Bài giảng Kỹ thuật cao áp - Chương 1: Phóng điện vầng quang

Ch ươ ng 1: Phóng đ iện vầng quang 
 I)Khái niệm chung : 
Là dạng phóng đ iện tự duy trì , nó đ ặc tr ư ng cho hiện t ư ợng 
phóng đ iện trong tr ư ờng không đ ều . 
Quá trình phóng đ iện không kéo dài trên toàn bộ khoảng cực mà chỉ xảy ra ở lân cận đ iện cực có bán kính bé . 
Gây ra dòng đ iện vầng quang ( tính chất giống dòng rò ) 
Tổn thất vầng quang 
Ví dụ đ ối với các đư ờng dây siêu cao áp có U đ m từ 400 kV 
trở lên gây ra tổn thất vầng quang lên đ ến 19 kW/ 1km. 
Điện tr ư ờng trên bề mặt dây dẫn có bán kính r 0: 
 II) Phóng đ iện vầng quang trên đư ờng dây cao áp 1 chiều 
Ch ươ ng 1: Phóng đ iện vầng quang 
 Các đ ặc đ iểm : 
 1. C ư ờng đ ộ đ iện tr ư ờng phát sinh vầng quang E vq đư ợc xác đ ịnh theo công thức thực nghiệm sau : 
Trong đ ó: r 0 - bán kính dây dẫn 
 M, N - hệ số thực nghiệm 
δ - mật đ ộ t ươ ng đ ối của không khí , 
Thực nghiệm trên tụ đ iện hình trụ ng ư ời ta xác đ ịnh đư ợc : 
 M=31; N=0,308; và 
Ch ươ ng 1: Phóng đ iện vầng quang 
Dòng đ iện vầng quang đư ợc xác đ ịnh theo biểu thức : 
 trong đ ó: k là đ ộ dịch chuyển của đ iện tích 
 v = kE là tốc đ ộ di chuyển của đ iện tích 
Hoặc: 
Đây là quan hệ Volt- Ampe của vầng quang trên các đư ờng dây tải điện cao âp . 
Ch ươ ng 1: Phóng đ iện vầng quang 
III) Phóng đ iện vầng quang trên đư ờng dây cao áp xoay chiều 
Khi nghiên cứu đư ờng dây cao áp xoay chiều 3 pha thì tr ư ớc hết cần phải xét đ ến các đ iện tích khối của các pha có ảnh h ư ởng đ ến nhau hay không ? 
Cần tìm cách tính đ oạn mà các đ iện tích khối di chuyển ra xa dây dẫn 
1. C ư ờng đ ộ tr ư ờng trên mặt dây dẫn trong toàn bộ thời gian của nửa chu kỳ là không đ ổi và bằng E vq 
2. C ư ờng đ ộ tr ư ờng E tại một đ iểm ở ngoài không gian cách xa trục dây dẫn một đ oạn r thỏa đ iều kiện : E.r =E dd .r 0 =Const 
Giả thiết: 
Vì cực tính của các dây dẫn biến đ ổi trong từng nửa chu kỳ nên đ iện tích khối của mỗi pha chỉ bị đ ẩy ra xa khỏi dây dẫn một đ oạn đư ờng nào đ ó trong nửa chu kỳ đ ầu , còn trong nửa chu kỳ sau nó lại bị kéo về phía dây dẫn . 
Ch ươ ng 1: Phóng đ iện vầng quang 
Tốc đ ộ dịch chuyển đ iện tích tỉ lệ với đ iện tr ư ờng v=kE: 
Thứ nguyên của k là m 2 /V.s 
Mà ta có v= dr/dt , với r là quãng đư ờng dịch chuyển của đ iện tích . Do đ ó 
Lấy tích phân 2 vế trong nửa chu kỳ , ta có : 
Với r max là đ oạn đư ờng lớn nhất mà khối đ iện tích di chuyển đư ợc . Tính tích phân ta đư ợc : 
Ch ươ ng 1: Phóng đ iện vầng quang 
Ví dụ: Nếu E vq =36kV/cm; r 0 =1,25cm; T=0,02s; k=1,8cm 2 /Vs 
ta tính đư ợc đư ờng đ i xa nhất của đ iện tích khối r max =40cm 
Trong khi đ ó khoảng cách pha-pha của đư ờng dây 110kV là 3-4m, của đư ờng dây 220kV là 7m. Từ đ ó cho thấy rằng r max bé h ơ n rất nhiều so với khoảng cách giữa các dây dẫn và có thể xem đ iện tích khối của mỗi pha là đ ộc lập với nhau . 
Do đ ó có thể nghiên cứu vầng quang trên đư ờng dây xoay chiều 3 pha bằng cách nghiên cứu từng pha đ ộc lập . Từ đ ó suy ra tổn hao vầng quang trên toàn đư ờng dây bằng cách lấy tổn hao vầng quang của 1 pha nhân 3 lần lên . 
Ch ươ ng 1: Phóng đ iện vầng quang 
Công thức thực nghiệm quen thuộc của Pick đư ợc dùng đ ể tính toán tổn hao vầng quang là 
trong đ ó: δ là mật đ ộ t ươ ng đ ối của không khí 
s là khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn 
U là trị số hiệu dụng của đ iện áp pha 
U 0 là trị số đ iện áp phát sinh vầng quang , đư ợc xác đ ịnh bởi công thức : 
với m 1 là hệ số bóng của bề mặt dây dẫn 
và m 2 là hệ số khí hậu 
Ch ươ ng 1: Phóng đ iện vầng quang 
IV) Biện pháp giảm tổn thất vầng quang 
Biện pháp chủ yếu đ ể giảm tổn thất vầng quang là giảm c ư ờng đ ộ tr ư ờng trên bề mặt dây dẫn ( E d d ). Nếu E dd <28 kV/cm thì không phát sinh vầng quang . 
Đ ư ờng dây bán kính r o đ ặt cách đ ất 1 đ oạn là h thì c ư ờng đ ộ đ iện tr ư ờng trên bề mặt dây dẫn là : 
Để giảm E dd thì cần phải t ă ng r 0 
đ ất 
r o 
h 
T ă ng r o : - Dùng dây dẫn rỗng ( nh ư ng có đ ộ bền kém ) 
 - Dùng dây lõi thép AC 
Việc t ă ng bán kính dây dẫn là có giới hạn bởi vì : 
Khi b ư ớc qua lĩnh vực siêu cao áp (U>330kV) thì nếu t ă ng bán kính đ ể thoả mãn đ iều kiện phát sinh vầng quang thì dây dẫn sẽ rất lớn (bán kính dây có thể lên đ ến 50mm ) gây nhiều khó kh ă n cho thi công, lắp ráp và không kinh tế và khi đ ó đư ờng dây sẽ d ư đ ể tải một l ư ợng công suất nhất đ ịnh . 
U đ m =110 kV: 
U đ m =220 kV: 
Do đ ó ng ư ời ta phân pha dây dẫn 
 - Số l ư ợng dây phân pha : n 
 - Khoảng cách giữa các dây phân pha : D 
s 
D 
+ 
- 
- 
+ 
Xét đư ờng dây 2 pha mỗi pha 2 dây phân nhỏ 
- Khoảng cách giữa 2 dây phân pha D. 
- Khoảng cách giữa 2 pha là s 
s 
D 
+ 
- 
+ 
Xuất phát từ hệ ph ươ ng trình Maxwell nói lên sự liên quan giữa đ iện áp và đ iện tích : 
* Với 2 dây : 
: Hệ số thế riêng 
: Hệ số thế t ươ ng hỗ 
- 
* Trong tr ư ờng hợp 1 pha phân nhỏ thành n dây : 
Nếu dây dẫn có đ iện áp U pha thì trên dây dẫn có đ iện tích : 
 (2 dây ) 
(n dây ) 
Thông th ư ờng , ng ư ời ta xác đ ịnh đ iện áp tr ư ớc khi thiết kế hệ thống đư ờng dây truyền tải tùy theo công suất yêu cầu : 
Công thức kinh nghiệm đ ể xác đ ịnh đ iện áp truyền tải công suất : ( Công thức Still) 
(KV) 
- Do đ iện tích q trên dây phân nhỏ lân cận gây ra 
T ươ ng ứng đ iện tr ư ờng E trên mỗi dây dẫn phân nhỏ gồm có 2 thành phần : 
- Do chính đ iện tích q của bản thân nó gây ra 
Điện tr ư ờng E m ax trên dây phân nhỏ : 
Điện tr ư ờng E m ax trên dây phân nhỏ là : 
* Tr ư ờng hợp 1 pha phân thành 2 dây : 
* Trong tr ư ờng hợp 1 pha phân thành n dây : 
Thông th ư ờng ng ư ời ta chọn n cố đ ịnh , tức là chọn : 
 n = 2, 3, 4, 5, ... 
do đ ó ta có đ iện tr ư ờng là hàm số của khoảng cách D: 
 E = f(1/D) 
Điều đ ó đ ạt đư ợc khi hàm E = f(1/D) đ ạt cực tiểu . Nghĩa là : 
Ta xác đ ịnh đư ợc khoảng cách D tối ư u 
Bài toán sẽ trở thành : Tìm giá trị D đ ể đ iện tr ư ờng đ ạt giá trị bé nhất . Khi đ ó, tổn thất do vầng quang sẽ bé nhất . 
* Ư u đ iểm của việc dùng dây phân pha : 
T ă ng đư ợc bán kính dây dẫn ( r dd ) và do đ ó giảm đư ợc tổn thất vầng quang . 
Làm giảm đ iện cảm của đư ờng dây , vì thế t ă ng đư ợc khả n ă ng truyền tải công suất của đư ờng dây và giảm tổn thất công suất trên đư ờng dây truyền tải . 
* Nh ư ợc đ iểm của nó là làm cho đ iện dung của đư ờng dây t ă ng lên rất lớn , do đ ó công suất phản kháng do đư ờng dây sinh ra cung cấp cho hệ thống lớn nên gây ra quá đ iện áp