“Phục hồi” cáp điện XLPE bị lão hóa nhờ chất lỏng nano

Trong báo cáo “Polymer Testing 102” năm 2021 của các nhà khoa học có đề cập tới phương pháp trẻ hóa, hay “phục hồi” lại các đặc tính cách điện ban đầu của cáp XLPE sau khi nó bị lão hóa, bằng chất lỏng nano.

Theo đó sự lão hóa ở cáp cách điện trung thế và cao thế do hiện tượng cây điện hóa “water treeing” tạo ra trên lớp cách điện bằng nhựa XLPE. Báo cáo này trình bày phương pháp phục hồi lại hư tổn cho lớp cách điện thông qua chất lỏng nano là phenylmethyl dimethoxy silane (PMDMS) nhưng với 2 mẫu khác nhau: Mẫu A có hàm lượng xúc tác TIPT và phụ gia cao trong khi mẫu B giảm TIPT và thêm TEOS.

• TIPT được sử dụng không chỉ như một chất xúc tác, mà nó còn có thể phản ứng trực tiếp với nước và tạo ra các hạt nano khác là TiO2.

Nguyên tắc của quá trình “trẻ hóa” cáp là phản ứng thủy phân – ngưng tụ, theo đó phản ứng này sẽ loại bỏ nước ra khỏi đường dẫn điện hóa và sau đó lấp đầy bằng các oligomer (tạm hiểu là hạt nano). Nhờ vậy mà lớp cách điện XLPE sẽ loại bỏ các lỗ hổng cây điện hóa, phục hồi lại đặc tính điện môi, cũng như giảm tổn thất điện môi…

Mẫu cáp thử nghiệm

Cáp XLPE 8,7/10 kV có kết cấu gồm ruột dẫn bằng nhôm, tiết diện ruột dẫn 95mm2, lớp màn chắn ruột dẫn (bán dẫn) và lớp cách điện XLPE, vỏ bọc. Nó được cắt thành các mẫu có chiều dài 350 mm, tuốt ruột dẫn dài 20 mm ở mỗi đầu và lớp bán dẫn mỗi đầu cũng 100 mm.

Để tránh lớp cách điện XLPE tiếp xúc với không khí ẩm, các ống co nhiệt được sử dụng để che hai đầu, như thể hiện trong Hình 1. Các lỗ kim có độ sâu 3 mm được tạo ra như các khuyết tật nhân tạo, bán kính đầu kim là 2,5 ± 0,5 μm và góc điểm 10 ± 1.

Cáp được tiêm chất lỏng thông qua các đầu kim để vào lớp cách điện với áp suất bơm 0.2MPa trong 4h để chất lỏng ngấm vào cách điện.

Kết quả thử nghiệm

Khả năng cải thiện cách điện của cáp được đánh giá thông qua hằng số điện môi, độ cường độ điện môi 50Hz AC và được đo bằng máy đo LCR đa năng TH2816B. Thử nghiệm cường độ điện môi được thử nghiệm bắt đầu từ 10kV, tăng 1kV mỗi phút cho đến khi hỏng cách điện.

Hằng số điện môi của vật liệu nano TiO2 là 6.01, độ dẫn điện là 4.38 x 10 (-6)S/m trong khi hằng số điện môi và độ dẫn điện của nano SiO2/ TiO2 là 5.46 và 2.17 x 10 (-6)S/m.

Biểu đồ trên cho thấy các mẫu được bơm chất lỏng nano A và B thậm chí có cường độ đánh thủng điện môi còn cao hơn mẫu cáp mới và chắc chắn cao hơn cáp bị lão hóa nếu tính cùng xác suất đánh thủng 63.2%.

Kết luận

Sự ra đời của TEOS trong quá trình trẻ hóa mang lại một sự thay đổi đáng kể đối với các đặc tính điện của cáp được trẻ hóa. Sở dĩ hiệu quả phục hồi của chất lỏng B cao hơn so với A cũng là bởi

• TEOS tạo ra các hạt nano SiO2/ TiO2 có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với hạt TiO2,
• ngoài ra hiệu quả cao hơn cũng được cho là bởi cơ chế tán xạ hoặc thay đổi sự phân bổ diện tích không gian tốt hơn;
• tốc độ thủy phân của hỗn hợp TIPT và TEOS tương đối chậm. Điều này rất có lợi cho việc ức chế sự kết tụ và đảm bảo các hạt nano SiO2 / TiO2 được trộn đều với các oligome được tạo ra.

Kết quả kiểm tra tính chất điện môi cho thấy tổn thất điện môi, điện áp đánh thủng, khả năng lấp đầy lỗ hổng điện hóa đều mang lại hiệu quả so với khi bị lão hóa, chứng tỏ rằng kết quả làm “trẻ hóa” cáp XLPE bị lão hóa do cây điện hóa bằng chất lỏng nano là có khả thi.

Theo: reader.elsevier.com