PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI
Laboratorium Inżynierii Materiałów Elektrotechnicznych   Ćwiczenie nr 1 Temat: Badanie rezystywności skrośnej i powierzchniowej wybranych dielektryków stałych.
Rok akademicki: 2004/2005     Studia dzienne   Nr grupy: 1b	Wykonawcy: 1. Krzysztof Kupczyk 2. Łukasz Król 3. Maciej Majchrzak 4. Jarosław Biedowicz 5. Paweł Królikowski 6. Dominik Kszuszcz	Data
				Wykonania ćwiczenia	Oddania sprawozdania
				Ocena:
Uwagi:

1. Zakres badań:

• sprawdzenie napięcia przebicia dielektryków przy różnych układach elektrod,

• badanie wyładowań ślizgowych dla różnych wymiarów próbek,

2. Wstęp do ćwiczeń:

W dielektryku, w którym nie ma swobodnych elektronów nie występuje przewodzenie elektronowe jak w metalach. Przewodzenie w materiałach izolacyjnych jest zawsze związane z ruchem jonów. Jest ono zależne od liczby jonów w jednostce objętości, ich ruchliwości oraz od struktury materiału. Wielkości te są z kolei zależne od warunków zewnętrznych, jak: natężenie pola elektrycznego, czynników dysocjujących, czasu oddziaływania pola elektrycznego, ilości i rodzaju zanieczyszczeń.

Pod wpływem przyłożonego z zewnątrz napięcia ładunki tworzą bardzo niewielki prąd zwany prądem upływu. Przepływ tego prądu w przypadku dielektryków stałych, odbywa się dwiema drogami: na wskroś dielektryka, tworząc prąd skrośny, płynący przez dielektryk oraz po powierzchni dielektryka, tworząc prąd powierzchniowy. Rozróżnia się dwa pojęcia: rezystywności skrośnej ρ_s i rezystywności powierzchniowej ρ_p.

Rezystywność skrośna.

Rezystywność ta maleje ze wzrostem temperatury w wyniku zwiększenia jonizacji. Rezystywność skrośna dielektryków ciekłych oraz dielektryków stałych zależy silnie od stopnia zanieczyszczenia i zawilgocenia. Zanieczyszczenia tworzą dodatkowe źródło swobodnych jonów. Wyrażana jest w Ω*m, określa właściwości przewodzące wnętrza dielektryka.

Rezystywność powierzchniowa.

Odnosi się tylko do dielektryków stałych, zależy bardzo silnie od ich budowy oraz od stopnia zanieczyszczenia i zawilgocenia ich powierzchni. Największe wartości rezystywności powierzchniowej charakteryzują dielektryki, których powierzchnie nie ulegają zwilżeniu, a najmniej dielektryki, które rozpuszczają się częściowo w wodzie. Rezystywność powierzchniowa wyrażana w Ω, określa rezystancję kwadratu powierzchni dielektryka o boku 1 cm.

Wyładowania powierzchniowe są jedną z form wyładowań niezupełnych. Zależnie od rodzaju dielektryka stałego i stanu jego powierzchni można wyróżnić następujące rodzaje wyładowań powierzchniowych: wyładowania świetlące, wyładowania ślizgowe, wyładowania zabrudzeniowe, wyładowania pełzne.

Wyładowania ślizgowe stanowią jedną z form wyładowań powierzchniowych. Wyładowania te powstają głównie przy napięciu przemiennym. Początkowo mają postać wyładowań świetlących, podtrzymywanych przez powstający ładunek przestrzenny. Występują w układach o dużej nierównomierności pola elektrycznego i w układach z szeregowo-równoległym uwarstwieniem dielektryka stałego z dielektrykiem gazowym lub stałym. Technicznymi przykładami takich układów mogą być izolatory przepustowe, wysokonapięciowe głowice kablowe.

Wytrzymałość elektryczna układów uwarstwionych ukośnie.

Podczas doświadczenia badaliśmy mi. izolator przepustowy. Jest on przykładem układu uwarstwionego ukośnie. Rozkład napięć w takim układzie izolacyjnym zależy przede wszystkim od pojemności powierzchniowej i pojemności dielektryka umieszczonego między elektrodami.

Wyładowania mogą występować w otoczeniu elektrody uziemionej , kiedy napięcie między tą elektrodą a elektrodą wysokonapięciową zmienia się szybciej niż napięcie na pojemnościach skrośnych C_o. Pojemności te są ładowane przez rezystancje powierzchniowe R_po, ze stałą czasową R_po*C_o. Na pojemnościach wzdłużnych C_po pojawiają się wtedy spadki napięcia, które mogą być wystarczające do wywołania jonizacji wokół elektrody ostrzowej, a następnie wyładowań świetlących. Wraz ze wzrostem napięcia zasilającego układ, wyładowanie świetlące przekształca się w iskrę ślizgową. Iskra ślizgowa występująca po powierzchni dielektryka stałego jest znacznie bardziej intensywna i rozgałęziona. Wysokie natężenie pola elektrycznego istniejące na końcu iskier ślizgowych sprzyja wydłużeniu się iskier, co może doprowadzić do przeskoku w układzie izolacyjnym.

Wytrzymałość elektryczna układów uwarstwionych równolegle.

Drugim badanym przez nas izolatorem był izolator wsporczy, który należy do układów uwarstwionych równolegle. W takim układzie natężenie pola elektrycznego po obu stronach powierzchni granicznych jest takie samo. Przy jednakowych natężeniach pola w obu dielektrykach przeskok nastąpi w dielektryku o niższej wytrzymałości. Przy czystej i suchej powierzchni charakter wyładowań w układzie uwarstwionym równolegle jest zbliżony do przebiegu wyładowań w powietrzu. Kiedy powierzchnia dielektryka stałego jest brudna i zawilgocona, mechanizm przeskoku w układzie typu wsporczego jest bardzo zbliżony do mechanizmu przeskoku w układzie przepustowym.

izolator przepustowy izolator wsporczy

(1-korpus z porcelany pokrytej szkliwem, 2-okucie żeliwne, 3-sworzeń mosiężny lub miedziany)

Izolatory wsporcze stosowane są w stacjach dla podtrzymania przewodów szynowych i izolatory przepustowe dla przeprowadzenia obwodów wysokiego napięcia przez ściany, stropy i inne przegrody. W rozdzielniach napowietrznych przy zastosowaniu przewodów typu AFL- stosuje się zawieszenie przewodów na izolatorach liniowych, wiszących (110kV i wyżej) lub zamocowane na izolatorach liniowych stojących (15...30KV).Izolatory wsporcze- powszechnie stosowane- składają się z następujących elementów:

• korpusu porcelanowego pokrytego szkliwem, w przypadku izolatorów napowietrznych korpus ma klosze zwiększające drogę upływu prądu po powierzchni izolatora,

• okuć wykonanych z żeliwa szarego okucie górne wyposażone jest w jeden lub kilka otworów gwintowanych, okucie dolne tworzące tzw. stopę izolatora służy do mocowania go do podłoża; okucia łączy się z korpusem porcelanowym za pomocą specjalnego kitu.

Coraz szerzej rozpowszechniają się izolatory wsporcze wnętrzowe odlewane z mieszaniny żywic epoksydowych z wypełniaczem: mączką kwarcową lub porcelanową. Izolatory wsporcze dzieli się na cztery grupy, zależnie od wytrzymałości mechanicznej. Przewody
szynowe mocuje się do izolatorów wsporczych za pomocą nasadek przymocowanych śrubami do górnego okucia izolatora.

Izolatory przepustowe są wykonywane jako:

• sworzniowe, mające sworzeń miedziany lub mosiężny do przewodzenia prądu

• szynowe- przystosowane do przeprowadzania przez nie szyn płaskich

Ze względu na wykonanie części izolacyjnej izolatorów przepustowych wyróżnia się izolatory:

• wnętrzowe- dla przejścia przez przegrody wewnątrz pomieszczeń (rys.4c,e),

• wnętrzowo- napowietrzne- dla przejścia z pomieszczenia na zewnątrz (rys.4f).

Dla napięć 110kV i wyższych stosowane są izolatory przepustowe z izolacją typu kondensatorowego, wykonaną poprzez nawinięcie na sworzeń papieru bakielizowanego. Warstwa papieru podzielona jest ekranami z folii aluminiowej, poprawiającymi rozkład pola elektrycznego, co zwiększa wytrzymałość elektryczną izolacji. Część porcelanowa takiego izolatora stanowi głównie osłonę przepustu kondensatorowego przed wpływem otoczenia. Izolatory przepustowe wysokiego napięcia stosowane w aparatach i urządzeniach elektrycznych zawierających olej np. transformatorach, mogą zawierać olej między sworzniem, a korpusem porcelanowym. Olej poprawia wytrzymałość elektryczną izolatora i chłodzi sworzeń.

 

3. Układ pomiarowy (schemat transformatora pobierczego).

4. Tabele pomiarowe:

Pomiary dla izolatora przepustowego

długość	Pomiar 1	Pomiar 2	Pomiar 3	Wartość średnia
cm	kV	kV	kV	kV
5	42	41	49	44
6	56	55	54	55
8	65	71	75	70,3
10	78	75	86	79,7
12	91	84	85	86,7
15	110	115	113	112,7
dla całego izolatora	85

Pomiary dla izolatora wsporczego

długość	Pomiar 1	Pomiar 2	Pomiar 3	Wartość średnia
cm	kV	kV	kV	kV
5	32	34	34	33,3
6	36	36	36	36
8	38	42	42	40,7
10	50	52	53	51,7
12	54	52	52	52,7
15	72	67	72	0,3
dla całego izolatora	95

5. Wykres

6. Wnioski

Stanowisko pobiercze w wykonywanym ćwiczeniu wyposażone było w transformator WPT 4,4/100. Pomiar napięcia przemiennego odbywało się za pomocą urządzenia do pomiaru wartości szczytowej typu WMU 6, które zostaje połączone z odczepami pomiarowymi transformatora pobierczego. Przyrząd wskazujący napięcie wyposażony jest w przekaźnik z opadającym kabłąkiem, co umożliwia „zapamiętanie” wartości pomiarowej występującej w chwili przebicia lub przeskoku.

---