Đang tải... (xem toàn văn)
Sự phóng điện trong điện môi, khái niệm, sự phóng điện trong điện môi khí, công nghệ sơn tĩnh điện,... là những nội dung của chương 5 thuộc bài giảng "Vật liệu điện và cao áp". Mời các bạn cùng tham khảo.
CHNG V S PHểNG IN TRONG IN MễI 5.1. KHI NIM - Khi t U lờn u M, vt quỏ mt gii hn no ú s xy phúng in chc thng M, ú M b mt hon ton tớnh cht cỏch in, Hin tng ú chớnh l s phúng in chc thng ca M hay l s phỏ hu bn M. -Phúng in chc thng cũn gi l ỏnh thng M hay phúng in xuyờn qua M. Tr s in ỏp m ú xy ỏnh thng M c gi l in ỏp ỏnh thng (Ut) tr s tng ng ca cng in trng l cng ỏnh thng hay cng in trng cỏch in ca M (Et). U t Et h U m h K. Et - Cng in trng cỏch in ca M E = Et chớnh l in ỏp ỏnh thng M trờn mm chiu dy M. Khi tớnh toỏn chn chiu dy M ca mt thit b lm vic in ỏp nh mc no ú (Um), cn tớnh n h s an ton K - Thc t cú rt nhiu yu t nh hng ti E cỏch in ca M: dng in trng, dng in ỏp, thi gian tỏc dng ca in ỏp, iu kin mụi trng nh ỏp sut, nhit , m, 5.2.1. Yờu cu chung i vi cỏc cht khớ cỏch in - Phi l loi khớ tr, tc l khụng gõy phn ng hoỏ hc vi cỏc cht cỏch in khỏc cựng kt cu cỏch in hoc vi kim loi ca thit b in. - Cú cng cỏch in cao. S dng cỏch cht khớ cú cng cỏch in cao s gim c kớch thc kt cu cỏch in v ca thit b. - Nhit hoỏ lng thp, cú th s dng chỳng trng thỏi ỏp sut cao - Phi r tin, d tim kim v ch to. - Tn nhit tt. Ngoi nhim v cỏch in ca cht khớ cũn cú nhim v lm mỏt (trong mỏy in) thỡ cũn yờu cu dn nhit tt. 5.2. S PHểNG IN TRONG IN MễI KH - Cỏc cht khớ ch yu l khụng khớ thng c dựng lm cht cỏch in ca cỏc thit b in lm vic khụng khớ v ca ng dõy ti in trờn khụng. - Vỡ vy c tớnh cỏch in ca cht khớ cú ý ngha rt quan trng k thut in cao ỏp. Khi chỳng mt kh nng cỏch in s gõy nờn hin tng ngn mch v dn n cỏc s c cỏc thit b in v h thng in . - Trong ni b cỏc in mụi rn v lng cng thng tn ti cỏc bt khớ, ú l cỏc im cỏch in suy yu vỡ cỏch in ca cỏc in mụi ny b h hng thng bt ngun t cỏc quỏ trỡnh phúng in ca bt khớ. - Vỡ vy nghiờn cu quỏ trỡnh phúng in in mụi khớ vi mc ớch khc phc v loi tr s c cỏc thit b v h thng in. 5.2.2. Cỏc dng ion hoỏ xy cht khớ - Quỏ trỡnh ion hoỏ l quỏ trỡnh bin mt phõn t trung ho thnh ion dng v in t t do. Nng lng cn thit cung cp cho phõn t trung ho phõn t ú b ion hoỏ gi l nng lng ion hoỏ (Wi). - Ngc li vi quỏ trỡnh ion hoỏ l quỏ trỡnh kt hp gia cỏc ion dng vi in t hay ion õm tr thnh phn t trung ho. Nng lng ion hoỏ phõn t ca cht khớ khỏc thỡ cng khỏc nhau, nú ph thuc vo nng lng liờn kt gia ht nhõn v in t ca phõn t cỏc cht khớ ú. Nng lng dựng ion hoỏ trc s c tr li di dng bc x vi di súng xỏc nh h = Wi + WK theo cụng thc: - Nu nu nng lng cung cp cho phõn t trung ho W < Wi thỡ ch lm kớch thớch dao ng ca in t phn t, sau thi gian rt ngn chỳng tr li trng thỏi ban u. v tr li nng lng di dng bc x Quỏ trỡnh ion húa - + - - E - - - - - - + - - ++ + - - - - + - - - + - - - - - - + - - - + + - - + - - + + - - - - + - Sửù taựi hụùp + - + + + - + + Nng lng cp - + Vy cú my dng ion húa? - Tu thuc vo dng nng lng cung cp cho in t quỏ trỡnh ion hoỏ cú cỏc dng ion hoỏ sau: a) Ion hoỏ va chm Khi cỏc phn t ang chuyn ng va chm nhau, ng nng ca chỳng s chuyn cho v cú th xy ion hoỏ nu mv2 W= Wi b) Ion hoỏ quang Nng lng cn thit ion hoỏ cú th ly t bc x ca súng ngn, vi iu kin: W = h. Wi - di súng ca súng ngn ; - tn s bc x ca súng ngn; c- tc ỏnh sỏng. c) Ion hoỏ nhit - Khi nhit cao cú th phỏt sinh cỏc quỏ trỡnh sau: Ion hoỏ va chm gia cỏc phn t cỏc phõn t chuyn ng vi tc ln. Ion hoỏ bc x nhit ca khớ b nung núng. Ion hoỏ va chm gia nhng phõn t v in t hỡnh thnh hai quỏ trỡnh trờn. - Nng lng nhit v nhit cn thit xy quỏ trỡnh ion hoỏ: W= kT Wi d) Ion hoỏ b mt - Ba dng ion hoỏ trờn xy th tớch cht khớ, cũn dng ny xy trờn b mt in cc kim loi (katod). - Nng lng thoỏt in t b mt cc c gi l cụng thoỏt in t (A). - Cụng thoỏt in t t b mt cc ph thuc vo vt liu lm in cc v trng thỏi b mt cc. - Cỏc bin phỏp tng cng ion hoỏ b mt: + Nung núng õm cc, ny in t s chuyn ng mng hn v cú nng lng ln hn. Nu nng lng ny t c tr s nht nh vt qua hng ro th nng thỡ nú s thoỏt b mt in cc. + Bn phỏ b mt õm cc bng cỏc phn t cú ng nng ln (ion dng) + Dựng súng ngn chiu lờn mt in cc (tia , , ) + Tỏc dng bng in trng cc mnh hay cũn gi l bc x ngui, thng xy cng in trng khong 1000kV/cm. 5.3.3. Lý thuyt phúng in in thun tuý Dựng gii thớch s phúng in cht lng tinh khit. Nguyờn nhõn ch yu l in gõy nờn. S phúng in trng hp ny l cỏc in t thoỏt t mt in cc bng kim loi di tỏc dng ca cng in trng mnh ng thi s phõn hu bn thõn phõn t cht lng. * Trong thc t k thut thng phi hp c ba lý thuyt trờn gii thớch s phúng in in mụi lng Cng in trng phúng in ca du MBA ph thuc vo cỏc yu t sau: xỏc nh cng cỏch in hay in ỏp phúng in ca du MBA, ngi ta thng tin hnh thớ nghim trờn cỏc thit b cú in ỏp tng cao vi cụng sut khong 2kVA. Mu du MBA c cho vo cc th du cú cc phng hay hai na bỏn cu ng kớnh 25mm, khong cỏch gia hai cc c cn chun l 2,5 mm. in ỏp tn s 50Hz c tng u vi tc tng 2kV/giõy cho n phúng in nh hng ca nc v si bn U Nc in mụi lng cú th trng thỏi ho tan hay trng thỏi nh tng (bc nc). Khi cú quỏ nhiu nc thỡ cú trng thỏi lng ng (vỡ t trng ca nc =1 du MBA l 0,89 ữ 0,88). Vi lng nc du nhng trng thỏi ho tan thỡ cng cỏch in ca du gim khụng nhiu, cũn trng thỏi nh tng thỡ in ỏp phúng in gim i nhiu v nht l du cú cha cỏc si nh cht th rn. Vỡ cỏc si v bc nc to iu kin lm cu ni cho s phúng in sm hn. Vi in ỏp xung thỡ cht ớt b nh hng ti tr s in ỏp phúng in vỡ thi gian tỏc dng ca in ỏp quỏ ngn. Lng nc cha du * nh hng ca nhit E (kV/mm) 20 12 60 80 t (0C) Vi in mụi lng tinh khit( ng ) bn in ớt ph thuc vo nhit nhit < 800C. Khi nhit cao, in mụi lng cú s gión n nhit, chuyn ng nhit ca cỏc phõn t tng lờn nht l gn nhit sụi ca in mụi lng, lm cho in ỏp phúng in hay bn in s gim * nh hng ca ỏp sut iu kin bỡnh thng thỡ Et ca in mụi lng khụng ph thuc ỏp sut. Khi cú cỏc bt khớ thỡ cú qua h gia Et v ỏp sut nh hỡnh sau + Khi p tng thỡ E tng, song khụng tng nhiu vỡ s lng bt khớ cú hn. (thc cht ú l quỏ trỡnh nộn bt khớ in mụi lng) Et kV/mm P (ata) Khi cú nc du: (ng 2) + Du MBA cú cng in trng cỏch in ln nht du cú nhit t 60 ữ 800C. nhit ny nc ó ho tan u du, lm cho bn in ln. + Khi nhit tng 80 ữ 1000C bn in gim vỡ gn nhit sụi ca nc v du, d dng cho vic phúng in. + Khi nhit nh hn 600C cỏc phn t du chuyn y nc t ho tan sang trng thỏi nh tng (bc nc) lm cu ni cho s phúng in sm hn, nờn cng cỏch in gim. nhit thp nc nm trng thỏi úng bng, xy phúng in cn nng lng phỏ v lc liờn kt ca bng, vy cng cỏch in tng lờn nhit cng gim. * nh hng thi gian tỏc dng in ỏp Et I II III (h) * nh hng thi gian tỏc dng in ỏp Khi thi gian tỏc dng in ỏp (t 10-4 giõy) cỏc phn t cht khụng kp chuyn dch trờn khong cỏch gia cỏc cc nờn khụng lm nh hng ti cng cỏch in, bn in cng cao thi gian cng nh ging nh in ỏp xung (vựng I). vựng II ca th l thi gian lm vic n nh ca in mụi lng. Di tỏc dng ca in ỏp v thi gian tỏc dng ln, in mụi lng cú th b phõn hu, bin tớnh tc in mụi b bin gi, mu ca chỳng thay i sm dn v cng cỏch in b suy gim (vựng III) Thc t cho thy quỏ trỡnh hnh di tỏc dng ca in trng, nhit , ụ xy ca khụng khớ du MBA s mt dn tớnh cht cỏch in ban u, nú bin i mu, nng axớt s tng Do vy cn phi nh k kim tra du MBA ỏnh giỏ cht lng du v cú bin phỏp sa cha, bóo dng, i tu thit b, m bo hnh thit b an ton. 5.4. S PHểNG IN TRONG IN MễI RN 5.4.1. Phúng in ỏnh thng - Phúng in M rn phc hn nhiu so vi cht khớ v lng l vỡ: + M rn b phúng in s mt hon ton tớnh cht cỏch in v tớnh cht ny khụng th khụi phc li c. + Khụng th to nờn cỏc mu cú cu trỳc ging ht ti mi im nờn phi thớ nghim nhiu mu v dựng xỏc sut thng kờ a quy lut v s phúng in cho tng loi M rn. + E cỏch in ca M rn ph thuc vo loi phõn t, liờn kt phõn t, lng cht cha M v cỏc yờu t v mụi trng, nhit , m . S ph thuc ca cng in trng ỏnh thng vo nhit + t0 thp E ớt ph thuc vo t0 Et (vựng I) vựng ny phúng in in gõy nờn + t0 cao,(vựng II) E gim t0 tng vựng ny phúng in nhit gõy nờn I II t0 S khỏc gia phúng in in v phúng in nhit gõy nờn Phúng in in Phúng in nhit + Gõy nờn bi E ln, xy thi gian ngn 10-7s + Et khụng ph thuc vo chiu dy in mụi + t ph thuc vo nhit + Xy ni yu nht v cú E ln nht + Gõy nờn bi nhit tng, thi gian di + Et ph thuc vo chiu dy in mụi + Ph thuc nhiu vo nhit + Xy ni cú s phỏt nhit ln, s truyn nhit v lm mỏt kộm a. S ỏnh thng in cỏc M rn ng nht vi mụ c im: Phỏt trin rt nhanh, xy khong thi gian nh 10-7 ữ 10-8 giõy v khụng phi nng lng nhit, khụng gõy nờn tn hao iờn mụi , Cng cỏch in ph thuc vo liờn kt phõn t, liờn kt phõn t cht ch thỡ cng cỏch in cao Bn cht: S ỏnh thng l mt quỏ trỡnh in t thun tý, cht rn cú mt s ớt in t ban u di tỏc ng ca in trng mnh s to thnh thỏc in t. Cỏc in t ban u ny tiờu th nng lng m nú tớch ly quỏ trỡnh chuyn ng in trng, kớch thớch mng tinh th, in t t n mt tc no ú thỡ cú kh nng to nờn cỏc in t mi ion hoỏ va chm phỏ hu s cõn bng ca cht rn b. S ỏnh thng in cỏc M rn khụng ng nht. Loi ny c trng cho cỏc in mụi rn dựng k thut in m hu ht cỏc trng hp cú cha cht l bt khớ. c im: phỏt trin rt nhanh, in ỏp ỏnh thng khụng cao c. S ỏnh thng in hoỏ gõy nờn Loi ny cú ý ngha c bit quan nhit v m cao. Cú th thy c in ỏp chiu v xoay chiu tn s thp, quỏ trỡnh in phõn phỏt trin vt liu lm cho in tr cỏch in b gim v khụng phc hi li c. Hin tng ny gi l gi húa M in trng. Quỏ trỡnh phỏt trin ca s ỏnh thng in húa cn phi cú thi gian di d. S ỏnh thng nhit gõy nờn Phúng in ny l t M vo E M b nung núng n nhit cao, cú th lm cho vt liu b nt, phng rp, chỏy hay cỏc dng phỏ hy nhit khỏc Khi tn hao M cú tr s ln s lm nung núng Vt liu. Ut phúng in nhit ph thuc vo tn s, iu kin lm mỏt, nhit mụi trng, tớnh cht nhit ca vt liu Ut nhit ca cht hu c nh hn vụ c 5.4.2. Phúng in b mt in mụi rn - Tr s in ỏp phúng in mt ngoi ph thuc vo nhiu yu t: + m ca khụng khớ. + Thi gian tỏc dng ca in ỏp. + Tớnh hỳt m ca in mụi. + nh hng ca bi bn, cht bỏm trờn b mt - Bin phỏp nõng cao in ỏp phúng in b mt + Tng chiu di phúng in dc theo b mt + Ci thin s phõn b trng. + Trong hnh gi cho in mụi khụng b bỏm bi cú th tin hnh v sinh theo nh k hoc ph lờn in mụi lp men hay vt liu cỏch in khỏc cú tớnh cht chng bỏm bi v hi m. [...]... các điện môi… c) Phóng điện hồ quang - Tương tự như phóng điện tia lửa nhưng ở đây công suất nguồn lớn và tác dụng trong thời gian dài - Xảy ra trong áp suất cao - Dòng điện hồ quang lớn, đốt nòng dòng plazma làm cho điện dẫn của nó tăng thêm do đó dòng hồ quang càng tăng Dòng điện hồ quang sẽ tăng tới mức ổn định khi có sự cân bằng giữa phát nóng và toả nhiệt của khe hồ quang - Là quá trình đòi hỏi... dụng của điện áp ngắn dù công suất nguồn lớn cũng chỉ gây nên phóng điện tia lửa ví dụ: phóng điện của sét, phóng điện trên các đường dây tải điện - Ứng dụng là điện cực hồ quang, hàn hồ quang, hàn điểm đấu dây dẫn… d) Phóng điện vầng quang hình ảnh\YouTube efecto corona 1.mp4; hình ảnh\YouTube - Corona discharge.flv - Là một dạng phóng điện đặc biệt chỉ tồn tại trong trường không đồng nhất và xuất... trong khu vực chung quanh điện cực - Dạng phóng điện này là dạng phóng điện không hoàn toàn vì dòng plazma không nối liền giữa hai điện cựu, do đó không thể có dòng điện lớn - Phóng điện vầng quang chưa làm mất hắn tính chất cách điện của chất khí nhưng cũng không nên để phát sinh vầng quang vì nó gây nhiều tác hại - Quá trình phóng điện vâng quang là sự ion hoá chất khí và quá trình kết hợp các ion... nào 1 đó e 5. 2.4 Quá trình hình thành thác điện tử và sự phóng điện trong điện môi khí • Xét quá trình ion hoá chất khí giữa 2 điện cực với nguồn điện áp một chiều hình ( 5- 6) Điện trường bên ngoài có chiều từ cực (+)→ (-) • Giả thiết ban đầu vì lý do nào đó có tồn tại một điện tử tự do ở phía cực âm Dưới tác dụng của E, điện tử sẽ bay về phía cực (+) Trong quá trình chuyển động điện tử sẽ va chạm... gây nên ion hoá quang các phần tử khí hoặc giải thoát điện tử từ bề mặt điện cực góp phần tăng thêm số lượng điện tích và để kế tiếp thác điện tử đầu để trên • Dưới tác dụng của điện trường, thác điện tích càng được phát triển đồng thời được kéo dài ra và khi tiếp cận với các điện cực các điện tích của thác sẽ trung hoà trên điện cực, kết thúc quá trình hình thành và phát triển thác điện tử Quá trình... dương E + - - + + + + + + + E + - - + Điện tử thứ cấp + + + Bức xạ photon + - + + - + • Đồng thời với sự phát triển của dòng hướng từ cực âm đến cực dương bắt đầu hình thành dòng của các điện tích hương ngược lại hướng từ cực dương đến cực âm - gọi là “dòng dương” Thực tế cho ta thấy khi thác điện tích có mật độ điện tích lớn (khoảng 1012 ion/cm3) và gần tiếp cận tới điện cực dương, toàn bộ điện áp giữa... bụi tĩnh điện bảo vệ môi trường… 5. 2.6 Phóng điện của chất khí trong điện trường đồng nhất Định luật Pasen - Điện trường đồng nhất là trường hợp lý tưởng, trị số điện trường tại mọi điểm đều bằng nhau (E = const) và có đường sức của từ trường song song vơi nhau - Đặc điểm của phóng điện trương điện trường đồng nhất: + Do E = const và khi áp suất khí = const thì = const + Quá trình hình thành và phát... phóng điện không phụ thuộc vào cực tính a) Phóng điện trong trường đồng nhất có áp suất thấp • Để có thể duy trì phóng điện ở P thấp, việc sinh ra các điện tử thứ cấp dựa vào sự giải thoát điện tử từ bề mặt cực âm của ion dương và của phôtôn bức xạ từ thác điện tử thứ nhất • Khi thác điện tử thứ nhất phát triển trên toàn bộ khoảng cách giữa hai cực thì số lượng điện tử trong thác là eαs điện tử (s - khoảng... sinh điện tử kèm theo là sự phát sinh ra các ion dương với cùng số lượng Chúng tập hợp thành thác điện tích (thác điện tử) n ni ne b) Sự phân bố điện tử tự do và ion dương x E Ee Ei c) x Điện trường do ion dương và điện tử tạo nên E d) E∑ E Điện trường tổng hợp x Hình 5- 6 Xét sự biến dạng của trường (hình 5- 6d) ta thấy: + Phía đầu thác trường được tăng cường nhiều, nhưng ngay phía sau đầu thác trường... do) trong khoảng không gian giữa hai điện cực tăng thêm nhiều lần E + + - - + +- + + Công thức tính số lượng điện tử sinh ra - E không đồng nhất x dx + Ban đầu có 1 điện tử tự do: n e0 x + Có no điện tử ban đầu: - dx n n0 e 0 E đồng nhất thì α = const + Ban đầu có 1 điện tử tự do: + Có no điện tử ban đầu: x ne n n0e x Song song với sự phát sinh điện tử kèm theo là sự phát sinh ra các . áp suất có bé, tức là áp suất thấp hoặc áp suất cao Hình 5- 4 cho quan hệ α = f(p) khi E = const α max Khi E = const P* P Hình 5 – 4: cho quan hệ α = f(E) khi p = const + Ta thấy α tăng. P = const E 5. 2.4. Quá trình hình thành thác điện tử và sự phóng điện trong điện môi khí • Xét quá trình ion hoá chất khí giữa 2 điện cực với nguồn điện áp một chiều hình (5- 6). Điện trường. Điện trường do ion dương và điện tử tạo nên Điện trường tổng hợp Hình 5- 6 b) c) d) Xét sự biến dạng của trường (hình 5- 6d) ta thấy: + Phía đầu thác trường được tăng cường nhiều, nhưng ngay