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:.