Khi cỏch điện ở trong vựng ụ nhiễm, do ảnh hưởng của ụ nhiễm mà trờn bề mặt cỏch điện xuất hiện cỏc lớp ụ nhiễm khụng đồng nhất với nhau về độ dày cũng như thành phần húa học. Tại cỏc vựng cú mật độ dũng điện rũ lớn hơi nước bị bay hơi làm kết tủa cỏc chất rắn hỡnh thành nờn cỏc vựng khụ. Cỏc vựng khụ này chia bề mặt cỏch điện ra thành nhiều phần khỏc nhau và liền kề với vựng khụ là cỏc vựng cú độ ẩm lớn hơn hoặc cú mật độ cỏc chất bụi bẩn cao hơn. Cỏc vựng khụ này chịu phần điện ỏp giỏng lớn và khi điện ỏp giỏng trờn vựng khụ vượt qua giỏ trị giới hạn nào đú sẽ xuất hiện phúng điện cục bộ trờn vựng khụ. Cỏc xung phúng điện vầng quang (pulse corona discharges) xuất hiện tạo đường dẫn cho hồ quang phỏt triển, và dưới điều kiện thuận lợi hồ quang truyền đi qua cỏc lớp ụ nhiễm gõy ra phúng điện trờn cỏch điện.
Như vậy nguyờn nhõn chớnh của việc xuất hiện phúng điện cục bộ trờn bề mặt cỏch điện là do tồn tại cỏc vựng khụ trờn bề mặt cỏch điện. Giả thiết rằng vựng khụ hỡnh thành giữa 2 lớp ụ nhiễm đồng nhất ON1 cú diện tớch rộng bằng 25% diện tớch mặt trờn của cỏch điện và độ dày là 0,5mm. Để nghiờn cứu ảnh hưởng của độ rộng vựng khụ lờn phõn bố điện trường trờn cỏch điện chỳng ta sẽ mụ phỏng điện trường trong cỏc trường hợp khi độ rộng vựng khụ là 0,25mm;0,5mm và 1mm.
Ta cú phõn bố điện trường trờn phần tử gần dõy dẫn nhất như sau:
Hỡnh 3.28:Phõn bố điện trường khi độ rộng vựng khụ là 0,25mm
35kV 110kV
Chiều dài đường bũ x (mm) Chiều dài đường bũ x (mm)
35kV
Chiều dài đường bũ x (mm)
110kV
Hỡnh 3.29:Phõn bố điện trường khi độ rộng vựng khụ là 0,5mm
Hỡnh 3.30:Phõn bố điện trường khi độ rộng vựng khụ là 1mm
35kV 110kV
Từ cỏc kết quả trờn ta cú đồ thị cường độ điện trường tại vựng khụ theo độ rộng của vựng khụ như sau :
Hỡnh 3.31: Mối quan hệ giữa điện truờng trờn vựng khụ và độ rộng vựng khụ
Từ kết quả mụ phỏng ta cú thể thấy rằng điện trường trờn vựng khụ tỉ lệ nghịch với độ rộng vựng khụ, tuy vậy trong cỏc trường hợp mụ phỏng điện trường lớn nhất trờn vựng khụ ở cấp điện ỏp 35 kVcũng chỉ khoảng 2kV/mm cũn điện trường trờn vựng khụ tại cấp điện ỏp 110kV là khỏ lớn (4,7kV/mm khi độ rộng vựng khụ là 1mm và khoảng 6,6kV/mm khi độ rộng vựng khụ là 0,25mm. Do vậy trong cựng một điều kiện thỡ phúng điện xảy ra ở cấp điện ỏp 110kV là dễ dàng hơn rất nhiều so với cấp điện ỏp 35kV.
Mặt khỏc khi vựng khụ càng hẹp thỡ sự phõn bố điện trường trờn phần cũn lại của cỏch điện càng đều, điều này được giải thớch là do khi vựng khụ càng hẹp thỡ phần điện ỏp giỏng trờn vựng khụ càng lớn do vậy mà phần điện ỏp giỏng trờn phần cũn lại của cỏch điện giảm đi.
1 2 3 4 5 6 6,5 5 x (mm) 0 0,25 0,5 1
Điện trường tại vựng khụ cấp điện ỏp 35kV
Điện trường tại vựng khụ cấp điện ỏp 110kV
Độ rộng vựng khụ E(kV/mm)
Hỡnh 3.32: Điện trường trờn cỏch điện với lớp ụ nhiễm ON2, vựng khụ cú độ rộng 0,5mm
Chỳng ta cú thể thấy rằng, khi lớp ụ nhiễm cú điện dẫn lớn hơn thỡ điện trường tại vựng khụ lớn hơn. Chứng tỏ rằng trong mụi trường cú mức ụ nhiễm cao thỡ khả năng xảy ra phúng điện trờn cỏch điện là lớn hơn so với mụi trường cú mức ụ nhiễm thấp.
Kết luận:
Qua cỏc mụ phỏng đối với cỏc trường hợp trờn ta cú thể rỳt ra cỏc kết luận sau:
+) Do tỏc động của cỏc lớp ụ nhiễm đồng nhõt (là lớp ụ nhiễm mà trờn nú khụng xuất hiện vựng khụ) mà điện trường trờn chuỗi cỏch điện được cải thiện đỏng kể.
+) Cỏch điện trong vựng cú mức ụ nhiễm cao thỡ nguy hiểm hơn trong vựng cú mức ụ nhiễm thấp.
+) Lớp ụ nhiễm trờn cỏch điện càng dày thỡ khả năng xảy ra phúng điện trờn cỏch điện càng lớn.
+) Vựng khụ cú diện tớch càng nhỏ thỡ điện trường trờn nú càng lớn và điện trường trờn phần cũn lại của cỏch điện càng đều.
CHƯƠNG IV:
THỬ NGHIỆM CÁCH ĐIỆN VÀ THÍ NGHIỆM CHỨNG MINH Mễ PHỎNG
4.1.Tổng quan về phương phỏp thử nghiệm – Lựa chọn phương phỏp thử nghiệm phự hợp
4.1.1. Giới thiệu về tiờu chuẩn IEC 60507
Cú nhiều phương phỏp thử nghiệm cú thể được tiến hành song cú 2 phương phỏp thường được sử dụng được mụ tả trong tiờu chuẩn IEC60507 như sau:
4.1.1.1.Phương phỏp sương muối (SALT FOG METHOD.:
a. Dung dịch muối:
Dung dịch muối sử dụng trong thử nghiệm được pha từ NaCl và nước mỏy sạch(tap water. Độ mặn của dung dịch được lấy theo một trong cỏc giỏ trị sau:2,5-3,5-5-7-10-14-20-28-40-56- 80-112-160 và 224kg/m3. Cỏc giỏ trị sử dụng cú thể sai khỏc ±5%
Bảng sau cho chỳng ta giỏ trị tương ứng của độ mặn, điện dẫn khối và tỷ trọng của dung dịch thớ nghiệm tại nhiệt độ 200C
Độ mặn Sa (kg/m3. Điện dẫn khối σ20 (S/m. Tỷ trọng ∆(kg/m3. 2,5 0,43 - 3,5 0,60 - 5 0,83 - 7 1,15 - 10 1,6 - 14 2,2 - 20 3,0 - 28 4,1 1018,0 40 5,6 1025,9 56 7,6 1037,3 80 10 1052,7 112 13 1074,6 160 17 1104,5 224 20 1140,0
Bảng 4.1:Giỏ trị của điện dẫn khối,tỷ trọng và độ mặn của dung dịch thớ nghiệm tại 200C
Nếu nhiệt độ của dung dịch thớ nghiệm khụng phải là 200C thỡ cỏc giỏ trị tớnh theo cỏc cụng thức sau:
σ20 =σθ[1−b(θ −20)]
[ 6]
20 =Λ 1+(200+1,3. )( −20) 10−
∆ θ Sa θ x
Trong đú:
+. θ là nhiệt độ của dung dịch thớ nghiệm +. σ20 là điện dẫn khối tại nhiệt độ 200C +. σθ là điện dẫn khối tại nhiết độ θ +. ∆20 là tỷ trọng tại nhiệt độ 200C +. ∆θ là tỷ trọng tại nhiệt độ θ +. b là hằng số theo bảng sau: θ (0C. b 5 0,03156 10 0,02817 20 0,02277 30 0,01905 Bảng 4.2:Giỏ trị của hằng số b
Nếu nhiệt độ của dung dịch thớ nghiệm khụng nằm trong khoảng 50C – 300C thỡ hằng số b được xõy dựng bởi phộp nội suy.
b. Hệ thống phun sương và buồng thớ nghiệm
Hệ thống phun sương và buồng thớ nghiệm được mụ tả và giải thớch rừ trong tiờu chuẩn IEC60507
c. Điều kiện trước khi bắt đầu thớ nghiệm
Đối tượng thử nghiệm và sương muối phải ở trạng thỏi cõn bằng nhiệt với nhiệt trong buồng thử nghiệm. Cỏch điện thử nghiệm phải được làm sạch bằng nước mỏy sạch và được lau khụ.( chỳ ý khụng sờ tay lờn bề mặt cỏch điện. Nhiệt độ của buồng thử nghiệm phải khụng nhỏ hơn 50C và khụng lớn hơn 400C và ỏp suất của khụng khớ trong buồng thử nghiệm bằng với ỏp suất khớ quyển.
d. Quỏ trỡnh tiến hành:
Quỏ trỡnh tiến hành cỏc thử nghiệm tuỳ thuộc vào đặc điểm của thụng số cần kiểm tra.
Cỏch điện đưa vào thử nghiệm phải chịu điện ỏp thử nghiệm trong khoảng 20 phỳt trong điều kiện sương muối với độ mặn biết trước hoặc cho tới khi cỏch điện bị phúng điện. Nếu cỏch điện khụng phúng điện thỡ cứ 5 phỳt tăng điện ỏp lờn 10% giỏ trị điện ỏp thử nghiệm cho tới khi phúng điện.
Sau khi xuất hiện phúng điện thỡ điện ỏp trở lại về khụng và tăng nhanh lờn tới khoảng 90% giỏ trị điện ỏp phúng điện,sau đú, mỗi 5 phỳt lại tăng điện ỏp lờn khoảng 5%giỏ trị điện ỏp phúng điện cho tới khi phúng điện xảy ra. Quỏ trỡnh này lặp lại khoảng 8 lần , với mỗi lần điện ỏp lại được
tăng nhanh tới khoảng 90% giỏ trị của điện ỏp lần phúng điện trước và cỏc bước tiếp theo là 5% sau mỗi 5 phỳt. Sau đú cỏch điện được làm sạch bằng nước mỏy ,buồng sương cũng làm sạch và tiến hành cỏc thử nghiệm khỏc.
4.1.1.2.Phương phỏp ”LỚP RẮN”(SOLID LAYER METHOD.
a.Thành phần cấu tạo của cỏc dung dịch ụ nhiễm
Dung dịch ụnhiễm cú thể pha chế bằng cỏch sử dụng một trong hai cỏch sau: +. Thành phần Kieselguhr
Bao gồm:
- 100g Kieselguhr (chủ yếu là Diatomit, đất cỏt. - 10g Silicon dioxit tỏn nhỏ, đường kớnh từ 2-20nm - 1000g nước mỏy sạch
- Một lượng NaCl thớch hợp
Nếu điện dẫn khối của nước mỏy lớn hơn 0,05S/m chỳng ta cần khử khoỏng của nước.
Cỏc giỏ trị của thành phần của dung dịch cú thể sai khỏc 15% so với giỏ trị đó cho ở trờn.Tuỳ theo lượng NaCl cho vào mà dung dịch ụnhiễm cú điện dẫn khối và điện dẫn của lớp ụnhiễm tại 200C như sau:
Mật độ đọng muối SDD(mg/cm2.
Điện dẫn lớp ụnhiễm K20 (μS. Điện dẫn khối của dung dịch ụnhiễm (S/m. 0,0176 7 0,21 0,025 10 0,30 0,0353 14 0,42 0,005 20 0,6 0,0705 28 0,85 0,1 40 1,20 0,141 56 1,69 0,20 80 2,4
Bảng 4.3:Giỏ trị tương ứng của mật độ đọng muối,điện dẫn lớp ụnhiễm và điện dẫn khối của dung dịch ụnhiễm thành phần Kiesegluhr
+.Thành phần Kaolin(Cao lanh. 40g Caolanh
1000g nước mỏy
một lượng NaCl thớch hợp
Nếu điện dẫn khối của nước mỏy lớn hơn 0,05S/m chỳng ta cần khử khoỏng của nước.
Cỏc giỏ trị của thành phần cảu dung dịch cú thể sai khỏc 15% so với giỏ trị đó cho ở trờn.Tuỳ theo lượng NaCl cho vào mà dung dịch ụnhiễm cú điện dẫn khối và điện dẫn của lớp ụnhiễm tại 200C như sau:
Mật độ đọng muối SDD(mg/cm2.
Điện dẫn lớp ụnhiễm K20 (μS. Điện dẫn khối của dung dịch ụnhiễm (S/m.
0,05 5,5 2 0,07 8 2,8 0,1 11 4 0,14 14,5 5,6 0,2 20 8 0,28 27 11,2 0,4 37 16
Bảng 4.3:Giỏ trị tương ứng của mật độ đọng muối,điện dẫn lớp ụnhiễm và điện dẫn khối của dung dịch ụnhiễm thành phần Cao lanh
b. Rải lớp ụ nhiễm lờn bề mặt cỏch điện
Cỏch điện cú thể được phun hoặc cho dung dịch ụnhiễm chảy đều lờn bề mặt cỏch điện khụ đó được làm sạch để tạo ra một lớp ụ nhiễm cú bề dày cần thiết,hoặc khi cần tạo một lớp ụ nhiễm đều trờn toàn bộ bề mặt cỏch điện thỡ cỏch điện cú thể được nhỳng vào dung dich ụ nhiễm.
Lớp ụ nhiễm cú thể được làm khụ một cỏch tự nhiờn trong vũng từ 6h tới 8h trong mụi trường cú độ ẩm khụng vượt quỏ 70%. Nếu độ ẩm của mụi trường nhỏ hơn thỡ cho phộp thời gian làm khụ tự nhiờn kộo dài hơn.
Nếu quỏ trỡnh làm khụ được tiến hành cưỡng bức bằng khụng khớ núng thỡ tuỳ theo nhiệt độ của khớ núng mà thời gian sấy được tớnh toỏn thớch hợp
c. Điều kiện về độ ẩm của cỏc lớp ụ nhiễm.
Cỏch điện được làm ẩm bằng nguồn tạo sương phõn bố đều trờn toàn bộ chiều dài của cỏch điện. Nhiệt độ của cỏch điện tại thời điểm bắt đầu làm ẩm phải cõn bằng với nhiệt độ của buồng thử nghiệm ( sai số khoảng 20C..Nhiệt độ xung quanh buồng thử nghiệm khụng nhỏ hơn 50C và khụng lớn hơn 300C và nhiệt độ của sương làm ẩm trong buồng thử nghiệm khụng vượt quỏ 400C.
d.Phương phỏp thử nghiệm
Cú 2 phương phỏp thử nghiệm cú thể được lựa chọn tuỳ thuộc vào điều kiện của lớp ụnhiễm ướt hay khụ tại thời điểm đưa điện ỏp vào.
+. Làm ẩm trước khi đặt điện ỏp
Với phương phỏp này,lớp ụnhiễm trờn cỏch điện cú thể chứa thành phần Kieseiguhr hay Cao lanh. Thụng số lớp ụnhiễm được sử dụng là điện dẫn lớp hay mật độ đọng muối cũng cú thể được dựng.
Cỏch điện sau khi được phủ lớp ụ nhiễm thỡ được đưa và trong buồng sương đó khởi động. Sương được phun vào buồng sương với mật độ đủ lớn để đảm bảo rằng điện dẫn lớp tăng lờn tới giỏ trị lớn nhất trong khoảng 20 tới 40 phỳt kể từ khi bắt đầu phun sương.Giỏ trị lớn nhất của điện dẫn lớp được đo và dựng làm giỏ trị điện dẫn được sử dụng trong thử nghiệm.
Điện ỏp thử nghiệm sau đú được đặt vào, giỏ trị điện ỏp đặt vào phải tăng nhanh tới giỏ trị điện ỏp thử nghiệm và thời gian khụng được vượt quỏ 5s. Điện ỏp được giữ cho tới khi phúng điện xảy ra hoặc 15 phỳt nếu khụng xuất hiện phúng điện . Cỏch điện sau đú được đưa ra khỏi buồng thử nghiệm và cho phộp làm khụ.Cỏch điện được đặt lần thứ hai vào buồng thử nghiệm và làm ướt trở
lại cho tới khi điện dẫn lớp đạt giỏ trị lớn nhất,nếu nú khụng nhỏ hơn 90% giỏ trị điện dẫn của lần đầu tiờn thỡ điện ỏp thử nghiệm được đặt vào cho tới khi xảy ra phúng điện hoặc 15 phỳt nếu khụng xảy ra phúng điện. Nếu giỏ trị của điện dẫn lớp nhỏ hơn 90% giỏ trị của điện dẫn ban đầu thỡ lớp ụ nhiễm cần phủ lại như hướng dẫn ở trờn. (chỳ ý là khụng đượcnhiều hơn 2 thử nghiệm được tiến hành với cựng 1 cỏch điện cú cựng 1 lớp ụ nhiễm.
+.Làm ẩm sau
Với phương phỏp này , thành phần của lớp ụ nhiễm được sử dụng là dung dịch pha từ Caolanh . Thụng số của lớp ụ nhiễm được sử dụng là mật độ đọng muối(SDD..
Cỏch điện với lớp ụ nhiễm đó khụ sẽ được sử dụng để tiến hành thử nghiệm và hơi nước sẽ được sử dụng để làm ẩm lớp ụ nhiễm. Cỏc vũi phun hơi sẽ được đặt phớa dưới của cỏch điện,trờn sàn của buồng thử nghiệm. Khoảng cỏch nhỏ nhất từ cỏc vũi phun hơi tới cỏch điện khụng được nhỏ hơn 1m để đảm bảo rằng hơi nước được phõn bố đều khắp bề mặt cỏch điện.
Tốc độ của hơi phun và buồng thử nghiệm được giữ bằng khụng cho tới khi điện ỏp thử nghiệm được đặt vào và sau đú được giữ khụng đổi. tại điều kiện nhiệt độ thường thỡ tốc độ của dũng hơi vào khoảng 0,05kg/h ±0,01kg/h trờn một đơn vị thể tớch buồng thử nghiệm.
Điện ỏp thử nghiệm được giữ cho tới khi phúng điện xảy ra .Mặt khỏc nú cũng được giữ trong vũng 100 phỳt kể từ khi bắt đầu thử nghiệm hoặc cho tới khi giỏ trị của dũng điện đạt tới đỉnh(lớn nhất. …( cần bổ xung tiếp.………
e.Thử nghiệm chịu đựng và tiờu chuẩn ỏp dụng
Cỏc thử nghiệm này nhằm xỏc nhận tớnh chịu đựng theo lý thuyết của cỏch điện khi chịu tỏc động của cỏc lớp ụ nhiễm tại một cấp điện ỏp cụ thể. Cỏch điện được coi là tốt trong cỏc điều kiện thử nghiệm nếu khụng cú phúng điện xảy ra trong suốt 3 lần thử nghiệm.Nếu cú một lần phúng điện xảy ra thỡ một thử nghiệm thứ 4 được tiến hành và cỏch điện được coi là tốt nếu khụng cú phúng điện xảy ra trong lần thử nghiệm này.
Chỳ ý: +. Khi tổng số lần phúng điện tại một cấp điện ỏp nào đú vượt quỏ 2 lần ,khụng thử
nghiệm được tiến hành với cỏch điện đú tại cấp điện ỏp thử nghiờm hoặc cấp điện ỏp cao hơn
+.Khi cỏch điện vượt qua 3 lần thử nghiệm thỡ khụng cần phải tiến hành thử nghiệm lại với cấp điện ỏp đú hoặc cấp điện ỏp thấp hơn.
Như vậy qua trỡnh bày ở trờn ta cú thể thấy rằng phương phỏp “lớp rắn” với phương phỏp làm ẩm sau là phự hợp với điều kiện hiện cú
Trong điều kiện hiện cú của phũng thớ nghiệm, để tiến hành cỏc thớ nghiệm chứng minh cho mụ phỏng là rất khú.Chỳng ta chỉ cú thể tiến hành đo điện thế tại một số điểm đặc trưng trong điều kiện cỏch điện bị ụnhiễm và tiến hành thớ nghiệm quan sỏt sự phúng điện cục bộ tại phần tử cỏch điện số 1 ở cấp điện ỏp 110kV.
Hỡnh 4.1:Phõn bố điện thế trờn cỏch điện số 1 khi lớp ụ nhiễm dày 1mm; điện dẫn 8μS diện tớch bằng 25% diện tớch mặt trờn của cỏch điện
Hỡnh 4.2: Điện trường trờn 2 phần tử số 1 và số 2 khi độ rộng vựng khụ là 0,5mm 2 lớp ụ nhiễm cú điện dẫn 8μS/m;dày 0,5mm;diện tớch mỗi lớp bằng 25% diện tớch mặt trờn của cỏch