Bài giảng Vật liệu điện - Chương 7: Phóng điện trong chất lỏng

CHƯƠNG VII: PHÓNG ĐIỆN 
TRONG CHẤT LỎNG
1. Lý thuyết phóng điện điện tử (electronic breakdown theory)
2. Lý thuyết phóng điện bọt khí (Bubble theory)
3. Lý thuyết phần tử lơ lửng (suspended particle theory)
4. Lý thuyết dòng điện tích (streamer theory)
1. Lý thuyết phóng điện điện tử
 Xảy ra trong chất lỏng tinh khiết
 Độ bền điện có thể đạt đến 1-2 MV/cm
 Điện trường tại các đỉnh nhấp nhô trên bề mặt điện cực lớn (
30 MV/cm) tách các điện tử ra khỏi cực âm
 Các điện tử gia tốc về cực dương gây ra ion hóa khi va chạm
với phân tử chất lỏng hình thành thác điện tử
 Quá trình tiếp diễn tương tự như trong chất khí phóng điện
đánh thủng
 Lý thuyết này giải thích được độ bền điện cao của chất lỏng tinh
khiết
 Tuy nhiên thời gian trễ trong phóng điện đo được dài hơn kết
quả tính toán rất nhiều.
 Độ bền điện của một số chất lỏng tinh khiết khoảng vài MV/cm
2. Phóng điện bọt khí
 Xảy ra trong chất lỏng có chứa các bọt khí
 Nguồn gốc phát sinh bọt khí
- Túi khí trên bề mặt điện cực
- Sự thay đổi của nhiệt độ và áp suất
- Sự phân ly các hợp chất hóa học do va chạm với điện tử
- Sự hóa hơi của chất lỏng do mật độ dòng điện cao tại các điểm
nhấp nhô trên bề mặt điện cực
Điện trường trong bọt khí cao hơn điện trường trong chất lỏng r lần 
phóng điện trong bọt khí phân ly và hóa hơi phân tử chất lỏng 
bọt khí phát triển theo chiều dọc về phía các điện cực chạm vào
điện cực phóng điện đánh thủng trong kênh khí
 Lý thuyết này giải thích được sự phụ thuộc của điện áp phóng điện
vào áp suất (UBD tăng khi P tăng) 
Phóng điện trong kênh 
khí
3. Lý thuyết phần tử lơ lửng
 Xảy ra trong chất lỏng có chứa sợi bông hoặc sợi giấy (có thể
ngậm nước) hoặc thậm chí chứa các giọt nước nhỏ
 Dưới tác động của điện trường phần tử sợi bị phân cực và định
hướng dọc theo đường sức điện trường tạo thành cầu nối dẫn
điện giữa hai điện cực phóng điện đánh thủng
Phần tử sợi
 Xem như hai đầu của phần tử sợi có dạng bán cầu bán kính r, điện
tích q tại các đầu phần tử sợi do phân cực được tính như sau:
 Erq ororf  2
Phần tử sợi Dầu
 Trong điện trường không đều hình thành lực tác động lên các
phần tử sợi sẽ di chuyển chúng
 Nếu các phần tử sợi có dạng hình cầu và tồn tại trong điện trường
không đều lực tác động lên các phần tử sợi được tính:
gradEErF oE 
3 
Phần tử sợi
Giọt nước bị kéo giãn bởi điện trường 
3. Lý thuyết dòng (streamer theory)
 Trước khi phóng điện, xuất hiện các kênh khí có độ dẫn điện thấp
 Khi một trong các kênh khí chạm điện cực phóng điện đánh
thủng trong kênh khí
a b
“Dòng” 
dương
“Dòng” âm
a. Lý thuyết về sự bắt đầu hình thành “dòng”
 “Dòng âm”: điện trường cao tại bề mặt điện cực âm giải phóng
điện tử theo lý thuyết phát xạ điện tử (field emission) điện tử di
chuyển về cực dương làm nóng và bay hơi chất lỏng tạo bọt
khí phóng điện trong bọt khí hình thành đoạn kênh khí đầu
tiên với điện tích âm tập trung tại đầu kênh
“Dòng dương”: điện trường cao tại bề mặt điện cực dương ion hóa
trực tiếp chất lỏng điện tử di chuyển về cực dương làm nóng và
bay hơi chất lỏng tạo bọt khí hình thành đoạn kênh khí đầu tiên
với điện tích dương tập trung tại đầu kênh
b. Lý thuyết về sự phát triển “dòng”
 “Dòng âm”: bao gồm thân kênh khí có chứa điện tích và đầu kênh
tập trung điện tích âm (điện tử và ion âm) điện trường rất cao
(vài MV/cm) phát xạ điện tử ion hóa do va chạm và làm bay
hơi chất lỏng thác điện tử và đoạn kênh khí mới liên kết vào
kênh khí trước đó
Thân kênh (chứa hơi 
chất lỏng + điện tích)
Điện tích âm 
tập trung Thác điện tử
Các quá trình có thể xảy ra: kích thích và khử 
kích thích phân tử, phát xạ điện tử, đốt nóng 
chất lỏng (hiệu ứng Joule), bay hơi chất lỏng, 
tạo bọt khí và ion hóa va chạm
 “Dòng dương”: bao gồm thân kênh khí có chứa điện tích và đầu
kênh tập trung điện tích dương (ion dương) điện trường rất cao
(vài MV/cm) phát photon ion hóa quang tạo quang điện
tử các điện tử này di chuyển về đầu kênh gây ion hóa va
chạm và làm bay hơi chất lỏng hình thành đoạn kênh khí mới
liên kết với đoạn kênh trước đó
Các quá trình có thể xảy ra: kích thích và khử 
kích thích phân tử, phát photon, đốt nóng 
Joule, bay hơi chất lỏng, tạo bọt khí và ion 
hóa va chạm 
Thân kênh (chứa hơi 
chất lỏng + điện tích)
Điện tích dương tập 
trung
Thác điện tử