Kỹ thuật cao áp - Chương số 5

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

97
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phóng điện vầng quang trên đ-ờng dây Đ5-1. Vầng quang-một dạng Phóng Điện tự duy trì. Vầng quang là một dạng phóng điện tự duy trì đặc tr-ng cho sự phóng điện trong tr-ờng không đồng nhất. Phóng điện tuy đạt đ-ợc điều kiện tự duy trì nh-ng dòng không thể kéo dài trên toàn bộ khoảng cực mà chỉ giới hạn trong phạm vi nhỏ ở T gần điện cực có bán kính cong bé. Các quá trình ion hoá, kết hợp hoặc trở về trạng thái bình th-ờng của các phân tử bị kích thích phát sinh rất...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật cao áp - Chương số 5

Ch−¬ng V Phãng ®iÖn vÇng quang trªn ®−êng d©y §5-1. VÇng quang-mét d¹ng Phãng §iÖn tù duy tr×. VÇng quang lµ mét d¹ng phãng ®iÖn tù duy tr× ®Æc tr−ng cho sù phãng ®iÖn trong tr−êng kh«ng ®ång nhÊt. Phãng ®iÖn tuy ®¹t ®−îc ®iÒu kiÖn tù duy tr× nh−ng dßng kh«ng thÓ kÐo dµi trªn toµn bé kho¶ng cùc mµ chØ giíi h¹n trong ph¹m vi nhá ë T gÇn ®iÖn cùc cã b¸n kÝnh cong bÐ. C¸c qu¸ tr×nh ion ho¸, kÕt hîp hoÆc trë vÒ tr¹ng th¸i b×nh th−êng cña c¸c ph©n tö bÞ kÝch thÝch ph¸t sinh rÊt nhiÒu ph« t«ng khiÕn cho vïng hÑp nµy to¶ s¶ng (do ®ã mµ cã tªn gäi lµ vÇng quang). C¸c ion ®−îc t¹o nªn trong quÇng cña vÇng quang d−íi t¸c dông a.) cña ®iÖn tr−êng sÏ chuyÓn dÞch ra phÝa ngoµi vµ h×nh thµnh dßng ®iÖn vÇng quang. §iÖn ¸p t¨ng cao th× sè ion t¨ng vµ dßng ®iÖn vÇng quang t¨ng. Quan hÖ cña dßng ®iÖn vÇng b.) quang víi ®iÖn ¸p lµ mét trong c¸c ®Æc tÝnh n¨ng l−îng c¬ b¶n cña phãng ®iÖn vÇng quang. I I (A) (A) 3.10-7 7,5.10-5 H×nh 5-1 2 5,0 Dßng ®iÖn vÇng quang trong 1 2,5 khe hë mòi nhän - cùc b¶n A B C U C a) Kh¸c ®é thêi gian T = 125 μs Uct b) VÇng quang ©m I tr.b = 0,7μA 4,6 4,7 4,8 4,3 Kv 0 5 10 15 20 kV c) VÇng quang ©m I tr.b = 2 μA d) VÇng quang d−¬ng I tr.b = 0,5 μA H×nh 5-2 §Æc tÝnh v«n - ampe cña vÇng quang khi mòi nhän cã cùc tÝnh d−¬ng Néi dung vËt lý cña vÇng quang th−êng ®−îc nghiªn cøu trong khe hë mòi nhän - cùc b¶n, trong ®ã mòi nhän thay thÕ cho d©y dÉn cã ®−êng kÝnh bÐ. KÕt qu¶ ®o l−êng cho thÊy, khi mòi nhän cùc tÝnh ©m dßng ®iÖn vÇng quang cã d¹ng c¸c xung ®−îc lÆp l¹i ®Òu ®Æn (h×nh 5-1b). §iÖn ¸p t¨ng th× biªn ®é cña xung gi÷ kh«ng ®æi nh−ng kho¶ng c¸ch thêi gian gi÷a c¸c xung rót ng¾n do ®ã dßng ®iÖn trung b×nh t¨ng lªn. Khi mòi ngän cã cùc tÝnh d−¬ng dßng ®iÖn vÇng quang còng cã d¹ng xung nh−ng chóng rÊt hçn lo¹n vµ xÕp chèng lªn nhau (h×nh 5-1d). §Æc tÝnh v«n - ampe cña vÇng quang khi mòi nhän cã cùc tÝnh d−¬ng cho trªn h×nh 5-2. Trong khu vùc A cã sù phãng ®iÖn kh«ng tù duy tr× gäi lµ phãng ®iÖn tèi, dßng ®iÖn cã trÞ sè kho¶ng : 10-14 ®Õn 10-8 Khu vùc B dßng ®Þen kho¶n 10-8 ®Õn 10-6 A vµ ph¸t s¸ng yÕu nh−ng còng lµ phãng ®iÖn kh«ng tù duy tr× vµ chØ tån t¹i khi cã c¸c nh©n tè ion ho¸ bªn ngoµi. http://www.ebook.edu.vn
Khu vùc C lµ giai ®o¹n phãng ®iÖn tù duy tr×, dßng ®iÖn cã trÞ sè 10-5 A vµ lín h¬n. Dßng ®iÖn A nµy t¨ng theo ®iÖn ¸p cho ®Õn khi khe hë phãng ®iÖn hoµn toµn (øng víi trÞ sè ®iÖn ¸p Uct). §iÖn ¸p b¾t ®Çu cã phãng ®iÖn tù duy tr× gäi lµ ®iÖn ¸p ph¸t sinh vÇng quang (øng víi trÞ sè Uvq). Phãng ®iÖn vÇng quang cã ý nghÜa quan träng trong nhiÒu lÜnh vùc cö kÜ thuËt ®iÖn cao ¸p. ë mét sè c¬ së luyÖn kim vµ nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn ®É dïng vÇng quang ©m ®Ó läc bôi trong khãi. Th©n èng khãi b»ng kim lo¹i lµm cùc d−¬ng, cùc ©m lµ d©y dÉn nhá ®Æt däc theo trôc èng vµ lµ n¬i ph¸t sinh vÇng quang ©m. §iÖn tö sinh ra bëi qu¸ tr×nh ion ho¸ trong quÇng vÇng quang sÏ chuyÓn dÞch vÒ phÝa cùc d−¬ng, trong qu¸ tr×nh ®ã nã sÏ b¸m vµo bôi khãi vµ kÐo theo vÒ phÝa th©n èng. Trong hÖ thèng ®iÖn vÇng quang cã c¸c t¸c dông kh¸c nhau. B×nh th−êng kh«ng nªn ®Ó x¶y ra vÇng quang v× sù chuyÓn dÞch cña ion d−íi t¸c dông cña tr−êng sÏ t¹o nªn mét lo¹i dßng ®iÖn rß g©y tæn hao n¨ng l−îng. Ngoµi ra vÇng quang cßn g©y nhiÔu lo¹n ®èi víi th«ng tin h÷u tuyÕn vµ v« tuyÕn, ¨n mßn vËt liÖu... Tuy vËy vÇng quang l¹i cã t¸c dông tÝch cùc trong b¶o vÖ hÖ thèng ®iÖn chèng qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn , khi cã sÐt ®¸nh trªn ®−êng d©y, vÇng quang sÏ tiªu hao n¨ng l−îng cña c¸c sãng qu¸ ®iÖn ¸p, lµm gi¶m biªn dé vµ ®é dèc song do ®ã t¨ng an toµn cho c¸ch ®iÖn cña tr¹m biÕn ¸p vµ m¸y ®iÖn. §5-2. VÇng quang trªn ®−êng d©y dÉn ®iÖn mét chiÒu. §Æc ®iÓm cña phãng ®iÖn vÇng quang " d©y dÉn - cùc b¶n" khi d©y dÉn ng¾n còng gièng nh− cña khe hë " mòi nhän - cùc b¶n". KÕt qu¶ quan s¸t thÊy khi d©y dÉn cã cùc tÝnh ©m dßng ®iÖn vÇng quang còng cã t¸c dông xung lÆp l¹i ®Òu ®Æn nh− trªn h×nh 7-1b vµ c cßn khi cùc tÝnh d−¬ng th× c¸c xung dßng ®iÖn còng rÊt hçn lo¹n. Nh−ng cÇn c¸u ý lµ ngay c¶ khi d©y dÉn ®−îc ®¸nh bãng rÊt kü trªn bÒ mÆt còng cã chç bÞ nh¸m vµ ë dã vÇng quang xuÊt hiÖn sím. Khi d©y dÉn dµi, vÇng quang cã thÓ ph¸t triÓn ®ång thêi tÞa nhiÒu ®iÓm v× vËy c¸c xung dßng ®iÖn hîp l¹i thµnh dßng ®iÖn liªn tôc. NÕu t¨ng ®iÖn ¸p th× vÇng quang sÏ ph¸t triÓn trªn toµn bé bÒ mÆt d©y dÉn vµ dßng ®iÖn mÊt h¼n tÝnh chÊt kh«ng liªn tôc cña nã. Thùc nghiÖm cho thÊy, c−êng ®é tr−êng ph¸t sinh vÇng quang Evq Ýt phô thuéc vµo cùc tÝnh. Trong tô ®iÖn h×nh trô - d©y dÉn b¸n kÝnh r0 däc theo trôc cña h×nh trô b¸n kÝnh R > r0 c−êng ®é tr−êng ph¸t sinh vµng quang ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc kinh nghiÖm: ⎛ 0,308 ⎞ E vq = 31.δ ⎜1 + ⎟ (5-1) ⎜ r0 δ ⎟ ⎝ ⎠ vµ ®iÖn ¸p ph¸t sinh vÇng quang: R U v q = E v q r0 ln (5-2) r0 Víi hai d©y dÉn b¸n kÝnh r0 ®Æt c¸ch nhau s >> r0 hay lµ d©y dÉn ®Æt c¸ch mÆt ph¼ng s h= th× còng cã c¸c c«ng thøc t−¬ng tù: 2 ⎛ 0,304 ⎞ E vq = 29 ,8δ ⎜ 1 + ⎟ ⎜ r0 δ ⎟ (5-3) ⎝ ⎠ http://www.ebook.edu.vn
s U vq = E vq r0 ln (5-4) r0 So s¸nh (5-1) vµ (5-3) thÊy chóng kh«ng chØ cã kÕt cÊu gièng nhau mµ c¸c hÖ sè còng cã gi¸ trÞ gÇn b»ng nhau. §iÒu nµy ®−îc gi¶i thÝch b»ng sù ph©n bè tr−êng xung quanh d©y dÉn - khu vùc cã ý nghÜa quyÕt ®Þnh ®èi víi phãng ®iÖn vÇng quang - trong c¶ hai tr−êng hîp ®Òu gÇn gièng nhau vµ còng tõ ®ã ®Ò xuÊt kh¶ n¨ng nghiªn cøu vÇng quang cña ®−êng d©y dÉn mét chiÒu trªn m« h×nh tô ®iÖn h×nh trô. Sù chuyÓn dÞch cña ®iÖn tÝch tõ d©y dÉn cã vÇng quang ®Õn ®iÖn cùc ®èi diÖn t¹o nªn dßng ®iÖn vÇng quang. Dßng ®iÖn nµy cã tÝnh chÊt nh− mét dßng ®iÖn rß vµ g©y tæn hao n¨ng l−îng gäi lµ tæn hao vÇng quang. øng víi ®¬n vÞ dµi cña ®−êng d©y tæn hao nµy ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: p = UI = U . f (U ) (5-5) I − dßng ®iÖn vÇng quang. I = f (U ) − ®Æc tÝnh v«n - ampe cña vÇng quang. ViÖc x¸c ®Þnh biÓu thøc gi¶i tÝch cña ®Æc tÝnh v«n - ampe cña vÇng quang rÊt phøc t¹p vµ cho ®Õn nay vÉn ch−a ®−îc gi¶i quyÕt thÝch ®¸ng do ch−a x¸c ®Þnh ®−îc chÝnh x¸c sù ph©n bè ®iÖn tÝch khèi trong quÇng cña vÇng quang còng nh− trong khu vùc ngoµi. Trong tô ®iÖn h×nh trô cã thÓ x¸c ®Þnh gÇn dïng ®Æc tÝnh V«n - ampe b»ng c¸ch gi¶i ph−¬ng tr×nh Poisson trong to¹ ®é trô" dE E 1 d ( Er ) ρ divE = + =. = (5-6) ε dr r r dr kÌm theo mét sè gi¶ thiÕt sau ®©y: - Khi cã vÇng quang xung quanh d©y dÉn h×nh thµnh ®iÖn cùc khèi cïng dÊu víi ®iÖn tÝch cña d©y dÉn (xem môc § 3-3 vÒ phãng ®iÖn vÇng quang).C¸c ®iÖn tÝch khèi nµy lµm gi¶m, c−êng ®é tr−êng trªn mÆt d©y dÉn, h¹n chÕ qu¸ tr×nh ion ho¸ ph¸t triÓn KÕt qu¶ lµ sè ion míi sinh ra c©n b»ng víi sè ion chuyÓn dÞch vÒ ®iÖn cùc ®èi diÖn; dßng ®iÖn vÇng quang (øng víi ®¬n vÞ dµi) còng ®¹t trÞ sè æn ®Þnh vµ c−êng ®é tr−êng trªn mÆt d©y dÉn gi÷ møc cè ®Þnh vµ cã trÞ sè Evq . - NÕu dßng ®iÖn vÇng quang kh«ng lín cã nghÜa lµ mËt ®é ®iÖn tÝch khèi còng kh«ng lín th× tÝnh to¸n vÒ tr−êng sÏ ®−a vÒ tr−êng hîp nh− lµ khi kh«ng xÐt ®Õn ¶nh h−ëng cña ®iÖn tÝch khèi. C−êng ®é tr−êng t¹i ®iÓm bÊt k× c¸ch trôc cña tô ®iÖn h×nh trô kho¶ng c¸ch r cã trÞ sè b»ng: U E= R r ln r0 Trong ®ã U- §iÖn ¸p t¸c dông lªn tô ®iÖn h×nh trô. Cã thÓ viÕt biÓu thøc trªn ë d¹ng tæng qu¸t: Rr = const (5-7) - C¸c ®iÖn tÝch khèi cã mËt ®é ρ vµ chuyÓn dÞch víi tèc ®é v sÏ t¹o nªn dßng ®iÖn vÇng quang. øng víi ®¬n vÞ dµi cña d©y dÉn dßng ®iÖn vÇng quang ®−îc tÝnh theo biÓu thøc: I = 2π rρ v = 2π rρ kE (5-8) v k= − ®é dÞch chuyÓn cña ion. E Do tÝnh chÊt liªn tôc nªn dßng ®iÖn kh«ng phô thuéc vµo to¹ ®é r vµ kÕt hîp víi gi¶ thiÕt Er = const cã thÓ suy luËn ®−îc mËt ®é ®iÖn tÝch trong toµn bé khe hë cã trÞ sè kh«ng ®æi. Víi ®iÒu http://www.ebook.edu.vn
kiÖn Êy cã thÓ gi¶i ph−¬ng tr×nh Poisson vµ tõ ®ã tÝnh ®−îc mét c¸ch gÇn ®óng vÒ c−êng ®é tr−êng: ρr Er d ( Er) = ∫ rdr ∫ εr Evq . r0 0 Sau khi ph©n tÝch ®−îc: ρ22 ( r − r0 ) Er − Evq r0 = (5-8) 2ε §iÖn ¸p t¸c dông gi÷a c¸c ®iÖn cùc ®−îc tÝnh theo: ρ ⎛ r02 ⎞ R R R r0 ∫ E dr = ∫ E ∫ ⎜ r − r ⎟ dr U= dr + vq r0 ⎝ ⎠ r r r0 r0 LÊy ®−îc tÝch ph©n vµ chó ý lµ r0 < R, cã ®−îc: ρ R U ≈ E v q r0 In + + R2 4ε r0 ρ U − Uvq = R2 hay lµ (5-9) 4ε R v× ®iÖn ¸p vÇng quang cã trÞ sè U vq = Evq r.ln . r0 §Ó tÝnh dßng ®iÖn vÇng quang, cã thÓ dïng biÓu thøc (7-8) viÕt ë mÆt trô ngoµi l = 2π U RkρER vµ nÕu thay trÞ sè ER = sÏ ®−îc. R R ln r0 8πεk ( ) l= U U − U vq (5-10). R 2 R ln r0 MÆc dï dùa vµo c¸c gi¶ thiÕt thiÕu chÝnh x¸c nh−ng c«ng thøc (5-10) ph¶n ¸nh ®−îc gÇn ®óng sù phô thuéc cña dßng ®iÖn vÇng quang víi ®iÖn ¸p. V× thÕ c¸c c«ng thøc tÝnh tæn hao vÇng quang cña ®−êng d©y dÉn mét chiÒu ®Òu cã d¹ng: p = AU 2 (U − U vq ) kW / km (5-11) Trong ®ã A lµ hÖ sè phôthuéc vµo kÝch th−íc cña khe hë. http://www.ebook.edu.vn
Khi tÝnh to¸n vÒ tæn hao vÇng quang cÇn ph©n biÖt c¸c tr−êng hîp vÇng quang ®¬n vµ vÇng quang kÐp (h×nh 5-3a vµ b). ë tr−êng hîp thø nhÊt hai U U d©y dÉn cã ®iÖn thÕ + vµ − ®Æt c¸ch nhau bëi 2 2 b¶n kim lo¹i ®−îc nèi ®Êt. Do ®ã qu¸ tr×nh ion ho¸ + U ph¸t triÓn ®éc lËp trªn mçi nöa khe hë vµ c¸c ®iÖn tÝch −U khèi do c¸c qu¸ tr×nh Êy t¹o nªn kh«ng ¶nh h−ëng lÉn 2 2 nhau. §ã lµ vÇng quang ®¬n v× trong phÇn khe hë h×nh thµnh bëi "d©y dÉn - cùc b¶n " chØ cã mét cùc ph¸t sinh vÇng quang. Tæn hao vÇng quang trong tr−êng hîp nµy b»ng tæn hao trªn mçi d©y P = P++ P - . Trong a) khe hë thø hai ( h×nh 5-3b) kh«ng cã b¶n kim lo¹i ng¨n ë gi÷a. NÕu c¸c ion kh¸c dÊu khi gÆp nhau ë mÆt trung tÝnh kÕt hîp víi nhau hoµn toµn th× tr−êng hîp nµy kh«ng kh¸c g× so víi tr−êng hîp trªn. Nh−ng thùc tÕ trªn mÆt ph¼ng trung tÝnh chØ cã mét sè ion kh¸c dÊu kÕt hîp víi nhau, sè cßn l¹i sÏ ®i vµo kho¶ng kh«ng gian cña c¸c ®iÖn tÝch khèi kh¸c dÊu. C¸c ion ®ãph¸ huû tr¹ng th¸i c©n b»ng ®· cã s½n vµ lµm t¨ng c−êng ®é tr−êng ë xung quanh d©y dÉn. §Ó kh«i phôc l¹i tr¹ng th¸i c©n b»ng ph¶i tiÕp tôc ion ho¸ ë gÇn d©y b) dÉn, do ®ã dßng ®iÖn vÇng quang t¨ng vµ tæn hao H×nh 7-3 vÇng quang t¨ng. Tr−êng hîp nµy gäi lµ vÇng quang VÇng quang ®¬n vµ quang kÐp kÐp v× trªn c¶ hai ®iÖn cùc ®Òu cã vÇng quang, chóng ph¸t sinh ¶nh h−ëng lÉn nhau lµm cho tæn hao vÇng quang P > P++ P - . Trªn ®−êng d©y dÉn ®iÖn mét chiÒu vÇng quang ®¬n x¶y ra khi d©y dÉn chØ cã mét cùc tÝnh cßn vÇng quang kÐp lµ khi c¸c d©y dÉn ®Æt trªn cét cã cùc tÝnh kh¸c nhau. §5-2. VÇng quang trªn ®−êng d©y dÉn ®iÖn xoay chiÒu. Khi nghiªn cøu vÒ phãng ®iÖn vÇng quang trªn ®−êng d©y dÉn ®iÖn xoay chiÒu ba pha, tr−íc hÕt cÇn ph¶i xem xÐt ®iÖn tÝch khèi cña c¸c pha cã ¶nh h−ëng lÇn nhau kh«ng. V× cùc tÝnh cña c¸c d©y dÉn biÕn ®æi trong cïng chu k× nªn ®iÖn tÝch khèi cña mçi pha chØ bÞ ®Èy xa khái d©y dÉn mét ®o¹n ®−êng nµo ®ã cßn trong nöa chu kú sau l¹i bÞ kÐo vÒ phÝa d©y dÉn. §Ó x¸c ®Þnh ®o¹n ®−êng trªn gi¶ thiÕt c−êng ®é tr−êng trªn mÆt d©y dÉn trong toµn bé thêi gian cña nöa chu kú lµ kh«ng ®èi vµ b»ng trÞ sè tíi h¹n cña vÇng quang (Evq) cßn ë kho¶ng kh«ng gian ngoµi, thÝ dô ë ®iÓm c¸ch xa trôc d©y dÉn mét ®o¹n r th× c−êng ®é tr−êng (E) ®−îc x¸c ®Þnh theo ®iÒu kiÖn: E.r = const (5-12) E vq . r0 E= hoÆc : (5-13) r r0 − b¸n Ýnh d©y dÉn. Tèc ®é chuyÓn dÞch cña ion tû lÖ víi ®iÖn tr−êng vµ ®−îc x¸c ®Þnh theo: http://www.ebook.edu.vn
dr r v= = kE = kEvq 0 dt r r . dr dt = Suy ra kEvq . r0 ΔUmax ΔU EddQddUdd ΔUmax ΔUmax t4 t5 t6 Uvq Evq t7 t8 t0 t1 t2 U0 t3 Evq t0 t1 t5 t7 ic ivq +Q 2 5 Q=Chh 2 1 5 +U -U 6 8 7 8 7 -Q http://www.ebook.edu.vn
H×nh 5-4 VÇng quang trªn ®−êng d©y dÉn ®iÖn xoay chiÒu. a.BiÕn thiªn theo thêi gian cña ®iÖn ¸p U, c−êng ®é tr−êng trªn mÆt d©y dÉn Fdd vµ ®iÖn tÝch tæng Q. b.Dßng ®iÖn ®iÖn dung ic vµ dßng ®iÖn vÇng quang ivq. c. §Ëc tÝnh V«n - Cul«ng. §−êng I : §Æc tÝnh V«n-Cul«ng x©y dùng tõ h×nh 7-4a. §−êng II : §Æc tuyÕn V«n -Cul«ng khi Umax > 2Uv−. LÊy tÝch ph©n trong ph¹m vi nöa chu kú sÏ ®−îc: r − r0 T = m ax 2 2 kE vq . r0 Nh− vËy ®o¹n ®−êng chuyÓn dÞch cña ®iÖn tÝch khèi ®−îc tÝnh gÇn ®óng: rmax ≈ kTEvq .r0 (5-14) ( bá qua r02 v× r0
tr×nh ion ho¸ chung quanh d©y dÉn, ®iÖn ¸p t¨ng sÏ lµm cho dßng dµi thªm nh−ng tr−êng th× kh«ng t¨ng thªm. Do ®ã ®iÖn tÝch trªn mÆt d©y dÉn còng gi÷ kh«ng ®æi vµ cã trÞ sè: Qdd = 2πε . Evq (5-16) §iÖn tÝch nµy t¹o nªn phÇn ®iÖn ¸p trªn d©y dÉn. Qdd U 'dd = (5-17) Chh Nh− vËy phÇn ®iÖn ¸p cßn l¹i trªn d©y dÉn , U = U - Udd ( biÓu thÞ bëi phÇn cã g¹ch theo chiÒu th¼ng ®øng trªn h×nh 5-4a) lµ do ®iÖn tÝch khèi ΔQ t¹o nªn. Trªn h×nh vÏ, ®−êng chÊm biÓu thÞ trÞ sè ®iÖn tÝch tæng mµ nguån ph¶i cung cÊp do cã thªm qu¸ tr×nh h×nh thµnh ®iÖn tÝch khèi ΔQ, ®iÖn tÝch nµy cã trÞ sè: Q = Qdd + ΔQ Khi ®iÖn ¸p ®¹t tíi sè U max th× còng ®¹t ®−îc c¸c trÞ sè ΔU m ax , ΔQ max , Q max ... − t = t2 + t3 khi t > t2, ®iÖn ¸p nguån b¾t ®Çu gi¶m vµ kÐo theo sù gi¶m cña ®iÖn tÝch tæng Q. Nh÷ng ®iÖn tÝch trªn mÆt d©y dÉn sÏ ch¹y vÒ nguån tr−íc nghÜa lµ Qdd bÞ gi¶m do ®ã lµm gi¶m c−êng ®é tr−êng trªn mÆt d©y dÉn vµ qu¸ tr×nh ion ho¸ bÞ chÊm døt. C¸c dßng Plasma mÊt dÇn vµ tiÕn tíi mÊt h¼n tÝnh chÊt dÉn ®iÖn, ®Ó l¹i trong kho¶ng kh«ng gian quanh d©y dÉn sè l−îng ®iÖn tÝch khèi ΔQmax (h×nh 5-4b). a) d) - T¹i thêi ®iÓm t = t3 toµn bé phÇn ®iÖn tÝch trªn d©y dÉn ®· tr¶ vÒ nguån, c−êng ®é tr−êng trªn ' mÆt d©y dÉn còng nh− thµnh phÇn ®iÖn ¸p U dd gi¶m tíi sè kh«ng. §iÖn ¸p U(t) cßn cã trÞ sè d−¬ng lµ do ¶nh h−ëng cña ®iÖn tÝch khèi (®−êng ' biÓu diÔn cña Edd , Qdd vµ U dd trong kho¶ng thêi b) e) gian nµy ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch lÊy tung ®é cña ®−êng U(t) trõ ®i mét ®o¹n ΔUmax cßn ®−êng Q(t) th× x¸c ®Þnh b»ng c¸ch céng thªm vµo tung ®é ®−êng Qdd ®¹i l−îng ΔQmax ). . - Khi t = t4, trªn d©y dÉn xuÊt hiÖn diÖn tÝch ©m ®ñ ®Ó t¹o nªn phÇn ®iÖn ¸p cã trÞ sè b»ng c) ΔUmax (h×nh 5-4a) triÖt tiªu phÇn ®iÖn ¸p do ®iÖn H×nh 7-5 tÝch khèi g©y nªn vµ lµm cho ®iÖn ¸p tæng gi¶m tíi §iÖn tÝch khèi chung quanh d©y sè kh«ng. dÉn t¹i c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhu - T¹i thêi ®iÓm t5 tr−êng trªn d©y dÉn ®· ®¹t ®îc trÞ sè tíi h¹n ®Ó ph¸t sinh vÇng quang ©m. Chung quanh d©y dÉn b¾t ®Çu h×nh thµnh ®iÖn tÝch khèi ©m, chóng sÏ bï c¸c ®iÖn tÝch khèi d−¬ng cßn l¹i tõ nöa chu kú tr−íc (h×nh 5-5d) vµ ®Õn khi t = t6 th× ®iÖn tÝch khèi d−¬ng ®−îc bï hoµn toµn vµ ®iÖn tÝch tæng Q lóc nµy cã trÞ sè b»ng kh«ng. ' C¸c thµnh phÇn Qdd Edd vµ U dd sÏ gi÷ kh«ng ®æi trong suèt giai ®o¹n cã xÈy ra qu¸ tr×nh ion ho¸ ( t5 ÷ t7) . http://www.ebook.edu.vn
Tõ h×nh vÏ cã thÓ thÊy ®−îc khi t = t5 ®iÖn ¸p nguån chØ cÇn ®¹t tíi møc U0 < Uvq ®· cã thÓ b¾t ®Çu cã vÇng quang ©m. TrÞ sè U0 ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: U 0 = U vq − ΔU max Δ U m a x = U m a x − U v q s Ï ®−îc Thay thÕ trÞ sè : U 0 = 2U vq − U max (5-18) Do ®ã nÕu biªn ®é ®iÖn ¸p nguån cµng lín th× vÇng quang ©m xuÊt hiÖn cµng sím thËm chÝ cã thÓ ph¸t sinh ngay trong nöa chu kú d−¬ng cña ®iÖn ¸p (khi U max > 2U vq th× U 0 < 0 ). − t = t5 ÷ t7 , qu¸ tr×nh ®−îc lÆp l¹i nh− ë ®o¹n thêi gian t = t1 ÷ t2 ®iÖn ¸p nguån t¨ng tíi trÞ sè biªn ®é vµ ®iÖn tÝch khèi ©m ®¹t trÞ sè cùc ®¹i ΔQmax (h×nh 5-5e). C¸c qu¸ tr×nh vÒ sau t¨ng ®−îc lÆp l¹i t−¬ng tù. H×nh 5-4b cho quan hÖ vÒ dßng ®iÖn khi cã vÇng quang. Trªn thµnh phÇn dßng ®iÖn ®iÖn ( ) dung h×nh sin ic x¸c ®Þnh bëi ®iÖn ¸p nguån vµ ®iÖn dung h×nh häc cña ®−êng d©y ic = Chh dt dU cã xÕp chång thµnh phÇn dßng ®iÖn do sù chuyÓn dÞch ion cña qu¸ tr×nh ion ho¸. Thµnh phÇn nµy chØ tån t¹i trong giai ®o¹n cã vÇng quang ( kho¶ng thêi gian t1 : t2 , t5 : t7 ). H×nh 5-4c cho ®Æc tuyÕn v«n - cu l«ng cña ®−êng d©y cã vÇng quang, ®ã lµ quan hÖ gi÷a ®iÖn tÝch tæng do nguån cung cÊp víi ®iÖn ¸p nguån. §o¹n th¼ng 01 øng víi kho¶ng thêi gian khi ch−a xuÊt hiÖn vÇng quang, ®é nghiªng cña nã x¸c ®Þnh bëi ®iÖn dung h×nh häc cña ®−êng d©y; c¸c phÇn ®−êng ®Æc tuyÕn ®−îc x©y dùng tõ c¸c sè liÖu trªn h×nh 5-4a. §5-3. Tæn hao VÇng quang trªn ®−êng d©y dÉn ®iÖn xoay chiÒu. Tæn hao vÇng quang cña ®−êng d©y dÉn ®iÖn xoay chiÒu cã d¹ng kh¸c h¼n so víi cña d©y dÉn ®iÖn mét chiÒu v× ®iÖn tÝch khèi vÒ c¨n b¶n kh«ng ®i ®Õn ®iÖn cùc ®èi diÖn. Khi ®−êng d©y kh«ng t¶i vµ kh«ng cã vÇng quang th× sÏ kh«ng cã tæn hao (bá qua tæn hao g©y nªn bëi ®iÖn trë t¸c dông cña d©y dÉn vµ dßng ®iÖn rß trªn bÒ mÆt c¸ch ®iÖn) vµ n¨ng l−îng mµ nguån ph¶i cung cÊp ®Ó t¹o ®iÖn tr−êng sÏ ®−îc hoµn l¹i trong thêi gian cña nöa chu lú sau. NÕu cã vÇng quang vµ khi ®iÖn ¸p nguån b¾t ®Çu gi¶m ( t > t2) th× chØ cã phÇn n¨ng l−îng cña sè ®iÖn tÝch trªn d©y dÉn lµ ΔU . ΔQ ®−îc tr¶ vÒ nguån cßn n¨ng l−îng cã liªn quan ®Õn sè ®iÖn tÝch khèi ( tÝnh theo ) vÉn ®−îc 2 gi÷ l¹i d−íi d¹ng tr−êng d−, tíi nöa chu kú sau sè ®iÖn tÝch khèi nµy tuy ®−îc bï hoµn toµn nh−ng kh«ng ph¶i lµ trë vÒ d©y dÉn vµ phÇn n¨ng l−îng cña chóng còng kh«ng ®−îc tr¶ vÒ nguån mµ trë thµnh mét d¹ng tæn hao n¨ng l−îng. Nguyªn nh©n lµm cho sè ®iÖn tÝch khèi kh«ng trë vÒ d©y dÉn lµ do sù c¶n trë cña c¸c phÇn tö kh«ng khÝ, do ®ã tæn hao vÇng quang thÓ hiÖn chñ yÕu ë chç lµm nãng m«i tr−êng kh«ng khÝ quanh d©y dÉn. §Ó tÝnh tæn hao vÇng quang cña ®−êng d©y dÉn ®iÖn xoay chiÒu cã thÓ dùc vµo ®−êng ®Æc tÝnh b«n - cul«ng (h×nh 5-4c), tæn hao trong mét chu kú ®−îc tÝnh theo: T P = ∫ uldt = ∫ udQ δ nã tû lÖ víi diÖn tÝch cña ®−êng ®Æc tÝnh v«n - cul«ng. Tæn hao trong ®¬n vÞ thêi gian nghÜa lµ c«ng suÊt tæn hao vÇng quang cã trÞ sè b»ng: http://www.ebook.edu.vn
ΔP = f ∫ udQ f − tÇn sè ®iÖn ¸p xoay chiÒu. TÝnh tæn hao vÇng quang theo ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc thÓ hiÖn trong c«ng thøc Mair¬ ( c«ng thøc 5-3b). Tuy nhiªn trong c«ng thøc nµy còng ch−a thÓ hiÖn ®−îc c¸ch chøng minh gi¶i tÝch chÝnh x¸c vµ hoµn chØnh, v× c¸c hÖ sè ®Òu ph¶i x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm . V× vËy ph−¬ng h−íng ®Ó x¸c ®Þnh tæn hao vÇng quang trªn ®−êng d©y dÉn ®iÖn xoay chiÒu vÉn lµ tæng qu¸t ho¸ c¸c sè liÖu thùc nghiÖm. Mét trong c¸c c«ng thøc kinh nghiÖm ®· ®−îc quen biÕt nhiÒu lµ c«ng thøc cña PÝch: r0 (f + 25) (U − U 0 ) 2 .10−5 kW / km. pha ΔP = 244 δ s trong ®ã: δ − mËt ®é t−¬ng ®èi cña kh«ng khÝ. r0 − b¸n kÝnh d©y dÉn, m. s − kho¶ng c¸ch trung b×nh h×nh häc gi÷a c¸c d©y dÉn, cm. f − tÇn sè. U − trÞ sè hiÖu dông cña ®iÖn ¸p pha, kV. U 0 − TrÞ sè ®iÖn ¸p tÝnh to¸n, gÇn b»ng ®iÖn ¸p vÇng quang. TrÞ sè nµy ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: s = 21 , 2 .δ . r 0 . m 1 . m 2 . ln U (5-20) 0 r0 Trong c«ng thøc, m1 ®−îc gäi lµ hÖ sè ph¶n ®Æc tr−ng cho tr¹ng th¸i bÒ mÆt cña d©y dÉn. NÕu mÆt ngoµi d©y dÉn nh½n bãng hÖ sè nµy gÇn b»ng ®¬n vÞ. HÖ sè m2 ®−îc gäi lµ hÖ sè khÝ hËu. BiÓu thÞ mèi liªn quan gi÷a tæn hao vÇng quang víi ®iÒu kiÖn khÝ hËu. Tæn hao vÇng quang t¨ng nhiÒu khi trêi b¾t ®Çu m−a hoÆc cã s−¬ng. Tuy nhiÖn nay c«ng thøc tÝnh tæn hao vÇng quang cña Pich Ýt ®−îc dïng v× ®é chÝnh x¸c so víi thùc nghiÖm kh«ng cao. VÝ dô: lÊy m1 = 0,8, ®é Èm t−¬ng dèi cña kh«ng khÝ δ =1 vµ ®èi víi ®−êng d©y cao ¸p th−êng lÊy S Ln =6,5 tõ c«ng thøc tÝnh to¸n trªn ta cã thÓ suy ra ®−êng kÝnh tèi thiÓu cña d©y dÉn lµ: r 0 Ud Uph =
x©y l¾p . VÊn ®Ò nµy ®· ®−îc gi¶i quyÕt b»ng c¸ch dïng d©y dÉn ph©n nhá - d©y dÉn ë mçi pha cã tiÕt diÖn lín thay thÕ b»ng mét sè d©y dÉn tiÕt diÖn nhá h¬n ®Æt c¸ch nhau theo kho¶ng c¸ch thÝch hîp. H×nh 5-6 cho sù ph©n bè cña tr−êng khi d©y dÉn ®−îc thay b»ng 2, 3, 4 d©y ph©n nhá. http://www.ebook.edu.vn
TÝnh to¸n cho tr−êng hîp ®−êng d©y dÉn ®iÖn xoay chiÒu hai pha mçi pha dïng hai d©y ph©n nhá (h×nh 5-7). S NÕu kh«ng xÐt ®Õn ¶nh h−ëng cña ®Êt vµ gi¶ thiÕt c¸c pha ®Æt ®èi xøng, ®iÖn tÝch ë mçi d©y ph©n nhá trong D + Uph - Uph tõng pha sÏ liªn hÖ víi ®iÖn ¸p theo c«ng thøc: U ph = q(α 11 + α 12 ) (5-22) víi c¸c hÖ sè thÕ: s 1 α 11 = ln 2πε r0 H×nh 7-7 §−êng d©y hai pha s 1 α 12 = ln hai d©y ph©n nhá 2πε D q⎛ s s⎞ U ph = ⎜ ln + ln ⎟ Nh− vËy : 2πε ⎝ r0 D⎠ q s = ln U ph 2πε r0 D vµ ®iÖn dung cña ®¬n vÞ dµi cña ®−êng d©y ®−îc tÝnh theo: 2πε C= (5-23) s ln rtd TrÞ sè rtd = r0 D gäi lµ b¸n kÝnh t−¬ng ®−¬ng cña hÖ 2 d©y ph©n nhá. Khi dïng hÖ n d©y ph©n nhá b¸n kÝnh t−¬ng ®−¬ng cña nã sÏ b»ng: Rt® = n r0 . D 1 D 2 ... D n − 1 (7-24) D1D2 ... Dn −1 − lµ kho¶ng c¸ch tõ mét d©y ph©n nhá ®Õn c¸c d©y ph©n nhá kh¸c cïng pha. Sù ph©n bè ®iÖn tÝch trªn c¸c d©y ph©n nhá nh− trªn h×nh 7-8. §Ó tÝnh c−êng ®é tr−êng trªn mÆt d©y ph©n nhá cã D thÓ dïng ph−¬ng ph¸p xÕp chèng: tr−êng trªn mÆt ph©n q2 nhá sÏ lµ tæng hîp cña tr−êng t¹o nªn bëi ®iÖn tÝch cña q 3ΔĒ chÝnh nã vµ tr−êng t¹o nªn bëi ®iÖn tÝch cña d©y ph©n nhá 1 r0 bªn c¹nh. 4 Tr−êng t¹o nªn bëi ®iÖn tÝch cña chÝnh nã cã d¹ng Ecp h×nh tia vµ trÞ sè tuyÖt ®èi b»ng: U ph H×nh 5-8 E= (5-25) Ph©n bè ®iÖn tÝch s nr0 ln trªn d©y ph©n nhá r+d http://www.ebook.edu.vn
(C«ng thøc nµy dïng cho tr−êng hîp tæng qu¸t cã n d©y ph©n nhá, x©y dùng tõ quan hÖ q E= vµ nq = CU ph ). Tr−êng t¹o nªn bëi ®iÖn tÝch cña d©y ph©n nhá bªn c¹nh còng cã d¹ng 2πεr0 h×nh tia vµ cã trÞ sè: r0 q ΔE = =E (5-26) 2πεD D D−íi t¸c dông cña tr−êng ΔE , trong d©y ph©n nhá sÏ cã sù chuyÓn dÞch ®iÖn tÝch nh− trªn h×nh 5-8; tr−êng do c¸c ®iÖn tÝch nµy t¹o nªn sÏ triÖt tiªu tr−êng trong néi bé d©y ph©n nhá vµ ë c¸c ®iÓm 1,3 chóng cã trÞ sè b»ng trÞ sè tr−êng ngoµi ( ΔE ). Nh− vËy t¹i c¸c ®iÓm nµy tr−êng t¹o r0 nªn bëi ®iÖn tÝch cña d©y ph©n nhá bªn c¹nh sÏ t¨ng tíi møc 2ΔE = 2E . Cã thÓ dÔ dµng nhËn D thÊy ë ®iÓm l, tr−êng tæng hîp sÏ cã trÞ sè cùc ®¹i Emax = E + 2ΔE . V× trÞ sè E còng lµ trÞ sè tr−êng trung b×nh E tr .b nªn: ⎛ 2r ⎞ Emax = Etr .b ⎜ 1 + 0 ⎟ (5-27) ⎝ D⎠ ë ®iÓm 3 tr−êng tæng hîp sÏ cã trÞ sè cùc ®¹i: ⎛ 2r ⎞ Emin = Etr .b ⎜ 1 − 0 ⎟ (5-28) ⎝ D⎠ Víi c¸ch chøng minh t−¬ng tù cã thÓ tÝnh ®−îc trÞ sè tr−êng cùc ®¹i khi dïng 3 vµ 4 d©y ph©n nhá: ⎛ 2 3.r0 ⎞ ( 3) Emax = Etr .b ⎜ 1 + ⎟ (5-29) ⎝ D⎠ ⎛ 3 .r0 ⎞ (4 ) E max = E tr .b ⎜1 + ⎟ (5-30) ⎜ D⎟ ⎝ ⎠ Tõ biÓu thøc cña trÞ sè Emax − trÞ sè ®¸ng ®−îc quan t©m nhÊt v× cã liªn quan tùc tiÕp ®Õn sù ph¸t sinh vÇng quang- cã thÓ râ víi kho¶ng c¸ch D thÝch hîp th× trÞ sè Emax − cã trÞ sè bÐ nhÊt, ®ã lµ trÞ sè ®−îc chän b»ng ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n hoÆc thùc nghiÖm khi thiÕt kÕ ®−êng d©y. Dïng ®−êng d©y ph©n nhá ngoµi t¸c dông lµm gi¶m tæn hao vÇng quang cßn cã −u ®iÓm kh¸c lµ lµm gi¶m c¶m cña ®−êng d©y do ®ã t¨ng thªm kh¶ n¨ng chuyÓn t¶i c«ng suÊt vµ ®em l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ lín. HiÖn nay ®Ó tÝnh to¸n s¬ bé vÒ trÞ sè tæn hao vÇng quang th−êng dïng c«ng thøc Mai r¬, c«ng thøc nµy cã thÓ dïng cho d©y ®¬n còng nh− d©y ph©n nhá. ⎛ ⎞ Δ P = nkfr 02 E td (E td − E vq )⎜ 2 ,3 ln 1350 Etd − 1 ⎟. 10 − 5 kW/km pha (5-31) ⎜ ⎟ fr0 ⎝ ⎠ n − sè d©y ph©n nhá cïng pha. f − tÇn sè, Hz. r0 − b¸n kÝnh d©y dÉn, cm. Evq − c−êng ®é tr−êng ph¸t sinh vÇng quang,kV/cm. Etd − c−êng ®é tr−êng t−¬ng ®−¬ng cã trÞ sè b»ng: http://www.ebook.edu.vn
E max + E tr .b E td = KV / cm. 2 k − hÖ sè cã liªn quan ®Õn ®iÒu kiÖn khÝ hËu. §èi víi c«ng thøc Mair¬ mäi ®iÒu kiÖn khÝ hËu ®Òu quy n¹p vÒ hai lo¹i, lo¹i khÝ hËu tèt cã: k = 44 vµ E vq = 17kV / cm ( trÞ sè hiÖu dông). Vµ lo¹i khÝ hËu xÊu: k = 31,5 vµ E vq = 11kV / cm ( trÞ sè hiÖu dông). NÕu thêi gian cã khÝ hËu xÊu chiÕm tû lÖ m% cña thêi gian c¶ n¨m th× c«ng suÊt tæn hao vÇng quang trung b×nh hµng n¨m lµ: ΔP .bnam = m%ΔPxau + (1 − m%) ΔP (5-32) tr tot C«ng thøc Mair¬ chØ cho trÞ sè tæn hao trung b×nh hµng n¨m mµ kh«ng cho phÐp x¸c ®Þnh trÞ sè tæn hao cùc ®¹i. ChØ cã thÓ x¸c ®Þnh trÞ sè nµy b»ng ph−¬ng ph¸p ®o trùc tiÕp trªn ®−êng d©y. Nãi chung c¸c tÝnh to¸n vÒ vÇng quang cho ®Õn nay vÉn ch−a toµn diÖn v× chÝnh x¸c v× b¶n th©n vÇng quang cã liªn quan ®Õn nhiÒu yÕu tè phøc t¹p mµ trong tÝnh to¸n ch−a ®Ò cËp ®Õn mét c¸ch ®Çy ®ñ. http://www.ebook.edu.vn