GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT CAO ÁP VÀ VẬT LIỆU ĐIỆN Bộ môn Hệ thống điện – Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Bài Giảng Vật Liệu Điện Cao áp - 2017 Phần Vật Liệu Điện Phan Đình Chung – Bơ môn Hệ thống điện – Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Bài Giảng Vật Liệu Điện Cao áp - 2017 CHƯƠNG I : CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI VẬT LIỆU I.1 CẤU TẠO CỦA VẬT LIỆU I.1.1 Cấu tạo nguyên tử: Tất vật chất (rắn, lỏng, khí) cấu tạo từ nguyên tử Mỗi nguyên tử cấu tạo từ loại hạt gồm có proton, notron electron Trong nguyên tử, ta có đặc điểm sau Về số lượng: Số hạt proton số hạt electron (=Z), với Z số hiệu nguyên tử Số lượng hạt notron không nguyên tử khác nguyên tố (đồng vị) Tổng số hạt proton notron guyên tử gọi số khối (A) Chú ý, Z A tra từ bảng tuần hồn hóa học Mendelev Về khối lượng: Khối lượng hạt proton khối lượng hạt notron (mp = mn = 1,67.10-27 (kg) ) Khối lượng hạt electron bé so với hạt protron (mp= mn  me = 9,1.10-31 (kg)) Như vậy, số hạt electron số hạt proton khối lượng hạt electron không đáng kể (mp  me), nên khối lượng nguyên tử khối lượng hạt nhân (A.mp) Về điện tích: Proton mang điện tích dương +q (với q = 1,601.10-19C) Notron trung hòa điện (điện tích 0) Điện tử (electron) mang điện tích âm (-q=- 1,601.10-19C) Về bản, nguyên tử chia làm phần gồm hạt nhân lớp vỏ điện tử Hạt nhân cấu tạo từ hạt proton notron Như vậy, hạt nhân mang điện tích dương tổng điện tích Z.q Lớp vỏ cấu tạo gồm điện tử (electron) mang điện tích âm Do tổng số điện tử số proton, nên lớp vỏ điện tử mang điện tích âm (-Zq) Ở trạng thái bình thường, ngun tử trung hịa điện (vì Zq-Zq=0) có khối lượng khối lượng hạt nhân (A.mp) Ở trạng thái bình thường, điện tử lớp vỏ chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo định, tuỳ theo mức lượng điện tử mà xếp thành lớp * Năng lượng điện tử: Điện tử chuyển động quỹ đạo bán kính r mang lượng W=− q2 2r đó: q - Điện tích điện tử, Phan Đình Chung – Bơ mơn Hệ thống điện – Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Bài Giảng Vật Liệu Điện Cao áp - 2017 r - Bán kính nguyên tử Như vậy, điện tử lớp vỏ điện tử có lượng (|W|) định Mức lượng điện tử tỉ lệ nghịch với bán kính quỹ đạo chuyển động điện tử Điện tử gần hạt nhân có lượng (|W|) lớn, điện tử xa hạt nhân có lượng bé Chính vậy, điện tử xa hạt nhân (ở lớp cùng) dễ bị tách khỏi nguyên tử Khi cung cấp cho điện tử lượng W , điện tử xẽ chuyển sang quỹ đạo xa hạt nhân Đế di chuyển điện tử từ quỹ đạo bán kính r xa vơ (r vơ cùng) cần phải cung cấp cho lượng W  q2 Khi đó, điện tử xem điện tử lực hút 2r hạt nhân điện tử Như ta có khái niệm - Hiện tượng ion hóa: tượng mà tách điện tử khỏi lớp vỏ nguyên tử để trở thành điện tử tự Khi đó, nguyên tử trở thành ion dương lượng tối thiểu để thực ion hóa gọi lượng ion hóa (Wi) Ngun tử trung hịa điện Nhận e ion âm Mất e ion dương Trong nguyên tử, lượng ion hoá lớp điện tử khác khác nhau, điện tử lớp ngồi có mức lượng ion hố thấp (vì chúng cách xa hạt nhân nên mang lượng |W| bé nhất) - Hiện tượng kích thích: tượng điện tử dịch chuyển quỹ đạo xa hạt nhân không trở thành điện tử tự nhận lượng từ bên Trạng thái nguyên tử lúc gọi trạng thái kích thích Trạng thái kích thích nguyên tử trạng thái không bền, sau thời gian ngắn điện tử quay quỹ đạo ban đầu trả lại lượng dạng photon ánh sang I.1.2 Cấu tạo phân tử: Phân tử phần nhỏ chất trạng thái tự mà mang đầy đủ tính chất chất Trong phân tử, nguyên tử kiên kết với liên kết hóa học I.1.2.a Liên kết đồng hố trị: Phan Đình Chung – Bơ mơn Hệ thống điện – Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Bài Giảng Vật Liệu Điện Cao áp - 2017  Liên kết cộng hóa trị đặc trưng dùng chung điện tử nguyên tử phân tử Khi đó, mật độ đám mây điện tử hạt nhân trở thành bão hoà liên kết phân tử bền vững Ví dụ: Phân tử Clo Mỗi ngun tử Clo có electron lớp ngồi cùng, nguyên tử Clo lại gần nhau, nguyên tử góp electron để thành cặp điện tử dùng chung Hình 1-1: Liên kết đồng hố trị phân tử Clo Mối liên kết cộng hóa trị xảy nguyên tử nguyên tố phi kim, ví dụ Ar, He, O2, H2, H2O, CO2, NH3 … Tùy theo cấu trúc phân tử đối xứng hay khơng đối xứng mà phân tử hình thành bỡi liên kết cộng hóa trị chia làm loại: + Phân tử trung tính: phân tử có trọng tâm điện tích dương âm trùng + Phân tử cực tích (hay lưỡng cực): phân tử có trọng tâm điện tích dương điện tích âm khơng trùng nhau, cách khoảng cách “l” Phân tử cực tính đặc trưng Momen lưỡng cực:   Pe = q.l Trong đó: q: điện tích  l : có chiều từ -q đến +q, độ lớn chiều dài l I.1.2.b Liên kết ion: Liên kết ion mối liên kết tạo nên lực hút ion dương ion âm Liên kết xảy nguyên tử nguyên tố hóa học có tính chất khác - Đặc trưng cho dạng liên kết kim loại liên kết kim loại với phi kim để tạo thành muối Cụ thể halogen kim loại kiềm gọi muối halogen kim loại kiềm - Những chất rắn có cấu tạo liên kết ion thường bền vững nhiệt tạo dạng tinh thể khác Ví dụ: Liên kết Natri Clo muối NaCl liên kết ion (vì Na có electron lớp ngồi nên dễ nhường electrong thành Na+, Clo có 7e lớp nên dễ nhận 1e tạo thành Cl- Hai ion trái dấu hút lẫn tạo thành phân tử NaCl), muối NaCl có tính chất hút ẩm, tnc = 800o C, tsơi Udư (đm) Iđm I Đặc tí nh Volt-Ampe CS V Để xét điều kiện làm việc an toàn CSV sét đánh vào đường dây Ta xét trường hợp sau đây: Phan Đình Chung – Bơ mơn Hệ thống điện – Đại học Bách Khoa Đà Nẵng 107 Bài Giảng Vật Liệu Điện Cao áp - 2017 (1) (2) ut MBA (1-2) km CS V Xét trường hợp sét đánh lên đường dây cách xa trạm từ (1-2) km Đối với trường hợp này, ta xét giống tượng truyền sóng đường dây tải điện vào trạm Tương ứng với trường hợp ta có sơ đồ thay theo qui tắc Petersen sau: 2u t Zdd R cs v Udư Sơ đồ thay sóng truyền theo đường dây vào trạm Từ sơ đồ thay ta xác định thơng số Sóng tới truyền vào trạm điện áp thử nghiệm xung u50% đường dây Rcsv = Rđm dòng điện chạy qua Iđm Đối với đường dây 110 kV ta có: chuỗi sứ có U50%= 650 kV CSV 110kV có: Udư = 367 kV, Iđm = 10 kA Rcsv = 36,7 Z dd = 400 ta tính I csv = 2U t 2.650 = = 3kA  10kA Z dd + Rcsv 400 + 36,7 Như chống sét van không bị hư hỏng Đối với đường dây cột gỗ, ở đoạn tới trạm phải đặt dây chống sét nối đất cột điện Mức cách điện xung đoạn có treo dây chống sét giảm nhiều cột gỗ đã nối tắt dây nối đất dây chống sét Ví dụ đường dây 110KV treo dây chống sét, mức điện áp xung cách điện pha (gồm chuỗi sứ 2m xà gỗ) 900KV, phần khơng treo dây chống sét, cách điện pha cịn có phần thân gỗ cột điện nên mức cách điện xung khoảng 1800KV Phan Đình Chung – Bơ mơn Hệ thống điện – Đại học Bách Khoa Đà Nẵng 108 Bài Giảng Vật Liệu Điện Cao áp - 2017 Do đó, đoạn tới trạm nơi cách điện yếu đường dây Để hạn chế biên độ sóng truyền vào trạm bảo vệ cho cách điện đường dây phải đặt CSO1 đầu đoạn tới trạm (đặt cột điện có treo dây chống sét) 12km CS O1 CS O2 CS V R R Bộ CSO2 đặt cuối đường dây có nhiệm vụ bảo vệ máy cắt điện đường dây MC1 máy cắt vị trí cắt điện 1.Đới với đường dây cợt thép bê tơng cớt thép có treo dây chớng sét toàn tuyến Đường dây 110kV Người ta bảo vệ cách: - giảm góc bảo vệ â đoạn tới trạm (nhỏ 20o) - giảm Rc đến mức cần thiết 6.5 Bảo vệ chống sét cho máy điện 6.5.1 Bảo vệ chống sét cho máy điện nối trực tiếp đường dây không Đối với loại MF bảo vệ chống sét thực tương tự TBA, nghĩa góp điện áp máy phát có đặt CSV có bảo vệ đoạn tới trạm Tuy nhiên có đặc điểm riêng: - Dùng CSV có khe hở, dập hồ quang theo kiểu thổi từ có Udư thấp (loại PBT, điện trở phi tuyến làm tecvit có khả cho qua dịng điện lớn) Phan Đình Chung – Bơ mơn Hệ thống điện – Đại học Bách Khoa Đà Nẵng 109 Bài Giảng Vật Liệu Điện Cao áp - 2017 - Đặt thêm tụ điện góp cấp điện áp máy phát song song với CSV có trị số điện dung C khoảng 0,25 - 0,5.10-6F/pha để giảm độ dốc sóng tới, tăng an tồn cho cách điện dọc Các sơ đồ bảo vệ : Cột thu s é t CS O1 R CS O2 CS V Dùng cột thu sét đặt bên đường dây để bảo vệ chống sét đánh thẳng trực tiếp vào dây dẫn gần máy điện Trường hợp dùng dây thu sét khơng đặt dây thu sét trực tiếp cột điện nhằm tránh tượng phóng điện ngược vào dây dẫn CSO1 đặt đầu đoạn đường dây có điện trở nối đất nhỏ tốt (R1), không 5-10% Khơng chọn theo chế độ bù thiếu có khả xảy cộng hưởng vận hành có vài đường dây bị cắt làm cho điện dung đường dây giảm Phan Đình Chung – Bơ mơn Hệ thống điện – Đại học Bách Khoa Đà Nẵng 115