Bài giảng kỹ thuật cao áp (đại học chính quy)

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

NGUYỄN THỊ THÙY DƯƠNG

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG

KĨ THUẬT CAO ÁP
(CAO ĐẲNG CHÍNH QUY)

HƯNG YÊN 2017

Page 1


MỤC LỤC
MỤC LỤC ....................................................................................................................................... 1
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................ Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 1. PHĨNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ ....................................................................... 5
1.1. Đặc tính chung của các chất khí cách điện........................................................................... 5
1.2 Các q trình ion hóa trong chất khí ..................................................................................... 6
1.2.1 Ion hóa va chạm: ............................................................................................................ 6
1.2.2 Ion hóa quang: ................................................................................................................ 6
1.2.3 Ion hóa nhiệt: .................................................................................................................. 7
1.2.4 Ion hóa bề mặt: ............................................................................................................... 7
1.3 Các q 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
CHƯƠNG 2. HIỆN TƯỢNG PHĨNG ĐIỆN SÉT VÀ Q TRÌNH TRUYỀN SĨNG TRÊN
ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN ............................................................................................................ 10
2.1 Khái niệm chung về hiện tượng phóng điện sét .................................................................. 10
2.1.1 Q trình phóng điện sét .............................................................................................. 10

2.1.2 Tham số của dòng điện sét ........................................................................................... 10
2.1.3 Cường độ hoạt động của sét ......................................................................................... 12
2.2 Phóng điện xung kích .......................................................................................................... 12
2.2.1 Điện áp xung kích ........................................................................................................ 12
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 Vơn-giây..................................................................................... 17
2.3. Phóng điện vầng quang ...................................................................................................... 18
2.3.1 Phóng điện vầng quang trên đường dây dẫn điện một chiều ....................................... 19
2.3.2 Phóng điện vầng quang trên đường dây dẫn điện xoay chiều ...................................... 21
2.3.3 Các phương pháp giảm tổn hao vầng quang ................................................................ 26
2.4 Truyền sóng trên đường dây tải điện................................................................................... 27
2.4.1 Phương trình truyền sóng trên đường dây tải điện ....................................................... 27
2.4.2 Truyền sóng trên hệ thống nhiều đường dây ................................................................ 29
2.4.3 Phản xạ và khúc xạ của sóng........................................................................................ 34
2.4.4 Quy tắc Petecxen .......................................................................................................... 35
2.4.5 Quy tắc sóng đẳng trị ................................................................................................... 39
CHƯƠNG 3. BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP ........................................................................ 40
3.1 Khái niệm chung ................................................................................................................. 40
3.2 Mơ hình phạm vi bảo vệ ...................................................................................................... 41
3.2.1 Phương pháp xác định phạm vi bảo vệ của cột thu lôi bằng thực nghiệm ................... 41
3.3 Bảo vệ bằng cột thu sét ....................................................................................................... 42
Page 2


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 tồn trong khơng khí và trong đất trong lưới điện phân phối ................... 46

3.5.1 Để không xảy ra phóng điện trong khơng khí thì:........................................................ 47
3.5.2 Để khơng xảy ra phóng điện giữa hai hệ thống nối đất thì: ........................................ 47
CHƯƠNG 4. THIẾT BỊ CHỐNG SÉT ......................................................................................... 48
4.1 Yêu cầu đối với thiết bị chống sét ....................................................................................... 48
4.2 Thiết bị chống sét ống ......................................................................................................... 49
4.2.1 Cấu tạo.......................................................................................................................... 49
4.2.2 Nguyên lý làm việc ...................................................................................................... 49
4.2.3 Ứng dụng ...................................................................................................................... 50
4.3 Thiết bị chống sét van ......................................................................................................... 51
4.3.1 Cấu tạo.......................................................................................................................... 51
4.3.2 Nguyên lý làm việc ...................................................................................................... 53
4.3.3 Các loại chống sét van 1 Loại bình thường .................................................................. 54
CHƯƠNG 5. NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN.................................................................. 56
5.1 Khái niệm chung ................................................................................................................. 56
5.2 Điện trở nối đất xoay chiều ................................................................................................ 57
5.2.1 Hệ thống nối đất đơn giản ............................................................................................ 57
5.2.2 Hệ thống nối đất tổ hợp ................................................................................................ 58
5.3 Tính tốn nối đất chống sét ................................................................................................. 59
5.3.1 Điện trở tản xung kích của nối đất tập trung ................................................................ 60
5.3.2 Nối đất phân bố dài ...................................................................................................... 60
5.4 Lựa chọn các phương án nối đất hợp lý .............................................................................. 62
5.4.1 Nối đất an toàn ............................................................................................................. 62
5.4.2 Nối đất chống sét .......................................................................................................... 63
CHƯƠNG 6. BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ....... 65
6.1 Đường dây tải điện .............................................................................................................. 65
6.1.1 Yêu cầu chung .............................................................................................................. 65
6.1.2 Quá điện áp do sét đánh gây cảm ứng .......................................................................... 66
6.1.3 Quá điện áp do sét đánh trực tiếp vào đường dây trên không treo dây chống sét ........ 67
6.1.4 Quá điện áp do sét đánh trực tiếp vào đường dây trên khơng có treo dây chống sét ... 70
6.2 Trạm biến áp........................................................................................................................ 73

6.2.1 Yêu cầu chung .............................................................................................................. 73
6.2.2 Những dạng sóng truyền vào trạm ............................................................................... 74
6.2.3 Các sơ đồ bảo vệ trạm .................................................................................................. 76
Page 3


6.3 Máy phát điện ...................................................................................................................... 78
6.3.1 Đặc điểm chung ............................................................................................................ 78
6.3.2 Máy phát nối với đường dây trên không qua máy biến áp ........................................... 79
6.3.3 Máy phát nối trực tiếp với đường dây trên không........................................................ 81
CHƯƠNG 7. CÁCH ĐIỆN DÙNG TRONG CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN........... 84
7.1 Đặc tính cách điện dùng trong hệ thống điện ...................................................................... 84
7.1.1 Đặc tính điện ................................................................................................................ 84
7.1.2 Đặc tính cơ ................................................................................................................... 85
7.1.3 Các điều kiện lựa chọn cách điện của hệ thống điện.................................................... 85
7.2 Cách điện của đường dây trên không .................................................................................. 86
7.2.1 Yêu cầu đối với cách điện đường dây .......................................................................... 86
7.2.2 Vật liệu và kết cấu cách điện ........................................................................................ 87
7.2.3 Chuỗi cách điện ............................................................................................................ 89
7.3 Cách điện trong máy biến áp ............................................................................................... 93
7.3.1 Quá trình quá độ trong cuộn dây máy biến áp ............................................................. 93
7.3.2 Đặc điểm của quá trình quá độ trong máy biến áp ba pha ........................................... 95
7.3.3 Quá trình quá độ trong cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu .......................................... 96
7.3.4 Kết cấu cách điện trong máy biến áp ........................................................................... 97
7.3.5 Những biện pháp cải thiện cách điện trong máy biến áp ............................................. 97
7.3.6 Đặc tính điện và thí nghiệm cách điện của máy biến áp .............................................. 98
7.4 Cách điện của máy điện ...................................................................................................... 99
7.4.1 Yêu cầu chung .............................................................................................................. 99
7.4.2 Kết cấu cách điện của máy điện ................................................................................... 99
7.4.3 Quá trình quá độ trong cuộn dây máy điện ................................................................ 101

7.4.4 Thí nghiệm cách điện của máy điện ........................................................................... 101

Page 4


CHƯƠNG 1.PHĨNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ
1.1. Đặc tính chung của các chất khí cách điện
Các chất khí chủ yếu là khơng khí thường được dùng làm chất cách điện của các thiết điện làm
việc trong khơng khí và của đường dây tải điện trên khơng.
Khơng 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 tượng 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 thường tồn tại
các bọt khí, đó là các điểm cách điện suy yếu vì cách điện của các điện mơi này bị hư hỏng
thường bắt nguồn từ các quá trình phóng điện của bọt khí.
* u cầu chung đối với các chất khí cách điện
Các chất khí chọn dùng làm chất cách điện phải đạt được các yêu cầu sau đây:
1. Phải là loại khí trơ nghĩa là khơng 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 cường độ cách điện cao. Sử dụng các chất khí có cường độ cách điện cao sẽ giảm được
kích thước 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. Như sau này sẽ
thấy các chất khí có cường độ cách điện cao ở cả hai trạng thái hoặc áp suất nhỏ (chân không)
hoặc áp suất cao. Trạng thái dầu ít được dùng trong cơng nghiệp điện vì các chất cách điện
khác khi tiếp xúc với chân khơng có thể sinh hơi làm tăng áp suất và do đó làm giảm cường độ
cách điện, vì vậy để tăng cường độ cách điện của khí thường dùng nó ở áp suất cao.
4. Phải rẻ tiền và dễ tìm kiếm
5. Tản nhiệt tốt. Trong trường hợp chất khí ngồi nhiệm vụ cách điện cịn có nhiệm vụ làm
mát (như trong máy điện) thì cịn u cầu phải dẫn nhiệt tốt.

Khơng khí, loại khí thường gặp nhất, thỏa mãn được yêu cầu (4) nhưng lại không đạt
yêu cầu (1) và (2), nhất là u cầu (1). Q trình ion hóa trong khơng khí thường 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. Cường độ cách điện trung bình của khơng khí khoảng 30kV/cm trong khí đó
cường 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). Như vậy cường độ cách điện của khơng khí chỉ bằng khoảng
1/10 so với dầu biến áp, cho nên để tăng cường độ cách điện của nó lên ngang mức với các
chất cách điện rắn và lỏng cần phải tăng áp suất khơng khí tới 10÷15 atm điều đó sẽ làm cho
kết cấu và vận hành của thiết bị càng phức tạp

Page 5


1.2. Các q trình ion hóa trong chất khí
Các chất khí khơng phải là các chất cách điện lý tưởng chỉ chứa những phân tử trung hịa mà
chúng cịn có một số ion và điện tử tự do. Ví dụ, dưới tác dụng của các yếu tố bên ngoài (tia
cực ngắn của mặt trời, tia vũ trụ,…), trong 1cm3 không khí thường xảy ra mấy chục lần ion
hóa trong 1 giây.
Q trình ion hóa là q trình biến một phân tử trung hịa thành ion dương và điện tử, có nghĩa
là tách điện tử ra khỏi phân tử. Muốn vậy phải mất một công để thắng được lực hạt nhất, năng
lượng đó gọi là năng lượng ion hóa và ký hiệu là Wi. Do năng lượng tỷ lệ với hiệu số điện áp
của trường mà điện tử bay qua nên năng lượng ion hóa cịn có thể biểu thị bằng hiệu thế ion
hóa Ui, điện tử khí bay qua trường của hiệu thế này sẽ tích lũy được năng lượng bằng năng
lượng ion hóa Wi. Đơn vị đo lường của năng lượng ion hóa là eV.
Nếu cung cấp cho điện tử một năng lượng nhỏ hơn năng lượng ion hóa thì chưa thể tách nó ra
khỏi phân tử mà chỉ có thể đưa nó ra quỹ đạo bên ngồi có mức năng lượng cao hơn và phân
tử lúc này ở trạng thái bị kích thích. Nói chung các phân tử ở trạng thái bị kích thích khơng lâu,
khoảng 10-8 giây. Q trình ion hóa và kích thích cịn 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 lượng lớn vì chúng ở gần hạt

nhân và có lực hạt nhân lớn hơn.
Các ion dương gặp các điện tử hoặc ion âm có thể kết hợp lại để trở thành các phân tử
trung hòa. Năng lượng dùng để ion hóa ban đầu sẽ được trả lại dưới dạng bức xạ với độ dài
sóng xác định theo cơng 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 lượng của phân tử trước và sau khi va chạm. Các phân tử bị kích thích khi trở lại trạng
thái bình thường cũng trả lại năng lượng dưới dạng bức xạ tương tự như 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:
mv2
 Wi
2

m là khối lượng phân tử và v là tốc độ chuyển động của phân tử.
1.2.2. Ion hóa quang:
năng lượng 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:
Page 6


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 q trình như 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 q 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 nhau chỉ là ở
3
2

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 cịn 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
lượng nhất định, năng lượng này được gọi là cơng thốt. Trị số cơng thốt 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 được nung nóng, điện tử chuyển đọng nhanh hơn và có
năng lượng lớn hơn. Nếu năng lượng này đạt được trị số nhất định đủ để vượt qua hàng rào thế
năng thì nó sẽ thốt ra khỏi bề mặt điện cực.
+ Bắn phá bề mặt âm cực bằng những phần tử có động năng lớn (bằng các ion dương
có tốc độ cao)
+ Tác dụng bằng trường cực mạnh (hiện tượng này gọi là bức xạ nguội vì âm cực vẫn ở
nhiệt độ bình thường). Biện pháp này ít được dùng vì yêu cầu trường phải lớn tới khoảng

1000kV/cm.
1.3. Các quá trình chủ yếu của phóng điện trong chất khí
Ở nhiệt độ bình thường năng lượng của chuyện động nhiệt của các phần tử khơng đủ để
ion hóa, nhưng nếu có điện trường tác dụng thì các điện tích tự do có sẵn trong nội bộ chất khí
sẽ chuyển động (điện tích dương chuyển động theo phương của trường, điện tích âm theo
chiều ngược lại), tích lũy năng lượng 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)
Page 7


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 q trình ion hóa va chạm của ion.
Để đơn giản trong tính tốn trị số α, ta giả thiết:
+ khơng xét khả năng ion hóa từng cấp, nghĩa là ion hóa va chạm do điện tử chỉ xảy ra
khi năng lượng mà nó tích lũy được bằng hoặc lớn hơn năng lượng ion hóa của phân tử Wi.
+ điện tử sau mỗi lần va chạm (dù có hay khơng gây ion hóa) đều mất tồn bộ năng
lượng, có nghĩa là năng lượng của nó trong lần va chạm sau chỉ được tích lũy trong quá trình
chuyển động ở đoạn đường tự do trước đó.
+ quỹ đạo của điện tử trùng với phương đường sức của điện trường.
Khi chuyển động trong điện trường có cường độ E và nếu qua được đoạn đường x mà không
bị va chạm, điện tử sẽ tích lũy được năng lượng (E.q.x) với q là điện tích của điện tử. Như vậy
điều kiện để điện tử có thể gây ion hóa phân tử khí là:
E.q.x  Wi

Vậy độ dài đoạn đường tự do cần thiết để có ion hóa:
xi 

Wi

E.q

Khi điện tử đi qua đoạn đường 1cm điện tử sẽ có S  1/  e lần va chạm với phân tử khí, trong
đó  e 

1
k.T
 2
2
.r .N .r .p

là đoạn đường tự do trung bình của điện tử nếu điện tử chuyển động trong môi trường 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

xi

Wi

1 
1 
A.Wi
1

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

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

Hình 1.1 Đặc tính Vơn-Ampe của chất khí
- Giai đoạn Oa: khi U tăng thì I tăng, phù hợp định luật Ohm Trong khe hở ln tồn tại
các điện tích tự do do q trình ion hóa bên ngồi, dưới tác dụng của điện trường các điện
Page 8


tích tự do di chuyển hình thành dịng 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 hịa vì số điện tích tự do trong khe hở
khơng khí có giới hạn - Giai đoạn bc: Tại b điện áp đạt giá tri U0 U tăng thì E tăng dẫn
đến số lượng 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 9


CHƯƠNG 2.HIỆN TƯỢNG PHĨNG ĐIỆN SÉT VÀ Q TRÌNH TRUYỀN
SĨNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
2.1 Khái niệm chung về hiện tượng phóng điện sét

2.1.1 Q trình phóng điện sét
- Trên đám mây có các điện tích dương và điện tích âm phân bố rải đều.
+ điện tích dương phân bố rải đều trên các đám mây,
+ điện tích âm phân bố thành đám.
- Khi phóng điện thì điện tích âm trung hịa với điện tích dương và các điện tích cịn lại thì phát
triển xuống mặt đấy gọi là dịng tiên đạo (có vận tốc từ 1,5.107 – 2.108 cm/s).
Mặt đất đồng đều cảm ứng điện tích và dịng 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 trường càng tăng nên gây ra ion hóa mãnh liệt (cường độ điện
trường lớn làm phát sinh điện tích dương và điện tích âm và tập trung gọi là thác điện tử).
Dịng ngược 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.
Dịng điện sét:
Trong đó:
σ – mật độ điện tích của tia tiên đạo
V – vận tốc phóng điện ngược
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 = σ.v
2.1.2 Tham số của dịng điện sét
2.1.2.1 Dạng sóng sét
a, Dạng tổng qt
τđs là dịng điện sóng đi từ 0 đến Imax.
τs là dịng điện sóng đi từ 0 đến Imax đến 0,5.Imax.


Ký hiệu:

ds

S

 s 
 s 
 

, dấu ấm (-) chiếm 50%.

Page 10


Hình 2.1. Dạng sóng sét tổng qt

b, Dạng xiên góc
Khi tính tốn thường 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 q trình truyền sóng trên đường dây.

Hình 2.2. Dạng sóng sét xiên góc

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

Hình 2.3. Dạng sóng sét hãm mũ

2.1.2.2 Trị số của dịng điện sét (kA)
- Xác suất xuất hiện dòng điện sét: I ≥ Is là:
vI = P{I ≥ Is} = e-Is/26,1 = 10-Is/60
Page 11


lg(vI) = -IS/60
ln(vI) = -IS/26,1
- Độ dốc dòng điện sét:
aS 

IS
ds

 kA 
 s 
 

- Xác suất xuất hiện dịng 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 Cường 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
+ Ơn 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 (đi sóng).
- Độ dài sóng τS tính tới khi điện áp giảm xuống chỉ cịn một nửa trị số biên độ.
Vì: khi điện áp đã giảm tới mức 50% trị số biên độ thì sẽ khơng cịn khả năng gây nên phóng
điện do đó có thể khơng cần chú ý đến tình hình ở phần sau của sóng
- Trị số điện áp phóng điện xung kích phụ thuộc vào dạng sóng (được đặc trưng bởi độ dài đầu
sóng và độ dài sóng) nên có qui ước dạng sóng xung chuẩn:
τđs = 1,2μs ± 30%
τs = 50μs ± 20%
Ký hiệu: ±1,2/40 [μs/μs]
2.2.2 Máy phát điện áp xung
2.2.2.1 Sơ đồ phóng điện áp thấp
Page 12


U2
U0
1
2

R1
U1

t

K
C1

R 2 C2

U2
-U0

Hình 2.4 Sơ đồ phóng điện áp thấp
- Giả thiết khơng có điện dung C2 và điện áp ban đầu đặt lên C1 là U0, khi đóng khố K thì C1
sẽ phóng điện qua R1 và R2 (đường 1).
- Nếu có điện dung C2 thì điện áp trên R2 (cũng là điện áp trên điện dung C2) không thể tăng
nhảy vọt được (đường 2).
- Thay đổi R và C thì có thể đạt được 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  U 0

C1
B
C1  C2

Hay
Với U0 là điện áp ban đầu lên C1.

Suy ra:
U 2 (t)  B 1  e  t /T2
Với T2 - hằng số thời gian phóng điện của C1 qua R1 sang C2.





T2 

C1C 2
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) ln ln nhỏ hơn trị số B một lượng ΔU, nó bằng phần điện áp giáng trên R1 (do
có dịng điện qua R2)

U 2 (t)  A  e

 t /T1

e

 t /T2



AB

R2
R1  R 2

Và ta có:
Page 13


với + T1 = C1.(R1 + R2) + C2R2
là:

Gọi hệ số sử dụng của sơ đồ là η (với η < 1) thì phần điện áp cuối cùng tồn tại trên C2

U 2 (t)  U 0 .  e  t/T1  e  t /T2 

T2 

C1C2
RR
. 1 2
C1  C 2 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 được các trị số cần thiết kế tạo sơ đồ.
t = τđs thì U2 = Umax
t = τs thì U2 = 1/2Umax
Suy ra:
T1 = τs và T2 = τđs/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
Trong đó:
K là chỉnh lưu;
Rbv là điện trở bảo vệ;
Rn là điện trở nạp;
Page 14


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
được chỉnh lưu 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 được đặt vào các điểm B2, C2,…, N2 và cuối
cùng sau một thời gian nhất định, tất cả các tụ điện C sẽ được nạp.
- Khi quá trình nạp kết thúc thì các điểm A2, B2,…, N2 có điện thế U0, cịn 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 tương tự ta có thế của C2 lên bằng
3U0.
- Giả sử dung n cấp để các tụ điện trong giai đoạn phóng được 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:

U 2 (t)  n.U 0 ..  e t /T1  e t /T2 
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:

Page 15


+ Bản thân q trình phóng điện địi 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 hưởng 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 hưởng 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 được thực hiện.
Trước và ngay cả ở thời điểm t1 thì cũng chưa thể có phóng điện vì trước 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 được tạo lên do sự bắn phá âm cực của các ion đương ln có sẵn trong khơng khí
hoặc do các nhân tố ion hố bên ngồi. Vậy q trình phóng điện khơng thể bắt đầu từ thời
điểm t1 mà phải từ thời điểm t2 = t1 + ttk.
Q trình phóng điện được hồn thành ở thời điểm t3 = t2 + tht, trong khoảng thời gian
hình thành phóng điện thì thác điện tử sẽ phát triển thành dịng để nối liền khoảng cực và hồn
thành q 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 hố bên ngồi: nếu tác dụng với cường độ mạnh thì ttk giảm vì
điện tử tác dụng được xuất hiện sớm (tia sóng ngắn).
/ Cơng thốt của vật liệu làm điện cực: điện cực được chế tạo bằng vật liệu có
cơng thốt bé sẽ làm giảm thời gian chậm trễ thống kê vì với cường độ ion hố bên ngồi
khơng đổi số điện tử được giải thoát từ mặt cực âm cực tăng nhiều hơn.

/ Điện áp: tăng điện áp thì trường mạnh, khả năng khuếch tán cũng như kết hợp
của điện tử với các phân tử để trở thành ion âm giảm, đồng thời khả năng ion hố 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 dịng.
>Giai đoạn phát triển của dịng tới suốt chiều dài khoảng cực.
Page 16


>Giai đoạn của phóng điện ngược (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 Vơn-giây
Đặc tính Vơn-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 Vơn-giây

Hình 2.9 Sơ đồ tạo đặc tính V-S
- Máy phát xung (MFX) phát ra dịng 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 khơng 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% cịn 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.
- Cường độ xung kích đảm bảo giới hạn an tồn của cách điện với xác suất phóng điện bằng 0.

- Đường đặc tính có dạng khác nhau khi trường là đồng nhất hoặc không đồng nhất.
+ 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 ngược lại trong trường 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 ngồi khơng khí thì ttk rút ngắn và đặc tính có dạng phẳng ngang.
2.3.4. Ý nghĩa của đặc tính Vơn-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.

Page 17


- Để đảm bảo an toàn cho cách điện thiết bị bảo vệ cần phải có đường đặc tính Vơn-giây hồn
tồn nằm dưới đường đặc tính Vơn-giây của cách điện và có dạng phẳng ngang để khơng 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 trước tạo an tồn cho thiết bị.
- Những thiết bị có đặc tính Vơn-giây bằng phẳng, để trường 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 Vơn-giây dốc nên khơng thể bảo vệ trong máy biến áp, máy điện
mà chỉ bảo vệ cho đường 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 trưng cho sự phóng điện trong

trường khơng đồng nhất tại nơi có cường độ trường lớn.
- Phóng điện tuy đạt được điều kiện tự duy trì nhưng dịng khơng thể kéo dài trên tồn 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 hố, kết hợp hoặc trở về trạng thái bình
thường 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 được tạo lên trong quầng của vầng quang dưới tác dụng của điện trường sẽ dịch
chuyển ra phía ngồi và hình thành dịng điện vầng quang gọi là dòng plasma.
- Vầng quang xảy ra khi cường độ trường trên bề mặt dây dẫn lớn hơn cường độ trường xảy ra
vầng quang trong khơng khí.
- Ưu 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 q điện áp khí
quyển (khi có sét đánh trên đường dây, vầng quang sẽ tiêu hao năng lượng của các sóng quá
điện áp, làm giảm biên độ và độ dốc sóng do đó tăng an tồn cho cách điện của trạm biến áp và
nhà máy điện  tốt cho truyền sóng).
Page 18


/ vầng quang gây nên 1 loại dòng điện rò gây tổn hao năng lượng do sự chuyển
dịch của các ion dưới tác dụng của trường
/ vầng quang gây nhiễu loạn thơng tin hữu tuyến và vơ tuyến, ăn mịn vật liệu
- Cường độ trường xảy ra vầng quang giữa:
 0,308 
+ 2 hình trụ:
E vq  31..  1 




r
.

0



R
U vq  E vq .r0 .ln  
 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 

 0,301 
E vq  298.. 1 



r
.

0




Với
+ σ là mật độ tương đối của khơng khí

+ S là khoảng cách giữa hai dây dẫn (S>>r0).
Chú ý: khi tính tốn thì đưa về 2 hình trụ để dễ tính tốn.

h'=S/2

Hình 2.12 Vầng quang giữa dây dẫn và mặ đất
2.3.1. Phóng điện vầng quang trên đường 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 như một dịng điện rị và gây tổn hao năng lượng
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
dịng điện hợp lại thành dòng điện liên tục. Nếu tăng điện áp thì vầng quang sẽ phát triển trên
tồn bộ bề mặt dây dẫn và dịng điện mất hẳn tính chất khơng liên tục của nó.}
- Các điện tích chuyển dịch theo 1 chiều từ cực này sang cực kia.
- Ứng với đơn vị dài của đường dây, tổn hao này được tính:
P = U.I = U.f(U)
Page 19


Với I là dòng điện vầng quang và I = f(U) là đặc tính vơn-ampe của vầng quang điện
- Cơng thức tính tổn hao vầng quang của đường dây dẫn điện 1 chiều:
P = A.U2.(U – Uvq) [kW/km]
với A là hệ số phụ thuộc vào kích thước của khe hở

-U/2

+U/2

Hình 2.13 Vầng quang trên đường 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 được nối đất.
Q trình ion hố phát triển độc lập trên mỗi nửa khe hở và các điện tích khối do các q trình
ấy tạo lên khơng ảnh hưởng 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 trường
hợp này bằng tổng tổn hao trên mỗi dây dẫn: P = P+ + P-.
2.3.2.2 Vầng quang kép
- Khe hở khơng 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
cịn lại sẽ đi vào khoảng khơng gian của các điện tích khối khác dấu. Các ion đó phá huỷ trạng
thái cân bằng đã có sẵn và làm tăng cường độ điện trường ở xung quanh dây dẫn.
- Để khôi phục lại trạng thái cân bằng thì cần phải tiếp tục ion hố ở gần dây dẫn, do đó dịng
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 hưởng
lẫn nhau làm cho tổn hao vầng quang P > P+ + P-.
2.3.2.3 Kết luận
- Trên đường 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.

Page 20


2.3.2 Phóng điện vầng quang trên đường 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 đường nào đó cịn trong nửa chu kỳ sau lại bị kéo về phía dây
dẫn.
- Ở đường 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 cường độ trường 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 khơng gian ngồi (điểm các xa trục dây
dẫn 1 đoạn r) thì cường độ trường 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 trường:
v

r
dr
 k.E  k.E vq . 0
dt
r

T/ 2

rmax

 dt  
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 dương thì k tương tự nhau)

rmax  k.T.E vq .r0
Đoạn đường chuyển dịch của điện tích khối:
Ví dụ:
r0 = 1,25cm
Evq = 36kV/cm
T = 0,02 giây (s)
k = 1,8 [(cm/s)/(V/cm)]
Khi đó: rmax = 40cm<Như vậy, có thể xem điện tích khối của mỗi pha là độc lập với nhau hay nói cách khác, q
trình phóng điện vầng quang trên 1 pha nào đó khơng chịu ảnh hưởng của các pha bên cạnh.
2.3.3.1 Q 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 được nối với nguồn đúng vào lúc điện áp bằng không.

Page 21


Q (t)

U ngu? n( t )

U
U m ax
E dd, U 'd d, Q dd
U m ax
U vq
E vq
t7

t5

t0

t1

t3

t2

t1

t0

t4

U0

t5

t2

t8

t6

t7

+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 chưa xuất hiện vầng quang nên điện tích của dây dẫn
được tính:Qdd = U.Chh
Với Chh là điện dung của dây dẫn đối với đất khi chưa có vầng quang (là một hằng số chỉ phụ
thuộc vào kích thước hình học).
+ thời điểm t = t1 ÷ t2. Điện áp và cường độ điện trường trên mặt dây dẫn đạt trị số tới hạn Uvq,
Evq để phát sinh vầng quang. Lúc này có xuất hiện các dịng plasma, một số ion (điện tích
dương) theo dịng đi từ dây dẫn ra khoảng khơng gian xung quanh tạo lên điện tích khối dương
(cịn những điện tử thì bị hút ngay vào dây dẫn) (hình 1). Khi điện áp tăng từ trị số Uvq tới trị số
Page 22


biên độ Umax thì dịng càng kéo dài và số điện tích chuyển dịch ra ngồi cũng nhiều khiến cho
dịng có điện dẫn cao và trường trong nội bộ dịng bé hơn nhiều so với trị số Evq. Trong khi đó
cường độ trường trên mặt dây dẫn giữ khơng đổi và bằng Evq vì nó chỉ cần đảm bảo có q
trình ion hố chung quanh dây dẫn, điện áp tăng sẽ làm cho dịng dài thêm ra nhưng trường thì
khơng tăng lên. Do đó, điện tích trên mặt dây dẫn cũng giữ khơng đổi và có trị số:
Qdd = 2πε.Evq
Điện tích này tạo lên phần điện áp trên dây dẫn:

U 'dd 

Q dd
C hh

Do các dòng plasma dẫn các ion dương ra ngồi khơng gian nên ngồi Qdd ra sẽ cịn 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 khơng gian ΔQ gây lên,
hay:ΔU = Ung – U’dd
Khi điện áp đạt tới trị số Umax thì đạt được các trị số ΔUmax, ΔQmax, Qmax, Edd = Evq và Qdd bằng
điện tích lúc mới phát sinh vầng quang.
+ 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 trước nghĩa là Qdd bị giảm do đó làm giảm
cường độ điện trường trên mặt dây dẫn và q trình ion hố bị chấm dứt. Các dòng plasma bị
mất dần và tiến tới mất hẳn tính chất dẫn điện, để lại trong khơng gian số lượng điện tích khối
ΔQmax quanh dây dẫn, điện tích này khơng thay đổi được nữa.
Tóm lại sau thời điểm t2, điện áp cứ giảm theo hình sin, điện tích trên dây dẫn Qdd,
cường độ điện trường trên mặt dây dẫn Edd sẽ giảm. Nhưng điện áp do Qdd gây nên ln ln
có:
U’ = U – ΔUmax
Vì suốt trong q trình t > t2 thì ΔU = ΔUmax khơng đổi (do ΔQ = ΔQmax).
+ Thời điểm t = t3. Toàn bộ phần điện tích trên dây dẫn trở về nguồn, cường độ trường trên
mặt dây dẫn cũng như thành phần điện áp U’dd giảm tới số 0. Điện áp u(t) còn có trị số dương
là do ảnh hưởng của điện khối (đường biểu diễn của Edd, Qdd và U’dd trong khoảng thời gian
này được xác định bằng cách cộng thêm vào tung độ đường Qdd đại lượng ΔQmax.
{điện tích khơng gian có ảnh hưởng 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. Trường trên dây dẫn đã đạt được 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 dương

cịn lại từ nửa chu kỳ trước và đến khi t = t6 thì điện tích khối dương được bù hồn tồn và điện
Page 23


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 q trình ion hố (t5 ÷ t7).
Chú ý: khi t = t5 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 dương của điện áp (khi Umax> 2.Uvq thì U0< 0).
>Phóng điện vầng quang: các dịng plasma phát triển dài dần và những điện tích đương
bị hút vào dây dẫn (vì trên mặt dây dẫn lúc này là điện tích âm) cịn các điện tích âm bị đẩy ra
xa gặp các điện tích khơng gian dương có sẵn, chúng bắt đầu trung hồ. Vì vậy ta thấy trên
hình, đường chấm chấm bắt đầu hướng đến gần đường Qdd.
+ Thời điểm t = t6 ÷ t7. Vầng quang vẫn tiếp tục tồn tại nhưng điện tích khơgn 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 khơng gian điện tích âm Qmax.
Cuối cùng chúng ta xét dòng điện vầng quang. Dòng điện tổng gồm có 2 thành phần:
+ Dịng điện chung iC:

i C  C hh .

dU
dt

+ Dòng điện vầng quang ivq: chỉ tồn tại trong lúc có vầng quang.
- Đặc tuyến Vơn-Culơng của đường 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 chưa xuất hiện vầng quang,
độ nghiêng của nó xác định bởi điện dung hình học của đường 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 đường dây khơng tải và khơgn có vầng quang thì sẽ khơng 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 lượng
mà nguồn phải cung cấp để tạo điện trường sẽ được 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 lượng của số
điện tích trên dây dẫn là được trả về nguồn cịn năng lương có liên quan đến số điện tích khối
vẫn được giữ lại dưới dạng trường dư, tới nửa chu kỳ sau số điện tích khối này tuy được bù
hồn tồn nhưng khơng phải là trở về dây dẫn mà phần năng lượng của chúng cũng không
được trả về nguồn mà trở thành một dạng tổn hao năng lượng.

Page 24


- Ngun nhân làm cho số điện tích khối khơng trở về dây dẫn là so sự cản trở của các phần tử
khơng khí, do đó tổn hao vầng quang thể hiện chủ yếu ở chỗ làm nóng mơi trường khơng khí
quanh dây dẫn.
{+ Đối với xoay chiều: điện tích không gian không đến được 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 tương tự như dịng điện rị.
+ Khi có vầng quang sự biến thiên của điện tích khơgn theo hình sin, không trùng pha với điện
áp nên làm xuất hiện những songs dịng cao tần trên dây.
+ Khơng khí khơng dẫn điện}
Dựa vào đặc tính Culơng, tổn hao vầng quang trong 1 chu kỳ của đường dây dẫn điện
xoay chiều:
T

P   U.I.dt   U.dQ (VA)
o

Nó tỷ lệ với điện trường của đặc tính Vơn-Culơng.
-

Cơng thức kinh nghiệm Pich:

P 

 kW 
r
241
2
(f  25) 0 .  U  U 0  .105 


S
 km.pha 

Trong đó:
+ δ là mật độ tương đối của khơng khí
+ r0 là bán kính dây dẫn (m)
+ S là khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn (cm)
+ f là tần số
+ U là trị số hiệu dụng của điện áp pha (kV)
+ U0 là trị số điện áp tính tốn, gần bằng điện áp vầng quang.

S
U 0  21, 2..r0 .m1.m 2 .ln  

 r0 
+ m1 là hệ số nhẵn đặc trưng cho trạngt hái bề mặt của dây dẫn.
>m1 = 0,8 ÷ 0,9 đối với dây dẫn xoắn
>m1 = 1 đối với dân dẫn đơn
Chú ý: sau một thời gian vận hành, tổn hao vầng quang giảm dần, điều này được giải thích bởi
tác dụng của các khí hạot tính sản sinh từ q trình ion hố (như khí oxy ở dạng nguyên tử)
làm cho các nơi ghồ ghề của bề mặt dây dẫn bị oxy hoá mãnh liệt và bị phá huỷ dần … mặt
ngoài trở lên nhẵn bong hơn.
+ m2 là hệ số khí hậu, biểu thị mối liên quan giữa tổn hao vầng quang với điều kiện khí hậu.

Page 25