Politechnika Gdańska
Wydział Elektrotechniki i Automatyki
Zakład Wysokich Napięć i Aparatów Elektrycznych
LABORATORIUM
URZ
DZEC
ELEKTRYCZNYCH
Ćwiczenie nr 4
Temat: BADANIE A
UKU PR
DU STAA
EGO
Opracował: mgr inż. Daniel Kowalak
Gdańsk 2012
1
ĆWICZENIE 4
4 BADANIE A
UKU PR
DU STAA
EGO
4.1 . WPROWADZENIE
Wyłączanie prądów w obwodach elektrycznych nie jest łatwe. W przypadku nagłego przerwa-
nia prądu, energia zgromadzona w indukcyjności obwodu, wobec jego niewielkiej pojemności, po-
woduje powstanie przepięć. Z tego powodu przerywanie prądu może nastąpić tylko po uprzednim
sprowadzeniu prądu do zera  w obwodach prądu stałego, lub w pobliżu zera w obwodach prądu
przemiennego.
Rys. 4.1. Uproszczony schemat obwodu zwarciowego: e  siła
elektromotoryczna z
ródła, R  rezystancja obwodu,
L  indukcyjność obwodu, C pojemność obwodu, W  element
służący do wyłączania prądu
Na rys. 4.1 pokazano uproszczony schemat obwodu zwarciowego, w którym symbolem W
oznaczono element służący do wyłączenia prądu. Przerwanie prądu w obwodzie nastąpi wówczas,
gdy przewodność elementu W zmaleje do wartości bliskiej zera. Jest to konieczny warunek wyłą-
czenia, ale nie wystarczający. Po przerwaniu prądu, w obwodzie zwarciowych, reprezentowanym
przez elementy R, L, C występują gasnące oscylacje napięcia, które nakładając się na przebieg siły
elektromotorycznej z
ródła zasilającego e, dają tzw. napięcie powrotne pojawiające się na pojemno-
ści C obwodu i również na elemencie W. Ostateczne wyłączenie prądu nastąpi wówczas, gdy wy-
trzymałość elektryczna elementu W będzie w każdej chwili większa od wartości napięcia powrotne-
go.
Konieczność zapewnienia odwracalnych zmian rezystancji elementu wyłączającego stanowi
złożony problem, gdyż jego rezystancja w stanie przewodzenia (z uwagi na straty mocy) powinna
być możliwie najmniejsza np. 10-4 &!, zaś po przerwaniu prądu możliwie największa rzędu 106 &!.
Wymaga się zatem szybkich zmian rezystancji w granicach co najmniej 10 rzędów wielkości, dla-
tego rolę elementu wyłączającego mogą w praktyce pełnić odpowiednio zjonizowane gazy wystę-
pujące w łuku elektrycznym, odpowiednia struktura z półprzewodników (tranzystor, tyrystor) i nie-
które przewodniki w stanie nadkrytycznym.
W przypadku aparatów zestykowych, podczas wyłączania obwodów elektrycznych, pomiędzy
stanem zamknięcia styków łącznika, który zapewnia przepływ prądu, a stanem ich pełnego otwar-
cia, gdzie prąd nie płynie, istnieje stan przejściowy, w którym pomiędzy rozchodzącymi się stykami
aparatu elektrycznego płynie prąd elektryczny. Proces przerywania prądu w obwodzie elektrycz-
nym polega na dejonizacji gazu znajdującego się w obszarze międzystykowym i usuwaniu z niego
ładunków do momentu nadania ośrodkowi cech izolacyjnych. Przepływ prądu w gazie, który uza-
leżniony jest od procesów jonizacyjnych, takich jak.: jonizacja zderzeniowa, jonizacja termiczna,
fotojonizacja, termoemisja, fotoemisja czy emisja wtórna oraz procesów dejonizacyjnych, do któ-
rych można zaliczyć: dyfuzję, rekombinację cząstek, nazywamy wyładowaniem elektrycznym.
Warto zwrócić uwagę na to, że w technice łączeniowej proces gaszenia łuku elektrycznego od-
bywa się w gazie pomimo stosowania komór, w których gasiwem może być ciecz np. olej, czy ciało
stałe np. piasek. Panująca wysoka temperatura w łuku powoduje szybkie parowanie cieczy lub top-
nienie i parowanie ciała stałego, wobec czego zasadniczy proces palenia się łuku odbywa się w ga-
zie.
1
Tak więc łukiem elektrycznym nazwiemy pewien rodzaj wyładowania samoistnego, dla które-
go charakterystyczna jest wartość prądu płynącego pomiędzy elektrodami, jak również napięcia
przyłożonego do elektrod, pomiędzy którymi się on pali. Inaczej ujmując jest to chmura zjonizowa-
nego gazu, o specyficznych własnościach i budowie, w której zachodzi szereg procesów jonizacyj-
nych i dejonizacyjnych.
4.2 . A
UK ELEKTRYCZNY W A

CZNIKACH ELEKTROENERGETYCZNYCH
Wartości prądów i napięć przy których mogą zachodzić procesy jonizacyjne, umożliwiające
podtrzymanie wyładowania zależą od natężenia pola elektrycznego panującego pomiędzy elektro-
dami, ciśnienia i składu gazu, w którym łuk się pali, materiału oraz kształtu elektrod oraz wartości
mocy doprowadzonej i odprowadzonej z obszaru międzyelektrodowego.
Wartości graniczne prądów i napięć warunkujących powstanie wylądowania łukowego podano
w tab. 4.1 dla różnych materiałów, z których mogą być wykonane elektrody.
Tab. 4.1. Wartości graniczne napięć i prądów warunkujące powstanie wyładowania łukowego
Materiał elektrod Napięcie graniczne Prąd graniczny
[V] [A]
Cu 12 �13 V 0,4
Ag 12 0,4
W 15 � 16 0,8 � 1,2
Fe 13 � 15 0, � 0,5
C 20 0,01 � 0,02
Na rys. 4.2 zamieszczono charakterystykę prądowo-napięciową wyładowania w gazie w wa-
runkach naturalnych, tj. bez intensywnego i wymuszonego odbioru ciepła. Charakterystyka od-
zwierciedla trzy podstawowe rodzaje wyładowań w gazach: townsendowskie, jarzeniowe (iskrowe),
łukowe i ma charakter nieliniowy. Oznacza to, że w różnych jej obszarach dominują różne mecha-
nizmy jonizacyjne.
Pomiędzy wyładowaniem jarzeniowym, a łukowym występuje obszar przejściowy (oznaczony
linią przerywaną), w którym występuje intensywna emisja elektronowa z powierzchni katody, po-
wodująca zapłon łuku. Powstające wyładowanie charakteryzuje się niską gęstością prądu i zwane
jest łukiem nietermicznym. Gęstość prądu w łuku nietermicznym uwarunkowana jest głownie od
wartości impedancji z
ródła zasilającego. Obszar ten charakteryzuje się ujemnym nachyleniem cha-
rakterystyki prądowo-napięciowej. Wartość prądu, dla którego występuje łuk nietermiczny prze-
chodzi w termiczny mieści się w zakresie 1 � 50 A. A
uk nietermiczny, zwany potocznie łukiem
termoemisyjnym podtrzymywany jest głównie przez emisję elektronów z powierzchni katody. A
uk
termiczny (wielkoprądowy) natomiast charakteryzuje się dużymi natężeniami prądu, a zjawiska
jonizujące podtrzymujące tego rodzaju wyładowanie maja charakter polowy lub termiczny.
Rys. 4.2. Charakterystyka prądowo-
napięciowa wyładowania w gazie
2
W łącznikach elektroenergetycznych wysokiego napięcia oraz w większości aparatów łącze-
niowych niskiego napięcia do przerywania prądu płynącego w obwodzie elektrycznym wykorzystu-
je się łuk elektryczny.
A
uk elektryczny powstaje podczas rozdzielenia się styków, kiedy rozgrzane do wysokiej tem-
peratury ostatnie punkty styczności zaczynają intensywnie parować i emitować elektrony, które pod
wpływem silnego pola elektrycznego zaczynają jonizować gaz w przerwie międzystykowej. W po-
wstającej przestrzeni międzystykowej powstaje wyładowanie łukowe charakteryzujące się w po-
czątkowej fazie duża ilością gęstych i rozgrzanych par metali.
A
uk elektryczny może również powstać pomiędzy uprzednio rozdzielonymi stykami w wyniku
przejścia wyładowania iskrowego w łukowe lub w następstwie tzw. mechanizmu cieplnego ponow-
nego zapłonu. Powstanie wyładowania iskrowego pomiędzy rozdzielonymi stykami aparatu najczę-
ściej w praktyce ma miejsce w aparatach wysokonapięciowych w momencie ich zamykania (załą-
czania), kiedy następuje przekroczenie wytrzymałości elektrycznej przerwy międzystykowej w wy-
niku zmniejszenia odległości pomiędzy stykami. Mechanizm cieplny natomiast może zachodzić w
trakcie łukowego wyłączania obwodu, kiedy to rozgrzane do odpowiednio dużej temperatury przez
palący się uprzednio łuk gazy przemieszczą się w wyniku oddziaływań konwekcyjnych w miejsce,
w którym zaistnieją odpowiednie warunki do ponownego zapłonu łuku. W przypadku częściowego
lub całkowitego mostkowania przerwy przez plazmę łukową w iskierniku trójelektrodowym, np. w
trygatronie, lub w wyłącznikach, w trakcie przełączania przez łuk rezystorów bocznikujących.
4.2.1 . Uproszczona struktura łuku
A
uk elektryczny nie posiada struktury jednorodnej (rys. 4.1). Składa się on z trzech zasadni-
czych części: kolumny łukowej i dwóch stref przyelektrodowych znajdujących się w pobliżu elek-
trod.
Rys. 4.3. Obraz łuku prądu stałego o natężeniu kilkunastu
amperów palącego się w powietrzu o ciśnieniu atmosfe-
rycznym: (a) uproszczony obraz łuku:1  kolumna łuko-
wa, 2  strefa przykatodowa o długości mniejszej niż 10-4
cm,3  strefa przejściowa, 4  strefa przyanodowa o dłu-
gości większej niż 10-4 cm, 5  strefa przejściowa, (b)
rozkład napięcia, (c) rozkład pola elektrycznego, (d) roz-
kład prądów
Kolumna łukowa charakteryzuje się: w przybliżeniu jednakową koncentracją jonów dodatnich i
elektronów, stałym natężeniem pola elektrycznego i bardzo wysoką temperaturą. Z racji niejedna-
kowej ruchliwości jonów dodatnich i elektronów (ruchliwość jonu definiuje się jako stosunek jego
3
prędkości do wartości natężenia pola elektrycznego) w stosunku ok. 1:1000, wynikającej z różnicy
ich mas prąd łuku jest praktycznie w całości prądem elektronowym. Wobec tego dla zapewnienia
odpowiedniego prądu jonów dodatnich wchodzących do katody istnieje potrzeba pojedynczej do-
datkowej jonizacji na tysiąc elektronów osiągających anodę. Wysoka temperatura powstaje w wy-
niku zderzeń elektronów przyspieszanych w słabym polu elektrycznym z molekułami, cząsteczkami
i jonami dodatnimi wypełniającymi kolumnę łukową.
W pobliżu katody znajduje się strefa wypełniona w przeważającej ilości jonami dodatnimi. Sil-
ne pole elektryczne pochodzące od dodatniego ładunku przestrzennego znajdującego się w pobliżu
katody przyspiesza jony dodatnie, które uderzając w powierzchnię katody rozgrzewają ją do tempe-
ratury około 2200 � 3300 K. Utworzona w ten sposób plamka katodowa emituje elektrony, w wy-
niku:
- emisji cieplnej (termicznej) wzmocnionej przez duże natężenie pola elektrycznego po roz-
grzaniu katody przez trafiające w jej powierzchnię jony dodatnie; gęstość prądu w formują-
cych się plamkach katodowych wynosi 102 � 104 A/cm2 w przypadku katod wykonanych z
materiału o wysokiej temperaturze topnienia i parowania np. wolframu, osiągając wartości do
107 A/cm2 w przypadku materiałów o niskiej temperaturze topnienia i parowania,
- emisji polowej (autoemisji) w strefie spadku katodowego o długości 10-5 � 10-4 cm, przy
spadku napięcia w przedziale 10 � 20 V występuje natężenie pola elektrycznego znacznie
przekraczające wartości 105 V/cm,
- neutralizacji cząstek, polegającej na wyrywaniu elektronów z katody przez zbliżające się jo-
ny dodatnie i następnie łączenie się obu jonów w atomy obojętne.
Wartość temperatury tzw. plamki katodowej, w dużej mierze powiązana jest z rodzajem mate-
riału elektrody i jest ona bliska temperaturze parowania tego materiału, jak również od ciśnienia i
rodzaju gazu, w którym się łuk pali. Plamka katodowa zbudowana jest w formie jednej lub wielu
punktów przyczepienia łuku do powierzchni katody.
Wyemitowane z plamki katodowej elektrony w wyniku pola elektrycznego przemieszczają się
w kolumnie łukowej w kierunku anody.
Anoda odgrywa bierną rolę w procesie wyładowania łukowego przyjmując strumień elektro-
nów. Przyanodowy wzrost pola elektrycznego pochodzący z deficytu jonów dodatnich w tej strefie
wskutek ich odpływu do katody i niedostatecznego ich wyzwalania przez anodę oraz od ujemnego
ładunku przestrzennego znajdującego się w pobliżu anody, przyspiesza elektrony, które zanim dotrą
do anody, jonizują atomy gazu. Powstające w ten sposób jony dodatnie wędrują do katody, zaś
strumień elektronów uderzając w anodę tworzy tzw. plamkę anodową o temperaturze około
2500 � 4200 K.
Wytwarzanie nośników elektryczności w strefach przyelektrodowych oraz kolumnie łukowej
wymaga dostarczenia do łuku pewnej mocy, ponieważ równolegle przebiegają, związane z chło-
dzeniem łuku, procesy dyfuzji i rekombinacji odpowiedzialne za zanik elektronów i jonów dodat-
nich. Przewodność kolumny łukowej, będąca funkcją gęstości nośników elektryczności, jest więc
zależna od bilansu energetycznego łuku. Oznacza to możliwość wpływania na przewodność łuku
poprzez jego odpowiednie chłodzenie.
Mówiąc o bilansie energetycznym należy zaznaczyć, że jego zgaszenie w wyniku chłodzenia w
czasie przepływu prądu w zasadzie nie jest możliwe. Zachwianie równowagi energetycznej prowa-
dzące do zdejonizowania łuku możliwe jest tylko w okolicy zera prądu wyłączanego, jednakże pro-
ces chłodzenia łuku podczas przepływu prądu nie jest bezcelowy i w pewnym sensie przygotowuje
łuk do zgaszenia w momencie przechodzenia prądu przez zero.
4.2.2 . A
uk statyczny
Zjawiska jonizacyjne i dejonizacyjne zachodzące w obszarze łuku zmieniają w czasie liczbę
swobodnych ładunków. Przy ustalonej wartości prądu łuku lub przy jego powolnych zmianach w
czasie, koncentracja ładunków będzie stała. Stan taki nazywany jest łukiem statycznym.
W warunkach równowagi energetycznej moc dostarczana do jednostki długości łuku pokrywa
straty związane z jego chłodzeniem. Analizę bilansu mocy łuku statycznego można przeprowadzić
4
przyjmując do obliczeń obwód prądu stałego, którego schemat przedstawia rys. 4.4a. W obwodzie
tym dla każdej wartości prądu, zależnej od rezystancji R, ustali się odpowiadająca mu wartość prą-
du łuku iarc oraz napięcie łuku uarc, co pokazano na rys. 4.4b.
a) b)
Rys. 4.4. Analiza bilansu
mocy łuku statycznego
W każdym punkcie tej charakterystyki jest spełniona zależność:
uarc = E - iarcR (4.1)
Zatem moc wydzielona w łuku statycznym można opisać wzorem:
PS = uarciarc = Eiarc - iarc2R (4.2)
W rozpatrywanym przedziale czasu moc wydzielona w łuku PS jest równa mocy oddawanej do
otoczenia P0. Jeżeli z jakiś powodów wzrośnie moc oddawana do otoczenia P0 + "P0, to w przy-
padku łuku statycznego musi jednocześnie wzrosnąć moc wydzielona z łuku. Tak więc z równania
(4.2) wynika, że przy stałych wartościach E i R musi nastąpić zmiana prądu iarc. Przyrost mocy wy-
dzielonej w łuku, liczony względem przyrostu prądu iarc wyniesie:
dParc
= E - 2Riarc (4.3)
diarc
Ponieważ E > uarc, to w skrajnym przypadku E H" iarcR, stąd przyrost mocy jest ujemny, tj.:
dPS
< 0 .
diarc
Oznacza to, że przy stałej rezystancji obwodu wzrost mocy odbieranej z łuku statycznego po-
woduje zmniejszenie prądu. Zmniejszenie prądu łuku
wymaga zwiększenia napięcia łuku, celem pokrycia
przyjętej straty mocy. W konsekwencji im większą od-
bieramy moc z łuku, tym wyższe jest jego napięcie, co
przedstawiono na rys. 4.5.
Rys. 4.5. Charakterystyki napięciowo-prądowe łuku statycz-
nego przy zmianie mocy odbieranej z łuku
Wzrost mocy oddawanej wpływa również na temperaturę łuku statycznego. Ponieważ moc wy-
dzielona w łuku może być wyrażona zależnością:
PS = uarc2GS , (4.4)
(przy czym: GS jest przewodnością statyczną łuku), to wzrost odbioru mocy z łuku musi wpłynąć na
wzrost jego przewodności, a więc i na wzrost temperatury.
5
Reasumując, zmiana mocy odbieranej z łuku statycznego musi być zrównoważona zmianą mocy
wydzielonej w łuku. Zmiana mocy pociąga za sobą zmiany prądu i napięcia łuku w taki sposób, aby
był spełniony warunek:
PS = uarciarc = const , (4.5)
a co dalej powoduje zmiany przewodności łuku, jego temperatury i średnicy.
4.2.3 . Chłodzenie łuku
W procesie chłodzenia łuku ciepło może odpływać:
- do elektrod za pośrednictwem przewodnictwa cieplnego,
- do otaczającego łuk ośrodka w wyniku: przewodnictwa cieplnego, konwekcji
i promieniowania.
W łącznikach elektroenergetycznych wysokiego napięcia do gaszenia łuku wykorzystuje się
chłodzenie w wyniku wymuszonej konwekcji i przewodnictwa gazu otaczającego łuk. Chłodzenie
łuku przez elektrody znajduje praktyczne zastosowanie głownie w łącznikach niskiego i średniego
napięcia. W przypadku łączników średniego napięcia chłodzenie łuku przez elektrody wspomagane
jest dodatkowo przez własności dyfuzyjne ośrodka, w którym jest gaszony (próżni). Udział promie-
niowania w bilansie energetycznym łuku w łącznikach elektroenergetycznych jest niewielki.
4.2.4 . Skutki chłodzenia łuku w warunkach równowagi energetycznej
W warunkach równowagi energetycznej moc dostarczana do jednostki długości łuku pokrywa
straty związane z chłodzeniem. W układach wysokonapięciowych prąd płynący w obwodzie zwar-
ciowym w niewielkim stopniu zależy od oporności łuku, tak więc zmiana natężenia pola elektrycz-
nego w kolumnie łukowej świadczy o intensywności chłodzenia. Chłodzenie kolumny łukowej ma
wpływ natomiast na jej temperaturę i średnicę. Wraz ze wzrostem intensywności chłodzenia tempe-
ratura kolumny łukowej wzrasta, natomiast jej średnica maleje. W tab. 4.2 i tab. 4.3 zamieszczono
przykładowe parametry łuku dla różnych sposobów chłodzenia.
Tab. 4.2. Wartości natężenia pola elektrycznego kolumny łukowej w zależności od sposobu chłodzenia
Natężenie pola elektrycznego E
Sposób chłodzenia łuku
[V/cm]
A
uk palący się swobodnie w nieruchomym powietrzu 10 � 20
A
uk intensywnie chłodzony strumieniem powietrza skierowa-
200
nym wzdłuż jego osi
A
uk w oleju 70 � 100
A
uk intensywnie chłodzony strumieniem oleju lub wody, skie-
200
rowanym wzdłuż jego osi
A
uk poruszający się w wąskiej szczelinie 2 � 0,05 mm pomię-
40 � 100
dzy płytami wykonanymi z materiału ceramicznego
A
uk w wąskiej szczelinie 0,5 mm w stałym materiale gazują-
200 � 300
cym
Tab. 4.3. Orientacyjne wartości temperatur kolumny łukowej w zależności od sposobu chłodzenia
Temperatura kolumny łukowej T
Sposób chłodzenia łuku
[K]
A
uk palący się swobodnie w nieruchomym powietrzu 10 000
A
uk intensywnie chłodzony strumieniem powietrza skierowa-
16 000
nym wzdłuż jego osi
A
uk intensywnie chłodzony strumieniem wody 40 000
6
4.2.5 . Skutki chłodzenia łuku w okolicy zera prądu wyłączeniowego
W okolicy zera prądu wyłączeniowego moc wydzielana w łuku maleje, chłodzenie powoduje
szybkie zmniejszenie średnicy kolumny łukowej. W momencie przechodzenia prądu przez zero, z
uwagi na bezwładność procesów dejonizacyjnych, pomiędzy elektrodami pozostaje jeszcze słup
zjonizowanego gazu zwany kolumną połukową o średnicy do kilku mm i temperaturze co najmniej
kilka tysięcy stopni. Dzięki dużej liczbie cząstek zjonizowanych kolumna połukowa posiada wła-
sności przewodzące. Szybko narastające napięcie powrotne prowadzi do tworzenia się cząstek zjo-
nizowanych, jednocześnie w kolumnie połukowej zachodzą w wyniku chłodzenia procesy zmniej-
szające liczbę jonów i elektronów. Od tego, który z procesów przeważy zależy, czy z biegiem czasu
stopień zjonizowania kolumny połukowej będzie się powiększał, przeobrażając się ponownie w
kolumnę łukową, czy malał, innymi słowy czy nastąpi ponowny zapłon łuku czy jego zgaszenie.
4.3 . PRZEBIEG ĆWICZENIA
Na rys. 4.6 przedstawiono schemat obwodu probierczego do badania łuku elektrycznego. y
ró-
dło prądu stałego stanowi prądnica o mocy 22 kW. Wyłącznik W zabezpiecza obwód przez skut-
kami zwarć, stycznik S natomiast służy do załączania i wyłączania prądu. Regulację badanych prą-
dów uzyskuje się poprzez zmianę wartości rezystancji na rezystorze R.
Rys. 4.6. Uproszczony schemat stanowiska pro-
bierczego do badań łuku prądu stałego:
W  wyłącznik, S  stycznik, R  rezystor, A
 łuk
elektryczny
Urządzenie służące do badania łuku elektrycznego składa się z dwóch elektrod chłodzonych
wodą. Odległość między elektrodami, a tym samym długość łuku reguluje się ręcznie za pomocą
śruby pociągowej. Jedna z elektrod posiada dyszę usytuowaną w taki sposób, że strumień gazu wy-
pływający z dyszy tworzy wokół łuku osłonę gazową. Osłona gazowa umożliwia chłodzenie łuku
określonym gazem, stabilizuje łuk oraz zabezpiecza przed utlenianiem się rozgrzanej do wysokiej
temperatury elektrod.
Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie obserwacji zachowania się łuku elektrycznego prądu
stałego, wyznaczenie niektórych parametrów charakteryzujących łuk elektryczny, powiązanie wy-
znaczonych parametrów z warunkami chłodzenia łuku, interpretację fizyczną otrzymanych zależno-
ści w oparciu o teorię łuku oraz określenie czynników wpływających na warunki gaszenia łuku.
4.3.1 . Program ćwiczenia
Program ćwiczenia obejmuje:
a) wyznaczenie zależności napięcia łuku Uarc [V] w funkcji długości łuku la [cm] dla:
- dwóch różnych gazów chłodzących,
- jednakowego natężenia przepływu gazu chłodzącego Q [g/s],
- niezmiennego prądu łuku Iarc = const.
Zmiany napięcia na łuku wywołują zmiany prądu łuku. Aby zachować warunek Ia = const
należy odpowiednio zmieniać rezystancję R.
W sprawozdaniu należy:
- wyznaczyć zależności Uarc = f(la),
- wyznaczyć sumę przyelektrodowych spadków napięć,
- wyznaczyć natężenie pola Ea [V/cm] w kolumnie łukowej,
7
- wyjaśnić dlaczego natężenie pola w kolumnie łukowej zależy od rodzaju gazu
chłodzącego.
b) zbadać wpływ natężenia przepływu Q [g/s] czynnika chłodzącego na natężenie pola elek-
trycznego w kolumnie łukowej Ea dla:
- długości łuku la = 1 cm,
- wybranego gazu chłodzącego,
- niezmiennego prądu łuku Iarc = const.
W sprawozdaniu należy:
- wykreślić zależność Ea = f(Q) dla wybranych czynników chłodzących,
- wyznaczyć sumę przyelektrodowych spadków napięć,
- objaśnić wpływ czynnika chłodzącego na wartości spadków przyelektrodowych,
- wyjaśnić wpływ natężenia przepływu czynnika chłodzącego na wartość natężenia pola E
w kolumnie łukowej, temperaturę i średnice łuku.
c) wyznaczyć statyczne charakterystyki napięciowo-prądowe łuku Uarc = f(Iarc) dla prądu łuku z
zakresu: Iarc = 3 � 30 A i:
- długości łuku la = 1 cm
- ustalonego natężenia przepływu gazu Q,
- dwóch różnych gazów chłodzących.
W sprawozdaniu należy:
- wykreślić zależność Uarc = f(Iarc),
- wykreślić zależność mocy traconej w łuku w funkcji prądu łuku P0 = f(Iarc),
- przeanalizować wyniki pod względem jakościowym.
d) określić wpływ parametrów zmian rezystancji R obwodu zwarciowego na czas wyłączania tw
i amplitudy napięcia powrotnego uc, dla 6-ciu różnych prądów wyłączanych Iarc. Oszacować
wartość indukcyjność L obwodu zwarciowego na podstawie częstotliwości drgań napięcia
powrotnego fc.
W sprawozdaniu należy:
- przedstawić sposób obliczenia częstotliwości fc drgań napięcia powrotnego,
- oszacować szybkość tłumienia drgań napięcia powrotnego,
- wykreślić zależności: czasu wyłączania tw i amplitudy napięcia powrotnego uc  w funk-
cji wartości rezystancji obwodu zwarciowego R,
- przeanalizować i uzasadnić wpływ rezystancji R obwodu zwarciowego na ww. parametry.
e) określić wpływ parametrów zmian indukcyjności L obwodu zwarciowego na czas wyłącza-
nia tw i amplitudy napięcia powrotnego uc, dla 3 różnych prądów wyłączanych Iarc. Oszaco-
wać wartość indukcyjności L obwodu zwarciowego na podstawie częstotliwości drgań na-
pięcia powrotnego fc.
W sprawozdaniu należy:
- przedstawić sposób obliczenia częstotliwości fc drgań napięcia powrotnego,
- oszacować szybkość tłumienia drgań napięcia powrotnego,
- wykreślić zależności: czasu wyłączania tw i amplitudy napięcia powrotnego uc  w funkcji
wartości indukcyjności obwodu zwarciowego L,
- przeanalizować i uzasadnić wpływ indukcyjności L obwodu zwarciowego
na ww. parametry.
f) określić wpływ parametrów zmian pojemności C obwodu zwarciowego na czas wyłączania
tw i amplitudy napięcia powrotnego uc, dla 3 różnych prądów wyłączanych Iarc. Oszacować
wartość indukcyjność L obwodu zwarciowego na podstawie częstotliwości drgań napięcia
powrotnego fc.
W sprawozdaniu należy:
- przedstawić sposób obliczenia częstotliwości fc drgań napięcia powrotnego,
- oszacować szybkość tłumienia drgań napięcia powrotnego,
- wykreślić zależności: czasu wyłączania tw i amplitudy napięcia powrotnego uc  w funkcji
wartości pojemności obwodu zwarciowego C,
8
- przeanalizować i uzasadnić wpływ pojemności C obwodu zwarciowego
na ww. parametry.
4.1. OCENA WYNIKÓW I WNIOSKI
Protokół z badań powinien zawierać opis, w którego w skład wchodzą następujące punkty:
1. Cel badań.
2. Zakres badań.
3. Schematy stanowisk probierczych wraz z opisem.
4. Opis badań.
5. Wyniki badań.
6. Analiza wyników, wnioski.
4.2. PYTANIA KONTROLNE
1. Co to jest łuk elektryczny?
2. Opisz mechanizmy powstawania wyładowania łukowego.
3. Wymień zjawiska jonizacyjne występujące w wyładowaniu łukowym. Opisz wybrany.
4. Wymień zjawiska dejonizacyjne występujące w wyładowaniu łukowym. Opisz wybrany.
5. Narysuj i objaśnij charakterystykę prądową-napięciową wyładowania w gazie.
6. Przedstaw budowę wyładowania łukowego.
7. Opisz rolę plamki katodowej w tworzeniu wyładowania łukowego.
8. Scharakteryzuj rolę plamki anodowej w tworzeniu łuku elektrycznego.
9. Opisz mechanizmy umożliwiające emisję elektronów z powierzchni plamki katodowej.
10. Opisz wpływ zmiany chłodzenia łuku na wartość prądu łuku i napięcia łuku.
11. Omów wpływ zmian mocy oddawanej z łuku na temperaturę i średnicę łuku.
12. Omów skutki chłodzenia łuku w okolicy zera prądu wyłączeniowego i przedstaw warunki
ponownego zapłonu łuku.
LITERATURA
1. Czernietski A.W.: Wstęp do fizyki plazmy, PWN Warszawa 1969.
2. Ciok Z.: Modele matematyczne łuku łączeniowego, Warszawa 1995.
3. Ciok Z.: Procesy łączeniowe w układach elektroenergetycznych, WNT Warszawa 1983.
4. Dzierzbicki S.: Wysokonapięciowe aparaty łączeniowe, zasady działania, WNT Warszawa
1962.
5. Kamińska-Benmechernene A.: Wytwarzanie i modelowanie plazmy w plazmotronach łukowych,
Wyd. Politechniki Poznańskiej 1998.
6. Maksymiuk J.: Aparaty elektryczne, WNT Warszawa 1992.
7. Maksymiuk J.: Aparaty elektryczne w pytaniach i odpowiedziach, WNT Warszawa 1997.
8. Pikoń M.: A
uk elektryczny  instrukcja do laboratorium Technik A
ączenia.
9


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
silnik pradu stalego teoria(1)
Badanie liniowego obowdu prądu stałego
Wyższe harmoniczne w liniach elektroenergetycznych zasilających podstacje trakcyjne prądu stałego
01 obwody pradu stalegoid(67
Wymienić charakterystyczne obszary łuku elektrycznego oraz wyjaśnić graficznie warunki wyłączania pr
Badanie maszyn pradu stalego
BADANIE NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO SILNIKA PRĄDU STAŁEGO POPRZEZâ Ś
Ćw 8 Silnik jednofazowy i prądnice prądu stałego
Napęd z bezszczotkowym silnikiem prądu stałego

więcej podobnych podstron