Układy izolacyjne

  Pole elektryczne

  

Układy izolacyjne 

jednowarstwowe

  Układy izolacyjne 

uwarstwione

  

Wyładowania elektryczne

28.06.21 11:41

 

2

Pole elektryczne

Pole  elektryczne  –  zjawisko  polegające  na  oddziaływaniu  w  sposób 

mechaniczny (siła) na ładunek elektryczne

Wartość  natężenia  pola  elektrycznego  K  pochodzącego  od  ładunku 

punktowego  określa  się  jako  iloraz  siły  mechanicznej  F,  działającej  na 
ładunek q w danym punkcie pola, w którym rozpatrujemy to natężenie, i 
ładunku q na który działa ta siła:

Jeżeli zgodnie z prawem Coulomba F wynosi:

To

Potencjał pola:

-dV = Kdx

stąd











m

V

q

F

K

 

N

R

Qq

F

w

o

2

4

1





















m

V

R

Q

K

w

o

2

4

1





dx

dV

K 



28.06.21 11:41

 

3

Rozkład pola 
elektrycznego

Rozkład natężeń pola elektrycznego i powierzchni ekwipotencjalnych

Układ  dwóch  walców  równoległych  w  przekroju  prostopadłym  do  osi  walców:  1  – 

walec przewodzący naładowany względem ziemi dodatnio, o potencjale +5 
kV, 
2 – walec przewodzący naładowany względem ziemi ujemnie, o potencjale –
5 kV, 3 – linie pola elektrycznego, 4 – linie ekwipotencjalne

28.06.21 11:41

 

4

Układy izolacyjne

Układ płaski 

a) Rozkład linii sił pola i powierzchni ekwipotencjalnych

b) Rozkład natężenia pola, jednostajny

a

U

a

V

V

K







2

1

28.06.21 11:41

 

5

Układy izolacyjne

Układ płaski  praktyczny 
(z wygiętymi elektrodami
– profil Rogowskiego)

28.06.21 11:41

 

6

Układy izolacyjne

Układ walców współosiowych

a) Obraz pola elektrycznego panującego między walcami

b) Przebieg natężenia pola K

x

 = f(x) wzdłuż promienia

28.06.21 11:41

 

7

Układy izolacyjne

W  celu  wyprowadzenia  zależności  K

x

  =  f(x),  postępujemy 

następująco:
- dV = K

x

dx

oraz

 = DS = KS = const.

Gdzie:



- strumień elektryczny

D – indukcja elektryczna
S – powierzchnia prostopadła do linii indukcji lub linii pola elektrycznego

Stąd:

oraz

To

czyli

To

rl

K

r







2



xl

K

x







2



x

r

K

K

r

x



dx

x

r

K

dV

dx

x

r

K

dV

U

R

r

r

r















0

r

R

ln

x

U

K

r

R

ln

r

U

K

r

R

ln

r

K

U

x

r

r











28.06.21 11:41

 

8

Układy izolacyjne

Obraz pola w kablach trójżyłowym o różnym sposobie ekranowania:

Kabel o polu promieniowym dla 
chwili, 
w której napięcie w górnej żyle 
przechodzi przez wartość szczytową: 
1 – powłoka ołowiana, 2 – żyła, 3 – 
izolacja z papieru nasyconego olejem 
kablowym, 4 – ekran uziemiony

Kabel o izolacji rdzeniowej dla 
chwili, 
w której biegunowość i wartość 
napięcia obu dolnych żył jest taka 
sama: 
1 – uziemiona powłoka ołowiana, 
2 – żyła, 3 – izolacja z papieru 
nasyconego

28.06.21 11:41

 

9

Układy izolacyjne

Układ przewód – ziemia 
(walec – płaszczyzna):

a) Schemat układu

b) Rozkład natężenia pola

Największe natężenie pola określa zależność:
U – napięcie między przewodem a ziemią w kV
r – promień przewodu w cm
h – wysokość zawieszenia przewodu w cm











cm

kV

r

h

ln

r

U

K

r

2

28.06.21 11:41

 

10

Układy izolacyjne

Układ przewód – przewód 
(walec – walec):

a) Schemat układu

b) Rozkład natężenia pola

Największe natężenie pola określa zależność:
U – napięcie między przewodem a ziemią w kV
r – promień przewodu w cm
a – odstęp między przewodami w cm











cm

kV

r

a

ln

r

U

K

r

2

28.06.21 11:41

 

11

Układy izolacyjne

Układ trzech przewodów trójfazowej linii napowietrznej w układzie:

trójkąta

płaskim











cm

kV

r

a

ln

r

U

,

K

r

2

15

1











cm

kV

r

a

ln

r

U

,

K

r

2

19

1

28.06.21 11:41

 

12

Układy izolacyjne

Obrazy  pola  elektr.  jednego  przewodu  oraz  wiązek  przewodów 

równoległych

 - wsp. niejednostajności pola na powierzchni przewodu
a

12

 –odstęp między środkami przewodów wiązki, n – liczba przewodów w wiązce

r – promień pojedynczego przewodu w wiązce, a – odstępy między przewodami
r

w

 – promień zastępczy wiązki

a

s

 – średnia geometryczna odstępów a











cm

kV

r

a

ln

nr

U

K

w

max

r

3



12

1

2

1

a

r

n

sin

)

n

(











n

n

s

n

w

a

r

r

1

1





28.06.21 11:41

 

13

Układy izolacyjne 
uwarstwione

Uwarstwienie równoległe:

a

U

K

K

K







2

1

2

2

1

1





D

D

K





S

Q

D 

28.06.21 11:41

 

14

Układy izolacyjne 
uwarstwione

Uwarstwienie szeregowe:

U

1

 + U

2

 = U

K

1

a

1

 + K

2

a

2

 = U

i 

1

2

2

1

C

C

U

U



1

1

1

a

S

C





2

1

1

2

2

1

2

2

2

a

a

U

U

a

S

C













2

1

1

2

2

1

2

1

1

2

1

2

1

a

a

U

K

a

a

a

U

U























2

1

1

2

1

2

2

1

1

2

2

1

2

a

a

U

K

a

a

a

U

U























1

2

2

1







K

K

28.06.21 11:41

 

15

Wyładowania w gazach

Mechanizm Towsenda

Przebieg prądu płynącego przez 
powietrze w funkcji napięcia 
przykładanego do elektrod układu

Schematyczne przedstawienie jonizacji 
zderzeniowej elektronowej. Elektron 
pierwotny uczestniczy w zderzeniu 
jonizacyjnym, co powoduje powstanie 
jonu dodatniego i dodatkowego 
elektronu, itd..

28.06.21 11:41

 

16

Wyładowania w gazach

Mechanizm Towsenda

Rysunek lawiny 
elektronowej powstałej w 
wyniku mechanizmu 
Towsenda

28.06.21 11:41

 

17

Wyładowania w gazach

Mechanizm lawinowy

Początek tworzenia się 
kanału wyładowania: 
tworzenie się nowych lawin 
przed czołem lawiny 
pierwotnej w wyniku 
fotojonizacji w gazie

28.06.21 11:41

 

18

Wyładowania w gazach

Krzywa  Paschena 

ilustrująca  zależność  napięcia  początkowego  U  od 

iloczynu 

ciśnienia p i odległości a między elektrodami. 

Gęstość powietrza

Wilgotność

k

w

=f(w);       w=w

n

Napięcie przebicia:

t

p







273

293

760



w

pn

p

k

U

U



