pobierz plik

ĆWICZENIE 2
BADANIA WYTRZYMAŁOŚCI STATYCZNEJ POWIETRZA
2. 1. WPROWADZENIE
2.1.1. Zjawisko wyładowań elektrycznych w powietrzu
Pojęcie wyładowania elektryczne obejmuje całokształt zjawisk przewodzenia prądu w
dielektrykach. W gazach rozróżnia się:
- wyładowania zupełne (iskra i łuk elektryczny), które dają zwarcie międzyelektrodowe o małej
rezystancji;
- wyładowania niezupełne (ulot, wyładowania świetlące i snopiaste), które przedstawiają
stosunkowo duże rezystancje;
- wyładowania niesamodzielne charakteryzujące się bardzo wielkimi rezystancjami i
wymagające oprócz pola obecności zewnętrznego czynnika jonizującego.
W bardzo słabym polu elektrycznym i przy niezbyt wysokich temperaturach nośniki ładunku,
a więc elektrony i jony powstają w wyniku jonizacji przestrzennej, której zasadniczymi
przyczynami są następujące zjawiska:
- rozpad ciał promieniotwórczych znajdujących się w otoczeniu,
- promieniowanie ultrafioletowe słońca,
- promieniowanie kosmiczne o wielkiej przenikalności.
Teoria kinetyczna gazów opisuje stan i bezładne ruchy cząstek między kolejnymi zderzeniami.
Pod wpływem pola elektrycznego następuje częściowe uporządkowanie ruchów cząstek
obdarzonych ładunkiem - elektronów i jonów. Cząstki te uzyskują pewną prędkość skierowaną, tj.
średnią prędkość w kierunku pola elektrycznego, w wyniku której obserwuje się przepływ prądu.
Gęstość prądu płynącego w obszarze międzyelektrodowym zależy od natężenia pola E, ładunku qi,
ruchliwości µi oraz koncentracji ni nośników typu i, czyli
j = E ⋅ ∑ q i ⋅ ni ⋅ µ i
(2.1)
i
Gęstość jonów i elektronów w powietrzu atmosferycznym, która obok ruchliwości decyduje o
wartości prądu, jest zwykle zawarta w granicach 103 ÷ 104 w 1 cm3.
j
Obszar wyładowań
samodzielnych
j0
Obszar wyładowań
niesamodzielnych
jn
E
En
Ej
E0
Rys. 2.1. Zależność gęstości prądu w powietrzu od natężenia pola
Rys. 2.1. przedstawia gęstość prądu w funkcji zmian natężenia pola wywołanego napięciem
stałym. Przy wzroście natężenia pola od zera występuje najpierw proporcjonalność gęstości prądu j
od natężenia pola E. Zjawisko to jest możliwe przy stałej koncentracji nośników ładunku n w
obszarze - ruch skierowany nośników nie wpływa na ich gęstość. Przy dalszym wzroście natężenia
pola E gęstość prądu j rośnie już wolniej niż proporcjonalnie i przy wartości En mamy do czynienia
z prądem nasyceniowym jn, który pozostaje stały mimo wzrostu napięcia. Prąd jn jest ograniczony
przez jonizację przestrzenną, w wyniku której powstaje określona liczba nośników ładunku w
jednostce czasu. W układach technicznych, przy niezbyt wielkich wymiarach, prąd nasyceniowy
jest bardzo mały - ok. 10-18A/cm2.
Prąd nasyceniowy występuje tylko do pewnej wartości natężenia Wj (rys. 2.1), powyżej
której rozpoczyna się jonizacja zderzeniowa. Prąd płynący między elektrodami wzrasta. Jednakże,
gdyby w tym stanie rozwoju wyładowania odciąć jonizację gazu przez zewnętrzne czynniki
jonizacyjne, prąd przestałby płynąć. Wyładowanie w przerwie międzyelektrodowej pozostaje więc
nadal niesamodzielne. Wzrost prądu przy E > Ej tłumaczy teoria lawin elektronowych powstających
wskutek jonizacji zderzeniowej. Elektron poruszający się w polu powoduje jonizację cząsteczki
obojętnej, powstaje więc nowy elektron. Następnie dwa elektrony mogą spowodować jonizację
dalszych dwóch cząsteczek. Pojawią się w sumie cztery elektrony itd. Pod wpływem działania pola,
powstające w wyniku jonizacji zderzeniowej jony dodatnie i elektrony przemieszczają się w
przeciwnych kierunkach. Dążącą do anody i ciągle powiększającą się chmurę elektronów
nazywamy lawiną elektronową – rys. 2.2. Rozdział ładunków w lawinie w wyniku większej
ruchliwości elektronów odkształca pole elektryczne w przestrzeni międzyelektrodowej. Liczba
elektronów z w lawinie na drodze x od punktu pojawienia się pierwszego elektronu narasta
wykładniczo i dla pola jednostajnego wynosi
z = eαx
(2.2)
gdzie α oznacza liczbę zderzeń jonizacyjnych na 1 cm drogi elektronu i nazywa się
współczynnikiem jonizacji elektronowej Townsenda. Współczynnik α jest funkcją natężenia pola i
ciśnienia gazu.
-
+
E
a
Rys. 2.2. Lawina elektronowa w polu jednostajnym i jej wpływ na natężenie pola
Warunkiem przejścia wyładowania niesamodzielnego w samodzielne jest powstanie w
pobliżu katody przynajmniej jednego elektronu wskutek zjawisk związanych z poprzednią lawiną.
Elektron ten będzie stanowił początek nowej lawiny. Według Townsenda źródłem elektronów poza
lawiną jest ich emisja z katody pad wpływem bombardowania jej jonami dadatnimi wytworzonymi
w lawinie. Liczba zderzeń jonizacyjnych, a tym samym liczba jonów dodatnich w lawinie po
przebiegnięciu drogi a między elektrodami wynosi (eαa - 1). Jony te w zderzeniu z katodą przy
współczynniku emisji γ wyzwalają γ(eαa - 1) elektronów. Warunkiem rozwoju samodzielnego
wyładowania jest powstanie przynajmniej jednego nowego elektronu, czyli
γ (exp αa − 1) ≥ 1
(2.3)
Wyrażenie (2.3) dotyczy pola jednostajnego, w którym na całej drodze a między elektrodami
współczynnik α ma stałą wartość. Dla pola niejednostajnego warunek rozwoju samodzielnego
wyładowania przyjmie postać
a



γ  exp ∫ α ⋅ dx − 1 ≥ 1
(2.4)
o


2.1.2. Wytrzymałość powietrza w polu jednostajnym
W zależności od rozkładu pola istnieją różne formy wyładowań samodzielnych:
2
anoda
w polu jednostajnym są to wyłącznie wyładowania zupełne (przeskok iskry krótkiej lub
długiej),
- w polu niejednostajnym przeskok iskry (wyładowanie zupełne) jest poprzedzony
wyładowaniami niezupełnymi typu ulotowego.
Przeskok według opisanego wyżej mechanizmu Townsenda występuje jedynie dla
niewielkich odstępów międzyelektrodowych - w powietrzu przy ciśnieniu atmosferycznym do ok. 1
cm. Przy większych odległościach elektrod zaobserwowany czas rozwoju wyładowania jest
znacznie krótszy, niż wynikałoby to z mechanizmu Townsenda wymagającego dojścia powolnych
jonów dodatnich do katody. Ponadto nie zauważono wyraźnej zależności między napięciem
przeskoku a rodzajem materiału elektrod wpływającym na współczynnik γ.
L.B. Leeb i J.M. Meek podali teorię rozwoju wyładowania w oparciu o mechanizm kanałowy.
Teoria ta zajmuje się analizą zjawisk prowadzących do wyładowania zupełnego przy odstępach
międzyelektrodowych dłuższych niż analizowane w mechanizmie Tawnsenda. Droga iskry nie jest
linią prostą, lecz łamaną, a odcinki linii łamanej nie zawsze idą w kierunku pola elektrycznego.
Według tej teorii zjawiskiem decydującym o wyładowaniu jest jonizacja przestrzenna gazu bez
udziału emisji elektronów z katody. Proces zaczyna się od pierwszego elektronu i lawiny
elektronowej podobnie jak w mechanizmie Townsenda. Ładunki tworzące lawinę wzmacniają pole
elektryczne przed i za lawiną - rys. 2.2. Szczególnie wzmocnienie pola na czole lawiny wzmaga
prędkość skierowaną elektronów, które oprócz zderzeń jonizacyjnych powodują pobudzenie
cząsteczek i atomów gazu. Przy powrocie pobudzonych cząsteczek do niższych stanów
energetycznych wysyłane jest promieniowanie nadfioletowe. Fotony tego promieniowania mogą
wywoływać fotoemisję z katody i fotojonizację gazu. Powstające w ten sposób elektrony poza
lawiną pierwotną mogą być źródłem nowych lawin - rys. 2.3. Lawiny te nazywane wtórnymi
najłatwiej pojawiają się w obszarze pola wzmocnionego przez lawinę główną.
katoda
-
foton
foton
Rys. 2.3. Mechanizm powstawania lawin wtórnych pod wpływem lawiny pierwotnej
Przejście nowych lawin przez obszar dodatniego ładunku przestrzennego poprzednich lawin
powoduje rozgrzanie cząsteczek gazu, jonizację cieplną i prowadzi do powstania kanału
plazmowego o własnościach przewodzących. Kanał plazmowy tworzy w polu elektrycznym jakby
igłę przewodzącą, która powoduje bardzo silne wzmocnienie pola elektrycznego przed obu jej
końcami. Dalszy rozwój wyładowania odbywa się przy współudziale zjawisk podobnych jak w
obecności lawiny, ale z o wiele większą intensywnością. Prędkość posuwania się lawiny
elektronowej wynosi ok. 107 cm/s, a kanału - ok. 108 cm/s. Przyczyną tak znacznej prędkości
wyładowania kanałowego jest powstawanie lawin wtórnych na drodze rozwijającego się kanału.
Lawiny te dają początek kolejnym fragmentom kanału i kanał główny łącząc je, jak gdyby
przeskakuje uzyskując większą prędkość wypadkową.
2.1.3. Rozwój wyładowań w polu niejednostajnym
Pole niejednostajne charakteryzuje się znacznymi zmianami natężenia pola w przestrzeni
międzyelektrodowej. Typowym przykładem pola niejednostajnego jest układ ostrze-płyta.
Natężenie pola w pobliżu ostrza wielokrotnie przekracza średnie natężenie panujące w układzie.
Przy pewnym napięciu wartość natężenia pola przy ostrzu jest wystarczająca do zapoczątkowania
3
jonizacji zderzeniowej. Przy dalszym podnoszeniu napięcia obszar jonizacji będzie nadal skupiał się
w pobliżu ostrza. Zapoczątkowanie lawiny elektronowej możliwe jest tylko w tym obszarze, a więc
rozwój wyładowania rozpoczynał się będzie zawsze przy elektrodzie ostrzowej bez względu na jej
biegunowość.
W układzie z polem niejednostajnym przeskok iskry miedzy elektrodami jest poprzedzony
fazą wyładowań niezupełnych typu ulotowego. Przy napięciu Uo zwanym napięciem początkowym
ulotu wraz ze wzrostem prądu i syczeniem zauważa się słabe świecenie warstewki powietrza na
ostrzu. Świecenie to nosi nazwę świetlenia. Przy dalszym podnoszeniu pojawiają się snopy
cienkich, słabo świecących iskierek rozwijających się od ostrzy i ginących w przerwie
międzyelektrodowej. Zjawisko to nazywa się snopieniem.
Przy napięciu stałym obserwuje się następujące formy wyładowań niezupełnych w miarę
wzrostu napięcia:
- wyładowania ciemne,
- wyładowania jarzące impulsowe,
- wyładowania jarzące ciągłe.
Wyładowaniom impulsowym towarzyszą syczenie i trzaski, a wyładowania niezupełne o
charakterze ciągłym są niesłyszalne. Zakres występowania poszczególnych form wyładowań
niezupełnych przedstawia rys. 2.4.
I
I
wyładowania łukowe
wyładowania jarzące ciągłe
wyładowania łukowe
wyładowania iskrowe impulsowe
wyładowania jarzące ciągłe
wyładowania jarzące impulsowe
wyładowania jarzące
impulsowe
wyładowania ciemne
a
a
wyładowania ciemne
a
a
Rys. 2.4. Zakres występowania poszczególnych form wyładowań w układzie ostrze - płyta
przy obu biegunowościach napięcia stałego
W polu niejednostajnym niesymetrycznym, np. w układzie ostrze-płyta warunki rozwoju
wyładowania zależą od biegunowości elektrod. Dla ostrza ujemnego napięcie ulotu Uo jest niższe
niż dla dodatniego, natomiast napięcie przeskoku Up jest wyższe przy ujemnym ostrzu.
W przypadku ujemnego znaku na ostrzu szczególnie łatwe jest wyzwalanie elektronów dla
zapoczątkowania kolejnych lawin poprzez następujące procesy:
- bombardowanie katody jonami dodatnimi,
- emisję fotoelektryczną z katody,
- emisję polową z katody.
Lawina rozpoczyna się od powierzchni ostrza - katody i rozwija się w kierunku elektrody
płytowej – anody. Ładunek dodatni tej lawiny zwiększa natężenie pola tuż przy ostrzu, a osłabia w
kierunku anody. Mimo więc dobrych możliwości jonizacji gazu wokół ostrza, lawina nie może się
dalej rozwijać i przechodzić w kanał plazmowy ze względu na zbyt niskie natężenie pola tam
panujące. Dalszy rozwój lawiny wymaga wzrostu napięcia na elektrodach.
Przy ostrzu dodatnim wytwarzanie wolnych elektronów jest niemożliwe przez wyzwalanie z
elektrody, lecz wyłącznie poprzez jonizację cząsteczek gazu. Rozwój lawin odbywa się w kierunku
wzrastającego natężenia pola ku posuwającemu się śladem poprzedniej lawiny kanałowi
plazmowemu. Lawina i kanał plazmowy rozwijają się jednocześnie, co zapewnia ciągły wzrost
4
kanału. Wyładowanie przy ostrzu dodatnim rozwija się w sposób ciągły (duży zakres występowania
niesłyszalnych wyładowań ciągłych - rys. 2.4) i wymaga mniejszych natężeń pola.
Inną przyczyną wpływu biegunowości może być ładunek przestrzenny. Elektrony szybciej
opuszczają miejsce jonizacji a pozostający ładunek o przewadze jonów dodatnich zniekształca
pierwotne pole elektryczne - rys. 2.5. W pobliżu ujemnego ostrza następuje wzmocnienia pola, a
osłabienie w dalszej odległości. W ten sposób zostaje ułatwiony ulot z ostrza, a zahamowany
rozwój wyładowania zupełnego. Osłabienie pola w pobliżu ostrza dodatniego utrudnia
zapoczątkowanie wyładowań niezupełnych, ale gdy już pojawią się, są podtrzymywane i rozwijane
wzdłuż całej drogi międzyelektrodowej.
a)
b)
E
E
1
1
2
2
Rys. 2.5. Rozkład pola elektrycznego w układzie ostrze - płyta dla dodatniego ostrza - a oraz dla
ujemnego - b; 1 - bez wpływu ładunku przestrzennego, 2 - przy obecności ładunku
przestrzennego wytwarzanego przez ulot z ostrza
2.1.4. Charakterystyki napięciowe typowych iskierników
Przykładami iskierników o polu zbliżonym do jednostajnego są układ elektrod płaskich o
krawędziach ukształtowanych wg profilu Rogowskiego oraz iskiernik kulowy. Warunkiem
jednostajności pola w iskierniku kulowym jest niewielki (nie większy niż 1÷2) stosunek odległości
do promienia kul a/r. Rys. 2.6 przedstawia wytrzymałość powietrza w układzie jednostajnym
(iskiernik płytowy) w funkcji odległości między elektrodami. Na uwagę zasługują wartości ok.
30 kVm/cm przy odstępach rzędu 1÷10 cm. Przy mniejszych wartościach a naprężenia przeskoku są
znacznie wyższe.
kVm
cm
E
100
80
60
40
20
0
a
0,01
0,1
1
10 cm
Rys. 2.6. Naprężenie przeskoku dla powietrza w układzie płytowym przy różnych odstępach
elektrod
Przykładem iskiernika o niejednostajnym rozkładzie pola jest iskiernik ostrzowy. Rys. 2.7
przedstawia charakterystyki napięcia ulotu Uo i przeskoku Up w funkcji odległości między
5
elektrodami dla iskierników kulowego i sworzniowego. Różnica między napięciami ulotu i
przeskoku pojawia się w iskierniku kulowym przy znacznych wartościach a/r - rzędu 10.
Charakterystyki Up = f(a) przy napięciu 50 Hz dla iskiernika ostrzowego można wyrazić
prostymi wzorami empirycznymi:
- dla układu niesymetrycznego ostrze-ostrze uziemione:
-
Up = 14 + 3,16 a
dla układu symetrycznego ostrze-ostrze:
[kV]
(2.5)
Up = 14 + 3,36 a
[kV]
(2.6)
We wzorach tych a jest wyrażone w cm. Podane zależności można stosować dla a > 8 cm, a dobrą
dokładność uzyskuje się dla a > 20 cm.
U
Up
U0
Up
U0
a
Rys. 2.7. Charakterystyki napięć Uo oraz Up w zależności od drogi a dla iskierników
kulowego i ostrzowego przy 50 Hz
Iskiernik ostrze-płyta jest układem o największej niejednostajności pola. W układzie takim
najłatwiej zauważyć wpływ biegunowości na zjawisko ulotu i przeskoku. Rys. 2.8 przedstawia
charakter zależności napięcia ulotu Uo i przeskoku Up w funkcji odstępu elektrod a dla takiego
iskiernika przy napięciu stałym obu biegunowości.
U
Up
Up
U0
U0
a
Rys. 2.8. Charakterystyki napięć Uo oraz Up w zależności od drogi a dla obu biegunowości na
iskierniku ostrze – płyta
6
2.1.5. Wpływ przegrody izolacyjnej na wytrzymałość powietrza w układzie ostrze-płyta
Przegrody zwiększają wytrzymałość układów o izolacji gazowej, a także olejowej. Wpływ
przegród izolacyjnych w powietrzu jest szczególnie widoczny w układach o polu niejednostajnym i
niesymetrycznym, np. ostrze-płyta. Oddziaływanie przegród na wytrzymałość powietrza polega na
odkształceniu pola wynikającym z zatrzymywania jonów - przegrody zmieniają rozkład ładunku
przestrzennego. Chodzi tu o cienkie przegrody, np. z papieru o grubości bardzo małej w
porównaniu z odstępem międzyelektrodowym, które nie powoduję odkształcenia pola bezpośrednio
przez swoją obecność.
Rys. 2.9 przedstawia wpływ położenia takiej przegrody w układzie ostrze - płyta na jego
wytrzymałość przy obu biegunowościach napięcia stałego. Położenie przegrody określa wartości
stosunku b/a, w którym b oznacza odległość przegrody od płyty, a - odstęp między elektrodami.
Można zauważyć, że przegroda podnosi napięcie przeskoku przy dodatnim ostrzu. Najbardziej
wyraźny wzrost (ok. 2-krotny) obserwuje się dla wartości b/a równej ok. 0,7 - przegroda w pobliżu
ostrza. Najmniejszy wpływ na wytrzymałość układu ma przegroda umieszczona bezpośrednio przy
ostrzu. Uwzględniając fakt, że wytrzymałość pierwotna układu jest znacznie wyższa przy ujemnej
biegunowości ostrza, zastosowanie przegrody poprawia własności izolacyjne układu traktowane
łącznie dla obu biegunowości. Ponadto w pewnym zakresie położeń przegrody możliwe jest
uzyskanie podobnej wytrzymałości układu dla obu biegunowości.
Wytrzymałość układu ostrze-płyta przy napięciu przemiennym jest zbliżona do zaznaczanej
na rys. 2.9 dla dodatniego ostrza. Przyczyną tego jest fakt, że zarówno dla przypadku bez przegrody
jak również z przegrodą o wytrzymałości układu decyduje dodatnia połówka sinusoidy napięcia.
Zastosowanie przegrody poprawia więc także wytrzymałość układu ostrze-płyta przy napięciu
przemiennym.
kV
140
U
bez przegrody
2
120
1
2
100
80
1
60
bez przegrody
40
a
20
b
b
0
20
40
60
80
a
100 %
Rys. 2.9. Wpływ położenia przegrody na wytrzymałość układu ostrze - płyta przy napięciu stałym
obu biegunowości; 1 - ostrze dodatnie, 2 - ostrze ujemne
2.2. PRZEBIEG ĆWICZENIA
2.2.1. Badania przy napięciu rzemiennym 50 Hz
Przy napięciu przemiennym 50 Hz wyznaczyć charakterystykę napięcia początkowego ulotu
Uo i napięcia przeskoku Up w funkcji odległości elektrod a w iskierniku kulowym o średnicy kul
φ 50 mm, w iskierniku sworzniowym oraz w iskierniku sworzeń - płyta. Odstęp a zmieniać
stosownie do wskazówek prowadzącego ćwiczenie.
Schemat układu pomiarowego przedstawia rys. 2.10. W układzie tym źródłem wysokiego
napięcia jest transformator probierczy 150 kV, 20 kVA. Pomiar napięcia odbywa się za pomocą
7
miernika wartości szczytowej WMUT-3 współpracującego z dzielnikiem pojemnościowym - zasada
działania miernika została przedstawiona w ćwiczeniu 1. Układ detekcyjny wyładowań
niezupełnych, umożliwiający pomiar Uo, składa się z kondensatora sprzęgającego C1, filtru
górnoprzepustowego F oraz oscyloskopu Osc. Zastosowany oscyloskop dwustrumieniowy
umożliwia umiejscowienie wyładowań niezupełnych na krzywej napięcia probierczego
przekazywanej z dzielnika pojemnościowego. Wykonać po 5 pomiarów dla każdej wartości odstępu
międzyelektrodowego a oraz obliczyć wartości średnie Uo oraz Up.
TR
R
A
W
C1
220V~
V
C3
F
C2
M
C
V
Osc
Rys. 2.10. Schemat układu do badań iskierników przy napięciu przemiennym
Otrzymane wyniki Uo i Up przeliczyć na normalne warunki atmosferyczne Uon i Upn,
zestawić w tablicy 2.1.
Lp
Rodzaj
iskiernik
a
a
cm
Uo
kV
Tab1ica 2.1
Uo
Uon
kV
kV
Up
kV
Up
kV
Upn
kV
2.2.2. Badania przy napięciu stałym
Wyznaczyć charakterystyki Uo i Up w funkcji odległości a dla iskiernika sworzeń - płyta
uziemiona przy napięciu stałym obu biegunowości. Odstęp a zmieniać według ustaleń
prowadzącego ćwiczenie.
Schemat układu pomiarowego przedstawiono na rys. 2.11. Zastosowano tutaj układ
podwajający, który daje na wyjściu napięcie 2 2 ⋅ U , jeżeli przez U oznaczymy wartość skuteczną
napięcia przemiennego. Napięcie stałe oblicza się na podstawie pomiaru prądu płynącego przez
rezystor RP o znanej wartości.
R
TR
K
A
W
220V~
CS
RP
C
V
K
uA
uA
Rys. 2.11. Schemat układu do badań iskierników przy napięciu stałym
Dla każdej wartości a przeprowadzić po 5 pomiarów i obliczyć ich średnią arytmetyczną U.
Otrzymane wyniki Uo i Up przeliczyć na warunki atmosferyczne normalne Uon i Upn oraz zestawić
w tablicy 2.2.
8
Lp.
Znak
a
cm
Uo
kV
Tab1ica 2.2.
Ūo
Uon
kV
kV
Up
kV
Ūp
kV
Upn
kV
2.2.3. Pomiar prądu ulotu
Pomierzyć prąd ulotu io w funkcji napięcia stałego U obu biegunowości w układzie
sworzeń-płyta uziemiona.
Schemat układu pomiarowego podobny jak w p. 2.2.2, ale płyta iskiernika badanego jest
uziemiona poprzez mikroamperomierz. Napięcie U należy zmieniać w zakresie 0÷100 kV. Odstęp
elektrod przyjąć 2-krotnie wyższy od powodującego przeskok przy napięciu 100 kV - na podstawie
wyników uzyskanych w p. 2.2.2.
Wyniki zestawić w tablicy 2.3.
Tab1ica 2.3
kV
U
io
µA
2.2.4. Wpływ przegród na wytrzymałość układu sworzeń- płyta
Sprawdzić wpływ przegrody izolacyjnej na napięcia przeskoku Up w układzie sworzeń-płyta
przy napięciu przemiennym 50 Hz i obu biegunowościach napięcia stałego. Wyznaczyć zależność
napięcia Up w funkcji odległości przegrody b od elektrody płaskiej, przy wybranej odległości
elektrod a. Otrzymane wyniki zestawić w tablicy 2.4 i przeliczyć na warunki atmosferyczne
normalne. Przyjąć schematy układu pomiarowego odpowiednio według rys. 2.10 i 2. 11.
Tab1ica 2.4
a
b
Up
Ūp
Ūpn
Lp.
Rodzaj
cm
cm
kV
kV
kV
napięcia
2.3. OCENA WYNIKÓW I WNIOSKI
Otrzymane wyniki przedstawić w postaci następujących wykresów:
napięcia ulotu i przeskoku w funkcji odstępu międzyelektrodowego Uon, Upn = f(a) dla
iskierników: kulowego, sworzniowego i sworzeń-płyta,
- prądu ulotu w funkcji napięcia io = f(U),
- napięcia przeskoku w funkcji położenia przegrody Upn = f(b/a).
Porównać otrzymane charakterystyki napięciowe iskierników z przewidywaniami
teoretycznymi.
Wyniki dla iskiernika kulowego porównać z tablicami napięć przeskoku podanymi przez
normę.
Wartości uzyskane dla iskiernika sworzniowego przy napięciu 50 Hz porównać ze wzorem
empirycznym. Porównać napięcia przeskoku w iskierniku sworzeń - płyta przy napięciach stałym i
przemiennym.
Podać położenie przegrody, przy którym nie obserwuje się wpływu biegunowości na
wytrzymałość układu sworzeń-płyta.
Podać wnioski odnośnie da prawidłowej konstrukcji powietrznych układów izolacyjnych.
-
9
2.4. PYTANIA KONTROLNE
1.
2.
3.
4.
5.
Scharakteryzować rodzaje wyładowań w gazach dla pól elektrycznych o różnych układach.
Narysować i objaśnić przebieg charakterystyki i = f(U) dla powietrza.
Omówić mechanizm Townsenda zapłonu iskry krótkiej.
Objaśnić mechanizm kanałowy przeskoku.
Wyjaśnić wpływ rozkładu pola na charakterystyki Uo = f(a) i Up - f(a) przy napięciu
przemiennym.
6. Wyjaśnić wpływ biegunowości na charakterystyki Uo = f(a) i Up = f(a) dla układu ostrze - płyta
przy napięciu stałym.
7. Omówić wpływ położenia cienkiej przegrody na wytrzymałość układu ostrze - płyta.
8. Omówić wpływ warunków atmosferycznych na charakterystyki napięciowe iskierników o
różnym rozkładzie pola.
9. Narysować i objaśnić schematy układów pomiarowych niezbędnych do przeprowadzenia
ćwiczenia.
10. Podać metody pomiaru wysokich napięć przemiennych i stałych.
LITERATURA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Babikow M. i in.: Technika wysokich napięć. Warszawa: WNT 1967
Flisowski Z.: Technika wysokich napięć. Warszawa: WNT 1988
Roth A.: Hochspannungstechnik. Wiedeń: Springer-Verlag 1959
Koszaluk Z. i in.: Technika badań wysokonapięciowych. Warszawa: WNT 1985
Szpor S.: Wytrzymałość elektryczna i technika izolacyjna. Warszawa: PWN 1959
Szpor S. i in.: Technika wysokich napięć. Warszawa: PWN 1978
10