Bài 1 – Xác định đặc tính điện áp phóng điện cho vật liệu cách điện rắn ở điện

áp xoay chiều tần số công nghiệp

Mô tả bài toán

Trong bài thí nghiệm xác định độ bền điện của điện môi rắn thuộc môn Vật liệu kỹ

thuật điện (EE3091), điện áp phóng điện chọc thủng của mẫu điện môi rắn (giấy

cách điện dùng trong máy biến áp cao áp) được ghi nhận qua 15 lần đo được cho

trong bảng 2. Yêu cầu:

Xác định khoảng phóng điện chọc thủng của mẫu điện môi này với độ tin cậy 99%.

Xây dựng đường cong xác suất phóng điện chọc thủng M = f(U) cho mẫu điện môi

trên

Bảng 2. Điện áp phóng điện chọc thủng của giấy cách điện trong 15 lần đo

2 Sinh viên cần tìm hiểu

Các khái niệm cơ bản về phóng điện chọc thủng điện môi rắn

Phân phối Student và cách xác định khoảng tin cậy

2.

Khi đặt U lên 2 đầu ĐM, vượt quá một giới hạn nào đó sẽ xảy ra phóng điện chọc

thủng ĐM, khi đó ĐM bị mất hoàn toàn tính chất cách điện, Hiện tượng đó chính

là sự phóng điện chọc thủng của ĐM hay là sự phá huỷ độ bền ĐM.

Phóng điện chọc thủng còn gọi là đánh thủng ĐM hay phóng điện xuyên qua ĐM.

Trị số điện áp mà ở đó xảy ra đánh thủng ĐM được gọi là điện áp đánh thủng

(Uđt) trị số tương ứng của cường độ điện trường là cường độ đánh thủng hay

cường độ điện trường cách điện của ĐM (Eđt).

Eđt =

Uđt

h=K.

Uđm

h Eđt

Cường độ điện trường cách điện của ĐM “E” = Eđt chính là điện áp đánh thủng

ĐM trên 1 mm chiều dày ĐM. Khi tính toán để chọn chiều dày ĐM của một thiết

bị làm việc ở điện áp định mức nào đó (Uđm), cần tính đến hệ số an toàn K.

N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Upd(kV) 1,6 1,45 1,4 1,6 1,6 1,35 1,45 1,35 1,45 1,45 1,6 1,45 1,

1,

6

1,

Thực tế có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới E cách điện của ĐM: dạng điện trường,

dạng điện áp, thời gian tác dụng của điện áp, điều kiện môi trường như áp suất,

nhiệt độ, độ ẩm,..

Phân phối t hay còn gọi là phân phối student (t distributionor student&

039;s distribution

là phân phối mẫu lí thuyết gần đúng với phân phối chuẩn. Phân phối t được sử

dụng để thiết lập khoảng tin cậy khi dùng các mẫu nhỏ để ước lượng giá trị bình

quân chân thực của tổng thể.

Cách xác định khoảng tin cậy:

Ta tìm hàm ước lượng G=f(x1,x2,..,xn,f) sao cho quy luật phân phối xác suất của

G hoàn toàn xác định của G hoàn toàn xác định, không phụ thuộc vào các đối số.

Chọn cặp giá trị α 1 , α 2 ≥ 0 sao cho α 1+ α 2=α và tìm Gα 1, Gα2 mà (G ∈ Gα 1 ¿

\= α 1 và P (G >Gα 2=α 2 ¿, suy ra P(Gα 1 ∈ G ∈ Gα 2 ¿=1−α. Biến đổi để tìm

được các giá trị G1,G2 sao cho P(G1 < f < G2) = 1−α. Khi đó khoảng (G1;G2)

chính là 1 trong các khoảng tin cậy cần tìm.

Điện áp đánh thủng có thể hiểu một cách đơn giản là điện áp tối thiểu để vật liệu cách điện mất đi tính chất cách điện của nó và trở thành chất dẫn điện. Để hiểu sâu hơn về điện áp đánh thủng là gì thì bạn có thể tham khảo những thông tin trong bài viết dưới đây.

Khái quát về điện áp đánh thủng

Điện áp đánh thủng (breakdown voltage) còn có tên gọi khác là độ bền điện môi hoặc cường độ điện môi. Nó được hiểu là mức điện áp tối thiểu mà ở đó chất cách điện hoạt động giống như một chất dẫn điện.

Theo định nghĩa thì vật liệu cách điện là vật liệu không dẫn điện. Tuy nhiên, khi điện áp đạt tới một ngưỡng nào đó, lớp cách điện bị đánh thủng làm cho nó mất đi khả năng cách điện và trở thành vật dẫn có điện trở lớn.

Cùng tìm hiểu điện áp đánh thủng

Các loại điện áp đánh thủng

Trên thị trường hiện nay có 3 loại điện áp đánh thủng phổ biến đó là Diode, Diode Zener và Avalanche breakdown. Dưới đây sẽ là những phân tích chi tiết về 3 loại điện áp này.

Điện áp đánh thủng Diode

Diode được hiểu là một chất bán dẫn, nó có đặc tính điện nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Diode tiếp giáp PN được tạo thành từ 2 loại vật liệu là P và N, ở khe vùng của nó sẽ diễn ra sự trao đổi chất giữa các hạt mang điện tích với nhau.

Khi phân cực thuận được đặt vào, dòng điện chạy theo hướng thuận và quá trình dẫn điện sẽ diễn ra. Ngược lại, khi đặt phân cực ngược vào, sự dẫn truyền sẽ không xảy ra. Tuy nhiên, do có chứa một số ít các hạt mang điện nên diode sẽ có dòng điện ngược chiều nhỏ chạy qua và gọi là dòng điện rò.

Do dòng điện ngược chiều làm cho chiều rộng của rào cản tiếp giáp tăng lên. Sự đánh thủng tiếp giáp chính là khi điện áp phân cực ngược đặt vào tăng lên tại một thời điểm nhất định thì dòng điện ngược chiều cũng sẽ tăng nhanh. Điện áp ngược tại thời điểm này được gọi là điện áp đánh thủng ngược.

Điện áp đánh thủng của Diode Zener

Diode Zener được sử dụng như các khối cơ bản ở trong các mạch điện tử. Vật liệu này được sử dụng phổ biến với mục đích cung cấp điện áp tham chiếu cho các mạch điện tử và nó được tạo ra để hoạt động tại các vùng đánh thủng của diode.

Diode Zener là một loại diode có thể làm việc được ở các vùng phân cực ngược và tại đây sự đánh thủng xảy ra do hiệu ứng Zener. Trong hiệu ứng Zener, khi điện trường của diode phân cực tăng lên thì các các electron mang hóa trị sẽ diễn ra hoạt động đào hầm vào vùng dẫn.

Điều này làm tăng dòng điện ngược chiều dẫn đến gia tăng số hạt mang điện tích thiểu số. Điện áp tối thiểu tại thời điểm hiệu ứng Zener bắt đầu diễn ra được gọi là điện áp đánh thủng Zener.

Đánh thủng kiến trúc Avalanche breakdown

Sự cố xảy ra do hiệu ứng kiểu tháp Avalanche sẽ làm cho diode bị pha tạp nhẹ. Trong hiệu ứng Avalanche breakdown, do điện trường tăng lên làm cho diode hoạt động theo phân cực ngược. Từ đó, các hạt mang điện tích thiểu số sẽ thu được động năng và va chạm với cáp lỗ trống điện tử. Điều này làm phá vỡ làm phá vỡ các liên kết cộng hóa trị của chúng và tạo ra các hạt mang điện tích di động mới.

Sự gia tăng về số lượng của các hạt tối thiểu sẽ dẫn đến sự ra tăng dòng điện ngược chiều, từ đó dẫn đến sự đánh thủng. Điện áp đánh thủng trong trường hợp này sẽ được gọi là điện áp đánh thủng kiểu thác Avalanche breakdown.

Máy đo điện áp đánh thủng

Cách kiểm tra điện áp đánh thủng

Sự đánh thủng điện là nguyên nhân dẫn đến nổ cầu chì hoặc ngắn mạch. Vì vậy. để đảm bảo an toàn khi sử dụng, bạn nên thường xuyên kiểm tra thiết bị điện này. Bạn có thể kiểm tra điện áp đánh thủng bằng các máy móc thiết bị dưới đây:

Máy đo điện áp đánh thủng dầu cách điện (Oil Tester PORTATEST)

Oil Tester PORTATEST là một thiết bị kiểm tra điện áp hoàn toàn tự động. Nó giúp bạn xác định điện áp đánh thủng của các chất lỏng cách điện. Thiết kế của máy phù hợp để sử dụng trong phòng thí nghiệm hoặc hiện trường. Dưới đây là một số ưu điểm nổi bật của loại máy này:

• Có đến mười trình tự kiểm tra và người dùng có thể lập trình miễn phí.
• Máy đã được lập trình sẵn các tiêu chuẩn kiểm tra chung cho cả trong và ngoài nước.
• Có hiện thị đồ họa với đèn nền và đa dạng ngôn ngữ cho bạn lựa chọn.
• Lớp vỏ bao bọc bên ngoài được làm bằng nhôm chắc chắn và buồng thử nghiệm được che chắn cẩn thận.

Máy đo điện áp đánh thủng Hioki 3159

Loại máy này được thiết kế để kiểm tra điện cách trở và điện áp chịu đựng của các linh kiện và thiết bị điện khác nhau. Máy 3159 và 3159-02 sẽ kiểm tra điện trở ở 500V hoặc 1000V và điện áp chịu đựng lên đến 500VA. Dưới đây là những đặc điểm nổi bật của nó:

• Có thể lưu tới 10 cài đặt thử nghiệm.
• Kiểm tra được liên độ cách điện 500/1000V và điện áp chịu đựng với công suất máy biến áp là 500VA.
• Có thể kiểm tra điện áp đánh thủng ở chế độ tự động.

Quan bài viết trên, cơ điện Trần Phú đã cung cấp cho bạn những thông tin về điện áp đánh thủng là gì để giúp bạn hiểu hơn về loại điện áp này. Nếu bạn có nhu cầu mua các thiết bị điện thì hãy liên hệ với chúng tôi theo thông tin dưới đây:

Công ty Cổ Phần Cơ Điện Trần Phú, tiền thân là Xí nghiệp cơ khí Trần Phú được thành lập năm 1965, trải qua gần 6 thập kỷ xây dựng & phát triển, đến nay Trần Phú là một trong những doanh nghiệp hàng đầu trong lĩnh vực sản xuất dây và cáp điện.

Từ năm 2020, Trần Phú chính thức tạo bước nhảy vọt về công nghệ sản xuất khi xây dựng và chính thức vận hành nhà máy sản xuất dây cáp điện với quy mô 5ha tại KCN Việt nam – Singapore VSIP Hải Dương. Tại nhà máy mới, cả 4 công đoạn quan trọng nhất trong sản xuất dây điện: Kéo – Bện – Bọc lõi – Bọc vỏ Trần Phú đều đầu tư máy của 2 nhà chế tạo máy sản xuất dây điện hàng đầu thế giới là Niehoff và Rosendahl…Điều này cho phép Trần Phú đem đến cho thị trường những sản phẩm dây cáp điện chất lượng không chỉ tốt hơn mà đó còn là những sản phẩm vô cùng tinh xảo. Đáp ứng đúng lời hứa thương hiệu từ ngày mới thành lập: “Độ bền thách thức thời gian” và “Tiêu hao nhỏ nhất trên đường dây điện”.