Quy tắc an toàn khi làm việc ở phòng thí nghiệm điện áp cao

QUY TẮC AN TOÀN KHI LÀM VIỆC
Ở PHÒNG THÍ NGHIỆM ĐIỆN ÁP CAO
A. VỀ TỔ CHỨC
1. Chỉ những sinh viên đã đƣợc nghe báo cáo về kỹ thuật an toàn và nắm vững quy tắc
này mới đƣợc làm việc ở phòng thí nghiệm.
2. Với mỗi nhóm sinh viên, ngƣời hƣớng dẫn chỉ định sinh viên làm nhóm trƣởng theo
dõi việc thực hiện quy tắc an toàn, chỉ nhóm trƣởng mới đƣợc đóng cắt mạch điện khi
tiến hành thí nghiệm.
3. Trƣớc khi đóng nguồn lần thứ nhất, phải đƣợc ngƣời hƣớng dẫn kiểm tra các mạch.
Trong các lần sau thì làm theo chỉ dẫn của ngƣời hƣớng dẫn.
4. Trong thời gian làm thí nghiệm, sinh viên không đƣợc gây mất trật tự trong phòng thí
nghiệm, chỉ hoạt động trong khu vực thí nghiệm của nhóm mình.
B. VỀ KỸ THUẬT
1. Trƣớc khi đóng mạch. nhóm trƣởng cần kiểm tra lại sơ đồ, lấy tất cả các dụng cụ
không cần thiết cho thí nghiệm ra ngoài, tháo dây nối đất an toàn và yêu cầu mọi sinh
viên ra khỏi khu vực nguy hiểm, đóng cửa khu vực thí nghiệm và đóng mạch thí
nghiệm – khi đóng mạch, nhóm trƣởng phải nói to “đóng mạch”.
2. Thiết bị chỉ đƣợc mang điện áp trong thời gian tiến hành thí nghiệm và đo lƣờng. Sau
đó phải giảm ngay điện áp xuống. Khi có điều gì nghi ngờ trong quá trình làm thí
nghiệm hoặc tiến hành không đúng theo quy tắc thì phải cắt ngay nguồn điện áp.
Sau khi cắt mạch xong thì trƣởng nhóm phải nói to là “đã cắt mạch”.
3. Sau khi cắt mạch, trong trƣờng hợp cần thiết phải vào khu vực nguy hiểm để tiến hành
một việc gì thì trƣởng nhóm mở cửa khu vực nguy hiểm và làm các biện pháp an toàn
(cho tụ phóng điện, đặt dây nối đất an toàn). Chỉ sau khi thực hiện các biện pháp đó
mới đƣợc tiến hành các công việc cần thiết, trong thời gian sinh viên ở khu vực nguy
hiểm thì nhóm trƣởng phải giữ không cho cửa ra vào khu vực nguy hiểm đóng lại để
tránh khả năng có điện áp đƣa vào thiết bị.
4. Sau khi tiến hành các công việc cần thiết ở khu vực nguy hiểm thì tất cả các sinh viên
phải ra khỏi khu vựcnguy hiểm, mang tất cả các dụng cụ không cần thiết ra ngoài và
chỉ ngƣới ra cuối cùng mới tháo dây nối đất an toàn. trƣởng nhóm phải quan sát khu

vực nguy hiểm, kiểm tra việc thực hiện các biện pháp nói trên rồi sau đó mới đƣợc
tiếp tục thí nghiệm.
5. Mỗi khi cho điện áp tác dụng lên thiết bị thì cấm không đƣợc ai đi vào khu vực nguy
hiểm, di chuyển lƣới bảo vệ, tỳ tay lên lƣới bảo vệ hay cho tay chuyển qua lƣới bảo
vệ.
6. Muốn thay đổi cách nối dây cần phải cắt mạch an toàn và phải đƣợc sự đồng ý của
ngƣời hƣớng dẫn mới đƣợc thực hiện và phải thực hiện đúng các quy tắc an toàn nói
trên.
7. Trong trƣờng hợp cần tiến hành công việc gì với gậy cách điện hay các dụng cụ tƣơng
tự, cần phải dùng các biện pháp bảo vệ khác nhƣ dùng găng cao su cách điện, ủng
cách điện, thảm cách điện.

BÀI 1
PHÂN BỐ ĐIỆN ÁP TRÊN CHUỖI CÁCH ĐIỆN

3

PHẦN I. THÍ NGHIỆM
I. MỤC ĐÍCH
Nghiên cứu sự phân bố điện áp trên chuỗi cách điện trên mô hình
Nghiên cứu sự phân bố điện áp trên chuỗi cách điện bằng phƣơng pháp đo trực tiếp
II. KHÁI NIỆM
Cách điện của đƣờng dây tải điện cao áp là chuỗi cách điện. Số phần tử cách điện trong
chuỗi phụ thuộc vào điện áp định mức của đƣờng dây. Sơ đồ thay thế cách điện có dạng nhƣ ở
hình 1.1.
C
C
1
C
2
Đƣờng dây
Xà treo
(nối đất)

Hình 1.1. Sơ đồ thay thế chuỗi cách điện
C – điện dung bản thân phần tử cách điện
C
1

– điện dung của bộ phân kim loại của phần
tử cách điện đối với bộ phận nối đất của kết
cấu (cột, dây thu sét).
C
2
– điện dung của bộ phận kim loại của phần
tử cách điện đối với dây dẫn.
Thông thƣờng các phần tử cách điện đều có điện dung bản thân C nhƣ nhau. Nếu nhƣ
các điện dung ký sinh C
1
và C
2
rất nhỏ so với điện dung bản thân C thì sự phân bố điện áp dọc
chuỗi cách điện sẽ đều bởi vì dòng điện đi qua các điện dung C nhƣ nhau và do đó cùng gây
nên một điện áp giáng nhƣ nhau trên các phần tử. Trong thực tế do sự tồn tại của các điện
dung ký sinh C
1
= 4 pF – 5 pF và C
2
= 0,5 pF – 1 pF nên chúng có ảnh hƣởng rõ rêt. đến sự
phân bố điện áp trên chuỗi cách điện.
Xét ảnh hƣởng của điện dung ký sinh C
1
(cho C
2
= 0), sơ đồ thay thế còn lại ở hình
1.2.a. Dòng qua điện dung ở gần đất nhất sẽ bé nhất và ngƣợc lại dòng qua dòng qua điện
dung ở gần dây dẫn sẽ là lớn nhất. Do sự có mặt của C
1
nên điện áp giáng trên phần tử cách

điện ở gần dây dẫn là lớn nhất và sự phân bố điện áp dọc chuỗi cách điện có dạng nhƣ ở hình
1.2.
Cũng lý luận nhƣ trên sẽ thấy là sự có mặt của các điện dung ký sinh C
2
( cho C
1
= 0) sẽ
làm cho điện áp giáng trên phần tử ở gần đất nhất là lớn nhất (Hình 1.2.b). Nếu cả C
1
và C
2

đều tồn tại và giả thiết C
1
= C
2
thì điện áp giáng trên các phần tử ở gần dây dẫn và sát đất sẽ là
lớn nhất và bằng nhau còn điện áp giáng trên các phần tử ở giữa là nhỏ nhất.

4
C
C
1
Đường dây
Xà treo (nối đất)
ΔU
6
ΔU
5
ΔU

4
ΔU
3
ΔU
2
ΔU
1
C
C
2
Đường dây
Xà treo (nối đất)
1
2
3
4
5
6
ΔU
6
ΔU
5
ΔU
4
ΔU
3
ΔU
2
ΔU
1

100%
ω
1
2
3
4
5
6
C
1
=0; C
2
≠0
C
1
≠
0
;
C
2
=
0
C
1
≠
0
;
C
2
≠

0
C
1
=0; C
2
=0
Hình 1.2.a Hình 1.2.b

Hinh 1.2. Phân bố điện áp dọc theo chuỗi cách điện
Thực tế các điện dung C
1
và C
2
tồn tại và có trị số khác nhau đối với từng phần tử cách
điện (phụ thuộc vào vị trí phần tử trong chuỗi) và ảnh hƣởng đồng thời tới sự phân bố điện áp
trên chuỗi cách điện. Sự phân bố điện áp thực tế có đặc điểm sau:
Điện áp giáng trên phần tử gần dây dẫn nhất là lớn nhất.
Điện áp giáng nhỏ nhất là điện áp giáng trên phần tử ở gần đầu nối đất của chuỗi.
Nếu các điện dung ký sinh C
1
có cùng giá trị đối với tất cả các phần tử cách điện và đối
với C
2
cũng thế thì điện áp trên mỗi phần tử cách điện C trên sơ đồ ở hình 1.1 đƣợc xác định
theo công thức:

)1kn(ash)kn(ashC)1k(ash)ak(shC
)an(shCC
100

%100.
U
U
%U
21
21
k
k


Trong đó: U – điện áp tác dụng lên chuỗi cách điện
n – số lƣợng phần tử cách điện trong chuỗi cách điện
k – số thứ tự của mỗi phần tử tính từ đầu nối đất

C
CC
a
21

Khi phân bố điện áp dọc trên chuỗi cách điện là đều thì điện áp trên phần tử thứ k so với
đất là:
k
n
U
U
k


5
Với mỗi đƣờng dây đã cho thì các điện dung ký sinh C

1
là không đổi nên nếu ta chọn
C
2k
theo điều kiện điện tích trên điện dung đối với dây dẫn cân bằng với điện tích trên điện
dung đối với đất để điện áp phân bố đều thì:

1-n1,k
kn
k
C
kn
k
CC)k
n
U
U(Ck
n
U
C
1k1k2k2k1


Sự phân bố điện dung này đã đƣợc áp dụng để cải thiện sự phân bố điện áp dọc trên
cuộn dây của máy biến áp.
Đối với đƣờng dây thì sự phân bố điện áp không đều trên chuỗi cách điện sẽ tạo điều
kiện để hình thành vầng quang. Điện áp vầng quang trên cách điện vào khoảng 20 – 25 kV. Ở
điện áp làm việc, vầng quang không đƣợc phép xuất hiện vì các sản phẩm của vầng quang sẽ
gây ăn mòn kim loại, gây nhiễu với các thiết bị vô tuyến. Ở các đƣờng dây từ điện áp 220 kV
trở lên, điện áp trên phần tử cách điện gần dây dẫn lớn hơn 20 kV nên ta phải có biện pháp cải

thiện sự phân bố điện áp trên chuỗi cách điện. Biện pháp thông dụng nhất hiện nay là dùng
đai (vành đẳng thế).
Đai có dạng hình tròn, số tám hay kiểu sừng đƣợc gắn vào đầu của chuỗi cách điện ở
phía đƣờng dây. Tác dụng của đai là làm thay đổi điện dung C
2
do đó tạo điều kiện để sự phân
bố điện áp đều hơn. Ngoài ra đai còn có các nhiệm vụ:
Ngăn chặn sự hình thành phóng điện từng cấp trên mỗi chuỗi cách điện.
Ngăn sự hình thành hồ quang của sự phóng điện từng cấp trên bề mặt chuỗi cách điện.
Nâng cao điện áp phóng điện xung và tần số công nghiệp của chuỗi cách điện.
III. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ ĐIỆN ÁP TRÊN CHUỖI CÁCH ĐIỆN
1. Mô hình chuỗi sứ
Có thể dùng mô hình để xét sự phân bố điện áp và cách cải thiện sự phân bố điện áp trên
chuỗi cách điện. Trên hình 1.3 giới thiệu mô hình của chuỗi cách điện gồm có sáu phần tử
cách điên cùng loại. Các phần tử cách điện đƣợc đặc trƣng bởi các điện dung C

= 2 μF và
C
1
= 1 μF. Điện dung C
2
có thể nhận các giá trị khác nhau ví dụ 0,2 μF, 1μF, …
C
C
1
~
V
R
l
l

3
l
4
C
2
~
R
3
R
4
R
1
R
2
V
U
U
B
A
A
B
U
R2
= ΔU
1

Hình 1.3. Mô hình chuỗi cách điện

6
Song song với chuỗi điện dung C có một biến trở R kẻ vạch theo % của trị số điện áp

tác dụng lên chuỗi sứ, ứng với một vị trí của con chạy trên biến trở thì trên dụng cụ chỉ không
(Vôn kế) sẽ cho biết trạng thái cân bằng thế giữa điểm đang xét và con chạy. Nhờ trị số trên
thang đo của biến trở R, ta sẽ tính đƣợc thế (theo %) so với điện áp tác dụng lên chuỗi điện
dung.
Ví dụ ta muốn đo thế tại điểm A, mạch tƣơng đƣơng thu gọn nhƣ mạch cầu. Khi Vôn kế
chỉ không (cầu cân bằng) ta có:
l
l
UR
R
U
UU
4
44R2R

Nhƣ vậy:
l
l
UU
4
1
.
2. Phƣơng pháp đo trực tiếp
Từ công thức tính điện áp giáng trên một phần tử cách điện là ΔU
k
% không phụ thuộc
vào điện áp tác dụng lên chuỗi cách điện U mà chỉ phụ thuộc vào C, C
1
, C
2

, số lƣợng phần tử
trong chuỗi và số thứ tự k. Nói khác đi là với mỗi chuỗi cách điện đã cho thì ΔU
k
% là một
hằng số dù điện áp tác dụng lên chuỗi cách điện có thay đổi. Từ các nhận xét đó suy ra
phƣơng pháp xác định sự phân bố điện áp trên chuỗi cách điện bằng phƣơng pháp đo trực tiếp
nhƣ dƣới đây.
Nếu mắc song song phần tử thứ k (trong chuỗi cách điện có n phần tử) với một bộ cầu
phóng điện có khoảng cách s cố định (nghĩa là điện áp phóng điện U
0
của quả cầu đó là hằng
số và đã biết trƣớc) và cho điện áp tác dụng lên chuỗi sứ tăng dần dần đến khi có phóng điện
trên bộ cầu, khi đó điện áp giáng trên phần tử thứ k là U
0
:
%100
U
U
%U
s
0
k

Với U
s
là điện áp tác dụng lên chuỗi cách điện.
Cũng có thể chứng minh là điện áp tại điểm k nào đó trên chuỗi cách điện cũng chỉ phụ
thuộc vào các tham số của chuỗi C, C
1
, C

2
mà không phụ thuộc vào điện áp tác dụng lên
chuỗi cách điện.
Nhƣ vậy cũng có thể dùng một bộ cầu phóng điện có khoảng cách s cố định nối vào
điểm đất và điểm k nào đó trên chuỗi cách điện và đồng thời cho điện áp tác dụng U
s
tăng dần
lên cho đến khi nào bộ cầu bị phóng điện, lúc đó điện áp tại điểm k sẽ là:
%100
U
U
%U
s
0
k

IV. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1. Xác định ΔU
k
% = f(k) và U
k
% = f(k) trên mô hình
a. Sơ đồ đo nhƣ sau:

7
Xà treo sứ (nối đất)
Dây dẫn
1
2
3

4
5
6
7
s,U
0
Xà treo sứ (nối đất)
Dây dẫn
1
2
3
4
5
6
7
s,U
0
Đo ΔU
k
% Đo U
k
%

Hình 1.4. Đo sụt áp trên các phần tử cách điện
b. Cải thiện sự phân bố điện áp
Với mô hình đang dùng C = 2 μF và C
1
= 1μF, phải xác định các điện dung C
2k
sao cho

sự phân bố điện áp trên mô hình đƣợc đều. Việc tính toán C
2
phải đƣợc hoàn thành trƣớc khi
làm thí nghiệm.
2. Xác định ΔU
k
% và U
k
% trên chuỗi cách điện bằng phƣơng pháp đo trực tiếp
Chuỗi cách điện, số lƣợng các phần tử, tình trạng chuỗi cách điện do ngƣời hƣớng dẫn
quy định. Thí nghiệm này đƣợc xác định với trƣờng hợp có và không có đai bảo vệ.
Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm nhƣ hình 1.5.
Xà treo sứ (nối đất)
Dây dẫn
R
V

Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý xác định phân bố điện áp trên chuỗi cách điện


8
Trƣớc tiên chọn khoảng cách s của cầu phóng điện cũng nhƣ điện áp phóng điện U
0

dùng sơ đồ nhƣ hình 1.6.
R
V

Hình 1.6. Đặt giá trị phóng điện của hai quả cầu U
0

Khoảng cách s của cầu cũng nhƣ điện áp phóng điện U
0
của nó giữ cố định trong suốt
quá trình thí nghiệm. Để xác định ΔU
k
%, đem cầu phóng điện lần lƣợt nối song song với từng
phần tử cách điện nhƣ hình 1.4. Sau khi nối cầu phóng điện vào phần tử thứ k nào đó thì đóng
nguồn và cho điện áp tác dụng lên chuỗi cách điện là U
s
. Từ đó tính đƣợc ΔU
k
%.
Từ các số liệu ở bảng 1.1. vẽ quan hệ ΔU
k
% = f(k) trong các trƣờng hợp có đai và
không có đai. Để xác định U
k
% thì nối cầu phóng điện vào điểm k đang xét và đất nhƣ hình
1.4.
Chú ý:
Điện áp tác dụng lên chuỗi cách điện bao giờ cũng tăng từ không trở lên.
Khi cầu phóng điện thì phải giảm ngay điện áp bằng cách đƣa tay quay của máy biến
áp tự ngẫu về vị trí không.
3. Xác định quan hệ ΔU
1
% = f(n)
Số lƣợng phần tử n của chuỗi cách điện đƣợc thay đổi và ta xác định giá trị ΔU
1
%.

Khi điện áp phân bố đều thì điện áp trên mỗi phần tử sẽ bằng U
s
/n trong đó U
s
là điện áp
tác dụng lên chuỗi cách điện. Thực tế điện áp phân bố không đều và trên phần tử gần dây dẫn
sẽ có điện áp lớn nhất:
ΔU
max
% = ΔU
1
%
Hệ số không đồng nhất là:
%Un%100
U
U
n%100
n
U
U
x
1
s
1
s
max

4. Chuẩn bị trƣớc cho thí nghiệm
Ngoài việc nghiên cứu phần “Phân bố điện áp trên chuỗi cách điện” trong giáo trình
môn học kỹ thuật điện áp cao, bài thí nghiệm này cần:

1. Theo các công thức đã cho, tính trƣớc và vẽ các quan hệ ΔU
1
% = f(k) ứng với chuỗi
cách điện có sáu phần tử với các tham số sau:
a. C = 2 μF; C
1
= 0; C
2
= 1 μF
b. C = 2 μF; C
1
= 0; C
2
= 0
c. C = 2 μF; C
1
= 1 μF; C
2
= 0

9
2. Tính các điện dung C
2k
để cải thiện sự phân bố điện áp trên chuỗi cách điện đã cho –
giải thích cách xây dựng công thức đó.
5. Kết quả thí nghiệm
Điện áp phóng điện U
0
= …… kV
5.1. Xác đinh ΔU

k
%
Bảng 1.1. Kết quả đo ΔU
k
%

Số TT phần tử
1
2
3
4
5
6
7
Trƣờng hợp không có đai
Điện áp U
S
, kV
1







2

3







TB







Trƣờng hợp có đai
Điện áp U
S
, kV
1

2







3







TB







5.2. Xác định U
k
%
Bảng 1.2. Kết quả đo U

k
%

Số TT phần tử
1
2
3
4
5
6
7
Trƣờng hợp không có đai
Điện áp U
S
, kV
1







2

3







TB







Trƣờng hợp có đai
Điện áp U
S
, kV
1







2

3







TB








5.3. Xác định ΔU
1
% = f(n)
Bảng 1.3. Kết quả đo ΔU
1
% = f(n)

10
Số TT phần tử
1
2
3
4
5
6
7
Trƣờng hợp không có đai
Điện áp U
S
, kV
1







2

3







TB







Trƣờng hợp có đai
Điện áp U
S
, kV
1







2

3







TB








6. Nội dung báo cáo
Các phần chính phải báo cáo:
Mục đích thí nghiệm
Thiết bị thí nghiệm và phƣơng pháp thí nghiệm
Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm
Các bảng kết quả đo và xử lý kết quả đo

Hình biểu diễn các quan hệ
Nhận xét các kết quả thí nghiệm
Ngoài ra, hãy trả lời các câu hỏi sau:
1. Giải thích ảnh hƣởng của các điện dung ký sinh đối với sự phân bố điện áp trên chuỗi cách
điện.
2. Giải thích ảnh hƣởng của vầng quang đối với sự phân bố điện áp.
3. Mục đích và tác dụng của đai bảo vệ.
4. Nếu nhƣ trong chuỗi có một phần tử bị hỏng (mất tính chất cách điện) thì sự phân bố điện
áp sẽ nhƣ thế nào?
5. Đai ảnh hƣởng tới hệ số đồng nhất nhƣ thế nào? Quy luật biến thiên của ΔU
1
% và U
1
% khi
số phần tử của chuỗi thay đổi?








11

PHẦN II. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
I. XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1. Xác định ΔU
k
%

Từ các kết quả thí nghiệm bảng 1.1, tính ΔU
k
% và vẽ phân bố ΔU
k
% dọc theo chuỗi cách điện
(hình 1.7).
STT
Điện áp phóng điện
U
0
, kV
Phân bố điện áp
Trƣờng hợp không đai
Trƣờng hợp có đai
U
s
, kV
ΔU
k
%
U
s
, kV
ΔU
k
%
1

2





3





4





5





6

7





Bảng 1.4. Kết quả tính toán phân bố điện áp ΔU
k
%

Hình 1.7. Phân bố điện áp ΔU
k
%
2. Xác định U
k
%
Từ các kết quả thí nghiệm bảng 1.2, tính U
k
% và vẽ phân bố U
k
% dọc theo chuỗi cách điện
(hình 1.8).

k
ΔU
k
%
: không có đai
: có đai

12
STT
Điện áp phóng điện
U
0
, kV
Phân bố điện áp
Trƣờng hợp không đai
Trƣờng hợp có đai
U
s
, kV
U
k
%
U
s
, kV
U
k
%
1

2





3





4





5





6

7





Bảng 1.5. Kết quả tính toán phân bố điện áp U
k
%

Hình 1.8. Phân bố điện áp U
k
%
3. Xác định ΔU
1
% = f(n)
Từ các kết quả thí nghiệm bảng 1.3, tính ΔU
k
% và vẽ phân bố ΔU
k
% dọc theo chuỗi cách điện
Số
phần tử n

Điện áp phóng điện U
0

, kV
U
s
, kV
U
s
/n, kV
ΔU
1
%
Hệ số
không đồng nhất x
Trƣờng hợp không có đai bảo vệ
1





2





3

4





5





6





7





Trƣờng hợp có đai bảo vệ
1

2





3





4





5





6

7





k
U
k
%
: không có đai
: có đai

13
Bảng 1.4. Kết quả tính toán phân bố điện áp ΔU
k
%


Hình 1.7. Phân bố điện áp ΔU
1
%
II. NHẬN XÉT CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………





















n
ΔU
1
%
: không có đai
: có đai

14

BÀI 2
THÍ NGHIỆM ĐO ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT

15







PHẦN I. THÍ NGHIỆM
I. MỞ ĐẦU
Nối đất là việc thực hiện tản dòng điện đi vào trong đất nhằm giảm thấp điện áp đối với
đất, tăng an toàn cho ngƣời và các thiết bị điện. Do đất là môi trƣờng dẫn điện nên khi có
dòng điện tản trong đất thông qua các điện cực (cọc tia, mạch vòng kim loại chôn trong đất)

thì môi trƣờng thể hiện chủ yếu tính chất giống nhƣ điện trở, điện trở này gọi là điện trở nối
đất. Thực chất của điện trở nối đất là phần điện trở tản của miền đất bao quanh điện cực, còn
phần kim loại của bản thân điện cực đo quá nhỏ nên có thể bỏ qua. Có thể xác định điện trở
nối đất theo công thức:

C
R

Trong đó: R – điện trở nối đất, Ω
ρ – điện trở suất của đất, Ωm
ε – hằng số điện môi, F/m
C – điện dung, F

Tính toán nối đất trong các sơ đồ phức tạp cũng nhƣ các quy định về trị số điện trở nối đất đã
đƣợc trình bày trong các quy trình quy phạm và các tài liệu chuyên môn. Trong phạm vi bài
thí nghiệm này sẽ trình bày các phƣơng pháp đo và hiệu chỉnh kết quả đo về điện trở nối đất
và điện trở suất của đất.
Kết quả tính toán về điện trở nối đất của một số hình thức nối đất đơn giản đƣợc cho ở
bảng 2.1.

16
Hình thức nối
đất
Sơ đồ nối đất
Công thức tính điện trở nối
đất R, Ω
Ghi chú
Bán cầu chôn
sát mặt đất
r
0

0
r2
R


Cọc chôn sát
mặt đất
l
d
I
Mặt đất

d
l4
ln
l2
R

l = 2 ÷ 3 m
d = 4 ÷ 6 m
Khi dùng sắt
góc, d đƣợc
thay bằng
0,95b ( b là
chiều rộng của
sắt góc)
Cọc chôn sâu
trong đất
l
d
I
Mặt đất
t

lt4
lt4
ln
2
1
d
l2
ln
l2
R


Tia nằm

ngang
I
Mặt đất
t
d
l

td
l
ln
l2
R
2

t = 0,5 ÷ 1 m
d > 2 cm
Khi dùng sắt
dẹt, d đƣợc
thay thế bởi
b/2 (b là chiều
rộng của sắt
dẹt, b > 4 cm)
Mạch vòng
chôn nằm
ngang
D

td
D27,1
ln

l2
R
22


Bảng 2.1. Điện trở nối đất của một số hình thức nối đất đơn giản

II. LÝ THUYẾT PHƢƠNG PHÁP ĐO
Điện trở nối đất đƣợc xác định theo biểu thức của định luật Ohm:
I
U
R

Trong đó: U – điện áp nối đất (V)
I – dòng điện tản trong đất (A)

17
Từ kết quả trình bày của R có thể suy ra trị số điện trở suất ρ theo các công thức nhƣ đã
trình bày trong bảng 2.1.
Dƣới đây trình bày một số phƣơng pháp dùng để đo điện trở suất của đất.
1. Phƣơng pháp dùng Vônkế và Ampe kế
V
A
Cọc nối đất cần
đo điện trở
Cọc phụ
điện áp
Cọc phụ
dòng điện
I

Biến áp
cách ly
X Y
Z
A
B
X
Z
Sự thay đổi của điện
trở đo được
Khoảng cách XY
Điện trở
Y
Miền tản dòng điện
không giao thoa
R
X
r

Hình 2.1. Phƣơng pháp đo điện trở dùng Vôn kế và Ampe kế
Khi điện cực phụ điện áp đặt trong miền AB ta sẽ xác định đƣợc điện trở nối đất:
I
U
R
x
x

Trong đó: U
x
– trị số đọc ở Vôn kế, V

I – Trị số đọc ở Ampe kế, A
Điện cực phụ dòng điện phải đặt cách xa bộ phận nối đất R
x
để các miền tản dòng điện
của chúng không giao chéo nhau. Nhằm đảm bảo chính xác, các đồng hồ Vôn kế và Ampe kế
phải có cấp chính xác 1 ÷ 1,5 đồng thời Vôn kế phải có nội trở lớn hơn 50R
T
(R
T
là điện trở
nối đất của điện cực phụ điện áp, đƣợc xác định bằng cách đƣa mạch dòng điện I vào cực
này).
Điện trở nối đất R
P
của điện cực phụ dòng điện quá lớn sẽ làm giảm điện áp U
x
do đó
khi cần thiết, điện cực phụ sẽ đƣợc thực hiện bởi vài ba cọc ghép song song.
Để xác định điện trở suất của đất, ta sẽ chôn cọc mẫu theo hình thức chôn sát mặt đất
trong bảng 2.1 thay thế vào vị trí của R
x
. Điện trở suất đƣợc xác định theo công thức:
d
l4
ln
lR2

Đo điện trở nối đất và điện trở suất của đất thƣờng đƣợc tiến hành trong các ngày khô
ráo của mùa hè, khi độ ẩm trong đất ở mức bình thƣờng. Để đƣợc các giá trị ứng với khi đất

18
đông giá và khô ráo (mùa đông) phải hiệu chỉnh bằng cách nhân các kết quả đo với hệ số mùa
(bảng 2.2)
Hình thức nối đất
Độ chôn sâu
Hệ số mùa K
Chiều nằm ngang (tia, mạch vòng)
0,5
4,5 ÷ 6,5
0,8
1,6 ÷ 3
Chôn thẳng đứng (cọc)
0,8
1,4 ÷ 2
Bảng 2.2. Bảng hệ số mùa
Ghi chú: Nếu đất khô ráo sẽ lấy hệ số mùa theo giới hạn dƣới, nếu đất ẩm sẽ lấy theo giới hạn
trên.
2. Phƣơng pháp đo dùng các loại đồng hồ Terrometre
Nguyên lý của phƣơng pháp này hoàn toàn giống với phƣơng pháp dùng Vôn kế và
Ampe kế, tuy vậy có hai điểm khác biệt chủ yếu là:
Có nguồn điện áp nội bộ (nhƣ máy phát tay quay) để thay thế cho việc lấy điện áp từ
lƣới điện qua các máy biến áp cách ly.
Cho trực tiếp kết quả đo điện trở nối đất
Ở phòng thí nghiệm ta dùng đồng hồ M – 416 – T3 do Liên Xô sản xuất. Sơ đồ đo và
hƣớng dẫn cách sử dụng ghi trên mặt đồng hồ.
III. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
1. Chọn khu vực thí nghiệm để thực hiện nối dây theo sơ đồ trên mặt đồng hồ. Chú ý
chọn các khu vực không có kết cấu kim loại ngầm (ống nƣớc, đƣờng cáp, móng công
trình bằng bê tông cốt thép, …).
2. Đo điện trở nối đất bằng phƣơng pháp Vôn kế - Ampe kế

Chú ý thực hiện các điểm sau đây:
Dùng biến trở r để điều chỉnh dòng điện sao cho tích số U
x
I không vƣợt quá
dung lƣợng của máy biến áp cách ly.
Thay đổi vị trí của cọc phụ điện áp để xác định vị trí chính xác của miền có thế
bằng không (miền AB)
Xác định các trị số điện trở nối đất:

I
UU
R;
I
U
R
x
p
x
x

Cho dòng điện I từ 3 đến 5 giá trị khác nhau để kiểm tra tính ổn định của các kết
quả đo R
x

Xác định điện trở suất của đất theo công thức (4) (bộ phận nối đất đƣợc thay thế
bởi một cọc dài l, đƣờng kính d chôn sát mặt đất.
3. Đo điện trở bằng Terrometre
Sử dụng đồng hồ M – 416 – T3
Chú ý thực hiện các điểm sau:
Kiểm tra tình trạng làm việc của đồng hồ (kiểm tra 5 Ω)

Đo trên nhiều thang đo khác nhau để kiểm tra kết quả đo
Kết quả đo điện trở nối đất: R
x
= Ω

19


PHẦN II. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
1. Kết quả thí nghiệm
Dùng Terrometer đo trực tiếp ta có kết quả: R
nđ
= Ω
2. Nhận xét thí nghiệm

20

BÀI 3
PHÓNG ĐIỆN VẦNG QUANG

21



PHẦN I. THÍ NGHIỆM
I. MỤC ĐÍCH
Bài thí nghiệm này nghiên cứu hiện tƣợng phóng điện vầng quang và các đặc trƣng cơ
bản của vầng quang:
1. Điện trƣờng và điện áp khởi đầu vầng quang
2. Đặc tuyến V – A
3. Tổn thất công suất do vầng quang
4. Tác dụng của việc phân nhỏ dây dẫn
II. LÝ THUYẾT CHUNG
Điện trƣờng khởi đầu của vầng quang đƣợc xác định theo công thức thực nghiệm của Peek:
0
vq
r
3,0
130E
, kV/cm (3.1)
Trong đó: δ – Mật độ tƣơng đối của không khí,
273t
p386,0

p (mmHg) – áp suất khí quyển

t (
0
C) – nhiệt độ môi trƣờng
r
0
– bán kính dây dẫn (cm)
Hiện tƣợng phóng điện vầng quang chỉ xảy ra trong miền không khí lân cận dây dẫn. Từ
công thức (3.1) có thể nhận thấy rằng phóng điện vầng quang trong các trƣờng hợp thực tế có
thể đƣợc mô hình trong phòng thí nghiệm.
1. Mô hình tụ điện hình trụ
Mô hình này nhằm mô phỏng vầng quang trong các thiết bị lọc bụi. Tụ điện hình trụ
gồm điện cực trong là dây dẫy bán kính r
0
và điện cực ngoài là ống kim loại bán kính R (hình
3.1).
R
r
0

Hình 3.1. Mô hình tụ điện
hình trụ
Khi đặt điện áp U giữa các điện cực thì cƣờng độ điện trƣờng
trên mặt dây dẫn (điện cực trong) có trị số:
0
0
0
r
R
lnr
U

E
(3.2)
Cân bằng điện trƣờng này với điện trƣờng khởi đầu của vầng quang sẽ xác định đƣợc
điện áp khởi đầu của vầng quang:
0
vq0vq
r
R
lnErU
(3.3)
Mô hình này dùng để mô phỏng vầng quang trên các đƣờng dây tải điện cao áp.

22

r
0
h

Hình 3.2. Mô
hình tính vầng
quang trên đƣờng
dây tải điện
U
vq
I
O
A
U
vq

Hình 3.3. Đặc tuyến V – A của vầng
quang xoay chiều
U
vq
I
vq
A
O

Hình 3.4. Đặc tuyến V – A
của vầng quang một chiều


Điện trƣờng trên bề mặt dây dẫn đƣợc xác định bởi:
0
0
0
r
h2
lnr
U
E
(3.4)
Và điện áp khởi đầu của vầng quang:
0
vq0vq
r
h2
lnErU
(3.5)

Khi xảy ra phóng điện vầng quang, có dòng điện I
vq
đi từ điện cực bán kính bé tới điện
cực đối diện. Quan hệ U
vq
= f(I) đƣợc gọi là đặc tuyến V – A của vầng quang (hình 3.3).
Đây là một đặc tuyến quan trọng vì thông qua nó, ta có thể xác định đƣợc bằng thực
nghiệm điện áp khởi đầu của vầng quang và tổn thất công suất do vầng quang:
ΔP
vq
= UI
vq
(3.6)
Ở vầng quang xoay chiều, tổn thất công suất do vầng quang còn có thể đƣợc xác định từ
diện tích của đặc tuyến Volt – Coulomb Q = f(U):
)U(Qvq
kSP
, với k là hệ số, S
Q(U)
là
diện tích đƣờng đặc tuyến Volt – Coulomb.
Khi điện áp U ≤ U
vq
, đƣờng đặc tuyến Volt – Coulomb là đoạn thẳng OA vì quan hệ
Q(U) là tuyến tính. Ở điện áp U > U
vq
, do ảnh hƣởng của điện tích không gian gây nên bởi
quá trình ion hóa trong miền không khí lân cận dây dẫn nên điện tích Q có trị số lớn và quan
hệ Q(U) có dạng giống với đƣờng cong từ trễ.
Trên các đƣờng dây điện áp cao, để hạn chế vầng quang thì ta phải đảm bảo sao cho

điện trƣờng trên mặt dây dẫn bé hơn E
vq
. Có thể nhận thấy từ công thức (3.4), khi điện áp
đƣờng dây cao thì đòi hỏi bán kính dây càng phải lớn. Từ đó dẫn đến các quy định về đƣờng
kính tối thiểu (D
min
) của các đƣờng dây có điện áp khác nhau:
U = 100 kV: D
min
= 11,3 mm (AC – 70)
U = 220 kV: D
min
= 21,1 mm (AC – 240)

23
Đối với các đƣờng dây siêu cao áp và cực cao áp, việc vận chuyển và lắp đặt dây dẫn
kích thƣớc lớn sẽ rất khó khăn. Trong các trƣờng hợp này, ngƣời ta dùng dây phân nhỏ - dây
dẫn bán kính r
0
(hình 3.2) sẽ đƣợc thay thế bởi 2, 3, 4, dây có bán kính bé hơn trên nguyên
tắc đảm bảo diện tích dẫn điện không đổi. Ngoài tác dụng hạn chế vầng quang, dây phân nhỏ
còn có tác dụng nâng cao khả năng truyền tải của đƣờng dây.
III. MÔ TẢ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM
Thí nghiệm phóng điện vầng quang đƣợc tiến hành với điện áp một chiều và xoay chiều
trong các trƣờng hợp dây dẫn – mặt phẳng và dây dẫn - ống hình trụ.
Thiết bị tạo điện áp cao là bộ nguồn cao áp kiểu TBO – 140 – 5 – 2 có thể tạo ra điện áp cao
biến thiên trong phạm vi rộng (100 kV xoay chiều, 140 kV một chiều chỉnh lƣu nửa chu kỳ).
Điện áp ra xoay chiều của thiết bị đƣợc xác định theo tỷ số biến áp của máy biến áp, với điện
áp xoay chiều, tỷ số là 100kV/180V, với điện áp một chiều tỷ số là 140 kV/180V. Những chi
tiết khi sử dụng các thiết bị sẽ đƣợc ngƣời hƣớng dẫn giới thiệu trƣớc khi thí nghiệm. Sơ đồ

nguyên lý dùng nguồn xoay chiều nhƣ sau:
R
V
μA
mA
S
2
S
1
C

Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý khi dùng nguồn xoay chiều
Sơ đồ trên dùng hệ điện cực dây dẫn – hình trụ. Khi dùng hệ điện cực dây dẫn – mặt
phẳng thì sơ đồ nguyên lý không có gì khác biệt.
Sơ đồ nguyên lý khi dùng nguồn chỉnh lƣu:
R
V
D
μA
mA
S
2
S
1
C

Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lý khi dùng nguồn một chiều
Khi làm thí nghiệm, cần chú ý những điều sau:
1. Kiểm tra khoảng cách giữa điện cực dây dẫn đến mặt phẳng, dây dẫn đến mặt trong
hình trụ. Chú ý để dây dẫn trùng với trục của hình trụ.

2. Đƣa tự ngẫu về vị trí không và đóng tiếp điểm cửa
3. Đóng nguồn cao áp và bắt đầu làm thí nghiệm. Khi làm thí nghiệm cho điện áp tăng
đều, theo dõi chỉ số của Voltmeter V và của Microamperemeter.

24
4. Mỗi khi cần tiến hành thao tác bên cao áp, nhất thiết phải cắt nguồn cung cấp điện cho
cuộn sơ cấp của máy biến áp cao áp và nối đất đầu ra.
IV. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM
1. Xác định quan hệ điện áp xoay chiều và dòng điện vầng quang
Khi làm thí nghiệm cần phải xác định điện áp bắt đầu vầng quang (tại thời điểm khi
dòng điện bắt đầu tăng).
Phần này chỉ sử dụng Miliamperemeter nên mở công tắc S
1
, đóng công tắc S
2
.
2. Xác định quan hệ điện áp một chiều và dòng điện vầng quang
Phần này chỉ sử dụng Microamperemeter nên đóng công tắc S
1
, mở công tắc S
2
.
3. Xác định ảnh hƣởng của dây dẫn phân pha
Dây dẫn đƣờng kính D nhƣ trong phần 1, phần 2 đƣợc thay thế bằng các dây dẫn nhỏ
hơn nhƣng có tổng diện tích các dây phân nhỏ không đổi. Trình tự tiến hành thí nghiệm nhƣ
trong hai phần trên.
Thí nghiệm tiến hành với trƣờng hợp hai dây phân nhỏ và bốn dây phân nhỏ ở điện áp
xoay chiều và một chiều với các loại điện cực khác nhau.
4. Chuẩn bị trƣớc khi làm thí nghiệm
1. Các loại phóng điện trong chất khí

2. Đặc điểm chủ yếu của phóng điện vầng quang và phóng điện chọc thủng.
3. Các đặc tính cơ bản của phóng điện vầng quang? Vầng quang ở điện áp xoay chiều và
điện áp một chiều.
4. Ảnh hƣởng của sự phân pha đến điện áp phóng điện vầng quang.
5. Ảnh hƣởng và tác hại của phóng điện vầng quang đến việc truyền tải điện.
V. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1. Trƣờng hợp điện cực dây dẫn – mặt phẳng
1.1. Trường hợp dây dẫn đơn
Đƣờng kính dây: D = ………mm
Điện áp (sơ cấp) xuất hiện vầng quang xoay chiều: U = ………(V)
Điện áp (sơ cấp) xuất hiện vầng quang một chiều: U = ………(V)
Điện áp U, V






Điện áp xoay
chiều
Dòng điện I, mA






Điện áp U, V

Điện áp một
chiều
Dòng điện I, μA






Bảng 3.1. Đặc tính Volt – Ampere của vầng quang với dây dẫn đơn

1.2. Dây dẫn phân pha (bốn dây phân nhỏ)
Đƣờng kính dây: d = ………mm
Khoảng cách s
1
= …….cm
Điện áp (sơ cấp) xuất hiện vầng quang xoay chiều: U = ………(V)

25
Điện áp (sơ cấp) xuất hiện vầng quang một chiều: U = ………(V)
Điện áp U, V

Điện áp xoay
chiều
Dòng điện I, mA






Điện áp U, V






Điện áp một
chiều
Dòng điện I, μA






Bảng 3.2. Đặc tính Volt – Ampere của vầng quang với bốn dây dẫn phân nhỏ, khoảng cách s
1

Khoảng cách s

2
= …….cm
Điện áp (sơ cấp) xuất hiện vầng quang xoay chiều: U = ………(V)
Điện áp (sơ cấp) xuất hiện vầng quang một chiều: U = ………(V)
Điện áp U, V






Điện áp xoay
chiều
Dòng điện I, mA






Điện áp U, V






Điện áp một
chiều
Dòng điện I, μA

Bảng 3.3. Đặc tính Volt – Ampere của vầng quang với bốn dây dẫn phân nhỏ, khoảng cách s
2

Khoảng cách s
3
= …….cm
Điện áp (sơ cấp) xuất hiện vầng quang xoay chiều: U = ………(V)
Điện áp (sơ cấp) xuất hiện vầng quang một chiều: U = ………(V)
Điện áp U, V






Điện áp xoay
chiều
Dòng điện I, mA

Điện áp U, V






Điện áp một
chiều
Dòng điện I, μA






Bảng 3.4. Đặc tính Volt – Ampere của vầng quang với bốn dây dẫn phân nhỏ, khoảng cách s
3


Khoảng cách s
4
= …….cm
Điện áp (sơ cấp) xuất hiện vầng quang xoay chiều: U = ………(V)
Điện áp (sơ cấp) xuất hiện vầng quang một chiều: U = ………(V)
Điện áp U, V

Điện áp xoay
chiều
Dòng điện I, mA






Điện áp U, V






Điện áp một
chiều
Dòng điện I, μA






Bảng 3.5. Đặc tính Volt – Ampere của vầng quang với bốn dây dẫn phân nhỏ, khoảng cách s
4

2. Trƣờng hợp điện cực dây dẫn – hình trụ
2.1. Trường hợp dây dẫn đơn
Đƣờng kính dây: D = ………mm