Bài giảng cơ sở khí cụ điện - Chương 7: Cách điện trong KCĐ

Bài giảng Cơ sở Khí cụ điện CHƯƠNG 7 CÁCH ĐIỆN TRONG KCĐ CHƯƠNG 7: CÁCH ĐIỆN TRONG KCĐ 7.1. Khái niệm chung. 7.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cách điện. 7.3. Điện áp thử nghiệm của KCĐ 7.4. Khoảng cách cách điện. 7.5. Kiểm tra cách điện của TBĐ cao áp. CHƯƠNG 7: CÁCH ĐIỆN TRONG KCĐ 7.1. KHÁI NIỆM CHUNG: Trong thiết bị điện có các loại cách điện sau:  Cách điện giữa các pha với đất (là phần vỏ kim loại, không dẫn điện được nối đất).  Cách điện giữa tiếp động và tiếp điểm tĩnh của một pha. Vật liệu cách điện thường dung có ba loại cách điện rắn, cách điện lỏng (như dầu máy biến áp), cách điện khí (không khí, khí SF6 hay chân không) hoặc tổ hợp của các loại trên. Cách điện của thiết bị điện phụ thuộc vào điện áp định mức của chúng.  Với điện áp đến 1000V, ta thường gặp các trị số đ.áp đmức sau: 6; 12; 24; 36; 48; 60; 110; 220; 380; 440; 660 V  Với điện áp trên 1000V, các cấp đ.áp đmức thường gặp là: 3; 6; 10; 15; 20; 24; 35; 36; 75; 110; 150; 220; 330; 500; 750 kV 7.1. KHÁI NIỆM CHUNG: Tùy theo đường đi của dòng điện qua cách điện, khoảng cách cách điện được chia làm hai loại: khoảng cách phóng điện và khoảng cách theo dòng điện bề mặt (hình 6.1). Khoảng cách phóng điện là khoảng cách gần nhất giữa hai chi tiết kim loại có điện áp khác nhau (l1), còn khoảng cách theo bề mặt là đường đi ngắn nhất theo bề mặt (l2) từ chi tiết này đến chi tiết kia. U1 U2 l2 l1 Hình 6.1 7.1. KHÁI NIỆM CHUNG:  Cách điện theo l1 gọi là cách điện bên trong của cách điện, còn cách điện theo l2 còn gọi là cách điện ngoài của cách điện.  Cách điện trong phụ thuộc vào bề dày và các đặc tính của vật liệu cách điện, còn cách điện ngoài phụ thuộc vào chiều dài l2 và môi trường làm việc của cách điện như: bụi, bẩn, độ ẩm, các hóa chất xâm thực.  Đặc trưng cho cách điện là khi có một điện áp đủ lớn đặt lên nó với thời gian xác định, sẽ có sự phóng điện giữa hai điện cực làm cách điện bị hỏng và sẽ tạo ra cầu dẫn điện giữa chúng. Quá trình phóng điện có thể đánh thủng chất điện môi hoặc phóng trên bề mặt cách điện, phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: đặc tính, kích cỡ của chất điện môi, trạng thái bề mặt của cách điện, độ lớn của điện áp, dạng sóng của nó, thời gian duy trì điện áp 7.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÁCH ĐIỆN: Khi làm việc, cách điện bị các tác động sau:  Tác động của điện trường do điện áp gây nên, đó là điện áp định mức của lưới điện, quá điện áp do thao tác và quá điện áp có nguồn gốc khí quyển.  Tác động nhiệt do sự thay đổi nhiệt độ của môi trường và nhiệt độ do hao công suất trong thiết bị điện gây nên.  Tác động cơ học lên cách điện do phương pháp cố định cách điện, mối liên kết cơ học của cách điện với các phần tử khác, lực điện động khi ngắn mạch tác động lên cách điện  Tác động của môi trường như độ ẩm, bụi, bẩn, các tác nhân hoá học, áp suất khí quyển 7.3. ĐIỆN ÁP THỬ NGHIỆM CỦA KCĐ - Điện áp lớn nhất đặt vào thiết bị điện mà không gây hư hại cho cách điện của nó được gọi là điện áp thử nghiệm. - Điện áp thử nghiệm thường có những dạng sau: điện áp với tần số công nghiệp, với sóng chuẩn và với sóng cắt (điện áp xung). - Với điện áp thử nghiệm tần số công nhiệp, cần chú ý thời gian duy trì điện áp thử nghiệm trên thiết bị và tốc độ tăng điện áp theo thời gian. - Thông thường với điện áp tần số công nghiệp, thời gian thử nghiệm là một phút. - Bảng sau đây cho các trị số điện áp thử nghiệm với các vị trí cách điện khác nhau của dao cách ly, làm việc ở điều kiện khí quyển bình thường. 7.3. ĐIỆN ÁP THỬ NGHIỆM CỦA KCĐ Điện áp định mức kV Điện áp thử nghiệm 1 phút, tấn số công nghiệp Điện áp thử nghiệm xung với sóng ± 1.4/40 µs Giữa hai tiếp điểm một pha khi mở, kV Pha - pha và pha - đất, kV Giữa 2 tiếp điểm pha - pha 1 pha khi mở và pha - đất, kV 3 6 10 20 35 60 110 220 25 35 45 75 100 190 310 620 21 27 35 55 75 140 230 460 52 70 85 145 195 375 630 1210 45 60 75 125 170 325 550 1050 7.4. KHOẢNG CÁCH CÁCH ĐIỆN - Việc xđịnh khoảng cách cách điện (KCCĐ) tối ưu có ảnh hưởng không nhỏ đến kích cỡ và giá thành của tbđiện. KCCĐ tối thiểu là khoảng cách đảm bảo an toàn cho tbđiện trong qtrình lviệc, không xra htượng phóng điện. - Với cách điện là không khí, độ bền điện của loại điện môi này phụ thuộc vào dạng của điện cực. Nếu điện trường giữa hai điện cực là đều, thì độ bền điện của không khí ở điều kiện chuẩn đạt cỡ 3000 V/mm. Vì vậy với các kcđ có điện áp định mức đến 1000 V, khe hở không khí cho cách điện chỉ cần cỡ 1 đến 2 mm là đủ. Cần lưu ý rằng trong quá trình làm việc, bụi bẩn, hơi nước có thể xuất hiện ở khe hở này, vì vậy tùy theo cấp bảo vệ (độ kín) của thiết bị (IP), phải tăng khe hở tối thiểu để đảm bảo an toàn cho cách điện. Bề mặt của cách điện thường bị bụi, bẩn, ẩm làm tăng nhanh dòng điện rò, dẫn đến knăng phóng điện bề mặt. Vì vậy KCCĐ theo dòng điện rò thường phải lấy lớn hơn KC phóng điện. Ngta thường tăng KCCĐ theo dòng điện rò bằng cách làm các vách ngăn, gờ, “mái hiên” ở các chi tiết cách điện như nhựa, sứ 7.5. KIỂM TRA CÁCH ĐIỆN Ở CÁC THBỊ ĐIỆN CAO ÁP  Trong các thbđiện cao áp, cách điện là thông số rất qtrọng và thường xuyên phải ktra, đánh giá định kỳ chất lượng của cách điện. Ppháp cơ bản để ktra cách đện là đo điện trở cách điện và góc tổn hao điện môi. Ngoài ra, có thể dùng điện áp thử nghiệm đặt lên cách điện.  Chất lượng cách điện được kiểm tra sơ bộ bằng cách đo điện trở cách điện bằng mêgaôm mét (loại điện áp 2500 V, vì là cách điện cao áp) hoặc các bộ cầu chỉnh lưu điện áp cao.  Khi ta đặt một điện áp lên cách điện, dòng điện chạy trong cách điện có thể phân tích thành ba thành phần: dòng nạp tụ điện không gian, dòng hấp thụ do hỏng hóc trong cách điện sinh ra và dòng điện rò. 7.5. KIỂM TRA CÁCH ĐIỆN Ở CÁC THBỊ ĐIỆN CAO ÁP  Sơ đồ điện thế của cách điện có hỏng hóc cục bộ được trình bày ở hình 6.5a. Trong đó điện dung C2 là điện dung của phần cách điện tốt điện dung, C1 là điện dung của phần cách điện có hỏng hóc, g1 - điện dẫn của phần cách điện có điện dung C1.  Khi đặt điện áp một chiều U lên cách điện, dòng điện nạp tụ không gian tương đối lớn,  sau đó giảm dần cho tới khi các tụ được nạp đầy. Song song với quá trình nạp tụ, ở ngoài mạch có dòng điện hấp thụ, được xác định theo công thức:  Trong đó: g1 C1 C2 U Hình 6.5 a iht 2 1 t Hình 6.5 b 21 21. CC CC  Tt ht eCC C gUi / 2 21 2 1 ..          1 21 g CC T   7.5. KIỂM TRA CÁCH ĐIỆN Ở CÁC THBỊ ĐIỆN CAO ÁP  Điện dẫn g1 thường là điện dẫn do độ ẩm tạo nên. Nếu độ lớn, dòng điện hấp thụ lớn nhưng hằng số thời gian T lại giảm. Trên hình 6.5b cho quan hệ giữa dòng điện hấp thụ và thời gian. Ở đường cong 1, điện dẫn g1 bé hơn điện dẫn ở đường cong 2 tới 3 lần. Ngoài dòng điện hấp thụ (chỉ tồn tại trong thời gian quá độ) còn tồn tại dòng điện rò sau khi kết thúc quá trình quá độ. Dòng điện rò do điện dẫn của cách điện tạo nên.  Nếu cách điện có chất lượng cao, điện trở của nó ít phụ thuộc vào điện áp, còn cách điện chất lượng thấp có điện trở phụ thuộc vào điện áp. Quan hệ của điện trở và dòng điện với điện áp được cho ở hình 6-6. 7.5. KIỂM TRA CÁCH ĐIỆN Ở CÁC THBỊ ĐIỆN CAO ÁP  Khi điện áp thấp, bé hơn trị số giới hạn Ukp, chưa xuất hiện hỏng hóc trong cách điện nên điện trở cách điện R có thể tăng, và dòng điện tăng không đáng kể. Khi điện áp lớn hơn trị số giới hạn, điện trở cách điện giảm, dòng điện rò tăng và dẫn tới trường hợp đánh thủng cách điện. C I,R Atăng gỉam 0 U I Hình 6-6 7.5. KIỂM TRA CÁCH ĐIỆN Ở CÁC THBỊ ĐIỆN CAO ÁP  Một trong những biện pháp hiệu quả để kiểm tra chất lượng cách điện là đo góc tổn hao điện môi tgδ. Quan hệ giữa tgδ và (U) cho phép xác định giới hạm bền nhiệt của cách điện. Khi nhiệt độ cách điện cao, điện trở của nó giảm nên dòng điện rò tăng, dẫn đến tăng tổn hao, tăng nhiệt đọ cách điện. Quá trính đố cứ tăng mãi làm cách điện bị chọc thủng do nhiệt. Ở điện áp định mức, quá trính nhiệt được cân bằng nên nhiệt độ của cách điện không vượt quá trị số tới hạn. Đo tgδ xác định được trị tới hạn của điện áp, từ đó đánh giá được chất lượng cách điện. HẾT CHƯƠNG 7