TECNICAS DE ALTA TENSION
TECNICAS DE ALTA TENSION2015
DEDICATORIALa concepcin de este trabajo de investigacin est
dedicada a mis padres, pilares fundamentales en mi vida. Sin ellos,
jams hubiese podido conseguir lo que hasta ahora. Su tenacidad y
lucha insaciable han hecho de ellos el gran ejemplo a seguir y
destacar, no solo para m, sino para mis hermanos y familia en
general.
AGRADECIMENTO
Mi sincero agradecimiento est dirigido hacia mi hermano, quien
con su ayuda desinteresada, me brindo informacin relevante, prxima,
pero muy cercana al tema de investigacin realizado. A mi familia
por siempre brindarnos su apoyo, tanto sentimental, como econmico.
Pero, principalmente mi agradecimiento est dirigido hacia la
excelentsima persona de nuestro amigo y profesor Ing. Holger Meza,
quien fomenta la investigacin y ser mejores personas y
profesionales.
FRASES CELEBRESIEl primer paso de la ignorancia es presumir de
saber.Errar es humano, pero ms lo es culpar de ello a otros.Cada
uno muestra lo que es en los amigos que tiene.No te pongas en el
lado malo de un argumento simplemente porque tu oponente se ha
puesto en el lado correcto.BALTASAR GRACIN 1601-1658. Escritor
espaol
II
La belleza que atrae rara vez coincide con la belleza que
enamora.Siempre que ensees, ensea a la vez a dudar de lo que
ensees.El malvado descansa algunas veces; el necio jams.JOS ORTEGA
Y GASSET 1883-1955.
INDICE
1.TEORIA DE
TOWSEND61.1.INTRODUCCION61.2.DEFINICION61.3.DESCRIPCION61.4.PROCESO
DE RUPTURA EN LAS DESCARGAS ELCTRICAS EN GASES.71.4.1.MECANISMO DE
RUPTURA: TOWNSEND.71.4.2.MECANISMO DE DISRUPCION
TOWNSEND81.5.TEORIA DE TOWNSEND PARA DESCARGAS ELECTRICAS EN
GASES91.6.FORMACIN DE LAS DESCARGAS ELCTRICAS91.6.1.COEFICIENTE DE
LA PRIMERA IONIZACIN DE TOWNSEND91.6.2.SEGUNDO COEFICIENTE DE
IONIZACIN DE TOWNSEND .141.7.CRITERIO DE FORMACIN DE DESCARGA DE
TOWNSEND161.8.TEORA DE CANALES PARA LA DESCARGA ELCTRICA EN
GASES.161.8.1.CANAL DIRIGIDO AL CATODO171.8.2.CANAL DIRIGIDO AL
ANODO171.9.DESARROLLO DE LA DESCARGA191.10.CRITERIO DE
DISRUPCION201.11.APLICACIONES211.11.1.FOTOTUBOS
GAS211.11.2.DETECTORES DE RADIACION
IONIZANTE222.CONCLUCIONES233.BIBLIOGRAFIA234.REFERENCIAS WEB23
INTRODUCCIONCon el incremento de la demanda de energa elctrica,
el sistema de potencia ambos estn creciendo en tamao y
complejidad.
El mecanismo que rige la descarga en los gases es el
comportamiento de la corriente en funcin de la tensin entre los
electrodo.
Este mecanismo con lleva a una ruptura de la rigidez dielctrica
del medio circundante yes ampliamente conocido como Descarga de
Townsend.
En este trabajo, se detallan algunos de los principales procesos
fsicos, que tienen lugar durante las descargas elctricas en gases.
En concreto, se detallan los mecanismos de ruptura Townsend y
hallaremos los diferentes coeficientes obtenidos en este
proceso.
1. TEORIA DE TOWSEND
1.1. INTRODUCCIONLa teora de Ramsauer-Townsend, tambin
llamadoefecto Ramsaueroefecto Townsend, es un fenmeno fsico que
involucradispersinde electrones de baja energa por tomos de ungas
noble. Debido a que su explicacin requiere de la teora ondulatoria
de lamecnica cuntica, muestra la necesidad de teoras fsicas ms
sofisticadas que la fsica Newtoniana.
1.2. DEFINICIONCuando unelectrnse mueve a travs de un gas, su
interaccin con los tomos del gas genera una dispersin. Estas
interacciones estn clasificadas como inelsticas, cuando causan
excitacin oionizacindel tomo del gas, yelsticascuando no la
causan.Laprobabilidad de dispersinen tal sistema se define como el
nmero de electrones dispersados por unidad de corriente, por unidad
de longitud de camino, por unidad de presin a 0C, por unidad
dengulo slido. Elnmero de colisioneses igual al nmero total de
electrones dispersados, tanto elstica como inelsticamente, en todo
ngulo slido. Laprobabilidad de colisines el nmero total de
colisiones por unidad de corriente de electrones por unidad de
longitud de camino por unidad de presin a 0C.Debido a que los tomos
de un gas noble tienen unaenerga de ionizacinrelativamente alta y
los electrones no tienen suficiente energa para causar niveles
electrnicos excitados, la ionizacin y la excitacin del tomo son
poco probables y la probabilidad de dispersin elstica sobre todo el
ngulo slido es igual a la probabilidad de colisin.1.3.
DESCRIPCIONEste efecto fue nombrado as por el fsico alemnCarl
Ramsauer(1879-1955) y el fsico-matemtico irlandsJohn Sealy
Townsend(1868-1957), quienes, independientemente, estudiaron las
colisiones entre tomos y electrones de baja energa a inicios de la
dcada de 1920.Si se trata de predecir la probabilidad de colisin
con un modelo clsico que considera al electrn y al tomo como
esferas duras, se encuentra que la probabilidad de colisin
disminuyemontonamentecuando aumenta la energa del electrn. Sin
embargo, Ramsauer y Townsend encontraron que para electrones de
baja velocidad en colisin conargn,kriptnoxenn, la probabilidad de
colisin entre los electrones y los tomos del gas tiene un valor
mnimo para ciertaenerga cinticade los electrones, (por ejemplo,para
el xenn)No exista una explicacin convincente de este fenmeno antes
de la introduccin de lamecnica cuntica, la cual explica este efecto
como resultado de las propiedades ondulatorias del electrn. Un
modelo simple de la colisin que hace uso de la teora ondulatoria
puede predecir la existencia del mnimo de Ramsauer-Townsend visto
experimentalmente. Este modelo fue propuesto por, en el cual modela
al tomo con un pozo cuadradoLa prediccin teora de que la energa
cintica produce el mnimo de Ramsauer-Townsend es complicado, ya que
el problema involucra efectos relativistas, intercambio de
electrones y polarizacin de espn. Sin embargo, el problema ha sido
extensamente investigado, tanto experimental como tericamente1.4.
PROCESO DE RUPTURA EN LAS DESCARGAS ELCTRICAS EN GASES.1.4.1.
MECANISMO DE RUPTURA: TOWNSEND.Un campo elctrico externo (generado
por la diferencia de potencial entre los electrodos) acta sobre las
cargas del medio gaseoso. Townsend descubri la relacin entre la
corriente que atraviesa los dos electrodos y la tensin aplicada,
diferenciando tres regiones:
Una primera, en la que la corriente aumenta casi directamente a
la tensin aplicada (debido a la formacin natural de iones libres en
el aire). Cuando se alcanza el valor de saturacin Io, un tramo que
permanece casi constante y uno en el que tras superar la tensin un
valor V2, la corriente aumenta exponencialmente con ella.Townsend
explic est ltima etapa, mediante procesos de ionizacin de las
molculas del gas, por colisiones de electrones, que adquiran
suficiente energa para ionizar las partculas neutras del gas.1.4.2.
MECANISMO DE DISRUPCION TOWNSENDEfecto Townsend, es un fenmeno
fsico que involucra dispersin de electrones de baja energa por
tomos de un gas noble.Cuando un electrn se mueve a travs de un gas,
su interaccin con los tomos del gas genera una dispersin. Estas
interacciones estn clasificadas como inelsticas, cuando causan
excitacin o ionizacin del tomo del gas, y elsticas cuando no la
causan. Debido a que los tomos de un gas noble tienen una energa de
ionizacin relativamente alta y los electrones no tienen suficiente
energa para causar niveles electrnicos excitados, la ionizacin y la
excitacin del tomo son poco probables y la probabilidad de
dispersin elstica sobre todo el ngulo slido es igual a la
probabilidad de colisin.Los experimentos de Townsend consideran, la
medida de la corriente promedio de disrupcin en gaps forma un campo
uniforme al aplicar voltajes estticos. El arreglo utilizado en el
graf.11, en donde la luz ultravioleta al impactar contra el ctodo
libera los electrones inciales de la descarga este mecanismo es
matemtico.Arreglo para Anlisis de las Corriente Promedio de Pre
Distribucin
Para comprender mejor la teora de descarga elctrica atmosfrica
es necesario hacer una breve introduccin a las dos teoras de
descargas en gases actualmente reconocidas como teora de Townsend y
la teora de canales.1.5. TEORIA DE TOWNSEND PARA DESCARGAS
ELECTRICAS EN GASESLa investigacin que se realiz para su formular
su teora se bas en planteamiento de dos coeficientes que modelan
tanto el comportamiento de molculas de gas, como la influencia de
los electrodos en el proceso de descarga elctrica en gases.Los dos
coeficientes que modelan tanto el comportamiento de las molculas de
gas, como la influencia de los electrodos en el proceso de la
descarga elctrica en gases.1.6. FORMACIN DE LAS DESCARGAS
ELCTRICAS1.6.1. COEFICIENTE DE LA PRIMERA IONIZACIN DE TOWNSENDLas
descargas elctricas, tanto las disruptivas como las parciales,
tienen lugar debido a la ionizacin de los tomos del aislante o
dielctrico que separa dos superficies con diferente potencial.
Pueden verse con mayor detalle los estudios realizados por
Townsend.Townsend descubri que existe una relacin entre la
corriente que atraviesa el espacio entre dos conductores planos y
la diferencia de potencial aplicada en los mismos. Esta relacin se
muestra en la Figura 1, mostrada a continuacin.
Relacin entre la corriente y la tensin entre dos conductores
planos antes de la descargaTal y como muestra en la figura
anterior, Townsend descubri que el aumento de la corriente con la
tensin tiene tres tramos diferenciados, hasta que se produce la
descarga elctrica o ruptura del aislante. En el primer tramo
(0-V1), la corriente aumenta casi directamente proporcional a la
tensin aplicada. Este transporte de la corriente es debido a la
formacin natural de los iones libres en el aire. Cuando se alcanza
el valor de corriente de saturacin, representado en la figura por
i0, comienza el segundo tramo (V1-V2) en el cual la corriente
permanece casi constante. Si se aplican tensiones mayores a V2 de
forma mantenida, se alcanzan valores de corriente superiores a i0.
En este tercer tramo, a partir de V2, la corriente aumenta de forma
exponencial al aumentar la tensin aplicada.Townsend atribuy el
aumento de la corriente a partir de V2 (Figura 3) a la ionizacin
del gas (aislante que separa los conductores) por la colisin de los
electrones. Supuso que al aumentar la tensin y aumentar por lo
tanto el campo elctrico, los electrones adquiran ms velocidad y
alcanzaban suficiente energa en los choques para poder ionizar a
las partculas del gas por colisin.Para explicar este comportamiento
Townsend defini el valor , conocido comocoeficiente de la primera
ionizacin de Townsend. Este coeficiente representa el nmero de
electrones libres que es capaz de producir un electrn por unidad de
longitud de camino libre, en la direccin del campo elctrico
aplicado.La Ecuacin (9) representa su aplicacin y significado a la
hora de comprender el comportamiento de la multiplicacin electrnica
en las descargas elctricas.En dicha ecuacin n es el nmero de
electrones a una distancia x del ctodo en la direccin del campo
elctrico aplicado; dn representa el incremento de electrones en la
longitud dx, ver Figura:
Si integramos esta expresin en funcin de la distancia obtenemos
la Ecuacin
O en trminos de corriente:
Donde es el nmero de electrones que abandonan inicialmente el
ctodo y es conocido como avalancha y representa el nmero de
electrones libres producidos por un electrn en el viaje desde el
ctodo hasta el nodo. La Figura 2 muestra un esquema de este proceso
de avalancha.
Creacin de electrones libres en el proceso de avalanchaComo ya
vimos en la Ecuacin (3) cuando la temperatura es constante en un
determinado gas, la distribucin de energa ! slo depende de . El
primer coeficiente de ionizacin de Townsend (), depende tanto de la
densidad del gas aislante o presin p como de la energa que es capaz
de ganar el electrn en las colisiones con los tomos del gas. Por lo
tanto podemos expresar este coeficiente como muestran la Ecuacin
(12) y Ecuacin (13).
Donde E es la intensidad del campo elctrico aplicado. Por lo que
se puede entender el coeficiente de la primera ionizacin de
Townsend como la probabilidad de ionizacin por
colisin.Desarrollando la Ecuacin (1) para el rea real de ionizacin
por colisin y . La densidad del gas aislante obtenemos:
Donde siendo k la constante universal de Boltzman y T la
temperatura del gas. Esta dependencia existente entre no se cumple
exactamente para todo el rango de #%_ ya que existen fenmenos que
participan en la ionizacin que no se estn teniendo en cuenta en
esta correlacin. La Ecuacin (14) puede determinar el proceso de
ionizacin para ciertos rangos incluso tomando A y B como
constantes. Algunos valores de estas constantes calculados
experimentalmente para los gases ms comunes dentro de los rangos
especificados se muestran a continuacin en la Tabla.Constantes de
ionizacin A y B T=20C
El hecho de que los valores tericos de A y B difieran de los
experimentales es debido a las consideraciones estimadas, tales
como que todos los electrones que alcanzan el nivel de energa e V1
se ionizan, siendo la probabilidad real mxima de 0.5 cuando la
energa que alcanza el electrn es de 4 a 6 veces la de ionizacin (e
v1). Tambin se ha supuesto que los caminos libres principales son
independientes de la energa de los electrones, lo cual no escierto.
Un anlisis ms exhaustivo tendra que tener en cuenta la dependencia
de la seccin de ionizacin por colisin () con la energa de los
electrones.En la Figura 5 [Kuffel00], podemos ver la relacin entre
/p y E/p tomando los valores de A y B experimentales para el N2 y
el H2 a T=0C.Relacin entre /p y E/p para el H2 y N2 a T=0CDe esta
figura se puede concluir que la probabilidad de ionizacin aumenta
al aumentar el campo elctrico, aunque de manera diferente para cada
gas.
1.6.2. SEGUNDO COEFICIENTE DE IONIZACIN DE TOWNSEND .Cuando
Townsend represent el log I frente a la distancia de separacin de
los electrodos d, para una presin dada p y manteniendo el campo
elctrico E constante, se percat de que a partir de cierto valor de
d el crecimiento de la corriente era mayor al esperado por la
Ecuacin. La representacin se puede apreciar en la Figura.
Variacin de la corriente en funcin de la separacin entre los
electrodos, con campo y presin uniformesPara explicar el
alejamiento de la linealidad, Townsend postul que un segundo
mecanismo deba estar afectando a la corriente de la descarga
elctrica. La conclusin a la que lleg fue que nuevos electrones
estaban participando en el proceso de descarga aparte de los
producidos por la ionizacin del gas aislante. Consider que este
aporte extra de electrones eran liberados del ctodo por los mtodos
mostrados anteriormente.Otros procesos causantes del aumento de la
corriente en la Figura 6 es el debido a la fotoionizacin del gas,
la emisin secundaria de electrones del ctodo por el impacto de
fotones, e incluso el efecto de las metas estables. El mecanismo
secundario predominante depende de las condiciones del entorno,
tales como la presin, el campo elctrico aplicado, la forma y
composicin de los electrodos... Adems puede haber ms de un
mecanismo que participe en la ionizacin secundaria dentro del gas
que separa los electrodos. El coeficiente de la segunda ionizacin
descrito por Townsend () incluye a todos los mecanismos que estn
participando en la ionizacin secundaria.La corriente puede
expresarse mediante la Ecuacin.
Donde I es la corriente que atraviesa el aislante, I0 es la
corriente que inicialmente abandona el ctodo (sin tener en cuenta
el efecto de la ionizacin secundaria), es el coeficiente de la
primera ionizacin de Townsend, d es la distancia de separacin entre
electrodos y es el coeficiente de la segunda ionizacin de Townsend.
ste coeficiente est muy influenciado por la naturaleza de la
superficie del ctodo. Cuanto menor es la funcin de trabajo (energa
necesaria para liberar un electrn de la superficie del ctodo),
mayor ser la emisin de electrones producida, ante las mismas
condiciones. El valor de es pequeo para valores pequeos de y
aumenta al aumentar .Esto es debido a que cuanto mayor sea habr
mayor nmero de iones positivos y fotones con la energa suficiente
para liberar los electrones de la superficie del ctodo. En la Tabla
se ve la influencia de la superficie del ctodo en el valor de .
Influencia de la superficie del ctodo en el valor de .
Siendo Vm el tensin mnimo de ruptura del aire.1.7. CRITERIO DE
FORMACIN DE DESCARGA DE TOWNSENDAl aumentar la tensin entre dos
electrodos separados por aire, la corriente responde a la Ecuacin.
A partir de dicha ecuacin y mediante un desarrollo matemtico, se
obtiene que el criterio de descarga de Townsend sea:
Donde epresenta el coeficiente de la primera ionizacin de
Townsend efectivo y es el coeficiente de la segunda ionizacin. Si
el nmero de pares de iones producidos en el aire por el paso de la
avalancha electrnica es suficientemente grande como para que los
iones positivos resultantes puedan, por el bombardeo del ctodo,
liberar un electrn secundario de la superficie del mismo que cause
un nuevo proceso de avalancha. ste electrn secundario puede
provenir tambin de la fotoionizacin. Si esto sucede la descarga
puede auto sustentarse, es decir, puede mantenerse sin el aporte de
la fuente que la origin (produjo I0). Por lo que la Ecuacin
representa el umbral para la descarga. Si es mayor que uno, la
descarga crece muy rpidamente, es decir, el nmero de avalanchas
sucesivas producidas es cada vez mayor. Si por el contrario tenemos
que < 1 la descarga no se auto sustenta, es decir, que si
eliminas la fuente de energa que crea la descarga termina por
extinguirse.1.8. TEORA DE CANALES PARA LA DESCARGA ELCTRICA EN
GASES.La teora sobre el mecanismo de descargas elctricas formulado
por Townsend no tiene en cuenta el campo elctrico creado por los
portadores de carga en el transcurso de la avalancha. La teora de
canales surge para explicar algunos fenmenos de la ruptura
dielctrica, que bajo ciertas condiciones de presin, la teora de
Townsend no aclara satisfactoriamente. Segn Townsend la ruptura
debe producirse despus del tiempo de trnsito del electrn ti, o por
lo menos en ese tiempo. Sin embargo en ocasiones la ruptura tiene
lugar en un tiempo inferior a ti y sin presentarse efectos
secundarios o de emisin catdica. La teora de canales explica este
tipo de ruptura tanto si los canales estn dirigidos al ctodo como
si estn dirigidos al nodo. En los siguientes prrafos se detallan
ambas teoras.
1.8.1. CANAL DIRIGIDO AL CATODODesarrollado por Loeb y Meek para
un campo uniforme, se describe como el volumen de cargas positivas
que deja la avalancha electrnica en el entrehierro al ser las
cargas negativas absorbidas por el nodo. Esta distribucin de cargas
tiene forma cnica, tal y como se ve en la Figura.
Esta regin de cargas positivas no es suficiente para producir la
descarga, puesto que su densidad es muy baja. No obstante, en el
gas que se encuentra alrededor de la avalancha, se producen
procesos de fotoionizacin, generando electrones que s tienen alta
densidad. Las avalanchas auxiliares, producidas por estos
electrones, se generan alrededor de la avalancha principal,
intensificando la carga espacial en la direccin al ctodo (Figura
7(b)). Este proceso es, a su vez, ayudado por el refuerzo de campo
que produce la carga espacial. El proceso contina hasta producirse
un canal de ionizacin que se extiende desde el nodo hasta el ctodo
(Figura 7(c)).1.8.2. CANAL DIRIGIDO AL ANODORaether observ que
cuando la concentracin de portadores de carga en una avalancha (PZ)
es del orden de 106-108 el efecto avalancha se suaviza, mientras
que si es mayor a 108 la corriente de la avalancha sufre un aumento
en escaln, con lo que se produce la ruptura del aislante.Tanto el
crecimiento por debajo de la exponencial (crecimiento de la
avalancha esperado por Townsend, "HI), como el aumento en escaln se
atribuyen al cambio del campo elctrico externo #G por la distorsin
que crea el campo elctrico interno formado por los portadores de
carga sobre ste.Durante la avalancha los portadores de carga se
desplazan a diferentes velocidades. En este desplazamiento los
iones positivos se mueven hacia el ctodo y los electrones hacia el
nodo. Este hecho provoca una concentracin de carga en el espacio
interelectrdico. La separacin de las cargas crea un campo elctrico
interno que es capaz de distorsionar el campo elctrico externo,
aumentndolo en los extremos de las dos nubes de portadores y
debilitndolo en medio de ellas. Dicha distorsin se representa en la
Figura.
En la figura anterior se puede apreciar que el campo externo #G
se distorsiona a lo largo del entrehierro. En la cabeza de la
avalancha se encuentran los portadores de carga negativa, que por
un lado se encuentran atrados por el nodo (representado en la
segunda cima por encima de #G en la Figura 8.b)) y por otro lado
por los portadores de carga positiva (espacio ms prximo entre las
esferas de carga, se corresponde con la parte por debajo de #G en
la Figura 8.b)). En la cola de la avalancha se encuentran los
portadores de carga positiva, que tambin se ven atrados hacia los
portadores negativos y hacia el ctodo (ver Figura 8.b)). La
distorsin que disminuye el campo externo #G, es la que hace que se
frene el proceso de descarga elctrica (crecimiento por debajo de la
exponencial), mientras que la distorsin creada por la atraccin de
los electrodos puede aumentar tanto el campo que produzca la
descarga instantnea o descarga por canal.La hiptesis del mecanismo
de canales de este tipo se fundamenta en la existencia de una
primera ionizacin por impacto, de acuerdo con el segundo
coeficiente de Townsend, y la fuerte ionizacin en la cabeza de la
carga espacial, debida al efecto fotoelctrico. Tal y como se
muestra en la Figura.8.a), la carga de los portadores se separa en
dos esferas. Debido a que la velocidad de los portadores de carga
negativa (electrones) es mayor que la delos de carga positiva, la
carga espacial negativa siempre ir ms adelantada. El tamao y la
forma de las cargas espaciales dependen de variables como la
temperatura, la movilidad y la difusin, la densidad del gas.Este
mecanismo de descarga tiene gran relevancia en las descargas
parciales, principalmente en las producidas con campos no
uniformes.
1.9. DESARROLLO DE LA DESCARGAAl considerar el arreglo de la
graf.10, se aplica un voltaje constante V al gap, a travs de la
resistencia R. Si RC la cada de voltaje VL (t) a travs de R,
ampliada suficientemente y observada en un osciloscopio, indica la
corriente de los portadores de la avalancha.Circuito experimental
para Detectar Avalanchas nicas
El pulso de corriente producido por la avalancha, se comienza
con un electrn nico desde el ctodo, que est compuesto por
dispositivos electrnicos, esto seguido por componentes de
electrones positivos, que viajan lentamente hacia el ctodo.Las
ecuaciones consideran que una carga que se mueve dentro de un gap
de campo elctrico uniforme de longitud d y con una velocidad v,
produce una corriente en el circuito, dando la siguiente ecuacin: i
= q.v/d.1.10. CRITERIO DE DISRUPCIONEn este caso no ha sido
determinado matemticamente, sino que experimentalmente se ha
determinado que existe un nmero pequeo de electrones, que provocan
este segundo mecanismo, el orden de la cantidad de electrones
necesarios fue determinado por el profesor Reather, se puede ver en
la graf.15, para el caso del aire que ha servido como base del
siguiente anlisis.Canal En direccin del Ctodo (Meek y Craggs).
Teora de canales para la descarga elctricas en gases, esta teora
surge de la necesidad de explicar algunos fenmenos de la ruptura
dielctrica, que bajo ciertas condiciones de presin, la teora de
Townsend no aclara satisfactoriamente. La ruptura debe producirse
despus del tiempo de transito del electrn ti, o por lo menos en ese
tiempo. Los resultados experimentados demostraron que en algunas
ocasiones la ruptura ocurra a un tiempo menor a ti sin presentarse
a efectos secundarios o de emisin catdica. Es as como Reather, Meek
y Loeb describan el proceso de ruptura elctrica en gases mediante
la teora de canales, dirigidos al ctodo o al nodo. Canal dirigido
al ctodo, fue desarrollado por Meek y Loeb, para campo uniforme y
se puede describirse de la siguiente forma, cuando la avalancha
elctrica cruza la regin interelectrodica los portadores de carga
negativa son absorbidos por el nodo, dejando un volumen de
descargas positivos de forma cnica. Esta regin de cargas positivas
no es suficiente para producir la descarga, puesto que su densidad
es muy bajo, no obstante, en el gas se encuentran alrededor de la
avalancha, se producen procesos de fotoionizacin, generando
electrones que se tiene alta densidad.1.11. APLICACIONES1.11.1.
FOTOTUBOS GASMultiplicacin de avalancha durante la descarga
Townsend se utiliza de forma natural en clulas fotoelctricas de
gas, para amplificar la carga fotoelctrica generada por la radiacin
incidente sobre el ctodo: actual alcanzable es normalmente 10 ~ 20
veces mayor respecto a la generada por clulas fotoelctricas de
vaco.La puesta en marcha de la descarga Townsend establece el lmite
superior a la tensin de bloqueo de un gas de descarga luminiscente
tubo lleno puede soportar: este lmite es la tensin de ruptura de
descarga Townsend tambin llamado tensin de encendido del tubo.La
presencia de descargas de Townsend y resplandor de descarga de
tensiones de ruptura formas la caracterstica de cualquier diodo de
gas o una lmpara de nen de una manera tal que tiene una regin de
resistencia diferencial negativa del tipo S-. Este hecho se suele
utilizar para generar oscilaciones elctricas y formas de onda, como
en el oscilador de relajacin cuyo esquema se muestra en la imagen a
la derecha. La oscilacin en forma de dientes de sierra generada
tiene una frecuenciaDonde Vs es la tensin de ruptura de descarga
luminiscente, Vr es la tensin de ruptura de descarga Townsend, C R
son, respectivamente, la capacitancia, la resistencia y la tensin
de alimentacin del circuito.Puesto que la temperatura y el tiempo
de estabilidad de las caractersticas de los diodos de gas y lmparas
de nen es baja, y tambin la dispersin estadstica de los voltajes de
ruptura es alta, la frmula anterior slo puede dar una indicacin
cualitativa de lo que la frecuencia real de oscilacin.
1.11.2. DETECTORES DE RADIACION IONIZANTETownsend avalancha
descargas son fundamentales para el funcionamiento de los
detectores de ionizacin gaseosa tales como el tubo Geiger-Mller y
el contador proporcional, ya sea en la deteccin de la radiacin
ionizante o la medicin de su energa. La radiacin incidente se
ionizar tomos o molculas en el medio gaseoso para producir pares de
iones, pero el uso diferente est hecha por cada tipo de detector de
los efectos resultantes de avalancha.En el caso de un tubo GM la
alta intensidad de campo elctrico es suficiente para causar la
ionizacin completa del gas de llenado que rodea el nodo de la
creacin inicial de un solo par de iones. La salida del tubo GM
lleva la informacin que se ha producido el evento, pero no hay
informacin acerca de la energa de la radiacin incidente ..En el
caso de los contadores proporcionales, la creacin de mltiples pares
de iones se produce en el "deriva de iones" regin cerca del ctodo.
El campo elctrico y geometras de cmara se seleccionan de manera que
una "regin de avalancha" se crea en la inmediata proximidad del
nodo. Un ion negativo a la deriva hacia el nodo entra en esta regin
y crea una avalancha localizada que es independiente de las de
otros pares de iones, pero que todava puede proporcionar un efecto
de multiplicacin. De esta manera la informacin espectroscpica de la
energa de la radiacin incidente est disponible por la magnitud del
impulso de salida de cada suceso iniciador.El diagrama adjunto
muestra la variacin de la corriente de ionizacin para un sistema de
cilindro coaxial. En la regin de la cmara de iones, no hay
avalanchas y el voltaje aplicado slo sirve para mover los iones
hacia los electrodos para evitar una nueva combinacin. En la regin
proporcional, avalanchas ocurren localizada en el espacio de gas
alrededor de inmediato el nodo. El aumento de la tensin aumenta el
nmero de avalanchas y de ese modo actual, hasta que se alcanza la
regin Geiger donde el volumen total del gas de llenado alrededor de
los nodos ionizado, y toda la informacin se pierde energa. Ms all
de la regin Geiger el gas est en continua descarga debido a la alta
intensidad de campo elctrico.
2. CONCLUCIONES Los electrones reaccionan mucho ms rpido y por
tanto siempre estn en equilibrio termodinmico. Se mostr la
problemtica que suponen las descargas elctricas en lo sistemas de
alta tensin y como se realiza el fenmeno de TOUSEND. Explicamos los
fenmenos fsicos que rigen o de los cuales dependen para su diseo
los diferentes equipos de proteccin. Si se va a trabajar bajo
presiones altas ser ms deseable que la polaridad entre los
conductores sea positiva, mientras que si se sabe que se trabajar
con presiones bajas lo mejor es emplear una polaridad negativa.
3. BIBLIOGRAFIA
NAIDU M S. Energia en alto voltaje SWAB, ADOLF. High Voltage
Measurement Techniques.
4. REFERENCIAS WEB
http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Ramsauer%E2%80%93Townsend
http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/4c28faf594cad.pdf
http://www.lajpe.org/sep09/27_LAJPE_308_Adrian_Corona.pdf
http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/70196/fichero/AnexoI%252FanexI.pdf
http://repositorio.utc.edu.ec/bitstream/27000/861/1/T-UTC-0617.pdf
http://docsetools.com/articulos-noticias-consejos/article_131710.html