CHƯƠNG 14 PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA dự PHÒNG CÁCH điện

CH­¬NG 14

11/08/15

PH­¬NG PH¸P KIÓM TRA Dù PHßNG
C¸CH ®IÖN

14.1

Kh¸i niÖm chung

14.2

Qu¸ tr×nh ph©n cùc trong ®iÖn m«i nhiÒu líp vµ biÖn ph¸p kiÓm tra dù phßng c¸ch ®iÖn

14.3

KiÓm tra dù phßng b»ng ®o tgδ vµ ®iÖn dung C

14.4

Phãng ®iÖn côc bé vµ ph­¬ng ph¸p kiÓm tra

14.5

C¸c biÖn ph¸p kiÓm tra dù phßng kh¸c

Page 1


a) Sử dụng hiện tượng hấp thụ để kiểm tra dự phòng cách điện

Nếu cách điện gồm hai lớp mà một lớp bị ẩm nhiều sẽ có điện dẫn lớn hơn, thì dưới tác
dụng của điện áp một chiều trên mặt biên tiếp giáp giữa các lớp xuất hiện điện tích.


Nếu cách điện đông nhất R1C1=R2C2 điện tích hấp thụ không thể xuất hiện trên mặt biên.
Như vậy nếu điện môi đồng nhất q=0


Từ kết quả trên cho thấy nếu ta đặt vào cách điện một điện áp một chiều dòng điện đi qua
nó (bỏ qua dòng điện nạp điện dung hình học ban đầu) biến thiên theo thời gian và từ đó xác
định được điện trở trong thời gian quá độ


Sự thay đổi điện trở cách điện theo thòi gian





1- cách điện khô;



2- cách điện bị ẩm

Điện trở và tốc độ thay đổi của cách điện nếu nó bị ướt bé
hơn so với cách điện khô.

Người ta sử dụng tính chất này để kiểm tra độ ẩm của cách điện.



Khi thí nghiệm người ta không đo toàn bộ quan hệ R(t).

Đánh giá cách điện theo tỷ lệ điện trở đo bằng megaômét sau 15 và 60 giây (R 15 và R60
sau khi đặt điện áp tác dụng)


11/08/15

Page 2




Hệ số hấp thụ

K ht =

R60
R15

Khi điện môi bị ẩm, điện trở của cách điện giảm nên hệ số hấp thụ giảm. Bằng thực nghiệm
người ta xác định được rằng nếu Kht <1,3 cách điện bị xem là ẩm dưới mức cho phép, thiết bị

điện không được phép đưa vào vận hành. Nếu Kht>1,3 cách điện ẩm ở mức độ cho phép


Cũng có thể phát hiện tình trạng ẩm của cách điện ở điện áp xoay chiều bằng cách đo
điện dung. Vì hằng số thời gian phụ thuộc vào độ ẩm và tần số nên quan hệ điện dung
vào tần số cũng thay đổi càng mạnh nếu cách điện càng không đồng nhất


Trong thực tế người ta đo điện dung ở hai tần số 2 Hz và 50 Hz. Các trị số này càng gần
nhau thì cách điện càng tốt. Cách điên bị ẩm quá mức cho phép nếu C 2/C50>1,3


Điện dung được đo bằng thiết bị kiểm tra độ ẩm



Khoá chuyển mach S lần lượt đóng cách điện thí nghiệm với nguồn một
chiều, tụ điện sẽ tích điện, sau đó đóng sang ganvanomet, tụ điện phóng
điện.


11/08/15

Page 3



Dòng điện trung bình đo bởi ganvanomet bằng If= UCf.

Nếu điện dung đo ở tần số 2 và tần số 50 Hz thì tỉ số điện dung bằng

C 2 50 I 2
=
C50 2 I 20


Cần nói thêm rằng thí nghiệm trên chỉ tiến hành trong điện trường tương đối đồng nhất, còn
trong những thiết bị có kết cấu không đồng nhất (như trong máy điện) thì ngay cả khi cách điện
kho ráo cũng đã có quá trình phân cực kết cấu, vì vậy chúng sẽ không còn tác dụng


Thí nghiệm đo điện dung theo nhiệt dựa trên tượng là khi cách đlện (của máy biến áp khô
ráo (cách điện chủ yếu), trị số điện dung của nó không thay đổi theo nhiệt độ, ngược lại khi
bị ẩm thì điện dung thay đổi rõ rệt nhiệt độ càng cao điện dung thay đổi càng lớn


Thí nghiệm đo điện dung theo nhiệt độ được tiến hành ở tần số công nghiệp (tần số 50 Hz).
Khi cách điện khô ráo thì quá trình phân cực phát triển không kịp với sự biến thiên của tần số
(không kể đến các quá trình phần cực nhanh như phân cực của ion, phân cực điện tử) nên điện
dung của nó khòng thay đổi ngay cả khi nhiệt độ biến thiên trong phạm vi rộng từ 10 oC - 80oC
và có trị số bằng trị số điện dung hình học của kết cấu cách điện


Khi cách điện bị ẩm, điện dẫn tăng cao. Điện dẫn tăng theo nhiệt độ và hằng số thời gian
càng giảm thấp. Như vậy khi bị ầm bằng cách so sánh trị số điện dung đo ở nhiệt độ 20 oC và
70 oC có thể xác định mức độ ẩm. Nếu tỷ lệ C20/C70>1,3 thì cách điện bị ẩm trầm trọng phải
đem sấy

11/08/15

Page 4


b) Kiểm tra phẩm chất cách điện theo tang của góc tổn hao điện môi



Đo tang của góc tổn hao điện môi (tg) là một trong những phương pháp phổ biến nhất để
kiểm tra tình trạng cáh điện của các thiết bị điện bởi vì sự phân bố khuyết tật (ẩm, các túi khí)
trước hết gây tăng tổn hao điện môi.


Trị số tg nói lên chất lượng cách điện, kết quả đo
lường trong các lần kiểm tra định kỳ cho phép đánh
giá sự suy giảm cách điện.


Trong một số trường hợp, ví dụ như trong cách
điện của máy điện phải đo quan hệ phụ thuộc tg
vào điện áp đặt trong khoảng 0,5-1,5 lần điện áp
định mức.


Nếu khi điện áp tăng, tg tăng thì có nghĩa là đã
xuất hiện phóng điện cục bộ

Khi điện áp bé hơn Ui (điện áp gây ion hoá chất khí) thì trị số tg rất bé và hầu như không
thay đổi theo điện áp.


Nhưng khi bọt khí bắt đầu bị ion hoá thì trị số tg tăng vọt vì lúc này ngoài tổn hao điện môi
tgo còn có thêm tổn hao năng lượng do ion hoá chất khí tgi


11/08/15

Page 5




Đo tg được tiến hành bằng thiết bị gọi là cầu đo tg.



Sơ đồ nguyên lý của cầu đo tg

IP
IP

sơ đồ bình thường;

tụ điện mẫu CN,
các biến điện trở không cảm RZ,
điện trở không đổi R4
điện dung C4.

Đối tượng thí nghiệm ký hiệu là Cx.
Trạng thái cân của cầu đo được chỉ thị bằng ganvanomét IP


11/08/15

Page 6

sơ đồ nối ngược


Điện áp thí nghiệm của cầu này thường không quá 10 kV không phụ thuộc vào điện áp
của thiết bị


Zx ZN
=
hay Z x .Z 4 = Z N .Z 3
Z3 Z4



Điều kiện cân bằng của cầu đo như sau



Cách điện có tổn hao có thể mô tả bằng sơ đồ ghép nối tiếp điện trở Rx và điện dung Cx
Tổng trở

Z x = Rx +

1
j.C x

ta có

Biến đổi và so sánh các phần thực và phần ảo



R x = R3

C4
CN

C x = C3

R4
RN

Tang của góc tổn hao điện môi
tg = R x C x = R3

11/08/15

1

j.C 4

1
1
Rx +

=
R
3

1
j.C x
j.C N

R4 +
j.C 4
R4

Page 7

C4
R
C N 4 = R4 C 4
CN
R3


để bảo vệ cầu đo khỏi sự cố ngắn mạch nếu xảy ra chọc thủng cách điện cầu được trang
bị khe hở phóng điện F. Cầu phải được bảo vệ chống nhiễu bằng màn che chắn


IP

IP

sơ đồ bình thường;

sơ đồ nối ngược
Trong điều kiện vận hành cần đảm bảo che chắn kết cấu cách điện tốt thực tế rất khó khăn. Vì thế khi đo tg
tại các trạm biến áp đang làm việc hoặc gần những thiết bị đang làm việc (thí nghiệm hiện trường) sẽ xuất hiện
nhiễu.
Để giảm sai số tiến hành hai thí nghiệm với hai sơ đồ khác nhau trên hình vẽ với đảo pha điện áp thí nghiệm
1800.




Đo lường với điện áp ngược pha cho sai số dấu káhc nhau nên sẽ bù trừ lẫn nhau.



Trị số tg tính bằng trung bình cộng qua hai kết quả đo

11/08/15

Page 8

tg =

C x1tg 1 + C x 2 tg 2
C x1 + C x 2

Kiểm tra cách điện theo cường độ phóng điện cục bộ
Như trên đa nói cảc vết rạn nứt, bọt khi lả cảc chỗ xầu tập trung thường gặp trong kết cấu cách
điện.


Cường độ trường trong bọt khi lớn hơn nhiều so với trị số trường trung bình trong cách diện do hệ
số điện môi chất khí bé. Bởi vậy quá trình ion hoà trong bọt khi có thể xuất hiện sớm, ngay cả khi ở
điện áp làm việc, gây nên hiện tượng phóng điện cucj bộ trong nội bộ điện môi.


Đối với đa số các vật liệu cách điện (trừ loại gốm càch điện) hiện tượng phóng điện cục bộ này
thường làm cho điện môi bị phân hủy mãnh liệt chỗ xấu được phát triển nhanh chóng và cuối cùng
dẫn đến phóng điện hoàn toàn.


Bởi vậy trong thiết kế chế tạo cách điện rất chú trọng đến việc khử bọt khí như dùng các phương
pháp tẩm sấy trong chân không, sơn mặt ngoài, bịt kín,.. và yêu cầu ở điện áp làm việc hiện tượng
ion hoá bọt khí không được xảy ra


Nếu điện áp tác dụng trên bọt khi vượt qua trị số điện áp phóng điện của nó : thì sẽ có phóng
điện làm ngắn mạch điện dung CB và làm sụt điện áp tác dụng lên cách điện một lượng bằng


U B Co
U B Co2
U =
=
Co + C ( Co + C )( Co + C B )
CB -- điện dung của bọt khi,

Co - điện dung của phần điện môi còn lại nối tiếp với bọt khi,



C - điện dung của các phần điện môi khác (ghép song song với mạch CB ,Co)



11/08/15

Page 9

Z tổng trở mạch ngoài




Hiện tựợng sụt áp này chỉ tạm thời vì nguồn sẽ tiếp tục nạp điện cho cách điện qua tổng trở và
như vậy trong mạch sẽ có dòng điện nạp dạng xung kích với thời gian tồn tại khoảng 10 -7 -10-8 s.
Nếu điện áp nguồn là điện áp xoay chiều thì phóng điện cục bộ cũng như thành phần dòng điện
xung sẽ xuất hiện theo chu kỳ.


Tương lự với phóng điện vầng : quang xoay chiều, do ảnh hưởng của các điện tích còn lại của
nửa chu kỳ trước quá trình lon hoá (phóng điện) trong nửa chu kỳ sau được xuất hiện sớm hơn
nghĩa là ở điện áp phóng điện, thấp hơn so với của nửa chu kỳ trước

Bởi vì trong điện môi thường có nhiều bột khí ruiêng lẻ và sự phóng điện trong các bột khí ấy
không đồng nhất thời, nên trong thời gian nửa chu kỳ có thể phát hiện được nhiều đợt xung
dòng điện Những xung ấy có một phổ tần số nhất định biến thiên trong phạm vi từ hàng trăm
kHz đến bàng chục MHz


Có thể phát hiện phóng điện cực bộ trong điện môi bằng các phương pháp sau



Đo điện áp trên cách điện



Đo dòng điện trong mạch ngoài



Đo cường độ sóng điện từ do phóng điện cục bộ phát ra trong không gian



11/08/15

Page 10

Phương pháp đo điện áp được thực hịện theo sơ đồ

Cứ mỗi nửa chu kỳ thì điện áp bị tụt đi một lượng U nhưng do Co< CB và C nên U rất bé
(không quá 1% của điện' áp tác dụng lên cách điện) không thể đo lường trực tìếp mà phải dùng
mạch giao động LC có độ nhạy chọn lọc đối vớí tần số của phóng điện, sau đó qua bộ phận
khuyếch đại vâ đưa vào máy hiện sóng


Để có thể xác định điện áp phóng điện cục bộ ngay trong thời gian vận hành có thể dùng
đồng hồ cao tần phát hiện chỗ xấu. Nó có liên hệ cảm ứng với vật thí nghiệm qua bộ thăm dò
đặc biệt


Biện pháp kiểm tra dự phòng oách điện thông qua phóng điện cục bộ oos nhleefu triển
vọng vì nó cho khả năng kiểm tra cách điện ngay trong điều điện vận hành bình thường, tuy
nhiên còn là nhiều khó khăn trở ngại. Khó khăn chính là các nhíễu loạn bên ng'oài như
phóng điện vầng quang trên đường trong các điện cực mữi nhọn của thiết bị điện. Loại
phóng điện này cũng có nguồn gốc và tính chất tương tự với phóng điệIn cục bộ làm cho
việc phân tích kết quả đo rất khó khăn


Ngoài ra thí nghiệm này chỉ phát hiện là có phóng điện cuc bộ mà không xác đlnh cụ
thể vị trl chỗ xấu trong điện môi. Ngay đối với vết rạn nứt, khi bị ẩm thì các nơi này sẽ trở
thành dẫn điện và không còn phát sinh phóng điện cục bộ


11/08/15

Page 11

Kiểm tra cách điện bằng điện áp tăng cao
Phương pháp thi nghíệm đo sự phân bố điện áp được dùng để pnát hiện các phần tử xấu (bị
chọc thủng) của chuỗl cách điện treo, cách điện đỡ có nhiều tầng nhiều lá ghép nối cấp. Dụng
cụ chính là cần phóng điện như trên hình sau


Dùng cầu phóng điện để đo phân bố áp
1- cần phóng điện;
2- khe hở cầu-cầu;
3- chuỗi cách điện

Nếu cách điện của đĩa tốt và khi điều chỉnh khoảng cách giữa hai quả cầu sao cho điên áp
phóng điện của nó bằng trị số điện áp phân bố trên đĩa cách điện thì sẽ có phóng điện giữa hai
quả cầu


Khi đĩa cách điện đã bị chọc thủng thì sẽ không có phóng điện dù khoảng cách giữà hại
quả cầu có giảm bé.


Tụ điện C phải chịu được mức điện áp lớn nhất phân bố trên câc đĩa của chuỗi cách điện, tác
dụng của nó là để ngăn chặn sự phóng điều xảy ra trên cả chuỗi trong trường hợp chuỗi cách
điện đã bị xấu cần phóng điện lại đặt trên đĩa cách điện côn tốt


11/08/15

Page 12

Thí nghiệm bằng điện áp cao.

Trong tất cả các biện pháp kiểm tra dự phòng cách điện, thí nghiệm bằng điện áp cao được
tiến hành sau cùng và cũng là mục kìa tra cách điện có ý nghĩa quyết định nhất.


Vi dụ theo phương pháp của hiện tượng hấp thụ đã phát hiện cách điện bị ẩm trầm trọng cần
phải đã đem sấy nhưng vẫn chưa thể đảm bảo là cách điện có đủ khả năng để chịu đựng được
tác dụng của các loại quá điện áp


Thí nghiệm bằng điện áp cao có fhể gây phá hoại cách điện nên phải được tiến hành rất thận
trọng, mức điện áp thi nghiệm phải chọn hợp lý sao cho có thể phát hiệu đựơc các chỗ xấu mà
vẫn đảm bảo an toàn cho cách điện


phải căn cứ vào độ lớn, thời gian tác dụng và số lần xuất hiện các loại quá điện áp tác dụng lên
cách điện, căn cứ vào phẩm chất kết cấu cách điện, tình trạng có thể của thiết bị và các hoàn
cảnh khác có lên quan để lựa chọn mức điện áp thí nghiệm hợp lý
11/08/15

Page 13


Cách điện được xem là chịu đựng được thí nghiệm nếu không xảy ra phóng điện hoặc không
có một phần cách điện nào bị hư hại: bốc khói, âm thanh lạ.


Thí nghiệm được thực hiện chịu điện áp trong thời gian đủ để phóng điện cục bộ phát triển.

Thực tế thường quy định thời gian này bằng một phút

Trong một số trường hợp để thí nghiệm có thể dùng điện áp tần số cao hơn (100 hoặc 250
Hz). Khí tần số điện áp tăng số phóng điện cục bộ trong một đơn vị thời gian tăng, tổn hao
điện môi cũng tăng. Điều đó làm cho phóng điện chọc thủng phát triển mạnh hơn.




Vì vậy ở tần số f lớn hơn 100 Hz, thời gian thí nghiệm cần giảm theo công thức sau

t = 60

100
f

nhưng không được nhỏ hơn 20 s
11/08/15

Page 14


Thời gian tác dung của điện áp thí nghiệm có hưởng trực tiếp đến quá trình phóng điện
của cách điện nên không thể kéo dài vô thời hạn. . . .


Khi thí nghiệm với điện cao áp xoay chiều, thời tác dung củá điện áp quy định là một phut,
đủ để kiểm tra tình trạng của cách điện bâng thị giác và thíh giác

Khi dùng điện cao áp một chiều, vì tổn hao điện môi bé lên cách điện không bị phát nóng
và khòng bị phá hoại như khi dùng điện cao áp xoay chiều, do đó thời gian tồn tại của điện
áp lâu hơn (10 hoặc 20 phút) đồng thời mức điện áp thi nghiệm cũng được tăng cao gấp rưỡi
hoặc gáp đôi so với điện áp xoay chìều


Thí nghiệm bằng điện áp một chiều thtrờng được tiến hành đôí với các thiết bị có điện dung
lớn (cáp, máy điện, tụ điện....) vì nó yêu cầu công suất của thiết bị thí nghiệm (nguồn) khòng
lớn


Trong qúa trình thí nghiệm có thể kết hợp đo dòng điện rò và xây dựng quan hệ vônămpe để phối hợp kiểm tra tình trạng cách điện.


Trị số điện áp thí nghiệm bằng điện áp chỉnh lưu một chiều đối với các máy điện lấy
bằng (2,2á2,5) lần điện áp định mức Uđm. Cách điện của cáp điện áp định mức đến 10
kV thí nghiệm bằng điện áp một chiều (5á6)Uđm, điện áp định mức đến 10-35 kV điện áp
thí nghiệm (4á5)Uđm. Thời gian thí nghiệm 10-15 phút.


11/08/15

Page 15