Bài giảng Vật liệu điện và cao áp: Phần 2 - Phạm Thành Chung

Bài giảng Vật liệu điện và cao áp: Phần 2 - Phạm Thành Chung tiếp tục cung cấp tới người học nội dung kiến thức trọng tâm sau: Chương 8: Phòng điện trong điện môi; Chương 9: Vật liệu cách điện thể khí; Chương 10: Vật liệu cách điện thể lỏng; Chương 11: Vật liệu cách điện thể rắn; Chương 12: Đặc tính cách điện; Chương 13: Kết cấu cách điện của thiết bị dùng trong hệ thống điện. Mời các bạn cùng tham khảo phần 1 bài giảng tại đây

CHƯƠNG VIII PHĨNG ĐIỆN TRONG ĐIỆN MƠI Khi cường độ điện trường đặt lên điện môi vượt giới hạn xảy tượng phóng điện chọc thủng điện mơi, điện mơi bị hồn tồn tính chất cách điện Hiện tượng phóng điện chọc thủng điện mơi phá hủy độ bền điện môi Trong thực tế có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cường độ điện trường 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… Các chất khí, lỏng, rắn có cấu diễn biến q trình phóng điện khác nhau, nghiên cứu phóng điện cần phải xét riêng trường hợp 122 8.1 PHÓNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Các chất khí chủ yếu khơng khí thường dùng làm chất cách điện thiết bị điện làm việc khơng khí đường dây tải điện không Khi chúng khả cách điện gây nên tượng ngắn mạch dẫn đến cố Các chế vật lý liên quan đến phóng điện điện mơi khí có ý nghĩa quan trọng tất loại phóng điện khác Nắm bắt chất chế giúp dễ dàng hiểu chế phóng điện điện mơi lỏng rắn Mặt khác điện mơi khí cịn có ưu điểm hai loại điện mơi cịn lại đồng hơn, dễ tiến hành thí nghiệm Các thí nghiệm đo đạc phóng điện điện mơi khí lặp lại sau thời gian ngắn với sai khác nhỏ, thông thường độ lệch điện áp phóng điện lần đo so với giá trị trung bình vào khoảng vài phần trăm 8.1.1 Các yêu cầu chung chất khí cách điện Các chất khí dùng làm chất cách điện phải đạt yêu cầu sau đây: - Phải khí trơ, khơng tham gia phản ứng hố học hay ăn mòn phần tử khác thiết bị điện - Phải có cường độ cách điện(Edt) cao.(Làm giảm kích thước, kết cấu thiết bị) - Nhiệt độ hoá lỏng thấp để sử dụng áp suất cao - Tản nhiệt tốt, truyền nhiệt tốt Ngoài nhiệm vụ cách điện chất khí cịn có nhiệm vụ làm mát - Rẻ tiền, dễ tìm, dễ chế tạo Bảng 8.1 Đặc tính số chất cách điện thường dùng Tên chất khí Thành phần hố học Cường độ cách điện tương đối so với K.Khí Khơng khí Nhiệt độ hoá lỏng [0C] Êlêgaz SF6 2,5 -62 Frêôn CCl2F2 2,5 -30 Tetraclorua Cacbon CCl4 6,3 +76 123 8.1.2 Các dạng ion hóa xảy chất khí Các chất khí khơng phải chất cách điện lý tưởng chứa phần tử trung hòa mà có số ion điện tử tự Bình thường điện tích điện tử tự trạng thái chuyển động nhiệt, Khi có cường độ điện trường bên ngồi tác động chúng chuyển động theo phương trường tạo nên dịng điện dẫn điện mơi Tùy thuộc vào dạng lượng cung cấp cho điện tử trình ion hóa, có dạng ion hóa sau đây: a Ion hóa va chạm: Khi có điện trường đặt lên cực tụ điện khoảng khơng gian điện mơi hai điện cực có điện tử tự do, điện tự tự nhận lượng điện trường chuyển động phía điện cực dương (anode) Trong q trình chuyển động va chạm với nguyên tử (hay phân tử) trung tính điện mơi khí, lượng điện tử nhỏ lượng ion hóa của nguyên tử (hay phân tử) khí va chạm (có thể) gọi va chạm đàn hồi Trong va chạm đàn hồi trao đổi lượng điện tử ngun tử khí bé, làm cho ngun tử bị kích thích tức làm cho điện tử nguyên tử chuyển lên mức lượng cao Đồng thời va chạm đàn hồi làm đổi hướng di chuyển ban đầu điện tử Trái lại lượng điện tử lớn lượng ion hóa ngun tử khí, ta có va chạm không đàn hồi nguyên tử bị ion hóa Khi ngun tử khí trung tính ban đầu tạo thành ion dương điện tử Lúc ion dương bị hút phía điện cực âm (cathode) hai điện tử tiếp tục nhận lượng điện trường gây nên ion hóa Tùy theo điều kiện vật lý điện môi xét mà trình đạt đến giá trị ổn định q trình ion hóa trở thành tượng thác điện tử dẫn đến phóng điện Khi phân tử chuyển động va chạm với nhau, động chúng truyền cho nhau, xảy ion hoá nếu: mv W= ≥ Wi (8.1) Trong đó: Wi- lượng ion hóa; m- khối lượng phân tử; v- tốc độ chuyển động 124 b Ion hóa quang Một ngun tử bị kích thích thường có thời gian tồn khoảng 10-7 đến 10-9s Khi trở trạng thái bình thường xạ phần lượng kích thích dạng photon Tuy photon có lượng yếu gây ion hóa nguyên tử khác có lượng ion hóa nhỏ lượng photon Do xạ sóng quang học (sóng ngắn), lượng xạ quang học là: W = hν = h.c/λ Điều kiện ion hóa: W=h c ≥ Wi λ → λ≤ c.h Wi (8.2) Trong đó: λ- độ dài sóng ngắn (λ=c/v) v- tần số xạ sóng ngắn, c- tốc độ ánh sáng c Ion hóa nhiệt Ở nhiệt độ cao phát sinh q trình sau: + Ion hoá va chạm phân tử chuyển động nhiệt với tốc độ lớn + Ion hoá xạ nhiệt khí bị nung nóng + Ion hố va chạm phân tử điện tử hình thành trình Điều kiện xảy ion hoá nhiệt: W= KT ≥ Wi (8.3) Trong đó: K- số Bonzoman T- nhiệt độ tuyệt đối chất khí d Ion hố bề mặt Xảy bề mặt điện cực, lượng gây nên ion hố va chạm, nhiệt độ nung nóng điện cực, tia tử ngoại α, β, γ… 125 Có thể dùng biện pháp sau đậy để tăng cường ion hóa bề mặt: 8.1.3 - Nung nóng âm cực Do cực nung nóng, điện tử chuyển động mạnh có lượng lớn Nếu lượng đạt trị số định vượt qua “hàng rào năng” khỏi bề mặt điện cực - Bắn phá bề mặt âm cực phần tử có động lớn (ion dương) - Dùng sóng ngắn chiếu lên điện cực (tia α, β, γ…) - Tác dụng điện trường cực mạnh hay gọi xạ nguội, thường xảy cường độ điện trường khoảng 1000kV/cm Q trình ion hố hệ số ion hố chất khí điện trường a - Số lần va chạm: Ở nhiệt độ bình thường, lượng chuyển động nhiệt phân tử khí khơng đủ để gây nên ion hố, có điện trường đặt vào, phân tử khí chuyển động tích luỹ lượng tăng tốc độ, va chạm với bị ion hố Vì ion hoá va chạm yếu tố trình phóng điện chất khí  Gọi: r - bán kính phân tử khí E r0 - bán kính điện tử (electron) me - khối lượng electron Lúc điều kiện để có va chạm e với phân tử trung hoà là: o1o’ ≤ (r + r0) (8.4) r0 o1 r o ’ o Hình 8.1 Điện tích chuyển động điện trường Lưu ý: Coi điện tích chuyển động điện trường có đường sức từ trường song song - Như phân tử có bán kính r nằm diện tích: π(r + r0)2 va chạm với điện tử có bán kính r0 - Khi đoạn đường 1cm số lần va chạm điện tử có bán kính r0 với phân tử có bán kính r số phân tử nằm hình trụ có diện tích đáy là: π(r + r0)2 (chiều cao hình trụ cm) - Nếu gọi S số lần va chạm hình trụ S tồn số phần tử có 126 thể tích đó, tức là: S = π(r + r0)2 1.N (Lần) (N - mật độ phân tử) (8.5) - Ở nhiệt độ bình thường, lượng chuyển động nhiệt phân tử khí khơng đủ để gây nên ion hố, có điện trường đặt vào, phân tử khí chuyển động tích luỹ lượng tăng tốc độ, va chạm với bị ion hố Vì ion hố va chạm yếu tố q trình phóng điện chất khí - Nếu lấy đoạn đường chuyển động điện tử (1 cm) chia cho số lần va chạm (S) ta trị số quãng đường chuyển động tự trung bình λTB mơi trường phần tử r λ TB = 1 = S π(r + r0 ) N (8.6) [cm] Do điện tử có bán kính r0 99,5%), năm gần người ta bắt đầu đưa vào thử nghiệm cáp dùng vật liệu siêu dẫn có nhiệt độ tới hạn cao Việc lựa chọn đồng nhôm làm vật liệu dẫn điện cáp dựa trị số 248 điện trở suất, giá thành độ bền khí Với trị số dịng điện, cáp nhơm có tiết diện lớn tiết diện cáp đồng Lõi cáp loại sợi đơn sợi bện để tăng độ đàn hồi cho cáp Bảng 13 Điện trở suất số loại vật liệu dẫn điện nhiệt độ 20oC Vật liệu Điện trở suất (µΩ.cm) Đồng 1,73 Nhơm 2,83 Natri 4,68 Chì 21,5 Thép 10,2 Vật liệu cách điện Vật liệu cách điện nhiệm vụ cách điện phần lõi cáp mang điện với mơi trường xung quanh cịn phải có khả chịu đựng nhiệt độ cao chế độ làm việc bình thường xảy ngắn mạch, đồng thời phải đủ mềm để dễ dàng việc lắp đặt Cách điện cáp thường gồm có loại: giấy tẩm (impregnated paper), polymer tổng hợp khí nén Ban đầu giấy tẩm dùng chủ yếu cho cách điện cáp, sau cáp dùng giấy nhúng dầu, cáp dùng polymer tổng hợp Loại polymer hay dùng PVC cho cáp hạ áp, PE XLPE cao su ethylen propylene (Ethylene propylen rubber-EPR) cho cáp trung áp; XLPE EPR cho cáp cao áp Ngồi cịn phải kể đến HDPE (polyethylene mật độ cao), XLPE chống tượng nước (TRXLPE-tree resistant crosslinked polyethylene) EPDM (Ethylene propylene diene monomer) dùng cho cáp ngầm Một số loại khí nén SF6, CCl2F2 N2 sử dụng cho cách điện cáp Ngoài cấp siêu cao áp cực cao áp người ta thường dùng cáp nhúng dầu Gần đây, điện trường chịu đựng XLPE đạt tới trị số cáp nhúng dầu (~15kV/mm) cáp dùng XLPE phát triển để dùng cho cấp điện áp truyền tải Bảng 13 so sánh tính chất điện mơi số loại cáp lõi có vỏ dùng làm dây trung tính (1/0) dùng cho cấp điện áp 15kV 249 Màn chắn lõi (conductor shield) Lớp chắn lõi lớp bán dẫn phủ lên lớp kim loại lõi để tạo thành bề mặt nhẵn dẫn điện tiếp xúc toàn lên phần kim loại lõi Nhiệm vụ lớp giảm tăng điện trường cục nơi tiếp xúc lõi kim loại phần cách điện Lớp thường dùng nhựa bán dẫn có trộn carbon thổi (extruded) trực tiếp lên phần lõi cáp Màn chắn cách điện (insulation shield) Lớp chắn cách điện lớp bán dẫn để tạo thành bề mặt nhẵn bao phủ xung quanh lớp cách điện Lớp thường một loại polymer trộn cacbon thổi trực tiếp lên bề mặt cách điện Đối với cáp trung áp, lớp chắn cách điện không gắn trực tiếp lên bề mặt cách điện dễ dàng bị nhấc Đối với cáp cao áp lớp gắn trực tiếp lên bề mặt cách điện cần phải có dụng cụ đặc biệt cậy lên Lớp chắn kim loại (metallic shield) Lớp chắn làm kim loại có dạng lớp, dây (wire) phủ lên phía ngồi lớp chắn cách điện Lớp chắn nối đất để giữ cho điện áp phần cách điện giữ vài trò đường khép mạch cho dòng cố Đối với cáp nhiều lõi thì lõi có lớp chắn để tạo thành lõi đồng trục (coaxial cable) tất lõi dùng chung lớp chắn hay gọi cáp dùng đai chắn (belted cable) Thông thường cáp dùng đai chắn dùng cấp điện áp 33kV Lớp bảo vệ (overall jacket) 250 Lớp bảo vệ thường lớp chất dẻo để bảo vệ cho toàn lớp bên khỏi va chạm khí ngăn khơng cho nước xâm nhập vào lớp bên cáp Hỗn hợp thường dùng cho lớp bảo vệ LLDPE loại vật liệu có khả chống nước tốt 13.5.3 Phân loại cáp Cáp phân loại theo thông số sau: Điện áp làm việc (rating voltage) ví dụ cáp cao áp, trung áp, hạ áp, siêu cao áp cực cao áp Theo số lượng lõi: Lõi đơn, lõi kép, ba lõi Vật liệu làm cách điện cho cáp: XLPE, EPR, PVC, cáp dầu Cáp có chắn khơng có chắn (shielded and nonshielded cable) 13.5.4 Các thông số cáp Điện trở phần dẫn điện Điện trở chiều (DC resistance) phần dẫn điện cáp phụ thuộc vào điện trở suất, độ dài, tiết diện nhiệt độ cáp Điện trở chiều cáp phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức: R2 T0 + T2 = R1 T0 + T1 Trong R1 điện trở lõi cáp nhiệt độ T1, R2 điện trở lõi cáp nhiệt độ T2, T0 số phụ thuộc vào vật liệu làm lõi cáp Đối với đồng (annealed copper), đồng cứng (hard-drawn copper) nhôm cứng (hard-drawn aluminum) 234,5; 241 228 Điện trở xoay chiều có giá trị lớn điện trở chiều hiệu ứng mặt Trị số điện trở xoay chiều phụ thuộc vào tần số tiết diện lõi cáp Điện dung cáp Đối với cáp đồng trục, điện dung cáp tính theo cơng thức: C= 2πε ε r ln(b / a ) Trong a b đường kính ngồi cáp 251 3.Điện cảm cáp Đối với cáp đồng trục có lõi đơn (khơng phải lõi bện) điện cảm cáp tính cơng thức: 1  b  L = × 10 −7  + ln  H/m  a  4 4.Điện trở cách điện Đối với vật liệu cách điện cáp có điện trở suất khối ρi (Ω.m), điện trở cách điện m đơn vị dài tính cơng thức: Ri = ρi b ln Ω.m 2π a Do điện trở suất vật liệu cách điện cáp lớn nên điện trở Ri lớn, lên tới hàng trăm MΩ.m 13.5.5 Tổn hao cáp Tổn hao cáp bao gồm tổn hao lõi cáp, vật liệu cách điện, màng chắn, đai Tổn hao cách điện bao gồm tổn hao dòng điện rò tổn hao tượng phân cực điện môi gây nên Tổn hao lõi cáp phụ thuộc vào điện trở lõi cáp trị số dòng điện mà cáp mang Đối với cáp trung hạ áp, tổn hao cách điện gần không đáng kể Tuy nhiên chiếm tỉ trọng lớn cáp cao áp siêu cao áp, ví dụ cáp cao áp 400kV đổ dầu, tổn hao điện môi chiếm khoảng 20% tổn hao tồn cáp Góc tổn hao phần quan trọng tổn hao cáp Thơng thường góc tổn hao điện mơi cáp đổ dầu lớn so với cáp XLPE Góc tổn hao tanδ cáp phụ thuộc vào nhiệt độ, điện trường, tần số dòng điện hàm lượng độ ẩm cáp Trong cáp cao áp để góc tổn hao điện môi nằm trị số cho phép,hàm lượng độ ẩm cáp không vượt 0,05% Ngoài xuất lỗ trống, bọt khí cáp ảnh hưởng lớn đến tổn hao điện mơi cáp Khi cáp đơn mang dịng điện xoay chiều, sức điện động cảm ứng xuất lớp chắn cáp gây tổn hao lớp chắn làm giảm khả mang tải cáp, hay gọi dòng điện cho phép (cable ampacity) Trong thực tế lớp chắn để hở mạch nối tắt cách nối xuống hệ thống nối đất Khi lớp chắn để hở mạch dịng cảm ứng khơng bị khép mạch dịng điện cho phép 252 cáp lớn Tuy nhiên, lớp chắn để hở mạch điện lớp chắn tăng đến lớn trị số 25V (trị số gây nguy hiểm) Còn trường hợp nối tắt lớp chắn xuống đất dòng điện cảm ứng xuống đất để gây phát nóng làm giảm dịng điện cho phép Trong thực tế để vừa giảm tổn thất, vừa giữ cho điện lớp chắn người ta sử dụng phương pháp nối chéo hay hoán vị (cross-bonding) Trong mạch ba pha chia làm ba đoạn lớp chắn kim loại đoạn nối sang lớp chắn pha bên cạnh dây dẫn cách điện (Hình 13.) Hình 13.: Hoán vị vỏ nối đất cáp để giảm tổn hao 13.5.6 Dòng điện cho phép (Cable ampacity) Dòng điện cho phép cáp dòng điện lớn mà cáp mang liên tục mà khơng gây phát nóng điểm cách điện cáp vượt giá trị cho phép Dòng điện cho phép cáp phụ thuộc vào nhiều yếu tố vật liệu làm cáp, vật liệu cách điện, kích thước cáp, lớp chắn, mơi trường tản nhiệt xung quanh cáp Tính tốn dịng điện cho phép cáp dựa nhiệt độ tản môi trường xung quanh cho nhiệt độ cách điện cáp không vượt nhiệt độ cho phép Tc Đối với cáp PE XLPE nhiệt độ cho phép điều kiện làm việc bình thường 75 90oC, cịn điều kiện cố 90 135oC 13.5.7 Các tượng xảy cách điện cáp Phóng điện cục Bọt khí lỗ trống cách điện cáp hình thành trình sản xuất giãn nở khơng vật liệu làm cáp trình mang tải thời gian bị cố Như trình bày chương điện mơi rắn, điện trường bọt khí tăng cường vượt trị số điện trường chịu đựng khơng khí, dẫn tới tượng phóng điện cục Đối với cáp đồng trục, điện áp khởi đầu phóng điện cục phụ thuộc vào đường kính lõi cáp, độ dày số điện môi tương đối vật liệu, hình 253 dạng, kích cỡ vị trí bọt khí Trị số điện áp khởi đầu thường ước lượng theo công thức: 325 b a ln KC a Trong Vmin tính Volt, C kích thước lỗ trống tính mét, K=Eb/Ev với Eb điện trường bọt khí cịn Ev điện trường cách điện Vmin = Hiện tượng cáp a Hiện tượng điện Hiện tượng điện khu vực có điện trường cao cách điện lẫn tạp chất kim loại, bán dẫn lỗ trống Khu vực điện trường cao hình thành phóng điện cục lịng cách điện phân hủy cách điện tạo thành lỗ hổng (hollow) giống hình nhánh Cây điện xuất phát từ bên vật liệu phát triển cách đối xứng điện cực, xuất phát từ điện cực tiến dần đến điện cực đối diện Hiện tượng điện bao gồm hai giai đoạn: Giai đoạn hình thành giai đoạn phát triển Trong giai đoạn hình thành, ta khơng quan sát thấy tín hiệu phóng điện cục đến cuối giai đoạn bắt đầu quan sát thấy vết vật liệu có dạng Giai đoạn phát triển bắt đầu bắt đầu lớn dần tín hiệu phóng điện cục lớn bắt đầu đo Giai đoạn hình thành phát triển điện ảnh hưởng nhiều yếu tố xâm nhập điện tử từ điện cực, q trình phát nóng, phân hủy nhiệt, giãn nở khí thể tích vật liệu b Hiện tượng nước Hiện tượng nước xuất với có mặt nước đọng (moisture) vật liệu Khác với tượng điện, nước bắt đầu xuất trị số điện trường thấp phát triển chậm so với điện, đồng thời phát triển khơng kèm theo q trình phóng điện cục Không giống tượng điện, nước không tạo lỗ hổng mà tạo nhánh mỏng để nước xuyên qua Cây nước xuất phát từ điểm có điện trường cao có nguồn nước Nguồn nước nước đọng nước với độ ẩm khoảng 65-70% Do nước chứa nước nước bị bốc cách điện nung nóng, nước hấp thụ lại nước đặt gần vào nguồn nuớc nước Cây nước khơng hồn tồn làm hỏng cách điện làm cho cách điện bị yếu Vì thực tế người ta quan sát thấy nước phát triển toàn cách điện cáp phóng điện chọc 254 thủng khơng thể diễn điều kiện điện áp làm việc, phóng điện chọc thủng trường hợp diễn điện trường lớn điện trường làm việc khoảng 2kV/mm trở lên Hiện tượng già hóa cáp ước lượng thời gian việc (life estimation) a Già hóa điện áp Hiện tượng phóng điện cục làm giảm tuổi thọ cách điện cáp Sự suy giảm cách điện chế phóng điện cục phụ thuộc vào hai yếu tố: Điện áp tần số Khi có phóng điện cục bộ, thời gian làm việc cách điện t phụ thuộc vào điện áp theo quan hệ: Dv Vn Trong Dv hắng số, V điện áp đặt vào, n hệ số tuổi thọ theo điện áp; n phụ thuộc vào loại cách điện, phương pháp sản xuất, kích thước cáp điện áp đặt vào t= Thơng thường n có giá trị từ đến 25, cáp trung áp XLPE n=9 Chú ý cơng thức tính đến ảnh hưởng điện áp mà khơng tính đến yếu tố khác b Già hóa tần số Nếu điện áp đặt vào khơng đổi, tần số tăng suy giảm cách điện tượng phóng điện cục tăng Tuổi thọ cách điện phụ thuộc theo tần số xác định theo công thức: t= Df f m Trong Df số, cịn m≤1 Nếu ảnh hưởng tần số điện áp phối hợp với tuổi thọ cách điện ước lượng theo công thức: t = D fv f −m V −n Với Dfv số suy giảm cách điện đồng thời ảnh hưởng điện áp tần số c Già hóa nhiệt độ Cáp thường xuyên làm việc nhiệt độ cao già hóa cách điện cáp nhiệt độ yếu tố quan trọng để ước lượng tuổi thọ cáp Công thức Dakin ước lượng tuổi thọ cách điện theo nhiệt độ sau: 255 H T Trong G H số xác định theo lượng kích thích (activation t = G exp energy) phản ứng hóa học vật liệu Quan hệ cịn gọi quan hệ Arrhenius Thơng thường nhiệt độ tăng lên từ đến 10oK tuổi thọ cách điện giảm nửa Các tiến công nghệ làm cáp Các loại cáp dùng hệ thống điện bao gồm cáp dầu (oil filled), giấy ngâm dầu (POF- Paper Oil Filled), từ hai thập kỷ trở lại cách điện EPR XLPE đưa vào sử dụng rộng rãi cấp điện áp 500kV Ngồi người ta cịn nghiên cứu đưa vào sử dụng loại cáp siêu dẫn 13.6 CÁCH ĐIỆN CỦA TỤ ĐIỆN CAO ÁP 13.6.1 Khái niệm chung phân loại tụ điện cao áp Ở đề cập đến tụ điện dùng hệ thống điện gồm loại sau đây: Tụ điện xoay chiều: dùng cải thiện hệ số cosϕ thiết bị điện, bù công suất điều chỉnh điện áp mạng phân phối Loại có cơng suất phản kháng lớn tới hàng triệu kVA có điện áp định mức tương ứng với cấp điện áp làm việc chịu đựng loại điện áp thường xuất hệ thống điện Tụ điện xung: dùng để tích lũy lượng máy phát dòng điện điện áp xung, thiết bị tạo mơi trường plasma có tham số cao Chế độ làm việc loại tụ điện nạp thời gian tương đối chậm phóng điện nhanh chóng mạch có điện trở bé Tụ điện chiều: làm việc lọc chỉnh lưu cao áp Tụ điện nhiệt điện: dùng mạch dao động cao tần thiết bị nhiệt 256 Về kết cấu chúng có dạng tương tụ Hình 13 Cho cấu tạo loại tụ điện Trị số điện dung cuộn giấy tụ điện tính theo cơng thức: Ccn = Trong 2εal d a- chiều rộng điện cực nhôm l- chiều dài điện cực điện cực nhôm d-độ dày điện môi điện cực Hệ số hai mặt nhơm có tác dụng làm điện cực tụ điện Từ cơng thức tính điện dung cho thấy, điện mơi dùng tụ điện cần có hệ số điện mơi lớn để giảm kích thước tụ điện Nhưng chưa phải tiêu chuẩn mà cịn phải xét mặt khác cường độ cách điện, nhiệt độ phát nóng cho phép, tổn hao điện mơi tgδ… Trong tụ điện tích lũy lượng W: = W CU εSU d εVa = = E 2d d S- diện tích điện cực Va- phần thể tích hiệu dụng điện môi đặt điện cực, S.d E=U/d - cường độ điện trường điện môi Do thể tích V tụ điện gần tỷ lệ với Va nên viết V = tích vật liệu tụ điện giá thành phụ thuộc k εE ,nghĩa thể vào ε cường độ trường làm việc, trị số lại phụ thuộc vào cường độ cách điện tổn hao điện môi, nhiệt độ phát nóng cho phép vật liệu điều kiện làm mát tụ điện Vì để chế tạo tụ điện phải chọn loại vật liệu thích hợp sở phối hợp yếu tố cường độ cách điện, ε, tgδ, độ phát nóng giá thành rẻ Ngồi cịn phải có độ bền giới (độ bền chống kéo) để không bị đứt, rách Điện môi thường dùng nhiều loại giấy cáp, giấy tụ điện có tẩm dầu (dầu mỏ, dầu xo-vơn) lỏng nửa lỏng Q trình tẩm dầu làm cho cường độ cách điện tăng lên nhiều đồng thời làm tăng hệ số điện mơi lỗ xốp, bọt khí giấy (chiếm 25÷30% thể tích giấy) lấp kín dầu vật liệu cách điện tốt có hệ số điện môi cao 257 13.6.2 Tụ giấy tẩm dầu Dầu tụ điện dùng tẩm giấy chế tạo từ dầu máy biến áp có thêm chất hấp thụ để lọc làm dầu Ngoài cịn phải tiến hành sấy khử khí để có cường độ cách điện không thấp 200kV/cm, trị số tgδ khoảng 10-4(ở 20oC 1000Hz) hệ số điện mơi ε=2,1÷2,2 u cầu dầu tụ điện cao nhiều so với dầu MBA dầu tụ điện làm việc điều kiện nặng nề hơn: cường độ điện trường cao điều kiện tản nhiệt xấu Dầu xo-vơn chất lỏng cực tính có hệ số điện môi gần 5, lớn hai lần so với dầu mỏ, nên dùng loại dầu kích thước tụ điện giảm nhiều Đặc tính quan điện môi giấy- dầu cường độ cách điện ngắn hạn lâu dài Đặc tính khơng phụ thuộc vào tính chất thành phần vật liệu mà phụ thuộc vào độ dầy 258 259 ... mặt vật liệu Các phóng điện làm hư hỏng bề mặt vật liệu, thời gian đặt điện trường lâu kênh phóng điện lan rộng thể tích vật liệu, đồng thời tích lũy điện tích phần đầu kênh dẫn điện làm cho điện. .. SF6 2, 5 - 62 Frêôn CCl2F2 2, 5 -3 0 Tetraclorua Cacbon CCl4 6,3 +76 123 8.1 .2 Các dạng ion hóa xảy chất khí Các chất khí khơng phải chất cách điện lý tưởng chứa phần tử trung hịa mà có số ion điện. .. số điện môi điện môi rắn), phân bố điện áp giống xét phần điện 170 Hình 8 .24 : Phóng điện cục bên túi khí sơ đồ thay Xét trường hợp túi khí nằm điện mơi hình vẽ 8 .24 , ta chia điện mơi thành ba phần