II Vậtliệu từ mề m:
Chương 8: VậtLiệu Dẫn Điện 8.1 Các khái niệm chung
8.1 Các khái niệm chung
tính dẫn điện : vật liệu dẫn điện là vật liệu mà ở trạng thái bình thường có các điện tích tự do . Nếu đặt những vật liệu này vào điện trường thì điện tích dịch chuyển theo chiều tác dụng của điện trường và tạo thành dòng điện
Vật dẫn điện dược chia thành 2 phần
Vật dẫn điện bằng điện tử: Kim loại , hợp kim và một số phi kim
Vật dẫn điện bằng ion ( vật dẫn điện phân): các dung dịch axit, bazơ và muối Điện dẫn và điện trở suất của vật dẫn điện:
Điện trở: là quan hệ giữa điện thế không đổi đặt lên vật và dòng điện chạy qua trong vật dẫn đó
R=ρ sl
ρ: điện trở suất của vật liệu(Ω.m)
L: là chiều dài dây dẫn S: tiết diện dây dẫn
Điện dẫn: là đại lượng nghịch đảo của điện trở G=1/R (1/Ω)
Điện trở suấtρ : là đienẹ trơt của dây dẫn chiều dài là 1 đơn vị và tiết diện là 1 đơn vị Kí hiệu: ρ
Điện dẫn suất là đại lượng nghịch đảo với điện trở suất của dây dẫn
ρ γ = 1
Điện trở suất và điện dẫn suất thay đổi rất lớn theo nhiệt độ 8.2 Vật liệu có đienẹ dẫn cao:
a) Đồng: là vật liệu quan trọng trong tất cả các loại vật liệu dùng trong kĩ thuật điện.
Điện trở suất của Đồng và các yếu tố ảnh hưởng
) . ( 10 . 682 , 1 6 Ωcm =
ρ và hệ số thay đổi theo nhiệt độ α =0,0041151
Theo tiêu chuẩn hoá trên thị trường quốc tế ở 200C cần có một điện trở suất
) . ( 017241 , 0 Ωmm2 m = ρ và ) . ( 58 2 mm m Ω = γ 8,89( 3) dm kg D= và 0,00393(10 ) C = α
Điện trở suất của đồng bị ảnh hưởng bởi mức độ tạp chất,gia công cơ khí và sử lý nhiệt. Ag và Cd làm giảm rất ít điện đẫn suất nhưng tăng độ cứng của Đồng nên được dùng làm cổ góp máy điện.
P,Si,Fe và As làm giảm nhiều điện dẫn suất của Đồng.
Về cơ khí:Sự dát mỏng,kéo khi nguội cuảt đồng điện phân sẽ làm giảm điện dẫn suất của nó.Điện trở suất giảm đồng thời với sự giảm của đường kính.
Về sử lý nhiệt:Sự thay đổi điện trở suất tuỳ theo nhiệt độ nung nóng trở lại.Nung nóng giữa 200÷300 0C sẽ cho kết quả là điện dẫn suất nhỏ hơn nhiều so với 400÷500 0C. Tính chất cơ học của Đồng và các yếu tố ảnh hưởng:
Tính cơ học phụ thuộc vào độ tinh khiết của đồng,phương pháp gia công,sử lý nhiệt và nhiệt độ làm việc.
Cd,Al,Sn,Ni,Zn sẽ làm tăng sức bền cơ khí khi kéo.Đồng sẽ dễ gãy khi có mặt ỗi ở trong đồng. Ở trạng thái ủ nhiệt thì : 22( 2) mm KG k ≈ δ Nhôm:
Nhôm là vật liệu kỹ thuật quan trọng trong kỹ thuật điện. Nhôm có điện dẫn cao trọng lượng bé , tính chất vật lý và hoá học có khả năng dùng làm dây dẫn điện. Nhôm có nhược điểm có khả năng dát mỏng, vuốt uốn dễ dàng nên dễ gia công . Khả năng chịu kéo nén va chạm của nhôm kém , dễ bị ăn mòn
Điện trở suất của nhôm tinh khuyết ở nhiệt độ 20oC là 0,0263(Ωmm2/m)
Điện dẫn suất 38(m/Ω.mm2)
Sức bền cơ khí của nhôm phụ thuộc vào các yếu tố: mức độ tinh khuyết , phương thức gia công, xử lý nhiệt và nhiệt độ làm việc
Để sử dụng nhôm làm dây dẫn người ta phải kết hợp với thép để tăng cường độ bền cơ khí cho dây dẫn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
8.3) Vật liệu dẫn điện thấp
Vật liệu này thường được sử dụng để làm điện trở, hệ số biến đổi điện trở suất theo nhiệt độ phải bé để đảm bảo sự làm việc ổn định của điện trở đối với sự biến đổi nhiệt độ
Phân loại:
Vật liệu dùng làm điện trở chính xác cho các dụng cụ đo Vật liệu dùng làm biến trở khởi động
Vật liệu dùng ở các khí cụ sởi nóng và sun nóng
Chương 9 CÁCH ĐIỆN DÙNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN I)Cách điện dùng trong hệ thống điện:
1)Các đặc tính cơ điện của cách điện dùng trong hệ thống điện: a)Đặc tính điện:
Hiện tượng phóng điện bề mặt: là hiện tượng mà xuất hiện tia lửa điện chạy dọc bề mặt điện môi nối liền giữa 2 điện cực
Điện áp phóng điện mặt: là điện áp bé nhất mà tại đó bề mặt điện môi bị phóng điện -Đối với vật liệu cách điện của trang thiết bị dùng trong nhà chỉ yêu cầu xác định điện áp phóng điện bề mặt khi cách điện bề mặt khô và sạch. Điện áp phóng điện đó là điện áp phóng điện khô
trong đó Emk là cường độ điện trường phóng điện dọc theo đường phóng điện lk
Điện áp phóng điện khô phụ thuộc vào điều kiện khí quyển, độ ẩm , độ trong sạch của môi trường ngoài ra còn phụ thuộc vào bản chất vật liệu làm điện môi và độ nhẵn bóng bề mặt của vật liệu
Do đó, khi thí nghiệm ở điều kiện khác tiêu chuẩn, cần phải hiệu chỉnh về điều kiện chuẩn Umk = U(1+∆k)/k
K: là hệ số hiệu chỉnh theo mật độ không khí
k
∆ hệ số hiệu chỉnh theo độ ẩm không khí
-Đối với cách điện ngoài trời: phải xác định theo điện áp phóng điện khi bề mặt điện môi bị ướt. Trị số này được xác định khi bề mặt cách điện chịu tác dụng của mưa chuẩn. Khi mưa khe phóng điện phát triển một phần theo bề mặt ướt một phần theo không khí nên Umư phụ thuộc vào áp suất. Để đơn giản ta coi như phóng điện một nửa trong không khí và một nửa men theo bề mặt cách điên
Umư = 0,5Umưch (1+
760
P
)
Umưch: điện áp phóng điện ướt lúc áp suất đạt tiêu chuẩn P là áp suất lúc thử nghiệm
Điện áp tầng số công nghiệp là cơ sở để tính toán chọn cách điện theo quá điện áp nội bộ - Điện áp thử nghiệm xung :
Khả năng chịu đựng của quá điện áp khí quyển được biểu thị theo đặc tính V-S của cách điện. Đối với cách điện ngoài, độ bền xung của cách điện được xác định điện áp xung bé nhất ( U0,5 ở cả sóng xung toàn phần và sóng xung cắt)
Điện áp phóng điện xung cao hơn điện áp phóng điện khô và không phụ thuộc vào tình trạng bẩn , ẩm của bề mặt điện môi
b) Đặc tính cơ:
Đối với cách điện treo : phải xác định độ bền chịu kéo
Đối với cách điện đỡ và xuyên: phải xác định theo độ bền uốn
Độu bền cơ bảo đảm : là tải trọng kéo hoặc uốn mà nhỏ nhất mà có thể gây ra hư hỏng hoàn toàn hoặc hư hỏng bộ phận cách điện, trong điều kiện tăng tải trọng dần đều
Đối với cáh điện treo: khi tải trọng cơ tăng có thể xuất hiện rạng nứt dưới mũ sứ
Độ bền cơ cách điện là độ bền mà đồng thời việc tăng dần đều tải trọng cơ và cho tác dụng lên một điện áp 75% đến 80% Umk, khi xuất hiện những rạng nứt thì cách điện bị xuyên thủng Tải trọng cách điện cho phép của cáh điện treo bằng một nửa tải trọng cơ điện một giờ 2) Vật liệu cách điện (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vật liệu cách điện thông dụng nhất hiện nay là sứ kĩ thuật ngoài ra còn có steatit có độ bền cơ cao hơn và có tổn thất điện môi bé hơn sứ kĩ thuật điện. Ngoài ra thuỷ tinh ít kiềm cũng là vật liệu thông dụng hiện nay vì có độ bền cơ, điện cao hơn sứ và rẻ tiền dễ gia công..
Một số vật liệu gốc vô cơ còn có ưu điểm là không bị già cõi dưới tác dụng của phóng điện cục bộ
Ngoài ra còn có nhựa Composit và cao su silicon để chế tạo vật liệu cách điện ngoài trời, nhựa expoxy để chế tạo vật liệu cáh điện trong nhà
Cách điện xuyên ở U>35 kV được ttổ hợp bằng giấy -dầu hoặc màng chắn- dầu còn cách điện ngoài là vỏ sứ
3) kết cấu cách điện dùng trong hệ thống: Cách điện dùng trong hệ thống bao gồm:
- Cách điện của đường dây trên không
- Cách điện của máy biến áp và máy điện
- Cách điện của cáp và tụ 4) Các điều kiện chọn cách điện
Mức cách điện của hệ thống phải thoả main các điều kiện sau đây
- trị số điện áp làm việc lớn nhất cho phép trong thời gian dài
- Trị số quá điện áp nội bộ
- Trị số quá điện áp khí quyển
Trị số điện áp làm viêc lớn nhất phụ thuộc vào điện áp định mức của hệ thống và phương thức nối đất của hệ thống
Với trung tính cách điện: Ud = 1,15.Uđm Với trung tính nối đất trực tiếp: Ufa =
3 . 15 ,
1 Udm
Trong quá trình vận hành quá điện áp tác dụng lên cách điện bao gồm :Quá điện áp nội bộ và quá điện áp khí quyển
Quá điện áp nội bộ : là quá điện áp do những thao tác làm thay đổi thông số kết cấu hệ thống làm hệ thống xảy ra qua trình quá độ, mà biên độ điện áp của nó có thể rất lớn so với điện áp làm việc lớn nhất . giá trị này không phải cố định mà còn tuỳ thuộc vào thao tác, cấp điện áp và điểm trung tính của hệ thống. Trị số này có khi vượt so với trị số quá điện áp khí quyển. Tuy nhiên, cách điện phải chịu được tác dụng của quá áp nội bộ có xác xuất lớn đối với cấp điện áp lớn còn cấp điện áp bé có thể kết hợp các biện pháp khác
U> k Uqanb
Quá áp khí quyển: là do sét đánh trực tiếp hoặc gần đường dây cảm ứng qua đường dây và lan truyền trong hệ thống. Trị số quá áp này sẽ đặt trên cách điện của hệ thống . Trường hợp ở các trạm có đặt CSV đẻ bảo vệ cho các thiết bị thì các thiết bị được bảo vệ sẽ chịu điện áp nhẹ nhàng hơn chỉ theo Udư CSV
Như vậy cách điện của hệ thống phải chọn sao cho thoả main được điều kiện quá áp nội bộ còn điều kiện quá áp khí quyển phải kết hợp với chỉ tiêu kinh tế. Đối với các thiết bị trong trạm có đặt CSV thì cách điện được kết hợp với Udư CSV ứng với dòng qua CSV 5kA
1)Yêu cầu chung của cách điện của đường dây trên không: -Phải chịu được tác dụng của đa số các loại quá điện áp nội bộ
-Đối với quá điện áp khí quyển , phải giải quyết sao cho hợp lý về mặt kinh tế kĩ thuật +Đối vơíu cấp điện áp >110kV: chọn theo điều kiện quá điện áp nọi bộ , kết hợp với treo dây chống sét trên toàn tuyến để tăng khả năng chịu qua áp khí quyển của đường dây +Đối với cấp điện áp <110kV: nếu chọn theo quá áp khí quyển thì rất tốn kém về kinh tế . Nên chỉ chọn đến mức hợp lý kết hợp với các biện pháp giảm suất cắt đường dây: cải thiện nối đất và cuộn dập hồ quang
2)Kết cấu cách điện của đường dây trên không: Cách điện đường dây trên không bao gồm:
Khoảng cách không khí giữa các pha và khoảng cách khí giữa dây dẫn với trụ, xà Ngăn cách giữa xà và dây dẫn bỡi sứ cách điện. Trong thực tế người ta có thể sử dụng các loại sứ sau đây: sứ đỡ, sứ treo, đĩa sứ, chuỗi sứ. Tuỳ theo cấp điện áp và tính chất của cột mà người ta có thể sử dụng loại sứ cho phù hợp
Cấu tạo cơ bản của sứ gốm: điện môi, bộ phận kim loại và vật liệu gắn kết giữa điện môi và vật liệu kim loại
3) Phân bố điện áp trên chuỗi sứ cách điện đường dây:
Cách điện của đường dây trên không >:35kV thường sử dụng chuỗi cách điện ( gồm nhiều đĩa cách điện ghép nối lại với nhau). Số lượng đĩa trong chuỗi nhiều hay ít còn phụ thuộc vào cấp điện áp, và tính chất cột
Để khảo sát sự phân bố điện áp trên chuỗi cách điện của đường dây, ta thay thế chuỗi cách điện như hình vẽ
C điện dung của từng đĩa cách điện (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
C1,C2: là điện dung của từng đĩa cách điện với dây dẫn và đất
Sự tồn tại các điện dung kí sinh này làm cho điện áp phân bố trên chuỗi sứ không đều nhau
Qua nghiên cứu tính toán, ta có nhận xét vế sự phân bố điện áp như sau:
Sự phân bố điện áp không đều trên toàn bộ chiều dài chuỗi sứ. Đĩa gần đường dây chịu điện áp lớn nhất trong toàn chuỗi. Với chuỗi cách điện có 10 đĩa , đĩa đầu tiên chím 21% tức gần như gấp đôi so với treờng hợp phân bố đều
Trị số điện áp trên đĩa được xác định bỡi dUxdx và nơi có điện áp thấp nhất được xác định 2 2 dx Ux d =0 => x= ) 2 1 ln( 2 1 A A −
Với chuỗi 10đĩa , điện áp trên đĩa thứ nhất 20->25 kV điện áp này đủ để gây nên vầng quang
Biện pháp hữu hiệu để cải thiện sự phân bố điện áp là tăng điện dung của đĩa cách điện với dây dẫn. Đối với dây phân pha, ngoài tác dụng giảm tổn hao vầng quang còn có tác dụng tăng điện dung kí sinh làm cho điện áp phân bố đều hơn và do đó không cần có các biện pháp khác
Khi bề mặt bị mưa ướt và bề mặt bị bám bẩn thì phân bố điện áp chủ yếu là do điện dẫn bề mặt, do đó điện áp phân bố đều hơn
Uư = n.Eư.H n số đĩa.
Eư: cường độ điện trường phóng điện H: độ cao đĩa cách điện
4)Số lượng đĩa cách điện và các khoảng cách nhỏ nhất cho phép: a)Số lượng đĩa cách điện:
Được xác định tuỳ thuộc vào cấp điện áp, loại cách điện, vị trí chuỗi cách điện, vật liệu cột. Điều kiện để chọn số lượng đĩa là dựa vào điện áp phóng điện ướt
-Với cột đỡ bằng thép hoặc bê tang cốt thép được tính theo: n
H Eu Udm Kcp H Eu Unbtt . . 3 2 . . . 1 , 1 . . 1 , 1 = ≥
số lượng đĩa thực tế được làm tròn lên rồi cộng thêm 1 đối với cấp điện áp 35-220kV, và thêm 2 đối với các cấp điện áp từ 330kV trở lên.
-Với các cột căng cột néo, cột góc số lượng đĩa được tăng cường 1 đối với các cột đỡ cho các cấp điện áp 35-110kV, với cấp 150kV trở lên số lượng đĩa cách điện từ 9 đĩa trở lên thì không có sự khác biệt về số lượng giữa cột đỡ và cột néo.
-Đối với các đường dây cột xà gỗ từ 35-220kV thì số lượng đĩa ít hơn 1 so với đường dây cột sắt.