Xác định tích điện không gian trong vật liệu cách điện cáp hvdc bằng phương pháp pea: Phép đo và kỹ thuật hiệu chỉnh

Thiết kế của cáp đúc polymer HVDC là một trong những vấn đề thách thức nhất trong ngành cáp bởi

sự phân bố điện trường trên độ dày cách điện bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi điện tích không gian, nó

có thể kiểm soát hoạt động của hệ thống cáp, đặc biệt là độ tin cậy và tuổi thọ của cáp. Thật vậy,

khi điện áp DC được đặt trên lớp điện môi polymer, điện tích không gian tích lũy trong đó có tốc độ

nhanh hoặc chậm, phụ thuộc chủ yếu vào mức điện áp, tính chất của cách điện và của các điện cực.

Nếu mật độ điện tích không gian đủ lớn, cường độ trường có thể vượt quá ngưỡng cho phép của

điện môi, dẫn đến hỏng cách điện. Hiện nay, đã có nhiều phương pháp xác định sự phân bố điện

tích không gian trong điện môi và mỗi phương pháp đều có những ưu, nhược điểm riêng. Tuy nhiên,

phương pháp được lựa chọn mong muốn có thể nâng cao về độ phân giải, mức độ đặt các ràng

buộc và thời gian ghi nhận thông tin bởi sự phân bố điện tích không gian trong điện môi thu được

không chỉ phụ thuộc vào thời gian, các ràng buộc mà còn phụ thuộc vào trạng thái vật liệu mẫu:

mẫu phẳng hoặc mô hình cáp thực tế. Phương pháp Pulsed Electro-Acoustic (PEA) là phương pháp

đáp ứng tốt các phép đo điện tích không gian dưới các ràng buộc động khác nhau. Hơn nữa,

kỹ thuật hiệu chỉnh được sử dụng phù hợp sau phép đo cũng là yếu tố rất quan trọng để thu được

kết quả tin cậy. Trong bài báo này, tác giả giới thiệu về kỹ thuật hiệu chỉnh sau phép đo điện tích

không gian của phương pháp PEA trong mẫu vật liệu phẳng

Xác định tích điện không gian trong vật liệu cách điện cáp hvdc bằng phương pháp pea: Phép đo và kỹ thuật hiệu chỉnh trang 1

Trang 1

Xác định tích điện không gian trong vật liệu cách điện cáp hvdc bằng phương pháp pea: Phép đo và kỹ thuật hiệu chỉnh trang 2

Trang 2

Xác định tích điện không gian trong vật liệu cách điện cáp hvdc bằng phương pháp pea: Phép đo và kỹ thuật hiệu chỉnh trang 3

Trang 3

Xác định tích điện không gian trong vật liệu cách điện cáp hvdc bằng phương pháp pea: Phép đo và kỹ thuật hiệu chỉnh trang 4

Trang 4

Xác định tích điện không gian trong vật liệu cách điện cáp hvdc bằng phương pháp pea: Phép đo và kỹ thuật hiệu chỉnh trang 5

Trang 5

Xác định tích điện không gian trong vật liệu cách điện cáp hvdc bằng phương pháp pea: Phép đo và kỹ thuật hiệu chỉnh trang 6

Trang 6

Xác định tích điện không gian trong vật liệu cách điện cáp hvdc bằng phương pháp pea: Phép đo và kỹ thuật hiệu chỉnh trang 7

Trang 7

Xác định tích điện không gian trong vật liệu cách điện cáp hvdc bằng phương pháp pea: Phép đo và kỹ thuật hiệu chỉnh trang 8

Trang 8

Xác định tích điện không gian trong vật liệu cách điện cáp hvdc bằng phương pháp pea: Phép đo và kỹ thuật hiệu chỉnh trang 9

Trang 9

pdf 9 trang baonam 7920
Bạn đang xem tài liệu "Xác định tích điện không gian trong vật liệu cách điện cáp hvdc bằng phương pháp pea: Phép đo và kỹ thuật hiệu chỉnh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Xác định tích điện không gian trong vật liệu cách điện cáp hvdc bằng phương pháp pea: Phép đo và kỹ thuật hiệu chỉnh

Xác định tích điện không gian trong vật liệu cách điện cáp hvdc bằng phương pháp pea: Phép đo và kỹ thuật hiệu chỉnh
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 24 1 
XÁC ĐỊNH TÍCH ĐIỆN KHÔNG GIAN TRONG VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN CÁP HVDC 
BẰNG PHƯƠNG PHÁP PEA: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT HIỆU CHỈNH 
PHẦN 1: ỨNG DỤNG TRONG MẪU VẬT LIỆU PHẲNG 
DETERMINING SPACE CHARGE ON INSULATION IN CABLE HVDC 
BY PEA METHOD: MEASUREMENT AND DECONVOLUTION TECHNIQUE 
PART 1: APPLICATION ON FLAT MATERIAL SAMPLE 
Vũ Thị Thu Nga 
Trường Đại học Điện lực 
Ngày nhận bài: 22/04/2020, Ngày chấp nhận đăng: 11/07/2020, Phản biện: TS. Nguyễn Hữu Kiên 
Tóm tắt: 
Thiết kế của cáp đúc polymer HVDC là một trong những vấn đề thách thức nhất trong ngành cáp bởi 
sự phân bố điện trường trên độ dày cách điện bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi điện tích không gian, nó 
có thể kiểm soát hoạt động của hệ thống cáp, đặc biệt là độ tin cậy và tuổi thọ của cáp. Thật vậy, 
khi điện áp DC được đặt trên lớp điện môi polymer, điện tích không gian tích lũy trong đó có tốc độ 
nhanh hoặc chậm, phụ thuộc chủ yếu vào mức điện áp, tính chất của cách điện và của các điện cực. 
Nếu mật độ điện tích không gian đủ lớn, cường độ trường có thể vượt quá ngưỡng cho phép của 
điện môi, dẫn đến hỏng cách điện. Hiện nay, đã có nhiều phương pháp xác định sự phân bố điện 
tích không gian trong điện môi và mỗi phương pháp đều có những ưu, nhược điểm riêng. Tuy nhiên, 
phương pháp được lựa chọn mong muốn có thể nâng cao về độ phân giải, mức độ đặt các ràng 
buộc và thời gian ghi nhận thông tin bởi sự phân bố điện tích không gian trong điện môi thu được 
không chỉ phụ thuộc vào thời gian, các ràng buộc mà còn phụ thuộc vào trạng thái vật liệu mẫu: 
mẫu phẳng hoặc mô hình cáp thực tế. Phương pháp Pulsed Electro-Acoustic (PEA) là phương pháp 
đáp ứng tốt các phép đo điện tích không gian dưới các ràng buộc động khác nhau. Hơn nữa, 
kỹ thuật hiệu chỉnh được sử dụng phù hợp sau phép đo cũng là yếu tố rất quan trọng để thu được 
kết quả tin cậy. Trong bài báo này, tác giả giới thiệu về kỹ thuật hiệu chỉnh sau phép đo điện tích 
không gian của phương pháp PEA trong mẫu vật liệu phẳng. 
Từ khóa: 
đo điện tích không gian, phương pháp PEA, hiệu chỉnh điện tích, cáp HVDC. 
Abstract: 
HVDC polymer molded cable design is one of the most challenging problems in the cable industry 
because the electric field distribution on the insulation thickness is strongly influenced by space 
charge, which can control the operation of the cable system, especially its reliability and long life. 
Indeed, when a DC voltage is applied to the polymer dielectric layer, the accumulated space charges 
depend primarily on the voltage level, the properties of insulating and electrodes. If the space 
charge density is large enough, the field strength may exceed the strength threshold of dielectric, 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
2 Số 24 
leading to the insulation failed. There are many methods for determining the space charge 
distribution in dielectric, with its advantages and disadvantages. However, selected method desired 
can improve the resolution, constraints and time record information because the obtained space 
charge distribution depends on time, constraints and the material sample: flat sample or cable 
model. The Pulsed Electro-Acoustic (PEA) method responds well to measurements of space charge 
under dynamic constraints. Moreover, the appropriately calibration technique used after 
measurements is also a very important factor to obtain reliable results. In this paper, the author 
introduces the deconvolution technique after the space charge measurement of PEA method in a flat 
material sample. 
Keywords: 
space charge measurement, pulsed electroacoustic technique, charge calibration, HVDC cable. 
1. GIỚI THIỆU 
Trong những thập kỷ qua, sự quan tâm 
đến truyền tải DC đã tăng lên do nhu cầu 
trao đổi năng lượng điện xuyên quốc gia 
phát triển, liên quan chặt chẽ đến việc 
tăng năng lượng từ các nguồn năng lượng 
tái tạo, lắp đặt ngoài khơi hoặc ở khoảng 
cách xa đối với phụ tải. Vì nhiều lý do, 
đường dây truyền tải điện một chiều cao 
áp (HVDC) là giải pháp tốt nhất cho các 
khoảng cách xa và là giải pháp duy nhất 
cho các ứng dụng dưới biển [1]. Việc sử 
dụng cáp đúc polymer trong HVDC đã 
cho thấy sự lão hóa sớm do hiện tượng 
tích lũy điện tích không gian trong điện 
môi và gần các điện cực. 
Mong muốn hiểu biết về cơ chế hình 
thành và tích lũy điện tích trong vật liệu 
cách điện dẫn đến sự phát triển của các kỹ 
thuật đo lường mới cho phép tiếp cận 
phân bố không gian của mật độ điện tích 
trong những thập kỷ qua. Độ di chuyển 
chậm của các điện tích trong các chất 
cách điện cao phân tử cho phép thực hiện 
phép đo theo phương pháp không phá hủy 
với độ phân giải không gian của mật độ 
điện tích. Các kỹ thuật không phá hủy này 
được chia thành ba họ khác nhau tùy theo 
bản chất của nhiễu để thăm dò điện tích: 
phương pháp nhiệt (TP, LIMM, TS), xung 
âm (PWP, LIPP) và phương pháp điện âm 
(PEA) [2]. Ba nhóm kỹ thuật không phá 
hủy này dựa trên cùng một nguyên tắc là 
sự cân bằng giữa lực tĩnh điện và lực đàn 
hồi bị xáo trộn. Trong nhóm các phương 
pháp nhiệt, sự khuếch tán nhiệt được sử 
dụng để thay đổi trạng thái cân bằng và 
do đó tạo ra một phản ứng điện. Phương 
pháp âm học PEA sử dụng biến dạng 
được tạo ra bởi sự lan truyền của sóng áp 
suất để thay đổi trạng thái cân bằng tĩnh 
điện và tạo ra tín hiệu điện [3]. Cuối cùng, 
phương pháp điện âm dựa vào sự kích 
thích bởi các xung điện, lực tĩnh điện 
được tạo ra bởi sự tương tác với các điện 
tích tạo ra phản ứng cơ học. Hiện nay, các 
kỹ thuật khác nhau đều có thể thiết lập 
phân bố mật độ điện tích trong cách điện 
polymer, tuy nhiên, mỗi loại kỹ thuật đo 
lường đều có những ưu, nhược điểm. 
Phương pháp PEA hiện đang được sử 
dụng phổ biến và đáng tin cậy nhất để 
phát hiện sự tích lũy điện tích không gian 
ở điện môi của cáp HVDC nhờ hệ thống 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 24 3 
đo lường tương đối đơn giản, độ phân giải 
không gian tốt, độ an toàn cao và đáp ứng 
tốt với những mẫu vật liệu phẳng và cấu 
hình cáp đồng trục. Bài báo này mô tả 
nguyên tắc đo lường của phương pháp 
PEA và kỹ thuật hiệu chỉnh, cụ thể cho 
vật liệu mẫu phẳng, đáp ứng tần số của hệ 
thống được mô tả. Kết quả đo điện tích 
không gian trên các mẫu vật liệu phẳng 
nhờ kỹ thuật hiệu chỉnh sau phép đo cũng 
được giới thiệu. 
2. SỰ HÌNH THÀNH VÀ TÍCH LŨY ĐIỆN 
TÍCH KHÔNG GIAN TRONG CÁCH 
ĐIỆN DƯỚI HVDC 
Điện tích không gian là tất cả các hạt điện 
tích, dương hoặc âm, tồn tại trên bề mặt 
hoặc bên trong của điện môi. Các điện 
tích trong khối điện môi có thể là lưỡng 
cực (phân tử phân cực) hoặc các điện 
tích/lỗ trống được tiêm vào (do ứng suất 
điện, chùm electron) hoặc các ion tạp 
chất xuất hiện ban đầu hoặc được tạo ra 
bởi quá trình phân ly dưới ứng suất của 
điện môi. Các điện tích trên bề mặt điện 
môi có thể tồn tại 3 dạng: điện tích phân 
cực lưỡng cực, hoặc điện tích “hình ảnh” 
khi có sự tồn tại của điện tích không gian 
ngoài điện tích lưỡng cực trong khối điện 
môi, hoặc điện tích được tạo ra bởi sự bứt 
phá trên bề mặt điện môi [4], [5]. 
Hình 1 thể hiện các loại điện tích khác 
nhau có thể được quan sát trong một chất 
điện môi dưới tác dụng của ứng suất điện 
được đặt cho nó. 
Sự hình thành và tích lũy điện tích không 
gian trong cách điện là một trong những 
nguyên nhân quan trọng gây ra lỗi của 
đường dây truyền tải cáp HVDC. Hiện 
tượng này thường xuất hiện do một số 
nguyên nhân như: sự phụ thuộc vào nhiệt 
độ, sự chênh lệch của cả hai điện dẫn và 
hằng số điện môi xuất hiện trong khi điện 
môi làm việc dưới tác động của ứng suất 
điện HVDC. 
Hình 1. Sơ đồ tóm tắt các loại điện tích 
không gian khác nhau trong khối điện môi 
Trong trường hợp điện trường cao bị gián 
đoạn, xảy ra hiện tượng bứt phá điện tích 
từ các điện cực, hiện tượng này được 
khuếch đại bởi sự không hoàn hảo tại các 
giao diện giữa các vật liệu khác nhau; các 
hạt mang điện được bứt phá từ các điện 
cực có thể vẫn ở gần các điện cực này 
hoặc có thể di chuyển dẫn đến sự tích lũy 
điện tích trái dấu ở gần điện cực đối diện 
hoặc tồn tại trong khối cách điện trong 
các lỗ trống do tính không đồng nhất của 
vật liệu; hơn nữa, ion hóa nhiệt sẽ dẫn đến 
sự hình thành điện tích không gian bên 
trong lớp cách điện. Điều này dẫn đến 
việc thiết lập điện tích không gian trong 
phần lớn điện môi. 
3. PHƯƠNG PHÁP PEA ỨNG DỤNG 
TRONG MẪU VẬT LIỆU PHẲNG 
3.1. Nguyên lý của phương pháp PEA 
Nguyên lý của phương pháp PEA là khi 
đặt các xung điện trường (độ lớn khoảng 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
4 Số 24 
kV/mm) trong thời gian rất ngắn (nano 
giây) đi qua vật liệu cách điện, sự tương 
tác nhờ lực Coulomb giữa các xung điện 
áp và điện tích có sẵn trong điện môi tạo 
ra sự dịch chuyển của điện tích xung 
quanh vị trí cân bằng của nó và sóng âm 
có biên độ tỷ lệ với lượng điện tích được 
tạo ra. Tín hiệu âm được truyền về phía 
điện cực và được phát hiện chuyển đổi 
sóng âm thành tín hiệu điện qua bộ cảm 
biến điện áp (hình 2). Tín hiệu điện áp 
này đặc trưng cho mật độ điện tích trong 
điện môi [6]. Sử dụng một kỹ thuật hiệu 
chỉnh phù hợp cho phép thu được sự phát 
triển và phân bố điện tích không gian 
trong lớp điện môi. 
Hình 2. Sơ đồ khối của phương pháp PEA [1] 
3.2. Kỹ thuật hiệu chỉnh trong phép đo 
điện tích không gian theo phương 
pháp PEA 
Giả sử trong điện môi có một điện tích q 
(hình 2) được đặt trong một xung điện 
trường e, lực sinh ra là f = q.e (xung điện 
trường e theo chiều x dọc theo độ dày 
khối điện môi). Lực tác dụng theo phương 
x trên một thể tích S.dx chứa một mật độ 
điện tích là: 
fx(x,t) = (x).S.dx.ex(t) (1) 
Áp lực tác dụng lên tiết diện S là: 
px(x,t) = fx(x,t) /S = (x).dx.ex(t) (2) 
Gọi vp, vAl lần lượt là vận tốc lan truyền 
sóng âm trong mẫu vật liệu và ở điện cực 
dưới (Al), l là độ dày của điện cực Al 
(hình 2). Khi đó áp lực lan truyền tác 
dụng đến bộ cảm biến điện áp (piezo) là: 
px(x,t) = (x).ex(t – l/vAl – x/vp) (3) 
Đặt  = x/vp và (x) = (.vp) = r() là 
mật độ điện tích không gian dọc theo độ 
dày của điện môi, áp lực tổng của các lớp 
tác động lên độ dày dx là: 
 𝑝(𝑡) = ∫ 𝑝𝑥(x, t) =
𝑥=+∞
𝑥=−∞
𝑣𝑝 ∫ 𝑒𝑥 (t −
𝑙
𝑣𝐴𝑙
− 𝜏) . r(τ). dτ
𝑥=+∞
𝑥=−∞
(4) 
Gọi h(t) là hàm truyền của hệ thống, vs(t) 
là tín hiệu đo được từ cảm biến điện áp 
(piezo), ta có: 
vs(t) = h(t).p(t) (5) 
Để đơn giản, ta chuyển biểu thức về dạng 
tần số f theo chuỗi số Fourier, ta có: 
Vs(f) = H(f).P(f) (6) 
Khi cảm biến điện áp được nối với 1 bộ 
khuếch đại, xung nhận được của mạch 
được đưa qua bộ khuếch đại g(t). Khi đó 
tín hiệu nhận được từ phương pháp PEA 
dạng tần số f là: 
VPEA(f) = H(f).P(f).G(f) 
= H(f).G(f).vp.E(f).R(f).exp( 2i l/vAl) (7) 
Suy ra, 
VPEA(f) = S(f).R(f) (8) 
trong đó: 
S(f) = vp.H(f).G(f).E(f).exp( 2i l/vAl) (9) 
được gọi là hàm biến đổi của hệ thống 
này. 
Hàm truyền này có thể được lấy từ hiệu 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 24 5 
tín hiệu chuẩn VPEA1(f) được tạo ra bởi 
điện tích (1) được hình thành ở điện cực 
thấp Al (nối đất) khi điện áp DC hiệu 
chỉnh ở cường độ thấp (Uref) được đặt qua 
một mẫu có độ dày d: 
VPEA1 (f) = S(f).1/vp (10) 
Với 1 = .Uref/d. 
Từ đó ta có thể xác định được R(f) là: 
𝑅(𝑓) = 
𝜎1
𝑣𝑝
[
𝑉𝑃𝐸𝐴(𝑓)
𝑉𝑃𝐸𝐴1(𝑓)
] (11) 
Hơn nữa, khi bỏ qua hiện tượng suy giảm 
của sóng đàn hồi, điện tích không gian 
được xác định bởi phần thực của biến đổi 
Fourier ngược của R(f): 
𝜌(𝑡, 𝑣𝑝) =
𝜎1
𝑣𝑝
𝑅𝑒 (𝐹−1 [
𝑉𝑃𝐸𝐴(𝑓)
𝑉𝑃𝐸𝐴1(𝑓)
]) (12) 
Việc xử lý tín hiệu được thực hiện bởi 
phần mềm chuyên dụng để tính toán các 
biến đổi Fourier trực tiếp và nghịch đảo 
của tín hiệu PEA. Do tín hiệu PEA có 
băng thông tần số hạn chế, sự phân chia 
giữa phổ tín hiệu và có hệ thống hiệu 
chỉnh dẫn đến khuếch đại nhiễu tần số 
cao. Một phép lọc Gaussian (low-pass) 
được sử dụng để loại bỏ nhiễu ở tần số 
cao. Sơ đồ tóm tắt hiệu chỉnh tín hiệu 
được phác họa trên hình 3. 
Hình 3. Sơ đồ tóm tắt hiệu chỉnh tín hiệu PEA [7] 
Phương pháp trên cũng có thể sử dụng 
cho mẫu điện môi được ghép bởi 2 lớp 
điện môi khác nhau với hằng số điện môi 
và truyền sóng âm khác nhau. Ví dụ, đối 
với 2 lớp điện môi khác nhau như trên 
hình 4, trong đó 1, 2 và d1, d2 lần lượt là 
hằng số điện môi và độ dày tương ứng 
của điện môi 1 và 2. 
Hình 4. Điện môi 2 lớp được tạo bởi 2 vật liệu 
khác nhau là XLPE và EPDM 
Tuy nhiên, do sự không liên tục của cấu 
hình và đặc biệt là tốc độ truyền âm của 2 
điện môi khác nhau nên việc xử lý tín 
hiệu thô của phép đo PEA để xác định 
điện tích không gian phải đặc biệt được 
chú ý bởi ngoài việc xuất hiện điện tích 
trong từng lớp điện môi còn có sự xuất 
hiện điện tích không gian tại nơi tiếp giáp 
giữa 2 điện môi. Trong kỹ thuật hiệu 
chỉnh này, tích điện không gian tại bề mặt 
tiếp giáp giữa 2 điện môi ban đầu được 
tính bởi lý thuyết Gauss và điều kiện giới 
hạn điện thế. Giả định gần đúng ban đầu 
là phân bố trường mang tính chất điện 
dung và điện tích tại bề mặt tiếp giáp giữa 
2 điện môi (do sự khác biệt về độ dẫn 
giữa hai vật liệu) có thể bị bỏ qua trong 
quá trình hiệu chỉnh. Từ các điều kiện 
này, biểu thức của điện tích tồn tại ở điện 
cực V= 0V trong trường hợp hai lớp điện 
môi (hình 4) là: 
𝜌1 = 
𝜀1. 𝜀2. 𝑈
𝜀1. 𝑑2 + 𝜀2. 𝑑1
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
6 Số 24 
Trong đó: U là điện áp đặt. 
Theo công thức (10), giả thiết rằng có thể 
bỏ quá sóng phản xạ của sóng âm ở mặt 
tiếp giáp giữa 2 vật liệu, sự phân bố của 
điện tích không gian từ tín hiệu thô đo 
được vPEA(t) được đưa ra bởi biểu thức: 
ρ(t(x)) = 
1
vs(x)
Re [F−1 {
VPEA(f)
Hsetup(f)
}] 
trong đó: Hsetup(f) được tính toán bởi 
hsetup(t) qua sự biến đổi Fourier. 
ℎ𝑠𝑒𝑡𝑢𝑝(𝑡) = 
1
ρ1
𝑣𝑃𝐸𝐴1(t) 
Hình 5 thể hiện một phép đo đơn giản 
theo thời gian của (t) thu được bằng kỹ 
thuật hiệu chỉnh tín hiệu thô PEA, từ đó 
thu được tín hiệu của điện tích không gian 
theo ví trí (x). 
Hình 5. Xác định điện tích không gian theo vị trí 
từ tín hiệu điện tích không gian theo thời gian 
từ kỹ thuật hiệu chỉnh tín hiệu thô PEA 
trong trường hợp ghép 2 lớp điện môi khác nhau 
3.3. Kết quả phép đo điện tích không 
gian theo phương pháp PEA 
Hình 6 là ví dụ kết quả thu được về sự 
phân bố điện tích không gian theo thang 
màu trong vật liệu XLPE (a) ở 40oC và 
điện môi 2 lớp XLPE/EPDM (b) ở 20oC 
dưới điện trường đặt thay đổi từ 10 dến 
40kV/mm bởi kỹ thuật hiệu chỉnh của tín 
hiệu thô trong phép đo điện tích theo 
phương pháp PEA. 
(a) 
(b) 
Hình 6. Sự phân bố điện tích không gian theo thang 
màu ở nhiệt độ 20oC của vật liệu XLPE (a) dưới 
điện trường đặt là 10, 20, 30 và 40kV/mm sau đó 
đảo cực 40kV/mm; điện môi 2 lớp XLPE/EPDM (b) 
dưới điện trường đặt từ 2 đến 30kV/mm sau đó đảo 
cực 30kV/mm. Bảng màu thể hiện mật độ điện tích 
theo C/m3 
Các quy trình cụ thể của kỹ thuật hiệu 
chỉnh được trong phần 3.2 được áp dụng 
để xử lý tín hiệu thô liên quan đến tính 
chính xác của phân bố điện tích không 
gian. Sự phân tích điện tích hình thành và 
phân rã, số lượng, dấu hiệu và động học 
cũng đã được xem xét. Kết quả thu được 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 24 7 
có sự đồng nhất khá lớn giữa các kết quả 
đo điện tích không gian hình thành và kết 
quả tính toán từ phép đo điện dẫn của 
vật liệu. 
Đối với điện môi ghép bởi 2 lớp vật liệu 
khác nhau XLPE/EPDM (hình 6.b), do có 
sự khác nhau về tính chất của vật liệu như 
vận tốc truyền âm, hằng số điện môi, tính 
chất điện dẫn nên tại vị trí tiếp giáp 
giữa 2 điện môi xuất hiện một lượng điện 
tích không gian phù hợp với mô hình 
Maxwell-Wagner về xác định điện tích tại 
nơi tiếp giáp giữa các điện môi [8], [9]. 
Hình 7. Sự phân bố điện trường ở nhiệt độ 20
o
C 
của điện môi 2 lớp XLPE/EPDM dưới điện 
trường đặt khác nhau (tương ứng với sự tích 
điện không gian của điện môi ở hình 6b) 
Từ kết quả thu được về sự phân bố điện 
tích trong lớp điện môi, chúng ta cũng có 
thể tính toán xác định được điện trường 
trong điện môi bởi sự phát sinh của các 
điện tích không gian (hình 7). 
4. KẾT LUẬN 
Để nghiên cứu sự tích lũy điện tích không 
gian trong vật liệu cách điện dưới tác 
động của điện áp một chiều HVDC, một 
số kỹ thuật đo không phá hủy đã được các 
nhà nghiên cứu phát triển. Cho đến nay, 
phương pháp PEA được sử dụng rộng rãi 
nhất bởi ưu điểm về thời gian ghi thông 
tin, độ phân giải và đáp ứng được nhiều 
ràng buộc khác nhau. Trong nghiên cứu 
này, tác giả đã giới thiệu nguyên lý và kỹ 
thuật hiệu chỉnh của phương pháp PEA 
trên loại mẫu vật liệu phẳng. Phương 
pháp này dựa trên sự phát hiện, qua từ 
cảm biến điện áp, của sóng áp suất được 
tạo ra từ sự tương tác của xung điện áp 
với các điện tích bên trong điện môi. Tín 
hiệu thô từ phép đo PEA trực tiếp trên 
mẫu vật liệu qua quá trình xử lý hiệu 
chỉnh tín hiệu có tính đến tốc độ truyền, 
sự suy giảm, biến dạng của sóng âm theo 
tần số sẽ thu được sự phân bố điện tích 
trên vật liệu theo thời gian. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] G. Mazzanti and M. Marzinotto, Extruded cables for high-voltage direct-current transmission, IEEE 
Press. 2013. 
[2] T. Mizutani, “Space Charge Measurement Techniques and Space Charge in Polyethylene”, IEEE 
Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 1, no. 5, pp. 923–933, 1994. 
[3] Vasquez, “Space Charge Measurement Using Pulsed Electroacoustic Technique and Signal 
Recovery”, J. Eur. Ceram. Soc., pp. 1219–1222, 1999. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
8 Số 24 
[4] K.S. Suh, E.J. Kim, and T. Takada, “Charge accumulation characteristics in XLPE with heat treated 
semiconductive electrodes”, Proc. Int. Conf. Conduct. Breakdown Solid Dielectr., pp. 418–422, 
1992. 
[5] L.A. Dissado, O.Paris, T.Ditchi, C.Alquie, and J.Lewiner, “Space Charge Injection and Extraction in 
High Divergent Fields”, Proc. Conf. Electr. Insul. Dielectr. Phenom., pp. 23–26, 1999. 
[6] K. Fukunaga, “Progress and Prospects in PEA Space Charge Measurement Techniques”, DEIS, vol. 
24, no. 3, p. 12, 2008. 
[7] Giuseppe Rizzo, Pietro Romano, Antonino Imburgia, and Guido Ala, “Review of the PEA Method 
for Space Charge Measurements on HVDC Cables and mini-Cables”, Energies, vol. 12, 3512, pp. 
1–23, 2019. 
[8] Bodega, “Space Charge Measurements on Multi-dielectrics by Means of the Pulsed Electroacoustic 
Method,” IEEE, vol. 13, no. 2, pp. 272–281, 2005. 
[9] Thi Thu Nga Vu, Gilbert Teyssedre, Séverine Le Roy, and Christian Laurent, “Maxwell–Wagner 
Effect in Multi-Layered Dielectrics: Interfacial Charge Measurement and Modelling”, Technologies, 
vol. 5, no. 27, pp. 1–15, 2017. 
Giới thiệu tác giả: 
Tác giả Vũ Thị Thu Nga tốt nghiệp đại học ngành hệ thống điện năm 2004, nhận 
bằng Thạc sĩ ngành kỹ thuật điện năm 2007 tại Trường Đại học Bách khoa Hà 
Nội; nhận bằng Tiến sĩ ngành kỹ thuật điện tại Đại học Toulouse - Pháp năm 
2014. Hiện nay tác giả là giảng viên Trường Đại học Điện lực. 
Lĩnh vực nghiên cứu: tích điện không gian, HVDC, vật liệu cách điện, kỹ thuật điện 
cao áp, rơle và tự động hóa trạm. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 24 9 

File đính kèm:

  • pdfxac_dinh_tich_dien_khong_gian_trong_vat_lieu_cach_dien_cap_h.pdf