2.Podać warunek wyładowania samodzielnego i wyjaśnić jego sens fizyczny.

Wyładowanie samodzielne (samoistne) występuje gdy utrzymuje się pomimo braku zewnętrznych czynników jonizujących tylko pod wpływem odpowiednio duzej wartości napięcia przyłożonego do układu.

5.Uzadadnić różnicę miedzy wyładowaniem zupełnym a niezupełnym oraz wyładowaniem samodzielnym i niesamodzielnym.

Wyłądowanie niezupełne jest to wyładowanie które nie zwiera elektrod. Wyładowanie zupełne występuje gdy jest zwarcie elektrod przez iskrą lub łuk. 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).

1) Omówić rodzaje i własności olejów izolacyjnych stosowanych w technice wysokonapięciowej

- oleje mineralne – są produktami destylacji ropy naftowej (parafinowej, mieszanej i naftenowej), która jest mieszanina węglowodorów

Oleje wyprodukowane z ropy naftenowej – dobre właściwości elektroizolacyjne, niska temperatura krzepnięcia

Oleje wyprodukowane z ropy parafinowej – wzrost temperatury krzepnięcia i wzrost kwasowości utleniania się (starzenia)

- oleje syntetyczne – produkty ściśle kontrolowanej syntezy chemicznej o dokładnie znanym składzie chemicznym

2) Zalety i wady olejów mineralnych

Zalety:

- duża wytrzymałość elektryczna przy napięciu przemiennym ( największe osiągalne natężenie przebicia dochodzi nawet do 30kV/mm) i jeszcze większa przy napięciu udarowym

- mała stratność dielektryczna

- nieduża konduktywność

- duża płynność, pozwalająca na przesycenie włóknistej izolacji stałej i jej ochronę przed wilgocią

- duża zdolność do efektywnego oddawania ciepła oraz do gaszenia łuku elektrycznego

Wady:

- nieduża odporność na utlenianie

- stosunkowo niska temperatura zapłonu

- tendencje do rozkładu chemicznego i wydzielania gazów oraz wynikająca stąd możliwość wybuchu

- stosunkowo duży współczynnik rozszerzalności cieplnej

3) Omówić rodzaje i własności olejów syntetycznych

- chlorowane dwufenyle C₆H₂Cl₃ i C₆H₃Cl₂

Zalety: Wyższa odporność cieplna, brak wytrącania osadu jako produktu starzenia, niepalność, niewybuchowość, niezmienność lepkości i kwasowości i ponad 2-krotnie większa przenikalność elektryczna.

Wady: duża zmienność własności dielektrycznych w zależności od temperatury, wrażliwość na zanieczyszczenia oraz szkodliwe oddziaływanie na zdrowie człowieka i środowisko

- na bazie węglowodorów aromatycznych

Zalety: Dobre właściwości gazowe ( silna absorpcja gazu w polu elektrycznym), mała wartość współczynnika stratności, mała lepkość i dobra zwilżalność folii elektroizolacyjnych

Wada: Mała przenikalność elektryczna

- oleje estrowe

Zalety: wysoka odporność na działanie temperatury, wysoka temperatura wrzenia, niska temperatura krzepnięcia, mała lepkość w niskich temperaturach

Wady: Duża wartość współczynnika stratności oraz higroskopijność

- oleje silikonowe

Zalety: Wysoka dopuszczalna temperatura pracy (do 180^oC), dobra odporność na utlenianie i dobre właściwości w niskich temperaturach ( temp. krzepnięcia -85^oC)

Wady: wytrzymałość elektryczna mniejsza niż olejów mineralnych, w temperaturach dodatnich duża chłonność wody

4) Podać i omówić mechanizmy wyładowań w gazach

Mechanizm Townsenda

W przypadku wyładowań w gazach duże znaczenie ma elektronowa jonizacja powietrza. Występuje ona wyraźnie tylko w polu o dużym natężeniu. Pierwszy elektron jonizuje pierwsza cząsteczkę gazu. Dalej biegną już dwa elektrony i biorą udział w dalszych zderzeniach, które wobec rosnącej liczby elektronów zdarzają się coraz częściej. Obszar zjonizowanego gazu nazywamy lawiną elektronową. W skutek zjawisk dodatkowych lawina pierwotna może być przyczyna powstania nowych lawin w większej odległości od anody i w ten sposób wyładowanie rozwija się samodzielnie. Prąd rośnie, aż do wystąpienia warunków zwarciowych. Stan w którym o liczbie elektronów decyduje jonizacja zderzeniowa nazywamy wyładowaniem samodzielnym

Mechanizm kanałowy

Łączące się lawiny tworzą kanał miedzy elektronami zwany strimerem o stosunkowo dużej rezystancji. Wyładowaniu w kanale towarzyszy jonizacja termiczna i wówczas kanał staje się silnie przewodzący. Kanał taki nazywamy liderem.

5) Podać i omówić mechanizmy wyładowań w dielektrykach ciekłych

Ad.1. POJĘCIE I WŁAŚCIWOŚCI DIELEKTRYKÓW.

Dielektryk, izolator elektryczny – materiał, w którym bardzo słabo przewodzony jest prąd elektryczny. Może to być rezultatem niskiej koncentracji ładunków swobodnych, niskiej ich ruchliwości, lub obu tych czynników równocześnie.

AD.2. RODZAJE POLARYZACJI.

-Polaryzacja elektronowa

-Polaryzacja jonowa

-Polaryzacja dipolowa

AD.3. POJĘCIE POLARYZACJI SPONTANICZNEJ.

Chodzi tutaj o temperaturę Curie

AD.4. PIERWSZY I DRUGI RODZAJ PRZEJŚCIA FAZOWEGO.

AD.5. POJĘCIE ZJAWISKA HISTEREZY ORAZ PARAMETRY PĘTLI HISTEREZY.

charakterystyki i parametry diod prostowniczych:
Parametrem diody prostowniczej jest napięcie wsteczne czyli takie napięcie, które umieszczone jest pomiędzy katodą i anodą diody, maksymalny prąd przewodzenia, maksymalny prąd chwilowy, maksymalna moc tracona oraz czas odzyskiwania zdolności zaworowej. Parametry te określają użycia diody w danym zastosowaniu.
Diody prostownicze stosowane są głownie w układach urządzeń zasilających, które przekształcają prąd zmienny w jednokierunkowy prąd pulsujący. W układach prostowniczych opisywana dioda spełnia bardzo ważną funkcję zaworu jednokierunkowego. Wykorzystywana jest tu własność polegającą na różnicy zdolności przewodzenia prądu w kierunkach: wstecznych i przewodzenia. Jako, że przez diody prostownicze przepływają prądy o dużym natężeniu, jest ona bardzo często diodą warstwową.
Wykonywana jest z krzemu lub czasami z germanu. Jej właściwości najlepiej można ocenić po charakterystyce złącza p-n, gdzie po osiągnięciu progu anody p prąd zaczyna gwałtownie wzrastać aż do katody n. Rozróżnia się dwa typy prostowników z zastosowaniem diody prostowniczej, a mianowicie są to prostowniki jednopołówkowe oraz prostowniki dwupołówkowe.
Własciwosci diody zenera
Diody stabilizacyjne (Zenera) są to diody przeznaczone do stabilizacji lub ograniczania napięć. Istnieją diody stabilizujące prąd i są nazywane polowymi ogranicznikami prądu (działają na innej zasadzie). Diody stabilizacyjne pracują przy polaryzacji w kierunku

- teoria elektronowa

Elektrony początkujące wyładowanie w oleju powstają wskutek ich autoemisji z katody, szczególnie w miejscach lokalnych nierówności jej powierzchni. Następnie elektron doznaje przyspieszenia pod wpływem pola i zderza się elastycznie z jej cząsteczkami. Stopniowo zwiększa swoją energię aż do poziomu wystarczającego do wywołania zderzenia jonizacyjnego, które zapoczątkuje lawinę.

- teoria pęcherzykowa

Wyładowania zapoczątkowane są w pęcherzykach gazowych. Pęcherzyki gazowe powstają nie tylko w olejach słabo odgazowanych, ale również w olejach technicznie czystych gdzie obecność pęcherzyków gazowych spowodowana jest lokalnym parowaniem cieczy wokół mikroostrzy na powierzchni katody. W momencie wyładowania pęcherzyk chwilowo przechodzi w stan przewodzący.

- mechanizm mostkowy

Wiąże się z obecnością w oleju zanieczyszczeń takich jak włókna i cząsteczki materiałów stałych, które w polu elektrycznym polaryzują się. Cząstki zanieczyszczeń o przenikalności większej od przenikalności oleju będą przemieszczać się do miejsc o większych natężeniach pola. Odwrotnie dla cząstek o mniejszej przenikalności. Wciąganie zanieczyszczeń w przestrzeń między elektrodową i ich posklejanie tworzy mostek pomiędzy elektrodami. Przebicie oleju następuje w skutek nagrzewania się mostka lub podczas formowania się mostka ze względu na duże natężenie pola występujące przed czołem mostka

6) Wpływ wody i zanieczyszczeń na wytrzymałość oleju

Wpływ zawilgocenia jest szczególnie silny, gdy olej zawiera również higroskopijne zanieczyszczenia, jak np. włókna celulozy, a woda występuje w postaci emulsyjnej.(ok. 10-66ppm) Przy dalszym wzroście zawilgocenia wytrzymałość oleju maleje nieznacznie. Zjawisko to można tłumaczyć tym, że przy większych zawilgoceniach woda nie utrzymuje się w oleju lecz opada na dno zbiornika

7) Wpływ temperatury, ciśnienia i czasu działania napięcia na wytrzymałość oleju.

Wytrzymałość elektryczna oleju technicznie czystego i dobrze odwodnionego nie zależy praktycznie od temperatury w przedziale 0-80^oC. Poniżej 0^oC woda emulsyjana ulega zestaleniu tworząc cząstki lodu przez co wzrasta lepkość oleju, która utrudnia przemieszczanie się cząstek lodu i innych zanieczyszczeń co oznacza wzrost wytrzymałości oleju. Pow. 80^oC wytrzymałość oleju maleje na skutek intensywniejszego parowania wodi i tworzenia się pęcherzyków powietrza.

Wytrzymałość oleju silnie rośnie ze wzrostem ciśnienia. Występowanie takiej zależności przewidują pęcherzykowe teorie przebicia. Wpływ ciśnienia na wytrzymałość oleju wiąże się z obecnością w nim gazów. Rośnie szczególnie wtedy gdy jest on niezbyt dobrze odgazowany.

Napięcie przebicia oleju izolacyjnego wzrasta, jeśli stosujemy coraz krótsze czasy przyłożenia napięcia poniżej 1min. Im czystszy olej, tym ten wpływ jest mniejszy.

8) Wyjaśnić zjawisko rozmiarowe

W przeciwieństwie do gazów nawet w najczystszym oleju, zwiększanie odstępu międzyelektrodowego w polu prawie równomiernym prowadzi do zmniejszenia wytrzymałości oleju.

Zjawisko rozmiarowe jest związane z występowaniem słabych miejsc (zanieczyszczeń) w przestrzeni międzyelektrodowej, których liczba rośnie wraz ze zwiększaniem objętości oleju.

9) Omówić wpływ odległości międzyelektrodowej na wytrzymałość powietrza i oleju

Wytrzymałość elektryczna powietrza i oleju izolacyjnego maleje wraz ze wzrostem ostępu elektrod oraz zwiększeniem stopnia nierówności pola elektrycznego.

10) Uzasadnić różnicę przebiegu napięcia przebicia od odległości międzyelektrodowej a dla powietrza i oleju

Różnica jest spowodowana tym, że natężenie przebicia jest większe dla oleju niż dla powietrza

zaporowym, charakteryzując się niewielkimi zmianami napięcia pod wpływem dużych zmian prądu. Wykorzystują one zjawisko Zenera bądź lawinowe. Diody te zbudowane są z krzemu.
Typowy obszar pracy tych diod znajduje się na odcinku charakterystyki prądowo-napięciowej, odpowiadającym gwałtownemu wzrostowi prądu wstecznego wskutek zjawiska przebicia Zenera lub (i) przebicia lawinowego. Oba wymienione mechanizmy przebicia charakteryzują się następującymi właściwościami:
· przebicie Zenera występuje w złączach silnie domieszkowanych przy napięciach do 5V;
· przebicie lawinowe występuje w złączach słabo domieszkowanych przy napięciach ponad 7V;
· przebicie Zenera i lawinowe występują w złączach o średniej koncentracji domieszek przy napięciach 5...7V;
· temperaturowy współczynnik napięcia przy przebiciu Zenera ma znak ujemny;
· temperaturowy współczynnik napięcia przy przebiciu lawinowym ma znak dodatni.
UZ – napięcie stabilizacji
UF – napięcie przewodzenia
IR – prąd wsteczny
rZ – rezystancja dynamiczna

Parametry diod stabilizacyjnych:
a) napięcie stabilizacji – UZ
b) prąd stabilizacji – IZ
c) napięcie przewodzenia – UF, przy określonym prądzie przewodzenia
d) prąd wsteczny diody – IR, przy określonym napięciu wstecznym
e) rezystancja dynamiczna – rZ, której wartość zmienia się w zależności od napięcia stabilizacji
f) temperaturowy wsółczynnik napięcia stabilizacji - aUz.

Właściwości złącza p-n

Złącze p-n to styk obszarów o różnym typie przewodnictwa wytworzony w obrębie tego samego materiału półprzewodnikowego. Złacze takie otrzymuje się przez odpowiednie rozmieszanie domieszek. Domieszki te powodują powstanie dodatkowych poziomów energetycznych w strukturze pasmowej, zwykle w przerwie wzbronionej między pasmem podstawowym i pasmem przewodnictwa.
Półprzewodnik samoistny
Półprzewodnik samoistny jest to półprzewodnik, którego materiał jest idealnie czysty, bez żadnych zanieczyszczeń struktury krystalicznej. Koncentracja wolnych elektronów w półprzewodniku samoistnym jest równa koncentracji dziur.
polprzew. domieszkowane
Przyjmuje się, że w temperaturze 0 kelwinów w paśmie przewodnictwa nie ma elektronów, natomiast w T>0K ma miejsce generacja par elektron-dziura; im wyższa temperatura, tym więcej takich par powstaje
Domieszkowanie polega na wprowadzeniu i aktywowaniu atomów domieszek do struktury kryształu. Domieszki są to atomy pierwiastków, które nie wchodzą w skład półprzewodnika samoistnego. Na przykład domieszka krzemu (Si) w arsenku galu (GaAs). Ponieważ w wiązaniach kowalencyjnych bierze udział ustalona liczba elektronów, zamiana któregoś z atomów struktury na odpowiedni atom domieszki powoduje wystąpienie nadmiaru lub niedoboru elektronów
Domieszki podstawieniowe możemy podzielić na trzy grupy:
• donorowe (D): atom o większej liczbie elektronów walencyjnych, zastępuje atom
sieci macierzystej;
• akceptorowe (A): atom o mniejszej liczbie elektronów walencyjnych zastępuje atom sieci macierzystej;
• domieszka izowalencyjna (I): atom innego pierwiastka o tej samej walencyjności
zastępuje atom sieci macierzystej;
Domieszki donorowe i akceptorowe mają szczególnie istotny wpływ na własności elektryczne materiałów półprzewodnikowych. Pozwalają one na otrzymanie dodatnich i ujemnych nośników ładunku o zadanej koncentracji.
model pasmowy polprzewodnika
Połączenie dwóch pierwiastków (wielu atomów) w półprzewodnik np. GaAs
skutkuje mieszaniem się ich orbitali atomowych (patrz. hybrydyzacja).
To powoduje powstanie pasm (zakresu energii), w których mogą przebywać
elektrony i charakterystycznej przerwy (zakresu energii), w której elektrony
przebywać nie mogą.
W półprzewodniku mamy dwa pasma:
- pasmo przewodnictwa - elektrony nie związane z atomami powodujące przewodnictwo,
- pasmo walencyjne - elektrony związane z atomami.
Oba pasma oddzielone są właśnie przerwą energetyczną.