Giáo trình Kỹ thuật cao áp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN 
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ 
BÀI GIẢNG 
KỸ THUẬT CAO ÁP 
(CAO ĐẲNG CHÍNH QUY) 
Hưng Yên 2015 
(Tài liệu lưu hành nội bộ) 
Kĩ thuật cao áp 
 Page 1 
MỤC LỤC 
MỤC LỤC .................................................................................................................................. 1 
CHƢƠNG 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 
CHƢƠNG 2.HIỆN TƢỢNG PHÓNG ĐIỆN SÉT VÀ QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG TRÊN 
ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN .......................................................................................................... 9 
2.1 Khái niệm chung về hiện tƣợng 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 Cƣờng 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 đƣờng dây dẫn điện một chiều .................................. 19 
2.3.2 Phóng điện vầng quang trên đƣờng dây dẫn điện xoay chiều ................................. 20 
2.3.3 Các phƣơng pháp giảm tổn hao vầng quang............................................................ 25 
2.4. Truyền sóng trên đƣờng dây tải điện ............................................................................. 27 
2.4.1. Phƣơng trình truyền sóng trên đƣờng dây tải điện ................................................. 27 
2.4.2 Truyền sóng trên hệ thống nhiều đƣờng 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 
CHƢƠNG 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. Phƣơng pháp xác định phạm vi bảo vệ của cột thu lôi bằng thực nghiệm ............. 41 
Kĩ thuật cao áp 
 Page 2 
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 lƣới 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 
CHƢƠNG 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 
CHƢƠNG 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 phƣơng án nối đất hợp lý .........................................................................63 
5.4.1. Nối đất an toàn ........................................................................................................63 
5.4.2 Nối đất chống sét......................................................................................................64 
CHƢƠNG 6.BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ...66 
6.1. Đƣờng 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 đƣờng dây trên không treo dây chống sét ...69 
6.1.4 Quá điện áp do sét đánh trực tiếp vào đƣờng dây trên không có treo dây chống sét
...........................................................................................................................................71 
6.2 Trạm biến áp ...................................................................................................................74 
Kĩ thuật cao áp 
 Page 3 
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 đƣờng dây trên không qua máy biến áp ...................................... 80 
6.3.3 Máy phát nối trực tiếp với đƣờng dây trên không ................................................... 82 
CHƢƠNG 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 đƣờng dây trên không ............................................................................. 88 
7.2.1 Yêu cầu đối với cách điện đƣờng 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 
Kĩ thuật cao áp 
 Page 4 
CHƢƠNG 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 thƣờng đƣợc dùng làm chất cách điện của các thiết điện 
làm việc trong không khí và của đƣờng 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 tƣợng 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 thƣờng tồn 
tại các bọt khí, đó là các điểm cách điện suy yếu vì cách điện của các điện môi này bị hƣ 
hỏng thƣờng 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 đƣợc 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 cƣờng độ cách điện cao. Sử dụng các chất khí có cƣờng độ cách điện cao sẽ giảm 
đƣợc kích thƣớc 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. Nhƣ sau này 
sẽ thấy các chất khí có cƣờng độ cách điện cao ở cả hai trạng thái hoặc áp suất nhỏ (chân 
không) hoặc áp suất cao. Trạng thái dầu ít đƣợc 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 cƣờng độ cách điện, vì vậy để tăng cƣờng độ cách điện của khí thƣờng dùng nó ở áp 
suất cao. 
4. Phải rẻ tiền và dễ tìm kiếm 
5. Tản nhiệt tốt. Trong trƣờng hợp chất khí ngoài nhiệm vụ cách điện còn có nhiệm vụ làm 
mát (nhƣ trong máy điện) thì còn yêu cầu phải dẫn nhiệt tốt. 
 Không khí, loại khí thƣờng gặp nhất, thỏa mãn đƣợc yêu cầu (4) nhƣng lại không đạt 
yêu cầu (1) và (2), nhất là yêu cầu (1). Quá trình ion hóa trong không khí thƣờng 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. Cƣờng độ cách điện trung bình của không khí khoảng 30kV/cm 
trong khí đó cƣờng 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). Nhƣ vậy cƣờng độ cách điện của không khí chỉ 
bằng khoảng 1/10 so với dầu biến áp, cho nên để tăng cƣờng độ cách điện của nó lên ngang 
Kĩ thuật cao áp 
 Page 5 
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 tƣởng chỉ chứa những phân tử trung hòa 
 ... rên 
các đĩa sứ gần đƣờng dây 
7.3 Cách điện trong máy biến áp 
- Cách điện trong trạm biến áp gồm các cách điện đỡ dây dẫn hoặc để cho dây dẫn đi xuyên 
qua tƣờng vách (cách điện xuyên) và cách điện của các thiết bị đặt trong trạm biến áp. 
- Phân loại cách điện theo môi trƣờng làm việc thì phân thành hai loại: cách điện bên trong 
và cách điện bên ngoài. 
 + Cách điện bên trong: khi nó đặt trong các môi trƣờng điện môi thể lỏng hay rắn 
nhƣ cách điện của các cuộn dây máy biến áp đối với vỏ và gong từ, cách điện của thanh dẫn 
trong máy cắt điện đối với vỏ thùng, vì đƣợc cách ly hoàn toàn với không khí nên cƣờng 
độ cách điện không phụ thuộc vào các yếu tố khí hậu bên ngoài. 
 + Cách điện bên ngoài: tất cả các phần cách điện của trạm biến áp có tiếp xúc với 
mô trƣờng không khí nhƣ cách điện đỡ, cách điện đầu ra của máy biến áp, máy cắt điện, 
khoảng cách không khí giữa các pha hoặc giữa pha đối với đất của thiết bị điện. 
- Cách điện của trạm biến áp phải chịu đƣợc tác dụng của quá điện áp khí quyển (quá điện 
áp do sét đánh thẳng lên đƣờng dây và truyền vào trạm biến áp có biên độ bằng mức cách 
điện xung kích của đƣờng dây) nên cách điện của trạm phải chọn cao hơn so với của đƣờng 
dây. 
7.3.1 Quá trình quá độ trong cuộn dây máy biến áp 
- Giả thiết có sóng điện áp vuông góc với biên độ U0 tác dụng lên máy biến áp. Khi thời 
gian t = 0 thì điện cảm của cuộn dây không cho dòng điện đi qua nên chỉ có C và K. 
Kĩ thuật cao áp 
 Page 96 
Hình 7.6 Quá trình quá độ trong cuộn dây của máy biến áp 
- Điện tích trên điện dung (K/dx) là: 
2
2
K dU d U dQ
Q .dU K K
dx dx dx dx
- Điện tích trên điện dung (C.dx) là: 
2
2
x x
dQ d U C
dQ C.dx.U C.U .U 0
dx dx K
U(x) Ae Be 
- Xác định hệ số A và B từ giả thiết điều kiện ban đầu: 
 x = 0 thì U(0) = U0 
 x = l thì U(l) = 0 nếu nối đất hoặc I(l) = 0 nếu không nối đất. 
- Nếu máy biến áp có trung tính trực tiếp nối đất thì: 
x x
.l. 1 .l. 1
l l
0 0l l
x
sh l 1
le e
U(x) U . U .
e e sh( l)
Nếu máy biến áp có trung tính không nối đất thì: 
x x
.l. 1 .l. 1
l l
0 0l l
x
ch l 1
le e
U(x) U . U .
e e ch( l)
Trong đó:
cuôndây
cuôndây
CC C.l
l l.
K K / l K
Thông thƣờng: αl = 10÷20 và eαl>> e-αl nên nếu (x/l)<0,8 thì 
nên có thể bỏ qua e-αl và 
Phân bố điện áp ban đầu (t = 0) trong cả máy biến áp có điểm trung tính trực tiếp nối đất và 
điểm trung tính không nối đất là: 
x
.l. 1
l
.x
0 0l
e
U(x) U . U .e
e
Nhƣ vậy tại thời điểm ban đầu thì điện áp phân bố đều dọc theo cách điện máy biến áp: 
C
K
x x
.l. 1 .l. 1
l le e
x
.l. 1
le
Kĩ thuật cao áp 
 Page 97 
Đối với máy biến áp thì những vòng dây đầu chịu điện áp cao hơn cả nên cách điện của 
những vòng dây đầu cần phải đƣợc tăng cƣờng. 
Thời điểm từ t = 0 đến t = ∞ thì là quá trình dao động với tần số (dao động của cuộn dây 
máy biến áp): ωK = ω0÷ω∞. 
Trong đó: 
 + Uδđ(x) là điện áp phân bố dọc theo cuộn dây lúc ổn định 
 + 
là các dao động riêng của cuộn dây. 
Hình 7.7 Phân bố điện áp trên cách điện cuộn dây của máy biến áp 
Tập hợp tất cả các điểm Umax(x) ta có đƣờng bao giá trị cực đại. 
Đối với điểm trung tính trực tiếp nối đất: Umax = (1,6÷1,8)U0 tại x = ???? 
Đối với điểm trung tính không nối đất: Umax = (1,2÷1,3)U0 tại x = 0,2÷0,25. 
7.3.2 Đặc điểm của quá trình quá độ trong máy biến áp ba pha 
- Đối với máy biến áp ba pha có điểm trung tính nối đất thì xét tƣơng tự nhƣ trên (vi trong 
lõi thép từng pha không có từ thông của các pha khác nên quá trình quá độ trong các pha 
không ảnh hƣởng lẫn nhau). 
k k
k 1
U (x).cos( t)

.x
0
dU
Grad(U) .U .e
dx
 0
trungbình
U
Grad(U)
l
0
0max
max
UdU
Grad(U) .U .l.
dx l
đ k k
k 1
U(x, t) U (x) U (x).cos( t)

 
gđ k 0đ bđU (x) U (x) U (x) U (x) 
max 0đ gđ 0đ bđU (x) U (x) U (x) 2U (x) U (x) 
Kĩ thuật cao áp 
 Page 98 
- Nếu điểm trung tính cách đất thì cũng dùng phƣơng pháp trên khi sóng đồng thời xuất 
hiện ở cả bap ha (cùng trị số và dạng sóng). 
1. Xuất hiện ở cả ba pha. 
2. Sóng tác dụng vào hai pha (pha thứ ba đƣợc nối với dây dẫn không có sóng điện áp nên 
điện áp ở đầu cuộn dây buộc phải giữ cân bằng không). 
Hình 7.8 Phân bố điện áp trên cách điện cuộn dây của máy biến áp 3 pha khi sóng tác dụng 
vào 2 pha 
3. Sóng tác dụng vào một pha. 
 Ta xem pha B và pha C là nối đất, pha A có quá điện áp xuất hiện. 
Hình 7.8 Phân bố điện áp trên cách điện cuộn dây của máy biến áp 3 pha khi sóng tác dụng 
vào 1 pha 
7.3.3 Quá trình quá độ trong cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu 
7.3.3.1 Sóng vào đầu cao áp, phía trung áp hở mạch 
Kĩ thuật cao áp 
 Page 99 
Hình 7.9 Quá trình quá độ trong cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu, sóng vào đầu cao áp, 
phía trung áp hở mạch 
7.3.3.2 Sóng vào đầu trung áp, phía cao áp hở mạch 
Hình 7.10 Quá trình quá độ trong cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu, sóng vào đầu trung áp, 
phía cao áp hở mạch 
- Đối với cuộn cao áp: sự phân bố điện áp sẽ là tổng của hai tác dụng: 
 + tác dụng điện: nếu nhìn từ điểm trung áp về phía bên trái thì có thể xét nó nhƣ 
cuộn dây trung tính cách điện. 
 + tác dụng từ: khi trong cuộn dây trung áp có dòng điện, nó sẽ tạo ra từ thông và gây 
nên điện áp trên cuộn cao áp bằng (kU0). 
7.3.4 Kết cấu cách điện trong máy biến áp 
7.3.4.1 Cách điện chính 
- Cách điện giữa cuộn dây cao áp với đất và giữa các cuộn dây có điện áp khác nhau, giữa 
cuộn dây các pha. 
- Cách điện này chịu tác dụng của điện áp U. 
7.3.4.2 Cách điện dọc 
 Cách điện giữa các vòng dây trong cùng một cuộn dây. Cách điện này chịu tác dụng 
của độ dốc gradU. 
7.3.4.3 Vật liệu cách điện 
 Vải, các tông cách điện, gỗ, và dầu biến áp. 
7.3.4.4 Tác dụng của cách điện khác nhau phụ thuộc vào vị trí cách điện 
 - Trƣờng tƣơng đối đồng nhất thì lớp cách điện mỏng (giấy cáp), có nhiệm vụ chủ 
yếu là ngăn cản sự hình thành những cầu dẫn điện trực tiếp có thể đƣợc tạo nên do các bụi, 
vải sợi lẻ, Bản thân các lớp mỏng không làm tăng cƣờng độ cách điện máy và cũng 
không làm biến dạng đƣợc trƣờng nhiều. (Số lƣợng các ống các tông, màn chắn phụ thuộc 
vào điện áp định mức, cụ thể điện áp 110kV dùng 2 ống, điện áp 220kV dùng đến 4 hay 5 
lớp) 
- Trƣờng không đồng nhất thì các lớp cách điện rắn phải dày hơn, làm giảm trƣờng ở xung 
quanh dây dẫn xuống. 
Kĩ thuật cao áp 
 Page 100 
 - Trƣờng rất không đồng nhất: lớp cách điện rắn phải đƣợc đặt ở những chỗ thích 
hợp và làm nhiệm vụ màn chắn. Vì cuộn dây máy biến áp có dạng hình trụ nên những màn 
chắn cũng có dạng hình trụ, vật liệu thƣờng dùng là các tông cách điện hoặc prespan. 
7.3.5 Những biện pháp cải thiện cách điện trong máy biến áp 
7.3.5.1 Làm cân bằng điện áp (đưa sự phân bố ban đầu về gần sự phân bố ổn định) 
a. Đặt vòng điều chỉnh 
Có tác dụng làm giảm gradU của những vòng dây đầu vì làm giảm điện dung giữa dây dẫn 
và đất ( giảm). 
Vòng điều chỉnh đƣợc làm bằng đồng hoặc nhôm đặt giữa lõi dây và đĩa sắt. 
Làm giảm sự phân bố điện áp không đều giữa các vòng dây. Màn điều chỉnh tạo nên điện 
dung phụ giữa các vòng dây đầu và vòng dây sau để tạo ra dòng điện cân bằng với dòng 
điện qua điện dung C dẫn đến tạo dòng điện qua các điện dung K là bằng nhau và phân bố 
điện áp ban đầu đã đạt đƣợc dạng đƣờng thẳng xiên góc. 
c. Dùng tấm điều chỉnh 
Tạo ra các điện dung phụ K1, K2, , Kn để sao cho dòng điện đi qua điện dung C sẽ là hiệu 
số dòng điện qua các điện dung Kk và Kk+1 nghĩa là dòng điện đi qua các điện dung K 
không đổi dọc theo suốt chiều dài cuộn dây và nhƣ vậy điện áp sẽ đƣợc phân bố đều. 
Với: Kk = Kk+1 + (n-k).C 
Kk = Kk+2 + (n-k-1).C + (n-k).C 
Vậy: 
c. Dùng tấm điều chỉnh 
Hay: 
Hay: 
k k 1C K K
I I I
k
(n k)(n k 1)C
K
2
C
K
k n 1 nC C k k
I I I I
0 0
k
U U
.(n k).C .k.C
n n
 kk
Cn k l x l
C .C 1
n C x x
xK (l x)(l x 1)
C 2
0 0
k k 1
U U
(n k)C (K K )
n n
xK (l x)(l x 1)
C 2
Kĩ thuật cao áp 
 Page 101 
Hình 7.11 Cải thiện phân bố cách điện trong cuộn dây máy biến áp 
7.3.5.2 Quấn dây thành từng lớp và từng đĩa 
 - Sản xuất tiện lợi, dễ sửa chữa. 
 - Giảm điện dung C của nhiều vòng ngoài đối với gông từ do đó làm giảm trị số α. 
7.3.5.3 Đưa đầu cao áp vào giữa cuộn dây 
 - Dễ cách điện hơn. 
 - Trƣờng bên trong đồng nhất hơn. 
7.3.6 Đặc tính điện và thí nghiệm cách điện của máy biến áp 
7.3.6.1 Đặc tính điện 
- Điện trên cách điện dọc của máy biến áp phụ thuộc rất nhiều vào độ dốc đầu sóng (tốc độ 
tăng của điện áp). Điện áp lớn nhất trên cách điện dọc xảy ra không phải với sóng tiêu 
chuẩn mà là khi có sóng sắt do các phóng điện trên cách điện đƣờng dây ở gần trạm. 
- Đặc tính V-S thƣờng làm cho trƣờng trong máy biến áp phân bố đều, để giảm nhẹ cho 
cách điện nên đặc tính V-S phẳng ngang nên phải dùng thiết bị bảo vệ có V-S phẳng. 
U50% là trị số điện áp phóng điện giới hạn. 
7.3.6.2 Thử nghiệm cách điện của máy biến áp 
 - Thử nghiệm với điện áp xung kích 
 + dùng dạng sóng chuẩn: ±1,5/40 (μs/μs) 
 + dùng dạng toàn sóng 
 + dạng sóng cắt để tạo độ dốc lớn. 
 - Thử nghiệm bằng điện áp tần số công nghiệp 
 + tăng dầu máy biến áp lên đến trị số UTN để chịu đựng trong 1 phút. 
 + trị số UTN tuy phụ thuộc từng cấp điện áp. 
 + máy biến áp chịu đƣợc thí nghiệm nếu nó không phóng điện hoàn toàn. 
Kĩ thuật cao áp 
 Page 102 
7.4 Cách điện của máy điện 
7.4.1 Yêu cầu chung 
- Cách điện của máy điện chủ yếu ở phần stator: 
 + cách điện giữa các thanh dẫn song song trong cùng vòng dây của máy điện công 
suất lớn 
 + cách điện giữa các vòng dây trong cùng bối dây 
 + cách điện giữa các bối dây các pha khác nhau trong cùng rãnh stator. 
 + cách điện của bối dây đối với lõi thép stator (vỏ) là cách điện chủ yếu. 
- Trong vận hành, cách điện của máy điện chịu tác dụng của chấn động cơ giới do đó cần có 
kết cấu chắc chắn và độ bền cơ giới cao. 
 Máy phát điện đồng bộ và động cơ điện: 0,3÷10,5kV thì vật liệu cách điện cấp B và 
nhiệt độ nhỏ hơn 1300C. 
7.4.2 Kết cấu cách điện của máy điện 
- Độ dày của lớp cách điện đƣợc chọn theo điện áp tác dụng lên cách điện của máy điện. 
- Cách điện của thanh dẫn và vòng dây đƣợc thực hiện bằng các băng mica cuốn liên tục 
(dày 0,08÷0,17mm và rộng 12÷35mm). Sau từng đợt cuốn cách điện thì lại cho sấy khô và 
tẩm sơn sau đó lại cuốn tiếp tục, các lần sấy về sau đƣợc tiến hành trong chân không để khử 
hơi ẩm và bọt khí trong mica và giấy  còn quá trình tẩm sơn thì tiến hành ở 150
0
C và 
7÷8atm. 
(a)- Độ dày cách điện phần trong rãnh mỏng hơn so với phần bên ngoài rãnh do trên phần 
thẳng cách điện đƣợc quấn cặt và sau đó đƣợc ép. Bên ngoài cách điện có quấn lớp băng sắt 
– amiăng hoặc băng vải sợi thủy tinh có tẩm sơn bán dẫn với mục đích giảm gradient điện 
áp giữa bề mặt cách điện với vách rãnh và bảo vệ chống các va chạm cơ giới. 
(b)- Dùng băng thủy tinh (vải sợi thủy tinh) tẩm nhựa epocxyt nhƣ loại máy phát điện áp 
11kV. 
 (a-b) có độ bền cơ giới tốt nhƣng không chịu đƣợc tác dụng của vầng quang. 
- Dùng băng thủy tinh dán bằng ecapon cho các loại máy điện 3,3 và 6,6kV. 
- Dùng loại cách điện bằng giấy mica tẩm nhựa nhiệt cứng (sau khi quấn, giấy mica sẽ đặt 
trong tủ nhiệt chân không để khủ bọt khí và hơi ẩm rồi tiến hành tẩm nhựa nhiệt cứng lấp 
kín các lỗ xốp của cách điện và cuối cùng đƣa vào máy ép trong lò nung để nhựa chuyển 
sang trạng thái rắn). hệ số giãn nở nhiệt bé nên cách điện không bị biến dạng do nhiệt. 
- Máy điện dùng nhựa silic hữu cơ có các đặc tính nhiệt, điện, cơ rất tốt nhƣng vì quá đắt 
nên chỉ dùng chế tạo động cơ làm việc ở các môi trƣờng xấu. 
Kĩ thuật cao áp 
 Page 103 
- Tầm quan trọng rất lớn đối với cách điện của máy điện là biện pháp khử vầng quang trong 
máy điện cao áp (U 6,6kV) vì vầng quang sẽ tạo nên oxy azốt và khi có hơi ẩm sẽ trở 
thành axit ăn mòn vật liệu cách điện và các bộ phận kim loại. 
Nhƣ vậy, để khử các tác dụng của vầng quang thì nên dùng hệ thống thông gió hoặc dùng 
môi trƣờng làm mát bằng hydrogen hay không khí. 
 + Bên trong rãnh stator ngƣời ta dùng lớp vật liệu cách điện hoặc bán dẫn điện bọc 
ngoài lớp cách điện của bối dây để triệt tiêu các gradient điện áp lớn xuất hiện trong các khe 
hở khí giữa cách điện và các rãnh stator. 
 + Ở đầu rãnh, chỗ đi ra của dây dẫn là nơi điện trƣờng lớn nhất và có khả năng phát 
sinh vầng quang. Có thể giảm cƣờng độ trƣờng bằng cách kéo dài lớp bọc nói trên ra ngoài 
phạm vi của rãnh. 
Hình 7.12 Kết cấu cách điện của máy điện 
Trong đó: 
+ C0 là điện dung của từng phần tử cách điện 
+ C2<<C1 có phân bố áp theo C1 và C0. 
+ C1 là điện dung của thanh dẫn và vỏ 
+ C2 là điện dung của stator và vỏ. 
- Để làm cho sự phân bố của điện áp U và điện trƣờng E đều hơn, ngƣời ta quét sơn lên bề 
mặt thanh dẫn (lớp sơn này tạo ra lớp điện trở R nối song song với C0 và nếu R<<(1/ωC0) 
thì nối tắt C0 và làm cho C0 không còn tác dụng nữa. Lúc đó phân bố điện áp theo C1 và R 
đều hơn (theo đƣờng 2). 
Nếu ta chỉ bọc sơn đến điểm M thì cƣờng độ trƣờng sẽ tăng nhảy vọt (đƣờng 3). 
Nếu dùng lớp sơn có R thay đổi và đến điểm M phù hợp thì ta có phân bố đều hơn (đƣờng 4 
tiến gần đến đƣờng thẳng hơn). 
7.4.3 Quá trình quá độ trong cuộn dây máy điện 
- Quá trình quá độ trong cuộn dây của máy điện không có tác dụng quyết định đối với việc 
chọn kết cấu cách điện nhƣng cần nghiên cứu để tiến hành các thí nghiệm xung kích và bảo 
vệ chống quá điện áp khí quyển cho máy điện. 
- Các bối dây trong cuộn dây cùng pha đƣợc đặt trong các rãnh khác nhau nên sự liên hệ 
chặt chẽ về điện và từ giữa chúng hầu nhƣ không có do đó sóng không bị biến dạng nhiều 
Kĩ thuật cao áp 
 Page 104 
khi truyền dọc theo cuộn dây và có thể xem gần giống với truyền sóng trên đƣờng dây và có 
chiều dài giới hạn. 
- Nhƣ vậy tính chất sóng của cuộn dây máy điện đƣợc đặc trƣng bởi các tham số tƣơng tự 
nhƣ đƣờng dây: tổng trở sóng Z, tốc độ truyền sóng υ và hệ số tắt dần α. 
+ Tổng trở sóng: 
 >khi công suất tăng thì tiết diện S tăng nên điện cảm L giảm, điện dung C 
tăng dẫn đến tổng trở Z giảm xuống. 
 >khi điện áp Uđm tăng thì độ dày cách điện tăng nên điện dung C giảm và 
tổng trở Z tăng. 
+ Vận tốc truyền sóng: 
Trong đó: εr>>εk và μr>>μk nên ta có: v<<c (thông thƣờng v = 15÷80m/μs). Máy phát điện 
có công suất càng lớn thì thể tích của vật liệu dẫn từ càng lớn và tốc độ truyền sóng càng 
giảm. 
 + Hệ số tắt dần α trong cuộn dây máy phát điện thƣờng dựa vào thực nghiệm: 
α=0,02μ.s
-1
. 
- Do tốc độ truyền sóng benen có thể phát sinh quá điện áp lớn trên cách điện giữa các vòng 
dây. Nếu vòng dây dài l, sóng có độ dốc a và tốc độ truyền sóng v thì điện áp tác dụng lên 
cách điện giữa các vòng dây là: 
ΔU = a.Δt = a.(l/v) 
Để giảm độ dốc sóng tới mức an toàn cần thiết (khoảng 10kV/μs) thì: 
Dùng chống sét van: 
7.4.4 Thí nghiệm cách điện của máy điện 
- Cách điện của cuộn dây phải đƣợc thí nghiệm với điện áp tăng cao 
 - Điểm trung tính của máy điện đƣợc đặt cách điện đối với đất (hoặc nối đất qua 
điện cảm lớn). 
 - Tiến hành ở các thời điểm: 
 + trƣớc khi đặt bối dây vào rãnh 
 + sau khi đặt các rãnh nhƣng trƣớc khi nối chúng lại với nhau 
 + sau khi nối hán và nêm chặt rãnh 
 + trƣớc khi xuất xƣởng (thời gian tác dụng của điện áp thí nghiệm 
khoảng 1 phút đến 1 phút 15 giây). 
cf
cf
U .v
a
l
L
Z
C
ánhsáng
r r r r
v1 c
v
LC . .
   