Politechnika Opolska

LABORATORIUM

Przedmiot:

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć

Kierunek studiów:	ELEKTROTECHNIKA		Rok studiów:		II
Semestr:	czwarty	Rok akademicki:		2012/2013

Temat: Wytrzymałość powietrza przy napięciu stałym

Projekt wykonali:
Nazwisko:		Imię:	Nazwisko:		Imię:
1.	Czykieta	Dominik	2.	Lakwa	Sebastian
3.	Baumgarten	Paweł	4.	Czora	Krzysztof
5.	Kyrcz	Rafał

Ocena za projekt:	Data:	Uwagi:

Termin zajęć:
Dzień tygodnia:	7.05.2013	Godzina:	14:40 - 16:00

Termin oddania projektu:

14.05.2013

Projekt oddano:

1. Wstęp

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z wytrzymałością elektryczną powietrza i mechanizmami jego przebicia przy napięciu stałym.

W układach prostownikowych wytwarzających wysokie napięcie stałe podstawowymi elementami są prostowniki lub układy prostownicze. Mogą one być wykonywane jako prostowniki mechaniczne, lampowe lub półprzewodnikowe.

Największe znaczenie i najszersze zastosowanie mają aktualnie prostowniki półprzewodnikowe. Wysokonapięciowe diody krzemowe mogą być łączone łańcuchowo lub występować pojedynczo. Prostowniki tego typu charakteryzują małe wymiary, wysokie napięcie zwrotne i duży prąd przewodzenia. Diody łączone szeregowo są umieszczane w rurach izolacyjnych i zalewane olejem lub żywicą.

Wytrzymałość powietrza przy napięciu stałym bardzo wyraźnie zależy od biegunowości potencjału elektrody. Wpływ biegunowości uwidacznia się szczególnie w polach silnie niejednostajnych, odwzorowanych układem ostrze-płyta. (rys.1) Niezależnie od biegunowości przyłożonego napięcia natężenie pola przy elektrodzie ostrzowej jest znacznie wyższe niż w pozostałym obszarze między elektrodami. Występuje tutaj analogia do rozkładu pola w takim układzie przy napięciu przemiennym. Przy podwyższaniu napięcia zasilającego elektrody, na ostrzu pojawią się wyładowania ulotowe, jonizując powietrze wokół ostrza.

Kiedy elektroda ostrzowa jest dodatnia, pole wytwarzane przez ładunek przestrzenny osłabia wypadkowe pole wokół ostrza, a wzmacnia je na pozostałym odcinku drogi międzyelektrodowej (rys 1.a). W przypadku ostrza dodatniego warunki rozwoju lawin i strimerów są znacznie korzystniejsze niż dla ostrza o potencjale ujemnym. Kiedy ostrze jest ujemne pole wytwarzane przez ładunek przestrzenny wzmacnia wypadkowe pole wokół ostrza i osłabia je w pozostałym obszarze (rys.1 b). Takie oddziaływanie ładunku przestrzennego powoduje, że napięcie początkowe wyładowań Uo jest przy dodatnim ostrzy wyższe niż przy ostrzu ujemnym.: Uo+ > Uo-. Przy dalszym wzroście napięcia zasilania elektrod następuje rozwój wyładowań aż do wystąpienia przeskoku.

Rys.1

Szkic układów ostrze-płyta zasilanych napięciem stałym: 1 a-rozkład pola w przestrzeni międzyelektrodowej bez ładunków przestrzennych, 1 b-rzeczywisty rozkład pola między elektrodami zmodyfikowany obecnością ładunków przestrzennych.

Zmiany początkowego napięcia ulotu Uo i napięcia przeskoku Up w zakresie odległości makroskopowych dla układu ostrze - płyta i układu ostrze- ostrze przy różnych biegunowościach elektrod Rys.2

Rys.2 Zależności napięcia początkowego ulotu Uo (a) i napięcia przeskoku Up(b) od odległości między elektrodami dla układów ostrze-płyta, ostrze-ostrze przy różnej biegunowości elektrod.

2. Pomiary dla układu ostrze - płyta dla obu biegunowości elektrod

a) Pomiary dla napięcia przyłożonego od strony płyty i uziemionym ostrzem - 1 biegunowość elektrod

a [mm]	Uo [kV]	Uo śr [kV]	Up [kV]	Up śr [kV]
5		0	7,5	7,5
			7,5
			7,5
10		0	10,5	10,33
			10,5
			10
15	12,5	12,5	16	15,83
	12,5		16
	12,5		15,5
20	14	14,16	19	19,66
	14,5		20
	14		20
25	15	15,16	21,5	21,83
	15,5		22
	15		22
30	17,5	17,83	24	24,66
	18		25
	18		25
35	18	18	27	27
	18		27
	18		27
40	18	18	27,5	27,83
	18		28
	18		28

b) Pomiary dla napięcia przyłożonego od strony ostrza i uziemioną płytą - 2 biegunowość elektrod

a [mm]	Uo [kV]	Uo śr [kV]	Up [kV]	Up śr [kV]
5		0	5	5
			5
			5
10	8	8	11	11,66
	8		12,5
	8		11,5
15	10	9,33	19	56,5
	9		19
	9		18,5
20	11,5	35,5	26	25,83
	12		26
	12		25,5
25	14	14,66	33	33,66
	15		34
	15		34
30	14	14,66	39	39
	15		39
	15		39
35	15	15	44	44
	15		44
	15		44

Wyniki pomiarów przeliczone na warunki normalne

Warunki przeprowadzania pomiarów:

t1= 20ºC

p1 = 1020 hPa

warunki normalne:

t2= 20ºC

p2=1013 hPa

względna gęstość powietrza:

δ= (p1/1013) * [(273+20)/(273+t1)]

δ= (1020/1013) * [(273+20)/(273+20)]

δ= 1,00691

Wyniki przeliczane według wzoru

Upδ = δ* Upm

Transformator 110 kV, przekładnia n=500

a- odległość między elektrodami, Uo - napięcie ulotu, Up - napięcie przeskoku

a) Pomiary dla napięcia przyłożonego od strony płyty i uziemionym ostrzem - 1 biegunowość elektrod

a [mm]	Uo [kV]	Uo śr	Up [kV]	Up śr
5	0	0	7,551825	7,551825
	0	0	7,551825	0
	0	0	7,551825	0
10	0	0	10,57256	10,40474
	0	0	10,57256	0
	0	0	10,0691	0
15	12,58638	12,58638	16,11056	15,94274
	12,58638	0	16,11056	0
	12,58638	0	15,60711	0
20	14,09674	14,26456	19,13129	19,80256
	14,6002	0	20,1382	0
	14,09674	0	20,1382	0
25	15,10365	15,27147	21,64857	21,9842
	15,60711	0	22,15202	0
	15,10365	0	22,15202	0
30	17,62093	17,95656	24,16584	24,83711
	18,12438	0	25,17275	0
	18,12438	0	25,17275	0
35	18,12438	18,12438	27,18657	27,18657
	18,12438	0	27,18657	0
	18,12438	0	27,18657	0
40	18,12438	18,12438	27,69003	28,02566
	18,12438	0	28,19348	0
	18,12438	0	28,19348	0

b) Pomiary dla napięcia przyłożonego od strony ostrza i uziemioną płytą - 2 biegunowość elektrod

a [mm]	Uo [kV]	Uo śr	Up [kV]	Up śr
5	0	0	5,03455	5,03455
	0		5,03455
	0		5,03455
10	8,05528	8,05528	11,07601	11,74729
	8,05528		12,58638
	8,05528		11,57947
15	10,0691	9,397	19,13129	18,96347
	9,06219		19,13129
	9,06219		18,62784
20	11,57947	11,9151	26,17966	26,01184
	12,08292		26,17966
	12,08292		25,67621
25	14,09674	14,76801	33,22803	33,8993
	15,10365		34,23494
	15,10365		34,23494
30	14,09674	14,76801	39,26949	39,26949
	15,10365		39,26949
	15,10365		39,26949
35	15,10365	15,10365	44,30404	44,30404
	15,10365		44,30404
	15,10365		44,30404

3. Wykresy wyników pomiarów Uo i Up w funkcji odległości

a) Wykres zależności napięcia ulotu Uo i przeskoku Up w funkcji odległości a[mm] dla 1 przypadku biegunowości

Wykres Uo(a) i Up(a)

b) Wykres zależności napięcia ulotu Uo i przeskoku Up w funkcji odległości a[mm] dla 2 przypadku biegunowości

Wykres Uo(a) i Up(a)

c) Wykres zależności napięcia przeskoku Up w funkcji odległości a[mm] dla obu biegunowości elektrod.

Wykres Up(a)

d) Wykres zależności napięcia ulotu Uo w funkcji odległości a[mm] dla obu biegunowości elektrod.

Wykres Uo(a)

4. Wnioski

W ćwiczeniu przeprowadzono badanie wytrzymałości powietrza na przebicia przy napięciu stałym. Dla 1 biegunowości elektrod (napięcie na płycie, uziemione ostrze) widać że napięcie ulotu ma większą wartość niż dla 2 biegunowości (napięcie na ostrzu, uziemiona płyta), lecz napięcie ulotu pojawia się przy większej odległości. Przebieg ma trochę nieregularny kształt co może wynikać z momentu w którym był dokonywany odczyt napięcia z miernika.

Dla napięcia przeskoku widać, że początkowo dla przypadku 1 biegunowości Up ma wartość większą niż dla 2 biegunowości, jednak ze wzrostem odległości jego wartość wzrasta w niewielkim stopniu w porównaniu dla 2 przypadku gdzie Up wzrasta znacznie bardziej w miarę wzrostu odległości. Po przeprowadzeniu ćwiczenia widać, jak bardzo napięcie Uo i Up dla wytrzymałości powietrza przy napięciu stałym zależy od zmiany polaryzacji kierunku zasilania elektrod, biegunowości, rodzaju ostrzy czy kierunku przewodzenia diody.

---