POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI I STEROWANIA UKŁADÓW
LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ
Sprawozdanie z ćwiczenia: BADANIE WYTRZYMAŁOŚCI POWIETRZA PRZY NAPIĘCIU PRZEMIENNYM		Studia stacjonarne 1-go stopnia, Semestr 2
				Grupa/sekcja 3 6
Wykonano: 02.04.2014	Skład sekcji: König Adrian, Krawiec Kamil, Paruzel Jakub, Szwentner Piotr, Wawrzyniak Konrad	Ocena
Oddano: 16.04.2014

1. Cel i zakres ćwiczenia

Celem ćwiczenia była obserwacja różnych form wyładowań elektrycznych oraz poznanie wpływu kształtu geometrycznego elektrod na wytrzymałość elektryczną układów izolacyjnych powietrznych.

Zakres ćwiczenia obejmował pomiary napięcia początkowego wyładowań i napięć przeskoku w różnych układach elektrod, przy napięciu przemiennym.

2. Schemat układu probierczego

Na rys. 1 przedstawiono schemat zastępczy układu probierczego, służącego do badania wytrzymałości elektrycznej układów izolacyjnych powietrznych przy napięciu przemiennym

Rys. 1. Schemat układu probierczego do badania wytrzymałości elektrycznej układów izolacyjnych powietrznych przy napięciu przemiennym, gdzie TP - transformator probierczy, E1 zestaw elektrod w kształcie kuli umieszczonych w iskierniku, E2 zestaw elektrod w kształcie ostrza umieszczonych w iskierniku, Z - układ regulujący napięcie zasilające po stronie dolnej transformatora, R - rezystor ochronny, V - woltomierz, U_z - napięcie sieciowe (220 V).

3. Warunki otoczenia

Parametry opisujące własności fizyczne otoczenia (powietrza) podczas wykonywania ćwiczenia podano w tabeli 1

Tabela 1

Parametry opisujące własności fizyczne powietrza

Temperatura ϑ	Ciśnienie p	Wilgotność względna w	Gęstość względna
°C	hPa	%
19	1001	64	0,9907

4. Wyniki pomiarów i obliczeń

W ćwiczeniu ”badanie wytrzymałości powietrza przy napięciu przemiennym" mierzono napięcie początkowe wyładowań i napięcie przeskoku w różnych układach elektrod, przy napięciu przemiennym. W tabeli 2 zestawiono wyniki pomiarów uzyskanych w ramach tego ćwiczenia. Dodatkowo w tabeli tej zestawiono wyniki obliczeń wytrzymałości elektrycznej powietrza. Sposób wyznaczania ww. wielkości oraz przykładowe obliczenia podano w punkcie 5.

Tabela 2

Wyniki pomiarów i wymaganych obliczeń

Lp.	Kształt elektrod	a	U0	U0śr	U0GN	E0	Up	Upśr	UpGN	Ep
-	Kula	mm	V		kV	kV/mm	V		kV	kV/mm
1			4	-	-	-	-	35,3	32,2	8,8	2,2
2																29,0
1								8								54,5	56,1	15,3	1,9
2																57,6
1								12								80,1	76,9	21,0	1,75
2																73,6
1								16								114,0	113,7	31,0	1,9
2																113,4
1								20								144,8	144,7	40,0	2
2																144,5
1		Ostrze						1								33,0	31,9	8,7	8,7
2																30,8
1								2								42,6	43,2	11,8	5,9
2																43,7
1				3				54,6				55,8	15,2	5,1	81,1	82,6	22,5	7,5
2								57,0							84,1
1				4				75,8				72,75	19,8	5,0	95,9	96,2	26,2	6,6
2								69,5							96,4
1				5				81,5				80,5	22,0	4,4	103,7	106,4	29,0	5,8
2								79,4							109,0

Lp. - liczba powtórzeń

a - odległość między elektrodami

U₀ - napięcie początkowe wyładowań po stronie dolnej transformatora

U_0śr - średnie napięcie początkowe wyładowań po stronie dolnej transformatora

U_0GN - Średnie napięcie początkowe wyładowań po stronie górnej transformatora

E₀ - Średnie natężenie pola elektrycznego przy początkowym wyładowaniu

U_p - Napięcie przeskoku po stronie dolnej transformatora

U_pśr - średnie Napięcie przeskoku po stronie dolnej transformatora

U_pGN - - średnie Napięcie przeskoku po stronie górnej transformatora

E_p - Średnie natężenie pola elektrycznego podczas przeskoku

5. Obliczenia

Na podstawie zmierzonych po stronie dolnego napięcia transformatora probierczego napięć U_pi, gdzie i jest wskaźnikiem kolejnego pomiaru, wyznaczono średnią wartość napięcia zasilania transformatora probierczego, przy którym na obiekcie badanym występował przeskok. Wartość ta została wyznaczona następująco z wykorzystaniem danych zawartych w wierszu 3:

V.

Korzystając z przekładni transformatora probierczego:

,

wyznaczono napięcie przeskoku (po stronie górnego napięcia):

kV.

Średnią wartość natężenia pola elektrycznego, przy którym dochodziło do przeskoku wyznaczono następująco:

.

Dla innych zestawów danych obliczenia są analogiczne. W związku z tym w tabeli 2 zamieszczono jedynie ich wyniki.

6. Wykresy

Wyniki obliczeń zamieszczone w tabeli 2 przedstawiono w formie graficznej jako wykresy, na rys.1 została przedstawiona charakterystyka napięć U_pGN i U_0GN po stronie górnej transformatora probierczego podczas przeskoku i wyładowania początkowego w funkcji odległości między elektrodami a, na rys. 2. przedstawiono wykres średniego natężenie pola elektrycznego podczas przeskoku E_p oraz wyładowań początkowych E₀ w funkcji odległości między elektrodami a.

Rys.2 Wykres zależności średniej wartości napięcia przeskoku U_pGN i wyładowań początkowych U_0GN w funkcji odległości między elektrodami a.

Rys.3 wykres średniego natężenie pola elektrycznego podczas przeskoku E_p oraz wyładowań początkowych E₀ w funkcji odległości między elektrodami a.

7. Wnioski

Na podstawie zgromadzonych wyników można dostrzec, iż napięcie przebicia między elektrodami jest ściśle związane z ich kształtem (nie mówiąc już o odległościach), fakt ten spowodowany jest przede wszystkim kierunkiem rozchodzenia się pola elektrycznego w poszczególnych elektrodach. Im regularniejszy jest kształt elektrod (np. kula) tym szybciej dochodzi do wyładowania zupełnego bez żadnych dodatkowych skutków, spowodowane to jest liczbą równolegle ułożonych względem siebie linii sił pola elektrycznego, im więcej ich jest tym szybciej nastąpi wyładowanie zupełne. Przeciwnie jest w przypadku elektrod o kształcie nieregularnym (np. ostrze), ich kształt powoduje rozproszenie linii sił pola elektrycznego co powoduje wzrost wartości napięcia przebicia. Należało by również wspomnieć o rozkładzie ładunku na powierzchni elektrod, w miejscu przez które przechodzi najwięcej równoległych linii suł pola elektrycznego gromadzi się największa ilość ładunku, co prowadzi do powstawania wyładowań niezupełnych przejawiających się w postaci efektów świetlnych oraz dźwiękowych.

Literatura

1. Gacek Z., Kiś W.: Technika wysokich napięć ćwiczenia laboratoryjne. Wydawnictwo Politechnik Śląskiej, Gliwice 1995.

2

---