TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra elektroenergetiky

1. TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACHFakulta elektrotechniky a informatikyKatedra elektroenergetiky Vplyv elektrického a tepelného poľa na vznik čiastkových výbojov Karol Marton, Juraj Kurimský, Jozef Balogh, Marek Boga ELEKTROENERGETIKA 2007 4. Medzinárodné vedecké sympózium Vysoké Tatry – Stará Lesná

2. OBSAH • ÚVOD • SÚČASNÉ PÔSOBENIE ELEKTRICKÉHO A TEPELNÉHO POĽA NA DEFEKTNÉ MIESTO • EXPERIMENTÁLNE SLEDOVANIE VÝBOJOVEJ AKTIVITY PRI SÚČASNOM PÔSOBENÍ E A T POĽA • ZÁVER

3. ÚVOD • V jednoduchých a zložitých izolačných systémoch je mechanizmus výbojovej činnosti v extrémne malých objemoch plynných uzáverov odlišný. • Modelovanie procesov v defektnom mieste izolácie viedlo k separátnemu skúmaniu napäťových, prúdových, tlakových a teplotných pomerov v mikropriestore. • Výskum realizovaný na modifikovanom Boeningovom modeli napäťovom a prúdovom modeli vyvinutom na oddelení TVN KEE. • Polarizačné a vodivostné pomery v mikropriestore izolácie silne ovplyvňujú javy v defektnom mieste. • Skúmanie bolo realizované separátne v mieste výboja (bleskoistka) ako aj v modeli s bleskoistkou v obvode R a C uloženom v prostredí o definovanej teplote. • Výsledky boli konfrontované s modelovými dutinami v homogénnom elektrickom poli (Paschenov zákon) a v nehomogénnom poli (redukovaný Paschenov zákon).

4. 2. SÚČASNÉ PÔSOBENIE E A T POĽA NA DEFEKTNÉ MIESTO Prvý model defektného miesta bol popísaný autormi ARMAN-om a STAR-om v r. 1936: Obr. 1: Náhradná schéma modelu poruchy v izolácii Pre takýto typ modelu bol odvodený vzťah pre prúdový impulz pričom časová konštanta k zohľadňuje RC prvky obvodu v tejto forme:

5. Vývoj modelov: Gemant – Philipoff, dvojrozmerný, Boeningov, viacčlánkový, priestorový, prúdový. alebo v zjednodušenom tvare: 1 Pôvodne Arman a Star analyzovali prechodné javy, vznikajúce na modeli. Týmto odpovedá priebeh: Obr.2 Prúdové impulzy ako odozva na napäťové zmeny počas výboja (Arman a Star)

6. TEORETICKÁ INTERPRETÁCIA NAPÄŤOVÉHO A PRÚDOVÉHO MODELU a) element kapacity s defektom b) náhradný model Základná schéma (Gemant, Philipoff)

7. Napäťový model (modifikovaný Böningom)

8. Prúdový model defektného miesta

9. Mnohočlánkový model podľa Kučinského Oba modely umožňujú použiť toroidnú sondu na snímanie napäťových, prip. prúdových impulzov

10. Napäťovému prechodnému javu po zapálení výboja v dutine odpovedá prúdový impulz i2, ktorému predchádza pri zmene napätia v oblasti prechodu nulou prechodný jav prúdový i1 o nízkej amplitúde s dlhšou dobou trvania 1. Obe zložky prúdov je možné analyzovať Fourierovým rozvojom, ktorého výsledkom je: Podstatný je prúd i2, ktorý považujeme za výpovedeschopnú veličinu, majúcu tvar z podmienky di/dt = 0, pričom I0≠ 0 bude:

11. Priebehu odpovedá matematické vyjadrenie: Čo znamená, že v nanosekundovej oblasti dokážeme z tvaru krivky usudzovať o zmenách, odohrávajúcich sa počas zmien pomerov (E a T) na procesy v plynnom uzávere, odpovedajúcom mikroobjemu v izolačnom systéme.Je preto opodstatnená požiadavka skúmať diferenciálne zmeny výpovedeschopných veličín pri akejkoľvek zmene fyzikálnych veličín prostredia.

12. V defektných miestach (plynom vyplnené uzávery) vznikajú tieto zmeny (dochádza k týmto zmenám): Zvyšovaním teploty: stúpa tlak, pohyblivosť častíc klesá, zvyšuje sa koncentrácia (početnosť) častíc, merná vodivosť stúpa a teplotný koeficient  narastá. Pričom stačí V menšom teplotnom intervale Kde A, B, C sú konštanty.

13. Orientujeme sa na výpovedeschopnú veličinu definovanú prúdovými impulzami, zostavíme rovnicu, ktorá zohľadní diferenciálnu zmenu icpri diferenciálnej zmene /T v tejto forme: Rovnica vyjadruje vzájomnú súvislosť medzi elementárnymi zmenami dipólového momentu mi, časovej konštanty i pri malých zmenách T v pozorovanom objeme. Dipólový moment sa stabilizuje a elementárna zmena dipólového momentu za čas bude: Z toho vyplýva: zmena časovej konštanty, zmena tlaku, zmena zápalného napätia.

14. Ďalšie pozorované veličiny pri zmene tlaku p v dutine: Relatívna permitivita: Zmeny preskokového napätia (zápalného) napätia v homogénnom poli a nehomogénnom poli podľa redukovaného Paschenovho zákonabude r - je polomer elektród, deformujúcich pole; d - je vzdialenosť elektród.

15. Spätosť tlaku a teploty v defektnom mieste pri pôsobení elektrického poľa vyplýva z kombinácie Paschenovho a Boyle-Mariottovho zákona.Upravená rovnica, vyjadrujúca závislosť tzv. zápalného napätie od tlaku a teploty bude mať tvar: kde A a B sú konštanty, d – vzdialenosť elektród, T0 – 293K, T – teplota prostredia,  – súčet sekundárnych činiteľov.

16. 3. EXPERIMENTY A VÝSLEDKY Snímanie výpovedeschopných veličín: • galvanicky a induktívne Obvod defektného miesta: • modifikovaný Boeningov model • prúdový model Rozsah teplôt: -5 °C (268 K) – 20 °C (293 K) – 80 °C (353 K) Komplexné meracie stanovište: Obr. 4

17. Defektné miesto modelované iskriskom Obr.4 a) elektródový systém Obr.4 b) spektrálna analýza

18. Obr 5 Teplotné závislosti zdanlivého náboja a početnosti

19. Obr. 6 Fázové rozloženie početnosti zdanlivého náboja

20. Obr. 7 Amplitúdové spektrá zdanlivého náboja

21. Obr. 8 Porovnanie citlivosti prúdového modelu (PM) a Boeningovho modelu (BM) defektného miesta v izolácii

22. 4. ZÁVER Vzorky vystavené nízkym teplotám -5 °C vykazujú pri nižších teplotách vyššie hodnoty početnosti a amplitúdy zdanlivého náboja. Vplyv kondenzácie existujúcich vodných pár v mikroobjeme. Zmena tlakových pomerov v plynných uzáveroch. Požiadavka: konfrontácia výsledkov pri zmene teploty v modelovej dutine v obvode dutiny s komplexným modelom rozšíriť rozsah meraných teplôt

23. Táto práca vznikla v rámci projektu VEGA č. 1/3142/06 a projektu APVV-20-006005. Ďakujem za pozornosť.