LABORATORIUM TECHNIKI WYSOKICH NAPIĘĆ
Kierunek: Elektrotechnika	Temat ćwiczenia: Wpływ przegrody izolacyjnej na wytrzymałość dielektryczną powietrza		Nr ćwiczenia: 9
		Rok akademicki 2013/2014	Data wykonania: 22.12.2013	Ocena / podpis

Celem ćwiczenia było wyznaczenie wytrzymałości dielektrycznej powietrznego układu o polu silnie niejednorodnym bez przegrody oraz z przegrodą izolacyjną umieszczoną w różnych odległościach przestrzeni międzyelektrodowej przy tej samej odległości elektrod. Badania wytrzymałości dielektrycznej powietrznego układu można wykonać przy napięciu stałym o różnej biegunowości elektrod oraz przy napięciu przemiennym.

Warunki atmosferyczne:

• temperatura otoczenia t = 21,7°C,

• ciśnienie atmosferyczne b = 998 hPa,

• wilgotność względna powietrza φ = 30%.

Badanie wpływu przegrody izolacyjnej przy napięciu stałym

Badania przeprowadza się w układzie przedstawionym na rysunku 1.

Rys. l. Układ do pomiarów wpływu przegrody izolacyjnej przy napięciu stałym

Wyniki pomiarów dla dodatniej i ujemnej elektrody ostrzowej (elektroda płaska-uziemiona) umieszczono w tabelach l i 2, przy zastosowaniu przegrody z papieru maszynowego.

Tabela 1. Dodatnia biegunowość elektrody ostrzowej

a	a1	Um		Ums	Up	Rodzaj przegrody izolacyjnej
cm	cm	V		V	kV
3	0*	94	90	92,0	33,94	bez przegrody
3	0	82	86	84,0	30,99	papier maszynowy
3	0,5	64	69	66,5	24,53
3	1,0	78	76	77,0	28,41
3	1,5	114	120	117,0	43,16
3	2,0	150	150	150,0	55,34
3	2,5	102	80	91,0	33,57
3	3,0	98	110	104,0	38,37

Przykładowe obliczenia:

Średnia wartość napięcie na transformatorze wyznaczona z napięcia Um:

U_ms = (ΣU_m) / liczba pomiarów = (94+90) /2 = 184/2 = 92 V

Przekładnia transformatora:

ϑ = 60000V / 230V

Napięcie przeskoku:

U_p = √2·U_ms·ϑ = √2 · 92,0 · (60000/230) ≈ 33941,13 V ≈ 33,941 kV

Tabela 2. Ujemna biegunowość elektrody ostrzowej

a	a1	Um		Ums	Up	Rodzaj przegrody izolacyjnej
cm	cm	V		V	kV
3	0*	124	125	124,5	45,93	bez przegrody
3	0	70	83	76,5	28,22	papier maszynowy
3	0,5	72	86	79,0	29,15
3	1,0	113	121	117,0	43,16
3	1,5	145	150	147,5	54,42
3	2,0	152	170	161,0	59,40
3	2,5	160	170	165,0	60,87
3	3,0	132	129	130,5	48,15

Przykładowe obliczenia:

Średnia wartość napięcie na transformatorze wyznaczona z napięcia Um:

U_ms = (ΣU_m) / liczba pomiarów = (70+83) /2 = 153/2 = 76,5 V

Przekładnia transformatora:

ϑ = 60000V / 230V

Napięcie przeskoku:

U_p = √2·U_ms·ϑ = √2 · 76,5 · (60000/230) ≈ 28222,78 V ≈ 28,223 kV

Badanie wpływu przegrody izolacyjnej przy napięciu przemiennym

Badania przeprowadza się w układzie przedstawionym na rysunku 2.

Rys. 2. Układ do pomiarów wpływu przegrody izolacyjnej przy napięciu przemiennym

Wyniki pomiarów dla napięcia przemiennego umieszczono w tabeli 3 przy zastosowaniu przegrody z papieru maszynowego.

Tabela 3. Napięcie przemienne

a	a1	Um		Ums	Up	Rodzaj przegrody izolacyjnej
cm	cm	V		V	kV
3	0*	63	71	67,0	24,72	bez przegrody
3	0	73	69	71,0	26,19	papier maszynowy
3	0,5	92	92	92,0	33,94
3	1,0	95	89	92,0	33,94
3	1,5	128	130	129,0	47,59
3	2,0	140	150	145,0	53,49
3	2,5	148	155	151,5	55,89
3	3,0	95	83	89,0	32,83

Przykładowe obliczenia:

Średnia wartość napięcie na transformatorze wyznaczona z napięcia Um:

U_ms = (ΣU_m) / liczba pomiarów = (92+92) /2 = 184/2 = 92,0 V

Przekładnia transformatora:

ϑ = 60000V / 230V

Napięcie przeskoku:

U_p = √2·U_ms·ϑ = √2 · 92,0 · (60000/230) ≈ 33941,13 V ≈ 33,941 kV

Oznaczenia z tabel:

0* - układ bez przegrody izolacyjnej,

a - odległość między ostrzem a płytą,

a₁ - odległość między płytą a przegrodą izolacyjną,

U_m - napięcie mierzone na transformatorze podczas wystąpienia przeskoku,

U _ms - napięcie średnie wyliczone z napięcia Um,

U_p - napięcie przeskoku.

Rys. 3. Wykres zależności U_p = f(a) dla układów

z dodatnią i ujemną elektrodą ostrzową oraz dla napięcia przemiennego

Wnioski

W powyższym ćwiczeniu wyznaczaliśmy wytrzymałość dielektryczną powietrza układu o polu silnie niejednorodnym bez przegrody oraz z przegrodą izolacyjną. Można tutaj zauważyć, że odległość pomiędzy płytą a przegrodą izolacyjną bardzo wpływa na wytrzymałość dielektryczną powietrza. Zaobserwowaliśmy także, że przy małej odległości między płytą a przegrodą izolacyjną, największą wytrzymałością charakteryzował się układ z dodatnią biegunowością elektrody. Układ, który został zasilany napięciem przemiennym, pod względem wytrzymałości, zachowuje się w podobny sposób do układu z ujemną biegunowością elektrody.

Zwiększanie wytrzymałości dielektrycznej powietrza opiera się na zmianie rozkładu pola elektrycznego. Im bliżej dodatniej elektrody umieszczona zostanie przegroda, tym pole między przegrodą a płytą staje się zbliżone do jednorodnego. Jest to wynikiem osiadania na przegrodzie jonów dodatnich. Jeśli jednak zbyt blisko umieścimy przegrodę to zostaje ona przebita dużo szybciej co skutkuje mniejszą wytrzymałością.

W przypadku ujemnej biegunowości elektrody działanie przegrody jest inne. Przegroda umieszczona w pobliżu uziemionej płyty powoduje wzrost natężenia między elektrodą ostrzową a przegrodą, wskutek czego maleje wytrzymałość całego układu izolacyjnego. Jeśli jest ona umieszczona blisko ostrza ujemnego, to wytrzymałość układu wzrasta.

4

---