Bài giảng Kỹ thuật cao áp - Chương II: Tổng quan về hệ thống cách điện

TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÁCH ĐIỆN 1. Hệ thống cách điện bằng không khí-hở 2. Hệ thống cách điện bằng khí kín 3. Hệ thống cách điện bằng chất lỏng và chất rắn tẩm chất lỏng 4. Hệ thống cách điện bằng chất rắn TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 1. Hệ thống cách điện bằng không khí  Cách điện giữa các phần có chênh lệch điện thế cao bằng không khí  Sự phóng điện nếu xảy ra sẽ phát triển trong không khí  VD: đường dây truyền tải trên không  Vật dẫn mang điện áp cao luôn được lắp đặt trên chất rắn cách điện  hệ thống cách điện bằng không khí vẫn tồn tại chất rắn cách điện  phóng điện có xu hướng xảy ra trên bề mặt tiếp xúc giữa không khí và chất rắn cách điện (bề mặt sứ treo, sứ đỡ, sứ xuyên) Vật dẫn có điện áp cao Chất rắn chống đỡ cách điện Đất Không khí Vết phóng điện TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.  Trong một số trường hợp cách điện hỗn hợp không khí -chất rắn được sử dụng  không khí và chất rắn có độ bền điện khác nhau và chịu tác động của cường độ điện trường khác nhau  phóng điện trong khe không khí có thể không dẫn đến phóng điện toàn phần  VD: máy biến áp khô, thanh cái có bọc cách điện, đầu nối cáp, máy cắt cách điện bán phần Vật dẫn có điện áp cao Chất rắn chịu lực Đất Không khí Chất rắn cách điện TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.  Ưu điểm của hệ thống cách điện bằng không khí o Thiết bị có giá thành thấp o Làm mát hiệu quả o Dễ kiểm tra và bảo trì o Tự phục hồi cách điện sau khi phóng điện o Tổn hao điện môi thấp  Nhược điểm o Cần không gian lớn (không khí có độ bền cách điện thấp 3kV/mm) o Độ bền cách điện của KK phụ thuộc môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, bụi, ô nhiểm) o Tính thẩm mỹ thấp (khu dân cư đông) o Tăng nguy cơ điện giật o Gây nhiễu đường dây thông tin liên lạc TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 2. Hệ thống cách điện bằng khí kín  Đặc điểm: cách điện chủ yếu bằng chất khí, có vỏ kín ngăn cách chất khí cách điện với không khí xung quanh thiết bị  Khí thường sử dụng: SF6 nhưng các chất khí điện âm khác có thể được sử dụng  Để tăng độ bền cách điện của chất khí, khí nén dưới áp suất cao được sử dụng (một vài atm)  Cần chất rắn cách điện làm vật liệu cấu trúc  VD: o Thiết bị chuyển mạch khí nén - GIS (>145 kV) o Máy cắt khí ở áp suất thường (12, 24 kV) o Máy biến áp cách điện bằng khí (SF6 trộn Freon) o Máy điện quay điền kín bằng hydro o Cáp cách điện bằng khí o CB (SF6, khí nén, chân không) TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.  Ưu điểm của hệ thống cách điện khí kín o Cần không gian nhỏ/ kích thước nhỏ gọn o Độ bền điện cao o Độ an toàn điện cao o Không bị ảnh hưởng của môi trường xung quanh  Nhược điểm o Nén khí ở áp suất cao đòi hỏi độ an toàn cơ học cao o Yêu cầu độ kín cao o Tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ khi bị sự cố o Nhạy cảm với sự ô nhiểm (ẩm độ, hạt (sợi) tạp chất) TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 3. Hệ thống cách điện bằng chất lỏng và Chất rắn tẩm chất lỏng  Cách điện duy nhất bằng chất lỏng: máy cắt dầu  Chất lỏng cách điện thông thường được kết hợp với chất rắn cách điện có cấu trúc rỗng (giấy cách điện - kraft)  Chất lỏng cách điện điền đầy cấu trúc rỗng của giấy  ngăn ngừa hiện tượng phóng điện cục bộ  độ bền điện giấy tẩm chất lỏng cao hơn độ bền điện của giấy hoặc chất lỏng riêng rẽ  Cách điện giấy - dầu có thể tạo thành toàn bộ hệ thống cách điện (cáp, tụ điện) hoặc một phần (máy biến áp) TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. Hệ thống cách điện giấy dầu của máy biến áp điện lực TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. Hư hỏng cách điện của máy biến áp điện lực TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. Hệ thống cách điện giấy dầu của cáp điện lực TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.  Ưu điểm o Độ bền điện cao o Làm mát hiệu quả với khả năng làm mát cưỡng bức o An toàn o Không có khe hở giữa các chi tiết  Nhược điểm o Vấn đề giãn nở nhiệt o Nhạy cảm với ẩm độ, hạt và các ô nhiễm khác o Tổn hao điện môi khá cao o Trọng lượng lớn o Khó sửa chữa o Cấu trúc phức tạp, chi phí cao cho quá trình làm khô giấy và tẩm dầu TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 4. Hệ thống cách điện rắn (không tẩm)  Vấn đề đối với chất rắn cách điện là sự tồn tại các lỗ rỗng bên trong  chất rắn có nguồn gốc hữu cơ dễ dàng bị phá hủy bởi hiện tượng phóng điện cục bộ  Vấn đề trên được khắc phục bằng 02 cách o Lựa chọn vật liệu và quá trình sản xuất hạn chế sự xuất hiện lỗ rỗng hoặc giới hạn lỗ rỗng có kích thước nhỏ o Sử dụng vật liệu có nguồn gốc vô cơ không bị phá hủy bởi phóng điện cục bộ  Ví dụ: o Cáp cao áp (PE, XLPE, PVC, EPR) o Máy phát điện (mica, sợi thủy tinh, epoxy) o Sứ cách điện (thủy tinh, sứ, epoxy) o Máy biến áp đo lường (epoxy) o Sứ xuyên (epoxy, giấy/epoxy) o Tụ điện (polypropylene) TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.  Ưu điểm o Dễ tạo hình o Giá thành khá thấp o Dễ xử lý o Trọng lượng nhỏ o Khả năng chịu nhiệt tốt  Nhược điểm o Quá trình chế tạo phức tạp o Nhạy cảm với ẩm độ o Chất rắn hữu cơ có thể bị phát hỏa TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. Hư hỏng cách điện của cáp điện lực TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. Lựa chọn hệ thống cách điện  Yếu tố kỹ thuật (độ bền điện, độ bền cơ, độ bền nhiệt, tổn hao điện môi, không gian cần thiết)  Yếu tố kinh tế (chi phí đầu tư, bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế)  Sau khi chọn hệ thống cách điện, hệ thống cách điện phải được tối ưu hóa về mặt thiết kế hình dạng hình học (đạt điện trường càng đồng nhất càng tốt) và lựa chọn vật liệu cách điện Điện trường cao tại các điểm nhọn Điện trường gần đều Thay thế TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. Vòng corona TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/25/2015. Tài liệu có bản quyền, không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. Câu hỏi thảo luận 1. Lựa chọn hệ thống cách điện cho máy biến áp điện lực cấp trung thế với các yêu cầu sau: - Có công suất thấp và trung bình sử dụng tại các khu vực với yêu cầu chống cháy nổ và thân thiện môi trường? (thảo luận nhóm)