TÁC ĐỘNG CỦA NHIỆT ĐỘ

Ở nhiệt độ môi trƣờng (250C), hàm lƣợng nƣớc trong VLC tƣơng đối ổn định trong thời gian thí nghiệm.Khi nhiệt độ tăng, mẫu thử có thể khô đi trong quá trình đo đạc.Để giảm tác động này, quá trình đo đạc thực nghiệm đƣợc đặt trong một phòng thí nghiệm mà nhiệt độ có thể thay đổi đƣợc từ 100C đến 1000C và độ ẩm từ 10% đến 98%.

Các kết quả đo đạc đƣợc thực hiện bằng cách thay đổi nhiệt độ từ 100C đến 850C, mục đích để hạn chế thay đổi hàm lƣợng nƣớc của mẫu thử trong quá trình thí nghiệm. Duy trì độ ẩm trong phòng thí nghiệm ở mức 85% với mọi mức nhiệt độ.Duy trì ổn định hàm lƣợng nƣớc trong VLC, giá trị này đƣợc kiểm tra bằng cân điện từ chính xác. Điện trƣờng sử dụng đo đạc là 50V/mm. Nhiệt độ giữa 2 lần đo là khác nhau, có khoảng thời gian chờ 10 phút để có thể cân bằng nhiệt độ trong mẫu thử.

Kết quả trên hình 3.7 thể hiện tác động của nhiệt độ lên hằng số điện môi ε‟ của mẫu thử khô.Từ đặc tính hằng số điện môi ta thấy rằng giá trị hằng số điện môi thay đổi nhiều ở nhiệt độ cao,đặc biệt ở dải tần số nhở hơn 10Hz.

Hình 3.8. Tác động của nhiệt độ lên ε‟‟ của mẫu thử khô

Nhìn vào đặc tính hệ số tổn hao điện môi trên hình 3.8, giá trị đỉnh trong đặc tính của hệ số tổn hao điện môi có xu hƣớng dịch chuyển về phía tần số cao hơn khi nhiệt độ tăng.Giá trị đỉnh của hệ số tổn hao điện môi luôn xuất hiện ở dải tần số dƣới 10Hz.

Hình 3.10. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên ε‟‟ của mẫu thử hàm lƣợng nƣớc 0,15% Với mẫu thử có hàm lƣợng nƣớc 0,15%, hằng số điện môi thay đổi khá phức tạp ở tần trong khi hệ số tổn hao điện môi giảm một cách đơn điệu khi nhiệt độ giảm.

Hình 3.12. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên ε‟‟ của mẫu thử có hàm lƣợng nƣớc 0,6% Nhìn vào hình 3.11 và 3.12 ta thấy hằng số điện môi thay đổi phức tạp khi nhiệt độ thay đổi, hệ số tổn hao có giá trị lớn ở tần số thấp và giảm dần đến cực tiểu của đƣờng cong khi ở tần số cao.

Hình 3.14. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên ε‟‟ của mẫu thử có hàm lƣợng nƣớc 0,95% Nhìn vào hình 3.13và 3.14 ta thấy với mẫu thử có hàm lƣợng nƣớc 0,95%, hằng số điện môi và hệ số tổn hao điện môi giảm dần đều khi nhiệt độ giảm.

Hình 3.16: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên ε’’ của mẫu thử ở trạng thái bão hòa

Với mẫu thử có hàm lƣợng nƣớc 0,6% và 0,95%, không còn thấy hiện tƣợng xuất hiện đỉnh sụt giảm hệ số tổn hao điện môi ε‟‟ mà ta thấy hệ số tổn hao điện môi giảm dần đều theo chiều tăng tần số thí nghiệm.

3.4. KẾT LUẬN

1. Đặc tính cách điện của VLC bị ảnh hƣởng mạnh mẽ bởi sự xâm nhập của nƣớc, khi hàm lƣợng nƣớc ngấm vào VLC tăng lên từ 0 – 0,3%, điện trở suất của mẫu thử giảm rất nhanh.

2. Khi cách điện bị nhiễm ẩm, nƣớc ẩm đọng lại làm cho liên kết giữa các thành phần lớp tiếp giáp (epoxy – sợi thủy tinh) bị suy yếu dẫn đến độ kết dính thấp, phân lớp bên trong tại vùng mặt phân cách làm tăng hiện tƣợng bề mặt khi hấp thụ nƣớc. Ứng suất về điện cao dẫn đến xảy ra hiện tƣợng phóng điện cục bộ, các đặc tính điện môi của vật liệu bị suy giảm mạnh: điện trở suất giảm, hằng số điện môi và hệ số tổn hao điện môi tăng, có thể dẫn tới hiện tƣợng phóng điện chọc thủng.

3. Khi hệ thống cách điện của MBA vận hành ở điều kiện nhiệt độ cao trong thời gian dài sẽ gây ra mất liên kết của các lớp cách điện này.Quá trình già hóa cơ

học và nhiệt độ gây ra hiện tƣợng này, làm xuất hiện các lỗ trống trong cách điện. Sự phân lớp là kết quả của quá trình các chất nhƣ: không khí, nƣớc hoặc các phân tử khối lƣợng nhỏ thâm nhập vào trong vật liệu cách điện trong quá trình lão hóa. Sự gắn kết giữa epoxy và sợi thủy tinh sẽ tốt hơn khi mật độ phân lớp trong vật liệu giảm đi.

4. Quá trình già hóa do nhiệt độ, độ ẩm và điện trƣờng lên cách điện VLC sẽ tạo nên sự phân tách trong vật liệu, từ đó hình thành và phát triển các lỗ trống trong vật liệu, các lỗ trống mới hình thành kết hợp với các lỗ trống đã tồn tại bên trong vật liệu hình thành nên các đƣờng nứt lớn và gây nên quá trình lão hóa và suy giảm cách điện trong VLC.

5. Sự thay đổi nhanh của hằng số điện môi và hệ số tổn hao điện môi với hàm lƣợng nƣớc (đặc biệt ở tần số thấp) gợi ý một công cụ chẩn đoán sớm sự xâm nhập của nƣớc vào vật liệu.

KẾT LUẬN

Sau khi hoàn thành đề tài luận văn “Nghiên cứu quá trình lão hóa của Composite trong thiết bị điện cao áp” tác giả rút ra đƣợc một số kết luận:

1. Các tính chất điện môi (tính chất cách điện) của vật liệu composite đều phụ thuộc vào điều kiện môi trƣờng làm việc: nhiệt độ, độ ẩm, áp suất,…

2.Các phép đo đạc khuếch tán nƣớc ở 3 mức nhiệt độ với mẫu thử có độ dày 3,5mm cho thấy sự tác động của nhiệt độ đến cơ chế khuếch tán nƣớc trong VLC, tốc độ khuếch tán tƣơng ứng với cơ chế này phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ nƣớc càng cao thì sự ngấm nƣớc diễn ra càng nhanh:

+ Ở 95°C vật liệu bị bão hoà trong 12 ngày + Ở 80°C vật liệu bị bão hoà sau 50 ngày

+ Ở nhiệt độ 55°C vật liệu sẽ bão hòa sau 70 ngày.

Hàm lƣợng nƣớc ở mức cân bằng của mẫu thử cho thấy sự ổn định của các mẫu này trƣớc tác động của nhiệt độ. Điều này cho thấy cấu trúc vật liệu ở độ dày nhƣ vậy không bị suy yếu lớn dƣới tác động của nhiệt độ cao thời gian xét (<60 ngày). 3. Đặc tính cách điện của VLC bị ảnh hƣởng mạnh mẽ bởi sự xâm nhập của nƣớc, khi hàm lƣợng nƣớc ngấm vào VLC tăng lên từ 0 – 0,3%, điện trở suất của mẫu thử giảm rất nhanh.

Luận văn đã chỉ ra đƣợc sự thay đổi nhanh của hằng số điện môi và hệ số tổn hao điện môi đặc biệt ở tần số thấp, giúp sớm phát hiện đƣợc sự xâm nhập của nƣớc vào vật liệu.

Kết quả nghiên cứu cũng mở ra định hƣớng quan trọng cho những nghiên cứu tiếp theo để hoàn thiện quy trình xác định ngƣỡng già hóa của VLC nhằm nâng cao chất lƣợng kỹ thuật cũng nhƣ hạ giá thành của loại vật liệu mới này.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. A.Krivda, S.A. Page, G.Meier and S. Wright (2004), “Dielectric Spectroscopy of Fiber – Reinforced Epoxy Materials”.

[2]. Karner H.C and Idea M (1991). „Technical Aspects of Interfacial Phenomera in Solid Insulating System”, Proceedings of the 3rd

International Conference on, CPADM, Vol.1, pp.592-596.

[3]. Nguyễn Đình Thắng(2005), “Vật liệu kỹ thuật điện”, ĐHBK – Hà Nội.

[4]. Nguyễn Hữu Kiên(2004), “Nghiên cứu đánh giá tác động của môi trƣờng đối với cách điện cuộn dây và các biện pháp nâng cao tuổi thọ máy biến áp lực trong Hệ thống điện Việt Nam”, đề tài NCKH cấp Bộ Công nghiệp, Viện Năng lƣợng – Hà Nội.

[5]. Ngô Nhƣ Khoa(2002), “Mô hình hóa và tính toán số vật liệu, kết cấu composite lớp”, luận án tiến sỹ kỹ thuật, ĐHBK – Hà Nội.

[6]. Nguyễn Tiến Dũng(1998), “Ứng xử cơ học của vật liệu composite nền nhựa cốt sợi dƣới tác dụng của tải trọng và môi trƣờng”, luận án tiến sỹ kỹ thuật, ĐHBK – Hà Nội.

[7]. Springer J. M. et al(1996), “Dielectric Diagnostic of Moisture Induce Degradation Process in Mineral Rainforced High Voltage Composite Insulation”, CEIDP, pp.825- 828.

[8]. Maggana C. et Pissis P(1999), “Water Sorption and Diffusion Studies in an Epoxy Resin System”, Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics, Vol.37, pp. 1165-1182.

[9]. McDermid W(1993), “Insulation Systems and Mornitoring for Stator Windings of Large Rotating Machines”, IEEE Electrical Insulation Magazine Vol.9(4), pp.7- 14.

[10]. Trần Văn Tớp, Phạm Hồng Thịnh(2006), “Nghiên cứu quá trình lão hóa nhiệt- nƣớc của vật liệu composite bằng phƣơng pháp phổ điện môi”, Hội nghị khoa học lần thứ 20 – ĐHBK – Hà Nội.

[11]. Adamec A. và Calderwood J. H (1989), “Electrode Polarisation in Polymeric Dielectrics”, IEEE Transaction on Electrical Insulation, 24, 205.

[12]. Reid I.D et al (1986), “Dielectric properties of an epoxy resin and its composite I. Moisture effects on dipole relaxation”, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 31, 1771.

[13]. Seycek, O, “Faserverstaerkte Kunstsoffen”, WIFI. Oesterreich.

[14]. Cirkel P. A. et al, “Electrode effects in dielectric spectroscopy of colloidal”. [15]Pakhomov A.B.et al(1998) (Low frequency divergence of the dielectric constant in metal-insulator nanocompositees with tunneling)

[16]:Fouss – Kirkwood

ĐO PHÓNG ĐIỆN CHỌC THỦNG