Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Cao áp Trường: BÁCH KHOA HÀ NỘI Giảng viên: TRẦN VĂN TỚP
Phần I Chơng : Phóng điện xung kích Chơng : Phóng điện xung kích 2.1 Máy phát điện áp xung kích 2.1.1 Mở đầu Trong giáo trình vật liệu điện đà trình bày nghiên cứu trình phóng điện chất vật liệu cách điện (phóng ®iƯn ®¸nh thđng) d−íi t¸c dơng cđa ®iƯn ¸p xoay chiều chiều Nếu đặt lên mẫu vật liệu cách điện điện áp tăng dần, chẳng có loại vật liệu chịu tác dụng đợc điện áp tăng mÃi Bắt đầu từ giá trị điện áp đó, cách điện bị phá huỷ với việc hình thành kênh dẫn xuyên suốt khối điện môi Cơ chế phóng điện điện môi phức tạp Nó phụ thuộc vào dạng điện áp, thới gian đặt điện áp Trong thực tế cách điện phải chịu tác dụng điện áp xung kích (thời gian tác dụng ngắn nhiều lần so với điện áp xoay chiều chiều) Loại điện áp xuất điện áp khí gây nên phóng điện sét có dạng sóng xung kích : điện áp tăng nhanh đến giá trị cực đại (phần đầu sóng) sau giảm dần đến trị số không (phần đuôi sóng) Điện áp tác dụng mạng điện chia thành nhóm theo dạng điện áp đặt : điện áp xoay chiều tần số công nghiệp điện áp thao tác điện áp khí Đối với điện áp tần số công nghiệp chẳng có vấn đề khó khăn mô Ngời ta dùng máy biến áp thí nghiệm tăng áp số máy biến áp nối cấp (cascade) Quá điện áp thao tác dễ mô phóng hình dạng biên độ chúng khó xác định đợc dạng sóng mẫu Nhiều sóng điện áp khí đạt giá trị biên độ khoảng thời gian từ hàng chục microco giây đến hàng trăm mili giây Nhng hoàn toàn nh điện áp khí quyển, nơi mà dạng sóng phụ thuộc vào đặc tính cú sét đánh xuống Để thí nghiệm cách điện điện áp xung kích, ngời ta sử dụng máy phát xung điện áp cho phép tạo điện áp cao có dạng thay đổi đợc Các máy phát xung đặc trng : giá trị đính thay đổi từ kV đến 10 MV; thời gian tăng từ nano giây đến mili giây thời gian giảm thời gian đến khe hở bị phóng điện từ 100 ns đến 1s Tồn hai dạng máy phát xung máy phát xung điện áp để tạo điện áp xung kích cao áp máy phát xung dòng điện để tạo dòng xung kích có biên độ lớn 2.1.2 Điện ¸p xung chn Trong c¸c phßng thÝ nghiƯm cao ¸p, điện áp đợc mô tả xung điện áp dới dạng hai hàm mũ Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn Phần I Chơng : Phóng ®iÖn xung kÝch Ucr u(t)= e ®ã : T − cr τq −e ⎛ −τt −τ t ⎜ e q −e f T − cr ⎜ τf ⎝ (2 1) Ucr biên độ sóng điện áp đạt tới cuối thời gian Tcr, q số thời gian đuôi sóng f thời gian đầu sóng u(t) U cr 0.5U cr T30 T90 Tcr T2 t Sóng điện áp xung kích đặc trng bëi hai tham sè sau : Thêi gian ®Õn điện áp giảm nửa giá trị biên độ T2 Thời gian ớc lệ đầu sóng Do phần đầu sóng tăng chậm ý nghĩa quan trọng đến trình phóng điện nên đợc thay đầu sóng nghiêng đẳng trị đờng xiên góc qua điểm có tung độ 0,3Umax 0,9Umax Giao điểm đờng xiên với trục hoành đờng nằm ngang qua đỉnh cho độ dài đầu sóng ký hiệu đs Độ dài sóng s tính tới điện áp giảm xuống 50% trị số biên độ Quy định xuất phát từ kết thực nghiệm biên độ điện áp giảm nửa trị số biên độ không khả phóng điện không cần ý đến Nếu T90 thời gian cần thiết để điện áp đạt 90% giá trị biên độ T30 thời gian tơng ứng với 30% giá trị biên độ Khi ta có : ( T1=1,67 T90 T30 ) Định nghĩa xác thời gian Tcr, dạng sóng xung kích lúc dễ dàng có đợc máy sóng, gốc toạ độ thờng mờ nhạt giao động nhiễu Hơn đỉnh sóng thơng xuyên phằng, thời điểm sóng đạt giá trị đỉnh khó xác định xác Sóng sét thờng khác biên độ hình dạng Trị số điện áp phóng điện xung kích phụ thuộc vào dạng sóng dùng điện áp xung kích để thí nghiệm cách điện cần tiến hành theo dạng sóng thống Sóng xung kích tiêu chuẩn có độ dài phần đầu sóng [CEI Publication 60] T1=1,2s 30% độ dài sóng (khi điện áp giảm nửa trị số biên độ) T2=50s20% Dạng sóng đợc quy ớc viết nh sau 1,2 /50 s 2.1.3 Kỹ thuật điện áp cao Xung điện áp thao tác (switching impulse): PDF by http://www.ebook.edu.vn Phần I Chơng : Phóng điện xung kích Về điện áp thao tác, chúng đợc thĨ hiƯn bëi xung chn ho¸ 250/2500μs [CEI Publication 60] Xung điện áp thao tác 250/2500 s u(t) U cr Thời gian đấu sóng (thời gian tăng đến giá trị đỉnh) Tcr=25050 s 0.5U cr T 2.1.4 T cr h Thời gian đuôi (thời gian giẩm đến giá trị nửa biên độ) Th=25001500 s t Xung sÐt (lightning impulse) Xung sÐt chuÈn 1,2/50 μs Thêi gian đấu sóng (thời gian tăng đến giá trị đỉnh) T1=1,20,36 s Thời gian đuôi (thời gian giảm đến giá trị nửa biên độ) T2=5010 s O1 : gốc toạ độ quy ớc Trong thực tế sóng sét lan truyền đờng dây, gây phóng điện cách điện đờng dây nên dạng xung điện áp xung cắt u(t) u(t) 1 0.9 0.7 B 0.9 B C α C 0.5 A 0.3 A 0.3 D D 0.1 01 Tc 0.7α 0.1α t 01 t Tc Xung cắt a) phần đầu sóng b) phần thân sóng 2.2 Thiết bị tạo điện áp xung 2.2.1 Nguyên lý hoạt động Nguyên lý làm việc thiết bị tạo điện áp xung phòng thí nghiệm cao ¸p (M¸y ph¸t ®iƯn ¸p xung -GIN) c¸c tơ điện cao áp đợc tích điện song song (nguồn cấp MBA nối với lới điện) cho tụ điện phóng điện nối tiếp mạch giao động cộng hởng L-C mạch trễ gồm module L, C tập trung nối hình T sợi cáp 2.2.2 Phân loại Tồn số sơ đồ máy phát xung khác để tạo điện áp xung có độ dốc ban đầu lớn ngời ta sử dụng cấp điện áp để tạo điện áp lớn có dạng sóng tiêu chuẩn thờng sử dụng sơ đồ nhiều cấp Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn Phần I 2.2.3 Chơng : Phóng điện xung kích ứng dụng Các thiết bị tạo xung đợc sử dụng lĩnh vực sau : thí nghiệm cách điện điện áp xung kích đánh lửa mỏ đốt dùng khí than nghiền ống phóng điện (flash có công suất lớn) hàn xung ăn mòn điện laser phóng ®iƯn m¸y ph¸t plasma 2.3 M¸y ph¸t xung ®iƯn ¸p M¸y ph¸t xung nhiỊu cÊp Marx, mang tªn ng−êi phát minh Erwin Marx (1893-1980), hoạt động theo nguyên lý hệ thống tụ điện cao áp nạp điện song song nhng phongs điện lại nối tiếp Điện áp đầu định trực tiếp số tầng Các máy phát xung áp tạo điện áp xung kích từ 10 kV đến 10 MV với thời gian tăng từ ns đến1 ms thời gian giảm bị cắt từ 100 ns đến s Các xung lặp lại với quÃng thời gian 10 ms đến vài phút 2.3.1 Máy phát xung điện áp tầng điện dung - điện trở Sơ đồ máy phát xung tầng gồm máy biến áp, chỉnh lu cao áp, tụ điện điện trở nh hình 2-5 Redresseur Rr Up Us Cg Rs1 Ug Rs2 Rp Cc Uc Hình 2.5 Máy phát xung điện áp tầng điện dung - điện trở Cg tụ xung, Rp điện trở song song, Rs1 điện trở nối tiếp đầu nguồn, Rs2 điện trở nối tiếp cuối nguồn, Cc điện dung đối tợng thí nghiệm Máy phát xung hoạt động nh sau : khoảng thời gian (t