Podstawowe metody pomiaru parametrów odgromników gazowanych.

Do podstawowych określeń charakteryzujących odgromniki należą: -napięcie zapłonu odgromnika przy napięciu stałym, -udarowe napięcie zapłonu odgromnika, -znamionowy przemienny prąd wyładowania, -znamionowy udarowy prąd wyładowania, -charakterystyka zniszczenia, -maksymalne napięcie resztkowe w przypadku wyładowania jarzeniowego, -napięcie resztkowe w przypadku wyładowania łukowego, W ćwiczeniu ograniczyliśmy się do pomiarów statycznego i udarowego napięcia zapłonu oraz dodatkowo mierzyliśmy pojemność między elektrodami odgromników.

Do podstawowych określeń charakteryzujących odgromniki należą:

• napięcie zapłonu odgromnika przy napięciu stałym,
• udarowe napięcie zapłonu odgromnika,
• znamionowy przemienny prąd wyładowania,
• znamionowy udarowy prąd wyładowania,
• charakterystyka zniszczenia,
• maksymalne napięcie resztkowe w przypadku wyładowania jarzeniowego,
• napięcie resztkowe w przypadku wyładowania łukowego,

Badanie polegało na podawaniu na odgromnik napięcia stałego narastającego liniowo aż do chwili kiedy odgromnik zaczynał przewodzić, o czym świadczył gwałtowny spadek napięcia między elektrodami oraz towarzyszący temu zjawisku błysk- widoczny w odgromniku metalowym. Nasze zadanie polegało na zapisaniu maksymalnej wartości napięcia, przy której odgromnik jeszcze nie przewodzi. Dodatkowo przeprowadzaliśmy pomiar pojemności odgromnika. Wyniki zapisaliśmy w tabeli:

Wszystkie badane odgromniki charakteryzują się bardzo małą pojemnością, rzędu 6pF, która jest na tyle mała, że umieszczenie odgromnika w torze sygnałowym nie wpływa na pracę chronionego systemu. Na uwagę zasługuje fakt, że wartość zmierzonej pojemności nie świadczy o przydatności odgromnika do użytku. Mieliśmy bowiem przypadki, ze odgromniki które teoretycznie powinny działać przy 240V nie pracowały (nie zwierały) nawet przy napięciu >600V, a pojemność mierzona między elektrodami była w zasadzie bardzo bliska do tych sprawnych. Na podstawie wielokrotnych pomiarów napięcia statycznego zapłonu wyznaczyliśmy powtarzalność tegoż napięcia, jak również na podstawie pomiaru kilku odgromników tego samego typu spróbowaliśmy oszacować rozrzut technologiczny parametrów. Tak więc w przypadku odgromników metalowych wyniki poszczególnych pomiarów przedstawiliśmy graficznie w postaci rzędu próbek wraz z wyznaczoną wartością średnią.

Różnice w wynikach poszczególnych pomiarów nie były duże, a wartość średnia statycznego napięcia zapłonu odgromników metalowych wynosiła odpowiednio 186,50 i 304V. Oczywiście te pomiary są obarczone błędem, gdyż nie sposób precyzyjnie określić położenie plamki świetlnej galwanometru przy tak szybkich zmianach, jakie miały miejsce.
Przebadaliśmy również po trzy egzemplarze odgromników ceramicznych, na 230 i 240V, mających zastosowanie głównie w torach sygnałowych. W przypadku odgromników CG2-240L żaden nie pracował poprawnie, a tylko jeden załączał się przy napięciu które mogliśmy zmierzyć, to jest mniejszym niż 600V. Wynika z tego wniosek, że nawet „przepalony”, czyli taki, który już wiele razy „zapłonął” nadal pracuje, jednak przy dużo większym napięciu, co dyskwalifikuje go z użycia zgodnie z przeznaczeniem. Przykładowo odgromnik umieszczony np. w torze sygnałowym jakiegoś urządzenia zatrzyma pewną ilość przepięć zgodnie ze swoimi parametrami, tj nie dopuści do wzrostu napięcia powyżej napięcia znamionowego, w tym przypadku 240V, lecz może nadejść taki dzień, w którym jego napięcie zapłonu wzrośnie kilkukrotnie, więc staje się w zasadzie bezużyteczny. Łatwo sobie wyobrazić, co się stanie, jeśli odgromnik, który powinien normalnie blokować napięcie 240V nagle nie działa przy napięciu rzędu 600V. Co gorsza, zużycie takiego elementu nie jest widoczne na pierwszy rzut oka i dopiero po kolejnym przepięciu może okazać się, ze ten element już nie działał. Ale to już jest tak zwana musztarda po obiedzie, gdy przepięcie uszkodzi nam obwody wejściowe chronionego urządzenia.
W dalszej części ćwiczenia badaliśmy trzy egzemplarze metalowych odgromników serii 230V. Zestawiliśmy wyniki pomiarów na jednym wspólnym wykresie, aby zobrazować różnice w progu działania poszczególnych elementów:

Widać na wykresie, ze nawet w przypadku elementów zaprojektowanych na te same napięcia zdarzają się jednostki o nieco wyższym lub niższym progu zapłonu, jednak w sprawnych odgromnikach nie zdarzają się przypadki, aby napięcie zapłonu było wyższe niż to podane przez producenta na obudowie.

W tej części ćwiczenia na odgromniki oddziaływaliśmy udarem napięciowym o zmiennej amplitudzie i obserwowaliśmy, przy jakiej wartości chwilowej i po jakim czasie zaczynały przewodzić iskierniki. Dla każdego napięcia wykonaliśmy po trzy strzały celem uśrednienia wyników pomiarów. Układ pomiarowy był prosty, zestawiony według schematu:

Wyniki pomiarów dla odgromnika metalowego zestawiliśmy w poniższej tabeli:

Tak jak się spodziewaliśmy, czas reakcji odgromnika był odwrotnie proporcjonalny do amplitudy napięcia udarowego, a napięcie zapłonu zmieniało się nieznacznie, gdyż przerwa między elektrodami jest stała, a przeskok iskry następuje przy mniej więcej stałym poziomie napięcia między elektrodami. Skoro udar napięciowy przy wyższej nastawionej amplitudzie szybciej narasta, to i odpowiedź iskiernika powinna szybciej zachodzić. Na podstawie tabeli sporządziliśmy wykresy obrazujące pracę odgromnika poddanego działaniu napięcia udarowego.

Powyższy wykres prezentuje, jaka wartość napięcia zostaje przeniesiona do chronionej części układu, zanim zadziała ograniczenie przeciwprzepięciowe. Pierwszy wniosek jaki się nasuwa to fakt, że są wyższe poziomy napięć, przy których następuje zapłon ogranicznika. Wynika to z faktu, że napięcie udarowe jest dużo szybsze od liniowo narastającego napięcia stałego z pierwszej części ćwiczenia, a każdy element, w tym również i odgromniki, charakteryzuje się pewna bezwładnością i po prostu „nie zdążył” na czas zewrzeć styków. Drugi wniosek jest taki, że nie ma wyraźnej tendencji ani funkcji narastającej, ani malejącej w kształcie charakterystyki Uwy=f(Uwe). Można z pewnym przybliżeniem przyjąć, że jest to linia prosta równoległa do osi x, czyli nie ma wielkiego wpływu wartości amplitudy udaru na amplitudę sygnału przenikającego do chronionego urządzenia. To samo badanie przeprowadziliśmy dla odgromnika ceramicznego 230V

typu plazmowego
stosowanego w celu zabezpieczenia:

• Linii przekazu danych
• Systemu CATV
• Agragatów sieciowych
• Aparatury medycznej
• Instr. pomiarowych
• Analizatorów transmisji danych, a więc generalnie przeznaczony jest na niższe napięcia.

Tabela z wynikami pomiarów ma postać:

Podobnie, jak dla odgromnika metalowego wykreśliliśmy charakterystyki napięciowo- czasowe i napięciowo- napięciowe. Na następnej stronie umieszczony został wykres czasu zadziałania ogranicznika w funkcji przyłożonego napięcia udarowego.

Wnioski wcześniej wysnute dla odgromnika metalowego są prawdziwe również i dla tego, wzrost napięcia udarowego pociąga za sobą szybszy czas reakcji odgromnika, ale nie ma wielkiego wpływu na poziom napięcia przenikającego do chronionej części obwodu elektrycznego. Zauważalny jest fakt, ze mimo iż odgromnik jest projektowany na 230V, to po jego zadziałaniu w chronionym urządzeniu i tak występują wysokie napięcia, niemal dwukrotnie przekraczające wartość nominalną ogranicznika, dlatego też niezbędne jest korzystanie z dodatkowych stopni ochrony, sam odgromnik gazowany jest jedynie podstawowym jej elementem.