(TIỂU LUẬN) xác định đặc tính điện áp phóng điện cho vật liệu cách điện rắn ở điện áp xoay chiều tần số công nghiệp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH  BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN XÁC SUẤT THỐNG KÊ KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ GVHD : ĐẶNG TUẤN KHANH NHÓM : 13 HỌC KÌ : 211 DANH SÁCH THÀNH VIÊN: STT Họ tên MSSV Nguyễn Thiên Phú 2011831 Phan Nguyễn Phước Tài 2011999 Vũ Thị Ngọc Lan 2011506 Thành phố Hồ Chí Minh - 2021 Chữ ký MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN NỘI DUNG I Bài – Xác định đặc tính điện áp phóng điện cho vật liệu cách điện rắn điện áp xoay chiều tần số công nghiệp (5 điểm) .2 1.1 Yêu cầu đề 1.1.1 Mơ tả tốn 1.1.2 Sinh viên cần tìm hiểu 1.2 Mục đích tốn 1.3 Cơ sở lý thuyết 1.3 Các khái niệm phóng điện chọc thủng điện môi rắn, phân phối Student cách xác định khoảng tin cậy 1.3.1 Các khái niệm phóng điện chọc thủng điện mơi rắn 1.3.2 Phân phối Student .5 1.3.3 Cách xác định khoảng tin cậy .6 1.4 Tính tốn 1.4.1 Lời giải tính tay 1.4.2 Giải toán excel 10 1.5 Nhận xét, đánh giá 13 II Bài – Đánh giá độ tin cậy hệ thống nguồn điện (5 điểm) 13 2.1 Yêu cầu đề 13 2.1.1 Mơ tả tốn 13 2.1.2 Sinh viên cần tìm hiểu .13 2.2 Mục đích tốn 14 2.3 Cơ sở lý thuyết 14 2.3.1 Các khái niệm nguồn điện (nhà máy điện), hệ số ngừng cừng cưỡng FOR, phụ tải đỉnh, đường cong đặc tính tải 14 2.3.2 Các kiến thức thống kê phân phối chuẩn phân phối nhị thức 17 2.4 Tính tốn 21 2.4.1 Tính toán tay .21 2.4.2 Tính tốn excel 51 2.5 Nhận xét, đánh giá 58 PHẦN KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHẦN MỞ ĐẦU Hầu hết tượng sống xảy cách ngẫu nhiên khơng thể đốn biết Chúng ta đứng trước lựa chọn phải định cho riêng Khi lựa chọn khả thành công bao nhiêu? Phương án lựa chọn tối ưu chưa? Cơ sở việc lựa chọn gì? Khoa học Xác suất giúp ta định lượng khả thành công phương án để đưa định đắn Thống kê khoa học cách thu thập, xử lý phân tích liệu tượng đưa kết luận có tính quy luật tượng Phân tích thống kê dựa sở lý thuyết xác suất có quan hệ chặt chẽ với xác suất Nó khơng nghiên cứu cá thể riêng lẻ mà nghiên cứu tập hợp cá thể - tính quy luật tồn tổng thể Từ việc điều tra phân tích mẫu đại diện, tạm thời đưa kết luận tượng nghiên cứu với khả xảy sai lầm đủ nhỏ để chấp nhận Xác suất thống kê sử dụng nhiều để giải tốn khối ngành kỹ thuật nói chung Điện – Điện tử nói riêng Với định hướng cải tiến chương trình nội dung gắn liền thực tiễn, Bài tập lớn mơn Xác suất thống kê có vai trò ứng dụng lý thuyết học vào chuyên ngành mang tính thực tiễn, ứng dụng Với kiện đề cho trước, nhóm 13 chúng em xin thực đề tài Bài tập lớn môn Xác suất thống kê để trình bày sở lý thuyết, phương pháp, phân tích số liệu thống kê nhằm mục đích khai thác hiệu thông tin, phục vụ công tác nghiên cứu đề tài giao PHẦN NỘI DUNG I Bài – Xác định đặc tính điện áp phóng điện cho vật liệu cách điện rắn điện áp xoay chiều tần số công nghiệp (5 điểm) 1.1 Yêu cầu đề 1.1.1 Mơ tả tốn Trong thí nghiệm xác định độ bền điện điện môi rắn thuộc mơn Vật liệu kỹ thuật điện (EE3091), điện áp phóng điện chọc thủng mẫu điện môi rắn (giấy cách điện dùng máy biến áp cao áp) ghi nhận qua 15 lần đo cho bảng 2.1 Yêu cầu: Xác định khoảng phóng điện chọc thủng mẫu điện môi với độ tin cậy 95% Lần đo Upd(kV) 10 11 12 13 14 15 2.62 2.85 2.66 2.54 2.73 2.6 3.07 3.15 2.77 2.69 2.54 2.58 2.54 2.66 2.81 0 6 8 6 Bảng 2.1 Điện áp phóng điện chọc thủng giấy cách điện 15 lần đo 1.1.2 Sinh viên cần tìm hiểu - Các khái niệm phóng điện chọc thủng điện môi rắn - Phân phối Student cách xác định khoảng tin cậy 1.2 Mục đích tốn Ứng dụng phân phối Student để xác định khoảng phóng điện chọc thủng mẫu điện môi với độ tin cậy 95% nằm khoảng 2.546 kV (Umin) 3.152 kV (Umax) 1.3 Cơ sở lý thuyết Để giải tập 1, đòi hỏi người làm cần nắm rõ lý thuyết phóng điện chọc thủng điện mơi chất rắn, phân phối Student cách áp dụng phân phối Student để tìm khoảng tin cậy - Phóng điện chọc thủng: + Khái niệm phóng điện chọc thủng điện môi rắn + Cơ chế phóng điện điện môi rắn khác tuỳ thuộc vào các hoàn cảnh cụ thể - Phân phối Student: + Khái niệm phân phối Student + Ứng dụng tính chất phân phối Student để giải tập 1, với cách sử dụng bảng giá trị tới hạn Student + Cách xác định khoảng tin cậy với trường hợp đặt cho tập (cụ thể n < 30, tổng thể có phân bố chuẩn, chưa biết phương sai) 1.3 Các khái niệm phóng điện chọc thủng điện mơi rắn, phân phối Student cách xác định khoảng tin cậy 1.3.1 Các khái niệm phóng điện chọc thủng điện mơi rắn a Khái niệm - Bất kì điện môi ta tăng dần điện áp đạt điện mơi, đến lúc xuất dịng điện có giá trị lớn chạy qua điện mơi từ điện cực sang điện cực khác điện mơi tính chất cách điện Hiện tượng tượng đánh thủng - Trị số mà điện áp xảy đánh thủng điện môi gọi điện áp đánh thủng (U đt), trị số tương tương cường độ điện trường cường độ đánh thủng hay cường độ điện trường cách điện điện môi (Eđt) Eđt = Uđ m Uđ t , h = K E đt h - Nghiên cứu phóng điện điện mơi rắn khó khăn mơi trường lỏng khí sau phóng điện khơng khơi phục lại tính cách điện khơng có tính thuận nghịch mơi trường khí lỏng Khi phóng điện chất rắn điểm không giống nhau, nên cần dùng lý thuyết xác suất thơng kê để tính tốn - Cường độ cách điện điện môi rắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loại phân tử, loại liên kết phân tử, lượng tạp chất điện môi, yếu tố môi trường: độ ẩm, nhiệt độ… - Một số yêu cầu chất khí cách điện: + Phải khí trơ, khơng gây phản ứng hóa học với chất cách điện khác kết cấu cách điện với kim loại thiết bị điện + Có cường độ cách điện cao để làm giảm kích thước kết cấu cách điện thiết bị + Nhiệt độ hóa lỏng thấp, để dùng áp suất cao + Giá rẻ, dễ chế tạo + Tản nhiệt tốt b Cơ chế phóng điện điện môi rắn khác tuỳ thuộc vào các hoàn cảnh cụ thể và được phân loại sau - Phóng điện điện điện môi đồng nhất: + Dạng phóng điện này xảy tức thời và không gây tăng nhiệt ở mẫu vật liệu + Dưới tác dụng của điện trường các điện tử tự sẽ tích luỹ lượng va chạm với mạng tinh thể của vật liệu sẽ giải thoát điện tử từ các mạng tinh thể đó và tiếp theo là quá trình hình thành thác điện tử và tia lửa điện + Độ bền điện trường hợp này đạt trị số rất cao đặc biệt loại vật liệu có liên kết tinh thể vững chắc - Phóng điện điện điện môi không đồng nhất: + Do chế tạo cách vật liệu cách điện thể rắn thường xuất khuyết tật dạng bọt khí có kích thước và hình dáng khác Đặc biệt là ở các vật liệu xốp thì số lượng bọt khí rất lớn và chiếm tỷ lệ đáng kể toàn bộ thể tích của vật liệu + Vì hằng số điện môi của chất khí bé hằng số điện môi của môi trường vật liệu xung quanh nên sẽ có sự tăng cục bộ của điện trường các bọt khí dẫn đến các quá trình ion hóa và phóng điện cục bộ + Các quá trình sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của phóng điện chọc thủng toàn khối điện môi và kết quả là độ bền điện giảm rất nhiều so với các điện môi có kết cấu đồng nhất Đường ứng với điện trường đồng nhất, đường điện trường không đồng nhất - Phóng điện nguyên nhân điện hoá: + Dạng phóng điện này chỉ xuất hiện trường hợp vật liệu cách điện làm việc môi trường có nhiệt độ và độ ẩm cao Quá trình điện phân phát triển nội bộ vật liệu sẽ làm giảm điện trở cách điện Sự biến đổi này là không thuận nghịch nghĩa là phẩm chất cách điện không thể phục hồi được + Đó là hiện tượng biến già của điện môi điện trường, độ bền điện giảm dần dần và cuối cùng điện môi bị chọc thủng ở điện áp thấp nhiều so với trường hợp phóng điện - Phóng điện nguyên nhân điện nhiệt: + Phóng điện nguyên nhân điện- nhiệt được biểu hiện bởi sự phóng điện có kèm theo tăng nhiệt độ ở mẫu vật liệu Dưới tác dụng của điện trường tổn hao điện môi sẽ nung nóng vật liệu và cường độ điện trường đạt tới giới hạn nào đó thì nhiệt độ sẽ tăng cao tới mức đủ để gây nên các phân hủy nhiệt và biến dạng học nội bộ điện môi + Những biến đổi này sẽ làm tăng thêm điện dẫn và đó tổn hao điện môi càng tăng Nhiệt độ tiếp tục tăng cao khiến cho các quá trình phân huỷ nhiệt và biến dạng học càng trầm trọng thêm, cuối cùng sẽ dẫn đến phóng điện chọc thủng 1.3.2 Phân phối Student a Khái niệm - Phân phối Student gọi phân phối T hay phân phối T Student, tiếng anh T Distribution hay Student’s t-distribution - Phân phối Student có hình dạng đối xứng trục gần giống với phân phối chuẩn Khác biệt chỗ phần trường hợp có nhiều giá trị trung bình phân phối xa khiến đồ thị dài nặng Phân phối Student thường ứng dụng để mô tả mẫu khác phân phối chuẩn lại dùng mơ tả tổng thể Do đó, dùng để mơ tả mẫu lớn hình dạng phân phối giống b Ứng dụng - Phân phối Student thường dùng rộng rãi việc suy luận phương sai tổng thể có giả thiết tổng thể phân phối chuẩn, đặc biệt cỡ mẫu nhỏ độ xác cao Ngồi ra, ứng dụng kiểm định giả tiết trung bình chưa biết phương sai tổng thể - Phân phối ứng dụng xác suất thống kê kinh tế lượng c Tính chất - Nếu như Y N ( 0,1 ) ; Z X ( k ) độc lập với Y X= phân phối Student có: Y √ Z k ∼T ( k ) Trong trường hợp + Hình dạng đối xứng gần giống phân phối chuẩn hóa + Khi cỡ mẫu lớn giống phân phối chuẩn hóa + Cỡ mẫu nhỏ, phần nặng xa k +1 ( ) f ( x ) = - Hàm mật độ: k z √ nk T ( )( 1+ ) k T k+1 - Trung bình: μ=0 , x∈R - Phương sai: σ = 1.3.3 Cách xác định khoảng tin cậy k ; k ≥2 k−2 TH7: P lệch +3σ (+ 6%) a Xác định thời gian kỳ vọng thiếu hụt công suất nguồn LOLE (Loss of Load Expectation) năm - Để vẽ đặc tải năm, ta cần phải xác định phương trình biểu diễn thời gian t(pu) theo P(MW): t= aP+b - Ta có: Pmax = Pload * (1 + 3σ) = 50 * (1 + 6%) = 53(MW) ứng với t = 0(giờ) Pmin = ((Pload) * (Px%)/100) * (1 + 3σ) = (50 * 50%) * (1 + 6%) = 26.5 (MW) ứng với t = 1(giờ) Suy a = -0.0377 b = Vậy phương trình đường thẳng biểu diễn thời gian t(pu) theo P(MW) là: t = -0.0377P+2 Đồ thị minh họa: Gọi Tk(giờ) thời gian thiếu thốn nguồn năm TH1: P >= Pmax suy P >= 53 suy Tk = khơng xảy tình trạng thiếu thốn nguồn 49 TH2: Pmin