Bài giảng học phần Kỹ thuật cao áp: Chương 6 - TS. Nguyễn Văn Dũng

(BQ) Bài giảng môn học Kỹ thuật cao áp - Chương 6: Phóng điện cục bộ trình bày các nội dung: Giới thiệu, điện trường trong bọc khí, tác hại của phóng điện cục bộ, mạch tương đương abc, thông số của phóng điện cục bộ, đo lường phóng điện cục bộ. Mời các bạn cùng tham khảo.

CHƯƠNG VI: PHÓNG ĐIỆN

CỤC BỘ

1 Giới thiệu

2 Điện trường trong bọc khí

3 Tác hại của phóng điện cục bộ

4 Mạch tương đương abc

5 Thông số của phóng điện cục bộ

6 Đo lường phóng điện cục bộ

 Phóng điện cục bộ xảy ra trong các thiết bị được cách điện bằng hệ thống rắn-khí hoặc rắn-lỏng hoặc cách điện rắn có chứa bọt khí

 Cường độ điện trường tăng cao trong chất lỏng hoặc khí trong khi chúng



1 Giới thiệu

 Phóng điện trong bọt khí do điện trường cao  ăn mòn cách điện 

hình thành vết lõm  phát triển thành các kênh dạng nhánh cây 

phóng điện đánh thủng

HIGH VOLTAGE

2 Điện trường trong bọt khí

 Bọt khí dạng hình cầu

solid r

r void E

E





2 1

void E

 Độ bền điện của không khí là 3 kV/mm, trong khi ứng suất điện trường khi vận hành trong chất rắn 1-2,5 kV/mm  ứng suất điện

3 Tác hại của phóng điện cục bộ

 Tại điện áp AC, ít nhất 1 lần phóng điện cục bộ xảy ra ở mỗi nữa chu kỳ

 lão hóa cách điện từ từ  phóng điện đánh thủng

 Sự lão hóa cách điện do PD xảy ra theo 3 cách:

- Bắn phá vách bọc khí bằng điện tử hoặc ion

- Nhiệt độ cao từ PD tăng phản ứng hóa học của vật liệu cách điện rắn xung quanh lỗ rỗng

- Bức xạ từ PD sẽ phá vỡ liên kết của vật liệu cách điện hữu cơ

4 Mạch tương đương của khối cách điện có bọt khí

 Sử dụng mạch tương đương abc

- a: điện dung phần vật liệu không có bọt khí

- b: điện dung phần vật liệu nối tiếp bọt khí

- c: điện dung bọt khí

- b < c và c<<a

 Khi bắt đầu phóng điện trong bọt khí, điện áp trên bọt khí giảm từ giá trị bắt đầu phóng điện U to đến giá trị điện áp dư U ro

 Sự phóng điện trong bọt khí tương ứng với nguồn dòng có lượng điện tích q i

nối song song tụ c

 Do khối cách điện nối nối tiếp với tổng trở có cảm kháng lớn nên trong thời gian phóng điện rất ngắn (10 ns), xem như không có dòng điện chạy trong mạch ngoài  mạch tương đương trong khoảng thời gian này.

ro to

 Điện tích q i được tính như sau

  to ro 

c c

c e

i

U U

c b

U b

c

U b

a

ab c

U C

a

b U

b a

 U c

 U a

 Ngay sau khi phóng điện, dòng quá độ từ mạch ngoài sẽ phục hồi điện

áp trên khối vật liệu từ U a -  U a lên U a Dòng điện này là kết quả của

lượng điện tích q s được cung cấp từ mạch ngoài

 to ro 

c

a a

a e

s

U U

b U

b

U a

U c

b

bc a

U C

 Ua

u 1

t

U c

Ua

Uc

 Điện áp đặt lên khối cách điện

t U

 Khi chưa phóng điện, điện áp trên bọc khí

t

U c

b

u co 2 sin





 Khi u 1 đạt giá trị U to , phóng điện xảy ra và u 1 giảm một lượng  U c

 U to U ro 

t

U c

b

u co 2 sin





 Số lần phóng điện trong nửa chu kỳ (n): xác định bằng cách điều chỉnh điện áp để phóng điện xảy ra tại thời điểm u co đạt cực đại

2 2

2 2

2

U U

b

U c

b

b U

U n

* Chú ý:

- công thức trên chỉ chính xác khi phóng điện xảy ra tại u co đạt cực đại

- giảm nhẹ điện áp: n giảm đi 1

- n phải là số nguyên nên giá trị sau khi tính toán không là số

nguyên  giảm n về số nguyên gần nhất

 Khi điện áp tác dụng ngoài được tăng từ 0, phóng điện sẽ xảy ra khi giá

trị hiệu dụng của điện áp bằng giá trị bắt đầu phóng điện U b Lúc này có

2 lần phóng điện trong nửa chu kỳ và U to được xác định ( tăng đến U b thì điện áp trên c đạt U to )

U



 Sau khi phóng điện, giảm điện áp tác dụng đến khi không còn phóng điện được giá trị điện áp tắt U s Tuy nhiên, chỉ cần điện áp ngoài lớn

hơn U s , sẽ có 1 lần phóng điện xảy ra trong nửa chu kỳ khi điện áp đạt giá trị cực đại  n = 1

(*)

2 2

ro to

ro

U U

U

U c

b

b n

 Điện áp xuất hiện trên bọt khí tương ứng với giá trị hiệu dụng U s của điện áp ngoài được tính như sau:

2

2 s U to U ro

c b

b

ro

to U U

c



 Năng lượng tiêu tán khi có 1 lần phóng điện trong bọc khí

  to ro  to ro 

ro to

ro to

ro e

to e

PD sau PD

truoc

U U

U U

c b

U U

c b

U b a

ab c

U b a

ab c

U C U

C W

1

2

1 2

1

2 2

2 2

2 1

2 1



 Tổn hao công suất do PD

s

s q U

nf T

6 Đo lường phóng điện cục bộ

T.O: khối vật liệu cần

đo PD (test object)

Z m : tổng trở đo lường

C k : tụ liên lạc (coupling capacitor)

q s : nguồn cung cấp điện tích (charge injector)

Nguyên lý:

- Khi phóng điện xảy ra trong T.O, điện áp trên T.O giảm một lượng tương ứng với lượng điện tích biểu kiến q s qua T.O.

 Mạch đo lường thực tế

 Hiển thị kết quả

Mũi nhọn-cực bảng

 Thiết bị