1.W jaki sposób określa się stopień niejednorodności pola elektrycznego.

Krzywe rozkładu pola E(x) w przestrzeni między elektrodowej odnoszą się do największych jego wartości ułożonych wzdłuż najkrótszej linii sił pola. Linia sił pola jest najkrótsza i, w przypadku regularnego kształtu elektrod, równa ich odstępowi a. Pole pod krzywą E(x) odpowiada narażeniu napięciowemu układu. Wraz ze zwiększaniem się niejednorodności pola wartości krzywej E(x) różnią się coraz bardziej od wartości E_av. Stosunek wartości maksymalnej E_m do wartości średniej E_av w danym układzie izolacyjnym jest nazywany współczynnikiem niejednorodności pola β. W układzie o polu jednorodnym β=1 i E_m=E_av W układzie o polu niejednorodnym β>1 i E_m>E_av Określenie wartości liczbowej współczynnika β wymaga znajomości rozkładu natężenia pola, związanego z potencjałem skalarnym przestrzeni międzyelektrodowej.

Metody:

-analityczne- rozdzielania zmiennych, przekształceń konforemnych

-numerycznie-różnic skończonych, elementów skończonych

-graficzne-graficzna

-eksperymentalne- bezpośrednie, modelowe

2.Różnice rozwoju wyładowań w polu jednorodnym i niejednorodnym.

W układzie o polu bardzo nierównomiernym, przebicie poprzedzone jest innymi formami wyładowań:

Świetlenie, powstające przy napięciu początkowym Uo, mające postać świecącej plamki przy ostrzu, snopienie, rozpoczynające się przy napięciu oznaczanym jako Us, przy czym Us>Uo.

W polu równomiernym napięcie początkowe jonizacji Uo jest równe napięciu przebicia Up i jest opisane prawem Paschena. Najprostsza forma prawa Pashena mówi, że napięcie początkowe jonizacji U0 jest funkcją iloczynu ciśnienia gazu p i odległości elektrod. Zależność ta jest nieliniowa i ma dla danego gazu charakterystyczne minimum. Dla powietrza atmosferycznego najmniejsze napięcie UO = 360 V występuje przy iloczynie p·a = 67 Pa ·cm. Co oznacza, że przy ciśnieniu atmosferycznym minimalne napięcie UO obserwuje się przy bardzo małej odległości elektrod wynoszącej 5µm.

Ważną konsekwencją prawa Paschena jest fakt, że napięcie przebicia w układzie płyta-płyta nie jest idealnie proporcjonalne do odległości elektrod. Przy bardzo małym odstępie poniżej 1 mm natężenie pola przy przeskoku jest większe od 40 kVmax /cm a przy odległości 10 cm – 26 kVmax /cm.

3.Mechanizm kanałowy rozwoju wyładowania

W postępującej lawinie następuje rozdział ładunków. Szybkie elektrony gromadzą się przy jej czole a cięższe jony dodatnie pozostają w tyle. Możliwość pojawienia się jonów ujemnych nie jest przy tym brana pod uwagę. Wytworzony w ten sposób ładunek przestrzenny jest źródłem natężenia pola E’’, które nakłada się na pole pierwotne E’, i odkształca znacznie towarzyszące powstaniu ładunku przestrzennego procesy rekombina-cyjne i odwzbudzające. Są źródłem energii nie tylko do zintensyfikowania jonizacji w samej lawinie ale również do zapoczątkowania fotojonizacji w jej otoczeniu. Pojawienie się fotojonizacji daje początek wyładowaniu samoistnemu. W okolicy lawiny pierwotnej powstają lawiny wtórne. Przy dostatecznie silnym polu wytworzonym przez ładunek przestrzenny (E’’ ≥E’) lawiny wtórne są wciągane w obszar lawiny pierwotnej. Zwiększa się w niej liczba ładunków a zderzenia sprężyste powodują wzrost temp. Powstają warunki sprzyjające przekształceniu się lawiny pierwotnej w kanał plazmowy- strimer.

4.Różnice i cechy wspólne w opisie rozwoju wyładowania w polu niejednorodnym w stosunku do opisu rozwoju wyładowania w polu jednorodnym .

W układach o polu jednorodnym wyładowania występują zwykle wzdłuż całej drogi łączącej elektrody. Takie wyładowania noszą nazwę wyładowań zupełnych. Gdy wyładowanie przy polu niejednorodnym występuje tylko na części drogi, nazywane jest wyładowaniem niezupełnym. Dalsza klasyfikacja dotyczy zwykle widocznych form wyładowań. Wyładowania zupełne w miarę wzrostu prądu przyjmować mogą formy iskry lub luku. Przy obniżonych ciśnieniach obserwuje się wyładowanie jarzeniowe. Wyładowania niezupełne, gdy zajmują nieznaczny obszar w polach niejednorodnych, maja postaćświetlenia. Gdy obszar zajęty wyładowaniem i prąd w układzie wzrasta, świetlenia przechodzą w snopieniao postaci iskier pokrywających część przestrzeni pomiędzy elektrodami.

5 i 6. Co to jest wyładowanie strimerowe i liderowe.

Mechanizm kanałowy:

-strimerowy występujący przy średnich wartościach iloczynu ap (10³-10⁵ hPa*cm)

-strimerowo-liderowy przy dużych wartościach iloczynu ap (powyżej 10⁵ hPa*cm)

Towarzyszące powstaniu ładunku przestrzennego procesy rekombinacyjne i odwzbudzające są źródłem energii wystarczającej nie tylko do zintensyfikowania jonizacji w samej lawinie, lecz także do zapoczątkowania fotojonizacji w jej otoczeniu. Pojawienie się fotojonizacji daje początek wyładowaniu samoistnemu. Wokół lawiny pierwotnej powstają lawiny wtórne. Przy dostatecznie silnym polu wytwarzanym przez ładunek przestrzenny (E”>=E’) lawiny wtórne są wciągane w obszar lawiny pierwotnej. Zwiększa się w niej liczba ładunków, a zderzenia sprężyste powodują wzrost temperatury. Powstają warunki sprzyjające przekształceniu się lawiny pierwotnej w kanał plazmowy zwany strimerem.

Połączenie elektrod przez kanał wyładowania strimerowego przekształca go w znacznie lepiej przewodzący kanał wyładowania głównego o temperaturze wyższej niż potrzebna do wywołania jonizacji termicznej. Przy dużych odstępach międzyelektrodowych, gdy do zwarcia elektrod przez strimer jeszcze nie dochodzi, a wzrost liczby i prędkości ładunków powoduje przekroczenie temperatury jonizacji termicznej, następuje przekształcenie się kanału strimerowego w tzw. Lider. Przed czołem lidera występują w dalszym ciągu procesy lawinowo-strimerowe. Kanał lidera rozwija się skokowo. Strimer ostatniego skoku przekształca się bezpośrednio w wyładowania główne.

7. Formy wyładowań niezupełnych i zupełnych.

W elektrotechnice, wyładowanie niezupełne jest to lokalne przebicie elektryczne małej części izolacji elektrycznej, stałej bądź ciekłej, pod wpływem wysokiego napięcia, które nie zwiera zupełnie elementów przewodzących.

Rozróżnia się trzy rodzaje wyładowań niezupełnych: wyładowania koronowe, powierzchniowe wyładowania niezupełne i wewnętrzne wyładowania niezupełne.

- niezupełne (ulot, wyładowania snopiaste, ślizgowe)

- zupełne (iskra i łuk elektryczny (przeskok, przebicie))

Powierzchniowe wyładowania niezupełne występują na powierzchni elementów izolacyjnych. Najczęstszymi powodami ich powstawania oraz czynnikami zwiększającymi ich aktywność są zanieczyszczenia powierzchni oraz wilgotność. Aktywność powierzchniowych WNZ objawia się poprzez:

• emisję fal elektromagnetycznych (ciepło, światło, fale radiowe),

• emisję fal dźwiękowych (dźwięki słyszalne i ultradźwięki),

• emisję gazów (ozon, tlenki azotu).

Niepożądanym efektem działalności powierzchniowych WNZ jest zwęglenie zewnętrznej części izolacji, erozja izolacji i powstanie charakterystycznego drzewienia.

Wewnętrzne wyładowania niezupełne występują wewnątrz materiału izolacyjnego. Powodowane są przez jakość procesu produkcyjnego izolacji, jakość materiału, konstrukcję i wiek.

Wyładowania te inicjowane są najczęściej w szczelinach powietrznych, występujących wewnątrz materiału izolacyjnego. Ponieważ wytrzymałość elektryczna szczeliny jest znacznie mniejsza niż ta otaczającej ją izolacji, wartość pola elektrycznego wzdłuż szczeliny jest większa w porównaniu z wartością pola dla otaczającej szczelinę izolacji. W przypadku, gdy wartość pola wzdłuż szczeliny przekroczy wartość napięcia przebicia, dojdzie do zjawiska wyładowania niezupełnego.

8. Wpływ warunków atmosferycznych (ciśnie, temperatura, wilgotność) na wytrzymałość powietrza.

Wytrzymałość elektryczna powietrza zależy od jego gęstości, a gęstość zależy od temperatury i ciśnienia. Wpływ gęstości powietrza jest podobny w warunkach staty-cznych i przy udarach. Wytrzymałość powietrza zależy od wilgotności szczególnie ma wpływ na napięcie przeskoku w układach o silnej nie jednostajności pola elektr. Wilgoć w postaci pary wodnej zwiększa wytrzymałość elektr powietrza, kropelki pary wychwytują elektrony i hamują wyładowania. W warunkach udarowych wpływ wilgotności jest mniejszy. Przy napięciach stałych wpływ wilgotności powietrza jest nieregulowany zmienia się z biegiem czasu. Zmniejszenie wytrzymałości występuje regularnie na większych wysokościach n.p.m gdy mniejszemu ciśnieniu towarzyszy mniejsza gęstość powietrza.

9. Średnia wytrzymałość powietrza w polu niejednorodnym , porównanie wytrzymałości powietrza w polu jednorodnym.

W polu niejednostajnym przeskok iskry (wyładowanie zupełne) jest poprzedzony wyładowaniami niezupełnymi typu ulotowego.

W technicznych układach izolacyjnych rozkład pola jest najczęściej

niejednostajny, co powoduje, że przed przeskokiem dochodzi do wyładowań

niezupełnych samoistnych, rozpoczynających się przy napięciu początkowym

U0. Kolejną fazą wyładowań jest snopienie. Wpływ odległości między

elektrodami na wartość napięcia początkowego ulotu (U0), napięcia

początkowego wyładowań snopiastych (Us) oraz napięcia przebicia (Up)

przedstawia. Najbardziej wytrzymałe są układy o polu jednostajnym, przeskok nie

jest poprzedzony wyładowaniami niezupełnymi. Porównanie wytrzymałości

układów izolacyjnych o różnych kształtach elektrod przedstawia

10. Iskiernik ostrzowy jako element ochrony odgromowej.

Iskiernik jest najprostszym ogranicznikiem przepięć. Składa się z dwóch elektrod oddzielonych dielektrykiem gazowym. Zwykle powietrzem. Odstęp elektrod zwany przerwą iskrową jest regulowany w zależności od wymaganego poziomu ochrony. Zapłon iskiernika powoduje iskrowe lub łukowe zwarcie elektrod i dwustopniowe ograniczenie napięcia: najpierw do napięcia wywołującego zapłon Uz a następnie do napięcia obniżonego U0 wynikającego ze spadku napięć w przerwie iskrowej I , oraz impedancji obwodu iskiernika Z. Spełnienie podstawowej funkcji iskierników polegającej na usunięciu fali przepięciowej na wymaganym poziomie i na lokalizacji przeskoku iskrowego następuje dzięki odpowiednio dobranym przerwom iskrowym. Jeżeli nie muszą spełniać specjalnych wymagań to długość przerwy iskrowej iskierników prętowych powinna być dobrana, z szeregu następujących wartości stosunku: a/Un np. 7/10; 9/15; 12;20; 120;220, gdzie a – przerwa iskrowa, a Un napięcie znamionowe chronionego urządzenia [kV].