Bài giảng Kỹ thuật cao áp: Chương 5 - TS. Nguyễn Văn Dũng

Chia sẻ: Minh Tuyết | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(BQ) (BQ) Bài giảng "Kỹ thuật cao áp - Chương 5: Phóng điện trong chân không" cung cấp cho người học các kiến thức: Giới thiệu, phân loại chân không, đặc tính phóng điện trong chân không, nguyên lý phóng điện trong chân không. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật cao áp: Chương 5 - TS. Nguyễn Văn Dũng

CHƯƠNG V: PHÓNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHÔNG 1. Giới thiệu 2. Phân loại chân không 3. Đặc tính phóng điện trong chân không 4. Nguyên lý phóng điện trong chân không TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
1. Giới thiệu  Theo lý thuyết Townsend/streamer, phóng điện xảy ra khi tồn tại chất khí giữa hai bản cực và chất khí bị ion hóa  Chân không không tồn tại các chất khí  không dẫn điện và không bị phóng điện  chất cách điện lý tưởng  Thực tế, sự hiện diện của các điện cực kim loại là nguồn gốc gây ra phóng điện trong chân không nhưng ở điện áp rất cao  Chân không được sử dụng làm cách điện cho máy cắt, rơle, khởi động từ…  Máy cắt chân không cấp trung thế dần thay thế máy cắt dầu, máy cắt SF6 và các loại máy cắt khác TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
Máy cắt chân không chiếm ưu thế ở cấp trung thế TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
Kết cấu của máy cắt chân không (7,2-36 kV)-Siemens Chân không TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
2. Phân loại chân không  Chân không cao: 10-3-10-6 Torr 1 torr = 1 mmHg  Chân không siêu cao: 10-6-10-8 Torr = 1mbar  Chân không cực cao: < 10-9 Torr Cách điện chân không có áp suất 10-3-10-6 Torr TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
3. Đặc tính phóng điện trong chân không  Phụ thuộc vào trạng thái bề mặt của điện cực kim loại  Phụ thuộc vào kim loại làm điện cực  Phụ thuộc vào độ tinh khiết của kim loại vào điện cực  Phụ thuộc vào độ chân không nhưng khi áp suất nhỏ hơn 1 bar, điện áp phóng điện không phụ thuộc vào độ chân không  Áp suất khoảng 1 bar, quảng đường tự do trung bình giữa hai lần va chạm  = 50 mm  không tồn tại phóng điện thác hoặc dòng điện tử TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
a. Sự phát xạ điện tử từ cực âm – Schottky effect Điện trường cao  Trong môi trường chân không, điện tử phát xạ từ cực âm khi điện trường tác dụng đủ lớn  Bán kính mũi nhọn (cực âm) khoảng vài nm  Phát xạ điện tử có thể xảy ra ở nhiệt độ phòng TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
 Giản đồ năng lượng của mặt tiếp xúc kim loại -chân không EF: mức năng lượng Fermi f Chân EF không EC: năng lượng vùng dẫn Ec Kim loại f: công thoát kim loại  Để tách điện tử từ kim loại, cần phải cung cấp cho điện tử năng lượng lớn hơn giá trị EF +f (nhiệt năng hoặc năng lượng điện trường)  Khi năng lượng cung cấp cho điện tử từ điện trường  hiệu ứng Schottky TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
 Thế năng của điện tử tại vị trí cách bề mặt kim loại đoạn x q2 PE ( x)  EF  f    Tổng thế năng của điện tử 16 o x q2  Thế năng của điện tử do tác PEt ( x)  EF  f    qEx 16 o x động của điện trường PEa ( x)  qEx Dưới tác động của EF điện trường thế năng giảm một lượng f = (f - feff) TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
 Mật độ dòng điện do hiệu ứng Schottky  J  BeT exp  2  f   s E 1/ 2     kT  s: hệ số Schottky Be: hằng số phát xạ TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
 Ví dụ: Ống chân không chứa 2 điện cực cách nhau 1 mm. Điện áp đặt lên hệ thống điện cực là 4 kV. Công thoát kim loại của cực âm là 2,6 eV. Tính dòng điện theo lý thuyết? Với các thông số như sau: s = 3,7910-5 (eV/(V/m)1/2) Diện tích bề mặt điện cực: A = 2,5 10-4 m2 Be= 3 104 Am-2K-2 (điện cực Tungsten phủ Thorium) T = 300 K Bài giải Điện trường tại cực âm 4.103 E  3  4.10 6V / m 10 TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
J  BeT exp  2   f   sE 1/ 2     kT   3 10 4  300 2 exp    2 ,6  1,6 .10 19  3, 79  10 5  23  1,6.10 19  4  10 6   1,38  10  300   1,12 10 34 A / m 2  I  JA  1,12.10 24  2,5.10 4  2,3.10 28 A TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
b. Sự phát xạ điện tử từ cực âm - Tunnelling effect  Khi điện trường lớn hơn 109 V/m  rào cản thế càng giảm thấp và bề rộng rào cản thế năng càng hẹp  điện tử có cơ hội “chui” ngang rào cản  Mật độ dòng điện  Ec  J  qnvx exp    E 22m f  f 1/ 2 Ec  e eff qh n: mật độ điện tử vx: vận tốc điện tử TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
4. Nguyên lý phóng điện trong chân không  Theo lý thuyết Townsend, phóng điện trong chất khí là do sự hình thành các thác điện tử  Chân không không tồn tại các chất khí, phóng điện trong chân không không hoàn toàn tuân theo lý thuyết Townsend  Các nguyên lý phóng điện trong chân không - Nguyên lý trao đổi hạt - Lý thuyết phát xạ điện tử - Lý thuyết đám TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
* Nguyên lý trao đổi hạt  Bề mặt điện cực nhẵn, trơn  Điện trường rất cao (>107- 108 V/m)  01 điện tử bị tách khỏi cực âm (do hiệu ứng schottky hay tunnelling) - gia tốc về phía cực dương - va đập vào cực dương - giải phóng A ion dương và C photon  Mỗi ion dương va đập vào Điều kiện xảy ra phóng điện cực âm giải phóng B điện tử AB  CD  1  Mỗi photon được hấp thụ tại cực âm sinh ra D điện tử TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
* Lý thuyết phát xạ điện tử  Bề mặt điện cực không nhẵn chứa các nhấp nhô - Nguyên lý cực dương nóng  Điện trường cao (107-108 V/m)  Các điện tử dễ dàng bị tách khỏi các nhấp nhô trên bề mặt cực âm - gia tốc về phía cực dương - va đập vào cực dương - đốt nóng cực dương giải phóng các chất khí và hơi kim loại  Ion hóa do va chạm sẽ xảy ra  Phóng điện có thể xảy ra theo lý thuyết Townsend TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
- Nguyên lý cực âm nóng  Bề mặt điện cực không nhẵn chứa các nhấp nhô  Điện trường cao (107-108 V/m)  Các điện tử dễ dàng bị tách khỏi các nhấp nhô trên bề mặt cực âm  Xuất hiện dòng điện  Mật độ dòng điện lớn do tiết diện đỉnh nhấp nhô rất nhỏ  Đun chảy các đỉnh nhấp nhô giải phóng các chất khí và hơi kim loại  Ion hóa do va chạm xảy ra  Phóng điện có thể xảy ra theo lý thuyết Townsend TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
 Tồn tại các “cục” tạp chất trên bề mặt * Lý thuyết đám điện cực  Dưới tác động của điện áp, các cục tạp chất trở nên nhiễm điện và tách khỏi cực âm do lực hút tĩnh điện  Các cục tạp chất gia tốc và va chạm vào cực dương  tạo các chất khí và hơi kim loại  Phóng điện có thể xảy ra theo lý thuyết Townsend TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
 Điện áp phóng điện: V  Cd C: hệ số phụ thuộc vào khoảng cách điện cực, tình trạng bề điện cực và vật liệu làm điện cực (V2/cm) d: khoảng cách điện cực (cm) TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
5. Điện áp phóng điện phụ thuộc vào áp suất TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.