LABORATORIUM TECHNIKI WYSOKICH NAPIĘĆ
|
|||
Kierunek: Elektrotechnika
|
Temat ćwiczenia: Wpływ przegrody izolacyjnej na wytrzymałość dielektryczną powietrza |
Nr ćwiczenia: 9 |
|
|
|
|
|
|
Rok akademicki 2013/2014 |
Data wykonania: 22.12.2013 |
Ocena / podpis |
Celem ćwiczenia było wyznaczenie wytrzymałości dielektrycznej powietrznego układu o polu silnie niejednorodnym bez przegrody oraz z przegrodą izolacyjną umieszczoną w różnych odległościach przestrzeni międzyelektrodowej przy tej samej odległości elektrod. Badania wytrzymałości dielektrycznej powietrznego układu można wykonać przy napięciu stałym o różnej biegunowości elektrod oraz przy napięciu przemiennym.
Warunki atmosferyczne:
temperatura otoczenia t = 21,7°C,
ciśnienie atmosferyczne b = 998 hPa,
wilgotność względna powietrza φ = 30%.
Badanie wpływu przegrody izolacyjnej przy napięciu stałym
Badania przeprowadza się w układzie przedstawionym na rysunku 1.
Rys. l. Układ do pomiarów wpływu przegrody izolacyjnej przy napięciu stałym
Wyniki pomiarów dla dodatniej i ujemnej elektrody ostrzowej (elektroda płaska-uziemiona) umieszczono w tabelach l i 2, przy zastosowaniu przegrody z papieru maszynowego.
Tabela 1. Dodatnia biegunowość elektrody ostrzowej
a |
a1 |
Um |
Ums |
Up |
Rodzaj przegrody izolacyjnej |
|
cm |
cm |
V |
V |
kV |
|
|
3 |
0* |
94 |
90 |
92,0 |
33,94 |
bez przegrody |
3 |
0 |
82 |
86 |
84,0 |
30,99 |
papier maszynowy |
3 |
0,5 |
64 |
69 |
66,5 |
24,53 |
|
3 |
1,0 |
78 |
76 |
77,0 |
28,41 |
|
3 |
1,5 |
114 |
120 |
117,0 |
43,16 |
|
3 |
2,0 |
150 |
150 |
150,0 |
55,34 |
|
3 |
2,5 |
102 |
80 |
91,0 |
33,57 |
|
3 |
3,0 |
98 |
110 |
104,0 |
38,37 |
|
Przykładowe obliczenia:
Średnia wartość napięcie na transformatorze wyznaczona z napięcia Um:
Ums = (ΣUm) / liczba pomiarów = (94+90) /2 = 184/2 = 92 V
Przekładnia transformatora:
ϑ = 60000V / 230V
Napięcie przeskoku:
Up = √2·Ums·ϑ = √2 · 92,0 · (60000/230) ≈ 33941,13 V ≈ 33,941 kV
Tabela 2. Ujemna biegunowość elektrody ostrzowej
a |
a1 |
Um |
Ums |
Up |
Rodzaj przegrody izolacyjnej |
|
cm |
cm |
V |
V |
kV |
|
|
3 |
0* |
124 |
125 |
124,5 |
45,93 |
bez przegrody |
3 |
0 |
70 |
83 |
76,5 |
28,22 |
papier maszynowy |
3 |
0,5 |
72 |
86 |
79,0 |
29,15 |
|
3 |
1,0 |
113 |
121 |
117,0 |
43,16 |
|
3 |
1,5 |
145 |
150 |
147,5 |
54,42 |
|
3 |
2,0 |
152 |
170 |
161,0 |
59,40 |
|
3 |
2,5 |
160 |
170 |
165,0 |
60,87 |
|
3 |
3,0 |
132 |
129 |
130,5 |
48,15 |
|
Przykładowe obliczenia:
Średnia wartość napięcie na transformatorze wyznaczona z napięcia Um:
Ums = (ΣUm) / liczba pomiarów = (70+83) /2 = 153/2 = 76,5 V
Przekładnia transformatora:
ϑ = 60000V / 230V
Napięcie przeskoku:
Up = √2·Ums·ϑ = √2 · 76,5 · (60000/230) ≈ 28222,78 V ≈ 28,223 kV
Badanie wpływu przegrody izolacyjnej przy napięciu przemiennym
Badania przeprowadza się w układzie przedstawionym na rysunku 2.
Rys. 2. Układ do pomiarów wpływu przegrody izolacyjnej przy napięciu przemiennym
Wyniki pomiarów dla napięcia przemiennego umieszczono w tabeli 3 przy zastosowaniu przegrody z papieru maszynowego.
Tabela 3. Napięcie przemienne
a |
a1 |
Um |
Ums |
Up |
Rodzaj przegrody izolacyjnej |
|
cm |
cm |
V |
V |
kV |
|
|
3 |
0* |
63 |
71 |
67,0 |
24,72 |
bez przegrody |
3 |
0 |
73 |
69 |
71,0 |
26,19 |
papier maszynowy |
3 |
0,5 |
92 |
92 |
92,0 |
33,94 |
|
3 |
1,0 |
95 |
89 |
92,0 |
33,94 |
|
3 |
1,5 |
128 |
130 |
129,0 |
47,59 |
|
3 |
2,0 |
140 |
150 |
145,0 |
53,49 |
|
3 |
2,5 |
148 |
155 |
151,5 |
55,89 |
|
3 |
3,0 |
95 |
83 |
89,0 |
32,83 |
|
Przykładowe obliczenia:
Średnia wartość napięcie na transformatorze wyznaczona z napięcia Um:
Ums = (ΣUm) / liczba pomiarów = (92+92) /2 = 184/2 = 92,0 V
Przekładnia transformatora:
ϑ = 60000V / 230V
Napięcie przeskoku:
Up = √2·Ums·ϑ = √2 · 92,0 · (60000/230) ≈ 33941,13 V ≈ 33,941 kV
Oznaczenia z tabel:
0* - układ bez przegrody izolacyjnej,
a - odległość między ostrzem a płytą,
a1 - odległość między płytą a przegrodą izolacyjną,
Um - napięcie mierzone na transformatorze podczas wystąpienia przeskoku,
U ms - napięcie średnie wyliczone z napięcia Um,
Up - napięcie przeskoku.
Rys. 3. Wykres zależności Up = f(a) dla układów
z dodatnią i ujemną elektrodą ostrzową oraz dla napięcia przemiennego
Wnioski
W powyższym ćwiczeniu wyznaczaliśmy wytrzymałość dielektryczną powietrza układu o polu silnie niejednorodnym bez przegrody oraz z przegrodą izolacyjną. Można tutaj zauważyć, że odległość pomiędzy płytą a przegrodą izolacyjną bardzo wpływa na wytrzymałość dielektryczną powietrza. Zaobserwowaliśmy także, że przy małej odległości między płytą a przegrodą izolacyjną, największą wytrzymałością charakteryzował się układ z dodatnią biegunowością elektrody. Układ, który został zasilany napięciem przemiennym, pod względem wytrzymałości, zachowuje się w podobny sposób do układu z ujemną biegunowością elektrody.
Zwiększanie wytrzymałości dielektrycznej powietrza opiera się na zmianie rozkładu pola elektrycznego. Im bliżej dodatniej elektrody umieszczona zostanie przegroda, tym pole między przegrodą a płytą staje się zbliżone do jednorodnego. Jest to wynikiem osiadania na przegrodzie jonów dodatnich. Jeśli jednak zbyt blisko umieścimy przegrodę to zostaje ona przebita dużo szybciej co skutkuje mniejszą wytrzymałością.
W przypadku ujemnej biegunowości elektrody działanie przegrody jest inne. Przegroda umieszczona w pobliżu uziemionej płyty powoduje wzrost natężenia między elektrodą ostrzową a przegrodą, wskutek czego maleje wytrzymałość całego układu izolacyjnego. Jeśli jest ona umieszczona blisko ostrza ujemnego, to wytrzymałość układu wzrasta.
4