Kỹ thuật cao áp - Chương 5 ppt

http://www.ebook.edu.vn Chơng V Phóng điện vầng quang trên đờng dây Đ5-1. Vầng quang-một dạng Phóng Điện tự duy trì. Vầng quang là một dạng phóng điện tự duy trì đặc trng cho sự phóng điện trong trờng không đồng nhất. Phóng điện tuy đạt đợc điều kiện tự duy trì nhng dòng không thể kéo dài trên toàn bộ khoảng cực mà chỉ giới hạn trong phạm vi nhỏ ở gần điện cực có bán kính cong bé. Các quá trình ion hoá, kết hợp hoặc trở về trạng thái bình thờng của các phân tử bị kích thích phát sinh rất nhiều phô tông khiến cho vùng hẹp này toả sảng (do đó mà có tên gọi là vầng quang). Các ion đợc tạo nên trong quầng của vầng quang dới tác dụng của điện trờng sẽ chuyển dịch ra phía ngoài và hình thành dòng điện vầng quang. Điện áp tăng cao thì số ion tăng và dòng điện vầng quang tăng. Quan hệ của dòng điện vầng quang với điện áp là một trong các đặc tính năng lợng cơ bản của phóng điện vầng quang. Nội dung vật lý của vầng quang thờng đợc nghiên cứu trong khe hở mũi nhọn - cực bản, trong đó mũi nhọn thay thế cho dây dẫn có đờng kính bé. Kết quả đo lờng cho thấy, khi mũi nhọn cực tính âm dòng điện vầng quang có dạng các xung đợc lặp lại đều đặn (hình 5-1b). Điện áp tăng thì biên độ của xung giữ không đổi nhng khoảng cách thời gian giữa các xung rút ngắn do đó dòng điện trung bình tăng lên. Khi mũi ngọn có cực tính dơng dòng điện vầng quang cũng có dạng xung nhng chúng rất hỗn loạn và xếp chống lên nhau (hình 5-1d). Đặc tính vôn - ampe của vầng quang khi mũi nhọn có cực tính dơng cho trên hình 5-2. Trong khu vực A có sự phóng điện không tự duy trì gọi là phóng điện tối, dòng điện có trị số khoảng : 10 -14 đến 10 -8 Khu vực B dòng địen khoản 10 -8 đến 10 -6 A và phát sáng yếu nhng cũng là phóng điện không tự duy trì và chỉ tồn tại khi có các nhân tố ion hoá bên ngoài. T a.) b.) Hình 5-1 Dòng điện vầng quang trong khe hở mũi nhọn - cực bản a) Khác độ thời gian T = 125 s b) Vầng quang âm I tr.b = 0,7A c) Vầng quang âm I tr.b = 2 A d) Vầng quang dơng I tr.b = 0,5 A I (A) I (A) 3.10 -7 7,5.10 -5 2 5,0 1 2,5 A B C U C U ct 4,6 4,7 4,8 4,3 Kv 0 5 10 15 20 kV Hình 5-2 Đặc tính vôn - ampe của vầng quang khi mũi nhọn có cực tính dơng http://www.ebook.edu.vn Khu vực C là giai đoạn phóng điện tự duy trì, dòng điện có trị số 10 -5 A và lớn hơn. Dòng điện A này tăng theo điện áp cho đến khi khe hở phóng điện hoàn toàn (ứng với trị số điện áp U ct ). Điện áp bắt đầu có phóng điện tự duy trì gọi là điện áp phát sinh vầng quang (ứng với trị số U vq ). Phóng điện vầng quang có ý nghĩa quan trọng trong nhiều lĩnh vực cử kĩ thuật điện cao áp. ở một số cơ sở luyện kim và nhà máy nhiệt điện đẫ dùng vầng quang âm để lọc bụi trong khói. Thân ống khói bằng kim loại làm cực dơng, cực âm là dây dẫn nhỏ đặt dọc theo trục ống và là nơi phát sinh vầng quang âm. Điện tử sinh ra bởi quá trình ion hoá trong quầng vầng quang sẽ chuyển dịch về phía cực dơng, trong quá trình đó nó sẽ bám vào bụi khói và kéo theo về phía thân ống. Trong hệ thống điện vầng quang có các tác dụng khác nhau. Bình thờng không nên để xảy ra vầng quang vì sự chuyển dịch của ion dới tác dụng của trờng sẽ tạo nên một loại dòng điện rò gây tổn hao năng lợng. Ngoài ra vầng quang còn gây nhiễu loạn đối với thông tin hữu tuyến và vô tuyến, ăn mòn vật liệu Tuy vậy vầng quang lại có tác dụng tích cực trong bảo vệ hệ thống điện chống quá điện áp khí quyển , khi có sét đánh trên đờng dây, vầng quang sẽ tiêu hao năng lợng của các sóng quá điện áp, làm giảm biên dộ và độ dốc song do đó tăng an toàn cho cách điện của trạm biến áp và máy điện. Đ5-2. Vầng quang trên đờng dây dẫn điện một chiều. Đặc điểm của phóng điện vầng quang " dây dẫn - cực bản" khi dây dẫn ngắn cũng giống nh của khe hở " mũi nhọn - cực bản". Kết quả quan sát thấy khi dây dẫn có cực tính âm dòng điện vầng quang cũng có tác dụng xung lặp lại đều đặn nh trên hình 7-1b và c còn khi cực tính dơng thì các xung dòng điện cũng rất hỗn loạn. Nhng cần cáu ý là ngay cả khi dây dẫn đợc đánh bóng rất kỹ trên bề mặt cũng có chỗ bị nhám và ở dó vầng quang xuất hiện sớm. Khi dây dẫn dài, vầng quang có thể phát triển đồng thời tịa nhiều điểm vì vậy các xung dòng điện hợp lại thành dòng điện liên tục. Nếu tăng điện áp thì vầng quang sẽ phát triển trên toàn bộ bề mặt dây dẫn và dòng điện mất hẳn tính chất không liên tục của nó. Thực nghiệm cho thấy, cờng độ trờng phát sinh vầng quang E vq ít phụ thuộc vào cực tính. Trong tụ điện hình trụ - dây dẫn bán kính r 0 dọc theo trục của hình trụ bán kính R > r 0 cờng độ trờng phát sinh vàng quang đợc xác định bằng công thức kinh nghiệm: += 0 308,0 1.31 r E vq (5-1) và điện áp phát sinh vầng quang: UEr R r vq vq = 0 0 ln (5-2) Với hai dây dẫn bán kính r 0 đặt cách nhau s >> r 0 hay là dây dẫn đặt cách mặt phẳng h s = 2 thì cũng có các công thức tơng tự: += 0 304,0 18,29 r E vq (5-3) http://www.ebook.edu.vn UEr s r vq vq = 0 0 ln (5-4) So sánh (5-1) và (5-3) thấy chúng không chỉ có kết cấu giống nhau mà các hệ số cũng có giá trị gần bằng nhau. Điều này đợc giải thích bằng sự phân bố trờng xung quanh dây dẫn - khu vực có ý nghĩa quyết định đối với phóng điện vầng quang - trong cả hai trờng hợp đều gần giống nhau và cũng từ đó đề xuất khả năng nghiên cứu vầng quang của đờng dây dẫn một chiều trên mô hình tụ điện hình trụ. Sự chuyển dịch của điện tích từ dây dẫn có vầng quang đến điện cực đối diện tạo nên dòng điện vầng quang. Dòng điện này có tính chất nh một dòng điện rò và gây tổn hao năng lợng gọi là tổn hao vầng quang. ứng với đơn vị dài của đờng dây tổn hao này đợc xác định theo công thức: ( ) pUIUfU= = . (5-5) I dòng điện vầng quang. () IfU= đặc tính vôn - ampe của vầng quang. Việc xác định biểu thức giải tích của đặc tính vôn - ampe của vầng quang rất phức tạp và cho đến nay vẫn cha đợc giải quyết thích đáng do cha xác định đợc chính xác sự phân bố điện tích khối trong quầng của vầng quang cũng nh trong khu vực ngoài. Trong tụ điện hình trụ có thể xác định gần dùng đặc tính Vôn - ampe bằng cách giải phơng trình Poisson trong toạ độ trụ" () divE dE dr E rr dEr dr =+= = 1 . (5-6) kèm theo một số giả thiết sau đây: - Khi có vầng quang xung quanh dây dẫn hình thành điện cực khối cùng dấu với điện tích của dây dẫn (xem mục Đ 3-3 về phóng điện vầng quang).Các điện tích khối này làm giảm, cờng độ trờng trên mặt dây dẫn, hạn chế quá trình ion hoá phát triển Kết quả là số ion mới sinh ra cân bằng với số ion chuyển dịch về điện cực đối diện; dòng điện vầng quang (ứng với đơn vị dài) cũng đạt trị số ổn định và cờng độ trờng trên mặt dây dẫn giữ mức cố định và có trị số E vq . - Nếu dòng điện vầng quang không lớn có nghĩa là mật độ điện tích khối cũng không lớn thì tính toán về trờng sẽ đa về trờng hợp nh là khi không xét đến ảnh hởng của điện tích khối. Cờng độ trờng tại điểm bất kì cách trục của tụ điện hình trụ khoảng cách r có trị số bằng: E U r R r = ln 0 Trong đó U- Điện áp tác dụng lên tụ điện hình trụ. Có thể viết biểu thức trên ở dạng tổng quát: Rr = const (5-7) - Các điện tích khối có mật độ và chuyển dịch với tốc độ v sẽ tạo nên dòng điện vầng quang. ứng với đơn vị dài của dây dẫn dòng điện vầng quang đợc tính theo biểu thức: IrvrkE==22 (5-8) k v E = độ dịch chuyển của ion. Do tính chất liên tục nên dòng điện không phụ thuộc vào toạ độ r và kết hợp với giả thiết Er = const có thể suy luận đợc mật độ điện tích trong toàn bộ khe hở có trị số không đổi. Với điều http://www.ebook.edu.vn kiện ấy có thể giải phơng trình Poisson và từ đó tính đợc một cách gần đúng về cờng độ trờng: () dEr rdr r r E Er vq r = 0 0 . Sau khi phân tích đợc: () Er E r r r vq = 0 2 0 2 2 (5-8) Điện áp tác dụng giữa các điện cực đợc tính theo: UEdrE r r dr r r r r dr r R vq r R r R == + 00 0 00 2 Lấy đợc tích phân và chú ý là r 0 < R, có đợc: UErIn R r R vq ++ 0 0 2 4 hay là U U = 4 R vq 2 (5-9) vì điện áp vầng quang có trị số UEr R r vq vq = .ln 0 . Để tính dòng điện vầng quang, có thể dùng biểu thức (7-8) viết ở mặt trụ ngoài l = 2 Rk E R và nếu thay trị số E U R R r R = ln 0 sẽ đợc. () l k R R r UU U vq = 8 2 0 ln (5-10). Mặc dù dựa vào các giả thiết thiếu chính xác nhng công thức (5-10) phản ánh đợc gần đúng sự phụ thuộc của dòng điện vầng quang với điện áp. Vì thế các công thức tính tổn hao vầng quang của đờng dây dẫn một chiều đều có dạng: () pAUUUkWkm vq = 2 / (5-11) Trong đó A là hệ số phụthuộc vào kích thớc của khe hở. http://www.ebook.edu.vn Khi tính toán về tổn hao vầng quang cần phân biệt các trờng hợp vầng quang đơn và vầng quang kép (hình 5-3a và b). ở trờng hợp thứ nhất hai dây dẫn có điện thế + U 2 và U 2 đặt cách nhau bởi bản kim loại đợc nối đất. Do đó quá trình ion hoá phát triển độc lập trên mỗi nửa khe hở và các điện tích khối do các quá trình ấy tạo nên không ảnh hởng lẫn nhau. Đó là vầng quang đơn vì trong phần khe hở hình thành bởi "dây dẫn - cực bản " chỉ có một cực phát sinh vầng quang. Tổn hao vầng quang trong trờng hợp này bằng tổn hao trên mỗi dây P = P + + P - . Trong khe hở thứ hai ( hình 5-3b) không có bản kim loại ngăn ở giữa. Nếu các ion khác dấu khi gặp nhau ở mặt trung tính kết hợp với nhau hoàn toàn thì trờng hợp này không khác gì so với trờng hợp trên. Nhng thực tế trên mặt phẳng trung tính chỉ có một số ion khác dấu kết hợp với nhau, số còn lại sẽ đi vào khoảng không gian của các điện tích khối khác dấu. Các ion đóphá huỷ trạng thái cân bằng đã có sẵn và làm tăng cờng độ trờng ở xung quanh dây dẫn. Để khôi phục lại trạng thái cân bằng phải tiếp tục ion hoá ở gần dây dẫn, do đó dòng điện vầng quang tăng và tổn hao vầng quang tăng. Trờng hợp này gọi là vầng quang kép vì trên cả hai điện cực đều có vầng quang, chúng phát sinh ảnh hởng lẫn nhau làm cho tổn hao vầng quang P > P + + P - . Trên đờng dây dẫn điện một chiều vầng quang đơn xảy ra khi dây dẫn chỉ có một cực tính còn vầng quang kép là khi các dây dẫn đặt trên cột có cực tính khác nhau. Đ5-2. Vầng quang trên đờng dây dẫn điện xoay chiều. Khi nghiên cứu về phóng điện vầng quang trên đờng dây dẫn điện xoay chiều ba pha, trớc hết cần phải xem xét điện tích khối của các pha có ảnh hởng lần nhau không. Vì cực tính của các dây dẫn biến đổi trong cùng chu kì nên điện tích khối của mỗi pha chỉ bị đẩy xa khỏi dây dẫn một đoạn đờng nào đó còn trong nửa chu kỳ sau lại bị kéo về phía dây dẫn. Để xác định đoạn đờng trên giả thiết cờng độ trờng trên mặt dây dẫn trong toàn bộ thời gian của nửa chu kỳ là không đối và bằng trị số tới hạn của vầng quang (E vq ) còn ở khoảng không gian ngoài, thí dụ ở điểm cách xa trục dây dẫn một đoạn r thì cờng độ trờng (E) đợc xác định theo điều kiện: E rcons t . = (5-12) hoặc : E Er r vq = . 0 (5-13) r 0 bán ính dây dẫn. Tốc độ chuyển dịch của ion tỷ lệ với điện trờng và đợc xác định theo: 2 U 2 U + a) b) Hình 7-3 Vầng quang đơn và quang kép http://www.ebook.edu.vn v dr dt kE kE r r vq === 0 Suy ra dt rdr kE r vq = . . 0 Δ U max Δ U max E vq Δ U max U vq E vq ΔU E dd Q dd U dd U 0 t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 0 t 1 t 5 t 7 i c i vq -Q 2 5 2 1 5 6 7 8 8 7 +Q +U -U Q=C hh http://www.ebook.edu.vn Hình 5-4 Vầng quang trên đờng dây dẫn điện xoay chiều. a.Biến thiên theo thời gian của điện áp U, cờng độ trờng trên mặt dây dẫn F dd và điện tích tổng Q. b.Dòng điện điện dung i c và dòng điện vầng quang ivq. c. Đậc tính Vôn - Culông. Đờng I : Đặc tính Vôn-Culông xây dựng từ hình 7-4a. Đờng II : Đặc tuyến Vôn -Culông khi U max > 2U v . Lấy tích phân trong phạm vi nửa chu kỳ sẽ đợc: Tr r kE r vq 22 0 0 = max . Nh vậy đoạn đờng chuyển dịch của điện tích khối đợc tính gần đúng: 0max .rkTEr vq (5-14) ( bỏ qua r 0 2 vì r 0 << r 2 max ) Ví dụ bằng số : Với r 0 = 1,25 cm; E vq = 36 kV/cm; T = 0,02 s; k cm s Vcm = 18, / / Tính đợc đoạn đờng đi xa nhất của điện tích khối r max = 4 cm, nh vậy bé hơn rất nhiều so với khoảng cách giữa các dây dẫn và có thể xem điện tích khối của mỗi pha là độc lập với nhau hoặc nói cách khác quá trình phóng điện vầng quang trên một pha nào đó không chịu ảnh hởng của các pha bên cạnh. Bây giờ xét cụ thể quá trình phóng điện trên một dây dẫn xoay chiều. Giả thiết dây dẫn đợc nối với nguồn đúng vào lúc điện áp bằng không. Trên hình 7-4a cho đờng biểu diễn của điện áp nguồn U(t), cờng độ trờng trên mặt dây dẫn E dd (t) và điện tích dây dẫn Q dd biến thiên trong phạm vi một chu kỳ. = ữtt t 21 - thời gian này cha xuất hiện vầng quang nên điện tích của dây dẫn đợc tính theo công thức: QUC dd hh = . (5-15) C hh Điện dung của dây dẫn đối với đất khi cha có vầng quang. Có thể biểu thị bằng đại lợng U, E, Q cùng trên một đờng cong chỉ cần chon theo các tỷ lệ thích ứng. = ữttt 12 - Điện áp và cờng độ trờng trên mặt dây dẫn đạt trị số tới hạn U vq , E vq để phát sinh vầng quang. Lúc này có xuất hiện các dòng Plasma, một số ion theo dòng đi từ dây dẫn ra khoảng không gian xung quanh sẽ tạo nên điện tích khối dơng (hình 5-5a). Khi điện áp tăng từ trị số U vq tới trị số biên độ U m ax thì dòng kéo dài và số điện tích chuyển dịch ra ngoài cũng nhiều khiến cho dòng có điện dẫn cao và trờng trong nội bộ dòng bé hơn nhiều so với trị số E vq . Trong khi đó cờng độ trờng trên mặt dây dẫn giữ không đổi và bằng E vq vì nó chỉ cần đảm bảo có quá http://www.ebook.edu.vn trình ion hoá chung quanh dây dẫn, điện áp tăng sẽ làm cho dòng dài thêm nhng trờng thì không tăng thêm. Do đó điện tích trên mặt dây dẫn cũng giữ không đổi và có trị số: QE dd vq = 2 . (5-16) Điện tích này tạo nên phần điện áp trên dây dẫn. U Q C dd dd hh ' = (5-17) Nh vậy phần điện áp còn lại trên dây dẫn , U = U - U dd ( biểu thị bởi phần có gạch theo chiều thẳng đứng trên hình 5-4a) là do điện tích khối Q tạo nên. Trên hình vẽ, đờng chấm biểu thị trị số điện tích tổng mà nguồn phải cung cấp do có thêm quá trình hình thành điện tích khối Q, điện tích này có trị số: QQ Q dd = + Khi điện áp đạt tới số U max thì cũng đạt đợc các trị số U m ax , Q max , Q max = +tt t 23 khi t > t 2 , điện áp nguồn bắt đầu giảm và kéo theo sự giảm của điện tích tổng Q. Những điện tích trên mặt dây dẫn sẽ chạy về nguồn trớc nghĩa là Q dd bị giảm do đó làm giảm cờng độ trờng trên mặt dây dẫn và quá trình ion hoá bị chấm dứt. Các dòng Plasma mất dần và tiến tới mất hẳn tính chất dẫn điện, để lại trong khoảng không gian quanh dây dẫn số lợng điện tích khối Q max (hình 5-4b). - Tại thời điểm t = t 3 toàn bộ phần điện tích trên dây dẫn đã trả về nguồn, cờng độ trờng trên mặt dây dẫn cũng nh thành phần điện áp U dd ' giảm tới số không. Điện áp U(t) còn có trị số dơng là do ảnh hởng của điện tích khối (đờng biểu diễn của EQ dd dd, và U dd ' trong khoảng thời gian này đợc xác định bằng cách lấy tung độ của đờng U(t) trừ đi một đoạn U max còn đờng Q(t) thì xác định bằng cách cộng thêm vào tung độ đờng Q dd đại lợng Q max ). . - Khi t = t 4 , trên dây dẫn xuất hiện diện tích âm đủ để tạo nên phần điện áp có trị số bằng U max (hình 5-4a) triệt tiêu phần điện áp do điện tích khối gây nên và làm cho điện áp tổng giảm tới số không. - Tại thời điểm t 5 trờng trên dây dẫn đã đạt đợc trị số tới hạn để phát sinh vầng quang âm. Chung quanh dây dẫn bắt đầu hình thành điện tích khối âm, chúng sẽ bù các điện tích khối dơng còn lại từ nửa chu kỳ trớc (hình 5-5d) và đến khi t = t 6 thì điện tích khối dơng đợc bù hoàn toàn và điện tích tổng Q lúc này có trị số bằng không. Các thành phần QE dd dd và U dd ' sẽ giữ không đổi trong suốt giai đoạn có xẩy ra quá trình ion hoá ( t 5 ữ t 7 ) . a) d) b) e) c) Hình 7-5 Điện tích khối chung quanh dây dẫn tại các thời điểm khác nhu http://www.ebook.edu.vn Từ hình vẽ có thể thấy đợc khi t = t 5 điện áp nguồn chỉ cần đạt tới mức U 0 < U vq đã có thể bắt đầu có vầng quang âm. Trị số U 0 đợc xác định theo biểu thức: UU U vq0 = max Thay thế trị số : UUU vqmax max = s ẽ đợc UUU vq0 2= max (5-18) Do đó nếu biên độ điện áp nguồn càng lớn thì vầng quang âm xuất hiện càng sớm thậm chí có thể phát sinh ngay trong nửa chu kỳ dơng của điện áp (khi UU vqmax > 2 thì U 0 0< ). = ữttt 57 , quá trình đợc lặp lại nh ở đoạn thời gian ttt = ữ 12 điện áp nguồn tăng tới trị số biên độ và điện tích khối âm đạt trị số cực đại Q max (hình 5-5e). Các quá trình về sau tăng đợc lặp lại tơng tự. Hình 5-4b cho quan hệ về dòng điện khi có vầng quang. Trên thành phần dòng điện điện dung hình sin i c xác định bởi điện áp nguồn và điện dung hình học của đờng dây ( ) iC chh dU dt = có xếp chồng thành phần dòng điện do sự chuyển dịch ion của quá trình ion hoá. Thành phần này chỉ tồn tại trong giai đoạn có vầng quang ( khoảng thời gian t 1 : t 2 , t 5 : t 7 ). Hình 5-4c cho đặc tuyến vôn - cu lông của đờng dây có vầng quang, đó là quan hệ giữa điện tích tổng do nguồn cung cấp với điện áp nguồn. Đoạn thẳng 01 ứng với khoảng thời gian khi cha xuất hiện vầng quang, độ nghiêng của nó xác định bởi điện dung hình học của đờng dây; các phần đờng đặc tuyến đợc xây dựng từ các số liệu trên hình 5-4a. Đ5-3. Tổn hao Vầng quang trên đờng dây dẫn điện xoay chiều. Tổn hao vầng quang của đờng dây dẫn điện xoay chiều có dạng khác hẳn so với của dây dẫn điện một chiều vì điện tích khối về căn bản không đi đến điện cực đối diện. Khi đờng dây không tải và không có vầng quang thì sẽ không có tổn hao (bỏ qua tổn hao gây nên bởi điện trở tác dụng của dây dẫn và dòng điện rò trên bề mặt cách điện) và năng lợng mà nguồn phải cung cấp để tạo điện trờng sẽ đợc hoàn lại trong thời gian của nửa chu lỳ sau. Nếu có vầng quang và khi điện áp nguồn bắt đầu giảm ( t > t 2 ) thì chỉ có phần năng lợng của số điện tích trên dây dẫn là đợc trả về nguồn còn năng lợng có liên quan đến số điện tích khối ( tính theo UQ. 2 ) vẫn đợc giữ lại dới dạng trờng d, tới nửa chu kỳ sau số điện tích khối này tuy đợc bù hoàn toàn nhng không phải là trở về dây dẫn và phần năng lợng của chúng cũng không đợc trả về nguồn mà trở thành một dạng tổn hao năng lợng. Nguyên nhân làm cho số điện tích khối không trở về dây dẫn là do sự cản trở của các phần tử không khí, do đó tổn hao vầng quang thể hiện chủ yếu ở chỗ làm nóng môi trờng không khí quanh dây dẫn. Để tính tổn hao vầng quang của đờng dây dẫn điện xoay chiều có thể dực vào đờng đặc tính bôn - culông (hình 5-4c), tổn hao trong một chu kỳ đợc tính theo: == T udQuldtP nó tỷ lệ với diện tích của đờng đặc tính vôn - culông. Tổn hao trong đơn vị thời gian nghĩa là công suất tổn hao vầng quang có trị số bằng: http://www.ebook.edu.vn = udQfP f tần số điện áp xoay chiều. Tính tổn hao vầng quang theo phơng pháp này đợc thể hiện trong công thức Mairơ ( công thức 5-3b). Tuy nhiên trong công thức này cũng cha thể hiện đợc cách chứng minh giải tích chính xác và hoàn chỉnh, vì các hệ số đều phải xác định bằng thực nghiệm . Vì vậy phơng hớng để xác định tổn hao vầng quang trên đờng dây dẫn điện xoay chiều vẫn là tổng quát hoá các số liệu thực nghiệm. Một trong các công thức kinh nghiệm đã đợc quen biết nhiều là công thức của Pích: () Pf r s =+ 244 0 25 ( ) U U kW km pha 0 2 5 10./. trong đó: mật độ tơng đối của không khí. r 0 bán kính dây dẫn, m. s khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn, cm. f tần số. U trị số hiệu dụng của điện áp pha, kV. U 0 Trị số điện áp tính toán, gần bằng điện áp vầng quang. Trị số này đợc tính theo công thức: 0 2100 ln 2,21 r s mmrU = (5-20) Trong công thức, m 1 đợc gọi là hệ số phản đặc trng cho trạng thái bề mặt của dây dẫn. Nếu mặt ngoài dây dẫn nhẵn bóng hệ số này gần bằng đơn vị. Hệ số m 2 đợc gọi là hệ số khí hậu. Biểu thị mối liên quan giữa tổn hao vầng quang với điều kiện khí hậu. Tổn hao vầng quang tăng nhiều khi trời bắt đầu ma hoặc có sơng. Tuy nhiện nay công thức tính tổn hao vầng quang của Pich ít đợc dùng vì độ chính xác so với thực nghiệm không cao. Ví dụ: lấy m 1 = 0,8, độ ẩm tơng dối của không khí =1 và đối với đờng dây cao áp thờng lấy Ln r S 0 =6,5 từ công thức tính toán trên ta có thể suy ra đờng kính tối thiểu của dây dẫn là: U ph = 3 d U << 21,2.0,8.1.6,5.r 0 Vì điện áp trong vận hành có thể lớn hơn định mức 10% nên có thẻ viết: 11 3 , U dm << 21,2.0,8.1.6,5.r 0 Và tính đợc đờng kính tối thiểu: dU dmmin ,. 11510 2 (5-21) Trong công thức trên d min tính theo cm, U dm thình theo kV. Nhng đối với đờng dây siêu cao áp để giảm tổn hao và tăng khả năng chuyên tải năng lợng cần phải có đờng kính lớn, điều này gây rất nhiều khó khăn trong sản xuất cũng nh trong [...]... + 0 D ( 5- 2 7) ở điểm 3 trờng tổng hợp sẽ có trị số cực đại: 2r Emin = Etr b 1 0 D ( 5- 2 8) Với cách chứng minh tơng tự có thể tính đợc trị số trờng cực đại khi dùng 3 và 4 dây phân nhỏ: 2 3.r0 ( 3) Emax = Etr b 1 + D ( 5- 2 9) 3 r0 (4 ) E max = E tr b 1 + D ( 5- 3 0) Từ biểu thức của trị số Emax trị số đáng đợc quan tâm nhất vì có liên quan tực tiếp đến sự phát sinh vầng quang- có thể... đối bằng: E= U ph nr0 ln s r+d ( 5- 2 5) http://www.ebook.edu.vn (Công thức này dùng cho trờng hợp tổng quát có n dây phân nhỏ, xây dựng từ quan hệ E= q 2r0 và nq = CU ph ) Trờng tạo nên bởi điện tích của dây phân nhỏ bên cạnh cũng có dạng hình tia và có trị số: E = q 2D =E r0 D ( 5- 2 6) Dới tác dụng của trờng E , trong dây phân nhỏ sẽ có sự chuyển dịch điện tích nh trên hình 5- 8 ; trờng do các điện tích này... xứng, điện tích ở mỗi dây phân nhỏ trong D + Uph - Uph từng pha sẽ liên hệ với điện áp theo công thức: ( 5- 2 2) U ph = q( 11 + 12 ) với các hệ số thế: s 2 r0 1 s = ln 2 D 11 = Hình 7-7 Đờng dây hai pha hai dây phân nhỏ 12 1 ln q s s ln + ln D 2 r0 q s = ln 2 r0 D U ph = Nh vậy : U ph và điện dung của đơn vị dài của đờng dây đợc tính theo: 2 C= ln s rtd ( 5- 2 3) Trị số rtd = r0 D gọi là bán kính tơng... quyết bằng cách dùng dây dẫn phân nhỏ - dây dẫn ở mỗi pha có tiết diện lớn thay thế bằng một số dây dẫn tiết diện nhỏ hơn đặt cách nhau theo khoảng cách thích hợp Hình 5- 6 cho sự phân bố của trờng khi dây dẫn đợc thay bằng 2, 3, 4 dây phân nhỏ http://www.ebook.edu.vn Tính toán cho trờng hợp đờng dây dẫn điện xoay chiều hai pha mỗi pha dùng hai dây phân nhỏ (hình 5- 7 ) S Nếu không xét đến ảnh hởng của... dây phân nhỏ bán kính tơng đơng của nó sẽ bằng: ( 7-2 4) Rtđ = n r0 D 1 D 2 D n 1 D1D2 Dn 1 là khoảng cách từ một dây phân nhỏ đến các dây phân nhỏ khác cùng pha Sự phân bố điện tích trên các dây phân nhỏ nh trên hình 7-8 D q 2 3 1 4 Ecp Hình 5- 8 Phân bố điện tích trên dây phân nhỏ q r0 Để tính cờng độ trờng trên mặt dây phân nhỏ có thể dùng phơng pháp xếp chống: trờng trên mặt phân nhỏ sẽ là tổng... loại khí hậu xấu: k = 31 ,5 và E vq = 11kV / cm ( trị số hiệu dụng) Nếu thời gian có khí hậu xấu chiếm tỷ lệ m% của thời gian cả năm thì công suất tổn hao vầng quang trung bình hàng năm là: P bnam = m%Pxau + (1 m%) P tr tot ( 5- 3 2) Công thức Mairơ chỉ cho trị số tổn hao trung bình hàng năm mà không cho phép xác định trị số tổn hao cực đại Chỉ có thể xác định trị số này bằng phơng pháp đo trực tiếp trên... công thức Mai rơ, công thức này có thể dùng cho dây đơn cũng nh dây phân nhỏ 1 350 Etd P = nkfr 02 E td (E td E vq ) 2 ,3 ln 1 10 5 kW/km pha fr0 n số dây phân nhỏ cùng pha f tần số, Hz r0 bán kính dây dẫn, cm Evq cờng độ trờng phát sinh vầng quang,kV/cm ( 5- 3 1) Etd cờng độ trờng tơng đơng có trị số bằng: http://www.ebook.edu.vn E max + E tr b KV / cm 2 k hệ số có liên quan đến điều kiện... phơng pháp tính toán hoặc thực nghiệm khi thiết kế đờng dây Dùng đờng dây phân nhỏ ngoài tác dụng làm giảm tổn hao vầng quang còn có u điểm khác là làm giảm cảm của đờng dây do đó tăng thêm khả năng chuyển tải công suất và đem lại hiệu quả kinh tế lớn Hiện nay để tính toán sơ bộ về trị số tổn hao vầng quang thờng dùng công thức Mai rơ, công thức này có thể dùng cho dây đơn cũng nh dây phân nhỏ 1 350 Etd . quang dơng I tr.b = 0 ,5 A I (A) I (A) 3.10 -7 7 ,5. 10 -5 2 5, 0 1 2 ,5 A B C U C U ct 4,6 4,7 4,8 4,3 Kv 0 5 10 15 20 kV Hình 5- 2 Đặc tính vôn - ampe của vầng quang. công thức tơng tự: += 0 304,0 18,29 r E vq ( 5- 3 ) http://www.ebook.edu.vn UEr s r vq vq = 0 0 ln ( 5- 4 ) So sánh ( 5- 1 ) và ( 5- 3 ) thấy chúng không chỉ có kết cấu giống nhau mà các. U 0 t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 0 t 1 t 5 t 7 i c i vq -Q 2 5 2 1 5 6 7 8 8 7 +Q +U -U Q=C hh http://www.ebook.edu.vn Hình 5- 4 Vầng quang trên đờng dây dẫn