Bài giảng kỹ thuật điện - Chương 3 ppt

Page 1 1 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 2 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 Những kiến thức cơ bản và các đặc tính Trong vùng không gian giữa hai điện cực xảy ra 2 quá trình: Hồquangđiệnlàtrườnghợpđặcbiệtcủaphóngđiệntrongchấtkhí Catod (-) Anod (+) e - + - Quá trình ion Quá trình khử ion hóa e - + - e - + - Page 2 3 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 Sự ion hóa và khử ion hóa trong chất khí Quá trình ion hóa chất khí Ion hóa tự do Sự phát xạ quang Sự tự phát xạ electron Sự phát xạ electron nhiệt Ion hóa do va đập Ion hóa do nhiệt độ Quá trình khử ion trong chất khí Sự kết hợp Sự trung hòa Sự khuyếch tán các phần tử mang điện Ở một thời điểm bất kỳ, luôn tồn tại sự cân bằng động giữa hai quá trình trên Ỉ nhờ đó đối với một chất khí cho trước ở điều kiện xác đònh, mật độ các phần tử mang điện là không đổi, ứng với một giá trò dòng điện xác lập trong chế độ ổn đònh 4 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 Sự ion hóa Ion hóa tự do Trong không gian luôn có các phần tử mang điện, sinh ra do tác động của các tia vũ trụ, của sự phóng xạ tự nhiên và của tia mặt trời Trong điều kiện bình thường, mật độ của các phần tử này rất nhỏ, không đáng kể. Sự phát xạ quang Các tia ánh sáng chiếu lên một vài loại vật liệu làm tách các electron tự do ra không gian xung quanh Sự tự phát xạ electron do điện trường Khi điện trường bên ngoài đặt lên các điện cực, các electron tự do trong các điện cực nhận được động năng, khi động năng đủ lớn, một vài electron tự do có thể vượt qua giới hạn màn chắn điện thế của vật liệu và bay ra không gian xung quanh Ỉ sự tự phát xạ electron điện cực, chỉ xảy ra khi điện trường bên ngoài đủ mạnh (> 3.10 7 V/m). Page 3 5 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 Sự ion hóa Sự phát xạ electron nhiệt Khikimloại(chấtrắn) bòđốtnóngtớinhiệtđộca sự tách các electron có động năng đủ lớn (để vượt qua màn chắn điện thế của kim loại) ra khỏi chúng. Khi nhiệt độ tăng, cường độ phát xạ loại này cũng tăng lên. Ion hóa do nhiệt độ Chuyển động nhiệt hỗn loạn của các phần tử trong chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ, khi chúng va chạm với nhau Ỉ sự trao đổi năng lượng Ỉ sự ion hóa: quá trình ion hóa nhiệt Cường độ ion hóa nhiệt tăng lên khi nhiệt độ tăng và ngược lại. 6 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 Sự ion hóa V: độ bền điện của không khí d: khoảng cách giữa 2 điện cực p: áp suất Ion hóa do va đập Dưới tác động của điện trường, các điện tử tự do trong chất khí sẽ chuyển động gia tốc ngược chiều điện trường Ỉ động năng tăng Ỉ khi va đập vào các phần tử trung hò các hạt mang điện. Cường độ ion hóa do va đập phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: - Độ lớn của điện trường - Áp suất chất khí Ỉ đường cong Paschen - Nhiệt độ chất khí Page 4 7 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 Sự khử ion hóa Sự kết hợp Các phần tử trái dấu hút nhau khi chúng va chạm nhau, điện tích của chúng bò trung hò làm giảm số lượng các phần tử mang điện trong chất khí Sự trung hòa Khi các điện cực mang điện thế, các phần tử mang điện trong chất khí không ngừng bò hút vào điện cực để sinh ra dòng điện chạy trong chất khí. Ở điện cực, các phần tử mang điện trao (các electron, các ion âm) và nhận (các ion dương) điện tích của mình và trở thành các phần tử trung hòa. Sự khuyếch tán các phần tử mang điện Các phần tử của chất khí lan truyền từ nơi có mật độ cao sang nơi có mật độ thấp Ỉ hiện tượng khuếch tán các hạt mang điện 8 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 Đặc tính của sự phóng điện trong chất khí i U Tùy thuộc vào giá trò của điện áp đặt trên điện cực (U) và dòng phóng điện trong chất khí ta có: - sự phóng điện duy trì (OB) - phóng điện chọc thủng (BC) - phóng điện lạnh (CD) - phóng điện hồ quang (DE) Page 5 9 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 Đặc tính của sự phóng điện hồ quang Phóng điện hồ quang xảy ra khi U>Uo, I>Io Uo, Io phụ thuộc vào vật liệu điện cực 0,0318-22Than 0,4312,3Đồng 0,917Volfram 0,412Bạc 0,3815Vàng 0,917Platine Io, AUo, VVật liệu 10 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 Đặc tính của sự phóng điện hồ quang Các tính chất cơ bản của phóng điện hồ quang: 1- Giữa hai điện cực hình thành luồng sáng chói lòa và bền vững, có thể phân biệt các ranh giới rõ ràng. Xuất hiện vệt sáng ở catod và anod 2- Mật độ dòng điện hồ quang rất lớn từ 100 đến 1000 A/mm 2 . 3- Nhiệt độ hồ quang rất cao, từ 5000 đến 10.000 0 K Nguồn sản sinh ra các phần tử mang điện trong chất khí chủ yếu là do Page 6 11 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 Đặc tính của sự phóng điện hồ quang Vệt cathode và anode -Δl c , Δl a rất nhỏ khoảng 1 μm -ΔU C , ΔU A =10 đến 20 V không phụ thuộc vào chiều dài hồ quang - Nhiệt độ rất cao, nhất là ở cathode, có thể làm cho kim loại bò nóng chảy, chủ yếu là do sự va đập giữa cathode và khối ion dương di chuyển về điện cực này. 12 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 Đặc tính của sự phóng điện hồ quang Thân hồ quang Δl hq ≈l hq ΔU hq ≈l hq .E hq điện trường E hq không phụ thuộc vào chiều dài mà chỉ phụ thuộc vào quá trình ion hóa và khử ion hóa trong chất khí, ví dụ: - sự phóng điện hồ quang tự do trong không khí: E hq =2000-3000V/m - sự phóng điện hồ quang trong buồng dập hồ quang: E hq =20000-30000V/m ↓quá trình ion hóa Ỉ E hq Page 7 13 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 =Δ +Δ + hachqhq UUUEl i U h l hq Δ≈Δ≈− ac U U 10 20 V Các đặc tính của hồ quang điện dc ac UU Δ =Δ ≈ =Δ + hachqhq UUEl =Δ + hdchqhq UUEl E E hq E C E A E hq l hq l hq 14 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 Các đặc tính của hồ quang điện Đặc tính volt - ampere của hồ quang U h = f(I h ) Các đặc điểm: - Tồn tại giới hạn để hồ quang bật cháy: U c U c =20-50V U h I h U t U c - Đường đặc tính không đồng nhất ở chiều tăng và giảm dòng điện I h do quán tính nhiệt trong quá trình cháy hồ quang U t <U c Page 8 15 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 Các đặc tính của hồ quang điện U h I h khi khoảng cách các điện cực càng lớn thì đặc tính volt - ampere càng nằm cao hơn. l 2 >l 1 i l Đặc tính volt - ampere sẽ nằm cao hơn khi: - giảm cường độ ion hóa - tăng cường độ khử ion hóa bằng cách: - - - - U h I h không khí SF6 16 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 Các đặc tính của hồ quang điện Tăng số điện cực n ? h U = U h I h n Page 9 17 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 Các đặc tính của hồ quang điện Đặc tính volt - ampere động của hồ quang điện xoay chiều 18 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 Hồ quang điện một chiều =+ + h di UiRL u dt Phương trình cân bằng điện áp Khi hồ quang cháy ổn đònh, dòng điện i không thay đổi ()−= = hh UiRui ir = →= di 0iI dt I được xác đònh từ phương trình: đườngđặctínhtải đường đặc tính hồ quang h u h Page 10 19 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 Hồ quang điện một chiều ()−= = hh UiRui ir U h I h U u h (i) U-Ri I nm I B A đường đặc tính tải ( U – iR) và đường đặc tính hồ quang u h cắt nhau tại 2 điểm A và B Điểm A là Điểm B là 20 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V2-05 ∀ < i di L0 dt Hồ quang bò dập tắt khi: Hồ quang điện một chiều Nghóa là đường đặc tính hồ quang u h nằm trên và không cắt đường đặc tính tải (U – iR) Khi đường đặc tính hồ quang u h tiếp xúc với đường đặc tính tải (U – iR): chế độ U h I h U U-Ri u h (i) U h I h U U-R th i u h (i) I th [...]... BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 2-0 5 46 Page 23 Hồ quang điện lựa chọn CB cho mạch điện DC DC Breaking capacity CB type rating (A) breaker DC Breaking capacity (kA) - L/R . theo, khi dòng điện đổi chiều, cực tính trên điện cực thay đổi Anod (+) Catod (-) e - + + Catod (-) Anod (+) e - + e - + + e - e - Page 17 33 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 2-0 5 Hồ quang điện xoay chiều Quá. phân tích hồ quang điện AC 30 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 2-0 5 Hồ quang điện xoay chiều Các đặc tính Dòng điện và điện áp hồ quang Page 16 31 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 2-0 5 Hồ quang điện xoay chiều Quá. các hạt mang điện giảm Anod (+) Catod (-) e - + + e - e - e - + + 32 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 2-0 5 Hồ quang điện xoay chiều Quá trình phục hồi độ bền điện trong không gian giữa các điện cực Ở nửa