Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie	Laboratorium Wysokich Napięć
Badanie warystorów odgromników zaworowych
Wykonał: Rafał Kapanowski Bogusław Bacia Andrzej Czajkowski Bartosz Biegała Artur Gancarz Piotr Folga Robert Dżugan Grzegorz Śliwa	Specjalność: Energetyka Data wykonania: 14.12.1998	Ocena: Data oddania: 18.01.1999

I. WSTĘP

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i zasadą działania warystorów (rezystorów nieliniowych). Do odgromników zaworowych iskiernikowych wykorzystuje się warystory wykonane z węglika krzemu, natomiast warystory robocze wykonane są z tlenku cynku.

Przewodność elektryczna węglika krzemu związana jest z jego właściwościami półprzewodzącymi. Przewodność SiC wzrasta wraz z ilością dostarczonej energii. Na charakterystykę napięciowo prądową mają wpływ zjawiska zachodzące na powierzchni styku ziaren. Powstają tam warstwy zaporowe pochodzenia fizycznego lub chemicznego, oraz zjawiska nagrzewania zestyków przy większych gęstościach prądu. Przy natężeniu pola elektrycznego od 10⁵ [Vm^-1] do 10⁶ [Vm^-1] następuje częściowe przebicie warstw pokrywających ziarna węglika krzemu. Sprawia to że charakterystyka napięciowo-prądowa warystora jest nieliniowa.

W warystorach z tlenku cynku ziarna oddzielone są od siebie barierami potencjałowymi. Wysokość bariery zależy od rodzaju i ilości absorbowanych domieszek jonowych. Przy małych natężeniach pola elektrycznego dominuje emisja termiczna dając prąd proporcjonalny do napięcia. Gdy natężenie pola wzrasta następuje zmniejszenie wysokości bariery i występuje przewodnictwo w którym elektrony pobudzane termicznie przechodzą pod barierą o wartości zmniejszonej przez doprowadzone pole elektryczne. Przy dużych natężeniach pola powstaje mechanizm tunelowy.

Zaworowe ograniczniki przepięć, zwane dawniej odgromnikami zaworowymi, stanowią podstawowy element ochrony przeciwprzepięciowej w systemie elektroenergetycznym. Na ich właściwościach oparta została koordynacja izolacji, bowiem poziom ochrony wyznaczają napięcie obniżone lub napięcie zapłonu - zastosowanych w sieci ograniczników. Poprawność ochrony izolacji urządzeń pracujących w stacjach elektroenergetycznych jest związana z zachowaniem przez ograniczniki w okresie eksploatacji wymaganych parametrów.

II. PRZEBIEG ĆWICZENIA

W naszym ćwiczeniu skupimy się na beziskiernikowym ograniczniku z tlenku cynku: Z420kR6 na napięcie do 1 [kV]

Układ pomiarowy:

Układ pomiarowy jest to komputer wyposażony w kartę analogowo- cyfrową, maksymalne napięcie wejściowe wynosi 2V dlatego wykorzystujemy do pomiaru zarówno prądu jak i napięcia dzielnik rezystancyjny. Przekładnia napięciowa wynosi n=6220, natomiast rezystor wzorcowy (bezindukcyjny, wykonany jako dwie rury wsunięte w siebie centralnie w wyniku czego strumienie magnetyczne znoszą się wzajemnie). R_i = 1.22 [mW].

Seria 2 - przebieg prądu Seria 1 - przebieg napięcia

Maksymalna wartość napięcia wynosi: 1225 [V]

Maksymalna wartość prądu wynosi: 110 [A]

Seria 2 - przebieg prądu Seria 1 - przebieg napięcia

Maksymalna wartość napięcia wynosi: 1490[V]

Maksymalna wartość prądu wynosi: 180 [A]

Seria 2 - przebieg prądu Seria 1 - przebieg napięcia

Maksymalna wartość napięcia wynosi: 1550 [V]

Maksymalna wartość prądu wynosi: 200 [A]

Seria 2 - przebieg prądu Seria 1 - przebieg napięcia

Maksymalna wartość napięcia wynosi: 1580 [V]

Maksymalna wartość prądu wynosi: 217 [A]

Seria 2 - przebieg prądu Seria 1 - przebieg napięcia

Maksymalna wartość napięcia wynosi: 1550[V]

Maksymalna wartość prądu wynosi: 205 [A]

Tabela wartości maksymalnych napięć i prądów:

I[A]	U[V]
110	1225
180	1490
200	1550
217	1580
205	1550

III.WNIOSKI

Charakterystyka statyczna napięciowo prądowa warystora jest jednocześnie charakterystyką ochronną odgromnika w którym zainstalowano ten warystor.

Na pokazanych wykresach napięcie osiąga wartość maksymalną szybciej niż prąd, przebieg prądu jest natomiast bardziej łagodny.

Zalety ograniczników beziskiernikowych w porównaniu do odgromników zaworowych:

1). prosta budowa

2). krótszy czas działania

3). większa powtarzalność

4). możliwość łączenia równoległego

W ogranicznikach beziskrowych nie występuje iskiernik.

---