TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BÀI GIẢNG
KỸ THUẬT CAO ÁP
(ĐẠI HỌC LIÊN THÔNG VỪA LÀM VỪA HỌC)

Hưng Yên 2015
(Tài liệu lưu hành nội bộ)


Kĩ thuật cao áp

MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1.PHÓNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ .................................................................... 4
1.1. Đặc tính chung của các chất khí cách điện ...................................................................... 4
1.2. Các quá trình ion hóa trong chất khí................................................................................ 5
1.2.1. Ion hóa va chạm:....................................................................................................... 5
1.2.2. Ion hóa quang: .......................................................................................................... 6
1.2.3. Ion hóa nhiệt: ............................................................................................................ 6
1.2.4. Ion hóa bề mặt: ......................................................................................................... 6
1.3. Các quá trình chủ yếu của phóng điện trong chất khí...................................................... 7
1.4. Đặc tính Von-ampe và các dạng phóng điện của chất khí............................................... 8
CHƢƠNG 2.HIỆN TƢỢNG PHÓNG ĐIỆN SÉT VÀ QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG TRÊN
ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN .......................................................................................................... 9
2.1 Khái niệm chung về hiện tƣợng phóng điện sét ............................................................... 9
2.1.1 Quá trình phóng điện sét ............................................................................................ 9
2.1.2 Tham số của dòng điện sét......................................................................................... 9
2.1.3 Cƣờng độ hoạt động của sét..................................................................................... 11
2.2 Phóng điện xung kích ..................................................................................................... 11

2.2.1 Điện áp xung kích .................................................................................................... 11
2.2.2 Máy phát điện áp xung ............................................................................................ 12
2.2.3. Đặc tính von-giây ................................................................................................... 15
2.3.4. Ý nghĩa của đặc tính Vôn-giây ............................................................................... 17
2.3. Phóng điện vầng quang.................................................................................................. 17
2.3.1. Phóng điện vầng quang trên đƣờng dây dẫn điện một chiều .................................. 19
2.3.2 Phóng điện vầng quang trên đƣờng dây dẫn điện xoay chiều ................................. 20
2.3.3 Các phƣơng pháp giảm tổn hao vầng quang............................................................ 25
2.4. Truyền sóng trên đƣờng dây tải điện ............................................................................. 27
2.4.1. Phƣơng trình truyền sóng trên đƣờng dây tải điện ................................................. 27
2.4.2 Truyền sóng trên hệ thống nhiều đƣờng dây ........................................................... 29
2.4.3. Phản xạ và khúc xạ của sóng .................................................................................. 33
2.4.4. Quy tắc Petecxen .................................................................................................... 35
2.4.5. Quy tắc sóng đẳng trị .............................................................................................. 39
CHƢƠNG 3.BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP .................................................................... 41
3.1. Khái niệm chung ............................................................................................................ 41
3.2. Mô hình phạm vi bảo vệ ................................................................................................ 41
3.2.1. Phƣơng pháp xác định phạm vi bảo vệ của cột thu lôi bằng thực nghiệm ............. 41
Page 1


Kĩ thuật cao áp
3.3. Bảo vệ bằng cột thu sét ..................................................................................................42
3.3.1. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét.........................................................................42
3.3.2. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét ..........................................................................43
3.3.3. Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét ......................................................................45
3.4. Bảo vệ bằng dây thu sét .................................................................................................45
3.5. Khoảng cách an toàn trong không khí và trong đất trong lƣới điện phân phối..............46
3.5.1 Để không xảy ra phóng điện trong không khí thì: ...................................................47
3.5.2 Để không xảy ra phóng điện giữa hai hệ thống nối đất thì: ....................................47

CHƢƠNG 4.THIẾT BỊ CHỐNG SÉT .....................................................................................49
4.1.Yêu cầu đối với thiết bị chống sét...................................................................................49
4.2. Thiết bị chống sét ống ....................................................................................................50
4.2.1. Cấu tạo ....................................................................................................................50
4.2.2. Nguyên lý làm việc .................................................................................................50
4.2.3. Ứng dụng.................................................................................................................51
4.3. Thiết bị chống sét van ....................................................................................................52
4.3.1.Cấu tạo .....................................................................................................................52
4.3.2. Nguyên lý làm việc .................................................................................................54
4.3.3. Các loại chống sét van 1 Loại bình thường.............................................................55
CHƢƠNG 5.NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ..............................................................57
5.1. Khái niệm chung ............................................................................................................57
5.2. Điện trở nối đất xoay chiều ...........................................................................................58
5.2.1 Hệ thống nối đất đơn giản ........................................................................................58
5.2.2. Hệ thống nối đất tổ hợp...........................................................................................59
5.3. Tính toán nối đất chống sét ............................................................................................61
5.3.1. Điện trở tản xung kích của nối đất tập trung...........................................................61
5.3.2. Nối đất phân bố dài .................................................................................................61
5.4. Lựa chọn các phƣơng án nối đất hợp lý .........................................................................63
5.4.1. Nối đất an toàn ........................................................................................................63
5.4.2 Nối đất chống sét......................................................................................................64
CHƢƠNG 6.BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ...66
6.1. Đƣờng dây tải điện .........................................................................................................66
6.1.1. Yêu cầu chung.........................................................................................................66
6.1.2. Quá điện áp do sét đánh gây cảm ứng ....................................................................67
6.1.3 Quá điện áp do sét đánh trực tiếp vào đƣờng dây trên không treo dây chống sét ...69
6.1.4 Quá điện áp do sét đánh trực tiếp vào đƣờng dây trên không có treo dây chống sét
...........................................................................................................................................71
6.2 Trạm biến áp ...................................................................................................................74
Page 2



Kĩ thuật cao áp
6.2.1 Yêu cầu chung ......................................................................................................... 74
6.2.2 Những dạng sóng truyền vào trạm........................................................................... 75
6.2.3 Các sơ đồ bảo vệ trạm.............................................................................................. 77
6.3 Máy phát điện ................................................................................................................. 80
6.3.1 Đặc điểm chung ....................................................................................................... 80
6.3.2 Máy phát nối với đƣờng dây trên không qua máy biến áp ...................................... 80
6.3.3 Máy phát nối trực tiếp với đƣờng dây trên không ................................................... 82
CHƢƠNG 7.CÁCH ĐIỆN DÙNG TRONG CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN ....... 86
7.1 Đặc tính cách điện dùng trong hệ thống điện ................................................................. 86
7.1.1 Đặc tính điện ............................................................................................................ 86
7.1.2 Đặc tính cơ ............................................................................................................... 87
7.1.3 Các điều kiện lựa chọn cách điện của hệ thống điện ............................................... 87
7.2 Cách điện của đƣờng dây trên không ............................................................................. 88
7.2.1 Yêu cầu đối với cách điện đƣờng dây...................................................................... 88
7.2.2 Vật liệu và kết cấu cách điện ................................................................................... 89
7.2.3 Chuỗi cách điện ....................................................................................................... 91
7.3 Cách điện trong máy biến áp .......................................................................................... 95
7.3.1 Quá trình quá độ trong cuộn dây máy biến áp ......................................................... 95
7.3.2 Đặc điểm của quá trình quá độ trong máy biến áp ba pha....................................... 97
7.3.3 Quá trình quá độ trong cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu ..................................... 98
7.3.4 Kết cấu cách điện trong máy biến áp ....................................................................... 99
7.3.5 Những biện pháp cải thiện cách điện trong máy biến áp....................................... 100
7.3.6 Đặc tính điện và thí nghiệm cách điện của máy biến áp ....................................... 101
7.4 Cách điện của máy điện ................................................................................................ 102
7.4.1 Yêu cầu chung ....................................................................................................... 102
7.4.2 Kết cấu cách điện của máy điện ............................................................................ 102
7.4.3 Quá trình quá độ trong cuộn dây máy điện............................................................ 103

7.4.4 Thí nghiệm cách điện của máy điện ...................................................................... 104

Page 3


Kĩ thuật cao áp

CHƢƠNG 1.PHÓNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ
1.1. Đặc tính chung của các chất khí cách điện
Các chất khí chủ yếu là không khí thƣờng đƣợc dùng làm chất cách điện của các thiết điện
làm việc trong không khí và của đƣờng dây tải điện trên không.
Không khí hoặc phối hợp với các điện môi khác hoặc đơn độc làm nhiệm vụ cách điện giữa
các pha hoặc giữa pha với đấy (vỏ máy). Bởi vậy đặc tính cách điện của chất khí có ý nghĩa
quan trọng trong kỹ thuật điện cao áp.Error! Reference source not found.
Khi chúng mất khả năng cách điện sẽ gây nên hiện tƣợng ngắn mạch và dẫn đến các sự cố
trong các thiết bị và hệ thống điện. Trong nội bộ các điện môi rắn và lỏng cũng thƣờng tồn
tại các bọt khí, đó là các điểm cách điện suy yếu vì cách điện của các điện môi này bị hƣ
hỏng thƣờng bắt nguồn từ các quá trình phóng điện của bọt khí.
* Yêu cầu chung đối với các chất khí cách điện
Các chất khí chọn dùng làm chất cách điện phải đạt đƣợc các yêu cầu sau đây:
1. Phải là loại khí trơ nghĩa là không gây các phản ứng hóa học với các chất cách điện khác
trong cùng kết cấu cách điện hoặc với các kim loại của thiết bị điện.
2. Có cƣờng độ cách điện cao. Sử dụng các chất khí có cƣờng độ cách điện cao sẽ giảm
đƣợc kích thƣớc của kết cấu cách điện và của thiết bị.
3. Nhiệt độ hóa lỏng thấp để có thể sử dụng chúng ở trạng thái có áp suất cao. Nhƣ sau này
sẽ thấy các chất khí có cƣờng độ cách điện cao ở cả hai trạng thái hoặc áp suất nhỏ (chân
không) hoặc áp suất cao. Trạng thái dầu ít đƣợc dùng trong công nghiệp điện vì các chất
cách điện khác khi tiếp xúc với chân không có thể sinh hơi làm tăng áp suất và do đó làm
giảm cƣờng độ cách điện, vì vậy để tăng cƣờng độ cách điện của khí thƣờng dùng nó ở áp
suất cao.

4. Phải rẻ tiền và dễ tìm kiếm
5. Tản nhiệt tốt. Trong trƣờng hợp chất khí ngoài nhiệm vụ cách điện còn có nhiệm vụ làm
mát (nhƣ trong máy điện) thì còn yêu cầu phải dẫn nhiệt tốt.
Không khí, loại khí thƣờng gặp nhất, thỏa mãn đƣợc yêu cầu (4) nhƣng lại không đạt
yêu cầu (1) và (2), nhất là yêu cầu (1). Quá trình ion hóa trong không khí thƣờng phát sinh
các chất ozon, oxit nito, bioxit nito, chúng ăn mòn các bộ phận cách điện bằng vật liệu hữu
cơ và ăn mòn kim loại. Cƣờng độ cách điện trung bình của không khí khoảng 30kV/cm
trong khí đó cƣờng độ cách điện của dầu biến áp rất sạch là 280kV/cm (cường độ cách điện
là đặc tính quan trọng của mọi chất cách điện, biểu thị bằng số kV trên đơn vị chiều dày mà
chất cách điện có thể chịu đựng được). Nhƣ vậy cƣờng độ cách điện của không khí chỉ
bằng khoảng 1/10 so với dầu biến áp, cho nên để tăng cƣờng độ cách điện của nó lên ngang

Page 4


Kĩ thuật cao áp

mức với các chất cách điện rắn và lỏng cần phải tăng áp suất không khí tới 10÷15 atm điều
đó sẽ làm cho kết cấu và vận hành của thiết bị càng phức tạp
1.2. Các quá trình ion hóa trong chất khí
Các chất khí không phải là các chất cách điện lý tƣởng chỉ chứa những phân tử trung hòa
mà chúng còn có một số ion và điện tử tự do. Ví dụ, dƣới tác dụng của các yếu tố bên ngoài
(tia cực ngắn của mặt trời, tia vũ trụ,…), trong 1cm3 không khí thƣờng xảy ra mấy chục lần
ion hóa trong 1 giây.
Quá trình ion hóa là quá trình biến một phân tử trung hòa thành ion dƣơng và điện tử, có
nghĩa là tách điện tử ra khỏi phân tử. Muốn vậy phải mất một công để thắng đƣợc lực hạt
nhất, năng lƣợng đó gọi là năng lƣợng ion hóa và ký hiệu là Wi. Do năng lƣợng tỷ lệ với
hiệu số điện áp của trƣờng mà điện tử bay qua nên năng lƣợng ion hóa còn có thể biểu thị
bằng hiệu thế ion hóa Ui, điện tử khí bay qua trƣờng của hiệu thế này sẽ tích lũy đƣợc năng
lƣợng bằng năng lƣợng ion hóa Wi. Đơn vị đo lƣờng của năng lƣợng ion hóa là eV.

Nếu cung cấp cho điện tử một năng lƣợng nhỏ hơn năng lƣợng ion hóa thì chƣa thể tách nó
ra khỏi phân tử mà chỉ có thể đƣa nó ra quỹ đạo bên ngoài có mức năng lƣợng cao hơn và
phân tử lúc này ở trạng thái bị kích thích. Nói chung các phân tử ở trạng thái bị kích thích
không lâu, khoảng 10 -8 giây. Quá trình ion hóa và kích thích còn có thể xảy ra với các điện
tử khác trong cùng phân tử. Tất nhiên đối với các điện tử này cần phải có năng lƣợng lớn vì
chúng ở gần hạt nhân và có lực hạt nhân lớn hơn.
Các ion dƣơng gặp các điện tử hoặc ion âm có thể kết hợp lại để trở thành các phân
tử trung hòa. Năng lƣợng dùng để ion hóa ban đầu sẽ đƣợc trả lại dƣới dạng bức xạ với độ
dài sóng xác định theo công thức:
hυ = Wi + ΔWk
Với: υ là tần số bức xạ, h là hằng số Planck (h = 6,5.10 -29 erg.s), ΔWk là sự chênh lệch tổng
năng lƣợng của phân tử trƣớc và sau khi va chạm. Các phân tử bị kích thích khi trở lại trạng
thái bình thƣờng cũng trả lại năng lƣợng dƣới dạng bức xạ tƣơng tự nhƣ trên.
1.2.1. Ion hóa va chạm:
khi các phân tử đang chuyển động va chạm nhau, động năng của chúng sẽ truyền cho nhau
và do đó có thể xảy ra ion hóa nếu:
mv 2
 Wi
2

m là khối lƣợng phân tử và v là tốc độ chuyển động của phân tử.

Page 5


Kĩ thuật cao áp

1.2.2. Ion hóa quang:
năng lƣợng cần thiết để ion hóa có thể lấy từ bức xạ của sóng ngắn với điều kiện:
h  Wi hay  


c.h
Wi

Trong đó:
λ là độ dài sóng của sóng ngắn; υ là tần số bức xạ của sóng ngắn; c là tốc độ ánh
sáng.


c


1.2.3. Ion hóa nhiệt:
Ở nhiệt độ cao có thể phát sinh các quá trình nhƣ sau:
- Ion hóa va chạm giữa các phân tử do các phân tử chuyển động với tốc độ lớn.
- Ion hóa do bức xạ nhiệt của khí bị nung nóng.
- Ion hóa va chạm giữa những phân tử và điện tử hình thành do hai quá trình trên.
Theo lý thuyết của khí động học thì ở bất kỳ nhiệt độ nào cũng có các phân tử
chuyển động với nhiều tốc độ khác nhau (định luật phân bố phân tử theo tốc độ của
Maxwell – Boltzmann) cho nên ở bất kỳ nhiệt độ nào cũng đều có khả năng ion hóa, khác
3
2

nhau chỉ là ở xác suất nhiều hay ít. W  kT  Wi
1.2.4. Ion hóa bề mặt:
ba dạng ion hóa trên xảy ra trong thể tích chất khí còn dạng ion hóa bề mặt thì xảy ra ngay
trên bề mặt của các cực kim loại. Muốn thoát điện tử ra khỏi bề mặt cực cũng cần một năng
lƣợng nhất định, năng lƣợng này đƣợc gọi là công thoát. Trị số công thoát phụ thuộc vào
loại vật liệu làm điện cực và trạng thái bề mặt của điện cực.
Có thể dùng các biện pháp sau đây:

+ Nung nóng âm cực: do cực đƣợc nung nóng, điện tử chuyển đọng nhanh hơn và
có năng lƣợng lớn hơn. Nếu năng lƣợng này đạt đƣợc trị số nhất định đủ để vƣợt qua hàng
rào thế năng thì nó sẽ thoát ra khỏi bề mặt điện cực.
+ Bắn phá bề mặt âm cực bằng những phần tử có động năng lớn (bằng các ion
dƣơng có tốc độ cao)
+ Tác dụng bằng trƣờng cực mạnh (hiện tƣợng này gọi là bức xạ nguội vì âm cực
vẫn ở nhiệt độ bình thƣờng). Biện pháp này ít đƣợc dùng vì yêu cầu trƣờng phải lớn tới
khoảng 1000kV/cm.

Page 6


Kĩ thuật cao áp

1.3. Các quá trình chủ yếu của phóng điện trong chất khí
Ở nhiệt độ bình thƣờng năng lƣợng của chuyện động nhiệt của các phần tử không đủ
để ion hóa, nhƣng nếu có điện trƣờng tác dụng thì các điện tích tự do có sẵn trong nội bộ
chất khí sẽ chuyển động (điện tích dƣơng chuyển động theo phƣơng của trƣờng, điện tích
âm theo chiều ngƣợc lại), tích lũy năng lƣợng và tăng tốc độ, khi va chạm với các phân tử
khí có thể khiến cho các phân tử này bị ion hóa.
Ion hóa va chạm là yếu tố cơ bản của quá trình phóng điện của chất khí. Hệ số ion
hóa va chạm của điện tử gọi là hệ số ion hóa thứ nhất (the first Townsend ionization
coefficient, α) và hệ số ion hóa va chạm của ion gọi là hệ số ion hóa thứ hai (β). Thực tế
β<<α nên có thể bở qua quá trình ion hóa va chạm của ion.
Để đơn giản trong tính toán trị số α, ta giả thiết:
+ không xét khả năng ion hóa từng cấp, nghĩa là ion hóa va chạm do điện tử chỉ xảy
ra khi năng lƣợng mà nó tích lũy đƣợc bằng hoặc lớn hơn năng lƣợng ion hóa của phân tử
Wi.
+ điện tử sau mỗi lần va chạm (dù có hay không gây ion hóa) đều mất toàn bộ năng
lƣợng, có nghĩa là năng lƣợng của nó trong lần va chạm sau chỉ đƣợc tích lũy trong quá

trình chuyển động ở đoạn đƣờng tự do trƣớc đó.
+ quỹ đạo của điện tử trùng với phƣơng đƣờng sức của điện trƣờng.
Khi chuyển động trong điện trƣờng có cƣờng độ E và nếu qua đƣợc đoạn đƣờng x mà
không bị va chạm, điện tử sẽ tích lũy đƣợc năng lƣợng (E.q.x) với q là điện tích của điện tử.
Nhƣ vậy điều kiện để điện tử có thể gây ion hóa phân tử khí là:
E.q.x  Wi

Vậy độ dài đoạn đƣờng tự do cần thiết để có ion hóa:
W
xi  i
E.q
Khi điện tử đi qua đoạn đƣờng 1cm điện tử sẽ cóS  1/ e
1
k.T
trong đó  e  2  2
.r .N .r .p

lần va chạm với phân tử khí,

là đoạn đƣờng tự do trung bình của điện tử nếu điện tử chuyển động trong môi trƣờng của
các phần tử có bán kính r và mật độ phân tử là N/cm3, p là áp suất khí. Số lần va chạm với
đoạn tự do lớn hơn hoặc bằng x thì:
A

B.p

.r 2
;   S.P  x i  ;   A.p.e E
k.T
x


W

i
i
A.Wi
1  e
1  q.E.e 1
S.x i    .e  .e
B
 A.p
e
e
e
q

Page 7


Kĩ thuật cao áp

1.4. Đặc tính Von-ampe và các dạng phóng điện của chất khí

Hình 1.1 Đặc tính Vôn-Ampe của chất khí
- Giai đoạn Oa: khi U tăng thì I tăng, phù hợp định luật Ohm Trong khe hở luôn tồn tại
các điện tích tự do do quá trình ion hóa bên ngoài, dƣới tác dụng của điện trƣờng các
điện tích tự do di chuyển hình thành dòng điện. Khi u tăng thì E tăng, lúc đó vận tốc
dịch chuyển tăng lên làm số điện tích đi về các cực đối diện trong 1 đơn vị thời gian
tăng lên dẫn đến dòng tăng.
-Giai đoạn ab: u tăng, I=const, gọi là giai đoạn bão hòa vì số điện tích tự do trong khe

hở không khí có giới hạn - Giai đoạn bc: Tại b điện áp đạt giá tri U0 U tăng thì E tăng
dẫn đến số lƣợng điện tích tăng lên làm I tăng. Khối khí bị phóng điện Nếu duy trì
nguồn thì điện áp tự động tụt đến giá trị đủ để dập tắt hồ quang

Page 8


Kĩ thuật cao áp

CHƢƠNG 2.HIỆN TƢỢNG PHÓNG ĐIỆN SÉT VÀ QUÁ TRÌNH
TRUYỀN SÓNG TRÊN ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
2.1 Khái niệm chung về hiện tƣợng phóng điện sét
2.1.1 Quá trình phóng đi ện sét
- Trên đám mây có các điện tích dƣơng và điện tích âm phân bố rải đều.
+ điện tích dƣơng phân bố rải đều trên các đám mây,
+ điện tích âm phân bố thành đám.
- Khi phóng điện thì điện tích âm trung hòa với điện tích dƣơng và các điện tích còn lại thì
phát triển xuống mặt đấy gọi là dòng tiên đạo (có vận tốc từ 1,5.10 7 – 2.10 8 cm/s).
Mặt đất đồng đều cảm ứng điện tích và dòng tiên đạo phát triển thẳng góc xuống
mặt đất (do điện trở suất của mặt đất xấp xỉ nhau).
- Càng gần mặt đất thì điện trƣờng càng tăng nên gây ra ion hóa mãnh liệt (cƣờng độ điện
trƣờng lớn làm phát sinh điện tích dƣơng và điện tích âm và tập trung gọi là thác điện tử).
Dòng ngƣợc có vận tốc lớn 1,5.109 – 1,5.1010 cm/s = (0,05 – 0,5)vánh sáng gây ra sét.
Khoảng cách phóng điện có thể kéo dài 5 km.
Dòng điện sét:
Trong đó:

ζ – mật độ điện tích của tia tiên đạo
V – vận tốc phóng điện ngƣợc
Z0 – tổng trở sóng của khe sét (cỡ 200 Ω)

R – điện trở của đất tại chỗ sét đánh

Nếu sét đánh vào chỗ đánh tốt thì R << Z0 và:
is = ζ.v
2.1.2 Tham số của dòng điện sét
2.1.2.1 Dạng sóng sét
a, Dạng tổng quát
ηđs là dòng điện sóng đi từ 0 đến Imax .
ηs là dòng điện sóng đi từ 0 đến Imax đến 0,5.Imax .


Ký hiệu:

ds  s 
S  s 
, dấu ấm (-) chiếm 50%.

Page 9


Kĩ thuật cao áp

Hình 2.1. Dạng sóng sét tổng quát

b, Dạng xiên góc
-

Khi tính toán thƣờng sử dụng loại dạng xiên góc (độ dốc, phần đầu sóng).

Với a là độ dốc đầu sóng


at khi t  ds
iS  
ads khi t  ds
-

Dùng để tính quá trình truyền sóng trên đƣờng dây.

Hình 2.2. Dạng sóng sét xiên góc

c, Dạng hàm mũ
Ta chú ý phần đuôi sóng:
iS = Imax .e-t/T
với T = ηS/0,7.

Hình 2.3. Dạng sóng sét hãm mũ

Page 10


Kĩ thuật cao áp

2.1.2.2 Trị số của dòng điện sét (kA)
- Xác suất xuất hiện dòng điện sét: I ≥ Is là:
vI = P{I ≥ Is} = e -Is/26,1 = 10 -Is/60
lg(vI) = -IS/60
ln(vI) = -IS/26,1
- Độ dốc dòng điện sét:
aS 


IS
ds

 kA 
 s 
 

- Xác suất xuất hiện dòng điện sét có độ dốc a ≥ aS là:

va  P a  a S  eaS /10,9  10aS /25
lg(va) = -aS/25
ln(va) = -aS/10,9
2.1.3 Cƣờng độ hoạt động của sét
- Mật độ sét đánh trên diện tích 1 km2 đất:
ms = 0,1 ÷ 0,15
- Số lần sét đánh trong 1 năm trên diện tích 1 km2 đất:
Nj = ms.nngs = (0,1 ÷ 0,15)nngs
- Số ngày sét trong 1 năm (nngs)
+ Xích đạo: 100 ÷ 150 ngày
+ Nhiệt đới: 60 ÷ 100 ngày
+ Ôn đới: 30 ÷ 50 ngày
+ Hàn đới: < 5 ngày
2.2 Phóng điện xung kích
2.2.1 Điện áp xung kích
- Loại điện áp này có dạng sóng xung kích: điện áp tăng nhanh từ 0 đến trị số cực đại (đầu
sóng) và sau đó giảm chậm đến trị số 0 (đuôi sóng).
- Độ dài sóng ηS tính tới khi điện áp giảm xuống chỉ còn một nửa trị số biên độ.
Vì: khi điện áp đã giảm tới mức 50% trị số biên độ thì sẽ không còn khả năng gây nên
phóng điện do đó có thể không cần chú ý đến tình hình ở phần sau của sóng
- Trị số điện áp phóng điện xung kích phụ thuộc vào dạng sóng (đƣợc đặc trƣng bởi độ dài

đầu sóng và độ dài sóng) nên có qui ƣớc dạng sóng xung chuẩn:
ηđs = 1,2μs ± 30%
ηs = 50μs ± 20%
Ký hiệu: ±1,2/40 [μs/μs]
Page 11


Kĩ thuật cao áp

2.2.2 Máy phát điện áp xung
2.2.2.1 Sơ đồ phóng điện áp thấp
U0

U2
1
2

R1
U1

C1

K
R2 C2

t

U2
-U0


Hình 2.4 Sơ đồ phóng điện áp thấp
- Giả thiết không có điện dung C2 và điện áp ban đầu đặt lên C1 là U0, khi đóng khoá K thì
C1 sẽ phóng điện qua R1 và R2 (đƣờng 1).
- Nếu có điện dung C2 thì điện áp trên R2 (cũng là điện áp trên điện dung C2 ) không thể tăng
nhảy vọt đƣợc (đƣờng 2).
- Thay đổi R và C thì có thể đạt đƣợc dạng sóng cần thiết
a. Coi R2 = ∞ thì C1 phóng điện qua R1 và C2 :
Trạng thái ổn định:
q1=q2
Hay: C1U0 = (C1 + C2).U2

U 2d  U0
Hay

C1
B
C1  C2

Với U0 là điện áp ban đầu lên C1.





Suy ra:
U2 (t)  B 1  e t/T2
Với T2 - hằng số thời gian phóng điện của C1 qua R1 sang C2.

T2 


C1C2
R1
C1  C2

U
U1(t)
B
U2(t)

t

Hình 2.5 Dạng sóng điện áp U1 và U2 khi Coi R2 = ∞
b. Coi R2 ≠ 0 thì điện áp trên C2 sẽ phóng điện qua R2 và do đó nó giảm dần:
U2(t) luôn luôn nhỏ hơn trị số B một lƣợng ΔU, nó bằng phần điện áp giáng trên R1
(do có dòng điện qua R2)
Page 12


Kĩ thuật cao áp

U2 (t)  A  e

 t/T1

e

 t/T2




AB

R2
R1  R 2

Và ta có:
với + T1 = C1 .(R1 + R2) + C2R2
Gọi hệ số sử dụng của sơ đồ là η (với η < 1) thì phần điện áp cuối cùng tồn tại trên

C2 là:

U2 (t)  U0 .  e t/T1  e t/T2 

T2 

C1C2
RR
. 1 2
C1  C2 R1  R 2



C1
R2
.
C1  C2 R1  R 2

+ khi T2 giảm thì đầu sóng của sóng chuẩn càng dốc,
+ khi T1 giảm thì độ dài đầu sóng của sóng chuẩn càng lớn
Nhận xét: khi biết U2 (t) thì có thể xác định đƣợc các trị số cần thiết kế tạo sơ đồ.

t = ηđs thì U2 = Umax
t = ηs thì U2 = 1/2Umax
Suy ra:
T1 = ηs và T2 = ηđs/3,25
Sơ đồ này không tạo nên điện áp xung kích vì nó bị giới hạn bằng điện áp của tụ C1 (điện áp
nhỏ hơn 100, 150 kV).

Hình 2.6 Dạng sóng điện áp U1 và U2 khi Coi R2 ≠0
2.2.2.2 Sơ đồ phóng điện điện áp cao

Hình 2.7 Sơ đồ phóng điện điện áp cao
Page 13


Kĩ thuật cao áp

Trong đó:
K là chỉnh lƣu;
Rbv là điện trở bảo vệ;
Rn là điện trở nạp;
CA, CB và Cn là các tụ điện nạp;
KH1, KH2, KH0… là các khe hở phóng điện có trị số tăng dần (KH1< KH2 < … < KH0 );
Rôđ là điện trở ổn định;
Rp và Cp là các điện trở và tụ điện phóng để thực hiện dạng sóng cần thiết.
- Nguyên lý làm việc của sơ đồ cao áp có thể nói là “nạp song song – phóng nối tiếp”.
a. Giai đoạn nạp
- Máy tăng áp T làm tăng điện áp lên tới trị số định mức của tụ điện C, điện áp xoay chiều
đƣợc chỉnh lƣu K nắn thành điện áp một chiều đặt lên giữa các điểm A1 và A2, do đó tụ
điện CA nạp.
- Qua các điện trở Rn điện áp 1 chiều này cũng đƣợc đặt vào các điểm B2, C2,…, N2 và cuối

cùng sau một thời gian nhất định, tất cả các tụ điện C sẽ đƣợc nạp.
- Khi quá trình nạp kết thúc thì các điểm A2, B2,…, N2 có điện thế U0, còn các điểm A1,
B1,…, N1 có điện thế bằng 0 (điện thế của đất).
b. Giai đoạn phóng
- Chọn khe hở phóng điện KH1 sao cho nó phóng điện khi điện áp bằng U0 thì khi quá trình
nạp vừa kết thúc KH1 sẽ phóng điện. Khi KH1 phóng điện thì điện thế của B1 sẽ tiến tới
bằng điện thế của A2, nghĩa là bằng U0.
UB1 = UA2 = U0
- Điện thế trên điểm B2 là:
UB2 = UB1 + UCB = U0 + U0 = 2.U0 = (UC1 + UCB)
- Nếu đặt cự ly của khe hở phóng điện KH2 sao cho nó phóng điện khi điện áp bằng 2U0 thì
KH2 sẽ phóng điện và làm tăng thế của C1 lên bằng 2U0 và tƣơng tự ta có thế của C2 lên
bằng 3U0.
- Giả sử dung n cấp để các tụ điện trong giai đoạn phóng đƣợc ghép nối tiếp nhau qua các
khe hở KH1, KH2,…, KHn thì điện áp xung kích ở đầu máy phát có thể đạt tới nU0. (cấp
điện áp nhỏ hơn hoặc bằng 8 MV)
UN2 = nU0
Khi đó KH0 phóng và ta có:

U2 (t)  n.U0 ..  e t/T1  e t/T2 

Page 14


Kĩ thuật cao áp

2.2.3. Đặc tính von-giây
2.2.3.1 Thời gian phóng điện
- Điện áp xung kích có trị số điện áp phóng điện phụ thuộc rất nhiều vào thời gian tác dụng
của điện áp, thời gian này ngày càng bé thì điện áp phóng điện càng tăng.

- Nguyên nhân:
+ Bản thân quá trình phóng điện đòi hỏi phải có khoảng thời gian cần thiết gọi là thời gian
phóng điện (rất bé nhỏ so với chu kỳ của dòng điện xoay chiều) nên thời gian tác dụng của
điện áp (một chiều và xoay chiều) không ảnh hƣởng tới trị số điện áp phóng điện.
+ Đối với điện áp xung kích, thời gian tồn tại của nó rất ngắn nên thời gian tồn tại của điện
áp ảnh hƣởng lớn đến trị số điện áp phóng điện.
- Ví dụ: xét khe hở mà tại mức điện áp U0 điều kiện phóng điện tự duy trì đƣợc thực hiện.
Trƣớc và ngay cả ở thời điểm t1 thì cũng chƣa thể có phóng điện vì trƣớc hết phải có xuất
hiện ít nhất là một điện tử tác dụng ở khu vực âm cực, từ đó tạo lên thác điện tử thứ nhất.
Điện tử này có thể đƣợc tạo lên do sự bắn phá âm cực của các ion đƣơng luôn có sẵn trong
không khí hoặc do các nhân tố ion hoá bên ngoài. Vậy quá trình phóng điện không thể bắt
đầu từ thời điểm t1 mà phải từ thời điểm t2 = t1 + ttk.
Quá trình phóng điện đƣợc hoàn thành ở thời điểm t3 = t2 + tht , trong khoảng thời
gian hình thành phóng điện thì thác điện tử sẽ phát triển thành dòng để nối liền khoảng cực
và hoàn thành quá trình phóng điện.

Hình 2.8 Thời gian phóng điện
Vậy thời gian phóng điện:
tp = t1 + ttk + tht
+ Thời gian chậm trễ thống kê (ttk ) phụ thuộc vào các yếu tố:
/ Nhân tố ion hoá bên ngoài: nếu tác dụng với cƣờng độ mạnh thì ttk giảm vì
điện tử tác dụng đƣợc xuất hiện sớm (tia sóng ngắn).
/ Công thoát của vật liệu làm điện cực: điện cực đƣợc chế tạo bằng vật liệu có
công thoát bé sẽ làm giảm thời gian chậm trễ thống kê vì với cƣờng độ ion hoá bên ngoài
không đổi số điện tử đƣợc giải thoát từ mặt cực âm cực tăng nhiều hơn.
Page 15


Kĩ thuật cao áp


/ Điện áp: tăng điện áp thì trƣờng mạnh, khả năng khuếch tán cũng nhƣ kết
hợp của điện tử với các phân tử để trở thành ion âm giảm, đồng thời khả năng ion hoá của
nó tăng lên.
+ Thời gian hình thành phóng điện:
>Giai đoạn thác điện tử đầu tiên phát triển tới độ dài xk chuẩn bị tạo điều
kiện cho việc hình thành dòng.
>Giai đoạn phát triển của dòng tới suốt chiều dài khoảng cực.
>Giai đoạn của phóng điện ngƣợc (có thể bỏ qua do việc phát triển với tốc độ
càng cao).
Tốc độ của thác thực chất là tốc độ của điện tử. Tốc độ phát triển của dòng nhanh
hơn nhiều so với tốc độ của điện từ (2 – 10 lần) do có xuất hiện nhiều thác mới ở khu vực
đầu dòng.
2.2.3.2 Định nghĩa đặc tính Vôn-giây
Đặc tính Vôn-giây là sự phụ thuộc của thời gian phóng điện vào biên độ điện áp tác
dụng.
2.2.3.3 Sơ đồ tạo đặc tính Vôn-giây

Hình 2.9 Sơ đồ tạo đặc tính V-S
- Máy phát xung (MFX) phát ra dòng xung kích tác dụng lên cách điện cần thử (CĐCT) rồi
lên phân áp, ở đây lấy một phần điện áp qua thiết bị đo (TBĐ) vì không thể lấy điện áp cao.
- Điện áp phóng điện lấy trị số cao nhất cho đến khi có phóng điện.
- Đặc tính Von-giây tạo ra từ tâm tản mạn của thời gian phóng điện (đặc tính Von-giây là
một miền).
- Biên độ điện áp tác dụng càng lớn thì xác suất phóng điện càng cao.
- Trị số điện áp phóng điện xung kích 50% còn gội là điện áp phóng điện bé nhất (U50%) là
biên độ sóng xung kích khi cho tác dụng nhiều lần sẽ có 50% số lần xảy ra phóng điện.
- Cƣờng độ xung kích đảm bảo giới hạn an toàn của cách điện với xác suất phóng điện bằng
0.
- Đƣờng đặc tính có dạng khác nhau khi trƣờng là đồng nhất hoặc không đồng nhất.
Page 16



Kĩ thuật cao áp

+ Không đồng nhất: thời gian phóng điện tăng khi điện áp giảm vì tốc độ hình thành
phóng điện giảm thấp và đặc tính có độ dốc lớn và ngƣợc lại trong trƣờng đồng nhất: sự
tăng thời gian phóng điện khi điện áp giảm chủ yếu do thời gian chậm trể thống kê tăng lên
nếu khe hở đặt ngoài không khí thì t tk rút ngắn và đặc tính có dạng phẳng ngang.
2.3.4. Ý nghĩa của đặc tính Vôn-giây
- Là đặc tính quan trọng của cách điện, trong việc phối hợp cách điện giữa thiết bị điện và
thiết bị bảo vệ cho nó.
- Để đảm bảo an toàn cho cách điện thiết bị bảo vệ cần phải có đƣờng đặc tính Vôn-giây
hoàn toàn nằm dƣới đƣờng đặc tính Vôn-giây của cách điện và có dạng phẳng ngang để
không xảy ra giao chéo ở khoảng thời gian bé.
- Ứng với điện áp U(t) thì thời gian phóng điện của thiết bị bảo vệ (chống sét van) phải nhỏ
hơn của biến áp thì mới phóng điện trƣớc tạo an toàn cho thiết bị.
- Những thiết bị có đặc tính Vôn-giây bằng phẳng, để trƣờng của nó đồng nhất thì phải dùng
các thiết bị bảo vệ cũng có đặc tính Von-giây phẳng (MBA, MĐ).
Chống sét ống có đặc tính Vôn-giây dốc nên không thể bảo vệ trong máy biến áp, máy điện
mà chỉ bảo vệ cho đƣờng dây.
U

BA

CSV

Hình 2.10 Ý nghĩa đặc tính VS
2.3. Phóng điện vầng quang
- Phóng điện vầng quang là một dạng phóng điện tự duy trì đặc trƣng cho sự phóng điện
trong trƣờng không đồng nhất tại nơi có cƣờng độ trƣờng lớn.

- Phóng điện tuy đạt đƣợc điều kiện tự duy trì nhƣng dòng không thể kéo dài trên toàn bộ
khoảng cực mà chỉ giới hạn trong phạm vi nhỏ ở gần điện cực có bán kính cong bé. Phạm
vi này gọi là quầng của vầng quang (các quá trình ion hoá, kết hợp hoặc trở về trạng thái
bình thƣờng của các phân tử bị kích thích phát sinh rất nhiều photon khiến cho vùng hẹp
này toả sang gội là vầng quang).
- Các ion đƣợc tạo lên trong quầng của vầng quang dƣới tác dụng của điện trƣờng sẽ dịch
chuyển ra phía ngoài và hình thành dòng điện vầng quang gọi là dòng plasma.
Page 17


Kĩ thuật cao áp

- Vầng quang xảy ra khi cƣờng độ trƣờng trên bề mặt dây dẫn lớn hơn cƣờng độ trƣờng xảy
ra vầng quang trong không khí.
- Ƣu và khuyết điểm của phóng điện vầng quang:
+ dùng vầng quang âm để lọc bụi trong khói ở 1 số cơ sở luyện kim và nhà máy
nhiệt điện.
+ vầng quang có tác dụng tích cực trong bảo vệ hệ thống điện chống quá điện áp khí
quyển (khi có sét đánh trên đƣờng dây, vầng quang sẽ tiêu hao năng lƣợng của các sóng quá
điện áp, làm giảm biên độ và độ dốc sóng do đó tăng an toàn cho cách điện của trạm biến áp
và nhà máy điện  tốt cho truyền sóng).
/ vầng quang gây nên 1 loại dòng điện rò gây tổn hao năng lƣợng do sự
chuyển dịch của các ion dƣới tác dụng của trƣờng
/ vầng quang gây nhiễu loạn thông tin hữu tuyến và vô tuyến, ăn mòn vật liệu
- Cƣờng độ trƣờng xảy ra vầng quang giữa:
R
 0,308 
U

E

.r
.ln
+ 2 hình trụ:
 
vq
vq 0
E vq  31.. 1 



 r0 
r0 . 

R
r0

Hình 2.11 Vầng quang giữa 2 trụ
+ 2 dây dẫn hoặc dây dẫn và mặt đất:

S
U vq  E vq .r0 .ln  
 r0 

Với

 0,301 
E vq  298.. 1 




r
.

0



+ ζ là mật độ tƣơng đối của không khí
+ S là khoảng cách giữa hai dây dẫn (S>>r0 ).
Chú ý: khi tính toán thì đƣa về 2 hình trụ để dễ tính toán.

h'=S/2

Hình 2.12 Vầng quang giữa dây dẫn và mặ đất
Page 18


Kĩ thuật cao áp

2.3.1. Phóng điện vầng quang trên đƣờng dây dẫn điện một chiều
- Sự dịch chuyển của điện tích từ dây dẫn có vầng quang đến điện cực đối diện tạo nên dòng
điện vầng quang. Dòng điện này có tính chất nhƣ một dòng điện rò và gây tổn hao năng
lƣợng gọi là tổn hao vầng quang.
{-Khi dây dẫn dài thì vầng quang có thể phát triển đồng thời tại nhiều điểm vì vậy các xung
dòng điện hợp lại thành dòng điện liên tục. Nếu tăng điện áp thì vầng quang sẽ phát triển
trên toàn bộ bề mặt dây dẫn và dòng điện mất hẳn tính chất không liên tục của nó.}
- Các điện tích chuyển dịch theo 1 chiều từ cực này sang cực kia.
- Ứng với đơn vị dài của đƣờng dây, tổn hao này đƣợc tính:
P = U.I = U.f(U)
Với I là dòng điện vầng quang và I = f(U) là đặc tính vôn-ampe của vầng quang điện

- Công thức tính tổn hao vầng quang của đƣờng dây dẫn điện 1 chiều:
P = A.U2 .(U – Uvq) [kW/km]
với A là hệ số phụ thuộc vào kích thƣớc của khe hở

-U/2

+U/2

Hình 2.13 Vầng quang trên đƣờng dây dẫn điện một chiều
2.3.2.1. Vầng quang đơn
Hai dây dẫn có điện thế (+U/2) và (–U/2) đặt cách nhau bởi bản kim loại đƣợc nối đất.
Quá trình ion hoá phát triển độc lập trên mỗi nửa khe hở và các điện tích khối do các quá
trình ấy tạo lên không ảnh hƣởng lẫn nhau. Đây là vầng quang đơn vì trong phần khe hở
hình thành bởi “dây dẫn-bản cực” chỉ có một cực phát sinh vầng quang. Tổn hao vầng
quang trong trƣờng hợp này bằng tổng tổn hao trên mỗi dây dẫn: P = P + + P -.
2.3.2.2 Vầng quang kép
- Khe hở không có bản kim loại ngăn ở giữa (bản kim loại-mặt phẳng trung hoà).
- Các ion khác dấu khi gặp nhau trên mặt phẳng trung tính chỉ kết hợp với nhau một phần,
số còn lại sẽ đi vào khoảng không gian của các điện tích khối khác dấu. Các ion đó phá huỷ
trạng thái cân bằng đã có sẵn và làm tăng cƣờng độ điện trƣờng ở xung quanh dây dẫn.

Page 19


Kĩ thuật cao áp

- Để khôi phục lại trạng thái cân bằng thì cần phải tiếp tục ion hoá ở gần dây dẫn, do đó
dòng điện vầng quang tăng và tổn hao vầng quang tăng.
- Cả hai điện cực đều có vầng quang nên gọi là vầng quang kép, chúng phát sinh ảnh hƣởng
lẫn nhau làm cho tổn hao vầng quang P > P + + P -.

2.3.2.3 Kết luận
- Trên đƣờng dây dẫn điện 1 chiều, vầng quang đơn xảy ra khi dây dẫn chỉ có 1 cực tính
(giữa dây dẫn và mặt đất)
- Vầng quang kép là khi các dây dẫn đặt trên cột có cực tính khác nhau.
2.3.2 Phóng điện vầng quang trên đƣờng dây dẫn điện xoay chiều
- Vì cực tính của các dây dẫn biến đổi trong từng chu kỳ nên điện tích khối của mỗi pha chỉ
bị đẩy xa khỏi dây dẫn một đoạn đƣờng nào đó còn trong nửa chu kỳ sau lại bị kéo về phía
dây dẫn.
- Ở đƣờng dây dẫn điện xoay chiều thì điện áp thay đổi theo tần số f điện tích chuyển động
2f lần trên 1 giây.
- Giả thiết cƣờng độ trƣờng trên mặt dây dẫn trong toàn bộ thời gian của nửa chu kỳ là
không đổi và bằng trị số tới hạn của vầng quang (Evq) còn ở không gian ngoài (điểm các xa
trục dây dẫn 1 đoạn r) thì cƣờng độ trƣờng E là:
E.r = const = Evq.r0
E = (Evq.r0 )/r
với r0 là bán kính dây dẫn.
Tốc độ chuyển dịch của 1 điện tích tỷ lệ với điện trƣờng:
v

r
dr
 k.E  k.E vq . 0
dt
r

T/2



dt 


rmax

0



r0

rdr
k.E vq .r0

Suy ra:
2
 r02
T rmax

2 2.k.E vq .r0

với k là độ linh hoạt của phần tử chuyển động (với ion âm, ion dƣơng thì k tƣơng tự nhau)

rmax  k.T.E vq .r0
Đoạn đƣờng chuyển dịch của điện tích khối:
Ví dụ:
r0 = 1,25cm
Evq = 36kV/cm
Page 20


Kĩ thuật cao áp


T = 0,02 giây (s)
k = 1,8 [(cm/s)/(V/cm)]
Khi đó: r max = 40cm<Nhƣ vậy, có thể xem điện tích khối của mỗi pha là độc lập với nhau hay nói cách khác, quá
trình phóng điện vầng quang trên 1 pha nào đó không chịu ảnh hƣởng của các pha bên cạnh.
2.3.3.1 Quá trình phóng điện trên một dây dẫn điện xoay chiều
- Điện áp nguồn biến thiên theo hình sin: u(t) = Umax .sinωt
- Giả thiết dây dẫn đƣợc nối với nguồn đúng vào lúc điện áp bằng không.
Q(t)

Ungu?n(t)

U
Umax
Umax

Edd, U'dd, Qdd

Uvq
Evq
t0

t0

t1

t1

t2

t2

t3

t5
t4 t6

t5

t7

t8
U0

t7

Page 21


Kĩ thuật cao áp
+Q

+Q
2

4
-U

1

+U

5

1

5

+U

-U

0

0

8

7
-Q

-Q

Hình 2.14 Quá trình phóng điện trên một dây dẫn điện xoay chiều
+ thời điểm t = t0 ÷ t1. Thời gian này chƣa xuất hiện vầng quang nên điện tích của dây dẫn
đƣợc tính:Qdd = U.Chh
Với Chh là điện dung của dây dẫn đối với đất khi chƣa có vầng quang (là một hằng số chỉ
phụ thuộc vào kích thƣớc hình học).
+ thời điểm t = t1 ÷ t2. Điện áp và cƣờng độ điện trƣờng trên mặt dây dẫn đạt trị số tới hạn
Uvq, Evq để phát sinh vầng quang. Lúc này có xuất hiện các dòng plasma, một số ion (điện

tích dƣơng) theo dòng đi từ dây dẫn ra khoảng không gian xung quanh tạo lên điện tích khối
dƣơng (còn những điện tử thì bị hút ngay vào dây dẫn) (hình 1). Khi điện áp tăng từ trị số
Uvq tới trị số biên độ Umax thì dòng càng kéo dài và số điện tích chuyển dịch ra ngoài cũng
nhiều khiến cho dòng có điện dẫn cao và trƣờng trong nội bộ dòng bé hơn nhiều so với trị
số Evq. Trong khi đó cƣờng độ trƣờng trên mặt dây dẫn giữ không đổi và bằng Evq vì nó chỉ
cần đảm bảo có quá trình ion hoá chung quanh dây dẫn, điện áp tăng sẽ làm cho dòng dài
thêm ra nhƣng trƣờng thì không tăng lên. Do đó, điện tích trên mặt dây dẫn cũng giữ không
đổi và có trị số:
Qdd = 2πε.Evq
Điện tích này tạo lên phần điện áp trên dây dẫn:

U 'dd 

Qdd
Chh

Do các dòng plasma dẫn các ion dƣơng ra ngoài không gian nên ngoài Qdd ra sẽ còn một
ΔQ nào đó, ΔQ này tăng khi điện áp tăng.
Sự chênh lệch giữa điện áp của nguồn và điện áp U’dd là do điện tích không gian ΔQ gây
lên, hay:ΔU = Ung – U’dd
Khi điện áp đạt tới trị số Umax thì đạt đƣợc các trị số ΔUmax , ΔQmax , Qmax , Edd = Evq và Qdd
bằng điện tích lúc mới phát sinh vầng quang.
Page 22


Kĩ thuật cao áp

+ Thời điểm t > t2. Điện áp nguồn bắt đầu giảm và kéo theo sự giảm của điện tích tổng Q.
Những điện tích trên mặt dây dẫn sẽ chạy về nguồn trƣớc nghĩa là Qdd bị giảm do đó làm
giảm cƣờng độ điện trƣờng trên mặt dây dẫn và quá trình ion hoá bị chấm dứt. Các dòng

plasma bị mất dần và tiến tới mất hẳn tính chất dẫn điện, để lại trong không gian số lƣợng
điện tích khối ΔQmax quanh dây dẫn, điện tích này không thay đổi đƣợc nữa.
Tóm lại sau thời điểm t2, điện áp cứ giảm theo hình sin, điện tích trên dây dẫn Qdd,
cƣờng độ điện trƣờng trên mặt dây dẫn Edd sẽ giảm. Nhƣng điện áp do Qdd gây nên luôn
luôn có:
U’ = U – ΔUmax
Vì suốt trong quá trình t > t 2 thì ΔU = ΔUmax không đổi (do ΔQ = ΔQmax ).
+ Thời điểm t = t3. Toàn bộ phần điện tích trên dây dẫn trở về nguồn, cƣờng độ trƣờng trên
mặt dây dẫn cũng nhƣ thành phần điện áp U’dd giảm tới số 0. Điện áp u(t) còn có trị số
dƣơng là do ảnh hƣởng của điện khối (đƣờng biểu diễn của Edd, Qdd và U’dd trong khoảng
thời gian này đƣợc xác định bằng cách cộng thêm vào tung độ đƣờng Qdd đại lƣợng ΔQmax .
{điện tích không gian có ảnh hƣởng lớn hơn}
+ Thời điểm t = t4 . Trên dây dẫn xuất hiện điện tích âm đủ để tạo lên phần điện áp có
trị số bằng ΔUmax triệt tiêu phần điện áp do điện tích khối gây lên và làm cho điện áp tổng
giảm tới số 0.
+ Thời điểm t =t5. Trƣờng trên dây dẫn đã đạt đƣợc trị số tới hạn để phát sinh vầng quang
âm. Chung quanh dây dẫn bắt đầu hình thành điện tích khối âm. Chúng sẽ bù điện tích khối
dƣơng còn lại từ nửa chu kỳ trƣớc và đến khi t = t6 thì điện tích khối dƣơng đƣợc bù hoàn
toàn và điện tích tổng Q lúc này có trị số bằng 0. Các thành phần Qdd, Edd và Udd sẽ giữ
không đổi trong suốt giai đoạn có xảy ra quá trình ion hoá (t 5 ÷ t7).
Chú ý: khi t = t 5 thì điện áp nguồn chỉ cần đạt tới mức U0 < Uvq đã có thể bắt đầu có vầng
quang âm.
U0 = Uvq – ΔUmax
mặt khác: ΔUmax = Umax – Uvq
nên: U0 = 2.Uvq – Umax
Do đó, nếu biên độ điện áp nguồn càng lớn thì vầng quang âm xuất hiện càng sớm thậm chí
có thể phát sinh ngay trong nửa chu kỳ dƣơng của điện áp (khi Umax > 2.Uvq thì U0 < 0).
>Phóng điện vầng quang: các dòng plasma phát triển dài dần và những điện tích
đƣơng bị hút vào dây dẫn (vì trên mặt dây dẫn lúc này là điện tích âm) còn các điện tích âm
bị đẩy ra xa gặp các điện tích không gian dƣơng có sẵn, chúng bắt đầu trung hoà. Vì vậy ta

thấy trên hình, đƣờng chấm chấm bắt đầu hƣớng đến gần đƣờng Qdd.

Page 23


Kĩ thuật cao áp

+ Thời điểm t = t6 ÷ t7 . Vầng quang vẫn tiếp tục tồn tại nhƣng điện tích khôgn gian
lúc này là chuyển thành dấu âm và ở điểm t = t7 thì điện tích này đạt trị số cực đại. Khi t =
t7, điện áp giảm, vầng quang tắt dần, để lơ lửng lại trong không gian điện tích âm Qmax .
Cuối cùng chúng ta xét dòng điện vầng quang. Dòng điện tổng gồm có 2 thành phần:
+ Dòng điện chung iC:

iC  Chh .

dU
dt

+ Dòng điện vầng quang ivq: chỉ tồn tại trong lúc có vầng quang.
- Đặc tuyến Vôn-Culông của đƣờng dây có vầng quang, đó là quan hệ giữa điện tích tổng
do nguồn cung cấp với điện áp nguồn. Đoạn 0-1 ứng với thời gian khi chƣa xuất hiện vầng
quang, độ nghiêng của nó xác định bởi điện dung hình học của đƣờng dây.
2.3.3.2 Tổn hao vầng quang trên đường dây dẫn điện xoay chiều
- Điện tích khối về cơ bản không đi đến điện cực đối diện.
- Khi đƣờng dây không tải và khôgn có vầng quang thì sẽ không có tổn hao (bỏ qua tổn hao
gây lên bởi điện trở tác dụng của dây dẫn và dòng điện rò trên bề mặt cách điện) và năng
lƣợng mà nguồn phải cung cấp để tạo điện trƣờng sẽ đƣợc hoàn lại trong thời gian của nửa
chu kỳ sau.
- Khi có vầng quang và khi điện áp nguồn bắt đầu giảm (t > t2) thì chỉ có số năng lƣợng của
số điện tích trên dây dẫn là đƣợc trả về nguồn còn năng lƣơng có liên quan đến số điện tích

khối vẫn đƣợc giữ lại dƣới dạng trƣờng dƣ, tới nửa chu kỳ sau số điện tích khối này tuy
đƣợc bù hoàn toàn nhƣng không phải là trở về dây dẫn mà phần năng lƣợng của chúng cũng
không đƣợc trả về nguồn mà trở thành một dạng tổn hao năng lƣợng.
- Nguyên nhân làm cho số điện tích khối không trở về dây dẫn là so sự cản trở của các phần
tử không khí, do đó tổn hao vầng quang thể hiện chủ yếu ở chỗ làm nóng môi trƣờng không
khí quanh dây dẫn.
{+ Đối với xoay chiều: điện tích không gian không đến đƣợc các dây khác.
+ Đối với một chiều: các điện tích tự do chuyển dần về các dây trái dấu nhau và tạo lên một
dòng điện tƣơng tự nhƣ dòng điện rò.
+ Khi có vầng quang sự biến thiên của điện tích khôgn theo hình sin, không trùng pha với
điện áp nên làm xuất hiện những songs dòng cao tần trên dây.
+ Không khí không dẫn điện}
-

Dựa vào đặc tính Culông, tổn hao vầng quang trong 1 chu kỳ của đƣờng dây dẫn

điện xoay chiều:
T

P   U.I.dt  Ñ
 U.dQ (VA)
o

Page 24