Bài giảng kỹ thuật cao áp

Các quá trình chủ yếu của phóng điện trong chất khí Ở nhiệt độ bình thường năng lượng của chuyện động nhiệt của các phần tử không đủ để ion hóa, nhưng nếu có điện trường tác dụng thì các

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

CHƯƠNG 1.PHÓNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ 4

1.1 Đặc tính chung của các chất khí cách điện 4

1.2 Các quá trình ion hóa trong chất khí 5

1.2.1 Ion hóa va chạm: 5

1.2.2 Ion hóa quang: 6

1.2.3 Ion hóa nhiệt: 6

1.2.4 Ion hóa bề mặt: 6

1.3 Các quá trình chủ yếu của phóng điện trong chất khí 7

1.4 Đặc tính Von-ampe và các dạng phóng điện của chất khí 8

CHƯƠNG 2.HIỆN TƯỢNG PHÓNG ĐIỆN SÉT VÀ QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 9

2.1 Khái niệm chung về hiện tượng phóng điện sét 9

2.1.1 Quá trình phóng điện sét 9

2.1.2 Tham số của dòng điện sét 9

2.1.3 Cường độ hoạt động của 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 của đặc tính Vôn-giây 17

2.3 Phóng điện vầng quang 17

2.3.1 Phóng điện vầng quang trên đường dây dẫn điện một chiều 19

2.3.2 Phóng điện vầng quang trên đường dây dẫn điện xoay chiều 20

2.3.3 Các phương pháp giảm tổn hao vầng quang 25

2.4 Truyền sóng trên đư ờng dây tải điện 27

2.4.1 Phương trình truyền sóng trên đường dây tải điện 27

2.4.2 Truyền sóng trên hệ thống nhiều đường dây 29

2.4.3 Phản xạ và khúc xạ của sóng 33

2.4.4 Quy tắc Petecxen 35

2.4.5 Quy tắc sóng đẳng trị 39

CHƯƠNG 3.BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 41

3.1 Khái niệm chung 41

3.2 Mô hình phạm vi bảo vệ 41

3.2.1 Phương pháp xác định phạm vi bảo vệ của cột thu lôi bằng thực nghiệm 41

3.3 Bảo vệ bằng cột thu sét 42

3.3.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét 42

3.3.2 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét 43

3.3.3 Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét 45

3.4 Bảo vệ bằng dây thu sét 45

3.5 Khoảng cách an toàn trong không khí và trong đất trong lư ới điện phân phối 46

3.5.1 Để không xảy ra phóng điện trong không khí thì: 47

3.5.2 Để không xảy ra phóng điện giữa hai hệ thống nối đất thì: 47

CHƯƠNG 4.THIẾT BỊ CHỐNG SÉT 49

4.1.Yêu cầu đối với 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

CHƯƠNG 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 toán nối đất chống sét 61

5.3.1 Điện trở tản xung kích của nối đất tập trung 61

5.3.2 Nối đất phân bố dài 61

5.4 Lựa chọn các phương án nối đất hợp lý 63

5.4.1 Nối đất an toàn 63

5.4.2 Nối đất chống sét 64

CHƯƠNG 6.BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 66

6.1 Đường dây tải điện 66

6.1.1 Yêu cầu chung 66

6.1.2 Quá điện áp do sét đánh gây cảm ứng 67

6.1.3 Quá điện áp do sét đánh trực tiếp vào đường dây trên không treo dây chống sét 69

6.1.4 Quá điện áp do sét đánh trực tiếp vào đường dây trên không có treo dây chống sét .71

6.2 Trạm biến áp 74

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 đường dây trên không qua máy biến áp 80

6.3.3 Máy phát nối trực tiếp với đường dây trên không 82

CHƯƠNG 7.CÁCH ĐIỆN DÙNG TRONG CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 86

7.1 Đặc tính cách điện dùng trong hệ thống điện 86

7.1.1 Đặc tính điện 86

7.1.2 Đặc tính cơ 87

7.1.3 Các điều kiện lựa chọn cách điện của hệ thống điện 87

7.2 Cách điện của đường dây trên không 88

7.2.1 Yêu cầu đối với cách điện đường dây 88

7.2.2 Vật liệu và kết cấu cách điện 89

7.2.3 Chuỗi cách điện 91

7.3 Cách điện trong máy biến áp 95

7.3.1 Quá trình quá độ trong cuộn dây máy biến áp 95

7.3.2 Đặc điểm của quá trình quá độ trong máy biến áp ba pha 97

7.3.3 Quá trình quá độ trong cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu 98

7.3.4 Kết cấu cách điện trong máy biến áp 99

7.3.5 Những biện pháp cải thiện cách điện trong máy biến áp 100

7.3.6 Đặc tính điện và thí nghiệm cách điện của máy biến áp 101

7.4 Cách điện của máy điện 102

7.4.1 Yêu cầu chung 102

7.4.2 Kết cấu cách điện của máy điện 102

7.4.3 Quá trình quá độ trong cuộn dây máy điện 103

7.4.4 Thí nghiệm cách điện của máy điện 104

CHƯƠNG 1.PHÓNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ 1.1 Đặc tính chung của các chất khí cách điện

Các chất khí chủ yếu là không khí thường được dùng làm chất cách điện của các thiết điện làm việc trong không khí và của đường dây tải điện trên không

Không khí hoặc phối hợp với các điện môi khác hoặc đơn độc làm nhiệm vụ cách điện giữa các pha hoặc giữa pha với đấy (vỏ máy) Bởi vậy đặc tính cách điện của chất khí có ý nghĩa

quan trọng trong kỹ thuật điện cao áp.Error! Reference source not found

Khi chúng mất khả năng cách điện sẽ gây nên hiện tượng ngắn mạch và dẫn đến các sự cố trong các thiết bị và hệ thống điện Trong nội bộ các điện môi rắn và lỏng cũng thường tồn tại các bọt khí, đó là các điểm cách điện suy yếu vì cách điện của các điện môi này bị hư hỏng thường bắt nguồn từ các quá trình phóng điện của bọt khí

* Yêu cầu chung đối với các chất khí cách điện

Các chất khí chọn dùng làm chất cách điện phải đạt được các yêu cầu sau đây:

1 Phải là loại khí trơ nghĩa là không gây các phản ứng hóa học với các chất cách điện khác trong cùng kết cấu cách điện hoặc với các kim loại của thiết bị điện

2 Có cường độ cách điện cao Sử dụng các chất khí có cường độ cách điện cao sẽ giảm được kích thước của kết cấu cách điện và của thiết bị

3 Nhiệt độ hóa lỏng thấp để có thể sử dụng chúng ở trạng thái có áp suất cao Như sau này

sẽ thấy các chất khí có cường độ cách điện cao ở cả hai trạng thái hoặc áp suất nhỏ (chân không) hoặc áp suất cao Trạng thái dầu ít được dùng trong công nghiệp điện vì các chất cách điện khác khi tiếp xúc với chân không có thể sinh hơi làm tăng áp suất và do đó làm giảm cường độ cách điện, vì vậy để tăng cường độ cách điện của khí thường dùng nó ở áp suất cao

4 Phải rẻ tiền và dễ tìm kiếm

5 Tản nhiệt tốt Trong trường hợp chất khí ngoài nhiệm vụ cách điện còn có nhiệm vụ làm mát (như trong máy điện) thì còn yêu cầu phải dẫn nhiệt tốt

Không khí, loại khí thường gặp nhất, thỏa mãn được yêu cầu (4) nhưng lại không đạt yêu cầu (1) và (2), nhất là yêu cầu (1) Quá trình ion hóa trong không khí thường phát sinh các chất ozon, oxit nito, bioxit nito, chúng ăn mòn các bộ phận cách điện bằng vật liệu hữu

cơ và ăn mòn kim loại Cường độ cách điện trung bình của không khí khoảng 30kV/cm

trong khí đó cường độ cách điện của dầu biến áp rất sạch là 280kV/cm (cường độ cách điện

là đặc tính quan trọng của mọi chất cách điện, biểu thị bằng số kV trên đơn vị chiều dày mà chất cách điện có thể chịu đựng được) Như vậy cường độ cách điện của không khí chỉ

bằng khoảng 1/10 so với dầu biến áp, cho nên để tăng cường độ cách điện của nó lên ngang

mức với các chất cách điện rắn và lỏng cần phải tăng áp suất không khí tới 10÷15 atm điều

đó sẽ làm cho kết cấu và vận hành của thiết bị càng phức tạp

1.2 Các quá trình ion hóa trong chất khí

Các chất khí không phải là các chất cách điện lý tưởng chỉ chứa những phân tử trung hòa

mà chúng còn có một số ion và điện tử tự do Ví dụ, dưới tác dụng của các yếu tố bên ngoài (tia cực ngắn của mặt trời, tia vũ trụ,…), trong 1cm3 không khí thường xảy ra mấy chục lần ion hóa trong 1 giây

Quá trình ion hóa là quá trình biến một phân tử trung hòa thành ion dương và điện tử, có nghĩa là tách điện tử ra khỏi phân tử Muốn vậy phải mất một công để thắng được lực hạt nhất, năng lượng đó gọi là năng lượng ion hóa và ký hiệu là Wi Do năng lượng tỷ lệ với hiệu số điện áp của trường mà điện tử bay qua nên năng lượng ion hóa còn có thể biểu thị bằng hiệu thế ion hóa Ui, điện tử khí bay qua trường của hiệu thế này sẽ tích lũy được năng lượng bằng năng lượng ion hóa Wi Đơn vị đo lường của năng lượng ion hóa là eV

Nếu cung cấp cho điện tử một năng lượng nhỏ hơn năng lượng ion hóa thì chưa thể tách nó

ra khỏi phân tử mà chỉ có thể đưa nó ra quỹ đạo bên ngoài có mức năng lượng cao hơn và phân tử lúc này ở trạng thái bị kích thích Nói chung các phân tử ở trạng thái bị kích thích không lâu, khoảng 10-8 giây Quá trình ion hóa và kích thích còn có thể xảy ra với các điện

tử khác trong cùng phân tử Tất nhiên đối với các điện tử này cần phải có năng lượng lớn vì chúng ở gần hạt nhân và có lực hạt nhân lớn hơn

Các ion dương gặp các điện tử hoặc ion âm có thể kết hợp lại để trở thành các phân

tử trung hòa Năng lượng dùng để ion hóa ban đầu sẽ được trả lại dưới dạng bức xạ với độ dài sóng xác định theo công thức:

hυ = Wi + ΔWk

Với: υ là tần số bức xạ, h là hằng số Planck (h = 6,5.10-29 erg.s), ΔWk là sự chênh lệch tổng năng lượng của phân tử trước và sau khi va chạm Các phân tử bị kích thích khi trở lại trạng thái bình thường cũng trả lại năng lượng dưới dạng bức xạ tương tự như trên

1.2.1 Ion hóa va chạm:

khi các phân tử đang chuyển động va chạm nhau, động năng của chúng sẽ truyền cho nhau

và do đó có thể xảy ra ion hóa nếu:

2 i

mvW

m là khối lượng phân tử và v là tốc độ chuyển động của phân tử

1.2.2 Ion hóa quang:

năng lượng cần thiết để ion hóa có thể lấy từ bức xạ của sóng ngắn với điều kiện:

1.2.3 Ion hóa nhiệt:

Ở nhiệt độ cao có thể phát sinh các quá trình như sau:

- Ion hóa va chạm giữa các phân tử do các phân tử chuyển động với tốc độ lớn

- Ion hóa do bức xạ nhiệt của khí bị nung nóng

- Ion hóa va chạm giữa những phân tử và điện tử hình thành do hai quá trình trên Theo lý thuyết của khí động học thì ở bất kỳ nhiệt độ nào cũng có các phân tử chuyển động với nhiều tốc độ khác nhau (định luật phân bố phân tử theo tốc độ của Maxwell – Boltzmann) cho nên ở bất kỳ nhiệt độ nào cũng đều có khả năng ion hóa, khác nhau chỉ là ở xác suất nhiều hay ít W 3kT Wi

Có thể dùng các biện pháp sau đây:

+ Nung nóng âm cực: do cực được nung nóng, điện tử chuyển đọng nhanh hơn và

có năng lượng lớn hơn Nếu năng lượng này đạt được trị số nhất định đủ để vượt qua hàng rào thế năng thì nó sẽ thoát ra khỏi bề mặt điện cực

+ Bắn phá bề mặt âm cực bằng những phần tử có động năng lớn (bằng các ion dương có tốc độ cao)

+ Tác dụng bằng trường cực mạnh (hiện tượng này gọi là bức xạ nguội vì âm cực vẫn ở nhiệt độ bình thường) Biện pháp này ít được dùng vì yêu cầu trường phải lớn tới khoảng 1000kV/cm

1.3 Các quá trình chủ yếu của phóng điện trong chất khí

Ở nhiệt độ bình thường năng lượng của chuyện động nhiệt của các phần tử không đủ

để ion hóa, nhưng nếu có điện trường tác dụng thì các điện tích tự do có sẵn trong nội bộ chất khí sẽ chuyển động (điện tích dương chuyển động theo phương của trường, điện tích

âm theo chiều ngược lại), tích lũy năng lượng và tăng tốc độ, khi va chạm với các phân tử khí có thể khiến cho các phân tử này bị ion hóa

Ion hóa va chạm là yếu tố cơ bản của quá trình phóng điện của chất khí Hệ số ion hóa va chạm của điện tử gọi là hệ số ion hóa thứ nhất (the first Townsend ionization coefficient, α) và hệ số ion hóa va chạm của ion gọi là hệ số ion hóa thứ hai (β) Thực tế β<<α nên có thể bở qua quá trình ion hóa va chạm của ion

Để đơn giản trong tính toán trị số α, ta giả thiết:

+ không xét khả năng ion hóa từng cấp, nghĩa là ion hóa va chạm do điện tử chỉ xảy

ra khi năng lượng mà nó tích lũy được bằng hoặc lớn hơn năng lượng ion hóa của phân tử

Wi

+ điện tử sau mỗi lần va chạm (dù có hay không gây ion hóa) đều mất toàn bộ năng lượng, có nghĩa là năng lượng của nó trong lần va chạm sau chỉ được tích lũy trong quá trình chuyển động ở đoạn đường tự do trước đó

+ quỹ đạo của điện tử trùng với phương đường sức của điện trường

Khi chuyển động trong điện trường có cường độ E và nếu qua được đoạn đường x mà không bị va chạm, điện tử sẽ tích lũy được năng lượng (E.q.x) với q là điện tích của điện tử Như vậy điều kiện để điện tử có thể gây ion hóa phân tử khí là:

i

Vậy độ dài đoạn đường tự do cần thiết để có ion hóa:

i i

WxE.q

Khi điện tử đi qua đoạn đường 1cm điện tử sẽ có lần va chạm với phân tử khí, trong đó e 12 k.T2





e

S 1/ 

1.4 Đặc tính Von-ampe và các dạng phóng đi ện của chất khí

Hình 1.1 Đặc tính Vôn-Ampe của chất khí

- Giai đoạn Oa: khi U tăng thì I tăng, phù hợp định luật Ohm Trong khe hở luôn tồn tại các điện tích tự do do quá trình ion hóa bên ngoài, dưới tác dụng của điện trường các điện tích tự do di chuyển hình thành dòng điện Khi u tăng thì E tăng, lúc đó vận tốc dịch chuyển tăng lên làm số điện tích đi về các cực đối diện trong 1 đơn vị thời gian tăng lên dẫn đến dòng tăng

-Giai đoạn ab: u tăng, I=const, gọi là giai đoạn bão hòa vì số điện tích tự do trong khe

hở không khí có giới hạn - Giai đoạn bc: Tại b điện áp đạt giá tri U0 U tăng thì E tăng dẫn đến số lượng điện tích tăng lên làm I tăng Khối khí bị phóng điện Nếu duy trì

nguồn thì điện áp tự động tụt đến giá trị đủ để dập tắt hồ quang

CHƯƠNG 2.HIỆN TƯỢNG PHÓNG ĐIỆN SÉT VÀ QUÁ TRÌNH

TRUYỀN SÓNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 2.1 Khái niệm chung về hiện tượng phóng đi ện sét

2.1.1 Quá trình phóng điện sét

- Trên đám mây có các điện tích dương và điện tích âm phân bố rải đều

+ điện tích dương phân bố rải đều trên các đám mây,

+ điện tích âm phân bố thành đám

- Khi phóng điện thì điện tích âm trung hòa với điện tích dương và các điện tích còn lại thì phát triển xuống mặt đấy gọi là dòng tiên đạo (có vận tốc từ 1,5.107 – 2.108 cm/s)

Mặt đất đồng đều cảm ứng điện tích và dòng tiên đạo phát triển thẳng góc xuống mặt đất (do điện trở suất của mặt đất xấp xỉ nhau)

- Càng gần mặt đất thì điện trường càng tăng nên gây ra ion hóa mãnh liệt (cường độ điện trường lớn làm phát sinh điện tích dương và điện tích âm và tập trung gọi là thác điện tử)

Dòng ngược có vận tốc lớn 1,5.109

– 1,5.1010 cm/s = (0,05 – 0,5)vánh sáng gây ra sét Khoảng cách phóng điện có thể kéo dài 5 km

ηđs là dòng điện sóng đi từ 0 đến Imax

ηs là dòng điện sóng đi từ 0 đến Imax đến 0,5.Imax

Ký hiệu: , dấu ấm (-) chiếm 50%

ds S

s s

   

  

2.1.2.2 Trị số của dòng điện sét (kA)

- Xác suất xuất hiện dòng điện sét: I ≥ Is là:

vI = P{I ≥ Is} = e-Is/26,1 = 10-Is/60

+ Nhiệt đới: 60 ÷ 100 ngày

+ Ôn đới: 30 ÷ 50 ngày

- Độ dài sóng ηS tính tới khi điện áp giảm xuống chỉ còn một nửa trị số biên độ

Vì: khi điện áp đã giảm tới mức 50% trị số biên độ thì sẽ không còn khả năng gây nên phóng điện do đó có thể không cần chú ý đến tình hình ở phần sau của sóng

- Trị số điện áp phóng điện xung kích phụ thuộc vào dạng sóng (đƣợc đặc trƣng bởi độ dài đầu sóng và độ dài sóng) nên có qui ƣớc dạng sóng xung chuẩn:

2.2.2 Máy phát điện áp xung

- Thay đổi R và C thì có thể đạt đƣợc dạng sóng cần thiết

a Coi R 2 = ∞ thì C 1 phóng điện qua R 1 và C 2 :

Với T2 - hằng số thời gian phóng điện của C1 qua R1 sang C2

Hình 2.5 Dạng sóng điện áp U1 và U2 khi Coi R2 = ∞

b Coi R 2 ≠ 0 thì điện áp trên C 2 sẽ phóng điện qua R 2 và do đó nó giảm dần:

- U2(t) luôn luôn nhỏ hơn trị số B một lƣợng ΔU, nó bằng phần điện áp giáng trên R1(do có dòng điện qua R2)

Và ta có:

với + T1 = C1.(R1 + R2) + C2R2

- Gọi hệ số sử dụng của sơ đồ là η (với η < 1) thì phần điện áp cuối cùng tồn tại trên

C2 là:

+ khi T2 giảm thì đầu sóng của sóng chuẩn càng dốc,

+ khi T1 giảm thì độ dài đầu sóng của sóng chuẩn càng lớn

Nhận xét: khi biết U2(t) thì có thể xác định đƣợc các trị số cần thiết kế tạo sơ đồ

Hình 2.6 Dạng sóng điện áp U1 và U2 khi Coi R2 ≠0

2.2.2.2 Sơ đồ phóng điện điện áp cao

Hình 2.7 Sơ đồ phóng điện điện áp cao

Rp và Cp là các điện trở và tụ điện phóng để thực hiện dạng sóng cần thiết

- Nguyên lý làm việc của sơ đồ cao áp có thể nói là “nạp song song – phóng nối tiếp”

a Giai đoạn nạp

- Máy tăng áp T làm tăng điện áp lên tới trị số định mức của tụ điện C, điện áp xoay chiều được chỉnh lưu K nắn thành điện áp một chiều đặt lên giữa các điểm A1 và A2, do đó tụ điện CA nạp

- Qua các điện trở Rn điện áp 1 chiều này cũng được đặt vào các điểm B2, C2,…, N2 và cuối cùng sau một thời gian nhất định, tất cả các tụ điện C sẽ được nạp

- Khi quá trình nạp kết thúc thì các điểm A2, B2,…, N2 có điện thế U0, còn các điểm A1,

B1,…, N1 có điện thế bằng 0 (điện thế của đất)

b Giai đoạn phóng

- Chọn khe hở phóng điện KH1 sao cho nó phóng điện khi điện áp bằng U0 thì khi quá trình nạp vừa kết thúc KH1 sẽ phóng điện Khi KH1 phóng điện thì điện thế của B1 sẽ tiến tới bằng điện thế của A2, nghĩa là bằng U0

UB1 = UA2 = U0

- Điện thế trên điểm B2 là:

UB2 = UB1 + UCB = U0 + U0 = 2.U0 = (UC1 + UCB)

- Nếu đặt cự ly của khe hở phóng điện KH2 sao cho nó phóng điện khi điện áp bằng 2U0 thì

KH2 sẽ phóng điện và làm tăng thế của C1 lên bằng 2U0 và tương tự ta có thế của C2 lên bằng 3U0

- Giả sử dung n cấp để các tụ điện trong giai đoạn phóng được ghép nối tiếp nhau qua các khe hở KH1, KH2,…, KHn thì điện áp xung kích ở đầu máy phát có thể đạt tới nU0 (cấp điện áp nhỏ hơn hoặc bằng 8 MV)

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 rất nhiều vào thời gian tác dụng của điện áp, thời gian này ngày càng bé thì điện áp phóng điện càng tăng

- Nguyên nhân:

+ Bản thân quá trình phóng điện đòi hỏi phải có khoảng thời gian cần thiết gọi là thời gian phóng điện (rất bé nhỏ so với chu kỳ của dòng điện xoay chiều) nên thời gian tác dụng của điện áp (một chiều và xoay chiều) không ảnh hưởng tới trị số điện áp phóng điện

+ Đối với điện áp xung kích, thời gian tồn tại của nó rất ngắn nên thời gian tồn tại của điện

áp ảnh hưởng lớn đến trị số điện áp phóng điện

- Ví dụ: xét khe hở mà tại mức điện áp U0 điều kiện phóng điện tự duy trì được thực hiện Trước và ngay cả ở thời điểm t1 thì cũng chưa thể có phóng điện vì trước hết phải có xuất hiện ít nhất là một điện tử tác dụng ở khu vực âm cực, từ đó tạo lên thác điện tử thứ nhất Điện tử này có thể được tạo lên do sự bắn phá âm cực của các ion đương luôn có sẵn trong không khí hoặc do các nhân tố ion hoá bên ngoài Vậy quá trình phóng điện không thể bắt đầu từ thời điểm t1 mà phải từ thời điểm t2 = t1 + ttk

Quá trình phóng điện được hoàn thành ở thời điểm t3 = t2 + tht, trong khoảng thời gian hình thành phóng điện thì thác điện tử sẽ phát triển thành dòng để nối liền khoảng cực

và hoàn thành quá 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 các yếu tố:

/ Nhân tố ion hoá bên ngoài: nếu tác dụng với cường độ mạnh thì ttk giảm vì điện tử tác dụng được xuất hiện sớm (tia sóng ngắn)

/ Công thoát của vật liệu làm điện cực: điện cực được chế tạo bằng vật liệu có công thoát bé sẽ làm giảm thời gian chậm trễ thống kê vì với cường độ ion hoá bên ngoài không đổi số điện tử được giải thoát từ mặt cực âm cực tăng nhiều hơn

/ Điện áp: tăng điện áp thì trường mạnh, khả năng khuếch tán cũng như kết hợp của điện tử với các phân tử để trở thành ion âm giảm, đồng thời khả năng ion hoá của

nó tăng lên

+ Thời gian hình thành phóng điện:

>Giai đoạn thác điện tử đầu tiên phát triển tới độ dài xk chuẩn bị tạo điều kiện cho việc hình thành dòng

>Giai đoạn phát triển của dòng tới suốt chiều dài khoảng cực

>Giai đoạn của phóng điện ngược (có thể bỏ qua do việc phát triển với tốc độ càng cao)

Tốc độ của thác thực chất là tốc độ của điện tử Tốc độ phát triển của dòng nhanh hơn nhiều so với tốc độ của điện từ (2 – 10 lần) do có xuất hiện nhiều thác mới ở khu vực đầu dòng

- Điện áp phóng điện lấy trị số cao nhất cho đến khi có phóng điện

- Đặc tính Von-giây tạo ra từ tâm tản mạn của thời gian phóng điện (đặc tính Von-giây là một miền)

- Biên độ điện áp tác dụng càng lớn thì xác suất phóng điện càng cao

- Trị số điện áp phóng điện xung kích 50% còn gội là điện áp phóng điện bé nhất (U50%) là biên độ sóng xung kích khi cho tác dụng nhiều lần sẽ có 50% số lần xảy ra phóng điện

- Cường độ xung kích đảm bảo giới hạn an toàn của cách điện với xác suất phóng điện bằng

0

- Đường đặc tính có dạng khác nhau khi trường là đồng nhất hoặc không đồng nhất

+ Không đồng nhất: thời gian phóng điện tăng khi điện áp giảm vì tốc độ hình thành phóng điện giảm thấp và đặc tính có độ dốc lớn và ngược lại trong trường đồng nhất: sự tăng thời gian phóng điện khi điện áp giảm chủ yếu do thời gian chậm trể thống kê tăng lên nếu khe hở đặt ngoài không khí thì ttk rút ngắn và đặc tính có dạng phẳng ngang

2.3.4 Ý nghĩa của đặc tính Vôn-giây

- Là đặc tính quan trọng của cách điện, trong việc phối hợp cách điện giữa thiết bị điện và thiết bị bảo vệ cho nó

- Để đảm bảo an toàn cho cách điện thiết bị bảo vệ cần phải có đường đặc tính Vôn-giây hoàn toàn nằm dưới đường đặc tính Vôn-giây của cách điện và có dạng phẳng ngang để không xảy ra giao chéo ở khoảng thời gian bé

- Ứng với điện áp U(t) thì thời gian phóng điện của thiết bị bảo vệ (chống sét van) phải nhỏ hơn của biến áp thì mới phóng điện trước tạo an toàn cho thiết bị

- Những thiết bị có đặc tính Vôn-giây bằng phẳng, để trường của nó đồng nhất thì phải dùng các thiết bị bảo vệ cũng có đặc tính Von-giây phẳng (MBA, MĐ)

Chống sét ống có đặc tính Vôn-giây dốc nên không thể bảo vệ trong máy biến áp, máy điện

mà chỉ bảo vệ cho đường dây

- Các ion được tạo lên trong quầng của vầng quang dưới tác dụng của điện trường sẽ dịch chuyển ra phía ngoài và hình thành dòng điện vầng quang gọi là dòng plasma

CSV

- Vầng quang xảy ra khi cường độ trường trên bề mặt dây dẫn lớn hơn cường độ trường xảy

ra vầng quang trong không khí

- Ưu và khuyết điểm của phóng điện vầng quang:

+ dùng vầng quang âm để lọc bụi trong khói ở 1 số cơ sở luyện kim và nhà máy nhiệt điện

+ vầng quang có tác dụng tích cực trong bảo vệ hệ thống điện chống quá điện áp khí quyển (khi có sét đánh trên đường dây, vầng quang sẽ tiêu hao năng lượng của các sóng quá điện áp, làm giảm biên độ và độ dốc sóng do đó tăng an toàn cho cách điện của trạm biến áp

và nhà máy điện  tốt cho truyền sóng)

/ vầng quang gây nên 1 loại dòng điện rò gây tổn hao năng lượng do sự chuyển dịch của các ion dưới tác dụng của trường

/ vầng quang gây nhiễu loạn thông tin hữu tuyến và vô tuyến, ăn mòn vật liệu

- Cường độ trường xảy ra vầng quang giữa:

+ 2 hình trụ:

Hình 2.11 Vầng quang giữa 2 trụ + 2 dây dẫn hoặc dây dẫn và mặt đất:

Với

+ ζ là mật độ tương đối của không khí

+ S là khoảng cách giữa hai dây dẫn (S>>r0)

Chú ý: khi tính toán thì đưa về 2 hình trụ để dễ tính toán

Hình 2.12 Vầng quang giữa dây dẫn và mặ đất

2.3.1 Phóng điện vầng quang trên đường dây dẫn điện một chiều

- Sự dịch chuyển của điện tích từ dây dẫn có vầng quang đến điện cực đối diện tạo nên dòng điện vầng quang Dòng điện này có tính chất như một dòng điện rò và gây tổn hao năng lượng gọi là tổn hao vầng quang

{-Khi dây dẫn dài thì vầng quang có thể phát triển đồng thời tại nhiều điểm vì vậy các xung dòng điện hợp lại thành dòng điện liên tục Nếu tăng điện áp thì vầng quang sẽ phát triển trên toàn bộ bề mặt dây dẫn và dòng điện mất hẳn tính chất không liên tục của nó.}

- Các điện tích chuyển dịch theo 1 chiều từ cực này sang cực kia

- Ứng với đơn vị dài của đường dây, tổn hao này được tính:

P = U.I = U.f(U)

Với I là dòng điện vầng quang và I = f(U) là đặc tính vôn-ampe của vầng quang điện

- Công thức tính tổn hao vầng quang của đường dây dẫn điện 1 chiều:

P = A.U2.(U – Uvq) [kW/km]

với A là hệ số phụ thuộc vào kích thước của khe hở

Hình 2.13 Vầng quang trên đường dây dẫn điện một chiều

2.3.2.1 Vầng quang đơn

Hai dây dẫn có điện thế (+U/2) và (–U/2) đặt cách nhau bởi bản kim loại được nối đất Quá trình ion hoá phát triển độc lập trên mỗi nửa khe hở và các điện tích khối do các quá trình ấy tạo lên không ảnh hưởng lẫn nhau Đây là vầng quang đơn vì trong phần khe hở hình thành bởi “dây dẫn-bản cực” chỉ có một cực phát sinh vầng quang Tổn hao vầng quang trong trường hợp này bằng tổng tổn hao trên mỗi dây dẫn: P = P+

+ P-

2.3.2.2 Vầng quang kép

- Khe hở không có bản kim loại ngăn ở giữa (bản kim loại-mặt phẳng trung hoà)

- Các ion khác dấu khi gặp nhau trên mặt phẳng trung tính chỉ kết hợp với nhau một phần,

số còn lại sẽ đi vào khoảng không gian của các điện tích khối khác dấu Các ion đó phá huỷ trạng thái cân bằng đã có sẵn và làm tăng cường độ điện trường ở xung quanh dây dẫn

+U/2 -U/2

- Để khôi phục lại trạng thái cân bằng thì cần phải tiếp tục ion hoá ở gần dây dẫn, do đó dòng điện vầng quang tăng và tổn hao vầng quang tăng

- Cả hai điện cực đều có vầng quang nên gọi là vầng quang kép, chúng phát sinh ảnh hưởng lẫn nhau làm cho tổn hao vầng quang P > P+ + P-

2.3.2.3 Kết luận

- Trên đường dây dẫn điện 1 chiều, vầng quang đơn xảy ra khi dây dẫn chỉ có 1 cực tính (giữa dây dẫn và mặt đất)

- Vầng quang kép là khi các dây dẫn đặt trên cột có cực tính khác nhau

2.3.2 Phóng điện vầng quang trên đường dây dẫn điện xoay chiều

- Vì cực tính của các dây dẫn biến đổi trong từng chu kỳ nên điện tích khối của mỗi pha chỉ

bị đẩy xa khỏi dây dẫn một đoạn đường nào đó còn trong nửa chu kỳ sau lại bị kéo về phía dây dẫn

- Ở đường dây dẫn điện xoay chiều thì điện áp thay đổi theo tần số f điện tích chuyển động 2f lần trên 1 giây

- Giả thiết cường độ trường trên mặt dây dẫn trong toàn bộ thời gian của nửa chu kỳ là không đổi và bằng trị số tới hạn của vầng quang (Evq) còn ở không gian ngoài (điểm các xa trục dây dẫn 1 đoạn r) thì cường độ trường E là:

với k là độ linh hoạt của phần tử chuyển động (với ion âm, ion dương thì k tương tự nhau)

Đoạn đường chuyển dịch của điện tích khối:

Ví dụ:

r0 = 1,25cm

Evq = 36kV/cm

0 vq

rdr

2.3.3.1 Quá trình phóng điện trên một dây dẫn điện xoay chiều

- Điện áp nguồn biến thiên theo hình sin: u(t) = Umax.sinωt

- Giả thiết dây dẫn đƣợc nối với nguồn đúng vào lúc điện áp bằng không

Hình 2.14 Quá trình phóng điện trên một dây dẫn điện xoay chiều

+ thời điểm t = t0 ÷ t1 Thời gian này chưa xuất hiện vầng quang nên điện tích của dây dẫn được tính:Qdd = U.Chh

Với Chh là điện dung của dây dẫn đối với đất khi chưa có vầng quang (là một hằng số chỉ phụ thuộc vào kích thước hình học)

+ thời điểm t = t1 ÷ t2 Điện áp và cường độ điện trường trên mặt dây dẫn đạt trị số tới hạn

Uvq, Evq để phát sinh vầng quang Lúc này có xuất hiện các dòng plasma, một số ion (điện tích dương) theo dòng đi từ dây dẫn ra khoảng không gian xung quanh tạo lên điện tích khối dương (còn những điện tử thì bị hút ngay vào dây dẫn) (hình 1) Khi điện áp tăng từ trị số

Uvq tới trị số biên độ Umax thì dòng càng kéo dài và số điện tích chuyển dịch ra ngoài cũng nhiều khiến cho dòng có điện dẫn cao và trường trong nội bộ dòng bé hơn nhiều so với trị

số Evq Trong khi đó cường độ trường trên mặt dây dẫn giữ không đổi và bằng Evq vì nó chỉ cần đảm bảo có quá trình ion hoá chung quanh dây dẫn, điện áp tăng sẽ làm cho dòng dài thêm ra nhưng trường thì không tăng lên Do đó, điện tích trên mặt dây dẫn cũng giữ không đổi và có trị số:

Qdd = 2πε.Evq

Điện tích này tạo lên phần điện áp trên dây dẫn:

Do các dòng plasma dẫn các ion dương ra ngoài không gian nên ngoài Qdd ra sẽ còn một

ΔQ nào đó, ΔQ này tăng khi điện áp tăng

Sự chênh lệch giữa điện áp của nguồn và điện áp U’dd là do điện tích không gian ΔQ gây lên, hay:ΔU = Ung – U’dd

Khi điện áp đạt tới trị số Umax thì đạt được các trị số ΔUmax, ΔQmax, Qmax, Edd = Evq và Qddbằng điện tích lúc mới phát sinh vầng quang

+ Thời điểm t > t2 Điện áp nguồn bắt đầu giảm và kéo theo sự giảm của điện tích tổng Q Những điện tích trên mặt dây dẫn sẽ chạy về nguồn trước nghĩa là Qdd bị giảm do đó làm giảm cường độ điện trường trên mặt dây dẫn và quá trình ion hoá bị chấm dứt Các dòng plasma bị mất dần và tiến tới mất hẳn tính chất dẫn điện, để lại trong không gian số lượng điện tích khối ΔQmax quanh dây dẫn, điện tích này không thay đổi được nữa

Tóm lại sau thời điểm t2, điện áp cứ giảm theo hình sin, điện tích trên dây dẫn Qdd, cường độ điện trường trên mặt dây dẫn Edd sẽ giảm Nhưng điện áp do Qdd gây nên luôn luôn có:

U’ = U – ΔUmax

Vì suốt trong quá trình t > t2 thì ΔU = ΔUmax không đổi (do ΔQ = ΔQmax)

+ Thời điểm t = t3 Toàn bộ phần điện tích trên dây dẫn trở về nguồn, cường độ trường trên mặt dây dẫn cũng như thành phần điện áp U’dd giảm tới số 0 Điện áp u(t) còn có trị số dương là do ảnh hưởng của điện khối (đường biểu diễn của Edd, Qdd và U’dd trong khoảng thời gian này được xác định bằng cách cộng thêm vào tung độ đường Qdd đại lượng ΔQmax {điện tích không gian có ảnh hưởng lớn hơn}

+ Thời điểm t = t4 Trên dây dẫn xuất hiện điện tích âm đủ để tạo lên phần điện áp có trị số bằng ΔUmax triệt tiêu phần điện áp do điện tích khối gây lên và làm cho điện áp tổng giảm tới số 0

+ Thời điểm t =t5 Trường trên dây dẫn đã đạt được trị số tới hạn để phát sinh vầng quang

âm Chung quanh dây dẫn bắt đầu hình thành điện tích khối âm Chúng sẽ bù điện tích khối dương còn lại từ nửa chu kỳ trước và đến khi t = t6 thì điện tích khối dương được bù hoàn toàn và điện tích tổng Q lúc này có trị số bằng 0 Các thành phần Qdd, Edd và Udd sẽ giữ không đổi trong suốt giai đoạn có xảy ra quá trình ion hoá (t5 ÷ t7)

Chú ý: khi t = t5 thì điện áp nguồn chỉ cần đạt tới mức U0 < Uvq đã có thể bắt đầu có vầng quang âm

U0 = Uvq – ΔUmax

mặt khác: ΔUmax = Umax – Uvq

nên: U0 = 2.Uvq – Umax

Do đó, nếu biên độ điện áp nguồn càng lớn thì vầng quang âm xuất hiện càng sớm thậm chí

có thể phát sinh ngay trong nửa chu kỳ dương của điện áp (khi Umax> 2.Uvq thì U0< 0)

>Phóng điện vầng quang: các dòng plasma phát triển dài dần và những điện tích đương bị hút vào dây dẫn (vì trên mặt dây dẫn lúc này là điện tích âm) còn các điện tích âm

bị đẩy ra xa gặp các điện tích không gian dương có sẵn, chúng bắt đầu trung hoà Vì vậy ta thấy trên hình, đường chấm chấm bắt đầu hướng đến gần đường Qdd

+ Thời điểm t = t6 ÷ t7 Vầng quang vẫn tiếp tục tồn tại nhưng điện tích khôgn gian lúc này là chuyển thành dấu âm và ở điểm t = t7 thì điện tích này đạt trị số cực đại Khi t =

t7, điện áp giảm, vầng quang tắt dần, để lơ lửng lại trong không gian điện tích âm Qmax Cuối cùng chúng ta xét dòng điện vầng quang Dòng điện tổng gồm có 2 thành phần:

+ Dòng điện chung iC:

+ Dòng điện vầng quang ivq: chỉ tồn tại trong lúc có vầng quang

- Đặc tuyến Vôn-Culông của đường dây có vầng quang, đó là quan hệ giữa điện tích tổng

do nguồn cung cấp với điện áp nguồn Đoạn 0-1 ứng với thời gian khi chưa xuất hiện vầng quang, độ nghiêng của nó xác định bởi điện dung hình học của đường dây

2.3.3.2 Tổn hao vầng quang trên đường dây dẫn điện xoay chiều

- Điện tích khối về cơ bản không đi đến điện cực đối diện

- Khi đường dây không tải và khôgn có vầng quang thì sẽ không có tổn hao (bỏ qua tổn hao gây lên bởi điện trở tác dụng của dây dẫn và dòng điện rò trên bề mặt cách điện) và năng lượng mà nguồn phải cung cấp để tạo điện trường sẽ được hoàn lại trong thời gian của nửa chu kỳ sau

- Khi có vầng quang và khi điện áp nguồn bắt đầu giảm (t > t2) thì chỉ có số năng lượng của

số điện tích trên dây dẫn là được trả về nguồn còn năng lương có liên quan đến số điện tích khối vẫn được giữ lại dưới dạng trường dư, tới nửa chu kỳ sau số điện tích khối này tuy được bù hoàn toàn nhưng không phải là trở về dây dẫn mà phần năng lượng của chúng cũng không được trả về nguồn mà trở thành một dạng tổn hao năng lượng

- Nguyên nhân làm cho số điện tích khối không trở về dây dẫn là so sự cản trở của các phần

tử không khí, do đó tổn hao vầng quang thể hiện chủ yếu ở chỗ làm nóng môi trường không khí quanh dây dẫn

{+ Đối với xoay chiều: điện tích không gian không đến được các dây khác

+ Đối với một chiều: các điện tích tự do chuyển dần về các dây trái dấu nhau và tạo lên một dòng điện tương tự như dòng điện rò

+ Khi có vầng quang sự biến thiên của điện tích khôgn theo hình sin, không trùng pha với điện áp nên làm xuất hiện những songs dòng cao tần trên dây

+ Không khí không dẫn điện}

- Dựa vào đặc tính Culông, tổn hao vầng quang trong 1 chu kỳ của đường dây dẫn điện xoay chiều:

Nó tỷ lệ với điện trường của đặc tính Vôn-Culông

- Công thức kinh nghiệm Pich:

+ U là trị số hiệu dụng của điện áp pha (kV)

+ U0 là trị số điện áp tính toán, gần bằng điện áp vầng quang

+ m1 là hệ số nhẵn đặc trưng cho trạngt hái bề mặt của dây dẫn

>m1 = 0,8 ÷ 0,9 đối với dây dẫn xoắn

>m1 = 1 đối với dân dẫn đơn

Chú ý: sau một thời gian vận hành, tổn hao vầng quang giảm dần, điều này được giải thích

bởi tác dụng của các khí hạot tính sản sinh từ quá trình ion hoá (như khí oxy ở dạng nguyên tử) làm cho các nơi ghồ ghề của bề mặt dây dẫn bị oxy hoá mãnh liệt và bị phá huỷ dần … mặt ngoài trở lên nhẵn bong hơn

+ m2 là hệ số khí hậu, biểu thị mối liên quan giữa tổn hao vầng quang với điều kiện khí hậu

Chú ý: tổn hao vầng quang tăng nhiều khi trời bắt đầu mưa hoặc có sương, lúc này trên bề

mặt dây dẫn có đọng các giọt nước, trường ở đó được tăng cường và dưới tác dụng của trường thì giọt nước bị kéo dài theo dạng hình nón càng làm cho trường tăng cao, vầng quang dễ xuất hiện và gây lên tổn hao rất lớn Khi toàn bộ bề mặt dây dẫn đều bị ướt thì chỉ

có mặt phía dưới mới bị ghồ ghề do các giọt nước tụ ở đó để rơi xuống đất còn mặt phía trên nhẵn hơn nên tổn hao vầng quang có giảm đôi chút

2.3.3 Các phương pháp giảm tổn hao vầng quang

- Bán kính dây dẫn có ảnh hưởng rất nhiều đến tổn hao vầng quang

- Tăng bán kính dây dẫn sẽ làm tăng trị số điện âp U0 và làm giảm tổn hao vầng quang

- Khi thiết kế đường dây, đường kính dây dẫn được chọn theo điều kiện sao cho trong trường hợp khí hậu tốt (m2 ≈ 1), trên đường dây không được xuất hiện vầng quang và không

2.3.3.1 Đường dây cao áp

- m1 = 0,8 và độ ẩm tương đối của không khí δ = 1 và ln(S/r0) ≈ 6,5

- Đường kính tối thiểu của dây dẫn xác định theo:

Do điện áp áp dây dẫn trong vận hành có thể lớn hơn trị số định mức là 10% nên:

Suy ra:

2.3.3.2 Đường dây siêu cao áp

Hình 2.15 Quan hệ giữa cường độ điện trường và đường kính dây dẫn

- Để giảm tổn hao vầng quang và tăng khả năng truyền tải năng lượng cần phải có đường kính lớn, điều đó gây rất nhiều khó khăn trong sản xuất cũng như trong xây lắp

- Để thực hiện thì dùng dây dẫn phân nhỏ - dẫy dẫn ở mỗi pha có tiết diện lớn được thay thế bằng một số dây dẫn tiết diện nhỏ hơn đặt cách nhau theo khoảng cách thích hợp hoặc dây nhôm lõi thép Khi đó cường độ trường trên bề mặt dây dẫn nhỏ, giảm điện cảm nên tăng khả năng truyền tải công suất tác dụng trên đường dây hoặc dây nhôm lõi thép

- Khi có n dây phân nhỏ thì:

2.4 Truyền sóng trên đường dây tải điện

2.4.1 Phương trình truyền sóng trên đường dây tải điện

Hình 2.16Quá trình truyền sóng trên đường dây tải điện

- Điện áp và dòng điện được xác định từ các phương trình vi phân:

Trong đó:

+ u và i là hàm số của khoảng cách x và thời gian t

+ R, L, C và g là các tham số của đường dây trên một đơn vị chiều dài đường dây

- Giải hệ phương trình dưới dạng toán tử Laplace

- Đối với đường dây cao áp và siêu cao áp

+ cách điện tốt nên dòng rò ít và có g bé

+ đường kính dây dẫn lớn nên điện trở dây bé và R bé

- Do vậy có thể bỏ qua các tham số này

Biến đổi Laplace, ta có:

u

p ut



2

2 2 2 2 2

u

.u x

i

.i x

+ gọi là hệ số lan truyền sóng

+

+

Nghiệm của phương trình là:

Với:

+ gọi là tổng trở sóng của đường dây

Đặt gọi là vận tốc truyền sóng (nếu không kể tổn thất thì bằng vận tốc ánh sáng,

ng

x

vx

vx

2hln

2.4.2 Truyền sóng trên hệ thống nhiều đường dây

+ hk là độ treo cao của đường dây thứ k

+ dkp là khoảng cách giữa hai dây dẫn k và p

+ bkp là khoảng cách giữa dây thứ k và ảnh của dây thứ p

- Ta có vì sóng điện từ truyền dọc theo đường dây không có tổn hao là sóng phẳng nên có thể xác lập dạng của trường ở trạng thái sóng bằng cách cho điện trường gây ra bởi điện tích không chuyển động di chuyển dọc theo đường dây với tốc độ v

q.v = I và

k kk

k

2h 1

kp

b1

 

Trong đó:

+ Zkk là tổng trở sóng dây dẫn thứ k

+ Zkp là tổng trở sóng tương hỗ giữa hai dây dẫn thứ k và thứ p

2.4.2.1 Trường hợp các dây dẫn đều nối với nguồn

- Tương đương với khi đường dây không treo dây chống sét có xuất hiện quá điện áp ở cả bap ha (cảm ứng hoặc do phóng điện ngược qua cách điện)

- Điện áp trên các dây dẫn bằng nhau:

- Nếu không đảo các pha thì:

Hình 2.17 Các dây dẫn nối nguồn

2.4.2.2 Một dây nối nguồn, số còn lại nối đất

- Trường hợp này dây nối đất là dây chống sét 2, sét đánh vào dây pha

- Điện áp trên các dây dẫn:

Hình 2.18 Một dây nối nguồn, dây còn lại nối đất

2.4.2.3 Một dây nối nguồn và dây bên cạnh không nối đất (sét đánh vào dây chống sét cạnh dây pha)

- Có điện áp trên cả k dây nhưng dòng điện ở các dây còn lại bằng không

U1 = U2 = … = Uk = U0

Ik+1 = Ik+2 = … = In = 0

- Phương trình điện áp trên các dây dẫn:

Với gọi là hệ số ngẫu hợp của dây 1 đối với dây 2

Hình 2.19 Một dây nối nguồn, dây còn lại không nối đất

2.4.2.4 Hai dây nối nguồn, dây bên cạnh không nối đất (hai dây chống sét và sét đánh vào dây chống sét cạnh dây pha)

- Phương trình điện áp trên các dây dẫn:

U I Z

Z k Z



n1 1n

11

Z k

Z



+ Hệ số ngẫu hợp lớn hơn so với khi đường dây chỉ treo một dây chống sét và điều đó càng

có lợi cho cách điện đường dây

- Lấy phương trình (1) chia cho ut có: α = 1+β

- Lấy phương trình (2) nhân với Z1 có: ik.Z1 + uk = 2.ut

- Nếu sóng truyền từ môi trường Z1 sang môi trường Z2 dài vô tận (không có phản xạ từ đầu cuối Z2) thì:

2.4.4 Quy tắc Petecxen

Sóng phản xạ và khúc xạ tại một điểm trên đường dây được xác định bằng cách thay thế sơ

đồ đường dây bằng sơ đồ tham số tập trung có nguồn bằng hai lần sóng tới

- Đối với sơ đồ phức tạp người ta sử dụng sơ đồ toán tử Laplace, khi đó hệ số phản xạ toán

2.4.4.2 Truyền sóng trong trạm có nhiều đường dây

- Trạm có n đường dây nối vào thanh góp:

Như vậy, số đường dây tăng thì uA giảm nhưng xác suất sét đánh trúng tăng lên và sóng quá điện áp đến trạm nhiều hơn

Khi n đủ lớn thì sóng sẽ giảm tới mức an toàn đối với cách điện của trạm

Hình 2.22 Truyền sóng trong trạm có nhiều đường dây

2.4.4.3 Trường hợp giữa hai môi trường có ghép điện dung C

+ Điện áp tại điểm A cũng là điện áp trên điện dung C:

với giả thiết sóng tới là sóng vuông góc dài vô tận nên ut không đổi

TC.Z Z

1 2

C.Z ZT





Hình 2.23 Truyền sóng giữa hai môi trường truyền sóng có ghép điện dung C

Hình 2.24 Dạng sóng điện áp khúc xạ

2.4.5.4 Trường hợp giữa hai môi trường có mắc nối tiếp điện cảm L

- Giả thiết sóng tới là sóng vuông góc dài vô tận và bỏ qua các tính toán chi tiết:

+ điện áp tại điểm B (sóng khúc xạ sang môi trường Z2)

pT





Điện áp tại điểm A là:

- Sóng khúc xạ sang môi trường Z2 có độ dốc cực đại xuất hiện ngay lúc ban đầu (khi t=0) và tăng dần từ 0 đến giá trị ổn định

- Như vậy điện cảm cũng có tác dụng làm giảm biên độ dốc đầu sóng và không ảnh hưởng đến biên độ áp

- Điện áp tại điểm A (trước điện cảm) tăng cao gấp đôi sau đó mới giảm dần tới trị số

ổn định vì điện cảm không cho phép dòng điện tăng đột ngột nên lúc đầu có thể xem môi trường Z1 bị hở mạch và xuất hiện phản xạ dương toàn phần nên tăng độ nhạy của bảo vệ

khi t 0

2.U Z du

Hình 2.26 Dạng sóng điện áp khúc xạ

2.4.5 Quy tắc sóng đẳng trị

Quá trình truyền sóng trên đường dây có thể gặp nhiều nút có nhiều đường dây nối tham số tập trung Các phần tử này có tổng trở sóng Z1, Z2, …,Z và dọc theo chúng có các dạng sóng bất kỳ u1x, u2x, truyền về phía điểm nút Tại điểm nút có ghép phần tử

Zx (tham số tập trung) Nếu giữa các phần tử này không phát sinh ngẫu hợp với nhau

và qui ước chiều dòng điện đi về phía điểm nút là chiều dương thì có thể viết được:

m 1 m x

x

m 1 m m 1 m

u 2 Z i