Bài viết trình bày mô hình động nhằm mô phỏng hiện tượng phóng điện trên bề mặt cách điện nhiễm bẩn dưới điện áp xung, mô hình sử dụng phương pháp mạch điện tương đương RC dựa trên các tiêu chuẩn trở kháng cho phép xác định các thông số của tia lửa điện (vận tốc tức thời, chiều dài, điện tích, điện trở, bán kính, dòng điện) trong quá trình lan truyền, quá trình lan truyền tia lửa điện được mô phỏng bằng các bước tương đương với các đoạn mạch RC nối tiếp nhau.
MƠ PHỎNG HIỆN TƯỢNG PHĨNG ĐIỆN TRÊN BỀ MẶT CÁCH ĐIỆN NHIỄM BẨN KHÔNG ĐỒNG NHẤT DƯỚI ĐIỆN ÁP XUNG SIMULATION OF DISCHARGE PROPAGATION ON NON-UNIFORMLY POLLUTED SURFACES INSULATOR UNDER IMPULSE VOLTAGE Đặng Việt Hùng, Nguyễn Phúc Huy Trường Đại học Điện lực Ngày nhận bài: 01/02/2019, Ngày chấp nhận đăng: 28/03/2019, Phản biện: TS Nguyễn Hữu Kiên Tóm tắt: Bài báo trình bày mơ hình động nhằm mơ tượng phóng điện bề mặt cách điện nhiễm bẩn điện áp xung, mơ hình sử dụng phương pháp mạch điện tương đương RC dựa tiêu chuẩn trở kháng cho phép xác định thông số tia lửa điện (vận tốc tức thời, chiều dài, điện tích, điện trở, bán kính, dòng điện) q trình lan truyền, trình lan truyền tia lửa điện mô bước tương đương với đoạn mạch RC nối tiếp Mơ hình tính tốn áp dụng cho trường hợp cách điện nhiễm bẩn không đồng bề mặt gồm lớp tác động điện áp xung có dạng sóng 10/800 µs Kết mô cho thấy thay đổi thơng số tia lửa điện q trình lan truyền bề mặt Từ khóa: Tia lửa điện, phóng điện bề mặt, cách điện nhiễm bẩn không đồng nhất, điện áp xung, mạch điện tương đương Abstract: This paper presents a dynamic model to simulate the phenomenon of discharge propagation on polluted surface insulators under impulse voltage The model uses an RC equivalent electrical network and an analytical discharge propagation impedance criterion to predict discharge characteristics (instantaneous propagation velocity, length, charge injection, arc resistance, radius of the discharge, current), the discharge propagation is simulated by step and it’s correspond to a new cell RC in series The model applied to the case non-uniformly polluted surface insulator consisting bands under impulse voltage 10/800 µs The simulation results showed that the discharge characteristics changes in the propagation process on the surface Keywords: Arc, discharge propagation, non-uniformly polluted insulators, impulse voltage, equivalent electrical network ĐẶT VẤN ĐỀ Trong trình vận hành, cách điện ngồi trời chịu ảnh hưởng điều kiện ô nhiễm môi trường qua vùng khác Lớp bề mặt cách điện bị ô nhiễm điều kiện thuận lợi hình thành tượng phóng điện bề mặt, đặc biệt nguy hiểm xảy phóng điện nối liền TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) hai điện cực, gây ngắn mạch ảnh hưởng nghiêm trọng đến an toàn độ tin cậy cung cấp điện Nhiều mơ hình tĩnh xây dựng nhằm dự báo giá trị điện áp xảy phóng điện nối liền hai điện cực (flashover), số mơ hình động áp dụng cho trường hợp điện áp đặt chiều hay bề mặt cách điện ô nhiễm đồng [1-3] Trong thực tế, việc phân bố lớp ô nhiễm bề mặt cách điện thường không đồng Do vậy, báo tập trung xây dựng mơ hình động trình lan truyền tia lửa điện trường hợp bề mặt cách điện nhiễm bẩn không đồng điện áp xung, phương pháp dựa mơ hình mạch điện tương đương RC, mơ hình cân lượng mơ hình vật lý khác phát triển [3,4] Mơ hình cho phép phân tích đánh giá thông số vật lý điện áp, dòng điện, vận tốc, điện trở bán kính tia lửa điện trình lan truyền trường hợp lớp ô nhiễm bề mặt cách điện không đồng MƠ HÌNH MƠ PHỎNG Lớp Tia lửa điện Lớp Hình Mơ hình mơ Qu¸ trình lan truyền l mô hình hóa phng pháp mạch điện tng 10 V(t) Rbi(x,t) Ri(x,t) R0 C0 V0(t) Ci(x) Vi(t) Hình Mơ hình mạch điện tương đương RC Giả thiết thời điểm ban đầu tia lửa điện có độ dài xo với giá trị R0C0, dòng điện điện áp bước tính theo cơng thức: ( )− ( )= Mơ hình mơ q trình lan truyền tia lửa điện bề mặt gồm lớp cách lớp - lớp bụi - lớp (hình 1) Lớp bi ng Trong đó, giả thiết điều kiện lan truyền thỏa mãn tia lửa điện phát triển tr btr, bmriltru thay đoạn mạch RiCi Do vậy, trình lan truyền tng ứng với việc đoạn mạch RC R mắc nối tiếp Mô hình mô thể hình 2; Vđ l điện áp đặt, RiCi tng ứng l điện trở v điện dung đoạn mạch thứ i, Rb l điện trở lớp bề mặt tính từ đầu tia lửa điện đến điện cực đối diện ( )= ( ) ( )− (1) ( ) (2) Trong Vi Ii tương ứng điện áp dòng điện bước thứ i Phương trình trạng thái cho phép tính tốn tham số vật lý tia lửa điện thời điểm với giá trị khác chiều dày điện dẫn suất lớp bề mặt THAM SỐ MƠ HÌNH THAY THẾ 3.1 Điện trở lớp bề mặt Điện trở lớp bụi bề mặt tính tốn theo mơ hình Renyu - Zhicheng [5] = − (3) Số 19 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Trong đó: δ điện dẫn suất lớp bụi, r bán kính đầu tia lửa điện L, x tương ứng chiều dài bề mặt phóng điện chiều dài tia lửa điện lư nnglnru ®Ị xt bëi Beroual [4] 3.2 Điện trở tia lửa điện Trong: ρ mật độ khơng khí β (0