„Õhu läbilöök ja pindlahendus 50 Hz sagedusega vahelduvpingel“ (0)

 
 
 
 
 
KÕRGEPINGETEHNIKA  
Töö nr. 2 „Õhu läbilöök ja  pindlahendus 50 Hz 
sagedusega vahelduvpingel“ 
 
 
 
 
 
 
Juhendaja    
 
Üliõpilased     
 
 
 
 
 
 
 
Tallinn   
2 
 
Sisukord 
1.  Töö käik ............................................................................................................................. 3 
2.  Katseseadme ja tööskeemide põhimõtteskeemid ........................................................... 4 
3.  Arvutused ja mõõtetulemused ......................................................................................... 5 
4.  Järeldus ............................................................................................................................. 8 
Kasutatud kirjandus ................................................................................................................ 9 
Lisad ........................................................................................................................................ 10 
L.1. Katsetulemuste  tabelid  ............................................................................................................... 10 
 
 
 
3 
 
 
1.  Töö käik 
Töö  eesmärgiks  on  lahenduspinge  määramine  õhus  ja  tahkedielektriku  pinnal  mitmesuguse 
kujuga elektroodide puhul 50 Hz sagedusega vahelduvpingel. [1] 
Kõigepealt   fikseeritakse  atmosfääri   parameetrid   (rõhk,  temperatuur,  niiskus).  Seejärel 
määratakse  õhu  läbilöögipinged  õhus  sõltuvalt  elektroodide  vahekaugusest:  ühtlases  väljas, 
mitteühtlases  väljas  elektroodidega   varras   –  varras,  mitteühtlases  väljas  elektroodidega 
tasapind   –  varras.  Järgmisena  määratakse  õhu  läbilöögipinged   dielektriku   pinnal  sõltuvalt 
elektroodide  vahekaugusest:  ühtlases  väljas,  domineeriva  tangentsiaalkomponendiga, 
domineeriva  normaalkomponendiga.  Iga  lahenduspinge  fikseeritakse  madalpingevoltmeetri 
näidu   järgi  kaks  korda,  määratakse  aritmeetiline  keskmine  ja  taandatakse  see 
normaaltingimustele. Mõõtetulemused esitatakse tabelite ja graafikutena. [1] 
 
4 
 
2.  Katseseadme ja tööskeemide põhimõtteskeemid 
 
Joonis  1.  Põhimõtteskeemid  lahenduspingete  määramiseks  50  Hz  sagedusega 
vahelduvpingel: a) õhus b)tahkedielektriku pinnal. 
 
 
Joonis 2. Dielektriku aseskeem elektroodi serval  
 
5 
 
Liuglahenduse  algpinge  sõltuvust  dielektriku  elektrilistest  parameetritest  ja  mõõtmetest  on 
võimalik vaadelda aseskeemi (joonis 2) abil. Aseskeemil on tähistatud: E1,E2 –  elektroodid , D 
–  dielektrik,  C1  –  dielektriku  pinnaühiku   mahtuvus   alumise  elektroodi  E2  suhtes,  C2  – 
dielektriku  pinnaühikute  omavaheline  mahtuvus,  C3  –  dielektriku  pinnaühiku  mahtuvus 
ülemise elektroodi E1 suhtes, pv – dielektriku mahtuvus, ps – dielektriku pinnaeritakistus. [1] 
 
3.  Arvutused ja mõõtetulemused   
Lahenduspinged taandatakse normaaltingimustele valemiga (1). 
 
                                   
                  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
       
            
 
Kus 
Ul0 – lahenduspinge normaaltingimustel, 
U1 – lahenduspinge tegelikel atmosfääritingimustel, 
k – õhu niiskust  arvestav tegur, 
δ – õhu suhteline tihedus. 
 
Õhu suhteline tihedus leitakse valemiga (2).   
                               
                                                                    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
        
 
  (2) 
   
     
Kus 
p –  õhurõhk mmHg, 
 
 
t – õhu temperatuur    ᴼC. 
 
Õhu elektriline tugevus leitakse valemiga (3). 
 
 
 
 
 
 
                                                   (3) 
    
Kus 
El – elektriline tugevus, 
 
 
S – elektroodide vahekaugus cm,   
 
 
δ – õhu suhteline tihedus. 
 
6 
 
Tabel 1. Mõõte - ja arvutustulemused  
Temperatuur 
Õhurõhk 
p 
k 
δ 
Tkuiv [ᴼ]  Tmärg [ᴼ]  [mmHg] 
21 
14,1 
766 
1,04 
1,005 
U1 
U1kesk 
Normaaltingimused 
Nr 
[kV] 
S [cm] 
[kV] 
[kV] 
Ühtlane väli, tasapind- 
1 
31,4 
1,8 
31,3 
32,4 
tasapind 
2 
31,2 
3 
62,9 
3,6 
62,4 
64,6 
4 
61,9 
1 
29,3 
Ebaühtlane  väli, varras
5 
29,4 
30,4 
-
2 
29,5 
tasapind 
3 
47,0 
10 
47,3 
48,9 
4 
47,6 
1 
48,8 
Ebaühtlane väli, varras
7 
48,35 
50,0 
-
2 
47,9 
varras 
3 
66,4 
11 
66,6 
68,9 
4 
66,8 
1 
11,4 
Dielektrikuga ühtlases 
1,7 
11,5 
11,9 
2 
11,6 
väljas 
3 
14,8 
2,5 
15,1 
15,6 
4 
15,4 
1 
30,6 
Domineeriva 
5 
30,2 
31,3 
2 
29,8 
tangentsiaalkomponendig
3 
51,5 
a 
10 
51,7 
53,5 
4 
51,9 
1 
29,8 
7 
29,2 
30,2 
Domineeriva 
2 
28,6 
normaalkomponendiga 
3 
42,5 
16 
43 
44,5 
4 
43,5 
 
Tabel 2. Õhu elektriline tugevus 
U1kesk  El 
  
S [cm] 
[kV] 
[kVm/cm] 
Ühtlane väli, tasapind
1,8 
31,3 
29,7 
- tasapind 
3,6 
62,4 
28,2 
Ebaühtlane väli, varras
5,0 
29,4 
27,7 
-tasapind 
10,0 
47,3 
26,8 
Ebaühtlane väli, varras
7,0 
48,35 
27,2 
-varras 
11,0 
66,6 
26,7 
Dielektrikuga ühtlases väljas
1,7 
11,5 
29,9 
 
2,5 
15,1 
29,0 
Domineeriva 
5,0 
30,2 
27,7 
tangentsiaalkomponendiga 
10,0 
51,7 
26,8 
Domineeriva 
7,0 
29,2 
27,2 
7 
 
normaalkomponendiga 
16,0 
43 
26,3 
 
70 
60 
50 
Ühtlane väli 
  40 
V
 k
Ebaühtlane väli, varras-
U, 30 
tasapind 
Ebaühtlane väli, varras-
20 
varras 
10 
Dielektrikuga ühtlases 
väljas 
0 
0 
2 
4 
6 
8 
10 
12 
S, cm 
 
Graafik  1. Õhu läbilöögipinged õhus sõltuvalt elektroodide vahekaugusest. 
 
60 
50 
40 
 
V
 k 30 
Domineeriva 
U,
tangentsiaalkomponendiga 
20 
Domineeriva 
normaalkomponendiga 
10 
0 
0 
5 
10 
15 
20 
S, cm 
 
Graafik 
2. 
Läbilöögi 
sõltuvus  
elektroodide 
vahekaugusest 
domineeriva 
tangentsiaalkomponendiga ja domineeriva normaalkomponendiga. 
 
 
 
8 
 
4.  Järeldus 
Töö eesmärgiks oli lahenduspingete määramine õhus ja tahkedielektriku pinnal mitmesuguse 
kujuga elektroodide puhul 50 Hz sagedusega vahelduvpingel.   
Õhu  elektriline  tugevus  sõltub  elektrivälja   kujust ,  rakendatud  pinge  kujust,  atmosfääri 
parameetritest ja elektroodidevahelisest kaugusest. 
Graafikult  1  on  näha,  et  õhul  on  maksimaalne  elektriline  tugevus  ühtlases  väljas,  mille 
tekitamiseks  kasutati  Rogowski  elektroode,  mis  on  ümardatud  servadega   tasapinnalised  
elektroodid. 
Mitteühtlases väljas sõltuvad läbilöögipinged vähe elektroodide kujust, seetõttu on kasutatud 
kahte  elektroodide  süsteemi:   teravik   –  teravik  ja  tasapind  –  teravik.  Võrdsetel  elektroodide 
vahekaugustel   on  läbilöögipinge  varraselektroodide  puhul  suurem  kui  varras  –  tasapind 
elektroodidel,  sest  viimasel  juhul  on  elektroodide  süsteemi  suurema  mahtuvuse  tõttu  laeng 
elektroodidel suurem ja lahenduse arendamine kergem.   
Tahkedielektrikuga  ühtlases  elektriväljas  toimub  lahendusena  ülelöök  ja  alati  madalamal 
pingel kui õhu läbilöök samal elektroodide vahekaugusel ilma tahkedielektrikuta. 
Graafikult  2  on  näha,  et  domineeriva  tangentsiaalkomponendi  katsetamisel  toimus  ülelöök 
kõrgematel 
pingetel 
kui 
elektriväljas, 
kus 
domineeris 
elektrivälja 
tugevuse 
normaalkomponent.  Domineeriva  normaalkomponendi  puhul  eelneb  ülelöögile  nii   koroona - 
kui  ka  liuglahendus.  Domineeriva  tagentsiaalkomponendi  puhul  võib  ülelöögile  eelneda 
koroonalahendus . 
Graafikud   ei  ole   lineaarsed   ja  see  võib  tuleneda  mõõtmisel  tekkinud  ebatäpsustest,  sest 
volmeeter  ei  salvestanud  lahenduspingeid,  mistõttu  märgiti  tulemusteks  viimasena  nähtud 
pinge,  mis  võis  erineda  tegelikkusest.  Elektroodide  vahekauguste  määramine  toimus 
joonlauaga, mis võis samuti põhjustada ebatäpsusi. 
Tabelist  2  on  näha,  et  elektroodide  vahekaugustel  S=0,5...50  cm  on  õhu  elektriline  tugevus 
ühtlases  väljas  E  
/cm,  nagu   mainitud   ka  laboratoorse  töö  juhendis.  Mitteühtlases 
l
30  kVm
väljas  on  elektriline  tugevus  väiksem  kui  ühtlases  väljas  ja  läbilöögile  eelneb  alati 
koroonalahendus, s.o, õhu osaline läbilöök väikese kõverusraadiusega elektroodi juures. 
 
 
9 
 
Kasutatud kirjandus 
[1] TTÜ  Elektroenergeetika  instituut, „Laborijuhend nr 2," [WWW] [13.11.2014].   
https://ois.ttu.ee/portal/page?_pageid=35,428206&_dad=portal&_schema=PORTAL&p_   
id=3415&p_mode=3&p_popup=Y 
 
 
10 
 
Lisad 
L.1. Katsetulemuste tabelid