aislamiento-3-150221

3/9/2015

1

Preparado por:

Prof. Ing. Herbert Enrique Rojas M.Sc. Ph.D(c)

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Ciclo 2015-I … Bogotá D.C.

Curso de Aislamiento Eléctrico

Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Descarga en gases (2015) 2

1. Dieléctricos gaseosos

2. Tipos de descarga en gases

3. Descargas a baja presión

4. Descarga Townsend

5. Preguntas taller repaso de CEM


• No tienen estructura cristalina

• Rigidez dieléctrica controlable por la presión y la temperatura

• Auto regenerativos ante descargas (proceso de auto-cicatrización)

• Mezclables con otros gases

• Permitividad unitaria

• Bajo factor de pérdidas < 10�� (Corriente resistiva /capacitiva)


DESCARGA EN UN MEDIO GASEOSO

GAS sin conducir electricidad (naturaleza)

� Calor � Radiación

� Campo eléctrico

∆� entre electrodosque concentran el gas

ionización de átomos

GAS IONIZADO(plasma)

Comportamiento NO sigue la LEY DE OHM

procesos físicos entre las partículas cargadas transportadas en el plasma

Fuente energética(influencia)

3/9/2015

2


(1) Columna de plasma: formación del canalionizado del medio gaseoso

(2) Región de electrodos: zonas de origen orecepción de las partículas cargadas

ANODO (+) CATODO (-)

Interacción entre electrones y/o iones«Los electrones van del cátodo al ánodo»

Zonas de ocurrencia de una descarga



Según la fuente de ionización – No espontaneas o no auto-mantenidas

Se mantiene la conductividad eléctrica del gas mediante

Fuentes exteriores de ionización

Termoionización

Alta temperatura � moléculas adquieren energía � choque entre moléculas �

produce ionización

Radiación - Fotoionización

Radiación � arranca electrones del átomo o molécula � ionización de

átomos y moléculas


Según la fuente de ionización – Espontaneas o auto-mantenidas

Se mantiene la conductividad eléctrica del gas

Termoionización

Debido a la propia descarga (no hay fuentes externas)

Radiación - Fotoionización

GENERADOS POR LA MISMA DESCARGA

3/9/2015

3


Según la ruptura del gas – Descargas Parciales

Descargas parciales

• Duración transitoria• Poca energía• El gas no es atravesado completamente por la Idescarga• No hay ruptura del gas


Según la ruptura del gas – Descargas Disruptivas

Descargas directas• Alta energía• La Idescarga atraviesa por completo el gas• Sus etapas responden a las V & I producidas


Según la ruptura del gas – Descargas Disruptivas

Ten

sió

nC

orr

ien

te

tiempo

tiempo

(a) (b) (c) (d) (e)


1 - Descarga TOWNSEND normal (transito B a D)

• Zona de inicio (A-B): para tensiones pequeñas la descarga crece con la tensión

• Zona de saturación (B-C): cambio repentino de lascondiciones de tensión � el transito de las cargas esmenor que el tiempo de creación

• Zona de descarga Townsend (C-D): la descarga sedesarrolla por mecanismos de avalancha � emisiónde electrones desde el cátodo � descarga oscura decorrientes débiles (hasta 10�� A)

Descargadependiente

3/9/2015

4


1 - Descarga TOWNSEND extendida (transito C a F)

∆� entre ánodo y cátodo

movilizan (e-) libres en el gas �aumenta la energía de los (e-)

desprenden electrones secundarios

se multiplica el proceso

avalancha de carga

aumento de corriente


1 - Descarga TOWNSEND normal y extendida (transito B a F)

� La corriente se incrementa proporcionalmente con la tensión

� La descarga pasa por una zona de saturación a menos que se incremente la tensión

� La corriente se incrementa en una avalancha de electrones hacia el ánodo


• Cantidad de electrones: �� 3 � 10� �

� � ��

� �

� � constante de carga [10-15]

�= ley de avalancha de electrones

• Avalancha en términos de corriente:

� � ��

�

�: distancia entre electrodos�: 1er coeficiente de ionización

�� corriente en la superficie cátodo

�: 1er coeficiente de ionización

Número de pares de electrones disociados producidos por un electrón que se desplaza del cátodo al ánodo dentro de un campo eléctrico

� � �� exp ��

/�


(ionización primaria)


3/9/2015

5


": 2do coeficiente de emisión secundaria

Está relacionado con los electrones (de sucesión) que son sacados por los iones positivos al golpear

con el material metálico del cátodo

�#$% � �� & �' �

� � �� & �' ��


�#$% � � cedidos por el cátodo

�� desprendidos del cátodo

�' � � liberados del cátodo por iones (+)� � � que arriban al ánodo

�($) � � desprendidos por el gas�($) � � ��#$% �

�' � * �($) � * � � �#$%

�' �* � � ��

1 & *

� ��

��

1 � * �� 1


• Campo eléctrico en la avalancha

$+ �,

4./�01

• Criterio de existencia crítica: * �� 1 2 1

• Condición de transición: * �� 1 � 1 �→ �� ln 1 *⁄ & 1

": 2do coeficiente de emisión secundaria

Está relacionado con los electrones (de sucesión) que son sacados por los iones positivos al golpear

con el material metálico del cátodo


� ��

��

1 � * �� 1


1 - Descarga TOWNSEND extendida – intercambio de partículas

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

CATODO ANODO

78 � ��

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

��

�� 1 9

* �� 1 �

�� * �� 1 19

�� *1 �� 1 �

71 � *�� 1 ��

7: � �� *1 �� 1

1 ��


1 - Descarga TOWNSEND extendida – comportamiento de la corriente

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

CATODO ANODO

��

� � �8 ��

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

��

�� & �� 1

�8 � �� & �8 * �� 1

3/9/2015

6


Cuando la tensión entre electrodos se incrementa (ionización secundaria)

� � �� & �* �� 1 �

��

1 � * �� 1

Criterio de existencia: * �� 1 � 1

La corriente será infinita cuando: 1 � * �� 1 � 0

Si �� ≫ 1 * �� < 1 Criterio de Townsend

"=�> � ?

Proceso de avalanchaDescarga auto-sostenible

"=�> 2 ?

Ionización acumulativaDescarga crece rap.

"=�> ?

CorrienteNo auto-sostenible

aislamiento-3-150221

Documents