1. Kirish so‘zi. Asosiy tushinchalar va holatlar. O‘ta kuchlanish turlari va ularning paydo bo‘lishi

Sinov savollari:

1. 
   Birjinslimas maydonda razryadlanish kanday faktorlarga bog‘liq?
   
2. 
   Razryadlanishga elekrodlar zaryadining ta’sirini tushintiring?
   
3. 
   Razryadlanishga to‘siqning ta’sirini izoxlang?
   
4. 
   Razryadlanish vaqti va u nimalarga bog‘liq?
   
5. 
   Impuls koeffitsienti nima?
   

Mavzu №19: Bir jinsli va birjinslimas maydonlarda dielektriklar sirtida razryadlanish
Ma’ruza rejasi:
1. Bir jinsli maydonda dielektirikning joylashishi.
2. Bir jinsli maydonlarda dielektriklar sirtida razryadanish.
3. Bir jinslimas maydonlarda dielektriklar sirtida razryadanish.

Elektrodlar orasiga dielektrik kiritilganda uning razryadlanish kuchlanishi keskin o‘zgaradi. Razryadlanish kuchlanishiga dielektrikning materiali va uning razryad rivojlanayotgan sirtining holati hamda elektrodlar orasidagi maydoning shakli ta’sir ko‘rsatadi. Elektrodlar orasidagi maydonda dielektriklar uchta xarakterli ko‘rinishda joylashishi mumkin:

1. Bir jinsli maydonda dielektrikning sirti maydon kuch chiziqlari-ning yunalishiga paralel joylashtirilgan. Bu real izolyasiya konstruksiyasida kam uchraydi. U asosan laboratoriyada dielektrik sirtidagi razryadning xossalarini o‘rganishda qo‘llaniladi.
2. Keskin birjinslimas elektr maydonda dielektrik sirtinig ko‘p nuqtalari maydon kuchlanganligining tangensial tashkil etuvchisi bo‘ylab joylashgan. Bunga misol elektr qurilmalarining tayanch izolyatorlari bo‘la-di.
3. Dielektrik keskin birjinslimas elektr maydonda joylashtirilgan uning butun sirtida maydonning normal tashkil etuvchisi uning tangensial tashkil etuvchisidan katta.
Dielektrik sirtidagi razryadlanish kuchlanishi toza havo oralig‘ining razryadlanish kuchlanishidan (2 va undan) ortiq. Dielektrik sirtining razryadlanish kuchlanishining qiymati asosan dielektrik bilan elektrodlar orasidagi havo qatlamiga bog‘liq. Havo qatlamidagi elektr maydon kuchlanganligi qattiq dielektrik sirtidagiga nisbatan ancha katta. SHu sababdan havo qatlamida razryadlanish asosiy oraliqdan oldinroq paydo bo‘ladi. Ionlashish maxsuli qattiq dielektrik sirtiga chiqib razryadlanishning ertaroq boshlanishiga olib keladi. SHuning uchun izolyasiya konstruksiyalarida elektrodlarning mustaxkam bog‘lanishiga e’tibor beriladi. Misol: CHini izolyatorlar bilan elektrodlar yaxshi mexanik mustaxkamlikni ta’minlovchi va havo ulanishlarni bartaraf etish uchun sement vositasida mustaxkam bog‘lanadi.
Raryadlanish kuchlanishining havo namligiga bog‘liqligi katta axamiyatga ega. Namlikning 100% qiymatida dilektrikning sirti butunlay hullangan-ligi sababli undagi razryalanish diyarli turg‘o‘n bo‘ladi. Dielektrik materialining gigroskopikligi tufayli unda adsorbirlangan namlikdan uning qarshiligi etarlicha katta. Ionlar harakati juda sekinligidan oldin elektrodlar yaqinidagi zaryadlar elektrodga ketib ularning oldida ishoralari elektrod ishorasiga mos bo‘lgan ionlar yig‘ilib qoladi.
Elektrodlar yaqinida ortiqcha ionlar paydo bo‘lishi natijasida elektr maydon shaklining buzilishiga olib keladi. YA’ni elektrodlar yaqinida ortiqcha ionlar maydonning bir jinsliligining buzilishiga va razryadlanish kuchlanishning kamayishiga olib keladi. Agar kuchlanishning elektrodlar sirtida taqsimlanishini qaraganimizda ularning notekisligini ko‘ramiz. Elektrodlar sirtida razryadning rivojlanishi va razryad kuchlanishi uning namligiga, ya’ni materialning gigroskopligiga bog‘liq.
Ma’lumki elektrodlar sirtidagi razryadlanish kuchlanishini oshirish uchun uning sirtini qorvurg‘asimon qilib yasash talab etiladi. CHunki bu xolda sirtiy qoplanish yuli kattalashadi. Razryadlanish kuchlanishi elektrod sirtidagi havoning bosimiga va elektrodlar orasidagi masofaga ham bog‘liq (rasm- 1a va 1b).


a) b)
kV Ur Ur
100 5 2
160 265mm 80 3
120 125mm 60 1 4
40
80 42mm
40 20
R L
0 1 2 3 4 5 at 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 sm
rasm - 1

Bir jinslimas maydonlarda eng katta elektr maydon kuchlanganligi asosan elektrodlar yaqinida bo‘ladi. Masalan tayanch izolyatorlarining biri doimo zaminlangan konstruksiyalar bilan bog‘langanligi va uning ulchamining kattaligidan uning sirtida maydon kuchlanganligi kichik bo‘lib razryad potensiali yuqori bo‘lgan elektrod tamonidan boshlanadi. Bu elektrodda razryadlanish kuchlanishini ichki ekran kiritish va uning razryadlanish yulini uzaytirish bilan oshirish mumkin. Musbat qutblanishda razryadlanish kuchlanishi ekran yuli oshishi bilan monaton o‘sib boradi. Bu xolda maydon kuchlanganligining kichik qiymatida ham razryad musbat elektrod tamonidan boshlanadi.

Elektrodlar sirtida katta qiymatdagi maydon kuchlanganligining normal tashkil etuvchisi mavjud bo‘lsa, u razryadlanish kuchlanishining pasayishiga va razryad harakterining o‘zgarishiga olib keladi. Bu xolda nisbatan past kuchlanishda ham elektrodlar chetida yalig‘lanuchi tojlanish razryadi paydo bo‘ladi. Kuchlanishning o‘sishiga proporsional ravishda yalig‘lanish ipining uzunligi ham o‘sib boradi. Kuchlanishning ma’lum qiymatida yalig‘lanish tezroq o‘zgarib elektrodlar oralig‘ining to‘la teshilishiga olib keladi. Razryadlanishning bu etapiga sirpanuvchan razryad deb yuritiladi. Sirpanuvchan razryad termik razryad bilan bevosita bog‘langan. Sanoat chastotasida sirpanuvchan razryad paydo bo‘lishi uchun etarli bo‘lgan kuchlanish quyidagi formula bilan aniqlanadi:
Usr = 1,36*10^-4 /C^0,44 kV (1)
bu erda S -solishtirma sirt sig‘imi f/sm²
Sirpanuvchan razryadning uzunligi
Lcp = KCU^{2 4} dU/dt (2)
bu erda U - qo‘yilgan kuchlanish; S - solishtirma sirt sig‘imi;
dU/dt - kuchlanishning o‘zgarish tezligi;
K - 3910¹⁵ - musbat, - 3310¹⁵ - manfiy impulslar uchun.
Agar Lcp o‘rniga S-elektrodlar oralig‘ining uzunligi qo‘yilsa (2) ifoda razryadlanish kuchlanishining qiymatini aniqlashning imkonini beradi.
SHuni takidlash lozimki sanoat chastotasidagi kuchlanishda va kuchlanish impulslarida razryadlanish kuchlanishi elektrodlar orasidagi masofaning o‘sishi bilan sekin o‘zgaradi.
Sirtda bo‘layotgan razryad rivojlanishining birinchi stadiyasida uning uzunligi kuchlanish o‘sishiga proporsional va kuchlanishning o‘zgarish tezligiga diyarli bog‘liq emas, bu xossa impuls kuchlanishining amplitudasini ulchashga muljallangan asbob - klidongrafda qo‘llaniladi.
Ma’lumki ochiq havoda o‘rnatilgan izolyatorlar har doim atmosfera (yomg‘ir, qor, tuman) ta’sirida bo‘lganligidan uning sirti doima hul va har xil minerallar bilan qoplangan bo‘ladi. Quruq izolyatorlardagi minerallar katta qarshiliqga ega va razryadlanish kuchlanishiga amaliy ta’sir ko‘r-satmaydi. Hullanganda esa bu minerallarning erishi natijasida o‘tkazuv-chanlik bir necha un marta o‘sib ketishi mumkin. Razryadlanish kuchlanishining pasayishi faqat qatlamning o‘tkazuvchanligi bilan bir jinslimasligiga bog‘liq. Kuchlanish ta’sirida oqayotgan tok izolyator sirtining qizishiga, uning qarshiligining o‘sishi va bu qarshiliqda kuchlanish tushishining o‘si-shiga olib keladi. Hususiy razryadlar paydo bo‘lishini bevosita kuzatish yoki o‘tuvchi tokning keskin o‘zgarishini ba’zi ulchov asboblari orqali qayd qilish mumkin. YOmg‘ir vaqtida nam qatlam tez tiklanishi natijasida cheksiz kup razryadlanish kuzatiladi. Kuchlanishni bir oz kattalashtirsak aloxida bo‘layotgan xususiy razryadlar o‘zaro qo‘shilib izolyator yuzasining to‘la qop-lanishiga olib keladi.
Hullangan izolyator sirtidagi razryadlanish kuchlanishiga-hul razryadlanish kuchlanishi deyiladi.
YUqorida qaralgan materiallardan ma’lumki tojlanish bir jinslimas maydonlar uchun xarakterli bo‘lgan razryad mustaqilligining bir ko‘rinishi xisoblanadi. Bu maydonlarda strimer elektrodlar orasidagi soxani qop-lamasdan ionlashish jarayoni elektrodlar yaqinida tor kanalni egalaydi unga tojlanish g‘ilofi deyiladi. O‘tkazgichlar sirtidagi razryad mustaqillikga aylanishidagi maydonning kritik kuchlanganligiga qutblanish sezilarli ta’sir ko‘rsatmaydi. Misol uchun silindr o‘qi bo‘ylab joylashtirilgan l ra-diusli silliqlangan sim uchun R>>l xolda maydon kritik kuchlanganligi quyidagi empirik formula bilan aniqlanadi:
Ek = 31(1+0,308/l (3)
Uk = EkllnR/l (4)
Bir biridan S>>l joylashgan ikkita l radiusli utkazgich uchun yoki tekislikdan h=S/2 masofada osilgan utkazgich uchun qo‘yidagi formulalar urinli:
Ek = 29,8(1+0,301/ l) (5)
Uk = EkllnS/l (6)
Bu uxshashlik tojlanish razryadini nazariy va eksperimental o‘rgan-ishda keng qo‘llaniladi. Bu esa o‘z navbatida elektr uzatish yulining texnik-ekonomik ko‘rsatkichlarini yomonlashtiruvchi energiyaning yo‘qolishiga olib keladi.
P = UI = Uf(U) (7)
Afsuski VAX-sini analitik aniqlash juda muraqab masala bo‘lib xozirgacha to‘laligicha echilmagan.
O‘zgarmas tok kuchlanishida tojlanishga bulayotgan isrof quyidagicha topiladi:
P = AU² (U-Uk) kVt/km (8)
bu erda A- elektrodlar oralig‘ining geometrik shakliga bog‘liq bo‘lgan koeffitsient.
O‘zgaruvchan kuchlanishda tojlanishga bo‘layotgan isrof amerikalik injener Pik tavsiya etgan empirik formula orqali topiladi:
P = 241/ (+25) lo/S (Uf - Uo)² 10^-5 kvt/kmfaza (9)
bu erda:  -havoning nisbiy namligi; S- o‘tkazgichlar orasidagi o‘rtacha geometrik masofa; lo - o‘tkazgichning radiusi; f - davrtezlik(chastota);
Uf - faza kuchlanishining ta’sir etuvchi qiymati;
Uo- kritik kuchlanishga yaqin bo‘lgan hisobiy kuchlanish u quyidagi ifoda bilan aniqlanadi:
Uo = 21,2lolnS/lom₁m₂
Bu ifodadagi m₁, m₂ o‘tkazgichning silliqlik va ob - havo koeffitsienti deyiladi. Koeffitsient m₁ o‘tkazgich sirtining xolatini xarakterlaydi. Real o‘tkazgichlar uchun bu koeffitsient 0,850,9. O‘tkazgich sirtidagi deffektlar bu koeffitsientning yanada kamayishiga olib keladi. Koeffitsient m₂ tojlanishga bo‘layotgan isrof yomg‘ir va tumanda yanada oshib ketishini ko‘rsatadi. Tojlanishga bo‘layotgan isrofni kamaytirishning asosiy usullaridan biri o‘tkazgichning diametrini kattalashtirish hisoblanadi. Bu koeffitsientlarning m₁m₂ = 0,8 va havoning nisbiy zichligini =1,0 olib va yuqori kuchlanishdagi XEUY uchun o‘rtacha lnS/lo=6,5 deb ochiq havo uchun kuchlanishni quyidagicha topish mumkin:
U_f = U_l/3 = 21,20,86,5lo  110lo
Agar Uf nominal kuchlanishdan 10% -ga yuqori deb oladigan bo‘lsa va o‘tkazgichning minimal diametri dmin= 2lo qabul qilsak minimal diametr uchun qo‘yidagi shartni olamiz:
dmin = 1,15*10^-2 U_n
Bu kuchlanishi 110; 220; 400 kV bo‘lgan havo elektr uzatish yo‘li uchun 1,25; 2,5; 4,6 sm -ni tashkil etadi. Kuchlanishi 400 kV va undan yuqori kuchlanishlar uchun tojlanishga isrofni kamaytirish muammo xisoblanadi. SHu sababdan yuqori kuchlanishli XEUY-larida isrofni kamaytirish uchun faza parchalashlar qo‘llaniladi. Ma’lumki fazalarning simlari o‘zaro simmetrik joylashganligidan ulardagi zaryadlar bir xil qiymatga ega bo‘lsa kuchlanish bilan zaryad orasidagi bog‘lanish ushbu ifoda bilan topiladi:
Uf = q(₁₁+₁₂)
₁₁ = 1/2lnS/lo; ₁₂  1/2lnS/D
Parchalangan simlarning o‘rtacha maydon kuchlanganligini quyidagi formula orqali topamiz: E_o‘r = U_f/nlolnS/lo
Xozirgi vaqtda tojlanishga bo‘layotgan isrofni aniqlash uchun Mayra tamonidan taklif etilgan formula qo‘llaniladi:
R= nkfl₀²Ee (Ez-Ek)(2,3*1350Ee/flo-1) 10^-5 kvt/kmfaza
bu erda: n- fazadagi simlar soni; f- davrtezlik gs; lo -simning radiusi, ; Ek- maydonning kritik kuchlanganligi, kV/sm; Ee- maydonning ekvivalent kuchlanganligi, kV/sm.
Ee = (Emaks+Eo‘r)/2
Formuladagi koeffitsientlar: yaxshi ob-havo uchun K=44; Ek=17 kV/sm, yomon ob-havo uchun K = 31,5; Ek = 11 kV/sm qabul qilinadi. Mayra formulasi bo‘yicha taxminiy hisoblashlar uchun yomon ob-havo 10%-ni tashkil etadi, yaxshi ob-havo uchun esa 90% -ni deb qabul qilinadi.
Ob - havoning bunday bulinishi shartli bo‘lib, Mayra formulasi eng kichik ham emas va eng katta ham emas isrofni bermasdan uning yillik o‘rtacha taxminiy qiymatini beradi.
Ma’lumki tojlanishga bo‘layotgan isrof tajriba yuli bilan xar xil ob-havo va xar xil o‘tkazgich turlari uchun aniqlanadi. Lekin barcha faktorlarni e’tiborga olgan xolda tajriba o‘tkazishning diyarli iloji yo‘q. Misol uchun radiusi lo =1 yagona o‘tkazgichda maydonning maksimal kuchlanganligi uchun isrof aniqlanib, xar qanday kup simli o‘tkazgich uchun olingan natijani nlo- ga kupaytirish kifoya, bu o‘z navbatida Mayra formulasidagi kupaytivchining o‘zidir.