Ở nhiệt độ bình thƣờng năng lƣợng của chuyện động nhiệt của các phần tử không đủ để ion hóa, nhƣng nếu có điện trƣờng tác dụng thì các điện tích tự do có sẵn trong nội bộ chất khí sẽ c[r]
(1)TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BÀI GIẢNG
KỸ THUẬT CAO ÁP
(CAO ĐẲNG CHÍNH QUY)
(2)Page MỤC LỤC
MỤC LỤC
CHƢƠNG 1.PHÓNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ
1.1 Đặc tính chung chất khí cách điện
1.2 Các q trình ion hóa chất khí
1.2.1 Ion hóa va chạm:
1.2.2 Ion hóa quang:
1.2.3 Ion hóa nhiệt:
1.2.4 Ion hóa bề mặt:
1.3 Các q trình chủ yếu phóng điện chất khí
1.4 Đặc tính Von-ampe dạng phóng điện chất khí
CHƢƠNG 2.HIỆN TƢỢNG PHÓNG ĐIỆN SÉT VÀ QUÁ TRÌNH TRUYỀN SĨNG TRÊN ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
2.1 Khái niệm chung tƣợng phóng điện sét
2.1.1 Q trình phóng điện sét
2.1.2 Tham số dòng điện sét
2.1.3 Cƣờng độ hoạt động sét 11
2.2 Phóng điện xung kích 11
2.2.1 Điện áp xung kích 11
2.2.2 Máy phát điện áp xung 12
2.2.3 Đặc tính von-giây 15
2.3.4 Ý nghĩa đặc tính Vơn-giây 17
2.3 Phóng điện vầng quang 17
2.3.1 Phóng điện vầng quang đƣờng dây dẫn điện chiều 19
2.3.2 Phóng điện vầng quang đƣờng dây dẫn điện xoay chiều 20
2.3.3 Các phƣơng pháp giảm tổn hao vầng quang 25
2.4 Truyền sóng đƣ ờng dây tải điện 27
2.4.1 Phƣơng trình truyền sóng đƣờng dây tải điện 27
2.4.2 Truyền sóng hệ thống nhiều đƣờng dây 29
2.4.3 Phản xạ khúc xạ sóng 33
2.4.4 Quy tắc Petecxen 35
2.4.5 Quy tắc sóng đẳng trị 39
CHƢƠNG 3.BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 41
3.1 Khái niệm chung 41
3.2 Mơ hình phạm vi bảo vệ 41
(3)Page
3.3 Bảo vệ cột thu sét 42
3.3.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét 42
3.3.2 Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét 43
3.3.3 Phạm vi bảo vệ nhiều cột thu sét 45
3.4 Bảo vệ dây thu sét 45
3.5 Khoảng cách an tồn khơng khí đất lƣ ới điện phân phối 46
3.5.1 Để không xảy phóng điện khơng khí thì: 47
3.5.2 Để khơng xảy phóng điện hai hệ thống nối đất thì: 47
CHƢƠNG 4.THIẾT BỊ CHỐNG SÉT 49
4.1.Yêu cầu thiết bị chống sét 49
4.2 Thiết bị chống sét ống 50
4.2.1 Cấu tạo 50
4.2.2 Nguyên lý làm việc 50
4.2.3 Ứng dụng 51
4.3 Thiết bị chống sét van 52
4.3.1.Cấu tạo 52
4.3.2 Nguyên lý làm việc 54
4.3.3 Các loại chống sét van 1 Loại bình thường 55
CHƢƠNG 5.NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 57
5.1 Khái niệm chung 57
5.2 Điện trở nối đất xoay chiều 58
5.2.1 Hệ thống nối đất đơn giản 58
5.2.2 Hệ thống nối đất tổ hợp 59
5.3 Tính tốn nối đất chống sét 61
5.3.1 Điện trở tản xung kích nối đất tập trung 61
5.3.2 Nối đất phân bố dài 61
5.4 Lựa chọn phƣơng án nối đất hợp lý 63
5.4.1 Nối đất an toàn 63
5.4.2 Nối đất chống sét 64
CHƢƠNG 6.BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 66
6.1 Đƣờng dây tải điện 66
6.1.1 Yêu cầu chung 66
6.1.2 Quá điện áp sét đánh gây cảm ứng 67
6.1.3 Quá điện áp sét đánh trực tiếp vào đƣờng dây không treo dây chống sét 69
6.1.4 Quá điện áp sét đánh trực tiếp vào đƣờng dây khơng có treo dây chống sét 71
(4)Page
6.2.1 Yêu cầu chung 74
6.2.2 Những dạng sóng truyền vào trạm 75
6.2.3 Các sơ đồ bảo vệ trạm 77
6.3 Máy phát điện 80
6.3.1 Đặc điểm chung 80
6.3.2 Máy phát nối với đƣờng dây không qua máy biến áp 80
6.3.3 Máy phát nối trực tiếp với đƣờng dây không 82
CHƢƠNG 7.CÁCH ĐIỆN DÙNG TRONG CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 86
7.1 Đặc tính cách điện dùng hệ thống điện 86
7.1.1 Đặc tính điện 86
7.1.2 Đặc tính 87
7.1.3 Các điều kiện lựa chọn cách điện hệ thống điện 87
7.2 Cách điện đƣờng dây không 88
7.2.1 Yêu cầu cách điện đƣờng dây 88
7.2.2 Vật liệu kết cấu cách điện 89
7.2.3 Chuỗi cách điện 91
7.3 Cách điện máy biến áp 95
7.3.1 Quá trình độ cuộn dây máy biến áp 95
7.3.2 Đặc điểm trình độ máy biến áp ba pha 97
7.3.3 Quá trình độ cuộn dây máy biến áp tự ngẫu 98
7.3.4 Kết cấu cách điện máy biến áp 99
7.3.5 Những biện pháp cải thiện cách điện máy biến áp 100
7.3.6 Đặc tính điện thí nghiệm cách điện máy biến áp 101
7.4 Cách điện máy điện 102
7.4.1 Yêu cầu chung 102
7.4.2 Kết cấu cách điện máy điện 102
7.4.3 Quá trình độ cuộn dây máy điện 103
(5)Page CHƢƠNG 1.PHÓNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ
1.1 Đặc tính chung chất khí cách điện
Các chất khí chủ yếu khơng khí thƣờng đƣợc dùng làm chất cách điện thiết điện làm việc không khí đƣờng dây tải điện khơng
Khơng khí phối hợp với điện mơi khác đơn độc làm nhiệm vụ cách điện pha pha với (vỏ máy) Bởi đặc tính cách điện chất khí có ý nghĩa quan trọng kỹ thuật điện cao áp.Error! Reference source not found.
Khi chúng khả cách điện gây nên tƣợng ngắn mạch dẫn đến cố thiết bị hệ thống điện Trong nội điện môi rắn lỏng thƣờng tồn bọt khí, điểm cách điện suy yếu cách điện điện môi bị hƣ hỏng thƣờng bắt nguồn từ q trình phóng điện bọt khí
* Yêu cầu chung chất khí cách điện
Các chất khí chọn dùng làm chất cách điện phải đạt đƣợc yêu cầu sau đây:
1 Phải loại khí trơ nghĩa khơng gây phản ứng hóa học với chất cách điện khác kết cấu cách điện với kim loại thiết bị điện
2 Có cƣờng độ cách điện cao Sử dụng chất khí có cƣờng độ cách điện cao giảm đƣợc kích thƣớc kết cấu cách điện thiết bị
3 Nhiệt độ hóa lỏng thấp để sử dụng chúng trạng thái có áp suất cao Nhƣ sau thấy chất khí có cƣờng độ cách điện cao hai trạng thái áp suất nhỏ (chân không) áp suất cao Trạng thái dầu đƣợc dùng cơng nghiệp điện chất cách điện khác tiếp xúc với chân khơng sinh làm tăng áp suất làm giảm cƣờng độ cách điện, để tăng cƣờng độ cách điện khí thƣờng dùng áp suất cao
4 Phải rẻ tiền dễ tìm kiếm
5 Tản nhiệt tốt Trong trƣờng hợp chất khí ngồi nhiệm vụ cách điện cịn có nhiệm vụ làm mát (nhƣ máy điện) cịn u cầu phải dẫn nhiệt tốt
(6)Page
mức với chất cách điện rắn lỏng cần phải tăng áp suất khơng khí tới 10÷15 atm điều làm cho kết cấu vận hành thiết bị phức tạp
1.2 Các q trình ion hóa chất khí
Các chất khí khơng phải chất cách điện lý tƣởng chứa phân tử trung hòa mà chúng cịn có số ion điện tử tự Ví dụ, dƣới tác dụng yếu tố bên (tia cực ngắn mặt trời, tia vũ trụ,…), 1cm3 khơng khí thƣờng xảy chục lần ion hóa giây
Q trình ion hóa q trình biến phân tử trung hịa thành ion dƣơng điện tử, có nghĩa tách điện tử khỏi phân tử Muốn phải công để thắng đƣợc lực hạt nhất, lƣợng gọi lƣợng ion hóa ký hiệu Wi Do lƣợng tỷ lệ với
hiệu số điện áp trƣờng mà điện tử bay qua nên lƣợng ion hóa cịn biểu thị hiệu ion hóa Ui, điện tử khí bay qua trƣờng hiệu tích lũy đƣợc
lƣợng lƣợng ion hóa Wi Đơn vị đo lƣờng lƣợng ion hóa eV
Nếu cung cấp cho điện tử lƣợng nhỏ lƣợng ion hóa chƣa thể tách khỏi phân tử mà đƣa quỹ đạo bên ngồi có mức lƣợng cao phân tử lúc trạng thái bị kích thích Nói chung phân tử trạng thái bị kích thích khơng lâu, khoảng 10-8 giây Q trình ion hóa kích thích cịn xảy với điện tử khác phân tử Tất nhiên điện tử cần phải có lƣợng lớn chúng gần hạt nhân có lực hạt nhân lớn
Các ion dƣơng gặp điện tử ion âm kết hợp lại để trở thành phân tử trung hịa Năng lƣợng dùng để ion hóa ban đầu đƣợc trả lại dƣới dạng xạ với độ dài sóng xác định theo cơng thức:
hυ = Wi + ΔWk
Với: υ tần số xạ, h số Planck (h = 6,5.10-29 erg.s), ΔWk chênh lệch tổng
năng lƣợng phân tử trƣớc sau va chạm Các phân tử bị kích thích trở lại trạng thái bình thƣờng trả lại lƣợng dƣới dạng xạ tƣơng tự nhƣ
1.2.1 Ion hóa va chạm:
phân tử chuyển động va chạm nhau, động chúng truyền cho xảy ion hóa nếu:
2 i
mv W
2
(7)Page
1.2.2 Ion hóa quang:
năng lƣợng cần thiết để ion hóa lấy từ xạ sóng ngắn với điều kiện:
i
i
c.h h W hay
W
Trong đó:
λ độ dài sóng sóng ngắn; υ tần số xạ sóng ngắn; c tốc độ ánh sáng
c
1.2.3 Ion hóa nhiệt:
Ở nhiệt độ cao phát sinh q trình nhƣ sau:
- Ion hóa va chạm phân tử phân tử chuyển động với tốc độ lớn - Ion hóa xạ nhiệt khí bị nung nóng
- Ion hóa va chạm phân tử điện tử hình thành hai q trình Theo lý thuyết khí động học nhiệt độ có phân tử chuyển động với nhiều tốc độ khác (định luật phân bố phân tử theo tốc độ Maxwell – Boltzmann) nhiệt độ có khả ion hóa, khác xác suất nhiều hay i
3
W kT W
2
1.2.4 Ion hóa bề mặt:
ba dạng ion hóa xảy thể tích chất khí cịn dạng ion hóa bề mặt xảy bề mặt cực kim loại Muốn thoát điện tử khỏi bề mặt cực cần lƣợng định, lƣợng đƣợc gọi cơng Trị số cơng phụ thuộc vào loại vật liệu làm điện cực trạng thái bề mặt điện cực
Có thể dùng biện pháp sau đây:
+ Nung nóng âm cực: cực đƣợc nung nóng, điện tử chuyển đọng nhanh có lƣợng lớn Nếu lƣợng đạt đƣợc trị số định đủ để vƣợt qua hàng rào khỏi bề mặt điện cực
+ Bắn phá bề mặt âm cực phần tử có động lớn (bằng ion dƣơng có tốc độ cao)
(8)Page
1.3 Các trình chủ yếu phóng điện chất khí
Ở nhiệt độ bình thƣờng lƣợng chuyện động nhiệt phần tử khơng đủ để ion hóa, nhƣng có điện trƣờng tác dụng điện tích tự có sẵn nội chất khí chuyển động (điện tích dƣơng chuyển động theo phƣơng trƣờng, điện tích âm theo chiều ngƣợc lại), tích lũy lƣợng tăng tốc độ, va chạm với phân tử khí khiến cho phân tử bị ion hóa
Ion hóa va chạm yếu tố q trình phóng điện chất khí Hệ số ion hóa va chạm điện tử gọi hệ số ion hóa thứ (the first Townsend ionization coefficient, α) hệ số ion hóa va chạm ion gọi hệ số ion hóa thứ hai (β) Thực tế β<<α nên bở qua q trình ion hóa va chạm ion
Để đơn giản tính tốn trị số α, ta giả thiết:
+ không xét khả ion hóa cấp, nghĩa ion hóa va chạm điện tử xảy lƣợng mà tích lũy đƣợc lớn lƣợng ion hóa phân tử Wi
+ điện tử sau lần va chạm (dù có hay khơng gây ion hóa) tồn lƣợng, có nghĩa lƣợng lần va chạm sau đƣợc tích lũy q trình chuyển động đoạn đƣờng tự trƣớc
+ quỹ đạo điện tử trùng với phƣơng đƣờng sức điện trƣờng
Khi chuyển động điện trƣờng có cƣờng độ E qua đƣợc đoạn đƣờng x mà khơng bị va chạm, điện tử tích lũy đƣợc lƣợng (E.q.x) với q điện tích điện tử Nhƣ điều kiện để điện tử gây ion hóa phân tử khí là:
i
E.q.xW
Vậy độ dài đoạn đƣờng tự cần thiết để có ion hóa:
i i W x E.q
Khi điện tử qua đoạn đƣờng 1cm điện tử có lần va chạm với phân tử khí, e 12 k.T2
.r N r p
là đoạn đƣờng tự trung bình điện tử điện tử chuyển động môi trƣờng phần tử có bán kính r mật độ phân tử N/cm3, p áp suất khí Số lần va chạm với đoạn tự lớn x thì:
2
.r A
k.T
; S.P xi;
B.p E A.p.e i A.W B q
ei ie
x W
q.E i
e e
1
S.x e e
e
1 A.p
e
(9)Page
1.4 Đặc tính Von-ampe dạng phóng ện chất khí
Hình 1.1 Đặc tính Vơn-Ampe chất khí
- Giai đoạn Oa: U tăng I tăng, phù hợp định luật Ohm Trong khe hở ln tồn điện tích tự do q trình ion hóa bên ngồi, dƣới tác dụng điện trƣờng điện tích tự di chuyển hình thành dịng điện Khi u tăng E tăng, lúc vận tốc dịch chuyển tăng lên làm số điện tích cực đối diện đơn vị thời gian tăng lên dẫn đến dòng tăng
(10)Page CHƢƠNG 2.HIỆN TƢỢNG PHÓNG ĐIỆN SÉT VÀ Q TRÌNH
TRUYỀN SĨNG TRÊN ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
2.1 Khái niệm chung tƣợng phóng ện sét 2.1.1 Q trình phóng điện sét
- Trên đám mây có điện tích dƣơng điện tích âm phân bố rải + điện tích dƣơng phân bố rải đám mây,
+ điện tích âm phân bố thành đám
- Khi phóng điện điện tích âm trung hịa với điện tích dƣơng điện tích cịn lại phát triển xuống mặt gọi dịng tiên đạo (có vận tốc từ 1,5.107 – 2.108 cm/s)
Mặt đất đồng cảm ứng điện tích dịng tiên đạo phát triển thẳng góc xuống mặt đất (do điện trở suất mặt đất xấp xỉ nhau)
- Càng gần mặt đất điện trƣờng tăng nên gây ion hóa mãnh liệt (cƣờng độ điện trƣờng lớn làm phát sinh điện tích dƣơng điện tích âm tập trung gọi thác điện tử)
Dịng ngƣợc có vận tốc lớn 1,5.109
– 1,5.1010 cm/s = (0,05 – 0,5)vánh sáng gây sét
Khoảng cách phóng điện kéo dài km Dòng điện sét:
Trong đó: ζ – mật độ điện tích tia tiên đạo V – vận tốc phóng điện ngƣợc
Z0 – tổng trở sóng khe sét (cỡ 200 Ω)
R – điện trở đất chỗ sét đánh Nếu sét đánh vào chỗ đánh tốt R << Z0 và:
is = ζ.v
2.1.2 Tham số dịng điện sét
2.1.2.1 Dạng sóng sét a, Dạng tổng quát
ηđs dòng điện sóng từ đến Imax
ηs dịng điện sóng từ đến Imax đến 0,5.Imax
Ký hiệu: , dấu ấm (-) chiếm 50% ds
S
s s
(11)Page 10
Hình 2.1 Dạng sóng sét tổng qt
b, Dạng xiên góc
- Khi tính tốn thƣờng sử dụng loại dạng xiên góc (độ dốc, phần đầu sóng) Với a độ dốc đầu sóng
- Dùng để tính q trình truyền sóng đƣờng dây
Hình 2.2 Dạng sóng sét xiên góc
c, Dạng hàm mũ
Ta ý phần đuôi sóng: iS = Imax.e
-t/T
với T = ηS/0,7
Hình 2.3 Dạng sóng sét hãm mũ
ds S
ds ds
at t i
a t
(12)Page 11
2.1.2.2 Trị số dòng điện sét (kA)
- Xác suất xuất dòng điện sét: I ≥ Is là:
vI = P{I ≥ Is} = e -Is/26,1
= 10-Is/60 lg(vI) = -IS/60
ln(vI) = -IS/26,1
- Độ dốc dòng điện sét:
- Xác suất xuất dòng điện sét có độ dốc a ≥ aS là:
lg(va) = -aS/25
ln(va) = -aS/10,9
2.1.3 Cƣờng độ hoạt động sét
- Mật độ sét đánh diện tích km2 đất: ms = 0,1 ÷ 0,15
- Số lần sét đánh năm diện tích km2 đất: Nj = ms.nngs = (0,1 ÷ 0,15)nngs
- Số ngày sét năm (nngs)
+ Xích đạo: 100 ÷ 150 ngày + Nhiệt đới: 60 ÷ 100 ngày + Ơn đới: 30 ÷ 50 ngày + Hàn đới: < ngày
2.2 Phóng điện xung kích 2.2.1 Điện áp xung kích
- Loại điện áp có dạng sóng xung kích: điện áp tăng nhanh từ đến trị số cực đại (đầu sóng) sau giảm chậm đến trị số (đi sóng)
- Độ dài sóng ηS tính tới điện áp giảm xuống nửa trị số biên độ
Vì: điện áp giảm tới mức 50% trị số biên độ khơng cịn khả gây nên phóng điện khơng cần ý đến tình hình phần sau sóng
- Trị số điện áp phóng điện xung kích phụ thuộc vào dạng sóng (đƣợc đặc trƣng độ dài đầu sóng độ dài sóng) nên có qui ƣớc dạng sóng xung chuẩn:
ηđs = 1,2μs ± 30%
ηs = 50μs ± 20%
Ký hiệu: ±1,2/40 [μs/μs] S
S ds
I kA a
s
a /10,9S a /25S
a S
(13)Page 12
2.2.2 Máy phát điện áp xung
2.2.2.1 Sơ đồ phóng điện áp thấp
Hình 2.4 Sơ đồ phóng điện áp thấp
- Giả thiết khơng có điện dung C2 điện áp ban đầu đặt lên C1 U0, đóng khố K
C1 phóng điện qua R1 R2 (đƣờng 1)
- Nếu có điện dung C2 điện áp R2 (cũng điện áp điện dung C2) tăng
nhảy vọt đƣợc (đƣờng 2)
- Thay đổi R C đạt đƣợc dạng sóng cần thiết a Coi R2 = ∞ C1 phóng điện qua R1 C2:
Trạng thái ổn định: q1=q2
Hay: C1U0 = (C1 + C2).U2
Hay
Với U0 điện áp ban đầu lên C1
Suy ra:
Với T2 - số thời gian phóng điện C1 qua R1 sang C2
Hình 2.5 Dạng sóng điện áp U1 U2 Coi R2 = ∞
b Coi R2 ≠ điện áp C2 phóng điện qua R2 giảm dần:
- U2(t) luôn nhỏ trị số B lƣợng ΔU, phần điện áp giáng R1
(do có dịng điện qua R2)
K
R1
R2
U2
U1 C1
C2 U0 t U2 -U0 2 d
1
C
U U B
C C
U
t U1(t)
U2(t)
B
t /T2
2
U (t)B e
(14)Page 13
Và ta có:
với + T1 = C1.(R1 + R2) + C2R2
- Gọi hệ số sử dụng sơ đồ η (với η < 1) phần điện áp cuối tồn C2 là:
+ T2 giảm đầu sóng sóng chuẩn dốc,
+ T1 giảm độ dài đầu sóng sóng chuẩn lớn
Nhận xét: biết U2(t) xác định đƣợc trị số cần thiết kế tạo sơ đồ
t = ηđs U2 = Umax
t = ηs U2 = 1/2Umax
Suy ra:
T1 = ηs T2 = ηđs/3,25
Sơ đồ khơng tạo nên điện áp xung kích bị giới hạn điện áp tụ C1 (điện áp
nhỏ 100, 150 kV)
Hình 2.6 Dạng sóng điện áp U1 U2 Coi R2 ≠0
2.2.2.2 Sơ đồ phóng điện điện áp cao
Hình 2.7 Sơ đồ phóng điện điện áp cao
t /T1 t /T2
2
U (t)A e e
1
R
A B
R R
t /T1 t /T2
2
U (t)U e e
1 2
2
1 2
C C R R
T
C C R R
1
1 2
C R
C C R R
(15)Page 14
Trong đó: K chỉnh lƣu;
Rbv điện trở bảo vệ;
Rn điện trở nạp;
CA, CB Cn tụ điện nạp;
KH1, KH2, KH0… khe hở phóng điện có trị số tăng dần (KH1< KH2< … < KH0);
Rôđ điện trở ổn định;
Rp Cp điện trở tụ điện phóng để thực dạng sóng cần thiết
- Nguyên lý làm việc sơ đồ cao áp nói “nạp song song – phóng nối tiếp” a Giai đoạn nạp
- Máy tăng áp T làm tăng điện áp lên tới trị số định mức tụ điện C, điện áp xoay chiều đƣợc chỉnh lƣu K nắn thành điện áp chiều đặt lên điểm A1 A2, tụ điện CA nạp
- Qua điện trở Rn điện áp chiều đƣợc đặt vào điểm B2, C2,…, N2 cuối
cùng sau thời gian định, tất tụ điện C đƣợc nạp
- Khi trình nạp kết thúc điểm A2, B2,…, N2 có điện U0, cịn điểm A1,
B1,…, N1 có điện (điện đất)
b Giai đoạn phóng
- Chọn khe hở phóng điện KH1 cho phóng điện điện áp U0 trình
nạp vừa kết thúc KH1 phóng điện Khi KH1 phóng điện điện B1 tiến tới
bằng điện A2, nghĩa U0
UB1 = UA2 = U0
- Điện điểm B2 là:
UB2 = UB1 + UCB = U0 + U0 = 2.U0 = (UC1 + UCB)
- Nếu đặt cự ly khe hở phóng điện KH2 cho phóng điện điện áp 2U0
KH2 phóng điện làm tăng C1 lên 2U0 tƣơng tự ta C2 lên
bằng 3U0
- Giả sử dung n cấp để tụ điện giai đoạn phóng đƣợc ghép nối tiếp qua khe hở KH1, KH2,…, KHn điện áp xung kích đầu máy phát đạt tới nU0 (cấp
điện áp nhỏ MV) UN2 = nU0
Khi KH0 phóng ta có:
t /T1 t /T2
2
(16)Page 15
2.2.3 Đặc tính von-giây
2.2.3.1 Thời gian phóng điện
- Điện áp xung kích có trị số điện áp phóng điện phụ thuộc nhiều vào thời gian tác dụng điện áp, thời gian ngày bé điện áp phóng điện tăng
- Nguyên nhân:
+ Bản thân q trình phóng điện địi hỏi phải có khoảng thời gian cần thiết gọi thời gian phóng điện (rất bé nhỏ so với chu kỳ dòng điện xoay chiều) nên thời gian tác dụng điện áp (một chiều xoay chiều) không ảnh hƣởng tới trị số điện áp phóng điện
+ Đối với điện áp xung kích, thời gian tồn ngắn nên thời gian tồn điện áp ảnh hƣởng lớn đến trị số điện áp phóng điện
- Ví dụ: xét khe hở mà mức điện áp U0 điều kiện phóng điện tự trì đƣợc thực
Trƣớc thời điểm t1 chƣa thể có phóng điện trƣớc hết phải có xuất điện tử tác dụng khu vực âm cực, từ tạo lên thác điện tử thứ Điện tử đƣợc tạo lên bắn phá âm cực ion đƣơng ln có sẵn khơng khí nhân tố ion hố bên ngồi Vậy q trình phóng điện khơng thể thời điểm t1 mà phải từ thời điểm t2 = t1 + ttk
Q trình phóng điện đƣợc hồn thành thời điểm t3 = t2 + tht, khoảng thời
gian hình thành phóng điện thác điện tử phát triển thành dòng để nối liền khoảng cực hồn thành q trình phóng điện
Hình 2.8 Thời gian phóng điện Vậy thời gian phóng điện:
tp = t1 + ttk + tht
+ Thời gian chậm trễ thống kê (ttk) phụ thuộc vào yếu tố:
/ Nhân tố ion hoá bên ngồi: tác dụng với cƣờng độ mạnh ttk giảm
điện tử tác dụng đƣợc xuất sớm (tia sóng ngắn)
(17)Page 16
/ Điện áp: tăng điện áp trƣờng mạnh, khả khuếch tán nhƣ kết hợp điện tử với phân tử để trở thành ion âm giảm, đồng thời khả ion hố tăng lên
+ Thời gian hình thành phóng điện:
>Giai đoạn thác điện tử phát triển tới độ dài xk chuẩn bị tạo điều kiện cho việc hình thành dịng
>Giai đoạn phát triển dòng tới suốt chiều dài khoảng cực
>Giai đoạn phóng điện ngƣợc (có thể bỏ qua việc phát triển với tốc độ cao)
Tốc độ thác thực chất tốc độ điện tử Tốc độ phát triển dòng nhanh nhiều so với tốc độ điện từ (2 – 10 lần) có xuất nhiều thác khu vực đầu dịng
2.2.3.2 Định nghĩa đặc tính Vơn-giây
Đặc tính Vơn-giây phụ thuộc thời gian phóng điện vào biên độ điện áp tác dụng
2.2.3.3 Sơ đồ tạo đặc tính Vơn-giây
Hình 2.9 Sơ đồ tạo đặc tính V-S
- Máy phát xung (MFX) phát dịng xung kích tác dụng lên cách điện cần thử (CĐCT) lên phân áp, lấy phần điện áp qua thiết bị đo (TBĐ) khơng thể lấy điện áp cao - Điện áp phóng điện lấy trị số cao có phóng điện
- Đặc tính Von-giây tạo từ tâm tản mạn thời gian phóng điện (đặc tính Von-giây miền)
- Biên độ điện áp tác dụng lớn xác suất phóng điện cao
- Trị số điện áp phóng điện xung kích 50% cịn gội điện áp phóng điện bé (U50%)
biên độ sóng xung kích cho tác dụng nhiều lần có 50% số lần xảy phóng điện - Cƣờng độ xung kích đảm bảo giới hạn an tồn cách điện với xác suất phóng điện
(18)Page 17
+ Không đồng nhất: thời gian phóng điện tăng điện áp giảm tốc độ hình thành phóng điện giảm thấp đặc tính có độ dốc lớn ngƣợc lại trƣờng đồng nhất: tăng thời gian phóng điện điện áp giảm chủ yếu thời gian chậm trể thống kê tăng lên khe hở đặt ngồi khơng khí ttk rút ngắn đặc tính có dạng phẳng ngang
2.3.4 Ý nghĩa đặc tính Vơn-giây
- Là đặc tính quan trọng cách điện, việc phối hợp cách điện thiết bị điện thiết bị bảo vệ cho
- Để đảm bảo an toàn cho cách điện thiết bị bảo vệ cần phải có đƣờng đặc tính Vơn-giây hồn tồn nằm dƣới đƣờng đặc tính Vơn-giây cách điện có dạng phẳng ngang để khơng xảy giao chéo khoảng thời gian bé
- Ứng với điện áp U(t) thời gian phóng điện thiết bị bảo vệ (chống sét van) phải nhỏ biến áp phóng điện trƣớc tạo an tồn cho thiết bị
- Những thiết bị có đặc tính Vơn-giây phẳng, để trƣờng đồng phải dùng thiết bị bảo vệ có đặc tính Von-giây phẳng (MBA, MĐ)
Chống sét ống có đặc tính Vơn-giây dốc nên khơng thể bảo vệ máy biến áp, máy điện mà bảo vệ cho đƣờng dây
Hình 2.10 Ý nghĩa đặc tính VS
2.3 Phóng điện vầng quang
- Phóng điện vầng quang dạng phóng điện tự trì đặc trƣng cho phóng điện trƣờng khơng đồng nơi có cƣờng độ trƣờng lớn
- Phóng điện đạt đƣợc điều kiện tự trì nhƣng dịng khơng thể kéo dài tồn khoảng cực mà giới hạn phạm vi nhỏ gần điện cực có bán kính cong bé Phạm vi gọi quầng vầng quang (các q trình ion hố, kết hợp trở trạng thái bình thƣờng phân tử bị kích thích phát sinh nhiều photon khiến cho vùng hẹp toả sang gội vầng quang)
- Các ion đƣợc tạo lên quầng vầng quang dƣới tác dụng điện trƣờng dịch chuyển phía ngồi hình thành dịng điện vầng quang gọi dịng plasma
U BA
(19)Page 18
- Vầng quang xảy cƣờng độ trƣờng bề mặt dây dẫn lớn cƣờng độ trƣờng xảy vầng quang khơng khí
- Ƣu khuyết điểm phóng điện vầng quang:
+ dùng vầng quang âm để lọc bụi khói số sở luyện kim nhà máy nhiệt điện
+ vầng quang có tác dụng tích cực bảo vệ hệ thống điện chống điện áp khí (khi có sét đánh đƣờng dây, vầng quang tiêu hao lƣợng sóng điện áp, làm giảm biên độ độ dốc sóng tăng an tồn cho cách điện trạm biến áp nhà máy điện tốt cho truyền sóng)
/ vầng quang gây nên loại dịng điện rò gây tổn hao lƣợng chuyển dịch ion dƣới tác dụng trƣờng
/ vầng quang gây nhiễu loạn thông tin hữu tuyến vơ tuyến, ăn mịn vật liệu - Cƣờng độ trƣờng xảy vầng quang giữa:
+ hình trụ:
Hình 2.11 Vầng quang trụ + dây dẫn dây dẫn mặt đất:
Với
+ ζ mật độ tƣơng đối khơng khí + S khoảng cách hai dây dẫn (S>>r0)
Chú ý: tính tốn đƣa hình trụ để dễ tính tốn
Hình 2.12 Vầng quang dây dẫn mặ đất
r0 R h'=S/2 vq 0,308 E 31
r
vq vq 0
R U E r ln
r vq 0,301 E 298
r
vq vq
0
S
U E r ln
r
(20)Page 19
2.3.1 Phóng điện vầng quang đƣờng dây dẫn điện chiều
- Sự dịch chuyển điện tích từ dây dẫn có vầng quang đến điện cực đối diện tạo nên dịng điện vầng quang Dịng điện có tính chất nhƣ dòng điện rò gây tổn hao lƣợng gọi tổn hao vầng quang
{-Khi dây dẫn dài vầng quang phát triển đồng thời nhiều điểm xung dịng điện hợp lại thành dòng điện liên tục Nếu tăng điện áp vầng quang phát triển tồn bề mặt dây dẫn dòng điện hẳn tính chất khơng liên tục nó.}
- Các điện tích chuyển dịch theo chiều từ cực sang cực - Ứng với đơn vị dài đƣờng dây, tổn hao đƣợc tính: P = U.I = U.f(U)
Với I dòng điện vầng quang I = f(U) đặc tính vơn-ampe vầng quang điện - Cơng thức tính tổn hao vầng quang đƣờng dây dẫn điện chiều:
P = A.U2.(U – Uvq) [kW/km]
với A hệ số phụ thuộc vào kích thƣớc khe hở
Hình 2.13 Vầng quang đƣờng dây dẫn điện chiều
2.3.2.1 Vầng quang đơn
Hai dây dẫn có điện (+U/2) (–U/2) đặt cách kim loại đƣợc nối đất Q trình ion hố phát triển độc lập nửa khe hở điện tích khối q trình tạo lên không ảnh hƣởng lẫn Đây vầng quang đơn phần khe hở hình thành “dây dẫn-bản cực” có cực phát sinh vầng quang Tổn hao vầng quang trƣờng hợp tổng tổn hao dây dẫn: P = P+
+ P-
2.3.2.2 Vầng quang kép
- Khe hở khơng có kim loại ngăn (bản kim loại-mặt phẳng trung hoà)
- Các ion khác dấu gặp mặt phẳng trung tính kết hợp với phần, số cịn lại vào khoảng không gian điện tích khối khác dấu Các ion phá huỷ trạng thái cân có sẵn làm tăng cƣờng độ điện trƣờng xung quanh dây dẫn