Bài giảng Phóng điện trong chất khí

Chia sẻ: Lê Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:76

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Bài giảng có kết cấu 11 chương. Nội dung bài giảng trình bày quá trình phóng điện trong chất khí, ảnh hưởng của phân bố trường đến quá trình phóng điện trong chất khí, phóng điện dọc bề mặt điện môi rắn, phóng điện vầng quang, phóng điện sét và bảo vệ chống sét đánh thẳng,... Mời các bạn tham khảo.

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Nội dung Text: Bài giảng Phóng điện trong chất khí

Chæång 1: Quaï trçnh phong ï ng âiãn û trong cháút khê I/Khaïi niãûm chung II/ Caïc daûng ion hoaï Lyï thuyãút phoïng âiãûn trong cháút khê dæûa trãn cå såí cuía hiãûn tæåüng ion hoaï -Hiãûn tæåüng ion hoaï laì quaï trçnh phán ly caïc phán tæí trung tênh thaình caïc haût mang âiãûn cuû thãø laì e-vaì ion+ -Muäún thæûc hiãûn âæåüc quaï trçnh ion hoaï thç phaíi cung cáúp cho phán tæí 1 nàng læåüng W ≥ Wi Saín pháøm cuía quaï trçnh ion hoaï coï khuynh hæåïng: + khuyãúch taïn trong khäng khê + kãút håüp - Nãúu W < Wi thç luïc âoï phán tæí seî åí1traûng thaïi âàûc biãût goüi laì traûng thaïi bë kêch thêch. ÅÍ traûng thaïi naìy âiãûn tæí khängtaïch hàón ra thaình âiãûn tæí tæû do maì noï tæì mäüt quyî âaûo naìy nhaíy sang mäüt quyî âaûo khaïc.Thæûc nghiãûm cho tháúy traûng thaïi naìy khäng täön taûi láu daìi maì chè sau mäüt thåìi gian ráút ngàõn noï quay vãö traûng thaïi ban dáöu vaì nàng læåüng maì chuïng nháûn âæåüc træåïc kia cuîng traí laûi dæåïi daûng quang nàng Trong lyï thuyãút phoïng âiãûn trong cháút khê thç chuïng ta coï thãø gàp caïc daûng ion hoaï sau: 1) Ion hoaï va chaûm 2)Ion hoaï quang 3)Ion hoïa nhiãût 4)Ion hoaï bãö màût
**Riãng Ion hoaï va chaûm ta coï: Xaíy ra khi coï sæû va chaûm giæîa 1 âiãûn tæí våïi pháön tæí khê trung tênh 1 Âiãöu kiãûn nàng læåüng: mV 2 ≥ Wi 2 Mäüt e- mang âiãûn têch q di chuyãøn trong âiãûn træåìng E thç khi âi qua 1 âoaûn âæåìng laì x thç nàng læåüng têch luyî trãn âoaûn âæåìng dëch chuyãøn seî laì: Eqx ≥ Wi E=U/d e - + Eqx ion x x U
III/Caïc diãùn biãún cuía quaï trçnh phoïng âiãûn trong cháút khê 1)Âënh nghéa phoïng âiãûn: Phoïng âiãûn laì sæû hçnh thaình doìng âiãûn liãn tuûc giæîa caïc âiãûn cæûc Mäi træåìng khê maì dáùn âiãûn âæåüc ngæåìi ta goüi tãn noï laì mäi træåìng Plaïsma Phoïng âiãûn laì sæû hçnh thaình mäi træåìng Plasma 2)Caïc giaí thiãút - Ban âáöu åí trong khoaíng khäng gian giæîa 2 âiãûn cæûc täön taûi êt nháút mäüt âiãûn tæí tæû do - Xeït quaï trçnh phoïng âiãûn trong cháút khê åí âiãöu kiãûn nhiãût âäü bçnh thæåìng (20o C) tæïc laì khäng xeït âãún ion hoaï nhiãût - Khäng xeït âãún hiãûn tæåüng ion hoaï tæìng cáúp 3) Hiãûn tæåüng ion hoaï va chaûm Xeït 1 âiãûn tæí coï baïn kênh r0 di chuyãøn trong mäi træåìng khê gäöm nhiãöu pháön tæí khê baïn kênh r, máût âäü phán tæí khê laì N a r0 r a laì khoaíng caïch giæîa 2 tám Âãø coï va chaûm xaíy ra: r +r0 ≥ a Cho e- di chuyãøn 1 Cm trong mäi træåìng khê âoï thç seî coï π.(r +r 0 )2.1.N säú pháön tæí khê va chaûm våïi e-. Âáy cuîng chênh laì säú láön va chaûm S= π.(r +r 0)2 .N
4) Âoaûn âæåìng tæû do trung bçnh ( λ ) Âoaûn âæåìng tæû do trung bçnh ( λ ) laì khoaíng caïch giæîa 2 láön va chaûm kãú tiãúp 1 1 λ tb = = Π (r + r )2 S 0 .N e− 1 λ = (Vç r0
e- - + e- x Giaí thiãút ban âáöu åí phça ám cæûc coï no âiãûn tæí, dæåê taïc duûng cuía âiãûn træåìng caïc âiãûn tæí di chuyãøn vãö phêa cæûc dæång Trong quaï trçnh di chuyãøn âoï thç âiãûn tæí seî va chaûm våïi phán tæí khê vaì laìm cho säú e- chæa va chaûm caìng ngaìy caìng giaím Giaí sæí taûi toaû âäü x coìn n electron chæa va chaûm våïi phán tæí khê λ ne − >x Taûi x + dx thç coìn (n-dn)e- chæa va chaûm våïi phán tæí khê λ ( n − dn ) e − > x+dx dn : säú âiãûn tæí âaî va chaûm våïi phán tæí khê trãn dx = säú láön va chaûm trãn dx Phæång trçnh vi phán: dn= - nSdx dn = -Sdx n n = noe-Sx n − x / λ = e tb n o P{λ }= − x / λ Xaïc suáút: ≥ x e tb YÏ nghéa: noïi lãn khaí nàng âãø 1 e- chæa va chaûm våïi phán tæí khê taûi x
5) Hãû säú ion hoaï va chaûm α Hãû säú ionhoaï va chaûm: biãøu thë säú láön va chaûm maì gáy ion hoaï khi e- âi 1 âoaûn âæåìng 1 cm α = S.P {λ ≥ x i } α = Ap . e − x i / λ tb − W i Våïi ∏ r 2 A = . Ap = Ap . e Eq KT − Bp = Ap . e / E B = AW i α = f ( p , E ) α q α @ E= const α = f ( p ) max p @ p= const α = f (E ) po α Ap E
6) Quy luáût tàng säú âiãûn têch - + ne- (n+dn)e- x x+dx Giaí thuyãút ban âáöu åí phêa ám cæûc coï 1 âiãûn tæí dæåïi taïc duûng cuía âiãûn træåìng e- di chuyíen vãö phêa cæûc dæång Trong quaï trçnh di chuyãøn âoï seî va chaûm våïi phán tæí khê vaì gáy ion hoaï våïi hãû säú ion hoaï va cham α Caïc âiãûn tæí måïi sinh ra cuîng seî di chuyãøn dæåïi taïc duûng cuía âiãûn træåìng vaì cuîng gáy ion hoaï . Quaï trçnh cæï thãú tiãúp tuûc laìm cho säú âiãûn têch giæîa 2 baín cæûc ngaìy caìng tàng Giaí sæí taûi x thç säú âiãûn tæí tàng lãn laì ne- taûi x+dx thç säú âiãûn tæí tàng lãn laì (n+dn)e- dn: säú e- tàng lãn trãn dx = säú láön va chaûm gáy ion hoaï trãn dx Phæång trçnh vi phán: dn= nα dx dn = α dx n x ∫ α d x n = e 0 α x Våïi p= const, E= const thç α = const n = e Váûy quy luáût tàng säú âiãûn têch laì tàng theo quy luáût haìm muî
7) Sæû hçnh thaình phoïng âiãûn : Song song våïi sæû phaït sinh cuía âiãûn tæí keìm theo sæû phaït sinh cuía ion dæång våïi cuìng säú læåüng vaì caïc âiãûn têch naìy seî táûp håüp thaình thaïc âiãûn tæí - + x Caïc e- do nheû di chuyãøn våïi täúc âäü nhanh âäöng thåìi dãù khuyãúch taïn phán bäú trong khoaíng khäng gian tæång âäúi räüng . Coìn caïc ion+ nàûng di cuyãøn cháûm  vion = 1 ve− cho nãn táûp trung åí phêa sau +  100  Dæåïi taïc duûng cuía âiãûn træåìng thç caïc e caìng ngaìy caìng âæåüc keïo daìi ra cho âãún luïc noï näúi liãön khoaíng caïch giæîa - caïc âiãûn cæûc. Luïc âoï thaïc seî tæû triãût tiãu båíi vç caïc âiãûn têch khaïc dáúu âaî âæåüc trung hoaì trãn caïc âiãûn cæûc âäúi diãûn Quaï trçnh naìy chæa thãø goüi laì phoïng âiãûn dæåüc båíi vç chæa hçnh thanh doìng liãn tuûc giæîa caïc âiãûn cæûc Muäún coï phoïng âiãûn : -Phaíi coï nhiãöu thaïc âiãûn tæí -Thaïc âiãûn tæí thãú hãû sau phaíi saín sinh ra træåïc khi thaïc thãú hãû træåïc noï triãût tiãu -Mäùi mäüt thaïc âiãûn tæí thç âãöu âoìi hoíi 1 e- taïc duûng ban âáöu thæï cáúp . Nhæng caïc e- taïc duûng ban âáöu cuía caïc thãú hãû sau phaíi âæåüc saín sinh ra ngay trong näüi bäü khe håí khê dæûa vaìo hiãûn tæåüng ion hoaï quang åí aïp suáút cao hoàûc ion hoaï bãö màût åí aïp suáút tháúp
IV) Âàûc tênh V-A cuía cháút khê : i Xeït 1 khe håí khê E c a b U Âàût lãn noï 1 âiãûn aïp 1 chiãöu vaì tàng dáön tæì tháúp âãún cao O u Udthq Uo Udthq- âiãûn aïp duy trç häö quang -Giai âoaûn 0a : khi u tàng thç I tàng, phuì håüp âënh luáût Ohm Trong khe håí khäng khê luän täön taûi caïc âiãûn têch tæû do do quaï trçnh ion hoaï bãn ngoaìi, dæåïi taïc duûng cuía âiãûn træåìng thç caïc âiãûn têch tæû do di chuyãøn hçnh thaình doìng âiãûn. Khi u tàng thç E tàng , luïc âoï váûn täúc dëch chuyãøn tàng lãn laìm säú âiãûn têch âi vãö caïc cæûc âäúi diãûn trong 1 âån vë thåìi gian tàng lãn dáùn âãún doìng tàng -Giai âoaûn ab : khi u tàng, I = const, goüi laì giai âoaûn baîo hoaì Vç säú âiãûn têch tæû do coï sàôn trong khe håí khäng khê coï giåïi haûn -Giai âoaûn bc : Taûi b âieûn aïp âaût âãún giaï trë uo u tàng thç E tàng dáùn âãún säú læåüng âiãûn têch tàng lãn laìm I tàng Luïc naìy ta goüi khäúi khê âoï âaî bë phoïng âiãûn Nãúu duy trç nguäön thç âiãûn aïp seî tæû âäüng tuût âãïn giaï trë âuí âãø dáûp tàõt häö quang
Chæång2 : Anh Í nh hæåíng ng cuaí phán bäú træåìng ng âãnú quaï trçnh phong ï ng âiãnû trong cháút khê I) Phán loaûi âiãûn træåìng : - Âiãûn træåìng âãöu (âäöng nháút) laì âiãûn træåìng maì coï phán bäú theo thåìi gian laì khäng thay âäøi E - + x E max K = = 1 E tb - Âiãûn træåìng gáön âãöu E max D s K = = 1,5 ÷ 2 E tb S E E x x
II) Phoïng âiãûn trong âiãûn træåìng âãöu: u Âënh luáût Pasen u0 P P0 III) Phoïng âiãûn trong âiãûn træåìng gáön âãöu: IV) Phoïng âiãûn trong âiãûn træåìng gáön âãöu:
Chæång 3: Phong ï ng âiãnû åí âiãnû apï xung I)Khaïi niãûm chung: Phoïng âiãûn åí âiãûn aïp xung laì do seït gáy nãn våïi biãn âäü ráút låïn vaì thåìi gian täön taûi ráút beï t < 100 µ s i s / i max 1 0,9 0.5 0,3 0 τ ds t τs Trong âoï : τ ds Laì thåìi gian âáöu soïng (âäü daìi âáöu soïng) τ s Laì âäü0daìi soïng Trong thæûc tãú giaím nhoí hån 50 /0 so våïi giaï trë cæûc âaûithç soïng seït âoï khäng coìn khaí nàng gáy nguy hiãøm cho caïch âiãûn , cho nãn khäng cáön quan tám âãún pháön sau cuía soïng Tè säú âàûc træng cho daûng soïng: τ ds τ 1,5 , theo Liãn Xä: ds = τs τ s 40 τ 1,2 theo Cháu Áu: ds = τ s 50
is Is=at Trong tênh toaïn hiãûn nay thç ta coï âäö thë a : Âäü âäúc cuía doìng âiãûn seït Is II)Thåìi gian phoïng âiãûn: t Âäúi våïi âiãûn aïp xung do thåìi gian täön taûi cuía noï ráút beï cho nãn chuïng ta phaíi quan tám âãún thåìi gian phoïng âiãûn u Giaí sæí coï 1 soïng âiãûn aïp xung nhæ hçnh veî e- u0 t t1 t2 t3 Taûi t1 u âaût âãún uo nhæng cháút khê váùn chæa bë phoïng âiãûn maì phaíi chåì âãún thåìi âiãøm t2 thç måïi xuáút hiãûn electron taïc duûng ban âáöu. Tæì âáy måïi hçnh thanh thaïc âiãûn tæí , doìng Plasma vaì âãún t3 thç måïi gáy phoïng âiãûn . Thåìi gian tæì t1 âãún t2 laì thåìi gian chåì âåüi e- taïc duûng ban âáöu xuáút hiãûn âæåüc goüi laì thåìi gian cháûm trãù thäúng kã (ttk) Thåìi gian tæì t2 âãún t3 laì thåìi gian hçnh thaình phoïng âiãûn (tht)
1) Thåìi gian cháûm trãù thäúng kã : Ngæåìi ta goüi laì thåìi gian cháûm trãù thäúng kã (ttk) vç thåìi gian naìy ráút laì taín maûn coï thãø nhanh cháûm khaïc nhau vaì chè coï thãø xaïc âënh bàòng phæång phaïp thäúng kã ***Quy luáût phán bäú cuía ttk Laïy no khe håí giäúng nhau vaì âàût lãn noï cuìng 1 diãûn aïp Giaí sæí trong 1 âån vë thåìi gian coï k âiãûn tæí ban âáöu xuáút hiãûn thç ngæåìi ta âënh nghéa Thåìi gian cháûm trãù thäúng kã trung bçnh 1 τ = k Giaí thiãút taûi thåìi âiãøm t coìn nt khe håí chæa phoïng diãûn t nt tk > t Giaí thiãút taûi thåìi âiãøm (t + dt) coìn (nt- dnt ) khe håí chæa phoïng diãûn t tkn t − dn t > t + dt dnt : säú khe håí âaî phoïng âiãûn trong thåìi gian dt = säú e- taïc duûng ban âáöu xuáút hiãûn trong thåìi gian dt Phæång trçnh vi phán: dnt= - nt.k.dt dn t n − t /τ = -kdt nt = noe-kt t = e nt n o P {t tk }= − t / τ Xaïc suáút: ≥ t e ***Yãúu täú aính hæåíng âãún ttk : -Váût liãûu laìm âiãûn cæûc: coï cäng thoaït (Wthoaït) caìng beï thç ttk caìng nhoí -Âiãûn aïp taïc duûng lãn âiãûn cæûc -Phán bäú âiãûn træåìng
2) Thåìi gian hçnh thaình phoïng âiãûn : tht= tthaïc+ tdoìng Plasma+ tngæåüc ***Yãúu täú aính hæåíng âãún tht : -Âiãûn aïp : u tàng thç tht giaím -Thåìi gian phoïng âiãûn tp =ttk+ tht , phuû thuäüc vaìo U Khi u tàng thç tp giaím Quan hãû giæîa u vaì tp goüi laì âàûc tênh Volt - Giáy cuía caïch âiãûn III) Âàûc tênh Volt - Giáy cuía caïch âiãûn : 1)Caïch xáy dæûng âàûc tênh Volt - Giáy cuía caïch âiãûn : τ ds Láúy soïng xung coï = const ,cho taïc duûng lãn caïch âiãûn vaì thay âäøi biãn âäü cuía soïng xung tæì tháúp âãún cao τs u u u3 u2 Âiãûn aïp phoïng âiãûn 50% beï nháút u1 t t3 t2 t1 t t3 t2 t1 Nhæ váûy âàûc tênh V-S laì 1 miãön táûp håüp nhiãöu âieím Trong thæûc tãú noï âæåüc biãøu diãùn laì dæåìng cong trung bçnh coï keìm theo giåïi haûn sai säú so våïi âæåìng trung bçnh âoï
2)Cäng duûng cuía âàûc tênh Volt - Giáy : Duìng âãø phäúi håüp caïch âiãûn giæîa thiãút bë âiãûn vaì thiãút bë baío vãû Vê duû : âãø baío vãû cho maïy biãún aïp (MBA) ta sæí duûng chäúng seït van (CSV) Âàûc tênh Volt - Giáy u cuía thiãút bë âiãûn Âàûc tênh Volt - Giáy cuía thiãút bë baío vãû t Thiãút bë baío vãû baío vãû âæåüc thiãút bë âiãûn u Âàûc tênh Volt - Giáy cuía thiãút bë baío vãû Âàûc tênh Volt - Giáy cuía thiãút bë âiãûn t Thiãút bë baío vãû khäng baío vãû âæåüc thiãút bë âiãûn
Chæång 4: Phong ï ng âiãnû docü bãö màût âiãnû mäi ràõn I)Khaïi niãûm chung: Ta xaïc âënh âæåüc khaí nàng caïch âiãûn cuía caïc âiãûn mäi nhæ sau: -Âäúi våïi diãûn mäi khê (khäng khê): Eo=30 kv/cm -Âäúi våïi diãûn mäi loíng (dáöu biãún aïp): Eo=150 kv/cm - Âäúi våïi diãûn mäi ràõn (sæï, thuyí tinh): Eo=500 kv/cm Vç váûy khi âiãûn mäi ràõn âàût trong mäi træåìng khê thç xaíy ra hiãûn tæåüng phoïng âiãûn doüc theo bãö màût cuía âiãûn mäi âoï Caïc daûng phoïng âiãûn naìy khäng gáy hæ hoíng cho caïch âiãûn, tuy nhiãn noï gáy ra sæû cäú ngàõn maûch trong hãû thäúng aính hæåíng âãún âäü tin cáûy cung cáúp âiãûn II) Phoïng âiãûn doüc bãö màût âiãûn mäi ràõn trong âiãûn træåìng âãöu: III) Phoïng âiãûn doüc bãö màût âiãûn mäi ràõn trong âiãûn træåìng khäng âãöu: SGK IV) Biãûn phaïp náng cao âiãûn aïp phoïng âiãûn bãö màût ngoaìi -Trong váûn haình, thæåìng xuyãn lau chuìi ræía saûch màût ngoaìi -Trong chãú taûo: +chãú tao sæï caïch âiãûn gäöm nhiãöu táöng, laï âãø tàng chiãöu daìi phoïng âiãûn màût ngoaìi +chãú taûo cæûc ngáöm kim loaûi âàût bãn trong baït sæï upâmn + - Lcæûc ngáöm l Chiãöu daìi cæûc ngáöm
-Khi cæûc ngáöm mang cæûc tênh dæång, nãúu chiãöu daìi cæûc ngáöm tàng lãn thç khoaíng caïch giæîa âáöu cæûc ngáöm vaì ty sæï giaím xuäúng, luïc âoï E tàng lãn (do âiãûn têch dæång phêa âáöu cæûc ngám tàng lãn) laìm âiãûn têch trãn dáy dáùn giaím xuäúng Eâ giaím . Quaï trçnh phoïng âiãûn tæì dáy dáùn âãún ty sæï khoï xaíy ra Upâmn tàng -Khi cæûc ngáöm mang cæûc tênh ám, nãúu chiãöu daìi cæûc ngáöm tàng lãn thç khoaíng caïch giæîa âáöu cæûc ngáöm vaì ty sæï giaím xuäúng, luïc âoï E tàng lãn (do âiãûn têch dương phía sứ tăng lên) Ety sæï tàng . Quaï trçnh phoïng âiãûn tæì ty sæï âãún dáy dáùn dãù xaíy ra hån Upâmn giaím
Chæång 5: Phong ï ng âiãnû váöng ng quang I)Khaïi niãûm chung: Laì 1 daûng phäúng âiãûn tæû duy trç xaíy ra trong træåìng khong âãöu Quaï trçnh phoïng âiãûn khäng keïo daìi trãn toaìn bäü khoaíng cæûc maì chè xaíy ra åí lán cáûn âiãûn cæûc coï baïn kênh beï Gáy ra doìng âiãûn váöng quang (tênh cháút giäúng doìng roì) Täøn tháút váöng quang Vd: Uâm=400 kV gáy ra täøn tháút 19 kW/ 1km II) Phoïng âiãûn váöng quang trãn âæåìng dáy cao aïp 1 chiãöu III) Phoïng âiãûn váöng quang trãn âæåìng dáy cao aïp xoay chiãöu SGK IV) Biãûn phaïp giaím täøn tháút váöng quang Edd >30 kV/ cm Biãûn phaïp chuí yãúu âãø giaím täøn tháút váöng quang laì giaím Eâd
ÂZ Uâm =110 kv : F ≥ 70mm 2 Uâm =220 kv : F ≥ 240 mm 2 Tàng ro : - Duìng dáy dáùn räùng (nhæng coï âäü bãön keïm) - Duìng dáy loîi theïp AC Viãûc tàng baïn kênh dáy dáùn laì coï giåïi haûn båíi vç : Khi bæåïc qua lénh væûc siãu cao aïp (EHV) thç khi chuïng ta tàng r âãø thoaí maîn âiãöu kiãûn váöng quang thç luïc âoï dáy dáùn seî ráút låïn gáy nhiãöu khoï khàn cho thi cäng , làõp raïp vaì khäng kinh tãú s - Do âoï ngæåìi ta phán pha dáy dáùn - Säú læåüng dáy phán pha : n + - Khoaíng caïch giæîa caïc dáy phán pha : D Xeït âæåìng dáy 2 pha mäùi pha 2 dáy phán nhoí D + - Xuáút phaït tæì hãû phæång trçnh Maxwell ta coï phæång trçnh noïi lãn sæû liãn quan giæîa âieûn aïp vaì âiãûn têch : * Våïi 2 dáy: u pha = q (α 11 + α 12 ) 1 s Trong âoï : α 11 = ln α 11 : Hãû säú thãú baín thán 2 ∏ ε ro α 12 : Hãû säú thãú tæång hoí 1 s α 12 = ln 2∏ε D q s s 2q s u pha = (ln + ln ) = ln Våïi ( rtd = ro D ) 2∏ε ro D 2 ∏ ε rtd