CC BY
21
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ' Том 66, в. 1 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1948 г..
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ОСАЖДЕНИЯ ВЛАГИ И ОБРАЗОВАНИЯ ГОЛОЛЕДА НА ПРОВОДАХ ПРИ ПОМОЩИ КОРОННОГО РАЗРЯДА
А. А. ВОРОБЬЕВ и Н. Б. БОГДАНОВА
Известно, что твердые и жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии вблизи коронирующего провода, адсорбируют ионы и, зарядившись одноименными с проводом зарядами, отталкиваются от его поверхности. Скорость перемещения таких заряженных частиц к противолежащему электроду определяется величиной максимального заряда дтах (частица радиуса р с диэлектрическим коэффициентом е в поле напряженностью В) [4, 5].
Если коронирование провода происходит в атмосфере тумана, дождя, снега, то, возможно, что и капли воды, частицы тумана, кристаллики льда будут заряжаться и взаимодействовать с коронирующим проводом. В таком случае частица тумана (воды, снега) будет двигаться в направлении к противолежащему электроду и на коронирующий провод уже не попадет. Вследствие этого характер покрытия осадками коронирую-щих проводов может быть иным/ чем проводов, некоронирующих ила совсем не находящихся под напряжением: корона на проводе может препятствовать осаждению на нем ълат и образованию гололеда.
Исследование осаждения влаги на коронируюших проводах было произведено нами на установках: 1) коронирующий провод внутри коаксиального ему цилиндра (длина цилиндра 30 см, диаметр 8 ¿л, »диаметр провода 2 г о менялся от 0.1 до 4.95 мм, по концам к цилиндру примыкали кольца длиною по 4 см, выполнявшие роль охранных);
2) коронирующий провод, расположенный против параллельной ему . заземленной плоскости (длина плоскости 110 см, расстояние до провода менялось от 10 до 20 см, диаметр провода изменялся от 0Л до 2,5 мм, края плоскости бы^и сделаны закругленными);
3) два параллельных коронирующих провода (длина проводов 170 см, расстояние между ними менялось от 10 до 20 см, диаметр провода—от 0.1 до 2.5 мм, по концам провода заделывались в полусферы).
Исследование обледенения коронирующах проводов было произведено на тех же установках, но при температуре воздуха ниже 0°С, а также яри искусственном охлаждении в специальных холодильных камерах. Схе- "
Введение
Экспериментальные установки
#
натическое изображение одной из таких камер приведено на рис. 1, где 4 и с жестяные ящики, впаянные один в другой; пространство между ними заполнялось охлаждающей смесью. Внутрь камеры вставлена стеклянная, обернутая в фольгу труба / (диаметр ее 3-5 мм); коронирукиций электрод—цилиндрический стержень с шариком на конце вставлялся на «фобке в трубу (диаметр стержня—4.95 мм). Ввод а—для термометра; стабильная температура внутри камеры поддерживалась—5°С.
Опыты производились и на постоянном и на переменном токах. Критическое напряжение короны в опытах на постоянном токе определялось «з редуцированных характеристик. Напряжение измерялось с помощью шаровых разрядников, ток—гальванометром, включенным в заземляющий провод. Электрическая схема установки для опытов на постоянном токе приведена на рис. 2, где Т—трансформатор на 80 /Г—кенотрон, коро-нмрующие провода (или провод), О—гальванометр с чувствительностью
Рис* Холодильная камера. Рис. 2. Электрическая схема
установки.
1.7 рА/дел, регистрирующий ток короны. Параллельно к гальванометру приключалась система шунтов (102, 52, 32), позволявшая менять чувствительность гальванометра в широких пределах, неоновая лампа Н. Л., включавшаяся параллельно сопротивлению /?« и гальванометру в, служила для защиты гальванометра от большого тока при возможных пробоях между электродами; = Т?2 = 10й 2—охранные сопротивления, Р— шаровой разрядник. Часть опытов производилась с приключенной параллельно электродам емкостью С = 0.01
В опытах с коронированием на переменном токе источником напряжения служил тот же трансформатор Т. Измерение тока велось при помощи гальванометра б, причем использовалось выпрямляющее действие самой короны [6, 1].
Искусственный дождь создавался с помощью пульверизаторов, наполняемых дистиллированной водой и дававших максимальную силу дождя 1 мм/мин. При пульверизации создавался равномерно падающий вертикальный дождь, охватывающий коронируюшие провода. В опытах с коаксиальными цилиндрами струя пульверизуемой воды направлялась вдоль -провода*
Описание опытов и их результаты
За поверхностью корокирующих проводов велись наблюдения в зрительную трубу, при этом фиксировалось количество капель, осаждающих-с я на участке провода, расположенном в поле зрения трубы, и строилась зависимость этого количества от величины приложенного напряжения*
В опытах с обледенением лед, ^ образующийся на проводе при данном напряжении, скалывался и взвешивался; определялось изменение этог* количества в зависимости от величины приложенного напряжения. В интересных случаях делались зарисовки и фотосъемка. Параллельно всем этим наблюдениям снимались вольтамперные характеристики коронного разряда на проводах, находящихся в нормальных условиях (/<>=/(¿0 и под дождем или в условиях обледенения (/=/(£7). Вольтамперные характеристики короны в этих условиях имеют для нас самостоятельный интерес [2]. Их анализ позволит также сделать заключение, препятствует ли корона осаждению влаги на проводах. Опыты показали, что ток короны измеряемый при наличии осадков на проводах, больше тока короны измеряемого в нормальных условиях; если корона препятствует покрытию проводов осадками, то с Увеличением напряжения и над критическим напряжением коронирования иКр ток / должен стремиться к значениям тока /<>.
В результате наших исследований можно было констатировать, что по мере увеличения напряжения над критическим напряжением короны и^ влага на проводах осаждается все в меньших количествах и при некотором напряжении Цс коронирующие провода остаются сухими, находясь под дождем, и не обледеневают при низкой температуре.
Приведем результаты визуальных наблюдений за поверхностью коро-нирующего провода для случая, когда провод расположен против параллельной ему плоскости. Зрительная труба устанавливалась напротив провода, и какой-либо его участок сильно освещался. Каждая садящаяся на этом участке капля была отчетливо видна в трубу. По мере увеличения приложенного напряжения число капель в поле зрения трубы умейьша-лось. Рис. 3 показывает эту зависимость. Здесь по оси абсцисс отложено напряжение £/ в по оси ординат— число капель п в поле зрения трубы (/ = 5 см), размеры провода и расстояние его до вертикальной плоскости указаны на рисунке; напряжение было постоянным, провод находился при отрицательной полярности.
При данном напряжении и постоянной силе дождя количество капель на проводе довольно постоянно; точно так же это количество мало меняется с течением времени: первые 1—2 минуты после начала пульверизации оно увеличивается, а затем остается неизменным. Равновесие это динамическое: некоторые капли слетают, другие оседают вновь. Слетающие капли не покидают провода целиком, а, постепенно фонтанируя, высыхают. Когда одна капля слетает, то садится другая. С увеличением напряжения устанавливается новый, равновесный режим при другом, меньшем? числе капель. Наконец, при некотором напряжении капли совсем не осаждаются на проводе. На плоскости, горизонтально расположенной под параллельным ей проводом, при напряжении и > 1)нр отчетливо видна суха» дорожка, на которую капли не попадали. Эта дорожка располагалась-вдоль всей длины провода, и на ней как бы замыкалась поднимающаяся над проводом завеса из дождевых капель (внутри которой попадали лишь отдельные капли). Для того, чтобы сделать эту дорожку отчетливо видной, мы закрашивали распыляемую воду, а на плоскость подкладывалн бумагу. Получался отпечаток, фотография которого приведена на рис. 4
4о бо
Рис. 3. Зависимость количества капель, осаждающихся ва проводе, от »апряжевмя.
1а
г(диаметр провода 2гв —0.2 мм, расстояние до плоскости Н — 9.0 см, О —22 ширина дорожки 3 см. Примерно такую же картину осаждения влаги мы наблюдали и на других установках; с увеличением величины приложенного напряжения и капли все в меньшем количестве осаждались на проводах.
Наблюдением за поверхностью коронирующих проводов установлено, что увеличение напряжения выше критического соответствует уменьшению образовавшегося количества льда. На рис, 5 и 6 представлены фотографии провода (2 г0 = 0.75 мм), над которым в продолжение полу-
Рис. 4. «Дорожка* под коронирующим проводом
часа пульверизировалась вода при температуре воздуха г ~ — 8°С. Про-.вод находился внутри коаксиального ему цилиндра (пос 1едний открыт для удобства фотосъемки). На рис. 5 видно, что привод в отсутствии напряжения (Ц—О) покрылся льдом вдоль всей длины, толщина слоя льда убывает по мере удаления от пульверизатора (последний находится справа), наибольшая толщина слоя льда достигает 2—2.5 мм. Результаты повторения этого же опыта в случае, когда провод находился под постоянным напряжением (/=18 кг», видны на рис. 6. На проводе, проходящем внутри цилиндра и кольца, льда нет совсем; лед покрыл только ту часть провода, которая выступала из кольца, т. е. на которой не было короны. Критическое напряжение короны ЦКр для этого случая—14 ки, провод находился при отрицательной полярности.
Строилась зависимость количества осевшего на проводе льда С от напряжения ¿Л Для случая провода, коронирующего против параллельной ему плоскости при постоянном напряжении, результаты приведены нз рис. 7. Здесь по оси абсцисс отложена величина приложенного напряжения и, а по оси ординат—количество образовавшегося при 10-минутной экспозиции льда С? в яг. Интересно отметить то обстоятельство, что ос-
•новной спад кривой начинается при напряжении меньше критического, ■определенного из редуцированных характеристик разряда для сухого пр®-
Рис. 5. Обледенение прогода, находящегося внутри^цилиндрз, в отсутствии напряжения (11 = 0).
вода. Видимо, здесь эффект имеет место за счет ранней короны с не©д-нородностей провода. На проводе, диаметров 2гв = 1.55 мм% также рас-
Рис. 6, Обледенение ксронирующего провода (ЦТ— 18 кг>).
положенном против плоскости на расстоянии //—10 см, в отсутствии? напряжения образовалось 210 мглъда, при напряжении—икр— 30 к^ количество льда оказалось равным только 10 мгу а = 0 достигалось лишь при /7=55 кт>. ,
Изучение вольтамперных характеристик коронного разряда показало,, что ток короны I на проводах, находящихся под дождем при небольших напряжениях, всегда больше тока короны /0, измеряемого в нормальных
ПрО$Од - плос*с<тЬ
2г.*0я75т~, М • 10 см 4
тг
20 30 40 60
Нстря
Рис. 7. Зависимость количества льдг, образующегося на проводе, от величины приложенного
^ напряжения.
%
условиях. С увеличением напряжения ток / стремился к значениям тока 1Ь (с увеличением напряжения и капель оседает меньше). На установках: провод, помещенный против плоскости, и два параллельных коров*-рующих провода, при напряжении и^и€ (когда на проводе влага больше
Ос
инр
КоаксиалЬнЫе цилиндры
с
2гс м,-*
0 1 1 2 3 4 *
Рис. 8. Зависимость отношения
Цс_ ЦкР
от диа-
метра провода 2г0 для случая провода, корони-рующего внутри коаксиального ему цилиндра.
не осаждалась) в коаксиальных цилиндрах при ¿У>£Л, ток / оказы-
вался неизменно меньше /0-
Из вольтамперных характеристик и из визуальных наблюдений были определены значения того напряжения 1}С1 при котором коронирующие
провода уже не покрываются осадками. Отношение г/ оказалось раз-
а
кр
личным для всех трех рассмотренных конструкций и для каждой данной конструкции мало меняющимся с изменением диаметра проводов. На
рис. 8 приведена зависимость - т—от диаметра коронирующего провода
и
кр
для случая провода, помещенного внутри коаксиального ему цилиндра (напряжение постоянное, провод находится при отрицательной полярнос-
тн). Как видно,-——равно 1.3 и не зависит от г0. Подключение емкости,
и кр
сглаживающей пульсации напряжения, снижает эту величину до 1Л —1.2, При положительной полярности провода получено —1,7. Примерно
ис
такое же значение величины ----и даже несколько более высокое полу-
икр
чается при действии переменного напряжения. Для случая провода, помещенного против плоскости при отрицательной полярности провода
—— = 1.6, при положительной 1.8 и, наконец, для двух парал-
Чкр инр
ис
лельных проводов при действии постоянного напряжения--, оказа-
лось несколько больше 2.
Количество капель, осаждающихся на проводе при данном напряжении, зависит от силы дождя, хотя зависимость эта не резкая. Величина же ис почти не менялась с изменением силы дождя по крайней мере в тех пределах изменения этой величины, которым мы располагали (от долей до 1 мм ¡мин).
Заключение
Таким образом, корона на проводе препятствует покрытию его осадками.. Напряжение ис, при котором коронирующий провод не покрывается осадками, оказалось наименьшим в случае униполярной-короны, при отрицательной полярности коронирующего провода.
Картина поведения капель вблизи поверхности коронирующего провода нам представляется в следующем виде. Коронирующий провод окружен коронным чехлом, за пределами которого локализуется пространственный заряд того же знака, что и знак коронирующего провода. Капля воды, попав в зону такого заряда, ведет себя так же, как частица пыли в ионном токе электрофильтра: нейтральная капля зарядится; если капля предварительно имела заряд одноименный с пространственным зарядом внешней области, то величина его возрастет; если капля предварительно обладала зарядом по знаку противоположным пространственному заряду внешней области, она перезарядится [3]. Помимо того на каплю действует электрический ветер.
Все те явления, которые мы наблюдали: „завеса* из капель над коро-нирующим проводом; сухая дорожка под проводом, на которую не попадают капли; очистка воздуха от капель в коаксиальных цилиндрах; наконец, тот факт, что при ¿/ > ис провода остаются сухими под дождем и не обледеневают при низкой температуре—результат совокупного действия указанных эффектов.
2* Иэь. ТПИ, т. 66, в. 1
17
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. В. Ф. П и к—Диэлектрические явления в технике высоких напряжений, ОНТИ, 1934.
2. Н. Б. Богданов а-Известия ТПИ, 1948.
37 Н. И. Тукицкий, Н, В. Тихомиров« И. В. Петряво в—ЖТФ, т. 10,
в. 20, 1940.
4. Н. Rohma п—Z. f. Phys. 17, 253, 1923. <,
5: Pautenier et M.H anno t—Journ. d. Phys. et le Rad, 3, № 12, 590, 1932. 6. W. G, Hoo v er-El. Eng. 55, № 5, 1936.
i
f*
IS
