- •1.1 Номинальные и максимальные рабочие напряжения
- •1.2 Режимы работы нейтрали
- •Выбор способа заземления нейтрали определяется целым рядом факторов (условиями работы выключателей, возможностью скорейшего обнаружения поврежденного участка, выбором изоляции) однако определяющими являются следующие:
- •1.3 Область применения сетей различного номинального напряжения
- •ЛЕКЦИЯ 2
- •Эффективный коэффициент ударной ионизации
- •Фотоионизация в объеме газа и на катоде
- •ЛЕКЦИЯ 3
- •Дальнейшим развитием теории Таунсенда является стримерная теория разряда, возникновение которой относится к 1939г и связано с трудами Ганса Ретера, Джона Мика и Леонарда Леба.
- •ЛЕКЦИЯ 4
- •ЛЕКЦИЯ 5
- •Поскольку на границе зоны коронирования α=0, то Ек=bδ , а значит в соответствии с (2.47):
- •ЛЕКЦИЯ 6
- •Поверхностная электропроводность
- •ЛЕКЦИЯ 7
- •Это связано с адсорбцией влаги из окружающего воздуха на поверхности диэлектрика, а также с микрозазорами между твердым диэлектриком и электродом.
- •Нормальная составляющая вектора электростатической индукции на границе двух диэлектриков остается непрерывной, то есть:
- •ε1ε0En1= ε2ε0En2 , откуда
- •4.3 Разряд вдоль поверхности в резконеоднородном поле
- •РАЗДЕЛ 5
- •Выбор изоляторов в зависимости от степени загрязненности атмосферы
- •5.4 Распределение напряжения по гирлянде изоляторов
- •Введение
- •В средних широтах землю поражают 30-40% общего числа молний, остальные 60-70% составляют разряды между облаками или между разноименными заряженными частями облаков.
- •Грозовое облако, заряженное с нижней стороны в основном отрицательными зарядами, образует гигантский конденсатор, другой “обкладкой” которого является земля, где на поверхности индуктируются положительные заряды.
- •Стержневые молниеотводы
- •При вероятности прорыва молнии через границу зоны не более 0,005:
- •Тросовые молниеотводы
- •Таблица 8.4
ЛЕКЦИЯ 3
РАЗДЕЛ 2 (продолжение) Физические процессы в ионизированных газах
2.3Лавина электронов
2.4.Условие самостоятельности разряда
2.5.Стримерная теория разряда
2.3Лавина электронов
Рассмотрим промежуток между двумя электродами в газе. Если в этом промежутке появляется электрон, то, двигаясь к аноду, при достаточной напряженности электрического поля он может ионизировать молекулу газа при столкновении. Образовавшийся при этом свободный электрон вместе с начальным ионизирует новые молекулы. Число свободных электронов будет непрерывно возрастать.
Лавина электронов – процесс нарастания числа электронов, движущихся в электрическом поле по направлению к аноду.
Пусть в лавине, прошедшей расстояние x, содержится n электронов. На пути dx каждый из них произведет αэфdx ионизаций, поэтому увеличение числа электронов в лавине на пути dx:
dn= αndx
Разделяя переменные и интегрируя, получаем:
∫n dn |
= ∫x αdx |
|
1 n |
0 |
|
ln n = ∫x αdx |
|
|
|
0 |
|
|
x |
|
|
(∫αdx) |
|
n = e 0 |
(2.19) |
Если электрическое поле однородное и напряженность его всюду одинакова, то α не зависит от координаты x и уравнение (2.19) принимает
вид: |
(2.20) |
n=eαx |
При своем развитии лавина электронов расширяется вследствие диффузии и электростатического рассталкивания.
Расширение вследствие диффузии
Если считать, что лавина имеет форму шара, то изменение во времени ее радиуса вследствие диффузии (диффузионный радиус) рассчитывается по формуле:
r = |
6Dt |
(2.21) |
где D – коэффициент диффузии, зависящий от массы диффундирующих частиц. Коэффициент диффузии электронов при нормальных условиях в воздухе 12,7 см2/с, а ионов 0,05 см2/с.
t– время, с.
Заменив в (2.21) t на x/vэ можно рассчитать радиус лавины в
зависимости от пройденного ею пути:
r = |
6Dx |
(2.22) |
|
vэ |
|
Расширение вследствие электростатического рассталкивания
Напряженность электрического поля на внешней границе лавины, имеющей форму шара с радиусом r, определяется как:
Ел = |
en |
|
(2.23) |
4πεo r |
2 |
||
|
|
|
где e – заряд электрона;
n – число электронов в лавине;
ε0 =8,85·10-12 Ф/м – электрическая постоянная.
Средняя скорость дрейфа частиц пропорциональна напряженности электрического поля. Коэффициент пропорциональности К=u/E называется подвижностью и представляет собой скорость дрейфа частицы в электрическом поле с напряженностью Е=1 В/м. (u – скорость дрейфа иона или электрона в электрическом поле).
Скорость расширения лавины под действием напряженности Ел равна:
dr |
= KэЕл = |
К en |
|
||
|
э |
|
|
(2.24) |
|
dt |
4πε |
0 r |
2 |
||
|
|
|
Учитывая что смещение центра лавины во внешнем электрическом поле напряженностью Е0 за время dt составляет dx=KэЕ0dt, а приращение числа электронов на пути dx равно dn= αndx, то
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К |
en |
dx = K' E0 dt |
|
|
|
К |
en |
|
dn |
|
edn |
||||
r 2 dr = |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
э |
|
|
dt = dn =αndx |
|
|
|
= |
э |
|
|
|
|
= |
|
||
4πε |
|
|
|
4πε |
|
αnK Е |
4πε αE |
|||||||||
|
|
|
dx |
|
dn |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
э 0 |
|
0 0 |
||||
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
dt = |
КэЕ0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
αnKэЕ0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
то есть |
e |
|
|
|
|
|||
r 2 dr = |
dn |
|
(2.25) |
|
||||
|
|
|
4πε0αE0 |
|
|
|
||
интегрируя (2.25) получим |
|
|
|
|||||
∫r r 2 dr = ∫n 4πεeαE |
dn |
|
|
|
||||
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
|
|
|
r3 |
|
|
en |
, |
откуда |
|
|
|
3 = 4πε αE |
|
|
|
|||||
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
r = |
3 |
|
3en |
|
|
|
(2.26) |
|
4πε0αE0 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Рис.2.2. Зависимость радиусов лавины от |
||||
|
|
|
|
пройденного ею пути в воздухе при Е=30 кВ/см |
||||
|
|
9,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
8,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
7,0 |
|
|
|
|
|
|
см |
|
6,0 |
|
|
|
|
|
|
|
5,0 |
|
|
|
|
|
|
|
r x0.001, |
|
|
|
|
|
|
r диффузионный |
|
|
4,0 |
|
|
|
|
|
r электростатический |
|
|
3,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,0 |
|
0.5 |
1.0 |
1,5 |
2,0 |
X, см
При n<104-105 – радиус определяется в основном диффузией n<105-106 – радиус определяется в основном электростатическим
расталкиванием.
В промежутке между электродами непрерывно возникают свободные электроны, так как постоянно действуют внешние ионизаторы (космические частицы, радиоактивное излучение Земли, ультрафиолетовое излучение солнца). Под действием приложенного к промежутку напряжения в нем непрерывно будут образовываться лавины электронов. Движение заряженных частиц в промежутке создает ток разряда между электродами. Если исключить действие внешнего ионизатора, ток в промежутке прекращается.
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
L |
|
|
(∫αdx) |
≥1 |
|
γe 0 |
(2.28) |
где γ – коэффициент вторичной ионизации;
L
(∫αdx)
e 0 - количество электронов в лавине; L – расстояние между электродами
В случае однородного поля условие самостоятельности разряда можно записать как:
γeαL ≥1 |
(2.29) |
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
ln γ1 = const . Поэтому часто используются другие выражения для условия
самостоятельности разряда. Для неоднородного поля:
∫L αdx = ln |
1 |
≈ const = K |
(2.30) |
|
|||
0 |
γ |
|
|
|
|
|
|
Для однородного поля: |
|
||
αL ≈ const = K |
(2.31) |
Из (2.30), (2.31) следует, что для выполнения условия самостоятельности разряда необходимо, чтобы число ионизаций, осуществляемых одним электроном на пути между электродами, было не меньше некоторой определенной величины. Для воздуха при низких давлениях К в (2.30),(2.31) равна 4, а при атмосферном давлении К=8-20.