YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ 1

Transkript

1 . Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ Refeansla. Yüse Geilim Teniği, Pof.D. Muzaffe ÖZKAYA, Cilt, Bisen Yayınevi, Yüse Geilim Teniğinin Temellei, Pof.D.Sefa AKPINAR, Tabzon, Çözümlü Poblemlele Yüse Geilim Teniği, Özcan KALENDERLİ, Celal KOCATEPE, Otay ARIKAN, Bisen Yayınevi, High Voltage Engineeing, E. KFFEL, W. S. ZAENGL, Pegamon Pess, High Voltage Engineeing, nd Edt., M. S. NAID, Mc. Gaw Hill Text, Yüse Geilim Eleti Malzemelei ve Testlei, Halil LSOY, Bisen Yayınevi, Hochspannungstechni, Andeas KÜCHLER, VDI Velag, High voltage, Measuement, Testing& Design, T.J.GALLAGHER, A.J.Peamain, John Wiley&Sons, YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİNİN GELİŞİMİ Yüse geilim teniğinin gelişiminde olana sağlayan en önemli eten, bu sayede büyü mitada enejinin bi notadan diğeine eonomi bi biçimde taşınabilmesidi. Günümüzde yüse geilim teniği yalnızca eneji taşımasıyla sınılı almamış, eleti mühendisliği ve biliminin diğe alanlaında da geniş uygulama alanı bulmuştu. Bunlaa öne olaa fabialadai gazlaın filte edilmeleini sağlayan eletostati çöeltilei, şehi atılaının çıadığı ötü oulaın gideilmesine olana sağlayan yüse geilim ozon üeteçleine, sanayide ullanılan spey boyayı, toz aplamayı, öntgen cihazlaını ve eleton miosoplaını sayabiliiz. Ayıca günümüz moden tenolojisi yüse geilimi yaı ileten malzemelee iyon sağlayıcı olaa, televizyon cihazlaında, osilosoplada ullanmatadı. Göüldüğü üzee yüse geilim teniğindei gelişmele yalnız eleti mühendisliği değil, aynı zamanda diğe endüsti dallaını da yaından ilgilendimetedi. Fizisel ve imyasal olayla izolasyon malzemeleinin eletisel özellileini beliledilei için yüse geilim teniğinde önemli ol oynala. Günümüzde cihazlaın güvenililiğini belileyen etenlein aasında beli de zinciin en zayıf halası olaa izolatöle gösteilmetedile. 970 yılında luslaası Eletoteni Komisyonu (IEC) 000V dan yüse olan AC geilimlei ve 00V dan yüse DC geilimlei yüse geilim olaa beliledi. Anca

2 . Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele günümüzde geilim seviyeleinin MV la düzeyine ulaşması, bu tanımlamalada bazı düzenlemele yapılamasını geeli ılmıştı. Tablo. Geilim seviyelei GERİLİM SEVİYESİ AVRPA (50 Hz) AMERİKA (60 Hz) 0/40 0 Düşü (LV) 380/ Ota (MHV) V V Yüse (HV) Esta Yüse (EHV) lta Yüse (HV) Diat edilece olusa tablodai değele he aşamada at atmatadı. Bu atışın teoi sebeplei olmamala bilite, patite bazı nedenlei olduğu düşünülebili.. Bilgi ve deneyimleine dayanaa tasaım mühendislei he sefeinde uygulanaca olan yeni geilimi at attımayı yetei deecede güvenli bulmuşladı lı yıllaa ada eleti tüetimi sanayileşmiş toplumlada he 0 yılda bi atına çımıştı. Bu talebi aşılayabilme için yüse geilimlede iletim yapma zounlu hale gelmişti.

3 . Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele Eonomi açıdan düşünece olusa, belili bi güç için (PV*I), ne deece yüse geilim ullanılısa aım da o deece üçü olacatı. Bu da aıma dayalı gidelein (düşü ileten esiti, düşü baı ayıplaı) azalmasına olana sağla. Bu gidelein, tüm gidelein 3%-4 % ünü oluştuduğu gözönüne alınısa yüse geilim seviyeleinde iletim yapmanın önemi daha beligin hale geli. İletim ve dağıtım hatlaını inceleyece olusa il yıllada güç iletiminin DC aımla yapıldığını göüüz. Tansfomatölein ullanımıyla bilite DC sistemle, yüse geilimlein daha eonomi bi şeilde iletimine olana sağlayan AC sistemlele değiştiilmişledi. Anca esici develede göülen ilelemele, AC-DC, DC-AC çeviiminin olaylaşması, vb. 980 leden itibaen HVDC iletimini yeniden popüle hale getimişti. Bu sistemin en büyü dezavantajı üetilen eneji diet olaa geneatöden yüe ulaştııldığı için, hat boyunca gücü esmete yaşanı. Ayıca he ne ada 3 yeine ablonun ullanılması hat masaflaını azaltmataysa da, DC iletim için ullanılan çeviici elemanla hem omplie, hem de pahalıdıla. Sonuç olaa DC iletimin AC ye oanla daha eonomi olabilmesi için belili bi iti uzalı hesaplanabili. Tistö tasaımındai yeni gelişmele sayesinde bu mesafe 500 m ye ada inmişti.. ELEKTRİK İZOLASYON MALZEMELERİ Yüse Geilim lede çalışan eletisel cihazlaının üetiminde ullanılan malzemele başlıca 3 sınıfa ayılı:. İletenle (baı, demi, vb. manyeti aıyı ve aımı taşımata ullanılıla.). Soğutucula (gaz veya liit halde olula, oluşan sıcalı atışını gidemede ullanılıla.) 3. Yüse geilim ve aımlaın azu edilen yönlede dağıtımına olana sağlayan izolatöle İZOLATÖR: İzolatö yada dieleti, genel anlamda eletiği iletmeyen (yalıtan) malzemelee veilen isimdi. Kususuz bi izolasyon malzemesi yotu, anca patite eleti aımını belili bi değein altında, ço üçü değelee sınılayan malzemele izolatö olaa adlandıılıla. Malzeme Dieleti dayanılılı (MV/m) Dienç Ώm Hava 3 - Baalit 4 > Selüloz ağıt 0 >0^3 Mia 00 >0^6 Yağ 0 >0^4 3

4 . Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele Pespex 40 >0^3 Poselen 0 >0 Cam 7 >0 Göüldüğü üzee mia, cama oanla milyon at daha fazla bi dience sahipti. Buna aşın cam izolasyon tenolojiside geniş ullanım alanı bulmuştu. Buna başlıca sebep iletim ablolaının topalanmış taşıyıcıladan ayılmalaında cam izolatölein meani ve fizisel açıdan üstün pefomans göstemeleinden aynalanmatadı. Maalesef genelde belili bi açıdan üstün pefomans gösteen malzemele bi diğe açıdan olduça yetesiz özellilee sahiptile. Cam ve seami izolasyon malzemelei bi ço eletisel uygulama için ideal olmala bilite ıılganlılaından dolayı (esne değil) bi ço alanda güvenli bi biçimde ullanılamazla. Diğe bi soun da iyi izolatölein genelde sıcalı iletiminde zayıf almalaından aynalanmatadı. Sonuç olaa ısı hızlı bi şeilde dağıtılamaz ve izolasyon üzeinde yüse sıcalı bölgelei oluşu. İzolasyon malzemeleinin seçimi aşamasında eletisel olduğu ada meani, fizisel, ısıl ve imyasal özellileinde diate alınması geei. Bu sebepten iyi bi izolasyonda atı, sıvı ve gaz izolatölein aışımını bulma mümündü (tafo gibi). Aalaında büyü benzelile olduğu halde gazlaın, sıvılaın ve atılaın izolasyon özellileini belileyen önemli fatöle vadı..3 KATI İZOLATÖRLER Katı izolatölein geçmişi 9. y.y. a ada uzanı. Selüloz ağıt, zift, enevi ve doğal eçine o dönemlein önemli izolasyon malzemelei aasında ye alıyodu. Bu malzemele 930 laa ada yaygın olaa ullanıldıla. Daha sonalaı mineal maddelein (mica, asbest, mangane, vb.), seami, hayvansal maddelein (doğal ipe, peyni özü, balı tutalı, vb.) ve selülozi üünlein (yün, pamu, vb.) populaitesi attı. Yalıtım geniş bi onudu ve günümüzde bi ço izolasyon maddesi çeşitli özellilele piyasaya sunulmuştu. Genelde bi izolatö oluştuulmadan ve seviste ullanılmadan önce diat edilmesi geeen başlıca 3 nota vadı. Bu özellilei şöyle sıalayabiliiz:. Kötü ve ili hava oşullaında veimli çalışabilme,. İzolatö yapımında ullanılan malzemelein özellilei, 3. Fiyat 4

5 . Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele.3. ORGANİK İZOLATÖRLER Genelde hayvansal yada bitisel aynalı ogani maddele bibiine benze izolasyon özellilei gösteile. Bu tip malzemele olaylıla cihazlaa monte edilebilile ve esasında olduça iyi yalıtanladı. En büyü dezavantajlaı 00 C den daha yüse sıcalılada meani ve eletisel özellileinin hızla bozulmasıdı. Bu guba dahil olan maddelein çoğu emici atı malzemeledi. Buada emdiilmiş teimi ile astedilen, bu malzemelein yağ emdiilditen sona cilalanaa izolatö olaa ullanılmalaıdı. Sonuç olaa bu tip yağ emdiilmiş ağıt yada muavvala, ablo, apasito yada tafo gibi yağ içeen cihazlada güvenle ullanlıla..3. İNORGANİK İZOLATÖRLER Poselen ve cam bu ategoiye ait en önemli izolasyon malzemeleidi. Poselen çeşitli tiplede istal paçacıladan ve oijinal malzemenin belili mitaı çözülmüş çeideleinden oluşu. Eletisel cam ise cam fomundai siliat malzemelein aışımından oluşu. Patite daima yapısal usu olaa gaz balonculaı ve olay işlenemez yabancı madde paçacılaı içei. Silion ve osijen moleüllei aasındai eletostati bağla inogani izolatölein yüse meani dayanıma ve imyasal olaylaa aşı dienç göstemesine olana tanı. Bu tip izolatöle eletisel ve meani özellileini 50 С çalışma sıcalığına ada ouyabilile. Genelde inogani maddele iyi yalıtanladı, anca bu tip izolatölein yapımı olduça zodu. İnogani izolatöle aasında poselen önemli bi ye tuta. 880 de il güç iletim hattında poselen izolatö ullanılmıştı. Yüse eleti ve meani gücü, fizisel özellileini uzun süele boyunca ouyabilmesi ve aça sızıntı aımlaına aşı dayanılı olması bu tip malzemelein populaitesini attımıştı. Lain poselen multifaz bi seami maddedi ve aluminyum siliatın ısıtılmasıyla elde edili. Elde edilen bu madde (mullite) gözenelidi, bu da doğal olaa izolatöün meani özellileini negatif etile. İzolatöün yüzeyinin yüse sıcalıta eiyen cam ile aplanmasıyla yaılaın etisi azaltılıp meani dayanım attıılabili. Poselen, aşınım eozyon gibi izolatölein ullanım süeleini ısıtlayan etenlee aşı olduça diençlidi. Ayıca su (su buhaı) sızdımama özelliğinden dolayıda izolasyon malzemeleinde aplama olaa ullanlıla. Cam, meani açıdan poselen ada sağlam bi madde değildi. Bunun başlıca sebebi yüzeyinde bulunan ve belili bi iti büyülüğe eiştiten sona tüm ütleyi etileyen miosobi çatlaladı. Cam izolatölede olduça yüse bi eneji, yüzeyin altında geilip sııstıılmış bi halde bulunu. Hehangi bi sebeple meydana gelen bi çatla bu enejinin ve dolayısıyla bütün ütlenin übi paçacıla halinde dağılmasına sebep olu. 5

6 . Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele.3.3. SENTETİK İZOLATÖRLER Senteti yada polime izolatöle endisini tea eden uzun moleül zincileinden oluşula. Genelde tüetildiği monomein başına poly elimesinin gelmesiyle isimlendiilile. İl olaa 960 lada çeşitli dolgu malzemelei ile aıştıılmış polimelein ağılı ve hacim açısından alışılagelmiş izolasyon maddeleine üstün oldulaı gözlenmişti. Poselen izolatölede olduğu gibi, senteti izolatölein seçiminde de göz önüne alınması geeen bazı önemli fatöle vadı. Bunla: izolasyon apasitesi aşınma dienci (eletisel boşalım sıasında) güvenili uzun dönem meani pefomans İl dolgu izolatöle, cam fibelein eposi eçine içeisine yeleştiilmesi ile oluştuulmuştu. Bu izolatölein başlıca dezavantajlaı : süeli aşınım sonucu dolgu malzemenin yüzeyinde eletisel bozulmaya sebebiyet veen ileten yollaın oluşumu. fibe cam malzemenin veya bağlantı notalaının meani bozulması olduça pahalı üetim maliyeti Bütün bunlaa aşın, özellile 970 leden sona dolgu izolatöledei meani hatala gideilmiş, yeni ve gelişmiş malzemele (eposi eçine aışımlaı, polyeste esaslı polimele, silion, EPDM (Ethylene Popylene Diene Monome), vb.) üetilmişti. Bu maddele yüse meani dayanılılığa sahip olup, çeve ililiği aşısında iyi bi pefomans gösteile. Ayıca poselen izolatölele ıyaslandılaında %90 oanında daha hafiftile. Koozyona aşı diençli olmalaı, süeli baıma ihtiyaç duymamalaı, olayca imal edilebilmelei, göünümlei ve dayanılı olmalaı diğe avantajlaıdı. Eletisel açıdan baaca olusa, senteti izolatöle üçü yüzey alanına ve uzun aça aım yoluna sahip olabilece şeilde üetilebildilei için ısla ve ili hava oşullaında izolasyon apasitelei alışılmış poselen malzemelee oanla daha iyidi. Ayıca dış yüzeyi içinde bulunan hidojen atomu sayesinde nem ve ililiğe aşı poselen malzemelee oanla daha diençlidi. Bu avantajlaına aşın bazı poblemle son 5 yıldı üeticilei yeni gelişmiş izolatöle tasalamaya yöneltmişti. ayııcılaın çizilmesi, ilenmesi çubu-ayııcı aası bağlantı hatası, eleti atlaması ayııcıla ve senteti voltaj ontol cihazlaında oona oluşumu, eletisel aıza ve su sızıntısı 6

7 . Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele madeni eşya ayımı, hatlaın opması ve düşmesi Senteti malzemelei 3 ana başlı altında toplayabiliiz:. Temoplasti. Temoset 3. Lasti Lasti, uygulanan uvvetle bilitye geilmeye (uzama) uğa, uvvetin aldıılması ile bilite esi haline döne. Kuvvet uygulandığı tadide moleülle yanlaa ayaa ye değiştiile, anca çapaz bağlantı alıcı defomasyonu önle. Temoplasti polime malzemele düşü eime sıcalığına sahipti (00 С 0 С). Moleüle açıdan çapaz bağlı olmadılaı için, eime sıcalılaı altında çeşitli alıplaa soulabilile. Başlıca ategoiye ayıma mümündü soğuen istalize olanla istal hal almayanla Temoset polime malzemele ısıya bağımlıdıla, yani sıcalığın atması ile bilite ayda değe oanda meani güçleini attıı ve setleşile. Polimein içeisine atalizö malzemenin aıştıılması ile bilite aışım istenilen şele veya alıba döülebili. Bazı duumlada atalizö oda sıcalığında bile çapaz bağ oluşumunu başlatsa da genelde bu easiyonun başlatılması için ısıtılması geei. Bu tip polimele stabil olup yüle bilite şeil değiştiemezle. Senteti polimelein meani dayanılılığı sabit değildi. Zamanla uygulanan yüte bi atış olduğunda veya izolatö abul edilemez oanda youlmaya (vibasyon) mauz aldığında meani açıdan zayıflama göülü. Ayıca atomi yapı açısından düzensizli gösteile. En büyü dezavantajlaı ise temel yapıyı oluştuan abonun bağımsız halde ien olduça iyi bi ileten oluşudu. Özellile yüse sıcalılada daimi boşalımla sonucunda yüzeyde ileten abon yolla oluşabili..4 SIVI İZOLATÖRLER Sıvı yalıtanla madeni, eçineli, lolu ve silionlu yağla olma üzee biço tülee ayılıla ve yüse geilim teniğinde ço önemli bi ye tutala. Bu tip yalıtanlaın eletisel dayanımlaı gazlaa göe daha yüseti ve ısısyı onvesiyon yolu ile iletile. Ayıca atı yalıtan maddelein yüzeyini havaya ve neme aşı da oula. Sıvı yalıtanla ayıca aışan özellite oldulaından, atı yalıtanlaa göe daha alın tabaala halinde ullanılabilile ve dieleti atsayılaı ço büyü olmadığı için atı yalıtanlaın eletisel zolamalaını azaltıcı yönde ol oynala. Sıvı yalıtanlaın en önemli eletisel özellilei delinme dayanımı, iletenli 7

8 . Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele ve dieleti ayıpladı. Bu özellilei sıvı içeisinde bulunan nem,yabancı maddele, gaz abacılaı ve hava boşlulaı büyü ölçüde etile. Yağla hava ile ıyaslandılaında oluşan ısının gideilmesinde (tafo sagılaı) 0-30 at daha etilidile. Ayıca atıladan falı olaa hehangi bi boşalma olayından sona eletisel özellileini gei azanabilile. sıvı cihaz bağıl fiyat petol bazlı yağla he tü senteti hidoabon ablo, apasitö -3 asael (cloinated hidoabon) tafo, apasitö 8 halogen hidoabon eletoni 0-40 silion tafo 0.4. TRAFO YAĞI Diğe yağla içeisinde petol bazlı tafo yağlaı en ucuz ve en yaygın ullanılanıdı. Yağ emdiilmiş muavvalada ve ablolada ullanılabilile ve dieleti sabiti attıdılaı için atı izolatöün ütlesini, hacmini ve fiyatını düşüüle. Tafo yağlaı aynağına bağımlı olaa ensiz yada açı saı ente olabili. Kimyasal olaa paafin, isopaafin, naftalin gibi maddelei içeen hidoabonlaın aışımından oluşula. Sevis süesi boyunca daimi olaa yüse sıcalılaa (95 C) mauz alabilile. Bu duum da zamanla yaşlanmaya sebebiyet veebili. Önce yağın engi oyulaşı ve daha sona sıvının içeisinde asit ve eçine oluşumu başla. Oluşan bu asitleden bazılaı atı izolasyon malzemesine de zaa veip, metal paçalaın oozyona uğamasına sebep olabilile. Ayıca oluşan sulu çamu bobinlee zaa veee, yağ dolaşımını yavaşlatı ve soğumayı engelle. Ayıca yaşlanmanın hızlanmasında atalizö göevi de üstleni..4. SENTETİK YAĞLAR Senteti yağla içeisinde poybutane uzun süeden bei ablolada ve yağ emdiilmiş ağıt ile aplanmış apasitölede ullanılmatadı. Senteti yağla doğal mineal yağlaa oanla eletisel özellile (dieleti dayanım) açısından üstündüle. Floaabon ve silion yağla da özel amaçlı bazı uygulamalada ullanılıla..5 GAZ İZOLATÖRLER Gazla, diğe yalıtan malzemelele ıyaslandığında olduça basit ve olay bulunan izolatöledi. Günümüzde biço cihazda hava temel yalıtan malzeme olaa ullanılmala bilite, nitojen (N ), cabon-diosit (CO ), feon (CCl F ) ve sülfü-hexafloid (SF 6 ) bazı 8

9 . Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele alanlada geniş ullanım amanı bulmuşladı. Gaz yalıtanlada geilimin uygulanması ile bilite iç yapıda çeşitli easiyonla meydana geli. Eğe uygulanan geilim seviyesi düşüse, eletodla aasında üçü çapta aım gözleni; anca yalıtan madde dieleti özelliğini aybetmez. Buna aşın eğe uygulanan geilim yüsese, yalıtan gazdan aan aım aniden yüse değelee ulaşı ve eletisel delinme meydana geli. Delinme esnasında olduça güçlüileten bi boşalım oluşu ve bu da ii eletodu ısa deve ede. Delinme aşamasında uygulanabilece masimum geilime delinme geilimi adı veili. Gazlada meydana gelen eletisel boşalmala başlıca ii tiptedi. Ø atılımsız boşalım Ø daimi boşalım Kıvılcım delinmesi olaa da nitelendiilen gazladai delinmele, aslında atılımsız boşalımdan, daimi boşalıma geçişti. Delinme aşamasında oluşan yüse aımla iyonize olma olayı ile açılanmatadı. İyonizasyon, eleton ve iyonlaın nöt atom ve moleülleden oluşmalaı ve topluca anot ve atoda haeet edee yüse aımla oluştumalaıdı. Günümüzde gaz yalıtanladai delinme olaylaını açılayan başlıca ii teoi vadı. Ø townsend teoisi Ø anal boşalma teoisi Gazlada basınç, sıcalı, eleti alan yapısı, eletod yüzeylei ve ileten patiülle iyonizasyonu etileyen başlıca fatöledi. 9

10 . Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla. ELEKTRİK ALANLAR Yüse geilim teniğinde genelde hehangi bi değişen manyeti alanın etisi altında olmadan sadece eletisel bi yü taafından oluşan eletisel alanla inceleni. Bu aşamada ullanılan başlıca 3 fonsiyon vadı. Bunladan biincisi otasyonel (ot) adını alıp, vetöel bi fonsiyonu yine vetöel bi büyülüğe çevimete ullanılı. ot E 0 ifadesi alanın hehangi bi manyeti değişen alana mauz almadığını ve belili bi notada ölçülen x geiliminin taip edilen yoldan (şeil.) bağımsız olaa sabit bi değede olduğunu beliti. Şeil. İi nota aasındai potansiyel faı gidilen yoldan bağımsızdı E dl 0 ve dl Edl I E 0 II olup,buadan E dl Edl I II sonucuna ulaşılı. x Kullanılan iinci fonsiyon gadyen (gad) adını alı ve sala bi büyülüğü vetöel bi büyülüğe çevimete ullanılı. E gad veya E Vetö E eleti alanın hehangi bi notasında geilimindei masimum azalmayı göstei, yani biim mesafede geilimindei azalmaya eşitti. Son olaa divejans (div) ifadesi ise, vetöel bi büyülüğü sale bi büyülüğe çevimete ullanılmatadı. div D ρ veya D ρ Buada ρ biim yüü, D ise aı yoğunluğunu göstemetedi ve pemitivite () ile eleti alanın sale çapımına eşitti. 0

11 . Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla D E Aı yoğunluğunun yüzeysel integali alındığında bu alanı oluştuan yü mitaı belileni. D n da q q D A q E A Eğe q0 olusa, bu duumda yüzeye gien ve yüzeyden çıan alan çizgilei sayısı aynıdı, asi tatide (q 0) q yüünden (şeil.) dışaıya doğu yeni eleti alan çizgilei oluşu. Şeil. Cismin içeisinde bulunan q yüü nedeniyle oluşan alan çizgilei D E ρ ve E olduğuna göe, denlemle yeniden düzenlenise, ρ veya q Bu eşitli Poisson denlemi olaa bilinmetedi. Hehangi bi yüün olmadığı duumda denlemin sağ taafı ( 0) sıfı değeini alı ve bu duumda eşitli Laplace denlemi olaa anılı.. EŞ POTANSİYEL ÇİZGİLER VE ALAN ÇİZGİLERİ Eleti alanla eşpotansiyel çizgile ve bunlaa di olan alan çizgilei (şeil.3) ile temsil edilile. Eşpotansiyel çizgile geiliminin sabit olduğu notalaı gösteen çizgiledi. Alan çizgilei ise haeet etme imanına sahip üçü bi yüün taip edeceği istiameti ve yönü belile. Şeil.3 Eleti alan ve eşpotansiyel çizgilei

12 . Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla. ALAN HESAPLARI Eletodla aasındai alanlaın eşpotansiyel dağılıma uygun olduğunu göz önüne alaa eletostati alanlaın hesabını Laplace denlemini ullanaa yapma mümündü, anca bu yöntemle başlıca 3 adet falı eletod onfigüasyonuna sahip alanla yeteince hassasiyetle hesaplanabili... SONSZ ZNLKTA PARALEL PLAKALAR Müemmel simetiden dolayı eleti alan ( E ) onumdan bağımsız olup, he notada plaalaa diti (şeil.4). Şeil.4 İi paalel eletot aasındai eleti alan Ed x Ed olup, eleti alan E d olaa gösteili. Geçete plaalaın sonlu olmasından dolayı bitiş notalaında alan çizgileinde yoğunlaşma göülüse de, genelde yuaıdai fomül ile hesaplanan alan şiddetinin doğu olduğu abul edili. Eletotla aasında biden fazla (şeil.5) falı dieleti sabitine sahip yalıtanla olduğu halde yine aynı fomülü ullama mümündü. Bu duumda A yüzeyinden geçen aı yoğunluğu he bi yalıtanda aynı olup, meydana gelen eleti alanla aasında fa vadı. D A D A D A q 3 E E 3E3 Şeil.5 İi ileten plaa aasına yeleştiilmiş falı dieleti özellilee sahip yalıtanla

13 . Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla E d + + Ed E3d3 Yuaıda belitilen ifadele denlemine yeleştiilece olusa, biinci yalıtandai eleti alan, E d + d + d 3 3 Denlem sayılı yalıtana göe yazılaca olusa, E d + d + d Pati öne: Üetim aşamasında çeşitli nedenleden dolayı yalıtan malzemelein içinde hava boşluğu alma ihtimali vadı ve bu boşlula yalıtanın eletisel dayanımı onusunda önenmli ol oynala. Şeilde.6 da göüldüğü gibi, ii eletot aasına yeleştiilmiş ve içinde boşlu olan bi yalıtanı, falı dieleti atsayılaa sahip ve aa aaya bağlanmış 3 adet yalıtan şelinde düşünme mümündü. Bu duumda ota tabaadai içi hava dolu bölgenin dieleti sabitinin ve yalıtanın dieleti sabitinin olduğu diate alınaa E hesaplanaca olusa, E d + d + d 3 olaa bulunu. Yalıtan içeisindei boşluğun genişliği, alan yalıtana göe ihmal edilebilece düzeyde olduğu için ( d 0), denlemi E d şelinde yazma mümündü. Yalıtanın alan ısmına eti eden alan şiddeti ise, E E 3 d Şeil.6 İçeisinde hava boşluğu bulunan bi yalıtan Sonuç olaa boşluğa eti eden alan şiddeti, yalıtanın alan atı ısmına eti eden alan şiddetinin atına eşitti. Benze olay ii eletod aasına sııca yeleştiilmemiş ve aada bi ısım hava boşluğu bıaılmış olan düzenele için de geçelidi. 3

14 . Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla.. EŞMERKEZLİ SİLİNDİRLER Meezde bulunan bi q yüünün (şeil.7) meezden x mesafesi uzalıta A yüzeyinden geçidiği aı yoğunluğu D ile gösteilece olusa, bu duumda q E D da Dlπx q πlx Şeil.7 Eşmeezli silindile aasındai eleti alan Oluşan potansiyel faını hesaplayabilme için eleti alanın dış silindiden, iç silindie ada olan bölge boyunca integali alınısa, R Edx R q πlx dx q R ln πl q Yuıaıdai ifadede yeine Ex ifadesi onulaa buadan E hesaplanaca olusa, πl E x ln R olaa bulunu. En yüse eleti alan içeidei silindiinin üzeinde meydana gelmetedi. E ln R Eğe eletotla aasında falı dieleti atsayılaa sahip yalıtanla bulunuyosa bu duumda eleti alan, D da E πxl 4

15 . Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla E x ln + ln ln Pati öne: Kablo veya benzei tasaım aşamasında ye aygısıyla dış iletenin yaıçapının (R) değiştiilemediği duumlada, iç iletenin yaıçapı değiştiilee () izolasyona eti edece minimum eleti alanın (E) oluşumuna özen gösteili. Bu aşamada eleti alanının değişenine göe tüevi alınaa sonuç sıfıa eşitlenise, R de (ln( ) ) 0 0 d R ln( ) R opt e Biinci atmanın ince bi hava boşluğundan oluştuğu bi abloda ( ) ve ( ) E hava R ln+ ln( ) E hava ln( R ) Bu sonuçtan da göülebileceği gibi ablolaın içeisinde alan hava boşlulaında yalıtanın alan ısmına eti edenin atı ada bi alan şiddeti oluşmatadı...3 EŞMERKEZLİ KÜRELER Eş meezli ii üenin meezinde bulunan bi q yüünün (şeil.8) meezden x mesafesi uzalıta A yüzeyinden geçidiği aı yoğunluğu D ile gösteilece olusa, bu duumda q D da E 4πx Şeil.8 Eşmeezli üele aasındai eleti alan Oluşan potansiyel faını hesaplayabilme için eleti alanın dış üeden, iç üeye ada olan bölge boyunca integali alınısa, R Edx R q 4πx dx 5

16 . Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla q 4π R q Yuaıdai ifadede yeine Ex ifadesi yeleştiilee buadan E çözülüse, 4π E x R olaa bulunu. En yüse eleti alan içeidei yaıçaplı üenin üzeinde meydana gelmetedi. E R R Pati öne: Tasaım aşamasında ye aygısıyla dış iletenin yaıçapının (R) değiştiilemediği duumlada, iç iletenin yaıçapı () değiştiilee minimum eleti alanın (E) oluşumuna özen gösteili. Bu aşamada eleti alanının değişenine göe tüevi alınaa sonuç sıfıa eşitlenise, de R ( R) 0 d ( R) R opt E Düzlemsel plaala Eşmeezli silindile Eşmeezli üele x E x d E x : sabit x d linee potansiyel değişimi d + d +... E x R x ln E x : çift taaflı logaitmi ağıtta eleti alan düz bi çizgi E x ile gösteili ln R ln x ln R ln te taaflı logaitmi ağıtta potansiyel düz bi çizgi ile x gösteili ln + ln E x x R R E x : çift taaflı logaitmi ağıtta eleti alan düz bi çizgi ile gösteili x x R R çift taaflı logaitmi ağıtta potansiyel E x düz bi çizgi ile gösteili ( ) + ( )

17 . Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla.3 ELEKTROD SİSTEMLERİ İÇİN YAKLAŞIK HESAP YÖNTEMLERİ ygulamada aışı hesapla yeine, yalaşı hesap yöntemlei ullanaa çeşitli eletod sistemleinin masimum eleti alanını hesaplama mümündü. Anca bu hesaplamala aşamasında diat edilmesi geeen bazı notala bulunmatadı:. E max yaıçapı üçü olan eletodun üzeindedi.. E max genel olaa yalıtan maddenin en da olduğu bölgededi. 3. E max yaıçapı büyü olan eletodun şeline tamamen bağlı değildi..3.. KÜRE-DÜZLEM ELEKTROD SİSTEMİ. E max üe üzeindedi.. E max A notasında oluşu. 3. D düzlemi yeine yaıçapı a+ olan bi üe diate alınaa sistem eş meezli üesel eletod sistemi şelinde düşünülee E max hesaplanı. Anca oluşaca hatayı gideebilme amacıyla düzeltme atsayısı ullanılı. E max + a a, EŞİT YARIÇAPLI YANYANA DRAN ELEKTRODLAR. E max, A ve B notalaı aasındadı.. İi üe yeine A ve B notalaı aasından geçen bi düzlem ile bi üe sistemi diate alınaa hesap yapılabili. E max / * + a / a / Denlem sadeleştiilditen sona, E max * + a / a.3.3. SİLİNDİR-DÜZLEM ELEKTROD SİSTEMİ. E max alan şiddeti A notasında oluşu.. D düzlemi yeine yaıçapı +a olan bi silindi alınısa meydana gelece olan hata düzeltme fatöüyle gideilebili. 7

18 . Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla E max! ln + a $ # & " %.3.4. YANYANA DRAN SİLİNDİRİK ELEKTROD SİSTEMİ Paalel esenli ii silindii eletod silindi-düzlem eletod şieile çevilee masimum eleti alan hesaplanabili. E max! ln + a / $ # & " % 8

19 3. GazYalıtanla ve Boşalma Olaylaı 3. GAZ YALITKANLAR 3. VAKM (BOŞLK) Vaum yüse geilim teniğinde X ışını tüplei, esicile, vb. alanlada önemli ullanım alanına sahipti. Bi eletonun hehangi bi çapışmaya mauz almadan haeet edebileceği otalama uzalı λ gazın basıncı ile tes oantılıdı. mba lı bi basınçta bu mesafe 0.4mm olmasına aşın, basıncın yalaşı 0-6 mba seviyesine düşmesiyle bilite, eletonlaın sebestçe haeet edebilecelei mesafe de 400m ye ada uza ve bu duum sızıntı aımlaının veya bozulmanın oluşumunu önemli ölçüde engelle. Vaum un (boşlu) üstün özellilei Vaum un (boşlu) dezavantajlaı Ø endi endini onaı * yüse maliyet (hava geçimemeli!) Ø düşü dieleti sabiti () * atı yalıtana ihtiyaç duya (tasaım!) Ø dieleti ayıpla (tanδ) sıfıa eşit Ø yanmaz Ø delinme dayanımı yüse 3.. ELEKTRON EMİSYON Gaz yalıtanlada bozulmayı başlatan eletonun ileten eletottan opaılabilmesi için başlıca ii teoi öne süülmüştü: Alan yayımı: Eletonlaın temiz bi yüzeyden yayımı anca 000V/mm veya daha yüse alan seviyeleinde mümün olmala bilite, metal yüzeyin püüzsüz olmaması ve miosobi çııntıla içemesi bu seviyeyi daha aşağılaa çemetedi. Yüzeyin zımpaalaa cilalanması genel bi düzgünlü sağlamala bilite, ince tel şelinde yüzeyde sıışıp alan bazı patiülle, yüse eleti alana mauz aldılaında eletotla aasındai boşluğa doğu çeilile ve yüzey üzeinde bozucu eti yapala. Bu tip patiül ve çııntılaın (şeil 3.) valığı, uygulanan eleti alanın bu bölgelede β at atmasına neden olu. Şeil 3. Eletot yüzeyindei bi çııntı ve eleti alanın değişimi 9

20 3. GazYalıtanla ve Boşalma Olaylaı E0 βe β atsayısı büyü oanda çııntının şeline bağlı olup, yalaşı olaa h β w bağıntısı ile ifade edilebili. Isı yayımı: Eletodlaın ısıtılmasıyla bilite eleton yayılımı ço daha düşü alan seviyeleinde geçeleşmeye başla. Sivi çııntılaın bulunduğu bi eletod yüzeyinde, aan aım ile bilite bölgesel sıcalı atışı meydana geli ve bu olayın sonucunda ısı aynalı eleton yayımı atış göstei. 3.. ALAN YAYIMI SONC BOZLMA Vaumun (boşlu) bozulmasına (delinmesine) neden olabilece başlıca ii meanizma bulunmatadı: alan aynalı delinmele mio paçacı temelli delinmele Mion boyutlu (şeil 3.) çııntılada eleton demeti nedeniyle bu notalada aım atışı gözleni. Bu aıma dienç gösteen bölgelede aım nedeniyle ısı atışı meydana geli ve eleton yayılımı ata. Bu ani atış mio çııntılaın eimesine ve metal buhaının oluşmasına neden olu. Bu metal buhaı eletot yüzeyinde bulunan metal çııntıladai sıışmış gaz alıntılaı ile bileşee yeel bölgelede boşluğun delinme dayanımını önemli ölçüde azaltı. Bu duumda iyonizasyon için geeli olan şatla hazılanmış olu ve düşü basınçlı gazlada göülen delinme meanizması geçeli azanı. Sıcalı atışı yanlızca mio çııntılada geçeli olmayıp, aşı bölgede bulunan anotta da eletonlaın hızla çapmalaı nedeniyle aşıı ısınmaya neden olula ( metal ve gaz buhaı oluşu). Şeil 3. Mion boyutundai bi çııntı ve aşı bölgesinde aşıı ısıma 0

21 3. GazYalıtanla ve Boşalma Olaylaı Yüse β atsayısına sahip uzun çııntıla atod aynalı bozulmalaa neden oluen, üçü β atsayılı ısa çııntıla bozulmalaın genelde anottan başlamasına neden olula. Delinmenin geçeleşmesi için geeli olan zaman olduça ısa olup, t t + t şelinde ifade edilebili. Bu denlemde t mio çııntının ısınması ve buhalaşması için geeli zaman olup, ns-00ns aasında değişim göstei. Buhaın boşluğu geçmesi için geeli zaman ise t ile gösteili ve eletotla aası aalığın (mm-0mm) mesafesine göe 50ns-500ns aasında değişi. Sonuç olaa delinme süesi vaum yalıtanlada genelde µs yi aşmaz. Boşluğun delinmesine neden olabilen iinci bi eten ise eletodla aası boşluta bulunan yalaşı 0µm çapındai mio paçacıladı. Bu paçacılaın aynağı ço çeşitli olup, üetim aşamasında çevede bulunan toz patiüllei, eletodla içeisinde bulunan ve uvvetli bi eleti alan sonucu yüzeye çeilen sivi yabancı maddele, palatma aşamasında yüzeye yapışan aluminyum osit, vb. bu etenleden bazılaıdı. Güçlü bi eleti alanın uygulanmasıyla bilite bu paçacıla 500m/s li bi hızla eletodlaa çapaa yüzeyde ye ye aşıı sıca bölgelein oluşumuna neden olula. Eğe açığa çıan eneji yeteli olusa bu duumda paiül ve çaptığı eletod yüzeyi buhalaşaa gaz ve metal buhaının boşluğa yayılmasına ve dolayısıyla delinmeye sebep olula. Eletonlaın eletodla aasındai boşluğu geçmeden ota notada buhalaşması ya da eletodla aasında biden fazla çapışmala yapması gibi falı ve daha amaşı delinme teoilei olmala bilite, patite delinmenin belitilen ii meanizmanın bi ombinasyonu şelinde olduğu yaygın olaa gözlenmişti. Mio patiüllein neden olduğu bozulmalaın süesi (min. µs), eleton yayımlı bozulmalaa oanla olduça uzundu, bunun başlıca nedeni ise paçacılaın hızlaının eletonlaa göe olduça yavaş olmasından aynalanmatadı ELEKTRODLARIN BOZLMAYA ETKİSİ Vaum yalıtanlada eletodlaın yapıldığı malzemenin yalıtanın delinme dayanımı üzeinde önemli etisi vadı, bu nedenle paslanmaz çeli veya titanyum gibi set ve üzeleinde oside bi yalıtım tabaası olan metalle tecih edilile. Eletodla öncelile mion seviyesinde cilalandıtan sona ultasoni havuzlada yıanaa tozdan aındıılmış otamlada eldeğmeden ve tamamen çizileden aındıılmış olaa üetilile. Bunlaa e olaa yalıtan gaz (boşluğun) bulunduğu otam ademeli yüseltilen yüse geilim eleti alanına mauz bıaılı ve bu işlem sonucunda eletodlaın içeisinde almış olan yabancı patiülle buhalaştıılı. Bu gaz daha sona bi pompa ile otamdan uzalaştıılı. Genelde mm den üçü olan boşlulada delinme eleton yayımı ile geçeleşi. Delinme dayanma için geeli alan seviyesi AC aımda

22 3. GazYalıtanla ve Boşalma Olaylaı 0V ms /mm 30V ms /mm aasında değişim göstei. Büyü boşlulada bozulma ise genellile mio paçacıla nedeniyle geçeleşi. Bu tip bozulmalada esas hızlandııcı eten uygulanan geilimdi ve dayanma geilimi yalaşı olaa V b C d şelinde ifade edili. Buada C değei 30v ms /mm civaında olup, d mm olaa mesafeyi belitmetedi. Dabe geilimleinde zaman mio paçacılaın eletodla aası boşluğu atebilmesi için yetesiz olduğundan bu tip geilimlede bozulmala eleton yayımı ile geçeleşmetedi. Anca büyü aalılada bozulmala yine AC geilimlede gözlendiği şeilde oluşmatadı. mm eletodla aası açılığa sahip sistemlede dabe geilimi uygulaması sonucu gözlenen bozulmala, AC aımda olduğu gibi eleton esaslı olup, 30V ms /mm 40V ms /mm seviyesinde geçeleşmetedi. Anca mm den büyü açılılada dabe geilimleinde delinme için geeli eleti alan mio paçacılaın sınılı haeet zamanı nedeniyle 60V ms /mm seviyeleinde geçeleşi. 3. DÜŞÜK BASINÇ Gaz yalıtanla moleüllein ışı, aydoatif ışınım veya osmi ışınım gibi etenlele iyonize olmalaı nedeniyle daima sebest eletonlaa sahiptile. Eleti alanın olmadığı otamlada, eletonla pozitif iyonlala bileşile, anca eleti alanın uygulanmasıyla bilite eletonla alan yönünde haeete geçele. Düşü basınçlı gazlada (mba) eletonlaın sebestçe haeet edebilecelei mesafe biaç mm seviyesinde olup, (λ) ile gösteili. İyonizasyon, gazlaın delinmesi için geeli oşullaın hazılanmasında önemli ol oyna ve genelde sebest eletonlaın çapışması sonucu meydana gelmesine aşın, diğe bazı dış etenle de bu onuda hızlandııcı ol oynala. 3.. ÇARPMA SRETİYLE İYONİZASYON Gaz moleülünden bi eleton ayıştıılaa pozitif iyon oluştuulması olayına iyonizasyon adı veili. İyonizasyon olayında, sebest bi eleton nöt bi gaz moleülü ile çapışaa yeni bi eleton ve pozitif iyon oluştuabili. Alça basınç altındai eletoda V geilimi uygulanaa eletisel alan elde edildiği zaman, atoddan ayılan eletonla, anoda doğu olan haeetlei esnasında diğe gaz moleüllaei ile çapışaa ivmelenile. Kütlesi m ve etin hızı v ef olan bi paçacığın ineti enejisi W mv ef olduğundan, bu paçacı bi atom veya moleüle çaptığı zaman, atom veya moleülü iyonize edebili (şeil 3.3). Kazanılan bu eneji eleti alan ile doğu, uygulanan basınç ile ise tes oantılıdı.

23 3. GazYalıtanla ve Boşalma Olaylaı W eeλ E e p Şeil 3.3 Eleti alan altında iyonizasyon olayı Sebest eletonlaın gaz atomlaı ile çapışması sonucunda başlıca üç falı duum gözlenebili:. Eğe paçacığın ineti enejisi, söz onusu gazın iyonizasyon enejisine eşit veya ondan büyüse, çapma iyonizasyonla sonuçlanı, yani bi gaz atom veya moleülden, bi pozitif iyonla bi eleton meydana gelebili. ½ mv ef W i A : atom e - + A e - + A + + e - A + : pozitif atom e - : eleton. Çapışmanın elasti olması duumunda ineti enejisi W i den üçü olan eletonla enejileinin üçü bi mitaını aybedee ağı gaz moleülüne devedele ve iinci bi çapışmaya ada yeniden ivmelenile. yaılmış atoma çapan., 3. ve diğe paçacıla atomu ademeli olaa iyonize edebilile (ademeli iyonizasyon) 3. Çapışmanın set olması duumunda ise eleton enejisini aybedee atomu uyaılmış duuma soabili. A + e - A * + e - Buada A * uyaılaa bi üst eneji ademesine yüselmiş atomu temsil etmetedi. yaılan atom µs den daha ısa bi zaman dilimi içeisinde foton yayaa enejisini aybede. A * A + hv Buada h Planc sabiti, v ise ışınımın feansıdı. 3

24 3. GazYalıtanla ve Boşalma Olaylaı 3.. FOTO İYONİZASYON Foto iyonizasyon, atom yada moleül taafından absobe edilen adyasyonun, gazın iyonizasyon enejisini aşması halinde maydana geli. Bu olayın (adyasyon emilimi) geçeleşmesi için:. Atomun daha yüse bi eneji seviyesine uyaılması. Atomun uyaımı sonucu daimi emilim geemetedi. yaılmış bi atomdai eletonla bi düşü eneji halasına geçelese, atom adyasyon yaya. Benze şailde atom adyasyonla uyaıldığı zaman, eletonla bi üst eneji halasına geçe. Feansı f olan bi ışıma ile bi gazın iyonize olabilmesi için c h λ h: Plan sabiti (6, Js) W i h ve c değelei yeine onunca λ.7 6 *0 W i m c: Işı hızı (3.0 8 m/s) λ: Işınımın dalga boyu (m) W i : Atomun iyonizasyon enejisi (Joule) ev,6.0-9 Joule Deneysel olaa dalga boyu 50 ºA olan ışınımın, biço gaz için foto-iyonizasyona sebep olduğu belilenmişti. Bu dalga uzunluğu mo ötesi (ultaviole) ışınla bölgesinde bulunmatadı, dolayısıyla göülebili ışıta iyonizasyon mümün olmamatadı TERMİK İYONİZASYON Bi gaz yetei deece yüse sıcalılaa ısıtıldığı tatide, gaz veya moleülle yüse hız azanaa çapışma sonucu iyonizasyona sebebiyet veile. Ayıca ızgın duuma gelen gazlaın (ateş ve yüse basınç aı) ışıması dolayısıyla da foto iyonizasyon ile eletili paçacıla meydana gelebili. Temi iyonizasyonun oluşabilmesi için sıcalı seviyesinin 000 K ve yuaısında olması geei YÜZEYSEL İYONİZASYON Bi maden yüzeyinden eleton opaılmasına yüzeysel iyonizasyon deni. Bunun için maden yüzeyine çıış işi veya çıış enejisi adı veilen bi enejinin veilmesi geei. Bu eneji maden yüzeyine,. Madeni ısıtma suetiyle. Maden yüzeyini eletili paçacılala bombadıman etmele 4

25 3. GazYalıtanla ve Boşalma Olaylaı 3. Maden yüzeyini ısa dalga boylu ışınlala bombadıman etmele 4. Kuvvetli bi dış alanın etisiyle Genel olaa bi maddenin çıış enejisi, bu maden buhaına ait iyonizasyon enejisinden daha üçütü (W θ < W i ) 3..5 TOWNSEND BOŞALMA TEORİSİ Şeil 3.4 de göülen (baınız: çapma suetiyle iyonizasyon) atoddan n 0 adet eleton sebest alaa anoda doğu haeet edele. Eğe bi eleton nöt bi atom ile çapışısa, pozitif iyon ve e - oluşu; bu olaya iyonize çapışma adı veilmişti. Townsend teoisinde eleti alanı boyunca cm haeet eden bi eletonun meydana getidiği iyonize çapışmalaın (yeni eletonlaın) sayısı α ile gösteili. Çapışmala ve dolayısıyla α atsayısı gazın basıncına α ~ p ve haeet halindei eletonlaın enejisine W~eEλ bağlıdı. λ atsayısının basınç ile tes oantılı olduğu göz önüne alınısa W~ p E ve dolayısıyla iyonizasyonun geçeleşme olasılığı enejiye bağlı bi fonsiyon olaa α ~ E f p şelinde hesaplanı. Katod Anod Şeil 3.4 Eleton çığı oluşumu He ii etenin de hesaba atılmasıyla α paametesi α ~ E pf p 5

26 3. GazYalıtanla ve Boşalma Olaylaı olaa bulunu. α paametesi bi masimum değee sahip olup, bu değein altında iyonizasyonu başlataca olan moleüllein sayısı (şeil 3.5 a) yetesizdi. Bu değein üzeinde ise moleülle aası haeet alanı ısıtlı olduğu için eletonlaın hızlanaa iyonizasyonu başlataca eneji düzeyine ulaşmalaı güçleşmetedi. Şeil 3.5 a. Biinci iyonizasyon atsayısının basınca bağlı değişimi Şeil 3.5 b. İinci İyonizasyon atsayısının eelti alan ve basınca bağlı değişimi Townsend teoisindei te çığ işlemi öncü eletonlaın anoda vaması ve gaz moleülleinin daimi iyonizasyonu ile mümündü. Katodu teeden N 0 adet eleton, x mesafesi ada yol atedese, bu duumda dx aalığında oluşaca yeni eletonla (şeil 3.4): dn x N α dx x olup, bu denlemin sıfıdan, x mesafesine ada (atoddan, dx tabaasına ada) integali alınısa, ln N dn N x N x dx x α α x N 0 e x αx 6

27 3. GazYalıtanla ve Boşalma Olaylaı Sonuç olaa d aalığını geçee anoda ulaşan eletonlaın sayısı da, N a N 0 e αd olaa hesaplanabili. Eletonlaın sayısı üstel bi atış göstediği için, bu olaya eleton çığı adı veili. He bi iyonizasyon olayı geide pozitif bi iyon bıaı. Eletonlaın hızı 00mm/µs olmasına aşın, iyonla yalaşı mm/µs hızında haeet edele. Çığ oluşumu sızıntı aımlaına sebep olmala bilite, doğudan delinmeye sebep olmaz. Delinmenin geçeleşebilmesi için eleton sayısının atışına neden olabilece bi çeşit geibesleme meanizmasına da ihtiyaç vadı. Düşü basınçlı gazlada bu olay iinci iyonlaştıma atsayısı γ ile açılanmatadı. Bu teoiye göe çığ oluşumu aşamasında geide alan pozitif iyonla (şeil 3.4) eletisel alanın etisiyle hızlandıılaa atoda doğu haeete geçele. Pozitif bi iyonun atoda çapması sonucu, atoddan eleton opaabilme olasılığı γ olup, bu atsayı eleti alanın şiddetine, iyonun hızına ve atodun yapıldığı malzemeye göe değişmele bilite genelde yalaşı olaa 0.0 değeindedi. Bu şeilde oluşan eletonlaa iincil eleton adı veili ve oluşan bu eletonla da yeni çığ oluşumlaını başlatıla. Anoda vaan toplam eleton sayısı N α 0e d N 0 N e α d 0 ise, bu duumda çapışma sonucu adet yeni iyon oluşu. Bu iyonlaın atoda çapaa oluştuacağı yeni eletonlaın sayısı ise d γ N0( e α ) adet olaa hesaplanı. He bi iincil eletonun yeni bi çığ ve pozitif iyon oluşumu başlatacağı düşünülüse bu duumda toplam eleton sayısı αd αd 3 αd 3 N0 + N0 γ ( e ) + N0γ ( e ) + N0γ ( e ) +... olaa bulunu. α ve γ atsayılaının büyü değele alması duumunda ( γ ( e αd ) ), sonsuz sayıda eleton üetileceği için, gazın yalıtanlı özelliği azalaca ve sonuçta delinme geçeleşeceti. Anca bu duumun geçeleşebilmesi gazın belili bi basınçta eletodla aası belili bi açılığa sahip olması ile mümündü. α d ln( + ) γ İincil eletonlaın oluşmasına yadımcı olan bi diğe eten de, uyaılmış atom yada moleüllein yaydığı fotonladı. Katoda ulaşan fotonla aynen pozitif iyonla gibi eleton ayıştıabilile. Eletonla sonucu uyaılmış he bi atomun foton yayacağı düşünülüse, bu duumda biim uzunluta yayılan foton sayısı θ atsayısı ile belitili. Bu fotonla he yönde haeet etmeleine 7

28 3. GazYalıtanla ve Boşalma Olaylaı aşın, bunlaın yalnızca g ada bi oanı atoda vaabili. Bunlaa e olaa oluşan fotonlaın bi ısmı (µ) gaz taafından absobe edili ve sonuç olaa atoda vaan fotonlaın sayısı e µx ada azalı. Katoda vaan fotonlaın da sadece δ adalı bi ısmı eletod yüzeyinde bi eleton opamayı başaabili. Bu işlemle sonucunda dx alınlığında bi tabaada oluşabilece iincil eletonlaın sayısı: dn N e αx 0 θ g e µ x δ dx olaa bulunu. Bu denlemin atoddan anoda doğu integali alınısa, fotonla sonucu başlangıçta N 0 olan eleton sayısı, θgδ ( α µ ) d N N0 ( e ) α µ adede ulaşı. Buada θgδ α µ αd N N0Γ( e ) ifadesi Γ ile gösteilise, bu duumda denlem şelinde ve iincil eletonlaın oluşumunda etili olabilece diğe tüm meanizmalaı da apsayan genel hal alı. Γ atsayısı deneysel olaa hesaplanmala bilite, genellile gazın cinsine ve eletodun yapıldığı malzemeye göe (şeil 3.7) değişim göstei. Şeil 3.6 Townsend tipi boşalmalada aımın değişimi Şeil 3.7 Delinme geiliminin atodun yapıldığı malzemeye göe değişimi 8

29 3. GazYalıtanla ve Boşalma Olaylaı 3..5 PASCHEN YASASI E Belili bi gaz ve atod malzemesi için α pf ve Γ sabit olduğu duumlada eleti alan p ifadesi yeine pd f E denleminin onulmasıyla, d ( ) pd çapımının sabit bi değee eşit olduğu göüleceti. Bu duumda d delinme geiliminin basınca ve aynı zamanda eletodla aası uzalığa bağlı olaa değişim göstediği belilenmişti. Paschen yasası olaa bilinen bu ifade, d f ( pd ) şelinde yazılı. Bu ifade geilimin ve pd çapımının değişiminin logaitmi bi ağıda çizilmesiyle Paschen eğisi adını alı (şeil 3.8). Şeil 3.8 Falı gazla için Paschen eğisi Minimum notasının solunda alan ısımda eleton sayısının az olması nedeniyle çapışma suetiyle iyonizasyon olayının geçeleşmesi güçleşmetedi. Benze şeilde minimum notasının sağ taafında bulunan bölgede ço sayıda çapışma olmata bilite eletonla yeteince hız azanamadılaı için iyonizasyon olayı nadien geçeleşmetedi. Paschen eğisi genellile düşü basınçlada, masimum atm * 5mm li çapıma ada geçeli olmatadı. Daha büyü basınçlada veya mesafelede delinme meanizması değişmete ve dolayısıyla Paschen yasası da geçeliliğini yitimetedi. Bu yasa sadece gazlaın delinmesini belilemele sınılı almayıp, aynı zamanda atı malzemelein içeisinde bulunan boşlulaın delinme geilimleinin hesaplanmasında da yadımcı olmatadı. 9