TÌM HIỂU VỀ CHỐNG SÉT Ô XÍT KẼM ZnO TRƯỚC KHI LỰA CHỌN VÀ ĐƯA VÀO SỬ DỤNG

Hiện nay cái chống sét ô xít kim loại là ZnO đang được xử dụng rất nhiều trên lưới điện trung áp. Nhiệm vụ của các chống sét này là bảo vệ các thiết bị: chống sét và chống quá điện áp thao tác. Người xử dụng cần phải thận trọng khi chọn các đặc tính của nó, phải xem xét khả năng làm việc, các đặc tính kỹ thuật và các thuộc tính của chống sét, xem đây như là một yếu tố đảm bảo tuổi thọ của cái chống sét, đặc biệt trong các vùng có môi trường không khí bị ô nhiễm.

1 TÌM HIỂU VỀ CHỐNG SÉT Ô XÍT KẼM ZnO TRƯỚC KHI LỰA CHỌN VÀ ĐƯA VÀO SỬ DỤNG Tác giả: Trịnh Quang Khải 2 Hiện nay cái chống sét ô xít kim loại là ZnO đang được xử dụng rất nhiều trên lưới điện trung áp. Nhiệm vụ của các chống sét này là bảo vệ các thiết bị: chống sét và chống quá điện áp thao tác. Người xử dụng cần phải thận trọng khi chọn các đặc tính của nó, phải xem xét khả năng làm việc, các đặc tính kỹ thuật và các thuộc tính của chống sét, xem đây như là một yếu tố đảm bảo tuổi thọ của cái chống sét, đặc biệt trong các vùng có môi trường không khí bị ô nhiễm. Cấu tạo nguyên lý làm việc. Chống sét kiểu ôxít kẽm ZnO về cơ bản gồm một chồng đĩa bằng ôxít kẽm nằm bên trong một vỏ cách điện có độ ổn định nhiệt cao. Định mức điện áp của chống sét quy định theo số đĩa ở bên trong chồng đĩa. Đặc tính duy nhất của ô xít kẽm là có đặc tuyến vol-am pe phi tuyến. Điện áp gần như là hằng số trên một dải rộng các dòng điện chảy qua các đĩa khi chống sét chịu đựng các xung sét và các đột biến điện, đặc tính Vôn - Am pe hoàn toàn phi tuyến, có khả năng hấp thụ năng lượng cao. Với điện áp định mức của lưới điện chống sét hoàn toàn "không phóng điện". Nhưng khi điện áp đột biến tăng lên đến điện áp tới hạn lập tức chống sét chuyển ngay từ trị số điện trở lớn sang trị số điện trở nhỏ theo đặc tính V- A của chúng và cho dòng điện sét đi qua. Khi hết sét điện áp trở lại bình thường thì chống sét sẽ trở lại trạng thái có tính dẫn điện kém. Lúc này ba cái chống sét không khác gì ba quả sứ đỡ cách điện. a- Đoạn đặc tính dưới. b- Điểm nhọn. c- Đoạn phi tuyến rõ rệt. d- Đoạn tuyến tính trên. A- Điểm làm việc có điện áp thường xuyên. Hình 1. Đặc tuyến làm việc của chống sét ZnO 3 Để lựa chọn một cái chống sét ZnO thích ứng cho lưới điện cần phải chú ý các đặc tính sau đây: 1.Điện áp ấn định: Đặc trưng cho khả năng chịu đựng của cái chống sét với quá điện áp tạm thời (điện áp giữa pha với đất tạm thời tần số công nghiệp) 2.Điện áp vận hành lâu dài cực đại: Cho biết khả năng vận hành lâu dài với điện áp định mức của lưới điện (chịu điện áp pha tần số công nghiệp ở chế độ xác lập). 3.Dòng điện phóng định mức: Chọn cho phù hợp với mức độ dòng sét trên khu vực đặt chống sét. 4.Mức bảo vệ: Chỉ điện áp đỉnh của cái chống sét với dòng điện phóng định mức. 5.Tỉ lệ của dòng điện cực đại với cấp phóng điện: Đặc trương cho biết khả năng hấp thụ năng lượng của chống sét. 6.Hình dạng biên độ và đường tản của vỏ: Xác định khả năng chịu đựng ứng suất của vỏ chống sét khi đặt ngoài trời. 7.Cấp hạn chế quá điện áp (đối với chống sét loại vỏ sứ): Đặc trưng cho mức chịu đựng của chống sét đối với các ngắn mạch ngoài. Sau khi xem xét các đặc tính trên của chống sét thì hãy dùng các sổ tay kỹ thuật của các nhà chế tạo để chọn chống sét. Hình 1. Hình ảnh của các chống sét van 4 1. Đường kính của điện trở phi tuyến ô xít kẽm (đường kính có liên quan đến dòng điện phóng định mức, dòng điện cực đại hoặc cấp phóng điện của đường dây) 2. Chiều cao của điện trở phi tuyến (có liên quan đến điện áp danh định làm việc lâu dài cực đại, mức bảo vệ). 3. Hình dạng vỏ (Hình dạng tán sứ, đường cong tán sứ, cấp giới hạn điện áp). Ngoài ra còn phải xem xét thêm: Môi trường đặt chống sét có bị ô nhiễm không, chống sét có phù hợp với vị trí lắp đặt không? hoặc có đáp ứng được yêu cầu đặc biệt không (như lắp tại bên cạnh thân máy biến áp dầu…)? Chống sét ZnO bảo vệ tốt hơn so với loại SiO, không dùng bộ nổ mắc nối tiếp. Điện áp giới hạn tác động phụ thuộc vào dạng sóng quá điện áp và đặc tính dòng điện áp rất phi tuyến, nhất là ở giới hạn dòng điện lớn. Kích thước và trọng lượng của chống sét ZnO nhỏ hơn. Do nó có khả năng hấp thụ rất mạnh nên cho phép giảm một cách đáng kể thể tích tác dụng. Khả năng chịu đựng của ZnO tốt ngay ở vùng bị ô nhiễm, tại đó có thể xảy ra mức báo sai của tín hiệu bộ nổ bên trong chống sét SiO. Chống sét ZnO có vỏ nhựa có kích thước rất nhỏ gọn, trọng lượng chỉ bằng 1/2 chống sét kiểu vỏ sứ, có độ bền về cơ và điện. Do vỏ của nó có khả năng đàn hồi hơn chống sét ZnO vỏ sứ nên chống sét ZnO có vỏ nhựa không bị ảnh hưởng của những chấn động và va chạm từ bên ngoài. Trong điều kiện bị hư hỏng chống sét ZnO có vỏ nhựa có khả năng chịu đựng về cơ học rất tốt, không tạo ra những mảnh vỡ gây nguy hiểm cho người cho thiết bị ở gần. Nhận biết được những ưu điểm của chống sét ZnO vỏ nhựa tổng hợp sẽ giúp cho người xử dụng dễ dàng lựa chọn một bộ chống sét theo đúng ý muốn. 5 Lưu ý rằng: Sự phân bố điện trường dọc theo chống sét sẽ bị thay đổi khi có mặt của các tấm lắp ráp, khoảng cách cái chống sét và các thiết bị điện có nối đất hoặc không nối đất. Trong vận hành sẽ có hai sự lựa chọn khác nhau: 1.Nếu chọn loại chống sét có ngắt tự động thì khi có một hư hỏng trong nội bộ chống sét thì không gây ra mất điện lưới, nhưng ngược lại không thể kiểm soát được cái chống sét hỏng đó đã được thay thế chưa. Điều này sẽ gây nguy hiểm cho các thiết bị điện cần được bảo vệ chống sét vì lúc này chống sét không còn tác dụng nữa. 2.Nếu ưu tiên cho cho chế độ vận hành liên tục thì nên chọn loại chống sét có cái báo sự cố, nhờ đó mà xác định cái chống sét nào bị hỏng để xử lý và đóng điện lưới trở lại nhanh nhất. Ô nhiễm môi trường là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến sự phân bố điện trường dọc theo cái chống sét. Khi chế tạo người ta buộc phải tính đến khả năng chịu điện áp của vỏ chống sét. Sự phân bố bên trong gần như là tuyến tính do điện dụng lớn của lớp Varisto “điện trở biến đổi theo điện áp”, trong khi đó sự phân bố điện áp bên ngoài của vỏ chống sét rất không đều vì nó bị ảnh hưởng của sự Hình 1. Hình dạng chống sét ô xít kim loại có điện áp ấn định là 24kV 1. chống sét SiO vỏ sứ kiểu thẳng đứng. 2. chống sét ZnO vỏ nhựa kiểu thẳng đứng. 3. chống sét ZnO vỏ nhựa kiểu nằm ngang. 6 ô nhiễm và mức độ ẩm và khô trên bề mặt của cách điện chống sét. Sự tương tác của hai lớp điện trường này của chống sét ZnO đã được các nhà chế tạo tính đến và giải quyết. Các chống sét loại SiO có bộ nổ bên trong rất nhạy cảm với ô nhiễm, sự biến thiên của điện áp phân bố trên mặt vỏ là nguyên nhân gây ra vụ nổ chống sét ngay cả khi có điện áp vận hành. Đối với cái chống sét ô xít kẽm ZnO đặt ở những vùng ô nhiễm có nguy cơ phóng điện vầng quang, nhưng với chống sét ZnO thì hiệu ứng tự bảo vệ do điện dung cao sẽ hạn chế được phóng điện vầng quang. Các nhà chế tạo sẽ cho ra đời các chống sét có chiều dài dòng rò lớn, có hình dạng và bề rộng của các cánh cách điện phù hợp với vùng bị ô nhiễm. Quá tải nhiệt thường xuyên sẽ làm suy giảm tuổi thọ của chống sét, trong vận hành đôi khi sẽ xảy ra sự tăng nhiệt độ. Bình thường thì dòng điện điện dụng đi qua chống sét là Ic < 1mA , sự phân bố điện áp trên các varisto là đều nhau. Đối với các chống sét ở điện áp cao hơn 220kV người ta còn làm thêm quả cầu kim loại phía trên (để tạo ra điện dung ký sinh) phối hợp với vòng kim loại đẳng thế để tạo ra sự phân bố điện áp gần tuyến tính. Trong vùng có ô nhiễm thì dòng điện rò đi qua bề mặt chống sét là rất lớn, các lớp bẩn đọng trên bề mặt chảy từ trên xuống dưới dẫn đến sự mất cân bằng về điện áp giữa các chống sét. Sự tăng nhiệt độ trong điều kiện ô nhiễm có thể làm tăng quá tải nhiệt của các chống sét ở điện áp làm việc thường xuyên. Qua thực tế theo dõi thì sự quá tải nhiệt ít xảy ra đối với chống sét ZnO trong môi trường ô nhiễm. Hình 2. Lớp bẩn bám trên bề mặt chống sét 7 Sự phóng điện này gây ra hậu quả làm hỏng bề mặt các đĩa ô xít kẽm dẫn đến tăng điện dẫn suất γ (m/Ωmm 2 ) trên bề mặt chống sét làm giảm tuổi thọ của chống sét. Điện trường hướng kính có thể tạo nên hiệu ứng hóa học dẫn đến sự thay đổi lớn của các tổ chức chất khí bên trong chống sét tạo nên các sản phẩm mới như CO 2 , NO 2 , NH 4 . Hiệu ứng phụ này sẽ gây ra sự hóa già của các varisto Ô xít kẽm trong thời gian vừa phải và lâu dài. Các hãng chế tạo thiết bị điện nổi tiếng trên thế giới đã nghiên cứu khắc phục được sự phóng điện do điện trường hướng kính gây nên, các Varisto Ô xít kẽm thế hệ mới có thể chịu được các phóng điện trên từng phần nhỏ nhờ có việc lựa chọn thích hợp các vật liệu phủ trên bề mặt. − Về các chống sét ZnO và SiO cũng còn khá nhiều điều cần phải xem xét đến. Bạn đọc có thể tìm hiểu thêm những trang thông tin khác, nhất là trong các trang thông tin về công nghệ mới (New technology”. Chúc các bạn thành công. Tác giả bài viết rất mong có dịp được trao đổi với các bạn đồng nghiệp. Mọi thông tin xin liên hệ theo địa chỉ: Trịnh Quang Khải, khoa Hệ thống điện Trường Đại học Điện Lực, 235 phố Hoàng Quốc Việt, TP.Hà Nội. TL: 04.9715230, 04.2010226. Sự hóa già của chống sét cũng giống như thuộc tính của tất cả các vật cách điện khác. Bình thường thì sự chênh lệch điện áp của hai lớp điện áp trong và ngoài của chống xét gần như là tuyến tính. Nhưng nếu vỏ chống sét bị bẩn do ô nhiễm thì xuất hiện một điện trường hướng kính đi ngang qua chống sét. Đây là nguyên nhân dẫn đến sự phóng điện từng phần trong chống sét ngay cả khi ít ô nhiễm. Hình 3. Sự chênh lệch điện áp tại hai điểm gần nhau của chống sét