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



