Nghiên cứu sản xuất dầu cho quá trình gia công cáp điện có điện thế cao 6KV 100KV

VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM









BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT DẦU CHO QUÁ TRÌNH
GIA CÔNG CÁP ĐIỆN CÓ ĐIỆN THẾ CAO 6KV-100KV


CNĐT: ĐINH VĂN KHA












8337

HÀ NỘI – 2010





1


MỞ ĐẦU

Dầu cáp điện là một thành phần quan trọng, không thể thiếu của quá trình
sản xuất các loại dây cáp điện đặc biệt là cáp điện rỗng. Các cáp điện dùng để
vận chuyển dòng điện trung hoặc cao thế có chứa dầu làm môi trường cách điện
tùy thuộc vào cường độ điện áp. Tính cách điện giảm do nhiệt độ của cáp
thường tăng lên khi cáp làm việc, do đó d
ầu cần có độ nhớt nhỏ và khả năng
cách điện cao. Đối với cáp đặc thì dầu cáp được dùng để tẩm lên các cuộn giấy
đa lớp bao quanh dây dẫn, còn đối với cáp rỗng thì phần lớp vỏ bọc và dây dẫn
được chứa dầu. Để truyền tải điện năng với một điện thế lớn qua khu dân cư, các
công trình ngầm thì các loại dây dẫn trần (không đượ
c bọc lớp cách điện) không
đáp ứng được yêu cầu. Những trường hợp này đều phải sử dụng các loại dây cáp
có chứa dầu để dẫn điện. Hiện tại, các loại dây cáp này thường được nhập đồng
bộ với nguyên liệu để sản xuất cáp điện có giá thành rất cao.
Ở các nước tiên tiến, dầu cáp là chất lỏng cách điện chính sử dụng cho
loạ
i cáp rỗng truyền tải được điện áp rất cao (vài trăm đến hàng nghìn kV). Hiện
tại, một số nhà máy sản xuất cáp điện trong nước đã bắt đầu thăm dò việc nhập
dây chuyền công nghệ sản xuất cáp ngầm nhưng mới chỉ sản xuất được loại cáp

đặc, công nghệ sản xuất cáp rỗng vẫn chưa được quan tâm.
Từ những lý do trên, nhóm đề tài đã đị
nh hướng nghiên cứu đề tài
“Nghiên cứu sản xuất dầu cho quá trình gia công cáp điện có điện thế cao 6kV
– 100 kV” với mục tiêu tạo ra được công nghệ sản xuất dầu cáp điện có tính cách
điện cao và có độ nhớt khác nhau sử dụng cho các loại cáp với khoảng điện áp
làm việc rộng, có thể ứng dụng vào dân dụng và nhiều ngành công nghiệp khác
nhau.

2

MỤC LỤC

TÓM TẮT ĐỀ TÀI… 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 4
1.1. Dầu cáp điện 4
1.2. Phân loại 5
1.2.1. Dầu cho cáp đặc 6
1.2.2. Dầu cho cáp rỗng 7
1.3. Thành phần dầu cáp điện 8
1.3.1. Dầu gốc 8
1.3.2. Phụ gia 9
1.4. Một số đặc tính tiêu biểu của dầu cáp đ
iện 11
1.4.1. Đặc tính điện 11
1.4.2. Đặc tính hóa học 12
1.4.3. Đặc tính vật lý 13
1.5. Các yêu cầu cơ bản đối với dầu cáp điện 15
1.6. Tình hình nghiên cứu và sản xuất dầu cáp điện trong và ngoài nước 17
1.6.1. Trên thế giới 17

1.6.2. Trong nước 19
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 21

2.1. Phương pháp nghiên cứu 21
2.2. Thực nghiệm 21
2.2.1. Lựa chọn dầu gốc 21
2.2.2. Khảo sát và lựa chọn phụ gia 21
2.2.3. Pha chế dầu cáp điện 25
2.3. Các phương pháp phân tích chỉ tiêu chất lượng của dầu cáp điện 26
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33
3.1. Lựa chọn và xử lý phụ gia cách đ
iện 33
3.1.1. Polyisobuten 33
3.1.2. Ankylbenzen 34
3.2. Pha chế thử nghiệm hai phụ gia vào dầu gốc khoáng 37
3.2.1. Khảo sát và lựa chọn dầu gốc 37
3.2.2. Khảo sát tính năng sử dụng của phụ gia cách điện trong dầu gốc 38
3.3. Lựa chọn phụ gia ức chế oxy hóa cho dầu cáp pha chế 41
3.4. Pha chế dầu cáp điện 41
3.5. Quy trình công nghệ pha chế dầu cáp điện 44
KẾT LUẬN 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO 48
PHỤ LỤC……………………………………………………………………………. 50


3

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Dầu cáp điện là chất lỏng cách điện được dùng phổ biến trong sản xuất
cáp điện và truyền tải điện năng. Hiện nay, ở nước ta sản phẩm này phải nhập

ngoại hoàn toàn cùng các nguyên vật liệu sản xuất cáp.
Đề tài “Nghiên cứu sản xuất dầu cho quá trình gia công cáp điện có điện
thế cao 6kV – 100 kV” đã tiến hành nghiên cứu xác lập các đơ
n pha chế và quy
trình công nghệ pha chế dầu cáp điện có thể sử dụng ở nhiều cấp điện áp khác
nhau. Các dầu cáp được pha chế trên cơ sở các dầu gốc khoáng Nynas có độ tinh
chế cao: dầu S9.5, S13B và S25 B tương đương với các loại dầu gốc phân loại
theo cấp độ nhớt là SN 60, SN 70 và SN 150. Phụ gia cách điện sử dụng là
ankylbenzen AB công nghiệp (tinh chế bằng phương pháp chưng cất áp suất thấp
và sau
đó hấp phụ bằng sét hoạt tính), Polyisobuten Indopol H7 và kết hợp cả 2
loại phụ gia này. Ngoài ra còn có phụ gia Ionol để tăng độ bền oxy hóa cho sản
phẩm pha chế. Từ các kết quả nghiên cứu thu được đã tiến hành pha chế được 20
kg sản phẩm dầu cáp điện các loại.



4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Dầu cáp điện
Dầu cách điện là các chất lỏng hữu cơ có độ nhớt thấp, khả năng cách
điện tốt được dùng làm chất điện môi dùng trong các thiết bị điện nói chung.
Dầu cách điện thường được phân loại theo ứng dụng bao gồm:
- Dầu biến thế dùng trong các máy biến thế;
- Dầu dùng cho các máy cắt điện, cầu dao;
-
Dầu tụ và cáp điện;
Dầu cáp điện được dùng nhằm mục đích chống thấm và cách điện, chúng
là vật liệu không thể thiếu trong lĩnh vực sản xuất cuộn dây điện động cơ, dây

cáp điện và các máy phát. Khi truyền tải điện năng với một điện thế lớn thường
dùng các loại dây dẫn trần (không được bọc lớp cách
điện). Ở các nước phát
triển chỉ trường hợp phải truyền dẫn điện với điện thế lớn hơn 100 KV thì các
loại dây trần mới được dùng.
Dầu cách điện cho dây cáp được dùng để tẩm lên các cuộn giấy đa lớp
bao quanh dây. Từ trước tới thời gian gần đây, người ta thường sử dụng các loại
dầu khoáng có sử dụng nhựa t
ự nhiên (như nhựa thông colophan, côpan) để tăng
độ nhớt. Tuy nhiên, sử dụng loại vật liệu này thường xuất hiện có khe rỗ trên
giấy tẩm và tính giãn nở nhiệt lớn làm dầu di chuyển dọc theo cáp khi mà vị trí
cáp không phải là nằm ngang và thường chúng có góc tổn điện môi cao.
Các cáp điện ngầm dùng để vận chuyển dòng điện trung hoặc cao thế có
chứa dầu làm môi trường cách điện. Tùy thuộc vào cường độ
điện áp cũng như
điều kiện làm việc mà cần dầu có các cấp độ nhớt khác nhau, điện áp vận
chuyển càng cao đòi hỏi dầu có độ nhớt càng thấp để làm mát tốt hơn vì khi đó
nhiệt tỏa ra trong cáp là rất lớn. Sự tăng nhiệt cao là do tổn hao điện trở ở dây
dẫn và do vật liệu cách điện bị suy giảm khả năng cách đ
iện. Dầu cáp điện
thường được tẩm lên các cuộn giấy đa lớp bao quanh dây dẫn. Để tẩm cáp có
chứa dầu loại vỏ chì hoặc nhôm làm việc ở điện áp rất cao (110 kV và cao hơn)
người ta dùng dầu nhớt được tẩy sạch và nhất là giải phóng hết các loại khí đã

5

hòa tan vào dầu. Nhờ có thiết bị bổ sung đặc biệt nên trong thời gian vận hành
áp suất của dầu trong cáp phải được duy trì ở mức độ nhất định (thường từ 1 đến
3 atm), do đó loại trừ được khả năng hình thành bọt khí trong dầu. Loại dầu mỏ
nhớt hơn được dùng cho cáp điện lực thông thường có chất tẩm làm việc ở điện

áp dưới 35 kV.
Trong trườ
ng hợp cáp truyền tải điện áp cao thì dây dẫn có thể là cáp rỗng
chứa đầy dầu. Dầu trong các cuộn dây tiếp xúc với dầu trong dây dẫn rỗng nhờ
sự chuyển động do đó khi cáp trở nên nóng trong khoảng thời gian nào đó thì
dầu có thể giãn nở trong những khe giãn nở. Để tránh việc tạo khe rỗng trên
cuộn giấy khi cáp hạ nhiệt độ thì những khe giãn nở này phải nén lên một lớp
đệm khí và lớp
đệm này sẽ đẩy dầu trở lại cuộn giấy.
Đối với cáp chịu sự tăng nhiệt độ cao thì dầu cách điện được lưu thông
nhờ một bơm qua các dây dẫn rỗng do đó đòi hỏi dầu phải đặc biệt loãng. Việc
tạo các khe rỗng trên giấy cách điện làm giảm hiệu quả cách điện, và do vậy dẫn
đến sự giải phóng khí do phóng điệ
n. Cả hai hiện tượng này đều có thể làm cho
lớp cách điện bị đánh thủng [9].
1.2. Phân loại
Trong truyền tải điện công nghiệp ở Việt Nam, EVN quy ước [3]:
• nguồn điện lưới nhỏ hơn 1 kV là hạ thế
• từ 1kV đến 66kV là trung thế
• lớn hơn hoặc bằng 66kV là cao thế
Cụ thể theo, lưới truyền tải điện ở Việt Nam năm 1993 là:
• cao thế có 4 mức: 66kV, 110kV, 220kV và 500kV
• trung thế có 5 mức: 6kV, 10kV, 15kV, 22kV và 35 kV
• hạ thế có 2 mức: 0,4kV và 0,2kV
Hiện nay theo trong mục tiêu đồng bộ lưới điện, tại Việt Nam sẽ có:
• cao thế có 4 mức: 66kV, 110kV, 220kV và 500kV
• trung thế có 2 mức: 22kV và 35 kV
• hạ thế có 1 mức: 0,4kV

6

Dầu cáp điện được phân loại theo ứng dụng và được chia làm hai loại: dầu
dùng cho cáp đặc và dầu dùng cho cáp rỗng. Mỗi loại lại được phân chia theo
các cấp điện áp sử dụng.
1.2.1. Dầu cho cáp đặc
Cáp đặc thường dùng để vận chuyển điện áp hạ và trung thế, được cách
điện bằng giấy có tẩm dầu cách điện (hình 1.1). Do không có chế độ bổ dung
dầu cho loại cáp này nên việ
c tẩm dầu cách điện này đảm bảo các yêu cầu liên
quan đến độ ổn định cách điện để đảm bảo sử dụng lâu dài theo tuổi thọ làm
việc của cáp (đặc biệt ngăn cản việc tạo thành các điểm rỗ trên giấy). Các dầu
tẩm phải đảm bảo không di chuyển khỏi giấy cách điện hoặc chuyển động dọc
theo cáp khi mà vị trí cáp không phải là n
ằm ngang, cả hai sự chuyển dịch trên
đều làm giảm sự cách điện cục bộ [9].

Dầu cáp đặc có thành phần chủ yếu là dầu khoáng có pha thêm các tác
nhân làm đặc, phụ gia cách điện. Việc sử dụng tác nhân làm đặc dạng nhựa tự
nhiên (như nhựa thông) đã thực sự lỗi thời và bị thay thế bởi các polyme có khối
lượng phân tử cao như polybuten do các polyme có độ tổn hao điện môi nhỏ hơn
Hình 1.1. Cấu tạo dây cáp
a. Cáp với chất cách điện rắn
b. Cáp cách điện bằng giấy tẩm
chất lỏng cách điện

7

so với nhựa tự nhiên (hình 1.2) [9]. Ngoài ra, các liên kết đôi trong phân tử
polybuten cho phép chúng hấp thụ những khí phát ra do sự phóng điện.

Dầu khoáng phù hợp cho mục đích này là các phân đoạn cất được tinh chế
sâu hoặc các dầu BS, loại bỏ asphan với độ nhớt có thể tới 25 cSt ở 100
o
C. Dầu
phải có độ tinh khiết cao để tgδ ở 90
o
C nhỏ hơn 0,005. Độ bền lão hóa của dầu
ngoài các phương pháp đánh giá thông thường như ASTM D 2440 hay GOST
981 đôi khi còn được đánh giá bằng chỉ tiêu là góc tổn hao điện môi (tgδ) ở
90
o
C sau quá trình oxy hóa. Sự thay đổi của góc tổn hao điện môi theo thời gian
lão hóa phản ánh phần nào sự thay đổi tính chất của dầu trong thực tế.











Hình 1.2. Sự phụ thuộc của Tg δ vào nhiệt độ
1- dầu khoáng với colophan (25000 cSt ở 20
o
C);
2- dầu khoáng chứa polybuten KLPT lớn
3- ankylbenzen; 4- dầu cáp rỗng gốc khoáng

Các tiêu chuẩn đánh giá khác là mức độ làm đặc của polyme, các tính chất
hóa lý và tính chất liên quan đến khả năng cách điện của dầu (như điện áp đánh
thủng, hằng số điện môi, khả năng tách khí). Các dầu tẩm này cũng không được
quá tối để các chữ khắc trên dây dẫn được rõ nét.
1.2.2. Dầu cho cáp rỗng
Trong vùng điện áp trên 100 kV, các dầu cáp điện với độ nhớt 10 ÷ 25cSt
ở
20
o
C thì phù hợp làm dầu cách điện cho cáp rỗng (hình 1.3). Thực tế, các dầu
0
0
20 40 60 80 100 120
NhiÖt ®é, C
o
Tg gãc tæn hao ®iÖn m«i tg
δ
0,012
0,01
0,008
0,002
0,004
0,006
1
3
4
2

8

có độ nhớt 6 cSt ở 20
o
C đã được sử dụng ở nhiều nước để đạt được sự làm mát
cáp tốt hơn. Các tính chất cơ bản của các loại dầu này giống như dầu biến thế
nhưng độ nhớt và điểm chớp cháy thấp hơn. Do loại dầu này luôn phải tiếp xúc
với kim loại đồng nên dầu cần sử dụng thêm các phụ gia ức chế ăn mòn đồng.
Vì làm vi
ệc ở cường độ điện trường rất cao nên khả năng giải phóng khí là chỉ
tiêu rất quan trọng đối với dầu cáp loại này. Hỗn hợp của dầu khoáng với
ankylbenzen có độ nhớt thích hợp rất thích hợp cho ứng dụng này. Ankylbenzen
hoặc hỗn hợp của polybuten thấp phân tử với dầu khoáng còn được dùng cho
các cáp ở làm việc trong điều kiện nhiệt độ âm [3], [9].








1.3. Thành phần dầu cáp điện
Cũng như các loại dầu cách điện khác, dầu cáp điện có thành phần gồm:
dầu gốc và các phụ gia [9].
1.3.1. Dầu gốc
Thông thường, người ta không sử dụng một loại dầu gốc để pha chế dầu
cáp điện mà dùng hỗn hợp của 2 dến 3 loại dầu gốc cho quá trình pha chế. Có
thể sử dụng hỗn hợp củ
a các dầu khoáng, của dầu khoáng với các dầu gốc tổng
hợp, tuy vậy dầu gốc khoáng vẫn là nguồn nguyên liệu chủ yếu.

Dầu gốc khoáng thường là dầu có nguồn gốc từ dầu mỏ, là phân đoạn là
phân đoạn đầu của chưng cất chân không với nhiệt độ sôi ở áp suất thường trong
khoảng 300-400
o
C. Dầu gốc khoáng là hỗn hợp gồm 3 nhóm hydrocacbon
Hình 1.3. Cấu tạo cáp rỗng


9

chính: naphten, parafin, aromatic và phần nhỏ các hợp chất chứa dị nguyên tố
nitơ, oxy, lưu huỳnh. Các hydrocacbon không no xuất hiện trong quá trình tinh
chế dầu. Các hydrocacbon không no này cũng có thể được tạo thành trong quá
trình làm việc của dầu. Ngoài ra trong dầu c̣òn có chứa một lượng rất nhỏ các
hợp chất atphan, dầu nhựa.
Dầu gốc tổng hợp có thành phần hóa học đồng nhất hơn và các tính chất
ổn định hơn dầu khoáng. Dầu tổng h
ợp được dùng chủ yếu trong môi trường
làm việc khắc nghiệt: cho cáp rỗng hay điện thế cao thế hoặc siêu cao thế, độ ẩm
lớn, nhiệt độ làm việc âm,… Mặc dù dầu tổng hợp có tính cách điện tuyệt vời
song ứng dụng lại không phổ biến vì giá thành rất cao.
Trên thực tế, trong pha chế dầu cáp điện thông thường, người ta sử dụng
các loại dầu gốc khoáng tinh ch
ế như SN 60, SN 70, SN 150…tùy theo điều
kiện làm việc.
1.3.2. Phụ gia
Các phụ gia thường sử dụng để pha chế dầu cáp điện gốc khoáng bao
gồm: phụ gia ức chế oxy hóa, phụ gia tăng khả năng cách điện, phụ gia ức chế
ăn mòn. Các yêu cầu cơ bản đối với phụ gia dầu cáp điện [9]:
- Tan tốt trong dầu gốc;

- Tương hợp vớ
i dầu gốc và các phụ gia khác;
- Khả năng bay hơi thấp;
- Ít hoặc không gây độc hại;
- Khả năng bền oxy hóa tuyệt vời, không gây ăn mòn kim loại;
- Phải đáp ứng được tính năng mà nó đảm nhận;
- Có tính cách điện và độ bền cách điện tốt;
- Không chứa Polyclobiphenyl (Polychlorinated biphenyls-PCBs);
- Giá thành phù hợp, dễ kiếm.
Dầu cáp điện có yêu cầ
u nghiêm ngặt về độ cách điện do vậy mà phụ gia
cách điện hay phụ gia làm tăng khả năng cách điện là không thể thiếu trong
thành phần của dầu cáp điện. Phụ gia cách điện được sử dụng rộng rãi nhất và có

10

tính ưu việt nhất được sử dụng trước đây là các hợp chất Polyclobiphenyl. Tuy
nhiên gần đây khi mà độc tính của PCB bị phát hiện thì các ứng dụng của chúng
đã dần bị hạn chế. Các hợp chất thay thế cho PCBs trong vai trò phụ gia tăng
khả năng cách điện cũng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi hơn như: các
hydrocacbon thơm đơn và đa vòng, các polyankylen [7], các silicon.
Cũng như mọi loại d
ầu bôi trơn khác, độ bền oxy hóa của dầu cáp điện là
một trong những tính chất quan trọng hàng đầu. Dầu cáp điện thường phải làm
việc trong môi trường nhiệt độ cao, tiếp xúc với kim loại. Đây là những điều
kiện thuận lợi cho quá trình oxy hóa dầu và sự oxy hóa dầu tạo ra những hợp
chất phân cực làm tăng độ phân cực, tăng khả năng dẫn điệ
n, ngoài ra còn có
nhiều hợp chất có khối lượng phân tử cao làm giảm khả năng làm mát của dầu
cáp điện.

Chính vì thế cần phải dùng dầu gốc có độ bền oxy hóa cao, ngoài ra cần
dùng thêm các phụ gia chống oxy hóa cho dầu cáp điện. Những phương pháp
sản xuất dầu gốc hiện đại đã loại đi những chất ức chế oxy hóa tự nhiên có trong
dầu khoáng. Để giảm bớt phần nào v
ấn đề rắc rối này, trong thực tế người ta đã
thêm phụ gia chống oxy hóa vào dầu không còn khả năng tự ức chế. Các phụ gia
ức chế oxy hóa được sử dụng là các hợp chất của phenol, các dẫn xuất amin.
Độ bền lão hóa của dầu cách điện được cải thiện tốt hơn nhiều nhờ các
chất ức chế oxy hóa. Hai phụ gia chống oxy hóa họ phenol điển hình là 2,6-
ditertbutyl-p-cresol (DBPC) và 2,6-ditertbutylphenol (DBP) [5], [9]. Các k
ết quả
ức chế oxy hóa tốt đã thu được khi dùng 0,2% - 0,4% khối lượng của 2,6-
DBPC, chất này không ảnh hưởng đến tính cách điện của dầu. Các dầu được pha
chất ức chế như vậy chỉ được dùng với sự cho phép của người vận hành. Chúng
khác với dầu không pha chất ức chế chỉ ở độ bền lão hóa đã được cải thiện và
điều đó được th
ể hiện trong thực tế rõ ràng hơn là trong phép kiểm tra oxy hóa
bởi vì trong khi kiểm tra oxy hóa thì việc thổi dòng không khí qua dầu đã loại đi
một phần chất ức chế oxy hóa dễ bay hơi.
Người ta cho rằng dầu có chứa các chất ức chế oxy hóa khác nhau có thể
dẫn đến sự tạo cặn hay các hiệu ứng đối kháng. Các chất khử hoạt tính kim loại

11

hay các chất thụ động hóa kim loại cũng có thể thêm vào dầu cùng với các chất
ức chế họ phenol và thêm vào với nồng độ sao cho không ảnh hưởng đến các
tính chất khác của dầu. Ngoài Ionol còn có các loại phụ gia khác như naphthyl
amin, diphenyl amin…
Dầu cách điện đôi khi cần phải sử dụng trong môi trường thời tiết rất lạnh.
Nhất là đối với dầu cách điện sử dụng cho cáp rỗng ở những n

ơi có điều kiện
thời tiết lạnh. Chính vì thế, đôi khi dầu cáp điện còn sử dụng cả các phụ gia hạ
điểm đông. Các phụ gia này thường là các hợp chất có khối lượng phân tử lớn
và như vậy sẽ làm tăng độ nhớt và ảnh hưởng đến khả năng làm mát của dầu cáp
điện.
1.4. Một số đặc tính tiêu biểu của dầu cáp
điện
1.4.1. Đặc tính điện
1.4.1.1. Điện áp đánh thủng
Đây là một chỉ tiêu quan trọng để xác định khả năng chịu điện áp của dầu
cáp điện. Điện áp đánh thủng phụ thuộc vào hàm lượng nước, hàm lượng tạp
chất lơ lửng trong dầu [2].
Tính chất này rất phức tạp và giá trị đo phụ thuộc vào hàm lượng tạp l
ơ
lửng, hàm lượng nước và phương pháp đo. Việc loại bỏ nước và các tạp lơ lửng
có thể tăng điện áp đánh thủng lên đến 50-60 kV đối với mọi loại dầu. Theo quy
định của châu Âu thì giá trị tối thiểu là 30 kV, nếu thấp hơn giá trị này thì sử
dụng quá trình lọc có thể nâng lên được trên 50 kV [9].
1.4.1.2. Hệ số tiêu tán điện môi
Hệ số tiêu tán điện môi (hay tang góc tổn hao
điện môi Tg δ hay độ tổn
hao điện môi) rất nhạy với các tạp chất và các sản phẩm lão hóa. Trong các phép
thử oxy hóa dầu, chỉ tiêu này đôi khi cũng được dùng để đánh giá khả năng
chống oxy hóa của dầu. Nước không trực tiếp ảnh hưởng đến hệ số này nhưng
nước có thể tích tụ tạo thành hệ bền cùng với các sản phẩm oxy hóa hoặc các tạp
chất khác trong d
ầu làm tăng giá trị này [2].

12

Khi dầu bắt đầu phân hủy, độ tổn hao điện môi tăng và sau một thời gian
lại giảm, nguyên nhân có thể là do có các peroxyt và các phức kim loại được tạo
thành. Các phức kim loại có độ phân cực, nồng độ ion cao nên đã làm tăng mức
độ mất tính cách điện. Các peroxit phân hủy thành các gốc mới, tạo các sản
phẩm oxy hóa làm giảm tgδ. Sau giai đoạn đầu của quá trình phân hủy, các sản
phẩm oxy hóa phân cực lại làm t
ăng tgδ.
1.4.2. Đặc tính hóa học
1.4.2.1. Độ bền oxy hóa
Dầu bị oxy hóa do ba nguyên nhân chính là oxy, nhiệt độ và xúc tác kim
loại. Tất cả các loại dầu cách điện đều chứa oxy, kể cả sau khi đã qua thiết bị
tách khí. Ở nhiệt độ cao, oxy sẽ tham gia vào quá trình oxy hóa dầu, tạo các sản
phẩm oxy hóa, làm giảm chất lượng dầu. Các sản phẩm oxy hóa của dầu đều là
các hợp chất có độ phân cực cao và làm tăng độ
dẫn điện của dầu (nghĩa là làm
giảm khả năng cách điện). Độ dẫn điện tăng mạnh nhất khi có sự phân tán của
xà phòng sắt, đồng của các axit cacboxylic (những axit này được tạo thành do
quá trình oxy hóa dầu). Mặt khác dầu cáp điện thường có tuổi thọ sử dụng rất
cao, có thể đến vài chục năm nên độ bền oxy hóa là một trong những tính chất
cần thiế
t quan trọng nhất của dầu cáp điện [9].
1.4.2.2. Hàm lượng ẩm
Đại lượng này cho thông tin về hàm lượng nước trong dầu cách điện.
Hàm lượng ẩm trong dầu cao chứng tỏ trong giấy cách điện cũng chứa rất nhiều
nước và điều này ảnh hưởng đến tuổi thọ sử dụng của giấy nghĩa là dẫn đến sự
phân hủy các sợi trong giấy, gây ra những tổn hại đến khả năng chịu điện áp cao
của dầu và cáp điện. Cần phải chú ý rằng: Nước cũng được tạo ra trong quá trình
oxy hóa dầu và giấy cách điện, do vậy càng làm tăng tốc cho quá trình phá hủy
giấy cách điện [9].
1.4.2.3. Chỉ số axit, TAN

TAN cho biết xem dầu có chứa các hợp chất axit hay không. TAN tăng
chứng tỏ dầu bắt đầu bị oxy hóa. TAN cao có thể xảy ra sự ă
n mòn và các axit

13

tạo thành có thể xà phòng với các ion kim loại và sẽ ảnh hưởng đến tính cách
điện của dầu. Các axit làm tăng độ hòa tan của nước do cấu trúc phân cực. Các
axit này cũng đóng vai trò xúc tác cho sự phân hủy giấy cách điện [9].
1.4.2.4. Hàm lượng khí hòa tan trong dầu
Hàm lượng khí hòa tan dùng để đánh giá điều kiện làm việc của dầu liên
quan đến nhiều yếu tố như sự tạo hồ quang, những điểm quá nhiệt và s
ự phân
hủy giấy cách điện. Khí tạo ra trong dầu thông thường là do sự lão hóa, nếu hàm
lượng khí quá lớn thì có thể là kết quả của những sự cố điện. Nguyên nhân gây
ra các sự cố điện lại phụ thuộc vào loại khí. Các khí cần phân tích: H
2
, O
2
, N
2
,
CH
4
, C
2
H
2
, C
2

H
4
, C
2
H
6
, CO, CO
2
. Lượng và tỉ lệ giữa các khí sẽ cho thông tin
về các sự cố điện. CO, CO
2
nhiều chứng tỏ có sự phân hủy giấy.
Với dầu mới thì khí hòa tan là không đáng kể nên dầu mới không bao giờ
phân tích hàm lượng khí hòa tan. Tính chất này chỉ quan trọng đối với dầu trong
quá trình vận hành [2].
1.4.3. Đặc tính vật lý
1.4.3.1. Màu sắc và vẻ bề ngoài
Màu sắc và vẻ bề ngoài cho thông tin nhanh và hữu ích. Các chuyên gia
kinh nghiệm qua đó sẽ dự đoán được ngay những yếu tố bất thường. Kết hợp với
mùi dầ
u sẽ thu được nhiều thông tin hơn. Màu tối chứng tỏ rằng dầu đã bắt đầu
phân hủy, đó cũng là giai đoạn đầu tiên tạo cặn tự do. Vẻ bề ngoài của dầu cho
biết trong dầu có mặt nước tự do, các tạp chất như sợi, các hạt xenlulô hay
không. Màu dầu tối chứng tỏ đã có hiện tượng hồ quang xảy ra và đây là nguyên
nhân cracking dầu.
1.4.3.2. Tỷ trọ
ng
Với khí hậu lạnh thì việc xác định tỷ trọng là rất quan trọng để tránh sự
xuất hiện của các tinh thể hydrat trong dầu ở nhiệt độ thấp. Điều này xảy ra khi
có mặt nước tự do trong dầu. Dầu có hàm lượng hydrocacbon thơm cao thì có tỷ

trọng cao hơn dầu parafin và dầu naphten. Tỷ trọng tăng theo nhiệt độ với hệ số

14

là 0,00065/
o
C. Hệ số này có khác nhau giữa các loại dầu và tùy mức độ tinh chế.
Tỷ trọng cũng là một thông số thương mại quan trọng [2].
1.4.3.3. Độ nhớt và chỉ số độ nhớt
Độ nhớt của dầu rất quan trọng với chức năng làm mát, độ nhớt càng thấp
thì khả năng làm mát càng tốt. Nhiệt độ tăng làm giảm độ nhớt, sự thay đổi độ
nhớt càng nhỏ ch
ứng tỏ chỉ số độ nhớt (VI) cao và ngược lại.
Đối với tác dụng bôi trơn thì cần VI cao, nhưng với tác dụng làm mát thì
VI thấp thì tốt hơn vì cần độ nhớt thấp ở nhiệt độ làm việc cao. Nhưng đối với
dầu cáp điện cần độ nhớt đủ cao để ngăn cản dầu chảy dồn về nơi cáp có độ cao
thấp hơn khi mà cáp không ở v
ị trí nằm ngang. Dưới đây là ví dụ về hai loại dầu
naphten và parafin có cùng độ nhớt ở 40
o
C nhưng độ nhớt ở nhiệt độ làm việc
khác nhau khá nhiều [1], [9].

Parafin VI cao Naphten VI thấp
Độ nhớt ở 70
o
C (cSt) 4,2 3,4
1.4.3.4. Điểm chớp cháy
Tính chất lý học này rất quan trọng và liên quan đến vấn đề an toàn. Tùy
theo giá trị nhiệt độ chớp cháy mà một số nước châu Âu phân loại dầu cách điện

làm 3 loại:
I II III
Điểm chớp cháy cốc kín,
o
C ≥ 140
o
C ≥ 130
o
C ≥ 95
o
C
Ở Mỹ thường dùng chỉ tiêu chớp cháy cốc hở và giá trị này thường cao
hơn điểm chớp cháy cốc kín từ 5 – 10
o
C. Đại lượng này phụ thuộc vào lượng
các cấu tử nhẹ trong dầu [1], [9].
1.4.3.5. Sức căng bề mặt
Giá trị này kết hợp với độ lớn của hệ số tiêu tán điện môi cho ta những
thông tin cảnh báo về sự phân hủy dầu. Sức căng bề mặt giảm khi có mặt các
hợp chất phân cực hòa tan trong dầu như các axit, andehit, xeton, ancol. Các
chất sơn phủ trong thiết bị cũng có th
ể tan trong dầu, các hợp chất này có thể là
phân cực và chúng sẽ làm giảm sức căng bề mặt. Nhìn chung khi dầu bị oxy hóa

15

thì độ axit tăng và sức căng bề mặt giảm. Đôi khi cũng có trường hợp cả sức
căng bề mặt và trị số axit đều thấp, nếu như vậy thì chứng tỏ đã có sự xuất hiện
của những hợp chất phân cực khác trong dầu [2].
1.5. Các yêu cầu cơ bản đối với dầu cáp điện

Dầu cáp điện chỉ có thể
được đưa vào sử dụng khi nó đáp ứng đầy đủ các
chỉ tiêu chất lượng mà điều kiện vận hành cụ thể đòi hỏi, thể hiện qua các đặc
tính kỹ thuật. Các yêu cầu cơ bản nhất và quan trọng nhất đối với dầu cáp điện
là dầu phải có tính chất cách điện tốt, khả năng tản nhiệt tốt, có độ bền hóa học
cao và có tính chống oxy hóa tốt. Các yếu tố này phụ thuộc vào thành phần hóa
học và mức độ tinh chế của dầu [1], [9].
Tính cách điện của dầu cáp điện được đánh giá bằng cách đo độ cách điện
(điện áp đánh thủng), điện trở khối và tang góc tổn hao điện môi. Hai đặc tính
sau cho biết chính xác về độ nhiễm bẩn của dầu. Điện áp đánh th
ủng là thước đo
khả năng chịu ứng suất điện của dầu.
Khả năng tản nhiệt của dầu phụ thuộc vào độ nhớt của dầu vì hiệu suất
truyền nhiệt của dầu phụ thuộc vào mức độ lưu thông (độ linh động) của nó. Độ
nhớt càng thấp thì khả năng tản nhiệt càng cao. Các dầu cáp điện cầ
n có độ nhớt
đủ thấp để có thể đảm bảo chức năng khi nhiệt độ môi trường thấp, dầu phải ở
trạng thái lỏng mới có thể thực hiện chức năng làm mát. Nhưng cũng phải đủ
cao để dầu không bị chảy dồn về một chỗ khi cáp điện không ở vị trí nằm ngang.
Độ bền hóa học cao nghĩa là có tuổi thọ lớn và trong quá trình s
ử dụng
tính chất dầu không thay đổi. Và một trong những yêu cầu cần có là tang góc tổn
hao điện môi phải nhỏ.
Đối với độ bền điện của dầu cáp điện thì ảnh hưởng lớn nhất là nước dạng
nhũ tương với dầu, còn dạng dung dịch phân tử hầu như không ảnh hưởng. Sự
hấp thụ nước vào dầu tăng mạnh khi trong dầ
u có các kim loại kiềm, các axit
naphtenic, nhựa, xà phòng và các chất khác có khả năng hòa tan nước trong dầu.

16

Độ bền điện của dầu còn bị giảm mạnh do sự có mặt của bụi, sợi và các
tạp chất bẩn khác. Các yếu tố trên còn có tác hại làm tăng tang góc tổn hao điện
môi dẫn đến làm mất tính cách điện của dầu cáp điện.
Một yếu tố nữa cần quan tâm là dầu không sinh khí hay hấp thụ khí. Sở dĩ
dầu hấp thụ khí hay được sử dụ
ng là vì tự bản thân nó ngăn ngừa được sự phóng
điện dưới bất kỳ hình thức nào và như vậy ngăn chặn được quá trình oxy hóa.
Còn đối với dầu sinh khí, khi bề mặt tiếp xúc giữa dầu và không khí xuất hiện
ứng suất điện đủ lớn để phát sinh hiện tượng ion hóa khí và gây ra sự phóng
điện qua bề mặt tiếp xúc ấy, tạo ra khí liên tục làm mất tính cách điện của dầ
u.
Sự giải phóng khí của dầu cáp điện khi điện trường tăng mạnh gây ảnh hưởng
xấu đến hiệu quả tác dụng của dầu. Dầu phải có khả năng tách khí thấp khi hiện
tượng phóng điện xảy ra. Các cấu tử hydrocacbon thơm ở cường độ điện trường
cao có thể hấp thụ mạnh các phân tử khí, do đó trong dầu cách điện dùng
ở
cường độ điện trường cao cần có hàm lượng hydrocacbon thơm thích hợp để hạn
chế sự tách khí.
Bảng 1.1 dưới đây là tiêu chuẩn quy định của Mỹ ASTM D 3487 được áp
dụng phổ biến đối với dầu cách điện gốc khoáng dùng với cấp điện áp hạ và
trung thế [8].

17

Bảng 1.1. Một số yêu cầu tiêu chuẩn của dầu cách điện gốc khoáng có và
không có phụ gia ức chế oxy hóa (Loại 2 và Loại 1)
ASTM D 3487-00
Đặc tính
Loại 1 Loại 2

Nhiệt độ chớp cháy cốc hở,
o
C, min 145 145
Nhiệt độ đông đặc,
o
C, min - 40 - 40
Màu, max 0,5 0,5
Tỷ trọng ở 15,6
o
C, max 0,91 0,91
Độ nhớt động học, cSt, max
ở 100
o
C
ở 40
o
C
ở 0
o
C

3,0
12
76

3,0
12
76
TAN, mgKOH/g, max 0,03 0,03
Lưu huỳnh ăn mòn không không

Hàm lượng nước, ppm, max 35 35
Hàm lượng chất ức chế oxy hóa, % kl, max 0,08 0,3
Hàm lượng PCBs, ppm, max không không
Độ bền oxy hóa, 164h:
TAN, mgKOH/g, max
Hàm lượng cặn, % kl, max

0,6
0,3

0,4
0,2
Điện áp đánh thủng (60Hz, điện cực đĩa), kV, min 30 30
Nhìn chung, mọi sản phẩm dầu nói chung muốn được ứng dụng rộng rãi
thì ngoài việc phải đảm bảo các tính năng kỹ thuật còn phải đáp ứng được các
yêu cầu khác như: nguyên liệu sẵn có, dễ sản xuất, không độc hại, dễ vận
chuyển, an toàn, giá thành hợp lý.
1.6. Tình hình nghiên cứu và sản xuất dầu cáp điện trong và ngoài nước
1.6.1. Trên thế giới
Các loại dầu cáp từ trước tới nay ít xu
ất hiện trên thị trường như các loại
dầu bôi trơn và dầu cách điện khác mà thường được mua, bán đồng bộ cùng với
nguyên liệu dùng để sản xuất cáp điện và có giá thành rất cao. Thông thường,
chất cách điện sử dụng cho dây cáp được gồm các loại chính sau: dầu cáp điện
tổng hợp từ dầu gốc có pha phụ gia cách điện (là các hợp chất cao phân tử có

18

chứa clo, các ankylbenzen) và các polyme có trọng lượng phân tử cao có độ bền
cơ học lớn [9].

Dầu gốc khoáng thường được sử dụng là các dầu có độ tinh chế tốt, trước
đây người ta chỉ sử dụng dầu gốc naphtenic, song do loại dầu này ngày càng
hiếm nên dần dần các loại dầu gốc parafinic tinh chế sâu cũng được sử dụng
thay thế nhưng phải dùng kết hợp với phụ gia. Dầ
u gốc parafinic thường có
điểm đông đặc cao, do đó để đạt được tiêu chuẩn của dầu cách điện phải có công
đoạn tách sáp tốt tức là tách các parafin mạch thẳng, chủ yếu còn lại là các
izoparafin để duy trì tính lưu biến và khả năng làm mát ở nhiệt độ làm việc thấp.
Điều này được thể hiện trong các US Patent 6 355 850, 6 669 872 và gần đây là
Patent 7 682 499 (tháng 3/2010) đã đề cập đến việc sử dụ
ng dầu gốc paraffinic
tinh chế sâu kết hợp với các phụ gia ức chế oxy hóa, phụ gia cách điện [11-20].
Các hợp chất hydrocacbon thơm và polyolefin đóng vai trò rất quan trọng
trong ứng dụng cách điện từ hơn 50 năm trở lại đây. Từ những năm 50 của thế
kỷ trước người ta đã bắt đầu phát hiện ra khả năng cách điện hydrocacbon thơm
như US Patent 2 810 770 đề cậ
p đến việc nghiên cứu pha chế dầu gốc khoáng
với dẫn xuất thế ankyl của toluen. Các US Patent 4 259 540, 4509821 của những
năm 80 lần lượt nghiên cứu về ứng dụng của polyisobuten, ankylbenzen làm phụ
gia cách điện cho các dầu gốc khoáng naphtenic tinh chế sâu. Xu hướng này tiếp
tục được nghiên cứu sâu hơn trong các Patent gần đây. Cụ thể, Patent 7 666 295
(tháng 2/2010) đã đưa ra công thức pha chế dầu cách điện từ dầu khoáng hỗn
h
ợp naphtenic, paraffinic và chứa ít nhất 9 % khối lượng ankylbenzen để tăng
phụ gia cách điện [11-20].
Dầu cáp điện như đã nói ở trên cần có độ bền lão hóa cũng như khả năng
cách điện ổn định, lâu dài theo tuổi thọ sử dụng của cáp điện, có thể đến vài năm
hoặc vài chục năm. Chính vì vậy, ở nhiều nước công nghiệp phát triển các chất
lỏng cách
điện tổng hợp được sử dụng rất phổ biến, đặc biệt là cho cáp rỗng [11-

20]. Trước đây người ta chỉ sử dụng các chất lỏng Polyclobiphenyl
(Polychlorinated Biphenyls - PCBs) cho các ứng dụng này. Sau khi phát hiện
độc tính của PCBs thì loại dầu tổng hợp này đã bị hạn chế sử dụng và tiến tới

19

cấm sử dụng hoàn toàn vào năm 2025. Hiện nay, các dầu cáp điện tổng hợp
được sử dụng chủ yếu là dầu silicon, polyisobuten và ankylbenzen. Lúc này các
phụ gia cách điện như polyisobuten, ankylbenzen đã được sử dụng làm hợp
phần chính [11-20]. Một số tiêu chuẩn chủ yếu đối với các loại dầu này được
quy định cụ thể trong tiêu chuẩn của Ủy ban Kỹ thuật điện quốc tế IEC 60963,
IEC 60944 và IEC 60867 [9].
1.6.2. Trong nước
Ở các cơ sở sản xuất cáp điện trong nước thường dùng nguyên liệu là
nhựa thông clophan và các loại nhựa tự nhiên khác chúng thường có chất lượng
không ổn định.
Ở Việt Nam do giá thành của dây dẫn trần thường rẻ hơn nhiều lần so với
dây dẫn bọc nên được sử dụng nhiều hơn. Gần đây, để dảm bảo an toàn, đặc biệt
là các cáp điện ngầ
m để vận chuyển dòng điện trung hoặc cao thế có chứa dầu
làm môi trường cách điện ngày càng được sử dụng nhiều hơn. Các nhà máy sản
xuất dây cáp điện lớn như: LG; ABB; LIOA… đã bắt đầu thăm dò việc nhập
dây truyền sản xuất cáp ngầm, nhưng chỉ mới sản xuất được loại cáp đặc còn
công nghệ sản xuất dây cáp rỗng vẫn chưa được phát tri
ển do chi phí lớn về thiết
bị và đòi hỏi cao về công nghệ kỹ thuật. Dầu cáp rỗng cho đến giờ hoàn toàn
phải nhập ngoại được sử dụng cho các công trình ngầm của nhà máy thuỷ điện
(như ở nhà máy thủy điện Hòa Bình, dầu cáp rỗng được nhập hoàn toàn từ Nga),
của các công trình ngầm cho quốc phòng ngoài hải đảo.
Các dầu cho cáp điện phổ biến trong nước như d

ầu của hãng Nynas, Shell
Diala, Castrol CTX 1605, dầu cáp điện HYRAX của tập đoàn Hydax, Malaysia.
Dầu cáp của Nga có dầu cáp KM-25, dầu này dùng để tẩm vào các cáp chịu lực
có điện áp 1-35 kV với chất cách điện là giấy, dầu cáp C-220 dùng để rót vào
cáp có áp suất cao, dầu cáp MH-4 dùng cho các cáp ngâm trong dầu ở áp suất và
trung bình, có thể dùng cho các đầu mối của dụng cụ, thiết bị. Ngoài các loại
dầu trên còn có dầu hỗn hợp cáp MKP-35 là hỗn hợp của polyisobutylen với
nh
ựa thông và dầu nhờn được dùng để tẩm vào giấy bọc cáp làm việc ở điện áp
cao, trên 35kV.

20

Gần đây có một số công trình trong nước nghiên cứu về dầu cách điện đã
thu được những kết quả nhất định với một số sản phẩm được ứng dụng vào sản
xuất. Điển hình là đề tài thuộc Bộ Khoa học Công nghệ hỗ trợ Dự án sản xuất
dầu biến thế điện trong chương trình phát triển đường dây 500 KV. Tuy nhiên
chư
a có công trình nào trong nước công bố về việc nghiên cứu dầu cho cáp điện.
Các loại dầu cáp điện đa số vẫn phải nhập ngoại đồng bộ cùng với các nguyên
vật liệu phục vụ cho sản xuất cáp. Xuất phát từ thực tế trên, đề tài tiến hành
nghiên cứu xây dựng các đơn pha chế và quy trình pha chế dầu cáp điện có khả
năng sử dụng ở nhiều cấp
điện áp khác nhau trên cơ sở khảo sát lựa chọn các
nguyên vật liệu sẵn có trong nước bao gồm dầu gốc khoáng và các phụ gia. Việc
nghiên cứu sản xuất dầu cáp điện sẽ tạo ra sản phẩm phù hợp với điều kiện sử
dụng thực tế ở Việt Nam, giảm chi phí sản xuất và góp phần thực hiện mục tiêu
tăng tỉ lệ nội đị
a hóa các sản phẩm trong lĩnh vực công nghiệp.

21

CHƯƠNG 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
2.1. Phương pháp nghiên cứu
- Tổng quan lý thuyết, tài liệu về dầu dùng cho gia công cáp điện, tình hình
nghiên cứu trong và ngoài nước; Các phương pháp, quy trình phân tích tính chất
lý hóa, tính năng, tác dụng của sản phẩm trong quá trình nghiên cứu;
- Khảo sát lựa chọn nguyên vật liệu cho quá trình pha chế: dầu gốc và các
loại phụ gia;
- Tổ hợp đơn pha chế tìm ra phối liệu đạt tiêu chuẩn sử d
ụng;
- Phân tích các tính chất hóa lý, đặc tính điện của sản phẩm, tiến hành một
số phép thử nghiệm gia tốc có đối chứng với sản phẩm cùng loại.
2.2. Thực nghiệm
2.2.1. Lựa chọn dầu gốc
Yêu cầu của dầu được chọn làm dầu gốc để pha dầu cáp điện cần đạt được
các một số tiêu chuẩn nhất định: độ nhớ
t thấp thích hợp với cấp điện áp sử dụng,
bền oxy hóa, trị số axit nhỏ, điện áp đánh thủng lớn, tổn thất điện môi nhỏ. Vì
vậy cần khảo sát để lựa chọn được dầu gốc thích hợp cho các loại dầu làm việc ở
các cấp điện áp khác nhau.
Dầu gốc để pha chế dầu cáp được lựa chọn từ d
ầu gốc Nynas của Thụy
Điển, đây là hãng sản xuất dầu cách điện hàng đầu thế giới vì thế loại dầu gốc
Nynas đã được tinh chế kỹ. Dầu gốc của các hãng Shell, Castrol chất lượng cũng
rất tốt nhưng để sử dụng pha chế dầu cáp cần qua xử lý để đảm bảo tính cách

điện. Các chỉ tiêu chất lượng của các dầu gố
c khoáng lựa chọn cho quá trình pha
chế được đưa ra ở bảng 3.6.
2.2.2. Khảo sát và lựa chọn phụ gia
Phụ gia đóng vai trò rất quan trọng trong các loại dầu, đặc biệt là dầu cáp
điện, trong đó phụ gia ức chế oxy hóa và phụ gia cách điện ảnh hưởng quyết
định đến khả năng sử dụng của dầu nên cần khảo sát về loại phụ gia và hàm
lượng sử dụng cho pha ch
ế dầu cáp.

22

Dây cáp điện chủ yếu được làm bằng đồng nên dầu cáp điện thường được
pha thêm các phụ gia ức chế ăn mòn đồng. Tuy nhiên trong trường hợp dầu có
độ bền oxy hóa tốt, khi thử định tính ăn mòn đồng (ASTM D 130) cho kết quả
tốt, không ăn mòn (1a, 1b) thì không nhất thiết phải sử dụng phụ gia này. Ngoài
ra còn có phụ gia hạ điểm đông tuy nhiên phụ gia này chỉ đóng vai trò thứ yếu
trong pha chế d
ầu cáp điện.
Phụ gia chống oxi hóa và phụ gia cách điện thì gồm rất nhiều loại với các
tính chất đặc trưng khác nhau. Không chỉ có thế, tỷ lệ phụ gia so với dầu gốc
cũng ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng của dầu cáp điện thành phẩm, vì thế cần
khảo sát, lựa chọn kỹ càng.
a. Lựa chọn phụ gia cách điện:
Các phụ gia cách điện được lựa chọn trong số các loại chất cách điện
thông thường: dầu khoáng, ankylbenzen, polyisobuten, dầu silicon, dầu PXE.
Polyisobuten sử dụng là loại Indopol H7 của hãng Innovene (Hoa Kỳ)
được phân tích một số chỉ tiêu chất lượng cơ bản (kết quả ở bảng 3.2). Innovene
là một trong những hãng sản xuất Polybuten hàng đầu thế giới với công suất là
khoảng 80.000 tấn/năm, chiếm 10% tổng sản lượng toàn th

ế giới (số liệu năm
2003) [4].
Ankylbenzen sử dụng là loại thương phẩm loại công nghiệp có sẵn trên
thị trường dưới tên gọi LAB (Linear Alkylbenzene), được sử dụng phổ biến làm
nguyên liệu để tổng hợp các chất hoạt động bề mặt, đây là một trong những hóa
chất cơ bản phục vụ cho sản xuất công nghiệp và được sản xuất bằng nhiều
phươ
ng pháp khác nhau. LAB có công thức cấu tạo là C
6
H
5
CHR
1
R
2
trong đó R
1

= C
n
H
2n+1
and R
2
= C
m
H
2m+1
m, n là số tự nhiên m≥0, n≥1 (điển hình là 10-16)
với cấu tạo chung như sau

:


23







Hình 2.1. Ví dụ về cấu tạo phân tử Ankylbenzen mạch thẳng C
18
H
30
Ankylbenzen công nghiệp chưa thể sử dụng để pha chế ngay dầu cáp điện
được vì có lẫn nước và tạp chất sẽ làm ảnh hưởng không tốt đến khả năng cách
điện
. Để loại bỏ các tạp chất này có thể tiến hành theo hai cách: chưng cất và sử
dụng chất hấp phụ.
Phương pháp chưng cất
Để tránh sự phân hủy và oxy hóa, tiến hành chưng cất ankylbenzen ở áp
suất thấp. Thiết bị chưng cất thí nghiệm được lắp đặt như ở hình 2.2.
Ankylbenzen (AB) công nghiệp được nạp vào bình chưng 1, lắp cột
ngưng tụ 2 (hoặc đầu nối) và nhi
ệt kế để xác định nhiệt độ sôi trong suốt quá
trình cất. Nhiệt độ được nâng lên từ từ. Tại nhiệt độ dưới 100
o
C thu được ở bình
ngưng một vài giọt chất lỏng, đó là nước bị cất lôi cuốn. Tiếp tục gia nhiệt và

quan sát để xác định nhiệt độ sôi đầu (thời điểm thu giọt sản phẩm đầu tiên) và
nhiệt độ sôi cuối (thời điểm thu giọt sản phẩm cuối). Sản phẩm sau khi cất được
tiến hành phân tích các tính chất lý hóa và khả năng cách điện. Ankylbenzen đã
xử lý nếu chưa sử dụng ngay cần bảo quản trong tủ hút ẩm để tránh lẫn tạp chất
và nhiễm ẩm trở lại.




24















Phương pháp hấp phụ
Chất hấp phụ (CHP) sử dụng là đất sét tẩy trắng của Malaysia, bề mặt
riêng là 150 m2/g có sẵn tại phòng Nghiên cứu Phát triển. Nhờ sự hấp phụ, các
hợp chất phân cực (nước, chất chứa dị nguyên tố) sẽ bị loại bỏ khỏi phụ gia
ankylbenzen.

Trộn ankylbenzen và đất sét với tỉ lệ sét sử d
ụng là 3% và 5% khối lượng.
Gia nhiệt với tốc độ vừa phải kết hợp khuấy trộn tới 60-70
o
C. Duy trì ở nhiệt độ
này và tiếp tục khuấy trộn thêm 30 phút. Sau đó để lắng 8-10h trong điều kiện
có hút ẩm. Phần lọc thu được chính là ankylbenzen sau xử lý hấp phụ. Sản phẩm
này nếu chưa sử dụng cũng cần bảo quản trong tủ hút ẩm.
Hình 2.2. Sơ đồ thiết bị chưng cất ankylbenzen
1. Nguồn nhiệt 2. Bình thủy tinh
3, 10. Thiết bị kết nối 4. Nhiệt kế

5. Sinh hàn 6. Nước làm lạnh đầu vào
7. Nước làm lạnh đầu ra 8. Bình chứa sản phẩm
9. Cổng hút chân không chưng cất

11. Thiết bị khấy và gia nhiệt 12. Con từ