1. Stosowane poziomy napięć, określanie napięć probierczych: Poziomy napięć: napięcia znamionowe U_n: (6), 10 (tylko

linie katodowe) 15, (20), (30), 110, 220, 400 kV. Napięcie znamionowe izolacji – napięcie na jakie została zbudowana izolacja. U_pr = (U_ni x n)t, U_pr – napięcie probiercze, U_ni – napięcie znamionowe, n – krotność, t – czas. 2. Układy probiercze napięć przemiennych i stałych. Moce znamionowe transformatorów probierczych: Układ probierczy napięcia przemiennego: <RYS1> Obciążalność TP 0,1 ÷ , C₁, C₂ – dzielnik napięcia, R₀ – rezystor tłumiący (ogranicza prąd zwarcia) dobiera się tak aby płynął prąd ok. 1A. Transformatory są obciążone na 2 moce: a) Moc obciążenia (cieplna) S₀=ω∙C∙U_pr² (ω – pulsacja, C – największa spodziewana pojemność obiektu badanego, U_pr – wart. skuteczna napięcia probierczego. b) Moc zwarciowa S_Z=I_Z∙U_pr=U_pr²/X_Z (X_Z – reaktancja zwarciowa obwodu całego zespołu zwarciowego) TP 60, TP 110, TP 220 – napięcia znamionowe zwarciowe transformatorów. Układy wielostopniowe:<RYS2> Zalety: można otrzymać dowolne napięcie, mały koszt, w wypadku uszkodzenia stopnia można go pominąć, łatwość montażu i transportu. Wady: występuje ulot WN – straty. Układy probiercze napięcia stałego: niesymetryczny <RYS2 po lewej> Są otrzebne do badania układów o dużych pojemnościach i indukcyjnościach lub przy badaniu biegunowości. Układ kaskadowy <RYS2 po prawej> Służy do wielokrotniania napięcia stałego. Przy napięciu stałym napięcie probiercze powinno być n-razy większe niż przy przemiennym.

Układ symetryczny i podwajający:<RYS2> Układ ten jest korzystny, gdyż daje dobry rozpływ pola. Układy o

polu niesymetrycznym są mniej wytrzymałe niż przy polu symetrycznym. 3. Generator jednostopniowy udarowy napięć udarowych. <RYS 1> Jednostopniowy generator napięciowy (R_τ­ – opór ładowania, I – iskiernik) Pojemność C jest znacznie większa niż C_C. Indeks C oznacza czoło fali. R_δ > R_C. Stała czasowa R_C C_C tworzy czoło fali. Kondensator C rozładowuje się przez duży R_δ. Tworzy się iskra, która trwa i rozładowanie zachodzi przez R_δ i R­_C. <RYS2 po prawej> T₁ – czas trwania czoła fali, przyjęto że wynosi 1,2 μs T₂ – czas do półszczytu 50 μs, jest to udar normalny T­₁=250μs, T₂=2500μs – parametry udaru łączeniowego

4. Generator udarowy wielostopniowy: <RYS1> Kondensatory łączy się

równolegle w momencie ładowania. Następnie należy je połączyć szeregowo. Do tego

służą iskierniki kulowe. R₀ zapobiega przepływowi ładunku inną drogą, a R zapobiega

zwarciu do ziemi. R₁ tłumi drgania. Wytrzymałość udarową możemy podzielić na: a)

statyczną – dotyczy napięcia stałego i przemiennego b) udarową – przy przepięciach

atmosferycznych i łączeniowych Dla rozróżnienia obu wytrzymałości wprowadza się k_U.

k_U=U_pu50%/U_pst (U_pu50% - napięcie przeskoku udarowe następujące 50% na 100% przyłożonych) k_U > 1. 5.

Metody pomiaru napięć przemiennych: Pomiary wysokonapięciowe: Pomiar napięć przemiennych: Przy badaniu wysokich napięć przemiennych należy określić ich wartość skuteczną oraz maksymalną. Wartość skuteczna napięcia decyduje o wytrzymałości długotrwałej izolacji. Przy przeskoku czy przebiciu główną rolę odgrywa wartość max napięcia. Jeżeli napięcie jest sinusoidalne zmienne, wartość skuteczna U_sk jest związana z wartością amplitudy U_m; U_m–U_sk­√2 Wartość skuteczną napięcia można zmierzyć metodą bezpośrednią przy użyciu woltomierzy elektrostatycznych oraz metodą pośrednią stosując mierniki niskonapięciowe w połączeniu z dzielnikami napięcia i przekładnikami napięciowymi. a) Z wykorzystaniem przekładni transfer. probierczego: <RYS1> b) iskiernikiem kulowym Przy pomiarze napięcia stałego iskiernikiem kulowym wykorzystuje się zjawisko przeskoku w powietrzu. Napięcie przeskoku jest ściśle związane z doprowadzonym napięciem, przy określonej odległości kul i ich średnicy. Iskiernik kulowy stanowią dwie metalowe kule o jednakowej średnicy osadzone na trzonach. Osie kul mogą mieć usytuowanie poziome lub pionowe. Do kul może być przyłożone napięcie symetrycznie lub niesymetrycznie. Sposób doprowadzenia napięcia i położenie osi iskiernika decydują o rozkładzie pola i napięciu przeskoku. W układzie niesymetrycznym jest istotne, który z biegunów jest uziemiony (+ czy -). Zmniejszamy odległość a do przeskoku. Na iskierniku jest podziałka – odczytujemy a. Następnie z tabel odczytujemy napięcie przebicia dla warunków normalnych. Dla warunków rzeczywistych istnieją wzory. Iskiernikiem kulowym możemy mierzyć napięcie stałe, przemienne i udarowe. Mierzy on wartość max napięcia. Aby właściwie mierzyć U_WN należy spełnić warunki: a) właściwy pomiar odległości między kulami, b) kule muszą być czyste, suche i gładkie, c) a/r ≤ 1 – dla tego warunku pole jest równomierne. Obserwujemy wtedy tylko przeskok. c) Prostownikowa <RYS2> C – kondensator wzorcowy, brak w nim upływności. W układzie płynie tylko prąd pojemnościowy, układ jest przeznaczony do pomiaru napięć przemiennych. μA wyskalowany jest w kV. Tą metodą można również, poprzez zastosowanie rezystora w miejsce μA mierzyć napięcie oscyloskopem. Pomiar prądu: <RYS3> R – rezystor wysokonapięciowy. Mierząc prąd możemy określić napięcie. Rezystor musi mieć odpowiednią długość oraz brak pojemności. Woltomierz elektrostatyczny: Woltomierz jest kondensatorem powietrznym o jednej ruchomej elektrodzie. Ruchoma elektroda jest połączona ze sprężyną i wskazówką przyrządu. Pod wpływem przyłożonego napięcia U między okładzinami kondensatora powstaje siła F powodująca przesunięcie elektrody ruchomej w kierunku elektrody nieruchomej o odległość da.

Siła sprężystości sprężyny równoważy siłę przyciągania elektrod F. Siłę tą można wyrazić wzorem F= -½U²dc/da. (F = -dW/da) W = ½ CU² – energia kondensatora, C – pojemność kondensatora, U – napięcie przyłożone do elektrod. dc/da = - (ε∙ε₀∙s)/a² – przyrost pojemności Dc spowodowany przesunięciem elektrody o odległość da. (s – powierzchnia elektrody, a – odległość pierwotna między elektrodami, ε, ε₀ – przenikalność względna dielektryka. F=(U/a)²∙(ε∙ε₀∙s)/2 – siła przyciągania elektrod. U= a √(2F/ ε∙ε₀∙s). <RYS3> Tym woltomierzem nie można mierzyć napięcia udarowego, mierzymy nim wartość średnią prądu przemiennego. Dzielnik pojemnościowy: <RYS2> Dla większego napięcia mniejsza pojemność. Można mierzyć napięcia przemienne i udarowe. Dzielnik pojemnościowy – zbudowany z szeregowo połączonych kondensatorów wysoko i nisko napięciowych. U₂=UC₂/(C₁+C₂). Kondensatory wysokonapięciowe C₁ mają izolację ceramiczną lub papierowo-olejową, gdy napięcie U jest mniejsze od 300kV. Przy napięciu wyższym dielektrykiem jest gaz pod ciśnieniem. Człon niskonapięciowy jest zbudowany z kondensatorów o izolacji mikowej. Zaletą tych dzielników jest niezależność od ich przekładni od częstotliwości i kształtu mierzonego napięcia w dużym zakresie. Wadą jest wpływ pojemności kabla łączącego dzielnik z przyrządem pomiarowym na dokładność pomiarów. Dzielnik rezystancyjny: <RYS1> Mierzymy napięcia stałe, przemienne i udarowe. Dzielnik rezystancyjny – składa się z części wysokonapięciowej (R₁) oraz niskonapięciowej (R₂). Jeżeli indukcyjność i pojemność oporników jest pomijalnie mała podział wysokiego napięcia jest zgodny: U₂=U∙R₂/(R₁+R₂). Zastosowanie odpowiedniej budowy pozwala na zmniejszenie do min. pasożytniczych indukcyjności. Wadą tych dzielników jest ich duży pobór mocy. 6 Wymagania stawiane elementom wysokonapięciowym układów pomiarowych Dzielniki napięcia powinny być dostosowane do wartości mierzonego napiecia, nie powinny zniekształcać napięcia, stała przekładnie bez względu na częstotliwość i kształt napięcia. Przy pomiarze nap. Iskiernikiem kulowym kule powinny być czyste suche i gładkie, a/r<=1 ,należy zwrócić uwagę na właściwy odczyt odległości po miedzy kulami 7 Pomiar napięć udarowych, odpowiedź dzielnika budowa przekładnika pojemnościowego Napięcie udarowe można zmierzyć za pomocą dzielnika napięcia udarowego z oscylografem katodowym, dzielnika napięcia udarowego z miernikiem wartości szczytowej udaru, iskiernika kulowego, klidonografu. Stosując dzielnika napięcia udarowego należy pamiętać o wpływie kabla doprowadzającego udary do przyrządu pomiarowego na przekładnię dzielnika. Przy dzielnikach rezystancyjnych należy pamiętać o włączeniu na końcu kabla koncentrycznego opornika o rezystancji równej impedancji falowej kabla w celu uniknięcia odbicia fali. Przy dzielniku pojemnościowym rezystancję tą należy umieścić szeregowo z kablem w celu wyeliminowania odbić. Rezystancji nie należy włączać równolegle do przyrządu pomiarowego, ponieważ pogorszyłoby to własności dzielnika.

Układ prostownikowo – kondensatorowy jest zasilany z dzielnika napięciowego. Udar powoduje ładowanie kondensatora poprzez prostownik. Kondensator ma

taką pojemność, że występujące na nim maksymalne napięcie ma wartość zbliżoną do wartości szczytowej udaru. Sposób włączenia prostownika dobiera się do biegunowości udaru. Po przejściu udaru kondensator rozładowuje się przez opornik. Ładunek przepływający przez galwanometr jest proporcjonalny do wartości szczytowej napięcia udarowego. Przy pomiarze napięć udarowych iskiernikiem kulowym należy stosować naświetlenie przestrzeni międzyelektrodowej, w celu wytwarzania w przestrzeni ładunków, dla wyeliminowania opóźnienia przeskoku przy udarach. Klidonograf służy do rejestracji wartości szczytowej napięcia za pomocą kliszy. Między elektrodami, do

których przykłada się badane napięcie umieszcza się płytkę światłoczułą. Powstałe od

strony elektrody zaostrzonej wyładowanie powoduje powstanie na światłoczułej stronie

kliszy obrazu, figur Lichtenberga. Analizując kształt i wielkość tych figur określamy biegunowość i wartość napięcia udaru. Układ prostownikowo-kondensatorowy <RYS 1> Dzielnik rezystancyjny<RYS2> Dzielnik pojemnościowy <RYS3> Odpowiedź dzielnika wytłumiona <RYS4> oscylacyjna <RYS5> Odpowiedź na impuls

ukośny<RYS6> Przekładnik pojemnościowy <RYS7> 8 Pomiar współczynnika stratności dielektrycznej Pomiar przeprowadzamy w zakresie

częstotliwości 50 do 10⁶ Hz najczęściej stosuje się metodą mostkową w szczególności mostek Scheringa. Przy częstotliwościach od 106-108Hz stosuje się metody rezonansowe a przy wyższych techniki mikrofalowe <RYS 2 po lewej>

9 zasady wykreślania pola elektrycznego , rurka i komórka dielektryczna -Linie pola wchodzą i wychodzą do elektrod pod kątem prostym -linie pola i ekwipotencjalne przecinają się pod kątem prostym -czym bliżej elektrody linie przybierają kształt zbliżony do elektrody –na wypukłościach pole jest zagęszczone na wklęsłościach rozrzedzone <RYS1> 10 Układ elektrod o polu niejednorodnym i jednorodnym, symetria układów względem ziemi zależności na obliczanie natężenia pola elektrycznego Układami o jednorodnym polu są układy, w których natężenie pola elektrycznego ma stałą wartość bez względu na badany obszar między elektrodami np. układ płaski. Układ o niejednorodnym polu to np. układ ostrze-płyta. Układami symetrycznymi nazywamy układy, w których każda z elektrod ma swój potencjał w odróżnieniu od układów niesymetrycznych, w których zawsze jedna elektroda jest uziemiona i posiada potencjał równy potencjałowi ziemi. Ogólny wzór na natężenie pola elektrycznego ma postać: Em=U/a*beta beta=Em/Esr-Eo , gdzie a – odległość między elektrodami β – wsp. niejednorodności pola 11 uwarstwienia dwóch dielektryków zależności charakterystyczne dla poszczególnych ustawień występowanie szczeliny powietrznej <RYS2> 1-elektrody A gdy jest szczelina to przy założeniach: <wzory po lewej> <RYS po prawej> ε2>ε1 Uwarstwienie ukośne <wzory po prawej> 12 pole elektryczne w izolacji kabli jednożyłowych trój żyłowych, o izolacji rdzeniowej i ekranowanych. Przewody wiązkowe <RYS po lewej na dole>

13 mechanizmy wyładowania w układach o polu równomiernym i nierównomiernym Wyładowanie niesamodzielne-utrzymuje się pod wpływem zewnętrznych czynników jonizujących(promieniowania) usunięcie przyczyny zewnętrznej powoduje zanik jonizacji

Wyładowanie samodzielne –utrzymuje się mimo braku zewnętrznych czynników jonizujących tylko pod wpływem odpowiednio dużej wartości napięcia przyłożonego do układu Wyładowanie niezupełne wyładowanie które nie zwiera elektrod Wyładowanie zupełne dochodzi do zwarcia elektrod przez ikrę lub łuk, jeśli zachodzi to w gazie jest to przeskok. I=I_nase^αa/[1-γ(e^αa-1)] U₀=f(ab)

Mechanizm Towsenda -dla iloczynu a*b=200-1000cm*mmHg- uzależnia wyładowanie od rozwoju jednej lawiny elektronowej w przestrzeni międzyelektrodowej, LAWINA-obszar zjonizowanego gazu, powstający od jednego elektronu początkowego, w wyniku jonizacji bodźcowej czoło lawiny składające się z ładunku ujemnego porusza się z prędkością 10⁷cm/s i dochodzi do anody, w pozostałej części lawiny zalega ładunek dodatni. Mechanizm kanałowy przy większych wartościach iloczynu a*b>1000 lawina elektronowa zapoczątkowana przy katodzie nie dochodzi do anody, obecność lawiny powoduje odkształcenie zewnętrznego pola elektrycznego co umożliwia powstawanie nowych lawin w miejscach gdzie natężenie pola osiągnęło wartość krytyczną. Łączenie lawin tworzy kanał strimer o dużej rezystancji, wyładowaniu w kanale towarzyszy jonizacja termiczna i wtedy kanał staje się silnie przewodzący kanał taki nazywamy liderem. Mechanizm próżniowy – występuje przy podciśnieniu na poziomie próżni, odległość między cząsteczkami gazu otaczającego jest większa niż odstęp po miedzy elektrodami i niemożliwy jest rozwój lawiny elektronowej. Warunkiem wyładowania jest występowanie w przestrzeni miedzy elektrodowej zjonizowanych par metali co może zaistnieć w wyniku: emisji polowej lub termopolowej elektronów, makrocząsteczkowego bombardowania elektrod, wymiany cząsteczek między metalami <RYS1> Jonizacja: fotojonizacja, fotojonizacja samoistna, zderzeniowa, powierzchniowa, termiczna 14 rozwój wyładowania w układach o polu równomiernym i nierównomiernym Rozwój wyładowań w polu jednostajnym w układach zasilanych napięciem stałym jest taki sam, jak przy zasilaniu napięciem przem. 50 Hz. W polu niejednostajnym mechanizm wyładowania zależy m.in. od biegunowości przyłożonego napięcia. Wpływ biegunowości uwidacznia się gdy elektrody różnią się od siebie kształtem(np.ostrze-płyta). <RYS 2 po prawej> <rys 2 po lewej>

15 wytrzymałość powietrza przy napięciu przemiennym stałym i udarowym… Wytrzymałość elektryczna powietrza zależy od kształtu krzywej napięcia oraz gęstości i wilgotności względnej powietrza W zależności od rodzaju przyłożonego napięcia rozróżnia się: -wytrzymałość statyczną powietrza, która odnosi się do napięcia stałego i przemiennego o niezbyt wielkiej częstotliwości. Zależy ona od drogi przeskoku , rozkładu pola (w polu silnie niejednostajnym wpływ wywiera jego symetria lub niesymetria geometryczna). Przy napięciu stałym zależy również od biegunowości a przy napięciu przemiennym od kształtu krzywej, -wytrzymałość powietrza przy szybkich zmianach napięcia jest często wyższa od wytrzymałości statycznej. Wiąże się z czasem rozwoju wyładowania. zależność od gęstości: U_p=U_pnδ Wilgotność ma wpływ na napięcie przeskoku tylko w układach o silnie niejednorodnym polu elektrycznym. W polu jednostajnym nie ma ona większego znaczenia Wilgotność w postaci pary wodnej zwiększa wytrzymałość elektryczną, gdyż krople wody wychwytują elektrony i hamują wyładowanie <RYS1> Zależność prądu płynącego między elektrodami w powietrzu od przyłożonego do nich U <RYS2> Zależność napięcia początkowego U₀ i przeskoku U_p dla układu walców współosiowych od promienia r 16. Wpływ czynników atmosferycznych na wytrzymałość powietrza. Zależności i wyjaśnienia wpływu.

Wartość napięcia przebicia powietrza jest zależna od gęstości powietrza: U_p=U_pnδ U wytrzymałość pow. przy gęstości δ U_pn-wytrzymałość powietrza w warunkach normalnych δ-gestosc wzgledna powietrza określona wzorem δ=(b/760)*((273+20)/T) b- ciśnienie w mmHg , T-temperatura w C . Wilgotność powietrza ma istotny wpływ na napiecie przesoku w układach o silnie niejednostajnym polu elektrycznym. W polu jednostajnym wpływ wilgotności jest znikomy-często pomijalny. Napiecie przeskoku dla układu sworzeń-sworzeń i ostrze-ostrze przy uwzględnieniu wilgotności oblicza się z następujących zależności U_pw=U_pn[1+k_w(w-11)] lub U_p=U_pnδ/k_w – uwzględnieniem wilgotności i gęstości razem, k_w-wspolcz. poprawkowy , U_pw-nap. przeskoku przy wilgotności w , w-wilgotnosc bezwzgledna obliczona ze wzoru w=φ*w_n gdzie w_n-wilgotność bezwgledna w stanie nasycenia, φ-wilgotność wzgledna odczytana z higrometru. Wilgotność Wilgotność postaci pary wodnej zwieksza wytrzymałość elektryczna, gdyż krpole wody wychfytuja elektrony i hamuja wyładowanie.Napiecie przesoku w polu elektrycznym jednostajnym jest funkcją iloczynu odlegl. elektrod a i ciśnienia b – przy stalej wartości temperatury. Zależnośc U₀=f(ab) nazywa się prawem Paschena.