Способ определения радиуса кривизны поверхности коронирующего электрода

(51) 01 7/12 (2010.01) 01 21/10 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Радиус кривизны вершины электродов точно определяется при начальной стадии коронного разряда. Действительно, для вершины электрода произвольной формы можно допустить 10 20,тогда с некоторой погрешностью по формуле формула получим Таким образом, в начале определяют резонансную частоту 0 для электрода произвольной формы с соблюдением условия , а затем при этой частоте по градировочной кривой находят 0 экв ,что в конечном итоге, определяет радиус кривизны коронирующей поверхности электрода произвольной формы.(72) Бахтаев Шабден Абуович Бочкарева Галина Васильевна Мусапирова Гульзада Даулетбековна Нусупбеков Алмас Нурланович(73) Некоммерческое акционерное общество Алматинский университет энергетики и связи(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ПОВЕРХНОСТИ КОРОНИРУЮЩЕГО ЭЛЕКТРОДА(57) Изобретение относиться к измерительной технике и может быть использовано в технике высоких напряжений при определений радиуса кривизны поверхности коронирующего электрода произвольной формы. Технический результат изобретения - высокая точность определения радиуса кривизны коронирующей поверхности (острый, кромки) труднодоступных частей высоковольтной аппаратуры. Изобретение относиться к измерительной технике и может быть использовано в технике высоких напряжений при определении радиуса кривизны поверхности коронирующего электрода произвольной формы. Известен способ измерения диаметра микропроволоок, в котором применяют кольцевой электрод охватывающий микропроволоку, между которыми создают напряжение достаточной величины и измеряют силу тока коронного разряда,по величине которой судят о диаметре (А.с. СССР 148527, кл 42 в 10 42 в. 12/03, 1962). Недостатками этого способа являются высокие требования к стабильности температуры и состава газа в зоне коронного разряда. Наиболее близким по технической сущности является способ контроля диаметра микропроволоки, в котором путем подачи напряжения достаточной величины и положительной полярности на внешний кольцевой электрод создают в межэлектродном пространстве импульсный режим отрицательной короны, причем источник высоковольтного питания работает в режиме стабилизированного тока. Затем измеряя импульсным вольтметром амплитуду импульсов несущей частоты на нагрузке разрядной камеры,определяют диаметр коронирующей микропроволоки по градировочной кривой,полученной ранее на эталонных образцах микропроволоки (Патент РК 5070, кл 01 7/12,1998). Главным недостатком предложенного способа является то, что он не пригоден для определения радиуса кривизны поверхности коронирующего электрода произвольной формы (острия, иглы,острые кромки и т.д.). Кроме того, возникают дополнительные трудности также в необходимости высоковольтного питания со стабилизированным током и эталонных образцов микропроволоок. Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа определения радиуса кривизны поверхности коронирующего электрода различной формы, пригодного для измерения при испытаниях аппаратов высокого напряжения. Достигаемым техническим результатом при этом является высокая точность определения радиуса кривизны коронирующей поверхности (острые кромки) труднодоступных частей высоковольтной аппаратуры. В отличие от известных способов, включающий подачу высоковольтного постоянного напряжения между концентрично расположенными микропроволокой и внешним цилиндрическим электродом, и по силе тока разряда или по амплитуде несущей частоты импульсов определяют диаметр микропроволоки, поставленная задача в предлагаемом способе решается тем, что путем подачи между электродами дополнительного высокочастотного напряжения с амплитудой,меньшей величины высоковольтного постоянного напряжения и регулируя его частоту, создают в плазме чехла коронного разряда режим резонансного колебательного процесса, затем, при 2 равенстве значений высокочастотных проводимостей разрядного промежутка с коронным разрядом и без него, определяют радиус кривизны поверхности коронирующего электрода по градировочной кривой эквивалентных радиусов,полученной в зависимости от значений резонансных частот. Отличительными признаками предлагаемого способа являются создание резонансных колебательных процессов в плазме чехла коронного разряда путем регулирования частоты высокочастотного напряжения и определения значения резонансной частоты, зависящей от радиуса кривизны коронирующей поверхности,причем измерение резонансной частоты производится при соблюдении равенства высокочастотных проводимостей разрядного промежутка при присутствии и при отсутствии коронного разряда. Устройство, реализующее предлагаемый способ,содержит генератор высокочастотного напряжения с регулируемой частотой на выходе, нагрузочный резистор, разделительную емкость для снятия переменной составляющей тока и милливольтметр,и микроамперметр переменного напряжения для определения высокочастотной проводимости разрядного промежутка. Одним из возможных подходов к исследованию коронного разряда является изучение особенностей его характеристик при приложении к разрядному промежутку одновременно постоянного и малого по величине высокочастотного (ВЧ) переменного напряжения. Зондирование переменным напряжением высокой частоты с малой амплитудой позволяет исследовать динамические характеристики коронирующего промежутка и, в частности,определить зависимости ВЧ проводимости коронного разряда от частоты переменного напряжения. Этим методом удалось установить области частот аномальной проводимости короны, тесно связанные с основными физическими параметрами зоны коронирующего слоя (чехла короны) (Бахтаев Ш.А. Коронный разряд на микропроводах. Алма-Ата Наука. 1984, с. 88-93). Методика определения зависимости ВЧ проводимостикоронного разряда от частоты переменного напряжения была следующей сначала измеряется емкостной ток через коронно-разрядный промежуток при подаче переменной составляющей напряжения во всем диапазоне частот (от 0,2 до 1,5 МГц). Затем на коронно-разрядный промежуток подавался высокий потенциал и при определенной,заранее установленной величине постоянного тока коронного разряда производилось измерение суммарного сигнала - переменной составляющей тока в том же диапазоне частот. Соответствующая емкостная составляющая тока вычиталось из суммарной, и по этой разности строились кривые ВЧ - проводимости короны в зависимости от частоты переменного напряжения. ВЧпроводимость разрядного промежутка определялась отношением значения переменной составляющей тока короны к величине приложенного перменного напряжения. При построении частотной зависимости ВЧ проводимости короны по арифметической разности между суммарным током и током смещения(емкостной) было установлено, что значениямогут быть больше или меньше, или равно значению ВЧ проводимости разрядного промежутка при отсутствии постоянного тока короны . Для нас наибольший интерес представляет область частот, когда е, что в первую очередь связано с электронной составляющей тока в чехле коронного разряда. В этом случае как бы наступает резонанс плазмы в чехле короны, т.е. сопротивление зоны чехла короны к переменному напряжению становиться минимальным (резонанс напряжения) и значениесравниться с . Установлено, что частота 0, при которой -0, очень чувствительна к изменениям радиуса кривизны коронирующей поверхности и тока коронного разряда. Это означает, что 0 в первую очередь будет зависеть от скорости дрейфа электронов, их плотности и изменения длины свободного пробега электронов в коронирующем слое разрядного промежутка. Кроме того, 0 также будет зависеть от толщины коронирующего слоя (чехла короны), которая в свою очередь определяется радиусом кривизны коронирующей поверхности. Поэтому, в случае постоянства тока коронного разряда для определения радиуса кривизны коронирующей поверхности необходимо измерить 0 при . Между тем, решение задачи для коронирующей поверхности произвольной формы является чрезвычайно сложным и по этому разрабатываются приближенные и полуэмпирические методы определения начальных напряженностей поля для электродов различной геометрии Основы электрогазодинамики дисперсных систем/ Верещагин и др. М., Энергия, 1974, 489 с. Коронный разряд, прежде всего, начинается на вершине поверхности и при дальнейшем увеличении напряжения распространяется по остальной части поверхности. Для определения начальной напряженности коронного разряда в случае электродов произвольной формы обычно пользуются связью между изменением напряженности электростатического поля в непосредственной близости от поверхности электрода и радиусами кривизны этой поверхности где 10 и 20- главные радиусы кривизны поверхности в данной точке, т.е. минимальный и максимальный радиусы кривизны х отсчитывается от поверхности электрода в направлении нормали. В результате интегрирования и при подстановке полученного выражения для напряженности поля в условие самостоятельности разряда и последующем интегрировании получим уравнение для определения начальной напряженности Е 0. 3 Для определения начальной напряженности,соответствующей данной точке коронирующего электрода произвольной формы, может быть использовано уравнение для цилиндрических проводов, если эквивалентный радиус провода рассчитывать по формуле Наиболее простым образом он рассчитывается,когда электрод представляет собой поверхность вращения, например, если иглу аппроксимировать гиперболоидом вращения. В этом случае максимальный радиус кривизны (20) равен радиусу кривизны кривой, вращением которой электрод получен, а минимальный (10) - равен длине нормали к этой кривой от оси вращения до рассматриваемой точки. Радиус кривизны вершины электродов точно определяется при начальной стадии коронного разряда. Действительно, для вершины электрода произвольной формы можно допустить 1020,тогда с некоторой погрешностью по формуле (2)0 экв 10 . получим. Таким образом, в начале определяют резонансную частоту 0 для электрода произвольной формы с соблюдением условия еа затем при этой частоте по градировочной кривой находят 0 экв , что в конечном итоге, определяет радиус кривизны коронирующей поверхности электрода произвольной формы. Значение 0 для данной конфигурации электродов и при постоянстве характеристик коронного разряда (постоянство тока разряда и атмосферных условий) находится следующим образом сначала определяются зависимости ВЧ проводимости разрядного промежутка(емкостная) от частоты переменного напряжения при отсутствии коронного разряда. Затем строятся зависимости ВЧ - проводимости при присутствии коронного разрядаи по совпадениюнаходят значение 0, которое служит для определения по градировочной кривой, что соответствует радиусу кривизны поверхности электрода произвольной формы. Возможность достижения технического результата иллюстрируется следующим примером. Пример. При определении радиуса кривизны поверхности электрода произвольной формы,постоянное высокое и переменное высокочастотное напряжения подаются на второй электрод в виде плоского диска (Д 2 см), близко расположенного( 4 - 5 мм) к коронирующему электроду. От генератора типа ГС-100 И подается на разрядной промежуток переменное синусоидальное напряжение с регулируемой частотой от 200 Гц до 1,6 МГц. Высоковольтное напряжение подается от высоковольтного источника типа ВС-23. Параметры выходного переменного напряжения измеряются на нагрузке 1 кОм с помощью осциллографа ДЭСО-2,лампового вольтметра ВЗ-2 А и измерителя частоты Ч 3-22. Постоянный ток короны устанавливается предварительно по микроамперметру 1244 класса 0,2, который затем отключается с целью исключения влияния паразитных емкостей и наводок на точность измерения основного сигнала. Амплитуда переменного высокочастотного напряжения выбиралась в пределах от 2 до 100 В в зависимости от крутизны характеристики положительной короны и геометрических размеров разрядного промежутка. Для построения градировочной кривой (фиг. 1 ) 0 экв зависимости эквивалентного радиуса микропроволоок от 0 были использованы разрядные камеры в виде цилиндра диаметром от 2 до 36 мм, а центральным коронирующем электродом служили микропроволоки из вольфрама диаметром от 5 до 50 микрон (мкм). Экспериментальные значения 0 были определены для коронного разряда в цилиндрической системе электродов, когда 0,2 см, 010 В, 120 мкА. Следует отметить, в случае определения радиуса кривизны поверхности неподвижных частей высокочастотной аппаратуры нагрузочное сопротивление 1 кОм располагается в цепи высокого напряжения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ определения радиуса кривизны поверхности коронирующего электрода,включающий подачу высоковольтного постоянного напряжения между концентрично расположенными микропроволокой и внешним цилиндрическим электродом, и по силе тока разряда или по амплитуде несущей частоты импульсов определяют диаметр микропроволоки, отличающийся тем,путем подачи между электродами дополнительного высоковольтного напряжения с амплитудой,меньшей величины высоковольтного постоянного напряжения и регулируя его частоту, создают в плазме чехла коронного разряда режим резонансного колебания процесса с коронным разрядом и без него, определяют радиус кривизны поверхности коронирующего электрода по градировочной кривой эквивалентных радиусов,полученной в зависимости от значений резонансных частот.