Yêu cầu đặc tính của vật liệu cách điện đường dây trên cao:
- Có điện trở cao;
- Có thể chịu được tải trọng của dây dẫn và gió. Do đó, nó có độ bền cơ học cao.
- Cường độ đánh thủng do phóng điện bề mặt cao.
- Vật liệu được sử dụng cho chất cách điện là không xốp, không có tạp chất và vết nứt.
- Vật liệu cách điện không được ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ.
1. Các vật liệu cách điện
Vật liệu cách điện cho đường dây trên không chủ yếu được phân loại thành những dạng sau:
- Sứ cách điện: (dựa trên vật liệu gốm như đất sét sành, nhôm silicat, cao lanh, felspat)
- Cách điện thủy tinh: dựa trên kính cường lực có độ bền điện môi cao lên đến 140kV/cm.
- Cách điện Steatite: dựa trên magie silicat (% khác nhau của oxit magie + silica).
- Cách điện Polymer: dựa trên sợi thủy tinh và polymer epoxy.
a. Sứ cách điện
Sứ là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất để làm chất cách điện cho đường dây tải điện trên không. Sứ không cho phép phóng điện và nó hoạt động hiệu quả khi được kết hợp với các vật liệu không dẫn điện khác. Nó là nhôm silicat trộn với thạch anh, fenspat và cao lanh. Điều này giúp cho sứ cách điện có độ cứng và tráng men.
b. Cách điện thủy tinh
Vật liệu kính cường lực được sử dụng cho chất cách điện và nó rất hữu ích trong hệ thống truyền tải và phân phối. Thủy tinh rẻ hơn sứ. Độ bền điện môi của thủy tinh là 140 kV / cm và nó cao hơn sứ, điện trở suất cao và hệ số giãn nở nhiệt thấp.
Chủ yếu kính cách điện được sử dụng làm chất cách điện là loại trong suốt. Do đó, các tạp chất hoặc bọt khí có thể được phát hiện dễ dàng, nó cũng không bị nóng lên bởi ánh sáng mặt trời như sứ nhưng nhược điểm của cách điện thủy tinh là hơi ẩm có thể ngưng tụ bề mặt thủy tinh và tạo đường dẫn phóng điện.
c. Cách điện Polymer
Có hai loại vật liệu polyme được sử dụng trong hệ thống; nhựa epoxy gia cố bằng sợi thủy tinh và cao su silicon. Cao su silicon còn được gọi là EPDC (Ethylene Propylene Diene Monomer), cách điện polyme còn được gọi là chất cách điện composite. Chất cách điện polymer có trọng lượng nhẹ so với chất cách điện bằng thủy tinh và sứ, ngoài ra nó còn có tác dụng chống ẩm tốt hơn.
Vật liệu cách điện phù hợp?
Thủy tinh (Kính cường lực) có thể chịu được lực căng lớn hơn so với kính thông thường, giá thành của kính cường lực cũng thấp hơn so với sứ. Trong hầu hết các trường hợp, kính cường lực là trong suốt. Do đó, các sai sót trong vật liệu có thể được phát hiện dễ dàng bằng mắt thường.
Nhưng độ ẩm ảnh hưởng đến bề mặt của kính và nó gây ra rò rỉ trên bề mặt của một chất cách nhiệt. Một nhược điểm khác của kính là khối lượng của đường dây cao áp có thể không đều về hình dạng và nó có thể gây ra biến dạng bên trong. Do đó, cách điện kính cường lực phù hợp với đường dây < 25 kV.
Sứ được tạo thành từ đất sét, thạch anh hoặc alumin, và fenspat. Cần phải tráng men sứ để giữ cho bề mặt tương đối không bị bám bẩn và ẩm ướt. Độ bền điện môi của sứ khoảng 40-100kV /cm. Độ bền điện môi của thủy tinh cao hơn của sứ. Bất kỳ tạp chất nào có sẵn trong sứ cũng có thể làm giảm độ bền điện môi của chất cách điện.
Nhiều công ty điện lực khắp thế giới đã bắt đầu sử dụng chất cách điện được làm từ vật liệu polyme composite. Loại cách điện này được cấu tạo từ nhựa gia cố bằng sợi và bề mặt bên ngoài là cao su silicon hoặc cao su EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer) để tránh các nguy cơ về thời tiết. Vật liệu cách điện composite có giá thành rẻ và trọng lượng nhẹ. Loại chất cách điện này cũng thích hợp trong môi trường ô nhiễm.
2. Phân loại cách điện
- Cách điện dạng Pin;
- Cách điện dạng đĩa;
- Cách điện loại hệ thống treo;
- Cách điện dạng Post;
- Cách điện dạng Strain;
- Cách điện còng (Spool)
- Các loại chất cách điện đặc biệt…
a. Cách điện dạng Pin
Chất cách điện dạng pin có cấu tạo đơn giản và chi phí rẻ. Trong hầu hết các trường hợp, loại chất cách điện này được sử dụng trong hệ thống phân phối đến đường dây trung thế 33 kV (chúng thường được sử dụng cho 11kV nhưng không quá 50kV). Chốt cách điện được gắn trên một chốt trên cánh tay đòn (cross-arm) của cột điện.
Trên đỉnh của vật cách điện có rãnh để đặt dây dẫn. Một kim loại mềm (thường là chì) được sử dụng để tránh tiếp xúc trực tiếp giữa sứ và chốt kim loại.
Độ dày của chất cách điện càng lớn khi điện áp càng cao nhưng trên thực tế, rất khó để sản xuất các chất cách điện dạng pin có độ dày cao. Do đó, hai hoặc ba cách điện pin sẽ được gộp lại cho các hệ thống điện áp cao.
b. Cách điện dạng đĩa
Loại cách điện này được sử dụng rộng rãi trong hệ thống truyền tải và phân phối điện do độ bền cơ điện cần thiết trong môi trường ô nhiễm với chi phí thấp có thể sản xuất. Nó cũng được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại.
Hình dạng của chất cách điện này trông giống như một chiếc đĩa. Cách điện treo và cách điện Strain bên dưới là hai loại chất cách điện dạng đĩa với độ bền cơ học tốt và điện trở suất cao.
Cao su, nhựa, thủy tinh, mica hoặc gỗ có thể được sử dụng để sản xuất đĩa cách điện. Vật liệu được sử dụng để chế tạo đĩa cách điện phụ thuộc vào định mức điện áp của hệ thống và điều kiện môi trường.
c. Cách điện hệ thống treo
Cách điện kiểu treo còn được gọi là cách điện kiểu đĩa. Giá thành của loại pin cách điện tăng nhanh khi điện áp đường dây tăng lên. Do đó, bộ cách điện kiểu treo được sử dụng trên điện áp đường dây 33 kV.
Loại cách điện này sử dụng đĩa sứ. Các đĩa sứ được gắn một bên trên một đĩa khác và tạo thành một chuỗi. Để tăng khoảng cách, mỗi đĩa bao gồm một lớp sứ duy nhất có rãnh dưới bề mặt. Mặt trên của đĩa nghiêng một góc để đảm bảo thoát nước. Mỗi đĩa có một nắp kim loại và một chốt kim loại. Nắp kim loại đặt ở phía trên và chốt kim loại đặt bên dưới. Vì vậy, nắp được gắn với chốt của một bộ phận khác và nó giúp kết nối các đĩa với nhau.
Dây dẫn được treo bên dưới điểm đỡ bằng dây cách điện. Do đó, loại chất cách điện này được gọi là cách điện kiểu treo.
Chất cách điện kiểu treo có nhiều ưu điểm:
- Chuỗi cách điện dạng treo rất linh hoạt;
- Mỗi đĩa được thiết kế cho điện áp thấp. Nhưng một số đĩa được kết nối với nhau sẽ tạo thành một chuỗi cách điện cho điện áp cao. Nếu một đĩa bị lỗi, chỉ cần thay thế đĩa đó thay vì toàn bộ chuỗi.
Xem thêm: Cách nhận biết đường dây bao nhiêu kV.
d. Cách điện dạng Post
Cách điện dạng Post tương tự như cách điện dạng Pin nhưng vật liệu cách điện có đế bằng kim loại và nắp kim loại giúp gắn nhiều vật cách điện nối tiếp nhau. Loại chất cách điện này được sử dụng trong việc hỗ trợ các bus bar và các công tắc ngắt kết nối trong trạm phân phối.
Chất cách điện này chủ yếu được sử dụng trong các trạm biến áp và các ứng dụng tương tự. Do đó, chất cách điện này còn được gọi là chất cách điện Post trạm biến áp.
e. Cách điện dạng Strain
Cách điện dạng Strain được thiết kế đặc biệt để có độ bền cơ học cao. Và các chất cách điện này có khả năng chịu được lực căng của dây dẫn ở các đầu đường dây.
Cách điện dạng Strain chủ yếu được làm bằng thủy tinh, sứ hoặc sợi thủy tinh. Đối với hệ thống điện áp thấp, một chất cách điện duy nhất được sử dụng. Nhưng để cách điện hệ thống lớn hơn, một số lượng nhất định cách điện sẽ được mắc nối tiếp giống như cách điện treo. Loại cách điện này được sử dụng trong các đường dây tải điện dài.
| Điện áp kV | 33 | 66 | 110 | 132 | 220 | 440 | 500 |
| Số đĩa (Strain string) | 4-5 | 6-7 | 8-9 | 10-11 | 14-17 | 23-24 | 26-27 |
f. Cách điện dạng Shackle
Cách điện có cùm (còng, con quay) được sử dụng trong mạng phân phối điện hạ áp. Loại chất cách điện này có thể được sử dụng ở vị trí thẳng đứng hoặc nằm ngang. Cách điện dạng còng còn được gọi là chất cách điện ống chỉ.
Cách điện dạng còng có nhiều kích cỡ và hình dạng khác nhau. Nó có một lỗ ở giữa, một tấm mạ kẽm rộng được đặt ở cả hai bên. Bề mặt của một chất cách điện được bao phủ để ngăn nước chảy. Nó được sản xuất từ sứ và nhôm silicat.
3. Nguyên nhân gây hỏng cách điện
a. Do cách điện bị nứt vỡ
Do sự giãn nở không đều của vật liệu có thể xảy ra vết nứt trên cách điện. Ngoài ra, do hiệu ứng theo mùa, nhiệt độ chênh lệch, độ ẩm bất thường cũng có khả năng làm nứt cách điện.
b. Vật liệu bị lỗi
Nhìn chung, cách điện được sản xuất từ vật liệu tốt nhưng đôi khi có một số vật liệu bị lỗi.
c. Độ xốp của vật liệu
Nếu cách điện được sản xuất từ sứ ở nhiệt độ thấp hơn, nó sẽ làm cho nó có độ rỗng nhất định nên nó sẽ hút hơi ẩm từ không khí và có thể gây phóng điện bên trong.
d. Dán kính không đúng cách trên bề mặt
Bề mặt bên ngoài của chất cách điện được tráng men thích hợp để thoát nước. Tuy nhiên, nếu việc lắp kính không được thực hiện đúng cách thì sẽ có khả năng dính hơi ẩm trên đó và dính bụi trên bề mặt, từ đó tạo ra một đường dẫn phóng điện bề mặt.
e. Ngắn mạch
Nếu khoảng cách giữa các dây dẫn ngắn, có thể xảy ra hiện tượng phóng điện hồ quang do chim va vào các dây dẫn đường dây. Đây là số ít nguyên nhân gây ra hiện trượng ngắn mạch đường dây, từ đó cũng có thể dẫn đến hỏng chất cách điện.
f. Ứng suất cơ học
Ứng suất cơ học trên chất cách điện được tác dụng liên tục bởi vật dẫn. Nếu chất cách điện được sản xuất từ vật liệu bị lỗi, nó có thể bị hỏng từ một điểm yếu và gây ra sự cố của chất cách điện.
Tham khảo
