Phương pháp giám sát độ lão hóa của cáp điện

giám-sát-tình-trạng-lão-hóa-cáp-điện

Một số phương pháp chẩn đoán sự lão hóa của cáp điện đã được phát triển cho phép đánh giá chức năng và tình trạng của cáp điện hạ thế ở các nhà máy, xí nghiệp, công trình.

Hầu hết các thử nghiệm cách điện là thử nghiệm khắc phục sự cố. giám sát điện trở cách điện (IR) là một kỹ thuật khắc phục sự cố điển hình được sử dụng để xác nhận hoặc khoanh vùng các sự cố nghi ngờ hoặc đã biết; tuy nhiên nó không phát hiện được hư hỏng cách điện hoặc sự xuống cấp trước khi xuống cấp rất nghiêm trọng.

Đối với cáp hạ thế,lớp cách điện nhỏ không bị hỏng cũng có thể tạo ra đủ độ bền điện môi khiến cho việc phát hiện ra sự suy giảm chất lượng của cáp trở nên khó khăn.

Phương pháp đánh giá tình trạng cáp điện

Hai thử nghiệm theo dõi tình trạng sử dụng cáp liên quan đến sự lão hóa bao gồm thử nghiệm không phá hủy hoặc phá hủy.

Vì nhiều thử nghiệm phá hủy rất hữu ích để đánh giá tình trạng nên các phương pháp sử dụng các mẫu rất nhỏ (cỡ miligam) đã được phát triển.

Bảng 1: Phương pháp giám sát tình trạng cáp hạ thế

Phương phápPhá hủyKhông phá hủySử dụng mẫu vật nhỏ
Module nénx
Mật độx
Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)x
Độ giãn dài khi đứt (EAB)x
Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)x
Hàm lượng Gelx
Nhiệt độ cảm ứng oxy hóa (OITT)x
Thời gian cảm ứng oxy hóa (OIT)x
Hàm lượng chất hóa dẻo (chỉ PVC)x
Độ bền kéox
Quang phổ từ ngoại khả kiến (UVS)x

Bảng 2: Phương pháp khắc phục sự cố cho cáp hạ thế

Phương phápPhá hủyKhông phá hủyMẫu vật nhỏ
Điện dungx
Hệ số cách điện (PF)x
Điện trở cách điện (IR)x
Chỉ số phân cực (PI)x
Tan Deltax
Máy đo phản xạ miền thời gianx

Các phương pháp đánh giá lão hóa tốt nhất?

  • Thị giác/Xúc giác – Nhìn và Chạm;
  • Mô đun nén (Indenter);
  • Thời gian hoặc nhiệt độ cảm ứng oxy hóa (OIT hoặc OITT);
  • Swell/Gel;
  • Mật độ.

Dữ liệu ban đầu từ nghiên cứu cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) chỉ ra rằng kỹ thuật này cũng tốt và chỉ cần 0,1 miligam vật liệu.

1. Giám sát tình trạng của cáp bằng mắt

Giám sát định kỳ bằng mắt và tay là một kỹ thuật rất hiệu quả để đánh giá sự lão hóa của cáp điện vì tác động của nhiều cơ chế xuống cấp có thể dễ dàng được phát hiện, nhất là các thay đổi về kết cấu, màu sắc, kích thước và tính linh hoạt.

Ví dụ: cáp có biểu hiện nứt, trắng và/hoặc giòn có thể do nhiệt. Tương tự, cáp bị mềm và đổi màu có thể do hóa chất bên ngoài gây ra…

cáp-điện-hạ-thế-nhựa-PVC-bị-lão-hóa
cáp-điện-hạ-thế-nhựa-PVC-bị-lão-hóa
Lão-hóa-cáp-hạ-thế-cao-su-E Hypalon
Lão-hóa-cáp-hạ-thế-cao-su- Hypalon

Hình trên là các ví dụ trực quan về tác động của quá trình lão hóa nhiệt đối với PVCcao su EPR được sử dụng để cách điệnvỏ bọc cáp. Tất cả các mẫu đều chịu nhiệt độ lão hóa như nhau và được lấy ra khỏi lò thử nghiệm sau một tuần.

Trong Hình 6-3, mức độ lão hóa tăng dần từ trên xuống dưới: 2 mẫu dưới cùng đã bị lão hóa nhiệt độ cao, do ứng suất nhiệt.

Giám sát trực quan có thể xác định sự đổi màu, vết nứt có thể là dấu hiệu của sự xuống cấp đáng kể. Việc giám sát bằng phương pháp trực quan của các dây cáp theo số lượng lớn thường bị hạn chế vì lão hóa chậm. Kỹ thuật này nên được sử dụng để đánh giá ban đầu của bước giám sát, nhằm xác định xem lão hóa đáng kể hay không.

Nếu quá trình này cho thấy ít hoặc không có dấu hiệu lão hóa đáng kể thì không cần thực hiện các đánh giá phức tạp cho cả hệ thống dây cáp của nhà máy công nghiệp. Ngược lại, nếu phát hiện thấy lượng lão hóa đáng kể thì nên sử dụng các kỹ thuật giám sát tình trạng phức tạp hơn.

Các vật liệu được sử dụng phổ biến nhất làm lớp cách điện và vỏ bọc cáp là cao su etylen propylen (EPR), polyetylen clorosulfon hóa (CSPE), còn được biết đến với tên thương mại là Hypalon, cao su tổng hợp (chloroprene), polyvinyl clorua (PVC) và polyetylen liên kết ngang (XLPE). Các đặc điểm lão hóa thị giác/xúc giác của các vật liệu này như sau:

  • EPR được bao phủ bởi CSPE cũng cứng lại theo thời gian; tuy nhiên 2 vật liệu này lão hóa với tốc độ khác nhau (CSPE lão hóa nhanh hơn). Do đó, nếu cáp điện có vỏ bọc CSPE với lớp cách điện EPR và bị lão hóa, thì nó sẽ bị nứt khi uốn cong và vết nứt có thể kéo dài xuống dưới (và xuyên qua) lớp EPR.
  • XLPE là một loại nhựa tương đối cứng và việc phát hiện lão hóa sẽ khó khăn hơn vì các đặc tính vật lý của nó tương đối ổn định. Do đó, thao tác (uốn) và mô đun nén (Indenter) không phát hiện sự lão hóa của XLPE. Vỏ bọc của cáp XLPE (thường là cao su tổng hợp hoặc Hypalon, đôi khi là PVC) thường có thể được sử dụng làm chỉ số lão hóa tốt.

2. Phương pháp Mô đun nén (Indenter)

Những thay đổi đáng kể về đặc tính cơ học, chẳng hạn như độ bền kéo khi đứt hay mật độ, xảy ra do lão hóa nhiệt gây ra và nó thường xảy ra trước khi hiệu suất điện của chất điện môi thay đổi, nghĩa là các tính chất cơ học phải thay đổi đến mức giòn và nứt hoặc hơn mới có thể phát hiện ra.

Mô đun nén (Compressive Modulus) là một tính chất cơ học của vật liệu cách điện và vỏ bọc. Cao su và các vật liệu giống cao su như EPR, cao su silicon, cao su tổng hợp, PVC và CSPE đều có thể được giám sát theo cách này.

Phương pháp này không hoạt động tốt cho cáp XLPE. Tuy nhiên, nếu cáp này có vỏ bọc cao su tổng hợp hoặc CSPE  thì có thể dùng vỏ bọc làm mẫu đánh giá lão hóa gián tiếp cho lớp cách điện XLPE bên trong.

Indenter Polymer Aging Monitor (Cable Indenter) là một thiết bị thử nghiệm hiện có sử dụng phương pháp mô đun nén. Hệ thống này độc lập và di động, và có thể được sử dụng cho cả đánh giá tại chỗ và trong phòng thử nghiệm. Hệ thống đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc đánh giá và lập hồ sơ hư hỏng cáp do các nguồn nhiệt cục bộ.

3. Thời gian cảm ứng oxy hóa (OIT)

Thời gian cảm ứng oxy hóa (OIT) là phương pháp đánh giá sự lão hóa của cáp điện bằng cách đo khoảng thời gian trước khi một mẫu cách điện bị oxy hóa nhanh khi chịu nhiệt độ tăng cao liên tục trong môi trường oxy. Thử nghiệm sẽ đánh giá lượng chất chống oxy hóa còn lại trong mẫu.

Khi cạn kiệt chất chống oxy hóa, các đặc tính của vật liệu sẽ bắt đầu xuống cấp. OIT chỉ nên được sử dụng nếu phương pháp cơ học (mô đun nén) không cung cấp đủ dữ liệu hữu ích.

Các thử nghiệm OIT yêu cầu một mẫu nhỏ (3 miligam mỗi mẫu; nên lấy trung bình của ba mẫu trở lên).

4. Phương pháp Swell/Gel

Thử nghiệm Swell và gel là các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm có thể được sử dụng để đánh giá sự lão hóa dây cáp bằng cách đánh giá mức độ polyme trương nở hoặc hòa tan khi đun nóng trong dung dịch.

Mức độ trương nở còn lại có liên quan đến liên kết chéo của các polyme trong quá trình lão hóa. Khi liên kết chéo tiến triển cùng với quá trình lão hóa, vật liệu sẽ trương nở ít hơn hoặc nhiều hơn.

Phương pháp này yêu cầu một mẫu vật liệu khá lớn (200mg), không khó thực hiện nhưng kéo dài do thời gian cần thiết để đun nóng vật liệu trong dung dịch.

5. Phương pháp Mật độ (Destiny)

Mật độ của vật liệu cáp điển hình tăng lên tương ứng theo sự lão hóa. Mặc dù sự gia tăng mật độ chỉ là một tỷ lệ phần trăm nhỏ, nhưng các phép đo có thể được thực hiện chính xác với các mẫu nhỏ (5–10 mg). Có 2 phương pháp như sau:

  • Phương pháp 1 sử dụng lọ chứa dung dịch tỷ trọng cao có gradient tỷ trọng tăng dần từ trên xuống dưới cùng. Tỷ trọng được đo bằng cách xác định điểm mà tại đó mẫu vật nổi trong lọ;
  • Phương pháp thứ hai sử dụng nguyên lý của Archimedes. Mẫu được cân trong không khí và sau đó ngâm trong rượu. Tỷ trọng có thể được tính từ hai giá trị này, không phụ thuộc vào thể tích.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

.
.