CHƯƠNG 10 vật LIỆU CÁCH điện THỂ LỎNG

CHươNGư10 10.1 Giới thiệu 10.2 Tính chất cách điện 10.3 Tính chất lý-hoá 10.4 Dầu mỏ cách điện 10.5 11/08/15 Page Dầu cách điện tổng hợp CáCHưđIệNưTHểưLỏNG 10.1 Giới thiệu Các điện môi lỏng từ lâu đợc sử dụng làm vật liệu cách điện máy biến áp, tụ điện cáp điện lực, máy cắt cao áp a) Vai trò cách điện thể lỏng Các chất lỏng dầu cách điện đợc dùng với mục đích chủ yếu để ngâm tẩm cách điện rắn thiết bị điện khác nh máy biến áp, cuộn cảm, tụ điện, máy cắt, cáp điện dùng dầu, thiết bị điều áp dới tải, điện xuyên có dầu Lợng dầu sử dụng nhỏ (một phần lit tụ điện) đến hàng nghìn lit (trong máy biến áp lực) Ngoài nhiệm vụ cách điện, dầu chất lỏng cách điện có nhiệm vụ làm mát (tản nhiệt máy biến áp lực) dập hồ quang (trong máy cắt) 11/08/15 Page b) Phân loại cách điện thể lỏng Các vật liệu cách điện lỏng phân loại theo đặc điểm khác : Theo nguồn gốc hoá học dầu cách điện tự nhiên Trong vật liệu cách điện thể lỏng, dầu có nguồn gốc từ dầu mỏ (dầu cách điện tự nhiên) đợc sử dụng sớm Thành phần dầu 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 (dầu thực vật, phtalate ) dyxylyethane DXE 11/08/15 Page 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, dầu có chứa clo tụ điện đến 135 C : chất lỏng tổng hợp Theo mức độ chống cháy vật liệu cháy 11/08/15 Page 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 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 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 dầu thực vật ester đơn giản (BNC, DOS, DOP) phtalate (DEHP) ester phức tạp tụ điện xung tụ điện giấy thay PCB MBA phân phối tg bé f>103 Hz r>5 điểm cháy >300 C Dầu silicone polydimethylsiloxane (PDMS) polymethylphenylsiloxane PMPS MBA MBA điểm cháy >300 C Hấp thụ khí phóng điện cục chất lỏng khác este oxit khí hoá lỏng tụ điện >3 cách điện siêu dẫn r giảm tổn hao hiệu ứng Joule Page 10.2.Tính chất cách điện Các tính chất cách điện chất lỏng phụ thuộc vào công thức hoá học (thành phần cấu tạo phân tử), phụ thuộc vào điều kiện sử dụng (điện áp, điện trờng, lọc, sấy ) Các tính chất điện quan trọng cuủa điện môi lỏng : số điện môi , điện trở suất độ bền điện a ) Hằng số điện môi Các chất lỏng cách điện điện môi trung tính cực tính, số điện môi thay đổi khoảng từ đến 10 dải tần số từ 50 Hz đến MHz Hằng số điện môi vật liệu dùng cho tụ điện có ý nghĩa quan trọng trị số điện dung Sử dụng số điện môi lớn cho phép giảm đợc kích thớc tụ điện, nhng thực tế nhiều chất lỏng trung tính đợc dùng để tẩm tụ điện cao tổn hao điện môi đon vị thể tích tỷ lệ với E2 11/08/15 Page b) Điện dẫn tổn hao điện môi Điện trở suất nằm khoảng từ 1012 đến 1017.m Hệ số tổn hao điện môi tg chất lỏng đợc xác định theo tiêu chuẩn IEC 247 cầu đo Schering tần số công nghiệp tg đo tần số 50 Hz nhiệt độ 90 C, chất lỏng tổn hao (nh polybutene hay dầu silicone) 10-5 nhng tăng đến 5.10-1 cá chất lỏng bị ô nhiễm 11/08/15 Page c) Độ bền điện Điện áp phóng điện chọc thủng chất lỏng phụ thuộc vào nhiều yếu tố : hình dạng, diện tích khoảng cách điện cực, bề mặt điện cực, nhiệt độ, quy trình thử nghiệm, thời gian tác dụng điện áp, mức độ ô nhiễm Độ bền điện chất lỏng cách điện dới tác dụng điện áp xoay chiều xác định theo tiêu chuẩn IEC 156, ASTM D1816 cốc thử dầu với hai điện cực dạng hình cầu đờng kính 25 mm khoảng cách chúng cố định 2,5 mm Điện áp xoay chiều tần số công nghiệp tăng từ đến xảy phóng điện với tốc độ tăng điện áp không đổi kV/s, thời gian hai lần phóng điện phút Điện áp phóng điện đợc xác định trung bình cộng lần đo số lần Tuỳ thuộc vào loại chất lỏng, độ bền điện theo tiêu chuẩn thay đổi khoảng từ 12 đến 40 kV/mm 11/08/15 Page Độ bền điện chất lỏng dới tác dụng điện áp xung kích xác định theo tiêu chuẩn IEC 897, ASTM D3300 Các tiêu chuẩn quy định điện cực thử nghiệm có dạng mũi nhọn- cầu, mũi nhọn có bán kính cong từ 40-70àm, điện cực cầu có đờng kính 12,5 mm khoảng cách hai điện cực từ đến 25 mm Điện áp phóng điện đợc đặc trng hai trị số điện áp phóng điện trung bình lần thí nghiệm mũi nhọn mang cực tính dơng V+ mũi nhọn mang cực tính âm U- Với khoảng cách hai điện cực 25 mm, U+ nằm khoảng 90-400 kV, U- từ 65-160 kV 11/08/15 Page 10 Dầu tụ điện Nó loại nhớt trung tính đợc làm kỹ phơng pháp hấp thụ Các chất lỏng cách điện có nguồn gốc từ dầu mỏ chất có khả cháy, ổn định hoá học có nhiệt độ cao tiiếp xúc với không khí Nên nhiều trờng hợp phải thay chất lỏng tổng hợp 11/08/15 Page 29 10.5.Dầu cách điện tổng hợp Cho dù dầu cách điện từ dầu mỏ chiếm vị trí quan trong tất vật liệu cách điện thể lỏng, chất lỏng cách điện tổng hợp đợc sản xuất để đáp ứng lĩnh vực sử dụng đặc chủng Polybutene Polybutene hydrocarbon không no Sản phẩm có tên thơng mại khác Napvis (Pháp), Oppanol (Đức) Oronite (Mỹ), octol CK Nga tên thông dụng polyisobutene PIB Công thức hoá học polybtene : -olefine CH3-(CH2)2n-3=CH2, olefine vinylidene CH3-(CH2)2n-4CH2=CH-CH3, isobutene Polybutene chất lỏng không màu, cực tính yếu : số điện môi sấp xỉ 2,2 Tổn hao điện môi thấp, 10-3-10-5 nhiệt độ 100 C 11/08/15 Page 30 Tính chất polybutene Khối lợng riêng nhiệt độ 20 C Độ nhớt động học mm2/s 20 C 100 C nhiệt độ chớp cháy, C (cốc hở) Nhóm III 800-860 840-890 880-920 [...]... 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,... 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. ..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... khoảng cách giữa hai điện cực là 2 mm, hằng số điện môi 2,2-2,7 và điện trở suất 101 3 -101 5.cm 11/08/15 Page 11 10. 3.Tính chất lý-hoá Nhiệt dung của các chất lỏng cách điện biến thiên trong khoảng 100 0-2000 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... 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... 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 C2 7101 895 9 135 0.215 2.3 5 .101 0 70 895 8 135 0.056 2.25 101 1 75 895 8 135 0.050 2.20 5 .101 1 85 837 50 180 0.002 2.25 101 2 53 >900 10 135 0.003 2.2 101 1 45 >900 225 0.005 2.15 2 .101 0 33 >895... thế PCB trong các tụ điện giấy cách điện hồn hợp giấy - polypropylene alkyldiarylalcane : sử dụng làm cách điện trong các tụ điện Các chất lỏng cách điện loại này là các điện môi cực tính yếu có hằng số điện môi từ 2.2-2.7, tg nằm trong khoảng 10- 4 đến 5 .10- 4 11/08/15 Điện áp phóng điện chọc thủng 80-90 kV Page 33 Tính chất của các hydrocarbon thơm cho tụ và cáp điện lực Alkylbenzene Nhóm I Khối lợng... 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... (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... 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 ... tụ điện đến 135 C : chất lỏng tổng hợp Theo mức độ chống cháy vật liệu cháy 11/08/15 Page vật liệu không cháy VậT LIệU CáCH đIệN Vật liệu cách điện thể khí Dầu cách điện có nguồn gốc thực vật. .. Page 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. .. 30-60 100 -170 110- 185 10. 4 Dầu mỏ cách điện Trong số vật liệu cách điện thể lỏng dầu cách điện có nguồn gốc từ dầu mỏ đợc dùng nhiều Các loại dầu mỏ cách điện (những chất lỏng cách điện có nguồn