CÁCH điện của ĐƯỜNG dây tải điện TRÊN KHÔNG và TRẠM BIẾN áp

C¸ch ®iÖn cña ®êng d©y t¶i ®iÖn
trªn kh«ng VÀTRẠM BIẾN ÁP


Cách điện của đờng dây tải điện trên không
Yêu cầu chung đối với cách điện của đờng dây trên không
Các dây dẫn của đờng dây trên không phải cách điện với nhau (giữa các pha) và cách điện
đối với đất (cách điện giữa pha với đất). Để thực hiện sự cách điện đó, dây dẫn đợc đặt hoặc
treo trên cột bằng các cách điện sứ hoặc thủy tinh còn ở trong khoảng vợt dựa vào cách điện
của không khí.


Khi xuất hìện qúa điện áp khi quyển hoặc quá điện áp nội bộ các phóng điên trên cách điện
của đờng dây dẫn đến sự cố ngắn mạch ờ cột điện. Tại các cột, các phóng điện này sẽ xảy ra
men của cách điện hoặc chọc thủng khoảng không khí giữa dây dây dẫn tới các bộ phận khn
loại của cột.


Để hạn chế hoặc loại trừ các phóng điện nói trên, cần phải nâng cao mức cách điện của đ
ờng dây nh tăng số cách điện trong chuỗi hoặc tăng khoảng cách không khí. Tuy nhiên việc
tăng cờng cách điện sẽ làm tăng giá thành dựng đờng dây do phải tăng kíh thớc cột và tăng
số cách điện trong chuỗi.


Hiện nay ngoài biện pháp tăng cờng cách đện còn có các biện pháp nh dùng thiết bị chống
sét để hạn chế trị số quá điện áp hoặc các thiết bị tự động)cuộn dập hồ quang, tự động đóng
lại) có khả năng loại trừ sự cố nhanh chóng đảm bảo cung cấp điện liên tục.


11/08/15

Page 2


Việc chọn cách điện của đờng dây trên không thờng xuất phát từ các yêu cầu sau đây:



Cách điện của đờng dây phải chịu đợc tác dụng của đa số các loại quá diện áp nội bộ
trừ một vài loại có biên độ quá lớn nhng xác suất xuất biện bé.

Đối với các đờng dây điện áp khác nhau dựa theo kết quả tính toán và thí nghiệm đã
quy định đợc trị số quá điện áp nội bộ tính toán và trên cơ sở đó tiến hành chọn cách
điện của đờng dây

Đối với yêu cầu của quá điện áp khí quyển phải giải quyết sao cho đợc hợp lý về kinh tế
và kỹ thuật. ở các đờng dài 110 kV trở lên yêu cầu này đợc thỏa mãn dề dàng vì cách
điện đờng dây khi chọn theo yêu cầu của quá điện áp nội bộ đã có đợc mức cách điện
xung kinh rất cao chỉ cần có các biện pháp bảo vệ chống sét tơng đối đơn giản là đủ
đảm bảo cho đờng dây có múc chịu sét cao.

Ngợc lại với các đờng dây 35 kV và điện áp thấp hơn để thỏa mãn yêu cầu của quá
điện áp khí quyển cách điện phải tăng rất cao và nh vậy sẽ rất tốn kém. Bởi vậy cách
điện của đờng dây chỉ cần chọn tới mức cần thiết hợp lý kết hợp với một số biện pháp
khác để hạn chế số lần sự cố do sét gây nên nh cải thiện nối đất cột điện, dùng cuộn
dập hồ quang v.v.
11/08/15

Page 3

Cách điện của đờng dây tại cột điện
Các dây dẫn của đờng dây tải điện trên không phải đợc đặt cách điện đối với nhau và đối
với đất.


Để thực hiện cách điện này ngời ta treo các dây dẫn tại các vị trí cột trên các cách điện
sao cho đảm bảo khoảng cách nhất định giữa các dây dẫn cũng nh giữa từng dây dẫn đối
với đất.


Nh vậy cách điện của đờng dây tải điện trên không trong khoảng vợt đợc đảm bảo bằng
khoảng cách trong không khí dây dẫn - dây dẫn, dây dẫn - đất và dây dẫn - dây chống sét.


Tại cột điện cách điện đờng dây tải điện trên không bao gồm các cách điện và khoảng
cách không khí.


Nếu cột sắt, đó là khoảng cách giữa dây dẫn (hoặc các phụ kiện bảo vệ của dây dẫn) với
cột.


a) cột sắt đờng dây 750 kV.
b) Cột gỗ đờng dây 110 kV
11/08/15

Page 4


Cột bê tông cốt thép trong mối tơng quan cách điện cũng tơng tự nh là cột sắt vì các đai

ốc để treo chuỗi cách điện đợc nối với hệ thống nối đất của cột điện.


Các đờng dây dùng cột gỗ thì ngoài các cách điện cột và xà gỗ đóng vai trò cách điện bổ
sung.


Cách điện đờng dây gồm thành phần điện môi bộ phận kim loại (làm mũ và chân) và vật
liệu gắn kết giữa điện môi với bộ phận kim loại.


Điện môi sử dụng để chế tạo cách điện của các đờng dây tải điện trên không phải có đặc
tính cơ giới cao vì chúng là các phần tử phải chịu các tải trọng cơ học rất lớn.


Các cách điện của đờng dây truyền tải điện phải chịu tác động của tải trọng của dây dẫn
hàng tấn, đôi khi đến hàng chục tấn.


Cách điện đỡ thanh góp tại các trạm phân phối chịu các lực cơ học điện động rất lớn xuất
hiện khi xảy ra ngắn mạch.


Điện môi cũng phải có độ bền cách điện cao, cho phép chế tạo các cách điện có độ tin
cậy làm việc cao và kinh tế. Chúng cũng phải là những vật liệu không hút ẩm và không
biến tính dới tác động của các yếu tố khí hậu.


11/08/15

Page 5


Sứ và thuỷ tinh đáp ứng hầu hết các yêu cầu trên. Cách điện chế tạo bằng sứ hoặc thủy
tinh có cờng độ cách điện cao, độ bền cơ giới lớn và chịu đựng đợc các tác động của môi tr
ờng khí quyển.


Cờng độ cách điện của sứ trong điện trờng đồng nhất chiều dày của mẫu sứ 1,5mm có thể đạt
tới 30- 40 kV/mm.
Khi độ dày tăng, cờng độ cách điện có giảm và nếu là điện trờng không đồng nhất thi nó còn
giảm bé hơn nữa. Độ bền điện của thuỷ tinh trong điều kiện tơng tự đạt 45 kV/mm.
Cờng độ cách diện xung kích của sứ cao hơn so với trị số xoay chiều khoảng 50 - 70%.

Độ bền cơ giới của sứ và thuỷ tinh phụ thuộc vào dạng tải trọng cơ giới.



Sứ làm việc rất tốt khi bị nén khi bị uốn thì kém hơn và đặc biệt là khi bị kéo thi càng kém. Độ
bền cơ giới của các mẫu sứ đờng kính 2-3 mm đạt 450 MPa khi nén, 70 MPa khi uốn nhng chỉ
còn 30 MPa khi kéo.

Trong chế tạo độ dầy của sứ thờng khòng quá 30-40cm (trừ trờng hợp sứ thanh) vì nếu
dày quá sẽ khòng tránh đợc các bọt khí bên trong làm ảnh hởng đến đặc tính điện. Với độ
dày đó nếu không đảm bảo đợc yêu cầu về cách điện sẽ dùng kết cấu nối cấp (vi du cách
điện 110 kV do 4 phần tử 35 kV ghép nối cấp).
Độ bền cơ giới của sứ còn phụ thuộc vào kết cấu của độ phận kim loại và cách gắn nó với
sứ và bao giờ cũng giảm khi tiết diện tăng.
11/08/15

Page 6


Sứ

Đặc tính

Thuỷ tinh

Sứ cách
điện truyền
thống

Sứ cách điện
nhiều nhôm

Stéatite

Sodocalcique

Sodocalcique
postasique

Borosilicate

6

7,5

6,1

7,5

7,3

5,3

tg , 25oC, 50Hz

0,01

0,095

0,002

0,015

0,013

0,04

Điện trở suất 25oC, 50Hz,
(.cm)

1013

1013

1014

1012,5

1013

1014

Cờng độ cách điện của mẫu
25oC, 50Hz (kV/cm)

170

160

180

230

250

290

Khối lợng riêng (g/cm3)

2,4

2,8

2,7

2,5

Độ bền kéo (daN/mm2)

3

6

4,5

2

10

4,5

7700

10700

10000

7400

7200

6700

5,5.10-6

6,5.10-6

7,5.10-

9.10-6

9,1.10-6

3,2.10-6

0,004

0,007

0,006

0,0025

0,0025

0,0025

Điện trở suất mặt
Hằng số điện môi 25oC, 50Hz

Hệ số giãn nở nhiệt

Module đàn hồi (daN/mm2)
Hệ số giãn nở nhiệt
Nhiệt dẫn 100oC (cal/cm.s.oC)
11/08/15

Page 7

6

2,2


Hiện nay cách điện thủy tinh ngày càng đợc áp dụng rộng rãi vì rẻ tiền hơn nhiều so với
cách điện sứ trong khi các đặc íinh về điện và cơ giới không bị sút kém.


Các đặc tinh này phụ thuộc vào thành phần hóa học của thủy tinh mà chủ yểu là thành
phần kiềm.


Khi thành phũ kiềm nhiều (thủy tinh kiềm) thì còng độ cách điện thấp; dới tác dụng của
điện áp một chiều sẽ có hiện tợng điện phân xức tthúc đẩy quá trình lão hoá; có hệ số giãn
nở nhiệt cao nên dễ bị vỡ khi nhiệt độ thây đôỉ đột ngột.


Do đó loại cách điện chế tạo bằng thủy tinh kiềm chỉ dùng cho điện áp xoay chiều và đặt trong
nhà.
Đối với loại cách điện dùng ngoài do có thành phần kiềm ít hơn nên có cờng độ cách điện (có thể
đạt 49 kV/m) trong khi đó loại thủy tinh kiềm chỉ đạt 17,9 kV/mm) và có khả năng chịu xung nhiệt
tốt hơn.

11/08/15

Page 8

Để tăng độ bền cơ giới trong chế taọ thờng dùng phơng pháp tôi nóng ở nhiệt độ cao
(650oC đối với thuỷ tinh kiềm và 780oC đối với thuỷ tinh ít kiềm) sau đợc thổi bằng không khí
lạnh. Lúc này lớp bên ngoài của thuỷ tinh sẽ rắn lại và khi tiếp tục làm lạnh thì càc lớp bên
trong do nguội dầ n nên giảm thể tich.


Kết quả là lớp bên ngoài sẽ chịu ứng suất nén và lớp bên trong chịu ứng suất kéo. Do đó
khi có tải trọng kéo, cách điện chỉ bị h hỏng khi lực kéo thắng đợc lực nén của lớp bên
ngoài... vì vậy độ bền cơ giới của loại thuỷ tinh tôi cao hơn nhiều so với phơng pháp nung.
cách điện thuỷ tinh kiểu treo dùng trên các đờng dây tải địên đợc chế tạo với tải trọng cơ giới
đến 540 kN.


11/08/15

Page 9


Phân loại cách điện của đờng dây tải điện trên không
Theo vật liệu sử dụng
không khí (cách điện dây dẫn pha pha, pha - đất)
sứ (cách điện dây dẫn pha - đất tại vị trí cột)
thuỷ tinh (cách điện dây dẫn pha - đất tại vị trí cột)
Vật liệu composite (cách điện dây dẫn pha - đất tại vị trí cột)

Theo kết cấu
Loại có chân sắt (cách điện đỡ)
Loại cách điện treo (chuỗi, thanh)

Loại đĩa
Loại thanh

11/08/15

Page 10


Loại cách điện có chân sắt
Đờng dây điện áp từ 35 kV trở xuống thờng dùng loại cách điện kiểu đỡ có chân sắt.
Dây dẫn đợc đặt trên cách điện.


Điện áp càng cao thì yêu cầu về đờng kính và chiều cao càng lớn nghĩa là độ dày của
điện môi càng phải lớn và nh vậy trong chế tạo rất khó đảm bảo chất lợng.


Do đó đối với cách điện điện áp 35 kV đã phải dùng 2-3 lớp ghép lại với nhau



Chân sắt đợc dùng để cố định cách điện vào cột xà.



Dây dẫn đặt vào khe lõm ở mặt trên hoặc bên cạnh của cách điện.

Chân sắt vặn ngang mức cổ cách điện để cho mô men uốn do lực căng của dây dẫn
tác dụng lên nó đợc bé nhất.


11/08/15

Page 11


Điện áp phóng điện chọc thủng (tiến hành trong dầu) có trị số cao hơn điện áp phóng điện khô
mặt ngoài 30- 40%.
Khi bị ma phần ngoài của cách điện bị ớt hoàn toàn, chỉ còn phần dới vẫn khô ráo và nó phải
chịu đựng toàn bộ điện áp.
Do đó trị điện áp phóng điện ớt rất bé so với điện áp phóng điện khô.
Để tăng trị số điện âp phóng điện ớt thờng đặt thêm lá giữ cho mặt ngoài không bị ớt hoàn toàn.
Loại này có kết cấu tạo phức tạp hơn do trong quá trình chế tạo phải qua khâu tiện và hàn gắn
các bộ phận với nhau

11/08/15

Page 12


Loại cách điện

Kích thớc
H, mm

11/08/15

D, mm

Độ bền
cơ giới
khi uốn,
kg

Điện áp phóng điện, kV
Khô

ớt

ở 2às

50%

Tần số 50 Hz

Xung kích tiêu chuẩn

C6

94

126

1400

50

28

109

83

C6 (thuỷ tinh)

91

126

1800

50

28

-

-

6

108

100

1300

50

32

108

75

C10 (thuỷ tinh)

110

147

1400

60

34

130

101

C10 (thuỷ tinh)

110

150

1800

60

36

-

-

10

125

142

1900

62,5

38

117

90

20

190

185

3500

68

64

170

132

35

270

250

6000

129

95

270

179

Page 13

Cách điện treo
Vì dây dẫn đợc treo trên chuỗi cách điện nên khi làm việc cách điện ở trạng thái bị kéo
và nh vậy tận dụng đợc u điểm về độ bền cơ giới của vật liệu. Cách điện treo đợc phân
thành hai loại: loại đĩa và loại thanh.


a) Loại đĩa

Mũ và thanh kim loại đợc chế tạo bằng gang mềm và gắn vào điện môi bằng xi măng
pooc-lăng mác cao 400 - 500 pha một nửa cát.


Việc ghép các đĩa thành chuỗi đợc tiến hành bằng cách cho thanh kim Ioạị của đĩa này
khớp vào mũ của đĩa kia và dùng chốt hãm.


11/08/15

Page 14


Capot
Mortier
de ciment
Diélectrique

Tige

11/08/15

Page 15


Các loại sứ đĩa (điện môi bằng sứ) đợc chế tạo theo hai kiểu khác nhau kiểu có đầu
hình nón và đầu hình trụ.


Đối với kiểu có đầu hình nón mặt ngoài và mặt trong của đầu sứ đều tráng men láng
nên không thề bám với xi măng vi vậy có thể xảy ra sự chuyển dịch tơng hỗ giữa xi
măng và sứ khi có tải trọng hoặc khi nhìệt độ thay đỗi (hệ số gĩan nở nhiệt của xi măng
lớn hơn của sứ) và tạo nên các ứng xuất phụ.


Để ứng xuất không đạt tới mức độ nguy hiểm thì góc nón phải không đợc bé hơn 10 13o, nhng nh vậy sẽ phải tăng kịch thớc mũ sứ và ảnh hởng không tốt đến đặc tính
phóng điện của chuỗi.


Đối với kiểu sứ có đầu hình trụ, để xi măng gắn với sứ thì mặt trong cuả đầu sứ có bọc
một lớp vụn sứ.


Ngoài ra còn có cải tiến khác nh trên bề mặt cuả xi măng cũng nh của sứ cho quyét
lớp bi tum để khử các ứng suất phụ gây nên bởi dãn ở nhiệt đầu thanh kim loại có lỗ
trồng để giảm ứng suất cơ ở phía đầu thanh và do đờ kiểu sứ có đầu hình trụ có kích th
ớc vâ kết cấu gọn nhẹ hơn so với kiểu có đầu hinh nón.


11/08/15

Page 16




Kích thớc và hình dạng của phần đĩa ảnh hởng rất lớn đến đặc tính điện.

Phải đảm bảo không cho phong điện chọc thủng xảy ra trớc khi có phóng điện mặt
ngoài cách điện bằng cách giữ tỷ lệ giữa điện áp phóng điện chọc thủng và điện áp
phóng điện khô (mặt ngoài) không bé hơn 1,5.


Thờng trị số điện áp phòng điện khô khoảng 75 kV do đó để có điện áp phóng điện
chọc thủng lớn gáp rỡi thì chiều dày của lớp sứ ở đầu sứ phải từ 25-30mm.


Mặt trên của đĩa sứ nghiêng một góc khoảng 5-10o để thoát nớc còn ở bên dới có gờ
để tăng chiều dài đờng rò điện và trị số điện áp phóng điện ớt.




Cách điện treo bằng thủy tinh có hình dáng kết cấu tơng tự với loại sứ đĩa sứ.

Loại thủy tinh tôi nóng có kích thớc và trọng lợng giảm đi rất nhiều so với Ioại sứ đĩa.
Bất kỳ một sự h hỏng nào của thuỷ tinh đĩa cũng đều làm cho nó vỡ tan nên các sự cố
có cách điện dễ phát hiện


Dùng thủy tinh làm điện môi cho phép cơ giới hóa và tự động toàn bộ quá trình sản

xuất do đó mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn và dẫn đến xu hớng sử dùng ngày càng
rộng rãi loại thủy tinh cách điện thay hế cho loại ú cách điện.


11/08/15

Page 17


Loại cách điện

11/08/15

H, mm

D, mm

Chiều dài đ
ờng rò điện,
mm

6-B

140

270

324

1,1

35

2,5

16-A

173

280

365

1,2

-

2,4

20-A

194

350

420

1,1

-

2,4

C6-A

130

255

155

1,0

28

2,6

C12-A

140

260

325

1,2

35

2,3

C16-B

170

280

387

1,2

40

2,3

C22-A

200

320

390

1,1

40

2,3

C30-A

190

320

425

1,1

45

2,0

C40-A

190

330

445

1,1

50

2,0

5-A

194

250

450

-

-

-

6-A

198

270

455

8-A

214

300

470

C16-A

160

320

480

C22-A

185

370

570

Page 18

Kích thớc

Hệ số sử
dụng

Điện áp
xuất hiện
vầng
quang kV

Cờng độ điện tr
ờng phóng điện
ớt trung bình
kV/cm

Ghi chú

Sứ

Thuỷ tinh

vùng ô nhiễm cao

- là ký hiệu của loại cách điện treo sứ;
C- là ký hiệu của loại cách điện thuỷ tinh treo


b) Loại thanh



đó là thanh sứ dài có lá, hai đầu có mũ kim loại.



Đờng kính của thanh chọn theo độ bền khi kéo.



Dùng sứ thanh sẽ tiết kiệm đợc nhiều kim loại và giảm nhẹ trọng lợng cách điện.
Vi dụ chuỗi sứ 110 kV (gồm 7 đĩa sứ) nặng 48 kg, trong khi đó nếu dùng sứ thanh thì chỉ nặng
23 kg, trọng lợng phần kim loại của chuỗi sứ là 15 kg, còn ở sứ thanh chỉ còn 3,5 kg.

Khuyết điểm của sứ là thanh là một khi bị h hỏng (do hồ quang hoặc do va chạm cơ
giới) thì phải thay thế toàn bộ.

11/08/15

Về mặt chế tạo có phức tạp hơn vì yêu cầu phải có trình độ kỹ thuật hiện đại.

Page 19


11/08/15

Page 20


Cách điện composite
Cách điện composite đợc nghiên cứu và phát triển trong vòng vài chục năm gần đây là
một kết cấu cách điện có thiết kế khác hoàn toàn với các loại cách điện truyền thống
bằng sứ và thuỷ tinh cách điện.


Cách điện composite cấu tạo từ một lõi bằng sợi thuỷ tinh tẩm trong một chất kết dính
(nhựa epoxy) và phần vỏ bên ngoài có tán để bảo vệ lõi.


vật liệu tổng hợp bọc bên ngoài bằng EPDM (Ethylène Propyèene Diène Méthylène)
hoặc EPR (Ethylène Propylène Ruber) hoặc PTFE (Polytétrafluora Ethyène) hoặc cao
su silicon (Silicone Ruber).
lõi bằng sợi thuỷ tinh tẩm nhựa epoxy (FRP - Fiber Renforced Plastic).

Lõi có dạng hình trụ có đờng kính khác nhau tơng ứng với độ bền phá huỷ bé nhất của
cách điện.
Cách điện composte có thể sử dụng nh cách điện đờng dây hoặc nh cách điện ngăn
cách các pha.


11/08/15

Page 21


11/08/15

Page 22


Chuỗi cách điện



Cách điện của đờng dáy 35 kV quan trọng và của các đờng dây điện áp cao hơn thòng đợc
thực hiện bằng chuỗi gồm nhiều đĩa cách điện.
Số đĩa nhiều ít tuỳ thuộc vào yêu cầu cảu tnừg cấp cấp điện áp.
Dọc theo đờng dây, ở các cột trung gian chuỗi cách điện đặt theo đờng thẳng còn ở các cột
néo đợc đặt hầu nh nằm ngang và chịu lực căng của dây dân.
Vì độ bền cơ giới của cả chúỗi cách điện cũng là độ bề cơ giới của từng đĩa nên trong trờng
hợp không đạt yêu cầu về độ bề cơ giới phải giải quyết bằng cách dùng nhìều chuỗi ghép
song song.
Về điện áp phóng điện không thể tinh toán đơn giản bằng cách ấy điện áp phóng điện của
từng đĩa đem nhân với số đĩa trong chuỗi mà cần phải xét đến sự phân bố điện áp và đặc điển

của quá trình phóng đién dọc theo chuỗi.


Quá trình này có thể phát triển theo một trong ba đờng.
Hoàn toàn dọc theo bề mặt cách đìện tức là theo đờng CBA hoặc CBA1
Theo đờng CBD với chiều dài phóng điện nlp (n là số đĩa trong chuỗI).
Theo đờng ngắn nhất EF mà chiều dài của nó gần bằng trị số L=nH.

11/08/15

Page 23


Cờng độ cách điện theo đờng EF thực tế bằng cờng độ cách điện của khe hở khí giữa điện cực
thanh - thanh do đó thờng có trị số cao hơn so với cờng độ cách điên theo đờng CBD (tuy có
nhiều dài phóng điện dài hơn nhng do có một phần đi men theo mặt ngoài của điện môi nên điện
áp phóng điện bé).
Đó cũng là giới hạn trên của trị số điện áp phóng điện của chuỗi và suy ra biện pháp nâng cao
điện áp phóng điện là phải tăng tỷ số lp/H sao cho cờng độ cách điện theo đờng CBD đạt đợc
mức của đờng EF.
Thực nghiệm cho thấy khi tỷ số lp/H bằng khoảng 1,3 thì có thể đạt đợc yêu cầu trên và trong
sản xuất tỷ số này thờng chọn trang giới hạn 1,15-1,35.

Sự phân bố điên áp trên các đĩa của chuỗi cách điện cũng ảnh hởng đến trị số điện áp
phóng điện

11/08/15

Page 24

C - điện dung của từng đĩa cách điện.

C1- điện dung của từng đĩa cách điện đối
với các phần tử nối đất.

C2 - điện dung của từng đĩa cách điện
đối với dây dẫn (trị số của chúng phụ
thuộc vào vị trị của từng đia trong chuỗi)

Có thể ấy trung bình khoảng các điện dung trên nh sau: C=50-70 pF; C1=4-5 pF; C2=0,5-1 pF.
11/08/15

Page 25