Tài liệu môn Vật liệu kỹ thuật điện

Yªu cÇu Nh¾c l¹i kiÕn thøc cò VËt liÖu kü thuËt ®iÖn (kú 5) ®¶m b¶o ®é tin cËy gi¶m kÝch th−íc, khèi l−îng vµ gi¸ thµnh cña c¸c thiÕt bÞ tuæi thä cña thiÕt bÞ ®¶m b¶o an toµn Nghiªn cøu vËt liÖu c¸ch ®iÖn ®Ó lµm g×? tèi −u ho¸ kÝch th−íc cña thiÕt bÞ gi÷ tû lÖ háng hãc c¸ch ®iÖn cña c¸c s¶n phÈm, tøc lµ ®é tin cËy lµm viÖc cña thiÕt bÞ ë møc chÊp nhËn ®èi víi ng−êi sö dông t×m kiÕm vµ ph¸t triÕn c¸c lo¹i vËt liÖu c¸ch ®iÖn lµm viÖc ë ®iÖn ¸p ngµy cµng cao hoÆc vËn hµnh trong nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Æc biÖt vendredi 11 mars 2011 Page 3r i rs TÝnh chÊt ®iÖn cña vËt liÖu c¸ch ®iÖn dÉn ®iÖn ph©n cùc Kh¶ n¨ng chÞu ®ùng ®iÖn ¸p cao Phãng ®iÖn chäc thñng Phãng ®iÖn vÇng quang Phãng ®iÖn côc bé Phãng ®iÖn bÒ mÆt HiÖn t−îng phãng ®iÖn Ph¸ hñy, sù cè ? Ph¸ hñy, sù cè ? Ph¸ hñy, sù cè ? Ph¸ hñy, sù cè ? vendredi 11 mars 2011 Page 4r i rs §iÖn ¸p phãng ®iÖn ? d¹ng ®iÖn tr−êng : ®ång nhÊt kh«ng ®ång nhÊt d¹ng ®iÖn ¸p : mét chiÒu, xoay chiÒu, xung kÝch kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn thêi gian t¸c dông cu¶ ®iÖn ¸p ¸p suÊt nhiÒu yÕu tè kh¸c : ®é Èm, nhiÖt ®é, l·o ho¸ vendredi 11 mars 2011 Page 5r i rs NhiÖm vô : c¸ch ®iÖn vËn hµnh tèt nhÊt, chÞu mäi lo¹i ®iÖn ¸p cao xuÊt hiÖn trong vËn hµnh 9 ®é tin cËy cao nhÊt? 9 tuæi thä? Qu¸ ®iÖn ¸p trong HÖ thèng ®iÖn Giíi thiÑu m«n häc vendredi 11 mars 2011 Page 7r i rs hÖ thèng ®iÖn ViÖt nam HTĐ Miền Bắc : C¸c tØnh miÒn B¾c tõ Hµ tÜnh trë ra HTĐ Miền Trung : C¸c tØnh miÒn Trung tõ Qu¶ng b×nh ®Õn Kh¸nh hoµ HTĐ Miền Nam : C¸c tØnh miÒn Nam tõ B×nh thuËn trë vµo vendredi 11 mars 2011 Page 8r i rs 9®Õn cuèi n¨m 1994, c«ng suÊt ®Æt : 4484 MW 434 MW (9,7%) turbine diesel 384 MW (8,5%) turbine khÝ 198 MW (4,4%) nhiÖt ®iÖn ch¹y dÇu 645 MW ( 14,4%) nhiÖt ®iÖn ch¹y than 2824 MW ( 63%) thuû ®iÖn 9N¨m 2003, tæng c«ng suÊt ®Æt cña : 8910 MW thuû ®iÖn 48% diesel 4% tua bin khÝ 28%, nhiÖt ®iÖn 20%, Thuỷ điện Nhiệt điện chạy than Nhiệt điện chạy dầu Turbine khí Turbine diesel 0 10 20 30 40 50 60 70 Thuỷ điện Nhiệt điện Turbine khí Diesel 1994 2005 Nguån vendredi 11 mars 2011 Page 9r i rs 9®Õn cuèi n¨m 2010, c«ng suÊt ®Æt : 10860 MW 6500 MW : Miền Nam 880 MW : Miền Trung 3480 MW : Miền Bắc 9®Õn n¨m 2020 n−íc ta sẽ cã thªm nhiều nhµ m¸y ®iÖn míi, tæng c«ng suÊt ®Æt ®¹t 40.000 MW. Miền Trung 8% Miền Nam 60% Miền Bắc 32% vendredi 11 mars 2011 Page 10r i rs n¨m 1994 c¸c ®−êng d©y truyÒn t¶i ®iÖn 110 – 220 kV cã tæng chiÒu dµi 4261 km, tæng c«ng suÊt ®Æt cña c¸c tr¹m biÕn ¸p 220 – 110 kV lµ 4671 MVA hÖ thèng truyÒn t¶i ®iÖn ®−êng d©y 220 kV (1790 km) c«ng suÊt 2796 MVA hÖ thèng ®−êng d©y 500 kV víi tæng chiÒu dµi víi 4 tr¹m biÕn ¸p tæng c«ng suÊt 2700 MVA ®−îc x©y dùng vµ ®−a vµo vËn hµnh n¨m 1994 N¨m 2005 9 ®iÖn ¸p 110 kV 11 649 km 9 ®iÖn ¸p 220 kV 5187 km 9 ®−êng d©y siªu cao ¸p 500 kV 2898 km vendredi 11 mars 2011 Page 11r i rs 9Cơ cấu sản xuất điện giai đoạn 1996-2003 (MWh) 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 1994 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Tổng sản lương Thuỷ điện Nhiệt điện Diezel - TBK vendredi 11 mars 2011 Page 12r i rs 9Tăng trưởng điện giai đoạn 1996-2003 (%) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 1994 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Tăng trưởng 0 100 200 300 400 500 600 1994 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Bình quân 9Sản lượng điện bình quân đầu người giai đoạn 1996-2003 (kWh) vendredi 11 mars 2011 Page 13r i rs ®é tin cËy cña c¸c ®−êng d©y t¶i ®iÖn cao ¸p vµ toµn bé c¸c thiÕt bÞ víi ®iÖn ¸p lµm viÖc t¸c dông th−êng xuyªn lªn c¸ch ®iÖn hoÆc c¸c lo¹i qu¸ ®iÖn xuÊt hiÖn ng¾n h¹n cã ý nghÜa quan träng? vai trß quan träng kü thuËt ®iÖn ¸p cao ®ãng trong viÖc truyÒn t¶i ®iÖn n¨ng? Qu¸ ®iÖn ¸p vµ b¶o vÖ chèng Qóa ®iÖn ¸p vendredi 11 mars 2011 Page 14r i rs Qu¸ ®iÖn ¸p (Overvoltage)? ¾ nhiÔu lo¹n trong hÖ thèng ®iÖn ¾ nhiÔu lo¹n nµy xÕp chång lªn ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña m¹ng ®iÖn Surges Typical 50Hz power Transient waveform vendredi 11 mars 2011 Page 15r i rs ¾ gi¸n ®o¹n t¹m thêi (tù ®éng ®ãng l¹i trong c¸c l−íi ®iÖn ph©n phèi trung ¸p) ¾ gi¸n ®o¹n l©u dµi (c¾t ®iÖn ®Ó thay thÕ c¸ch ®iÖn bÞ h− háng hoÆc thay thÕ to¸n bé thiÕt bÞ). NhiÔu lo¹n ? vendredi 11 mars 2011 Page 16r i rs Qu¸ ®iÖn ¸p cã c¸c ®Æc tr−ng sau ¾ rÊt khã x¸c ®Þnh râ c¸c ®Æc tÝnh, chØ cã thÓ tiÕp cËn mét c¸ch thèng kª c¸c ®Æc tÝnh (thêi gian, biªn ®é ....). ¾ biÕn thiªn m¹nh vµ cã tÝnh bÊp bªnh Qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn Qu¸ ®iÖn ¸p tÇn sè c«ng nghiÖp Qu¸ ®iÖn ¸p thao t¸c vendredi 11 mars 2011 Page 17r i rs QĐA khi quyÓn do gi«ng sÐt Qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn (Lightning overvoltage) QĐA khi quyÓn th«ng th−êng cã d¹ng ®¬n cùc, thêi gian ®Çu sãng kho¶ng 1μs t−¬ng øng víi tÇn sè tõ vµi tr¨m kHz ®Õn MHz Biªn ®é QĐA kh«ng phô thuéc vµo ®iÖn ¸p lµm viÖc cña hÖ thèng. ThiÕt bÞ b¶o vÖ (Surge arresters) cho phÐp b¶o vÖ c¸ch ®iÖn chèng d¹ng qu¸ ®iÖn ¸p nµy vµ ®−îc gäi lµ chèng sÐt van (lightning arresters) ®Æc ®iÓm cña c¸c c«ng tr×nh bÞ sÐt ®¸nh Khi bÞ sÐt ®¸nh, trªn c¸ch ®iÖn cña ®−êng d©y trªn kh«ng xuÊt hiÖn QĐA rÊt lín, g©y phãng ®iÖn mÆt ngoµi cña chuçi c¸ch ®iÖn, sãng qu¸ ®iÖn ¸p lan truyÒn vÒ phÝa TBA QĐA khÝ quyÓn xuÊt hiÖn phô thuéc vµo c−êng ®é dßng ®iÖn sÐt vendredi 11 mars 2011 Page 18r i rs Qu¸ ®iÖn ¸p do h− háng c¸ch ®iÖn Qu¸ ®iÖn ¸p tÇn sè c«ng nghiÖp (Temporary overvoltage) Qu¸ ®iÖn ¸p céng h−ëng Qu¸ ®iÖn ¸p trªn ®−êng d©y dµi hë m¹ch t¨ng ¸p so víi ®iÖn ¸p lµm viÖc b×nh th−êng cña hÖ thèng ë tÇn sè lµm viÖc hoÆc béi sè cña tÇn sè lµm viÖc Qu¸ ®iÖn ¸p néi bé ®Æc tÝnh cña m¹ng vµ cña c¸c thiÕt bÞ ®ãng c¾t Qu¸ ®iÖn ¸p néi bé xuÊt hiÖn phô thuéc d¹ng thao t¸c vendredi 11 mars 2011 Page 19r i rs Qu¸ ®iÖn ¸p thao t¸c (Switching overvoltage) ¾ xuÊt hiÖn do sù thay ®æi ®ét ngét cÊu tróc cña l−íi ®iÖn (®ãng c¾t theo ph−¬ng thøc vËn hµnh hoÆc khi sù cè ch¹m ®Êt hoÆc ng¾n m¹ch) Qu¸ ®iÖn ¸p g©y bëi thao t¸c ®ãng c¾t m¹ch ®iÖn dung Qu¸ ®iÖn ¸p khi ®ãng c¾t cã t¶i Qu¸ ®iÖn ¸p g©y bëi ®ãng c¾t dßng ®iÖn c¶m bÐ ¾ hiÖn t−îng qu¸ ®é (sãng qu¸ ®iÖn ¸p hoÆc cña mét chuçi c¸c sãng cao tÇn kh«ng tuÇn hoµn hoÆc hoÆc giao ®éng t¾t dÇn nhanh) ¾ qu¸ ®iÖn ¸p néi bé cã tÇn sè hµng tr¨m Hz ®Õn vµi kHz vendredi 11 mars 2011 Page 20r i rs V(t) p.u M¸y c¾t më Qóa ®iÖn ¸p khÝ quyÓn : Thêi gian ®Çu sãng ≈1μs; Th©n sãng ≈ 50μs Qu¸ ®iÖn ¸p thao t¸c Qu¸ ®iÖn ¸p tÇn sè c«ng nghiÖp vendredi 11 mars 2011 Page 21r i rs So s¸nh C¸c lo¹i qu¸ ®iÖn ¸p D¹ng qu¸ ®iÖn ¸p HÖ sè qu¸ ¸p Thêi gian ®é dèc TÇn sè T¾t dÇn Q®A tÇn sè c«ng nghiÖp (sù cè h− háng c¸ch ®iÖn dµi > 1 ms TÇn sè c«ng nghiÖp ChËm Q®A néi bé (®ãng c¾t) 2 - 4 ng¾n h¹n. <1 ms Trung b×nh. 1 - 200 kHz Trung b×nh Q®A khÝ quyÓn > 4 rÊt ng¾n 1 - 10μs rÊt dèc 1000 kV/μs RÊt nhanh ®Ó b¶o vÖ chèng qu¸ ®iÖn ¸p sö dông c¸c thiÕt bÞ nh− lµ cét thu sÐt, d©y chèng sÐt, khe hë phãng ®iÖn, chèng sÐt èng, chèng sÐt van, t¶n dßng ®iÖn sÐt .... Phèi hîp ®iÖn ¸p t¸c ®éng lªn c¸ch ®iÖn, ®Æc tÝnh cña thiÕt bÞ b¶o vÖ vµ cña c¸ch ®iÖn ®¶m b¶o sù lµm viÖc tin cËy cña thiÕt bÞ lµ bµi to¸n kinh tÕ kü thuËt quan träng vµ ®−îc gäi lµ phèi hîp c¸ch ®iÖn . vendredi 11 mars 2011 Page 22r i rs c¸ch ®iÖn trong hÖ thèng ®iÖn C¸ch ®iÖn bªn ngoμi C¸ch ®iÖn bªn trong vendredi 11 mars 2011 Page 23r i rs c¸ch ®iÖn trong hÖ thèng ®iÖn C¸ch ®iÖn bªn ngoμi kho¶ng kh«ng khÝ c¸ch ®iÖn (c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c d©y dÉn cña c¸c ®−êng d©y t¶i ®iÖn trªn kh«ng, c¸ch ®iÖn xuyªn ..) 9®é bÒn c¸ch ®iÖn phô thuéc rÊt lín vµo ®iÒu kiÖn bªn ngoµi (p, To, ®é Èm cña kh«ng khÝ, « nhiÔm cña m«i tr−êng). 9bÒ mÆt ngoµi cña c¸ch ®iÖn r¾n (c¸ch ®iÖn ®−êng d©y) 9kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c tiÕp ®iÓm cña dao c¸ch ly,... 9C¸ch ®iÖn ngoµi (kh«ng khÝ) cã thÓ phôc håi tÝnh chÊt c¸ch ®iÖn sau phãng ®iÖn vendredi 11 mars 2011 Page 24r i rs vendredi 11 mars 2011 Page 25r i rs OPY 500kV vendredi 11 mars 2011 Page 26r i rs c¸ch ®iÖn trong hÖ thèng ®iÖn C¸ch ®iÖn bªn ngoμi C¸ch ®iÖn bªn trong kho¶ng kh«ng khÝ c¸ch ®iÖn (c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c d©y dÉn cña c¸c ®−êng d©y t¶i ®iÖn trªn kh«ng, c¸ch ®iÖn xuyªn ..) 9®é bÒn c¸ch ®iÖn phô thuéc rÊt lín vµo ®iÒu kiÖn bªn ngoµi (p, To, ®é Èm cña kh«ng khÝ, « nhiÔm cña m«i tr−êng). 9bÒ mÆt ngoµi cña c¸ch ®iÖn r¾n (c¸ch ®iÖn ®−êng d©y) 9kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c tiÕp ®iÓm cña dao c¸ch ly,... c¸ch ®iÖn c¸c cuén d©y m¸y biÕn ¸p, m¸y ®iÖn, c¸p ®iÖn, c¸ch ®iÖn xuyªn, c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c tiÕp ®iÓm cña m¸y c¾t (th−êng ®−îc phèi hîp c¸c läai vËt liÖu c¸ch ®iÖn kh¸c ). 9qu¸ tr×nh giµ cçi ho¸ hay l·o ho¸ c¸ch ®iÖn (sù suy gi¶m c¸c tÝnh chÊt c¸ch ®iÖn trong qu¸ tr×nh vËn hµnh), hiÖn t−îng phãng ®iÖn côc bé trong c¸c c¸ch ®iÖn thÓ r¾n 9®é bÒn c¸ch ®iÖn cña c¸c c¸ch ®iÖn bªn trong hÇu nh− kh«ng phô thuéc vµo c¸c yÕu tè khÝ quyÓn bªn ngoµi. 9C¸ch ®iÖn ngoµi (kh«ng khÝ) cã thÓ phôc håi tÝnh chÊt c¸ch ®iÖn sau phãng ®iÖn 9Phãng ®iÖn ®¸nh thñng c¸ch ®iÖn bªn trong lµ qu¸ tr×nh kh«ng thuËn nghÞch, dÉn ®Õn h− háng c¸ch ®iÖn vÜnh viÔn. t×nh tr¹ng c¸ch ®iÖn bªn trong cÇn ph¶i ®−îc kiÓm so¸t trong thêi gian vËn hµnh nh»m ph¸t hiÖn c¸c khuyÕt tËt xuÊt hiÖn vµ ng¨n ngõa c¸c sù cè cña c¸c thiÕt bÞ. vendredi 11 mars 2011 Page 27r i rs Môc ®Ých cña m«n häc kü thuËt ®iÖn cao ¸p 9 c¸c ®Æc tÝnh c¸ch ®iÖn cña c¶ c¸ch ®iÖn bªn ngoµi vµ c¸ch ®iÖn trong. 9 qu¸ tr×nh vËn hµnh cña c¸ch ®iÖn ë ®iÖn ¸p lµm viÖc vµ khi cã qu¸ ®iÖn ¸p 9 c¸c biÖn ph¸p h¹n chÕ qu¸ ®iÖn ¸p vµ b¶o vÖ thiÕt bÞ b»ng phèi hîp c¸ch ®iÖn 9 ph−¬ng ph¸p thÝ nghiÖm c¸ch ®iÖn vµ c¸c kÕt cÊu c¸ch ®iÖn néi dung cña m«n häc kü thuËt ®iÖn cao ¸p PhÇn 1 : Qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn PhÇn 2 : Qu¸ ®iÖn ¸p néi bé PhÇn 3 : Một số vÊn đề về kÕt cÊu c¸ch ®iÖn vendredi 11 mars 2011 Page 28r i rs Néi dung nghiªn cøu cña lÜnh vùc cao ¸p trong ch−¬ng tr×nh m«n häc Kü thuËt ®iÖn cao ¸p víi hÖ thèng ®iÖn Nghiªn cøu b¶o vÖ chèng qu¸ ®iÖn ¸p vendredi 11 mars 2011 Page 29r i rs Vâ ViÕt ®¹n, Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn cao ¸p, Hanéi, 1972. Tµi liÖu tham kh¶o NguyÔn ThÞ Minh Ch−íc, H−íng dÉn ThiÕt kÕ tèt nghiÖp vendredi 11 mars 2011 Page 30r i rs Ch−¬ng 1 : HiÖn t−îng d«ng sÐt 1.7. ¶nh h−ëng cña d«ng sÐt 1.1. Më ®Çu 1.2. NhËn thøc vÒ phãng ®iÖn sÐt 1.4. Tham sè c¬ b¶n cña phãng ®ienÑ sÐt 1.5. Ho¹t ®éng cña d«ng sÐt 1.6.T×nh h×nh d«ng sÐt ë ViÖt nam 1.3. Phãng ®iÖn sÐt PhÇn 1 : Qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn vendredi 11 mars 2011 Page 31r i rs nghiªn cøu sÐt vµ c¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ : lÞch sö l©u dµi 1.1.1. LÞch sö n¨m 1752, Benjamin Franklin : b¶n chÊt ®iÖn cña sÐt G. W. Richmann : chÕt khi thÝ nghiÖm 1.1. Më ®Çu 1.1.2. Nghiªn cøu hiÖn ®¹i vÒ sÐt Dßng ®iÖn sÐt (d¹ng xung kÝch) cã : biªn ®é rÊt lín, kÐo dµi vµi chôc micro gi©y) nghiªn cøu vÒ sÐt ™ SÐt mét t¸c nh©n nguy c¬ rñi ro rÊt cao ? 9 C¸c c«ng tr×nh ®Æc biÖt nguy hiÓm ¾ D«ng sÐt : hiÖn t−îng tù nhiªn, ngÉu nhiªn khi nμo xuÊt hiÖn sÐt b¾t ®Çu tõ ®©u ch−a ®−îc biÕt ®Çy ®ñ vendredi 11 mars 2011 Page 32r i rs 1.1.3. T¹i sao ngμy nay vÉn cßn cÇn nghiªn cøu vÒ sÐt ? quy m« c¸c c«ng tr×nh x©y dùng vÒ diÖn tÝch vµ chiÒu cao, sè lÇn sÐt ®¸nh t¨ng lªn, hËu qu¶ vµ thiÖt h¹i vÒ kinh tÕ do sÐt t¨ng. ®Æc ®iÓm vÒ d«ng sÐt, tÝnh chÊt vµ møc ®é t¸c h¹i do d«ng sÐt g©y ra ë nh÷ng vïng l·nh thæ kh¸c nhau. mçi vïng ®Òu : tù tiÕn hµnh ®iÒu tra nghiªn cøu vÒ d«ng sÐt ®Ó cã nh÷ng biÖn ph¸p phßng chèng sÐt thÝch hîp cã hiÖu qu¶. vendredi 11 mars 2011 Page 33r i rs SÐt lµ mét d¹ng phãng ®iÖn tia löa m·nh liÖt trong khÝ quyÓn víi nh÷ng kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®iÖn cùc rÊt lín (trung b×nh kho¶ng 5 km) 1.2. NhËn thøc vÒ phãng ®iÖn sÐt Phãng ®iÖn ? Ngµy gi«ng sÐt? T¹i sao mïa ®«ng kh«ng cã sÐt §iÖn tÝch? H×nh thµnh? Tham sè cña phãng ®iÖn sÐt CÊu tróc khÝ quyÓn? Thµnh phÇn khÝ quyÓn? Bèc h¬i n−íc? H×nh thµnh ®¸m m©y vendredi 11 mars 2011 Page 34r i rs Ion ho¸ tù nhiªn Ion ho¸ va ch¹m Th¸c ®iÖn tö s¬ cÊp Phãng ®iÖn tù duy tr× Tia löa ®iÖn Th¸c ®iÖn tö thø cÊp §iÖn tö mÇm §iÖn tö s¬ cÊp §iÖn tö thø cÊp Lý thuyết phóng điện trong chất khí vendredi 11 mars 2011 Page 35r i rs Phóng điện điện tử (cơ chế TOWNSEND) Phóng điện streamer Điện trường đủ mạnh ? Điện tích do đâu sinh ra ? vendredi 11 mars 2011 Page 36r i rs Sù h×nh thμnh c¸c ®¸m m©y d«ng 9c¸c luång khÝ bèc lªn cao vµ thæi xuèng cã thÓ ®¹t vËn tèc 20 m/s : c¸c h¹t n−íc trong c¸c ®¸m m©y sÏ bÞ ®ãng b¨ng khi ®¹t tíi tÇng ®¼ng nhiÖt 0oC. Mét sè gi¶ thiÕt gi¶i thÝch sù h×nh thμnh c¸c ®iÖn tÝch trong ®¸m m©y d«ng 9sù va ch¹m m¹nh liÖt gi÷a c¸c tinh thÓ sÏ gi¶i tho¸t c¸c ®iÖn tö, lµm xuÊt hiÖn c¸c ®iÖn tÝch d−¬ng ë ®Ønh cña ®¸m m©y cßn líp d−íi cña ®¸m m©y do ®ã sÏ tÝch ®iÖn ©m. 9C¸c h¹t bèc lªn cao tËp trung ë ®Ønh cña ®¸m m©y, trong khi ®ã c¸c giät n−íc th× ®äng l¹i bªn phÝa d−íi cña ®¸m m©y 9C¸c c¬n d«ng ®èi l−u phô thuéc vµo sù h×nh th¸nh c¸c ®¸m m©y do hiÖu øng kÕt hîp ®é Èm cña kh«ng khÝ vµ sù ®èt nãng côc bé mÆt ®Êt (l−îng kh«ng khÝ nãng vµ Èm h×nh thµnh, thæi lªn cao, hÇu nh− c¸ch biÖt víi kh«ng khÝ xung quanh) 9Tuy vËy b¶n chÊt vËt lý cña qu¸ tr×nh ph©n chia ®iÖn tÝch vÉn cßn ch−a thËt râ rµng vendredi 11 mars 2011 Page 37r i rs ~10 km Vïng p Kh«ng khÝ nãng Èm bèc lªn cao Vïng P M−a d−¬ng M−a ©m ~2-3 km ~10-15 km Streamer xuÊt hiÖn khi ®iÖn tr−êng côc bé ®¹t gi¸ trÞ 5-30 kV/cm Vïng N vendredi 11 mars 2011 Page 38r i rs 1.2.7. CÊu tróc cña ®¸m m©y ™ Qu¸ tr×nh ph©n ly ®iÖn tÝch lµm cho Trong phÇn d−íi cïng, cã thÓ cã vïng kh«ng lín gåm c¸c ®iÖn tÝch d− tÝch ®iÖn d−¬ng (vïng p). phÝa trªn cïng cña ®¸m m©y (vïng P) gåm c¸c h¹t n−íc ®ãng b¨ng tÝch ®iÖn d−¬ng phÝa d−íi (vïng N) mang ®iÖn tÝch ©m vendredi 11 mars 2011 Page 39r i rs ™ ®iÖn tÝch chñ yÕu tËp trung trong hai vïng P vµ N (lªn ®Õn kho¶ng 40 C) : kho¶ng 80-90% c¸c tr−êng hîp sÐt phãng ®iÖn xuèng ®Êt, ®iÖn tÝch cña m©y cã cùc tÝnh ©m ™ ®¸m m©y cïng víi mÆt ®Êt sÏ h×nh thµnh c¸c tô ®iÖn m©y - ®Êt, t¹o ra mét ®iÖn tr−êng m¹nh : khi ®iÖn tr−êng nµy ®¹t ng−ìng, phãng ®iÖn sÏ x¶y ra ™ Trong mét sè Ýt c¸c tr−êng hîp, líp ®iÖn tÝch trªn cïng cña ®¸m m©y cã thÓ tÝch ®iÖn ©m. ™ Phãng ®iÖn gi÷a c¸c ®¸m m©y gäi nã lµ tia chíp m©y - m©y (cloud-to-cloud discharge), gi÷a ®¸m m©y vµ mÆt ®Êt lµ sÐt (cloud-to-ground discharge). vendredi 11 mars 2011 Page 40r i rs 1.3. Phãng ®iÖn sÐt 9phãng ®iÖn tiªn ®¹o 9phãng ®iÖn ng−îc 9kÕt thóc phãng ®iÖn Sù phãng ®iÖn cña sÐt cã thÓ chia lμm 3 giai ®o¹n 9Khëi ®Çu b»ng c¸c phãng ®iÖn ban ®Çu Ýt to¶ s¸ng ph¸t triÓn víi vËn tèc kh«ng lín (200 km/s) h−íng vÒ ch−íng ng¹i vËt d−íi mÆt ®Êt 9®iÖn tÝch ©m di chuyÓn vÒ phÝa c¸c ®iÖn tÝch d−¬ng theo ®−êng zigzags (kh«ng nh×n thÊy) gäi lµ c¸c tia tiªn ®¹o (leader). 9Nèi tiÕp sau c¸c tia tiªn ®¹o lµ mét hå quang phãng ®iÖn ng−îc (return strocke). 9Khi tia tiªn ®¹o ph¸t triÓn tíi gÇn mÆt ®Êt, ®iÖn tr−êng trong kho¶ng kh«ng gian gi÷a ®Çu tia tiªn ®¹o víi mÆt ®Êt cã trÞ sè rÊt lín, qu¸ tr×nh ion ho¸ m·nh liÖt dÉn ®Õn sù h×nh thµnh dßng plasma víi mËt ®é lín h¬n nhiÒu so víi cña tia tiªn ®¹o 9nÕu ®¸m m©y vÉn cßn chøa c¸c ®iÖn tÝch, qu¸ tr×nh nµy l¹i cã thÓ lÆp l¹i 9ë giai ®o¹n nµy tia tiªn ®¹o kh«ng ph¸t triÓn theo c¸c tia loÐ s¸ng nh− tia tiªn ®¹o ®µu tiªn mµ cã d¹ng liªn tôc 9Dßng plasma ®−îc kÐo dµi, kÕt thóc sù duy chuyÓn c¸c ®iÖn tÝch vendredi 11 mars 2011 Page 41r i rs ¸nh s¸ng ChuyÓn ®éng cña phim L¨ng kÝnh ≈20 ms ≈100 μs Tia tiªn ®¹o Phãng ®iÖn ng−îc ®Çu tiªn Phãng ®iÖn ng−îc thø hai Chôp ¶nh phãng ®iÖn sÐt vendredi 11 mars 2011 Page 42r i rs 9Mét có sÐt phãng ®iÖn xuèng ®Êt trong ®a sè tr−êng hîp gåm nhiÒu tia tiªn ®¹o vµ theo sau mçi tia ®ã lµ mét hå quang phãng ®iÖn ng−îc 9 C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu phãng ®iÖn sÐt cho thÊy r»ng hÇu nh− chØ cã tia tiªn ®¹o ®Çu tiªn lµ rÏ nh¸nh vendredi 11 mars 2011 Page 43r i rs 9 Tham sè chñ yÕu cña phãng ®iÖn sÐt : 1.4. C¸c tham sè c¬ b¶n D¹ng xung dßng ®iÖn sÐt vËn tèc, ¸p suÊt vμ nhiÖt ®é trong kªnh sÐt thêi gian tån t¹i n¨ng l−îng ®iÖn tÝch Q c−êng ®é ho¹t ®éng 9 Tham sè kh¸c Biªn ®é cña dßng ®iÖn sÐt vendredi 11 mars 2011 Page 44r i rs D¹ng xung dßng ®iÖn sÐt 9Qu¸ tr×nh chuyÓn tiÕp tõ phãng ®iÖn : ®−îc phãng ®o¸n nh− ng¾n m¹ch ch¹m ®Êt mét d©y dÉn tÝch ®iÖn th¼ng ®øng 9 Trong giai ®o¹n phãng ®iÖn tiªn ®¹o, h×nh thµnh mét kªnh dÉn (d©y dÉn th¼ng ®øng) cã mËt ®é ®iÖn tÝch ©m kh«ng ®æi b»ng σ. 9 ®ãng kho¸ K, th× c¸c ®iÖn tÝch ©m trong kªnh dÉn sÏ bÞ trung hoµ bëi c¸c ®iÖn tÝch d−¬ng trong kªnh dÉn tõ mÆt ®Êt h−íng lªn 9qu¸ tr×nh trung hoµ lan truyÒn víi vËn tèc v, dßng ®iÖn sÐt + σ σ t u(t) Ucr 0.5Ucr T cr T2 T 90 T 30 _ _ _ _ _ _ _ _ + + + + + ++ + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ + + vI s σ= vendredi 11 mars 2011 Page 45r i rs 9 d©y dÉn ®−îc ng¾n m¹ch qua ®iÖn trë R, dßng ®iÖn sÐt víi c¸c dßng ®iÖn sÐt cã biªn ®é lín tíi h¹n, tæng trë cña kªnh sÐt Z cã thÓ gi¶m ®Õn 300-600Ω RZ ZvI s +=σ 9 ¶nh h−ëng cña ®iÖn trë t¹i chç sÐt ®¸nh kh«ng lín ®Õn dßng ®iÖn sÐt (ë c¸c cét thu sÐt vµ cét ®iÖn, bé phËn nèi ®Êt th−êng cã ®iÖn trë nèi ®Êt tèi ®a kh«ng qua 50 Ω) 9 NÕu sÐt ®¸nh vµo nh÷ng n¬i kh«ng cã bé ph©n nèi ®Êt hoÆc cã ®iÖn trë nèi ®Êt qu¸ lín, dßng ®iÖn sÐt gi¶m ®i kh¸ nhiÒu vµ theo quy −íc th−êng lÊy b»ng mét nöa dßng ®iÖn sÐt ë n¬i cã nèi ®Êt tèt 9 khi tÝnh to¸n b¶o vÖ cña c¸c hÖ thèng thu sÐt cã thÓ coi ®iÖn trë t−¬ng ®−¬ng cña kªnh sÐt lµ v« cïng lín, cã nghÜa lµ cã thÓ coi sÐt nh− mét nguån dßng vendredi 11 mars 2011 Page 46r i rs 9Có ®Çu tiªn ®−îc ®Æc tr−ng bëi thêi gian ®Çu sãng khi dßng ®iÖn sÐt t¨ng tõ 0 ®Õn gi¸ trÞ ®Ønh trong kho¶ng thêi gian vµi micro gi©y vµ thêi gian th©n sãng khi dßng ®iÖn sÐt gi¶m trong kho¶ng tõ 100 ®Õn 200 μs 9chç t¨ng vät cña dßng ®iÖn sÐt øng víi giai ®o¹n phãng ®iÖn ng−îc 9®Ønh ®iÓm cña dßng ®iÖn sÐt øng víi thêi ®iÓm tia tiªn ®¹o nèi liÒn víi ®Êt, thêi ®iÓm h×nh thµnh hå quang trong kªnh sÐt. 9Cßn khi qu¸ tr×nh chuyÓn dÞch ®iÖn tÝch tõ ®¸m m©y xuèng ®Êt sÏ t−¬ng øng víi ®o¹n gi¶m dÇn trªn ®−êng cong dßng ®iÖn sÐt. vendredi 11 mars 2011 Page 47r i rs Biªn ®é dßng ®iÖn sÐt 9C¸c có sÐt cùc tÝnh d−¬ng chØ gåm mét xung duy nhÊt, kÐo dµi h¬n, biªn ®é lín h¬n (v−ît qu¸ 100kA). 9Có sÐt cùc tÝnh ©m cã thÓ cã nhiÒu xung liªn tiÕp, biªn ®é dßng ®iÖn sÐt ph©n bè rÊt réng tõ 3kA ®Õn 200kA. TrÞ sè trung b×nh theo IEEE Có sÐt cùc tÝnh d−¬ng Có sÐt cùc tÝnh ©m Biªn dé, kA X¸c suÊt 1,26 )(10)( 1,2660 ss II s I IPeIP ss −=== −− ln hoÆc ®é dèc dßng ®iÖn sÐt 910 10 91025 , )()( , aaPhayeaP s aa s === −− ln Có sÐt cùc tÝnh d−¬ng Có sÐt cùc tÝnh ©m §é dèc, di/d, kA/μs X¸c suÊt vendredi 11 mars 2011 Page 48r i rs Biªn ®é dßng ®iÖn sÐt ? 9Khi tÝnh to¸n dßng ®iÖn sÐt 1,26 )(10)( 1,2660 ss II s I IPeIP ss −=== −− ln hoÆc ®é dèc dßng ®iÖn sÐt ? 910 10 91025 , )()( , aaPhayeaP s aa s === −− ln Có sÐt cùc tÝnh d−¬ng Có sÐt cùc tÝnh ©m §é dèc, di/d, kA/μs X¸c suÊt TrÞ sè trung b×nh theo IEEE Có sÐt cùc tÝnh d−¬ng Có sÐt cùc tÝnh ©m Biªn dé, kA X¸c suÊt vendredi 11 mars 2011 Page 49r i rs 9 Biªn ®é dßng ®iÖn th−êng kh«ng lín h¬n 200-300 kA, 5% tr−êng hîp, biªn ®é dßng ®iÖn sÐt lín h¬n 200 kA (2000 kA trong c¸c có sÐt cùc tÝnh d−¬ng) trong tÝnh to¸n : biªn ®é dßng ®iÖn sÐt cùc ®¹i b»ng 50-100 kA, 9 ®é dèc cùc ®¹i cña dßng ®iÖn sÐt th−êng kh«ng v−ît qu¸ 50 kA/μs trong tÝnh to¸n : ®é dèc trung b×nh 30 kA/μs) Có sÐt cùc tÝnh d−¬ng Có sÐt cùc tÝnh ©m §é dèc, di/d, kA/μs X¸c suÊt TrÞ sè trung b×nh theo IEEE Có sÐt cùc tÝnh d−¬ng Có sÐt cùc tÝnh ©m Biªn dé, kA X¸c suÊt vendredi 11 mars 2011 Page 50r i rs 1.5. Ho¹t ®éng cña d«ng sÐt 1.5.1. Møc d«ng sÐt (nngs) 1.5.2. MËt ®é d«ng sÐt (m) vendredi 11 mars 2011 Page 51r i rs Sè lÇn sÐt ®¸nh ? 9T¹i Liªn bang Nga, ¾sè lÇn phãng ®iÖn sÐt vµo mét TBA (dµi A, réng B, cao H) ( )( ) 610.7.7.7,6 −++= HBHAn ¾sè lÇn phãng ®iÖn sÐt vµo 100 km ®−êng d©y t¶i ®iÖn tbtb hhn 4106.1