Kỹ thuật cao áp (Chuong II tong quan ve HTCD)

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ
HỆ THỐNG CÁCH ĐIỆN
1. Hệ thống cách điện bằng không khí
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
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 chống đỡ bằng chất rắn cách
điện ⇒ hệ thống cách điện thực tế bao gồm không khí + 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

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 chống đỡ
cách điện
Đất
Không khí
Chất rắn
cách điện

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
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: SF
6
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 (SF
6
trộn Freon)
o
Máy điện quay điền kín bằng hydro
o
Cáp cách điện bằng khí
o
CB (SF6, khí nén, chân không)

Ưu điểm của hệ thống cách điện khí kín
o
Cần không gian nhỏ
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)
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 >
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…)

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
4. Hệ thống cách điện rắn (không tẩm)

Vấn đề đối với chất rắn cách điện là nguy cơ 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

VD:
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)

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

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
Vòng corona