1)Wyposażenie lab. WN:
a)Urządzenia probiercze:
-trafo probiercze napięcia przemiennego -generatory napięcia stałego
-gen. udarów napięciowych: *piorunowych 1,2/50 μs * łączeniowych 250/2500 μs ;-generatory udarów prądowych
b)Aparatura pomiarowa:
-dzielniki napięcia -boczniki prądowe - aparatura diagnostyczna:
*ascyloskopy nanosekundowe * wielokanałowe analizatory amplitudy
*cyfrowa aparatura do akwizycji danych i archiwizacji wyników badań
c)Urządzenia dodatkowe:
-iskierniki ochronne -deszczownice i komory klimatyczne
-zabezpieczenia przeciwporażeniowe -urządzenia dźwigowe
2)Właściwości tgδ
Obrazuje nagrzewanie się materiału izolacyjnego pod wpływem:
-wyładowania niezupełnego –prądu upływu(płynącego skrośnie przez materiał izolacyjny) – zjawisk polaryzacyjnych ujawniających się w materiale izolacyjnym.
Gdy urządzenie jest zasilane AC, przepolaryzowanie dzieje się 100 razy
na sekundę. Prąd wypadkowy płynący przez dielektryk:
I=IC0+Icd+Ipol+Ig
IC0-prąd ładowania pojemności. Icd- dodatkowa składowa pojemnościowa, która pojawiła się po wprowadzeniu między elementy układu izolacyjnego materiału innego niż próżnia. Ig-składowa czynna prądu związana z przewodzeniem dielektryka. Ipol- składowa czynna, grzanie materiału w wyniku zjawiska polaryzacji.
δ=90-φ δ-kąt stratności dielektrycznej, tgδ-współczynnik strat dielektrycznych.
tgδ=IcIbierny=Ipol+IgIC0+Icd
Straty mocy w dielektryku:
PN=ω*C*U2*tgδ lub PN=U2Xc*tgδ
zatem
tgδ=PNω*C*U2 lub tgδ=12*π*f*C*Rv
Zatem tgδ zależy od:
-częstotliwości napięcia zasilającego
-materiału
-pojemności układu
-rezystywności skrośnej materiału izolacyjnego.
W rzeczywistości wartość tgδ jest bardzo mała. Najlepsze materiały izolacyjne mają tgδ rzędu 1*10-5
Określa się go dla: materiału dielektrycznego, układu izolacyjnego
3)Cechy wyładowania wstępnego i głównego
Cechy wyładowania wstępnego (liderowego):
- jest to wyładowanie pomiędzy chmurami (60%) lub z chmury do ziemi (40%),
- szybkość przemieszczania się wyładowania: 100 – 2000 km/h,
- skokowy ruch wyładowania 10-100m (średnio 50 m co 50 mikro sekund),
- prąd wyładowania rzędu kilkuset A,
- kanał wyładowania jest wąski ok. 1 cm,
- około 50 m nad ziemia dochodzi do wyładowania głównego,
Cechy wyładowania głównego:
- ruch od ziemi do chmur,
- wyładowanie „wyrasta” z ziemi na spotkanie wyładowania liderowego,
- porusza się drogą wyładowania wstępnego,
- prędkość wyładowania 10 000 – 100 000 km/s ( średnio 30 000 km/s – 1/3 prędkości światła),
- czas trwania wyładowania 60 – 100 mikro sekund
- jedno wyładowanie główne składa się z wielu wyładowań wtórnych (nawet 40) średnio – 10-20 (góra-dół) w czasie 0,01s do 1,5s ,
-każde z wyładowań wtórnych niesie inny prąd,
-prądy 500A – 50 000A (średnio 20 kA),
4) Zjawisko towarzyszące burzy:
- opady deszczu,
- wyładowania atmosferyczne,
- fala prądowa 4/10 mikro sekundy,
- błyskawica(temperatura wewnątrz kanału 30 000 C),
- durzy ruch powietrza => grzmot,
5)Mechanizmy przebicia
MECHANIZMY WYLADOWAN W GAZACH
Mechanizm Townsend’a – mechanizm przeskoku generacyjnego
Cecha charakt. jest to, że wyst. przy małym iloczynie ap,(odlegóść 1mm-1cm) w obszarze 100-1000hPa*cm Ze wzrostem napiecia pojawia się coraz więcej nośników w proc. Jonizacji zderzeniowej. 0-U1- splyw ladunkow swobodnych do elektrod U1-U2 przyspieszenie czastek ale nie zawiekszanie się ich ilosci U2-Uj proces jonizacji, pojawia się coraz wiecej czastek co prowadzi do lawiny elektronowej i przebicia Mechanizm kanałowy (strimerowy) – nie wystarczy tylko wywołać lawiny elektronów. Odstęp między elektrodami od kilku cm (3;5) do 1m. Kwanty powodują powstanie lawin. Następuje wciąganie lawin bocznych w lawinę główną i połączenie się ich. Ten kanał plazmowy (strimer) rozwija się w kierunku przeciwnym niż porusza się lawina.
Mechanizm strimerowo-liderowy – przy odległościach elektrod > 1m. Wewnątrz lawiny następuje wzrost temp. Co prowadzi do jonizacji termicznej. Kanal wyladowania się poszerza, rozwija się w sposób skokowy. Strumien ostatniego skoku przeksztalca się w wyladowanie glowne.
MECHANIZMY W PROZNI
Mechanizm emisji polowej –przy b. dużym nat. pola i przy niskich temperaturach.
Dwojaki sposób inicjowania przeskoku: prąd emisji elektronowej – prąd o b.dużej gęstości elektronów powodujący promieniowanie mikroostrze (kształtu niciowego)- odparowu-je co prowadzi do przeskoku.; inne zjawisko – elektrony dochodzą do przeciwnej elektrody, rozgrzewają jej powierzchnię (anoda) i emituje ona jony tworzące plazmę – mechanizm anodowy.
Mechanizm makrocząsteczkowego bombardowania elektrod
Następuje oderwanie się bryłki i uderzenie w przeciwną elektrode, rozpad brylki i utworzenie plazmy w przestrzeni miedzyelektrodowej
Teoria międzyelektrodowej wymiany cząsteczek Elektron, który distał się do przestrzeni między elektrodami uderzając w anodę powoduje wybicie kilku nowych cząstek, które są przyspieszane w przestrzeni międzyelektrodowej.Za każdym odbiciem pojawia się coraz więcej cząsteczek.
MECHANIZMY WYLADOWANIA W CIECZACH
Mechanizm elektronowy przebicia cieczy izolacyjnej – występuje tylko w cieczach czystych, za zjawisko przebicia odpowiedzialna jest lawina elektronowa.
Źrodlem pierwotnych elektronow jest smisja z elektrody w miejscu gdzie panuje duze napiecie, lokalne natezenie przewyzszajace natezenie normalne, uderza ok. w czastki oleju i jonizuje je. zwielkrotnia się ilość cząstek przez zderzanie i następuje przebicie cieczy. Mechanizm jonowy – wystepuje w cieczach technicznie czystych oraz cieczach zanieczyszczonych (zanieczyszczenia zostają rozbite na jony i to one powodują przebicie)
Mechanizm gazowy – występuje j/w. Zanieczyszczenia stanowią tutaj pęcherzyki gazu. Następuje lokalne wyładowanie, pojawia się plazma, wzrasta temp. i objętość pęcherzyka. Pęcherzyk zostaje wyciągnięty wzdłuż linii pola i powoduje to zwarcie elektrod.
Mechanizm mostkowy w cieczach zanieczyszczonych. Zanieczyszczeni stałe: włókna celulozowe z izolacji kablowej.W zewn.polu elektr. te zanieczyszczenia ulegają polryzacji i poruszają się wzdłuż linii pola, usatawiają się jedna za drugą i tworzą tzw.mostek łączący przeciwne elektrody. Wytrzymałość takiego mostka jest dużo mniejsza niż cieczy (z powodu wilgoci) więc wyładowanie przebiegnie wzdłuż mostka.
MECHANIZMY WYLADOWANIA W CIALACH STALYCH
Mechanizm elektryczny (elekrtonowy) (mech.przebicia istotnego).Wystepuje w materialer czystym i jednorodnym o dużej wytrzymałości istotnej (właściwej) 40-1500 [kV/mm].Pole musi być na tyle duże, aby elektron przeszedł do stanu przewodnictwa i tak aby przyspieszył i spowodował jonizację cząstek. Zaczynają się mnożyć ładunki. Wystepuje prąd przebicia bezpowrotnie niszczący materiał stały. Mechanizm cieplny – gdy ilosc ciepla wywolana pradem uplywu w kanale przewodnictwa jest wieksza niż zdolnosc odprowadzenia ciepla nastepuje jonizacja która prowadzi do przebicia.
Mechanizm wywoływany wyładowaniami niezupełnymi - wył.niezup.wewnątrz wtrącin gazowych w materiałach izolacyjnych; Materiał od środka się zwęgli i coraz bardziej powiększają się dziury i z czasem wyładowanie zupełne
Mechanizm starzenia elektochemicznego
(rozwija się w b.długim czasie).W obecności pola w dielektryku zachodzą różnego rodzaju reakcje chemiczne zależne od: rodzaju materiału; rodzaju przyłożonego napięcia (¾;~;udarowe);obecności zanieczyszczeń, wilgoci; podwyższonej temp.
6.Wytrzymałość elektryczna
Jest to cecha materiałowa, którą trudno opisać w sposób jednoznaczny.
Wytrzymałość oznaczamy przez Up (napięcie przebicia lub przeskoku) lub Ep(natężenie pola elektrycznego).Up to napięcie przy którym wystąpi przebicie(przeskok), czyli zjawisko utracenia zdolności elektroizolacyjnych ciała. Przebicie w cieczach i ciałach stałych, przeskok w gazach.
Wytrzymałość elektryczna zależy od:
· rodzaju dielektryka
-mat. Izolacyjne stałe: papier, PCV, PE, XLPE(polietylen usieciowany),BR(guma butylowa),EPR.
-mat. Izolacyjne ciekłe: oleje(mineralne, naturalne, syntetyczne),
woda(b. dokładnie oczyszczona, zdemineralizowana i zdejonizowana).
-mat. iz. Gazowe: powietrze, próżnia, SF6, SF6+N2, N2,CO2.
· Grubości dielektryka
· Kształtu elektrod
W układzie z polem jednorodnym przeskok nie jest poprzedzony żadnymi zjawiskami. W polu silnie niejednorodnym są zjawiska:
-świetlenie ,- snopienie ,-przeskok: * wyładowanie iskrowe *wyładowanie łukowe(zależne od mocy trafo zasilającego)
· Rodzaju napięcia i szybkości jego narastania
-AC , -DC, -Napięcie udarowe
· Temperatury
Wzrost temperatury obniża wytrzymałość
7.Townsend- przebicie elektryczne w gazach
Założył ze pod wpływem pola elektrycznego które panuje pomiędzy dwoma elektrodami następuje przyspieszenia cząstek obdarzonych ładunkiem i zderzają się one z jonami obojętnymi i powodują ich jonizację i generuje się nowa liczba cząstek obdarzonych ładunkiem elektrycznym i tak w koło. Aby do tego doszło musi pojawi się odpowiednio duże pole elektryczne.
α-współczynnik Towsend’a
α=1λeexp(-λjλe)λe- średnia droga swobodna elektronów pomiędzy kolejnymi zderzeniami z cząsteczkami obojętnymi gazu oraz innymi jonami. Przy czym nie koniecznie te zderzenia musza powodować jonizację tej cząsteczki z którą elektron się zderzył
λj- droga na której elektron nabył energii niezbędnej do zderzenia jonizacyjnego
Jeżeli α>= 1 dochodzi do powielenia się ilości cząstek obdarzonych ładunkiem.
Napięcie przy którym pojawia się przebicie U0
UO=B*a*plnA*a*pNk= flap
U0- napięcie początkowe krytyczne punktu
A, B – stałe materiałowe charakterystyczne dla danego gazu
Nk- krytyczna liczba zdarzeń jonizacyjnych na drodze międzyelektrodowej a spowodowana przez jeden elektron
a-droga międzyelektrodowa
p-ciśnienie gazu
E=Ua
Przeciwko teorii Townsenda:
- znając prędkość cząstek niemożliwy jest przeskok w czasie poniżej 10-8s
- gromadzony jest ładunek przestrzenny który wpływa na szybkość jonizacji
- przeskok powinien odbywać się na drodze prostoliniowej.
...
damiano_80