Báo cáo vật liệu điện và cao áp- đo điện trở suất của vật liệu cách điện

Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
BÀI 1 : ĐO ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN
I . Mục đích
Mục đích của bài thí nghiệm là phương pháp xác định điện trở suất mặt và điện
trở suất khối của các vật liệu cách điện thể rắn và nghiên cứu mối quan hệ của điện
trở suất với thời gian tác động điện áp và với điện áp.
II . Khái niệm
Trong thực tế tất cả các điện môi có điện dẫn nhất định. Điện dẫn đó lớn hay
nhỏ tùy thuộc vào điện môi và điều kiện làm việc của nó. Sự dẫn điện của điện môi
là do sự dịch chuyển của các điện tích tự do tồn tại trong điện môi cũng như các
ion tạp chất trong điện môi.
Các ion tự do không chỉ tồn tại trong thể tích điện môi mà còn ở trong các lớp
ẩm, lớp bụi bán trên bề mặt điện môi và cũng do đó dòng điện qua điện môi không
chỉ theo bề dày mà còn có khả năng theo bề mặt của điện môi.
Do đó mà đối với mỗi loại điện môi rắn người ta thường dùng hai khái niệm
điện trở suất khối ρ
v
và điện trở suất mặt ρ
s
để đặc trưng cho khả năng dẫn điện của
chúng.



1
v
v
γ
ρ
=

;
1
s
s
γ
ρ
=
γ
v
: là điện dẫn suất khối
γ
s
: là điện dẫn suất mặt
-Đơn vị điện trở suất khối ρ
v
là Ωcm, điện trở suất mặt ρ
s
là Ω.
Như vậy để đảm bảo có thể xác định điện trở suất khối ρ
v
và điện trở suất mặt
ρ
s
của điện môi thì khi đo điện trở suất ρ
v
thì phải có biện pháp khử dòng điện mặt
I
s
và ngược lại khi xác định ρ
s

thì cần phải khử dòng điện khối I
v
.
Để thực hiện điều đó (nghĩa là để đảm bảo có kết quả thực hiện chính xác)
thường dùng hệ thống ba cực : cực đo lường, cực cao áp và cực bảo vệ.
1
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
Ví dụ: để xác định điện trở suất khối ρ
v
của mẫu điện môi phẳng thì dùng hệ thống
ba cực như hình 1.1
Hình 1.1: Hệ thống ba cực và mẫu điện môi phẳng để đo ρ
v
Theo hình 1.1 thấy rằng cực bảo vệ 2 có hai tác dụng :
- Làm cho điện trường giữa cao áp và đo lường phân phối đều hơn ( ở khu
vực mép cực )
- Đưa dòng điện mặt I
s
và phần dòng điện khối ở mép cực xuống đất không
qua cơ cấu đo.
+ Để xác định điện trở suất mặt ρ
s
của một mẫu điện môi phẳng cũng dùng
hệ thống 3 cực như hình 1.2.
Để cho kết quả thí nghiệm cũng như việc đánh giá phẩm chất của điện môi
được chính xác cần chú ý đến những quy định chung về mẫu điện môi và về các
cực.
2
Ho ng V n D ng à ă ũ

KT K53–Đ
III. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỆN TRỞ SUẤT
Xác định điện trở của điện môi thực tế là đo dòng điện đi qua điện môi và
đồng thời đo cả điện áp một chiều tác dụng lên điện môi, tùy theo giá trị lớn hay
nhỏ của điện trở suất của vật liệu mà có các cách đo khác nhau, trong đó có
phương pháp dùng đồng hồ mA.
Theo phương pháp này điện trở suất khối của mẫu điện môi phẳng được xác
định theo công thức :
v
v
US
I d
ρ
=
Trong đó : I
v
- là dòng điện đi qua điện môi
U - là điện áp một chiều tác dụng lên điện môi
S – diện tích của cực đo lường (cm
2
)
d – bề dày của điện môi (cm).
Điện trở suất khối có đơn vị là Ωcm.
Điện trở suất mặt của mẫu điện môi phẳng được xác định theo công thức:
1
2
2
ln
s
s

U
D
I
D
π
ρ
=
Trong đó: I
s
– dòng điện mặt (A)
U – điện áp một chiều tác dụng lên điện môi (V)
D
1
– đường kính trong của cực cao áp
D
2
– đường kính của cực đo lường
Điện trở suất mặt có đơn vị là Ω
3
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
IV. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
Trong bài thí nghiệm này sẽ sủ dụng phương pháp dùng đồng hồ mA như ở hình
1.3 để xác định điện trở suất.
Sơ đồ đã được đấu nối sẵn. Trong bài thí nghiệm này các điện cực có kích thước
như sau:
- đường kính trong của cực cao áp D
1
= 7 cm
- đường kính của cực đo lường D

2
= 5 cm.
Trình tự thao tác như sau:
- chọn mẫu điện môi và đặt vào vị trí các điện cực.
- đưa chuyển mạch K1 và K2 vào vị trí thích hợp
- đóng aptomat nguồn, đèn tín hiệu sẽ sáng.
- Đưa tự ngẫu vè vị trí ban đầu, ấn nút xanh để đưa điện áp vào biến áp tự
ngẫu .
- Đóng cầu dao để đưa điện áp một chiều lên điện môi
- Điều chỉnh tự ngẫu để tăng điện áp đặt lên điện môi
Chú ý: cần quan sát chỉ số của đồng hồ volt và đồng hồ mA để tránh làm cháy
đồng hồ.
4
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
V. CÁC NỘI DUNG THÍ NGHIỆM
1. Xác định điện trở suất mặt và điện trở suất khối của mẫu điện môi phẳng
2. Xác định quan hệ giữa điện trở của mẫu với thời gian tác dụng của điện áp
Cách tiến hành như sau :
- Chọn một giá trị nào đó của điện áp tác dụng U. Thông thường chọn giá trị nào
đó của U sao cho độ lệch pha đầu của đồng hồ μA không quá lớn( nên vào khoảng
2/3 thang đo).
- Sau khi chọn điện áp xong dùng cầu giao ngắt dòng điện đưa vào hệ thống cực
đo.
- Đóng lại cầu dao và theo dõi kim đồng hồ μA. Việc theo dõi được tiến hành sau
các khoảng thời gian 0,5, 10, 15, 20 … giây cho đến khi độ lệch của đồng hồ đo ổn
định.
Kết quả theo dõi được ghi vào bảng 1.2
3. Xác định quan hệ điện trở khối( hay điện trở suất khối) với điện áp tác dụng
Trị số điện áp tác dụng được tăng lên dần dần nhưng không quá lớn để có thể

làm độ lệch ban đầu của đồng hồ μA vượt ra khỏi thang đo.
Khi tiến hành thí nghiệm thì với mỗi giá trị điện áp tác dụng nên đo ở các vị trí
khác nhau để tránh ảnh hưởng của nhiệt độ (đo ở vị trí lâu có thể làm đienj môi
phát nóng, có thể gây ảnh hưởng đến điện trở của điện môi).
Kết quả tính toán được ghi vào bảng 1.3
5
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
6
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
7
Bảng 1.1 : Kết quả thí nghiệm đo điện trở suất của một số vật liệu cách điện
Loại
điện
Bề dày
d(mm)
Điện
áp
Trạng
thái
Dòng điện I(mA) Điện trở (Ω)
Khối Mặt Khối Mặt
1
1.85 222
Có cực
bảo vệ
0.06 0.01 392500000 414346221.8
1.85 406 0.13 0.02 331299376.3 378884157.8
1.85 663 0.27 0.04 260487988 309359848.1

1.85 200
Không
có cực
bảo vệ
0.06 0.05 353603603.6 74656976.91
1.85 429 0.16 0.08 284429898.6 100087009.7
1.85 710 0.33 0.13 228235053.2 101935487.7
2 0.25 190
Có cực
bảo
vệ
0.1 0.02 1491500000 177310320.2
0.25 348 0.18 0.03 1517666667 216505233
0.25 493 0.52 0.05 744240384.6 184029448.1
0.25 228
Không
có cực
bảo vệ
0.12 0.09 1491500000 47282752.04
0.25 362 0.25 0.14 1136680000 48260402.93
0.25 534 0.68 0.2 616455882.4 49833532.09
3 0.5 320
Có
cực
bảo
vệ
0 0
0.5 460 0 0
0.5 863 0 0
0.5 306

Không
có cực
bảo vệ
0 0
0.5 495 0 0
0.5 870 0 0
4 1 174
Có cực
bảo
vệ
0.08 0.07 426843750 46393978.51
1 330 0.16 0.1 404765625 61592005.95
1 545 0.37 0.12 289070945.9 84766775.87
1 305
Không
có cực
bảo vệ
0.18 0.06 332534722.2 94876574.82
1 490 0.32 0.1 300507812.5 91454796.71
1 620 0.5 0.16 243350000 72323946.38
5 0.5 210
Có cực
bảo
vệ
0.01 0 8242500000
0.5 430 0.04 0.01 4219375000 802562501.8
0.5 746 0.14 0.01 2091464286 1392352619
0.5 268
Không
có cực

bảo vệ
0.03 0.01 3506333333 500201745.3
0.5 480 0.05 0.02 3768000000 447941861.5
0.5 790 0.15 0.03 2067166667 491491764.7
6 0.05 275
Có cực
bảo vệ
0.1 0.01 10793750000 513266716.3
0.05 415 0.16 0.01 10180468750 774566135.4
0.05 540 0.27 0.01 7850000000 1007869188
0.05 300
Không
có cực
bảo vệ
0.11 0.08 10704545455 69990915.85
0.05 500 0.22 0.11 8920454545 84837473.76
0.05 622 0.43 0.15 5677558140 77394399.4
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
VI. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
NHẬN XÉT : loại điện môi 3 có điện trở lớn nhất nên cách diện tốt nhất.
Vậy mica cách điện tốt nhất.
TRẢ LỜI CÂU HỎI:
1. Đo điện trở suất người ta sử dụng điện áp một chiều vì : ở điện áp một
chiều, dòng điện phân cực chỉ tồn tại trong thời gian quá trình quá độ khi đóng hay
ngắt điện. Đối với điện áp xoay chiều dòng điện phân cực tồn tại trong suốt thời
gian đặt điện áp.
2. Để tăng độ ẩm cho vật liệu khi thí nghiệm ta có thể dùng khăn ẩm lau
qua bề mặt của vật liệu.
Chúng ta chỉ dùng khăn ẩm không được cho nước vào vật liệu, vì nước có tính dẫn

điện nên có thể gây ngắn mạch làm hỏng các thiết bị đo.
3. - Điện trở suất khối là điện trở của khối lập phương có cạnh bằng 1 cm
khi dòng điện đi qua hai mặt đối diện khối lập phương đó, đơn vị đo bằng (Ω.cm).
.
v v
S
R
h
ρ
=
[Ω.cm]
Trong đó : R
v
- điện trở khối của mẫu, [Ω].
S - diện tích của điện cực đo.
h - chiều dày của khối điện môi.
- Điện trở suất mặt là điện trở của một hình vuông bề mặt vật liệu khi dòng điện
đi qua hai cạnh đối điện :
.
s s
d
R
l
ρ
=
[Ω]
Trong đó : R
s
- điện trở mặt của khối vật liệu , [Ω]
D - chiều dài điện cực, [cm]

l - khoảng cách giữa hai cực , [cm]
4. Yếu tố ảnh hưởng đến điện trở suất mặt:
- Độ ẩm, nhiệt độ của môi trường.
- Cường độ điện trường.

8
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ

Bài 2: XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CÁCH ĐIỆN CỦA DẦU MÁY BIẾN ÁP
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
1. Nghiên cứu cơ cấu của sự cách điện trong chất điện môi lỏng
2. Nghiên cứu phương pháp xác định cường độ cách điện của dầu máy biến áp
theo tiêu chuẩn quy định
Nghiên cứu quan hệ của điện áp phóng điện với số lần phóng điện
II. KHÁI NIỆM
Dầu cách điện là loại điện môi lỏng có cường độ điện áp cao do đó được dùng
rộng rãi trong các máy biến áp, máy cách điện, tụ điện cao áp, cáp ngâm dầu, cách
điện xuyên…
Cường độ cách điện của dầu máy biến áp không chỉ phụ thuộc vào bản thân dầu
mà còn phụ thuộc vào lượng và loại tạp chất loại sợi và ẩm.
Trong quá trình bảo quản, chuyên trở cũng như trong vận hành lượng tạp chất
trong dầu ngày càng tăng làm cho cường độ cách điện ngày càng giảm.
Trong quá trình vận hành dưới tác dụng của nhiệt độ và cường độ điện trường
cao, của ooxy hóa trong không khí nên dầu bị già cỗi và dần dần sẻ mất tính chất
cách điện. chính vì vậy trước khi cho dầu vào máy biến áp hay thiết bị khác cũng
như trong quá trình vận hành các thiết bị ấy, phải định kì kiểm tra cừng độ cách
điện của dầu cũng như mốt số tính vật lý, hóa, nhiệt khác.
Mặt khác theo như trên đã nói, khi tính toán các kết cấu cách điện trong đó có
dùng dầu cách điện cần phải biết cường độ cách điện của dầu.

Để cho việc xác định phẩm chất của dầu được chính xác cần chú ý đến những
quy định chung về lọa cực, bình đựng dầu và các thủ tục tiến hành thí nghiệm.
9
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
III. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
1. Bình đựng dầu
Thí nghiệm xác định cường độ cách điện của dầu máy biến áp được tiến hành
trong bình sứ có thể tích vào khoảng 300-500 cm³.
Trong bình có gắn hai cực mà khoảng cách giữa chúng có thể thay đỏi được
hình 2.3
Cực có thể có dạng hình đĩa đường kính 25mm. Koảng cách tiêu chuẩn giữa 2
cực là 2.5mm. mặ cực yêu cầu phải sử lý phải thật cẩn thận và trong quá trình sử
dụng bình thí nghiệm phải thường xuyên kiểm tra trạng thái của bề mặt của cực.
Mức rong bình phải cao hơn mép cực it nhất là 15mm.
10
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
2. Nguồn
thí nghiệm được tiến hành với thiết bị dùng đẻ thử dầu làm việc vơi điện áp
xoay chiều tần só công nghiệp.
IV. NỘI DUNG VÀ TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH
Nội của bài thí nghiệm này gồm:
- Xác định cường độ cách điện của dầu và đánh giá phẩm chất cảu dầu theo
tiêu chuẩn quy định.
- Xác định quan hệ của điện áp phóng điện theo số lần phóng điện.
Để thực hiên những nội dung trên, trình tự thứ nghiệm như sau:
1. Lấy mẫu dầu
11
Ho ng V n D ng à ă ũ

KT K53–Đ
Khi xác định cường độ cách điện của dầu cách điện cần đặc biệt chú ý đến cách
lấy mẫu dầu bởi vì nếu lấy dầu không đúng theo các quy định thì có thể làm cho
kết quả thí nghiệm bị sai lệch và do đó đưa đén kết luận sai lầm về phẩm chất của
dầu.
Theo quy trình kiểm tra chất lượng của dầu máy biến áp và máy cắt điện thì
mẫu dầu thí nghiệm phải được lấy từ thùng dầu máy biến áp hay máy cắt và được
đựng trong trai thủy tinh khô, sạch, đậy nút, có gắn xi hoặc parafin.
2. Kiểm tra bình thử dầu và cách đổ dầu vào bình.
Trước khi đổ dầu vào bình thử dầu cần kiểm tra kĩ tình trạng của bình và trạng
thái của mặt cực.
Khi đổ dầu vào bình dù bình đã sạch và khô nhưng cũng cần rửa sạch bình lại 2
đến 3 lần. Khi rửa nên rót dầu lên 2 mặt cực để có thể rửa vết dầu và than còn sót
lại trên mặt cực từ những lần thí nghiệm trước.
Sau khi đỏ dầu vào bình thì đợi 10 – 15 phút sau đó mới tiến hành thí nghiệm
để cho các hạt khí trong dầu có thể thoát ra ngoài.
3. Xác định cường độ cách điên của dầu
Sau khi rửa xong bình, kiểm tra lại khoảng cách giữa 2 cực là 2.5mm và rót
dầu vào bình. Tiến hành theo trình tự sau:
i. Cắt nguồn cung cấp cho thiết bị, đưa tay quay của tự ngẫu về vị trí “0”,
mở nắp thiết bị và đặt bình đựng dầu vào, nối 2 cực của bình vào các đầu
ra của máy biến áp tăng áp. Sau đó đóng lắp thiết bị lại.
ii. Đóng nguồn cung cấp: việc này chỉ có thể thực hiện được sau khi đóng
lắp thiết bị lại, nếu không đậy lắp thì khóa an toàn sẽ khóa không cho
đóng nguồn được. Nếu đóng nguồn thì đèn tín hiệu sẽ sang.
iii. Sau khi đóng nguồn điện, chỉnh tay quay để tăng điện áp với tóc độ
khoảng 2-5kv/sec cho tới lúc nào xảy ra phóng điện với tia lửa sáng chói.
Khi có phóng điện thì bộ phận bảo vệ sẽ làm việc cắt nguồn cung cấp và
đọc chỉ số phaongs điện trên Vôn met (kẻ vạch theo kv).
12

Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
Sau khi đã ghi lại trị số điện áp phóng điện, trả tay quay tự ngẫu về vị trí “0”,
cắt nguồn cung cấp điện và chờ 5 phút mới được phóng điện lần tiếp theo.
Trong quá trình thí nghiệm cần chú ý ghi lại trong biên bản các trị số điện áp
xuất hiện tia lửa đầu tiên và điện áp phóng điện vì tỉ số giữa 2 điện áp đó cho phép
xác định mức độ bẩn của dầu. Với mốt mẫu dầu phải cho phóng điện 6 lần, mồi lần
cách nhau 5 phút (cần phải có thời gian giữa 2 lần phóng điện la để cho tạp chất
rắn và khí do dầu bị cháy gây nên lắng xuống đáy bình hoặc đi ra khoảng giữa 2
cực ). Có thể dùng que thủy tinh sạch va khô để khuấy đều để các tạp chất lắng
xuống nhanh hơn.
Trong 6 lần phóng điện thì chỉ lấy kết quả 5 lần phóng điện sau cùng (từ lần thứ
2 đến lần thứ 6), bỏ qua kết quả lần phóng điện thứ nhất vì cho là ban đầu, do trên
mặt cực còn có thể có thể có tạp chất nên kết quả có thể có sai lệch. Từ các kết quả
đó tính điện áp phóng điện trung bình (của 5 lần sau cùng) và tính cường độ cách
điện của dầu theo công thức.

( . ình)ct t b
d
U
E
S
=

Với S – cự ly giữa hai cực
4. Xác định quan hệ giữa điện áp phóng điện với số lần n phóng điện.
Trong phần này trình tự tiến hành như ở mục 3 và có thể dùng ngay kết quả của
6 lần phóng điện ở mục 3. Kết quả thí nghiệm ghi vào bảng 2.4
13
Ho ng V n D ng à ă ũ

KT K53–Đ
V. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Bảng 2.4:Điện áp phóng điện của dầu máy biến áp
Lần
phóng
điện
Điện áp
phóng điện
Uct,kV
Điện áp phóng
điện trung bình
Uct(tb), kV
Cường độ điện
trường phóng
điện trung bình
Ect,kV/mm
Ghi chú
1
35,4 14,16
2 31
3 35
4 34
5 38
6 39
Ta có bảng tiêu chuẩn độ bền điện của dầu biến áp
Điện áp làm việc của
các thiết bị (kV)
Điện áp phóng điện của dầu (kV/2,5 mm) không nhỏ hơn
Đối với dầu mới Đối với dầu đã vận hành
6 và thấp hơn

35
110 và 220
330 và cao hơn
25
30
40
50
20
25
35
45
KẾT LUẬN : Dầu thí nghiệm là dầu đã sử dụng và dùng ở cấp điện áp 110
kV, theo bảng trên ta thấy dầu máy biến áp thí nghiệm có thể sử dụng được.
TRẢ LỜI CÂU HỎI
14
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
1. Các yếu tố ảnh hưởng đến dầu máy biến áp
- Ảnh hưởng của nước và sợi bẩn : dầu máy biến áp càng lẫn nhiều tạp chất
thì điện áp phóng điện trong dầu máy biến áp càng thấp, và ngược lại.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ: Độ bền điện của điện môi lỏng tinh khiết hầu như
không phụ thuộc vào nhiệt độ khi nhiệt độ làm việc nhỏ hơn 80
o
C. Khi nhiệt độ
cao, điện môi lỏng có sự giãn nở nhiệt, chuyển động của các phân tử khí tăng lên
làm cho điện áp phóng điện sẽ giảm.
- Ảnh hưởng của áp suất : Cường độ cách điện của điện môi lỏng bình thường
thì không phụ thuộc vào áp suất nhưng khi điện môi lỏng có chứa các bọt khí thì
khi áp suất tăng cường độ cách điện cũng tăng, xong không nhiều vì số lượng bọt
khí có hạn.

- Ảnh hưởng của thời gian tác dụng điện áp: Độ bền điện của điện môi lỏng
giảm khi thời gian tác dụng của điện áp càng tăng.
2. Các biện pháp tái sinh dầu: Ta thường dùng biện pháp tái sinh dầu bằng cách
chất hấp phụ, các chất hấp phụ này không những hút nước mà còn hút cả những
chất cực tính. Ngoài ra còn có thể tái sinh dầu liên tục trong máy biến áp đang vận
hành bằng cách lắp bộ lọc xi phông nhiệt. Bộ làm việc được nhờ có sự đối lưu dầu.
Trong thời gian vận hành dầu máy biến áp bị đốt nóng và giảm tỉ trọng dầu sẽ nổi
lên phần trên của thùng và chảy vào ống dẫn của xi phông nhiệt. Tại đây dầu được
nguội dần và tăng tỉ trọng dầu chảy xuống dưới của thùng máy biến áp. Nhờ có các
van ta có thể tháo bộ lọc ra để có thể thay chất hấp phụ.
3. Đặc điểm của dầu máy biến áp
Dầu máy biến áp có thành phần hóa học là hỗn hợp các hydro cacbon khác
nhau và có màu biến đổi từ chỗ hầu như không màu sang màu vàng sẫm. Dầu lấy
từ các mỏ khác nhau có các đặc tính khác nhau và các đặc tính có phụ thuộc nhiều
vào nhiệt độ. Độ nhớt của dầu máy biến áp phụ thuộc vào nhiệt độ. Tiêu chuẩn quy
định độ nhớt động học của dầu máy biến áp không quá 30.10
2
cm
2
/giây ở nhiệt độ
20
0
C và không quá 9,6.10
2
cm
2
/giây ở nhiệt độ 50
0
C. Trị số giới hạn của độ nhớt
15

Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
có ý nghĩa quan trọng bởi vì dầu quá nhớt sẽ làm giảm sự thoát nhiệt từ dây quấn
và lõi thép của máy biến áp ra ngoài.
Dầu máy biến áp là chất lỏng dễ cháy nên nhiệt độ chớp cháy của dầu máy biến
áp quy định không được thấp hơn 135
o
C nhiệt độ đông dặc của dầu không được
cao hơn – 45
o
C.
Trị số độ bền của dầu máy biến áp rất nhạy cảm với độ ẩm của dầu.
tgδ
0.024
0.021
0.018
0.015
0.012
0.009
0.006
0.003
10 20 30 40 50 60 70 80 t
Quan hệ tgδ với nhiệt độ của dầu biến áp (ở tần số 50 Hz)
16
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
Bài 3: PHÓNG ĐIỆN TRONG KHÔNG KHÍ
I. MỤC ĐÍCH
1. Nghiên cứu quan hệ giữa điện áp phóng điện trong không khí với các loại
cực khác nhau và khoảng cách giữa chúng.

2. Xác định ảnh hưởng của cực tính với điện áp phóng điện khi cực được bố
trí không đối xứng
3. Xác định ảnh hưởng của vị trí màn chắn đối với điện áp phóng điện trong
không khí với một môi trường không đồng nhất
II. KHÁI NIỆM
Với một khoảng cách đã cho của 2 cực thì điện áp phóng điện phụ thuộc vào
dạng của điện trường (trường phân bố đều, đối xứng, không đối xứng), vào thời
gian tác dụng của điện áp, vào cực tính của cực bán kính cong bé và cuối cùng vào
mật độ và độ ẩm của không khí.
Trong trường gần đồng nhất là trường đặc trưng bởi khoảng cách giữa 2 cực
không lớn so với bán kính cong của cực, thì sự khác nhau giữa cường độ trường
cực đại và cường độ trung bình không lớn (cường độ trung bình chính là tỉ số giữa
điện áp tác dụng với khoảng cách giữa 2 cực E
tb
=U/s)
Trường rất không đồng nhất là trường đặc trưng bởi khoảng cách giữa 2 cực
lớn hơn nhiều so với bán kính của cực và cường độ trường cực đại lớn hơn nhiều
so với cường độ trường trung bình. Trong trường hợp này điện áp phóng điện vầng
quang nhỏ hơn nhiều so với điện áp phóng điện chọc thủng khi trường là đối xứng
và các cực đối xứng thì dạng cực không có ảnh hưởng quyết định(ví dụ cả 2 cực là
mũi nhọn có hình dạng và tiết diện khác nhau). Khi các cực có hình dạng không
đối xứng, ví dụ một cực có dạng là bản còn cực kia là mũi nhọn thì cực tính của
mũi nhọn ảnh hưởng nhiều tới điện áp phóng điện khi mũi nhọn có cực tính dương
nhỏ hơn nhiều so với điện áp khi mũi nhọn có cực tính âm. Cuối cùng thời gian tác
dụng của điện, cũng có ảnh hươnhr không ít đến trị số điện áp phóng điện. Để xác
17
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
định độ không đồng nhất của trường trên khoảng cách giữa 2 cực, người ta thường
dùng hệ số sử dụng a, đó là tỉ số giữa cường độ trung bình và cực đại.

Thông thường để đặc trưng cho độ không đồng nhất của trường dùng hệ số f
=1/a nghĩa là tỉ số giữa cường độ trường cực đại và trung bình.
Đối với các cực có dạng đơn giản ( khoảng cách giữa 2 quả cầu), các trụ
đồng trục và song song, trục và mặt phẳng thì có thể xác định hệ số sử dụng bằng
biểu thức giải tích hoặc từ thử nghiệm.
Bảng dướ đây cho hệ số f theo tỉ số s/r (s là khoảng cách giữa hai cực và r là
bán kính của cực của 2 quả cầu).
Bảng 1.3
s/r Hai quả cầu cách
điện
Một quả cầu nối đất
0,1 1,03 1,03
0,2 1,068 1,07
0,4 1,137 1,14
0,6 1,208 1,23
0,8 1,283 1,32
1,0 1,359 1,41
1,2 1,440 1,51
1,4 1,525 1,62
1,6 1,600 1,73
1,8 1,680 1,85
2,0 1,770 1,97
3,0 2,214 3,21
Điện áp phóng điện trong tường gần đồng nhất thường có thể được tính theo
công thức:
max
max
. .
pd
E s

U E s a
f
= =
Trong đó: E
max
– Cường độ trường cực đại trên mặt cực khi xảy ra phóng
điện
s- khoảng cách giữa hai cực
18
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
f = 1/a – tỉ số giữa cường độ điện trường cực đại và trung bình
Cường độ cực đại E
max
được tính theo:
1
max 1
1
k
E k
r
δ
δ
 
= +
 ÷
 
Trong đó: r- bán kính cực, đối với 2 cực cầu cầu trong bài thí nghiệm r = 5
cm
δ - mật độ tương đối của không khí

k
1
và k
2
là các hệ số được xác định từ bài thí nghiệm.
Theo công thức tính E
max
thấy rằng nó phụ thuộc vào mật độ không khí và
bán kính cực và không phụ thuộc vào khoảng cách cực s và giảm khi khoảng cách
cực tăng.
Mật độ tương đối của không khí tính theo
δ =
273
386,0
+t
p
Trong đó: p là áp suất không khí
t nhiệt độ bách phân,
o
C
Sự thay đổi của điện áp phóng điện về điều kiện khí hậu tiêu chuẩn (p =
760mmHg, t=20
o
C và độ ẩm g/m³) sẽ như sau:
U = U΄
d
k
1
=
U

΄
d
k01,01+
Trong đó : U – điện áp phóng điện ở điều kiện tiêu chuẩn
U
’
– điện áp phóng điện ở điều kiện tiêu chuẩn
δ – mật độ tương đối của không khí
k
1
= 1+ 0.01k – hệ số hiệu chỉnh chú ý đến ảnh hưởng của độ ẩm
k = hiệu chỉnh theo % độ ẩm
Hiệu chỉnh theo độ ẩm chỉ tiến hành với trường không đồng nhất còn trong
trường đồng nhất và gần đồng nhất thì k
1
=1 (k=0)
19
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
III. THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM
Thí nghiệm này được tiến hành cới điện áp xoay chiều và một chiều
1. Thiết bị tạo điện áp xoay chiều
Đó là máy biến áp một pha, công suất 2kVA, tần số 50Hz, làm mát tự nhiên với
điện áp định mức của cuộn sơ cấp là 180V và cuộn thứ cấp (cao áp) là 100kV.
Cũng có thể dùng biến áp máy biến áp một pha, công suất 4kVA, tần số 50Hz,
làm mát tự nhiên với điện áp định mức của cuộn sơ cấp(hạ áp) là 200V và cuộn thứ
cấp (cao áp) là 100kV.
2. Thiết bị tạo điện áp một chiều
Nguồn 1 chiều được tạo bởi máy biến áp thí nghiệm và thiết bị chỉnh lưu cao
áp vởi chỉnh lưu

1
∕
2
chu kì có điện áp ra có thể biến thiên theo phạm vi rộng. Các
tham số của máy biến áp như sau:
-Công suất 2kVA
-Điện áp cung cấp định mức 180V
-Tần số 50Hz
-Điện áp ra 140kV
max
. Dòng điện chỉnh lưu 5Ma
IV. NỘI DUNG VÀ TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
1. Sơ đồ thí nghiệm
20
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
Sơ đồ nguyên lý khi dùng nguồn xoay chiều như sau: (hình 3.1)
Khi dùng nguồn một chiều thì sơ đồ nguyên lý sẽ như sau: (hình 3.2)
Khi tiến hành thí nghiệm cần chú ý một điểm sau:
i. Kiểm tra khoảng cách giữa 2 cực lúc đầu bằng không nghĩa là 2 cực tiếp
xúc nhau, sau đó mới điều chỉnh cực để có các khoảng cách cần thiết để thí
nghiệm.
ii. Đưa tay quay của máy biến áp tự ngẫu về vị trí 0
21
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
iii. Khi làm thí nghiệm thì cho điện áp tăng lên dần dần với vận tốc không đổi
trong mọi lần thí nghiệm. Khi xảy xa phóng điện phải theo dõi chỉ số của vôn met
trên mạch hạ áp của máy biến áp thí nghiệm.
iv. Khi có phóng điện thì bộ phận bảo vệ sẽ tự ngắt nguồn cung cấp vào máy

biến áp thí nghiệm. Trường hợp bộ phận bảo vệ hỏng thì phải dùng tay nhanh
chóng cắt nguồn cung cấp hay nhanh tay quay máy biến áp về vị trí 0.
v. Với mỗi khoảng cách cực s cho phóng điện 3 lần và tính trị số điện áp
phóng điện trung bình.
vi. Mỗi khi cần tiến hành các thao tác ở phía điện áp cao nhất thiết phải cắt
cầu dao chính trên mạch cung cấp điện áp cho quận hạ áp và nối đất cho tụ phóng
điện (khi dùng điện áp 1 chiều)
2. Trình tự tiến hàn thí nghiệm
a. Xác định điện áp phóng điện với điện cực cầu-cầu
Bảng 3.2
s U (xoay chiều) U (một chiều)
1 8 18
2 30 48
3 38 66
4 47 78
Đồ thị :
22
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
* Nhận xét: - Như vậy qua đồ thị mối quan hệ giữa điện áp phóng điện và
khoảng cách giữa 2 cực thì thấy rằng điện áp phóng điện tăng tỉ lệ thuận với
khoảng cách giữa 2 cực cầu – cầu trong cả hai trường hợp là điện áp xoay chiều và
một chiều.
- Điện áp phóng điện cực đại khi khoảng cách lớn nhất của điện áp
một chiều lớn hơn điện áp xoay chiều
23
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ
b. Xác định điện áp phóng điện với điện cực nhon – mũi nhọn
Bảng 3.3

S U (xoay chiều) U (một chiều)
1 7 10
2 18 30
3 29 42
4 31 50
5 36 54
Đồ thị :
24
Ho ng V n D ng à ă ũ
KT K53–Đ

Nhận xét: - Như vậy qua đồ thị mối quan hệ giữa điện áp phóng điện và khoảng
cách giữa 2 cực thì thấy rằng điện áp phóng điện tăng tỉ lệ thuận với khoảng cách
giữa 2 cực mũi nhọn – mũi nhọn trong cả hai trường hợp là điện áp xoay chiều và
một chiều.
- Điện áp phóng điện cực đại khi khoảng cách lớn nhất của điện áp một chiều
lớn hơn điện áp xoay chiều
- Điện áp phóng điện ở đoạn đầu và đoạn cuối tăng chậm hơn đoạn giữa.
- So với điện áp phóng điện ở 2 cực cầu – cầu thì điện áp phóng điện ở 2 cực
mũi nhọn – mũi nhọn thấp hơn khá nhiều
25