Nghiên cứu xây dựng mô hình phóng điện cục bộ trong vật liệu cách điện ở các tần số làm việc khác nhau

Bài viết Nghiên cứu xây dựng mô hình phóng điện cục bộ trong vật liệu cách điện ở các tần số làm việc khác nhau trình bày tính chất hiện tượng phóng điện cục bộ bên trong lỗ trống nằm trong vật liệu cách điện ở các tần số làm việc khác nhau là 0,1 Hz và 50 Hz. Mô hình hóa hiện tượng phóng điện cũng được đề xuất để nghiên cứu các hiện tượng vật lý khi xuất hiện phóng điện.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu xây dựng mô hình phóng điện cục bộ trong vật liệu cách điện ở các tần số làm việc khác nhau 20 Nguyễn Hồng Việt Phương, Nguyễn Bình Nam NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ TRONG VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN Ở CÁC TẦN SỐ LÀM VIỆC KHÁC NHAU MODELLING OF PARTIAL DISCHARGES IN A CAVITY WITHIN AN INSULATION MATERIAL UNDER VARIOUS APPLIED FREQUENCIES Nguyễn Hồng Việt Phương*, Nguyễn Bình Nam Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; nhvphuong@dut.udn.vn, nbnam@dut.udn.vn Tóm tắt - Phóng điện cục bộ là nguyên nhân cũng như là dấu hiệu Abstract - Partial discharge is both a cause and symptom of nhận biết sự lão hóa của vật liệu cách điện trong thiết bị điện cao electrical insulation degradation in high voltage power equipment. áp. Do đó, theo dõi hiện tượng phóng điện cục bộ là rất quan trọng Its measurement is an important diagnostic tool for insulation để chẩn đoán chất lượng cách điện. Bài báo này trình bày tính chất assessment. This investigation compares partial discharge hiện tượng phóng điện cục bộ bên trong lỗ trống nằm trong vật liệu characteristics in a cavity under different applied voltage stresses at cách điện ở các tần số làm việc khác nhau là 0,1 Hz và 50 Hz. Mô very low frequency of 0.1 Hz and at power frequency. A model is hình hóa hiện tượng phóng điện cũng được đề xuất để nghiên cứu proposed to describe physical phenomena of discharges in the cavity các hiện tượng vật lý khi xuất hiện phóng điện. Kết quả thí nghiệm at both applied frequencies. Measurement and numerical simulation và mô phỏng đều cho thấy, điện tích phóng điện và tần suất xuất results show that, discharge magnitude and repetition rate are hiện đều nhỏ ở tần số làm việc thấp. Kết quả mô phỏng cũng cho generally smaller at lower applied frequency. From simulation, it can thấy, hiện tượng tự tiêu tán điện tích trên bề mặt lỗ trống có ảnh be concluded that surface charge decay plays a significant hưởng rất lớn đến phóng điện cục bộ ở tần số thấp. contribution to discharge behaviors at very low frequency. Từ khóa - Phóng điện cục bộ; tần số thấp; mô phỏng; thời gian trễ Key words - Partial discharge; very low frequency; simulation; ngẫu nhiên; lỗ trống hình trụ statistical time lag; cylindrical cavity 1. Đặt vấn đề hình trụ tròn. Nhìn chung, các mô hình này đã bỏ qua một Chất lượng cách điện đóng vai trò thiết yếu cho việc số hiện tượng vật lý để làm đơn giản hóa quá trình mô vận hành ổn định của các thiết bị điện. Các phương pháp phỏng nên kết quả mô phỏng chỉ áp dụng được cho một kiểm tra chẩn đoán thiết bị, cụ thể là chẩn đoán phóng điện loại vật liệu nhất định và với một hình dạng nhất định. cục bộ (Partial Discharge – PD) được sử dụng phổ biến để Bài báo này đề xuất một mô hình phóng điện cục bộ PD phát hiện sớm tình trạng hỏng hóc của cách điện [1-2]. dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Phương pháp chẩn đoán phóng điện cục bộ này thường Method – FEM) để mô phỏng hiện tượng phóng điện cục được tiến hành ở tần số điện công nghiệp (50/60 Hz) để mô bộ trong một lỗ trống hình trụ nằm trong vật liệu cách điện phỏng tình trạng làm việc bình thường. Tuy nhiên, việc tiến ở tần số 0,1 Hz và 50 Hz. Mô hình hóa này bao gồm hằng hành thí nghiệm như thế này tại hiện trường là rất khó khăn số thời gian tự tiêu tán điện tích (charge decay constant) và do yêu cầu về nguồn công suất phản kháng rất lớn để thí hệ số di chuyển điện tích trên bề mặt lỗ trống. Kết quả mô nghiệm các thiết bị có điện dung lớn như cáp động lực. Để phỏng có được sẽ đem so sánh với kết quả đo thí nghiệm khắc phục hạn chế này, một phương án khác là thí nghiệm để giải thích các hiện tượng vật lý của hiện tượng phóng tại tần số rất thấp (Very Low Frequency – VLF), thông điện cục bộ tại các tần số khác nhau. thường là 0,1 Hz do công suất phản kháng yêu cầu tỉ lệ nghịch với tần số thí nghiệm. Khó khăn đặt ra là tính chất 2. Hiện tượng phóng điện trong lỗ trống bên trong phóng điện cục bộ thay đổi theo tần số vận hành, do đó các cách điện tính chất của phóng điện cục bộ tại tần số công nghiệp khó Các lỗ trống hư hỏng thường xuất hiện trong vật liệu có thể ứng dụng để giải thích các kết quả phóng điện cục cách điện cao áp do quá trình sản xuất, lắp đặt hoặc sản bộ ở tần số thấp để đi đến chẩn đoán chất lượng cách điện. sinh trong quá trình vận hành thiết bị. Hiện tượng phóng Các tia phóng điện cục bộ thường xuất hiện ở các hư hỏng điện cục bộ sẽ xuất hiện bên trong lỗ trống khi thỏa mãn bên trong cách điện [3]. Rất nhiều nghiên cứu trên thế giới đã hai điều kiện: Có electron tự do kích thích tạo ra chùm thác tiến hành phân tích tính chất của phóng điện cục bộ trong lỗ electron và điện trường bên trong lỗ trống vượt quá giá trị trống bên trong cách điện [4-9]. Các nghiên cứu này chỉ ra đánh thủng. rằng, tính chất phóng điện cục bộ đo được tại VLF không 2.1. Tỉ lệ tạo electron ban đầu tương tự khi thí nghiệm tại tần số điện lưới [4], [7], [9]. Các electron tự do xuất hiện trong lỗ trống từ 2 cơ chế: Để nghiên cứu tính chất vật lý của hiện tượng phóng Bức xạ bề mặt và ion hóa không gian [4], [10]. Đối với bức điện cục bộ bên trong cách điện, có nhiều mô hình đã được xạ bề mặt, các electron tự do được sinh ra từ bề mặt lỗ trống đề xuất để mô phỏng hiện tượng này [8-11]. Các mô hình dưới tác dụng của ...