CHƯƠNG 10 vật LIỆU CÁCH điện THỂ LỎNG

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (218.31 KB, 43 trang )

CH­¬NG­10
10.1

Giíi thiÖu

10.2.

TÝnh chÊt c¸ch ®iÖn

10.3.

TÝnh chÊt lý-ho¸

10.4.

DÇu má c¸ch ®iÖn

10.5.

11/08/15

Page 1

DÇu c¸ch ®iÖn tæng hîp

C¸CH­®IÖN­THÓ­LáNG

10.1

Giới thiệu

Các điện môi lỏng từ lâu đã đợc sử dụng làm vật liệu cách điện trong các máy biến áp, trong tụ điện và cáp điện
lực, trong máy cắt cao áp

a) Vai trò của cách điện thể lỏng

Các chất lỏng và dầu cách điện đợc dùng với mục đích chủ yếu để ngâm tẩm các cách điện rắn trong các thiết bị
điện khác nhau nh máy biến áp, cuộn cảm, tụ điện, máy cắt, cáp điện dùng dầu, thiết bị điều áp dới tải, các điện
xuyên có dầu….

Lợng dầu sử dụng có thể rất nhỏ (một phần lit trong các tụ điện) đến hàng nghìn lit (trong các máy biến áp lực).

Ngoài nhiệm vụ cách điện, dầu và chất lỏng cách điện còn có nhiệm vụ làm mát (tản nhiệt trong các máy biến
áp lực) và dập hồ quang (trong các máy cắt).
11/08/15

Page 2

b) Phân loại cách điện thể lỏng

Các vật liệu cách điện lỏng có thể phân loại theo các đặc điểm khác nhau :

Theo nguồn gốc hoá học

dầu cách điện tự nhiên. Trong các vật liệu cách điện thể lỏng, dầu có nguồn gốc từ dầu mỏ (dầu cách điện
tự nhiên) đợc sử dụng sớm nhất. Thành phần chính của dầu là các chất hydrocarbon naphthenic bão hoà đợc
sản suất từ chu trình lọc hoá dầu

chất lỏng cách điện tổng hợp : hydrocarbon tổng hợp (polybutene, alkylbezene…), hydrocarbon cói

chứa halogen (polychloroalcane, polyclorodiphenylethane), chất lỏng
siliconepolymethylphenylsiloxane, polydimethylsiloxane), estere hữu cơ (dầu thực vật, phtalate..)
dyxylyethane DXE.
11/08/15

Page 3

Theo lĩnh vực sử dụng
máy biến áp
máy cắt, thiết bị điều áp dới tải
.tụ điện
cáp điện lực
Theo cấp nhiệt độ làm việc
đến 95 C : dầu máy biến áp, các dầu có chứa clo trong tụ điện
đến 135 C : chất lỏng tổng hợp
Theo mức độ chống cháy
vật liệu cháy
11/08/15

Page 4

vật liệu không cháy

VậTưLIệUưCáCHưđIệNư

Vật liệu cách
điện thể khí

Dầu cách điện có nguồn
gốc thực vật
Dầu trẩu
Dầu lanh

11/08/15

Page 5

Vật liệu cách
điện thể lỏng

Dầu cách điện có nguồn gốc
từ dầu mỏ
Dầu máy biến áp, máy cắt, thiết bị
điều áp dới tải
Dầu tụ điện
Dầu cáp điện lực
.

Vật liệu cách
điện thể răn

Dầu cách điện tổng hợp

hydrocarbon tổng hợp
(polybutene, alkylbezene…),
hydrocarbon cói chứa halogen
(polychloroalcane,
polyclorodiphenylethane),

chất lỏng silicone
polymethylphenylsiloxane,
polydimethylsiloxane),
estere hữu cơ
phtalate, dyxylyethane DXE.

11/08/15

Loại

Chất lỏng

Sử dụng

Đặc điểm

Dầu tự nhiên

naphtenic
parafin

thiết bị cao áp
MBA lực

ổn định oxy hoá

Hydrocarbon
tổng hợp

polybutene PIB
alkylbezene AB
di-isopropylphtalate DIPN
alkylbiphenyle (MIPB)
alkyldiarylalcane (BT, DBT)

cáp
xứ xuyên
tụ điện
tụ điện
tụ điên

tg bé

Hydrocarbon
chứa halogen

askrel PCB, TCB
polychlorodiphiphenylmethane TCBT+ TCD
polychloroalcane

MBA, tụ điện
máy biến áp
MBA

không cháy

Ester hữu cơ

dầu thực vật

ester đơn giản (BNC, DOS, DOP)
phtalate (DEHP)
ester phức tạp

tụ điện xung
tụ điện giấy
thay thế PCB
MBA phân phối

tg bé ở f>103 Hz
r>5
điểm cháy >300 C

Dầu silicone

polydimethylsiloxane (PDMS)
polymethylphenylsiloxane PMPS

MBA
MBA

điểm cháy >300 C
Hấp thụ khí do phóng điện
cục bộ

các chất lỏng khác

este oxit
khí hoá lỏng

tụ điện
>3
cách điện siêu dẫn r
giảm tổn hao do hiệu ứng
Joule

Page 6

10.2.Tính chất cách điện

Các tính chất cách điện của các chất lỏng phụ thuộc vào công thức hoá học (thành phần và cấu tạo phân tử),
phụ thuộc vào điều kiện sử dụng (điện áp, điện trờng, lọc, sấy…). Các tính chất điện quan trọng cuủa các
điện môi lỏng là : hằng số điện môi, điện trở suất và độ bền điện

a ) Hằng số điện môi

Các chất lỏng cách điện có thể là điện môi trung tính hoặc cực tính, do đó hằng số điện môi thay đổi trong
khoảng từ 2 đến 10 trong dải tần số từ 50 Hz đến 1 MHz.

Hằng số điện môi của vật liệu dùng cho tụ điện có ý nghĩa quan trọng đối với trị số điện dung.

Sử dụng hằng số điện môi lớn cho phép giảm đợc kích thớc của tụ điện, nhng trong thực tế nhiều chất
lỏng trung tính đợc dùng để tẩm các tụ điện cao thế do tổn hao điện môi trong một đon vị thể tích tỷ
lệ với E2
11/08/15

Page 7

b) Điện dẫn và tổn hao điện môi

Điện trở suất nằm trong khoảng từ 1012 đến 1017.m.

Hệ số tổn hao điện môi tg của chất lỏng đợc xác định theo tiêu chuẩn IEC 247 bằng cầu đo Schering ở tần số
công nghiệp.

tg đo ở tần số 50 Hz và nhiệt độ 90 C, đối với các chất lỏng ít tổn hao (nh polybutene hay dầu silicone)
bằng 10-5 nhng tăng đến 5.10-1 đối với cá chất lỏng bị ô nhiễm.

11/08/15

Page 8

c) Độ bền điện

Điện áp phóng điện chọc thủng của chất lỏng phụ thuộc vào nhiều yếu tố : hình dạng, diện tích và khoảng cách
giữa các điện cực, bề mặt điện cực, nhiệt độ, quy trình thử nghiệm, thời gian tác dụng của điện áp, mức độ ô
nhiễm….

Độ bền điện của các chất lỏng cách điện dới tác dụng của điện áp xoay chiều xác định theo tiêu chuẩn IEC 156,
ASTM D1816 trong một cốc thử dầu với hai điện cực dạng hình cầu đờng kính 25 mm và khoảng cách giữa chúng
cố định bằng 2,5 mm

Điện áp xoay chiều tần số công nghiệp tăng từ 0 đến khi xảy ra phóng điện với tốc độ tăng điện áp không đổi 2
kV/s, thời gian giữa hai lần phóng điện 5 phút

Điện áp phóng điện đợc xác định bằng trung bình cộng của 5 lần đo trong số 6 lần. Tuỳ thuộc vào loại chất lỏng,
độ bền điện theo các tiêu chuẩn này thay đổi trong khoảng từ 12 đến 40 kV/mm.

11/08/15

Page 9

Độ bền điện của các chất lỏng dới tác dụng của điện áp xung kích xác định theo tiêu chuẩn IEC 897,
ASTM D3300.

Các tiêu chuẩn này quy định các điện cực thử nghiệm có dạng mũi nhọn- cầu, trong đó mũi nhọn có bán
kính cong từ 40-70àm, điện cực cầu có đờng kính 12,5 mm và khoảng cách giữa hai điện cực từ 3 đến
25 mm.. .

Điện áp phóng điện đợc đặc trng bởi hai trị số điện áp phóng điện trung bình của 5 lần thí nghiệm
khi mũi nhọn mang cực tính dơng V+ và mũi nhọn mang cực tính âm U-

Với khoảng cách giữa hai điện cực là 25 mm, U+ nằm trong khoảng 90-400 kV, và U- từ 65-160 kV
11/08/15

Page 10

Độ bền điện của các chất lỏng giảm khi diện tích điện cực hoặc thể tích của chất lỏng tăng.
Trong dải tần số cao, độ bền điện của các chất lỏng sạch không phụ thuộc vào tần số nhng trong các chất lỏng
cách điện kỹ thuật, điiện áp phóng điện chọc thủng ở tần số thấp lớn hơn ở tần số cao

Ngoài ra điện áp phóng điện còn phụ thuộc vào trạng thái tình hay động của chất lỏng.
Độ bền điện của chất lỏng thay đổi với số lần xảy ra phóng điện trên một thể tích chất lỏng nhất định

Do các điện môi lỏng đợc sử dụng chung với các vật liệu cách điện khác và có tiếp xúc với vật liệu dẫn điện, cũng

do nớc và các tạp chất xâm nhập vào thiết bị trong quá trình sản xuất, vận hành nên độ bền điện của chất lỏng
trong các thiết bị thờng thấp hơn nhiều so với các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.

Ví dụ đối với dầu máy biến áp, độ bền điện là 50-60 kV khi khoảng cách giữa hai điện cực là 2 mm, hằng số điện
môi 2,2-2,7 và điện trở suất 1013-1015.cm.
11/08/15

Page 11

10.3.Tính chất lý-hoá
Nhiệt dung
của các chất lỏng cách điện biến thiên trong khoảng 1000-2000 J/(kg.K). Nó tăng khi nhiệt độ tăng và thờng càng
lớn khi khối lợng riêng của chất lỏng càng lớn
Nhiệt dẫn
Khối lợng riêng
Độ nhớt
Các chất lỏng cách điện có độ nhớt nằm trong dải rộng từ 10 centistoke ở nhiệt độ 40 C đối với dầu bến áp, đến 50
centistoke đối với chất lỏng silicone, thậm chí đến 130 centistoke đối với dầu tự nhiên

điểm đông đặc (pour point).
Nhiệt độ đông đặc của các chất chất lỏng cách điện thay đổi từ -60 C (polybutene, silicone) đến -30 C (dầu mỏ
cách điện).
khả năng chống cháy
11/08/15

Page 12

hàm lợng nớc, hàm lợng khí hoà tan, hàm lợng tạp chất.

Hàm lợng nớc bão hoà trong chất lỏng ở điều kiện bình thờng vào khoảng 50 ppm đối với dầu mỏ cách
điện, 120 ppm với dầu silicone và 2000 ppm với esters.
Việc loại bỏ hoàn toàn các tạp chất, nớc và các chất khí hoà tan là không thể thực hiện đợc.
Lọc dầu bằng lới lọc (cartrige) chỉ có thể lọc đợc các tạp chất rắn lớn hơn 5 àm.
Nớc, đặc biệt là nớc ở thể tự do rất khó loại bỏ bằng lọc dầu vì các phần tử để lọc sẽ rất nhanh bị bão
hoà và nớc lại tan vào trong dầu.
Ngời ta có thể loại bỏ nớc và chất khí hoà tan bằng sấy kèm hút chân không.
ổn định oxy hoá :
Quá trình oxy hoá trong các chất lỏng đặc trng bởi chỉ số axit toàn phần TAN (total acide number) và
đợc đo bằng mgKOH/g chất lỏng.
ổn định phóng điện cục bộ :
11/08/15

Page 13

điểm chớp cháy (flash point)
: là nhiệt độ thấp nhất khi hơi dầu bốc cháy khi tiếp xúc với lửa; Điểm chớp chất của chất lỏng silocone cao nhất đến
315 C trong khi của dầu máy biến áp chỉ 135-140 C. cháy và chất lỏng không cháy.
điểm cháy (fire point)
là nhiệt độ mà chất lỏng sẽ cháy khi gặp lửa. Còn nhiệt độ tự cháy là nhiệt độ mà chất lỏng trở thành
nhiên liệu cháy.
Theo điểm cháy, ngời ta phân biệt chất lỏng
màu sắc :
nói chung các chất lỏng cách điện thờng không màu. Tuy nhiên một số vật liệu nh dầu mỏ cách điện có màu
vàng hổ phách hoặc vàng nhạt. Sự thay đổi màu sác của chất lỏng trong thời gian vận hành có thể do quá
trình oxy hoá, các phản ứng hoá học hay sự lão hoá.
sử dụng tơng thích (compatibility)
với các vật liệu khác trong các thiết bị điện. Các điện môi lỏng cần có mức độ tơng thích với các vật liệu
kết cấu trong các thiết bị điện khác nh giấy, polyamide, film mỏng mica, gỗ, kim loại….

11/08/15

Page 14

Chất lỏng

Tỷ
trọng
kg/m3

Dầumỏ cách điện

825-890

1600-2100

0.11-0.16

3-6

Polybutene
Alkyylbezene
Alkyldỷaylacane

800-920
850-990
900-1100

2000

1600-2000
1600-2000

0.16
0.11-0.16
0.11-0.16

3-8
3-8

-30-+22
-70-35
-70-35

145-230 170-310
110-150 120-155
110-150 120-155

askarel PCB
Polychlorodyphenylmetha
ne

13401630
1420

1100-1400
1547

0.09-0.11
0.11

8

-50+30
-41

130-195
140

–

estere pentaerythrol

9001000

2100-2300

0.15

20

-40

250

300-310

960-1100

1500

0.15

40

-60

310

340

Dầu silicone

11/08/15

Page 15

Nhiệt dung
Cp, J/(kg.K)

Nhiệt dẫn Độ nhớt Điểm
đông
, W/
,
(m.K)
mm2/s đặc, C
ở 40

Điểm
chớp

cháy,
C

Điểm
cháy
C

âm 30-60 100-170 110-185

10.4.

Dầu mỏ cách điện

Trong số các vật liệu cách điện thể lỏng thì dầu cách điện có nguồn gốc từ dầu mỏ đợc dùng nhiều nhất.

Các loại dầu mỏ cách điện (những chất lỏng cách điện có nguồn gốc từ dầu mỏ) đợc sản suất từ dầu thô qua quá
trình hoá dầu.
Đó là hỗn hợp của nhiều loại hydrocarbon với một lợng nhỏ các tạp chất chứa lu huỳnh, oxy, nitơ…

Thành phần chính xác của các loại dầu cách điện phức tạp hơn và tuỳ thuộc vào nguồn gốc của dầu thô, mức độ
và phơng pháp lọc dầu, các chất cho thêm vào
Trong dầu mỏ có nhiều loại hydrocarbon : hydrocarbon bão hoà (alcane và cycloxane) loại parafin CnH2n+2, loại
napten CnH2n hydrocarbon thơm CnH2n-6, hydrocarbon không no CnH2n…

Một số hydrocarbon không no nh olephine cũng có nhng ở dới dạng khí và một số hydrocarbon dị vòng
(heteorocycle) của lu huỳnh C4H8S, C4H4S, C8H8S, nitơ C6H7N, C4H5N, C9H7N, và oxy C10H18O. Hợp chất với
oxy thì chủ yếu là các loại axit, ví dụ axit naptenic C6H11COOH, các chất keo, hắc ín.
11/08/15

Page 16

Thành phần của dầu cách điện phụ thuộc vào nguồn gốc của dầu mỏ chứa nhiều napten hay parrafin.

Theo thành phần hoá học ngời ta chia chúng thành các loại :

hydrocarbon paraffin CnH2n+2 (n-alcane và iso-alcane),

hydrocarbon naptane CnH2n (cyclo-pentane, cyclohexane, và cyclo-heptane),

hydrocarbon thơm (benzene, naptalene) và một số loại khác

11/08/15

Page 17

Tính chất của một số loại dầu máy biến áp theo tiêu chuẩn của Liên xô trớc đây

Tính chất

Tỷ khối, kg/m3
Độ nhớt động học, 10-6 m2/s
Điểm chớp cháy, C
tg ở 50 Hz và 70 C
50 Hz và 20C
ở 0.5 MV/cm và 90 C, m
Điện áp phóng điện chọc
thủng, kV

11/08/15

Page 18

Dầu máy biến áp

Dầu cáp điện lực

Pháp

TCn

T750

T1500

C-220

MH-4

KM-25

C27101

895
9
135
0.215
2.3

5.1010
70

895
8
135
0.056
2.25
1011
75

895
8
135
0.050
2.20
5.1011
85

837
50
180
0.002
2.25
1012
53

>900
10
135

0.003
2.2
1011
45

>900
225
0.005
2.15
2.1010
33

>895
<6
>130
0.005
>70

Tỷ trọng
Các dầu parrafin có khối lợng riêng nhỏ hơn cả : ở nhiệt độ 20 C từ 825 kg/m3 đến 865 kg/m3. Dầu naptane từ
860 đến hơn 900 kg/m3.
Nhiệt dung
Trong điều kiện áp suất không đổi, nhiệt dung của các dầu mỏ cách điện phụ thuộc vào khối lợng riêngcủa chất
lỏng. Nó giảm khi khối lợng riêng của chất lỏng tăng và nằm trong khoảng từ 1600-2100 J/kg/K

Nhiệt dẫn suất
Nhiệt dẫn suất tỷ lệ nghịch với khối lơng riêng của chất lỏng và giảm khi nhiệt độ tăng. Giá trị trung bình đối với
dầu 0.14 W/m.K
Độ nhớt

Độ nhớt của chất lỏng giảm khi nhiệt độ tăng. Đối với dầu mỏ cách điện nó bằng 24-25 mm2/s ở nhiệt độ 20 C và
50 mm2/s ở nhiệt độ 0 C. Tơng ứng với các nhiệt độ này trong dầu silicone là 50 và 75.
11/08/15

Page 19

hàm lợng nớc và các hạt tạp chất
Điện trở suất, hằng số điện môi và tg

Trong dải tần số công nghiệp và nhiệt độ 90 C, hằng số điện môi của các loại dầu mỏ cách điện thay đổi
trong khoảng từ 2.1 đến 2.5 và giảm khi nhiệt độ tăng.

Điện trở suất của chất lỏng giảm khi nhiệt độ tăng theo hàm dạng

ln = A B( T To )
ở nhiệt độ 90 C, điện trở suất của chúng nằm trong khoảng (15-16).1014.cm

11/08/15

Page 20

tg của các chất lỏng tăng khi nhiệt độ tăng và phụ thuộc vào tần số theo biểu thức

1
tg =
‘

Nớc ở dạng hoà tan và hàm lợng nhỏ hơn giá trị bão hoà hầu nh không ảnh hởng đến điện dẫn và tg của chất

lỏng. Khi thay đổi độ hoà tan của nớc, ví dụ nh khi nhiệt độ giảm nớc sẽ hình thành các giọt nhỏ li ti làm cho
điện dẫn và tg tăng vọt.

Trong vận hành, tổn hao điện môi tăng theo thời gian do quá trình tích luỹ các chất không hoà tan hoặc các tạp
chất dạng keo
11/08/15

Page 21

Độ bền điện

Trong điều kiện bình thờng với hàm lợng nớc nhỏ hơn 10 ppm và hàm lợng tạp chất nhỏ hơn 1 ppm, độ
bền điện của dầu mới nằm trong khoảng 70-90 kV theo thiết bị thử của CEI.

Dới tác dụng của điện áp xung kích, điện áp đánh thủng đạt 120-140 kV.
Các tạp chất cực tính n hơi ẩm trong chất lỏng làm giảm độ bền điện của nó đặc biệt khi nó kết hợp
với các tạp chất dạng sợi.
Sự già cỗi hoá :

trong quá trình vận hành các tính chất của dầu bị thay đổi và đợc gọi là sự già cỗi hay sự lão hoá.

Sự già cỗi hoá xảy ra chủ yếu do tác dụng của điện trờng và nhiệt độ.
Quá trình này kèm theo sự hình thành nớc, axit… thúc đẩy sự lão hoá của các vật liệu cách điện rắn.
11/08/15

Page 22

An toàn sử dụng :

Điểm chớp cháy và điểm cháy của dầu chênh nhau khoảng 10 C; nhiệt độ chớp cháy của hơi dầu thay
đổi tuỳ theo loại dầu.
Sử dụng tơng thích với các chất rắn
Sắt, thép, hợp kim chì-thiếc, crom, cadmi thay đổi rất ít và không có ảnh hởng đến dầu.
Đồng và các hợp kim của đồng là các chất xúc tác oxy hoá và tăng tg.
Tốc độ ăn mòn tăng với nhiệt độ oxy hoá và thành phần của dầu
Khả năng xuất hiện trên bề mặt kim loại một lớp màng làm tăng điện trở tiếp xúc
Các vật liệu cách điện rắn nh giấy, carton cách điện, các vật liệu phân lớp với nhựa
phenolformaldehyde, epoxy, vật liệu bông vải sợi, gỗ, chất dẻo trên cơ sở nhựa phenolformaldehyde
không ảnh hởng đến dầu máy biến áp và tuỳ thuộc vào mức độ sạch có thể không ảnh hởng đến dầu
tụ điện.

11/08/15

Page 23

Các loại cao su flo và silic hữu cơ bền vững hơn cả trong dầu. Độ bền của các loại cao su khác phụ thuộc
vào thành phần hoá học.

Dầu mỏ cách điện là loại điện môi lỏng có cờng độ cách điện cao và giá thành thấp nhất trong các
chất lỏng cách điện do đó đợc sử dụng rộng rãi làm vật liệu cách điện.

Dầu mỏ cách điện có nhiều công dụng khác nhau, do vậy chúng có các tên gọi khác nhau :

11/08/15

Page 24

Dầu máy biến áp

Loại này đợc dùng trong các máy biến áp, máy cắt với các mục đích :
tẩm các vật liệu cách điện sợi, vật liệu xốp, lấp đầy các khoảng trống giữa các cuộn dây, giữa các cuộn
dây với vỏ máy biến áp;
cải thiện điều kiện tản nhiệt do tổn hao công suất trong các cuộn dât và trong lòi máy biến áp;

dập tắt hồ quang trong các máy cắt dầu
Dầu máy biến áp là một chất lỏng có màu sắc và các tính chất khác nhau do nguồn gốc và quá trình
sản xuất khác nhau.Về độ nhớt đối quy định với dầu máy biến áp là 1,8 E (Engler). Nếu độ nhớt quá lớn,
tác dụng tản nhiệt sẽ xấu. Khi nhiệt độ của dầu tăng thì độ nhớt sẽ giảm

Điểm chớp cháy : Dầu máy biến áp là chất lỏng dễ cháy nên nơi nào có nhiều dầu thí phải chú ý đến
việc phòng hoả. Quy định điểm chớp cháy của dầu máy biến áp là phải lớn hơn 135 C

Ngời ta cũng quy định tiêu chuẩn độ bền điện cuả dầu máy biến áp dùng cho các thiết bị có cấp điện
áp khác nhau
11/08/15

Page 25

Các điện môi lỏng từ lâu đã đợc sử dụng làm vật liệu cách điện trong các máy biến áp, trong tụ điện và cáp điệnlực, trong máy cắt cao ápa ) Vai trò của cách điện thể lỏngCác chất lỏng và dầu cách điện đợc dùng với mục tiêu hầu hết để ngâm tẩm các cách điện rắn trong các thiết bịđiện khác nhau nh máy biến áp, cuộn cảm, tụ điện, máy cắt, cáp điện dùng dầu, thiết bị điều áp dới tải, các điệnxuyên có dầu …. Lợng dầu sử dụng hoàn toàn có thể rất nhỏ ( một phần lit trong các tụ điện ) đến hàng nghìn lit ( trong các máy biến áp lực ). Ngoài trách nhiệm cách điện, dầu và chất lỏng cách điện còn có trách nhiệm làm mát ( tản nhiệt trong các máy biếnáp lực ) và dập hồ quang ( trong các máy cắt ). 11/08/15 Page 2 b ) Phân loại cách điện thể lỏngCác vật liệu cách điện lỏng hoàn toàn có thể phân loại theo các đặc thù khác nhau : Theo nguồn gốc hoá họcdầu cách điện tự nhiên. Trong các vật liệu cách điện thể lỏng, dầu có nguồn gốc từ dầu mỏ ( dầu cách điệntự nhiên ) đợc sử dụng sớm nhất. Thành phần chính của dầu là các chất hydrocarbon naphthenic bão hoà đợcsản suất từ quy trình lọc hoá dầuchất lỏng cách điện tổng hợp : hydrocarbon tổng hợp ( polybutene, alkylbezene … ), hydrocarbon cóichứa halogen ( polychloroalcane, polyclorodiphenylethane ), chất lỏngsiliconepolymethylphenylsiloxane, polydimethylsiloxane ), estere hữu cơ ( dầu thực vật, phtalate .. ) dyxylyethane DXE. 11/08/15 Page 3T heo nghành sử dụngmáy biến ápmáy cắt, thiết bị điều áp dới tải. tụ điệncáp điện lựcTheo cấp nhiệt độ làm việcđến 95 C : dầu máy biến áp, các dầu có chứa clo trong tụ điệnđến 135 C : chất lỏng tổng hợpTheo mức độ chống cháyvật liệu cháy11 / 08/15 Page 4 vật liệu không cháyVậTưLIệUưCáCHưđIệNưVật liệu cáchđiện thể khíDầu cách điện có nguồngốc thực vậtDầu trẩuDầu lanh11 / 08/15 Page 5V ật liệu cáchđiện thể lỏngDầu cách điện có nguồn gốctừ dầu mỏDầu máy biến áp, máy cắt, thiết bịđiều áp dới tảiDầu tụ điệnDầu cáp điện lựcVật liệu cáchđiện thể rănDầu cách điện tổng hợphydrocarbon tổng hợp ( polybutene, alkylbezene … ), hydrocarbon cói chứa halogen ( polychloroalcane, polyclorodiphenylethane ), chất lỏng siliconepolymethylphenylsiloxane, polydimethylsiloxane ), estere hữu cơphtalate, dyxylyethane DXE. 11/08/15 LoạiChất lỏngSử dụngĐặc điểmDầu tự nhiênnaphtenicparafinthiết bị cao ápMBA lựcổn định oxy hoáHydrocarbontổng hợppolybutene PIBalkylbezene ABdi-isopropylphtalate DIPNalkylbiphenyle ( MIPB ) alkyldiarylalcane ( BT, DBT ) cápxứ xuyêntụ điệntụ điệntụ điêntg béHydrocarbonchứa halogenaskrel PCB, TCBpolychlorodiphiphenylmethane TCBT + TCDpolychloroalcaneMBA, tụ điệnmáy biến ápMBAkhông cháyEster hữu cơdầu thực vậtester đơn thuần ( BNC, DOS, DOP ) phtalate ( DEHP ) ester phức tạptụ điện xungtụ điện giấythay thế PCBMBA phân phốitg bé ở f > 103 Hzr > 5 điểm cháy > 300 CDầu siliconepolydimethylsiloxane ( PDMS ) polymethylphenylsiloxane PMPSMBAMBAđiểm cháy > 300 CHấp thụ khí do phóng điệncục bộcác chất lỏng kháceste oxitkhí hoá lỏngtụ điện > 3 cách điện siêu dẫn rgiảm tổn hao do hiệu ứngJoulePage 610.2. Tính chất cách điệnCác đặc thù cách điện của các chất lỏng phụ thuộc vào vào công thức hoá học ( thành phần và cấu trúc phân tử ), phụ thuộc vào vào điều kiện kèm theo sử dụng ( điện áp, điện trờng, lọc, sấy … ). Các đặc thù điện quan trọng cuủa cácđiện môi lỏng là : hằng số điện môi, điện trở suất và độ bền điệna ) Hằng số điện môiCác chất lỏng cách điện hoàn toàn có thể là điện môi trung tính hoặc cực tính, do đó hằng số điện môi biến hóa trongkhoảng từ 2 đến 10 trong dải tần số từ 50 Hz đến 1 MHz. Hằng số điện môi của vật liệu dùng cho tụ điện có ý nghĩa quan trọng so với trị số điện dung. Sử dụng hằng số điện môi lớn được cho phép giảm đợc kích thớc của tụ điện, nhng trong thực tiễn nhiều chấtlỏng trung tính đợc dùng để tẩm các tụ điện cao thế do tổn hao điện môi trong một đon vị thể tích tỷlệ với E211 / 08/15 Page 7 b ) Điện dẫn và tổn hao điện môiĐiện trở suất nằm trong khoảng chừng từ 1012 đến 1017. m. Hệ số tổn hao điện môi tg của chất lỏng đợc xác lập theo tiêu chuẩn IEC 247 bằng cầu đo Schering ở tần sốcông nghiệp. tg đo ở tần số 50 Hz và nhiệt độ 90 C, so với các chất lỏng ít tổn hao ( nh polybutene hay dầu silicone ) bằng 10-5 nhng tăng đến 5.10 – 1 so với cá chất lỏng bị ô nhiễm. 11/08/15 Page 8 c ) Độ bền điệnĐiện áp phóng điện chọc thủng của chất lỏng nhờ vào vào nhiều yếu tố : hình dạng, diện tích quy hoạnh và khoảng chừng cáchgiữa các điện cực, mặt phẳng điện cực, nhiệt độ, tiến trình thử nghiệm, thời hạn công dụng của điện áp, mức độ ônhiễm …. Độ bền điện của các chất lỏng cách điện dới công dụng của điện áp xoay chiều xác lập theo tiêu chuẩn IEC 156, ASTM D1816 trong một cốc thử dầu với hai điện cực dạng hình cầu đờng kính 25 mm và khoảng cách giữa chúngcố định bằng 2,5 mmĐiện áp xoay chiều tần số công nghiệp tăng từ 0 đến khi xảy ra phóng điện với vận tốc tăng điện áp không đổi 2 kV / s, thời hạn giữa hai lần phóng điện 5 phútĐiện áp phóng điện đợc xác lập bằng trung bình cộng của 5 lần đo trong số 6 lần. Tuỳ thuộc vào loại chất lỏng, độ bền điện theo các tiêu chuẩn này đổi khác trong khoảng chừng từ 12 đến 40 kV / mm. 11/08/15 Page 9 Độ bền điện của các chất lỏng dới công dụng của điện áp xung kích xác lập theo tiêu chuẩn IEC 897, ASTM D3300. Các tiêu chuẩn này lao lý các điện cực thử nghiệm có dạng mũi nhọn – cầu, trong đó mũi nhọn có bánkính cong từ 40-70 àm, điện cực cầu có đờng kính 12,5 mm và khoảng cách giữa hai điện cực từ 3 đến25 mm. .. Điện áp phóng điện đợc đặc trng bởi hai trị số điện áp phóng điện trung bình của 5 lần thí nghiệmkhi mũi nhọn mang cực tính dơng V + và mũi nhọn mang cực tính âm U-Với khoảng cách giữa hai điện cực là 25 mm, U + nằm trong khoảng chừng 90-400 kV, và U – từ 65-160 kV11 / 08/15 Page 10 Độ bền điện của các chất lỏng giảm khi diện tích quy hoạnh điện cực hoặc thể tích của chất lỏng tăng. Trong dải tần số cao, độ bền điện của các chất lỏng sạch không nhờ vào vào tần số nhng trong các chất lỏngcách điện kỹ thuật, điiện áp phóng điện chọc thủng ở tần số thấp lớn hơn ở tần số caoNgoài ra điện áp phóng điện còn phụ thuộc vào vào trạng thái tình hay động của chất lỏng. Độ bền điện của chất lỏng biến hóa với số lần xảy ra phóng điện trên một thể tích chất lỏng nhất địnhDo các điện môi lỏng đợc sử dụng chung với các vật liệu cách điện khác và có tiếp xúc với vật liệu dẫn điện, cũngdo nớc và các tạp chất xâm nhập vào thiết bị trong quy trình sản xuất, quản lý và vận hành nên độ bền điện của chất lỏngtrong các thiết bị thờng thấp hơn nhiều so với các nghiên cứu và điều tra trong phòng thí nghiệm. Ví dụ so với dầu máy biến áp, độ bền điện là 50-60 kV khi khoảng cách giữa hai điện cực là 2 mm, hằng số điệnmôi 2,2 – 2,7 và điện trở suất 1013-1015.cm. 11/08/15 Page 1110.3. Tính chất lý-hoáNhiệt dungcủa các chất lỏng cách điện biến thiên trong khoảng chừng 1000 – 2000 J / ( kg. K ). Nó tăng khi nhiệt độ tăng và thờng cànglớn khi khối lợng riêng của chất lỏng càng lớnNhiệt dẫnKhối lợng riêngĐộ nhớtCác chất lỏng cách điện có độ nhớt nằm trong dải rộng từ 10 centistoke ở nhiệt độ 40 C so với dầu bến áp, đến 50 centistoke so với chất lỏng silicone, thậm chí còn đến 130 centistoke so với dầu tự nhiênđiểm đông đặc ( pour point ). Nhiệt độ đông đặc của các chất chất lỏng cách điện đổi khác từ – 60 C ( polybutene, silicone ) đến – 30 C ( dầu mỏcách điện ). năng lực chống cháy11 / 08/15 Page 12 hàm lợng nớc, hàm lợng khí hoà tan, hàm lợng tạp chất. Hàm lợng nớc bão hoà trong chất lỏng ở điều kiện kèm theo bình thờng vào tầm 50 ppm so với dầu mỏ cáchđiện, 120 ppm với dầu silicone và 2000 ppm với esters. Việc vô hiệu trọn vẹn các tạp chất, nớc và các chất khí hoà tan là không hề thực thi đợc. Lọc dầu bằng lới lọc ( cartrige ) chỉ hoàn toàn có thể lọc đợc các tạp chất rắn lớn hơn 5 àm. Nớc, đặc biệt quan trọng là nớc ở thể tự do rất khó vô hiệu bằng lọc dầu vì các thành phần để lọc sẽ rất nhanh bị bãohoà và nớc lại tan vào trong dầu. Ngời ta hoàn toàn có thể vô hiệu nớc và chất khí hoà tan bằng sấy kèm hút chân không. không thay đổi oxy hoá : Quá trình oxy hoá trong các chất lỏng đặc trng bởi chỉ số axit toàn phần TAN ( total acide number ) vàđợc đo bằng mgKOH / g chất lỏng. không thay đổi phóng điện cục bộ : 11/08/15 Page 13 điểm chớp cháy ( flash point ) : là nhiệt độ thấp nhất khi hơi dầu bốc cháy khi tiếp xúc với lửa ; Điểm chớp chất của chất lỏng silocone cao nhất đến315 C trong khi của dầu máy biến áp chỉ 135 – 140 C. cháy và chất lỏng không cháy. điểm cháy ( fire point ) là nhiệt độ mà chất lỏng sẽ cháy khi gặp lửa. Còn nhiệt độ tự cháy là nhiệt độ mà chất lỏng trở thànhnhiên liệu cháy. Theo điểm cháy, ngời ta phân biệt chất lỏngmàu sắc : nói chung các chất lỏng cách điện thờng không màu. Tuy nhiên một số ít vật liệu nh dầu mỏ cách điện có màuvàng hổ phách hoặc vàng nhạt. Sự đổi khác màu sác của chất lỏng trong thời hạn quản lý và vận hành hoàn toàn có thể do quátrình oxy hoá, các phản ứng hoá học hay sự lão hoá. sử dụng tơng thích ( compatibility ) với các vật liệu khác trong các thiết bị điện. Các điện môi lỏng cần có mức độ tơng thích với các vật liệukết cấu trong các thiết bị điện khác nh giấy, polyamide, film mỏng dính mica, gỗ, sắt kẽm kim loại …. 11/08/15 Page 14C hất lỏngTỷtrọngkg / m3Dầumỏ cách điện825-8901600-21000. 11-0. 163 – 6P olybuteneAlkyylbezeneAlkyldỷaylacane800 – 920850-990900-110020001600 – 20001600 – 20000.160.11 – 0.160.11 – 0.163 – 83-8-30 – + 22-70-35 – 70-35145-230 170-310110-150 120-155110-150 120 – 155 askarel PCBPolychlorodyphenylmethane1340163014201100-140015470. 09-0. 110.11 – 50 + 30-41130-195140 estere pentaerythrol90010002100-23000. 1520-40250300-310960 – 110015000.1540 – 60310340D ầu silicone11 / 08/15 Page 15N hiệt dungCp, J / ( kg. K ) Nhiệt dẫn Độ nhớt Điểmđông, W / ( m. K ) mm2 / s đặc, Cở 40 Điểmchớpcháy, Điểmcháyâm 30-60 100 – 170 110 – 18510.4. Dầu mỏ cách điệnTrong số các vật liệu cách điện thể lỏng thì dầu cách điện có nguồn gốc từ dầu mỏ đợc dùng nhiều nhất. Các loại dầu mỏ cách điện ( những chất lỏng cách điện có nguồn gốc từ dầu mỏ ) đợc sản suất từ dầu thô qua quátrình hoá dầu. Đó là hỗn hợp của nhiều loại hydrocarbon với một lợng nhỏ các tạp chất chứa lu huỳnh, oxy, nitơ … Thành phần đúng chuẩn của các loại dầu cách điện phức tạp hơn và tuỳ thuộc vào nguồn gốc của dầu thô, mức độvà phơng pháp lọc dầu, các chất cho thêm vàoTrong dầu mỏ có nhiều loại hydrocarbon : hydrocarbon bão hoà ( alcane và cycloxane ) loại parafin CnH2n + 2, loạinapten CnH2n hydrocarbon thơm CnH2n-6, hydrocarbon không no CnH2n … Một số hydrocarbon không no nh olephine cũng có nhng ở dới dạng khí và một số ít hydrocarbon dị vòng ( heteorocycle ) của lu huỳnh C4H8S, C4H4S, C8H8S, nitơ C6H7N, C4H5N, C9H7N, và oxy C10H18O. Hợp chất vớioxy thì hầu hết là các loại axit, ví dụ axit naptenic C6H11COOH, các chất keo, hắc ín. 11/08/15 Page 16T hành phần của dầu cách điện phụ thuộc vào vào nguồn gốc của dầu mỏ chứa nhiều napten hay parrafin. Theo thành phần hoá học ngời ta chia chúng thành các loại : hydrocarbon paraffin CnH2n + 2 ( n-alcane và iso-alcane ), hydrocarbon naptane CnH2n ( cyclo-pentane, cyclohexane, và cyclo-heptane ), hydrocarbon thơm ( benzene, naptalene ) và 1 số ít loại khác11 / 08/15 Page 17T ính chất của 1 số ít loại dầu máy biến áp theo tiêu chuẩn của Liên xô trớc đâyTính chấtTỷ khối, kg / m3Độ nhớt động học, 10-6 mét vuông / sĐiểm chớp cháy, Ctg ở 50 Hz và 70 C50 Hz và 20C ở 0.5 MV / cm và 90 C, mĐiện áp phóng điện chọcthủng, kV11 / 08/15 Page 18D ầu máy biến ápDầu cáp điện lựcPhápTCnT750T1500C-220MH-4KM-25C271018951350. 2152.35.1010708951350.0562.251011758951350.0502.205.101185837501800.0022.25101253 > 900101350.0032.2101145 > 9002250.0052.152.101033 > 895 < 6 > 1300.005 > 70T ỷ trọngCác dầu parrafin có khối lợng riêng nhỏ hơn cả : ở nhiệt độ 20 C từ 825 kg / m3 đến 865 kg / m3. Dầu naptane từ860 đến hơn 900 kg / m3. Nhiệt dungTrong điều kiện kèm theo áp suất không đổi, nhiệt dung của các dầu mỏ cách điện phụ thuộc vào vào khối lợng riêngcủa chấtlỏng. Nó giảm khi khối lợng riêng của chất lỏng tăng và nằm trong khoảng chừng từ 1600 – 2100 J / kg / KNhiệt dẫn suấtNhiệt dẫn suất tỷ suất nghịch với khối lơng riêng của chất lỏng và giảm khi nhiệt độ tăng. Giá trị trung bình đối vớidầu 0.14 W / m. KĐộ nhớtĐộ nhớt của chất lỏng giảm khi nhiệt độ tăng. Đối với dầu mỏ cách điện nó bằng 24-25 mm2 / s ở nhiệt độ 20 C và50 mm2 / s ở nhiệt độ 0 C. Tơng ứng với các nhiệt độ này trong dầu silicone là 50 và 75.11 / 08/15 Page 19 hàm lợng nớc và các hạt tạp chấtĐiện trở suất, hằng số điện môi và tgTrong dải tần số công nghiệp và nhiệt độ 90 C, hằng số điện môi của các loại dầu mỏ cách điện thay đổitrong khoảng chừng từ 2.1 đến 2.5 và giảm khi nhiệt độ tăng. Điện trở suất của chất lỏng giảm khi nhiệt độ tăng theo hàm dạngln = A B ( T To ) ở nhiệt độ 90 C, điện trở suất của chúng nằm trong khoảng chừng ( 15-16 ). 1014. cm11 / 08/15 Page 20 tg của các chất lỏng tăng khi nhiệt độ tăng và nhờ vào vào tần số theo biểu thứctg = Nớc ở dạng hoà tan và hàm lợng nhỏ hơn giá trị bão hoà hầu nh không ảnh hởng đến điện dẫn và tg của chấtlỏng. Khi biến hóa độ hoà tan của nớc, ví dụ nh khi nhiệt độ giảm nớc sẽ hình thành các giọt nhỏ li ti làm chođiện dẫn và tg tăng vọt. Trong quản lý và vận hành, tổn hao điện môi tăng theo thời hạn do quy trình tích luỹ các chất không hoà tan hoặc các tạpchất dạng keo11 / 08/15 Page 21 Độ bền điệnTrong điều kiện kèm theo bình thờng với hàm lợng nớc nhỏ hơn 10 ppm và hàm lợng tạp chất nhỏ hơn 1 ppm, độbền điện của dầu mới nằm trong khoảng chừng 70-90 kV theo thiết bị thử của CEI.Dới công dụng của điện áp xung kích, điện áp đánh thủng đạt 120 – 140 kV. Các tạp chất cực tính n hơi ẩm trong chất lỏng làm giảm độ bền điện của nó đặc biệt quan trọng khi nó kết hợpvới các tạp chất dạng sợi. Sự già cỗi hoá : trong quy trình quản lý và vận hành các đặc thù của dầu bị đổi khác và đợc gọi là sự già cỗi hay sự lão hoá. Sự già cỗi hoá xảy ra hầu hết do tính năng của điện trờng và nhiệt độ. Quá trình này kèm theo sự hình thành nớc, axit … thôi thúc sự lão hoá của các vật liệu cách điện rắn. 11/08/15 Page 22A n toàn sử dụng : Điểm chớp cháy và điểm cháy của dầu chênh nhau khoảng chừng 10 C ; nhiệt độ chớp cháy của hơi dầu thayđổi tuỳ theo loại dầu. Sử dụng tơng thích với các chất rắnSắt, thép, kim loại tổng hợp chì-thiếc, crom, cadmi đổi khác rất ít và không có ảnh hởng đến dầu. Đồng và các kim loại tổng hợp của đồng là các chất xúc tác oxy hoá và tăng tg. Tốc độ ăn mòn tăng với nhiệt độ oxy hoá và thành phần của dầuKhả năng Open trên mặt phẳng sắt kẽm kim loại một lớp màng làm tăng điện trở tiếp xúcCác vật liệu cách điện rắn nh giấy, carton cách điện, các vật liệu phân lớp với nhựaphenolformaldehyde, epoxy, vật liệu bông vải sợi, gỗ, chất dẻo trên cơ sở nhựa phenolformaldehydekhông ảnh hởng đến dầu máy biến áp và tuỳ thuộc vào mức độ sạch hoàn toàn có thể không ảnh hởng đến dầutụ điện. 11/08/15 Page 23C ác loại cao su đặc flo và silic hữu cơ bền vững và kiên cố hơn cả trong dầu. Độ bền của các loại cao su đặc khác phụ thuộcvào thành phần hoá học. Dầu mỏ cách điện là loại điện môi lỏng có cờng độ cách điện cao và giá tiền thấp nhất trong cácchất lỏng cách điện do đó đợc sử dụng thoáng rộng làm vật liệu cách điện. Dầu mỏ cách điện có nhiều tác dụng khác nhau, do vậy chúng có các tên gọi khác nhau : 11/08/15 Page 24D ầu máy biến ápLoại này đợc dùng trong các máy biến áp, máy cắt với các mục tiêu : tẩm các vật liệu cách điện sợi, vật liệu xốp, lấp đầy các khoảng trống giữa các cuộn dây, giữa các cuộndây với vỏ máy biến áp ; cải tổ điều kiện kèm theo tản nhiệt do tổn hao hiệu suất trong các cuộn dât và trong lòi máy biến áp ; dập tắt hồ quang trong các máy cắt dầuDầu máy biến áp là một chất lỏng có sắc tố và các đặc thù khác nhau do nguồn gốc và quá trìnhsản xuất khác nhau. Về độ nhớt đối pháp luật với dầu máy biến áp là 1,8 E ( Engler ). Nếu độ nhớt quá lớn, tính năng tản nhiệt sẽ xấu. Khi nhiệt độ của dầu tăng thì độ nhớt sẽ giảmĐiểm chớp cháy : Dầu máy biến áp là chất lỏng dễ cháy nên nơi nào có nhiều dầu thí phải chú ý quan tâm đếnviệc phòng hoả. Quy định điểm chớp cháy của dầu máy biến áp là phải lớn hơn 135 CNgời ta cũng pháp luật tiêu chuẩn độ bền điện cuả dầu máy biến áp dùng cho các thiết bị có cấp điệnáp khác nhau11 / 08/15 Page 25

Source: https://suanha.org
Category : Vật Liệu