VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

5

Для исследования воздействия коронного разряда на материалы соберём лабораторную установку рис.1 состоящая из 1- блока питания на ~220B/-12В , вольтметра 2 в первичной сети, миллиамперметра 3, высоковольтного преобразователя 4, препаратоводителя с иглой 5, круглого или прямоугольного плоского электрода 6, амперметра в высоковольтной сети 7, слоя жидких кристаллов 8 на плоском электроде. От блока высокого напряжения на иглу 5 диаметром 1 мм, со сгоном на 0,05мм подаётся положительный потенциал, на плоский электрод 6, выполненный из алюминиевого сплава - минус. Плоский электрод 6 покрывают чёрной краской, сушат до полного выхода растворителя, наносят слой жидких кристаллов 8 с мезофазой 40-45°С.

Расстояние между коронирующим электродом и плоским 20 мм.

Плавно, подавая на вход четырёхполюсника постоянное напряжение по первичной цепи, фиксируем ток во вторичной цепи.

Рис. 1. Блок схема установки по исследованию вольт-амперной характеристики коронного разряда

1.Блок питания типа ИППН. 2.Вольтметр типа Э-59, 3.Мультиметр типа DT 830B. 4. Преобразователь типа «Разряд». 5. Препаратоводитель с иглой. 6.Плоский электрод. 7. Мультиметр типа DT 830B.8. Слой термотропных жидких кристаллов с мезофазой 40-45°С.

При этом коронарное пятно, положительной короны, на плоском электроде отпечатается в структуре жидких кристаллов рис.2, в виде градиентной термограммы. Из термограммы, следует, что наибольшая температура коронного разряда в центре. При этом ультрафиолет 45℃, переходит в синий 44℃, голубой 43℃ ,зелёный 42℃, жёлтый 41℃, оранжевый 40,5℃, красный 40℃. Данные градуированной шкалы жидких кристаллов холестерического типа с мезофазой 40-45℃ [1].

Рис.2. Визуализация поля воздействия коронного разряда на алюминиевый образец. 1.Алюминевый образец диаметром 52мм, высотой 20 мм. 2 –плёнка жидкого кристалла с мезофазой 40-45℃.3 – медный заострённый электрод. Время воздействия коронного разряда на образец 20с. а. Плёнка жидкого кристалла 2 перед воздействием коронного разряда. б. Плёнка жидкого кристалла 2 под воздействием коронного разряда 25кВ, ток 604мкА. Температура смещения (подогрева) образца 39°С.

При воздействии поля коронного разряда на образец 1 рис.3б покрытый жидкокристаллическим детектором, в видимом формате формируется граница электрического поля диаметром 38,4мм. Изотермы отображают градиент температур, от края пятна к центру. По цветовой окраске этот перепад составляет порядка 6°С. Температура смещения рабочей характеристики жидких кристаллов 39°С. Температура в центре образца 46°С. Это позволяет рассчитать количество теплоты, выделенное коронным разрядом по формуле

Q = C_vm(t₁- t₂), (1)

Где С_v = 920Джкг∙K ; m- масса образца 54.3г, t₁=46°C, t₂=39°C. С другой стороны напряжение приложенное к разрядному промежутку U, ток I, время действия коронного разряда на образец Т отображает количество выделенного тепла через электрические параметры

Q = k∙ U∙ I ∙T , (2)

приравняем правые части уравнений (2) и (3)

С_vm (t₁- t₂) = k∙ U∙ I∙ T, откуда

U = Cv m(t1-t2)kIT. (3)

Тогда:

- удельная теплоёмкость алюминия С_v = 920Джкг∙K ;

- масса образца m= 54,5 ∙10^-3кг;

- температура t₁=45°C;

- температура t₂ =39°C;

- ток I =604∙10^-6А;

- время Т=20с.

- расчётное напряжение U= 24903 В.

Для сравнения определим разность потенциалов между коронирующими электродами по методике, предложенной в работе [2,3]

U = L JLE0k, (4)

где L –расстояние между электродами- 25 мм,

k –подвижность заряженных частиц:

-для положительной короны k = 1,8∙10^{-4м2В∙с ;}

- для отрицательной короны k = 1,6∙10^-4м2В∙с ;

- плотность тока J =IS = 4∙10^-2Ам2;

- диэлектрическая постоянная ℰ₀ = 8,854187817 ∙10^-12 фм.

- расчётное напряжение для положительной короны U= 25039В.

Отклонение значений первого и второго методов расчёта отличаются на 0,54%. Что говорит о возможности применения жидких кристаллов для исследования и расчёта параметров коронарного разряда. Учитывая то, что напряжение источника «Разряд» по техническому паспорту 25 кV. Выведенная формула (4) для определения электрических параметров с помощью жидких кристаллов позволяет так же рассчитать сопротивление в междуэлектродном пространстве. Запишем это выражение в следующем виде

R =CV m∆tkI2T, (5)

где С_v- удельная теплоёмкость алюминия, m-масса образца находящегося в коронном разряде, ∆t – разность верхней и нижней температур отображаемые жидкокристаллическим детектором, I –ток коронного разряда, T- время действия коронного разряда.

Для нашего случая имеем: R=41231744Ом или R = 41,23 Мом. U = 24862 B.

Вывод.

1. Предложен метод определения параметров коронного разряда через его тепловые свойства с помощью жидких кристаллов

Литература.

1. Стулов В.В., Одиноков В.В., Оглоблин Г.В. Физическое моделирование процессов при получении литой деформированной заготовки- Владивосток: Дальнаука,2009.-175с.

2. Боканова А.А., Боканов Р.А. Электрические характеристики униполярного коронного разряда.// Труды 5-ой межд. научно-техн. конф. «Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях». – Алматы: АИЭС, 2006. – С. 264-267.

3. Боканова А.А., Абдурахманов А.А., Матаев У.М. Компьютерное моделирование электрических характеристик униполярного коронного разряда. //Труды 5-ой межд. научно-техн. конф. «Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях». – Алматы: АИЭС, 2006. – С. 261-264.

Код для цитирования: Скопировать