Вопросы к экзамену по дисциплине «Электроэнергетика». ч. 4.

(Изоляция и перенапряжение, ТВН)

1. 
   Особенности внешней и внутренней изоляции.
   

Изоляция электрических установок может быть разделена на внешнюю и внутреннюю изоляцию. К внешней изоляции относятся воздушные промежутки (например, между проводами разных фаз линии электропередачи, между проводами и опорой), внешние поверхности твердой изоляции (изоляторов), промежутки между контактами разъединителя и т.п. Внутренняя изоляция состоит из комбинации различных жидких, твердых и газообразных диэлектриков. К внутренней изоляции относится изоляция обмоток трансформаторов и электрических машин, изоляция кабелей, герметизированная изоляция вводов, изоляция между контактами выключателя в отключенном состоянии и т.д.

Особенности внешней изоляции:

• 
  зависимость электрической прочности от атмосферных условий: давления, температуры и влажности воздуха. На электрическую прочность изоляторов наружной установки существенно влияют загрязнения их поверхности и атмосферные осадки;
  
• 
  после пробоя внешняя изоляция полностью самовосстанавливается, если снимается напряжение или гаснет дуга в месте пробоя;
  
• 
  отсутствие старения изоляции.
  

Особенности внутренней изоляции:

• 
  электрическая прочность внутренней изоляции электрооборудования практически не подвержена влиянию атмосферных условий;
  
• 
  пробой твердой и комбинированной изоляции - явление необратимое, приводящее к выводу из строя электрооборудования. Жидкая и внутренняя газовая изоляция самовосстанавливается, однако пробои приводят к ухудшению их характеристик;
  
• 
  подвержена старению, т.е. ухудшению электрических характеристик в процессе эксплуатации (частичные разряды, диэлектрические потери).
  

2. 
   Виды ионизации газов, лавина электронов, стримерная теория разряда.
   

Энергия, необходимая для ионизации атома или молекулы, называется энергией ионизации.

Ионизация, образование положительных и отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул.

Рекомбинация ионов и электронов, образование нейтральных атомов или молекул из свободных электронов и положительных атомных или молекулярных ионов; процесс, обратный ионизации.

---

Объемная ионизация – образование заряженных частиц в объеме газа между электродами.

Объемная ионизация подразделяется:

1)на ударную ионизацию;

Ударная ионизация – соударение электрона с нейтральным атомом или молекулой. 

2)ступенчатую ионизацию;

Ступенчатая ионизация происходит тогда, когда энергия первого воздействующего на нейтральный атом или молекулу электрона приводит атом только в возбужденное состояние, т. е. энергия электрона недостаточна для ионизации.

3)фотоионизацию;

Для осуществления фотоионизации в объеме газа энергия фотонов, излучаемая возбужденными атомами или молекулами, должна быть больше энергии ионизации при поглощении фотона нейтральным атомом или молекулой. Этот процесс успешно осуществляется в смеси газов (воздух). При фотоионизации возможна и ступенчатая ионизация. 

4)термоионизацию.

Термоионизация обусловлена тепловым состоянием газа и может происходить в результате следующих актов:

1)освобождения электрона при соударениях между атомами и молекулами при высоких температурах;

2)фотоионизации нейтральных атомов и молекул, возбужденных в результате теплового взаимодействия при высоких температурах;

3)ионизации при столкновении электрона с нейтральным атомом или молекулой при высоких температурах.

Поверхностная ионизация – излучение (эмиссия) заряженных частиц с поверхности электродов.

Поверхностная ионизация (эмиссия электронов) осуществляется за счет:

1) бомбардировки поверхности катода положительными иона-

ми — вторичная электронная эмиссия (ионизация иона).
2) фотоэмиссии, т. е. лучистой энергии, облучающей катод, например, ультрафиолетового света, рентгеновского излучения, излучения возбужденных атомов и молекул в объеме газа между электродами (ионизация квантом света).

---

3) нагрева поверхности катода – термоэлектронная эмиссия (темоионизация)

4) энергии внешнего электрического поля – автоэлектронная или холодная эмиссия (автоэлектронная ионизация).



Лавина электронов – процесс нарастания числа электронов, движущихся в электрическом поле по направлению к аноду.



Рисунок 1 – Искажение электрического поля в промежутке, создаваемое лавиной: 1 — средняя напряженность без лавины; 2 —результирующая напряженность

Рисунок 2 – Схема определения числа электронов в лавине

Рисунок 3 – Механизм развития катодного стримера:1 – электрод (катод); 2 – канал стримера; 3 – лавины; 4 – движение фотонов; 5 – электроны за счет фотоионизации.

Интенсивность размножения электронов в лавине характеризуется коэффициентом ударной ионизации α, равным числу ионизаций, производимых электроном на пути в 1 см по направлению действия электрического поля (первый коэффициент Таунсенда). На расстоянии x от катода число электронов возросло до n. Увеличение числа электронов dn на пути dx будет равно:

, либо , затем интегрируем . В результате получим , тогда . Это выражение дает значение электронов в лавине без учета их прилипания к нейтральным атомам и молекулам

Тогда число электронов в лавине с учетом прилипания будет равно: .

Стримерная теория разряда

В процессе развития лавины непрерывно увеличивается число электронов и положительных ионов, при этом Е на фронте лавины возрастает, а в задней части уменьшается. В какой-то момент напряженность в задней части лавины уменьшается настолько, что становится невозможной ударная ионизация. Находящиеся в хвосте лавины отставшие электроны вместе с положительными ионами создают плазменное образование, дающее начало возникновению стримерного канала.

---

Стример - канал, заполненный плазмой. В зависимости от условий стример может быть связан с электродом или нет. Однако характерной особенностью в любом случае является наличие избыточного заряда на конце, создающее местное усиление электрического поля и обеспечивающего непрерывное удлинение плазменного канала.

3. 
   Условие самостоятельности разряда в однородном поле.
   

После прохождения первой лавины в промежутке лавинный процесс может возобновляться, а может и затухнуть. Для возобновления лавинного процесса нужен хотя бы один вторичный эффективный электрон. Если этот электрон получается в результате внешнего ионизатора, разряд называется несамостоятельным, т. е. если убрать внешний ионизатор, то лавинный процесс не возобновится и разряд затухнет. Если же вторичный эффективный электрон возникает в результате прохождения первичной лавины, разряд называется самостоятельным. Разряд из несамостоятельного может перейти в самостоятельный, если увеличить приложенное к электродам напряжение.

Для возникновения самостоятельного разряда необходимо, чтобы в результате развития первоначальной лавины появился по крайней мере один вторичный электрон, способный создать новую лавину.

На расстоянии x от катода число электронов возросло до n. Увеличение числа электронов dn на пути dx будет равно: , либо , затем интегрируем . В результате получим , тогда .

Количество положительных ионов, оставшихся в промежутке после прохождения лавины, равно количеству электронов в лавине , исключая начальный электрон, т. е. .

Электроны, выбитые из катода, не все участвуют в образовании вторичных лавин. Часть электронов рекомбинирует с положительными ионами. Суммарный процесс образования вторичных электронов из катода характеризуется коэффициентом вторичной ионизации γ (второй коэффициент Таунсенда). Коэффициентγ зависит от материала катода, состава и давления газа, и всегда γ << 1. Количество вторичных электронов, образованных после прохождения первичной лавины, при самостоятельной форме разряда будет

---

.

Это уравнение есть условие самостоятельности развития разряда в газовом промежутке. Оно показывает, что в результате прохождения первичной лавины необходимо образование, как минимум, одного эффективного электрона, способного зажечь вторичную лавину.

ЛИБО:

Несамостоятельный разряд – разрядный процесс, для поддержания которого необходим внешний ионизатор.

Самостоятельный разряд – разряд способный существовать в отсутствие внешнего ионизатора.

Для возникновения самостоятельного разряда необходимо, чтобы в результате развития первоначальной лавины появился по крайней мере один вторичный электрон, способный создать новую лавину. Таким образом, условие самостоятельности разряда можно записать в общем виде как

, где γ – коэффициент вторичной ионизации; - количество электронов в лавине; L – расстояние между электродами

В случае однородного поля условие самостоятельности разряда можно записать как: .

Начальное напряжение – напряжение, при котором в промежутке выполняется условие самостоятельности разряда.

Хотя коэффициент вторичной ионизации γ=f(p,E), однако диапазон его изменения невелик и, с достаточной степенью точности, можно считать, что . Поэтому часто используются другие выражения для условия самостоятельности разряда.

Для неоднородного поля:

Для однородного поля:

Из двух последних выражений следует, что для выполнения условия самостоятельности разряда необходимо, чтобы число ионизаций, осуществляемых одним электроном на пути между электродами, было не меньше некоторой определенной величины.

Если будет превышать единицу, то число развивающихся в промежутке лавин будет непрерывно возрастать. Последующие лавины будут возникать еще до того, как все положительные ионы, образованные предшествующими лавинами, уйдут на катод. Следовательно, электроны новых лавин будут двигаться в промежутке, заполненном положительными ионами, и вдоль пути лавин газ в промежутке между электродами перейдет в состояние плазмы – произойдет пробой промежутка.

---

Смотрите также файлы

• р тест тапсырмасыны дрыс жауабы шін 1 пай, есепті дрыс шешкені шін 5 пай. Бірінші айналыма е кп пай саны 35 пай.docx

• Образовательное учреждение Автономная некоммерческая организация высшего образования Открытый университет экономики, управления и права.rtf

• Бейнеу гуманитарлыэкономикалы колледжі мкк саба жоспары Саба таырыбы.docx

• Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа 185 с углублённым изучением английского языка Центрального района СанктПетербурга Индивидуальный проект.docx

• Практическая работа к теме Доверие к государству Тема занятия внеурочное занятие для обучающихся 4 классов по теме Что мы Родиной зовем.docx