Numerical model of electrostatic barrier effect in a point-plane air gap in presence of positive space charge

• Autorzy: Boubakeur A. , Mokhnache L. , Boukhtache S.

Warianty tytułu

PL

Model numeryczny bariery elektrostatycznej w układzie elektrod ostrze - płyta w obecności dodatniego ładunku przestrzennego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A model allowing determination of the electric field and potential in the presence of a space charge (positive ions) determined on the basis of the knowledge of efficient ionisation factor alpha(-) has been developed. The distribution of the space charge is done in spherical concentric volumes. The calculation is developed in a hyperboloidal point-barrier-plane arrangement under a positive voltage. The polarisation field is taken into account. To calculate the electric field the finite element method has been applied. Results show that electric stress in the air gap decreases due to the space charge left in the point-barrier gap, but it increases suddenly at the handle of the avalanches and on the barrier surface facing the point. This latter effect related to the presence of the dielectric barrier is due to the polarisation charge. The space charge variation is not smooth. It presents a sudden increase when alpha(-) changes.

PL

Przedstawiono model umożliwiający obliczenia rozkładu potencjału i pola elektrycznego w obecności dodatniego ładunku przestrzennego, wyznaczonego w oparciu o znajomość efektywnego współczynnika jonizacji alfa(-). Ładunek przestrzenny występuje w wyodrębnionej przestrzeni kulistej. Analiza dokonywana jest w układzie elektrod ostrze hiperboloidalne - bariera - płyta z dodatnią biegunowością ostrza. W analizie uwzględniono pole polaryzacyjne bariery. W obliczeniach polowych wykorzystano metodę elementów skończonych. Uzyskano potwierdzenie, że ładunek przestrzenny powoduje zmniejszenie natężenia pola, które wzrasta gwałtownie w przypadku procesów lawinowych, gdy powierzchnia ładunku przestrzennego dociera do ostrza. Taki efekt bariery dielektrycznej związany jest z polaryzacją ładunku. Wartość ładunku przestrzennego zmienia się gwałtownie ze zmianą współczynnika alfa(-).

Słowa kluczowe

EN

air gaps; numerical model; electric fields; space charge; polarisation

PL

model numeryczny; pole elektryczne; polaryzacja; ładunki przestrzenne

• Wydawca: Polish Academy of Sciences, Committee on Electrical Engineering
• Czasopismo: Archives of Electrical Engineering
• Rocznik: 1999
• Tom: Vol. 48, nr 3
• Strony: 323--340
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Boubakeur A.

• Ecole Nationale Polytechnique, El-Harrach, Algiers, Algeria

autor

Mokhnache L.

• Institute of Electrical Eng., University of Batna, Batna, Algeria

autor

Boukhtache S.

• Institute of Electrical Eng., University of Batna, Batna, Algeria

Bibliografia

• 1. Norinder H., Salka O.: Screen in long air gaps. Arkiv fôr fysik, Nr 17, 1952, pp. 153-156.
• 2. Boubakeur A.: Influence des barrières sur la tension de décharge disruptive des moyens intervalles d’air pointe-plan. Ph.D. thesis, Technical University of Warsaw, Poland, 1979.
• 3. Jakubowski J. L., Boubakeur A.: Rigidité diélectrique des moyens intervalles d’air dans les systèmes isolant pointe-plan avec barrière. Archiwum Elektrotechniki, Vol. XXVIII, No 9-10,1980, pp. 141-146.
• 4. Kuffel E., Zaengle W.: High voltage engineering. Pergamon Press, 1984.
• 5. Mohsini H., Azirani A. A.: The field of rod-plane electrodes and partial discharge inception voltage in air. Session 2148, 9th ISH, Graz 1995, pp. 1-4.
• 6. Mokhnache L., Boubakeur A., Boukhtache S.: Modèle numérique du calcul du champ electrique dans un système pointe-barrière-plan en présence de la charge d’espace avec la méthode des éléments finis. 2eme Conférence Nationale de la Haute tension CNHT'97, novembre 1997, Tizi Ouzou — Algeria.
• 7. Mokhnache L., Boubakeur A., Boukhtache S.: Calcul Numérique du champ et du potentiel dans un intervalle d’air pointe-barrière-plan en présence de la charge d'espace. 1st International Annual Conference IEEA, Batna — Algeria, Dec. 1997.
• 8. Durant E.: Electrostatique. tome II, Masson et Cie Editors, 1966.
• 9. Boubakeur A., Mokhnache L., Boukhtache S.: Theoretical investigation on barrier effect in point-plane air gap using finite elements method in presence of space charge. International Conference POWERCON'98, Beijing, China, pp. 116-121.
• 10. Mokhnache L.: Contribution à l’étude de l'influence des barrières dans les intervalles d’air pointe-plan par le calcul numérique du champ à l’aide de la méthode des éléments finis avec et sans charge d’espace. M. Sc. thesis, University of Batna, Algeria 1997.
• 11. Nasser E.: Fundamentals of gaseous ionization and plasma electronics. Wiley-Interscience, 1990.
• 12. Mokhnache L., Boubakeur A., Boukhtache S.: Application of finite elements method to electric field calculation in point-barrier-plane arrangement in presence of space charge. 4th International Workshop on Electric and Magnetic Fields, Marseille — France, 1998, pp. 111-116.
• 13. Silvester P. P., Ferrari R. L: Finite elements for electrical engineers. Cambridge University Press, 1991.
• 14. Boridy L.: Electromagnétisme, théorie, application. Presse de l'université du Québec, 1990.
• 15. Fournier R.: Les isolants en eleclrotechnique. Eyrolles Editions, 1986.
• 16. Hayt W. H. JR: Engineering electromagnetics. Purdue University, Mc Graw-Hill Book Company, 1974.