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 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ    BÀI TẬP LỚN MÔN XÁC SUẤT THỐNG KÊ LỚP L06 - NHĨM GVHD: NGUYỄN HỒNG TUẤN MINH SINH VIÊN THỰC HIỆN STT MSSV HỌ VÀ TÊN 2112132 Trần Lê Quân 2110048 Nguyễn Thế Bằng 2112167 Nguyễn Khánh Quỳnh Thành phố Hồ Chí Minh – 2022 GHI CHÚ NHẬN XÉT CỦA GV: MỤC LỤC Danh mục hình ảnh: Hình Hình 2: Đồ thị hàm mật độ xác suất Hình 3: Đồ thị hàm phân phối tích luỹ Hình Hình 5: Bảng tóm tắt tốn tìm khoảng tin cậy phía .7 Hình Hình 7: Nguồn điện chiều (DC) 11 Hình 8: Nguồn điện xoay chiều (AC) 12 Hình 9: Đồ thị phân phối chuẩn ( , ) 15 Hình 10: Đánh giá độ tin cho hệ thống nguồn phát (HLI) 18 Hình 11:Đặc tính tải năm 19 Hình 20 I Xác12định đặc tính điện áp phóng điện cho vật liệu cách điện rắn điện áp Hình 22 xoay 13 chi ều tần số công nghiệp 1 Xác định đặc tính điện áp phóng điện cho vật liệu cách điện rắn điện áp xoay chiều tần số công nghiệp 1.1 Các khái niệm phóng điện chọc thủng điện mơi 1rắn Phân ối Student: .4 Bài toán:ph II Đánh giá độ tin cậy hệ thống nguồn điện 10 Đánh giá độ tin cậy hệ thống nguồn điện 10 1.1 Khái niệm nguồn điện, điện tạo từ nhà máy thủy, nhiệt điệ .10 1.2.n; Hệhạstốnhân ngừng cững FOR 13 1.3 Khái niệm phụ tải điện 13 Khái niệm phụ tải đỉnh .14 Các kiến thức phân phối chuẩn, phân phối nhị thức 14 Đường cong đặc tính tải 2.1 Phân phối chuẩn 14 14 2.2 Phân phối nhị thức 17 Bài toán 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 I Xác định đặc tính điện áp phóng điện cho vật liệu cách điện rắn điện áp xoay chiều tần số công nghiệp Xác định đặc tính điện áp phóng điện cho vật liệu cách điện rắn điện áp xoay chiều tần số cơng nghiệp 1.1 Các khái niệm phóng điện chọc thủng điện môi rắn a Khái niệm - Bất kì điện mơi ta tăng dần điện áp đạt điện môi, đến lúc xuất dịng điện có giá trị lớn chạy qua điện môi từ điện cực sang điện cực khác điện mơi tính chất cách điện Hiện tượng tượng -đánh Trị sốthủng mà điện áp xảy đánh thủng điện môi gọi điện áp đánh thủng (Uđt), trị số tương tương cường độ điện trường cường độ đánh thủng hay cường độ điện trường cách điện điện môi (Eđt)  đ đ E = , h = K đt ℎ  đ - Cường độ điện trường cách điện điện mơi  =  đ  điện áp đánh thủng điện môi mm chiều dày điện mơi Khi tính tốn để chọn chiều dày điện mơi thiết bị làm việc điện áp định mức (Uđm),cần tính đến hệ số an tồn K điện -Thực tế có thủng nhiều mơi đánh yếu tố ảnh hưởng tới E cách điện điện môi: dạng điện trường, dạng điện áp, thời gian tác dụng điện áp, điều kiện môi trường áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, - 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 khơng -giống Một vài unên cầu chung với chất khí thơng cáchkê để tính tốn nhau, cần dùng lýđối thuyết xác suất điện + Phải loại khí trơ, tức khơng gây phản ứng hoá học với chất cách điện khác kết cấu cách điện với kim loại thiết bị điện + Có cường độ cách điện cao Sử dụng cách chất khí có cường độ cách điện cao giảm kích thước kết cấu cách điện thiết bị + Nhiệt độ hố lỏng thấp, để sử dụng chúng trạng thái áp suất cao + Phải rẻ tiền, dễ tiềm kiếm chế tạo + Tản nhiệt tốt Ngoài nhiệm vụ cách điện chất khí cịn có nhiệm vụ làm mát (trong máy điện) cịn u cầu dẫn nhiệt tốt b Cơ ch phng điện điện môi r  n kh  c tu  thu  c v  o c  c ho  n c  nh c  th  v  đư  c phân lo  i sau: - Phóng điện điện điện mơi đồng nhất: + Dạng phóng điện xảy tức thời không gây tăng nhiệt mẫu vật liệu + Dưới tác dụng điện trường điện tử tự tích lu lượng va chạm với mạng tinh thể vật liệu giải thoát điện tử từ mạng tinh + thể trnh hnh thành thác điện tử tia lửa điện Độ bền điện trường hợp đạt trị số cao đặc biệt loại - Phóng điện điện điện mơi khơng vật liệu có đồng nhất: liênchế kết tạo tinh thể vcách  ng vật + Do liệu cách điện thể rắn thường xuất khuyết tật dạng bọt khí có kích thước hnh dáng khác Đặc biệt vật liệu xốp th số lượng bọt khí lớn chiếm t  lệ đáng kể tồn + thể V tích số điện mơi chất khí b  số điện môi môi trường vật vật liệu liệu xung quanh nên có tăng cục điện trường bọt khí dẫn + đến Cáccác quáquá trnh hóa tạovà điều kiệnđiện thuậncục lợibộ cho phát triển trtrên nh ion phóng phóng điện chọc thủng tồn khối điện mơi kết độ bền điện giảm nhiều so với điện mơi có kết cấu đ  ng Hình Đường ứng vi điện trường đồng nhất, đường điện trường không đồng - Phóng điện ngun nhân điện hố: + Dạng phóng điện ch  xuất trường hợp vật liệu cách điện làm việc môi trường có nhiệt độ độ ẩm cao Quá trnh điện phân phát triển nội vật liệu làm giảm điện trở cách điện Sự biến đ  i + không thuận nghịch ngh  a phẩm chất cách điện phục h  i Đó tượng biến già điện mơi điện trường, độ bền điện giảm dần - Phóng điện nguyên nhân điện dần cuối c  ng điện môi bị chọc thủng điện áp thấp nhiều so nhiệt: với trường + Phóng điện nguyên nhân điện- nhiệt biểu phóng hợp phóng điện điện có k  m theo tăng nhiệt độ mẫu vật liệu Dưới tác dụng điện trường t  n hao điện môi nung nóng vật liệu cường độ điện trường đạt tới giới hạn  nhiệt tăng cao tăng tới mức đủ để gây nênvàcác + Nh thng biến độ đ  isẽnày làm thêm điện dẫn dophân hủy t  n hao nhiệt biến điện môi dạng học độ nộitục tăng điện môi tăng Nhiệt tiếp cao khiến cho trnh phân hu  nhiệt biến dạng học trầm trọng thêm, cuối c  ng dẫn đến phóng + điện chọc thủng 1.2 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 gi  a gần giống với phân phối Khác biệt chỗ phần trường hợp có nhiều giá trị trung bình phân phối chuẩn xa khiến đ  thị dài nặng Phân phối Student thường ứng dụng để mô tả mẫu khác phân phối chuẩn lại dùng mô tả t  ng thể Do đó, d  ng để mô b Ứng d  ng tả mẫu lớn hình dạng phân phối giống - Phân phối Student thường dùng rộng rãi việc suy luận phương sai t  ng thể có giả thiết t  ng thể phân phối chuẩn, đặc biệt cỡ mẫu nhỏ th độ xác cao Ngồi ra, cịn ứng dụng kiểm định giả tiết trung bình - Phân phối xác suất thống kê kinh tế chưa biết phương sai tứng  ngdụng thể bao nhiêu lượng c Tính chất  - Nếu  ~ (0,1); ~ () độc lập với  thì = √ trường  ∼ () Trong hợp phân phối Student có: + Hnh dạng đối xứng gần giống phân phối chuẩn hóa + Khi cỡ mẫu lớn giống phân phối + chuẩn hóa Cỡ mẫu nhỏ, nặng ( phần ) - Hàm mật độ: () = , ∈ xa +1   √( 2)(1+  ) +1 - Trung bình:  =  - Phương sai:  ; ≥2 −2 = Hình 2: Đồ thị hàm mật độ xác suất Hình 3: Đồ thị hàm phân phối tích luỹ ( Nguồn: https://en.wikipedia.org/wiki/Student%27s_t-distribution ) c C  ch x  c định kho  ng tin cậy Hình - Ứng với tập chia làm trường hợp, ta áp dụng đ  thị đánh giá độ tin cậy cho hệ thống ngu  n phát, lấy kết trường hợp nhân với xác suất tương ứng cộng t  ng lại đáp án Hình 10: Đánh giá độ tin cho hệ thống nguồn phát (HLI) Bài tốn Mơ tả tốn Hệ thống ngu  n điện g  m 12 t  máy MW, t  máy có hệ số FOR = 0.008; dự báo phụ tải đ  nh 64 MW với độ lệch chuẩn σ = 3%; đường cong đặc tính tải năm a) Xác thẳng định nối thờitừgian kỳ đến vọng50% thiếu hụt đcông n LOLE (Loss of đường 100% so với  nh suất ngu hình 3.1 Yêu cầu: Load Expectation) năm b) Xác định lượng điện kỳ vọng bị thiếu LOEE (Loss of Energy Expectation) năm 18 Hình 11:Đặc tính tải năm Gọi X số t  máy ngừng hoạt động 12 t  máy X~B(12,0.008) Ta có: U=0.008 (U xác suất để t  máy ngừng hoạt động năm)  Khi đó, xác suất để t  máy hoạt động bnh thường  = − U = 0.992 Ta có: p3 (X = k) = 12 C k (0,008)k (0,992)12−k (Với k = … 12) Ví dụ: Trong số 12 t  máy, có t  máy ngừng hoạt động, t  máy hoạt động bình thường 3 12−3 ≈ 1,4785 ×  p (X = 3) = C (0,008) (0,992) 10−4 12 Gọi Y công suất hệ thống ngu  n điện năm g  m 12 t  máy MW Ta có: Y = (12 − X) (MW) Theo đó, xác suất riêng phần Y xác suất riêng phần X Ta có bảng phân phối xác suất sau: Số t  máy ngừng hoạt STT hoạt động (X) máy 5 6 Số t  máy động (12-X) máy 12 11 10 19 Công suất hệ thống ngu  n điện (MW) 72 66 60 54 48 42 36 30 Xác suất riêng phần pi 0.908113362 0.087881938 0.003897989 0.000104785 1.90133*10-6 2.45333*10-8 2.30825*10-10 1.59556*10-12 10 11 12 13 10 11 12 8.04214*10-15 2.88249*10-17 6.97376*10-20 1.02255*10-22 6.87195*10-26 24 18 12 ❖ Trường hợp 1: = µ + σ µ = 64 + 0.0,03.64 = 64 (MW), với xác suất tương ứng 0,38292 P load Ta xác định công suất mà tải tiêu thụ lớn nhỏ năm: P = 100% load P = 100% × 64 = 64 max (MW) P = 50% load P = 50% × 64 = 32 (MW) Hình 12 i Xác định thời gian thiếu hụt công suất năm (tth): Từ đ  thị, ta có: ̵̅ Nếu cơng suất phát hệ thống ngu  n điện Y ≥ 100%P gian thiếu hụt công suất t th = (h) load =P max thời ̵̅ Nếu cơng suất phát hệ thống ngu  n điện Y ≤ load = Pmin thời gian 50%P thiếu hụt công suất t th = 8760 (h) ̵̅ Nếu công suất phát hệ thống ngu  n điện Pmin ≤ Ymax (32 ≤ Y ≤ 64) ≤P thời gian thiếu hụt cơng suất t th tính theo công thức: 20 Pmax − Y t th = 8760 × Pmax − P 64−60 Ví dụ: Vì 32 < 60 < 64: t th3 = 8760 × = 1095 (ℎ) 64−32 Khi đó, từ cơng thức ta tính thời gian thiếu hụt tth (h) bảng sau: STT Số t  máy Số t  máy Công suất hệ Xác suất riêng ngừng hoạt hoạt động thống ngu  n phần pi động (X) máy (12-X) máy điện (MW) 12 72 0.908113362 11 66 0.087881938 10 60 0.003897989 54 0.000104785 1.90133*10-6 48 2.45333*10-8 42 2.30825*10-10 6 36 1.59556*10-12 30 8.04214*10-15 24 2.88249*10-17 10 18 6.97376*10-20 11 10 12 1.02255*10-22 12 11 6.87195*10-26 12 0 13 Thời gian thiếu hụt tth (h) 0 1095 2737.5 4380 6022.5 7665 8760 8760 8760 8760 8760 8760 ii Xác định điện bị thiếu hụt năm (E): Công thức xác định lượng điện bị thiếu hụt năm: b A = ∫ P dt a Nói cách khác, lượng điện bị hao hụt năm giá trị diện tích tơ màu xanh đ  thị 21 Hình 13 Theo đó, ta suy rằng: ̵̅ Nếu công suất phát ngu  n  ≥ th điện bị thiếu hụt E =  (MWh) ̵̅ Nếu công suất phát ngu  n ≤ <  th điện bị thiếu hụt tính theo cơng thức:  = ( − ) × ℎ   ̵̅ Nếu công suất phát ngu  n 