Versuch Nr. 1. Durchschlagfestigkeit in Gasen (Luft) bei Wechselspannungsbeanspruchungen

Transkript

1 1 Aufgabenstellung: Versuch Nr. 1 Durchschlagfestigkeit in Gasen (Luft) bei Wechselspannungsbeanspruchungen 1.1 Kalibrierung einer Kugelfunkenstrecke durch Messung der Durchschlagspannung U d als Funktion der Schlagweite s. U d = f(s) mit 5 mm s 50 mm (d K = 150 mm). Vergleich der Kurven mit den Werten aus VDE 0432, Teil 9. (In einer Grafik!) 1.2 Bestimmung von U d = f(s) mit 5 mm s 50 mm bei einer Anordnung Spitze- Platte und Vergleich der Ergebnisse mit denen aus 1.1. (r = 1,5mm ). (In einer Grafik!) Gegenüberstellung der elektrischen Feldstärke Ê an der Spitze mit der maximalen Feldstärke der Kugel- Kugel - Anordnung als Funktion der Schlagweite s. (In einer Grafik!) Dabei ist die Anordnung Spitze- Platte als Hyperboloid gegen Ebene (nach Blatt 5 der Vorlesung Hochspannungstechnik) zu betrachten. 1.3 Bestimmung der Druckabhängigkeit der Durchschlagsfestigkeit einer Kugelfunken- Strecke in Luft und Vergleich mit der Paschenkurve (Grafik!). 1.4 Messung der Anfangsspannungen für verschiedene Entladungsformen (Glimmen, Büschel-, Stielbüschelentladungen, Durchschlag) einer Anordnung Spitze- Platte bis 300 kv (Grafik!) (Aus organisatorischen Gründen wird dieser Versuchsteil im Versuch 2 durchgeführt!) 2 Grundlagen: Auszüge aus VDE 0432, Teil 9 über Spannungsmessungen mit Standard- Luftfunkenstecken. 3 Versuchsaufbau Messschaltung: siehe Bild 1, benutzte Geräte mit Nenndaten, besondere Sicherheitsvorkehrungen: siehe Steuerstromkreis usw.. Besonderheiten: Schutzwiderstand nach VDE (Dämpfungswiderstand), Überspannungssicherungen, Erdung von Messwandlern, Wirkungsweise eines Scheitelspannungsmessgerätes für Wechselspannungen, Aussagen über die Kurvenform der erzeugten Wechselspannung durch Messung des Effektivwertes und des Scheitelwertes U ˆ / 2, Auszüge über Prüfbedingungen nach VDE 0432, Teil 1. 4 Messergebnisse, Auswertung: Zusammengefasst mit einer Beurteilung der Ergebnisse entsprechend der Aufgabenstellung darstellen. Seite 1

2 u v VAC 50 Hz HEIDEN AC- SOURGE 3K5 I > V A sichtbare Trennstelle U, U/ 2, Ueff mit Max- Speicher Agilent 34410A USB 2.0 RS 232 RS 232 Mess- und Steuer-PC mit LabView- Oberfläche 3K5 L Freigabe 230 V 2A2 Türkontakt Erdungsstange U 3K2 V Rs C1 C2 Gefahrenbereich Schutzgitter Umax = 100 kv Schutzgitter Erdungsschiene T1 Steuerstromkreis vereinfacht dargestellt HV Aus HV Ein 3K2 Switch Unit 34970A 3H3 (grün) 3K2 3K5 3H4 (rot) M N Warnlampen Vakuumpumpe Bild 1: Stromlaufplan zum Versuch Nr. 1 Seite 2

3 Allgemeine Ausführung Bild 2 zeigt die beiden grundsätzlichen Ausführungsformen von Kugelfunkenstrecken für Messzwecke. Bei Kugeldurchmessern D < 50 cm bevorzugt man im allgemeinen die horizontale Anordnung; bei größeren Kugeln die vertikale Anordnung, die nur zur Messung von Spannungen gegen Erde geeignet ist. Bild 2 : Kugelfunkenstrecken für Messzwecke [ a) horizontale, b) vertikale Anordnung ] Messgenauigkeit von Kugelfunkenstrecken Solange der Kugelabstand 0,5 D nicht übersteigt, gilt für die internationalen Tabellenwerte eine Genauigkeit von ±3%. Darüber und bis 0,75 D sind die Messwerte zweifelhaft. Umrechnung der Tabellenangaben auf andere als normale atmosphärische Bedingungen Die Durchschlagspannung von Kugelfunkenstrecken ändert sich annähernd proportional mit der relativen Luftdichte d, die ihrerseits von der Lufttemperatur ϑ und dem Luftdruck p abhängig ist. Der Luftdichte- Korrekturfaktor K D berechnet sich somit wie folgt: p p K D = d = = 0,289 mit p in hpa und ϑ in C. ( 1 ) ϑ 273 +ϑ Weiterhin erhöht sich die Durchschlagspannung von Kugelfunkenstrecken mit dem Anstieg der absoluten Luftfeuchte h in Bezug auf die relative Luftdichte d. Die Werte in den Tabellen 2 und 3 beziehen sich auf eine mittlere Luftfeuchte von 8,5 g/m³, sodass sich der Luftfeuchte- Korrekturfaktor K F wie folgt berechnet: h K F = 1+ 0,002 8, 5 mit h in g/m³ und h = h s h rel ( 2 ) d Seite 3

4 Die absolute Luftfeuchte bei Sättigung ist abhängig von der Lufttemperatur. Die jeweilige absolute Luftfeuchte h S für den Temperaturbereich von 30 C ϑ 30 C ist in der Tabelle 1 aufgelistet. Zwischenwerte werden näherungsweise mittels linearer Interpolation berechnet. ϑ C h S g/m³ 0,33 0,88 2,15 4,84 9,4 17,2 30,1 Tabelle 1 : Absolute Luftfeuchte bei Sättigung für verschiedene Temperaturen Die in den Tabellen 2 und 3 aufgeführten Durchschlagspannungen für atmosphärische Normalbedingungen von 20 C Lufttemperatur, 1013 hpa Luftdruck und 8,5 g/m³ Luftfeuchte müssen deshalb bei anderen atmosphärischen Bedingungen mit den Korrekturfaktoren K D und K F gemäß der Gleichung ( 3 ) multipliziert werden. U Dd = K K U (3) D F D Seite 4

5 Seite 5

6 Seite 6

7 Diese Vorlage für das Protokoll und den Bericht benutzen. Seite 7