Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp: Chương 2 - Phóng điện xung kích
lượt xem 90
download
Hiện tượng phóng điện xảy ra khi hiệu điện thế giữa 2 điểm lớn vượt quá ngưỡng cách điện của môi trường. Với không khí khô, cường độ điện trường tới hạn của sự phóng điện khoảng 3 000 000 V/m. Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp: Chương 2 - Phóng điện xung kích trình bày về máy phát điện áp xung kích, thiết bị tạo điện áp xung, máy phát xung điện áp, thời gian phóng điện, phóng điện xung kích.
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp: Chương 2 - Phóng điện xung kích
- BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP CHƯƠNG 2 : CH PHÓNG Đ ĐIỆN XUNG KÍCH 2.1 Máy phát điện áp xung kích iện 2.2. Thiết bị tạo điện áp xung iện 2.3. Máy phát xung điện áp 2.4. Thời gian phóng điện 2.4. Phóng điện xung kích iện 3/31/2014 Page 1
- 2.1 MÁY PHÁT ĐIỆN ÁP XUNG KÍCH (MÁY PHÁT XUNG) Nếu chúng ta đặt lên một mẫu vật liệu cách điện một điện áp tăng dần, chẳng có loại vật liệu nào có thể iện chịu tác dụng được một điện áp tăng mãi. Bắt đầu từ một giá trị điện áp nào đó, cách điện bị phá huỷ với ầu việc hình thành một kênh dẫn xuyên suốt khối điện môi. Cơ chế phóng điện điện môi rất là phức tạp, điện iện áp phóng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đ có dạng điện áp, thới gian đặt điện áp. đó Điện áp tác dụng trong cách điện có thể chia thành điện áp xoay chiều tần số công nghiệp quá đ áp thao tác điện quá đ áp khí quyển điện Loại điện áp này xuất hiện do quá điện áp khí quyển gây nên bởi các phóng điện sét và có dạng sóng xung kích : điện áp tăng nhanh đến giá trị cực đ (phần đầu sóng) sau đó giảm dần đến trị số không (phần đại đuôi sóng). Đối với điện áp tần số công nghiệp không có vấn đề khó khăn gì khi mô phỏng. Người ta dùng các máy biến áp thí nghiệm tăng áp hoặc một số máy biến áp nối cấp (cascade). Quá điện áp xung kích khó mô phóng hơn vì khó có thể xác định được một dạng sóng mẫu, mà chỉ có thể chỉ ra rằng sóng quá điện áp khí quyển đạt giá trị biên độ trong khoảng thời gian từ hàng chục microco giây đến hàng trăm mili giây. Để thí nghiệm các cách điện bằng điện áp xung kích, người ta sử dụng các máy phát xung điện áp cho phép tạo ra điện áp cao có dạng thay đổi được 3/31/2014 Page 2
- Điện áp xung chuẩn Trong các phòng thí nghiệm cao áp, quá điện áp được mô tả u(t) bởi các xung điện áp dưới dạng hai hàm mũ U cr Ucr t t u (t ) e q e f Tcr Tcr 0.5U cr e q e f • (Ucr biên độ của sóng quá điện áp đạt tới ở cuối thời gian Tcr T30 T90 Tcr T2 t •q hằng số thời gian đuôi sóng ; f thời gian đầu sóng). Do phần đầu của sóng tăng rất chậm và không có ý nghĩa quan trọng đến quá trình phóng điện nên nó được thay thế bằng đầu sóng nghiêng đẳng trị bởi một đường xiên góc qua các điểm có tung độ 0,3Umax và 0,9Umax. Giao điểm của đường xiên này với trục hoành và đường nằm ngang qua đỉnh cho độ dài đầu sóng và ký hiệu bằng tđs. Độ dài sóng ts tính tới khi điện áp giảm xuống còn 50% trị số biên độ. Quy định này xuất phát từ kết quả thực nghiệm là khi biên độ điện áp giảm chỉ còn một nửa trị số biên độ sẽ không còn khả năng phóng điện do đó không cần chú ý đến Sóng sét thường rất khác nhau về biên độ và hình dạng. Trị số điện áp phóng điện xung kích còn phụ thuộc vào dạng sóng cho nên khi dùng điện áp xung kích để thí nghiệm cách điện cần tiến hành theo một dạng sóng thống nhất. 3/31/2014 Page 3
- Xung sét (lightning impulse) Sóng xung kích tiêu chuẩn có độ dài phần đầu sóng [CEI Publication 60] T1=1,2ms ±30% và độ dài ầu sóng (khi điện áp giảm còn một nửa trị số biên độ) T2=50ms±20%. ộ) Dạng sóng này được quy ước viết như sau 1,2 /50 s. Thời gian đấu sóng (thời gian tăng đến giá trị đỉnh) T1=1,20,36 s. ến Thời gian của đuôi (thời gian giảm đến giá trị nửa biên độ) T2=5010 s. ến O1 : gốc toạ độ quy ước. 3/31/2014 Page 4
- U(t) 1 0,9 0,5 0,3 c a b d e O1 gốc ảo Thời gian đầu sóng T1=(O1 – c) Thời gian thõn sóng T2=(O1 – e) 1,67(a-b) 3/31/2014 Page 5
- Xung quá điện áp thao tác (switching impulse) u(t) U Về quá điện áp thao tác, chúng có thể được thể hiện bởi cr xung chuẩn hoá 250/2500s [CEI Publication 60] ] 0.5U cr T T t cr h Xung quá điện áp thao tác 250/2500 s. iện Thời gian đấu sóng (thời gian tăng đến giá trị đỉnh) Tcr=25050 s. ấu t Thời gian của đuôi (thời gian giẩm đến giá trị nửa biên độ) Th=25001500 s. uôi Trong thực tế khi sóng sét lan truyền trên đư đường dây, có thể gây phóng điện trên cách điện của đường dây nên dạng xung điện áp còn có thể là các xung cắt u(t) u(t) 1 1 0.9 B 0.9 B 0.7 C C 0.7 0.5 0.3 A 0.3 A D 0.1 D 0.1 0 01 0 01 Tc t Tc t 3/31/2014 Page 6
- 2.2. Thiết bị tạo điện áp xung Nguyên lý hoạt động của thiết bị tạo nguồn điện áp xung Nguyên lý làm việc của thiết bị tạo điện áp xung trong các phòng thí nghiệm cao áp (Máy phát điện áp xung -GIN) các tụ điện cao áp được tích điện song song (nguồn cấp là MBA nối với lưới điện) cho tụ điện phóng điện nối tiếp mạch giao động cộng hưởng L-C mạch trễ gồm các module L, C tập trung nối hình hoặc T bằng các sợi cáp. 3/31/2014 Page 7
- U Uo C R U t U R Uo C C U U t R Uo C ? C U t 3/31/2014 Page 8
- Tồn tại một số sơ đồ máy phát xung khác nhau. nhau để tạo điện áp xung có độ dốc ban đầu rất lớn người ta chỉ sử dụng một cấp điện áp ầu để tạo điện áp lớn có dạng sóng tiêu chuẩn thường sử dụng sơ đồ nhiều cấp. ứng dụng của thiết bị tạo nguồn điện áp xung Các thiết bị tạo xung được sử dụng trong các lĩnh vực sau : thí nghiệm cách điện bằng đ áp xung kích điện đánh lửa mỏ đốt dùng khí hoặc than nghiền các ống phóng điện (flash có công suất lớn) hàn xung ăn mòn do điện laser phóng điện máy phát plasma 3/31/2014 Page 9
- 2.3. MÁY PHÁT XUNG ĐIỆN ÁP Máy phát điện áp xung Máy phát xung nhiều cấp Marx, mang tên người phát minh ra nó Erwin Marx (1893-1980), hoạt động theo nguyên lý của một hệ thống các tụ điện cao áp khi nạp điện song song nhưng khi phóng điện lại nối tiếp. Máy phát xung điện áp một tầng điện dung - điện trở Sơ đồ máy phát xung một tầng gồm một máy biến áp, bộ chỉnh lưu cao áp, các tụ điện và điện trở. Redresseur Rr Rs1 Rs2 Cg là tụ xung, Rp là điện trở song song, Up Us Cg Ug Rp Cc Uc Rs1 là các điện trở nối tiếp đầu nguồn, Rs2 là điện trở nối tiếp cuối nguồn, Cc là điện dung của đối tượng thí nghiệm. Máy phát xung này hoạt động như sau trong khoảng thời gian đầu tiên (t
- Phương trình mạch và dạng điện áp tính điện áp xung kích uc(t) theo mạch điện với các tham số và điện áp chỉnh lưu một chiều ở thời điểm phóng điện Ug0. Giả thiết trong giai đoạn phóng điện chúng ta có thể bỏ qua dòng điện nạp oạn của nguồn cao áp chỉnh lưu một chiều. ig Redresseur Rr Rs1 Rs2 ip Up Us Cg Ug Rp Cc Uc Các phương trình Kirchoff ở các nút có dạng 1 1 u g Rs1ig Rs 2ic uc ug ig dt ; uc ic dt Cg Cc 1 Rs 2ic uc R i u u g Rs1 uc Rs 2 ic ic Rs 2ic uc R p i p Rs 2ic uc i p s2 c c R Rp Rp Rp Rp p R R R du du du ig i p ic Rs 2ic uc R ic s 2 ic 1 uc ic u g s1 uc s1 s 2 Cc c Rs1Cc c Rs 2Cc c u Rp Rp Rp Rp Rp dt dt dt 1 R du du Rs1 Rs 2 duc Rs1 u c s 2 C c c Cc c Rs1 Rs 2 Cc 1uc Rp Rp dt dt R R dt p p 3/31/2014 Page 11
- Cuối cùng ta tính được R .R d 2uc Rs 2 Cc 1 Rs1 C g duc 1 uc 0 d 2 uc du 1 s1 s 2 Rs1 Rs 2 Cc C g 1 A B c uc 0 R p dt Rp R dt R p p dt dt Rp dạng điện áp uc t 0 U 0 0 Cg duc U g0 uct U g 0 exp p1t exp p2t Cg A dt t 0 A trong đó p1 và p2 là nghiệm của phương trình: Ap 2 Bp C 0 u Vì tất cả các phần tử của mạch đều dương, p và p2 p1 âm, hàm uc(t) tương ứng với chênh lệch giữa hai hàm mũ mà hằng số thời gian t 0 1 1 1 et 2 p1 p2 khác nhau sẽ dẫn đến dạng điện áp xung kích 3/31/2014 Page 12
- Phân tich hàm Uc(t) ta thấy rằng các phần tử Rs và Cc can thiệp vào thời gian tăng điện áp một cách Rs2 trội, còn các phần tử Rs1 et Cg lại can thiệp chủ yếu vào thời gian giảm cúa điện áp (thân sóng). Biểu thức Uc(t) đạt được với giả thiết là điện cảm của mạch (vài H) có thể bỏ qua đối với các tần số tương đương MHz. Ugo : điện áp nạp lớn nhất của tụ điện Cg. t t : hệ số xác định hình dáng điện áp xung kích U g 0 2 1 2 1 : hiệu suất của máy phát xung được xác định bởi tỉ lệ uc t e e 2 điện áp nạp và điện áp lớn nhất của xung 1 : hệ số xác định thời gian CcC g Rs1 Rs 2 Rs1 R p R p Rs 2 C A ; B ; B c 1 Rs 2 1 Rs1 B 2 AC Cg Cg Rp R p 1 R pCg 2 3/31/2014 Page 13
- Sơ đồ lắp ráp máy phát xung một tầng Redresseur C1 R s2 Rr E Mesure C2 Cg Rp Up Us 3/31/2014 Page 14
- Máy phát xung điện áp nhiều bậc Để có điện áp xung kích biên độ lớn có thể tiến hành bằng cách dùng nhiều tụ điện, chúng được nạp điện song song đến một trị số điện áp Uo bởi nguồn cao áp gồm một máy biến áp tăng áp và bộ chỉnh lưu cao áp. Sau đó bằng kích thích đồng bộ tạo điều kiện để tất cả các tụ điện phóng điện làm cho điện áp iều tăng cao theo kiểu nối cấp. ¸ ChØ l u nh Rr A Rc B Rc C Rc D Rc E Ug Ug Ug Ug Ug S1 Cg S2 Cg S3 Cg S4 Cg S5 Cg Vp Vs S2 S3 S4 S5 S1 Rd Rd Rd Rd Rs Rl Rc A’ Rc B’ Rc C’ Rc D’ Rc E’ M¸ y biÕ ¸p n t¨ ng ¸p Cc Cm Ph© ¸ p n Nèi ví i oscilloscope KÝ thÝ ® ch ch ång bé Giai đoạn nạp : qua máy biến áp tăng áp, chỉnh lưu cao áp các tụ điện Cg được nạp tới điện áp Uo và khi quá trình kết thúc điện áp tại các điểm A, B, C, D...có điện thế Uo, còn các điểm A', B', C', D'.... có điện thế bằng không (nối đất). Giai đoạn phóng điện : Bằng tín hiệu kích thích đồng bộ, ta mồi cho khe hở S1 phóng điện, điện thế của điểm A' tăng vọt đến Uo, điện thế của điểm B sẽ ttăng đến mức 2Uo. Khe hở S2 được chọn cho phóng điện ở điện áp 2Uo và sau khi nó phóng điện sẽ làm cho điện thế tại điểm C tăng đến 3Uo. Nếu dùng n cấp để các tụ điện trong giai đoạn phóng điện được ghép nối tiếp với nhau thì điện áp xung kích ở đầu ra đạt tới 3/31/2014 mức nUo. Page 15
- Máy phát xung hoạt động như sau Giai đoạn nạp : người ta tiến hành nạp các tụ điện Cge qua máy biến áp tăng áp, chỉnh lưu cao áp, và các điện trở nạp Rc, điện trở nối tiếp Rsi và điện trở song song Rp tới điện áp phóng điện Ugo định trước iện (điện áp cách điện của các khe hở phóng điện có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi khoảng cách giữa các cầu phóng điện). Giai đoạn phóng điện : người ta tiến hành cho các tụ điện Cge phóng điện bằng tín hiệu mồi cho khe hở E phóng điện, sau đó trigger (6) từ bloc đánh lửa (trigatron) sẽ gây phóng điện khe hở E1. Quá trình này gây mất cân bằng điện áp bởi hiệu ứng trường điện từ tất cả (n-1) khe hở còn lại. đ Giai đoạn ba :người ta có thể tạo ra xung cắt quá điện áp bằng các làm cho xung trigger tác động Bằng cách chọn các điện trở nạp và điện trở phóng điện ta sẽ tạo được dạng sóng tiêu chuẩn để thí nghiệm cách điện. Cần lưu ý việc tốn tại các phần tử ký sinh, ví dụ điện kháng của các dây nối, của các điện trở dây quấn hoặc của tụ điện có thể gây khó khăn để tạo được dạng sóng điện áp xung kích mong muốn. U Hiệu suất của máy phát xung cr nU g năng lượng tĩnh điện tích trữ do bằng kJ của máy phát xung E 1 nCgU g 2 2 3/31/2014 Page 16
- 1 - Nguồn 2 – MBA điều chỉnh (MBA tự ngẫu) 3 – MBA chỉnh lưu 4 - Chỉnh lưu 5 - Điện trở đo điện áp nạp 6 – Bloc mồi gồm : tụ điện, bộ cầu phóng điện 7 - Động cơ điều chỉnh các khe hở phóng điện 8 – Máy phát xung Rc - điện trở nạp Ro - điện trở phóng điện Rsi – nội trở nối tiếp của một tầng Rse – ngoại trở song song Rpe - điện trở điều chỉnh đuối sóng của một tầng Cge – tụ điện xung E – khe hở phóng điện có khả năng điều chỉnh khoảng cách phóng điện 9 – Tiếp đất (ngắn mạch) khi không có điện áp 10 – Phân áp bằng điện trở bảo vệ bằng tụ điện 12 - đo khoảng cách 13 – bloc tạo sóng cắt 14 - Động cơ điều chỉnh khoảng cách 16 – Ghi dao động mạch thứ cấp máy biến áp đo lường (11) 17 – Bàn điều khiển 3/31/2014 Page 17
- 3/31/2014 Page 18
- Máy phát xung Marx 12 bậc - 1.2 MV - 36 kJ 3/31/2014 Page 19
- 2.4. THỜI GIAN PHÓNG ĐIỆN Phóng điện các khe hở khí không phải là hiện tượng tức thời. ợng để có thể dẫn đến phóng điện chọc thủng, các điện tử phải có khả n iện năng hình thành thác điện tử. Khi sử dụng điện áp xoay chiều hoặc một chiều thì trị số điện áp phóng điện không phụ thuộc vào thời gian iện tác dụng của điện áp. Nhưng tình hình sẽ khác hẳn nếu thời gian tác dụng của điện áp quá ngắn, thời gian này càng bé thì trị ng số điện áp phóng điện càng cao. Dưới tác dụng của điện áp xung kích những xung ngắn, khe hở có thể ới hoàn toàn không phóng điện cho dù điện áp tác dụng đạt trị số điện áp phóng điện bé nhất. iện Nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng này là do bản thân quá trình phóng điện đòi hỏi phải có khoảng ợng thời gian nhất định gọi là thời gian phóng điện. Thời gian này rất nhỏ so với chu kỳ của điện áp xoay iện. chiều nên thời gian tác dụng của điện áp không ảnh h iện hưởng đến trị số điện áp phóng điện. 3/31/2014 Page 20
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp: Chương 5 - Nối đất chống sét
23 p | 1079 | 272
-
Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp: Chương 7 - Bảo vệ chống sét đường dây
26 p | 832 | 171
-
Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp: Chương 3 - Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
38 p | 575 | 151
-
Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp: Chương 6 - Thiết bị bảo vệ chống sét
58 p | 443 | 131
-
Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp: Chương 8 - Bảo vệ chống sét Trạm biến áp
34 p | 397 | 107
-
Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp: Chương 4 - Truyền sóng quá điện áp trên các đường dây tải điện
47 p | 291 | 83
-
Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp: Chương 1 - Hiện tượng dông sét
66 p | 307 | 75
-
Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp: Chương 9 - Bảo vệ chống sét máy điện
12 p | 242 | 62
-
Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp: Chương 10 - Quá điện áp thao tác
68 p | 268 | 62
-
Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp: Chương 11 - Quá điện áp xác lập
64 p | 207 | 46
-
Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 3 - Phạm vi bảo vệ của kim thu sét
8 p | 178 | 32
-
Bài giảng Kỹ thuật siêu cao tần: Phần 1 - TS. Lê Thế Vinh
8 p | 188 | 24
-
Bài giảng Kỹ thuật điện tử: Chương 6 - Lý Chí Thông
10 p | 143 | 16
-
Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 7 - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
140 p | 95 | 9
-
Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 2 - TS. Vũ Xuân Hùng
29 p | 10 | 4
-
Bài giảng Kỹ thuật điện tử (Electronics) - ThS Nguyễn Tấn Phúc
23 p | 54 | 3
-
Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 2 - Phạm Hùng Phi
14 p | 26 | 2
Chịu trách nhiệm nội dung:
Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA
LIÊN HỆ
Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM
Hotline: 093 303 0098
Email: support@tailieu.vn