Bài giảng Vật liệu cách điện - Phạm Xuân Hổ

Nội dung text: Bài giảng Vật liệu cách điện - Phạm Xuân Hổ

1. VẬT LIỆU ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN (INSULATOR MATERIALS) THỰC HIỆN: GVC THẠC SỸ PHẠM XUÂN HỔ
2. NỘI DUNG: SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI ĐIỆN TRƯỜNG TRONG ĐIỆN MÔI KHÔNG ĐỒNG NHẤT TỔN HAO ĐIỆN MÔI SỰ PHÁ HUỶ ĐIỆN MÔI
3. SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI NGUYÊN TỬ, PHÂN TỬ CÓ CỰC NGUYÊN TỬ, PHÂN TỬ KHÔNG CÓ CỰC MOMENT ĐIỆN (p) ĐỘ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI: Σ pShσ P = ==σ VV P = kE.ε0.E
4. SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI PHÂN CỰC LÀ KHẢ NĂNG SẮP XẾP THAY ĐỔI VỊ TRÍ CỦA CÁC PHẦN TỬ MANG ĐIỆN TRONG KHÔNG GIAN CÁC NGUYÊN TỬ VÀ PHÂN TỬ HÌNH THÀNH CÁC MOMENT ĐIỆN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA ĐIỆN TRƯỜNG NGOÀI. CÁC ĐIỆN TÍCH CHỈ DỊCH CHUYỂN TRONG PHẠM VI NGUYÊN TỬ, PHÂN TỬ SỰ PHÂN CỰC TÁC ĐỘNG LÊN TẤT CẢ NGUYÊN TỬ, PHÂN TỬ ĐIỆN MÔI SỰ PHÂN CỰC LÀ SỰ DỊCH CHUYỂN ĐIỆN TÍCH CÓ TÍNH ĐÀN HỒI KHI CẤP NGUỒN MỘT CHIỀU NĂNG LƯỢNG CUNG CẤP CHO SỰ PHÂN CỰC DO DÒNG ĐIỆN DỊCH CHỈ XUẤT HIỆN KHI ĐÓNG HAY NGẮT MẠCH ĐIỆN KHI CẤP NGUỒN XOAY CHIỀU SIN DÒNG ĐIỆN DỊCH XUẤT HIỆN LIÊN TỤC VÀ ĐỔI CHIỀU GỌI LÀ DÒNG ĐIỆN DUNG SỚM PHA SO DÒNG ĐIỆN DẪN 900
5. SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI ĐIỆN DỊCH (D) LÀ SƯ DỊCH CHUYỂN CÁC ĐIỆN TÍCH TRONG KHÔNG GIAN GIỚI HẠN CỦA KHỐI ĐIỆN MÔI XÁC DỊNH THEO LÝ THUYẾT GAUSS. DEPEk=+=+εε 1( ) ∫ Dds= Σ q 00E DEE==εεr 0 ε U ε1 E1 ε4 ε3 E4 E3 ε2 D E2 ε5 E5
6. SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI h W 11 S h WEDE== =εε 2 R = ρ 00V 22 S S S λ = 1 C = ε.ε 0 h R = ρ h λ RC = ρ εε0 R2 C = ε ελ R2 ln 0 R1 R = ρ R1 2.π .l 2.π .l λ = l R2 ln 2.π .l R1 C = εε. 0 R2 μμ. μ ln Z = 0 ;Z ===0 120π 377Ω R1 B B εε. 0 ε0
7. SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI S1 ∗ ε1 CCC= 12+ n ∗ S ε = yii.ε ε2 S2 y = i ∑ ĐẶT: i n i=1 h ∑ S i i = 1 h2 h1 111 =+ ∗ 1 S ∗ ε = CCC12 n Yi ε1 h ε2 Y = i ∑ ĐẶT: i n i=1 εi ∑ h i h i = 1 1 n U ≤≤ε ∗ y .ε ε n ∑ ii E1 ε ε Y 1 i i=1 3 4E4 ε E3 ∑ E2 D ε i=1 εi 2 E5 5
8. ĐIỆN TRƯỜNG TRONG ĐIỆN MÔI KHÔNG ĐỒNG NHẤT U ε1 ε2 D = ε εεεEE= D 10 1202 E1 E2 ε E ⇒=12 h1 h2 ε 21E U U E12= ε E21= ε hh12 ε + 21ε hh12 ε + 21ε U CÔNG THỨC TỔNG QUÁT E = ĐIỆN TRƯỜNG LỚP THỨ I I n h ε i I ∑ i=1 εi
9. ĐIỆN TRƯỜNG TRONG ĐIỆN MÔI KHÔNG ĐỒNG NHẤT U Er = R2 R1 r.ln r R1 R 2 U E = U MAX R2 E R1.ln EMAX R1 E U r E = EMIN r MIN R2 R2.ln R1
10. ĐIỆN TRƯỜNG TRONG ĐIỆN MÔI KHÔNG ĐỒNG NHẤT R2 ε 2.ln .U R1 U1 = ε2 R R ε1 2 3 R1 εε21.ln+ .ln r R12R R2 R3 ε1.ln .U R3 U R 1 2 U2 U2 = R2 R3 U εε21.ln+ .ln R12R R E I +1 U I E ln .U E = MAX 1 E R rI MAX 2 I RI +1 U I = n r.ln 1 Ri+1 RI Er E ε I .ln MIN 2 ∑ EMIN 1 r i=1 εiiR ( RI ≤ r ≤ RI+1 )
11. TỔN HAO ĐIỆN MÔI SỰ DẪN ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ: SỰ DẪN ĐIỆN TRONG CHẤT LỎNG: J σ 1 (A/m 2) ( Ωm) 10 -14 E(V/m) E (V/m) 0,5 Eđt 2 n nq0 . JEq= σμμ. =−p E σ = α ()()+− () 6.π .r .η n q : Điện tích hạt phân ly ⇒=σμμq p − ()()+− () α n0 : Mật độ điện tích 2 r : Bán kính cầu hạt phân ly Trong đó: nnnn==α ⎡⎤ α p ⎣⎦()+− () η : Độ nhớt chất lỏng α : Hệ Số Tái Hợp ; np : Mật Độ Tái Hợp
12. TỔN HAO ĐIỆN MÔI SỰ DẪN ĐIỆN TRONG ĐIỆN MÔI RẮN : ve ĐIỆN DẪN SUẤT CỦA VẬÄT LIỆU RẮN: σ ==ne ne μ eeeE ne : mật độ điện tử tự do ; μe : độ linh động của hạt mang điện ρΩm SỰ DẪN ĐIỆN BỀ MẶT: XEREZIN 1015 Nguyên nhân điện dẫn bề mặt là do tồn tại trên bề mặt điện môi độ ẩm hay bụi 1014 bẩn. Nước là một điện môi lỏng có cực THUỶ TINH KIỀM 1012 tính, điện trở suất thấp nên chỉ cần môt lớp màng cực mỏng trên bề mặt điện môi 1010 làm cho điện dẫn suất mặt tăng nhanh. NHỰA FENOL 108 Độ bám của nước trên bề mặt điện môi còn phụ thuộc bản chất tự nhiên của vật 6 10 liệu và môi trường điện môi làm việc. % Điện dẫn suất bề mặt tăng nhanh khi độ 20 40 60 80 100 ẩm môi trường vượt quá 70%
13. TỔN HAO ĐIỆN MÔI δ : GÓC TỔN HAO ; tgδ : HỆ SỐ TỔN HAO I 2 IT IC ΔP = U /R = U.IR δ IR tgδ =⇒= IRC I. tgδ IC ϕ U IR U IICUCC=⇒= ω ZC 2 ⇒ Δ=P U IC tgδ = U Cωδ tg
14. TỔN HAO ĐIỆN MÔI 2 ε ε S Δ=P ()Eh.2 π f r 0 .tgδ h 107 Δ=P ()Sh.2 π f εδ Et2 g r 4 π c2 1 Δ=PShfEtg () ε 2 δ 18.109 r ΔP 1 2 TỔN HAO TRUNG BÌNH: Δ=P = E f ε .tgδ drV 18.109 ΔP ftg ε δ ĐIỆN DẪN SUẤT TÍCH CỰC : d r γ dm ==29 =ωε r ε0 tg δ (ĐỐI VỚI ĐIỆN ÁP AC) E 18.10
15. TỔN HAO ĐIỆN MÔI SƠ ĐỒ THAY THẾ ĐIỆN MÔI CÓ TỔN HAO : C P C S RS RP U U tgδ = RSS ω C IUCCP = ω P U 2 tgδ IRP = Δ=PU ω CS . 2 RP 1+ tg δ 1 tgδ = CC=+1 tg2δ R ω C SP( ) P P CÔNG THỨC CHUYỂN ĐỔI RP 2 R = Δ=PU ω Ct .gδ S 2 P ()1+ tg δ
16. PHÁ HỦY ĐIỆN MÔI I U E = dt dt h U Uđt SỰ PHÁ HUỶ ĐIỆN MÔI LÀ HIỆN TƯỢNG DÒNG ĐIỆN TRONG ĐIỆN MÔI ĐỘT NGỘT TĂNG KHI ĐẶT ĐIỆN MÔI DƯỚI TÁC DỤNG ĐIỆN TRƯỜNG VÀ ĐIỆN ÁP ĐẠT TỚI GIỚI HẠN GỌI LÀ ĐIỆN ÁP ĐÁNH THỦNG
17. PHÁ HỦY ĐIỆN MÔI ĐỘ BỀN ĐIỆN LÀ GIÁ TRỊ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG TẠI VỊ TRÍ VÀ THỜI ĐIỂM CHỌC THỦNG ĐIỆN MÔI VẬT LIỆU ECT (MV/m) MICA 100 ÷ 300 CAO SU 30 ÷ 50 DẦU BIẾN ÁP 15 ÷ 25 KHÔNG KHÍ KHÔ 2 ÷ 5 PHÓNG ĐIỆN LÀ HIỆN TƯỢNG PHÁ HỦY LỚP BỀ MẶT ĐIỆN MÔI RẮN ĐÁNH THỦNG LÀ HIỆN TƯỢNG PHÁ HỦY TRONG LÒNG ĐIỆN MÔI RẮN
18. PHÁ HỦY ĐIỆN MÔI KHÍ U a GIÁ TRỊ ĐIỆN ÁP ĐÁNH (MV) THỦNG GIỮA 2 ĐIỆN CỰC 4 ĐIỆN MÔI KHÍ KHÔNG CHỈ 3 PHỤ THUỘC VÀO THÀNH b PHẦN HOÁ HỌC, ÁP SUẤT, 2 NHIỆT ĐỘ MÀ CÒN PHỤ 1 THUỘC KÍCH THƯỚC VÀ l(m) HÌNH DÁNG ĐIỆN CỰC 2 4 6 8 10 KHI ĐIỆN TRƯỜNG GIỮA 2 ĐIỆN CỰC CHẤT KHÍ CÓ PHÂN BỐ KHÔNG ĐỒNG NHẤT THÌ CÓ THỂ XẢY RA SỰ PHÓNG ĐIỆN ĐÁNH THỦNG 1 PHẦN CHẤT KHÍ NƠI CÓ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG VƯỢT QÚA NGƯỠNG GIỚI HAN GỌI LÀ HIỆN TƯỢNG VẦNG QUANG 2 TỔN THẤT DO VẦNG QUANG : PAfUUKK=− ( )
19. PHÁ HỦY ĐIỆN MÔI KHÍ ĐIỀU KIỆN PHÓNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ: U KHÔNG CÓ CÁC HẠT ĐIỆN TÍCH (KV) KHÍ KHÔ ARGON TỰ DO e- HAY CÁC ION HYDRO CÓ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG ĐỦ LỚN 0,428 0,326 0,195 p.h SF6 : 5 ÷ 12 (MV/m) (mmHg.cm) C F : 12 ÷ 25 (MV/m) 5,67 7 14 C F 20 ÷ 45 (MV/m) 14 24 ĐIỆN ÁP ĐÁNH THỦNG CHẤT KHÍ PHỤ THUỘC RẤT LỚN VÀO TÍCH TÍCH ÁP SUẤT CHẤT KHÍ VÀ KHOẢNG CÁCH ĐIỆN CỰC
20. PHÁ HỦY ĐIỆN MÔI LỎNG U DẦU (KV) MBA 25mm 40 30 2,5mm 20 ε = 2,2 10 % Tạp chất 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 TẠP CHẤT TRONG ĐIỆN MÔI LỎNG GÂY RA ĐIỆN TRƯỜNG KHÔNG ĐỒNG NHẤT LÀM SUY GIẢM NHANH CHÓNG ĐỘ BỀN ĐIỆN
21. PHÁ HỦY ĐIỆN MÔI RẮN PHÁ HỦY ĐIỆN LÀ SỰ PHÁ HỦY TRỰC TIẾP TỪ SỨC MẠNH ĐIỆN TRƯỜNG THỜI GIAN XẢY RA PHÁ HỦY CỰC NHANH (μs) ĐỘ BỀN ĐIỆN (Ebđ) KHÔNG PHỤ THUỘC VÀO TẦN SỐ NGUỒN HAY NHIỆT ĐỘ BAN ĐẦU ĐỘ BỀN ĐIỆN CHỈ PHỤ THUỘC VÀO ĐỘ BỀN ĐIỆN RIÊNG CỦA BẢN THÂN VẬT LIỆU ĐỘ BỀN ĐIỆN RIÊNG CỦA BẢN THÂN VẬT LIỆU KHÔNG CHỈ PHỤ THUỘC VÀO CẤU TẠO VẬT CHẤT CỦA VẬT LIỆU MÀ PHẦN LỚN PHỤ THUỘC VÀO CÔNG NGHỆ VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT, SỰ ĐỒNG NHẤT VẬT LIỆU ĐỂ CÓ ĐIỆN TRƯỜNG ĐỒNG NHẤT TRONG TOÀN VẬT LIỆU
22. PHÁ HỦY ĐIỆN MÔI RẮN PHÁ HỦY NHIỆT ĐIỆN LÀ SỰ PHÁ HỦY DO TỔN HAO BIẾN THÀNH NHIỆT LÀM CHO NHIỆT ĐỘ VẬT LIỆU NÓNG LÊN VƯỢT QUÁ GIỚI HẠN CHO PHÉP THỜI GIAN XẢY RA PHÁ HỦY ĐÒI HỎI THỜI GIAN ĐỦ LỚN ĐỘ BỀN NHIỆT ĐIỆN CHỈ PHỤ THUỘC VÀO ĐỘ BỀN ĐIỆN RIÊNG VÀ ĐỘ BỀN NHIỆT CỦA BẢN THÂN VẬT LIỆU Uf2 εδ Stge .α ()tt− 0 Pa = PT =−2.σ .Stt00 .( ) 18.109 .h Pa : CÔNG SUẤT PHÁT NHIỆT S0 : DIỆN TÍCH TOẢ NHIỆT α(t-t0) e : HỆ SỐ NHIỆT CỦA tgδ σ : HỆ SỐ TOẢ NHIỆT CỦA VẬT LIỆU σ.h TỪ Pa = PT ⇒ Udt= K. VỚI K = 1,15. 105 ( Hệ SI) ftg ε δα .
23. PHÁ HỦY ĐIỆN MÔI RẮN Cấp Nhiệt độ VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN CHỦ YẾU cách cho phép điện (0C) Y 90 Giấy, vải sợi, lụa, cao su khơng được tẩm sơn hay ngâm trong chất cách điện lỏng A 105 Gồm các điện mơi cấp Y nhưng tẩm sơn hoặc ngâm trong dầu để giảm tác động hĩa già của điện mơi Các loại nhựa hữu cơ cĩ chất phụ gia chịu nhiệt như : nhựa E 120 Hetinac, Epoxi, Polieste . B 130 Các vật liệu cĩ chứa các thành phần vơ cơ như: amian, vật liệu thủy tinh cĩ kết cấu với các vật liệu hữu cơ tẩm bằng các vật liệu cĩ tính ch ịu nhiệt như sợi vải thủy tinh, nhựa epoxi với các phụ gia Các vật liệu mica, sản phẩm từ sợi thủy tinh khơng lớp đệm F 150 hoặc các lớp đệm bằng vật liệu vơ cơ H 180 Nhựa silic hữu cơ cĩ tính chịu nhiệt đặc biệt cao Các vật liệu vơ cơ khơng chứa thành phần tẩm hay kết dính C Trên 180 như: mica, thủy tinh, sứ