Nghiên cứu đánh giá các đặc tính của cách điện treo bằng composite vận hành trong hệ thống điện việt nam (gđ2)

Việc sử dụng cách điện composite dưới tác động của điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm của Việt Nam bước đầu đã được khảo sát và đánh giá qua nội dung đã thực hiện trong giai đoạn 1 năm

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

MỤC LỤC

Trang

CHƯƠNG I: ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG PHỤC HỒI

CÁC ĐẶC TÍNH CÁCH ĐIỆN COMPOSITE KHI CHỊU CÁC TÁC

ĐỘNG PHÁ HỦY QUA CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

1.1 Một số dạng phá hủy có thể xảy ra đối với các vật liệu cách điện

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CÁCH

ĐIỆN COMPOSITE TRONG ĐIỀU KIỆN VẬN HÀNH TẠI VIỆT

NAM

2.2 Vận hành cách điện treo trên lưới truyền tải 39

2.3 Về sự cố trên đường dây truyền tải 43

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO

VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN COMPOSITE TẠI VIỆT NAM

3.3 Giới thiệu quy trình sản xuất cách điện composite có thể sử dụng tại Việt

Những chữ viết tắt

EPDM: Ethylene Propylene Diene Monomer

ESDD : Nồng độ muối lắng đọng tương đương - Equivalent Salt Deposit Density FTIR: Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier

RTV: Lưu hoá ở nhiệt độ phòng

SiR: Cao su silicone

UV: Tia cực tím

MỞ ĐẦU

Hiện nay, việc sử dụng cách điện composite trong hệ thống điện Việt Nam đang trở nên phổ biến, đặc biệt đã triển khai trong hệ thống truyền tải 220kV và phân phối 110, 35, 22kV Cách điện composite sử dụng chủ yếu làm cách điện treo, cách điện néo đường dây trên không, cách điện đỡ thiết bị Vật liệu chế tạo cách điện composite có rất nhiều loại khác nhau như cao su silicone (silicone rubber), Ethylene Propylene Rubber (EPR), Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM), Ethylene Propylene Monomer (EPM), hay hỗn hợp giữa EPR và cao su silicone,… Trên thế giới cách điện composite đã được ứng dụng trong những thập niên 70 ở một số nước như Canada, Mỹ và được mở rộng cho các nước khác đến ngày nay Những tính chất và đặc tính của nó đã mang lại một số ưu điểm chính trong kỹ thuật và kinh tế, như đã giảm thiểu suất sự cố và tổn thất điện năng so với sử dụng cách điện làm bằng gốm hay thuỷ tinh có cùng đặc tính kỹ thuật

Việc sử dụng cách điện composite dưới tác động của điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm của Việt Nam bước đầu đã được khảo sát và đánh giá qua nội dung đã

thực hiện trong giai đoạn 1 (năm 2009) của đề tài cấp Bộ Công Thương « Nghiên

cứu đánh giá các đặc tính của cách điện treo bằng composite vận hành trong hệ thống điện Việt Nam » Giai đoạn này đã thực hiện được các nội dung sau:

composite khi chịu các tác động phá huỷ

Nam

Các kết quả nghiên cứu giai đoạn 1 cũng đã cho thấy:

1 Hiện nay với các nước trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang ứng dụng rộng rãi công nghệ vật liệu composite trong hệ thống điện Vật liệu composite có nhiều ưu điểm so với các vật liệu cách điện truyền thống như chống được nứt vỡ tán cách điện, chịu đựng tốt trong các môi trường nhiễm bẩn, có khả năng phục hồi tính kỵ nước khi bị tác động phá hoại của vầng quang, plasma.v.v…

2 Các đặc tính bề mặt của vật liệu cách điện composite đã được nghiên cứu, đánh giá qua quan sát và phân tích bằng một số dụng cụ quang học như hiển vi điện tử; qua đo góc tiếp xúc giọt nước, hay đo quang phổ kế hồng ngoại Ngoài ra, các phương pháp cụ thể để đánh giá khả năng lão hoá của vật liệu cũng được khảo sát Nghiên cứu cho thấy rằng sự phân tán các phần tử PDMS - Polydimethylsiloxane với trọng lượng phân tử thấp là một cơ chế chính của sự phục hồi tính kỵ nước và đây là một đặc tính quan trọng của vật liệu cách điện composite

Việc nghiên cứu & triển khai về vật liệu cách điện composite được thực hiện theo phương thức như sau:

sản xuất chính đến những khách hàng là những quốc gia đối với thử nghiệm hoặc thử với mục đích lắp đặt Từ những quốc gia đó sẽ phân phối sản phẩm của họ tới những trường đại học, hoặc các công ty điện để tham gia thử nghiệm thực tế và chờ đợi kết quả để áp dụng

thế giới sẽ khuyến khích được việc sử dụng chúng

nghiệm/lão hóa của cách điện composite

3 Để ứng dụng rộng rãi chúng ta cần quan tâm đến chất lượng sản phẩm, công nghệ, quá trình vận chuyển lắp đặt và một phần không thể thiếu đó là đánh giá về ảnh hưởng môi trường, tuổi thọ sử dụng cách điện bởi qua nghiên cứu các đặc tính hoá lý và cơ của chúng Việc này sẽ giúp thực hiện kế hoạch thay thế mới hoặc giúp nhà quản lý có cái nhìn tổng quát để tiếp tục phát triển và ứng dụng cách điện composite vào trong hệ thống điện Việt nam với mục tiêu tiến tới chế tạo với toàn

bộ các khâu để tạo ra thành phẩm cách điện composite tại Việt Nam

Giai đoạn 2 của đề tài được thực hiện trong năm 2010 và kết quả nghiên cứu được

thể hiện qua báo cáo khoa học này Nội dung của báo cáo gồm các phần sau:

composite khi chịu các tác động phá huỷ, trong đó nhấn mạnh tới các tác động phá hủy có khả năng xảy ra tại môi trường vận hành Việt Nam qua một số nghiên cứu

cụ thể

tích đánh giá các đặc tính của cách điện composite trong điều kiện vận hành tại Việt Nam, đưa ra các nhận định về ưu nhược điểm của chúng

dụng cách điện composite tại Việt Nam

CHƯƠNG I: ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG PHỤC HỒI CÁC ĐẶC TÍNH CÁCH ĐIỆN COMPOSITE KHI CHỊU CÁC TÁC ĐỘNG PHÁ

HỦY QUA CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

Như đã phân tích trong Báo cáo giai đoạn 1 của đề tài, hiện nay, vật liệu cách điện bằng composite đang được nghiên cứu rộng rãi và đã được đưa vào sử dụng làm các vật liệu cách điện ngoài trời bởi chúng có một số đặc tính tốt hơn các vật liệu cách điện bằng sứ và thủy tinh vốn đã được sử dụng làm vật liệu cách điện ngoài trời trước đó Nhìn chung, các vật liệu cách điện bằng composite có nhiều ưu điểm hơn khi so sánh với vật liệu cách điện vô cơ như gốm sứ, thủy tinh: trọng lượng nhẹ hơn (15%), sức bền cơ học (gấp 2 lần đối với độ bền kéo và gấp 5 lần đối với

độ bền va chạm), sức chịu hư hại tốt, dễ lắp đặt, thuận tiện trong việc uốn ép cấu hình Khả năng chống thấm nước của các vật liệu cách điện bằng composite đã tạo

ra được một điện trở bề mặt cao ngay cả khi bề mặt bị hư hại do một số tác động như: bụi, muối, và nước (nước mưa, sương mù) Do vậy dòng rò bị triệt tiêu đến mức độ thấp nhất

Các phân tích lý thuyết về khả năng phục hồi các tính chất cách điện của cách điện composite khi chịu các tác động phá huỷ đã thực hiện ở giai đoạn 1 cho thấy một

số loại composite như: FRP – sợi thủy tinh gia cường (Fiber Reinforced Compositer), silicone rubber, EPDM (Fthylene Propylene Dine Monomer), EVA (Ethy1ene Vinylacetate Cocompositer) và PTFE (Po1y Tetrafluoro Ethylene) được

sử dụng làm chất cách điện ngoài trời Nhìn chung, FRP làm cốt lõi cách điện đảm bảo độ bền cơ học, còn cao su silicone, EPDM, và EVA được dùng để phủ lên để làm cách điện cho dây dẫn truyền tải điện Nói chung composite nguyên chất thích hợp sử dụng trong kỹ thuật Tuy nhiên có một số chất được thêm vào để cải thiện thuộc tính vật lý và hóa học của composite Một công thức điển hình sẽ chứa composite nguyên chất và một số các thành phần: vật liệu gia cố, lão hóa bởi nhiệt, chất màu, thành phần lưu hóa, chất bảo vệ tia cực tím,…

Do tính đa dạng của chủng loại cũng như thiết kế của vật liệu cách điện composite lớn hơn so với cách điện sứ, thủy tinh nên nó không có tiêu chuẩn công nghiệp để lựa chọn như 2 loại cách điện truyền thống, vì vậy chúng ta cần phải có một sự hiểu biết sâu về các đặc tính khác nhau của vật liệu composite để xác định, đánh giá hoạt động của chúng

Để làm tiền đề cho việc đánh giá phân tích các đặc tính của cách điện composite trong điều kiện vận hành tại Việt Nam và đưa ra các nhận định về ưu nhược điểm của chúng, nội dung chương này sẽ tập trung khảo sát khả năng phục hồi các tính chất cách điện của vật liệu composite qua một số nghiên cứu – thí nghiệm cụ thể khi chịu các tác động phá hủy, đặc biệt là các tác động phá hủy có khả năng xảy ra

tại môi trường vận hành Việt Nam (là nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, do

đường bờ biền dài 3444 km nên mang nhiều nét yếu tố của khí hậu biển, nhiều khu

vực nhiễm mặn, một số khu vực nhiễm bẩn nặng do gió cát, độ ẩm tương đối trung bình 84% suốt năm, hàng năm lượng mưa từ 1.200 đến 3.000 mm, số giờ nắng khoảng 1.500 đến 3.000 giờ/năm và nhiệt độ từ 5 °C đến 37 °C)

1.1 Một số dạng phá hủy có thể xảy ra đối với các vật liệu cách điện composite

Một vấn đề lớn mà cách điện composite gặp phải là sự lão hóa của vật liệu do môi trường cũng như là dưới tác dụng do vận hành, điều này gây nên suy giảm đặc tính cách điện do cách điện phải chịu vô số các tác động tổng hợp Sự phong hóa (tia cực tím từ mặt trời, độ ẩm, sự đọng nước, nhiệt độ …), tải cơ khí, hiện tượng phóng điện dạng vầng quang và bề mặt là các nhân tố quan trọng tác động mạnh đến sự lão hóa Những tác động có thể đồng thời khiến đẩy nhanh suy giảm tính chất vật liệu Lão hóa của vật liệu tán cách điện có thể (1) làm giảm khả năng cách điện chịu đựng điện áp so với cách điện mới, do đó dẫn đến phóng điện bề mặt tại điện áp vận hành, và (2) gây ra sự xuống cấp của tán cách điện bởi đường dẫn (cacbon hóa hoặc ăn mòn của vật liệu tán) Đường dẫn có thể gây ra phóng điện bề mặt, và ăn mòn nếu nó dẫn đến sự tiếp xúc của lõi sợi thủy tinh với môi trường, lúc này, cách điện có thể được dự kiến hư hỏng tương đối sớm [5]

Vì vậy, có hai vấn đề cần phải quan tâm khi nghiên cứu tổng thể về vận hành cách điện, đó là phóng điện bề mặt và sự lão hóa Hai hiện tượng đó có thể phụ thuộc vào nhau hoặc là không phụ thuộc Kinh nghiệm vận hành đã chỉ ra rằng phóng điện bề mặt trên cách điện composite có thể xảy ra mà không cần một sự lão hóa đáng kể (đường dẫn hoặc ăn mòn) và trong một số trường hợp, sự ăn mòn cách điện đã xảy ra mà không dẫn tới một phóng điện bề mặt [6]

Sau một thời gian đưa vào vận hành, chúng ta có thể thấy được một số loại hư hỏng thường gặp đối với vật liệu cách điện composite như sau:

+ Lõi của cách điện chế tạo bằng sợi thủy tinh để chịu lực, nhưng do cấu trúc vật liệu giòn và thô của sợi thủy tinh nên hơi ẩm sẽ dễ dàng thâm nhập vào lõi và nhanh chóng phá hủy nếu vị trí tiếp xúc bị hỏng

+ Các dạng phá hủy do axit: các khu vực nhiễm bẩn nặng, hình thành môi trường axit, thậm chí gây nên các cơn mưa axit sẽ gây ăn mòn phần tiếp giáp giữa cách điện và phụ kiện đầu cuối cũng như ăn mòn lớp lõi, cũng như bề mặt cách điện gây nên phóng điện

+ Lõi thủy tinh bị ăn mòn do ứng lực, do nhiễm bẩn

Hình 1.1: Hình ảnh lớp đứt gãy của lõi thủy tinh

- Hư hỏng lõi do phóng điện: Các hoạt động phóng điện làm lão hóa lõi thủy tinh gây nên bởi các tác động của hóa học, ion hóa, tia cực tím (UV), nhiệt độ

Hình 1.2: Hư hỏng do phóng điện của lõi thủy tinh

Dạng cán chổi

Tách lớp quanh

trục

Bề mặt đứt gãy

- Phóng điện vào phụ kiện kim loại

- Hư hỏng tại phần tiếp giáp giữa cách điện với phụ kiện đầu cuối: Chất lượng của cách điện composite nằm tại chỗ tiếp xúc của hai đầu cực bằng kim loại liên kết với cách điện Trong thời gian vận hành, cách điện chịu tác động của nhiệt độ, gió,

hồ quang, vầng quang có thể gây nứt, hư hỏng lớp tiếp xúc và phần kim loại làm cho tuổi thọ của cách điện giảm nhanh chóng và kém tin cậy

Hình 1.3: Hư hỏng tại phần tiếp giáp với phụ kiện đầu cuối bằng kim loại

- Phóng điện do nhiễm bẩn: cách điện có thể bị nhiễm bẩn nghiêm trọng do điều kiện khí hậu của địa phương, phóng điện bề mặt có thể xảy ra khi tình trạng bị làm ướt của cách điện đạt đến giá trị tới hạn

- Hư hỏng về cơ đối với phần lõi: do các ứng suất cơ học vượt quá mức chịu đựng khi lõi phải chịu tải trọng quá lớn, cũng có thể là do công nghệ chế tạo lõi là

không đảm bảo, hay do phải chịu những tác động không mong muốn trong quá trình vận chuyển (bị xoắn, uốn quá độ)

Hình 1.4: Các hư hỏng về cơ đối với lõi

Ngoài ra cách điện composite còn gặp phải những vấn đề như sau:

- Tuổi thọ của vật liệu composite không được dài so với thủy tinh hoặc gốm sứ

- Kiến thức và kinh nghiệm trong vận hành loại cách điện composite vẫn còn bị giới hạn

- Các tiêu chuẩn về thiết kế, vật liệu cũng như sản xuất loại cách điện này vẫn chưa rõ ràng, có nhiều công nghệ khác nhau

Các loại sự cố nói trên đều được các nhà sản xuất và các đơn vị vận hành quan tâm nghiên cứu, các mẫu hư hỏng, sự cố đều được thu thập, đánh giá phân tích một cách tỉ mỉ IEEE gần đây đã có một dự án điều tra về những cách điện composite này Bước đầu tiên trong quá trình là các nghiên cứu trên các cách điện composite trong phòng thí nghiệm và so sánh đánh giá kết quả thu được với nhau

Mục tiêu chính của các nghiên cứu này là cung cấp các phương pháp kiểm tra để

có thể phát hiện các khiếm khuyết bên trong cách điện có tiềm năng dẫn đến hư hỏng Ví dụ như phân tích hình ảnh nhiệt và kiểm tra vầng quang UV qua sử dụng các công cụ phối hợp là để xác định các phần khiếm khuyết tiềm năng trong cách điện

Những kinh nghiệm nghiên cứu hình ảnh về nhiệt và camera vầng quang này đã được sử dụng như một phần của chương trình lớn kết hợp với đánh giá phóng điện

bề mặt để kiểm tra tính chất cách điện của composite bị nhiễm bẩn

+ Kiểm tra bằng hồng ngoại:

Thông thường, kiểm tra bằng hồng ngoại được sử dụng để tìm kiếm các điểm nóng dọc theo cách điện composite Ở kỹ thuật này thông số để được kiểm tra là

sự khác nhau về nhiệt độ lớn nhất giữa một vài điểm dọc theo cách điện có khiếm khuyết với điểm khác không phải là nguồn phát nhiệt Nguồn phát nhiệt thường có nguyên nhân từ bên trong cách điện

Hình 1.5: Hình ảnh thu được từ camera hồng ngoại

+ Kiểm tra bằng UV (tia cực tím):

Một phương pháp quan trọng có thể phát hiện khiếm khuyết trong cách điện composite đó là kiểm tra UV bằng chụp hình vầng quang Tác động vầng quang

cơ bản liên quan đến các tác động bên ngoài

Hình 1.6: Hình ảnh thu được từ camera hồng ngoại

+ Kiểm tra bằng mắt thường:

Kiểm tra định kỳ bằng mắt thường với các thiết bị cũng là một phương pháp quan trọng để chỉ ra các điểm có thể có vấn đề trong các cách điện composite Kiểm tra bằng mắt thường được tiến hành trong lúc bảo dưỡng hệ thống điện có thể vào ban ngày lẫn ban đêm Kiểm tra này có thể xác định các điểm nghi ngờ tiềm tàng gây

sự cố trong tương lai Khi đó, cách điện nghi ngờ có thể được tháo rời và kiểm tra trên mặt đất

Hình 1.7: Kiểm tra các cách điện sử dụng một gương phóng đại đặc biệt

+ Đánh giá phóng điện bề mặt:

Điện áp phóng điện bề mặt sẽ giảm nếu bề mặt cách điện bị ô nhiễm và ẩm ướt

Do vậy, sự vận hành cách điện trong các điều kiện về tần số, điện áp và sự ô nhiễm sẽ được đánh giá để làm cơ sở lựa chọn cách điện cho các đương dây truyền tải điện Tiêu chuẩn thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, ví dụ như tiêu chuẩn IEC thử nghiệm điều kiện sương muối và sương sạch [7], được phát triển để đánh giá hiệu quả chống nhiễm bẩn của cách điện đường dây

Thử nghiệm sương mù sạch – clean fog là thử nghiệm được sử dụng rộng rãi hơn

Nó đánh giá hoạt động của một cách điện trạng thái tiền nhiễm bẩn; đó là làm ướt dần dần bằng cách ngưng tụ hơi nước đồng đều trên bề mặt Nhu vậy, trạng thái ướt đã được thiết lập, kết quả là điện áp phóng điện bề mặt giảm nhiều nhất so với các điều kiện sạch khác Các thiết kế cách điện dựa trên thử nghiệm này được coi

là phương pháp truyền thống

Mức độ nhiễm bẩn được thể hiện trong quy định về nồng độ muối lắng đọng

tương đương - Equivalent Salt Deposit Density (ESDD) [7], một tham số được

đo trong thử nghiệm Nếu đường dây truyền tải đã được xây dựng, thử nghiệm có

thể được sử dụng để đánh giá mức độ nhiễm bẩn có thể chịu đựng được của vật liệu cách điện mà không gây nên phóng điện bề mặt, nghĩa là khả năng chịu đựng được nhiễm bẩn

Thử nghiệm sương mù sạch theo tiêu chuẩn IEC cũng được dùng để đánh giá nhiễm bẩn của cách điện composite Thử nghiệm này còn được sử dụng cho cách điện composite đã thôi phục vụ, nhằm xác định sự suy giảm khả năng chống bụi bẩn của vật liệu do lão hóa có thể xảy ra trong quá trình phục vụ

Theo như những phân tích trước đây, cách điện được kiểm tra đã vận hành từ năm đến tám năm trên đường dây ở cấp điện áp 220 kV và 500 kV (xem hình vẽ 1.8, 1.9), nhưng sự cố tăng lên do ảnh hưởng của điện trường quá cao gần phụ kiện đầu cuối Trong quá trình điều tra các sự cố với sự tham gia của các nhà sản xuất, người ta phát hiện ra là vòng chống vầng quang đã được đặt trên vị trí không phù hợp)

Hình 1.8: Sự cố cách điện composite trên đường dây truyền tải 220 kV

Hình 1.9: Sự cố cách điện composite trên đường dây truyền tải 500 kV

Ngoài những hư hỏng lớn, cũng có một số sự cố ít nghiêm trọng liên quan đến mật độ của các phần tử trong của cách điện composite EPDM tại cấp điện áp 220 kV khi phóng điện vầng quang tăng gây nên phân tách tán cách điện

và đã quan sát thấy Trong một trường hợp cụ thể đã phát hiện phóng điện hồ quang trong môi trường đồng nhất vào buổi sáng sớm sau khoảng 10 năm phục

vụ

Hình 1.10: Hư hỏng cách điện trên đường dây 220 kV

Phần tiếp theo đây sẽ trình bày một số thực nghiệm đánh giá tác động phá hủy do môi trường như sương muối, gió cát,… - các tác động có nhiều nét tương đồng với môi trường Việt Nam lên cách điện composite và khả năng phục hồi của chúng

1.2 Tác động của sương muối lên đặc tính lão hóa của vật liệu cách điện ngoài trời

Trong phần này sẽ tập trung thảo luận về các đặc tính lão hóa của 2 loại vật liệu cách điện composite ngoài trời đang được dùng phổ biến nhất là cao su silicon và EPDM ngoài trời dưới tác động sương muối và điện áp… Hai buồng tạo sương muối với 2 cách tạo sương muối khác nhau (phun và rung – vibrator) đã được chế tạo cho thử nghiệm này Và mẫu vật được nghiên cứu với nhiều phương thức phân tích khác nhau Với kết quả của nghiên cứu này, chúng ta có thể xây dựng cơ sở cho các hiểu biết xa hơn về cơ chế lão hóa của vật liệu composite

Qua các nghiên cứu trước đó, kết quả cho thấy, các vết phóng điện bề mặt (surface

spot discharge) là nguyên nhân chủ yếu làm cho các vật liệu composite bị lão

hóa, ngoài ra còn có các nhân tố tác động khác như: tia cực tím trong ánh sáng mặt

trời, nhiệt độ, hiện tượng tương tác lẫn nhau của các chất hóa học Và đo dòng rò

là phương pháp phù hợp nhất để theo dõi các đặc tính bề mặt của cách điện

Do đó, trong nghiên cứu này, sương mù (đại diện cho các chất gây hư hại) tạo ra

đẩy cơ chế lão hóa composite

Một mạch điện được sử dụng để đo và theo dõi dòng rò bề mặt Mẫu vật dùng để phân tích được quét qua kính hiển vi điện tử và qua phân tích phân tán năng lượng tia X

Điện áp cao đặt vào các mẫu được cung cấp từ một máy biến áp 30kVA, 220/13600V đặt bên ngoài buồng Cương độ điện trường trung bình là 500VAc/cm

Bakelite và acryl trong suốt được lựa chọn là vật liệu làm thành buồng bởi chúng

có một số ưu điểm về khả năng cách điện và với acryl trong suốt thì ta có thể quan sát trực tiếp bằng mắt thường Bakelite tốt hơn acryl ở khả năng chịu nhiệt nên được dùng làm buồng tạo sương Nhưng mặt trước vẫn làm bằng acryl trong suốt

để dễ quan sát

Hình 1.11: Hệ thống điện cực để thử nghiệm lão hóa

Dòng rò được giám sát bằng mạch điện đơn giản ở thời gian thực (xem hình 1.12), được xem xét sau khi các mẫu đã làm sạch, và được đo bằng hệ thống điện cực hình trụ có độ hở giữa các điện cực là 1,5mm Các hiện tượng khác, như khả năng

chịu nước, vết phóng điện bề mặt và tích tụ của muối ở bề mặt mẫu vật được quan

sát trực tiếp bằng mắt thường

Trong cả hai trường hợp, sương muối được tạo ra với một dung dịch muối có suất

và độ ẩm không được kiểm soát trong thí nghiệm này

Hình 1.12: Mạch giám sát dòng điện rò 1.2.2 Kết quả thu được

a) Sự lão hóa về vật liệu:

Để nghiên cứu chi tiết về sự lão hóa vật liệu của composite, kính hiển vi điện tử và máy phân tích tia X đã được dùng để phân tích cao su silicone và EPDM Nhìn chung, với cả hai loại độ nhám tăng lên theo thời gian thí nghiệm lão hóa Trên EPDM có những mảng nhám lớn hơn, nhiều lỗ khuyết tật hơn và to hơn so với cao

su silicone ở cả trước và sau khi thí nghiệm lão hóa (Hình 1.13)

Để quan sát sự khôi phục các đặc tính của composite, mẫu EPDM sau khi trải qua thí nghiệm lão hóa được đưa ra khỏi buồng thí nghiệm, không chịu bất cứ tác động điện trường hoặc sương muối nào và để ngoài không khí trong 200 giờ Sau 200 giờ ta có thể quan sát thấy các vệt nhám và lỗ khuyết tật trở nên mờ đi do các phần

tử trọng lượng nhẹ LMW tồn tại trong EPDM khuyếch tán lấp đầy vào các lỗ khuyết tật hoặc vết nhám (Hình 1.14)

a) EPDM sau 100 giờ b) Cao su silicon sau 100 giờ

Hình 1.13 : Sự thay đổi hình thái bề mặt vật liệu sau lão hóa

Hình 1.14 : Sự phục hồi bề mặt EPDM sau kết thúc thí nghiệm lão hóa 200 giờ

Qua phân tích mẫu thí nghiệm bằng phân tích phân tán năng lượng tia X – energy

dispersive x-ray analysis, chúng ta có thể quan sát thấy sự thay đổi trên kết cấu bề

mặt mẫu thử Ở cả hai loại composite, các đỉnh nhôm, cacbon và oxy lần lượt xuất hiện, và đỉnh silicone xuất hiện ở cao su silicone Việc xuất hiện cacbon được cho

là bởi các vết phóng điện bề mặt gây ra và bởi sự phân hủy của các chất độn (xem

hình 1.15) Chúng ta có thể tìm thấy một số chất độn ở bề mặt của mẫu vật EPDM

a) EPDM ban đầu và sau 100 giờ

b) Cao su silicone ban đầu và sau 100 giờ

Hình 1.15 : Phân tích năng lượng phân tán tia X trên bề mặt composite

Còn việc xuất hiện nhôm và oxy được cho là kết quả của sự ăn mòn bề mặt dựa trên kết quả phân tích của kính hiển vi điện tử và phân tích phân tán năng lượng tia

X Kết quả phân tích còn cho thấy chất độn có khả năng chịu ăn mòn tốt hơn các hỗn hợp khác

b) Sự lão hóa về điện

Sự thay đổi đặc tính điện trên bề mặt composite không đáng kể Ở cả 2 vật liệu, EPDM và cao su silicone đều có đặc tính tốt nếu xét về mặt cách điện

Cho dù hình thái và kết cấu bề mặt mẫu thử nghiệm có thay đổi hoặc bị phá hủy, dòng rò bề mặt được duy trì ở mức độ thấp Bên trong buồng thí nghiệm, dòng rò tăng lên tỷ lệ với độ ẩm ướt và độ ô nhiễm môi trường buồng, xét về các đặc tính điện, cả 2 loại vật liệu sau thí nghiệm lão hóa hầu như có đặc tính giống nhau (Hình 13 và Hình 1.16)

Qua sự quan sát với các lát mẫu vật, chúng ta có thể nhận thấy bề mặt phía sau của mẫu vật chịu ăn mòn lớn hơn nhiều bề mặt phía trước Theo dõi EPDM liên tục trong một khoảng thời gian ngắn (khoảng trong 30 giờ), ta thấy vùng tiếp xúc giữa mẫu vật và điện cực bị ăn mòn rất mạnh, ở cao su silicone không thấy điều này

Hình 1.16: Dòng điện rò bề mặt, đo được sau khi làm sạch

1.2.3 Kết luận về đặc tính lão hóa của cách điện ngoài trời dưới tác dụng của sương muối

Qua việc nghiên cứu các đặc tính lão hóa của các vật liệu cách điện ngoài trời bởi sương muối và tác động điện áp đặt lên vật liệu, cụ thể với hai vật liệu tiêu biểu là cao su silicone và EPDM, ta thu được một số kết quả có ý nghĩa sau:

- Về hình thái bề mặt: bề mặt chịu ảnh hưởng rất lớn bởi độ ẩm sương muối và tác động của điện áp Về sự ăn mòn bề mặt: qua quan sát dưới kính hiển vi điện tử, EPDM bị ăn mòn nhiều hơn cao su silicone

- Cao su Silicone có điện trở đường dẫn (tracking resistance) tốt hơn nhiều so với EPDM Trên bề mặt của EPDM, đường dẫn (tracking) đã xuất hiện sau thời gian ngắn khoảng 30 giờ, kéo dài trong khoảng từ điện cực bên trên tới điện cực bên dưới Trong trường hợp cao su silicone, không có hiện tượng tương tự xảy ra trong

100 giờ

Các đỉnh nhôm, cacbon, oxy và silicone ở cao su silicone: Việc xuất hiện các đỉnh

này được giả định là kết quả của tổng hợp các hiện tượng: vết phóng điện bề mặt,

sự phân hủy và phản ứng của các tác nhân, sự di trú của các phân tử trọng lượng thấp trong vật liệu

Mặc dù bề mặt của composite đem phân tích bị phá hủy mạnh bởi ăn mòn, nhưng với cả hai mẫu vật EPDM và cao su silicone vẫn không bị mất đi khả năng cách điện của chúng

1.3 Đánh giá cách điện composite trong môi trường chịu ảnh hưởng của gió cát

Cách điện composite bị lão hóa do tác động điện như vầng quang và các tác động của môi trường như bức xạ tia cực tím và mưa axit, bởi chúng có thể làm thay đổi

bề mặt hóa học và cấu trúc của composite do đó làm giảm các tính chất mong muốn của các vật liệu như tính kị nước [3,4,5] Ở Việt Nam, kinh nghiệm vận hành với cách điện composite là ít hơn đáng kể so với cách điện sứ và thủy tinh

Do đó, để đánh giá tác động của khí hậu lên cách điện composite, xem xét các hiệu ứng, các khiếm khuyết về điện và cơ khí, và nghiên cứu tính khả thi về vận hành của các cách điện composite tại Việt Nam trong tương lai cần phải có cách tiếp cận hợp lý dựa trên các nghiên cứu, đánh giá về vận hành cách điện composite trong điều kiện gần tương đương với điều kiện vận hành tại Việt Nam

Phần này sẽ phân tích về một nghiên cứu thực hiện trên cách điện composite thuộc lưới điện trung áp 22 kV tại khu vực có gió cát gần một số lò gạch ở tỉnh Yard, Cộng hòa Iran – có đặc tính môi trường có nhiều nét tương đồng với khu vực Cao nguyên và miền Trung Việt Nam Mẫu vật được treo từ năm 2000, mặc dù phải làm việc dưới điều kiện ô nhiễm nặng nhưng cách điện đã hoạt động trong khoảng thời gian 6 năm mà không chịu bất cứ phóng điện bề mặt hay sự cố nào

Phương pháp đánh giá được sử dụng bao gồm các thử nghiệm: kiểm tra trực quan, phân loại tính kị nước, quét hiển vi điện tử (SEM), đo điện áp chịu đựng ở tần số công nghiệp của cách điện trong điều kiện khô và ướt, nghiên cứu dòng điện rò, đo mức độ ô nhiễm, đo độ dày lớp phủ kẽm trên các phụ kiện đầu cuối, đo độ khắc nghiệt của thời tiết, và thử nghiệm cơ khí

1.3.1 Giới thiệu về các mẫu vật cách điện

Các mẫu vật cách điện bao gồm bốn cách điện cao su silicon HTV (số 1-4) và hai

mũ và chốt cách điện sứ tiêu chuẩn (số 5, 6)

Cách điện số 2, số 3 và số 4 được lấy từ mạng lưới phân phối, trong một khu vực

chịu ô nhiễm gió cát nặng tại tỉnh Yazd (Iran) sau 6 năm hoạt động Mặc dù mức

độ ô nhiễm nặng do lò gạch, các chất cách điện đã không gặp bất kỳ phóng điện

chọc thủng hay sự cố nào trong quá trình hoạt động của mình

Cách điện số 1 lựa chọn từ phối liệu, có đặc điểm tương tự như cách điện số 2, số

3 và số 4

Bảng 1.1 cho thấy một số đặc điểm của cách điện số 1, số 2, số 3 và số 4 và hình

1.17 thể hiện hình ảnh của chúng

Hình 1.17: Mẫu thử nghiệm cách điện SIR số 2, 3, 4

Bảng 1.1: Đặc điểm của vật liệu cách điện SIR

Số lượng bát sứ 4

Mũ và chốt của cách điện số 5 được chọn từ vật liệu gốc, mũ và chốt của cách điện số 6 được hoạt động ở điều kiện giống cách điện số 2, số 3 và số 4 Các sứ cách điện đã được mang ra để so sánh với cách điện SIR trong một số thử nghiệm

1.3.2 Đặc điểm khí hậu của khu vực thực hiện lấy mẫu:

Yazd tỉnh có vị trí cao nguyên miền Trung của Iran Lượng mưa trung bình thấp; những điều kiện này gây ra thời tiết nóng và khô ở trung tâm và thời tiết ôn đới ở

xung quanh vùng miền núi (điều kiện này có một số nét tương đồng với khu vực

miền Trung - Tây Nguyên của Việt Nam tuy nhiên khắc nghiệt hơn nhiều)

Xem xét vị trí địa lý và điều kiện khí hậu, vùng này đặc trưng với mức độ bốc hơi

và dao động nhiệt độ hàng ngày cao trong mùa hè

gió đạt tới 90 km / h và gây ra những cơn bão cát ở vùng sa mạc khô

Trong tỉnh Yazd, các tia cực tím (UV) bức xạ cường độ rất cao, và năng lượng ánh sáng trong những giờ ấm nhất trong ngày vượt quá 1.000 wats/m2

1.3.3 Phân tích kết quả thu nhận được

Để thực hiện các đánh giá cách điện composite, các thí nghiệm phá hủy và không phá hủy mẫu vật về cách điện đã được thực hiện

Kiểm tra trực quan

Kiểm tra trực quan cho thấy không có dấu hiệu của sự xói mòn, vết nứt và vết của hoạt động điện như phóng điện vầng quang trên bề mặt các bát của cách điện số 2,

số 3 và số 4 Ngoài ra, không có dấu hiệu của sự ăn mòn trên bề mặt phụ kiện đầu cuối của các cách điện Có một số vệt bẩn lớp màu vàng ở phía trên và phía dưới cùng của tất cả các bát sứ, chúng liên tục và rất đậm (Xem hình 1.17) Vì vậy, kiểm tra trực quan cho thấy không có dấu hiệu của sự hư hỏng, quá trình lão hóa

và vì vậy cần phải thực hiện thêm một số thử nghiệm khác để có thêm các chi tiết khác

Phân loại tính kị nước (HC)

Phân loại tính kị nước của cách điện số 2, số 3 và số 4 đã được kiểm tra dựa trên phương pháp được giới thiệu trong Hướng dẫn STRI 92/1 [11] Thử nghiệm cho thấy rằng trong cả 3 cách điện, Hydrophobicity Class (HC) của tất cả các bát cách điện bằng 1 (HC1), là mức cao nhất của HC theo Hướng dẫn STRI, nghĩa là tất cả các cách điện được thử nghiệm được duy trì tính kị nước hoàn toàn sau 6 năm phục vụ

Thử nghiệm về điện

Thử nghiệm về điện đã được thực hiện dựa trên tiêu chuẩn IEC 61109 [12] Kết

quả cho điều kiện khô và ướt, được trình bày trong Bảng 1.2 Kết quả cho thấy

khác biệt đôi chút giữa sự chịu đựng điện áp ở tần số công nghiệp của cách điện số

1 (từ vật liệu gốc) và các cách điện số 2 và số 3 và có nghĩa là sau 6 năm hoạt

động, các cách điện vẫn duy trì được đặc tính điện học của chúng

Bảng 1.2 Kết quả của thử nghiệm điện học của các cách điện

Đo dòng điện rò (Leak current: LC)

Đo LC được thực hiện trong điều kiện sương mù sạch theo IEC 60507 [13] Phản

ứng LC của cách điện đã được nghiên cứu bên trong một buồng sương mù [14]

Hình 1.18, 19 hiển thị một quan sát tại buồng sương mù của Viện Nghiên cứu

Niroo (NRI) và đỉnh LC của cách điện tương ứng

Hình 1.18 Quan sát tại buồng sương mù NRI

Hình 1.19: Các mức đỉnh của dòng điện rò

Theo hình 1.19, một số vấn đề cần phải được chú ý:

1 Mức độ đỉnh LC của cách điện silicone nhiễm bẩn là rất thấp, lý do là bởi tính

kị nước bề mặt của chúng ngay cả trong điều kiện sương mù sạch cũng như là có mặt của sự ô nhiễm

2 Đỉnh LC của cách điện bằng gốm nhiễm bẩn cao hơn so với những loại khác bởi sự hiện diện của nhiễm bẩn, độ ẩm và tính ưa nước bề mặt của gốm Phản ứng phi tuyến của đỉnh LC cho thấy sự hình thành của hoạt động dải khô trên bề mặt

ưa nước trong điều kiện ô nhiễm [14]

3 Sự suy giảm mức đỉnh LC của gốm cách điện nhiễm bẩn nằm giữa 85 giây và

105 giây là do độ hoạt động của dải khô Mức đỉnh LC tăng lên trong khoảng 110 giây

Rõ ràng cách điện cao su silicon duy trì tính kỵ nước của chúng mang lại kết quả

là mức đỉnh của dòng điện rò thấp

Đo độ nhiễm bẩn

ESDD và NSDD đo được trình bày trong Bảng 1.3 Kết quả cho thấy độ nhiễm bẩn lắng đọng trên cách điện sứ nhiều hơn so với trên cao su silicone, điều này có thể là do sự khác biệt giữa vật chất và thuộc tính của cách điện sứ và silicone

Bảng 1.3 ESDD và NSDD của cách điện

Theo tiêu chuẩn IEC 60815, các giá trị này cho thấy một vùng ô nhiễm rất cao

Quét hiển vi điện tử (SEM)

Để điều tra chi tiết hơn về cấu trúc hiển vi của các tán cách điện silicon, phía trên

cùng của cách điện số 1 và số 2 đã được quan sát trong một kính hiển vi điện tử

Bề mặt mẫu đầu tiên được phủ một lớp vàng mỏng Hình 1.20 cho thấy hình ảnh

bề mặt SEM của tán số 2 với độ phóng đại tương đương với 4000 lần

Hình 1.20 Ảnh SEM cho bề mặt của cách điện số 2

Hình ảnh SEM cho thấy bề mặt của cách điện số 2 không bị nứt và bề mặt của

mẫu này là mịn đồng nhất Ngoài ra, không có bằng chứng của sự xuống cấp vật

liệu Vì vậy, cách điện số 2 duy trì cấu trúc của nó mà không có sự thoái hóa nào

Đo độ dày lớp phủ kẽm

Đo độ dày lớp phủ kẽm trên phụ kiện đầu cuối của cách điện được thực hiện theo

IEC 60383-1 [16] Các giá trị độ dày trung bình đo được được hiển thị trong bảng

1.4 Hơn nữa, tất cả các giá trị độ dày tối thiểu đo được lớn hơn 70 µm Kết quả

cho thấy rằng sau 6 năm phục vụ, không có sự suy giảm độ dày lớp phủ kém trên

bề mặt phụ kiện đầu cuối, và độ dày mạ kẽm chấp nhận được

Bảng 1.4 Giá trị độ dày trung bình đo được của lớp phủ kẽm

Bảng 1.5 Giá trị trung bình độ bền bát cách điện

Cách điện số 2 đã bị nứt gãy biểu thị bởi sự thâm nhập khô, theo tiêu chuẩn ISO

3452 [18], trên vỏ trong vùng ôm chặt chiều dài đầy đủ của giao diện giữa phụ kiện đầu cuối và phần cách điện chính và bao gồm cả phần kim loại đầu cuối Sau

5 phút, cách điện phải chịu một tải trọng kéo đứt tăng nhanh nhưng đều từ 0 đến 70% của SML (tương đương với 49 kN) và sau đó duy trì ở giá trị này trong 1 phút, áp dụng giữa các phụ kiện kim loại Phần mộng, các phụ kiện kim loại và không cắt giảm Sau khi bắt đầu thử nghiệm 20 phút, các thẩm thấu khô được gỡ

bỏ khỏi bề mặt và bề mặt được sấy khô, và sau đó ta sử dụng thuốc tráng Không

có bằng chứng của vết nứt trên giao diện

Phần thử nghiệm này cho thấy độ kín của ghép nối vật liệu cách điện số 2 không

bị ảnh hưởng bởi tác động trong 6 năm phục vụ và kết quả của thử nghiệm này là đạt

Sau đó, cách điện số 3 phải chịu một tải trọng kéo đứt áp dụng giữa các khớp nối Tải trọng kéo đứt được tăng nhanh nhưng đều từ 0 - 75% của SML (tương đương

52 kN) và sau đó dần dần được tăng lên SML (bằng 70 kN) trong một phút Không có sự cố nào xảy ra Sau đó tải trọng kéo đứt được tăng lên cho đến khi gây phá hủy tại giá trị 95 kN Các đường cong của thí nghiệm tải trọng phá hủy được biểu diễn trong hình 1.21

Hình 1.21: Đường cong thí nghiệm tải trọng phá hủy 1.4 Đánh giá chung về các ưu nhược điểm của cách điện composite

Liên đoàn các công ty điện lực và hiệp hội nghiên cứu kỹ thuật điện trên thế giới

đã phối hợp với các trường đại học, viện nghiên cứu, các công ty điện lực và các

cơ sở sản xuất cách điện composite đã triển khai một chương trình nghiên cứu và đánh gía trên cách điện composite từ tháng 10 năm 1997 Mục tiêu của chương trình này là đánh giá nền tảng hoạt động của cách điện composite và điều tra hiện trạng sử dụng của chúng ở Châu Âu, Bắc Mỹ, Úc.v.v…, đánh giá các điều kiện môi trường đối với sử dụng và xác định tiềm năng của chúng tại Nhật Bản

Với nội dung xác định trạng thái hiện tại của cách điện composite- NCI

(non-ceramic insulator) trên thế giới, hội đồng kỹ thuật cách điện composite thuộc

CIGRE - WG22-03 đã đưa ra một bản khảo sát các câu hỏi dựa trên kinh nghiệm

vận hành gửi tới 51 công ty điện ở Châu Âu, Bắc Mỹ, Úc v.v… 18 công ty trong

số đó đã phúc đáp Trong đó vùng Bắc Mỹ có 10 công ty trả lời, vùng châu Âu có

6 công ty và Úc có 2 công ty trả lời

Các công ty đã cho biết cách điện treo composite dễ lắp đặt, có trọng lượng nhẹ,

dễ dàng bảo dưỡng Về chi phí giữa việc sử dụng và không sử dụng cách điện treo composite khi xây dựng đường dây mới (dựa trên sử dụng cách điện truyền thống), 7 trong số 16 công ty phúc đáp đã giảm được các chi phí từ 80 đến 100% với cách điện treo composite và 6 báo cáo giảm từ 50 đến 80% đối với các mức trước đó

Về bảo dưỡng cách điện, báo cáo của các công ty điện lực được khảo sát cho thấy việc bảo dưỡng cách điện treo composite khá đơn giản và dễ dàng thực hiện bằng mắt thường Một số công ty chỉ thực hiện 1-2 lần/năm thậm chí chỉ kiểm tra bảo dưỡng chỉ khi có vấn đề nghi ngờ Các biện pháp khác như vệ sinh tuyến đường dây, các đo đạc (đo phân bố điện trường, Đo nhiệt lượng bằng hồng ngoại, dò tìm phóng điện cục bộ với camera UV…) cũng chỉ thực hiện khi thấy cần thiết Trong khi đó, tại các công ty được khảo sát này, tần suất kiểm tra các cách điện truyền thống là cao hơn

Về sự cố xảy ra đối với cách điện treo composite, chủ yếu là hiện tượng cơ học như các phụ kiện đầu cuối bằng kim loại bị phá hủy hoặc lõi của cách điện treo bị gãy, sự suy hao đặc tính cách điện của bề mặt cách điện composite chủ yếu là do nhiễm bẩn một thời gian dài Các công ty cũng đã ước lượng tuổi thọ một cách định tính của cách điện composite là nhiều hơn 20 năm Không một công ty nào chỉ rõ ‘ngắn’ hay ‘rất ngắn’ về tuổi thọ của cách điện composite

2 Việc thử nghiệm đánh giá cách điện treo composite đã mang lại hiệu quả tích cực cho việc vận hành chúng tại các khu vực khác và phục vụ cho đánh giá cách điện composite nói chung

3 Bước đầu sử dụng cách điện treo composite tại một số công ty điện lực trên thế giới đã cho thấy khả năng tiết kiệm chi phí xây lắp cũng như bảo dưỡng đường dây tải điện khi so sánh với sử dụng cách điện sứ và thủy tinh

4 Tuy vậy, cách điện composite cũng còn có một số nhược điểm chủ yếu sau trong vận hành:

- Khó phát hiện bằng mắt thường các điểm khiếm khuyết trên cách điện so với cách điện thủy tinh hoặc sứ

- Vì cách điện composite là đơn thân với một lõi cho nên sẽ có hiện tượng gãy lõi cách điện gây nên phá hủy nguyên một cái cách điện

- Các phụ kiện kim loại đầu cuối của cách điện composite dường như có kết cấu phức tạp hơn so với ti sứ và mũ sứ của cách điện sứ hoặc thủy tinh

- Tuổi thọ tổng thể của cách điện composite hiện tại vẫn đang theo dõi chưa có con

số chính xác, ít nhất là trên 20 năm

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CÁCH ĐIỆN COMPOSITE TRONG ĐIỀU KIỆN VẬN HÀNH TẠI VIỆT NAM

2.1 Hiện trạng sử dụng cách điện composite trong hệ thống điện Việt Nam 2.1.1 Cách điện composite trong hệ thống điện Việt Nam

Như đã trình bày trong giai đoạn một, cách điện composite trong hệ thống điện Việt Nam được sử dụng ngày càng nhiều trong cả lưới điện phân phối (10, 22, 35,

110 kV), lẫn lưới điện truyền tải (220, 500 kV) Với lưới điện phân phối, cách điện composite được sử dụng chủ yếu bởi các điện lực tỉnh, tập trung nhiều ở các tỉnh phía Bắc như Thái Nguyên, Hà Giang, Lạng Sơn, Lào Cai Ngoài ra được sử dụng rải rác ở điện lực các tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Trị, Bình Định, Gia Lai…và tại một số tỉnh Nam Bộ Đa số các cách điện này được nhập khẩu từ Trung Quốc,

do các cơ sở sản xuất của nước này thiết kế và chế tạo với thành phần cao su silicone nhập ngoại từ thị trường Mỹ hoặc các nước châu Âu Tuy nhiên, do thời gian đưa vào sử dụng chưa lâu, công tác quản lý thu thập số liệu về cách điện composite trong lưới phân phối 10, 22, 35kV của các điện lực địa phương có nhiều bất cập dẫn tới cơ sở dữ liệu không đảm bảo, nên trong giai đoạn hai này đề tài chủ yếu khảo sát và phân tích cách điện composite được sử dụng trên lưới điện từ cấp 110kV trở lên tới 500kV

Theo số liệu thống kê thu được, tính đến nay cách điện composite đang được sử dụng ngày càng rộng rãi trong lưới điện truyền tải Việt Nam, cụ thể tại một số tuyến điển hình theo các cấp điện áp như sau:

a) Với cấp 110 kV:

- Tuyến đường dây Bù Đăng - Đăk Nông: Đường dây đi qua địa hình rừng núi

cao, sau khi lắp đặt các điện composite thì suất sự cố và tổn thất điện năng được giảm xuống đáng kể trong mùa mưa giông sét nhiều

- Tuyến đường dây ChưSê - AyunPa: với tổng chiều dài 56,5 km chủ yếu đi

qua những vùng đồi núi hiểm trở đã được thay cách điện thủy tinh IIC 70 E và IIC 120Б bằng cách điện Compositer ở 82 vị trí xung yêu trên tuyến đường dây, nên hạn chế được sự cố phóng điện vỡ sứ do giông sét, nắng, bụi bẩn kết hợp sương muối, đảm bảo tính cung cấp điện an toàn cung cấp điện liên tục cho cả một khu vực rộng lớn

- Tuyến đường dây Đông Hà - Lao Bảo: được thay thế toàn bộ cách điện sứ

bằng cách điện composite, từ đó hạn chế rõ rệt hiện tượng phóng điện trên chuỗi

sứ trên khu vực núi cao, thời tiết thường có sương muối, cũng như hạn chế sự cố thoáng qua và tổn thất điện năng do bụi bẩn

- Tuyến đường dây Thái Nguyên - Sóc Sơn: Cũng đã thay thế toàn bộ cách điện

thủy tinh bằng cách điện composite

b) Với cấp 220 kV:

- Tuyến đường dây Bà Rịa - Phú Mỹ: thay thế cách điện sứ/thủy tinh bằng cách

điện composite năm 2007 và 2008

- Tuyến đường dây Tuyên Quang - Bắc Kạn - Thái Nguyên (mạch kép): toàn

tuyến sử dụng cách điện composite đóng điện vận hành tháng 7 năm 2008

- Tuyến đường dây Sóc Sơn - Thái Nguyên: toàn tuyến sử dụng cách điện

composite đóng điện vận hành vào tháng 12 năm 2007

- Tuyến đường dây Thanh Hóa - Vinh (một mạch): đang được đầu tư lắp đặt

cách điện composite

- Tuyến đường dây Nhiệt điện Thái Bình - Trạm 220 kV Thái Bình: đang được

đầu tư lắp đặt cách điện composite

Qua khảo sát hiện trạng sử dụng cách điện silicone tại khu vực Nam miền Trung

và Tây Nguyên do công ty Truyền tải điện 3 cung cấp cho thấy :

Hình 2.1: Sơ đồ quản lý lưới truyền tải của Công ty Truyền tải điện 3

Thời tiết tại khu vực này mang những nét đặc thù của hình thái khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm của Việt Nam, do đường dây và cách điện mang những đặc điểm sau:

- Tất cả các đường dây ở vùng ven biển và Tây Nguyên đều thuộc mức ô nhiễm trung bình và chọn tiêu chuẩn chiều dài dòng rò là 20 mm/kV

- Các đường dây đi gần biển nên cách điện và phụ kiện bị nhiễm mặn, ăn mòn; ty

sứ bị mục và muối mặn bám dính trên bề mặt sứ gây phóng điện dọc chuỗi cách điện

- Các đường dây ở khu vực Tây Nguyên, về mùa khô bụi đất đỏ bazan bám vào bề mặt cách điện, ban đêm lại thường xuyên có sương mù xuất hiện nên gây phóng

điện dọc chuỗi sứ Đặc biệt khi có sương mù đậm đặc hiện tượng phóng điện dọc chuỗi sứ liên tục vỡ nếu sứ bẩn nhiều sẽ xảy ra sự cố thoảng qua do phóng điện qua sứ

- Các cung đoạn đường dây đi gần các nhà máy công nghiệp như nhà máy đường, nhà máy cồn công nghiệp, gạch ngói và các đoạn đường dây đi qua vùng đất đỏ bazan ở Tây Nguyên, cách điện tại các đoạn này bị phóng điện do bụi bẩn, sương

mù và phát ra tiếng kêu to Khi cách điện bị phóng điện làm rỗ bề mặt và hoặc cháy xém bề mặt và nặng hơn là gây sự cố thoáng qua

Do vậy PTC3 đã thay cách điện ở các cung đọan này bằng loại có chiều dài dòng

rò là 20mm/kV trở lên hoặc thay bằng cách điện Composite

Hiện nay Công ty Truyền tải điện 3 đã tiến hành tổng hợp và đưa ra số liệu về công tác thay thế cách điện truyền thống bằng cách điện composite như sau:

Bảng 2.1: Số lượng cách điện composite đã được Công ty Truyền tải điện 3

thay thế từ năm 2005 cho đến 2009

Hình 2.2 b: Cách điện composite trên đường dây 500 kV

Các ưu điểm của cách điện composite được thể hiện rất rõ trong khu vực này do:

- Cách điện composite là một chất dẻo hữu cơ tổng hợp được thiết kế chống lão hóa và ăn mòn vỏ bọc của chuỗi cách điện do hiện tượng vầng quang giọt nước gây ra Thiết kế này giúp tăng cao độ tin cậy của chuỗi cách điện và đặc biệt thích hợp cho lắp đặt nơi môi trường ô nhiễm cao như vùng bờ biển, khu công nghiệp, vùng sương muối, vùng sa mạc, vùng bụi đất bazan

- Công nghệ làm kín ty lõi với các lớp xếp chồng tại khớp nối để loại bỏ sự cố đứt gãy ty lõi do acid xâm nhập vào bên trong lõi

Loại cách điện này đang được lắp đặt nhiều ở lưới điện trung hạ thế Ở lưới điện truyền tải từ khi lắp đặt thử nghiệm đến nay nhận thấy rằng loại cách điện này có nhiều ưu điểm so với loại cách điện gốm, thủy tinh như:

- Nhẹ, dễ lắp ráp, có thể chống bắn phá và chiều dài dòng rò của cách điện có thể tăng lên mà không làm ảnh hưởng đến các yếu tố cơ khí của cột Đặc biệt giá thành không cao hơn sứ gốm hoặc sứ thuỷ tinh

- Khi vận hành trên lưới tiếng ồn giảm hẳn so với cách điện gốm, thủy tinh, không

có hiện tượng phóng điện hồ quang trên bề mặt chuỗi cách điện

- Trong quá trình vận hành không cần phải cắt điện để vệ sinh bảo dưỡng cách điện

- Chuỗi cách điện nhỏ, gọn làm giảm cơ cấu chịu lực cơ khí của đường dây, và rất

thuận lợi khi tiến hành thay thế lắp đặt do tốn ít nhân lực, thi công đơn giản gọn

nhẹ

Thực tế cho thấy rằng trong 5 năm đưa vào vận hành (từ năm 2005 cho đến nay)

các chuỗi cách điện composite chưa bị hư hỏng hay phát hiện nguyên nhân có thể

gây hư hỏng Trong khi đó, với cách điện truyền thống cũng ở khu vực trên và

trong thời gian tương đương số lần sự cố trên đường dây thu được như sau:

Bảng 2.2: Thống kê sự cố cách điện truyền thống từ năm 2005 đến 2009

Hình 2.3: Cách điện NGK khi bị phóng điện

Cách điện truyền thống ở khu vực này thường bị sự cố là do những nguyên nhân

sau:

- Các đường dây truyền tải của PTC3 quản lý hầu hết đi qua vùng ven biển và

vùng bị nhiễm bẩn nặng Theo hồ sơ thiết kế do các Công ty Tư vấn xây dựng điện

xác định (đặc biệt các công trình đợc thiết kế từ trước năm 2000) tất cả các đường

dây ở vùng ven biển và Tây Nguyên đều thuộc mức ô nhiễm nhẹ và chọn tiêu chuẩn chiều dài dòng rò là 16 mm/kV Dựa vào tiêu chuẩn trên đã xác định số bát

sứ cho từng pha ở từng cấp điện áp trên đường dây như sau:

đường rò 295 mm/bát với số lượng sứ cho từng chuỗi như sau:

o Đường dây 500kV: Dùng loại có chiều dài đường rò 380 mm/bát cho chuỗi

sứ đỡ, 485 mm/bát cho chuỗi sứ néo và 320 mm/bát cho chuỗi sứ đỡ lèo với

số lượng sứ cho từng chuỗi như sau:

rò là 20 mm/kV, thì số lượng bát cách điện cho từng chuỗi cụ thể như sau:

o Các đường dây 220kV: Dùng loại có chiều dài đường rò 295mm với số lượng sứ cho từng chuỗi:

sứ đỡ, 485mm cho chuỗi sứ néo và 320mm cho chuỗi sứ đỡ lèo với số lượng sứ cho từng chuỗi:

+ Chuỗi sứ đỡ lèo: 37 bát

Và một số nguyên nhân khác như:

- Hiện tượng phóng điện bề mặt cách điện do ảnh hưởng của gió biển, sương muối và bụi bẩn bám dính nhiều trên bề mặt cách điện Khi thời tiết khu vực ẩm -ướt, có sương mù, mưa phùn gây phóng điện qua chuỗi sứ

- Hiện tượng phóng điện gây hư hỏng, vỡ cách điện khi có giông sét hoặc khi

có sự chênh lệch nhiệt độ trong ngày

- Do dân dùng súng, ná bắn vỡ cả chuỗi hay chỉ còn 2-3 bát trong 01 chuỗi

- Chất lượng của bề mặt cách điện kém

- Sự lão hoá cao, vận hành lâu làm giảm cách điện bề mặt sứ

Hình 2.4: Cách điện thủy tinh bị phóng điện (đoạn đường dây 220 kV

Krôngbuk - Nha Trang đi sát biển)

Do những nguyên nhân hư hỏng kể trên mà cách điện composite được quyết định mang vào sử dụng và cho thấy nhiều ưu điểm của mình

Đề xuất thay thế cách điện truyền thống bằng cách điện bằng composite trên một

số vị trí dựa trên thu thập số liệu và phân tích sau đây:

a) Đường dây 500 kV Pleiku - Phú Lâm và Pleiku - Di Linh:

Với một số vị trí nằm trong vùng ô nhiễm nặng thuộc các cung đoạn:

- Khi bị phóng điện dọc chuỗi cách điện, phát tiếng ồn lớn do đó nhanh chúng làm suy giảm cách điện (năm 2002 bị sự cố phóng sứ ở các VT 2625, 2644, năm 2004 bị sự cố ở các VT 2467, 2468, 2473)

khí hậu ẩm và có sương muối

công tác kiểm tra ngày, đêm nhằm sớm phát hiện độ nhiễm bẩn của cách điện để đăng ký kế hoạch cắt điện bảo dưỡng vệ sinh cách điện, kiến nghị được thay thế cách điện truyền thống bằng cách điện composite

Hình 2.5: Cách điện thủy tinh bị nhiễm bẩn nặng gây phóng điện hồ quang

cung đoạn từ VT 2600 - VT 2702 ĐDK 500 kV Bắc Nam

b) Các đường dây 220 kV:

- Các cung đoạn đường dây đi gần các nhà máy công nghiệp như nhà máy đường, nhà máy cồn công nghiệp, gạch ngói và các đoạn đường dây đi qua vùng đất đỏ bazan ở Tây Nguyên, cách điện tại các đoạn này bị phóng điện do bụi bẩn, sương mù và phát ra tiếng kêu to Khi cách điện bị phóng điện làm rỗ bề mặt và hoặc cháy xém bề mặt và nặng hơn là gây sự cố thoáng qua

- Do vậy PTC3 đã thay cách điện ở các cung đọan này bằng loại có chiều dài dòng rò là 20mm/kV trở lên hoặc thay bằng cách điện Composite

2.2 Vận hành cách điện treo trên lưới truyền tải:

Hệ số an toàn cơ học của phụ kiện mắc dây là tỉ số giữa tải trọng cơ học phá hủy với tải trọng định mức lớn nhất tác động lên phụ kiện khi ĐDK làm việc ở chế

độ bình thường không được nhỏ hơn 2,5; trong chế độ sự cố không được nhỏ hơn 1,7

2.2.2 Quy định về vận hành bảo dưỡng cách điện treo composite

Hiện tại, các Công ty TT điện vẫn chưa có các quy trình, quy định chính thức

về vận hành, bảo dưỡng cũng như sửa chữa các loại cách điện composite trên đường dây nói chung và đường dây truyền tải nói riêng, mà chỉ có những quy định tạm thời trong công tác trên

Qua tham khảo và đối chiếu với các quy định của các công ty sản xuất và vận hành đường dây tải điện có sử dụng cách điện composite trên thế giới, có thể rút ra được một số lưu ý chính trong vận hành và bảo dưỡng cách điện treo composite như sau:

* Bảo quản cách điện silicone tại kho, bãi phải lưu ý các điều sau:

- Phải có đầy đủ hồ sơ thiết kế, tài liệu hướng dẫn của nhà cấp hàng

- Phải để nơi khô ráo, sạch sẽ, thoáng mát;