Sự đánh thủng điện nhiệt (đánh thủng nhiệt) thực chất là sự nung nóng vật liệu trong điện trường đến nhiệt độ làm vật liệu bị nứt phồng, cong vênh, biến màu hoặc phá huỷ nhiệt, liên quan tới sự tăng quá mức điện dẫn rò hoặc tổn thất điện môi.
4.2.7. Phóng điện bề mặt điện môi rắn
Khi điện môi rắn được đặt trong môi trường khí hay dầu thì quá rình phóng điện xảy ra men theo mặt ngoài của điện môi với trị số điện áp phóng điện bé hơn nhiều so với trị số điện áp đánh thủng của khe khí hay dầu, cũng như của bản thân điện môi rắn. Hiên tượng này rất phổ biến trong cách điện thiết bị điện, cách điện đường dây điện cao áp, các phóng điện này thường không làm hư hỏng cách điện nhưng có thể dẫn tới ngắn mạch hệ thống, gây tổn hao… Do vậy ta cần hạn chế không để xảy ra.
* Các yếu tố ảnh hưởng đến phóng điện bề mặt:
- Tình trạng bề mặt của điện môi rắn.
- Nhiệt độ, áp suất khí (nhiệt độ cao, áp suất giảm thì Upđbm giảm). - Độ ẩm môi trường (kk tăng thì Upđbm giảm).
- Thời gian tác động của điện áp (thời gian ngắn thì Upđbm tăng). Điều này không chỉ đúng với bề mặt mà đúng với cả khoảng khí.
- Hình dáng của điện cực và sự phân bố của trường: trong trường đồng nhất Uđt giảm. Trong trường không đồng nhất Uđt cũngphụ thuộc vào hình dáng điện cực và sự phân bố của trường.
* Biện pháp để nâng cao trị số điện áp phóng điện:
- Sử dụng sơn quét hoặc tráng men, tạo độ bóng bề mặt và hạn chế ảnh hưởng của độ ẩm không khí
-Thường xuyên vệ sinh thiết bị.
-Tăng chiều dài phóng điện bề mặt, chiều dài rò điện bằng cách tạo các gờ tán.
-Đối với trường theo phương tiếp tuyến lớn người ta sử dụng cực ngầm. Bằng cách này làm cho trường sẽ tập trung về phía cực ngầm, làm tăng điện áp phóng điện mặt ngoài.
- Đối với trường theo phương pháp tuyến lớn người ta sơn 1 lớp sơn bán dẫn ở khu vực phân bố trường theo phương pháp tuyến lớn làm đẳng thế giữa các lớp sơn nên làm giảm trường phân bố theo phương pháp tuyến.
Bộ môn Thiết bị điện, khoa Điện, trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
Chương 5
TÍNH CHẤT CƠ - LÝ - HOÁ CỦA ĐIỆN MÔI5.1. TÍNH HÚT ẨM CỦA VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN 5.1. TÍNH HÚT ẨM CỦA VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN 5.1.1. Độ ẩm của không khí.
Trong không khí luôn chứa 1 lượng hơi nước nhất định
Độ ẩm tuyệt đối của không khí: Được đánh giá bằng khối lượng (mg) của hơi nước chứa trong 1 đơn vị thể tích không khí (m3).
V m
t
(mg/m3) (5.1)
Ứng với mỗi nhiệt độ xác định, không khí không thể chứa 1 lượng nước lớn hơn mmax vì nó sẽ rơi xuống dưới dạng sương.
- Độ ẩm tương đối của không khí: % 100 m m % max kk (5.2) 5.1.2. Độ ẩm của vật liệu
Các vật liệu cách điện với mức độ nhiều hay ít đều hút ẩm tức là khi đặt mẫu vật liệu có độ ẩm vl, trong môi trường có kk, sau một thời gian vật liệu sẽ đạt độ ẩm cân bằng cb
Trên hình 5.1, nếu vl<kk, vật liệu bị ngấm ẩm (đường 1), nếu vl<kk, vật liệu bị sấy
khô tự nhiên (đường 2),
Việc xác định độ ẩm của vật liệu cách điện rất quan trọng để chọn những điều kiện thử nghiệm các tính chất điện của vật liệu.
5.1.3. Tính thấm ẩm
Là khả năng cho hơi nước đi xuyên qua bản thân vật liệu. Tất cả những vật liệu có khảng cách giữa các phân tử lớn hơn kích thước một phân tử nước, đều cho hơi nước đi xuyên qua. Đặc điểm này rất quan trọng khi đánh giá chất lượng của các vật liệu dùng để sơn phủ bảo vệ. Phần lớn các vật liệu đều thấm ẩm qua các lỗ xốp rất nhỏ.
Để làm giảm độ thấm ẩm và hút ẩm của vật liệu cách điện xốp người ta dùng sơn tẩm hoặc dầu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ở các điện môi hữu cơ thường có nấm mốc phát triển và huỷ hoại. Nấm mốc làm xấu điện trở suất mặt của điện môi, tăng tổn thất và giảm độ bền cơ của chất cách điện, gây ăn mòn các bộ phận kim loại tiếp xúc với nó.
Để chống nấm mốc người ta thêm vào thành phần của các vật liệu cách điện hữu cơ chất Fungixit hoặc phủ lên chất cách điện lớp sơn chứa Fungixit.
5.1.4. Sự hấp phụ hơi nước trên bề mặt điện môi.
Đối với vật liệu không thấm ẩm khi đặt trong môi trường ẩm thì trên bề mặt vật liệu hình thành màng ẩm hay bị ngưng tụ lớp nước. Quá trình ngưng tụ hơi nước trên bề mặt vật liệu gọi là sự hấp phụ hơi nước trên bề mặt vật liệu.
Lớp hơi nước này phụ thuộc vào độ ẩm, cấu trúc bề mặt và loại vật liệu. Độ ẩm càng lớn thì bề dày của lớp hấp phụ lớn. Những vật liệu có kết cấu tinh thể ion hay cực tính
(1)(2) (2) cb t Hình 5.1
mạnh thì có khả năng hấp phụ mạnh, còn các vật liệu trung tính hay cực tính yếu có sự hấp phụ nhỏ.
Khả năng dính nước (hoặc chất lỏng khác) của điện môi được đặc trưng bởi “góc nghiêng dính nước” của giọt nước đổ lên mặt phẳng của vật liệu. càng nhỏ sự dính nước càng mạnh
Hình 5.2: Giọt chất lỏng trên bề mặt vật liệu
5.2 TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐIỆN MÔI5.2.1. Độ bền chịu kéo, nén, uốn 5.2.1. Độ bền chịu kéo, nén, uốn
Mỗi vật liệu ứng với hình dạng và kích thước xác định đều có khả năng chịu kéo, chịu nén, chịu uốn nhất định. Chúng được đặc trưng bởi các ứng suất cơ tới hạn, khi làm việc yêu cầu ứng suất phải nhỏ hơn giá trị tới hạn đó.
Độ bền cơ của vật liệu cách điện phụ thuộc vào nhiệt độ và thường giảm khi nhiệt độ tăng. Độ bền của vật liệu hút ẩm phụ thuộc đáng kể vào độ ẩm.
5.2.2. Tính giòn
Độ giòn của vật liệu, chính là khả năng của vật liệu chống chịu tác dụng của các lực cơ học đột ngột, bất ngờ.
5.2.3. Độ cứng
Là khả năng lớp bề mặt vật liệu chống lại biến dạng do lực nén truyền từ vật có kích thước nhỏ vào nó.
Đối với vật liệu vô cơ: Độ cứng được xác định theo thang khoáng vật hay là thang thập phân quy ước của độ cứng
Đối với vật liệu hữu cơ: Xác định bằng phương pháp Brinel và phương pháp con lắc của Cuznexôp.
5.2.4. Độ nhớt
Là đặc tính quan trọng của vật liệu cách điện lỏng và nửa lỏng.
Độ nhớt động lực học hay còn gọi là hệ số ma sát bên trong của chất lỏng. Độ nhớt động học:
N
. (N là mật độ phân tử của chất lỏng) (5.3)
Tất cả các chất không bị biến đổi hoá học khi nung nóng có độ nhớt giảm theo hàm số mũ khi nhiệt độ tăng.
5.3 TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA ĐIỆN MÔI
Nhiệt độ là một trong những yếu tố có ảnh hưởng lớn tới các tính chất về điện, cơ của điện môi. Những tính chất nhiệt quan trọng nhất của điện môi là: Độ bền chịu nóng, độ bền chịu lạnh, độ dẫn nhiệt và giãn nở dài.
5.3.1. Tính chịu nóng của vật liệu cách điện.
> 900
Bộ môn Thiết bị điện, khoa Điện, trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khả năng chịu nóng là khả năng của vật liệu và các chi tiết chịu đựng không bị hư hỏng trong thời gian ngắn cũng như lâu dài dưới tác động của nhiệt độ cao hoặc sự thay đổi đột ngột của nhiệt độ.
Đối với điện môi vô cơ: Khả năng chịu nóng được xác định bởi nhiệt độ (đo bằng oC) mà ở đó điện môi bắt đầu có sự thay đổi mạnh về tính chất điện (tg tăng hay điện trở suất giảm).
Đối với điện môi hữu cơ: Khả năng chịu nóng được xác định bởi nhiệt độ (đo bằng o
C) mà ở đó điện môi bắt đầu có sự thay đổi mạnh về các tính chất cơ học: Khả năng chịu kéo giảm mạnh, độ cứng giảm hay khả năng chịu uốn giảm mạnh…
Đối với điện môi lỏng cần phân biệt nhiệt độ cháy và nhiệt độ chớp cháy.
Nhiệt độ chớp nháy: Là nhiệt độ mà khi nung nóng chất lỏng đến nhiệt độ đó hỗn hợp hơi của nó với không khí sẽ bốc cháy khi đưa tia lửa vào gần.
Nhiệt độ cháy: Là nhiệt độ cao hơn mà khi đưa ngọn lửa lại gần bản thân chất lỏng thử nghiệm bắt đầu cháy.
*)Độ bền chịu nóng hay nhiệt độ làm việc cao nhất cho phép, là nhiệt độ mà khi sử dụng vật liệu ở nhiệt độ ấy trong các thiết bị thì thời gian phục vụ định trước theo các yêu cầu kinh tế và kĩ thuật của thiết bị được đảm bảo.
Độ bền chịu nóng có thể được giải quyết trên cơ sở độ bền chịu nóng của vật liệu có chú ý đến hệ số dự trữ. Hệ số này phụ thuộc vào điều kiện làm việc, mức độ an toàn cần thiết và tuổi thọ chất cách điện.
*) Tiêu chuẩn của Uỷ ban Kỹ thuật điện Quốc tế đã xem xét và phân loại vật liệu cách điện theo độ bền chịu nóng (nhiệt độ làm việc lớn nhất cho phép),như sau
Cấp cách điện Y A E B F H C
Nhiệt độ cho phép (oC) 90 105 120 130 155 180 >180
Cấp Y: bao gổm các vật liệu sợi gốc xenlulô và tơ(vải, sợi, giấy, gỗ...)chưa được ngâm
tẩm trong vật liệu cách điện lỏng.
Cấp A: Là các vật liệu cấp Y đã được ngâm tẩm (giấy tẩm, vải tẩm, nhựa pôlyamit...).
Cấp E: gồm các chất dẻo có chất độn hữu cơ và lớp nhựa liên kết chịu nhiệt loại Fenol focmalđêhit và các loại khác (Hêtinắc,Téctôlit...)
Cấp B: mica vụn, sợi Amian, vải sơn thuỷ tinh, téctôlit thuỷ tinh...
Cấp F: Micanit, Êpoxi poliête chịu nhiệt, silic hữu cơ...
Cấp H: tương tự như cấp F, nhưng chất liên kết là loại nhựa silic hữu cơ có độ bền
nhiệt đặc biệt cao.
Cấp C: Gồm các vật liệu vô cơ thuần túy, hoàn toàn không có thành phần kết dính hay
tẩm.
Các loại Y, A, E gồm chủ yếu là vật liệu thuần tuý hữu cơ, Các loại có độ bền chịu nóng cao hơn chứa thành phần vô cơ nhiều hơn.
Việc phân loại các vật liệu cách điện hoặc hỗn hợp của chúng theo độ bền chịu nóng đồi hỏi phải làm thử nghiệm rất công phu và lâu dài đối với mẫu vật liệu về sự hoá già do nhiệt trong những điều kiện gần nhất với các điều kiện làm việc bình thường của vật liệu đó (như: cường độ trường, độ ẩm không khí …)
Với các vật liệu cách điện đặc biệt giòn, dễ vỡ (thuỷ tinh, vật liệu gốm...) cần phải thử nghiệm độ bền xung nhiệt.
Thông thường nhiệt độ làm việc của các thiết bị điện bị giới hạn bởi nhiệt độ làm việc của vât liệu cách điện. Vì vậy, khả năng nâng cao nhiệt độ làm việc của chất cách điện rất quan trọng. Trong máy điện và thiết bị điện, việc nâng cao nhiệt độ cho phép nhận được công suất cao hơn khi kích thước không đổi, hoặc nếu giữ nguyên công suất thì có thể giảm kích thước, trọng lượng và giá thành của thiết bị.
Nâng cao nhiệt độ làm việc đặc biệt quan trọng đối với các động cơ kéo và cầu trục, với các thiết bị điện trên máy bay... mà nhiệm vụ giảm kích thước và trọng lượng đặt lên hàng đầu. Ngoài ra còn liên quan đến các biện pháp phòng cháy và phòng nổ.
Sự giảm xấu chất lượng cách điện chỉ có thể phát hiện được khi nhiệt độ tác động lâu dài do các quá trình hoá học diễn ra một cách chậm chạp gọi là sự hoá già nhiệt chất cách điện. VD: ở màng sơn và xen lu lô: tăng độ rắn và giòn, tạo thành vết nứt...Ngoài ra, tốc độ hoá già còn chịu ảnh hưởng của áp suất không khí, nồng độ ôxy, các chất phản ứng hoá học làm nhanh hoặc chậm quá trình hoá già.
5.3.2. Tính chịu băng giá: (Hay độ bền chịu lạnh)
Là khả năng chất cách điện làm việc không bị giảm độ tin cậy khi vận hành ở nhiệt độ thấp (-70 -60oC) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thường ở nhiệt độ thấp tính chất điện của vật liệu cách điện tốt hơn nhưng cũng có nhiều vật liệu dẻo và đàn hồi sẽ trở nên giòn và cứng ở nhiệt độ thấp, gây khó khăn cho sự làm việc của chất cách điện.
Các chất lỏng cách điện ở nhiệt độ thấp có thể đông cứng làm cho các thiết bị có cách điện là chất lỏng khó có thể thao tác được, ví dụ: máy cắt dầu..
5.3.3. Độ dẫn nhiệt.
Độ dẫn nhiệt của vật liệu cách điện có ý nghĩa quan trọng vì trong quá trình làm việc, nhiệt toả ra do tổn thất công suất trong dây dẫn bọc cách điện, trong lõi thép của máy điện, tổn thất điện môi trong chất cách điện, được truyền qua môi trường xung quanh qua nhiều lớp vật liệu khác nhau. Sự truyền nhiệt kém sẽ gây ra phát nóng cục bộ ảnh hưởng đến độ bền nhiệt của vật liệu.
5.3.4. Sự giãn nở nhiệt của điện môi:
Đánh giá bằng sự giãn nở dài theo nhiệt độ:
dt dl l 1 l [độ-1] (5.4)
Những vật liệu có hệ số giãn nở dài theo nhiệt độ nhỏ thường có độ bền chịu nóng cao và ngược lại.
5.4. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA ĐIỆN MÔI5.4.1- Tính chất hoá học 5.4.1- Tính chất hoá học
Phải nghiên cứu tính chất hoá học của điện môi vì hai nguyên nhân:
Độ tin cậy của vật liệu phải được đảm bảo khi làm việc lâu dài ,không bị phân huỷ để giải thoát ra những sản phẩm phụ, không ăn mòn các kim loại tiếp xúc với nó. Không phản ứng với các chất khác.
Bộ môn Thiết bị điện, khoa Điện, trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
Khi sản xuất các chi tiết có thể gia công vật liệu bằng các phương pháp hoá công khác nhau: dính được, hoà tan được trong dung dịch thành sơn.
5.4.2 Tính chịu tác động của bức xạ năng lượng cao
Độ bền bức xạ là mức độ bền vững của vật liệu đối với tác động bức xạ, mức độ duy trì tính chất điện và cơ của chúng.
Bức xạ năng lượng cao có thể sử dụng trong quá trình công nghệ để tạo ra vật liệu mới có những tính chất quý giá đối với thực tế,
VD: nâng cao độ chịu nóng hoặc đối với việc tổng hợp các vật liệu mới...
Sự hấp thụ phóng xạ trong vật liệu phụ thuộc vào bản chất vật liệu và chất lượng của chính sự phóng xạ. Khi gặp bề mặt vật liệu năng lượng phóng xạ giảm theo mức độ thấm vào chiều sâu vật liệu.
Tác động của bức xạ có thể dẫn đến hàng loạt các biến đổi phân tử và phản ứng hoá học. Khi bức xạ lâu dài hoặc với cường độ rất mạnh các chất bị bức xạ đều bị phân huỷ.
Chương 6
VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN
6.1. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN - PHÂN LOẠI
* Tầm quan trọng của vật liệu cách điện:
Vật liệu cách điện có ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với kỹ thuật điện. Chúng được dùng để ngăn cách giữa phần mang điện và phần không mạng điện hoặc giữa những phần mang điện với nhau.Nếu không có vật liệu cách điện thì sẽ không thể chế tạo được bất kỳ một loại thiết bị nào, cho dù là đơn giản nhất.
* Phân loại:
- Phân theo trạng thái: Khí, lỏng, rắn. Ngoài ra còn có vật liệu hoá rắn.
- Phân theo bản chất hoá học: Vật liệu cách điện vô cơ và hữu cơ.
+ Cách điện hữu cơ có tính cơ học đáng quý là tính dẻo, đàn hồi tuy nhiên chúng có độ bền nhiệt thấp.
+ Cách điện vô cơ thường giòn, không có tính dẻo và đàn hồi. Chế tạo phức tạp nhưng có độ bền nhiệt cao.
+ Ngoài ra còn có những vật liệu có tính trung gian giữa vô cơ và hữu cơ: đó là những vật liệu hữu cơ nhưng trong phân tử của chúng có chứa cả những nguyên tố đặc trưng cho vật liệu vô cơ: Si, Al, P... (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Phân theo khả năng chịu nhiệt: vật liệu được phân thành các cấp Y, A, E, B, F, H, C.
Việc phân cấp theo nhiệt độ làm việc lớn nhất cho phép có ý nghĩa thực tiễn quan trọng.
6.2. VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN THỂ KHÍ
Trước tiên ta cần phải nhắc đến không khí. Nó thường tham gia vào các thiết bị điện