POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI

LABORATORIUM TECHNIK WYSOKICH NAPIĘĆ TEMAT: Wpływ ciśnienia i temperatury na wytrzymałość elektryczną powietrza

rok akademicki: 2012/2013 rodz. studiów: stacjonarne

wydział: Elektryczny kierunek: Elektrotechnika

semestr: 4

UWAGI:

1. Wstęp teoretyczny:

Powietrze spełnia w technice izolacyjnej ważną rolę, będąc czynnikiem izolacyjnym w liniach napowietrznych wysokiego napięcia oraz w niektórych urządzeniach elektrycznych, takich jak na przykład kondensatory pomiarowe wysokiego napięcia.

Wytrzymałość elektryczna powietrza zależy od kształtu elektrod oraz rodzaju przyłożonego napięcia. Jeżeli do umieszczonych w powietrzu elektrod doprowadzimy niewielkie napięcie stałe, to stwierdzimy przepływ niedużego prądu. Wraz ze wzrostem wartości napięcia przykładanego do elektrod zwiększać się będą prędkości jonów i wolnych elektronów gazu znajdującego się pomiędzy elektrodami. Prąd będzie początkowo wzrastał aż do chwili, kiedy po osiągnięciu tzw. prądu nasycenia wszystkie wytwarzane jony będą brały udział w przewodzeniu i prąd już się ustali. Dalsze zwiększanie napięcia powoduje szybki wzrost prądu na skutek wystąpienia jonizacji zderzeniowej cząstek gazu przez rozpędzone jony. Przy pewnej wartości napięcia, zwanego napięciem przeskoku, występuje tak gwałtowny proces jonizacji, że między elektrodami wytwarza się kanał przewodzący. Następuje wyładowanie, a elektrony i jony są neutralizowane przy dojściu do elektrod.

Rozwój wyładowania może przebiegać w różny sposób. Zależy to głównie od współczynnika niejednorodności pola, odstępu elektrod „a” i ciśnienia gazu „p”. Wpływ mają również takie czynniki jak: rodzaj gazu, zmiana napięcia w czasie, biegunowość napięcia w układzie o polu niejednorodnym, itp.

Można wyróżnić trzy podstawowe mechanizmy rozwoju wyładowań:

- mechanizm Townsenda; występujący przy małych wartościach iloczynu ap (100-1000 hPa*cm),

- mechanizm kanałowy, strimerowy; występujący przy średnich wartościach iloczynu ap (10³ – 10⁵ hPa*cm), i strimerowo – liderowy – przy dużych wartościach iloczynu ap (powyżej 10⁵ hPa*cm),

- mechanizm próżniowy; występujący przy podciśnieniu na poziomie zbliżonym do próżni.

2. Przebieg ćwiczenia

1. Wpływ nadciśnienia na wytrzymałość elektryczną powietrza:

Za ciśnienie panujące w laboratorium przyjąłem p=1000 hPa = 0,1 MPa

p_od – odczytana wartość ciśnienia

p_rz – rzeczywista wartość ciśnienia

p_rz = p_od + 0,1 [MPa]

Lp.	nad	prz	Up
	[Mpa]	[Mpa]	[kV]
1	0,19	0,29	26
2	0,18	0,28	25
3	0,17	0,27	24
4	0,16	0,26	23
5	0,15	0,25	22
6	0,14	0,24	22
7	0,13	0,23	21
8	0,12	0,22	20
9	0,11	0,21	20
10	0,1	0,2	19
11	0,09	0,19	18
12	0,08	0,18	17
13	0,07	0,17	16
14	0,06	0,16	15
15	0,05	0,15	14
16	0,04	0,14	13
17	0,03	0,13	12
18	0,02	0,12	11
19	0	0,1	10

b)Wpływ podciśnienia na wytrzymałość elektryczną powietrza:

p_od – odczytana wartość ciśnienia

p_rz – rzeczywista wartość ciśnienia

p_rz = 0,1 - p_od [MPa]

Lp.	pod	prz	Up
	[Mpa]	[Mpa]	[kV]
1	0,09	0,01	4
2	0,08	0,02	4,8
3	0,07	0,03	5,6
4	0,06	0,04	6
5	0,05	0,05	6,2
6	0,04	0,06	6,6
7	0,03	0,07	8
8	0,02	0,08	8,8
9	0,01	0,09	9,8
10	0	0,1	10,2

3. Wnioski

W przeprowadzonym przez nas ćwiczeniu zbadany zostal wpływ nadciśnienia jak i podćisnienia na napięcie przeskoku w układzie płaskich elektrod.

W pierwszej częsci ćwiczenia przeprowadziliśmy badanie podcisnienia. Jak można zauwazyć z zamieszczonej powyżej charakterystyki wraz ze spadkiem cisnienia napięcie przeskoku maleje. Zjawisko to spowodowane jest zmiejszeniem prawdopodobieństwa zderzenia jonizacyjnego ze względu na niewielką liczbę cząstek gazu.

W drugiej części ćwiczenia badaliśmy wpływ nadcisnienia na napięcie przeskoku. Jak można zauważyć z charakterystyki nr: 2 wraz ze wzrostem cisnienia napięcie przeskoku rosnie, powodowane jest to przez zwięszkoną gęstość gazu, która skraca swobodną drogę elektronu dlatego należy przyłożyć napięcie zwiększone. Większe napięcie potrzebne jest aby przy ograniczonej drodze swobodnej elektron zgromadził taki ładunek, który pozwoli mu przy uderzeniu w cząsteczkęrozbić ją na jony.