характеристики зависит от степени неоднородности электрического поля в промежутке.



^ ВОЛЬТ-СЕКУНДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

  • Надежная защита высоковольтного оборудования будет обеспечена, если ВСХ защитного устройства (разрядника) лежит ниже ВСХ защищаемого оборудования во всем диапазоне времен воздействующего напряжения.



^ ВОЛЬТ-СЕКУНДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

  • Вид ВСХ для разрядных промежутков (грозовые импульсы)

  • 1 – однородное поле;

  • 2 - резконеод- нородное поле;

  • 3 - вольт-секундная характериситика защищаемого объекта

  • 4 – грозовой импульс



^ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В КОНДЕНСИРОВАННЫХ ДИЭЛЕКТРИКАХ:





ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКАХ



Типы проводимости жидких диэлектриков:

  • 1) и о н н а я — вызывается перемещением ионов которые образовались как в результате диссоциации основных молекул или примесей, так и вследствие ионизационных процессов в жидкости;



Типы проводимости жидких диэлектриков:

  • 2)катафоретическая — вызывается перемещением коллоидных заряженных частиц в жидкости;

  • 3) электронная - вызывается перемещением электронов, возникающих в жидкости вследствие ионизационных процессов.



Преимущества жидких диэлектриков:

  • Высокая электрическая прочность

  • Высокая теплоемкость и большая текучесть – все силовые трансформаторы – маслонаполненные

  • Возможность комбинации с твердыми диэлектриками



Преимущества жидких диэлектриков:

  • Способность восстанавливать изоляционные свойства после пробоя

  • В жидких диэлектриках практически отсутствует эффект накопления дефектов

  • Высокая диэлектрическая проницаемость



^ ПРОБОЙ ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

  • При повышении напряжения на электродах, между которыми находится конденсированный диэлектрик, график закона Ома имеет три характерных участка:





^ ПРОБОЙ ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

  • Участок АВ соответствует закону «типичному» Ома – рост числа носителей заряда прямо пропорционален приложенному напряжению.

  • Участок ВС – участок насыщения – скорость роста носителей заряда равна скорости рекомбинации.



^ ПРОБОЙ ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

  • Участок СD – резкий скачок концентрации носителей заряда.

  • Этот участок носит название «область сильных полей».

  • Именно на этом участке происходит экспоненциальный рост тока приводящий к полной потере электрической прочности диэлектрика.



Основные процессы ведущие к возникновению носителей заряда в области сильных полей:

  • - Диссоциация основных молекул жидкости (ионы диссоциации)

  • - Эмиссия электронов с катода, дырок с анода

  • - Ударная ионизация



Существует два подхода к описанию механизма пробоя жидкости:

  • Первый подход представляет собой группу так называемых

  • Пузырьковых или электротепловых теорий пробоя, согласно которым, при воздействии сильных электрических полей жидкость превращается сначала в газ, а затем в плазму.



Механизм пробоя жидких диэлектриков

  • В газовых пузырьках развивается ударная ионизация, образуются стримерные каналы, которые развивается к противоположному электроду. В длинных (десятки сантиметров) промежутках пробой, как и в газах, имеет лидерный характер.



^ Два подхода к механизму пробоя жидкости:

  • Принципиально иной подход - Ионизационные модели пробоя жидкости: ионизационные процессы развиваются в самой жидкости с образованием плазменного канала.

  • Преобладает ударная ионизация электронов с катода.



Носителями заряда в жидкости являются:

  • Свободные электроны

  • «Прыгающие» электроны

  • Ионы (положительные и отрицательные)

  • Тяжелые молекулярные комплексы

  • Макрочастицы



Факторы влияющие на пробой жидких диэлектриков:

  • Влага

  • Наличие микропримесей

  • Давление

  • Температура

  • Время воздействия напряжения

  • Материал, геометрия электродов, расстояние между ними

  • Полярность напряжения



Факторы влияющие на пробой жидких диэлектриков

  • Влияние влаги и микропримесей.

  • Наличие влаги в обоих состояниях сказывается на электрической прочности масла, особенно в присутствии волокон. Причем наиболее сильно влияет эмульгированная вода. Вследствие большой диэлектрической проницаемости (для воды  = 80, для волокон целлюлозы  = 6,4)



Факторы влияющие на пробой жидких диэлектриков

  • частички влаги и волокна втягиваются в область наибольшей напряженности электрического поля, поляризуются и вытягиваются вдоль силовых линий поля.



Факторы влияющие на пробой жидких диэлектриков

  • Это приводит к образованию «мостиков», которые увеличивают локальную плотность тока, нагреву, сильному увеличению локальной напряженности поля в местах разрывов мостиков, ионизации и как следсдвие - пробою всего межэлектродного промежутка.



Механизм пробоя жидких диэлектриков

  • Пробой наступает вследствие образования цепочек из мелких поляризованных частиц, которые вытягиваются вдоль силовых линий. Эти цепочки, в результате слияния образуют проводящие каналы, по которым протекает ток.



^ Факторы влияющие на пробой жидких диэлектриков:

  • Влияние давления, материала и геометрии электродов, расстояния между ними и полярности напряжения, степени очистки жидкости - САМОСТОЯТЕЛЬНО



Факторы влияющие на пробой жидких диэлектриков

  • Увеличение расстояния между электродами S приводит к увеличению пробивного напряжения.

  • На величину пробивного напряжения при неизменном S оказывает влияние площадь электродов и объем жидкости между электродами: увеличение площади электродов и объема жидкости вызывает снижение Uпр.



Факторы влияющие на пробой жидких диэлектриков

  • Состояние поверхности электродов оказывает влияние на электрическую прочность Епр жидких диэлектриков.

  • Загрязнение, окисление и плохая полировка поверхности электродов снижают Епр.



Факторы снижающие прочность жидких диэлектриков

  • При длительном воздействии напряжения присутствие влаги, газа, загрязнений в жидком диэлектрике сильно снижает его электрическую прочность, причем наиболее опасным является эмульгированное стояние влаги.



ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКАХ: Теории и механизмы пробоя



^ ПРОБОЙ ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

  • В зависимости от электрофизических характеристик, вида напряжения и условий работы можно установить три основных вида пробоя твердых диэлектриков:



^ ВИДЫ ПРОБОЯ ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ:

  • Электрический пробой

  • Тепловой пробой

  • Электрическое старение



Пробой твердых диэлектриков

  • Электрический пробой возникает в результате развития ионизационных процессов и практически не зависит от температуры.



Электрический пробой

  • Признаки электрического пробоя:

  • независимость Uпр от температуры;

  • слабая зависимость Uпр от времени;

  • значительное влияние локальных неравномерностей электрического поля.



Электрический пробой

  • Процесс пробоя твердых диэлектриках состоит из 2-х стадий развития канала разряда:

  • 1. Стадия формирование разряда: появление свободных заряженных частиц (электроны, ионы), увеличение скорости протекания ионизационных процессов, зарождение канала тока.



Электрический пробой

  • 2. Установившийся стационарный режим разряда:

  • быстрое нарастание тока через диэлектрик, спад напряжения до нуля, образование канала обладающего высокой проводимостью и замыкающего разрядный промежуток.



Электрический пробой

  • Существуют различные теории электрического пробоя. Некоторые были выдвинуты в 18 веке. Среди многообразия подходов к описанию процесса электрического пробоя твердых диэлектриков на данный момент наиболее полной и стройной является теории академика Вершинина Ю.Н.



Электрический пробой

  • Вершининым Ю.Н. в 2000 г. предложена теория механизмов электрического пробоя твердых диэлектриков, которая позволяет целенаправленно выбирать диэлектрики и их свойства, обеспечивающие необходимые технические требования к электрической изоляции высоковольтных устройств и установок.



Теория Вершинина Ю.Н.

  • Распространение каналов разряда неразрывно связано с возникновением и перемещением в объеме твердого диэлектрика так называемых фазовых переходов первого рода. Переход первого рода представляет собой процесс перехода «твердое тело-плотная плазма».



^ Пробой твердых диэлектриков

  • Тепловой пробой, связан с разогревом диэлектрика вследствие выделяемой в нем энергии при протекании тока проводимости и развития диэлектрических потерь.



Тепловой пробой

  • Для теплового пробоя характерны следующие признаки:

  • пробивное напряжение уменьшается с увеличением длительности приложения напряжения;

  • пробивное напряжение уменьшается с ростом толщины образца;



Тепловой пробой

  • пробой происходит в том месте, где теплоотдача в окружающую среду наименьшая;

  • тепловой пробой наиболее часто происходит при напряженностях поля Епр = 10100 кВ/см.



Тепловой пробой

  • Развитие теплового пробоя в общих чертах может быть представлено в виде следующей последовательности:

  • UдIдTд

  •  и tg IдTд и т.д.,



Тепловой пробой

  • где Uд – напряжение, приложенное к диэлектрику;

  • Iд - ток, текущий через диэлектрик;

  • Tд – температура диэлектрика;

  • и tg  - проводимость и угол диэлектрических потерь диэлектрика.



Пробой твердых диэлектриков

  • Пробой при длительном приложении напряжения, связанный с развитием необратимых процессов: химических превращений, образованием субмикро – и микротрещин, развитием частичных разрядов –

  • Процесс электрического старения диэлектрика



  • Причинами старения внутренней изоляции являются:

  • старение вследствие развития частичных разрядов при перенапряжениях и рабочем напряжении;

  • тепловая деструкция материала;



^ СТАРЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИКОВ

  • увлажнение изоляции и водный триинг (рост древовидных насыщенных водой фигур);

  • электрохимическое старение;

  • механическое старение и повреждения за счет электродинамических усилий, вибраций и т.п.



^ ПРОБОЙ ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

  • Как правило, при воздействии электрического поля изоляция подвержена комплексу названных выше воздействий и совместному влиянию температуры и электрических полей. Все указанные факторы усиливают друг друга и комплексный процесс завершается пробоем.



Понятие пробоя

  • Рассмотрев основные виды электрофизических процессов и их влияние на работу изоляционных конструкций, определим смысл важного понятия в технике высоких напряжений – понятие пробоя.



^ Понятие пробоя

  • Под пробоем понимают любой процесс быстрого возникновения сильно ионизованного состояния вещества под действием приложенного электрического поля. Если источник поля действует длительное время, в результате пробоя чаще всего зажигается самостоятельный разряд.



^ Понятие пробоя

  • В технике высоких напряжений пробоем называется образование сквозного канала высокой проводимости, способного пропустить столь сильный ток, что напряжение на изоляционном -промежутке резко падает. Электрическая цепь оказывается в режиме короткого замыкания. Напряжения, приводящие к пробою, называют пробивными напряжениями.



Понятие пробоя

  • Электрическая цепь оказывается в режиме короткого замыкания. Напряжения, приводящие к пробою, называют

  • пробивными напряжениями.



Понятие пробоя

  • Чтобы в разрядной цепи наступило короткое замыкание, сопротивление канала разряда, перекрывшего промежуток, должно стать меньше, чем сопротивление внешней цепи, включая внутреннее сопротивление источника. Это и является количественным критерием пробоя.



^ Понятие пробоя

  • Сопротивление канала пробоя быстро уменьшается с течением времени и, в конце концов, не канал, а элементы внешней электрической цепи ограничивают ток возникшего короткого замыкания.



Понятие пробоя

  • Для этого состояние в канале должно быть неустойчивым, увеличение тока должно снижать напряжение, необходимое для поддержания ионизации в газе. Иначе говоря, ионизованный канал должен обладать

  • падающей вольт-амперной характеристикой.






Похожие:

Электрофизические процессы в газах: поверхностный разряд iconФундаментальные электрофизические процессы в газах
Следовательно, для возникновения ударной ионизации необходимо увеличение напряжения
Электрофизические процессы в газах: поверхностный разряд iconФундаментальные электрофизические процессы в газах
В длинных промежутках (десятки-сотни сантиметров и более) и резко-неоднородных полях (коэффициент неоднородности поля
Электрофизические процессы в газах: поверхностный разряд iconФундаментальные электрофизические процессы в газах
Виды ионизации; виды электронной эмиссии; лавина электронов; стримерная форма разряда
Электрофизические процессы в газах: поверхностный разряд iconЭлектрофизические процессы в газах основы физики газоразрядной плазмы
Электрофизический процесс пробоя газового или вакуумного промежутка в сильном электрическом поле завершается образованием
Электрофизические процессы в газах: поверхностный разряд iconЭлектрофизические процессы в газах основы физики газоразрядной плазмы
...
Электрофизические процессы в газах: поверхностный разряд iconТлеющий разряд
Тлеющий разряд. Существует еще одна форма самостоятельного разряда в газах – так называемый тлеющий разряд. Для получения этого типа...
Электрофизические процессы в газах: поверхностный разряд iconФизические процессы при взаимодействии ионов с твердым телом
Обрабатывающие ионы преодолевают поверхностный энергетический барьер, внедряются в поверхностный слой, вызывая в нем повышение концентрации...
Электрофизические процессы в газах: поверхностный разряд iconЭлектрофизические процессы в конденсированных диэлектриках: электрофизические процессы в жидких диэлектриках
Ионизационные модели пробоя жидкости: ионизационные процессы развиваются в самой жидкости с образованием плазменного канала
Электрофизические процессы в газах: поверхностный разряд iconЭлектрофизические процессы в газах, жидких и твердых диэлектриках мытников Алексей Владимирович
Формирование устойчивой, последовательной системы знаний о фундаментальных процессах, происходящих в диэлектрических материалах при...
Электрофизические процессы в газах: поверхностный разряд iconЭлектрофизические процессы в конденсированных диэлектриках
Электрофизические процессы в жидких диэлектриках: Проводимость и механизмы пробоя
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©rushkolnik.ru 2000-2015
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы