Hình 4.8: So đồ khối hệ thông đo PD chuyển đổi Analog — Digital trực tiếpHình 4.9: Sơ đồ khối hệ thống do PD chuyển đổi Analog — Digital sau khi lọc băng thôngHình 4.10: Kha năng phân tá
CHỮ VIET TAT TRONG LUẬN VAN
AC: Alternating Current CC: Connecting Cable CD: Coupling Device DC: Direct Current EGR: Electron Generation Rate FDM: Finite Differential Method FEM: Finite Element Method FVM: Finite Volume Method HFCT: High Frequency Current Transformer IEC: International Electric Committee IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers MI: Measuring Instrument
PD: Parital Discharge PDIV: Partial Discharge Inception Voltage PDEV: Partial Discharge Extinction Voltage PRPD: Phase Resolved Partial Discharge pC: picoCoulomb
PSA: Pulse Sequence AnalysisPVC: Polyvinyl ChlorideXLPE: Cross Linked Polyethylene
GIỚI THIỆU CHUNG
Hiện tượng phóng điện cục bộ (Partial Discharge - PD) là hiện tượng đánh thủng không hoàn toàn trong một phan nhỏ trong hệ thong cách điện ran hoặc lỏng dưới tac dụng của điện trường [1].
Mặc dù các phan còn lại của vật liệu cách điện có thé chịu được cường độ điện trường đặt vào, nhưng do tính không đồng nhất trong nội bộ điện môi, điện trường tập trung cao hơn tại bộ phận có tính cách điện yếu Khi nó vượt quá giá trỊ tới hạn nào đó thì lập tức cách điện ở khu vực yếu này xảy ra phóng điện nội bộ, giống như sự đánh thủng tụ điện do quá điện áp Sự phóng điện này được gọi là phóng điện cục bộ.
Khi phần có tính cách điện yếu bị phóng điện cục bộ, thì tính cách điện của phan nay bị phá huỷ và nó trở nên dẫn điện tạm thời Khi tính cách điện của nó được phục hồi, cường độ điện trường tiếp tục tăng lên đến một mức nào đó thì phóng điện cục bộ lại xảy ra Sự phóng điện này lặp đi lặp lại nhiều lần trong vật liệu cách điện, nhưng tính chat cách điện của vật liệu thường không bị đe dọa trong thời gian ngăn.
Hiện tượng này tuy không gây hại tức thời, nhưng nếu xảy ra trong thời gian dai, nó sẽ gây ra tăng nhiệt cục bộ, làm suy giảm các đặc tính cách điện cua vật liệu, qua đó làm giảm tuổi thọ của thiết bị.
Phóng điện cục bộ có cường độ càng lớn thì càng có thé làm cách điện lão hóa nhanh hơn Trong một vài trường hợp, hiện tượng phóng điện cục bộ xảy ra âm i trong một khoảng thời gian nhưng không được phát hiện, hoàn toàn có thé dẫn đến sự cô bat ngờ trên thiết bị điện bat cứ lúc nào, mà nguy hiểm và khó phát hiện nhất là đối với các thiết bị có điện môi dạng rắn như các máy biến điện đo lường trung thế.
Như đã đề cập từ trước, hiện tượng PD kéo dai sẽ làm giảm tuôi thọ cách điện, cuối cùng dẫn tới hiện tượng phá hủy hoàn toan cách điện Do đó, việc do lường va phát hiện PD là một chủ đề hiện đang được quan tâm rất nhiều, hiện được xếp vào một trong những hạng mục thí nghiệm thông lệ trong luật đo lường và trong các tiêu chuẩn hiện hành về thiết bị điện.
Do PD là hiện tượng phóng điện chỉ xảy ra trong nội bộ của điện môi, không hoàn toàn đánh thủng lớp điện môi mà chỉ bắt cầu cục bộ, ta không có cách nào dé đo định lượng trực tiếp PD.
Việc đo PD trong phòng thí nghiệm được thực hiện bằng các mạch đo tương đương.
7 Gs i = 6 ou! Z: Bộ lọc nguụn i ơ
| ce A [A 2 Ae J Zea | H8 a | Cạ: Điện dung tương đương của đôi
Hình 1.1: Sơ đô mạch do PD song song [1] Cx: Điện dung của tu coupling
CD (Coupling Device): Trở kháng đo lường
CC (Connecting Cable): Cáp đồng trục dẫn tín hiệu
‹ ơ MI (Measuring Instrument): Thiột bi doHình 1.2: Sơ đồ mach do PD noi tiép [1] luong PD nghiệm được mắc trực tiếp với trở kháng đo lường, nhưng đồng thời nó cũng làm tăng nguy cơ phá hỏng thiết bị đo nếu có dòng điện lớn chạy qua nó Ngoài ra, sơ đồ này chỉ có thé được triển khai khi tiếp địa của đối tượng thí nghiệm được tách ra Điều này chỉ kha thi trong một sỐ trường hợp đặc biệt, nên sơ đồ hình 1.2 thường được sử dụng rộng rãi hơn. Đơn vị để định lượng PD là điện tích biểu kiến pico Coulomb (pC) Điện tích biéu kiến đo được bởi tổng trở do lường CD khó có quan hệ chính xác tuyệt đối với điện tích thực của sự phóng điện bên trong đối tượng thí nghiệm, nhưng sự gia tăng của điện tích biểu kiến này đồng nghĩa với việc PD thực sự xảy ra với biên độ cao hơn.
Từ đó, các phép định lượng sẽ có thể đánh giá được mức độ nguy hiểm của hiện tượng
Bởi vì đây là một phép đo gián tiếp, việc phát một xung mẫu dé hiệu chuẩn mach đo là cần thiết để định lượng Sơ đồ hiệu chuẩn thé hiện như hình 1.3 và 1.4.
—c Hình 1.3: Sơ đô hiệu chuẩn mach do PD song song [1]
Hình 1.4: Sơ đồ hiệu chuẩn mạch do PD noi tiép [1] Đề tài sẽ đi từ những cơ sở lý thuyết cơ bản nhất của hiện tượng PD, từ đó dẫn dat đến những kết quả thí nghiệm thực tế trong phòng thí nghiệm Thông qua dé tài này, một cái nhìn tông quát nhât vê hiện tượng PD trong điện môi răn sẽ được đề cập:
- Tìm hiểu co chế của hiện tượng PD - Tìm hiéu về các hướng nghiên cứu hiện tượng PD do bot khí gây ra - Xây dựng mô hình dé mô phỏng hiện tượng lỗ trỗng trong cách điện epoxy dựa trên các thông số liên quan - Khảo sát và thiết kế hệ thống đo lường PD - Dan chứng những kết quả thí nghiệm thực tế trên các máy biến điện do lường
- Dua ra những hướng nghiên cứu tiếp theo 14 TAM QUAN TRỌNG CỦA ĐÈ TÀI
Hiện nay chưa có luận văn thạc sĩ, tiên sĩ, công trình nghiên cứu nào trong nước nào đi chuyên sâu về lý thuyết phóng điện cục bộ.
15 PHAM VI NGHIEN CỨU Đề hiểu được hiện tượng phóng điện cục bộ cũng như cách đo định lượng nó thì phải cần khảo sát các trường hợp khiếm khuyết cụ thể Việc thực nghiệm để có được cái nhìn cụ thể về một dạng phóng điện cục bộ nào đó gặp rất nhiều trở ngại, do nó đòi hỏi phải được thực hiện trong phòng thí nghiệm đạt chuẩn, nguồn thí nghiệm phải hoàn toàn sạch PD nội bộ, hệ thống tiếp địa tốt và không gây nhiễu lên hệ thông đo.
Một giải pháp được đưa ra là xây dựng mồ hình toán học cho hiện tượng phóng điện cục bộ và khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố liên quan đến nó như cường độ điện trường, dạng hình học của tác nhân gây ra phóng điện cục bộ. gian, thời gian FDM [3]
Mô hình mạch | Mô hình 3 tụ tương đương điện [Š] [6]
Mô hình PD : ) Ỹ | trong điện môi - ran Thêm tính xác ae suất vào các mô Pits nến SE” THỦ hình vật lý Mee TA
Xây dựng công | Dựa trên phương thức dựa trên pháp Monte thực nghiệm Carlo [8]
Hình 1.5: Tổng quan về hướng nghiên cứu hiện tượng PD trong điện môi ran Đâu vào Mô hình Đâu ra
PA z b A A 1) x A > a aN z > ằ Điện ỏp, tõn sụ ° Mụ hỡnh lụ trụng * Dạng xung điện ỏp
— , Rn gon ` ae I SẠC ở "An A ¢ Tính chat vật liệu * Bài toán phân bô ° Điện tích biêu kiên - Điêu kiện môi điện trường - Số lan xảy ra PD trường *PDIV, PDEV trong chu kì su * Nhiệt độ ° Các dữ kiện đê
Ap suất phân tích định tính - Đô 4m và định lượng
Hình 1.6: Tổng quan vệ các mô hình PD trong điện môi ran
Mô hình vật lý được xây dựng cho hiện tượng lỗ trống giữa điện môi ban đầu dựa trên sơ đỗ mach tương đương gồm 3 tụ điện do Gemant và Philippoff đưa ra [5].
MÔ HÌNH HIỆN TƯỢNG PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ
HIỆN TƯỢNG PHONG ĐIỆN CỤC BỘ TRONG MOI TRƯỜNG ĐIỆN MÔI KHÔ
Hiện nay, có nhiều trường phái phân loại phóng điện cục bộ, một sỐ phân loại theo vị trí xảy ra phóng điện cục bộ, một số lại phân loại theo nguồn gốc gây ra phóng điện cục bộ Nhưng chung quy lại, nếu coi sự không đồng nhất trong điện môi và sự phân bồ điện trường không đồng đều là nguyên nhân chính dẫn đến phóng điện cục bộ, ta có thể phân chia theo các dạng đặc thù theo hình sau:
Hình 2.1: Phân loại phóng điện cục bộ
W (a) Phóng điện vâng quang do điểm nhọn
(b) (c) Phóng điện nhánh cây trong cách điện rắn (thường trong cáp)
( 2 - J (4) Phóng điện do bọt khí trong cách
Phóng điện cục bộ thường xuất hiện ở những lỗ trong (hình 2.1d), những vết nứt bên trong điện môi ran (hình 2.1c), tại bé mặt ranh giới giữa điện môi va vat dẫn điện trong điện môi rắn và long (hình 2.1 a và b), hoặc những bọt khí nằm trong điện môi lỏng (hình 2.1d) Nó cũng có thể xuất hiện dọc theo ranh giới bề mặt giữa những vật liệu cách điện khác nhau.
Tại những khoảng trống hay bọt khí nam trong điện môi thường xảy ra hiện tượng phóng điện cục bộ, do ở những vi tri này độ bền điện môi yếu hơn phan điện môi lan cận Khi điện áp đặt lên nó cao hơn điện áp khới phat PD (Partial Discharge
Inception Voltage - PDIV), thì lúc đó phóng điện cục bộ bắt đầu xảy ra. Điện môi
V YH 4) Lỗ trồng / bọt khí
Hình 2.2: Hình minh họa hiện tượng lỗ trong giữa điện môi 2.1.1 Độ bên điện môi của không khí
Theo tỉ số giữa cường độ điện trường cực đại và trung bình (Kz), ta có thé chia các dạng trên hình 2.1 thành những trường hợp như sau:
- _ Điện trường đồng nhất và gan đồng nhất (ke < 2): Hình 2.1 ¢ vad - _ Điện trường không đồng nhất (ke > 4): Hình 2.1.a và b
Theo định luật Paschen [11], điện áp đánh thủng qua chất khí trong trường hợp điện trường đồng nhất phụ thuộc vào tích của áp suất và khoảng cách khe hở giữa 2 điện cực Hình 2.3 thé hiện dạng của đường cong Paschen, mà theo đó sẽ tn tại tích số của áp suât và khoảng cách điện cực (pd)min mà điện áp phóng điện là cực tiêu Vomin.
(pd)aw (PA) min (Pa) ow pd
Bang 2.1: Giá trị điện áp thấp nhất dé xảy ra phóng điện theo tích số áp suất — khoảng cách khe hở [11]
Khí (pd)min V min Khí (pd)min Vpmin torrcm volts torrcm volts
3 10' ô4 ra r a7 ¢ Publication No 52 de la CEI (1960) E Ps Norme ltalienne 42.1 (1963)
= “a ^^ IEEE standard No 4 (ANSI - C 68 - 1) ® +g0k ° | British standard 358 (1960) œ L ao“ VDE 0433
“H Bertein 10 ' "xa 'mx“.““ nh: Fấi ẹ VN G ( TỶ.“ nn tress! eel
Pressure spacing product pd (bar mm)
Hình 2.4: Quan hệ giữa điện áp phóng điện và tích số giữa áp suất — khoảng cách [11]
Kết hợp những điều kiện khởi phát phóng điện Townsend và phóng điện
Streamer, Schumann [11] đã đưa ra công thức liên hệ giữa điện áp phóng điện và tích số giữa áp suất — khoảng cách khe hở:
Công thức nay dẫn đến những kết luận tương đối phù hop so với những gi kết quả thí nghiệm đưa ra theo như hình 2.4 [11], ngoại trừ vùng tích số (pd) thấp hơn 10°.
Nhưng trên thực tế, trường hợp này lại ít được quan tâm hơn về khía cạnh thực tiễn.
Trong phạm vi đề tài này, điều kiện khởi phát phóng điện Streamer sẽ được dùng làm căn cứ dé tính toán ở mục 2.3.3, bởi các dạng phóng điện khác có năng lượng rất thấp nên việc đo đạc cũng gặp nhiều khó khăn.
2.1.2 Sự gia tang electron tự do Đề sự phóng điện trong chất khí có thể Xảy ra, ngoài điều kiện là cường độ điện trường giữa 2 bản cực phải lớn hơn cường độ điện trường tới hạn nêu trong phân 2.1.1, trong chất khí phải có dư hạt mang điện tự do để có thé bắt đầu quá trình hình thành thác điện tử và kênh dẫn điện [12]. Điện trường Bọt khí electron
Sw tao thanh electron thir cap
Hình 2.5: Hình minh quá trình giải phóng các hat mang điện tu do
Dưới tác động của điện trường, chất khí sẽ bị ion hóa do va chạm, ion hóa do hóa quang hoặc do nhiệt Thác điện tử sơ cấp sẽ được sinh ra và va chạm với các phân tử khí trên đường di của nó, giải phóng thêm các hạt mang điện tự do Quá trình này lại càng bị đây nhanh hơn khi cường độ điện trường tăng lên, và các thác điện tử thứ cấp lại được sinh ra Dan dân, các kênh dẫn điện sẽ được sinh ra, và là nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng phóng điện cục bộ trong bọt khí.
Quá trình nay sinh kênh dẫn điện chỉ có thé được kích hoạt với 2 điều kiện:
- Cuong độ điện trường trong môi trường giữa 2 bản cực phải lớn hơn giá tri cường độ điện trường tới hạn nào đó dé chất khí có thé bị ion hóa.
- ‘Trong chat khi phải có hat mang điện tự do tự do để khởi phát cho các thác điện tử sơ cap.
2.1.3 Cơ chế phóng điện cục bộ ee
(a) Trước PD (b) Giữa PD (c) Sau PD
Hinh 2.6: Hinh minh hoa co ché phóng điện cục bộ
Dưới điện trường đặt lên mẫu thử là Eo điện trường bên trong lỗ trống hoặc bọt khí sẽ được tăng cường do hằng số điện môi của chất khí bên trong nó thấp hơn điện môi xung quanh Khi cường độ điện trường này vượt qua ngưỡng tới hạn nêu trong mục 2.1.1, kênh dẫn điện sẽ được hình thành trong lỗ trồng Sau đó, khi cường độ điện trường trong lỗ trồng sẽ giảm xuống thấp hơn mức có thể duy trì phóng điện, tính cách điện của 16 trông được phục hôi.
Nếu điện áp được đặt vào đối tượng theo dạng sóng sine, sau khi xung PD đầu tiên bị dập tắt và tính cách điện của lỗ trồng được phục hồi, cường độ điện trường trong lỗ trống lại tiếp tục gia tăng theo sườn dốc của cường độ điện trường xung quanh nó.
Cho đến khi cường độ điện trường này lại vượt qua cường độ điện trường tới hạn, hiện tượng PD lại xảy ra, lặp lại chu trình nêu trên.
Cơ chế trên được miêu tả trong hình 2.7, với Va là điện áp đặt lên đối tượng, Vc (gạch đứt quãng) là điện áp đặt lên lỗ trống nếu như hiện tượng PD không xảy ra, và (gạch liền) là điện áp trên lỗ trống khi có hiện tượng PD.
Hình 2.7: Giản đô thể hiện điện áp trong lỗ trồng khi xảy ra PD [11]
2.1.4 Anh hưởng của hiện tượng phóng điện cục bộ Đối với các thiết bị sử dụng điện môi răn như máy biến điện đo lường Epoxy, hiện tượng phóng điện cục bộ thường bị gây ra bởi bọt khí Bình thường, Epoxy được đúc trong chân không để tránh sinh ra bọt khí Tuy nhiên, đôi khi do sai sót trong quá trình đúc hay chất lượng của vật liệu không đảm bảo, các bọt khí có thé được sinh ra và làm ảnh hưởng đến chất lượng của điện môi về lâu dài Nếu không được phát hiện và xử lý sớm, hiện tượng này có thê tạo nên nguy cơ sự cô tiêm ân bât cứ lúc nào.
Phóng điện cục bộ tuy không dẫn đến hư hỏng cách điện ngay lập tức nhưng nó ảnh hưởng đền môi trường cách điện như sau:
- Gay ra phát nhiệt cục bộ, có thé dẫn đến sự thay doi và suy giảm đặc tính hoá học của vật liệu cách điện Trong trường hợp xấu, điểm phóng điện cục bộ lan rộng dẫn đến phá huỷ dan vật liệu cách điện theo thời gian (điển hình là hiện tượng cây điện phát triển trong cách điện rắn).
- Sự thay đổi các đặc tính hoá học làm tăng tốc độ lão hoá của vật liệu Mặt khác, phóng điện cục bộ cũng có thể ảnh hưởng xấu đến các bộ phận khác lân cận khu vực nó Xảy ra.
Hình 2.8: Hiện tượng phóng điện nhánh cây
CÁC YÊU TO KHÁC LIÊN QUAN DEN MÔ HÌNH PD 1 Hệ số hình học gia tăng cường độ điện trường trong lỗ trồng
Y tưởng co bản cua mô hình hiện tượng phóng điện cục bộ dựa trên mô hình 3 tụ điện là khi điện áp đặt vào hai đầu tụ Cc lớn hơn một giá trị điện áp khởi phát PDIV nào đó, khóa chuyển mạch sẽ đấu tắt qua tụ Cc , tạo nên một xung sụt áp đại diện cho hiện tượng phóng điện Gần như ngay tức thì sau đó, khi điện áp giữa hai đầu tụ C. nhanh chóng sụt đến một giá tri điện áp tan dư PDEV, khóa chuyển mạch này lại mở ra, điện áp trên hai đầu tụ C lại tăng hoặc giảm theo chiều của điện áp đặt vào mẫu thử
(theo như hình 2.8). Độ bên điện môi tại vị trí lỗ trồng kém hơn phần cách điện xung quanh Cường độ điện trường trong lỗ trống lại cao hơn cường độ điện trường bên ngoài, khiến giá trị PDIV càng dễ được đạt đến hơn Nhóm nghiên cứu Pedersen - McAllister — Crichton [15][16] đã chứng minh răng trên các dạng lỗ trông hình phỏng cau, vector cường độ điện trường bên trong lỗ trong E, có thé được liên hệ với cường độ điện trường bên ngoài E, bằng một hang số #
Tùy vào dạng hình học, cach tính hệ số hình học K theo tỉ số giữa 2 trục a (trục đứng) và b (trục ngang) của hình phỏng cầu cũng khác nhau Với K; là hệ số cho hình phỏng cau có trục song song (hình 2.14a) với phương của điện trường, Kn là hệ số cho hình phỏng câu có trục vuông góc (hình 2.14b) với phương của điện trường.
Hình 2.14: Hệ số hình học K cho các trường hợp lỗ trong hình phỏng cau [16] rs Tà ,Ấ ` AL, — HS đÀ —_ _ _ đếy
- — Với lô trông hình cau: a = b =r;K (=) = K,(1) = k,(1); f = Tre,
- _ Với các dạng lỗ trông det đứng: K, > ©; ƒ = 1 khi a/b >
- - Với các dang lỗ trồng det năm: K, > 1; ƒ ~ ey khi a/b > 0 - Vi các dạng lỗ trống hình trụ nằm: K„ > 2; f ~ = khi a/b > œ
Hình 2.15: Hình minh hoa cho sự gia tăng cường độ điện trường bên trong lỗ trồng
F Gutfleisch và L Niemeyer [12][17] cũng đã dé cập đến hệ số gia tăng cường độ điện trường trong nghiên cứu của mình về định lượng biên độ điện tích của hiện tượng phóng điện cục bộ.
Trong những bài viết của minh, Pedersen - McAllister — Crichton [15] [16] cung đã nghiên cứu ly thuyết về điện tích biểu kiến của PD với các dạng hình học khác nhau của lỗ trụng, và khai triển cụng thức tớnh điện tớch biểu kiến ứ của hiện tượng phúng điện cục bộ: q = KQezeo(E, — Ei) VÀo (2.9)
K: hệ số hình học của lỗ trống trong công thức Mc.Allister Q: thé tích của lỗ trống
Ej: giá trị cường điện trường khởi phat PD
Ey: giá tri cường độ điện trường tới hạn khi PD bị dập tat eo: hang số điện môi của chân không er: hằng số điện môi tương đối của môi trường
Vay: tỉ số giữa cường độ điện trường đặt vào 2 bản cực và điện áp giữa 2 bản cực Trong trường hợp 2 bản cực song song là nghịch đảo của khoảng cách giữa 2 bản cực đó (//D), còn trường hợp 2 bản cực đường tròn đồng tâm là: mÍ2) , với 7 là khoảng rin|— cách từ tâm bản cực trong đến lỗ trống, ro là bán kính bản cực trong và z; là bán kính bản cực ngoài L Niemeyer [12] gọi đây là hàm PMC (Pedersen - McAllister —Crichton).
2.3.2 Hệ số điều chỉnh giá trị điện dung trong mô hình Đề thỏa mãn công thức (2.6), hệ số gia tăng cường độ điện trường trong lỗ tréng cần được áp dung dé điều chỉnh giá trị điện dung tương ứng của các tụ C; và C cho thỏa quan hệ về sự gia tăng cường độ điện trường. Đối với lỗ trống dạng hình hộp hay hình trụ có trục song song với phương của điện trường đặt lên mẫu thử, hệ số điều chỉnh hình học sẽ là K = 7, đồng nghĩa với hệ so gia tăng cường độ điện trường là ¢,. Đối với lỗ trống dạng hình phỏng cau, ta phải giả định giá trị điện dung C; tương Ứng với lỗ trồng trước, sau đó dựa trên hệ số f nêu ở mục 2.3.1 dé tính ra giá tri Cy Với đường kính d của lỗ trỗng, đặt trong mẫu thử có khoảng cách giữa hai bản cực
Bang những phép biến đổi nay, su gia tăng cường độ điện trường bên trong lỗ trong với một số dạng hình học thường thay sẽ dễ dang được thé hiện trong mô hình 3 tụ điện a-b-c Như vậy, dưới điện áp đặt vào mẫu thử là Vo, tương ứng với cường độ điện trường Eo, điện áp tại lỗ trống sẽ là V„ tương ứng với cường độ điện trường E Jko.
2.3.3 Điện áp khới phát và điện áp dập tắt PD (PDIV và PDEV) Điều kiện tiên quyết để xảy ra PD là cường độ điện trường trong lỗ trống E. phải vượt hon mức cường độ điện trường khởi phát phóng điện #;;e Niemeyer [12] đã sử dụng điều kiện khởi phát phóng điện Streamer mối liên hệ giữa cường độ điện trường này với cường độ điện trường tới hạn E„„ Dưới áp suất p (Pa), khoảng cách giữa 2 bản cực bề mặt của lỗ trong d, méi quan hệ nay được diễn tả [18]: Đối với khí có liên kết electron bền vững (như SFe), hăng số đặc trưng M:
= 8.86 = 88.6 Cs mm) (= =) Đối với khí không có liên kết electron bền vững (như không khí, Nito), hăng số đặc trưng B:
Trong nghiên cứu của minh, Gutfleisch va Niemeyer [17] đã tạo mô hình lỗ trống không khí giữa điện môi epoxy, cùng các thông số:
Căn cứ vào điện áp khởi phát PDIV đo được trong thực nghiệm, họ đã tính toán ra rang áp suất p nằm trong khoảng 50 — 75 kPA, va Eine vào khoảng 2 — 3 kV/mm.
Hình 2.16: Đường cong điện áp khởi phát theo áp suất [26]
Theo Niemeyer [12], sau khi xảy ra phóng điện cục bộ, E; sẽ gần như ngay lập tức sụt xuống giá tri E,,;, Tuy nhiên, nhiều thực nghiệm được tiễn hành sau đó đã cho thay răng đây là một giả thiết không thật sự chính xác Thực tế thì giá trị ngưỡng dưới Eves thấp hơn nhiều và nó phụ thuộc vào vi trí hình học của lỗ trống.
Sedat Adili và Christian M Franck [19] đã tiến hành những thí nghiệm trong nghiên cứu của họ Theo đó thì sau khi xảy ra phóng điện cục bộ, E; sẽ gần như ngay lập tức sụt xuống giá trị E„=y Ecrit., y có giá trị 0.2 cho kết quả mô phỏng sát với kết quả thực nghiệm hơn.
2.3.4 Xác suất xảy ra PD theo mật độ gia tăng electron (EGR)
Kế cả khi cường độ điện trường vượt quá ngưỡng khởi phát PD, nếu trong lỗ trống không có dư electron tự do thì hiện tượng PD cũng không thể xảy ra Chính vì vậy mà hiện tượng PD thường chỉ xuất hiện trong cách điện của các thiết bị sau một thời gian mang điện áp Aftinc Gutfleisch va Niemeyer [17] đã mô phỏng va so sánh với thực nghiệm về thời gian ⁄1/„ này:
Thời gian khởi phat PD At, (s) 10° ` = :
0.1 L 10 Đường kính lỗ trống (mm)
Hình 2.17: Mô phỏng thực nghiệm về thời gian khởi phát PD [ 17]
Thực tê thi không có cách nao đê có thê biệt được bên trong lỗ trông có bao nhiêu electron tự do, và cũng không có cơ sở dé ước lượng con sô trên Do đó, đề xây dựng mô hình xác suât cho hiện tượng PD, các điêu kiện biên ban dau cân phải được xác định bằng cách loại suy và so sánh với những kết quả thí nghiệm.
THÀNH LẬP BÀI TOÁN Các dữ kiện ban đầu để thành lập mô hình
- - Kích thước hình học của mẫu thử - _ Kích thước hình học của lỗ trong khong khi
- _ Điều kiện nhiệt độ và áp suất
- Gia định mật độ gia tang electron ban đầu - _ Thông số mạch do
- Dang sóng điện áp giữa hai đầu tụ C- (16 trống): Ue
- Dang sóng điện áp giữa hai dau trở khang đo lường: Um - Bién độ điện tích biêu kiên tính toán được ga = C;.⁄1U hoặc công thức
Pedersen (2.9) - Cac dữ kiện can thiệt đê phân tích định tính và định lượng Đề thuận tiện cho việc mô phỏng và khảo sát, một giao diện để người dùng chọn lựa mô hình và nhập các thông số dữ liệu đầu vào và điều kiện biên ban đầu đã được phát triển trên nên Matlab R2013a.
2.4.1 Tính toán giá trị các tụ điện
Việc tính toán giá trị các tụ điện dựa trên ý tưởng nêu ở mục 2.3.2, theo đó thì các giá trị Ca, Cb, Cc sẽ được tính toán sao cho E, = fEo Trong phạm vi dé tài này, 6 mô hình cơ bản sẽ được khảo sát, bao gôm:
- _ Lễ trống hình hộp trong mẫu thử hình hộp (hình 2.18 a) - _ Lễ trống hình trụ đứng trong mẫu thử hình hộp (hình 2.18 c) - _ Lễ trống hình trụ nam trong mẫu thử hình hộp (hình 2.18 d) - Lễ trong hinh cau trong mau thir hinh hộp (hình 2.18 b) - Lễ trong hinh phong cau đứng trong mau thử hình hộp (hình 2.18 e)
- _ Lễ trong hình phống cầu năm trong mẫu thử hình hộp (hình 2.18 f)
2.4.2 Tính toán điện áp khởi phát và điện áp dập tat PD
Việc tính toán giá trị điện áp khởi phát (PDIV) và điện áp dập tắt (PDEV) dựa trên điều kiện khởi phát Streamer [IS] nêu ở mục 2.3.3, theo đó thì các giá trị này sẽ phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và đặc tính của khí bên trong lỗ trồng.
- _ Lễ trong hình hộp trong mẫu thử hình hộp: d = h (chiều cao) - _ Lễ trong hình trụ đứng trong mẫu thử hình hộp: d = h (chiều cao) - Lễ trống hình trụ nam trong mẫu thử hình hộp: d = 2r (đường kính) - _ Lễ trong hình cầu trong mẫu thử hình hộp: d = 2r (đường kính) - _ Lỗ trống hình phống cau đứng trong mau thử hình hộp: d = 2a (đường kính cực)
- _ Lễ trong hình phông cầu năm trong mẫu thử hình hộp: d = 2a (đường kính cực)
Pressure (kPa) Temperature (°C) Gas Constant B Power of the denominator n
Limiting field (E/p)crit Extinction Modulus Extinction Modulus Void Height (mm) (ViPa) positive streamer negative streamer
Inception Field Extinction Field PDW (kV) PDEV (kV) (KV/mm) (kV/mm)
Inception Field Extinction Field PDIV PDEV
Calculate © 2017 NGUYEN SI HUY CUONG
Hình 2.19: Giao diện nhập thông số và tính toán PDIV, PDEV
2.4.3 Mật độ gia tang electron
Hàm tính toán xác suất cho mô hình này sẽ có 3 chế độ:
- _ Chế độ xác suất dựa trên mật độ gia tăng electron: Probability Mode | - _ Chế độ xác suất cô định: Probability Mode 2
- _ Chế độ xác suất tuyệt đối 100%: Probability Mode 3
Trong số 3 chế độ này, chế độ thứ 3 xem như xác suất xảy ra PD là tuyệt đối, bỏ đi ảnh hưởng của cả mật độ gia tăng electron tự do Điều này sẽ dẫn đến kết quả mô phỏng tương đối khác so với thực tế, và đặc biệt là sẽ không phù hợp để áp dụng các phương pháp phân tích định tính Chế độ thứ 2 xem như xác suất xảy ra PD là một % cô định xuyên suốt cả quá trình mô phỏng, không chịu ảnh hưởng bởi điện áp và cũng không lệ thuộc vào electron tự do Chế độ này vẫn có thể cho ra kết quả khớp với các trường hợp thực tế theo một cách ngẫu nhiên nào đó, tuy nhiên vẫn không có đủ căn cứ đề đảm bảo sự chính xác của chê độ này.
Chê độ thứ 1 dựa trên xác suat xảy ra PD theo mat độ gia tăng ®) EGR BASED PROBABILITY: CONSTANT PROBABILITY DETERMINISTIC PROBABILITY el ectron k hi ệ n la hu ong nghi én cuu
—— Osea Poy đang được cho rang có kha năng cho ra kết quả tương đối đáng tin cậy
Nev (1/s) Tdecay (ms) © 2017 NGUYEN SI HUY CUONG
Hình 2.20: Giao diện chon lựa chế độ tinh toán xác suát xay ra PD
Chọn thông số, kết quả mô phỏng Có kết quả mô phỏng? Vv
Gọi “Chương trình phân tích Chọn mụ hỡnh ơơ dữ liệu
Gọi “Chương trình nhập thông số mô hình”
Hình 2.21: Lưu đô tong quát chương trình Matlab xử lý thông số dau vào và dau ra
Sau khi khởi tạo, người dùng sẽ có thể chọn lựa giữa 2 tiễn trình là nhập thông số đầu vào hoặc phân tích kết quả đầu ra Khi chọn mô phỏng, các giao diện như trong phân 2.4.2 và 2.4.3 sẽ được gọi xuất hiện để người dùng có thể nhập thông số đầu vào, từ đó xuất ra file lưu trữ hoặc load vào Workspace để Simulink có thể gọi khi bắt đầu mô phỏng.
Mô hình đã chọn lựa
Nhập kích thước, dạng hình học và hằng số điện môi
VY Tinh toán Ca, Cy, Ce và các hệ số hình học K, ƒ dựa trên công thức Mc Allister
Nhập nhiệt độ, áp suất, hằng số gas
Tinh toan PDIV, PDEV dựa trên công thức
Chọn mô hình xác suất
Mô hình xác suất theo EGR Mô hình xác suất theo % cố định Mô hình xác suất tuyệt đối 100%
Nhập xác suất xảy ra PD Tdecay
Nhập các thông số nguồn cấp và mạch đo
Chọn vị trí lưu file Ỷ
Hình 2.22: Quy trình nhập thông số dau vào cho mô hình
Thông số đã khai báo
Nhập thông số đã khai báo vào
V Khởi tạo mô hình với điều kiện ban đầu
\ lí Tăng bước thời gian
Tín hiệu điều khiển Switch = 0 Tính toán Uc
Tính toán EGR / xác suất xảy ra PD (P)
Vv Ghi nhan su kién PD
Hình 2.23: Lưu đô mô hình Simulink mô phỏng hiện tượng PD
Int ÁN File for Analys is
Hình 2.24: So đồ Simulink mô phỏng hiện tượng PD
Hình 2.25: Sơ đồ khối con PDtrigger
Hình 2.26: Sơ đồ khối con PreviousPDevent và khối con PDIV PDEV
Hình 2.28: Sơ đồ khối con Probability — Hình 2.29: Sơ đồ khối con FileForAnalysis
Sơ đồ khối Simulink bao gồm 2 phân chính:
- Nguôn cap va mạch đo: nguôn áp Vin, điện trở dau vào Rin, tụ coupling Cx và trở kháng đo lường Zin.
- M6 hình a-b-c: bao gồm 3 tụ điện Ca , Cp , Cc, khóa chuyén mach và khối điều khiến PD trigger.
Khóa chuyển mạch sẽ được điều khiến bởi tín hiệu logic đầu ra từ khối điều khiến PD trigger Khi ngõ ra khối PD trigger là 0, khóa chuyển mạch luôn ở trạng thái mở Một khi các điều kiện khởi phát PD được thỏa mãn, ngõ ra khối PD trigger sẽ chuyền thành 1, điều khiến khóa đóng lại trong một thời gian ngắn trước khi khối PD trigger trả output về 0 lúc điện áp về đến ngưỡng điện áp dập tắt PDEV.
Bang 2.2: Các trang thái điều khiển khối mô phỏng PD
* Ghi chu: R có giá trị ngẫu nhiên trong khoảng [0,1]
Những dữ liệu ng6 ra sẽ được lưu dưới dang array trong file mat, sau đó được đưa vào phân tích định lượng và định tính trước khi xuất ra những kết quả mô phỏng dưới dạng số liệu thống kê và các dạng giản đồ, đồ thị đặc trưng.
2.4.5 Phân tích định lượng Đề đánh giá mức độ phóng điện cục bộ, đại lượng được chú ý đầu tiên là điện tích biểu kiến ga (đơn vi pC) Tuy nhiên, phóng điện cục bộ có thé diễn ra nhiều lần trong một chu kì điện với những biên độ khác nhau Chính vì thế, các giá trị điện tích biểu kiến cực đại, điện tích biéu kiến trung bình được xem xét để đánh giá mức độ của hiện tượng phóng điện cục bộ.
Ngoài ra, số lần xảy ra phóng điện cục bộ trong một chu kì càng nhiều thì càng có nhiều nguy cơ ảnh hưởng đến điện môi xung xung quanh, đây nhanh quá trình lão hóa tính chất cách điện.
Với Hn là số lượng xung PD trung bình trên một chu kì, N là tổng số chu kì mô phỏng / thí nghiệm:
Giá tri điện tích biêu kiên cực đại Hgm va điện tích biêu kiên trung bình Hgn được tính như sau:
Ngoài việc định lượng để đánh giá mức độ nguy hiểm của phóng điện cục bộ, việc định tính và nhận dạng nguyên nhân gây ra phóng điện cục bộ cũng quan trọng không kém.
Việc phân tích định tính hiện nay vẫn là một đề tài đang được nghiên cứu và tranh cãi khá nhiều, bởi chưa hề có quy định và tiêu chuẩn nào thông nhất về phương pháp thực hiện.
Một trong số những phương pháp phân tích phóng điện cục bộ đang được quan tâm nhất chính là phương pháp “Giản đồ góc pha” (Phase Resolved Pattern Diagram
— PRPD) Theo đó, biên độ của các xung PD sẽ được ghi nhận trên miền thời gian va phân nhóm lại trên miền góc pha 360°, ứng với từng chu kì điện tương ứng của nguồn áp cung cap.
XAY DUNG MO HINH PHONG DIEN CUC BO
THONG SO TONG QUAT CUA MACH DO PD
M6 hinh mach do PD tong quát sẽ được dựa trên so đồ ở hình 1.2b, do so dé nay được áp dụng thực tế nhiều hơn Trong phan này, các thông số mach đo sé được chon lựa dựa trên thông số của một hệ thong đo lường PD thật sự.
+ Nguồn phát: điện áp xoay chiêu, tan số công nghiệp 50 Hz.
+ Tu coupling: chọn ở giá trị 1000 pF.
+ Trở kháng đo lường: điện trở Rm giá trị 500.
- Thông số của các tụ tương đương:
+ Tụ điện biểu trưng cho phan cách điện bình thường: Ca + Tụ điện biéu trưng cho phan lỗ trồng: Œ.
+ Tụ điện biểu trưng cho phan nối tiếp với 16 trống: Cp - Điều kiện để xảy ra PD:
+ Điện áp giữa 2 đầu tụ C lớn hon giá trị PDIV + Xác suất xảy ra PD lớn hơn giá trị ngẫu nhiên nằm trong khoảng [0,1].
+ Phân bố điện trường giữa 2 dau tụ C; (16 trồng)
+ Dạng sóng điện áp thu được ở trở kháng đo lường Rm+ Gia tri điện tích biêu kiên của từng sự kiện PD
TRƯỜNG HOP LO TRÓNG HÌNH HỘP
Trong phạm vi của trường hợp này, giải bài toán chỉ xét đến dạng hình học của lỗ trống: er - Kich thước mẫu thử H x L x
| - Khao sát ở các giá trị điện áp
` ị 1 “v J - Kich thước lỗ trong: hxIlxw
| ee =5x4x3 (mm). l š - _ Vật liệu cách điện:
Hình 3.1: Mô hình lỗ trồng hình hộp
3.2.1 Tinh toán giá trị các tụ điện tương đương
Công thức tính các tụ tương đương như sau:
_ £#gr(LW—lw) £gw — Chib> _— EgErlW a” H h9 ch UP œị+Œy H-h (3-1)
Bang 3.1: Các giá trị tụ điện trơng ung cho dạng mô hình 3.1
Ca (pF) Cb (pF) Cc (pF) Mẫu (5 x4x3 ) mm3 0.353275 0.0232418 0.026562
Với dang này thì U, =(—*)u, =0.4667U, Day được dùng làm căn cứ để lựa chọn các mức điện áp cầp nguôn.
3.2.2 Tính toán điện áp khởi phát và điện áp dập tắt PD
Nhu đã dé cập ở mục 2.4.2, điện áp khởi phát PDIV và điện áp dập tắt PDEV phụ thuộc vào tích số giữa áp suất và khe hở (pd) Căn cứ vào công thức (2.14), việc tính toán PDIV và PDEV được thực hiện để khảo sát mối quan hệ giữa chúng và áp suat.
Bang 3.2: Khảo sát các giá trị PDIV và PDEV cho dạng mô hình 3.1 theo áp suất p (kPA) — T @C) Einc (kV/mm) / Eext (kV/mm) /
Trường hợp 1 50-20 1.87 kV/mm — 0.24 kV/mm —
Trường hợp 2 75 - 20 2.62 kV/mm — 0.363 kV/mm —
Trường hop 3 100 - 20 3.35 kV/mm — 0.484 kV/mm —
Bang 3.3: Khao sát các giá trị PDIV va PDEV cho dang mô hình 3.1 theo khe hở p (kPA) — T @C) Einc (kV/mm) / Eext (kV/mm) /
Khoang hé 0.1 mm 50 - 20 5.86 kV/mm — 0.24 kV/mm —
Khoang hé 0.2 mm 50 - 20 4.50 kV/mm — 0.24 kV/mm —
Khoang hé 0.5 mm 50 - 20 3.29 kV/mm — 0.24 kV/mm —
Khoang hé 1.0 mm 50 - 20 2.68 kV/mm — 0.24 kV/mm —
Khoảng hở 2.0 mm 50 - 20 2.25 kV/mm — 0.24 kV/mm —
4.52 kV 0.48 kV Khoảng hở 5.0 mm 50 - 20 1.86 kV/mm — 0.24 kV/mm —
9.34 kV 1.21 kV điện trường khởi phát cũng tăng lên Còn khi giữ nguyên áp suất, cường độ điện trường khởi phát lại giảm theo khe hở, điều này làm cho điện áp khởi phát PDIV tăng không tuyến tính với khoảng hở.
: —— Inception Field (kV/mm) Ít QE -.-. -| - - : ơ = PDIV (kV) H
Hình 3.2: Sự biến thiên của trường khởi phát va PDIV theo khoảng hở
3.2.3 Tinh toán mật độ gia tang electron
Trong trường hợp này, chế độ xác suất tuyệt đối 100% được sử dụng để minh họa cho mô hình đơn giản nhất nêu trong [11] Ở chế độ này thì biên độ PD nếu có sẽ không đối, và số lượng xung PD xuất hiện trong từng chu kì điện cũng sẽ là cô định.
3.2.4 Kết quả mô phỏng Bang 3.4: Kết quả mô phỏng dạng mô hình 3.1 Điện áp Số chu kì Tổng sự kiện PD Sự kiện PD / qmax (pC) qmean (pC) mô phỏng chu kỳ
Mô hình ở chế độ này sử dụng điều kiện khởi phát phóng điện Streamer làm ràng buộc duy nhất, nên kết quả thu được phù hợp với những gì được miêu tả trong sách của E Kuffel [11] Chế độ này chính là mô hình a-b-c của Gemant & Philippoff [5], đơn giản và tường minh nên có thể được sử dụng để minh họa cho việc giảng dạy cơ bản.
Quan sát kết quả mô phỏng trong trường hợp này, khi tăng đủ điện áp thì số lượng xung PD xuất hiện trong chu kỳ cũng sẽ tăng lên Tuy nhiên, các sự kiện PD xảy ra đều có biên độ như nhau và góc pha xuất hiện cũng cố định Điều này không phù hợp với kết quả khảo sát PD thực nghiệm, cho nên chế độ xác suất tuyệt đối 100% chỉ có thể được xem như là một công cụ thô sơ nhất dé mô hình hóa hiện tượng PD.
Electrical Field Intensity (kV/mm) Electrical Field Intensity (kV/rnm)
Hình 3.3: Cuong độ điện trường thu được từ mô phỏng ở 24 kV (trái) và 40 kV (phải)
TRƯỜNG HOP LO TRÓNG HÌNH TRU
Trong phạm vi của trường hop này, giải bai toán chỉ xét đến dạng hình hoc của lỗ trống:
Hình 3.4: Mô hình lỗ trồng tru dung (a) và nam (b)
3.3.1 Tinh toán giá trị các tụ điện tương đương
Công thức tính các tụ tương đương như sau:
* Trường hợp 3.4a: £gey(LW — Trr”) Eur? Cy1Cy2 £oeyTr7 độc H t6 nh PP Gị+Œy H—h 2)
* Truong hợp 3.4b: £a£x(LW — 2lr) £ager.2lz H 2£,
- _ Kích thước mẫu epoxy: H x Lx W= 7.5 x 38 x 38 (mm3) - - Kích thước lỗ trong: (a)( r=2, h =6 ) (mm), (b) (r=2, 1=6) (mm)
- Trudng hop (b): áp dụng công thức Mc.Allister dé tính hệ số gia tăng cường độ điện trường ƒ.
Ca (pF) Co (pF) Ce (pF) Tru đứng 5.06957 0.222525 0.0185438 (r = 2mm, h = 6mm)
3.3.2 Tính toán điện áp khởi phat và điện áp dập tat PD
Can cứ vào công thức (2 4), việc tính toán PDIV và PDEV được thực hiện để khảo sát mối quan hệ giữa chúng và áp suất cho trường hợp mẫu thử theo bảng 3.5.
Bang 3.6: Khao sát các giá trị PDIV và PDEV cho dạng mô hình 3.4 theo bang 3.5 p (KPA) — TŒC) Einc (kV/mm) / Eext (kV/mm) /
Tru đứng 100 - 20 3.27 kV/mm — 0.48 kV/mm —
Tru nam 100 - 20 3.46 kV/mm — 0.48 kV/mm —
3.3.3 Tính toán mat độ gia tang electron
Trong trường hợp này, chế độ xác suất tuyệt đối 100% được sử dung dé minh họa cho mô hình đơn giản nhất nêu trong [11] Ở chế độ này thì biên độ PD nếu có sẽ không đối, và số lượng xung PD xuất hiện trong từng chu kì điện cũng sẽ là cố định.
Bang 3.7: Kết quả mô phỏng dạng mô hình lỗ trồng trụ đứng theo bảng 3.5 Điện áp Số chu kì mô Tổng sự kiện PD Sự kiệnPD / chu qmax (pC) qmean (pC) phỏng kỳ20 kV 500 0 0 0 021 kV 500 0 0 0 024 kV 500 2000 4 744 744 Điệnáp Số chu kì Tổng sự kiện PD Sự kiện PD / qmax (pC) qmean (pC) mô phỏng chu kỳ 20 kV 500 0 0 0 0 21 kV 500 2000 4 1590 1590 24 kV 500 2000 4 1590 1590
Kết quả khảo sát mô hình ở chế độ này dẫn đến biên độ điện tích biéu kiến phù hợp với nghiên cứu của S.Gopinath và K.Sathiyasekar [25 |.
Height of the Void in mm Radias of the Void in mm
Hinh 3.5: Quan hé giita dién tich biểu kiến và kích thước của lỗ trồng [25]
- Kich thước mẫu epoxy: H x Lx W = 6x 30 x 30 (mm3)
- Kich thước lô trông: lô trông hình tru đứng theo bang 11 - Vat liệu cách điện: €, = 2.3
Bang 3.9: Các giá trị tụ điện tương ung cho khảo sát 2
Ca (pF) Cy (pF) Cc (pF)CY1(h=1mm;r=1mm) — 3.04397 0.0127952 0.0278157CY2(h=1mm;r=2mm) 3.01198 0.051 1808 0.1112630
CY3 (h = Imm; r = 3mm) 2.95867 0.1151570 0.2503410 CY4 (h = Imm; r = 4mm) 2.88403 0.2047230 0.4450510 CY5 (h = 2mm; r = Imm) 3.04397 0.0159940 0.0139078 CY6 (h = 3mm; r = Imm) 3.04397 0.0213253 0.0092719 CY7 (h = 4mm; r = Imm) 3.04397 0.03 19880 0.0069539
Bang 3.10: Kết qua mô phỏng dang mô hình lỗ trồng tru theo bảng 11
Mẫu thử Điện áp Số chu kì PDIV/PDEV Sự kiệnPD / qmax (pC) mô phỏng chu kỳ CY1 12/7 kV 500 2.68kV/0.24kV 4 26 CY2 12/7 kV 500 2.68kV/0.24kV 4 104 CY3 12.7kV 500 2.68kV/0.24kV 4 234 CY4 12.7kV 500 2.68kV/0.24kV 4 416 CY5 12.7kV 500 450kV/04SkV 4 42 CY6 12/7 kV 500 6.18kV/0.73 kV 4 58 CY7 12.7kV 500 7.78 kV /0.97kV 4 73
Khao sat 2 cho thay sự tăng điện tích biểu kiến của sự kiện PD theo chiều tăng kích thước bề ngang của lỗ trống hình trụ là rất đáng kể Còn trong trường hop lỗ trống hình trụ đứng tăng chiều cao, sự thay đổi về điện tích biểu kiến là chậm hơn Điều này phù hợp với kết luận nêu ra bởi Gaxiola [18].
Qua những khảo sát ở mục 3.2 và 3.3, một điều có thể dễ dàng nhận ra là mô hình a-b-c của Gemant và Philippoff chỉ mô phỏng được nguyên lý cơ bản nhất của hiện tượng phóng điện cục bộ là khi điện áp đặt vào mẫu thử tăng lên thì hiện tượng PD sẽ xuất hiện nhiều hơn.
Mô hình này hoàn toàn không phù hợp dé định lượng mức độ của PD, và nó đã bỏ qua một đặc tính quan trọng của PD là tính xác suất ngẫu nhiên dựa trên sự gia tăng số hạt mang điện tự do năm bên trong lỗ trống. hình cầu hoặc hình ellip [15] Ngoài ra, PD không phải là một quá trình tuyệt đối, mà nó mang tính ngẫu nhiên và xảy ra với cường độ lớn hơn khi độ gia tăng điện áp đặt vào mẫu thử tăng lên nhanh hơn Từ những nghiên cứu thực nghiệm ban đầu ở lĩnh vực PD được thực hiện bởi ABB [17] người ta đã áp dụng giản đồ góc pha PRPD để từ đó đưa ra những giả thiệt vê cơ chê xác suât của hiện tượng phóng điện cục bộ.
Hình 3.6: Minh họa giản đô góc pha trong nghiên cứu của ABB [17]
Hướng nghiên cứu chính của dé tai này xoáy vào việc điều chỉnh mô hìnhGemant và Philippoff để khiến nó mô phỏng sát với những kết quả thực nghiệm thu được hơn Chính vì thế mà trong phần 3.4, việc tính toán xác suất xảy ra PD sẽ được thực hiện dựa trên mật độ gia tang electron nêu ở chương II Kết quả các giản đồ sóc pha sẽ được đối chiếu với những giả thiết nêu trong nghiên cứu của ABB (hình 3.6).
TRƯỜNG HOP LO TRÔNG HÌNH CÂU
Nhóm nghiên cứu của Hazlee A Illias đã tiền hành mô phỏng và thực nghiệm về hiện tượng PD trong lô trông giữa điện môi răn Các kêt quả của mô hình được xây dựng trong dé tài này sẽ được so sánh với mô hình mà Hazlee A_Illias đã đăng trên tạp chí [22-24].
* Mẫu khảo sát 1 (SPI): Điện cực Điện 3 môi | | 1.7 mm|2 mm
Hình 3.7a: Cấu trúc mô hình dùng trong nghiên cứu cua Hazlee A Illias [23]
[ ==—= Điện cực L Điện mồi 3 mm
Hình 3.7b: Cấu trúc mô hình dùng trong nghiên cuu cua Hazlee A Illias [22][24]
Hx Lx W=2x 38x 38 (mm’) Kích thước lỗ trống: r = 0.7 mm
Khảo sát ở các giá trị điện áp nguồn: 14 kV, 16 kV, 18 kV, 20 kV Vật liệu điện môi: €, = 4.4
Hx Lx W=3x 40x 40 (mm) Kích thước lỗ trống: r= 1.0 mm
Khảo sát ở các giá trị điện áp nguôn: 18 kV, 20 kV
3.4.1 Tinh toán giá trị các tụ điện tương đương
3 tụ a-b-c tương đương cho dạng lỗ trống hình cau và hình ellip: £ogey(LW — Trr”) f
Với hình cau và hình ellip, hệ số f tính theo công thức theo công thức (2.7) hoặc (2.8), tùy vào ti SỐ giữa 2 trục a và b của nó.
Bang 3.11: Các giá trị tụ điện tương ứng cho mẫu khảo sát 1 và 2
Ca (pE) Ch (pF) Ce (pF) SP1 (r = 0.7 mm) 28.0974 1.28508 0.0778839
3.4.2 Tính toán điện áp khởi phát và điện áp dập tat PD
Bang 3.12: Các giá trị tụ điện tương ứng cho mẫu khảo sát 1 và 2 p (KPA) — TŒC) Einc (kV/mm) / Eext (kV/mm) /
SP1 (r = 0.7 mm) 77 - 20 3.55 kV/mm — 0.39 kV/mm —
SP2 (r = 0.5 mm) 65 - 20 3.25 kV/mm — 0.31 kV/mm —
3.4.3 Tinh toán mat độ gia tang electron
Bang 3.13: Thông số tính xác suất xảy ra PD cho mẫu khảo sát SP1 và SP2
Nes0H / NesOL (1/5) Nev (1/s) Tdecay (ms) SP1 (r = 0.7 mm) 10000 / 2000 100 2
Các thông sô trên sẽ được dùng làm điêu kiện ban dau dé tính toán xác suât xảy ra PD theo chế độ EGR được trình bày ở mục 2.3.4.
(a) Kết quả mô phỏng ở 14 kV
Loan “go 20HS5TOGRAM 30 HSTOGRAM STOCHASTIC £ S: Sepa tron Wt PRPO trom tt
Load Parameters & fiesulta Lond Mecet Parameters
C Wher wiih NAM Googie OnweETILvaniwanisraitatiinctentineSohen: AfEOAosl Browse
Cer siiEN AMA Googte DrtvelPDiLuanvantmatatioonirh tna Sphesk atinacst Browse
Quick Analyse put Voltage (Vự) Frequency (M2) Wutber ot Cycie Total PO Events
PO Everts per cycle Min Charge (pC) Max Crerge (pC) Mesn Charge (pC) nay: ©2017 NGUYEN % HUY CUONG
(b) Kết quả mô phỏng ở 16 kV
Loan “tro 20 HSTOGRAM 30 HSTOGRAM STOCHASTIC
Load Parameters & fiesulta ond Mocs! Parameters
Doge Drive'POLunewarimates/mohinh finan Sphere gAhaoaatf\SP1 _1612/_sn mat Browse
Quick Analyse put Voltage (Vự) Frequency (M2) Wutber ot Cycie Total PO Events
PO Everts per cycle Min Charge (pC) Max Crerge (pC) Mesn Charge (pC)
(c) Kết quả mô phỏng ở 18 kV
Loan peer 20 HISTOGA 30 HSTOGA CHASTIC
Signal from w FEO lrợn Me
Load Parameters & Reauits Lond Model Parameters
C Wher Wik MAM/Gocgie Deve \PO\Lumnvarimatiatimohnh final Sonere wihaoe, Browse
C Wiser NAMGoogie DevelFO\Luanvarimasiabenchnhtirs! Sphere OKna0s: Browse
‘uch Analysis put Voltage (X/) Frequency 0) Humber ot Cycle Total PD Events
PO Everts pee cyc le lên Ôhmtoe (pC) Max Oarge 690) Mean Chisege (pC)
Arslrze © 2017 NGUYEN SI HUY CHONG
(d) Kết qua mô phỏng ở 18 kV
Loan | peer 20 HISTOGRAM 30 WETOGRAM OCHASTIC
Song trom at FOO treen W8
Load Parameters Á Reeuits Long Mocei Parameters
Googe ơ hSp nae _2019⁄ mại Browse
2oge OnvePOL: GP1, 20k, sơn mat Browse tusk Analywiw put Voltage 06/7 Frequency (=) Hurner of Cycle Total FD Events
PO Events pee cycle Min Charge (eC) Max Cnarge tx) Mesn Chisege (pC}
Ansrz © 2017 NGUYEN Sĩ HUY CUONG.
Hình 3.8: Kết quả mô phỏng mẫu SP1 của mô hình trong đề tài này Điện tích PD nhỏ nhất, lớn nhất và trung bình tính toán được từ khảo sát mẫu SPI ở dé tài này là gần như tương đồng với nghiên cứu của Illias nêu trong [23] Số lần xảy ra PD trên chu kì từ kết quả của mô phỏng nảy tuy có cao hơn một chút so với thực nghiệm của Illias, dẫn đến tổng điện tích PD trên chu kì có phần tăng cao hon theo chiêu tăng điện áp.
Kết quả Điện áp cấp nguồn (kV)
Téng số sự kiện PD / chu ky
Mô hình trong đề tài 2.7 4.5 6.1 78 Kết qua của Illias [23] 2.5 4.2 5.7 73
Tong điện tích PD / chu ky (pC)
M6 hinh trong dé tai 1706 2821 3678 4485 Kết qua cua Ilias [23] 1698 2591 3186 3940
Sai biệt 8pC 230 492 545 Điện tích trung bình (pC)
Mô hình trong đề tài 632 627 603 575 Kết qua cua Ilias [23] 674 616 562 536
Sai biét 42 11 Al 39 Điện tích lớn nhất (pC)
Mô hình trong đề tài 1575 1806 2060 2219 Kết qua cua IIlias [23] 1625 1856 2056 2250
Sai biệt 50 50 4 31 Điện tích nhỏ nhất (pC)
Mô hình trong đề tài 265 265 265 265 Kết qua cua IIlias [23] 263 263 263 263
(a) Số lần xây ra PD trên chu kỳ
Hình 3.9: So sánh giữa kết quả mô phỏng mẫu SP1 của mô hình này (mau đỏ) và nghiên cứu cua Ilias [23] (màu xanh) và 3.12), gần như đối xứng ở hai bán kì trong chu kì điện Giản đồ PRPD 2D (hình 3.10) cũng có dạng giống với những kết quả của nghiên cứu của Gutfleisch và
Niemeyer [17] (hình 3.6). i i h H + 3 + 4 i i i i i : 4 i ‹ i L H L i Đ a wằ 13 19 Py 2 36 xơ Pra 29 36 xơ Đ a wằ 13 19 1z 2 36 xơ Đ a wằ 13 19 Pra 29 36 xơ
Hình 3.10: Giản đô góc pha phân tích từ kết quả mô phỏng mẫu SP1 cua mô hình trong nghiên cứu này
(a) 50 Hz, 14 kV measurement (c) 50 Hz, 18 kV measurement
Discharge 2v 90 Discharge > amplitude (nC) 25 0 Phase (degree) amplitude (nC) 25 0 Phase (degree)
(b) 50 Hz 16 KV measurement (d) 50 Hz, 20 kV measurement
Discharge 2 “90 Discharge 2 vs s0 amplitude (nC) 25 0 Phase (degree) amplitude (nC) 2.5 0 Phase (degree)
Hình 3.11: Gian đô góc pha 3D phân tích từ kết quả mô phỏng mẫu SP1 trong nghiên cứu cua Ilias [23]
| 2p Pep tetogearn File Edt View Inset Tools Desktop Window Help | Fite Edt View insert Tools Desktop Window À3đwdỏl|b SAV8SRL- 13 0B so Jams k SAVS 4-208 sD
30 Histogram of the PD Events 3D Histogram of the PO Evecds Total Number of PD Events! 1356 Total Number of PD Events: 3061 l&3 70
RÙ yan on
PD Absolute Charge (pC) 0 Phase Angle
(b) Giản đô góc pha ở 18 kV của nghiên cứu khác [22] a
200 CÀO, x 270 300 : 180 Discharge 400 7 90 amplitude (pC) 500 0 Phase (degree)
Nhu vậy, nghiên cứu trong dé tài này đã thành công trong việc xây dung mô hình hiện tượng phóng điện cục bộ gây ra bởi bọt khí nằm giữa điện môi răn Dù hướng tiếp cận là khác nhau, nhưng những kết quả mô phỏng cho thấy sự tương đồng với những nghiên cứu khác được đăng trên tạp chí IEEE [ L7, 22-24].
HE THONG DO LUONG PHONG DIEN CUC BO
GIỚI THIEU CHUNG VE HE THONG DO LUONG PHONG ĐIỆN CUC BO
4.1.1 Mach đo lường phóng điện cục bộ
Như đã đề cap ở chương I, có 2 sơ đồ đo phóng điện cục bộ hiện đang được áp dụng: so đồ nối tiếp và sơ đồ song song, dù rang sơ đồ song song được sử dung rộng rãi hơn do nó có tính an toàn cao hơn cho thiết bị đo.
Hình 4.1: Mạch do lường PD nối tiếp (trái) và song song (phải)
Xung dòng phóng điện cục bộ từ đối tượng thí nghiệm hoặc tụ coupling sẽ đồ về điểm nối đất Trở kháng đo lường Zn được sử dụng dé biến tín hiệu dòng xung rất nhỏ này thành tín hiệu áp để đo lường Bởi vì xung dòng này tần số cao và thời gian rất ngăn, trở kháng đo lường phải được thiết kế để đóng vai trò bộ lọc thông cao dé có thé bắt được những tín hiệu này Từ nguyên lý hình 4.2, điện áp ngõ ra của trở kháng đo lường (nếu được thiết kế phù hợp) là một xung điện áp dao động tắt nhanh theo công thức (4.1).
Ve(£) = am eat |cospt — = sinpe| (4.1)
Hình 4.2: Nguyên lý cua trở khang do lường phóng điện cục bộ [11]
Thực tế, trở kháng đo lường bao gồm điện trở Rn mac song song với cuộn cảm Lư, kết hợp với tu coupling Cz sẽ hợp thành một bộ lọc thông cao dé bat tín hiệu xung PD Một số loại trở kháng đo lường còn có tụ điện Cn để kết hợp với tu coupling C¿ tạo thành một bộ phân áp điện dung Các giá trị của trở kháng đo lường được tính toán để tần số cat dưới 100 kHz, và tín hiệu ngõ ra đủ nhỏ dé không gây nguy hiểm cho thiết bi đo Ngoài ra, bên trong trở kháng đo lường còn có mạch bảo vệ dé đề phòng những trường hợp đối tượng thí nghiệm bị phóng điện đánh thủng trong quá trình thí nghiệm, dòng sự cố lớn đồ về gây nguy hiểm cho thiết bị do.
| ot Đối tượng i thí nghiệm —_ Ì es > aL Hình 4.3: Sơ đồ mach trở kháng đo lường phô biên
4.1.2 Bộ phát xung hiệu chuẩn
Các thông số của mạch đo phóng điện cục bộ cần được thiết kế để phù hợp với điện dung của đối tượng cần thí nghiệm Nhưng trong mọi trường hợp, việc phát xung hiệu chuẩn là cần thiết để có thé định lượng biên độ điện tích biểu kiến Việc này được thực hiện băng cách nỗi nguồn áp xung vuông Up thông qua một tụ điện Co vào đối tượng thí nghiệm như đã đề cập ở chương I (hình 1.4) Xung áp Uo đưa điện tích hiệu chuẩn go được đưa vào mach đo, và xung áp tương ứng khi đó trên đối tượng đo Cy là
Khi thí nghiệm, nếu như hiện tượng PD xảy ra trong đói tượng đo Ca với điện tích biêu kiên ga, nó sẽ có quan hệ với điện tích hiệu chuân thông qua hệ sô tỉ lệ S⁄ da = UppCa = (U2/U1)d0 = Srqo (4.3) Đối tượng Bộ phỏt xung thớ nghiệm ơm_ hiệu chuân \
: ⁄2Up ⁄) U Trở kháng đo lường
Hình 4.4: Sơ đồ mach minh họa cho việc phát xung hiệu chuẩn
Hình 4.5: Quy ước về xung hiệu chuẩn PD Nguồn áp xung vuông Up cần phải đạt được một số tiêu chí như sau:
- Thời gian tăng xung t, < 60ns
- _ Thời gian 6n định xung t, < 200ns
- Thời gian bước điện áp f¿ > Sus
- Dao động điện áp trong khoảng thời gian từ khi 6n định xung cho đến thời gian kết thúc bước điện áp AU < 0.03U,
Trong thực tế, nguén xung vuông này thường được tạo thành bởi mạch IC 555, nên điện tích hiệu chuẩn qo thường được tùy chon băng cách thay đổi nắc điện dung Co.
Ví dụ như nắc 1000 pC, tụ Co được lựa chon sẽ có điện dung tam hơn 100 pF Tuy nhiên, nếu chọn phương pháp hiệu chuẩn này đối với đối tượng thí nghiệm có điện dung nhỏ và vừa phải thì điện dung của tụ Co này nên có giá trị bé hơn điện dung của đối tượng thí nghiệm 100 lần và không được vượt quá 200 pF Còn đối với đối tượng có điện dung lớn như cáp lực dài hơn 200m thì cho phép Co< 7000 pF [1].
Các khảo sát cụ thê hơn vé ảnh hưởng của Co đền sai sô của phép đo sẽ được đê cập sâu hơn trong mục 4.2.
4.1.3 Thiết bi đo phóng điện cục bộ
Tín hiệu từ trở kháng đo lường sẽ được dẫn bằng cáp đồng trục về thiết bị xử lý tín hiệu Ở các thiết bị đo PD analog đời cỗ (như hình 4.5), tín hiệu PD sẽ đi qua bộ suy hao, bộ khuếch đại trước khi đến khối tích phân và mạch tách sóng đỉnh để chi nhận biên độ điện tích biêu kiên và hiện thị trên đông hô kim.
1 - Bộ suy hao 4 - Mạch tách sóng đỉnh Tín hiệu acs
2 - BO khuéch dai 5 - Dong ho kim điện áp
3 - Mạch tích phân 6 - Dao động ký
Hình 4.6: Sơ đồ khối hệ thong do PD analog
1 |A - Phố tan số của tin hiệu PD ¡ |B - Bộ lọc băng thông dé bat tin hiệu PD Ị i f ; f, Tan số (kHz)
Hình 4.7: Bộ lọc băng thông theo IEC 60270
Các thiết bị đo PD digital hiện nay sẽ xử lý tín hiệu PD băng bộ lọc băng thông theo tiêu chuẩn IEC 60270 [1]:
- _ Thiết bị băng thông rộng: 30 kHz < fi < 100 kHz, f2 < 1 MHz, 100 kHz 20 pC) Pattern rõ ràng, đối xứng qua 2 bán kì, tập trung cao trước đỉnh sine (từ 0° - 100° va từ 170° — 280°).
Max scale 150.0 pC [~ Logarithmic charge axis scalin
Mẫu: 688 Điện áp thử nghiệm: 16 kV @ 50 Hz Biên độ PD: ~ 2500 pC (không dat)
Nhận dang: bot khí giữa điện môi Đánh giá: Biên độ PD rất cao, năm ngoài mức châp nhận được (> 20 pC)
Pattern rõ ràng, đối xứng qua 2 bán kì, tập trung cao trước đỉnh sine (từ 20° - 100° va từ 200° — 2809).
Max scale 400 nC [~ Logarithmic charge axis scalin
Mẫu 700 Điện áp thử nghiệm: 16 kV @ 50 Hz Biên độ PD: ~ 9000 pC (không dat) Nhận dang: bot khí giữa điện môi Đánh giá: Biên độ PD rất cao, năm ngoài mức châp nhận được (> 20 pC)
Pattern rõ ràng, đối xứng qua 2 bán ki, tap trung cao trước đỉnh sine (từ trước O° - 100° và từ trước 180° — 280°).
Max scale |L8.0 nc [~ Logarithmic charge axis scalin
Bang 5.8: Kết quả thí nghiệm các mau biến điện áp hiện tượng phóng điện bê mặt
Mẫu thí nghiệm / Đánh giá Giản đồ góc pha Mẫu 449 Điện áp thử nghiệm: 16 kV @ 50 Hz Biên độ PD: ~ 60 pC (không đạt)
Nhận dạng: phóng điện bề mặt Đánh giá: Biên độ PD thấp, nhưng nằm ngoài mức châp nhận được (> 20 pC) Pattern rõ ràng, bất đối xứng ở 2 bán ki.
Biên độ cao ở bán kì dương và mật độ cao hơn bán kì âm.
Mẫu 479 Điện áp thử nghiệm: 16 kV @ 50 Hz
Biên độ PD: ~ 4000 pC (không đạt)
Nhận dạng: phóng điện bề mặt Đánh giá: Biên độ PD rất cao, năm ngoài mức châp nhận được (> 20 pC)
Pattern rõ ràng, bất đối xứng ở 2 bán ki.
Biên độ cao ở bán kì âm và mật độ cao ở bán kì dương.
Max scale B.00 nc [ Logarithmic charge axis scaling
Mẫu 509 Điện áp thử nghiệm: 16 kV @ 50 Hz
Biên độ PD: ~ 6000 pC (không đạt)
Nhận dạng: phóng điện bề mặt Đánh giá: Biên độ PD rất cao, năm ngoài mức châp nhận được (> 20 pC)
Pattern rõ ràng, bất đối xứng ở 2 bán ki.
Biên độ cao ở bán kì âm và mật độ cao ở bán kì dương.
Max scale 8.00 nC [ Logarithmic charge axis scaling
Mẫu 562 Điện áp thử nghiệm: 16 kV @ 50 Hz Biên độ PD: ~ 70 pC (không đạt)
Nhận dạng: tiếp xúc đầu nối không tốt Đánh giá: Biên độ PD thấp, nhưng nằm ngoài mức châp nhận được (> 20 pC).
Pattern rõ rang, có 2 thanh kéo dài với biên độ cô định qua các đâu bán kì Biên độ PD thâp.
Max scale 200.0 pC [ Logarithmic charge axis scaling
Bang 5.9: Kết quả thí nghiệm các mẫu biến điện áp có hiện tượng phóng điện cục bộ hỗn hop Mẫu thí nghiệm / Đánh giá Giản đồ góc pha
Mẫu A10 Max scale [12.0 nc [T Logarithmic charge axis scaling X58 Điện áp thử nghiệm: 16 kV @ 50 Hz Biên độ PD: ~ 8000 pC (không dat)
Nhận dạng: phóng điện bề mặt và bọt khí Đánh giá: Biên độ PD rất cao, năm ngoài mức châp nhận được (> 20 pC).
Pattern rõ ràng, bất đối xứng ở 2 bán ki.
Biên độ cao ở bán kì âm và mật độ cao ở bán kì dương Tuy nhiên, vẫn có thể nhận thây một nhóm xung đôi xứng năm bên dưới.
Mẫu 563 Điện áp thử nghiệm: 16 kV @ 50 Hz Biên độ PD: ~ 90 pC (không đạt)
Nhận dạng: phóng điện bé mặt và bọt khí Đánh giá: Biên độ PD thấp, nhưng nằm ngoài mức châp nhận được (> 20 pC).
Pattern rõ ràng, bất đối xứng ở 2 bán ki.
Biên độ cao ở bán ki âm và mật độ cao 0 bán ki dương Tuy nhiên, van có thê nhận thây một nhóm xung đôi xứng năm bên dưới.
Max scale 00.0 pc [ Logarithmic charge axis sealing
Hình 5.12: Sản phẩm biến dong trung thê cách điện Epoxy
THÍ NGHIEM PHONG ĐIỆN CUC BO CHO BIEN DONG ĐO LƯỜNG
Tiéu chuan thiét ké: TCVN 7697-1 va IEC 60044-1
Vật liệu cách điện: Nhựa đúc Epoxy ngoài trời Mức cách điện:
- Dién áp định mức pha-pha : 24kV - Điện áp thí nghiệm tăng cao: 50kV
- _ Điện áp thí nghiệm xung sét: 125 kV
Tan số (Hz): 50 Ti số : 800-400 / 5 A
Cấp chính xác: 0.5Chiều dai đường rò : 31 mm/kVKhối lượng: 32kg
Khi thí nghiệm điện ap tăng cao và phóng điện cục bộ, điện áp sé được cấp vào phía so cap, còn các cuộn thứ cap sẽ được nôi tat Điện áp thí nghiệm phóng điện cục bộ được áp dụng với các biến dòng trung thế đo lường dạng này là 40 kV (80% điện áp thí nghiệm tăng cao) ở 50 Hz, cùng giá trị điện tích biéu kiến chấp nhận được tại mức điện áp này là bé hơn 50 pC.
Trong số các thí nghiệm mẫu sản phẩm được thực hiện, các trường hợp đặc thù nhất đã được chọn lọc dé trình bày va phân loại theo 3 nhóm giống như phan 5.3.
Bang 5.10: Kết quả thi nghiệm các mâu biến dòng có bọt khí giữa điện môi
Mẫu thí nghiệm / Đánh giá Giản đồ góc pha Mẫu: 268 Điện áp thử nghiệm: 40 kV @ 50 Hz Biên độ PD: ~ 30 pC (dat)
Nhận dang: bot khí giữa điện môi Đánh giá: Biên độ PD rất thấp, năm trong mức châp nhận được (< 50 pC)
Pattern rõ ràng, đối xứng qua 2 bán kì, tập trung cao trước đỉnh sine (từ O° - 90° và từ 180° — 280°) Dạng giông như mô phỏng thời gian ngăn ở chương III.
Mẫu: 004 Điện áp thử nghiệm: 40 kV @ 50 Hz Biên độ PD: ~ 120 pC (không dat) Nhận dang: bot khí giữa điện môi Đánh giá: Biên độ PD thấp, nhưng nằm ngoài mức châp nhận được (> 50 pC) Pattern rõ ràng, đối xứng qua 2 bán ki, tập trung cao trước đỉnh sine (từ 20° - 90° và từ 190° — 280°).
Max scale 400.0 pC [_ Logarithmic charge axis scaling
Mẫu 051 Điện áp thử nghiệm: 40 kV @ 50 Hz Biên độ PD: ~ 50 pC (không dat) Nhận dang: bot khí giữa điện môi Đánh giá: Biên độ PD thấp, nhưng nằm xâp xỉ mức chap nhận được (> 50 pC)
Pattern rõ ràng, đối xứng qua 2 bán ki, tập trung cao trước đỉnh sine Dạng giông như mô phỏng thời gian ngăn ở chương III.
Mẫu 085 Điện áp thử nghiệm: 40 kV @ 50 Hz Biên độ PD: ~ 600 pC (không dat)
Nhận dang: bot khí giữa điện môi Đánh giá: Biên độ PD cao, nằm ngoài mức chap nhận được (> 50 pC)
Pattern rõ ràng, đối xứng qua 2 bán ki, tập trung cao trước đỉnh sine (từ trước O° - 90° và từ 170° — 280°) Biên độ PD cao.
Max scale |L.000 nc [ Logarithmic charge axis scaling
Mẫu 1129 Điện áp thử nghiệm: 40 kV @ 50 Hz Biên độ PD: ~ 700 pC (không dat)
Nhận dạng: bọt khí giữa điện môi Đánh giá: Biên độ PD cao, nằm ngoài mức chap nhận được (> 50 pC)
Pattern rõ rang, déi xứng qua 2 ban ki, tap trung cao trước đỉnh sine (từ trước 0° - 90° và từ 160° — 280°) Biên độ PD cao.
Max scale 1.20 nC [ Logarithmic charge axis scaling
Bang 5.11: Kết quả thí nghiệm các mâu biến dòng có hiện tượng phóng điện cục bộ bê mặt Mẫu thí nghiệm / Đánh giá Giản đồ góc pha
Mẫu: 043 Điện áp thử nghiệm: 40 kV @ 50 Hz
Biên độ PD: ~ 700 pC (không đạt)
Nhận dạng: bọt khí ở bề mặt Đánh giá: Biên độ PD cao, nằm ngoài mức chap nhận được (> 50 pC)
Pattern rõ ràng, nhóm xung ở ban ki dương có biên độ cao hơn, còn nhóm xung ở bán kì âm có mật độ lớn hơn Biên độ PD cao.
Max scale 1.40 nC [ Logarithmic charge axis scaling
Mẫu 047 Max scale 0:0 pc Điện áp thử nghiệm: 40 kV @ 50 Hz
| Lo ithmic cha rQ© axis SC aling
Biên độ PD: < 50 pC (dat) Nhận dang: bọt khí Đánh giá: Biên độ PD thấp, năm trong mức chap nhận được (< 50 pC) Pattern rõ ràng, nhóm xung ở ban kì dương | ===+= có biên độ cao hơn, còn nhóm xung ở bán | = kì âm có mật độ lớn hơn Biên độ PD lớn.
Biên độ PD thâp hơn ngưỡng dat.
Mẫu 096 Max scale 70.0 pC [T Logarithmic charge X58 Điện áp thử nghiệm: 40 kV @ 50 Hz Biên độ PD: ~ 400 pC (không dat) Nhận dang: bọt khí Đánh giá: Biên độ PD cao, nằm ngoài mức chap nhận được (> 50 pC)
Pattern rõ ràng, nhóm xung ở ban kì dương | ===+= có biên độ cao hơn, còn nhóm xung ở bán kì âm có mật độ lớn hơn Biên độ PD cao.
Mẫu 060 Max scale |L.50 nc Điện áp thử nghiệm: 40 kV @ 50 Hz Biên độ PD: ~ 1100 pC (không dat)
Nhận dạng: tiếp xúc xấu dau cuộn day Đánh giá: Biên độ PD cao, năm ngoài
Pattern rõ ràng, có 2 thanh kéo dài với biên —r.nng độ cô định qua các dau bán kì Biên độ PD | =~ cao.
5.4.3 Mau thí nghiệm 3 Bang 5.12: Kết quả thí nghiệm các mâu biến dòng có hiện tượng phóng điện cục bộ hôn hợp Mẫu thí nghiệm / Đánh giá Giản đồ góc pha
Mau: 052 Max scale [1.20 nc Điện áp thử nghiệm: 40 kV @ 50 Hz Biên độ PD: ~ 700 pC (không đạt)
Nhận dạng: bọt khí giữa điện môi và ở bề mặt. Đánh giá: Biên độ PD cao, nằm ngoài mức chap nhận được (> 50 pC)
Pattern co 2 nhóm, bao gồm dang đối xứng và bât đôi xứng.
Mau 061 Mec sale [ASBACH| T to@wmkrdmgtsesoin x9 Điện áp thử nghiệm: 40 kV @ 50 Hz —
Biên độ PD: ~ 1000 pC (không đạt)
Nhận dạng: hỗn hợp nhiều dang (bao gồm phóng điện bê mặt và tiêp xúc đâu nôi xâu) Đánh giá: Biên độ PD cao, nằm ngoài mức chap nhận được (> 50 pC)
Pattern hỗn hop nhiều dang, trong đó 2 nhóm xung trai dai va có biên độ cao không đổi tầm 1000 pC là của dạng tiếp xúc xấu, 2 nhóm xung trải đài và có biên độ không đổi tập 300 pC là dang phan tử dẫn điện lẫn trong điện môi (có thể là do bụi ban), cùng dạng bất đối xứng của phóng điện bé mặt.
Mẫu 076 Điện áp thử nghiệm: 40 kV @ 50 Hz
Biên độ PD: ~ 600 pC (không dat) Đánh giá: Biên độ PD cao, nằm ngoài mức chap nhận được (> 50 pC)
Nhận dang: bọt khí va tiếp xúc đầu nối xấu Pattern hỗn hợp nhiều dạng, trong đó 2 nhóm xung trai dài và có biên độ cao không đôi tâm 300 pC là của dạng tiêp xúc xấu, 2 nhóm xung đối xứng của dạng phóng điện cục bộ trong bọt khí.
Mẫu 098 ‘nt een eae xa®9 Điện áp thử nghiệm: 40 kV @ 50 Hz a Biên độ PD: ~ 1100 pC (không dat) Đánh giá: Biên độ PD cao, nằm ngoài mức chap nhận được (> 50 pC) Nhận dang: tiêp xúc xau đâu cuộn dây
Pattern rõ ràng, có 2 thanh kéo dai với biên | |) wm" _ —- cet độ cô định qua các dau ban kì Biên độ PD se cao.
Qua thống kê những kết quả thí nghiệm phóng điện cục bộ trên các máy biến điện đo lường trung thế có cách điện Epoxy đầu năm 2017, các dạng phóng điện cục bộ pho biến nhất có thé kế đến được thé hiện theo hình 5.13. m Bot khí m Bê mặt m Tiếp xúc xâu = Hỗn Hợp
Hình 5.13: Thong kê các nguyên nhân gây ra phóng điện cục bộ trên các máy biến điện đo lường trung thé có cách điện Epoxy.
TONG KET VA HUONG NGHIEN CUU TIEP THEO
TONG KET DE TAI
Luan van da trinh bay về mô hình hiện tượng phóng điện cục bộ theo hướng xây dựng mạch tương đương, áp dụng thêm yếu tô xác suất dé tăng sự chính xác của mô phỏng so với thực nghiệm Kết quả định lượng phóng điện cục bộ từ những khảo sát ở mục 3.4.4 gan như hội tụ với kết quả định lượng trong những nghiên cứu của H.A Ilias đã đăng trên tạp chí IEEE [22-24].
Một trong số những phương pháp hiệu quả nhất để xác định nguyên nhân gây ra phóng điện cục bộ chính là dùng giản đồ góc pha PRPD dạng 2D hoặc 3D Và trong đề tài này, kết quả mô phỏng hiện tượng phóng điện cục bộ gây ra bởi bọt khí nam giữa cách điện ran đã thể hiện giản đồ góc pha PRPD có dạng giống như miêu tả thực nghiệm từ những nghiên cứu sơ khởi của Gutfleisch va Niemeyer [17].
Các thông số của hệ thong đo lường phóng điện cục bộ cũng đã được khảo sat để thiết kế hệ thong đo lường phóng điện cục bộ áp dung được cho nhiều đối tượng đo khác nhau.
Cuối cùng, kết quả từ các thực nghiệm được tiến hành đã cho thấy hướng nghiên cứu về phóng điện cục bộ trong đề tài này là hoàn toàn hợp lý, tạo cơ sở cho việc ứng dụng rộng rãi phép đo phóng điện cục bộ trên các thiết bị điện.
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Từ những kết quả thu được sau luận văn này, có rất nhiều hướng để phát triển chu đề nghiên cứu về phóng điện cục bộ: học khác, ví dụ như cáp ngầm.
- Thay đổi thông số của mô hình dé có thé mô phỏng được hiện tượng phóng điện cục bộ xảy ra tại các bê mặt khác nhau giữa các lớp điện môi.
- Sir dụng một phần mềm chuyên về giải bài toán điện trường dùng phương pháp phân tử hữu hạn đê làm dữ liệu nên cho việc không chê điêu kiện xảy ra PD.
- Nghiên cứu thêm về ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ và áp suất trong lỗ trong khi xảy ra PD.
- Str dụng các hàm phân bố khác dé làm điều kiện tính toán xác suất PD xảy ra.
- Ap dung thí nghiệm phóng điện cục bộ rộng rãi hon trên các thiết bị điện khác.