a) Lý thuyết điện tử
Lý thuyết này dựa trên cơ sở của sự phóng điện trong chất khí với giả thiết rằng các điện tử dưới tác dụng của điện trường mạnh sẽ tăng tốc chuyển động khi va chạm với các phân tử chất lỏng sẽ gây ion hoá chúng.
e E . . λ = c h . . ν trong đó λ : quãng đương tự do
Tuy vậy chỉ có sự giải thoát điện tử là chưa đủ gây ra phóng điện mà cần có quá trình nhân giống các điện tử. điều kiện hình thành và phát triển của thác điện tử có thể viết như sau Tuy nhiên các kết quả thực nghiệm về điện áp phóng điện chọc thủng trong dải nhiệt độ rất rộng cho thấy độ bền điện của chất lỏng thay đổi ít rõ nét vì vậy giả thiết là sự bức xạ điện tử do
điện trường là chắc chắn hơn cả.
Các điện tử xuất hiện trong chất lỏng được giải thchs do sự giải thoát nhiệt điện tử.
Một số các lý thuyết sau đây về quá trình phóng điện trong các điện môi lỏng được đề xướng lý thuyết phóng điện điện tử
phóng điện do các tạp chất cách rắn lý thuyết về các túi (bọt) khí
11/08/15 Page 81
Trong các điện môi có độ linh hoạt của các điện tử bé, các điện tử không thể hình thành thác
điện tử bằng ion hoá va chạm mà tạo thành một vùng mật độ thấp trong đó các thác điện tử có thể phát triển với sự hình thành các bọt khí
Lý thuyết điện tử về phóng điện trong chất lỏng có thể giải thích quan hệ điện áp phóng điện nhưng các kết quả thực nghiệm về thời gian để xảy ra phóng điện (formative time lags) lại dài hơn so với dự báo của mô hình
Trong các điện môi lỏng cực sạch, độ linh hoạt của điện tử đủ lớn cho sự phát triển của thác
điện tử.
11/08/15 Page 82
b) Phóng điện do tồn tại các túi (bọt) khí
Các chất lỏng cách điện có thể chứa các túi (bọt) khí. Các túi (bọt) khí này được hình thành do các quá trính sau :
( )
εrkEk = εrclEo ⇒ Ek = εrclEo εrk ≈1
Chúng ta có thể tham khảo một chỉ tiêu về cường độ điện trường phóng điện chọc thủng dạng sau
( ) ( ) 1 1/2
2 4
2 2
1
−
+
= +
o k rcl
rk rcl
rk
o rE
U
E πσ ε r ε π
ε ε
Uk là sụt áp trên túi khí;
r là kích thước ban đầu của túi khí;
σ là ừng lực bề mặt của túi khí.
Eo là cường độ điện trường khi không có các túi (bọt) khí Ek là cường độ điện trường trong các túi (bọt) khí
Nếu cường độ điện trường trong các túi (bọt) khí đạt giá trị ion hoá thì quá trình phóng điện xảy ra trước hết trong các túi khí này và dẫn đến phóng điện trong toàn bộ chất lỏng
Cường độ điện trường trong các túi (bọt) khí xác định bởi
sự bay hơi của các chất khí do phóng điện vầng quang tại những điểm gồ ghề trên mặt
điện cực...
quá trình thay đổi nhiệt độ và áp suất các túi khí trên bề mặt điện cực;
11/08/15 Page 83
c) Cơ chế phóng điện do các tạp chất rắn
Sự có mặt của các tạp chất dẫn điện hoặc tạp chất cách điện đều làm giảm độ bền
F r E dE
rcl dx
rtc rcl
rtc rcl
= −
2 +
2 π ε3 ε ε
ε ε
Lực tác dụng này hướng theo điện trường nếu εrtc > εtcl nhưng với các túi (bọt) khí ta có εrtc ≈1 <
εtcl lực này có chiều ngược lại.
Hạt tạp chất này phân cực dưới tác dụng của điện trường và chịu tác dụng của một lực
Giả thiết chúng ta có một hạt tạp chất hình cầu bán kính r, hằng số điện môi εrtc treo lơ lửng trong một chất lỏng có hằng số điện môi εtcl dưới tác dụng của điện trường E
Các tạp chất rắn tồn tại trong các chất lỏng có thể là các hạt hoặc các sợi cellulose hoặc các tạp chất kim loại
11/08/15 Page 84
Đối với các tạp chất kim loại ta có ε → ∞ lực tác dụng bằng
F r E dE
e = 2 πεrcl 3 dx
Lực tác dụng này thúc đâỷ các tạp chất chuyển động đến vùng điện trường lớn nhất và liên kết với nhau hình thành một cầu nối dài.
Lực này có gía trị bằng
( )
Fdrag = 6 π η r v x trong đó η là độ nhớt của chất lỏng v(x) là vận tốc chuyển động
Sự chuyển động của các hạt này bị cản bởi nội lực của các phân tử do độ nhớt
điều kiện xảy ra phóng điện được viết như sau
r rtc rcl E kT
rtc rcl ct
2 2
2
1 4
ε ε
ε ε
−
+ =
11/08/15 Page 85