Bài giảng Kỹ thuật cao áp - Chương 9: Hệ thống cách điện khí, rắn

HỆ THỐNG CÁCH ĐIỆN 
KHÍ-RẮN
NỘI DUNG
I. Điện trường trên bề mặt tiếp xúc giữa 
chất rắn và chất khí
II. Phân bố điện áp trên chuỗi sứ cách điện
III. Phóng điện bề mặt sứ cách điện
I. ĐiỆN TRƯỜNG TRÊN MẶT TiẾP XÚC GiỮA CHẤT 
RẮN VÀ KHÍ
 Điều kiện biên tại bề mặt tiếp xúc
E2
E1
EN1
EN2
Et1
Et2
21 tt EE 
Thành phần tiếp tuyến
Thành phần pháp tuyến
221121 nrnrnn EEDD  
1. Bề mặt tiếp xúc vuông góc với điện trường
 Chất khí có r = 1
 Cường độ điện trường 
trong chất khí
22211 EEEE rnrn  
 Điện áp giữa hai điện cực
r
E
dEddEdEddV

1
213122131 
E
321
.
2
31
1
ddd
V
E
d
dd
V
E ave
r
 

Điện trường trong chất cách điện khí tăng 
cao là do sự hiện diện của chất cách điện 
rắn
2. Bề mặt tiếp xúc song song điện trường
d
V
EEEE
EE
tt
nn
2211
21 0
Điện trường trong chất cách điện khí không
bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của chất
cách điện rắn
 Nếu sự tiếp xúc giữa cách điện rắn và điện cực không
tốt xuất hiện khe hở khí điện trường trong khe
hở tăng r so với điện trường trong chất rắn phóng
điện cục bộ và giảm điện áp phóng điện bề mặt
Biện pháp khắc phục: phủ một lớp bán dẫn lên
bề mặt cách điện rắn tại vị trí tiếp xúc với điện
cực
II. PHÂN BỐ ĐIỆN ÁP TRÊN CHUỖI SỨ CÁCH 
ĐIỆN
1. Sứ đỡ và sứ treo
 BPHC:
- Chế tạo sứ cách
điện gồm nhiều
tầng, lá để tăng
chiều dài phóng điện
bề mặt
- Được tạo hình để
một phần chiều dài
phóng điện không bị
ướt khi trời mưa
 Khi làm việc có thể
xảy ra hiện tượng
phóng điện dọc theo
bề mặt sứ cách điện 
gây sự cố ngắn mạch
hệ thống hoặc làm nổ
sứ
2. Phân bố điện thế dọc theo chuỗi sứ
 Điện thế phân bố không đều trên chuỗi sứ
 Mạch tương đương
K: điện dung của bát sứ (giữa mũ sứ và ty sứ)
C: điện dung đối với đất của mỗi bát sứ (giữa mũ sứ (ty sứ) với cột (đất)) 
 Điện thế phân bố trên chuỗi sứ
n
x
UU x


sinh
sinh
Với: 
Ux: điện thế tại ty sứ thứ x
U: điện áp của dây dẫn
n: tổng số bát sứ
K
C
2
1
2
sinh 

 Điện áp trên sứ thứ x
2
1
cosh
sinh
2
sinh2
sinh
1sinhsinh
1
x
n
U
n
xx
UUU xx





Điện áp rơi trên bát sứ gần dây dẫn hơn thì lớn hơn có
thể gây phóng điện vầng quang sử dụng vòng corona để
tăng điện dung giữa bát sứ và dây dẫn
 Đồ thị phân bố điện thế dọc chuỗi sứ
Vòng 
corona
Phân bố 
tuyến tính
III. PHÓNG ĐIỆN BỀ MẶT CỦA SỨ CÁCH ĐiỆN
1. Phóng điện do ẩm độ của không khí 
 Hơi ẩm trong không khí ngưng tụ tạo màng mỏng trên bề
mặt sứ cách điện
 Độ ẩm tương đối của không khí vượt quá 50-60% sẽ
giảm đáng kể điện áp phóng điện bề mặt
 Nước có chứa ion các
ion chuyển động về các
điện cực dưới tác dụng
của điện trường vận
tốc chuyển động của ion
nhỏ tập trung điện
tích gần các điện cực 
cường độ điện trường tại
khu vực gần cực tăng
cao dễ xảy ra phóng
điện bề mặt hơn
2. Phóng điện do lớp bẩn dẫn điện trên bề mặt sứ
 Cách điện ngoài trời thông thường chịu tác động của
nhiều loại ô nhiễm dẫn điện. Các ô nhiễm này được
chia làm hai nhóm:
o Ô nhiễm hòa tan trong nước: muối từ biển, muối
từ đường giao thông bộ, phân bón, muối từ khói
thải công nghiệp bám vào bề mặt sứ hơi ẩm từ
sương mù lớp dẫn điện
o Ô nhiễm không hòa tan: có thể gây hại bằng
cách tăng độ bám của nước và muối vào bề mặt
sứ
 Điện áp phóng điện bề mặt giảm mạnh bởi lớp ô nhiễm
dẫn điện và phụ thuộc lớn vào loại điện áp tác dụng
Loại điện áp Điện áp phóng điện*
Xung sét 90%
Xung nội bộ 50%
AC 20%
DC 15%
* Điện áp phóng điện trong tình trạng bề mặt sứ sạch và khô
có giá trị là 100%
 Khi điện áp U đặt lên sứ cách
điện có lớp ô nhiễm dẫn điện 
xuất hiện dòng rò
R
U
I 
 Điện trở của một phần tử dl
của lớp ô nhiễm
r
dl
dR
  2
1
r
 Điện trở của lớp ô nhiễm có chiều dài lc
f
s
l
o
l
o
K
r
dl
dRR
cc
 
1
2
1
Kf
Với:
)(Ss 
Độ dẫn điện bề mặt
Hệ số hình dạng của sứ
 Điện áp phóng điện bề mặt giảm khi mức độ ô nhiễm tăng
* Điện áp 
phóng 
điện của 
chuỗi sứ 
cách điện 
110 kV
 Công suất tổn hao do dòng rò
 cosUIP 
 Lớp ô nhiễm tương đương dung dịch điện phân cos = 1
 Điện trường xem như đều: U = E l (l: một đơn vị chiều dài bề mặt)
 Dòng rò JwI
 Công suất tổn hao trên 1 đơn vị
độ dài bề mặt
 WlwJEP 
J
 Công suất tổn hao trên 1 đơn vị diện tích bề mặt
 2/ mWJE
wl
P
p 
 Nếu điện trở suất của lớp ô nhiễm đã được xác định
2
1
J
JJJE
wl
P
p

3. Quá trình phóng điện bề mặt
 Thực tế, công suất tổn hao trên 1 đơn vị diện tích bề mặt
thay đổi theo từng vị trí trên bề mặt do và thay đổi
 Tại vị trí p đạt cực đại (vị trí có chiều rộng nhỏ nhất) làm
khô cục bộ tăng mật độ dòng điện tăng ở phần bề
mặt bị ẩm song song còn lại tăng p làm khô phần bề
mặt còn lại hình thành “dải khô” xung quanh sứ
 Lúc này hầu như toàn bộ điện áp tác dụng đặt lên “Dải
khô” phóng điện hồ quang ở “dải khô”
 Dòng phóng điện bị hạn chế bởi điện trở rò lớn của phần bề
mặt bị ẩm còn lại hồ quang cháy không ổn định và tự tắt
 Tùy theo cường độ ngưng tụ ẩm phần bị sấy khô trước
đây có thể bị ẩm lại quá trình lặp lại như cũ
 Dòng rò có dạng xung ngắt quãng hồ quang cháy lập lòe
và có thể di chuyển xung quanh bề mặt sứ
 Hồ quang cục bộ nếu tồn tại lâu có thể làm cho bề mặt sứ
bị rạn giảm điện áp phóng điện bề mặt
 Nếu dòng rò lớn, hồ quang cục bộ cháy ổn định kéo dài
ra đến hai điện cực phóng điện bề mặt hoàn toàn
 Điện áp phóng điện bề mặt:
c
n
n
sb lU 
1
Với:
- s điện dẫn mặt
- lc chiều dài phóng điện bề mặt
- n số mũ 
 Phân bố điện thế trên bề mặt sứ cách điện bị ô nhiễm