Điện - Chương 1: Phóng điện vầng quang

Nội dung text: Điện - Chương 1: Phóng điện vầng quang

1. Chương 1: Phóng điện vầng quang I)Khái niệm chung: Là dạng phóng điện tự duy trì, nó đặc trưng cho hiện tượng phóng điện trong trường không đều. Quá trình phóng điện không kéo dài trên toàn bộ khoảng cực mà chỉ xảy ra ở lân cận điện cực có bán kính bé. Gây ra dòng điện vầng quang (tính chất giống dòng rò) Tổn thất vầng quang Điện trường trên bề mặt dây dẫn có bán kính r0: U E = f = E dd 2h vq r0 ln r0 Ví dụ đối với các đường dây siêu cao áp có Uđm từ 400 kV trở lên gây ra tổn thất vầng quang lên đến 19 kW/ 1km.
2. Chương 1: Phóng điện vầng quang II) Phóng điện vầng quang trên đường dây cao áp 1 chiều Các đặc điểm: 1. Cường độ điện trường phát sinh vầng quang Evq được xác định theo công thức thực nghiệm sau: N Evq = M (1+ ) r0 Trong đó: r0 - bán kính dây dẫn M, N - hệ số thực nghiệm δ - mật độ tương đối của không khí, δ = 0.386 P T Thực nghiệm trên tụ điện hình trụ người ta xác định được: M=31; N=0,308; và R U vq = Evq .r0.ln r0
3. Chương 1: Phóng điện vầng quang Dòng điện vầng quang được xác định theo biểu thức: Ivq = 2 R.1.k.E trong đó: k là độ dịch chuyển của điện tích v = kE là tốc độ di chuyển của điện tích 8 k Hoặc: I = U (U −U ) vq R vq R2 ln r0 Đây là quan hệ Volt-Ampe của vầng quang trên các đường dây tải điện cao âp.
4. Chương 1: Phóng điện vầng quang III) Phóng điện vầng quang trên đường dây cao áp xoay chiều Khi nghiên cứu đường dây cao áp xoay chiều 3 pha thì trước hết cần phải xét đến các điện tích khối của các pha có ảnh hưởng đến nhau hay không? Vì cực tính của các dây dẫn biến đổi trong từng nửa chu kỳ nên điện tích khối của mỗi pha chỉ bị đẩy ra xa khỏi dây dẫn một đoạn đường nào đó trong nửa chu kỳ đầu, còn trong nửa chu kỳ sau nó lại bị kéo về phía dây dẫn. Cần tìm cách tính đoạn mà các điện tích khối di chuyển ra xa dây dẫn Giả thiết: 1. Cường độ trường trên mặt dây dẫn trong toàn bộ thời gian của nửa chu kỳ là không đổi và bằng Evq 2. Cường độ trường E tại một điểm ở ngoài không gian cách xa trục dây dẫn một đoạn r thỏa điều kiện: E.r=Edd.r0=Const
5. Chương 1: Phóng điện vầng quang Tốc độ dịch chuyển điện tích tỉ lệ với điện trường v=kE: Thứ nguyên của k là m2/V.s Mà ta có v=dr/dt, với r là quãng đường dịch chuyển của điện tích. Do đó dr E r v = = k.E = k dd 0 dt r Lấy tích phân 2 vế trong nửa chu kỳ, ta có: T 2 1 rmax dt = rdr kE r 0 dd 0 r0 Với rmax là đoạn đường lớn nhất mà khối điện tích di chuyển được. Tính tích phân ta được: rmax = kTEddr0
6. Chương 1: Phóng điện vầng quang 2 Ví dụ: Nếu Evq=36kV/cm; r0=1,25cm; T=0,02s; k=1,8cm /Vs ta tính được đường đi xa nhất của điện tích khối rmax=40cm Trong khi đó khoảng cách pha-pha của đường dây 110kV là 3-4m, của đường dây 220kV là 7m. Từ đó cho thấy rằng rmax bé hơn rất nhiều so với khoảng cách giữa các dây dẫn và có thể xem điện tích khối của mỗi pha là độc lập với nhau. Do đó có thể nghiên cứu vầng quang trên đường dây xoay chiều 3 pha bằng cách nghiên cứu từng pha độc lập. Từ đó suy ra tổn hao vầng quang trên toàn đường dây bằng cách lấy tổn hao vầng quang của 1 pha nhân 3 lần lên.
7. Chương 1: Phóng điện vầng quang Công thức thực nghiệm quen thuộc của Pick được dùng để tính toán tổn hao vầng quang là 241 r P = ( f + 25) 0 (U −U )2.10−5  s 0 trong đó: δ là mật độ tương đối của không khí s là khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn U là trị số hiệu dụng của điện áp pha U0 là trị số điện áp phát sinh vầng quang, được xác định bởi công thức: s U 0 = 21,2r0m1m2 ln r0 với m1 là hệ số bóng của bề mặt dây dẫn và m2 là hệ số khí hậu
8. Chương 1: Phóng điện vầng quang IV) Biện pháp giảm tổn thất vầng quang Biện pháp chủ yếu để giảm tổn thất vầng quang là giảm cường độ trường trên bề mặt dây dẫn (Edd). Nếu Edd <28 kV/cm thì không phát sinh vầng quang. Đường dây bán kính ro đặt cách đất 1 đoạn là h thì cường độ điện trường trên bề mặt dây dẫn là: ro U E = pha dd 2h ro ln ro h Để giảm Edd thì cần phải tăng r0 đất
9. 2 Uđm =110 kV: F 70mm 2 Uđm =220 kV: F 240mm Tăng ro : - Dùng dây dẫn rỗng (nhưng có độ bền kém) - Dùng dây lõi thép AC Việc tăng bán kính dây dẫn là có giới hạn bởi vì : Khi bước qua lĩnh vực siêu cao áp (U>330kV) thì nếu tăng bán kính để thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang thì dây dẫn sẽ rất lớn (bán kính dây có thể lên đến 50mm) gây nhiều khó khăn cho thi công, lắp ráp và không kinh tế và khi đó đường dây sẽ dư để tải một lượng công suất nhất định. Do đó người ta phân pha dây dẫn s - Số lượng dây phân pha : n + - - Khoảng cách giữa các dây phân pha : D D Xét đường dây 2 pha mỗi pha 2 dây phân nhỏ + -
10. s - Khoảng cách giữa 2 dây phân pha D. + - - Khoảng cách giữa 2 pha là s D Xuất phát từ hệ phương trình Maxwell nói lên sự liên quan + giữa điện áp và điện tích : * Với 2 dây: U pha = q( 11 + 12) 1 s : Hệ số thế riêng = ln 11 11 2  ro 1 s 12 :Hệ số thế tương hỗ = ln 12 2  D
11. q s s 2q s U pha = (ln + ln ) = ln 2  ro D 2  rtd (rtd = ro D) * Trong trường hợp 1 pha phân nhỏ thành n dây: nq s - U pha = ln 2  rtd n (rtd = ro D1D2 Dn−1 )
12. Thông thường, người ta xác định điện áp trước khi thiết kế hệ thống đường dây truyền tải tùy theo công suất yêu cầu: Công thức kinh nghiệm để xác định điện áp truyền tải công suất: (Công thức Still) U = 4,34 1+16P (KV) Nếu dây dẫn có điện áp Upha thì trên dây dẫn có điện tích: 2 .U 2 .U pha q = pha q = s s 2ln nln r rtd td (2 dây) (n dây)
13. Tương ứng điện trường E trên mỗi dây dẫn phân nhỏ gồm có 2 thành phần: - Do chính điện tích q của bản thân nó gây ra q U E = = pha 1 s 2 .ro 2ro ln rtd - Do điện tích q trên dây phân nhỏ lân cận gây ra q q.ro ro E = = = E1. 2 .D 2 .ro.D D
14. * Trường hợp 1 pha phân thành 2 dây: Điện trường Emax trên dây phân nhỏ: r E = E + 2 E = E + 2E 0 max 1 1 1 D * Trong trường hợp 1 pha phân thành n dây: Điện trường Emax trên dây phân nhỏ là: Emax = E1 + 2(n −1) E r = E + 2(n −1)E 0 = f (n, D) 1 1 D
15. Thông thường người ta chọn n cố định, tức là chọn: n = 2, 3, 4, 5, do đó ta có điện trường là hàm số của khoảng cách D: E = f(1/D) Bài toán sẽ trở thành: Tìm giá trị D để điện trường đạt giá trị bé nhất. Khi đó, tổn thất do vầng quang sẽ bé nhất. Điều đó đạt được khi hàm E = f(1/D) đạt cực tiểu. Nghĩa là: dE = 0 dD Ta xác định được khoảng cách D tối ưu
16. * Ưu điểm của việc dùng dây phân pha: -Tăng được bán kính dây dẫn (rdd) và do đó giảm được tổn thất vầng quang. -Làm giảm điện cảm của đường dây, vì thế tăng được khả năng truyền tải công suất của đường dây và giảm tổn thất công suất trên đường dây truyền tải. U .U S 2 P = 1 2 S = (R + jX) tn X U 2 * Nhược điểm của nó là làm cho điện dung của đường dây tăng lên rất lớn, do đó công suất phản kháng do đường dây sinh ra cung cấp cho hệ thống lớn nên gây ra quá điện áp