Eingangstests - Hochspannung 1

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Franzium
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Eingangstests - Hochspannung 1

Beitrag von Franzium » 31.01.2013 21:30

HH1-Praktikum
Eingangstest:
1) 3 Elemtarprozesse zur Ladungsträgerbildung nennen (Stoß-, Thermo-, Photoionisation)
2) Welcher Spannungswert ist für Durchschlag ausschlaggebend? (Scheitelwert)
3) Feldstärkeverlauf Spitze-Platte- und Spitze-Spitze-Anordnung zeichnen. Wo tritt Durschlag eher auf? Warum?
4) Wovon hängt Durchschlagspannung ab? (Temperatur, Schlagweite, Luftfeuchtigkeit, ect.)
5) Welche Auswirklungen haben Teilentladungen? (chem. Zersetzung, therm. Erosion, ect.)
Kolloquium:
- Elementarprozesse zur Ladungsträgerbildung erklären
- Versuchsdurchführung erläutern (Was macht man, wie macht man das, warum macht man das so?)
- Entstehung einer Lawinenentladung (hom. Feld) bis zum Durchschlag (Kanal)
- Entstehung einer Streamer-Entladung (bis zum Durchschlag) bei Spitze-Platte-Anordnung (Feldstärkeverläufe)
- Wann findet Stoß-, Photo-, Thermoionisation statt? Begründen. (Lawinen-, Streamer-, Leaderentladung)
- Optimaler Luftdruck für Durchschlagspannung (Paschenkurve)
- Paschengesetz erklären (krit. Elektronenanzahl, Ionisationskoeffizient, ect.)
- Barrierenwirkung bei Isolierstoffen erklären (Faserbrücken)
- Bei welcher Spannungsart kommt es am Ehesten zum Durchschlag
- Formel für Durchschlagspannung (im inhom. Feld) nennen und erklären (Spitzenwert!)
- Spannungsverlauf im inhom. Feld
- Feldstärke- und Spannungsverlauf für Platte-Platte-Anordung, wenn nur Elektronen / nur Ionen vorhanden sind (zwischen den Platten)
- Polaritätseffekt (pos. Spitze / neg. Spitze bei Spitze-Platte-Anordnung)
- Spannungsbedarf von Streamer bei Gleich- und Wechselspannung
- Wie sieht Feldstärkeverlauf bei Platte-Platte-Anordnung mit Dielektrikum aus?
- Wann und wie kommt es im Vakuum (keine Gasmoleküle vorhanden!) zum Durchschlag?
...

SR96
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Re: Eingangstests - Hochspannung 1

Beitrag von SR96 » 12.12.2016 11:52

Dieses Jahr gab es wieder einen kleinen Eingangstest und dann noch ein Kolloquium.

Die Fragen sind ungefähr gleich geblieben.
- Anordnung Spitze Platte; Aufbau und Feldstärkeverlauf zeichnen
+ Veränderung dieser, durch positive Ionen vor der Spitze einzeichnen
-Streamerspannungsbedarf in Luft
-Homogenitätsgrad ausrechnen
-Welcher Spannungswert ist für Durchschlag ausschlaggebend?
-Anzahl von Entstehenden Elektronen durch Stoßionisation ausrechnen
-Anzahl von positiven Ionen durch Stoßionisation ausrechnen
...

Wenn man den angegebenen Abschnitt vom Lehrbrief 3 ließt, ist man gut auf das Praktikum vorbereitet. Macht euch besonders den Verlauf der Feldstärke in den einzelnen Anordnungen, zu den verschiedenen Zeitpunkten der Entladung klar, die haben den Betreuer eigentlich am meisten interessiert.
Außerdem sollte man sich den Versuchsaufbau einmal kurz anschauen und sich vorher vielleicht kurz überlegen bei welchem Versuch welches "Ergebnis" zu erwarten ist (in der Art: "Bei dem Wechselspannungsaufbau wird ein ähnliches Ergebnis wie beim positiven Gleichstrom zu erwarten sein"), da der Betreuer hier immer mal wieder kleine Fragen in den Raum stellt (u.A. 5 Sicherheitsregeln), die dann als Mitarbeit in die Bewertung einfließen.
Bei den Messungen sollte man dann nicht all zu viel Zeit verlieren, damit die Zeit nicht knapp wird.

Alles in allem ist das Praktikum eher entspannt.

Takatsuka
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Re: Eingangstests - Hochspannung 1

Beitrag von Takatsuka » 03.12.2017 10:48

Der Eingangstest bei uns war etwas anders.
Gefragt wurde unter anderem:

- Herleitung der Gleichung für die Anzahl der Elektronen an einem Punkt nach Townsend
- Gleichung für die Anzahl der entstandenen Inonen
- Bedeutung des Townsendschen Stoßionisationskoeffizienten
- Elektrische Feldstärke über Weg eines inhomogenen Feldes vor und nach einer Lawine, d.h die homogenisierende Wirkung (aufpassen das die Fläche unter beiden Kurven ungefähr gleich ist)
- Streamerspannungsbedarf angeben (5kV/cm)

Maxiking95
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Re: Eingangstests - Hochspannung 1

Beitrag von Maxiking95 » 14.12.2017 21:08

Wir hatten heute den gleichen Eingangstest wie Takatsuka, hier aber nochmal die genaue Aufgabenstellung:

1) Durchschlag aus Lawinenentladung: Es ist eine Elektrodenanordnung aus zwei parallelen Platten (Platte-Platte-Anordnung) mit dem Elektrodenabstand d gegeben. An diese Anordnung wird eine Spannung U angelegt. Zwischen den Platten befindet sich Luft (2,5P)
1.1) An der Kathode der Elektrodenanordnung wird, z.B. durch kosmische Strahlung, eine Anzahl von n_0 Anfangselektronen bereitgestellt. Diese werden im elektrischen Feld zwischen den Platten beschleunigt. Leiten Sie ausgehend von der Gleichung des Ladungsträgerzuwachses dn her, dass die Anzahl der Elektronen n_d mit Vorwachsen der Lawine bei einem gegebenen Stoßionisationskoeffizienten exponentiell steigt (1P)
1.2) Da die Elektronen von den neutralen Gasteilchen abgelöst werden, entstehen zugleich auch positive Ionen. Berechnen Sie (formelmäßig) die Anzahl der Ionen Z (0,5P)
1.3) Was beschreibt der 1. Towndsend´sche Stroßionisationskoeffizient? (1P)

2) Elektrische Feldverteilung (3P)
2.1) Zeichnen Sie die elektrische Feldverteilung E=f(x) einer Spitze-Platte-Anordnung mit Elektrodenabstand d. Es liegt Gleichspannung an. DIe Spitze ist positiv (1,5P)
2.2) Die Spannung wird gesteigert, bis TE (nur Lawinenentladungen) einsetzen. Zeichnen Sie die veränderte elektrische Feldstärkeverteilung in das DIagramm von 2.1) ein und kennzeichnen Sie den Bereich der Feldstärkevergleichmäßigung (1,5P)

3) Welcher Kennwert einer beliebigen Spannungsform ist für den Durchschlag maßgebend? (0,5P)
a) Effektivwert; b) Gleichricht-Mittelwert; c) Scheitelwert

4) Wie groß ist der Spannungsbedarf einer Streamerentladung bei 50Hz Wechselspannung in Luft? (1P)

5) Geben Sie die Gleichnhung zur Berechnung des Grenzhomogenitätsgrades an! Wie groß ist der Grenzhomogenitätsgrad für Luft bei Wechselspannung? (1P)

Marcel Kies
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Studienrichtung: Regenerative Energiesysteme

Re: Eingangstests - Hochspannung 1

Beitrag von Marcel Kies » 20.12.2017 12:40

gleicher Eingangstest
Lösungen:
1.1)
Ansatz dn = n_d * alpha * dx
homogenes Feld: n_d = n_0 * exp ( alpha * d)
1.2)
z = n_d - n_0
1.3)
beschreibt, wie viele Gasmoleküle alpha ein Elektron je Weglänge dx ionisiert

2.1/2.2)
Abb 12 aus Brief 3, Abschnitt 3.2.1.1
Kurve im Bereich der Feldvergleichmäßigung möglichst konstant zeichnen, sonst gab es dort Punktabzug

3) Scheitelwert

4) 5 kV/cm

5)
eta_G = E_s / E_dh
für Luft eta_G = 0,1 ... 0,2

zum Gespräch:
Es wurde sehr genau auf die Entstehung von Lawine und Streamer im homogenen Feld sowie deren Einfluss auf den Feldstärkeverlauf eingegangen, außerdem E(x) für pos/neg Spitze zu Platte, Kugel zu Platte und einbringen Barriere zeichnen und erklären.

shalex28
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Re: Eingangstests - Hochspannung 1

Beitrag von shalex28 » 10.03.2018 04:12

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Rimini1
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Re: Eingangstests - Hochspannung 1

Beitrag von Rimini1 » 17.01.2019 18:43

Hallo zusammen,

der Eingangstest war wieder der gleiche. Beim Kolloquium hat der Betreuer aber sehr viel Wert auf das Grundverständnis vom Unterschied zwischen homogenen und stark inhomogenen Feld gelegt. Hier ein paar Notizen dazu.

- die innere elektrische Festigkeit Edi von Luft ist keine Materialkonstante sondern abhängig von Temperatur, Druck, Geometrie der Elektrodene, ...
- homogenes Feld: keine stabilen Teilentladungen, es kommt beim Überschreiten von Edi sofort zum Durchschlag, Streamerspannungsbedarf Es = 25kV/cm
- stark inhomogenes Feld: stabile Teilentladungen treten auf, wenn Emax höher als Edi ist (dies ist an der Spitze ja ab Teilentladungseinsetzspannung der Fall), diese breiten sich mit zunehmender Spannung aus, sobald Emittel = U/d = Edi ist, kommt es dann zum Durchschlag. Streamerspannungsbedarf Es positive Spitze, 50Hz Wechselspannung = 5 kV/cm
Streamerspannungsbedarf Es negative Spitze = 10-15 kV/cm

Der Rest war Standard :D

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