Wytrzymałość układów uwarstwionych powietrze - dielektryk stały

Transkrypt

1 Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki Katedra rządzeń Elektrycznych i TWN 0-68 Lublin, ul. Nadbystrzycka 8A LABORATORIM TECHNIKI WYSOKICH NAPIĘĆ Ćw. nr 8 Wytrzymałość układów uwarstwionych powietrze - dielektryk stały Lublin 0

2 . Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest: określenie wytrzymałości układu uwarstwionego równolegle, wyznaczenie rozkładu napięcia na poszczególnych dielektrykach układu uwarstwionego szeregowo.. Sposób przeprowadzenia pomiarów. Warunki atmosferyczne temperatura otoczenia t =... C, ciśnienie atmosferyczne b =...hpa, wilgotność względna powietrza φ =...%.. kłady pomiarowy Pomiar napięcia przeskoku p przy odstępach elektrod a =,,,, cm przeprowadzamy dla układu płaskiego powietrznego (bez dielektryka stałego) oraz dla przypadku uwarstwienia równoległego powietrze dielektryk stały (rys. a.). Wyniki pomiarów zapisujemy w tabeli. TP R ogr TR V a ~ Rys.. Schemat układu pomiarowego a odstęp między elektrodami płaskimi; elektroda WN, materiał izolacyjny W praktyce spotykane są układy izolacyjne zbudowane z dwu lub więcej materiałów izolacyjnych. Jeżeli powierzchnia graniczna dielektryków jest prostopadła do linii pola elektrycznego uwarstwienie takie nazywamy szeregowym (rys. ).

3 WN Rys.. warstwienie szeregowe dielektryków: i materiały izolacyjne o przenikalności dielektrycznej i, elektrody W układzie płaskim dielektryków uwarstwionych szeregowo indukcja elektryczna D pozostaje jednakowa przy przejściu z dielektryka o przenikalności do dielektryka o przenikalności. Stąd strumienie ψ i ψ przenikające przez oba dielektryki o powierzchniach s i s są również jednakowe (). =ψ s D = sd Przy założeniu, że s = s = s zależność () przyjmie postać: stąd: ψ () s () E = s E E E = () Napięcie doprowadzone do układu rozkłada się na dwa dielektryki Dla układu płaskiego można zapisać: = + () = E () a + E a Wstawiając do powyższego wzoru zależność na E otrzymane z () zależność () uzyska następującą postać: = E a + E a = E a + a = E a a + Z powyższego wyrażenia można określić wartość natężenia pola elektrycznego E w dielektryku o przenikalności. E = (7) a a + (6)

4 Postępując analogicznie, można określić natężenia pola E w dielektryku o przenikalności wg zależności: E = (8) a a + Pomiar rozkładu napicia na układzie dielektryków uwarstwionych szeregowo dla napięcia przemiennego przeprowadzamy dołączając obiekt badany (zacisk wysokonapięciowy) (rys. ) do punktu A układu zasilającego (rys. ). Rys.. Schemat układu probierczego napięcia przemiennego Rys.. Schemat szeregowego uwarstwienia dielektryków: a grubości dielektryków, przenikalności elektryczne dielektryków, p przenikalności elektryczne powietrza,,,, wyprowadzenia elektrod pomiarowych, V e woltomierz elektrostatyczny Przy zadanej liczbie dielektryków o różnych przenikalnościach dielektrycznych do wysokonapięciowego zacisku doprowadzamy taką wartość napięcia, która jeszcze nie wywołuje wyładowań niezupełnych. Do elektrod umieszczonych pomiędzy poszczególnymi dielektrykami przyłączany jest kilowoltomierz elektrostatyczny przy pomocy, którego określamy spadek napięcia na poszczególnych dielektrykach. Wyniki pomiaru zamieszczamy w tabeli.

5 Rozkład napięcia określamy dla czterech dielektryków stałych (między elektrodami umieszczone są cztery dielektryki o przenikalności,, i, i grubościach a, a, a, a, które należy określić) przykładając do elektrod napięcie przemienne o wartości = kv. Przy tej samej wartości napięcia pomiędzy elektrodę wysokonapięciową a dielektryki tworzona jest przerwa powietrzna. Odstęp pomiędzy elektrodą () a szeregowym uwarstwieniem dielektryków stałych (odstęp powietrzny) wynosi a = cm i cm. Wyniki umieszczamy w tabelach,,.. Tabele pomiarowe Tabela. Pomiar napięcia przeskoku p L.p Dielektryki a szkło organiczne teflon powietrze u p u psr p u p u psr p u p u psr p cm V V kv V V kv V V kv u p napięcie przeskoku zmierzone woltomierzem V;, u psr średnia wartość napięcia przeskoku obliczone z zależności: p napięcia przeskoku obliczone z zależności: u psr u + u + u p p p = (9) p = u psr ϑ przekładnia transformatora probierczego. ϑ = 00 ϑ

6 Tabela. Rozkład napięcia na dielektrykach uwarstwionych szeregowo i odpowiadające im wartości natężenia pola Napięcie stawienie Numer v pr a i i przemienne zakresu dielektryka pi p E p V kv cm - kv kv kv/cm kv 0,8 0,8 70,,8 0, Tabela. Rozkład napięcia na dielektrykach uwarstwionych szeregowo i odpowiadające im wartości natężenia pola Napięcie stawienie Numer v pr a i i przemienne zakresu dielektryka pi p E p V kv cm - kv kv kv/cm kv 0,8 0,8 7, 70,,8,9-7 - Tabela. Rozkład napięcia na dielektrykach uwarstwionych szeregowo i odpowiadające im wartości natężenia pola Napięcie stawienie Numer v pr a i i przemienne zakresu dielektryka pi p E p V kv cm - kv kv kv/cm kv 0,8 0,8 70,,8 7,,

7 V, napięcie odczytane z woltomierza, V; a i, i, odpowiednio grubość, przenikalność dielektryczna pi, zmierzone wartość napięcia w punktach,, i, kv; p, spadek napicia na poszczególnych dielektrykach, kv; E p, obliczone wartości natężenia pola w dielektryku, kv/cm; Natężenie pola w każdym z dielektryków wyznaczamy z zależności: i E p = (0) ai. Opracowanie sprawozdanie Sprawozdanie powinno zawierać: dane określające warunki atmosferyczne; schematy układów pomiarowych; tabelę wyników przeprowadzonych pomiarów; przykładowe obliczenia; wykres (na jednym rysunku) przedstawiający napięcie przeskoku p w funkcji odległości p =f(a) dla układu powietrznego oraz układu powietrze-dielektryk stały (powietrzeszkło organiczne, powietrze-teflon) dla układu szeregowego podstawie danych tabel,, wykonać na jednym rysunku wykresy przedstawiające zależności rozkładu napięcia pi =f(a i ) i natężenia pola poszczególnych dielektryków. uwagi i wnioski odnośnie warunków i sposobu przeprowadzania badań oraz krytyczną ocenę otrzymanych wyników.. Literatura. L. Kacejko, Cz. Karwat, H. Wójcik: Laboratorium techniki wysokich napięć, WPL Lublin. S. Szpor: Technika wysokich napięć, WNT Warszawa. S. Szpor: Ochrona odgromowa, WNT Warszawa. Z. Flisowski: Technika wysokich napięć, WNT Warszawa. Z. Gacek: Technika wysokich napięć, WPŚ Gliwice 6. Z. Gacek: Wysokonapięciowa technika izolacyjna, WPŚ Gliwice 7