РАЗДЕЛ 2
Исследование процессов формирования и развития высоковольтного электрического
разряда в водных электролитах при повышенном гидростатическом давлении и
температуре
2.1. Разработка экспериментального стенда и методик исследования процессов
формирования и развития разряда в жидкостях
В соответствии с поставленными задачами был разработан специальный
экспериментальный стенд, представленный на рис.2.1. Энергетическая часть
экспериментального стенда, состоящая из пульта управления ПУ, регулировочного
трансформатора 1, выпрямителя-трансформатора 2 и зарядного сопротивления Rз
служит для зарядки блока накопительных конденсаторов С1 до необходимого
рабочего напряжения. В разрядной цепи накопительных конденсаторов С1 находится
управляемый разрядник УР и исследуемый разрядный промежуток РП.
Основным методом исследования характеристик процесса формирования и развития
разряда является одновременное осциллографирование разрядного тока и напряжения
и высокоскоростное фотографирование разряда [15].
Синхронизация электрических измерений и высокоскоростной фоторегистрации
развития разряда осуществлялась следующим образом. После зарядки конденсатора
С1, конденсатора блока подсветки С2 и выходе скоростной камеры 3
фоторегистрирующей установки ВФУ-1 на рабочий режим оборотов двигателя,
запускающие импульсы автоматически подаются с пульта управления 4 на лампу
подсветки Л для скоростной фотосъемки процесса и на запуск блока поджига 5 для
управления разрядником УР в разрядной цепи. При этом, измерение импульсного
разрядного тока и напряжения производились по стандартным методикам с помощью
Рис. 2.1. Схема экспериментального стенда:
1 – регулировочный трансформатор;
2 – выпрямитель – трансформатор;
3 – скоростная камера ВФУ-1;
4 – пульт управления ВФУ-1;
5 – блок поджига;
6 – осциллограф запоминающий;
7 – световод;
RШ1, RШ2 – низкоомное и высокоомное плечо шунта;
RЗ– зарядное сопротивление;
ДН - емкостной делитель напряжения, кД=1140±74;
LК - компенсационная катушка;
С1, С2, С3 – конденсаторы, накопительный, блока подсветки, дополнительный,
соответственно;
кV – киловольтметр электростатический;
УР – управляемый разрядник;
ЗР – защитный разрядник;
РП – разрядный промежуток;
Л – лампа подсветки;
ПУ – пульт управления.
коаксиального омического шунта RШ1, емкостного делителя напряжения ДН [49,50] с
регистрацией процессов на осциллографах 6 типа С8-7, С8-17.
При исследовании стадии формирования разряда компенсационная катушка LК
отключалась, но использовался двухплечий шунт RШ1- RШ2. Низкоомное плечо шунта
RШ1 величиной 0,04±0,0012 Ом рассчитано на осциллографирование токов
предпробивной стадии разряда величиной до 2000А. Его высокоомное плечо RШ2
величиной от 0,2 до 20 Ом создает разность потенциалов для срабатывания
защитного разрядника ЗР при протекании токов величиной в десятки кА
последующей, активной стадии разряда, защищая тем самым вход осциллографа 6 от
перегрузок. При таком исполнении шунта становится возможным четкое разделение
долидерной и лидерной стадии разряда на осциллограммах тока 1 (рис 2.2). Здесь
время, отсчитываемое от момента приложения напряжения до момента нарастания
тока – долидерное время tДЛ. Долидерной стадии соответствует участок медленно
спадающего напряжения на осциллограмме напряжения 2. Рост тока на осциллограмме
1 свидетельствует о начале лидерной стадии процесса разряда. Лидерная стадия
завершается пробоем межэлектродного промежутка, который четко определяется по
осциллограмме напряжения 2 началом резкого его спада. Таким образом, tЛ – это
время от начала подъема тока на осциллограмме 1 до начала резкого спада
напряжения на осциллограмме 2. Соответствующие этому моменту времени значения
тока лидерного конечного IЛК и напряжения начального канального UНК, являются
характеристиками перехода лидерной стадии разряда в канальную стадию. Кроме
этих параметров по осциллограммам определяют ток долидерной стадии IДЛ и
начальное зарядное напряжение U0.
На основании полученных данных рассчитывались: средняя скорость лидера
vЛ = lМЭ / tЛ., (2.1)
конечное сопротивление лидерной системы
RЛК=UНК / IЛК; (2.2)
и предпробивные потери энергии
WПП = W0 – WНК =С (U02 –UНК2) / 2. (2.3).
Рис. 2.2. Типичные осциллограммы тока и напряжения предпробивной стадии
разряда:
1 – осциллограмма тока;
2 – осциллограмма напряжения.
В экспериментах по исследованию стадии формирования разряда фотосъемка
производилась в режиме покадровой съемки. При этом важным являлся вопрос об
установлении временной корреляции процессов фотосъемки и осциллографирования.
Включение в схему дополнительного конденсатора С3 и световода 7 позволяло
решить эту задачу (см. рис. 2.1). В исходном состоянии конденсатор С3 заряжался
до основного напряжения через внутреннее сопротивление разрядного промежутка
РП. В момент начала процесса разряда, что происходит при пробое УР, конденсатор
С3 разряжался на искровой канал УР, как на нагрузку. Запасенная в С3 энергия
выделялась в виде импульсного светового излучения, которое посредством
световода 7 передавалось на оптический вход скоростной камеры 3. Световая
отметка размещалась на второстепенных участках кадра (см. рис. 2.3).
Время между кадрами – 1,57 мкс. Диаметр области наблюдения 18 мм.
Рис. 2.3. Кинограмма формирования пробоя (покадровая съемка):
1 – отметка начала процесса;
2 - отметка начала канальной стадии процесса.
Световая отметка 1 соответствует моменту подачи напряжения на электрод РП,
отметка 2 – началу канальной (активной) стадии пробоя. Длительность всех стадий
процесса исчисляется от оптической отметки начала процесса 1. Временная
корреляция киногр
- Київ+380960830922