zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Bài giảng Vật liệu kỹ thuật điện: Chương 8 và 9 - Phạm Thành Chung

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:48

Báo xấu

21
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Vật liệu kỹ thuật điện: Chương 8 và 9 - Phạm Thành Chung" được biên soạn nhằm giúp các em sinh viên nắm được các nội dung cơ bản về: Vật liệu điện môi và điện môi khí. Hi vọng thông qua bài giảng, các em sẽ nắm trọn được nội dung kiến thức và học tập thật tốt môn học nhé!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật liệu kỹ thuật điện: Chương 8 và 9 - Phạm Thành Chung

Chương 8. Vật liệu điện môi 8.1 Điện môi khí 8.1.1 Đặc tính chung của điện môi khí - Khi làm việc ở điều kiện bình thường, độ bền điện không cao so với điện môi lỏng và điện môi rắn. - Điện môi khí có khă năng phục hồi cách điện. - Mật độ phân tử thấp do đó hằng số điện môi ε nhỏ  tổn hao tgδ nhỏ. 8.1.2 Yêu cầu đối với chất khí cách điện - Không được gây phản ứng hoá học với những chất khác trong kết cấu cách điện. - Phải có cường độ cách điện cao thì kích thước cách điện của thiết bị giảm. - Có nhiệt độ hoá lỏng thấp. - Tản nhiệt tốt. - Rẻ tiền, dễ kiếm. Bảng: Đặc tính của 1 số chất cách điện thường dùng Tên chất khí Thành phần Cường độ cách điện tương Nhiệt độ hoá lỏng hoá học đối so với K.Khí [0C] Không khí 1 Êlêgaz SF6 2,5 -62 Frêôn CCl2F2 2,5 -30 Tetraclorua Cacbon CCl4 6,3 +76 184
Chương 8. Vật liệu điện môi 8.1.3 Một số chất khí thường dùng - Không khí: cường độ cách điện không cao Ecđ = 30kV/cm, trong không khí có những chất gây phản ứng hoá học như O2… do đó ít dùng, thường dùng cách điện trên đường dây, hoặc dùng trong máy cắt không khí nén. - Khí Nitơ: có cường độ cách điện tương tự như không khí nhưng nó không chứa O2 nên không gây phản ứng hoá học khi tiếp xúc với kim loại. Thường dùng trong tụ điện khí. - Khí Hyđrô: có ưu điểm nhẹ, thường dùng để làm mát máy điện, nhưng phải cẩn thận không lọt khí vì sẽ gây nổ. - Khí SF6 (Êlêgaz): có cường độ cách điện cao hơn không khí gấp 2,5 lần, nặng hơn không khí 5 lần, không độc, ổn định về mặt hoá học và không bị phân huỷ ở nhiệt độ cao. Với áp suất nén càng cao thì độ bền điện càng lớn. Thường được dùng trong cáp điện, tụ điện, máy cắt trung, cao áp. - Khí Cl2F2 (Frêôn): có độ bền điện gần bằng khí SF6, nó có thể ăn mòn 1 số vật liệu hữu cơ thể rắn, thường được dùng trong các thiết bị làm lạnh. 185
Chương 8. Vật liệu điện môi 8.2 Điện môi hữu cơ 8.2.1 Nhựa a. Nhựa nhân tạo b. Nhựa thiên nhiên Trung tính: có tổn hao tgδ nhỏ - Nhựa cánh kiến (do 1 số côn trùng - Polyetylen tiết ra trên các cành cây ở xứ nóng) - Polypropylen - Nhựa thông (colofan) - Polyizobutylen - Nhựa côpan (hổ phách) - Polistirol - Vật liệu nhựa Flo hữu cơ 8.2.2 Dầu Cực tính: có tổn hao tgδ lớn - Dầu mỏ - Polyvinylclorit - Dầu tổng hợp - Dầu thực vật - Polymetylmetalcrilat - Dầu thầu dầu - Polyete - Polyamid - Epocxy - Nhựa Fenol - foocmandehit - Silic hữu cơ 186
Chương 8. Vật liệu điện môi 8.2.3 Bitum Là nhóm VL vô định hình, cực tính yếu, là hỗn hợp của cacbua hyđrô với O2 và S. Được dùng để chế tạo hỗn hợp cách điện: sơn tẩm vật liệu và cách điện cho cáp. 8.2.4 Vật liệu sáp (CnH2n+2) Dễ chảy, ε bé, dùng để gắn các đầu ra của đèn điện tử hoặc các thiết bị vì có điện trở suất ρ cao. Chúng có các loại như: Parafin, Xerezin, Vazơlin. 8.2.5 Sơn - Sơn nhựa: Có nguồn gốc từ nhựa tổng hợp hoặc nhựa thiên nhiên - Sơn xenlulô: Gốc sơn là chất xenlulô - Sơn dầu - Sơn dầu bitum - Sơn dầu pha nhựa 8.2.6 Vật liệu cao su - Cao su tự nhiên - Cao su nhân tạo 187
Chương 8. Vật liệu điện môi 8.2.7 Vật liệu xenlulô - Gỗ - Giấy cách điện - Vật liệu dệt 8.3 Điện môi vô cơ Đặc tính chung của điện môi vô cơ - Chịu được nhiệt độ cao - Rất ít hút ẩm - Có độ bền về điện và cơ cao - Chịu được các bức xạ năng lượng cao - Dễ tìm, rẻ tiền Loại thủy tinh mới có cấu trúc tuân theo quy Các loại điện môi vô cơ tắc, trái ngược với cấu trúc của những loại - Gốm, sứ cách điện thủy tinh thông thường đã biết hiện nay - Vật liệu Xét - nhét - Mica - Thuỷ tinh 188
Chương 9. Điện môi khí Các cơ chế vật lý liên quan đến phóng điện trong điện môi khí có ý nghĩa quan trọng đối với tất cả các loại phóng điện khác. Nắm bắt được bản chất của những cơ chế này giúp chúng ta dễ dàng hiểu được các cơ chế phóng điện trong điện môi lỏng và rắn. Khi nói đến điện môi khí thì ứng dụng duy nhất là cách điện: Mật độ thấp Hằng số điện môi εr≈1 (so với chân không gần như nhau) Hay nói cách khác tính dẫn điện của điện môi khí
Chương 9. Điện môi khí Tính dẫn điện của điện môi khí Khi nào I=0, I≠0 Quan tâm đến điện áp chịu đựng Phóng điện Khi đặt lên 2 điện cực một I xuất hiện và chạy trong mạch nếu tụ điện chứa ĐMK một E trong ĐMK có chứa các điện tích -Các e Các điện tích bao gồm -Các ion + do nguyên tử trung hòa mất e -Các ion – do nguyên tử trung hòa nhận e Các điện tích này được sinh ra do Các quá trình diễn ra trong ĐMK Các quá trình trên điện cực Cathode 190
Chương 9. Điện môi khí 9.1. Quá trình hình thành điện tích. A. Quá trình hình thành điện tích trong điện môi khí 1. Ion hóa do va chạm •Do quá trình xảy ra trong ĐMK rất nhanh (cỡ µs)-> nguồn 1c’ và ∼ là như nhau. •Bình thường trong ĐMK tồn tại e- di chuyển về điện cực + và các phân tử trung hòa về điện (02, N2, H2, Co…) •Khi e-> cực + va chạm với phân tử A Gọi là A •Nếu We trước khi va chạm > Wion hóa của phân tử khí A thì hiện tượng ion hóa sẽ diễn ra. 1e cũ 1e mới •Các e mới được sinh ra tiếp tục -> nhanh về cực + do E (hoặc V). 191
Chương 9. Điện môi khí 9.1. Quá trình hình thành điện tích. A. Quá trình hình thành điện tích trong điện môi khí 1. Ion hóa do va chạm •Quá trình 1 e va chạm với 1 phân tử khí tạo ra 1 ion + với e mới gọi là ion hóa do va chạm. Gặp điều kiện thuận lợi nA + ne- nA++2ne- 192
Chương 9. Điện môi khí 2. Ion hóa quang (ion hóa do bức xạ) •Một nguyên tử bị kích thích thường có thời gian tồn tại khoảng 10-7÷10-9 s. •Khi trở về trạng thái bình thường nó bức xạ phần năng lượng kích thích dưới dạng photon. •Tuy photon này có năng lượng yếu nhưng cũng có thể gây ion hóa một nguyên tử khác có năng lượng ion hóa nhỏ hơn năng lượng của photon. •Quá trình ion hóa quang có thể được miêu tả: A*→A+hf B+hf →B++e- Với A* là ký hiệu của trạng thái kích thích của nguyên tử A hf là photon được bức xạ (h là hằng số Plank còn f là tần số của photon). •Ion hóa quang là một quá trình quan trọng trong phóng điện, đặc biệt là đối với các hỗn hợp khí có chứa khí hiếm, biết rằng khí hiếm có thời gian tồn tại kích thích khá lâu. 193
Chương 9. Điện môi khí 3. Ion hóa nhiệt •Đốt lửa các ion khí giữa 2 bản cực→khi nhiệt độ tăng đến một giá trị đủ lớn → các nguyên tử khí chuyển động nhanh hơn →va chạm với nhau gây nên ion hóa. •Ở nhiệt độ cao, năng lượng nhiệt (Wn) cũng có thể gây nên ion hóa cho nguyên tử theo quá trình sau: A+Wn →A++e- 4. Tách điện tử •Quá trình này xảy ra khi một ion âm tách đi điện tử để trở thành nguyên tử trung tính. •Năng lượng cần thiết để tách điện tử ra khỏi ion âm trong quá trình này có thể được cung cấp bởi sự va chạm của nguyên tử hoặc bởi photon. •Mặc dù số điện tích không tăng lên trong quá trình này nhưng quá trình tách này có thể coi như quá trình ion hóa do một điện tích - di chuyển chậm (ion -) đã được chuyển thành một điện tích - (e) di chuyển nhanh hơn. •Vì vậy e tự do tách ra từ quá trình này có thể tiếp tục gây nên quá trình ion hóa 194 do va chạm hiệu quả hơn so với ion -.
Chương 9. Điện môi khí 9.1. Quá trình hình thành điện tích. B. Quá trình hình thành điện tích trên cực Cathode (Đ.C.A) Các quá trình trên điện cực, đặc biệt là điện cực âm (cathode) đóng vai trò quan trọng trong quá trình phóng điện trong chất khí vì chúng cung cấp các điện tử cho sự bắt đầu, duy trì và cuối cùng là hoàn thành một quá trình phóng điện. Ở trạng thái bình thường các điện tử không thể thoát ra khỏi điện cực do lực liên kết tĩnh điện giữa điện tử và ion trong mạng tinh thể. Để rời khỏi điện cực điện tử cần một năng lượng đủ lớn gọi là công thoát (work function), giá trị của công thoát phụ thuộc vào vật liệu làm điện cực. Công thoát 195
Chương 9. Điện môi khí 9.1. Quá trình hình thành điện tích. B. Quá trình hình thành điện tích trên cực Cathode (Đ.C.A) 1.Do điện tích dương đập vào Đ.C.A •Giữa 2 bản cực có các điện tích + và – •Ion- →cực + và trung hòa. •Ion+ phụ thuộc vào lực của E đập vào Đ.C.A •Khi ion + đập vào Đ.C.A thì có thể giải phóng ra 1 hay nhiều e. •Nếu Wion+ trước khi đập vào >Wcông thoát của VL làm điện cực →e được giải phóng chính là e tự do di chuyển về Đ.C.D 196
Chương 9. Điện môi khí 9.1. Quá trình hình thành điện tích. B. Quá trình hình thành điện tích trên cực Cathode (Đ.C.A) 2.Quá trình quang thoát •Nếu cung cấp, chiếu một tia sáng hf. •Nếu năng lượng của photon đập vào cathode có giá trị lớn hơn công thoát của điện tử, photon có thể giải phóng điện tử khỏi bề mặt điện cực Whf>Wcông thoát của VL làm điện cực →e được giải phóng 3.Quá trình nhiệt thoát •Đốt nóng chính Đ.C.A →e bứt ra khỏi Đ.C.A→e tự do •Nếu nhiệt độ của VL làm Đ.C.A=1500÷20000K thì các e và ion + trong mạng tinh thể VL làm Đ.C.A sẽ chuyển động mạnh mẽ →bứt ra e. 197
Chương 9. Điện môi khí 9.1. Quá trình hình thành điện tích. B. Quá trình hình thành điện tích trên cực Cathode (Đ.C.A) 4. Thoát do điện trường (Field emission) Điện trường tĩnh ở giá trị lớn hơn lực liên kết giữa điện tử và proton sẽ giải phóng một hoặc nhiều điện tử ở cathode. Tuy nhiên để làm được điều này điện trường phải vào khoảng 107÷109 V/m (10÷1000kV/mm).  Phần lớn các phần tử dùng trong kỹ thuật điện đều làm việc ở điện trường nhỏ hơn điện trường này nhiều. Nhưng khi bề mặt điện cực không bằng phẳng mà tồn tại những khuyết tật nhỏ, chỉ cần điện áp đặt vào khoảng 2 ÷ 5kV thì điện trường ở những điểm khuyết tật có thể đạt tới trị số có xảy ra hiện tượng điện tử thoát do điện trường. 198
9.2.Các quá trình trung hòa điện tích trong Đ.M.K 1.Quá trình tái hợp Các ion dương và âm có xu hướng tái hợp để tạo thành một nguyên tử trung hòa theo phương trình : 2.Trung hòa do nhập điện tử (electron attachement) Một vài khí có độ âm điện lớn như O2, CO2 hay SF6 luôn có xu hướng lấy thêm một điện tử tự do để tạo lên một ion nặng âm. Quá trình có thể được viết dưới dạng : Đây là quá trình ngược với quá trình ion hóa do tách điện tử 3.Trung hòa do khuyếch tán (diffusion) Khi mật độ ion trong điện môi khí không đều, các ion luôn có xu hướng di chuyển từ nơi có mật độ cao xuống nơi có mật độ thấp cho đến khi đạt đến sự cân bằng về mật độ. Quá trình này sẽ gây lên hiệu ứng ion hóa ở vùng có mật độ ion thấp và trung hòa ở vùng có mật độ ion cao. 199
Chương 9. Điện môi khí 9.3. Điện trường đồng nhất (đều) và không đồng nhất •Trong thực tế điện trường đặt lên điện môi khí có thể là đều hoặc không đều tùy theo dạng điện cực. •Nếu điện trường đều, là mật độ đường sức tại mọi điểm là như nhau. 200
Chương 9. Điện môi khí 9.4. Phóng điện chọc thủng Đ.M.K ở E đồng nhất (E đều) •Phóng điện phải nối liền giữa 2 bản cực •Bản chất quá trình phóng điện chọc thủng của chất khí được giải thích bằng hai lý thuyết : -Lý thuyết phóng điện Townsend -Lý thuyết Streamer. 9.4.1. Phóng điện chọc thủng do thác điện tử (Townsend) A. Thác điện tử Khi ta đặt lên ĐMK một E (giả thiết trong điện môi tồn tại một e tự do). Nếu E đủ mạnh và e không bị trung hòa bởi quá trình nhập e, e sẽ va chạm với các nguyên tử khí và gây ra quá trình ion hóa do va chạm. Quá trình cứ tiếp tục→ 1 khu vực vô số e → thác điện tử 201
Chương 9. Điện môi khí 9.4. Phóng điện chọc thủng Đ.M.K ở E đồng nhất 9.4.1. Phóng điện chọc thủng do thác điện tử (Theory of Townsend discharge) B. Cơ chế phóng điện Chiếu 1 chùm tia cực tím UV vào Đ.C.A (gt giữa 2 bản cực ban đầu ko có e nào) →1 số điện tử bứt ra khỏi Đ.C.A do chiếu tia UV. Gọi n0: số e bứt ra khỏi Đ.C.A/1s do chiếu tia UV α: số e sinh ra do quá trình ion hóa v/c khi 1 e di chuyển trên 1 đơn vị quãng đường (hệ số Townsend 1) Gọi số e ở vị trí x là n 1e từ x đi thêm dx sẽ sinh ra số e mới là dn dn=αdx Từ x có n đi thêm dx sẽ sinh ra số e mới là dn=nαdx 202
Chương 9. Điện môi khí 9.4.1. Phóng điện chọc thủng do thác điện tử (Theory of Townsend discharge) B. Cơ chế phóng điện 203

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

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

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.