Стационарное состояние

Основное требование к заземдителю сводится к тому, чтобы он при умеренной стоимости обладал по возможности более низким и стабильным (во времени и при изменении атмосферных условий) сопротивлением растеканию тока в землю. Чем ниже стационарное сопротивление R3 и импульсное сопротивление Кз.ют заземлителя, тем эффективнее он выполняет свои функции при осуществлении рабочего, защитного и грозозащитного заземлений, тем меньше оказывается потенциал заземлителя при стенании с него тока. Последнее, в свою очередь, при прочих равных условиях ведет к снижению величин шагового напряжения Um и напряжения прикосновения 17Пр ( 12-13) и, следовательно, делает более безопасным обслуживание электроустановки. Однако чрезмерное снижение сопротивления заземлителя, например, путем прокладки на территории подстанций сплошного металлического листа и увеличения числа вертикальных заглубленных электродов технически нецелесообразно, а экономически не может быть оправдано.

Стационарное сопротивление заземлителя в однородном грунте может быть определено аналитически и наиболее просто для полушарового заземлителя. Предположим, что такой заземлитель присоединен к баку трансформатора и отводит в землю ток промышленной частоты в случае перекрытия или пробоя изоляции ( 15-1).

3 м от внешнего ограждения ). Электроды заглубляют так, чтобы их верхний конец был ниже поверхности земли на 0,5—0,7 м. На этом же уровне к электродам сваркой присоединяют проводники, образующие металлическую сетку с шагом не более 6 м из круглых или прямоугольных стальных проводников. Такая сетка предназначена для выравнивания потенциала на поверхности земли в пределах контурного зазем-лителя. ПУЭ регламентируют наименьшие размеры стальных заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле, в зданиях и в наружных установках. Так, при прокладке в земле круглые проводники должны иметь диаметр не менее 6 мм, проводники прямоугольного сечения — сечение не менее 48 мм2 и толщину не менее 4 мм. Толщина полок угловой стали и толщина прямоугольных заземлителей должна быть не менее 4 мм, а толщина стенок стальных труб — не менее 3,5 мм. Основное требование к заземлителю сводится к тому, чтобы он при умеренной стоимости обладал по возможности более низким и стабильным (во времени и при изменении атмосферных условий) сопротивлением растеканию тока в земле. Чем ниже стационарное сопротивление R3 и импульсное сопротивление Я3,имл заземлителя, тем эффективнее он выполняет свои функции рабочего, защитного и грозозащитного зазем-

3 м от внешнего ограждения ). Электроды заглубляют так, чтобы их верхний конец был ниже поверхности земли на 0,5—0,7 м. На этом же уровне к электродам сваркой присоединяют проводники, образующие металлическую сетку с шагом не более 6 м из круглых или прямоугольных стальных проводников. Такая сетка предназначена для выравнивания потенциала на поверхности земли в пределах контурного зазем-лителя. ПУЭ регламентируют наименьшие размеры стальных заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле, в зданиях и в наружных установках. Так, при прокладке в земле круглые проводники должны иметь диаметр не менее 6 мм, проводники прямоугольного сечения — сечение не менее 48 мм2 и толщину не менее 4 мм. Толщина полок угловой стали и толщина прямоугольных заземлителей должна быть не менее 4 мм, а толщина стенок стальных труб — не менее 3,5 мм. Основное требование к заземлителю сводится к тому, чтобы он при умеренной стоимости обладал по возможности более низким и стабильным (во времени и при изменении атмосферных условий) сопротивлением растеканию тока в земле. Чем ниже стационарное сопротивление /?з и импульсное сопротивление ^3,имп заземлителя, тем эффективнее он выполняет свои функции рабочего, защитного и грозозащитного зазем-

Принято различать стационарное сопротивление R, характерное для рабочих и защитных заземлений, отводящих ток 50 Гц, когда индуктивность, емкость, а также искровые процессы в земле не имеют существенного значения, и импульсное сопротивление заземлителя zn, характерное для заземли-телей грозозащиты, которое определяется как импульсным характером тока, так и физико-химическими процессами и искрообразованием в грунте.

1-4. Электроды заземлителей, их стационарное сопротивление и распределение потенциала

где 1:—длина; г» — радиус и R — стационарное сопротивление заземлителя (см. табл. 1-2).

Так как стационарное сопротивление заземлителя пропорционально р, импульсный коэффициент электрода

чением электрической прочности грунта в однородном поле ?Пр=14 кВ/см при предразрядном времени, равном длительности фронта воздействующего импульса тф== =3 мкс. Стационарное сопротивление модели i?= =1480 Ом. Результаты анализа приводятся в табл. 4-2. При измеренных значениях импульсных токов / и сопротивлений модели Яя определяются эквивалентные радиусы искровой зоны из уравнения

где R — стационарное сопротивление заземлителя, определяемое расчетом (§ 3-6) или из непосредственных измерений на моделях при частоте 50 Гц.

Добавление к лучевым заземлителям вертикальных электродов и увеличение их длины /в снижают как стационарное, так и импульсное сопротивления заземлителей. Однако возрастание проводимости заземлителя с вертикальными электродами приводит в импульсном режиме к увеличению длительности переходного процесса в индуктивности заземлителя и усилению ее влияния (см. § 4-1). Кроме того, уменьшение плотности тока, стекающего с увеличенной поверхности заземлителя, ослабляет искровые процессы в земле. В результате этого вертикальные электроды снижают ги меньше, чем его стационарное сопротивление, и а возрастает по сравнению с лучевым заземлителем без вертикальных электродов.

Неравновесные носители заряда и их основные характеристики. Воздействие света, электрического поля и других факторов может привести к появлению дополнительных, избыточных по отношению к равновесным, концентраций свободных носителей, их называют неравновесными носителями заряда. При неизменной интенсивности внешнего фактора в полупроводнике устанавливается стационарное состояние, при котором скорости генерации и рекомбинации носителей заряда равны. В этих условиях концентрации избыточных носителей заряда равны: An = = п — п0 и Ар = р = рй, где пир — постоянные концентрации электронов и дырок при наличии внешнего фактора; п0 и р„ — то же, в отсутствие внешнего фактора, т. е. равновесные концентрации. Если в полупроводнике нет объемного заряда, то выполняется условие его электрической нейтральности:

Воздействие света, электрического поля и других факторов может привести к появлению дополнительных, избыточных по отношению к равновесным, концентраций свободных носителей, их называют неравновесными носителями заряда. При неизменной интенсивности внешнего фактора в полупроводнике устанавливается стационарное состояние, при котором скорости генерации и рекомбинации носителей заряда равны. В этих условиях концентрации избыточных носителей заряда равны: Дл = п — пд и Др = р - ро, где пир- постоянные концентрации электронов и дырок при наличии внешнего фактора; пд и ро — то же, в отсутствие внешнего фактора, т. е. равновесные концентрации. Если в полупроводнике нет объемного заряда, то выполняется условие его электрической нейтральности:

отрицательный заряд, а на горячем оставаться нескомпенсированный положительный. Возникшее электрическое поле будет вызывать поток электронов от холодного конца к горячему. Стационарное состояние установится при равенстве этих потоков. У дырочного полупроводника на холодном конце возникнет положительный заряд. Таким образом, по знаку термо-э. д. с. можно судить о типе электропроводности полупроводника.

За время т напряжение на конденсаторе и разрядный ток уменьшаются в 2,72 раза, а через время ? = 3т конденсатор практически разрядится до нуля и схема вернется в исходное стационарное состояние, для которого «с = 0, «я = 0 и i = 0.

Точка В на 13.8.6 соответствует неустойчивому стационарному режиму, так как отклонение действующего значения С/ос от стационарного значения С/ос в сторону уменьшения ведет к Scr>(Uoc)0, т.е. к дальнейшему уменьшению напряжения Uoc, а отклонение действующего значения С/ос от стационарного значения С/ос в сторону увеличения вызовет дальнейший его рост и переход в следующее стационарное состояние, отмеченное точкой С. Стационарное состояние в точке С является устойчивым, в чем легко убедиться с помощью рассуждений, аналогичных приведенным выше.

где k — постоянная времени диффузии, характеризующая скорость затухания процесса и перехода системы в стационарное состояние. Примером уравнения параболического вида в более общем случае может служить известное из физики полупроводников уравнение непрерывности, которое описывает процесс изменения концентрации избыточных носителей. Данное уравнение для избыточных электронов имеет вид:

При всех процессах, имеющих установившееся превышение температуры, время достижения этого значения теоретически бесконечно. Для практических целей важно указать время, в течение которого температура приближается к установившемуся значению с заданной степенью точности. Если положить достаточно малой относительную погрешность 6(6) =0,01, то наверняка можно считать, что стационарное состояние 6=6У наступает при />5тг, а при />4тт отличие 0 от йу не превышает 0.026\, что легко установить, подставляя соответствующие значения / — =5тт и /=4тт в уравнение (8.87) процесса.

из трех частей: из колебательной части, из некоторого источника энергии, управляемого колебательной системой, воздействие которого на систему компенсирует потери и приводит к нарастающим колебаниям, и из ограничителя, переводящего эти нарастающие колебания в стационарное состояние. Регулируемая электрическая система содержит все эти три части: колебательную — ротор синхронной машины, источник энергии — возбудитель и управление (АРВ — возбудитель), осуществляемое от параметров синхронного генератора и имеющего ограничение выходной величины [потолок возбуждения — Fmax(ege)]. Автоматическое регулирование возбуждения вносит в колебательную систему диссипацию, величина и знак которой зависят от настроечных параметров АРВ. При некоторых настроечных параметрах АРВ отрицательное демпфирование, вносимое АРВ, компенсирует положительное естественное демпфирование, обусловленное свободными переходными процессами в контурах ротора, и система оказывается на периодической границе статической устойчивости.

В электронном полупроводнике основными носителями заряда, как известно, являются электроны, поток их от горячего конца к холодному будет больше, чем от холодного к горячему. В результате этого на холодном конце будет накапливаться отрицательный заряд, на горячем оставаться нескомпенсированный положительный. Возникшее электрическое поле будет вызывать поток электронов от холодного конца к горячему. Стационарное состояние установится при равенстве этих электронов. У дырочного полупроводника на холодном конце возникнет положительный заряд. Таким образом, по знаку термоЭДС можно судить о типе электропроводности полупроводника.

Таким образом, на последнем этапе установления колебаний основную роль играет нелинейный характер системы, без учета которого не может быть определено стационарное состояние автогенератора.

Электрический пробой по своей природе является чисто электронном процессом, когда из немногих начальных электронов в твердом теле создается электронная лавина. Электроны рассеивают энергию своего движения, накопленную в электрическом поле, возбуждая упругие колебания кристаллической решетки. Электроны, достигшие определенной критической скорости, производят отщепление новых электронов, и стационарное состояние нарушается, т. е. возникает ударная ионизация электронами в твердом теле.