background image

 

POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA 

Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Świetlnej 

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć 

 

ĆWICZENIE  1 

 

BADANIE  WYTRZYMAŁOŚCI  POWIETRZA PRZY  NAPIĘCIU  

PRZEMIENNYM  I  POMIAR  WYSOKIEGO  NAPIĘCIA

 

 

I. WIADOMOŚCI  TEORETYCZNE 

 

1. Wstęp

 

 

Powietrze atmosferyczne jest naturalnym środowiskiem gazowym dla większości układów i urządzeń 

elektrycznych.  Wytrzymałość  elektryczną  powietrza  rozpatrujemy  zwykle  w kontekście  wytrzymałości 
powietrznego układu izolacyjnego określając jego napięcie przeskoku U

p

  i średnie  natężenie  przeskoku 

E

pśr

 = U

p

/a. Wartości E

pśr

 i U

p

 wyrażane są zwykle przez wartości szczytowe – o przeskoku decyduje bo-

wiem  najwyższa  wartość  chwilowa  napięcia.  Jeżeli  pomiary  wykonywane  są  przy  niezniekształconym 
napięciu sinusoidalnym, dopuszczalne jest operowanie wartościami skutecznymi. Wytrzymałość określo-
na przy napięciu przemiennym niskiej częstotliwości (50 Hz) nazywana jest – podobnie jak przy napięciu 
stałym – wytrzymałością statyczną. 

Wytrzymałość  powietrza  jako  dielektryka  zależy  od  szeregu  czynników  związanych  z kształtem 

i konfiguracją elektrod oraz z warunkami atmosferycznymi. Na wytrzymałość wpływa zatem między in-
nym charakter rozkładu pola elektrycznego. Należy jednak zaznaczyć, że nawet w układach o jednostaj-
nym rozkładzie pola wytrzymałość przeskoku  E

p

 = U

p

/a nie jest wielkością stałą i zależy od odległości 

między elektrodami. 

Za miarę niejednostajności rozkładu pola elektrycznego, wynikającego z geometrii elektrod i odległo-

ści między nimi, przyjmuje się stosunek maksymalnego do średniego natężenia pola. Stosunek ten nazy-
wamy współczynnikiem niejednostajności pola

 

U

E

a

E

E

max

śr

max

,

 

 

gdzie:  E

max

  -  największe  natężenie  pola  elektrycznego  w  układzie,  E

śr

    -  średnie  natężenie  pola  (E

śr

  = 

U/a), U - napięcie przyłożone do elektrod, a - odległość między elektrodami. 

Ze  względu  na  wartość  współczynnika  niejednostajności  rozkładu  pola  elektrycznego  układy  izola-

cyjne można podzielić następująco:

 

 = 1  

– układy o jednostajnym rozkładzie pola, 

1 < 

 

 3   – układy o umiarkowanie niejednostajnym rozkładzie pola, 

 

 3  

– układy o polu silnie niejednostajnym.

 

W układach o niejednostajnym rozkładzie pola przeskok elektryczny poprzedzony jest przez wyłado-

wania niezupełne (świetlenie, snopienie) świadczących o przekroczeniu wytrzymałości powietrza na czę-
ści przestrzeni międzyelektrodowej. Napięcie przeskoku może być znacznie wyższe od napięcia począt-
kowego wyładowań niezupełnych. W układach o silnie niejednostajnym rozkładzie pola i znacznych od-
ległościach międzyelektrodowych średnie natężenie przeskoku może nawet osiągnąć wartość mniejszą od 
1 kV/cm – przeskok elektryczny rozwija się wtedy w polu elektrycznym zniekształconym przez ładunki 
przestrzenne. Po przeskoku (po obniżeniu napięcia) powietrze odzyskuje swoje zdolności izolacyjne. 

Wpływ warunków atmosferycznych (ciśnienie, temperatura, wilgotność) na wytrzymałość elektryczną 

powietrza  zależy od jednostajności rozkładu pola. Dla zapewnienia porównywalności wyników pomia-
rów wykonywanych w różnych warunkach atmosferycznych dokonuje się zazwyczaj ich przeliczenia na 
warunki normalne (temperatura 20

C, ciśnienie 1013 hPa, wilgotność 11 g/m

3

). Zgodnie z PN-EN 60060-

background image

Laboratorium TWN – ćwiczenie 1 

 

1 napięcia przeskoku w warunkach normalnych (U

pn

) i w warunkach pomiaru (U

p

) związane są zależno-

ścią 

U

p

 = U

pn

 K

t 

 

gdzie: K

t

 = k

1

k

2

  - współczynnik poprawkowy zależny od wilgotności (k

2

) i gęstości względnej powietrza 

(k

1

).  Sposób  obliczenia  tego  współczynnika  pokazano  w  ćwiczeniu  dotyczącym  prób  napięcio-

wych izolacji (ćwiczenie 2). 

Podczas  eksploatacji  powietrznych  układów  izolacyjnych  w  szczególnie  niekorzystnych  warunkach 

atmosferycznych i w układach o silnie niejednostajnym rozkładzie pola dopuszcza się występowanie wy-
ładowań niezupełnych. Dotyczy to np. ulotu w liniach najwyższych napięć oraz wyładowań przy izolato-
rach wsporczych i przepustowych. Dopuszczalny poziom tych wyładowań określają normy przedmioto-
we.  

 
2. Wytrzymałość statyczna powietrza w różnych układach elektrod

 

 

2.1. Układ płaski

 

 

Układ  płaski,  po  wyeliminowaniu  efektu krawędziowego, jest układem o równomiernym rozkładzie 

pola elektrycznego. W układzie takim 

 = 1, ponieważ natężenie pola elektrycznego ma taką samą war-

tość w każdym punkcie przestrzeni międzyelektrodowej. Efekt krawędziowy – silna niejednostajność po-
la na krańcach elektrod – eliminowany jest przez ich odpowiednie profilowanie. Najbardziej znany jest 
tzw.  profil  Rogowskiego. Ten sposób profilowania wynika z wyboru takiej powierzchni ekwipotencjal-
nej, przy której natężenie pola E nie przekracza w żadnym punkcie wartości U/a.  

Dla niewielkich odstępów między elektrodami (dla iloczynu ap < 2500 hPa

cm) wyładowanie rozwija 

się w sposób opisany przez Townsenda i spełnione jest prawo Paschena. Przy temperaturze 20

C (293 K) 

zależność jest następująca

 

 

)

/

ln(

Apa

ln

Bpa

U

1

1

0

 

U

p

 = f(a

p),

 

 

gdzie: AB i 

 - współczynniki (opisane w ćwiczeniu 12 dotyczącym wytrzymałości powietrza przy na-

pięciu stałym). 

Uwzględniając wpływ temperatury należy przyjąć zależność

 

 

 

T

T

p

a

f

U

0

p

Biorąc pod uwagę względną gęstość powietrza  

T

p

0,289

=

T

T

p

p

=

0

0

,

 

 

 

gdzie: p

0

 - ciśnienie normalne (1013 hPa), t

0

 - temperatura normalna w skali Kelwina (293 K), p i T - ci-

śnienie i temperatura w warunkach pomiaru (hPaK), 

możemy napisać 

0

0

p

T

T

p

  

 

otrzymując w efekcie zależność napięcia przeskoku od względnej gęstości powietrza 

 i odległości mię-

dzy elektrodami płaskimi a

 

 

U

p

 = f

 

(a



)

 

background image

 

Ćwiczenie 1. Badanie wytrzymałości powietrza przy napięciu przemiennym 

 

 3 

 

Dla większych odległości międzyelektrodowych (dużych iloczynów a

p) występuje kanałowy mecha-

nizm przeskoku. Przeskok elektryczny nie jest poprzedzony przez wyładowania niezupełne. Jeśli w ukła-
dzie o równomiernym rozkładzie pola wystąpi wyładowanie elektryczne to jest to wyładowanie zupełne. 

U

a)

a

a

0

x

E

x

V

x

E

x

V

x

E=U/a

U

b)

x

 

Rys. 1. Układ płaski z wyprofilowanymi krawędziami elektrod (a) oraz teoretyczny rozkład 
natężenia pola elektrycznego i potencjału (b) 

Natężenie przeskoku w płaskim układzie elektrod – w danych warunkach atmosferycznych – nie jest 

wartością stałą. Maleje ze wzrostem odległości między elektrodami (rys. 2). Zarówno napięcie przeskoku 
jak i natężenie przeskoku (w wartościach szczytowych) można obliczyć z wzorów empirycznych: 

 

a

4

,

6

a

5

,

24

U

p

    

  [kV],

 

 

a

4

,

6

5

,

24

a

U

E

p

p

     

[kV/cm]. 

   

 

 

 

Wzory powyższe są wystarczająco dokładne dla odległości rzędu mm i cm

0

10

20

30

40

50

60

0

50

100

150

200

250

300

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

N

at

ęż

en

ie

 p

rz

es

ko

ku

 E

p

, k

V

/c

m

N

ap

ci

pr

ze

sk

ok

U

p

, k

V

Odległość a, cm

 

Rys. 2. Napięcie przeskoku i natężenie przeskoku (wartości szczytowe) w układzie płaskim w nor-
malnych warunkach atmosferycznych (

 = 1) 

 

background image

Laboratorium TWN – ćwiczenie 1 

 

Rozwój wyładowania zupełnego jest taki sam jak przy napięciu stałym pod warunkiem niezalegania 

ładunku  w  przerwie  międzyelektrodowej  tzn.,  gdy  jony  i elektrony  wytworzone  w czasie  jednego  pół-
okresu zostaną zneutralizowane lub zdążą spłynąć do elektrod przed zmianą ich biegunowości. Przy czę-
stotliwości 50 Hz warunek ten jest na ogół spełniony. 

Ładunek przestrzenny dodatni spłynie do chwilowej katody przed zmianą kierunku pola jeżeli droga, 

którą zdoła przebyć w czasie 1/4 okresu, nie będzie dłuższa od odległości między elektrodami

 

f

2

E

b

E

b

dt

t

cos

E

b

x

m

m

4

/

T

0

m

,

 

gdzie: b = 1,37 cm

2

/V

s - ruchliwość jonów dodatnich.

 

W  polu  jednostajnym  przy  f  =  50  Hz  i  natężeniu  pola  bliskim natężeniu przeskoku droga ta wynosi 

około 130 cm. Dla odległości np. a = 1 cm można obliczyć maksymalną częstotliwość, do której nie wy-
stępuje jeszcze zakłócający wpływ ładunku przestrzennego 

 

 

 

Hz

 

10

5

,

6

28

,

6

10

30

37

,

1

a

2

E

b

f

3

3

m

max

.

 

 

Dopiero powyżej obliczonej częstotliwości można spodziewać się wpływu zalegającego ładunku do-

datniego, którego pole elektryczne nakładając się na pole przyłożone wpłynie na rozwój lawiny startują-
cej w przeciwnym kierunku. Skutkiem tego wpływu powinno być obniżenie napięcia przeskoku.

 

 
 

2.2. Układy walcowe 

 

2.2.1. Układ walców koncentrycznych

 

 

Układ  walców  koncentrycznych  (współosiowych)  można  zaliczyć  do  układów  o  umiarkowanie 

niejednostajnym rozkładzie pola. Natężenie pola elektrycznego w punkcie odległym o x od środka układu 
(r < x < R) wynosi

 

 

r

R

ln

x

U

E

x

 ,

 

(1.1)

 

 

gdzie: U - przyłożone napięcie, Rr - promienie elektrod: większej i mniejszej.

 

 

E

max

E

min

E

x

V

x

a)

E

x

V

x

U

b)

x

r

R

x

0

r

R

 

Rys.  3.  Układ  walców  współosiowych  oraz  rozkład  natężenia  pola  i potencjału  w układzie  przy 
potencjale wewnętrznej elektrody V

r

 = U i zewnętrznej V

R

 = 0 

 

background image

 

Ćwiczenie 1. Badanie wytrzymałości powietrza przy napięciu przemiennym 

 

 5 

 

Maksymalne natężenie pola występuje dla x = r i wynosi

 

 

 

r

R

ln

r

U

E

max

.

 

(1.2) 

Ponieważ  średnia  wartość  natężenia  E

śr

  =  U/(R  –  r),  współczynnik  niejednostajności  pola  możemy 

napisać w postaci

 

 

r

R

ln

r

r

R

(1.3)

 

 

Zależność 1.2 jako funkcja E

r

 = f

 

(r) będzie posiadała ekstremum dla R/r = e 

 2,718..., co teoretycz-

nie  oznacza,  że  dla  takiego  stosunku  R/r  będzie  występować  najmniejsze  z  możliwych  maksymalnych 
natężeń pola. Oznacza to również najwyższe możliwe napięcie pracy układu. 

r

U

0

E

U

0

= U

p

U

p

E

r

U

R

0 R/40

R/3

 

Rys. 4. Napięcie początkowe wyładowań elektrycznych i napięcie przeskoku w układzie walców 
współosiowych 

 

W  praktyce,  ze  względu  na  zależność  natężenia  przeskoku  od odległości między elektrodami, opty-

malny stosunek promieni kształtuje się na poziomie R/r 

 3

Napięcie początkowe ulotu w układzie walców współosiowych (wg Peeka) wynosi

 

 

 

r

R

ln

r

r

305

,

0

1

3

,

22

U

0





  [kV]  

(1.4)

 

 

dla R i r w centymetrach i przy 

 

 

r < 1 cm

Napięcie początkowe i napięcie przeskoku w układzie walców współosiowych przedstawia rysunek 4. 

W zakresie R/4 < r < R wyładowania niezupełne nie występują. Minimum napięcia przeskoku występuje 
dla R/r 

 40

 

2.2.2. Układ walców ekscentrycznych 

 

W  układzie  walców  ekscentrycznych  (mimoosiowych) rozkład natężenia pola elektrycznego wzdłuż 

linii wyznaczającej odległość między nimi, wyraża się wzorem

 

background image

Laboratorium TWN – ćwiczenie 1 

 

x

a

1

x

1

r

r

a

ln

2

U

E

x

 

gdzie:  U - napięcie między walcami, a - odległość między osiami walców (a > 5r). 

 

r

x

E

max

a

E

x

 

Rys. 5. Rozkład natężenia pola elektrycznego w układzie dwóch walców eks-
centrycznych 

 
Natężenie maksymalne i współczynnik niejednostajności rozkładu wynoszą odpowiednio:

 

r

a

1

r

1

r

r

a

ln

2

U

E

max

r

a

1

r

1

r

r

a

ln

2

r

2

a

Przy a >> r wzory upraszczają się

 

 

r

a

ln

r

2

U

E

max

 

r

a

ln

r

2

a

 

Napięcie początkowe wyładowań ulotowych (wzór Peeka) przy 



r < 1 cm wynosi 

r

a

ln

r

2

r

3

,

0

1

6

,

21

U

0





    [kV]

 

2.3. Układy ostrzowe

 

 

W układach elektrod o silnie niejednostajnym rozkładzie pola, np. w układach ostrzowych, przeskok 

elektryczny  poprzedzony  jest  innymi  formami  wyładowań.  Napięcie  początkowe  U

0

  oznacza  w  takich 

układach  napięcie  początkowe  wyładowań  niezupełnych  zwane świetleniem. Wyładowania te mają po-
stać świecącej plamki występującej przy samym ostrzu. Odpowiednikiem świetlenia w przypadku prze-
wodów linii wysokiego napięcia jest ulot. Często świetlenie, jak i ulot nazywane są koroną lub wyłado-
waniem koronowym. 

W miarę podnoszenia napięcia obszar świetlenia powiększa się aż przestaje być jednolity – zaczynają 

pojawiać się wyraźne świecące nitki. Formę wyładowań nie zwierających jeszcze elektrod i mającą postać 
iskier  wychodzących  z  ostrzy,  nazywa  się  wyładowaniami  snopiącymi  lub  krótko  snopieniem.  Snopienie 
można obserwować przy dostatecznie dużych odstępach między elektrodami (> 20 cm). Przy małych od-
stępach  świetlenie  przechodzi  bezpośrednio  w  przeskok  elektryczny.  Zakresy  występowania  różnych 
form wyładowań na przykładzie układu ostrze–ostrze pokazuje rysunek 6.  

background image

 

Ćwiczenie 1. Badanie wytrzymałości powietrza przy napięciu przemiennym 

 

 7 

 

 

0

50

100

150

200

250

300

0

20

40

60

80

100

120

Św

ie

tl

en

ie

 U

0

, s

no

pi

en

ie

 U

S

, p

rz

es

ko

U

P

, k

V

   

Odległość "a", cm

świetlenie

snopienie

przeskok

U

0

U

s

U

p

układ symetryczny

układ niesymetryczny

 

Rys. 6. Zależność napięcia początkowego U

0

, napięcia snopienia U

s

 i napięcia przeskoku U

p

 

 

od odstępu 

elektrod w  układzie ostrze–ostrze 

 
Napięcie początkowe wyładowań niezupełnych U

0

 zależy głównie od promienia krzywizny elektrod – 

zależność od odległości pojawia przy małych odległościach (porównywalnych z promieniem krzywizny), 
kiedy  wraz  z  odległością  zmienia  się  stopień  niejednorodności  pola  elektrycznego.  Napięcie  przeskoku 
zależy od odległości między elektrodami, a także od ich kształtu i wymiarów. Zależności te są nieliniowe. 

Wyładowania zupełne i niezupełne w układach o niejednostajnym rozkładzie pola zależą od warun-

ków atmosferycznych, przy czym (w odróżnieniu od układu płaskiego) należy uwzględniać również wil-
gotność powietrza. 

Porównanie wytrzymałości elektrycznej układu ostrze–płyta przy napięciu stałym i przemiennym po-

kazuje rysunek 7. Silny wpływ biegunowości napięcia na napięcie przeskoku uwidacznia się tutaj niemal 
jednakowym  napięciem  przeskoku  przy  dodatniej  biegunowości  ostrza  i przy  napięciu  przemiennym  – 
przeskok przy napięciu przemiennym występuje w jego dodatnim półokresie. 

 

0

20

40

60

80

0

2

4

6

8

10

N

ap

ci

pr

ze

sk

ok

U

P

, k

V

Odległość a, cm

 

Rys. 7. Wytrzymałość elektryczna układu ostrze–płyta przy napięciu sta-
łym i  przemiennym 

 

U/2

 

U/2

 

 

U

 

ostrze ujemne 

ostrze dodatnie 

50 Hz 

background image

Laboratorium TWN – ćwiczenie 1 

 

0

25

50

75

100

125

150

0

4

8

12

16

20

24

N

ap

ci

pr

ze

sk

ok

U

P

, k

V

odległość a, cm  

 

Rys.  8.  Porównanie  wytrzymałości  elektrycznej  układu  płaskiego  i  układu  
ostrze–płyta 

 

Dla układów ostrzowych, przy napięciu przemiennym 50 Hz i odległości między ostrzami a > 8 cm

napięcia przeskoku określają wzory empiryczne. 

Dla układu symetrycznego 

 

U

p

 = 14 + 3,36a   [kV], 

dla układu niesymetrycznego

 

 

U

p

 = 14 + 3,16a   [kV], 

gdzie a jest odległością między elektrodami w centymetrach. 

 
3. Metody pomiaru wysokiego napięcia przemiennego

 

 

Istnieje wiele metod i sposobów pomiaru wysokiego napięcia przemiennego. Wybór metody pomiaru 

zależy od wymaganej dokładności, wymaganego wyniku pomiaru (wartość szczytowa, skuteczna, chwi-
lowa,  rejestracja),  rodzaju  pomiaru  (próby  napięciowe,  próby  wytrzymałościowe,  badanie  wyładowań 
niezupełnych) i często od wysokości mierzonego napięcia i możliwości pomiarowych w tym względzie. 
Można wymienić następujące metody i sposoby pomiaru oraz przyrządy pomiarowe: 

  iskiernik kulowy,  

  woltomierz elektrostatyczny, 

 

układ pomiarowy z kondensatorem szeregowym, 

 

układy z pojemnościowym dzielnikiem napięcia, 

 

metody przekładnikowe (np. przekładniki pojemnościowe), 

  metody prostownikowe: 

 

metoda średniego prądu wyprostowanego, 

 

układy z dzielnikiem pojemnościowym (Rabusa), 

 układ z prostownikiem równoległym. 

Dokładność pomiaru w wielu przypadkach zależy od kształtu krzywej napięcia. Przy pomiarach war-

tości skutecznej należy zwracać uwagę na sinusoidalność napięcia, np. w warunkach występowania sil-
nych wyładowań niezupełnych krzywa napięcia zawiera wyższe harmoniczne. Przy próbach wytrzymało-
ściowych (przeskok, przebicie) należy zwrócić uwagę na zakłócenia pracy przyrządów elektronicznych, 
a nawet zagrożenie ich uszkodzenia. Niektóre z metod i przyrządów zostaną omówione szczegółowo. 
 

układ płaski 

układ ostrze-płyta 

background image

 

Ćwiczenie 1. Badanie wytrzymałości powietrza przy napięciu przemiennym 

 

 9 

 

3.1. Iskierniki kulowe

 

 

Iskiernik kulowy mierzy wartość szczytową napięcia przemiennego. Budowa i zasada pomiaru napię-

cia zostały szczegółowo omówione w ćwiczeniu 2.

 

 
3.2. Wysokonapięciowe woltomierze elektrostatyczne

 

 

W woltomierzach elektrostatycznych zostało wykorzystane zjawisko sił oddziałujących na dwie nała-

dowane elektrody, dążących do zbliżenia ich do siebie. Zasadę działania woltomierza elektrostatycznego 
ilustruje  rysunek  9.  Na  bezpośrednim  pomiarze  siły  F  działającej  na  elektrodę  ruchomą  oparta  została 
konstrukcja woltomierzy absolutnych (waga elektrostatyczna Kelvina). Elektrody takich woltomierzy są 
na ogół płaskie. Zastosowanie pierścieni ekranujących pozwala na wykorzystywanie równomiernej czę-
ści pola elektrostatycznego. 

3

1

F

2

U

a

 

 Rys.  9.  Zasada  działania  woltomierza  elektrostatycznego:  1,  2  -  elektrody  pomiarowe,  3 -
 elektroda ochronna (pierścień ekranujący) eliminująca zjawiska krawędziowe 

 
Przyłożenie siły równoważącej siłę F działającą na elektrodę ruchomą sprawia, że pomiar odbywa się 

przy neutralnym położeniu tej elektrody (odległość a między elektrodami jest stała).

 

 

 

,

U

a

S

2

1

CU

2

1

dx

d

=

F

2

2

o

2

               

F

k

U

.

 

(1.5) 

 

Przy ciśnieniu atmosferycznym i natężeniu pola 14 kV/cm ciśnienie wywierane na elektrodę wynosi 

N/m

2

.  W  atmosferze  sprężonego  azotu  (kilka  MPa)  czułość  wzrasta  prawie  100-krotnie.  Woltomierze 

elektrostatyczne absolutne cechuje duża dokładność – nawet do setnych części procenta. Skomplikowana 
budowa, znaczne rozmiary i koszty decydują o tym, że woltomierze absolutne używane są najczęściej do 
wzorcowania innych przyrządów. 

W praktyce laboratoryjnej używa się najczęściej woltomierzy elektrostatycznych technicznych umoż-

liwiających bezpośredni odczyt mierzonego napięcia. Siła działająca na organ ruchomy wynosi

 

 

 

2

2

U

dx

dC

2

1

CU

2

1

dx

d

F

.

 

(1.6) 

Jeżeli moment napędowy zostanie zrównoważony przez moment zwrotny M = K



,  to kąt wychylenia 

organu ruchomego będzie opisany wzorem

 

 

background image

Laboratorium TWN – ćwiczenie 1 

 

10 

 

d

dC

U

K

2

1

2

.

 

(1.7) 

Wychylenie  miernika  jest  proporcjonalne  do  kwadratu  napięcia,  a  kierunek  wychylenia  nie  zależy  od 
biegunowości. 

a

8

8

9

1

2

F

D

4

2

5

3

1

6

7

7

a )

b )

 

Rys. 10. Schemat  konstrukcji  technicznych  woltomierzy  elektrostatycznych:  z  rozsuwanymi  elektrodami  umożli-
wiającymi zmianę  zakresu a) i kulowego b). 1 i 2  - elektrody,  3 - elektroda ruchoma,  4  - lustro,  5 - tłumiki 
drgań,  6 - sprężysta nić (prostopadła do płaszczyzny rysunku - czarny punkt),  7 - izolatory,  8 - podziałka,  9 - 
źródło światła 

 

Przy pomiarze napięcia przemiennego siła jest również zmienna w czasie. Ustalone wychylenie zależy 

od wartości średniej tej siły 

 

T

0

2

T

0

śr

(t)dt

u

T

1

dx

dC

2

1

=

(t)dt

F

T

1

=

F

.

 

(1.8)

 

Korzystając z definicji wartości skutecznej otrzymujemy

 

dx

dC

U

2

1

=

F

2

śr

 

gdzie: U - wartość skuteczna napięcia. 

Wynika stąd, że miernik wyskalowany napięciem stałym może mierzyć wartość skuteczną napięcia. 

Rysunek 10 przedstawia schematycznie budowę najczęściej spotykanych technicznych woltomierzy elek-
trostatycznych. Pod wpływem sił pola elektrostatycznego elektroda ruchoma 3 obraca się pokonując opór 
sprężystej  nici.  Woltomierz  kulowy  (rys.  10b)  wykorzystuje  siłę  przyciągania    elektrod  kulowych, 
z których jedna pokonuje opór sprężyny. Woltomierze kulowe umożliwiają osiągnięcie większych zakre-
sów pomiarowych (kilka MV, średnice kul > 1 m).

 

Najważniejsze zalety woltomierzy elektrostatycznych:  

  pomiar napięcia praktycznie bez poboru mocy, 

 

bezpośredni pomiar wysokiego napięcia, 

 

wysoka dokładność (klasy woltomierzy technicznych od 0,5). 

 

background image

 

Ćwiczenie 1. Badanie wytrzymałości powietrza przy napięciu przemiennym 

 

 11 

 

3.3. Pomiar napięcia w układzie z kondensatorem szeregowym

 

 

Pomiar wysokiego napięcia tą metodą polega na pomiarze wartości skutecznej prądu płynącego przez 

kondensator (rys. 11)

 

C

i

U

A

 

 

Wartość skuteczna tego napięcia wynosi

 

 

.....

+

U

+

U

+

U

=

U

2

5

2

3

2

1

.

 

 

Prąd pojemnościowy płynący przez kondensator C

 

 

i = Cdu/dt =

2

1

C [ U

1

cos(

1

t+

1

) + 3U

3

cos(3

1

t+

3

) + 5U

5

cos(5

1

t+

5

) + ...]. 

 

Wartość skuteczna prądu będzie równa

 

 

I = 

1

C

....

U

25

U

9

U

2

5

2

3

2

1

 

  

zatem napięcia pomierzone 

 

U

pom

 = I

 

/

1

C  = 

....

U

25

U

9

U

2

5

2

3

2

1

 

Jak wynika z wzorów, prąd jest bardziej odkształcony niż napięcie i wynik pomiaru może być obar-

czony znacznym błędem. 

 
3.4. Pomiar napięcia w układzie z dzielnikiem pojemnościowym

 

 

Rozkład napięcia na dwóch połączonych szeregowo kondensatorach jest odwrotnie proporcjonalny do 

ich pojemności. Napięcie mierzymy na pojemności C

2

 (rys. 12) miernikiem o dużej rezystancji wejścio-

wej (np. elektrostatycznym lub elektronicznym) nie zmieniającym rozkładu napięcia na dzielniku. Wynik 
pomiaru  należy  przemnożyć  przez  przekładnię  dzielnika  uwzględniającą  pojemność  wejściową  układu 
pomiarowego

 

1

p

2

1

2

2

C

C

+

C

+

C

U

=

U

=

U

 

gdzie: C

p

 - suma pojemności wejściowej miernika i kabla pomiarowego. 

Zarówno gałąź wysokonapięciowa, jak i niskonapięciowa dzielnika powinny mieć mały współczynnik 

stratności i dużą stabilność. Przy pomiarach bardzo wysokich napięć (rzędu MV) bateria szeregowo połą-
czonych kondensatorów składających się na gałąź wysokonapięciową C

1

 tworzy kolumnę często kilkuna-

I = U

1

C, 

   stąd  U = I

 

/

1

C. 

 

Miernik prądu  (mikroamperomierz)  może być od razu wyskalowany 

kV. Zależność prądu od częstotliwości jest wadą tej metody pomiaru. 
Jeżeli  mierzone  napięcie  jest  odkształcone  (np.  wskutek  wystąpienia 
wyładowań niezupełnych), to jego wartość chwilowa będzie sumą war-
tości  chwilowych  nieparzystych harmonicznych  – funkcja symetryczna 
i nieparzysta składa się z samych harmonicznych nieparzystych

 

 

u = 

2

[U

1

sin(

1

t + 

1

) + U

3

sin(3

1

t + 

3

) + U

5

sin(5

1

t + 

5

) + ......]. 

 
 

Rys. 11. Pomiar napięcia w układzie z kondensatorem szeregowym 

background image

Laboratorium TWN – ćwiczenie 1 

 

12 

stometrowej wysokości. Znaczny wpływ na przekładnię dzielnika mają wówczas pojemności doziemne 
(ok. 15 pF/m). 

K

C

p

C

1

C

2

V

U

 

Rys. 12. Pomiar 

wartości 

skutecznej 

wysokiego 

napięcia 

przemiennego 

z wykorzystaniem  pojemnościowego  dzielnika  napięcia:  C

1

,  C

2

  -  pojemności  gałęzi 

wysokonapięciowej i niskonapięciowej dzielnika,  K - kabel pomiarowy,  V - miernik 
wartości skutecznej napięcia 

 

Przekładnia dzielnika pojemnościowego w przybliżeniu wynosi

 

 





1

z

1

2

1

C

6

C

1

C

C

+

C

=

 

gdzie: C

z

 - pasożytnicza pojemność doziemna.

 

 

3.5. Metody przekładnikowe

 

 

Przekładniki napięciowe są szeroko stosowane w elektroenergetyce przy pomiarach napięcia, mocy, 

energii  oraz  w  automatyce  zabezpieczeniowej.  Przekładnię  elektromagnetyczną  przekładnika  stanowi 
stosunek górnego napięcia do dolnego. Dokładność pomiaru zależy od błędu kątowego i błędu przekład-
ni. Błędy pomiaru rosną wraz ze wzrostem częstotliwości napięcia mierzonego. 

 

i C

1

U

0

L

Z

0

U

1

U

1

U

2

C

1

i

R

C

2

i

1

Tr i

2

C

2

i

1

Z

2

b)

a)

 

Rys. 13. Przekładnik pojemnościowy a) i jego schemat zastępczy b): C

1

, C

2

 - dzielnik  pojemnościowy, Dł - dła-

wik o regulowanej indukcyjności,  Tr - przekładnik  napięciowy o przekładni 

t

,

 

  L, R - indukcyjność  i  rezy-

stancja dławika i  przekładnika  napięciowego,  Z

0

 - impedancja obciążenia Z

0

 = 

t

2

 Z

2

,  U

0

 = 

t

 U

2

 

background image

 

Ćwiczenie 1. Badanie wytrzymałości powietrza przy napięciu przemiennym 

 

 13 

 

Przy napięciach znamionowych sieci 220 kV i wyższych do pomiaru napięcia wykorzystywane są tzw. 

przekładniki  pojemnościowe.  Przekładnik  pojemnościowy  składa  się  z  pojemnościowego  dzielnika  na-
pięcia  C

1

C

2

  oraz  przekładnika  napięciowego  Tr  (rys.  13).  Dławik    o  regulowanej  indukcyjności  za-

pewnia uzyskanie wymaganej dokładności pomiaru.

 

 
3.6. Mierniki wartości szczytowej z kondensatorem szeregowym

 

 

Pomiar napięcia realizowany jest pośrednio przez pomiar wartości średniej prądu pojemnościowego 

(wyprostowanego) płynącego przez kondensator szeregowy (rys. 14). 

U

O g

A

C

C p

 

Rys. 14. Schemat miernika wartości szczytowej z kondensatorem szerego-
wym.  Og – ogranicznik przepięć, C

p

 –pojemność pasożytnicza 

  

Miernik magnetoelektryczny (

A) umieszczony w jednej z gałęzi mierzy prąd

 

 

max

2

/

T

0

U

U

2

/

T

0

C

śr

CfU

2

du

fC

dt

dt

du

C

f

dt

)

t

(

i

T

1

I

max

max

 

 

 

proporcjonalny do wartości szczytowej napięcia. Może być więc wyskalowany od razu w kV

Uziemiony  ekran  jest  połączony  z  pierścieniem  ekranującym  kondensatora  szeregowego  eliminując 

wpływ  zjawisk  krawędziowych  i  prądów  płynących  przez  pojemności  pasożytnicze  C

p

.  Niewielka  po-

jemność kondensatora pomiarowego (kilkadziesiąt pF) stwarza potrzebę starannego ekranowania układu. 
Wpływ pojemności pasożytniczych może być znaczny. 

Na dokładność pomiaru nie wpływa odkształcenie krzywej napięcia, jeżeli ma ona tylko jeden wierz-

chołek. Silne wyładowania niezupełne w układzie probierczym mogą powodować odkształcenie wielo-
wierzchołkowe. W przypadku odkształcenia dwuwierzchołkowego (dwa wierzchołki w półokresie) mie-
rzona wartość średnia wynosi

 

I

śr

 = 2 f C (U

max

 + 

U), 

 

gdzie 

U - różnica między pierwszym maksimum i minimum napięcia. 

W  praktyce  normy  nie  dopuszczają  odkształcenia  krzywej  napięcia  probierczego  większego od 5%

zaś  przypadek  pojawienia  się  krzywej  wielowierzchołkowej  jest  mało  prawdopodobny.  Rysunek  15 
przedstawia  zmodyfikowany  układ  miernika  prostownikowego  z cyfrowym  odczytem napięcia na rezy-
storze R włączonym w miejsce mikroamperomierza.  

background image

Laboratorium TWN – ćwiczenie 1 

 

14 

2

3

R

1

C

T p

 

Rys. 15. Schemat  cyfrowego  miernika  wartości  szczytowej    napięcia:  1-
 przetwornik analogowo-cyfrowy,   2 - bramka, 3 - licznik impulsów 

 

Rezystor  R  tworzy  z  pojemnością  C  filtr dolnoprzepustowy ograniczający wpływ wyładowań niezu-

pełnych na wynik pomiaru. Z drugiej strony rozkład napięcia w układzie staje się funkcją częstotliwości

 

2

2

2

2

2

2

R

C

R

1

C

R

U

U

.

 

Zastosowanie bramki (2) sterowanej częstotliwością napięcia mierzonego, otwieranej na czas 

t = x/f 

odpowiadający x okresom, pozwala na eliminację wpływu częstotliwości na wynik pomiaru. Liczba im-
pulsów przepuszczona do licznika wynosi

          

n = A R I

śr

 x/f = A

2RCU

max

 x = kU

max

 , 

 

 

gdzie A - stała przetwornika

.

 

 

3.7. Mierniki wartości szczytowej z dzielnikiem napięcia

 

 

Pomiar  wartości  szczytowej  niezależny  od  kształtu  krzywej  napięcia  można  uzyskać  stosując  pro-

stownikową  metodę  pomiaru  z  dzielnikiem  pojemnościowym.  Pomiar  wartości  szczytowej  w  układzie 
Rabusa (rys. 16a) polega na pomiarze napięcia na kondensatorze C' ładowanym przez prostownik do na-
pięcia U

max

.  Do  pomiaru  należy  używać  woltomierzy  o  bardzo  małym  poborze mocy  – elektronicznego 

lub elektrostatycznego. 

 

R''

b )

U

R'

a )

U

R

1

C''

"

C

1

C'

C

1

'

R

1

C

1

C

2

C

1

"

R'

C'

R''

C

2

C'' V

V

'

 

Rys. 16. Schematy  układów  do  pomiaru  wartości  szczytowej  napięcia:  a)  układ  Rabusa,  b) układ  z gałęziami 
wspierającymi 

 

Rezystor R' umożliwia rozładowanie kondensatora przy obniżeniu się napięcia mierzonego. Jednocze-

śnie stała czasowa R'C' powinna być na tyle duża (w porównaniu z okresem zmian napięcia), aby uniknąć 
występowania  pulsacji  napięcia  na  kondensatorze.  Symetryczna  gałąź  R''C''  zapobiega  powstawaniu 

background image

 

Ćwiczenie 1. Badanie wytrzymałości powietrza przy napięciu przemiennym 

 

 15 

 

składowej  stałej    na  pojemności  C

2

  i  umożliwia  jednoczesny  pomiar  ujemnego  szczytu  napięcia  (przy 

pomocy  drugiego  woltomierza).  Ze  względu  na  dokładność  pomiaru  pojemności  C'  C''  powinny  być 
dużo większe od pojemności prostowników. 

Pogodzenie dwóch przeciwstawnych warunków: 

 

szybkiego rozładowania pojemności C' (i C'') w przypadku obniżenia napięcia, 

 

nieznacznego rozładowania przy pracy zaporowej prostowników, 

umożliwia zmodyfikowany układ pomiarowy z gałęziami wspierającymi (rys. 16b) przez odpowiedni do-
bór stałych czasowych R

1

'C

1

' oraz R

1

''C

1

''

Użycie woltomierza elektrostatycznego i przełącznika trójpołożeniowego pozwala na pomiar wartości 

szczytowych +U

2max

, –U

2max

 oraz wartości skutecznej U

2

 
3.8. Miernik wartości szczytowej z prostownikiem równoległym

 

 

Schemat układu przedstawia rysunek 17.

  

 

U

C

1

C

2

A

Ve

R

 

Rys. 17. Schemat układu pomiarowego z prostownikiem równoległym 

 

U

2

' = 

2

2

2

max

2

U

U

.      

            

 

Dla określenia wartości maksymalnej napięcia należy dokonać dwukrotnego pomiaru – przy włączo-

nym i wyłączonym prostowniku – oraz przeprowadzić obliczenie

 

U

2max

 = 

2

2

2

2

U

'

U

.  

 
Pomiar  proporcjonalny  do  samej  składowej  stałej  (czyli  do  wartości  szczytowej)  można  uzyskać  w 

tym układzie przy pomocy mikroamperomierza magnetoelektrycznego. Miernik ten musi być włączony 
przez bardzo dużą rezystancję, aby uniknąć rozładowywania składowej stałej. 

 

4. Pytania kontrolne

 

 

1.  Rozkład potencjału i natężenia pola elektrycznego w płaskim układzie elektrod 
2.  Wytrzymałość elektryczna układu płaskiego 
3.  Rozkład potencjału i natężenia pola elektrycznego w układzie walców współosiowych 
4.  Wytrzymałość elektryczna układu walców współosiowych 
5.  Wytrzymałość elektryczna układów ostrzowych 
6.  Zasada działania woltomierza elektrostatycznego 
7.  Pomiar wartości skutecznej napięcia w układzie z kondensatorem szeregowym 
8.  Pomiar wartości szczytowej napięcia metodą średniego prądu wyprostowanego 
9.  Mierniki wartości szczytowej z dzielnikiem napięcia 
10. Miernik wartości szczytowej z prostownikiem równoległym 

 

Prostownik  zwiera  pojemność  C

2

  dla  prądu  pojemno-

ściowego  jednego  znaku.  Napięcie  na  kondensatorze  C

2 

zawiera  zatem  zarówno  składową  przemienną,  jak 
i składową  stałą  równą  wartości  maksymalnej  składowej 
przemiennej

 

 

u

2

 = U

2max

sin

t + U

2max 

 

Woltomierz elektrostatyczny mierzy wartość skuteczną 
tego napięcia

 

background image

Laboratorium TWN – ćwiczenie 1 

 

16 

Literatura 

1. Flisowski Z.: Technika wysokich napięć. WNT, wyd.III, Warszawa 1998 
2. Gacek Z.: Wysokonapięciowa technika izolacyjna. Wyd. Politechniki Śląskiej., Gliwice, 1996 
3. Technika badań wysokonapięciowych - praca zbiorowa. Tom I, WNT, Warszawa 1985 
4. Wodziński J.: Wysokonapięciowa technika prób i pomiarów. PWN, Warszawa 1997 
5. PN-E-04060:1992 Wysokonapięciowa technika probiercza - Ogólne określenia i wymagania probiercze  
6. PN-EN 60060-1:2011 Wysokonapięciowa technika probiercza – Część 1: Ogólne definicje i wyma-

gania probiercze (ang. - zastępuje PN-E-04060) 

7. PN-EN 60060-2:2000/Ap1:2002 Wysokonapięciowa technika probiercza – Układy pomiarowe  
8. PN-EN 60071-1:2008 Koordynacja izolacji – Część 1: Definicje, zasady i reguły 
9. PN-EN 60052:2003 Pomiar napięcia metodą iskierników znormalizowanych 

 

 

II. POMIARY 

 

1. Badanie wytrzymałości układu płyta–płyta

 

 

1.1. Schemat układu

 

Ob

Dz

Ve

Ro

Tp

Tr

 

Rys. 18. Schemat  układu  probierczego  do  badania  wytrzymałości  powietrza 
w układzie  płaskim: Tr  -  transformator  regulacyjny, Tp  -  transformator  pro-
bierczy,  R  -  rezystor  ograniczający,  Dz  -  dzielnik  napięcia,  Ve  -  woltomierz 
elektrostatyczny, Ob - badany obiekt 

 
1.2. Przebieg pomiarów 
 

Przy  przeprowadzaniu  pomiarów w polu probierczym wysokiego napięcia przemiennego należy po-

stępować zgodnie z instrukcją obsługi stanowiska i przepisami BHP:

 

a)  ustawiamy najmniejszy odstęp między elektrodami iskiernika płaskiego (zgodnie z tabelą), 

b)  po usunięciu uziemienia przenośnego i zamknięciu drzwi załączamy układ probierczy, 

c)  za pomocą przycisku podnosimy napięcie przyłożone do elektrod aż do wystąpienia przeskoku, 

d)  notujemy wskazanie woltomierza elektrostatycznego w momencie przeskoku uwzględniając prze-

kładnię dzielnika, 

e)  dla danej odległości między elektrodami iskiernika płaskiego pomiaru dokonujemy trzykrotnie. 
Powyższe czynności należy powtórzyć dla pozostałych odległości między elektrodami.  
Wartości średnie napięć przeskoku dla układu płaskiego należy przeliczyć na warunki normalne 
 

U

pn śr

 = U

p śr 

/

 

 

gdzie: 

  =  0,289

p/T  -  względna  gęstość  powietrza  (ciśnienie  p  w  hPa,  temperatura  bezwzględna  T 

w Kelwinach). 

background image

 

Ćwiczenie 1. Badanie wytrzymałości powietrza przy napięciu przemiennym 

 

 17 

 

Wpływ wilgotności w układzie płaskim jest pomijalny. Wyniki pomiarów i obliczeń należy przedsta-

wić w tabeli 1. 

 

Tabela 1. Wyniki pomiarów i obliczeń wytrzymałości elektrycznej układu płaskiego

 

t = ...... 

C,  p = ....... hPa, 

 (wilgotność względna) = ....... %, 

 - przekładnia dzielnika

 

Lp. 

Odstęp ‘a’ 

U

Vi

  

3

1

i

Vi

śr

V

U

3

1

U

 

U

p śr

 = U

Vśr



 

śr

p

śr

pn

U

U

 

cm 

kV 

kV 

kV 

kV 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 
2. Badanie wytrzymałości układu ostrze–płyta 
 

2.1. Schemat układu

 

Ob

Ro

Ve

Tp

Tr

Dz

 

Rys. 19. Schemat  układu  probierczego  do  badania  wytrzymałości  powietrza 
w układzie  ostrze-płyta:  Tr  -  transformator  regulacyjny,    Tp  -  transformator 
probierczy, R - rezystor ograniczający,  Dz - dzielnik napięcia, Ve - woltomierz 
elektrostatyczny,  Ob - badany obiekt 

 
2.2. Przebieg pomiarów

 

 

a)  ustawiamy najmniejszy odstęp między elektrodami ostrze-płyta (zgodnie z tabelą), 

b)  po usunięciu uziemienia przenośnego i zamknięciu drzwi załączamy układ probierczy, 

c)  za pomocą przycisku podnosimy napięcie przyłożone do elektrod aż do wystąpienia przeskoku, 

d)  notujemy wskazanie woltomierza elektrostatycznego w momencie przeskoku uwzględniając prze-

kładnię dzielnika, 

e)  dla danej odległości między elektrodami układu ostrze-płyta pomiaru dokonujemy trzykrotnie. 
Powyższe czynności należy powtórzyć dla pozostałych odległości między elektrodami.  
Wartości średnie napięć przeskoku dla układu ostrze-płyta należy przeliczyć na warunki normalne 
 

U

pn śr

 = U

p śr 

/

 

K

t

 

gdzie: K

t

 = k

1

 

 k

2

 – Współczynnik korekcyjny uwzględniający wpływ gęstości i wilgotności powietrza. 

Należy  go  obliczyć  zgodnie  z  PN-EN  60060-1  lub  ze  wskazówkami  zawartymi  w  instrukcji  do 
ćwiczenia 2. Wyniki pomiarów i obliczeń należy przedstawić w tabeli 2. 

background image

Laboratorium TWN – ćwiczenie 1 

 

18 

 

Tab. 2. Wyniki pomiarów i obliczeń wytrzymałości układu ostrze-płyta 

t = ..........

C,   b = ............. mmHg,  

 (wilgotność względna) = .......... %,  

  = 30.  

Lp. 

Odstęp 

‘a’ 

U

Vi

  

3

1

i

Vi

śr

V

U

3

1

U

  U

pśr

 

U

vśr

 

Współcz.

 K

t

  U

pn śr

 = U

pśr

/K

t

 

cm 

kV 

kV 

kV 

– 

kV 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
3. Badanie wytrzymałości układu ostrze–ostrze

 

 

3.1. Schemat układu

 

Ve

Ro

Tp

Tr

Dz

Ob

 

Rys. 20. Schemat  układu  probierczego  do  badania  wytrzymałości  powietrza 
w ukła-dzie  ostrzowym:  Tr  -  transformator  regulacyjny,    Tp  -  transformator 
probierczy,  R  -  rezystor  ograniczający,    Dz  -  dzielnik  napięcia,  Ve  -  wolto-
mierz elektrostatyczny,  Ob - badany obiekt 

 
3.2. Przebieg pomiarów

 

 

a)  ustawiamy najmniejszy odstęp między elektrodami iskiernika ostrzowego (zgodnie z tabelą), 

b)  po usunięciu uziemienia przenośnego i zamknięciu drzwi załączamy układ probierczy, 

c)  za pomocą przycisku podnosimy napięcie przyłożone do elektrod aż do wystąpienia przeskoku, 

d)  notujemy wskazanie woltomierza elektrostatycznego w momencie przeskoku uwzględniając prze-

kładnię dzielnika, 

e)  dla danej odległości między elektrodami iskiernika ostrzowego pomiarów dokonujemy trzykrotnie. 
Powyższe czynności należy powtórzyć dla pozostałych odległości między elektrodami. Wartości śred-

nie napięć przeskoku należy przeliczyć na warunki normalne zgodnie z normą  PN-EN 60060-1

 

i wska-

zówkami zawartymi w ćwiczeniu 2. Wyniki pomiarów i obliczeń należy przedstawić w tabeli 3. 

background image

 

Ćwiczenie 1. Badanie wytrzymałości powietrza przy napięciu przemiennym 

 

 19 

 

Tabela 3. Wyniki pomiarów i obliczeń wytrzymałości układu ostrze-ostrze

 

t = ..........

C,   p = .......... hPa,  

 (wilgotność względna) = .......... %, 

  = ..............  

Lp. 

Odstęp 

‘a’ 

U

Vi

  

3

1

i

Vi

śr

V

U

3

1

U

  U

pśr

 

U

vśr

 

Współcz.

 K

t

  U

pn śr

 = U

pśr

/K

t

 

cm 

kV 

kV 

kV 

– 

kV 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Pomiary napięć świetlenia, snopienia i przeskoku w układzie ostrze-ostrze

 

 

4.1. Schemat układu

 

Ro

Dz

Tr

Tp

Ve

Komora ciemniowa

Ob

 

Rys. 21. Schemat  układu  probierczego  do  badania  wyładowań  elektrycznych  w układzie 
ostrzowym:  Tr  -  transformator  regulacyjny,    Tp  -  transformator  probierczy,  R  -  rezystor 
ograniczający,    Dz  -  dzielnik  napięcia,  Ve  -  woltomierz  elektrostatyczny,    Ob  -  badany 
obiekt 

 

4.2. Przebieg pomiarów 

 
Badanie wyładowań elektrycznych w układzie ostrze–ostrze należy przeprowadzać w zaciemnionym 

pomieszczeniu umożliwiającym obserwację wyładowań niezupełnych: 

a)  ustawiamy najmniejszy odstęp między elektrodami iskiernika ostrzowego (zgodnie z tabelą), 

b)  po usunięciu uziemienia przenośnego i zamknięciu drzwi załączamy układ probierczy, 

c)  za pomocą przycisku podnosimy stopniowo napięcie przyłożone do elektrod obserwując zachowa-

nie się układu ostrzowego aż do wystąpienia przeskoku, 

d)  notujemy  wskazania  woltomierza  elektrostatycznego  odpowiadające  napięciom  początkowym: 

świetlenia, snopienia i przeskoku, 

e)  dla danej odległości między elektrodami iskiernika ostrzowego pomiarów dokonujemy trzykrotnie. 

Powyższe czynności należy powtórzyć dla pozostałych odległości między elektrodami. Wartości śred-

nie napięć świetlenia, snopienia i przeskoku należy przeliczyć na warunki normalne zgodnie z normą PN-
EN  60060-1

 

i  wskazówkami  zawartymi  w  ćwiczeniu  2.  Wyniki  pomiarów  i obliczeń  należy  przedstawić 

w tabeli 4. 

 

 

background image

Laboratorium TWN – ćwiczenie 1 

 

20 

Tabela 4. Wyniki pomiarów napięć początkowych wyładowań w układzie ostrze-ostrze

 

t = ..........

C,   p = .......... hPa,  

 (wilgotność względna) = .......... %, 

  = ..............

 

Lp. 

Odstęp  

Świetlenie 

Snopienie 

Przeskok 

 

U

= U

v0



 

U

0n śr

 

U

= U

vs



 

U

sn śr

 

U

= U

vp



 

U

p nśr

 

– 

cm 

kV 

kV 

kV 

kV 

kV 

kV 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Oznaczenia w tabeli 2: 

U

v0

, U

vs

, U

vp

  

–  napięcia  początkowe  świetlenia,  snopienia  i  przeskoku  wskazywane  przez  wolto-

mierz elektrostatyczny, 

U

0

,  U

s

,  U

p

  

– napięcia początkowe świetlenia, snopienia i przeskoku, 

U

on śr

, U

sn śr

, U

pn śr

   –  wartości  średnie  napięcia  początkowego  świetlenia,  snopienia  i przeskoku  przeli-

czone na warunki normalne. 

 

5. Opracowanie wyników pomiarów

 

 

a)  Wykreślić  charakterystyki  wytrzymałościowe  U

pnśr

  =  f(a)  dla  układów:  płyta–płyta,  ostrze-płyta 

i ostrze-ostrze we wspólnym układzie współrzędnych. 

b)  Wykreślić zależność napięć U

0n śr

U

sn śr

 i U

pn śr

 od odległości a dla układu elektrod ostrze–ostrze. 

 

6. Wnioski

 

 

Wnioski powinny zawierać uwagi dotyczące przebiegu ćwiczenia oraz własne spostrzeżenia związane 

z otrzymanymi wynikami badań. Należy również dokonać porównania wytrzymałości elektrycznej ukła-
du płaskiego i układów ostrzowych. W przypadku wystąpienia rozbieżności między otrzymanymi wyni-
kami i danymi literaturowymi należy wskazać źródło tych rozbieżności.