Sprawozdanie z laboratorium Techniki Wysokich Napięć

AM Wydz. Elektryczny

Pomiar wytrzymałości udarowej powietrza

gr C1

Dowhań Mirosław

Duszyński Marek

Engler Krzysztof

Felkner Adam

Fischoeder Łukasz

Gazda Adrian

Hincke Łukasz

Iwanowski Marek

1) Cel ćwiczenia

Zapoznanie się z właściwościami izolacji gazowej przy naprężaniu napięciami

udarowymi. Doskonalenie procedur związanych z techniką obsługi generatora udarów

i pomiarami napięć udarowych.

2) Zakres badań

W czasie ćwiczenia należy określić krzywe prawdopodobieństwa przeskoku dla

wybranych odległości międzyelektrodowych podstawowych układów izolacyjnych – kula –

kula i ostrze – płyta uziemiona. Prawdopodobieństwo przeskoku należy określić metodą

serii, tzn. na podstawie przyłożenia 10 udarów dla ustalonej wartości szczytowej udaru i

zliczenia ilości przeskoków. W przypadku badania układu z polem niejednostajnym ostrze

– płyta uziemiona należy dodatkowo określić wpływ biegunowości ostrza na

charakterystyki prawdopodobieństwa przeskoku.

3) Opis stanowiska

Układ pomiarowy wykorzystujący jednostopniowy generator udarów napięciowych

podano na rys. Do wyjścia generatora należy podłączyć alternatywnie iskiernik kulowy

lub układ ostrze – płyta uziemiona. W celu zmiany biegunowości należy odwrotnie

przełączyć diodę prostowniczą D. Pomiar napięcia wejściowego odbywa się za pomocą

miernika elektrostatycznego, a napięcia na wyjściu metodą pośrednią za pomocą dzielnika

napięcia Rd1 i Rd2 , do którego poprzez rezystor dopasowujący Rd równy impedancji

falowej kabla pomiarowego dołączono woltomierz wartości szczytowej lub oscyloskop.

Temp otoczenia 22,4°C

Ciśnienie 1011 hPa

Wilgotność 35%

4) Zestawienie wyników

L.p.	Polaryzacja	Odstęp	Napięce ładowania	Napięcie zmierzone	Sprawność	Natężenie pola elektrycznego	Prawdopodobieństwo przeskoku n/10
		a	Uład	Uzm	n	E	p
	"+/-"	[cm]	[kV]	[kV]		[kV/cm]	[%]
1	+	16	130	117,5	0,9	7,34375	100
2	+	16	125	115	0,92	7,1875	90
3	+	16	120	105	0,875	6,5625	70
4	+	16	115	102,5	0,89	6,40625	20
5	+	16	110	100	0,91	6,25	40
6	+	16	105	95	0,9	5,9375	0
7	-	14	320	275,5	0,86	19,679	100
8	-	14	315	295	0,94	21,071	100
9	-	14	310	290	0,94	20,7142	100
10	-	14	305	280	0,92	20	80
11	-	14	295	275	0,93	19,642	0

5) Wnioski i spostrzeżenia

W polu jednostajnym przy małych odległościach (>1 cm) i ciśnieniu atmosferycznym przeskok opisuje mechanizm Townsenda (czas wyładowania jest długi ). Natomiast przy większych odległościach elektrod wyładowanie przebiega w oparciu o mechanizm kanałowy (czas wyładowania krótki). Wytrzymałość udarowa powietrza maleje wraz ze wzrostem odległości , spowodowane jest to dłuższą drogą swobodną elektronu.

Pole niejednostajne charakteryzuje się znacznymi zmianami natężenia pola w przestrzeni międzyelektrodowej. Typowym przykładem tego typu pola jest układ ostrze-płyta (natężenie pola w pobliżu ostrza przekracza wielokrotnie średnie natężenie pola panujące w układzie). W polu niejednostajnym przeskok jest poprzedzony fazą wyładowań niezupełnych. W układzie tym warunki rozwoju wyładowania zależą od biegunowości elektrod. Dla ostrza o biegunowości ujemnej napięcie przeskoku jest wyższe niż dla ostrza dodatniego. W przypadku ostrza ujemnego szczególnie łatwe jest wyzwalanie elektronów w celu zapoczątkowania kolejnych lawin. Lawina rozpoczynająca się od powierzchni ujemnego ostrza rozwija się w kierunku elektrody płytowej- dodatniej. Dodatni ładunek lawiny wzmacnia pole przy ostrzu , ale osłabia je w kierunku elektrody dodatniej (płyty) , co powoduje zahamowanie wyładowania. Aby wyładowanie mogło dalej się rozwijać wymagany jest wzrost napięcia.

Przy ostrzu dodatnim wytwarzanie elektronów następuje przez jonizację cząsteczek gazu. Lawina rozwija się w kierunku wzrastającego pola ku poruszającemu się śladem poprzedniej lawiny kanałowi plazmowemu. Kanał plazmowy i lawina rozwijają się równocześnie , co zapewnia ciągły wzrost kanału. Wyładowanie przy ostrzu dodatnim rozwija się w sposób ciągły i wymaga mniejszych wartości natężeń pola niż przy ostrzu ujemnym.

Inną przyczyną wpływu biegunowości pola jest ładunek przestrzenny. Elektrony szybciej opuszczają miejsce jonizacji a pozostający ładunek dodatni zniekształca pole elektryczne. Podobnie jak w poprzednim przypadku w pobliżu ostrza ujemnego następuje wzmocnienie pola , a osłabienie w dalszej odległości. W ten sposób zostaje ułatwiony ulot z powierzchni ostrza , a zahamowany dalszy rozwój wyładowania. Dla ostrza dodatniego w jego pobliżu następuje osłabienie pola , co utrudnia zapoczątkowanie wyładowań niezupełnych , ale gdy się one pojawią , są podtrzymywane i rozwijane wzdłuż całej drogi międzyelektrodowej.