POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI PRZEMYSŁOWEJ Zakład Podstaw Elektrotechniki
Ćwiczenie nr 6 Temat: Badanie układów iskiernikowych powietrznych – układ kulowy i ostrzowy.
Rok akademicki: 2012/2013 Wydział: Elektryczny Kierunek: Elektrotechnika Studia dzienne Grupa E4
Uwagi:

ćwiczenia.

Wyładowania występują w kilku formach w zależności od kształtu elektrod, odstępu między nimi oraz mocy źródła napięcia. Jeśli napięcie będzie wolno podnoszone od zera, to przy pewnej jego wartości, oznaczony jako U₀, wystąpią wyładowania wstępne, objawiające świeceniem w okolicy ostrza. Wyładowania te nazywane są świetleniem, wyładowaniami wstępnymi bądź ulotem. Dalsze podnoszenie napięcia powoduje, że od jednej z elektrod w kierunku drugiej zaczyna rozwijać się snop iskier. Iskry te w miarę wzrostu napięcia ulegają wydłużaniu, ale jeszcze nie osiągają drugiej elektrody. Wyładowania te nazywamy snopieniem.

Dalsze powiększanie napięcia spowoduje już przeskok jasnofioletowy przeskok iskry, któremu będzie towarzyszyć suchy trzask. Zjawisko to nazywa się przeskokiem, a napięcie, przy którym wystąpi przeskok oznacza się jako U_p.

Ponieważ świetlenie i snopienie nie stanowi zwarcia, to nazywamy je wyładowaniami niezupełnymi. Natomiast przeskok nazywamy wyładowaniem zupełnym.

Podczas przeprowadzania przez nas ćwiczenia iskierników laboratorium panowały następujące warunki atmosferyczne:

temperatura: t=19,5 ^oC (T=292,65K)

ciśnienie: p=1005hPa

gęstość względną powietrza:

$$\delta = \frac{297}{1013} \times \frac{p}{T} = \frac{297 \times 1005}{1013 \times 292,65} = 0,99$$

Do obliczeń użyte zostały następujące wzory:

wyładowania początkowe w warunkach normalnych:

obliczeniowa wartość skuteczna napięcia przeskoku :

napięcie przeskoku w warunkach normalnych:

(dla 0,99 ;k)

natężenie pola magnetycznego:

- współczynnik niejednorodności pola– odczytany z wykresu zawartego w skrypcie.

1.Układ ostrzowy:

1.1. Tabela pomiarowa:

Lp.	a	U01	U02	U03	U0śr	U0	U0n	Up1	Up2	Up3	Upśr	Up	Upn	Up'
	[cm]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]
1	0,5	13	13	14	13,33	9,4	9,49	1	13	14	9,33	6,58	6,65	15,58
2	1	16	16	15,5	15,67	11,045	11,16	16	15,5	15,5	15,67	11,05	11,16	17,16
3	1,5	18	18	18,5	18,17	12,8075	12,94	18	18	18,5	18,17	12,81	12,94	18,74
4	2	25	26	25,5	25,33	17,86	18,04	34	29	34	32,33	22,8	23,03	20,32
5	2,5	28	28	27,5	27,83	19,6225	19,82	43	44	43	43,33	30,55	30,86	21,9
6	3	30	45	45	40,00	28,2	28,48	51	49	51	50,33	35,49	35,84	23,48
7	3,5	49	50	50	49,67	35,015	35,37	58	59	58	58,33	41,13	41,54	25,06
8	4	55	55	54	54,67	38,54	38,93	65	66	64	65,00	45,83	46,29	26,64
9	4,5	63	62	63	62,6667	44,18	44,63	69	68	68	68,33	48,18	48,66	28,22
10	5	65	64	65	64,6667	45,59	46,05	71	72	72	71,67	50,53	51,04	29,8
11	5,5	67	68	68	67,6667	47,705	48,19	74	74	73	73,67	51,94	52,46	31,38
12	6	69	69	69	69	48,645	49,14	74	74	74	74,00	52,17	52,70	32,96
13	6,5	71	72	71	71,3333	50,29	50,80	78	77	78	77,67	54,76	55,31	34,54
14	7	76	75	77	76	53,58	54,12	83	81	81	81,67	57,58	58,16	36,12
15	7,5	78	78	79	78,3333	55,225	55,78	83	84	83	83,33	58,75	59,34	37,7
16	8,5	81	82	82	81,6667	57,575	58,16	88	89	89	88,67	62,51	63,14	40,86
17	9,5	84	84	84	84	59,22	59,82	95	95	94	94,67	66,74	67,41	44,02
18	10,5	90	91	90	90,3333	63,685	64,33	100	99	99	99,33	70,03	70,74	47,18
19	11,5	94	95	95	94,6667	66,74	67,41	106	110	110	108,67	76,61	77,38	50,34
20	12,5	97	97	98	97,3333	68,62	69,31	116	116	116	116,00	81,78	82,61	53,5
21	13,5	100	101	100	100,333	70,735	71,45	124	123	124	123,67	87,19	88,07	56,66
22	14,5	104	105	103	104	73,32	74,06	130	130	129	129,67	91,42	92,34	59,82
23	15,5	108	107	107	107,333	75,67	76,43	138	136	136	136,67	96,35	97,32	62,98
24	16,5	108	108	109	108,333	76,375	77,15	142	140	141	141,00	99,41	100,41	66,14

Wzory i obliczenia:

Obliczenia zostały dokonane dla pierwszego pomiaru.

Średnia wartość napięcia ulotu:

$$U_{0(sr)} = \frac{U_{01} + U_{02} + U_{03}}{3} = \frac{13 + 13 + 14}{3} = 13,33\ \lbrack kV\rbrack$$

Napięcie snopienia w warunkach normalnych:

$$U_{0n} = \frac{U_{0\left( sr \right)}}{\delta} = \frac{9,4}{0,99} = 9,49\ \left\lbrack \text{kV} \right\rbrack$$

Średnia wartość napięcia przeskoku:

$$U_{p(sr)} = \frac{U_{p1} + U_{p2} + U_{p3}}{3} = \frac{13 + 13 + 14}{3} = 13,33\ \lbrack kV\rbrack$$

Napięcie przeskoku w warunkach normalnych:

$$U_{\text{pn}} = \frac{U_{p}}{\delta} = \frac{9,4}{0,99} = 9,49\ \left\lbrack \text{kV} \right\rbrack$$

Obliczeniowa wartość skuteczna napięcia przeskoku:

U_p^′ = 14 + 3, 16 * a = 14 + 3, 16 * 0, 5 = 15, 58 [kV]

1.2. Wykresy zależności U_0n= f(a) i U_pn= f(a):

2.Układ kulowy:

2.1. Tabela pomiarowa:

Lp.	d	a	a/r	βn	U01	U02	U03	U0śr	U0	U0n	Up1	Up2	Up3	Up śr	Up	Upn	E0n
	[cm]	[cm]	[-]	[-]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV/cm]
1	6,25	0,5	0,16	1	24	24	23	23,67	16,69	16,85	24	24	23	23,67	16,69	16,85	33,71
2	6,25	1	0,32	1,15	49	49	49	49,00	34,55	34,89	49	49	49	49,00	34,55	34,89	40,13
3	6,25	1,5	0,48	1,2	72	71	71	71,33	50,29	50,80	72	72	71	71,67	50,53	51,04	40,64
4	6,25	2	0,64	1,3	85	85	86	85,33	60,16	60,77	89	88	89	88,67	62,51	63,14	39,50
5	6,25	2,5	0,8	1,5	90	91	88	89,67	63,22	63,85	108	108	106	107,33	75,67	76,43	38,31
6	6,25	3	0,96	1,6	92	94	93	93,00	65,57	66,23	126	124	125	125,00	88,13	89,02	35,32
7	6,25	3,5	1,12	1,65	96	96	97	96,33	67,92	68,60	141	140	141	140,67	99,17	100,17	32,34

Wzory i obliczenia:

Obliczenia zostały dokonane dla pierwszego pomiaru.

Obliczenie stosunku odległości między kulami do promienia kuli:

$$\frac{a}{r} = \frac{a}{\frac{d}{2}} = \frac{0,5}{\frac{6,25}{2}} = 0,16$$

Współczynnik niejednorodności pola w układzie niesymetrycznym- β_n – wartość tego współczynnika została odczytana da poszczególnych wartości stosunku a/r z charakterystyki umieszczonej w skrypcie

Średnia wartość napięcia snopienia :

$$U_{0(sr)} = \frac{U_{01} + U_{02} + U_{03}}{3} = \frac{24 + 24 + 23}{3} = 23,67\ \lbrack kV\rbrack$$

Współczynnik korekcyjny: w naszym przypadku możemy przyjąć , że:

k = δ = 0, 99

Napięcie ulotu w warunkach normalnych:

$$U_{0n} = \frac{U_{0}}{k} = \frac{16,69}{0,99} = 16,85\ \left\lbrack \text{kV} \right\rbrack$$

Średnia wartość napięcia przeskoku:

$$U_{p(sr)} = \frac{U_{p1} + U_{p2} + U_{p3}}{3} = \frac{24 + 24 + 23}{3} = 23,67\ \lbrack kV\rbrack$$

Napięcie przeskoku w warunkach normalnych:

$$U_{\text{pn}} = \frac{U_{p}}{k} = \frac{16,69}{0,99} = 16,85\ \left\lbrack \text{kV} \right\rbrack$$

Natężenie pola elektrycznego:

$$E_{0n} = \frac{U_{0n}}{a}*\beta_{n} = \frac{16,85}{0,5}*1 = 33,71\ \left\lbrack \frac{\text{kV}}{\text{cm}} \right\rbrack\ $$

2.2. Wykresy zależności U_0n= f(a) i U_0p= f(a):

2.3. Wykresy zależności Eon= f(a):

3. Wnioski:

W pierwszym przypadku rozpatrywaliśmy iskierniki ostrzowe. Posiadają one małą powierzchnie elektrod i dlatego napięcie przeskoku jest w tym przypadku niższe niż dla iskiernika kulowego. Przy małych odległościach do około 3 cm nie występują wyładowania początkowe. Dla średnich wartości różnica między wartością napięć przeskoku a wyładowań początkowych jest minimalna. Dopiero on wartości odległości między elektrodami około 10cm różnica zaczyna być zauważalna. Było już można wyraźnie zauważyć zjawisko świetlenia i snopienia przy elektrodzie. Zależność napięcia wyładowań początkowych od odległości oraz napięcia przeskoku od odległości zostały przedstawione na wyznaczonej przez nas charakterystyce. Z obliczeń wyznaczaliśmy teoretyczne napięcie przeskoku iskry. Dla wszystkich przypadku oprócz trzech pierwszych wartość teoretyczna napięcia jest niższa niż wartość uzyskana w pomiarach. Może to świadczyć o tym iż układ nie był zbyt dokładny.

Dla iskierników kulowych, gdzie powierzchnia elektrod była dużo większa napięcia przeskoku były dużo wyższe niż dla iskiernika ostrzowego przy tych samych odległościach elektrod. Napięcie ulotu i przeskoku są praktycznie równe do odległości około 2 cm. Dla większych wartości różnica pomiędzy tymi napięciami się zwiększa. Charakterystyka napięcia przeskoku od odległości jest praktycznie liniowa, natomiast charakterystyka napięcia wyładowań początkowych od odległości jest tylko początkowo liniowa .Na podstawie charakterystyki natężenia pola elektrycznego od odległości elektrod można zauważyć jak wraz ze wzrostem odległości pole elektryczne wokół kuli maleje.