Gasentladung 1

Ausgangssituation: Es wird durch einen Kondensator ein elektrisches Feld erzeugt. Der Isolator in der Mitter (z.B. Luft) hindert die Ladungsträger (Elektronen) von einer Kondensatorplatte auf die andere überzuwandern, da das Gas nicht leitend ist. Gas können aber durch externe Ionisationsquellen „leitend“ gemacht werden, in dem die Ionisationsquelle (z.B. UV-Licht, radioaktive Strahlung) Teilchen in positive und negative Ladungsträger aufspaltet. Durch die Ionisierung können nun die Elektronen von der einen Kondensatorplatte zur anderen überwandern. Es fließt ein Strom zwischen den Kondensatorplatten und dieser entlädt sich.

Elektrische Festigkeit = beschreibt die maximale Feldstärke der ein Isolierstoff standhalten kann ohne dass es zu einem elektrischen Durchschlag kommt.

= E/p

Sie visualisiert den Zusammenhang verschiedener Entladungsformen.

• y-Achse Spannung U in Volt

• x-Achse: Stromstärke I in Ampere

• Abbildung mit Beschriftung muss hier rein

• Unselbstständige Entladung: Es benötigt stetig das vorhanden sein einer Ionisationsquelle, damit ein Stromfluss bestehen bleibt. Sobald die externe Ionisationsquelle (z. B. die UV-Lampe) abgeschaltet wird, rekombinieren die vorhandenen Ladungsträger wieder und der Stromfluss bricht sofort zusammen.

• Selbständige Entladung: Wenn die Spannung am Kondensator über eine bestimmte Spannung hinaus (Zündspannung) erhöht wird, dann reicht die Energie der beschleunigten Elektronen aus, um durch Stöße Lawinen von neuen Ladungsträgern zu erzeugen. Ab diesem Punkt ist eine externe Ionisationsquelle nicht mehr nötig, um neue Ladungsträger zu erzeugen und den Strom aufrecht zu erhalten.

• Raumladungsfreie Entladung: Unter einer raumladungsfreien Entladung versteht man eine Gasentladung, bei der die Anzahl freier Ladungsträger (Elektronen und Ionen) so gering ist, dass sie das von außen angelegte elektrische Feld (das Grundfeld) nicht nennenswert beeinflussen. Es entsteht keine nennenswerte Raumladung.

• Raumladungsbeschwerte Entladung: Gegenteil der raumladungsfreien Entladung - Sie tritt auf, wenn die Anzahl / Dichte der Ladungsträger im Gas so hoch wird, dass sie das Grundfeld massiv verzerren und es wiederum einen Einfluss auf die Entladung nimmt

• Glimmentladung: Eine Glimmentladung ist eine selbstständige Gasentladung bei niedrigem Gasdruck. Sie ist der klassische Zustand, in dem ein Gas durch elektrischen Strom zum Leuchten gebracht wird – bekannt aus der typischen Glimmlampe oder der Neonröhre. Die Stoß-und Rekombinationsprozesse führen zu einer Lichtemission (Photonen) und dadurch zur Lichterscheinung (dem Glimmen). Die Ionisation findet durch Stöße statt.

• Bogenentladung: Stärkste Form der selbständigen Gasentladung. Sie zeichnet sich durch ihre sehr großen Ströme aus. Die Ladungsträgererzeugung (Ionisation) geschieht hier durch die Stromwärme (Thermoionisation). Es kommt zu einem Lichtbogen.

1. Feldstärke ist kleiner als die Einsatzfeldstärke

2. Die Zündungsbedingung wird erreicht

3. Vorwachsen der Entladung

4. Leitfähige Verbindung zwischen den Elektroden

5. Funken oder Bogenentladungen

-> Themen 2-4 stehen im Fokus der Vorlesung

Grundsätzlich tritt Luft immer als natürlicher Isolator in jeder Anordnung auf

• Gewollt als Umgebungsmedium

• Ungewollt in Einschlüsse, Blasen oder Spalte

• Es ist das wichtigste Isoliergas nach Luft

• 3 mal fester als Luft bei Normaldruck

• Nicht brennbar und ungiftig

• Bis zu 10-fache elektrische Festigkeit bei 0,5 MPa Betriebsdruck ggü. Luft bei Normaldruck

• Grund für höhere elektrische Festigkeit: der grössere Ionisierungskoeffizient alpha_eff

Aplha_eff/p (Druck)  muss größer 0 sein  

• Bekanntes Beispiel: SF6 und N2

• Gasgemische können Synergieeffekte bezüglich der dielektrischen Festigkeit zeigen

• Zb Gasisolierte Leitungen (GIL) werden mit 20% SF6 und 80% N2 betrieben

• N2-SF6 Mischgas ermöglicht es die Menge des eingesetzten SF6 zu reduzieren

• Treibhauspotential von SF6 liegt  bei 24.300

• Zunkünftig ist die Inbetriebnahme von elektrischen Schaltanlageb die fluorierten Treibhausgasen enthalten verboten - Verbot wird sukzessive ausgerollt bis 2032

Physikalischen und Chemische Eigenschaften:

• Hohe elektr. Festigkeit

• Gute Lichtbogenlöscheigenschaften (hohe thermische Leitfähigkeit, schnelle Rekombination)

• Gute Wärmeübertragung

• Kompatibilität mit eingesetzten Materialien in GIS (Gasisolierte Schaltanlagen)

Gesundheit und Sicherheit:

• Geringe Toxizität

• Keine Entflammbarkeit

Umweltaspekte

• Geringes Treibhauspotential (GWP)

• Kein Ozonabbaupotential (ODP)

Sonstiges

• Preis

• Patente