Техника высокого напряжения

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Введение
Уфимский государственный авиационный технический университет
Высоковольтное оборудование – это особый вид электрических устройств и механизмов, выполняющих коммутацию, преобразование, а также распределение электроэнергии с высокой величиной напряжения, выше 1000 Вольт.

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Введение
Уфимский государственный авиационный технический университет
Все высоковольтное оборудование можно разделить на две основные группы:
Источники электроэнергии высокого напряжения. Это всевозможные генераторы электроэнергии, электростанции, работающие по разным принципам (гидро-, а также теплового преобразования).
Распределительные подстанции служащие для доставки и распределения напряжения между потребителями, а также изменения его величины. Также этой группе относятся и электрические машины, работающие на напряжении выше 1000 Вольт.

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Введение
Уфимский государственный авиационный технический университет
Высоковольтное оборудование подстанций и распределительных устройств
Перечень самых распространенных его элементов:
Трансформаторы. Служат для понижения или повышения величины переменного напряжения за счет взаимоиндукции. Они не имеют вращающихся частей, кроме, естественно, дополнительной системы их вентиляции, так как при работе возможен их перегрев;

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Введение
Уфимский государственный авиационный технический университет
Высоковольтное оборудование подстанций и распределительных устройств
Перечень самых распространенных его элементов:
2.Ячейки КРУ (комплектно распределительные устройства). Они рассчитаны на определенную величину напряжения и тока, которые нельзя превышать. Выполнены в виде шкафов, соединенных в один ряд. По назначению они бывают вводные, секционные и распределительные, которые непосредственно питают или другие подстанции потребителей или же непосредственно высоковольтные электрические машины.

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Введение
Уфимский государственный авиационный технический университет
Высоковольтное оборудование подстанций и распределительных устройств
Перечень самых распространенных его элементов:
3.Выключатели. Они устанавливаются как в ячейках КРУ, так и снаружи на открытых распределительных устройствах (ОРУ). Они могут включать и отключать напряжение даже под нагрузкой. В их цепи заведены всевозможные релейные защиты.

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Введение
Уфимский государственный авиационный технический университет
Высоковольтное оборудование подстанций и распределительных устройств
Перечень самых распространенных его элементов:
4.Разъединители. Предназначены для создания видимого, а значит и надежного разрыва при отключении определенного участка цепи.

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Введение
Уфимский государственный авиационный технический университет
Высоковольтное оборудование подстанций и распределительных устройств
Перечень самых распространенных его элементов:
5.Короткозамыкатели, а также отделители. Изготовлены и применяются для преднамеренного замыкания высоковольтной линии на землю, для защиты людей и участков цепи от повреждений при пробое опасного напряжения. Устанавливаются только в цепях с заземленной нейтралью.

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Введение
Уфимский государственный авиационный технический университет
Высоковольтное оборудование подстанций и распределительных устройств
Перечень самых распространенных его элементов:
6.Разрядники. Они являются устройствами, ограничивающими величину напряжения при атмосферных явлениях (грозы с молниями) и коммутациях.

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Введение
Уфимский государственный авиационный технический университет
Высоковольтное оборудование подстанций и распределительных устройств
Перечень самых распространенных его элементов:
7.Реакторы. Может быть дугогасящий, токоограничивающий. В цепях постоянного тока применяются сглаживающие реакторы для снижения пульсации, выпрямленного преобразователем, тока.

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Разряды в газах, жидкостях и твердых диэлектриках
Уфимский государственный авиационный технический университет
Конфигурация электрических полей
Изолируемые электроды – шины распределительных устройств, провода линий электропередач, наружные токоведущие части электрических аппаратов и т.д.
Форма электрического поля влияет на ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ и ПРОБИВНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ.

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Разряды в газах, жидкостях и твердых диэлектриках
Уфимский государственный авиационный технический университет
Конфигурация электрических полей

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Разряды в газах, жидкостях и твердых диэлектриках
Уфимский государственный авиационный технический университет
Форма электрических полей

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Разряды в газах, жидкостях и твердых диэлектриках
Уфимский государственный авиационный технический университет
Ионизационные процессы в газе
Длина свободного пробега
Концентрация частиц
Давление
Температура

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Разряды в газах, жидкостях и твердых диэлектриках
Уфимский государственный авиационный технический университет
Процессы возникновения и исчезновения заряженных частиц в газе
Считаем электроны частицами и не учитываем волновые свойства
Атом называется устойчивым, когда его электроны находятся на наименьших стационарных орбитах.
Переход одного или нескольких электронов на более удаленные орбиты называется возбуждением атома (10-10с). Возвращение в исходное состояние самопроизвольное с излучением фотона.
Свободный электрон – это электрон оторвавшийся от атома, поглотившего энергию ионизации. (положительный ион и свободный электрон)

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Разряды в газах, жидкостях и твердых диэлектриках
Уфимский государственный авиационный технический университет
Процессы возникновения и исчезновения заряженных частиц в газе
ИОНИЗАЦИЯ+РЕКОМБИНАЦИЯ=РАВНОВЕСНОЕ СОСТОЯНИЕ
Рекомбинация – процесс взаимной нейтрализации заряженных частиц

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Разряды в газах, жидкостях и твердых диэлектриках
Уфимский государственный авиационный технический университет
Процессы возникновения и исчезновения заряженных частиц в газе
Плазма – форма существования вещества при температуре 5000К, в которой большая часть атомов и молекул ионизирована и концентрация отрицательных и положительных частиц примерно одинакова.

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Разряды в газах, жидкостях и твердых диэлектриках
Уфимский государственный авиационный технический университет
Процессы возникновения и исчезновения заряженных частиц в газе
Газы в которых возможно образование отрицательных ионов называются ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНЫМИ

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Разряды в газах, жидкостях и твердых диэлектриках
Уфимский государственный авиационный технический университет
Виды ионизации
Объёмная ионизация – образование заряженных частиц в обьеме газа между электродами
Поверхностная ионизация – излучение заряженных частиц с поверхности электродов
Ударная ионизация
Ступенчатая ионизация
Фотоионизация
Термоионизация
Ионизация ионом
Ионизация квантом света
Термоионизация
Автоэлектронная ионизация

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Разряды в газах, жидкостях и твердых диэлектриках
Уфимский государственный авиационный технический университет
Ударная ионизация- соударение электрона с нейтральным атомом или молекулой

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Разряды в газах, жидкостях и твердых диэлектриках
Уфимский государственный авиационный технический университет
Ступенчатая ионизация происходит тогда, когда энергия первого воздействующего на нейтральный атом или молекулу электрона недостаточно для ионизации.

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Разряды в газах, жидкостях и твердых диэлектриках
Уфимский государственный авиационный технический университет
Фотоионизации – соударение фотона с нейтральным атомом или молекулой.

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Разряды в газах, жидкостях и твердых диэлектриках
Уфимский государственный авиационный технический университет
Термоионизация обусловлена тепловым состоянием газа и может происходить при:
1) освобождения электрона при соударениях между атомами и молекулами при высоких температурах;
2) фотоионизации нейтральных атомов и молекул, в результате теплового взаимодействия при высоких температурах;
3) ионизации при столкновении электрона с нейтральным атомом или молекулой при высоких температурах.

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Разряды в газах, жидкостях и твердых диэлектриках
Уфимский государственный авиационный технический университет
Ионизация бомбардировкой поверхности катода положительными ионами
– вторичная электронная эмиссия

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Разряды в газах, жидкостях и твердых диэлектриках
Уфимский государственный авиационный технический университет
Ионизация бомбардировкой поверхности катода фотонами
- фотоэмиссии (ультрафиолетовый свет, рентгеновское излучение)

У Г А Т У
ТВН, лекция 1
Разряды в газах, жидкостях и твердых диэлектриках
Уфимский государственный авиационный технический университет
Нагрева поверхности катода
– термоэлектронная эмиссия
Воздействие на катод внешнего электрического поля
– автоэлектронная (холодная эмиссия при E>3·102 кВ/см. )

У Г А Т У
Лавина электронов
Уфимский государственный авиационный технический университет
Интенсивность размножения электронов в лавине характеризуется коэффициентом ударной ионизации α, равным числу ионизаций, производимых электроном на пути в 1 см по направлению действия электрического поля. Другое название коэффициента ударной ионизации – первый коэффициент Таунсенда.

У Г А Т У
Условие самостоятельности разряда
Уфимский государственный авиационный технический университет
После прохождения первой лавины в промежутке лавинный процесс может возобновляться, а может и затухнуть. Для возобновления лавинного процесса нужен хотя бы один вторичный эффективный электрон. Если этот электрон получается в результате внешнего ионизатора, разряд называется несамостоятельным. Если же вторичный эффективный электрон возникает в результате прохождения первичной лавины, разряд называется самостоятельным. Разряд из несамостоятельного может перейти в самостоятельный, если увеличить приложенное к электродам напряжение.

У Г А Т У
Образование стримера
Уфимский государственный авиационный технический университет
Стример – область с наибольшей плотностью тока, которая, разогреваясь, начинает светиться
Критерием перехода лавинного разряда в стримерный является критическое число электронов в лавине.
Расчеты показывают, что при числе электронов nкр ≥ 107–109 лавина переходит в стример.

У Г А Т У
Закон Пашена
Уфимский государственный авиационный технический университет

У Г А Т У
Разряд в неоднородных полях
Уфимский государственный авиационный технический университет
Реальные изоляционные промежутки с неоднородным полем: стержень–стержень, стержень–плоскость, провод–земля и другие.
Этапы пробоя промежутка:
коронный разряд в лавинной форме;
коронного разряда в стримерной форме;
электрическая дуга.

У Г А Т У
Эффект полярности
Уфимский государственный авиационный технический университет
В слабонеравномерных полях, где минимальный и средний градиенты напряжения мало отличаются друг от друга, коронное и разрядное напряжения практически совпадают друг с другом, влияние полярности невелико. В сильнонеравномерном поле коронное напряжение намного ниже разрядного, полярность при несимметричных электродах существенно влияет на величину разрядного напряжения. В промежутке острие-плоскость формирование разряда зависит от полярности острия.

У Г А Т У
Эффект полярности
Уфимский государственный авиационный технический университет

У Г А Т У
Эффект полярности
Уфимский государственный авиационный технический университет

У Г А Т У
Барьерный эффект
Уфимский государственный авиационный технический университет

У Г А Т У
Барьерный эффект
Уфимский государственный авиационный технический университет

У Г А Т У
Влияние времени приложения напряжения на электрическую прочность газовой изоляции
Уфимский государственный авиационный технический университет
tр - время развития разряда;
t0 – время увеличения напряжения до Uн;
tс – время ожидания эффективного электрона;
tф – время формирования разряда

У Г А Т У
Влияние времени приложения напряжения на электрическую прочность газовой изоляции
Уфимский государственный авиационный технический университет
коэффициент импульса