Wiadomości podstawowe

Transkrypt

1 Widoości podstwowe Pobletyk wysokonpięciow Zgdnieni techniki wysokich npięć występują w óżnych dziedzinch nuki i techniki, jk fizyk, edycyn, enegetyk jądow i ochon śodowisk, szeeg pzeysłów (cheiczny, spożywczy, włókienniczy, ppieniczy). Jednk główną dziedziną w któej pobley wysokonpięciowe doinują jest elektoenegetyk, zwłszcz wysokonpięciowe ukłdy izolcyjne. Pobletyk wysokonpięciow jest wspó dl tych wszystkich dziedzin techniki. Różnice dotyczą jedynie sposobu wykozystni lub eliinowni zjwisk wysokonpięciowych, głównie wyłdowń elektycznych, i odzju stosownych w ty celu uządzeń. Pzykłde pktycznego wykozystni zjwisk wysokonpięciowych ogą być uządzeni do odpyi gzów (elektofilty), inhltonie, lownie elektosttyczne, sotowni zin, podukcj tknin igłowych itp. Do zjwisk zwlcznych nleżą: zkłóceni elektognetyczne, skutki wyłdowń tosfeycznych, elektyczność sttyczn i ulot w pzesyłowych linich elektoenegetycznych pzy npięcich oboczych. Poznnie zjwisk i uządzeń wysokonpięciowych wyg opnowni podstw wiedzy z zkesu : - zgdnień wytzyłości elektycznej - zgdnień pzepięć i ochony pzepięciowej - techniki pobieczo-poiowej W ch wytzyłości elektycznej ozptywne są zjwisk zchodzące w dielektykch pod wpływe npężeń elektycznych oz powstwni i ozwoju wyłdowń elektycznych w óżnych ukłdch. Zgdnieni pzepięć i ochony pzepięciowej dotyczą powstwni, ozwoju i ogniczni pocesów elektognetycznych powodujących npężeni elektyczne óżnych ukłdów. Technik pobieczo-poiow służy do bdni zjwisk wytzyłościowych i pzepięciowych

2 A. Wytzyłość dielektyczn. Pole elektyczne i ukłdy izolcyjne. Pojęci podstwowe kłd izolcyjny - pzestzenny ukłd elektod ozdzielonych dielektykie. kłd izolcyjny foeny - gdy ksztłt elektod jest foeny (płski, kulisty). Dielektyk jednoodny - jednkowe włsności dielektyczne w dowoy kieunku. Dielektyk niejednoodny - zóżnicowne włsności fizyczne i znieczyszczeni (doieszki) innego dielektyk w postci wtącin. kłd uwstwiony - ukłd z wyodębnionyi obszi óżnych dielektyków. Dielektyk doskonły (idey) - gdy nie upływności i nie występują stty. Npężenie dielektyczne - ntężenie pol elektycznego lub gdient potencjłu w dowoy punkcie dielektyk, spowodowny pzyłożony npięcie. Npężenie kytyczne - npężenie, pzy któy dielektyk tci włsności izolcyjne w dowoy punkcie. Npięcie początkowe wyłdowń - npięcie, pzy któy osiągnięte zostło npężenie kytyczne. Npięcie pzebici (pzeskoku) - npięcie, pzy któy dielektyk (gz) tci włsności izolcyjne n cłej dodze iędzy elektodi. Npięcie wytzyywne - njwyższ wtość npięci, któ jeszcze nie powoduje pzebici dielektyk. Wytzyłość dielektyczn - wtość ntężeni pol elektycznego, pzy któy nstępuje pzebicie dielektyk. Npięcie pzebici - npięcie, pzy któy nstępuje pzebicie ukłdu ; utożsine jest pod względe wtości z njwyższy npięcie wytzyywny. Npięcie pobiecze - npięcie pzykłdne do ukłdu w czsie pób wytzyłości dielektycznej.

3 Ruk dielektyczn - część dielektyk iędzy elektodi ogniczon linii ntężeni pol elektycznego. Koók dielektyczn - część uki dielektycznej wynikjąc z jej podziłu pzez powiezchnie ekwipotencjee o jednkowej óżnicy potencjłów i chkteyzując się stłą wtością pojeności. b l C = = const Pole jednoodne - pole o stły ntężeniu w kżdy punkcie pzestzeni iędzyelektodowej, ówny wtości śedniej ś, w któy wszystkie koóki są jednkowe. Pole niejednoodne - pole, któego ntężenie zieni się wzdłuż dogi łączącej elektody i w któy koóki ją óżne wyiy. Njwiększe wtości ntężeni pol i npężeni kytyczne występują w koókch o njniejszych wyich. Pole syetyczne - pole, w któy istnieje płszczyzn ekwipotencj, jego ozkłd po jednej stonie płszczyzny jest zwiecidy odbicie ozkłdu po dugiej stonie. 3

4 Pole o syetii obotowej - pole, któego obz nie zieni się pzy dowoy pzekoju płszczyzną pzechodzącą pzez jedną postą, zwną osią syetii. kłd idey - ukłd o nieogniczonych wyich elektod. kłd pktyczny - ukłd, w któy n kńcch elektod występują odksztłceni pol. fekt kwędziowy - odksztłcenie pol n kńcch elektod. kłd syetyczny - ukłd elektod, do któych pzyłożono npięcie o jednkowej wtości lecz óżniące się znkie względe ziei (ziei stnowi tzecią elektodę). kłd niesyetyczny - ukłd, w któy jedn elektod jest uzieion (ziei stnowi tzecią elektodę). lektod ostzow ide nieskończenie dużą wtość. - elektod ostzow, pzy któej ntężenie pol osiąg lektod ostzow pktyczn - elektod ostzow, któej poień kzywizny skończoną wtość. wstwienie ównoległe dielektyków - powiezchni gniczn jest ównoległ do linii ntężeni pol elektycznego. 4

5 wstwienie szeegowe dielektyków - powiezchni gniczn jest postopdł do linii ntężeni pol elektycznego. wstwienie ukośne dielektyków - powiezchni gniczn pzecin linie ntężeni pol elektycznego pod kąte osty.. kłdy i zleżności podstwowe. kłdy izolcyjne foene o jednoodny dielektyku idey Pole elektosttyczne jest pole potencjy. Pzesunięcie po dodze dx łdunku jednostkowego wbew sile pol x pol elektycznego wyg wykonni pcy dv = - x dx ównozncznej z óżnicą potencjłów n tej dodze. zwnej ntężenie Ntężenie pol elektycznego x = - dv / dx nzywne jest ównież npężenie dielektyczny w punkcie x. Jednostką ntężeni pol elektycznego jest V/ ; w technice wysokich npięć stosowne są ównież jednostki pochodne kv/, kv/c. Chkteystyki npężeń typowych ukłdów izolcyjnych. ukłd elektod płskich = ś = /. ukłd kulowy koncentyczny = = R 5

6 3. ukłd niesyetyczny kulowy = β β = f z z 4. ukłd syetyczny kulowy = β β = f s s 5. wlce współosiowe (koncentyczne) = = R 6. ukłd wlec - płszczyzn = = h 7. wlce ioosiowe (ekscentyczne) = 6

7 8. ukłd tójkątny tzech pzewodów 5, 9. ukłd płski tzech pzewodów 9,. kłdy pktyczne kłd płski y π = + π e x π pole jednoodne pzy stosunku d / 5 kłdy kulowe pole jednoodne dl stosunku 7

8 kłdy uwstwione o dielek kłd płski uwstwiony ów kłd płski uwstwiony sze kłd wlcowy koncentyczny 8 ktykch ideych wnolegle = = = egowo = = = + y uwstwiony szeegowo = = = + = + = + 3 n 3 n

9 3. kłdy z dielektyki zeczywistyi Występujące w pktyce dielektyki nie są idee, chociż często ogą być tk tktowne. Dielektyki zeczywiste odznczją się pewną pzewodnością elektyczną. Gęstość pądu występującego w dielektyku pod wpływe pzyłożonego npięci okeślon jest zleżnością: J = γ + t - gdy γ = 0, J = / t dielektyk zchowuje się jk dielektyk doskonły (występuje pąd pzesunięci ). - gdy / t = 0, J = γ dielektyk cechy pzewodnik ( występuje pąd pzewodzeni ). Jeżeli dielektyk niedoskonły jest jednoodny, to zchowuje w cły obszze stłe wtości i γ. Rozkłd pojenościowy ntężeni pol jest ównowżny ozkłdowi pzewodnościoweu i ob upodobniją się do ozkłdu pol elektosttycznego. Inczej jest w dielektykch niejednoodnych. Pąd pzewodzeni jest związny z uche swobodnych nośników łdunków i chkte znikjącego pądu czynnego. Pąd pzesunięci związny jest ze zjwiskie polyzcji. Posid skłdową pojenościową (polyzcj elektonow, toow i częściowo dipolow oz łdunku pzestzennego) oz skłdową czynną (polyzcj dipolow i łdunku pzestzennego). Z pzepływe pądu czynnego wiążą się stty dielektyczne. Decydujący udził w sttch skłdow czynn polyzcyjn, dltego stty są zncznie większe pzy npięciu pzeienny niż pzy npięciu stły. 3. Sttność dielektyczn W wyniku pzepływu pądu czynnego w dielektyku powstją stty. negi elektyczn zienion jest n ciepło. Zniejsz się wytzyłość dielektyczn ukłdu (dielektyki stłe i ciekłe). Moc czynną pobieną pzez ukłd i zieniną n ciepło nzywy ocą stt dielektycznych i wyży znny wzoe : P = I cosϕ 9

10 gdzie - wtość skuteczn npięci pzyłożonego do elektod ukłdu I - wtość skuteczn pądu płynącego pzez dielektyk ukłdu ϕ - kąt pzesunięci iędzy wektoe i I (ys). Po ozłożeniu wekto I n skłdową I R i I C zgodną i postopdłą do wekto otzyy : I = I C / cos δ, δ = 90 o - ϕ pondto y : I C = ω C gdzie C - pojeność ukłdu izolcyjnego ω - pulscj pzyłożonego npięci pzeiennego Po podstwieniu wypisnych wtości otzyujey : P = I cos ϕ = I R = I C tg δ = ω C tg δ Kąt δ nzywy kąte sttności, tg δ - współczynnikie sttności. Osttni zleżność wskzuje n to, że stty dielektyczne P są popocjone do współczynnik sttności; jeśli inne wielkości są stłe, tg δ jest ią stt. Poi współczynnik sttności tg δ ukłdów izolcyjnych n celu ocenę stnu izolcji oz spwdzenie, czy włsności izolcyjne dielektyków nie ulegją pogoszeniu. Wgę pzywiązuje się nie tyle do sej wtości tg δ ile do tego, czy nie nstępuje wzost tej wtości w ciągu dłuższego czsu. W ten sposób ożey wykyć zwilgocenie izolcji, powstnie szczelin, znieczyszczeń izolcji itp. Współczynnik stt zleży od częstotliwości pzyłożonego npięci i tepetuy dielektyk. Dl większości dielektyków stłych i ciekłych stosownych w elektotechnice, pzy częstotliwości 50 Hz w tepetuze pokojowej, tg δ wtość zędu