Các chỉ số đánh giá chất lượng của chất cách điện

Cách điện là bộ phận bắt buộc của bất kỳ loại dây cáp điện nào vì nó có tác dụng ngăn cách các lõi dẫn điện với nhau về mặt vật lý, đồng thời bảo vệ dây dẫn khỏi tác động của yếu tố môi trường khác nhau. Tình trạng của lớp cách điện này cũng là một trong những tiêu chí quyết định về mặt an toàn cho cả nhân viên làm việc và hoạt động của dây cáp, nếu vì bất kỳ lý do gì mà lớp cách điện của dây dẫn bị hỏng đều có thể dẫn đến tai họa như điện giật hoặc thậm chí là hỏa hoạn. Và có nhiều nguyên nhân dẫn đến chất lượng cách điện kém như:

• Hư hỏng cơ học trong quá trình lắp đặt, sửa chữa hoặc đào bới;
• Hư hỏng lớp cách điện do độ ẩm hoặc nhiệt độ;
• Kết nối điện của dây dẫn được thực hiện không đúng cách;
• Vượt quá các thông số định mức của cáp;
• Sự lão hóa tự nhiên của vật liệu cách điện…

Điều quan trọng là phải thường xuyên theo dõi các chỉ số chất lượng của lớp cách điện để đưa ra phương án phù hợp nhất. Mặc dù vậy, việc thay thế hoàn toàn đường dây điện luôn là một giải pháp rất tốn kém và tốn nhiều công sức, chưa kể những tổn thất và thiệt hại mà doanh nghiệp sẽ phải gánh chịu do mất điện và do thiết bị ngừng hoạt động ngoài dự kiến. Đối với các bệnh viện và các cơ sở quan trọng về mặt chiến lược thì việc gián đoạn nguồn điện là không thể chấp nhận được.

Đó là lý do tại sao điều quan trọng hơn nhiều là ngăn chặn sự cố bằng cách phát hiện sớm lớp cách điện bị hư hỏng, kiểm tra chất lượng của nó kịp thời và khi cần thiết thì sửa chữa, thay thế để không dẫn đến tai nạn và hậu quả khó lường. Để làm điều này, các chỉ số đo lường chất lượng cách điện được thực hiện – gồm 4 thông số,.

4 chỉ số đo lường chất lượng của cách điện

Mặc dù chất cách điện thực sự là một chất điện môi và không dẫn điện, giống như một tụ điện phẳng nhưng vẫn có một lượng nhỏ điện tích tự do bên trong nó, và chỉ cần một sự dịch chuyển nhỏ của các lưỡng cực này cũng gây ra tính dẫn điện yếu (dòng điện rò rỉ) của lớp cách điện. Để đảm bảo cách điện không gây gián đoạn điều kiện hoạt động của thiết bị điện và an toàn khi vận hành, cần đảm bảo chất lượng cao của nó, được xác định bởi mức độ dẫn điện (độ dẫn điện càng thấp thì chất lượng càng cao).

Nói chung, có 3 loại dòng điện thường chạy qua vật liệu cách điện là: dòng điện phân cực, dòng điện hấp thụ và dẫn điện liên tục.

• Tuy nhiên, dòng điện phân cực gây ra bởi sự dịch chuyển của các điện tích trong lớp cách điện cho đến khi tạo trạng thái cân bằng (phân cực nhanh), và thường có thời gian rất ngắn đến mức không thể phát hiện. Điều này dẫn đến thực tế là sự đi qua của các dòng điện như vậy không liên quan đến tổn thất năng lượng, tức là dòng điện phân cực được biểu thị bằng điện dung thuần, không có điện trở hoạt động.
• Dòng hấp thụ gây ra bởi quá trình phân cực chậm có liên quan đến sự tổn thất năng lượng trong chất điện môi, do đó nhánh tương ứng của điện trở tương đương cũng bao gồm điện trở chủ động.
• Cuối cùng, sự hiện diện của các tạp chất trong lớp cách điện (ở dạng bọt khí, hơi ẩm…) dẫn đến sự xuất hiện của các kênh dẫn điện.

Độ dẫn điện (điện trở) của vật liệu cách điện là khác nhau khi tiếp xúc với điện áp một chiều và xoay chiều, vì với điện áp xoay chiều, dòng điện hấp thụ đi qua lớp cách điện trong suốt thời gian tiếp xúc với điện áp. Còn đối với điện áp một chiều, chất lượng cách điện được đặc trưng bởi hai thông số: điện trở tác dụng và điện dung, đặc trưng gián tiếp bởi tỷ số R60/R15.

Để duy trì mức cách điện đáp ứng các yêu cầu an toàn và điều kiện vận hành của hệ thống lắp đặt điện, PUE cung cấp tiêu chuẩn hóa điện trở cách điện của mạng. Kiểm tra cách điện định kỳ là cần thiết đối với người tiêu dùng năng lượng điện.

Điện trở cách điện giữa bất kỳ dây nào vớ đất, cũng như giữa bất kỳ dây nào giữa hai cầu chì liền kề trong mạng phân phối có điện áp lên đến 1kV, phải ít nhất là 0.5 MΩ.

1. Điện trở cách điện Riso

Nguyên tắc đo lường là thế này: Khi đặt một điện áp không đổi vào các bản tụ điện, xung dòng điện tích sẽ xuất hiện đầu tiên, cường độ của xung này tại thời điểm đầu tiên chỉ phụ thuộc vào điện trở của mạch và chỉ sau đó điện dung hấp thụ (điện dung phân cực) mới được tích điện. Trong khi dòng điện giảm theo cấp số nhân và ở đây bạn có thể tìm thấy hằng số thời gian RC bằng thực nghiệm. Vì vậy, sử dụng máy đo thông số cách điện sẽ đo điện trở cách điện của Riso.

Các phép đo được thực hiện ở nhiệt độ không thấp hơn 5°C vì ở nhiệt độ thấp hơn, người ta cảm nhận được ảnh hưởng của độ ẩm làm mát và đóng băng và hình ảnh đo lường không đúng với thực tế. Sau khi loại bỏ điện áp thử nghiệm, điện tích của “tụ điện cách điện” bắt đầu giảm do sự hấp thụ điện môi của điện tích xảy ra.

2. Tỷ lệ hấp thụ DAR

Mức độ ẩm hiện tại của vật liệu cách điện được phản ánh bằng số trong hệ số hấp thụ, vì vật cách điện càng ẩm thì sự hấp thụ điện tích bên trong nó càng mạnh. Dựa trên hệ số hấp thụ, người ta sẽ đưa ra quyết định là có làm khô lớp cách điện của máy biến áp, động cơ, dây cáp hay không…

Tỷ lệ điện trở cách điện được tính sau 60 giây và 15 giây sau khi bắt đầu đo điện trở – đây là hệ số hấp thụ.

Càng có nhiều hơi ẩm trong lớp cách điện thì dòng rò càng lớn, giá trị của hệ số hấp thụ DAR càng thấp (Tỷ lệ hấp thụ điện môi = R60/R15). Cách điện ướt có nhiều tạp chất hơn (tạp chất có trong hơi ẩm), điện trở do tạp chất giảm, tổn thất tăng, điện áp đánh thủng do nhiệt giảm, lão hóa nhiệt của cách điện tăng nhanh. Nếu hệ số hấp thụ nhỏ hơn 1.3 thì lớp cách nhiệt phải được làm khô.

3. Chỉ số phân cực PI

Chỉ số quan trọng tiếp theo đánh giá chất lượng cách điện là chỉ số phân cực. Nó phản ánh sự chuyển động của các hạt tích điện bên trong chất điện môi dưới tác dụng của điện trường. Chất lượng cách điện càng mới, nguyên vẹn và tốt hơn thì càng có ít hạt tích điện di chuyển bên trong nó, giống như trong chất điện môi. Chỉ số phân cực càng cao thì vật liệu cách nhiệt càng cũ.

Để đo lường được thông số này, tỷ lệ giá trị điện trở cách điện sau 10 phút và 1 phút sau khi bắt đầu thử nghiệm sẽ được tính toán. Hệ số này (Chỉ số phân cực = R600/R60) trên thực tế biểu thị tuổi thọ còn lại của chất cách điện. Hệ số phân cực PI không được nhỏ hơn 2.

4. Hệ số phóng điện môi DD

Cuối cùng là hệ số phóng điện môi. Thông số này giúp xác định lớp nào bị lỗi, hư hỏng trong số các lớp cách điện nhiều lớp. Phép đo DD (Phóng điện điện môi) được thực hiện như sau: Trước hết, chất cách điện được tích điện để đo cường độ cách điện của nó; sau khi quá trình sạc dừng lại, dòng điện rò rỉ vẫn còn qua chất điện môi. Bây giờ lớp cách điện được phóng điện ngắn hạn và 1 phút sau khi bị đoản mạch, dòng phóng điện dư của chất điện môi được đo bằng nanoampe. Dòng điện tính bằng nanoampe này được chia cho điện áp đo và điện dung cách điện. Hệ số DD phải nhỏ hơn 2 thì mới đảm bảo chất cách điện đủ tiêu chuẩn.

Tham khảo