- •1.1 Номинальные и максимальные рабочие напряжения
- •1.2 Режимы работы нейтрали
- •Выбор способа заземления нейтрали определяется целым рядом факторов (условиями работы выключателей, возможностью скорейшего обнаружения поврежденного участка, выбором изоляции) однако определяющими являются следующие:
- •1.3 Область применения сетей различного номинального напряжения
- •ЛЕКЦИЯ 2
- •Эффективный коэффициент ударной ионизации
- •Фотоионизация в объеме газа и на катоде
- •ЛЕКЦИЯ 3
- •Дальнейшим развитием теории Таунсенда является стримерная теория разряда, возникновение которой относится к 1939г и связано с трудами Ганса Ретера, Джона Мика и Леонарда Леба.
- •ЛЕКЦИЯ 4
- •ЛЕКЦИЯ 5
- •Поскольку на границе зоны коронирования α=0, то Ек=bδ , а значит в соответствии с (2.47):
- •ЛЕКЦИЯ 6
- •Поверхностная электропроводность
- •ЛЕКЦИЯ 7
- •Это связано с адсорбцией влаги из окружающего воздуха на поверхности диэлектрика, а также с микрозазорами между твердым диэлектриком и электродом.
- •Нормальная составляющая вектора электростатической индукции на границе двух диэлектриков остается непрерывной, то есть:
- •ε1ε0En1= ε2ε0En2 , откуда
- •4.3 Разряд вдоль поверхности в резконеоднородном поле
- •РАЗДЕЛ 5
- •Выбор изоляторов в зависимости от степени загрязненности атмосферы
- •5.4 Распределение напряжения по гирлянде изоляторов
- •Введение
- •В средних широтах землю поражают 30-40% общего числа молний, остальные 60-70% составляют разряды между облаками или между разноименными заряженными частями облаков.
- •Грозовое облако, заряженное с нижней стороны в основном отрицательными зарядами, образует гигантский конденсатор, другой “обкладкой” которого является земля, где на поверхности индуктируются положительные заряды.
- •Стержневые молниеотводы
- •При вероятности прорыва молнии через границу зоны не более 0,005:
- •Тросовые молниеотводы
- •Таблица 8.4
ЛЕКЦИЯ 6
РАЗДЕЛ 3 Электропроводность диэлектриков
3.1Классификация веществ по электрическим свойствам
3.2Электропроводность жидких диэлектриков
3.3Электропроводность твердых диэлектриков
3.4Поляризация диэлектриков. Диэлектрические потери
3.1Классификация веществ по электрическим свойствам
Все вещества в зависимости от их электрических свойств относят к диэлектрикам, проводникам и полупроводникам. Различие между ними наиболее наглядно можно показать с помощью энергетических диаграмм зонной теории твердых тел.
Исследование спектров излучения различных веществ в газообразном состоянии показывает, что для атомов каждого вещества характерны вполне определенные спектральные линии. Это говорит о наличии определенных энергетических состояний (уровней) для разных атомов.
Часть этих уровней заполнена электронами в нормальном, невозбужденном состоянии атома, на других уровнях электроны могут находиться только после того, как атом испытает внешнее энергетическое воздействие (возбуждение, ионизация).
Стремясь перейти к устойчивому состоянию, атом излучает избыток энергии в момент возвращения электронов на уровни, при которых энергия атома минимальна. При переходе газообразного вещества в жидкость, а затем
при образовании кристаллической решетки твердого тела все имеющиеся у данного типа атомов электронные уровни несколько смещаются вследствие действия соседних атомов друг на друга. Таким образом, из отдельных энергетических уровней уединенных атомов в твердом теле образуется целая полоса – зона энергетических уровней.
Диэлектрики – такие материалы, у которых запрещенная зона настолько велика, что электронной электропроводности в обычных условиях не наблюдается.
Полупроводники - вещества с более узкой запрещенной зоной, которая может быть преодолена за счет внешних энергетических воздействий.
Проводники - материалы, у которых заполненная электронами зона вплотную прилегает к зоне свободных энергетических уровней или даже перекрывается ею. Вследствие этого электроны в металле свободны, то есть могут переходить с уровней заполненной зоны на незанятые уровни свободной зоны под влиянием слабой напряженности приложенного к проводнику электрического поля.
Процессы электропроводности наблюдаются в газообразных, жидких и твердых диэлектриках. Однако электропроводность газов в слабых электрических полях и при нормальных условиях настолько мала, что в большинстве случаев не имеет никакого практического значения и ею можно пренебречь. Только в сильных электрических полях, когда создаются условия для разрядных процессов, в газах могут наблюдаться относительно большие токи проводимости. Сущность этих процессов была изложена в разделе 2. Ниже кратко рассматриваются процессы проводимости в жидких и твердых диэлектриках.
Под действием электрических полей в реальных диэлектриках возникают малые токи проводимости. Хотя электропроводность диэлектриков на много порядков меньше, чем металлов, процессы электропроводности диэлектриков имеют большое практическое значение.
Значение процессов электропроводности диэлектриков:
1.Токи проводимости являются одной из причин рассеяния энергии в диэлектриках при воздействии электрических полей, то есть причиной диэлектрических потерь. Эти потери вызывают дополнительный нагрев конструкций высокого напряжения.
Поэтому приходится снижать рабочие токи в токоведущих частях или индукцию в магнитопроводах, чтобы ограничить суммарную мощность потерь в конструкции и рабочие температуры ее элементов. При определенных условиях диэлектрические потери могут привести к так называемому тепловому пробою.
2.Процессы электропроводности в диэлектриках обычно связаны с присутствием в них небольших количеств разного рода примесей, загрязнений. Эти примеси, как правило, влияют и на электрическую прочность диэлектриков. Между пробивным напряжением и током уточки изоляции при нормированном испытательном напряжении существует в ряде случаев некоторая
корреляционная связь, то есть Uпр=f(Iу). Поэтому по току утечки оценивают состояние изоляции оборудования ВН.
3.2Электропроводность жидких диэлектриков
Свободными заряженными частицами, движение которых в электрическом поле обуславливает ток проводимости, в жидких диэлектриках могут быть ионы и коллоидные частицы. Таким образом, проводимость жидкого диэлектрика в первом случае называют ионной, во втором молионной или катафоретической.
Ионы обоих знаков образуются в жидких диэлектриках в результате диссоциации нейтральных молекул. В некоторых случаях это могут быть молекулы самой диэлектрической жидкости, однако в значительно большей степени диссоциируют молекулы различного рода примесей (несовершенство процессов производства и очистки жидких диэлектриков). Примеси могут также образовываться в самих жидких диэлектриках во время эксплуатации оборудования ВН вследствие процессов теплового старения или проникать в жидкий диэлектрик из окружающей среды. Во всех случаях при диссоциации нейтральной молекулы образуются два иона противоположных знаков, заряды которых по абсолютной величине равны заряду электрона.
Коллоидные частицы – это всегда примеси. Они имеют размеры от 10-9 до 10-7 м и постоянно находятся во взвешенном состоянии. Они беспорядочно перемещаются при отсутствии электрического поля, участвуя в броуновском движении. Коллоидные частицы по ряду причин обязательно
заряжены. По отношению к жидкости они имеют некоторый потенциал ξ - электрокинетический или дзета-потенциал. Его величина зависит от физико-
химических свойств диэлектрика и частицы, обычно ξ=0,03-0,07 В, при этом заряд коллоидной частицы равен
qê = 4πε0εræ Rζ |
(3.1) |
где εrж – относительная диэлектрическая проницаемость жидкого диэлектрика;
R – радиус сферической коллоидной частицы.
Знак qк зависит от соотношения относительных диэлектрических проницаемостей εrк – коллоидной частицы и εrж – жидкости:
При εrк>εrж – заряд коллоидной частицы положительный;
При εrк<εrж – заряд коллоидной частицы отрицательный.
Плотность тока проводимости в жидком диэлектрике в общем случае определяется выражением:
j = n+q+u+ + n−q−u− + nê qê uê |
(3.2) |
где n+,n-,nк – количество частиц в единице объема; q+,q-,qк – заряды частиц;
u+,u-,uк – средние скорости движения заряженных частиц (u=KE, где K
– подвижность).
В слабых электрических полях (Е<106 В/м) подвижности ионов K+ и K-, а также подвижность коллоидных частиц Kк не зависят от напряженности поля и являются и величинами постоянными (подвижности ионов имеют значение порядка 10-8 м2/(сּВ), коллоидных частиц- 10-11 м2/(сּВ))Поэтому.
выражение (3.2) может быть записано в виде:
j = (n+q+K+ + n−q−K− + nê qê Kê )E = γE |
(3.3) |
где γ – удельная проводимость жидкого диэлектрика ( [γ]=См/м=1/(Омּм)). Таким образом, в слабых электрических полях плотность тока проводимости прямо пропорциональна напряженности поля, то есть
соблюдается закон Ома.
Удельная проводимость жидких диэлектриков зависит от температуры Т. С ее ростом γ возрастает вследствие увеличения степени диссоциации молекул и роста концентрации ионов, а также из-за повышения подвижности заряженных частиц. Рост удельной проводимости γ при повышении температуры Т соответствует выражению
γ =γ0e |
[a(T −T0 )] |
(3.4) |
|
где γ0 – удельная проводимость при Т=Т0; а – температурный коэффициент, значение которого зависит от свойств
жидкого диэлектрика (для трансформаторного масла а≈0,02).
В сильных электрических полях (Е>107 В/м) удельная проводимость растет по мере увеличения напряженности поля Е, то есть здесь наблюдается отклонение от закона Ома. Объясняется это тем, что в этом случае само поле влияет на степень диссоциации молекул, а также на подвижность заряженных частиц. Приближенно зависимость удельной проводимости γ от напряженности Е выражается формулой
γ =γ0e |
[b(E −E0 )] |
(3.5) |
|
где γ0 – удельная проводимость при Е=Е0;