Chương 7: THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM CÁCH ĐIỆN BÊN NGOÀI Các loại cách điện cơ bản được sử dụng: Chất cách điện gốm. Chất cách điện không gốm (còn gọi là chất cách điện polymer). Chất cách điện composite. Ứng dụng và thiết kế vật liệu cách điện composite dùng cho lưới điện: Cách điện Composite đã sử dụng ngày càng nhiều trong cả dải điện áp truyền tải và phân phối đòng thời chiếm một thị phần rộng hơn. Sự thúc đẩy chủ yếu mức tăng thực sự như vậy vì nó được đánh giá có ưu điểm lớn so với cách điện vô cơ (chủ yếu là cách điện sứ và thủy tinh). Một trong những ưu điểm chính của cách điện composite đó là năng lượng bề mặt của chúng thấp cùng với việc duy trì được đặc tính chống đọng nước bề mặt trong các điều kiện thời tiết ẩm như sương mù, sương muối và mưa.
Trang 1MÔN HỌC: THỬ NGHIỆM CAO ÁP
Chương 7:
THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM
CÁCH ĐIỆN BÊN NGOÀI
Giảng viên hướng dẫn
Trang 2I/ THIẾT KẾ CÁCH ĐIỆN.
Các loại cách điện cơ bản được sử dụng:
Trang 31 Chất cách điện gốm:
- Ceramic hay còn gọi là gốm sứ đã được kỹ thuật hoá,
nó khác biệt so với các loại gốm thông thường Gốm
sứ đã được nâng cấp lên một tầm cao mới với nhiều
đặc điểm ưu tú, từ đó trở thành loại vật liệu cao cấp
được lựa chọn bởi các ngành công nghiệp chế tạo để sản xuất các thiết bị.
MÔN HỌC: THỬ NGHIỆM CAO ÁP
Trang 4Ưu điểm của gốm:
- Độ bền cao: so với thép thì gốm có độ cứng cao gấp 3 - 4 lần.
- Trọng lượng siêu nhẹ: tuy độ cứng của gốm cao hơn thép nhưng trọng lượng lại nhẹ hơn thép rất nhiều Ưu điểm này khiến cho gốm có nhiều ứng dụng rộng rãi trong đời sống hằng ngày.
MÔN HỌC: THỬ NGHIỆM CAO ÁP
Trang 5- Khả năng chịu nhiệt tốt: đây là một tính năng quan trọng của gốm Các vật dụng gốm khi được sản xuất cũng phải trải qua quy trình nung nóng cực cao
- An toàn, thân thiện: đây là loại vật liệu an toàn, không độc hại khi tiếp xúc Do đó, người dùng không cần phải lo ngại về vấn đề kích ứng da khi
sử dụng.
MÔN HỌC: THỬ NGHIỆM CAO ÁP
Trang 6MÔN HỌC: THỬ NGHIỆM CAO ÁP
Sứ đỡ (ứng dụng trong ngành điện):
- Lắp đặt đơn giản, rẻ tiền
- Không chỉ có độ bền cao,sứ gốm còn có sức chịu
nhiệt lớn, khả năng chống chịu với thời tiết khắc nghiệt tốt hơn sứ thủy tinh hay sứ polymer, được sử dụng
trong mọi môi trường, kể cả sương muối
- Với điện áp càng cao, việc sử dụng sứ đỡ không còn kinh tế, nó trở lên cồng kềnh Đặc biệt với chiều dài lớn, dưới tác dụng của trọng lượng, sức căng dây, gió thổi dẫn đến điểm uốn gần điểm gắn vào xà có thể bị bẻ
gẫy Vì vậy loại sứ này thường sử dụng cho cấp điện áp đến 35kV
Trang 7 Duy trì đặc tính ở nhiệt độ cao
Hệ số ma sát thấp (đặc biệt ở tải trọng cao và mức
Trang 9-Sứ cách điện gốm 24kV, 35kV, 110kV, 220kV, 500kV đạt
được chất lượng tốt, chịu được nhiệt độ cao, độ bền vượt trội nên được sử dụng rộng rãi
thế) thường được dùng trong các trạm biến áp và đường dây truyền tải điện, cách điện cho néo đơn, néo kép, chuỗi đỡ đơn, chuỗi đỡ kép,
- Sứ chằng: Loại sứ cách điện được sử dụng làm điểm nối và kết
thúc cáp chằng néo giúp cách điện trên cáp chằng, ngăn chặn dòng rò truyền xuống phần cáp phía dưới
Trang 10Sứ chằng
MÔN HỌC: THỬ NGHIỆM CAO ÁP
Trang 11Các loại sứ co, thẳng
MÔN HỌC: THỬ NGHIỆM CAO ÁP
Trang 12- Chất cách điện sứ và thủy tinh được thiết kế tốt, dựa vào việc sử dụng lâu dài của chúng.
- Hiện nay các loại chất cách điện chiếm phần lớn các đơn vị phục vụ, những cải tiến liên tục trong quá trình thiết kế và sản xuất đã đến chất cách điện, cả 2 đều đáng tin cậy và lâu dài.
- Vật liệu sứ thì được phủ 1 lớp men để truyền sức mạnh lên bề mặt.
MÔN HỌC: THỬ NGHIỆM CAO ÁP
Trang 13- Vật liệu thủy tinh thì được sản xuất chủ yếu thủy tinh cường lực, ngăn ngừa hình thành vết nức, cả 2 vật liệu này đều có bề mặt trơ, cho thấy khả năng chống lại bề mặt là rất tốt và cả 2 đều cực kỳ mạnh trong việc nén.
MÔN HỌC: THỬ NGHIỆM CAO ÁP
Trang 14Hình ảnh.
(a) Chuẩn (b) Mở Profile (tự làm sạch) (c) Chống sương mù
Trang 15MÔN HỌC: THỬ NGHIỆM CAO ÁP
- Quy trình sản xuất sứ điện rất phức tạp và nhiều bước thực hiện, với chất cách điện thủy tinh thì ít phức tạp hơn Lỗi của sứ và sứ cách điện thường có thể bắt nguồn từ quá trình sản xuất, vật liệu hoặc ứng dụng của thiết bị Nếu không thận trọng và kiểm soát đầy đủ trong các lĩnh vực này thì khả năng sản phẩm sẽ kém hơn Tuy nhiên, khi được chế tạo tốt thì cả sứ và sứ cách điện đều có độ tin cậy cao.
Trang 16MÔN HỌC: THỬ NGHIỆM CAO ÁP
2/ Chất cách điện không gốm Polymer : (Đăng)
- Được làm bằng vật liệu cơ bản là polymer có đầu kim loại, phần bên trong là một thanh nhựa gia cố bằng thủy tinh, cung cấp độ bền cơ học.
- Lõi thủy tinh có khả năng bảo vệ chống lại môi trường thông qua việc đóng gói trong vỏ cao su, các kết cấu cơ học ở đầu cách điện bằng nhiều cách khác nhau, một số thiết kế được sử dụng dán keo, một số khác có kèm kiểu nêm
Trang 17MÔN HỌC: THỬ NGHIỆM CAO ÁP
2/ Chất cách điện không gốm: (tiếp theo)
- Vẫn còn các nhà sản xuất sử dụng dạng uốn.
- Trong mọi trường hợp, các đầu kim loại được gắn vào thanh thủy tinh để cung cấp cho chất cách điện độ bền cơ học của các ứng dụng cần thiết Chúng có khả năng chống chịu tải cực cao do dây dẫn hoặc lỗi phần cứng trên các nhịp liền kề
Trang 18MÔN HỌC: THỬ NGHIỆM CAO ÁP
I/ THIẾT KẾ CÁCH ĐIỆN.
2/ Chất cách điện không gốm: (tiếp theo)
- Một lợi thế được nhà sản xuất và người tiêu dùng polymer tuyên bố là chúng có thể được thiết
kế với độ dài rò rỉ cực cao, có thể dễ dàng tối ưu hóa với các điều kiện môi trường khác nhau.
- Ngày nay polymer được sử dụng làm sản phẩm tiêu chuẩn trong nhiều hệ thống phân phối điện thế giới.
Trang 19MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
I/ THIẾT KẾ CÁCH ĐIỆN.
2/ Chất cách điện không gốm: (tiếp theo)
- Các lĩnh vực chính bao gồm hệ thống phân phối và truyền tải.
Trang 20MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
I/ THIẾT KẾ CÁCH ĐIỆN.
2/ Chất cách điện không gốm: (tiếp theo)
Hình ảnh (a)
Thép rèn và mạ kẽm phù hợp và nối với thanh bằng quá trình hoán đổi
Thanh nhựa gia cố sợi thủy tinh
Tiêm cao su đúc và bọc que
Mái che của đường kính xen kẽ ngăn chặn bắc cầu bằng băng, tuyết và mưa
Trang 21MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
I/ THIẾT KẾ CÁCH ĐIỆN.
2/ Chất cách điện không gốm: (tiếp theo)
Hình ảnh (b)
Kết thúc khớp nối với thanh bằng quá trình hoán đổi
Sợi thủy tinh gia cố nhựa epoxy Vỏ bọc cao su đúc và bảo vệ
Đầu nối sắt dễ uốn được liên kết với lớp phủ cao su EPDM: mặt ngoài mạ kẽm để chống ăn mòn
Trang 22MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
Thực hiện Nguyễn Hoài Nam
3 Ứng dụng và thiết kế vật liệu cách điện composite dùng cho lưới điện:
- Cách điện Composite đã sử dụng ngày càng nhiều trong
cả dải điện áp truyền tải và phân phối đòng thời chiếm một thị phần rộng hơn Sự thúc đẩy chủ yếu mức tăng thực sự như vậy vì nó được đánh giá có ưu điểm lớn so với cách điện vô cơ (chủ yếu là cách điện sứ và thủy tinh).
- Một trong những ưu điểm chính của cách điện composite đó là năng lượng bề mặt của chúng thấp cùng với việc duy trì được đặc tính chống đọng nước bề mặt trong các điều kiện thời tiết
ẩm như sương mù, sương muối và mưa
Trang 23MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
-Các ưu điểm khác bao gồm: do trọng lượng nhẹ nên kinh tế hơn khi thiết kế cột hoặc có thể lựa chọn việc nâng cấp điện áp của hệ thống điện hiện có mà không cần thay đổi kích thước cột Trọng lượng nhẹ cũng cho phép tăng khoảng cách giữa dây dẫn
và đất cũng như khoảng cách pha-pha từ đó làm giảm cường độ điện trường, giảm ảnh hưởng của chúng đến môi trường công cộng Cách điện Composite có thể chịu điện áp tương đương hoặc cao hơn so với cách điện sứ và thủy tinh Việc lắp đặt dễ dàng nên chi phí nhân công, đồng thời khi sử dụng, giảm chi phí bảo trì, chi phí vệ sinh cách điện mà với cách điện sứ và thủy tinh thì vệ sinh đòi hỏi phải thực hiện thường xuyên trong môi trường
Trang 24MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
đối tượng để diễn ra những thay đổi hóa học trên bề mặt
do thời tiết hoặc do phóng điện cầu khô khi bị ăn mòn và tạo thành các đường dẫn, đó chính là những nguyên nhân chính dẫn đến việc phá hỏng cách điện, tuổi thọ trung bình của cách điện cũng rất khó đánh giá, chưa biết độ tin cậy lâu dài, đồng thời khó xác định được lỗi của cách điện
- Cách điện Composite có 3 thành phần và thiết kế của từng thành phần phải tối ưu hóa đẻ thỏa mãn khả năng
chịu tác động cơ và điện trong suốt thời gian vận hành
Trang 25MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
Các thành phần bao gồm:
thủy tinh Đây là sự gia cường với polieste, vinyl este hoặc nhựa epoxy để cung cấp thêm độ bền cơ Các đầu cực kim loại thì làm bằng dạng thép tôi, sắt đúc mềm, sắt mềm hoặc nhôm và chúng được lựa chọn để làm tăng thêm độ bền cơ đồng thời chống lại sự
ăn mòn Hình dạng của chúng cũng rất quan trọng vì để hạn chế khả năng tạo ra phóng điện corona và đây chính là nguyên nhân làm vật liệu polime trở nên giòn và có thể bị vỡ dẫn đến việc phá hỏng cách điện do độ ẩm thấm vào bên trong thanh gia cường
Trang 26MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
-Vỏ cách điện làm bằng vật liệu polymer là thanh phần cách điện chính tạo chiều dài cách điện thích hợp với độ dài dòng rò tương ứng với từng cấp điện áp và chủng loại cách điện Vỏ được ép chật vào lõi để đảm bảo độ bền cơ học
- Lớp phủ chống lại tác động của thời tiết có một yêu cầu về độ lớn khe hở và hiện nay được cung cấp thêm với các loại vật liệu khác nhau, hình dạng, đường kính, độ dày
và khoảng cách khác nhau Việc tạo ra lớp phủ chống lại
Trang 27MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
Trang 28Ứng dụng và thiết kế vật cách điện composite dùng cho lưới điện truyền tải
Trang 29MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
- Xà ngang cách điện composite (CICA) bao gồm các vật
cách điện dạng cáp, vật cách điện trụ, kết nối khớp nối kim loại, thiết bị che chắn cân bằng điện áp, và chuỗi treo
đỡ dây dẫn CICA thay thế sự kết hợp của “xà ngang truyền thống bằng thép
- Chuỗi cách điện treo” trong đường dây truyền tải trên
không và hoạt động như một giá đỡ cách điện cho dây điện cao áp Nó có tính năng cách điện và tính năng cơ
học tuyệt vời hơn so với các giải pháp truyền thống
Trang 30MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
- CICA (Hình 1) có thể được sử dụng trong các dự án
đường dây truyền tải trên không mới và hiện có Xà ngang bằng thép truyền thống và chuỗi cách điện giúp tăng khoảng cách theo phương thẳng đứng (cách điện treo) cũng như khoảng cách theo chiều ngang (xà ngang) CICA hai chữ V cho phép rút gọn kích thước trong đó cụm lắp ráp dạng mođun tích hợp duy nhất của
nó (Hình 2) giúp giảm cả khoảng cách theo chiều thẳng
đứng và theo chiều ngang.
Trang 31MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
Hình vẽ này cho phép so sánh CICA hai chữ V với cấu hình xà ngang bằng thép
Trang 32MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
Tổng quan về CICA hai chữ V.
- Cụm lắp ráp hai chữ V thay thế cho chữ V đơn nằm ngang hai chiều, một công nghệ được phát triển từ nhiều thập kỷ trước để thu gọn kích thước nhằm tối ưu hóa hình dạng kích thước cột truyền tải Tuy nhiên về góc độ thu gọn kích thước thì chữ V đơn vẫn có những hạn chế về độ cứng vững chịu uốn và chịu nén Cụm lắp ráp hai chữ V đã được phát minh ra để cung cấp tính năng tương tự, với tỷ
lệ độ bền trên trọng lượng vượt trội, khả năng đàn hồi để chịu tải trọng va đập (chẳng hạn như trong điều kiện dây dẫn bị đứt) và độ dẻo dai chống chịu phóng điện bề mặt do
ô nhiễm trong quá trình sử dụng của vật liệu cách điện cao
su silicone composite làm cho chúng trở thành sự lựa chọn phù hợp nhất cho các xà ngang cách điện
Trang 33MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
-CICA hai chữ V là sự kết hợp của các vật cách điện trụ
đường dây composite và các vật cách điện treo, như thể hiện trên Hình 3 Cách điện trụ đường dây composite có chức năng như một giá đỡ dùng cho các tải trọng nén và uốn trong khi cách điện treo hoạt động như một giá đỡ chịu các tải trọng theo chiều thẳng đứng/kéo
Trang 34MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
Trang 35- Ngoài các thành phần cách điện này, CICA còn có nút kết nối kim loại đầu cuối cao áp (HV), các phụ kiện lắp dây dẫn, phần cứng kết nối phía cột và các linh kiện phân áp trường điện, tất cả đều rút ngắn khoảng cách theo chiều thẳng đứng và theo chiều ngang thường thấy ở các chuỗi cách điện treo truyền thống CICA hai chữ V là một loại thiết kế từ dòng CICA, nhóm này cũng bao gồm cách điện trụ đường dây, tứ diện và tháp ba chân được giằng cố định/xoay.
- Loại thiết kế CICA được quyết định sau khi phân tích các điều kiện vận hành/chịu tải và điều kiện môi trường Các thành phần của CICA hai chữ V tương tự như dòng CICA còn lại và bao gồm phần lớn của các đường dây truyền tải (<765kV) đang được sử dụng ở Mỹ
Trang 36MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
Ứng dụng cách điện Composite tại hệ thống điện Việt Nam
- Từ khi tuyến đường dây tải điện 500kV Bắc Nam đưa vào vậ hành, nhiều công nghệ và thiết bị hiện đại, tiên tiến
đã được giới thiệu và một phần đưa vào sử dụng trong hệ thống điện Việt nam trong đó có cách điện Composite
- Tuy nhiên, đối với điêu kiện vận hành của Việt Nam với
đặ thù khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều và giông sét nhiều,
việc đưa cách điện Composite vào sử dụng, cụ thể trên
các dây tải điện còn gặp nhiều trở ngại với một số nguyên nhân chính sau:
Trang 37MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
của Việt Nam của cách điện Composite chưa được kiểm chứng một cách rõ ràng Nhất là độ lão hóa do điều kiện bên ngoài cũng như điều kiện vận hành
sứ composite, tuổi thọ của cách điện cũng chưa được rõ rang vì đòi hỏi thời gian dài vận hành
Composite có những ưu điểm nổi trội như nhẹ, dễ thao tác trong lắp đặt nhưng lại mặt yếu là khó phát hiện chỗ hư hỏng(nứt mẻ, gãy…) bằng mắt thường so với cách điện bằng thủy tinh hay gốm sứ Điều này dẫn đến những khó khăn trong vận hành, bảo dưỡng sửa chữa, phát hiện và
Trang 38MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
những năm gần đây giá thành sản xuất cũng đã giảm đi so với các loại cách điện khác
sử dụng chủ yếu trên cá đường dây thuộc lưới điện phân phối 22 kV tại các Điện lực tỉnh chủ yếu tập chung ở phía Bắc như Hà Giang, Lào Cai, Lạng Sơn Ngoài ra rải rác ở các Điện lực Nghệ An, Hà Tĩnh và một số tỉnh Nam Bộ…
Trang 39MÔN HỌC: THỬ NGHIỆP CAO ÁP
II/ THỬ NGHIỆM CÁCH ĐIỆN NGOÀI
(T.Trí)
- Tất cả các chất cách điện được thử nghiệm theo các quy trình tiêu chuẩn được nêu trong các ấn phẩm quốc gia và quốc tế Chất cách điện gốm và thủy tinh được kiểm tra bằng chứng cơ học và liên hệ trước khi giao hàng Chất cách điện polymer (NCI) trước khi xuất xưởng mỗi bộ phận sản xuất phải chịu cơ học nhưng không được kiểm tra bằng chứng điện.
Trang 40MÔN HỌC: THỬ NGHIỆM CAO ÁP
II/ THỬ NGHIỆM CÁCH ĐIỆN (tiếp theo)
- Lý do chính cho sự khác biệt này là các vật liệu gốm
và thủy tinh thì thường được làm từ một số đơn vị nhỏ hơn
- Ngoài các thử nghiệm bằng chứng cơ học và điện, các nguyên liệu thô được sử dụng trong sản xuất gốm, thủy tinh và chất cách điện polymer được kiểm tra như
1 biện pháp kiểm soát quá trình sản xuất
Trang 41MÔN HỌC: THỬ NGHIỆM CAO ÁP
• II/ THỬ NGHIỆM CÁCH ĐIỆN (tiếp theo)
–Thử nghiệm cách điện ngoài là một phương pháp kiểm tra
độ bền điện và tính chất cách điện của các vật liệu cách điện
bằng cách áp dụng điện áp lên bề mặt bên ngoài của vật liệu để xem liệu vật liệu có đủ độ bền để chịu đựng điện áp trong một ứng dụng thực tế hay không
–Trong quá trình thử nghiệm cách điện ngoài, vật liệu cách điện được đặt giữa hai điện cực và áp dụng một điện áp xác định trong một khoảng thời gian nhất định để đo lường dòng điện qua vật liệu cách điện Khi độ bền điện của vật liệu cách điện không
đủ để chịu đựng điện áp, vật liệu sẽ bị đột phá, dòng điện sẽ chạy