81. Stratność dielektryczna .
Straty energii w dielektryku ( w nieobecności wyładowań niezupełnych ) wywołane są polaryzacją i prądem upływu.
Jeśli przyłączyć kondensator do źródła U-stałego , powstanie w obwodzie prąd elektryczny , który można rozłożyć na trzy składowe : prąd ładowania , prąd absorbcyjny , prad uplywu .
I=++. 2 piewsze człony składają się na prąd polaryzacji . Praą ładowania związany jest z polaryzacją elektronową i jonową , jest krótkotrwały i jego energia zostaje zamieniona na spreżystą deformację dielektryka . Prąd absrorbcyjny , zwiazany jest z polaryzacją dipolową , wzrasta i zanika znacznie wolniej niz prąd ładowania. Jego energia zostaje częściowo w energię odkształceń sprężystych dipoli, a częściowo na pokonanie oporów stawianych przez ośrodek obrotom cząsteczek dipolowych . Ta część energii zużywana jest nieodwracalnie na ciepło w dielekrtyku.
Prąd upływu jest wywołany konduktywnością skrośną dielektryka . Z prądem tym związane sa straty energii elektr. na cieplo w dielektryku. Prąd polaryzacji szybko zanika. W bilansie energetycznym w obwodach pr. stałego , straty energii związane sa więc ze stratami upływu( straty polaryzacji są pomijalnie małe w porównaniu ze stratami upływu ). Moc tracona P=U*.
Dla pr.zmiennego proces ładowania i rozładowania przebiego okresowo dlatego stray związane z polaryzacją nie mogą być pomijalne .Zmienny prąd ładowania ma charakter prądu biernego , jego wskaz wyprzedza wskaz napięcia o kąt prosty . Zmienny ma charakter częściowo czynny ( wywołuje straty na ciepło) . Ma dwie składowe czynną i bierną . Zmienny prąd upływu ma charakter czynny , jego wskaz jest w fazie w fazie z U . Prąd wypadkowy I wyprzedza U o f<90 .( d=90-f).
Dielektryki charakteryzyje się tgd , zwanego współczynnikiem stratności dielektrycznej.
82. Narysować schemat zastępczy kond. ze stratami , wykres wskazowy prądu i napięcia .
83.W jaki sposób wyznacza się tgd .
tg d== = stąd P=tg dQ = tg dw C tg d == 1/2pfCR
84.Narysować zależność współczynnika tgd od temp. i częst. dla dielektryków o cząstkach polarnych i niepolarnych.
1)D. niepolarne. ( charakteryzują się tylko polaryzacją elektronową ) , rezystancja dielektryka R określona jest jedynie przez rezystywność skrośną , wywołującą prąd upływu. R=r s*tgd=1/(2pers)
Wsp.stratnośći jest odwrotnie proporcjonalny do f , ze wzrostem temp. rośnie tgd
1) 2)
tgd tgd tgd tgd
f T f T
2}D.polarne . Ze wzrostem f początkowo tgd rośnie , gdyż wzrasta energia tracona w jednostce czasu na obrót dipoli. Przy dalszym wzroście f tgd zaczynamaleć , gdyż obrót dipoli nie nadąża za zmianami pola - zanika dipolowa polaryzacja. Zależność od temp. może być różna . Np. dal ciekłych . Początkowo przy niskiej temp . wskutek dużej lepkości , ruch dipoli jest niewielki wywołując małe straty. Przy podwyższaniu temp. rośnie ruch dipoli, rosną straty i tgd . Przy dalszym wzroście temp. maleje lepkość , zmiejszając opór - maleją straty.Zwiększanie tgd przy silniejszym nagrzewaniu dielektryka związane jest ze zmniejszaniem r s i wynikającym stąd prądem upływu.
85. Wytrzymałość elektryczna . Od czego zależy .
Podwyższając napięcie przyłożone do okładzin kondensatora podzielonych dielektrykiem osiąga npięcie krytyczne zwane npięciem przebicia Up , przy którym następuje przebicie dielektryka w postaci iskry lub łuku. Natężenie pola elektrycznego Ep , odpowiadajace napięciu przebicia , nazywa się wytrzymałością elektryczna dielektryka. Określa się je dla kondensatora płskiego jako Ep= , gdzie I jest grubościa dielektryka w miejscu przebicia .Przebicie dielektryka zachodzi w wyniku uzyskania przez nieliczne ladunki swobodne zawarte w dielektryku tak znacznej energii pola elekr. , że w zderzeniach jonizują one inne atomy lub cząstki ( tzw. jonizacja zderzeniowa ).Natężenie pola występujące w materiałach izolacyjnych w normalnej pracy urzadzeń elekt. powiiny być znacznie niższe niż ich wytrzymałość .
Konieczny margines bezpieczeństwa powinien ochronić przed przebiciem izolacji i unieruchomieniem urządzenia. Gwarantyje to bezawaryjną pracę. Wytrzymałość zależy przede wszytkim od : kształtu elektrod, stanu zawilogocenia izolacji , temp, grubości warstwy izolacji, rodzaju napięcia .
86. Trwałość materiałów izolacyjnych.
(Celiński Mat.elektrotech. str. 137)
Trwałość materiałów izolacyjnych określony jest przez czas T, po którym charakterystyczne dla danego materiału własności (np. mechaniczne lub elektryczne) ulegają pogorszeniu (przy określonej temp. pracy) do ustalonej wartości granicznej. Pogarszanie tych własności jest wynikiem reakcji utleniania się lub rozkładu, silnie zależnych od temperatury. Zjawisko to nazywa się starzeniem cieplnym izolacji (materiał pracujący w wyższych temp. szybciej się starzeje). Czas T niekiedy ustala się jako czas, po którym własności izolacji zmniejszają się o połowę. Równanie , gdzie a i b są charakterystycznymi dla określonych materiałów stałymi, określa długość życia izolacji T w zal. od temperatury t. Przyjmując czas życia izolacji T można z wykresu funkcji (dla danego materiału) wyznaczyć dopuszczalną temp. przy ciągłej pracy materiału. Wartość b określa przyrost temp., powodujący skrócenie życia izolacji o połowę. W obowiązujących normach układy izolacyjne maszyn i aparatów elektr. podzielono na 9 klas ciepłoodpornościowych Y, A, E, B, F, H, 200, 220, 250 o dopuszcz. odpowiednio temp. pracy ciągłej t: 90, 105, 120, 130, 155, 180, 200, 220, 250 [°C]. Klasy ciepłoodpornościowe wyższe od 250 °C oznacza się kolejno symbolami numerycznymi co 25°C.
87. Wymienić i omówić rodzaje mechanizmów jonizacji gazów.
(Flisowski Tech.Wys.Nap. str. 30)
J. fotoelektronowa-zachodzi gdy przy b. dużych energiach promieniowania uwolnione elektrony mogą wykazywać tak dużą energię kinetyczną, że są w stanie zjonizować następną napotkaną na swej drodze cząsteczkę.
J. zderzeniowa-następuje w polu elektrycznym w wyniku bombardowania cząsteczek obojętnych przez swobodne ładunki przyspieszone przez pole.
J. termiczna-jest odmianą j. zderzeniowej ale następuje wskutek zwiękrzenia energii kinetycznej poprzez wpływ wysokiej temp.
J. powierzchniowa-jest związana z emisją ładunków z elektrody. Rozróznia się: fotoemisję (wywołaną przez falę promieniowania o dużej częstot.), teroemisję (rozżarzenie elektrody),
autoemisję (nat. pola ok.1 MV/cm-1) oraz emisję powstałą przez bombardowanie elektrody jonami (energia kinetyczna jonu od 0,7 do 6,3 eV, przekracza pracę wyjścia elektronu z powierzchni elektrody).
88. Rodzaje wyładowań w gazach.
(Celiński Mat.elektrotech. str. 156)
Wyładowania zwykle można zauważyć między dwoma zaostrzonymi elektrodami (dołączonymi do źródła nap.), między którymi pole elektryczne jest silnie nierównomierne przy powierzchni elektrody o największej krzywiźnie. Maksymalna wartość natężenia tego pola przekracza często nat. krytyczne. Wokół przestrzeni okołoelektrodowej powstają wtedy miniwyładowania. W pierwszej fazie wyładowania zwanej świetleniem, pojawia się w pobliżu ostrza niebieska poświata. Przy wzroście nap. można zauważyć snopy cienkich
iskier-snopienie, po przekroczeniu nap. przebicia (Up) następuje przeskok iskry między elektrodami, które może przekształcić się w łuk elektryczny. Świetlenie i snopienie noszą nazwę wyładowań niezupełnych natomiast skra lub łuk - wyładowań zupełnych.
O wyładowaniu niesamoistnym można mówić gdy wymaga ono zew. źródła jonizacji. Jeżeli natomiast źródło to zostanie odłączone, a iskra będzie się dalej utrzymyać, jest to wtedy wyładowanie samoistne (elektrony i jony są produkowane przez samo wyładowanie).
89. Narysować i omówić charakterystykę pr. - nap. kond. pow. płaskiego.
(Celiński Mat.elektrotech. str. 154)
Od punku O do A, wykres funkcji I=f(U) jest prostoliniowy co oznacza, że liczba ładunków swobodnych docierających do okładzin kond. jest proporcjonalna do przyłożonego napięcia.
Zwiększając napięcie rośnie liczba ładunków do momentu gdy wszytkie ładunki wytworzone przez zew. promieniowanie jonizujące (promieniowanie kosmiczne, prom. naturalnych pierw. radioaktywnych zawartych w skorupie ziemskiej, w wyniku którego w powietrzu znajduje się pewna liczba elektronów i dodatnich jonów), dotrą do elektrod. Dalsze zwiększanie nap. nie powoduje wzrostu prądu ale kosztem zew. pola elektrycznego zwiększa się prędkość i energia ładunków swobodnych. Wartość ustalonego prądu jest prądem nasycenia Is (BC). Przy napięciu jonizacji Uj elektrony posiadają dostatecznie dużą energię, że przy zderzeniu z innymi cząsteczkami dielektryka jonizują je (jonizacja zderzeniowa) w wyniuku czego powstają elektrony i jony co prowadzi do zwiększenia prądu (CD). Dalsze zwiększanie nap. powoduje, że nowo postałe ładunki uzyskują od zew. pola tak duże energie, że są w stanie same jonizować neutralne cząstki dielektryka (jonizacja lawinowa) co prowadzi do nagłego wzrostu prądu - przebicie elektrycznego dielektryka (D). Przebicie to następuje po przekroczeniu tzw. napięcia przebicia Up . Odpowiadające mu natężenie pola elektrycznego Ep nazywa się wytrzymałością elektryczną dielektryka.
I D
A B C
IS
O U
90. Omówić mechanizm przebicia dielektryków gazowych wg. mechanizmu Townsenda.
(Flisowski Tech.Wys.Nap. str. 66)
Oparty jest na założeniu, że wew. źródłem swobodnych elektronów jest wyłącznie ich emisja z katody pod wpływem bombardowania jej przez jony dodatnie, powstające w procesie jonizacji zderzeniowej w lawinie, i że przy stosunkowo niedużym odstępie elektrod ładunek przestrzenny jest zbyt mały aby mógł w istotny sposób wpłynąć na rozkład pola.
Oznaczając przez nk-no liczbę elektronów uwolnionych z katody przez jony dodatnie oraz przez na-nk przyrost elektronów w wyniku jonizacji zderzeniowej na drodze od katody do anody wywołanej przez nk elektronów emisji pierwotnej można wyznaczyć współczynnik jonizacji wtórnej lub jonizacji powierzchniow, który wyraża efektywność emisji elektronów z katody pod wpływem jonów dodatnich powstających w lawinie pierwotnej. ; gdzie n0 jest liczbą elektronów wywołanych przez czynniki zew., nk i na liczba elektronów pochodzących z katody i elektrody.