›
›

Bài giảng Vật liệu điện và cao áp - Chương 5: Sự phóng điện trong điện môi - Ngô Quang Ước

pdf 75 trang phuongnguyen 3400
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Vật liệu điện và cao áp - Chương 5: Sự phóng điện trong điện môi - Ngô Quang Ước", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_vat_lieu_dien_va_cao_ap_chuong_5_su_phong_dien_tro.pdf

Nội dung text: Bài giảng Vật liệu điện và cao áp - Chương 5: Sự phóng điện trong điện môi - Ngô Quang Ước

  1. CHƯƠNG V SỰ PHĨNG ĐIỆN TRONG ĐIỆN MƠI 5.1. KHÁI NIỆM - Khi đặt U lên 2 đầu ĐM, vượt quá một giới hạn nào đĩ sẽ xảy ra phĩng điện chọc thủng ĐM, khi đĩ ĐM bị mất hồn tồn tính chất cách điện, Hiện tượng đĩ chính là sự phĩng điện chọc thủng của ĐM hay là sự phá huỷ độ bền ĐM. -Phĩng điện chọc thủng cịn gọi là đánh thủng ĐM hay phĩng điện xuyên qua ĐM. Trị số điện áp mà ở đĩ xảy ra đánh thủng ĐM được gọi là điện áp đánh thủng (Uđt) trị số tương ứng của cường độ điện trường là cường độ đánh thủng hay cường độ điện trường cách điện của ĐM (Eđt). Uđt Uđm Eđt hK . h Eđt - Cường độ điện trường cách điện của ĐM “E” = Eđt chính là điện áp đánh thủng ĐM trên 1 mm chiều dày ĐM. Khi tính tốn để chọn chiều dày ĐM của một thiết bị làm việc ở điện áp định mức nào đĩ (Uđm), cần tính đến hệ số an tồn K - Thực tế cĩ rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới E cách điện của ĐM: dạng điện trường, dạng điện áp, thời gian tác dụng của điện áp, điều kiện mơi trường như áp suất, nhiệt độ, độ ẩm,
  2. 5.2.1. Yêu cầu chung đối với các chất khí cách điện - Phải là loại khí trơ, tức là khơng gây ra phản ứng hố học với các chất cách điện khác trong cùng kết cấu cách điện hoặc với kim loại của thiết bị điện. - Cĩ cường độ cách điện cao. Sử dụng cách chất khí cĩ cường độ cách điện cao sẽ giảm được kích thước kết cấu cách điện và của thiết bị. - Nhiệt độ hố lỏng thấp, để cĩ thể sử dụng chúng ở trạng thái áp suất cao - Phải rẻ tiền, dễ tiềm kiếm và chế tạo. - Tản nhiệt tốt. Ngồi nhiệm vụ cách điện của chất khí cịn cĩ nhiệm vụ làm mát (trong máy điện) thì cịn yêu cầu dẫn nhiệt tốt.
  3. 5.2. SỰ PHĨNG ĐIỆN TRONG ĐIỆN MƠI KHÍ - Các chất khí chủ yếu là khơng khí thường được dùng làm chất cách điện của các thiết bị điện làm việc trong khơng khí và của đường dây tải điện trên khơng. - Vì vậy đặc tính cách điện của chất khí cĩ ý nghĩa rất quan trọng trong kỹ thuật điện cao áp. Khi chúng mất khả năng cách điện sẽ gây nên hiện tượng ngắn mạch và dẫn đến các sự cố trong các thiết bị điện và hệ thống điện . - Trong nội bộ các điện mơi rắn và lỏng cũng thường tồn tại các bọt khí, đĩ là các điểm cách điện suy yếu vì cách điện của các điện mơi này bị hư hỏng thường bắt nguồn từ các quá trình phĩng điện của bọt khí. - Vì vậy nghiên cứu quá trình phĩng điện trong điện mơi khí với mục đích khắc phục và loại trừ sự cố trong các thiết bị và hệ thống điện.
  4. 5.2.2. Các dạng ion hố xảy ra trong chất khí - Quá trình ion hố là quá trình biến một phân tử trung hồ thành ion dương và điện tử tự do. Năng lượng cần thiết để cung cấp cho phân tử trung hồ để phân tử đĩ bị ion hố gọi là năng lượng ion hố (Wi). - Ngược lại với quá trình ion hố là quá trình kết hợp giữa các ion dương với điện tử hay ion âm để trở thành phần tử trung hồ. Năng lượng ion hố phân tử của chất khí khác nhau thì cũng khác nhau, nĩ phụ thuộc vào năng lượng liên kết giữa hạt nhân và điện tử của phân tử các chất khí đĩ. Năng lượng dùng để ion hố khi trước sẽ được trả lại dưới dạng bức xạ với độ dài sĩng xác định theo cơng thức: h = WiK + ΔW - Nếu nếu năng lượng cung cấp cho phân tử trung hồ W < Wi thì chỉ làm kích thích dao động của điện tử trong phần tử, sau 1 thời gian rất ngắn chúng trở lại trạng thái ban đầu. và trả lại năng lượng dưới dạng bức xạ
  5. Quá trình ion hĩa E - + - - - - - - - - - - + - - - - - - - - - + + - + + - - + - + - - + - + - + - - + - - + - - - + - -
  6. Sự tái hợp - + + + + - - + + + - Năng lượng cấp
  7. Vậy cĩ mấy dạng ion hĩa?
  8. - Tuỳ thuộc vào dạng năng lượng cung cấp cho điện tử trong quá trình ion hố cĩ các dạng ion hố sau: a) Ion hố va chạm Khi các phần tử đang chuyển động va chạm nhau, động năng của chúng sẽ chuyển cho nhau và cĩ thể xảy ra ion hố nếu mv2 W = W 2 i b) Ion hố quang Năng lượng cần thiết để ion hố cĩ thể lấy từ bức xạ của sĩng ngắn, với điều kiện: W = h. Wi - λ độ dài sĩng của sĩng ngắn ; - ν tần số bức xạ của sĩng ngắn; c- tốc độ ánh sáng.
  9. c) Ion hố nhiệt - Khi ở nhiệt độ cao cĩ thể phát sinh các quá trình sau: • Ion hố va chạm giữa các phần tử do các phân tử chuyển động với tốc độ lớn. • Ion hố do bức xạ nhiệt của khí bị nung nĩng. • Ion hố va chạm giữa những phân tử và điện tử hình thành do hai quá trình trên. - Năng lượng nhiệt và nhiệt độ cần thiết để xảy ra quá trình ion hố: 3 W = kT W 2 i d) Ion hố bề mặt - Ba dạng ion hố trên xảy ra trong thể tích chất khí, cịn dạng này xảy ra ngay trên bề mặt điện cực kim loại (katod). - Năng lượng để thốt điện tử ra khỏi bề mặt cực được gọi là “cơng thốt” điện tử (A). - Cơng thốt điện tử từ bề mặt cực phụ thuộc vào vật liệu làm điện cực và trạng thái bề mặt cực.
  10. - Các biện pháp tăng cường ion hố bề mặt: + Nung nĩng âm cực, khi này điện tử sẽ chuyển động mạng hơn và cĩ năng lượng lớn hơn. Nếu năng lượng này đạt được trị số nhất định vượt qua “hàng rào thế năng” thì nĩ sẽ thốt ra khỏi bề mặt điện cực. + Bắn phá bề mặt âm cực bằng các phần tử cĩ động năng lớn (ion dương) + Dùng sĩng ngắn chiều lên mặt điện cực (tia α, β, γ ) + Tác dụng bằng điện trường cực mạnh hay cịn gọi là bức xạ nguội, thường xảy ra khi cường độ điện trường khoảng 1000kV/cm.
  11. 5.2.3. Quá trình ion hố và hệ số ion hố chất khí khi ở trong điện trường • Đi xem xét quá trình chuyển động và va chạm của các điện tích cĩ bán kính ro trong mơi trường phân tử khí cĩ bán kính r với mật độ phân tử khí là N (phân tử/cm3) • Nếu gọi hệ số ion hố do điện tử tự do gây nên là α; hệ số ion hố do ion gây nên là β, thì α >> β nên trong tính tốn thường bỏ qua quá trình ion hố do va chạm của ion. • Để tính tốn hệ số ion hố cĩ các giả thiết sau: + Khơng xét khả năng ion hố từng cấp + Điện tử sau mỗi lần va chạm dù cĩ hay khơng gây nên ion hố đều mất tồn bộ năng lượng, + Quỹ đạo chuyển động của điện tử trùng với phương đường sức của điện trường.
  12. • Từ các giả thiết đĩ người ta tính được theo cơng thức sau: x i 1 qE kT e e λ = e πr2 .p e Bp - α = Ape E αE = f( ) pp Như vậy, nhiệt độ khơng đổi, phụ thuộc vào p và E (cường độ điện trường) λe
  13. Hình 5-4 cho quan hệ α = f(p) khi E = const αmax Khi E = const P* P * Khi p bé, λe lớn, W tích luỹ của điện tử lớn nên cĩ thể gây nên ion hố lớn, nhưng do N khí bé, xác suất va chạm rất bé nên α khơng thể cĩ trị số lớn. Ngược lại khi p lớn, tuy N khí tăng, xác suất va chạm cũng tăng nhưng λe lại giảm, W tích luỹ trên đoạn đường này sẽ giảm, nên α cũng khơng thể cĩ trị số lớn. Vì vậy trong quá trình biến thiên, cĩ xuất hiện trị số cực đại tại p* cĩ α đạt cực đại ; dễ dàng tạo nên điện tích và sự phĩng điện. • Thực tế áp dụng trường hợp này làm đèn ống, đèn quảng cáo, đèn trang trí (cần cho sự phĩng điện sớm). Cịn khi hạn chế khơng để xảy ra phĩng điện thường dùng miền áp suất cĩ bé, tức là áp suất thấp hoặc áp suất cao
  14. Khi P = const αmax E Hình 5 – 4: cho quan hệ α = f(E) khi p = const + Ta thấy α tăng khi trường tăng là do điện tử tích luỹ được càng nhiều năng lượng, khi E ∞ mọi lần va chạm điều gây nên ion hố. Song p = const, N = const, nên α tiến tới một giới hạn nào 1 đĩ e
  15. 5.2.4. Quá trình hình thành thác điện tử và sự phĩng điện trong điện mơi khí • Xét quá trình ion hố chất khí giữa 2 điện cực với nguồn điện áp một chiều hình (5-6). Điện trường bên ngồi cĩ chiều từ cực (+)→ (-). • Giả thiết ban đầu vì lý do nào đĩ cĩ tồn tại một điện tử tự do ở phía cực âm. Dưới tác dụng của E, điện tử sẽ bay về phía cực (+). Trong quá trình chuyển động điện tử sẽ va chạm với các phần tử khí và gây nên ion hố với hệ số ion hố là . Sau mỗi lần ion hố xuất hiện thêm điện tử tự do và ion dương. Các điện tử do mơi được sinh ra cũng được gia tốc, tích luỹ năng lượng và gây nên ion hố, đồng thời các ion dương mới sinh ra sẽ chuyển động theo chiều ngược lại hay về phía cực âm cũng cĩ thể gây nên ion hố chất khí với hệ số ion hố là (thường β <<α ) Do đĩ số lượng điện tích (ion dương và điện tử tự do) trong khoảng khơng gian giữa hai điện cực tăng thêm nhiều lần
  16. E +- - +- + - - + - + - +
  17. Cơng thức tính số lượng điện tử sinh ra - E khơng đồng nhất x dx + Ban đầu cĩ 1 điện tử tự do: ne 0 x dx + Cĩ no điện tử ban đầu: 0 n n0 e - E đồng nhất thì α = const x + Ban đầu cĩ 1 điện tử tự do: ne x + Cĩ no điện tử ban đầu: n n0 e Song song với sự phát sinh điện tử kèm theo là sự phát sinh ra các ion dương với cùng số lượng. Chúng tập hợp thành thác điện tích (thác điện tử)
  18. n ni ne b) Sự phân bố điện tử tự do và ion dương x E Ee Ei c) x Điện trường do ion dương và điện tử tạo nên E d) E∑ E Điện trường tổng hợp x Hình 5-6
  19. Xét sự biến dạng của trường (hình 5-6d) ta thấy: + Phía đầu thác trường được tăng cường nhiều, nhưng ngay phía sau đầu thác trường lại giảm đột ngột, cả 2 nơi này đều cĩ khả năng bức xạ phơ tơn. + Ở đầu thác trường được tăng cường cao hơn điện trường E bên ngồi, nên dễ dàng gây nên ion hố phần tử khí tiếp theo tạo nên các thác điện tử mới hướng về phía điện cực đối diện, Mặt khác, do trường tăng cao làm cho cac phần tử khí ở gần sẽ bị kích thích, khi chúng trở lại trạng thái bình thường sẽ trả lại năng lượng dưới dạng phơtơn. + Ở phía sau đầu thác do trường giảm đột ngột nên xảy ra hiện tượng kết hợp và cũng trả lại năng lượng dưới dạng phơtơn. Các phơton này cĩ khả năng gây nên ion hố quang các phần tử khí hoặc giải thốt điện tử từ bề mặt điện cực gĩp phần tăng thêm số lượng điện tích và để kế tiếp thác điện tử đầu để trên.
  20. • Dưới tác dụng của điện trường, thác điện tích càng được phát triển đồng thời được kéo dài ra và khi tiếp cận với các điện cực các điện tích của thác sẽ trung hồ trên điện cực, kết thúc quá trình hình thành và phát triển thác điện tử. Quá trình này chưa thể gọi là phĩng điện vì chưa tạo nên một dịng điện lưu thơng liên tục giữa hai điện cực. Như vậy để cĩ phĩng điện cần thiết phải cĩ xuất hiện các điện tử mới để hình thành các thác mới, các điện tử này phải được tạo nên ngay từ các quá trình xảy ra trong khe hở mà khơng phải la do các nhân tố ion hố bên ngồi và phải xuất hiện trước khi thác thứ nhất kết thúc. Các điện tử mới này cịn được gọi là điện tử thứ cấp, chúng được phát sinh theo các khả năng sau: + Sự bắn phá ion dương vào cực âm để giải thốt điện tử (ion hố bề mặt) + Ion hố quang trong nội bộ chất khí (do bức xạ của thác thứ nhất) + Hiệu ứng quang giải thốt điện tử từ bề mặt cực âm(do bức xạ của thác thứ nhất)
  21. • Quá trình được phát triển theo khả năng nào cịn tuỳ thuộc vào áp suất của chất khí giữa hai điện cực. Khả năng thứ nhất và thứ ba thường xảy ra khi áp suất thấp, vì lúc này các ion dương cĩ thể đạt được tốc độ lớn và phơtơn trong quá trình bay tới mặt điện cực khơng bị các phân tử khí hấp thụ hay khuếch tán ra mơi trường xung quanh. Ở áp suất cao hai khả năng này bị hạn chế và chỉ cĩ thể phát triển theo khả năng thứ hai và cần năng lượng lớn. Như vậy các thác điện tử thứ cấp được phát sinh do ion hố bề mặt, ion hố quang, bức xạ quang. Các thác điện tử liên kết với nhau để thành “dịng” hướng từ cực âm đến cực dương.
  22. E +- +- +- +- - - +- + - + +-
  23. E +- +- +- +- Bức xạ - - - photon + + - + - - + - + Điện tử thứ cấp
  24. • Đồng thời với sự phát triển của dịng hướng từ cực âm đến cực dương bắt đầu hình thành dịng của các điện tích hương ngược lại hướng từ cực dương đến cực âm - gọi là “dịng dương” Thực tế cho ta thấy khi thác điện tích cĩ mật độ điện tích lớn (khoảng 1012 ion/cm3) và gần tiếp cận tới điện cực dương, tồn bộ điện áp giữa hai điện cực dồn đặt lên một khe hở hẹp tại đĩ cường độ điện trường rất lớn làm bứt các ion dương từ cực dương chuyển động theo chiều ngược lại của thác điện tử. Khi chúng hồ nhập làm một sẽ gây nên phĩng điện chọc thủng điện mơi khí tạo thành dịng plazma, kết thúc bằng quá trình phĩng điện.
  25. • Tĩm lại: Quá trình phĩng điện trong chất khí là quá trình hình thành dịng plazma trong tồn bộ hay một phần khoảng khơng gian giữa hai điện cực. Tuỳ thuộc vào cơng suất nguồn, áp suất khí và dạng của điện trường, quá trình hình thành dịng plazma cĩ khác nhau và đưa đến các dạng phĩng điện khác nhau như sau: a) Phĩng điện toả sáng - Xảy ra khi áp suất thấp, plazma khơng thể cĩ điện dẫn lớn vì số lượng phần tử khí quá ít. - Thường chiếm tồn bộ khoảng khơng gian giữa các cực - Ứng dụng làm đèn nêơng, đèn quảng cáo, trang trí, ống phát sáng
  26. b) Phĩng điện tia lửa - Xảy ra khi áp suất lớn - Plazma khơng chiếm hết tồn bộ khoảng khơng gian mà chỉ là một tia dịng nhỏ nối giữa các điện cực. Mật độ điện tích trong dịng plazma rất lớn nên cĩ thể dẫn được dịng điện lớn nhưng khơng lớn quá vì bị giới hạn bởi cơng suất nguồn - Ứng dụng làm thiết bị đốt là gaz và dầu, đánh lửa budi xe máy, ơtơ, thử nghiệm cường độ trường cách điện của các điện mơi
  27. c) Phĩng điện hồ quang - Tương tự như phĩng điện tia lửa nhưng ở đây cơng suất nguồn lớn và tác dụng trong thời gian dài. - Xảy ra trong áp suất cao. - Dịng điện hồ quang lớn, đốt nịng dịng plazma làm cho điện dẫn của nĩ tăng thêm do đĩ dịng hồ quang càng tăng. Dịng điện hồ quang sẽ tăng tới mức ổn định khi cĩ sự cân bằng giữa phát nĩng và toả nhiệt của khe hồ quang. - Là quá trình địi hỏi phải cĩ đủ thời gian cần thiết. Bởi vậy, khi thời gian tác dụng của điện áp ngắn dù cơng suất nguồn lớn cũng chỉ gây nên phĩng điện tia lửa. ví dụ: phĩng điện của sét, phĩng điện trên các đường dây tải điện - Ứng dụng là điện cực hồ quang, hàn hồ quang, hàn điểm. đấu dây dẫn
  28. d) Phĩng điện vầng quang hình ảnh\YouTube - efecto corona 1.mp4; hình ảnh\YouTube - Corona discharge.flv - Là một dạng phĩng điện đặc biệt chỉ tồn tại trong trường khơng đồng nhất và xuất hiện trong khu vực chung quanh điện cực. - Dạng phĩng điện này là dạng phĩng điện khơng hồn tồn vì dịng plazma khơng nối liền giữa hai điện cựu, do đĩ khơng thể cĩ dịng điện lớn. - Phĩng điện vầng quang chưa làm mất hắn tính chất cách điện của chất khí nhưng cũng khơng nên để phát sinh vầng quang vì nĩ gây nhiều tác hại. - Quá trình phĩng điện vâng quang là sự ion hố chất khí và quá trình kết hợp các ion trái dấu để trở lại trạng thái bình thường, cả hai quá trình này đều trả năng lượng dưới dạng quang năng.
  29. - Khi thời tiết xấu cĩ thể thấy phĩng điện vầng quang trên các đường dây tải điện điện áp cao. Phĩng điện này gây nên một tổn thất năng lượng lớn trên đường dây truyền tải điện, chúng ta phải làm giảm nĩ bằng cách: tăng thiết diện dây dẫn, dùng dây dẫn cĩ bề mặt nhẵn bĩng, phân dây pha thành các dây nhỏ nối liền với nhau để cĩ đường kính lớn. - Ứng dụng trong cơng nghiệp để sơn tĩnh điện, lọc bụi tĩnh điện bảo vệ mơi trường
  30. 5.2.6. Phĩng điện của chất khí trong điện trường đồng nhất Định luật Pasen - Điện trường đồng nhất là trường hợp lý tưởng, trị số điện trường tại mọi điểm đều bằng nhau (E = const) và cĩ đường sức của từ trường song song vơi nhau. - Đặc điểm của phĩng điện trương điện trường đồng nhất: + Do E = const và khi áp suất khí = const thì = const. + Quá trình hình thành và phát triển của phĩng điện khơng phụ thuộc vào cực tính
  31. a) Phĩng điện trong trường đồng nhất cĩ áp suất thấp • Để cĩ thể duy trì phĩng điện ở P thấp, việc sinh ra các điện tử thứ cấp dựa vào sự giải thốt điện tử từ bề mặt cực âm của ion dương và của phơtơn bức xạ từ thác điện tử thứ nhất. • Khi thác điện tử thứ nhất phát triển trên tồn bộ khoảng cách giữa hai cực thì số lượng điện tử trong thác là eαs điện tử (s - khoảng cách giữa hai điện cực). Vậy số ion dương mới phát sinh ra do quá trình ion hố và cũng là số lượng điện tử của thác là eαs - 1. Số ion dương này khi bay về phía cực âm sẽ giải thốt được γ(eαs - 1) điện tử từ bề mặt âm cực (γ – hệ ion hĩa do ion dương đập vào mặt cực âm). Để cĩ thể duy trì phĩng điện, phải cĩ ít nhất một điện tử mới kế tiếp cho điện tử đầu. + Nên điều kiện phĩng điện tự duy trì chỉ do các ion dương gây nên là: γ(eαs - 1) ≥ 1
  32. + Gọi f là hệ số phơtơn do 1 điện tử phát ra, η- là hệ số chỉ khả năng ion hố bề mặt do phơtơn, thì số điện tử gây ra do phơtơn sẽ là f. η. eαs ≥ 1 + Vậy điều kiện phĩng điện tự duy trì do tác dụng của cả ion dương và phơtơn phối hợp là: γ(eαs - 1) + f. η. eαs ≥ 1 αs αs e >> 1 (γ + f. η) e ≥ 1 αs ≥ ln1/γtr = const; thường αs = 3,7- 4 b) Phĩng điện trong trường đồng nhất áp suất cao Với áp suất cao các ion dương khơng thể chuyển động với tốc độ lớn vì chúng bị va chạm liên tục với các phân tử khí. Nên việc sản sinh các điện tử mới dựa vào sự ion hố quang trong khối khí 1 Điều kiện s ln γ: là hệ số ion hĩa quang; thường αs =20 
  33. c) Định luật Pasen. Ufđ (I) (II) • Ufđ = f(P,S) S = const - Ufđ = f(P) khi S = const Khi P lớn, N ↑,λe ↓ , mặc dù số va chạm với phần tử trung hồ lớn, song α . Để U cĩ điện tích gây nên phĩng điện thì fđmin phải cần cĩ sự ion hố lớn, nên cần phải tăng U lên. Nên ở P cao cĩ Ufđ P lớn (vùng II của đồ thị). P* Nếu giảm P lúc đầu Ufđ sẽ giảm bởi vì λe ↑, khả năng ion hố sẽ tăng làm cho sự phĩng điện cĩ thể phát sinh dễ hơn. Khi P ở P* thì α lớn nhất, do vậy Ufđ đạt cực tiểu.(Ufđmin) Nếu P giảm quá P* thì Ufđ lại tăng lên, là do N giảm, xác suất va chạm của điện tử với phân tử khí giảm nhiều, mặc dù λe ↑, song hệ số ion hố lại giảm vì vậy sự ion hố lớn khĩ xảy ra. Để cĩ đủ điện tích phĩng điện cần phải tăng U lên, tức là Ufđ sẽ tăng khi P giảm (vùng I). Khi P → ”0” sẽ xảy ra hiện tượng bức xạ nguộn, tức là xảy ra ion hố bề mật cực âm.
  34. - Ufđ = f(s) khi p = const Ufđ p = const - Định luật Pasen: Bps U= fd Aps ln( ) 1 ln γ s A = 8,51 1/cm.mmHg B = 250 V/cm.mmHg ps BTo T U= fd ps ATo T ln 1 Hiệu chỉnh theo nhiệt độ ln γ Dạng tổng quát: Ufđ = f(PS/T)
  35. Ufđ • Dựa vào quan hệ Ufđ = f(PS) tính tốn tối ưu kích thước thiết bị và cơng nghệ chế tạo thiết bị đảm bảo kỹ thuật vận hành. Khi cần U phĩng điện sớm như cơng nghệ fđmin làm đèn nêơng, đèn quảng cáo, trang trí với một khoảng cách cực đã xác định cần giảm áp PS* PS suất tới một trị số nào đĩ để cĩ (PS)* ứng với Ufđmin. Nhưng đối với các thiết bị điện áp cao cần tránh phĩng điện, thường vận dụng nhánh bên phải (nén p cao) hay bên trái (hút chân khơng)
  36. 5.2.7. Phĩng điện của chất khí trong điều kiện điện trường khơng đồng nhất a) Trường gần đồng nhất và khơng đồng nhất - Thực tế ít khi đạt được điện trường đồng nhất mà thường là điện trường khơng đồng nhất: Giữa 2 dây dẫn, hai hình trụ hoăc giữa dây dẫn với mặt đất - Sự phân bố khơng đều của E trong khơng gian giữa hai điện cực, mức độ khơng đồng nhất được thể hiện bằng hệ số khơng đồng nhất K K = Emax / Etr.b Emax - cường độ điện trường cực đại; nĩ xuất hiện ở trên bề mặt điện cực mà cĩ bán kính cong bé nhất Etr.b - cường độ điện trường trung bình. (E tr.b = U/s )
  37. • Thực tế rất khĩ xác định ranh giới giữa hai loại điện trường đĩ. Cĩ thể cho rằng khi trường gần đồng nhất thì hệ số khơng đồng nhất K 4 thì các đặc điểm của quá trình phĩng điện của trường khơng đồng nhất mới biểu hiện rõ. • Trong trường khơng đồng nhất cĩ hai dạng phĩng điện đĩ là: Phĩng điện “vâng quang” và phĩng điện “chọc thủng”. • Trường gần đồng nhất là phĩng điện giữa 2 hình trụ đồng tâm khi s < r (bán kính trụ trong); và 2 quả cầu khi s< D(đường kính quả cầu)
  38. b) Phĩng điện trong trường gần đồng nhất - Điều kiện phĩng điện tự duy trì (E thay đổi nên α cũng thay đổi): s dx const 20 0 - Cơng thức tính điện áp phĩng điện : RR BBln ln + Hai hình trụ đồng tâm: R AU rrp r p r o eUoo e U r const R Bln r Dạng tổng quát là :U0 = f(p.r, R/r) ; hoặc : U0 = f(p.s, R/r) 0,54 s + Hai quả cầu (khi s < D) 1.  r r Uro 27,2. . . 2 ss 0,25. 1 1 8 rr Dạng tổng quát: Uo = f(δs;r1/s;r2/s ); δ Mật độ tương đối của khơng khí
  39. • Quy luật phĩng điện trong trường gần đồng nhất: “ Nếu thay đổi khoảng cách giữa các điện cực và kích thước hình học khác của điện cực sao cho các tỷ lệ hình học nĩi trên giữ khơng đổi – nghĩa là dùng các khe hở đồng dạng về hình học – thì điện áp phĩng điện chỉ cịn là hàm số của tích số ps “và” nếu cho áp suất biến thiên ngược với sự biến thiên của khoảng cực thì trị số điện áp phĩng điện sẽ giữ khơng đổi” • Định luật phĩng điện trong điện trường gần đồng nhất cĩ ý nghĩa: + Do trị số điện áp phĩng điện cũng là hàm số của tích số giữa khoảng cách cực với áp suất nên thường dùng biện pháp tăng áp suất khí để nâng cao điện áp phĩng điện (mức cách điện). + Định luật cũng đặt cơ sở cho việc nghiên cứu phĩng điện trên các mơ hình đồng dạng, tạo khả năng khái quát hố các kết quả thực nghiệm để xác định trị số điện áp phĩng điện.
  40. c) Phĩng điện trong điện trường khơng đồng nhất - Đặc điểm: + Sự phân bố khơng đều cường độ điện trường trong khoảng khơng gian giữa hai điện cực. + Do sự tăng cường trường ở phía điện cực cĩ bán kính cong bé nên mọi quá trình ion hố, quá trình phĩng điện cũng đều bắt nguồn từ đấy dù điện cực là dương hay âm. + Khi cĩ ion hố điện tích khơng gian sinh ra sẽ làm biến dạng điện trường bên ngồi và cĩ ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của phĩng điện về sau. - Phĩng điện cĩ thẻ là phĩng điện “ vầng quang” và “chọc thủng” cả 2 loại đều phụ thuộc vào cực tính
  41. 1) Phĩng điện vầng quang • Khi mũi nhọn cĩ cực tính dương: E* E Mũi nhọn là khu vực cĩ điện trường mạnh nên trước khi cĩ xuất hiện vầng - + + - +- +-+ quang ở đấy đã cĩ quá trình ion hố và - + + + - -+ + _ tạo nên thác điện tử các thác này sẽ di E* chuyển về phía mũi nhọn (cực dương) E và khi tới nơi các điện tử của thác đi vào điện cực để lại các ion dương tạo nên lớp điện tích khơng gian ở khu vực mũi 2 nhọn Trường của điện tích khơng gian dương E* sẽ biến dạng trường bên ngồi (đường 2), kết quả ở phía bên phải trường được tăng cường (E* cùng 1 phương với E) ngược lại ở phía bên trái (ở khu vực gần mũ nhọn) trường bị giảm đi (E* ngược phương với E), do S đĩ, sẽ hạn chế quá trình ion hố gây khĩ khăn cho sự hình thành vầng quang. Để 1- Của điện trường ngồi duy trì phĩng điện vầng quang liên tục 2- trường tổng cần phải nâng điện áp lên so với điện áp đặt vào ban đầu, tức là Ufđvq tăng.
  42. * Khi mũi nhọn cĩ cực tính âm - Ở phía mũi nhọn cĩ trị số trường E+ E cực đại cho nên quá trình ion - E- +- + - - hố và hình thành thác điện tử +- +- + - - - + + + + cũng xảy ra ở khu vực điện cực E+ - mũi nhọn (cực âm). Các điện tử E của thác sẽ di chuyển về phía cực dương (cực bản) nhưng 2 khi bay về phía này, điện tử rơi vào khu vực trường yếu dần, nên ngồi một số bay tới được cực dương và bị hút vào đấy, 1 số cịn lại do tốc độ giảm dần nên dễ bị hút vào nguyên tử ơxy, hình thành một lớp điện S tích khơng gian âm ở lưng 1- Của điện trường ngồi trừng khoảng giữa các điện 2- trường tổng cực
  43. • Các điện tích dương của thác sẽ di chuyển về phía mũi nhọn và hình thành một lớp điện tích khơng gian dương ở khu vực này. Chúng khơng bị hút ngay vào cực âm vì khối lượng của chúng lớn nên tốc độ di chuyển chậm. Trường của các điện tích khơng gian (E+ của lớp điện tích khơng gian dương; E- của lớp điện tích khơng gian âm) sẽ làm biến dạng trường chung bên ngồi. Do mật độ của lớp điện tích khơng gian âm bé hơn so với điện tích khơng gian dương nên tác dụng làm biến dạng trường của nĩ yếu hơn và do đĩ cường độ điện trường tổng ở khu cực mũi nhọn được tăng cường làm cho quá trình ion hố cũng như phĩng điện vầng quang phát triển dễ dàng hơn. Do vậy, để duy trì phĩng điện vầng quang liên tục ta cĩ quyền giảm điện áp sau khi cĩ thác điện tử phát triển so với điện áp ban đầu đặt vào giữa hai cực. (Ufđvq giảm xuống). Sự phân tích trên hồn tồn phù hợp với kết quả thực nghiệm: điện áp phĩng điện vầng quang khi mũi nhọn cĩ cực tính dương cao hơn so với khi mũi nhọn cĩ cực tính âm nếu cĩ cùng một khoảng cách cực.  +-  Ufdvq > U fdvq
  44. • Tác dụng của phĩng điện vầng quang: + Ở một số cơ sở luyện kim, nhà máy nhiệt điện, nhà máy sản xuất xi măng, hố chất đã dùng vầng quang âm đê lọc bụi. Điện tử sinh ra bởi quá trình ion hố trong quầng vầng quang sẽ chuyển dịch về phía cực dương, trong quá trình đĩ nĩ sẽ bám vào bụi khĩi, dịng điện chuyển về và bám vào cực lắng là cực dương. Qua hệ thống rung và gõ sau chu kỳ nhất định bụi được xả xuống phễu thu bụi. + Sử dụng trong hệ thống sơn tĩnh điện mang hiệu quả kinh tế cao và chất lượng sơn. + Trong hệ thống điện vầng quang cĩ các tác dụng khác nhau. Bình thường khơng nên để xảy ra vầng quang vì sự chuyển dịch của ion dưới tác dụng của trường sẽ tạo nên dịng điện rị, gây tổn hao năng lượng. Tuy vậy vầng quang lại cĩ tác dụng tích cực trong bảo vệ hệ thống điện chống quá điện áp khí quyển. Khi cĩ sét đánh trên đường dây, vầng quang sẽ tiêu hao năng lượng của các sĩng quá điện áp sét, làm giảm biên độ và độ dốc đầu sĩng, do đĩ tăng an tồn cho cách điện của trạm biến áp và nhà máy điện.
  45. Phương pháp giảm hao tổn vầng quang trên đường dây tải điện • Để giảm hao tổn chúng ta phân dây thành nhiều dây nhỏ (phân pha) Việc dùng dây phân nhỏ ngồi tác dụng làm giảm tổn hao vầng quang cịn cĩ ưu điểm khác là làm giảm điện cảm của đường dây do đĩ tăng thêm khả năng chuyên tải cơng suất và đem lại hiệu quả kinh tế lớn. - Hiện nay dùng cơng thức Mairơ, để tính tốn hao tổn vầng quang cho dây đơn và dây phân nhỏ: 1350E 2td -5 kW/km pha ΔP = nkfro E td (E td - E vq )(2,3ln - 1)10 fro Trong đĩ: n- số dây phan nhỏ; f- tần số, Hz; r0- bán kính dây dẫn, cm; Evq - cường độ trường phát sinh vầng quang, kV/cm; Etd = (Emax + Etb)/2 kV/cm; K- hệ số liên quan tới khí hậu K = 44 và Evq = 17 V/cm khi khí hậu tốt và k = 31,5; Evq = 11kV/cm khi khí hậu xấu.
  46. 2) Phĩng điện chọc thủng E E + + - +- ++ - + + - - - + + - + ++ - - -+ + ++ + _ - - - + + - - - - - - ++ + - + E + - 1- Của điện trường ngồi E 2- trường tổng 2 2 1 1 S S (khi khoảng cách giữa hai cực khơng đổi).  -+  Uoo =(2 2,5) U
  47. Tĩm lại  +-  Ufdvq > U fdvq  +-  Ufdct < U fdct Với kết quả này trong thực tế người ta sử dụng chỉnh lưu “âm” là cực phĩng trong hệ thống lọc bụi tĩnh điện, sơn tĩnh điện đem lại hiệu quả cao và đảm bảo an tồn vận hành.
  48. Biện pháp nâng cao điện áp phĩng điện trong điện mơi khí • Nén áp suất hoặc hút chân khơng • Cải thiện sụ phân bố trường Eđnhất Egầnđnhất Ekođnhất Ta cĩ:Ufđct > Ufđct > Ufđct Sử dụng phương pháp này người ta dùng màn chắn đặt giữa các điện cực nhằm ngăn cản sự di chuyển của điện tích khơng gian. Và nĩ chỉ phát huy tác dụng khi mũi nhọn cĩ cực tính dương
  49. Phân bố trường khi mũi nhọn cực tính dương + + + _ + + E Trước khi đặt màn chắn Sau khi đặt màn chắn X
  50. Tác dụng của màn chắn trong trường khơng đồng nhất Ufđ 4 1,3 – Chưa cĩ màn chắn _ 2,4 – Cĩ mằn chắn 3 + 2 1 (75-80)%S
  51. Lọc bụi tĩnh điện Lọc bụi tĩnh điện là hệ thống lọc bỏ các hạt bụi cĩ kích thước nhỏ khỏi dịng khơng khí chảy qua buồng lọc, trên nguyên lý ion hố và tách bụi ra khỏi khơng khí khi chúng đi qua vùng cĩ trường điện lớn. Buồng lọc bụi tĩnh điện (hay Silo lọc bụi) được cấu tạo hình tháp trịn hoặc hình hộp chữ nhật, bên trong cĩ đặt các tấm cực song song hoặc các dây thép gai. Hạt bụi với kích thước nhỏ, nhẹ bay lơ lửng trong khơng khí được đưa qua buồng lọc cĩ đặt các tấm cực. Trên các tấm cực, ta cấp điện cao áp một chiều cỡ từ vài chục cho đến 100kV để tạo thành một điện trường cĩ cường độ lớn. Hạt bụi khi đi qua điện trường mạnh sẽ bị ion hố thành các phân tử ion mang điện tích âm sau đĩ chuyển động về phía tấm cực dương và bám vào tấm cực đĩ.
  52. Sơ đồ nguyên lý Nguồn điện xoay chiều 380V (hoặc 220V) được đưa đến bộ biến đổi xoay chiều/xoay chiều 1 pha dùng phần tử bán dẫn Thyristor Ti1 và Ti2, điện áp sau bộ biến đổi này được đưa đến máy biến thế tăng áp BA (380V/100kV). Điện áp cao áp xoay chiều của máy biến thế được chỉnh lưu thành điện áp một chiều bằng bộ chỉnh lưu cầu Điốt CL (CL là bộ chỉnh lưu cầu được chế tạo để chịu được điện áp cao). Điện áp cao áp một chiều được đưa đến tháp lọc bụi để ion hố các hạt bụi.
  53. CƠNG NGHỆ SƠN TĨNH ĐIỆN
  54. - Cĩ 2 loại cơng nghệ sơn tĩnh điện: + Cơng nghệ sơn tĩnh điện khơ (sơn bột): Ứng dụng để sơn các sản phẩm bằng kim loại: sắt thép, nhơm, inox + Cơng nghệ sơn tĩnh điện ướt (sử dụng dung mơi): Ứng dụng để sơn các sản phẩm bằng kim loại, nhựa gỗ, - Mỗi cơng nghệ đều cĩ những ưu khuyết điểm khác nhau: + Đối với cơng nghệ sơn tĩnh điện ướt thì cĩ khả năng sơn được trên nhiều loại vật liệu hơn, nhưng lượng dung mơi khơng bám vào vật sơn sẽ khơng thu hồi được để tái sử dụng, cĩ gây ơ nhiễm mơi trường do lượng dung mơi dư, chi phí sơn cao. + Đối với cơng nghệ sơn khơ chỉ sơn được các loại vật liệu bằng kim loại, nhưng bột sơn khơng bám vào vật sơn sẽ được thu hồi (trên 95%) để tái sử dụng, chi phí sơn thấp, ít gây ơ nhiễm mơi trường.
  55. 5.2.9. Phĩng điện ở điện áp xung • Thực tế điện áp tác dụng cịn cĩ thể ở dạng xung gây nên bởi phĩng điện sét vào đường dây trên khơng hoặc khi sét đánh vào khu vực gần đường dây, đánh vào thiết bị của trạm biến áp ngồi trời U τđs – độ dài đầu sĩng Umax τs – độ dài sĩng Quy ước: τđs = 1,2 μs; τs = 50 μs 0,5Umax thì ký hiệu là τ = 1,2/50 τ đs τs t
  56. + Trị số điện áp phĩng điện xung kích 50% cịn gọi là điện áp phĩng điện bé nhất (ký hiệu U50% ), là biên độ sĩng xung kích khi cho tác dụng nhiều lần sẽ cĩ 50% số lần xảy ra phĩng điện + Đường đặc tính V-S cĩ ý nghĩa rất quan trọng trong việc phối hợp cách điện thiết bị điện và thiết bị bảo vệ cho nĩ. Để bảo đảm an tồn cho cách điện thiết bị khơng bị phĩng điện, thiết bị bảo vệ cần phải cĩ đường đặc tính V-S hồn tồn nằm dưới đường đặc tính V-S của cách điện và cĩ dạng phẳng ngang khơng giao chéo ở khoảng thời gian bé.
  57. 5.3. SỰ PHĨNG ĐIỆN TRONG ĐIỆN MƠI LỎNG • Nguyên nhân nghiên cứu phĩng điện trong ĐM lỏng khĩ khăn hơn ĐM khí vì:sau mỗi lần phĩng điện sẽ sinh ra các tạp chất là muội khĩi do chất lỏng bị đốt cháy • Để giải thích cơ cấu của sự phĩng điện chất lỏng, người ta đã đưa ra một lý thuyết cơ bản dưới đây: 5.3.1. Lý thuyết về nhiệt. - Áp dụng cho các điện mơi lỏng kỹ thuật. Trong các chất này thường chứa các tạp chất như: bọt khí, nước, tạp chất cơ học, các chất dẫn điện, bán dẫn Ở đây sự phĩng điện khơng phải là do ion hố va chạm mà là do sự phát nĩng cục bộ và sự sơi cục bộ ở bên trong chất lỏng ở nhưng nơi cĩ nhiều tạp chất đưa đến sự hình thành một cầu dẫn điện giữa hai cực.
  58. - Theo thuyết này, khi điện áp tác dụng tăng lên thì lúc đầu sẽ cĩ sự ion hố trong các bọt khí, ở phần bọt khí cĩ nhiệt độ và độ dẫn điện tăng, dưới tác dụng của trường nĩ sẽ bị kéo dài ra và gây nên phĩng điện giữa hai cực. 5.3.2. Lý thuyết ion hố. Với các điện mơi lỏng đã được lọc sạch các tạp chất, người ta giải thích sự phĩng điện như sự ion hố đối với chất khí. Song mật độ phân tử chất lỏng lớn hơn nhiều so với chất khí nên đoạn đường chuyển động tự do của điện tử bé và năng lượng tích lũy trên quãng đường này cĩ trị số bé khĩ gây nên ion hố lớn. Nên chất lỏng cĩ cường độ cách điện cao hơn nhiều so với chất khí.
  59. 5.3.3. Lý thuyết phĩng điện do điện thuần tuý • Dùng để giải thích sự phĩng điện trong chất lỏng tinh khiết. Nguyên nhân chủ yếu là do điện gây nên. Sự phĩng điện trong trường hợp này là do các điện tử thốt ra từ mặt điện cực bằng kim loại dưới tác dụng của cường độ điện trường mạnh đồng thời sự phân huỷ bản thân phân tử chất lỏng. * Trong thực tế kỹ thuật thường phối hợp cả ba lý thuyết trên để giải thích sự phĩng điện trong điện mơi lỏng
  60. Cường độ điện trường phĩng điện của dầu MBA phụ thuộc vào các yếu tố sau: • Để xác định cường độ cách điện hay điện áp phĩng điện của dầu MBA, người ta thường tiến hành thí nghiệm trên các thiết bị cĩ điện áp tăng cao với cơng suất khoảng 2kVA. Mẫu dầu MBA được cho vào cốc thử dầu cĩ 2 cực phẳng hay hai nửa bán cầu đường kính 25mm, khoảng cách giữa hai cực được căn chuẩn là 2,5 mm. Điện áp tấn số 50Hz được tăng đều với tốc độ tăng 2kV/giây cho đến khi phĩng điện
  61. • Ảnh hưởng của nước và sợi bẩn U • Nước trong điện mơi lỏng cĩ thể ở trạng thái hồ tan hay trạng thái nhũ tương (bọc nước). Khi cĩ quá nhiều nước thì cĩ trạng thái lắng đọng (vì tỉ trọng của nước =1 con dầu MBA là 0,89 ÷ 0,88). Với 1 lượng nước trong dầu nhưng khi ở trạng thái hồ tan thì cường độ cách điện của dầu giảm khơng nhiều, cịn ở trạng thái nhũ tương thì điện áp phĩng điện giảm đi nhiều Lượng nước chứa và nhất là trong dầu cĩ chứa các sợi nhỏ tạp trong dầu chất ở thể rắn. Vì các sợi và bọc nước tạo điều kiện làm cầu nối cho sự phĩng điện sớm hơn. • Với điện áp xung thì tạp chất ít bị ảnh hưởng tới trị số điện áp phĩng điện vì thời gian tác dụng của điện áp quá ngắn.
  62. * Ảnh hưởng của nhiệt độ E (kV/mm) 1 20 12 2 0 60 80 t (0C) • Với điện mơi lỏng tinh khiết( đường 1 ) Độ bền điện ít phụ thuộc vào nhiệt độ khi nhiệt độ < 800C. Khi nhiệt độ cao, điện mơi lỏng cĩ sự giãn nở nhiệt, chuyển động nhiệt của các phân tử tăng lên nhất là gần nhiệt độ sơi của điện mơi lỏng, làm cho điện áp phĩng điện hay độ bền điện sẽ giảm
  63. * Ảnh hưởng của áp suất • Ở điều kiện bình thường thì Eđt của điện mơi lỏng khơng phụ thuộc áp suất. • Khi cĩ các bọt khí thì cĩ qua hệ giữa Eđt và áp suất như hình sau + Khi p tăng thì E tăng, song khơng tăng nhiều vì số lượng bọt khí cĩ hạn. (thực chất đĩ là quá trình nén bọt khí trong điện mơi lỏng) Eđt kV/mm P (ata)
  64. • Khi cĩ nước trong dầu: (đường 2) + Dầu MBA cĩ cường độ điện trường cách điện lớn nhất khi dầu cĩ nhiệt độ trong miền tử 60 ÷ 800C. Ở miền nhiệt độ này nước đã hồ tan đều trong dầu, làm cho độ bền điện lớn. + Khi nhiệt độ tăng 80 ÷ 1000C độ bền điện giảm vì gần nhiệt độ sơi của nước và dầu, dễ dàng cho việc phĩng điện. + Khi nhiệt độ trong miền nhỏ hơn 600C các phần tử dầu chuyển đẩy nước từ hồ tan sang trạng thái nhũ tương (bọc nước) làm cầu nối cho sự phĩng điện sớm hơn, nên cường độ cách điện giảm. Ở miền nhiệt độ thấp nước nằm trong trạng thái đĩng băng, khi xảy ra phĩng điện cần năng lượng phá vỡ lực liên kết của băng, do vậy cường độ cách điện tăng lên khi nhiệt độ càng giảm.
  65. * Ảnh hưởng thời gian tác dụng điện áp Eđt I II III τ (h)
  66. * Ảnh hưởng thời gian tác dụng điện áp • Khi thời gian tác dụng điện áp bé (t ≤ 10-4 giây) các phần tử tạp chất khơng kịp chuyển dịch trên khoảng cách giữa các cực nên khơng làm ảnh hưởng tới cường độ cách điện, độ bền điện càng cao khi thời gian càng nhỏ giống như điện áp xung (vùng I). Ở vùng II của đồ thị là thời gian làm việc ổn định của điện mơi lỏng. Dưới tác dụng của điện áp sao và thời gian tác dụng lớn, điện mơi lỏng cĩ thể bị phân huỷ, biến tính tức điện mơi bị biến già, màu của chúng thay đổi sẫm dần và cường độ cách điện bị suy giảm (vùng III) • Thực tế cho thấy trong quá trình vận hành dưới tác dụng của điện trường, nhiệt độ, ơ xy của khơng khí dầu MBA sẽ mất dần tính chất cách điện ban đầu, nĩ biến đổi màu, nồng độ axít sẽ tăng Do vậy cần phải định kỳ kiểm tra dầu MBA để đánh giá chất lượng dầu và cĩ biện pháp sửa chữa, bão dưỡng, đại tu thiết bị, đảm bảo vận hành thiết bị an tồn.
  67. 5.4. SỰ PHĨNG ĐIỆN TRONG ĐIỆN MƠI RẮN 5.4.1. Phĩng điện đánh thủng - Phĩng điện trong ĐM rắn phức tạp hơn nhiều so với chất khí và lỏng là vì: + ĐM rắn khi bị phĩng điện sẽ mất hồn tồn tính chất cách điện và tính chất này khơng thể khơi phục lại được. + Khơng thể tạo nên các mẫu cĩ cấu trúc giống hệt nhau tại mọi điểm nên phải thí nghiệm nhiều mẫu và dùng xác suất thống kê để đưa ra quy luật về sự phĩng điện cho từng loại ĐM rắn. + E cách điện của ĐM rắn phụ thuộc vào loại phân tử, liên kết phân tử, lượng tạp chất chứa trong ĐM và các yêu tố về mơi trường, nhiệt độ, độ ẩm .
  68. Sự phụ thuộc của cường độ điện trường đánh thủng vào nhiệt độ 0 0 + t thấp E ít phụ thuộc vào t Eđt (vùng I) vùng này phĩng điện do điện gây nên 0 0 + t cao,(vùng II) E giảm khi t I tăng vùng này phĩng điện do II nhiệt gây nên t 0 Sự khác nhau giữa phĩng điện do điện và phĩng điện do nhiệt gây nên Phĩng điện do điện Phĩng điện do nhiệt + Gây nên bởi E lớn, xảy ra trong + Gây nên bởi nhiệt độ tăng, thời thời gian ngắn 10-7s gian dài + Eđt khơng phụ thuộc vào chiều dày + Eđt phụ thuộc vào chiều dày điện điện mơi mơi + Ít phụ thuộc vào nhiệt độ + Phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ + Xảy ra ở nơi yếu nhất và cĩ E lớn + Xảy ra ở nơi cĩ sự phát nhiệt lớn, nhất sự truyền nhiệt và làm mát kém
  69. a. Sự đánh thủng do điện các ĐM rắn đồng nhất vi mơ • Đặc điểm: Phát triển rất nhanh, xảy ra trong khoảng thời gian nhỏ 10-7 ÷ 10-8 giây và khơng phải do năng lượng nhiệt, khơng gây nên tổn hao điên mơi , Cường độ cách điện phụ thuộc vào liên kết phân tử, khi liên kết phân tử chặt chẽ thì cường độ cách điện cao • Bản chất: Sự đánh thủng là một quá trình điện tử thuần tý, khi trong chất rắn cĩ một số ít điện tử ban đầu dưới tác động của điện trường mạnh sẽ tạo thành thác điện tử. Các điện tử ban đầu này tiêu thụ năng lượng mà nĩ tích lũy trong quá trình chuyển động trong điện trường, kích thích mạng tinh thể, khi điện tử đạt đến một tốc độ nào đĩ thì cĩ khả năng tạo nên các điện tử mới do ion hố va chạm phá huỷ sự cân bằng của chất rắn
  70. b. Sự đánh thủng do điện các ĐM rắn khơng đồng nhất. • Loại này đặc trưng cho các điện mơi rắn dùng trong kỹ thuật điện mà hầu hết các trường hợp cĩ chứa tạp chất là bọt khí. • Đặc điểm: phát triển rất nhanh, Điện áp đánh thủng khơng cao
  71. c. Sự đánh thủng do điện hố gây nên • Loại này cĩ ý nghĩa đặc biệt quan trong khi ở nhiệt độ và độ ẩm cao. • Cĩ thể thấy ở cả điện áp 1 chiều và xoay chiều tần số thấp, khi quá trình điện phân phát triển trong vật liệu làm cho điện trở cách điện bị giảm và khơng phục hồi lại được. Hiện tượng này gọi là già hĩa ĐM trong điện trường. • Quá trình phát triển của sự đánh thủng do điện hĩa cần phải cĩ thời gian dài
  72. d. Sự đánh thủng do nhiệt gây nên • Phĩng điện này là do khi đặt ĐM vào trong E ĐM bị nung nĩng đến nhiệt độ cao, cĩ thể làm cho vật liệu bị nứt, phồng rộp, cháy hay các dạng phá hủy nhiệt khác • Khi tổn hao ĐM cĩ trị số lớn sẽ làm nung nĩng Vật liệu. • Uđt trong phĩng điện do nhiệt phụ thuộc vào tần số, điều kiện làm mát, nhiệt độ mơi trường, tính chất nhiệt của vật liệu • Uđt do nhiệt của chất hữu cơ nhỏ hơn vơ cơ
  73. 5.4.2. Phĩng điện bề mặt điện mơi rắn - Trị số điện áp phĩng điện mặt ngồi phụ thuộc vào nhiều yếu tố: + Độ ẩm của khơng khí. + Thời gian tác dụng của điện áp. + Tính hút ẩm của điện mơi. + Ảnh hưởng của bụi bẩn, tạp chất bám trên bề mặt - Biện pháp nâng cao điện áp phĩng điện bề mặt + Tăng chiều dài phĩng điện dọc theo bề mặt + Cải thiện sự phân bố trường. + Trong vận hành để giữ cho điện mơi khơng bị bám bụi cĩ thể tiến hành vệ sinh theo định kỳ hoặc phủ lên điện mơi lớp men hay vật liệu cách điện khác cĩ tính chất chống bám bụi và hơi ẩm.