Pomiary prądów udarowych

Abstract

Prądy udarowe towarzyszą wyładowaniom atmosferycznym. W laboratoriach są wytwarzane do badań urządzeń ochrony odgromowej i przepięciowej. Znajdują również wykorzystanie w różnych działach nauki i techniki. W pracy przedstawiono metody pomiarowe prądów udarowych oraz zaprojektowany i wykonany bocznik wielkoprądowy o specjalnej dwururowej konstrukcji.
Autor: Krzysztof Gontar

1.WSTĘP

Prądy udarowe są nieodzownym elementem wyładowań atmosferycznych, które są wszechobecne w egzystencji naszej planety. Występują niemal na całej kuli ziemskiej począwszy od biegunów aż po równik, gdzie ze względu na dużą wilgotność klimatu tropikalnego aktywność burzowa jest największa.

Dla poznania zjawisk wyładowań piorunowych oraz zapewnienia skutecznej ochrony odgromowej i przepięciowej konieczne są laboratoryjne badania prądami udarowymi[1]. Do podstawowych zastosowań prądów udarowych należą badania wysokonapięciowych odgromników wydmuchowych i zaworowych, wysokonapięciowych ograniczników przepięć z warystorami z tlenku metali oraz różnych niskonapięciowych ograniczników przepięć (iskierniki, odgromniki gazowe warystory, diody). Badania obejmują próby prądami udarowymi, symulującymi prądy piorunowe, oraz próby zdolności ograniczenia i przerwania sieciowych prądów następczych. Badania te są bardzo istotne ze względu na właściwe i bezawaryjne działanie ochronników przepięciowych, od których zależy poprawna praca urządzeń w sieciach elektroenergetycznych i instalacjach elektrycznych, w których piorunowe prądy udarowe osiągają bardzo duże wartości (prądy 4,5% wyładowań piorunowych osiągają wartości szczytowe przekraczające 100 kA [3]).

Prądy udarowe mają również szereg innych zastosowań. Są wykorzystywane zwłaszcza wtedy, gdy jest konieczne wydzielanie dużych mocy w ograniczonych przestrzennie ośrodkach gazowych i ciekłych, np. dla uzyskania wielkich ciśnień rozchodzących się pod postacią fal uderzeniowych w ośrodku, udarowych pól magnetycznych o dużym natężeniu, skupionych krótkotrwałych wiązek światła o dużej mocy, gorącej plazmy [2,4]. Stosując eksplodujące druty oporowe, wytwarzające w ośrodku ciekłym ciśnieniową falę uderzeniową, można efektywnie kruszyć nawet najtwardsze minerały oraz mechaniczne tłoczyć metalowe blachy. Plastycznego kształtowania metali można również dokonać w bardzo silnym polu magnetycznym elektromagnesów zasilanych prądami udarowymi. Szczególne zastosowanie maja generatory wielkich prądów udarowych w laboratoriach badań jądrowych, w których na przykład dla badań nad syntezą jądrową potrzebne są gigantyczne impulsy prądowe o wartościach szczytowych rzędu megaamperów i energiach rzędu megadżuli .