POLITECHNIKA POZNAŃSKA Instytut Elektroenergetyki Zakład Wysokich Napięć i Materiałów Elektrotechnicznych
Laboratorium Techniki Wysokich Napięć Ćwiczenie nr 3 Temat: Wpływ ciśnienia i temperatury na wytrzymałość elektryczną powietrza.
Rok akad. 2002/2003 Wydział Elektryczny Kierunek Elektrotechnika Specjalność EPiEL	Jakacki Zbigniew Jastrzębski Grzegorz Łyszczarz Damian	Data:
				wykonanie ćwiczenia	oddanie sprawozdania
				06.05.2003	13.05.2003
				Ocena:
Uwagi:

Wpływ ciśnienia i temperatury na wytrzymałość elektryczną powietrza.

Ćwiczenie to ma za zadanie przedstawić nam, jak wpływa zarówno ciśnienie jak i temperatura na wytrzymałość elektryczną powietrza. Zmianą wartość ciśnienia i temperatury uzyskaliśmy przy pomocy, specjalnie przygotowanego do tego ćwiczenia układu. Ciśnienie regulujemy za pomocą sprężarki i pompy próżniowej. Natomiast zmianę temperatury zapewnia grzałka umieszczona wewnątrz komory w której znajdują się elektrody.

1. Przeprowadzenie ćwiczenia.

Wyznaczanie napięcia przeskoku w funkcji nadciśnienia.

Tabela pomiarowa:

p [MPa]	0,12	0,11	0,1	0,09	0,08	0,07	0,06	0,05	0,04	0,03	0,02	0,01	0
Uo [kV]	20	19	18	17	17	16	15	14	13	13	12	11	9

Na podstawie uzyskanych pomiarów otrzymaliśmy przedstawioną niżej funkcję.

Wyznaczenia napięcia przeskoku w funkcji podciśnienia

Podczas tego badania został wykonany tylko jeden pomiar. Zostało odczytane napięcie przeskoku. Wynosi ono U_o = 4,6 [kV]. Podczas podnoszenia napięcia w komorze z podciśnieniem pojawiała się fioletowa poświata wokół elektrod. Jest to zjonizowane powietrze. Przy obniżeniu podciśnienia poświata zmieniła się w cieniutką kolumnę miedzy elektrodami. Jest to przepływające elektrony między elektrodami, czyli prąd. Przy dalszym obniżaniu podciśnienia, dochodzi do przeskoku iskry.

Wyznaczenie napięcia przeskoku w funkcji temperatury przy ciśnieniu atmosferycznym.

Tabela pomiarowa:

T [^oC]	25	30	35	40	45	50	55	60
Uo [kV]	9,5	9,5	9,5	9,5	10	9	9	9,5

Na podstawie wyżej umieszczonych pomiarów otrzymaliśmy następującą funkcję:

2. Wnioski.

Ćwiczenie pozwoliła nam zaobserwować zależność napięcia przeskoku od ciśnienia i temperatury. W pierwszej części ćwiczenia badaliśmy wpływ ciśnienia na wartość napięcia przeskoku. Jak widać na wykresie wraz ze wzrostem ciśnienia wzrasta wartość napięcia. Tą zależność można wyjaśnić następująco: wraz ze wzrostem ciśnienia wzrasta gęstość gazu. Wzrost gęstości znacznie skraca drogę swobodną elektronu, co za tym idzie, trzeba przyłożyć większe napięcie, aby ów elektron przy tak ograniczonej drodze swobodnej, zgromadził taką energię kinetyczną, aby uderzając w cząsteczkę gazu rozbić, ją na jony. Z tego wniosek ze wartość napięcia przeskoku zależy bezpośrednio od gęstości gazu. Lecz zbyt duże rozrzedzenie gazu, po przekroczeniu jakiegoś minimum, powoduje wzrost napięcia przeskoku. To z kolei spowodowane jest zbyt małą ilością cząsteczek. Co z tego, że elektron osiągnie duża energię kinetyczną, jak nie może trafić w żadną cząsteczkę na swojej drodze.

W dalszej części ćwiczenia badaliśmy wpływ temperatury na napięcie przeskoku. Zmiana temperatury przy ciśnieniu atmosferycznym powoduje wzrost energii kinetycznej cząsteczek gazu. Co powoduje ze elektrony w podwyższonej temperaturze szybciej osiągają wymaganą ilość energii do rozbicia cząsteczki, co prowadzi do zmniejszenia „nakładu” energii dostarczanej z zewnątrz. W przeprowadzonym ćwiczeniu nie jest zauważalny ten spadek napięcia przeskoku. Wszystkie pomiary nie różnią się od siebie więcej niż 1 kV, przy zmianie temperatury od 25 do 60 ^oC. Na podstawie tak niewielkich zmian stwierdzić można, iż temperatura nie ma w nieznaczny sposób wpływa na wytrzymałość elektryczną powietrza.

Badane zjawiska są wykorzystywane do izolacji przewodów wysokiego napięcia, jak i transformatorów. Zbierając na ten temat informacje w Internecie spotkałem się tylko z izolacjami nadciśnieniowymi sześciofluorkiem siarki. Myślę, że izolacja nadciśnieniowa jest prostsza w konstrukcji, a ponadto z krzywych Paschena wynika, iż nadciśnienie powoduje lepszą wytrzymałość elektryczną gazu i dlatego jest bardziej powszechna.