Laby_novye / определение электрической прочности воздуха

Механизм возникновения пробоя.

Воздух состоит из газов. Газы представляют собой 2 атомную молекулу,2 ядра которые связанны между собой единым электронным облаком. Ядра положительные, а электроны вокруг отрицательные. В любой момент времени мы находимся под действием ионизирующего излучения космоса.Частиц очень мелкие пронизывают воздух и пролетают на сквозь разрушая молекулы. Часть молекул всегда находит в разрушенном состоянии. Электрон вылетел от молекулы и отделился от положительного ядра. Если к электроду прикладываем напряжение, то молекула двигается к отрицательному электроду, а электрон к положительному электроду.

Случаи электрического пробоя воздушного промежутка

Наиболее часто поражения людей электротоком происходят при пробоях изоляции воздушного промежутка на высоковольтных устройствах на энергетических подстанциях и воздушных ЛЭП, где воздух используется в качестве изоляционной среды.

Риск получения электротравмы в результате пробоя воздушного промежутка

. Если к двум плоским металлическим пластинам с выровненными поверхностями, расположенными на одинаковом удалении между собой в воздушном пространстве приложить разность потенциалов, то в промежутке между ними создастся равномерное поле.

Для того, чтобы через пластины и воздушный промежуток пошел электрический ток потребуется создать высокое напряжение на обкладках. При нормальных условиях, для создания пробоя потребуется приложить порядка 3-4 кВ на каждый миллиметр расстояния.

Равномерное электрическое поле поддерживается между поверхностью землю и проводами ВЛ и/или оборудованием ПС при обычных условиях эксплуатации.

Однако, изоляционные параметры воздушного зазора резко изменяются в неравномерном электрическом поле, которое создается выступами, выпуклостями, “иглами” потенциальных поверхностей.

В подобных ситуациях создается не равномерность распределения потенциалов по принципу “иглы-линии” или “иглы-поверхности”.

Она резко уменьшает диэлектрические свойства воздуха, для пробоя одного сантиметра которого уже будет достаточно разности потенциалов в 4 кВ.

Условия создания цепи тока через воздушный промежуток

. Для нормальной работы высоковольтного оборудования всю электрическую часть схемы поднимают на большую, недоступную для обычных условий высоту.

Перемещения обслуживающего персонала по территории производится по назначенным и проверенным маршрутам. Запас расстояния до токоведущих частей гарантирует безопасность людей, выполняющих технологические мероприятия и проводящие обязательные ежедневные осмотры электрической схемы.

Однако, под оборудованием ОРУ и ВЛ периодически проводятся профилактические работы, уборка и вывоз с территории травы или снега, рытье канав для прокладки кабелей или трубопроводов, монтаж дополнительных конструкций, связанные с перемещениями людей и техники.

Если какой-либо работник поднимет вверх свой инструмент, кусок проволоки или любой предмет и нарушит безопасное расстояние до проводов под напряжением, то возможен пробой воздушного пространства, образованного между потенциалом высоковольтного оборудования и землей через тело неумелого человека с образованием электрической дуги.

Возможные последствия

. Существующие защиты высоковольтных устройств очень быстро отключают возникающие короткие замыкания. Но это не обеспечивает безопасность пострадавших в полной мере.

Возникающая дуга между оборудованием и землей проходит сквозь тело человека кратковременно, но создает большие и опасные нарушения кожного покрова, костной и мышечной ткани.

Способы защиты

. Технические приемы защиты от пробоя изоляции воздуха сводятся к применению быстродействующих защит оборудования и поднятию на большую высоту токоведущих высоковольтных частей. Однако, они не способны гарантированно исключить вероятность травм людей от действия пробоя промежутка воздуха.

Основным способом защиты является комплекс выполнения предупредительных организационных мероприятий, направленных на недоступность для работников приближения к токоведущим частям.

Пробой воздуха

ЛЕКЦИЯ (продолжение)

Тема: Электрическая прочность диэлектриков

Влияние частоты на электрическую прочность связано с возможностью формирования разряда за время Т/2.

Время формирования разряда —

1-ый участок — при f до

за время Т/2 успевает сформироваться разряд.

2-ой участок – при f

в межэлектродном промежутке накапливается объёмный положительный заряд, в результате чего искажается электрическое поле, и это способствует образованию токопроводящего канала между электродами. Электрическое поле усиливается, а значит, электрическая прочность снижается.

3-ий участок – при частотах

и выше затрудняются условия формирования разряда, потому что затруднено выполнение условия (2) из-за малой длины свободного пробега. Выполнение условия (2) возможно лишь при повышении скорости движения свободных зарядов.

Пробой короны

Частичный пробой воздуха происходит в виде коронного разряда на проводниках высокого напряжения в точках с наибольшим электрическим напряжением. Проводники с острыми концами или шарики с малым радиусом склонны к пробою диэлектрика, потому что напряженность поля вокруг точек выше, чем вокруг плоской поверхности. Высоковольтный аппарат имеет закругленные кривые и градуирующие кольца, чтобы избежать концентрированных полей, вызывающих пробой.

Появление

Корона иногда выглядит как голубоватое свечение вокруг высоковольтных проводов и слышится как шипящий звук вдоль высоковольтных линий электропередачи. Corona также генерирует радиочастотный шум, который также можно услышать как «статический» или жужжащий на радиоприемниках. Корона также может возникать естественным образом в виде « огня святого Эльма » на высоких точках, таких как церковные шпили, верхушки деревьев или корабельные мачты во время грозы.

Генерация озона

Генераторы озона с коронным разрядом используются в процессе очистки воды более 30 лет . Озон — токсичный газ, даже более мощный, чем хлор. На типичной установке по очистке питьевой воды газообразный озон растворяется в фильтрованной воде для уничтожения бактерий и вирусов . Озон также удаляет из воды неприятный запах и привкус. Основное преимущество озона заключается в том, что при любой остаточной передозировке он разлагается до газообразного кислорода задолго до того, как вода достигнет потребителя. Это контрастирует с газообразным хлором или солями хлора, которые дольше остаются в воде и могут ощущаться потребителем.

Другое использование

Хотя коронный разряд обычно нежелателен, до недавнего времени он был незаменим при работе копировальных аппаратов ( ксерография ) и лазерных принтеров . Многие современные копиры и лазерные принтеры теперь заряжают фотобарабан с помощью электропроводящего ролика, что снижает нежелательное загрязнение озоном в помещении .

Громоотводы используют коронный разряд для создания проводящих путей в воздухе, которые указывают на стержень, отклоняя потенциально опасные молнии от зданий и других сооружений.

Коронный разряд также используется для изменения поверхностных свойств многих полимеров . Примером может служить обработка пластиковых материалов коронным разрядом, которая позволяет краске или чернилам правильно прилипать.

Механизм пробоя воздуха

1

ФИЗИКА И ХАРАКТЕРИСТИКИ МОЛНИЕВЫХ ПРОЦЕССОВ

В естественных условиях воздух является хорошим изолятором. Это свойство воздуха используют, когда строят воздушные линии электропередач.

Для протекания тока через любой материал необходимо, чтобы в материале были свободные заряды. Самый легкий из них — электрон. Электрон самый быстрый и эффективный носитель электрического тока. Ионы (ионизированые атомы или молекулы) в несколько тысяч раз тяжелее электрона, поэтому их скорость в электрическом поле в сотни раз меньше, чем у электронов.

В обычных условиях в каждом кубическом сантиметре воздуха содержится около 10 электронов и примерно 1000 ионов. В канале молнии плотность электронов увеличивается примерно в 1014 раз. Чтобы лучше ощутить эту огромную цифру, можно привести такое сравнение: мысленно увеличивая радиус атома в 1014 раз, получим шарик радиусом в 10 км

Откуда берется такая армада электронов в канале молнии? Ответ простой: надо извлечь электроны из атомов. В самом простом из них, атоме водорода, имеется один электрон, в азоте и кислороде (основных компонентах воздуха) соответственно 7 и 8 электронов. В каждом кубическом сантиметре воздуха при нормальном давлении имеется 2,6*1019 молекул. Так что электронов хватает, надо только уметь их извлекать из атомов.

Рассмотрим, насколько это сложно. Возьмем атом водорода с одним электроном на орбите. По справочным данным, электрон водорода несет отрицательный заряд

е=

-1,6*10-19 Кл. Это самый маленький заряд в природе. Атом нейтрален, т.к. его ядро содержит положительно заряженный протон с зарядом, равным атому. Радиус атома около 10-8 см. Именно на таком расстоянии электрон вращается вокруг протона. Между ними действует сила притяжения, которую считают по закону Кулона

где ke —

коэффициент пропорциональности, равный для воздуха и других газов 9*109, если заряды представлять в кулонах, а расстояние между ними в метрах. Тогда, учитывая, чтоq1 = q2 , получаем

. (1)

Чтобы оторвать электрон от атома, надо приложить такую силу. Эта сила может содержаться в электрическом поле заряда в грозовом облаке.

Обычно пользуются в этом случае характеристикой напряженности электрического поля. Она показывает, сколько вольт действует на единице длины изоляционного промежутка, если к промежутку приложено напряжение U.

Следовательно, ели длина промежутка равнаd , то

и измеряется в вольтах на метр (В/м)

В весьма примитивных опытах с наэлектризованной расческой было получено напряжение пробоя воздуха 30 кВ/см.

Как известно, напряженность поля действует на заряд с силой

. (2)

Если это заряд электрона q

, то . Вот теперь можно понять, какую напряженность поля надо иметь, чтобы оторвать электрон от атома. Для этого приравняем (1) и (2):

Подставляя в эту формулу е=

-1,6*10-19 Кл,ke = 9*109,r =10-8 см=10-10 м, получим:

/м=1.440.000 кВ /см.

Это фантастическое по уровню электрическое поле! Значит, чтобы вырвать электрон у атома, надо создать такое же внешнее поле.

Как же удается это сделать наэлектризованной расческе? Ведь у неё поле в 50 000 раз меньше!

Весь секрет в механизме отрывания электрона.

Рассмотри этот природный секрет.

Если к воздушному промежутку прикладывать электрическое поле, то электрон будет перемещаться под его действием, при этом сталкиваясь с атомами молекул. Пока скорость электрона мала, столкновения его с атомами являются упругими, и электрон подобно теннисному мячику отскакивает от атома. Картина кардинально меняется, когда электрон настолько ускоряется, что в результате своей кинетической энергии, отданной при ударе, он может выбить электрон из атома. Такой процесс называется ударной ионизацией. В атмосферном воздухе ударная ионизация возникает при напряженности электрического поля примерно 30 кВ/м. Это доказано и теоретически, и экспериментально.

Как было сказано выше, в 1 см3 воздуха существует около 10 электронов. если хотя бы один из низ разгонится до состояния, когда он способен выбить дркгой электрон из атома, появляются уже два свободныз электрона, каждый с энергией, достаточной, чтобы выбить из следующих атомов по 1 электрону каждый, а это уже получается 4 электрона. Далее процесс повторяется, но в каждом последующем случае число электронов удваивается: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 248, т.е процесс образования новых электронов нарастает лавиноообразно. Соответственно, воздух становится все более проводящим.

Наблюдения показывают, что в воздушном промежутке одновременно несколько лавин, при очень высокой напряженности электрического поля их число может быть очень большим. Этот процесс называют электрическим пробоем воздуха.

1

Дата добавления: 2017-11-21; просмотров: 679; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Электрическая очистка воздуха: принцип работы

Зарядка частиц

ударной зарядкидиффузионной зарядкиПроцессы зарядки

• способность частицы к зарядке (скорость зарядки и предельный заряд, больше которого частица зарядиться не может);
• время, отпущенное на процесс зарядки;
• электрические параметры области, в которой находится частица (напряженность электрического поля, концентрация и подвижность ионов)

Дрейф и осаждение частиц

• электростатических сил притяжения, обусловленных наличием заряда на частице;
• молекулярных сил;
• сил, обусловленных капиллярными эффектами (в случае присутствия достаточного количества жидкости и способности частицы и электрода к смачиванию).

• производство положительных ионов для зарядки частиц;
• обеспечение электрического поля для направленного дрейфа ионов (необходимого для зарядки частиц) и для направленного дрейфа заряженных частиц к осадительному электроду (необходимого для осаждения частиц).

• высокая количественная концентрация частиц загрязнений; приводит к дефициту ионов (большая их часть осаждается на частицах), в результате чего снижается интенсивность коронирования, вплоть до прекращения (явление носит название запирание короны), ухудшению параметров электрического поля в промежутке ; это приводит к падению эффективности процесса зарядки;
• накопление слоя пыли на осадительном электроде:
  • если слой обладает высоким электрическим сопротивлением, то в нем накапливается электрический заряд того же знака, что и заряд дрейфующих частиц (и полярность коронирующего электрода), в результате чего:
    • снижается интенсивность коронного разряда (из-за деформации электрического поля в промежутке), что негативно отражается на процессе зарядки частиц и процессе дрейфа частиц к осадительному электроду;
    • заряженный слой оказывает отталкивающее действие на осаждающуюся частицу , имеющую заряд того же знака, что негативно отражается на процессе осаждения;
• электрический ветер (возникновение воздушного потока в направлении от коронирующего электрода в сторону осадительного электрода) в некоторых случаях может оказывать заметное влияние на траекторию движения частиц, особенно мелких.

Нарушение электроизоляции

Электрический пробой часто связан с выходом из строя твердых или жидких изоляционных материалов, используемых внутри высокого напряжения. трансформаторы или же конденсаторы в распределение электроэнергии сетка, обычно приводящая к короткое замыкание или перегоревший предохранитель. Электрический пробой может также произойти через изоляторы, которые подвешивают подвесные потолки. линии электропередачвнутри подземных силовых кабелей или линий, идущих к ближайшим ветвям деревьев.

Пробой диэлектрика также важен при проектировании интегральные схемы и другие твердотельные электронные устройства. Изоляционные слои в таких устройствах спроектированы так, чтобы выдерживать нормальные рабочие напряжения, но более высокое напряжение, такое как статическое электричество, может разрушить эти слои, сделав устройство бесполезным. Диэлектрическая прочность конденсаторы ограничивает количество хранимой энергии и безопасное рабочее напряжение устройства.

Замечательный пример инженерной ошибки. О пользе знания физики и применения измерительных приборов.

Замечательный он потому, что, во-первых, от этой ошибки никто не пострадал. Во-вторых, пример очень простой, но показательный — в нем есть полный набор: ошибка в постановке задачи, неправильный выбор модели процесса, расчет и проведение измерений в соответствии с ней. Выставка «Связь-Экпокомм», год примерно 2005 … Мы привезли с собой прибор «Искра» ( история разработкитехническое описание ). На соседнем стенде среди антенн, разветвителей и антенных фильтров – коаксиальный «грозоразрядник», напряжение срабатывания по паспорту — 400 Вольт. «А давайте проверим нашим прибором» — «да проверяйте, конечно». «Грозоразрядник» не пробивается ни на 400 Вольтах, ни на 800 (предел измерения). «Прибор у вас неправильный, у нас точно всё посчитано». Выясняется, что внутри «грозоразрядника» между центральным проводником и корпусом сделан искровой промежуток 0,2 мм и выставлен он «прецизионно».

Неправильно выбранная физическая модель. С этого момента становится уже интересно.

Коллеги исходили из значения электрической прочности (напряжения пробоя) сухого воздуха, которая составляет примерно 2 кВ/мм (см. например, инженерный справочник DVPA

). Следовательно, для того, чтобы получить напряжение пробоя 0,4 кВ, расстояние между электродами должно быть 0,2 мм.

Давайте посмотрим, что есть на эту тему в сети. На первой же странице поиска нашёл два подходящих графика.

Как видим шкала в обеих измерениях линейная и порядок напряжения пробоя действительно составляет порядка 2 кВ/мм, обратите внимание на зависимость его значения от частоты. Понятно, что эти графики относятся к технике высоких напряжениях и высоковольтным электроустановкам (электрические машины, трансформаторы, высоковольтные ЛЭП)

Нас же интересуют гораздо меньшие напряжения и масштабы.

Показания к проведению спирографии

Поскольку спирография является безопасным и достаточно простым в проведении диагностическим методом, ее широко используют в пульмонологии, а также в терапии при подозрении на наличие заболеваний пульмонологического профиля. А именно ее назначают при:

• длительном кашле, сохраняющемся более 3—4 недель,
  без видимых на то причин, в том числе после перенесения бронхита или ОРВИ;
• диагностировании заболеваний дыхательной системы
  другими методами;
• наличии ощущения давления и тяжести в грудной
  клетке, одышки;
• трудностях при вдохе/выдохе;
• нарушении газообменных процессов;
• слышимых свистах или хрипах во время вдоха;
• частых бронхитах, приступах одышки, затруднений
  дыхания;
• подозрении на наличие синдрома Гудпасчера,
  склеродермии.

Выполнение спирографии показано и в профилактических целях. Поэтому
ее вносят в перечень обязательных исследований, подлежащих выполнению при
ежегодном профилактическом медицинском обследовании. Кроме того, ее назначают людям,
работающим на вредных производствах, и детям при наличии у близких
родственников хронических заболеваний органов дыхания, аллергических реакций,
проявляющихся бронхоспазмом. Она же используется для внесения корректив в
терапию бронхиальной астмы и ХОБЛ.

5.6. Зависимость пробивного напряжения газа от межэлектродного расстояния

Пробивное напряжение газа зависит от степени неоднородности электрического поля. Однородное электрическое поле в пределах межэлектродного пространства обусловливают плоские электроды, загнутые на краях по определенному профилю. Если электроды строго параллельны друг другу, то пробивное напряжение U пр повторяется от

пробоя к пробою с точностью до десятых долей процента. При этом для воздуха зависимость U пр от межэлектродного расстояния d выра-

жается эмпирической формулой:

U np = 24 . 55 d δ + 6 . 6 d δ , кВ,

где δ – относительная плотность воздуха, d – в см.

Соответственно, электрическая прочность воздуха

Е пр = 24 . 55 δ + 6 . 6 δ d , кВ/см

возрастает с уменьшением d , что характерно для механизма пробоя, вследствие ударной ионизации. Если взять условие самостоятельного

разряда γ ( e α d − 1 ) = 1 и эмпирическое условие зарождения стримера

α d = 20 , то видно, что с уменьшением d должны возрастать α и соответственно Е. Физическая сущность этой закономерности, названной электрическим упрочением, заключается в том, что для пробоя необходима электронная лавина определенных размеров для таунсендовского механизма с учетом коэффициента γ .

В табл. 5.1 приведены экспериментально полученные значения электрической прочности воздуха ( Р= 760 мм рт.ст. и t =20 °С).

Для технических расчетов при d в несколько сантиметров электрическая прочность воздуха принимается равной 30 кВ/см. Слабонеоднородное электрическое поле обусловливается коаксиальными и параллельными цилиндрическими электродами, шаровыми электродами и их комбинациями, когда межэлектродное расстояние существенно не превышает диаметра электродов. При этом U np также пропорционально

δ . С уменьшением d при неизменном диаметре электродов D электрическое поле становится более однородным и напряженность поля при пробое в различных точках межэлектродного промежутка все бо-

Часть I. Глава 5 Самостоятельные разряды в газах

лее приближается к средней напряженности поля Е = U пр

d . Соответ-

ственно, уменьшается разброс пробивных напряжений от пробоя к пробою.

В практике лабораторных испытаний пробой между шаровыми электродами используется для измерения высокого напряжения. При d

D ≤ 0 . 5 разброс пробивных напряжений, определяющий точность

измерения, не превышает 3 %. Использование плоских электродов позволило бы повысить точность измерения, но необходимость установления строгой параллельности электродов сильно затрудняет измерения и значительно увеличивает время их проведения. Поэтому пробой между плоскими электродами для целей измерения практически не используется.

Сильно неоднородное электрическое поле обусловливается электродами, когда радиус закругления обоих или одного из них значительно меньше межэлектродного расстояния. Типичными представителями таких электродов являются электроды: два острия и острие– плоскость. Как было показано выше, ионизационные процессы сосредоточены около электрода-острия. В случае электродов острие– плоскость положительный объемный заряд, образующийся в результате ударной ионизации, обусловливает более высокое напряжение пробоя при отрицательной полярности электрода-острия. Для воздуха при расстоянии в несколько сантиметров средние разрядные градиенты составляют 20 и 7.5 кВ/см, соответственно, для отрицательной и положительной полярности электрода-острия. При больших межэлектродных расстояниях (длинная искра) зависимость пробивного напряжения от полярности электрода-острия (эффект полярности) сохраняется, но получается менее выраженной с возрастанием d . Так, при пробое на импульсах микросекундной длительности и при d > 40 см зависимости U np = f ( d ) выражаются эмпирическими формулами: U np = 215 + 6 . 7 d

Напряжение пробоя воздуха.

Подготовка к спирометрии и проведение обследования

Подготовка важна для точности результата и возможности использовать его для правильной постановки диагноза, выбора метода лечения. Она должна проводиться после тщательного осмотра врачом, изучения больничной карты. Чтобы минимизировать погрешности в показателях, за сутки до манипуляций необходимо исключить активную физическую нагрузку, интенсивные кардиотренировки, силовые упражнения.

За 2-3 часа до начала процедуры нельзя принимать пищу, курить, пить кофе, чаи, энергетики и другие стимулирующие напитки. В день манипуляций рекомендуют отказаться от приема антигистаминных препаратов и лекарств, расширяющих бронхи, если это невозможно — сделать поправку на результат.

В процедурный кабинет желательно прийти за 20-30 минут, чтобы успокоить дыхание, расслабиться, согреться, если на улице холодно. Одежда рекомендуется свободная, не затрудняющая дыхание — без тугих галстуков и ремней, давящих украшений, деталей, перетягивающих грудную клетку. Перед спирографией пациент 15-20 минут расслабляется в кресле и прослушивает инструктаж.

Обычно обследование проводят сидя, но при плохом самочувствии, слабости, пожилом возрасте человек может лежать. Пациент выравнивает спину, приподнимает подбородок и кладет руки на подлокотники кресла. Далее:

• на нос пациента надевают зажим, чтобы показатели снимались только с ротового дыхания, без лишнего воздуха;
• врач располагает во рту пациента одноразовый загубник-мундштук, который нужно плотно обхватить губами и чуть прижать зубами;
• к загубнику через трубку подсоединяют спирограф и включают прибор;
• пациент некоторое время глубоко дышит, затем выполняет указания врача — вдох-выдох на максимуме, через определенные промежутки и т.д.;
• если нужно манипуляции проводятся повторно, чтобы вывести точное среднее значение.

Обычно все манипуляции отнимают до получаса. После стандартной процедуры врач может провести вторую, с бронхолитиком или провоцирующей пробой, назначить пикфлуометрию — домашнюю проверку с помощью контролирующего портативного спирографа.

Похожие записи:

Как проверить фоторезистор мультиметром Какой аккумулятор для автомобиля лучше выбрать? Особенности схемы подключения электродвигателя стиральной машины Труба для прокладки кабеля в земле, какая лучше Как подключить теплый пол к электричеству Как заменить лампу ближнего света на renault logan 1 и 2 поколения