politechnika lubelska w lublinie	LABORATORIUM TECHNIKI WYSOKICH NAPIĘĆ
		Ćwiczenie numer: 10
Nazwisko:	Imię:	Semestr:	Grupa:	Rok akademicki
Temat: Badanie wyładowań ślizgowych			Data wykonania:		Ocena:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest:

- poznanie zjawiska wyładowań ślizgowych

- dokonanie pomiaru napięcia początkowego iskier ślizgowych i napięcia przeskoku

- zbadanie wpływu wyładowań ślizgowych na wytrzymałość układów izolacyjnych

- zapoznanie się ze środkami zaradczymi ograniczającymi rozwój wyładowań ślizgowych

2. Teoria

Wyładowania ślizgowe są szczególną postacią wyładowań w powietrzu lub innych

gazach, występują przy współpracy dielektryka gazowego z innym dielektrykiem stałym o

większej przenikalności dielektrycznej. Wyładowania takie powstają przy napięciach

zmiennych, gdy układ dielektryczny ukształtowany jest w sposób jak na rys.1

Rys. 1 Układ dielektryczny, w którym powstają wyładowania ślizgowe przy ε1 < ε2

Szczególną cechą tego ukształtowania jest tworzenie się jakby równoległego połączenia trzech układów dielektrycznych, w których linie natężeń pola np. linie 1. 2 lub 3, wskutek odmiennego kształtu elektrod przechodzą przez różne ośrodki o różnej wytrzymałości dielektrycznej. W stosunku do układu drugiego wytrzymałość na przebicie układu pierwszego i trzeciego jest wysoka, gdyż w pierwszym znajduje się dielektryk stały o dużej wytrzymałości, w trzecim zaś odległość elektrod w powietrzu jest duża. W drugim układzie (uwarstwionym szeregowo) naprężenia dielektryczne rozkładają się odwrotnie proporcjonalnie do przenikalności elektrycznych i natężenia pola w części linii 2, przebiegającej przez powietrze, są wysokie gdyż ε1 < ε2 , czemu sprzyja niejednorodność pola w przypadku zakrzywienia powierzchni mniejszej elektrody. Przy podnoszeniu napięcia pomiędzy elektrodami, przy mniejszej elektrodzie, pojawiają się tuż przy powierzchni dielektryka stałego w powietrzu, wyładowania świetlące . Kierunek rozwoju tych wyładowań jest styczny do powierzchni granicznej pomiędzy dielektrykiem stałym i powietrzem. Prąd wyładowań zamyka się pojemnościowe przez pojemność C dielektryka stałego. W miarę wzrostu napięcia obszar wyładowań świetlących przy mniejszej elektrodzie powiększa się i długość wyładowań rośnie, przy czym zwiększa się pojemność C, tworzona przez wyładowania i prąd wyładowań wzrasta. Przy osiągnięciu pewnej wartości napięcia nazywanej napięciem początkowym wyładowań ślizgowych UoŚl prąd wyładowań jest tak duży, że zaczyna powodować termiczną jonizację w kanałach wyładowań zmieniając je w silnie świecące długie iskry zwane ślizgowymi, powodujące powstanie dużych natężeń pola na swych końcach. Natężenia te sprawiają, że niewielkie dalsze podnoszenie napięcia ponad UoŚl znacznie wydłuża iskry, co może doprowadzić do połączenia elektrod wyładowaniem przebiegającym po powierzchni dielektryka stałego. Przebicie takie może wystąpić przy napięciu Up znacznie niższym, niż byłoby potrzebne do przebicia tej samej drogi w powietrzu, wzdłuż linii pola 3, gdyby istniał tylko trzeci składowy układ dielektryczny.

Napięcie początkowe wyładowań ślizgowych UoŚl, jest tym niższe, im wcześniej powstają

świetlenia i im większy jest prąd wyładowań. Świetlenia powstaną tym szybciej, im większa jest wartość .2 w stosunku do .2 . Powstaniu iskier ślizgowych sprzyja wzrost pojemności C, która tworzona jest poprzez dielektryk stały tuż przy mniejszej elektrodzie.

Rys. 2 Wyładowania ślizgowe w układzie cylindrycznym a) wyładowania z cienkimi kanałami b) drzewopodobne wyładowania

Rys. 3 Wyładowanie ślizgowe bezpośrednio przed fazą łuku

Przeciwdziałać wyładowaniom ślizgowym można podwyższając grubość dielektryka stałego, co wpływa na zmalenie C, lub zmieniając proporcje wymiarów elektrod. Na rysunku przedstawiono przykładowo sposób przeciwdziałania wyładowaniom przez metalizowanie części powierzchni granicznej dielektryków oraz pogrubianie dielektryka stałego drogą tworzenia karbów w izolatorze przepustowym.

Rys. 4 Przeciwdziałanie wyładowaniom ślizgowym przez : a)

metalizację b) karbowanie powierzchni granicznej

Wyładowań ślizgowych można uniknąć również projektując układ izolacyjny tak, aby

rozkład naprężeń wzdłuż linii natężenia pola był bardziej wyrównany. Można to osiągnąć np. w izolatorach stosując wewnątrz dielektryka stałego ekrany, bądź stosując pokrycia półprzewodzące niedopuszczające do powstawania wyładowań powierzchniowych.

3. Schemat układu pomiarowego

4. Warunki atmosferyczne

- temperatura otoczenia: t = 19,7˚C

- ciśnienie atmosferyczne: b = 1005hPa

- wilgotność względna: w = 37%

5. Tabele pomiarowe

1. Elektroda aluminiowa Ø = 14 mm

Przekładnia transformatora probierczego υ = 110000/220 V/V, C = 10pF
Lp.	a	C0	Uośl	uośl.śr	Uośl	up	upśr	Up	Uośl.obl.
-	cm	pF/cm^2	V	V	kVm	V	V	kV	kV
1	5		50	43,3		55	55
2			0,41		40			30,6	55		38,9	0,89
3					40				55
4		8			49	49			75	74
5			0,41		49			34,6	72		52,3	0,89
6					49				75
7		11			64	59,3			90	86
8			0,41		58			41,9	84		60,8	0,89
9					56				84
10		14			60	58			90	89
11			0,41		56			41,0	88		62,9	0,89
12					58				90
13		17			70	68,7			92	96
14			0,41		68			48,6	96		67,9	0,89
15					68				100
16		20			80	77,3			100	98
17			0,41		80			54,7	98		69,3	0,89
18					72				96

2. Elektroda aluminiowa Ø = 10 mm

Przekładnia transformatora probierczego υ = 110000/220 V/V, C = 7,9pF
Lp.	a	C0	Uośl	uośl.śr	Uośl	up	upśr	Up	Uośl.obl.
-	cm	pF/cm^2	V	V	kVm	V	V	kV	kV
1	5		48	47,7		50	50,7
2			0,32		48			33,7	50		35,74	1,00
3					47				52
4		8			51	51			67	64,7
5			0,32		51			36,1	63		45,61	1,00
6					51				64
7		11			70	66			77	76,7
8			0,32		64			46,7	76		54,07	1,00
9					64				77
10		14			64	61,3			80	83,7
11			0,32		64			43,3	81		59,01	1,00
12					60				90
13		17			71	66			90	88,7
14			0,32		64			46,7	94		62,53	1,00
15					63				82
16		20			66	63,3			96	97,3
17			0,32		64			44,7	96		68,60	1,00
18					60				100

6. Przykładowe obliczenia

U_oślobl =

C_o =
S=

S=3,14*2,6*3=24,5cm²

U_ośr =

U_pśr=

Przykładowe obliczenia przeprowadzone dla pomiaru 8 elektrody 14mm:

C_o =
=
=0,41pF/cm²

U_ośr =
=
=41,9kV

U_pśr=
=
=60,8kV

U_oślobl =
=
=0,89kV

7. Charakterystyki U_p=f(a), U_śl=f(a), U_obl=f(a)

1. Elektroda aluminiowa Ø = 14 mm

2. Elektroda aluminiowa Ø = 10 mm

8. Wnioski

Pole elektryczne występujące w izolatorach przepustowych jest silnie niejednorodne. Niejednorodność pola jest przyczyną powstawania na powierzchni dielektryka stałych wyładowań niezupełnych przechodzących w przeskok, co z kolei spowodowane jest małymi wymiarami elektrody zewnętrznej i różnicą przenikalności dielektrycznych powietrza i dielektryka stałego.

Charakterystyki Uośl, Up i Uośl.obl dla poszczególnych układów badanych są zgodne z teorią. W przypadku napięcia początkowego iskier ślizgowych największą wytrzymałością odznacza się układ z elektrodą o pojemności C=10 pF. Dla obu elektrod napięcie przeskoku jest także zbliżone.

---