eet2 msp
FHNW Modul Elektrische Energietechnik 2 (eet2), Vorbereitung für die Schlussprüfung.
FHNW Modul Elektrische Energietechnik 2 (eet2), Vorbereitung für die Schlussprüfung.
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Lernkarten
Gib das Potenzial auf der Oberfläche einer Kugel frei im Raum an.
\(V = {Q \over 4 \cdot \pi \cdot \varepsilon \cdot r_1} \) -> \(r_2\) wurde gegen unendlich laufen gelassen.
Gibt die Feldstärke E einer Kugel frei im Raum an.
\(E = {Q \over 4 \cdot \pi \cdot \varepsilon \cdot r_1^2} = {U \over a}\)
Bei welchem Radius wird die Feldstärke \(E_{max}\) einer Kugel im freien Raum maximal?
Bei \(r = r_1\)
Wie berechnet sich die Potentialdifferenz in einem Zylinder?
\(U = {Q \over 2 \pi l \varepsilon} \cdot ln {r_2 \over r_1}\)
Gib die Feldstärke eines Zylinder mithilfe der Potentialdifferenz an.
\(E = {U \over r \cdot ln({r_2 \over r_1})}\)
Zylinder: Bei welchem Verhältnis von \(r_2 \over r_1\) wird die maximale Durchbruchspannung erreicht?
\({r_2 \over r_1} = e\)
Erkläre das Rogowski-Profil
Ein homogenes Feld E ist an den Rändern der Platten (=Elektroden) stark inhomogen (erhöhte Feldsärke). Folgt das Profil der Funktion von Rogowski, tritt dieses Problem nicht auf.
Wie ist das Verhältnis zwischen den Dielektrizitätkonstatnen und den Feldstärken 2er parallel verlaufenden, isolierten Palatten mit unterschiedlichen Isoliermaterialien?
\({E_1 \over E_2} = {\varepsilon_2 \over \varepsilon_1}\)
Warum sollten Hohlräume in Isolationen vermieden werden?
Weil die elektrische Festigkeit gasförmiger Stoffe kleiner als die elektrische Festigkeit fester Isolierstoffe ist, tritt im Luftspalt eine Überbeanspruchung auf, bzw. die Festigkeit des festen Isolierstoffes kann nicht ausgenutzt werden.
Warum ist Verschiebungsdichte D unabhängig vom Material?
Wegen \(Q = \int D dA = \varepsilon \int E dA \)
Die Materialkonstante \( \varepsilon\) ist ausserhalb des Integrals!
Wie lautet das Formelzeichen für die Raumladungsdichte?
\(\rho\)
Was hat Raumladung im Dielektrikum zur Folge?
Feldverzerrung (Skript DE S. 2-17)
Wie verhalten sich die Felder an den Elektroden bei positiver Raumladung?
E - Feld an der Kathode wird verstärkt.
E - Feld an der Andode wird abgeschwächt.
Was ist Raumladung?
Als Raumladung bezeichnet man eine in einem nichtleitenden Medium räumlich verteilte elektrische Ladung. Sie wird durch einen Überschuss negativer oder positiver Ladungsträger verursacht. (Wiki)
Ab welcher Raumladungsdichte änder das Feld der Anode das Vorzeichen?
\({U \over a} = {\rho \over 2 \varepsilon} \cdot a\) -> \(\rho = {U \over a^2} 2 \varepsilon\)
Durchschlagsphänomen: Was versteht man unter unselbständiger Entladung?
Spannungs-Stromkennlinie: Bis zur Durchbruchspannung ist unselbständiger Entladung, Zustand ist stabil.
Kennlinie Skript DE S. 3-1
Durch was wird der Strom nach einem Durchschlag begrenzt?
Innenwiderstand der Spannungsquelle
Was ist der Unterschied zwischen Durchschlag (breakdown) und Überschlag (flashover)?
Durchschlag: Im Isoliermaterial bildet sich ein Durchschlagkanal
Überschlag: Der Durchschlag erfolgt an der Grenzschicht zweier verschiedener Isoliermaterialien, fest-gasförmig oder fest flüssig. Beispiel: Ein Porzellanisolator schlägt über.
Was ist eine Teilentladung?
Bei Isolieranordnungen mit stark inhomogenem Feldverlauf (kleiner Schweiger-Faktor η) kann dem vollkommenen Durchschlag ein unvollkommener Durchschlag vorausgehen. In einem räumlich begrenzten Teil der Isolieranordnung besteht eine Ionisation.
Dieser Effekt kann sowohl in gasförmigen, als auch flüssigen und festen Isolierstoffen auftreten.
Auswirkung von Teilentladungen bei Gasen?
• Wirkverluste (erhöhter Stromfluss)
• Hochfrequente Störungen, meist impulsartig
• Optische Strahlung, teilweise im sichtbaren Bereich, mehrheitlich UV
• Akustische Störungen (Geräusche)
• Chemische Veränderung des Gases (z.B. Ozonbildung)
Auswirkung von Teilentladungen bei festen Isolierstoffen?
Gleich wie bei Gasen:
- Wirkverluste (erhöhter Stromfluss)
- Hochfrequente Störungen, meist impulsartig
- Optische Strahlung, teilweise im sichtbaren Bereich, mehrheitlich UV
- Akustische Störungen (Geräusche)
- Chemische Veränderung des Gases (z.B. Ozonbildung)
Zusätzlich:
- Chemische & thermische Zerstörung (Bäumchenbidlung)
- Felderhöhung in den Hohlräumen
- Bäumchen können auch von Aussen nach Innen wachsen
Auwirkungen von Teilentladungen im Transformatorenöl
- Transformatorenöl kann allmählich chemisch zersetzt werden
- Es ensteht Gas
- Aggressive Säuren entstehen, welche die Papierisolation der Trafowicklung zerstören
Welche relative Dielektrizitätskonstante hat das Gas \(SF_6\)?
\(\varepsilon_r = 1\)
Beschreibe den Vorgang einer Elektronenlawine.
Durch Elektronen werden andere Elektronen in einem Gas aus den Moelküle geschlagen. Der Townsendsche Ionisationskoeffizient ist ein Mass für die "Fortpflanzung" der Lawine.
Die Zunahme an Elektronen über den Weg d lassen sich wie folgt Ausdrücken:
\(n(d) = n_0 \cdot e^{ \alpha \cdot d}\)
Was passiert mit den Elektronen einer Elektronenlawine an der Anode?
Sie werden neutralisiert (in den Stromkreis aufgenommen).
Was ist die Rückwirkungsausbeute im Zusammenhang mit der Elektronenlawine?
Die an der Kathode durch beschleunigte positive Ionen heruasgesclagenene Elektronen.
Ist auch eine Züdnbedingung für einen Durchschlag.
Wie lautet die Gleichung für die Zumahme der freien Ladungsträger in Gasen in abhängigkeit von E/p?
\({\alpha \over p} = {A \cdot e^{-B \over E/p}}\)
Warum steigt die Durschlagspannung bei kleinem \(p \cdot d\) wieder an?
Es gibt keinen Lawineneffekt mehr weil es zu wenig Kollissionen gibt bei geringem Druck und kleinem Abstand.
Kann ein Durschschalg im Vakuum vorkommen? Begründung?
Vakuum selber hat keine Ladungstäger. Es können aber beim Trennvorgang Partikel aus den Elektroden gerissen werden. Es entsteht Metalldampf im Vakuum welcher sehr gut leitet.
Isoliergase: Wovon hängt die Isolierfähigkeit von Gasen unter anderem ab?
Von der notwendigen Energie für die Ionisation:
Luft: 12.5 eV
SF6: 19.3 eV
Flüssige Isolierstoffe: Wovon häng die Isolierfestigkeit von flissigen Stoffen ab?
Reinheit (Staub etc.)
Fremdionen (Wasser etc.)
Definition Trennschalter?
- Öffnen oder schliessen nur bei geringem Strom
- Stellen Trennstrecke her
Definition Lastschalter?
Schaltet normal auftretende Ströme (Ein/Aus)
Können auch unter Umständen auch abnormale Ströme (Kurzschluss) schalten
Definition Leisutngsschalter?
Kann Lastströme sowie Kurzschlussströme schalten.
Definition Erdungsschalter?
Zum Erden und Kurzschliessen von Stromkreisen, die
fähig sind, während einer festgelegten Zeit Strömen unter abnormalen Bedingungen (z.B. Kurzschluss)
standzuhalten.
Definition Schütz?
- Elektromagnetisch betätigte Schaltgeräte
- Selbständiges Zurückgehen in die Ruhestellung ohne mechanische Verklinkung, wenndie Antriebskraft fehlt
Definition Selbstschalter (Stromautomaten, Sicherungsautomaten)?
- Selbsttätig durch physikalische Grösse
- Hauptstrombahn unterbrechende Schalter
- Ungleich Sicherung: reversibel
Definition Schlossschalter?
Schalter mit einem Schaltschloss, das den Schalter in der eingeschalteten Stellung mechanisch verriegelt
Definition Überstromauslöser?
Der Auslöser entklinkt mech. Verriegelung des Schaltschloss vom Schlossschalter bei Überlast
Definition Einschalt(stoss)strom?
Scheitelwert der ersten grossen Teilschwingung des Stromes in einem Pol eines Leistungsschalters während des Ausgleichsvorganges nach Stromflussbeginn bei einer Einschaltung.
