شكست الكتريكی در عايق ها

صفحه 1:
بسمه تعالي سي فشار قوي اصنوال بقها لكتريكي در عاب شكست الكترد كازها -© 

صفحه 2:
3 9 ‏قانون گاز ها: كلاسيك‎ pV =nC =nkT, R is equal to 8.314 joules/’K mol. Mi Nap ۷ RT Na = 6.02 x 10° molecules/mole, N pV = RT = MAT ot p= NAT Na R/Nq is the universal Boltzmann's constant ‎gost‏ جنبشی ‎ ‎which leads to the expression for mean energy per molecule: ‎W = 77 ‎ ‎ 

صفحه 3:
قانون گازهازتوزیع سرعت ذرات 4.1 9 ۷ MP 0.5 ‎lime = limite =... = 3‏ = 2 7 مش > متا پنسا ‎Table 5.1 Mean molecular velocities at 20°C and 760 Torr? ‎Gas Electron Hy ‏ولا و0‎ Air, «CO, ‏0یا‎ SF (vapour) ‎w (m/sec) ۱0۵ 10° 1160 441 470 465 5 556 199 ‎ ‎ ‎ 

صفحه 4:
queuing, شکست الكتريكي در گاز 

صفحه 5:
شکست الكتريكي در گاز ۱ Anode ) _ ۳۹ “(Cathode 1 0 (a) 

صفحه 6:
شکست الكتريكي در گاز -(میانگین) فاصله آزاد رید _ vu and ‏گ ید‎ ‏رز«‎ and AE = ‏چم‎ 

صفحه 7:
شکست الكتريكي در گاز 5 / Collision Cross N 1266x107 x plbar) mr jon, Qe dn 10 ‏وی‎ ‎Particle m(ry +1)? ۰۸۷۲۵۱ ٩+۵ Figure 1. Definition of collision cross section between two particles of radius 1 

صفحه 8:
2 dn = —n(x)Na(r, +12) de. 3 يکي در گاز- تعيين میانگین فاصله آزاد 

صفحه 9:
شکست الكتريكي در گاز- تعیین میانگین فاصله آزاد * با فرض رب تعداد رات برخورد کننده در (0شبر و با انتگرالگيري در فاصله صفر تاد : WX) = =né - Ne(y+5)* x ۰ احتمال وجود فاصله آزادي بطول »7 برابر است با احتمال برخورد در فاصله برل+بر. با تقگيري از رابطه فوق تابع چگالي احتمال فاصله آزاد »« را بصورت زیر تعریف fQ) = — =Nalr, tre de 

صفحه 10:
میانگین فاصله آزاد خواهد شد: ‎ao 9 dx‏ ‎x f (x)‏ ل ‎HH‏ ‏دز ‎=Na(n +r)‏ ‎Jx=0‏ 1 [2 ۸۷۳) +12) * مقطع برخورد خواهد شد: ۱ ۵ ع< هر ‎Q=No ٠‏ > جر < * مقطع كل شامل مولفه هاي زیر خواهد بود: ‎O = Qerastic ۵ ٩ 0٩+ 0 ۰‏ 

صفحه 11:
شکست الكتريكي در گاز:مقطع برخورد کل [mas ] ‏مه‎ 1[ (momentum transfer) electronic excitation vibrational | | ionization Figure 4. Classification of collision cross sections in nonattaching gases. In attaching gases, the attachment cross sections should be added to the inelastic category. 

صفحه 12:
Cross section (10-20 m?) 01 1 001 01 1 10 100 ۰ 0 Energy (eV) Figure 2. Grand total eross section and its components for electron impact in the energy sange 001 eV1000 eV. The symbols ae: Oy iofal, Qelastic, Q,pmonentum transfer, Q, -ercitation, Q,cdissociation, Q ionization, Q,.-rotational excitation, Q, vhrational excitation. 

صفحه 13:
روابط قبل با فرض ساکن بودن ذرات مورد برخورد حاصل شد. در صورتیکه جنبش ملكولي ناشي ازحرارت را در نظر بگیریم» مقطع برخورد با ضریب زیر اصلاح خواهد شد 711 ۳ 1 ‎n=‏ ‎١ m2‏ 1 ۰ براي تركيبي از مخلوط چند ‎JS‏ )11 0 ...( میانگین فاصله آزاد ذرات گاز ) با در نظر گرفتن فرض فوق خواهد شد: ِ - رز ب + ‎ONG‏ i=1 For an atom in its own gas ry =1rp = 1s ty = up. 

صفحه 14:
میانگین فاصله آزاد * از رابطه ‏ ,۲]/م < ۸ نتيجه ميشود: 7 Ap, T)= ee, pT Table 5.2 Mean free paths measured at 15°C and 760 Torr Type of gas Ht ‏ی‎ Ny CO, HO Dimensions 2 11.77 679 6.28 4۱9 4.18 10°8 Molecular weight 2.016 32200 28020 44.00 ۵ 

صفحه 15:
Orewa Pree pak Considering a typical practical case with values for average velocity of gas © 500 m/sec and the mean free path 2% 10-7m we obtain the number of collisions per second: ۲ عن 1 و 1 ,0 5 2 -- 10 31 < < <۷ A sec The average time between two collisions 1 At ۳ = 0.2 nsec. 3x1 

صفحه 16:
توزیع فاصله آزاد ۰ با جايگذاري میانگین فاصله آزاد درتابع چگالي احتمال آن خواهیم داشت: معادله فوق را با توجه به مقطع برخورد هم میتوان نوشت که مبین کاهش ذرات برخورد کننده در طي مسیر « است که ممکن است در ‎oe‏ جذب نوري و... باشد جووور < ور n(x) = nge* nix) 7 1 2 Figure ‏هیک‎ Distribution of free paths 

صفحه 17:
انتقال انرژي در برخورد ذرات برخورد بین ذرات گاز بر دو نوع است: 0 الاستيك که در آن انتقال انرژي از نوع جنبشي است 0- غیر الاستيك که در آن تمام پا بخشي از انرژي جنبشي ذره متحرك بصورت پتانسیل به ذره مورد برخورد منتقل ميقيو برخوردهاي منجر به یونیزاسیون» ‎layed coke‏ و غيره از نوع دوم هستند 

صفحه 18:
برخورد غيرالاستيك دو ذره تراد تسا قروا ‎dm} = kmut + SMV? +W)‏ mug = muy +MV W, ‏فقوو أت‎ (y =m) ‏ار 0 200 7 دس‎ 

صفحه 19:
انتقال انرژي در برخوردغيرالاستيك دو ذره po" alee ‏مر‎ me 3 ۱۷۶7 uly — Wy) — 3 Ho ‏(زلا>‎ 6 از مت = ‎Womax‏ ‎m+M 2‏ ” » ‎we Oo‏ ‎MF 0.8 wy‏ ا ame THUR | 2 سرلا سر ا سمس 

صفحه 20:
یونیزاسیون ضربه اي در گاز گازها در حالت عادي (حرارت و فشارمعمولي) عایق کاملي هستند هوا در حالت عادي و تحت میدان الكتريكي ضعیف بمقدارخيلي کم (در حد 00-5تا *-(00آمپر بر سانتیمتر مربع ) هدایت میکند این هدایت ناچیز ناشي از یونیزاسیون ملكولهاي هوا در اثر اشعه كيهاني و مواد رادیو اکتیو موجود در زمین است. در ميدانهاي قوي الكترونهاي آزاد از میدان کسب انرژي کرده و در برخورد با ملكولهاي هوا انرژي پتانسیل آنها را بالا برده و باعث خروج الکترون از جاذبه هسته (آزادي الکترون) میشوند شرط یونیزاسیون آن است که انرژي کسب شده از میدان از انرژي یونیزاسیون ذره بیشتر باشد: AW =cEhe. = eV; = E/p «1/p 

صفحه 21:
یونیزاسیون ضربه اي * از طرفي تما م الكترونهاي پرانرژي قادر به یونیزه کردن ملکولها نبوده و اين مرحله نیز تابع احتمال است: ,و < 0 3 5 Electron energy (eV) 

صفحه 22:
یونیزاسیون ضربه اي -ضریب اولیه تاونزند ‎٠‏ ضریب اولیه یونیزاسیون عبارت است از تعداد الكترونهاي آزاد شده توسط هر الکترون در طي مسيري بطول واحد در جهت میدان. ‏این ضریب از يك طرف تابعي است از. انرژي الکتربون و از طرف دیگر با تعداد ملکولها (فشار) در ارتباط مستقیم ‎aot (5) < a= pf 86 ‏است: 

صفحه 23:
بونیزاسیون ضربه اي - قانون تاونزند ۱ Anode 1 ax 6 ‏مسد اعد اعد دحوت‎ x ‘L Cathode ۱ (a) dn =andx, n= noe T= Ie. 7 1/۳0 ۲ ‏و(‎ 6 / els) 

صفحه 24:
تابعیت آلفا از فشار و شدت میدان Te! ۳ ۳ ۸ A= = Noy ‏و‎ ۷2۸/۸ > Bai 20: wifi / Ay = Vi/E = Ete Wi/E)( poi /kT) kT a 6G; ۱ = ‏رم - (0/۸(۳:/۵/۶اي شک‎ @ Ban/ El p 17 ‎vit‏ رو 302 أي ‎Gi ‏دوك 

صفحه 25:
Tonization constants A and B (T = 20°C) E/p range Var! Torr 1 150-600 100-600 100-800 500-1000 20-150 200-600 B 1 1 130 342 365 466 34 370 17 107 4 fon pairs cm Tori Table 5.3 Gas ar CO) He Hg 

صفحه 26:
تابعیت »از فشار و درجه حرارت گاز 0 100 300 500 E/po (volts/em torr) at! py (crn tort)-* 

صفحه 27:
مقایسه جریان تاونزند با مقاديرتجربي log / log Io Slope =« Electrode spacing 

صفحه 28:
عوامل تقویت یونیزاسیون ضربه اي ۶ عوامل نقویت عبارتند از: ‎٠‏ فوتو یونیزاسیون ‎٠‏ ترمو یونیزاسیون ‏*. صدور الکترون از کاند در اثر: ‏0 تابش فوتون با انرژي بزرگتراز تابع كاري فز کاندموسسسام 9- برخورد یونها و انتقال انرژي کسب شده از میدان به کاند ‏9 گرم شدن کاند موب مس ‏۰ اعمال میدان الكتريكي قوي مس | < 

صفحه 29:
عوامل تقلیل یونیزاسیون ضربه اي عوامل تضعیف عبارتند از: جذب سوب (در گازهاي الکترونگاتیو) ترکیب مجدد موسر دیفوزیون 0ص 

صفحه 30:
ترکیب مجدد :نرخ کاهش ذرات با ضریب جذب بتا سس 47 _ ‎dny‏ ‎dt dt‏ ‎ attime t=O: nj =ni0 and attime t: nj =n,(t)‏ ع ار بر ‎9 ni 1 ‏بات‎ ‎Gh = ‏مق‎ > ee =p fat» ‏ان‎ ‎ ‎ ‎۱ ‏اس را رات‎ tye 

صفحه 31:
Clevirod of Picity (attachowect) A+esA +hv (Wy =hv = 7 ‏سلج مهمع‎ )۷ = he) ‏دم‎ & (AB-)x & A 4B Table 5.4. Electron affinities of some elements ial = 08 Element Ion formed —W, (ki/mole) gg = SF5 [100 approx) ~ 04 H ۳ ۳ ‏ام‎ ‎0 0 ۳ ۳" 0 02 04 06 08 10 12 0 cr Electon energy E(2V) Br Br 5 1 1 Figure 5.11 Variation of attachment cross-section with electron energy in SFo, 1. Railiative attachment. 2. Dissociative attachment 

صفحه 32:
اثر ثانویه (کاند) ‎po Ua +‏ تعداد الكترونهاي آزاد شده از ‎ad‏ ‏تپ + و جح بر كاتد توسط يونها با ضريب كاما ‎and ‎ny =yln — (mo +24)1 1é¢ Eliminating 14 1- ‏)بر‎ - 1) ‎noe? ‎1—pe™ — 1)" ‎a= ‎Table 5.8 Work finiction for typical elements) Element Ag Al Cu Fe WwW ‎WaleV) 474 298443 40747 3.91-4.6 435-46 ‎ ‎ ‎ 

صفحه 33:
eter Piet exvissiva Vacuum or gas Conduction band Potential energy (eV) 

صفحه 34:
گذر از تخلیه وابسته به مستقل _ Ae “1- (é4-D Vorage ‎y(e- 1) <0 >‏ -1 21 ( - )بر 20 (1 - )بر -1 

صفحه 35:
رن جح رات کم 7 23 ° @s Y wine oder PF (<1072 — 10 3( ‏:دا‎ ‎© Kisicte order POO sv © Kis a opested wile “alpha” chores wi @ ood P 

صفحه 36:
قانون ياشن ‎Pp‏ E ٠ Crow: ao = pf (=) werd Gd= rile aR y ۰ 1 ۱ result: ef E/p)pd — I +1 f(E/p)pd = ln + | 2K ts ۲ V, = Ed ef Vs/pd)pd _ yt _ ok Vv, = f(pd 

صفحه 37:
‎(PA)min (Pd)aw pad‏ بمح(هص) 

صفحه 38:
able 5.12 0 Minimum sparking constants Voemin volts 352 240 قانون پاشن CPA min torr cm for various gases?” Gas Air Nitrogen Hydrogen Oxygen Sulphur hexafluoride Carbon dioxide Neon Helium 

صفحه 39:
:داشتیم :همچنین و ‎w=Apewp(-2 =| Apexp =‏ ‎Ed‏ = م۷ ‎ad =Lifl+2) =K‏ ‎Bpd‏ ‏بت ۷-2 ۱ ‎Bpd/Vs‏ ‏کش هن > )142( ‎d=‏ ‎Ap 7 ۱۳۱ + ۱/۵‏ 

صفحه 40:
(Puscked'’s ‏رها‎ ‎B 8 0‏ 1ك ‎d(pd) Apt ۳ 5 ,‏ ‎Incl + 1/y) Incl + 1/y~)‏ ‎Therefore‏ ‎ine APO _‏ ‎In(1 + 1/y)‏ ‎and ‎e! 1 ‏تمسو نوو‎ in (i ++). LG Maile o( A) ‎Substitution into eqn (5.98) gives ‎_B 1 Vicminy = 2.7185 In (+1), ‎ ‎ ‎ 

صفحه 41:
قانون پاشن 108 aie Temperature : 20°C ‏مر‎ a a iff “7 Publication No. 52 de la CEI (1960) [1] a ۱ Norme Italionne 42.1 (1969) 2] 102 os Norme © 41080 de UTE (1960) 3} IEEE standard No. 4 (ANSI-C 68 - 1) [4] Britich standard 358 (1960) rel VDE 0433 6 oS. Schreier [8] 5 ۳ PI ®HBertein [7] 10° 101 103 102 108 109 101 102 10 Pressure spacing product pd (bar mm) Vp = 6.72,/ pd + 24.36(pd) KV. Breakdown voltage (Crest) (kV) 

صفحه 42:
۱ £ ‘EY (PA)e (pd )4 ‏ع‎ pd Pie Ve Ey 6.72 Sa t= +4 6 By’ pd op /pd em bar 

صفحه 43:
Critical field line E(x) Inoization region 

صفحه 44:
© Orpeuds to the poh sv! soles) ‏ا-[‎ xe<d exp l adx = Ne ‏سم«‎ ‎Jo wed | adv = InN, © 18—20. 0 

صفحه 45:
Suit Chov’s Pine 

صفحه 46:
میدان شروع کرونا براي هاديهاي هم محور kv em bar? Vp _ En _ 6.72 = a + 24.36 ‏لم‎ p/p E 3 Be ‏وه رد‎ + Full line: Evaluated eqn, 5.111 (WC) 42 (kV2em) | __— ‘© Values according to Schumann (81) =) + Measurements by Pook (35) ( =0.1 1): r= 0.1905 (em)\@5) © Measurements by Zaengl (35) 1 10 130 2 = 0.99) 002 6,050.07 as. 

صفحه 47:
تاثیر الکترونگاتیویته روي میدان(همگن) شکست 0.65 Ey = 88.54 ‏سس‎ 120 ‎SF, (THEORETICAL)‏ 2 100 سب ‎\_EXPERIMENTAL‏ ‎x‏ 3 ‎kV/ern-bar‏ 89 - و (م/ع) ی امه 60 40 20 را لي ‎po‏ ° 5 2 1 9.5 02 01 0.05 002 0.01 Pd (bar-cm) E,/P (kWlembar) 

صفحه 48:
ولتاژ شکست براي تركيب هاديهاي استوانه اي هم محور در نیتروژن 

صفحه 49:
(+)تاثیر پلاریته روي ولتاژ شکست ‎(a) (b)‏ © ey So Without space charge With space charge 

صفحه 50:
(-)تأثیر پلاریته روي ولتاژ شکست Without space charge With space charge 

صفحه 51:
تاخیر در شکست = 

صفحه 52:
8 Figure 5.43 Breakdown under impulse voltage 

صفحه 53:
منحني هاي ولت- زمان 29 ۷ - tcharacteristic Ts Te 3 Time Figure 5.44 Impulse ‘volt—time’ characteristics 

صفحه 54:
تاثبرفرم میدان Uniform field gap ~~ Non-uniform field a ~~ Time (t) Breakdown voltage V(t) 

صفحه 55:
توزیع تاخیر با اضافه ولتاژ 200 180 160 140 120 100 35 هه 40 20 ° 20 40 6G 86 1T0o Time lag ( ~10-9 sec) Overvoage (%) 

صفحه 56: