chuong1_phong dien vang quang

Chương 1: Phóng điện vầng quangE U vq = vq Từ đó người ta rút ra kết luận: Do hệ số M, N khác nhau rất ít nên có thể dùng mô hình tụ điện hình trụ để nghiên cứu hiện tượng phóng điện vần

Chương 1: Phóng điện vầng quang

I)Khái niệm chung:

Là dạng phóng điện tự duy trì, nó đặc trưng cho hiện tượngphóng điện trong trường không đều

Quá trình phóng điện không kéo dài trên toàn bộ khoảng cực mà chỉ xảy ra ở lân cận điện cực có bán kính bé

Gây ra dòng điện vầng quang (tính chất giống dòng rò)

Tổn thất vầng quang

Ví dụ đối với các đường dây siêu cao áp có Uđm từ400 kVtrở lên gây ra tổn thất vầng quang lên đến 19 kW/ 1km

II) Phóng điện vầng quang trên đường dây cao áp 1 chiềuChương 1: Phóng điện vầng quang

Các đặc điểm:

xác định theo công thức thực nghiệm sau:

Trong đó: r0 - bán kính dây dẫn

M, N - hệ số thực nghiệm

δ - mật độ tương đối của không khí,

P 0.386

δ =

Thực nghiệm trên tụ điện hình trụ người ta xác định được:

) 1

E

Uvq = vq

M=31; N=0,308; và

Chương 1: Phóng điện vầng quang

E

U vq = vq

Từ đó người ta rút ra kết luận: Do hệ số M, N khác nhau rất

ít nên có thể dùng mô hình tụ điện hình trụ để nghiên cứu hiện tượng phóng điện vầng quang trên các đường dây cao áp

khoảng là h = s/2

Chương 1: Phóng điện vầng quang

2 Khi xảy ra phóng điện vầng quang thì người ta thấy rằng chủ yếu là các điện tích cùng dấu với các điện cực dây dẫn bao bọc xung quanh dây dẫn và gọi đó là quầng vầng quang

Các quá trình ion hóa, kết hợp hoặc trở về trạng thái bình thường của các phân tử bị kích thích phát sinh rất nhiều phô tông khiến cho vùng hẹp này tỏa sáng Do đó mà nó được gọi là vầng quang

3 Sự chuyển dịch của các điện tích từ dây dẫn có vầng quang đến điện cực đối diện, dưới tác dụng của điện trường, tạo nên dòng điện vầng quang

Điện áp tăng cao thì số điện tích tăng và dòng điện vầng quang tăng

Chương 1: Phóng điện vầng quang

Dòng điện vầng quang có tính chất như một dòng điện rò và gây tổn hao năng lượng gọi là tổn hao vầng quang Ứng với đơn vị dài của đường dây, tổn hao vầng quang được xác định theo công thức:

)(

U

p vq = vq =

trong đó: Ivq : dòng điện vầng quang

Trong tụ điện hình trụ có thể xác định gần đúng đặc tính Volt-Ampe của vầng quang bằng cách giải phương trình Poisson trong hệ tọa độ trụ:

ε

ρ

=

= +

=

dr

Er

d r r

E dr

dE divE 1. ( )trong đó: δ là mật độ điện tích trong quầng của vầng quang

δ là hằng số điện môi của môi trường

Chương 1: Phóng điện vầng quang

Cường độ trường tại điểm bất kỳ cách trục của tụ điện hình trụ khoảng cách r có trị số bằng:

0

ln

r

R r

rdr Er

2 0

2

r E

ε ρ

Chương 1: Phóng điện vầng quang

Từ đó rút ra:

)

( 2

2 0

2

r r

r E

R

r

dr r

r r

dr r

r E

0

0

4 4

r

R r

E

ε

ρ ε

+

≈

Chương 1: Phóng điện vầng quang

Dòng điện vầng quang được xác định theo biểu thức:

E k R

Ivq = 2 π 1

trong đó: k là độ dịch chuyển của điện tíchtrong đó: k là độ dịch chuyển của điện tích

v = kE là tốc độ di chuyển của điện tích

0

ln

r

R R

k

Đây là quan hệ Volt-Ampe của vầng quang trên các đường dây cao áp một chiều

Chương 1: Phóng điện vầng quang

III) Phóng điện vầng quang trên đường dây cao áp xoay chiềuKhi nghiên cứu đường dây cao áp xoay chiều 3 pha thì trước hết cần phải xét đến các điện tích khối của các pha có ảnh hưởng đến nhau hay không?

Cần tìm cách tính đoạn mà các điện tích khối di chuyển ra

xa dây dẫn

1 Cường độ trường trên mặt dây dẫn trong toàn bộ thời gian

2 Cường độ trường E tại một điểm ở ngoài không gian cách

Giả thiết:

Vì cực tính của các dây dẫn biến đổi trong từng nửa chu kỳ nên điện tích khối của mỗi pha chỉ bị đẩy ra xa khỏi dây dẫn một đoạn đường nào đó trong nửa chu kỳ đầu, còn trong nửa chu kỳ sau nó lại bị kéo về phía dây dẫn

Chương 1: Phóng điện vầng quang

Tốc độ dịch chuyển điện tích tỉ lệ với điện trường v=kE:

Mà ta có v=dr/dt, với r là quãng đường dịch chuyển của điện tích Do đó

r

r

E k E

k dt

T

rdr r

kE

dt

được Tính tích phân ta được:

0

r = dd

Chương 1: Phóng điện vầng quang

Trong khi đó khoảng cách pha-pha của đường dây 110kV là

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

Do đó có thể nghiên cứu vầng quang trên đường dây xoay

chiều 3 pha bằng cách nghiên cứu từng pha độc lập Từ đó suy ra tổn hao vầng quang trên toàn đường dây bằng cách lấy tổn hao vầng quang của 1 pha nhân 3 lần lên

Chương 1: Phóng điện vầng quang

Tổn hao vầng quang trên đường dây xoay chiều:

Chương 1: Phóng điện vầng quang

Công thức thực nghiệm quen thuộc của Pick được dùng để tính toán tổn hao vầng quang là

5

2 0

0 ( ) 10)

25(

−+

=

s

r f

P

δ

trong đó: δ là mật độ tương đối của không khí

s là khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn

U là trị số hiệu dụng của điện áp pha

bởi công thức:

0

2 1 0

0 21 , 2 ln

r

s m

m r

U = δ

và m2 là hệ số khí hậu

Chương 1: Phóng điện vầng quang

IV) Biện pháp giảm tổn thất vầng quang

Biện pháp chủ yếu để giảm tổn thất vầng quang là giảm cường độ trường trên bề mặt dây dẫn (E d d) Nếu Edd <28 kV/cm thì không phát sinh vầng quang

Đườìng dây bán kính ro đặt cách đất 1 đoạn là h thì

cường độ điện trường trên bề mặt dây dẫn là:

o o

pha dd

r

h r

U E

2 ln

Tăng ro : - Dùng dây dẫn rỗng (nhưng có độ bền kém)

- Dùng dây lõi thép AC

Việc tăng bán kính dây dẫn là có giới hạn bởi vì :

Khi bước qua lĩnh vực siêu cao áp (U>330kV) thì nếu tăng bán kính để thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang thì dây dẫn sẽ rất lớn (đường kính dây có thể lên đến 50cm) gây nhiều khó khăn cho thi công , lắp ráp và không kinh tế và khi đó đường dây sẽ dư để tải một lượng công suất nhất định

- Khoảng cách giữa 2 dây phân pha D.

- Khoảng cách giữa 2 pha là s

Maxwell nói lên sự liên quan

giữa điện áp và điện tích :

* Với 2 dây:

) ( α11 + α12

111

-td o

pha

r

s

q D

s r

n o

Nếu dây dẫn có điện áp Upha thì trên dây dẫn có điện tích:

td

pha

r s

U q

ln 2

U q

Công thức kinh nghiệm để xác định điện áp truyền tải công suất: (Công thức Still)

P

U = 4 , 34 1 + 16 (KV)

- Do điện tích q trên dây phân nhỏ lân cận gây ra

D

r E

D r

r

q D

.

=

∆

πε πε

Tương ứng điện trường E trên mỗi dây dẫn phân nhỏ gồm có 2 thành phần:

- Do chính điện tích q của bản thân nó gây ra

td o

pha

o

r

s r

U r

q E

ln 2

2

πε

Điện trường Emax trên dây phân nhỏ:

D

r E E

E E

1 1

1 max = + 2 ∆ = + 2

) ,

( )

1 (

2

) 1 (

2

0 1 1

1 max

D n

f D

r E n

E

E n

E E

=

− +

=

∆

− +

=

Điện trường Emax trên dây phân nhỏ là:

* Trường hợp 1 pha phân thành 2 dây:

* Trong trường hợp 1 pha phân thành n dây:

Thông thường người ta chọn n cố định, tức là chọn:

Bài toán sẽ trở thành: Tìm giá trị D để điện trường đạt giá trị bé nhất Khi đó, tổn thất do vầng quang sẽ bé nhất

* Ưu điểm của việc dùng dây phân pha:

-Tăng được bán kính dây dẫn (rdd) và do đó giảm được tổn thất vầng quang

-Làm giảm điện cảm của đường dây, vì thế tăng được khả năng truyền tải công suất của đường dây và giảm tổn thất công suất trên đường dây truyền tải

* Nhược điểm của nó là làm cho điện dung của đường dây tăng lên rất lớn, do đó công suất phản kháng do đường

dây sinh ra cung cấp cho hệ thống lớn nên gây ra quá điện áp

S