Phân tích nguyên nhân gây ra sự đánh thủng và các biện pháp phòng ngừa

Please follow and like us:

Dưới đây là đúc kết kinh nghiệm vận hành cáp trong nhiều năm cùng với sử dụng lý thuyết cạnh rắn Bauer để phân tích nguyên nhân gây ra sự cố cách điện của cáp điện. Mục đích của chúng tôi là tìm ra các biện pháp cụ thể để ngăn chặn các sự cố cách điện của cáp, cải thiện mức độ an toàn khi vận hành cáp, và tăng thời gian sử dụng cáp.

I. Sự đánh thủng vật liệu cách điện rắn

1. Sự đánh thủng vật liệu cách điện rắn hay còn được gọi là đánh thủng điện môi.

Điện môi là những vật cách điện. Trong phân tử của các chất điện môi, số lượng các điện tích tự do là rất ít. Điều này làm khả năng mang điện của nó rất kém. Nhưng khi điện trường tăng vượt quá 1 giá trị giới hạn thì điện môi bị đánh thủng – điện môi bị vỡ hoặc phân hủy, mất hoàn toàn khả năng cách điện. Hiện tượng này được gọi là đánh thủng điện môi. Mỗi điện môi khác nhau có 1 điện trường giới hạn khác nhau.

Điện áp đánh thủng là mức điện áp tối thiểu để chất cách điện bắt đầu hoạt động như một chất dẫn điện. Nó còn được gọi là cường độ điện môi (dielectric strength).

Có những kiểu sự cố điện môi khác nhau, hình thức và cơ chế đánh thủng khác nhau, nói chung có thể được chia thành ba dạng:

– Đánh thủng do điện,

– Đánh thủng do nhiệt

– Đánh thủng do điện hóa.

Đánh thủng do điện

Sự đánh thủng do điện là khi điện áp rất cao, điện trường đủ mạnh và một số lượng nhỏ electron tự do trong chất điện môi rắn sẽ ở trong điện trường mạnh dưới tác động của chuyển động, tích lũy động năng lớn.

Nếu động năng này đủ để làm cho các nguyên tử tự do thành các electron và ion, thì sẽ có nhiều hạt mang điện tự do trong môi trường. Chúng có thể tiếp tục tạo ra các hạt tích điện mới, để quá trình phát triển mãnh liệt tiếp tục, và cuối cùng dẫn đến sự cố điện môi bị đánh thủng.

Đánh thủng do nhiệt

Tổn hao điện môi là phần điện năng tiêu hao để các hạt điện tích thắng lực liên kết khi chuyển động trong điện môi dưới tác dụng của điện trường bên ngoài.

Sự đánh thủng do nhiệt xảy ra khi điện áp được đặt trong thời gian dài hơn. Dưới tác động của điện trường, tổn hao điện môi sẽ làm nóng bên trong vật liệu cách điện, nhiệt độ tăng, đồng thời tản nhiệt ra xung quanh.

Nếu sự sinh nhiệt lớn hơn sự tản nhiệt, nhiệt độ điện môi sẽ tiếp tục tăng, và cuối cùng, các đặc tính cách điện bị mất hoàn toàn do nhiệt độ cao và sự đánh thủ điện môi.

Sự cố điện hóa

Sự cố điện hóa thường xảy ra sau một thời gian dài vận hành thiết bị.

Trong quá trình vận hành, lớp cách điện sẽ chịu tác dụng của lực nhiệt, hóa học và cơ học, do đó tính chất của lớp cách điện sẽ dần bị suy giảm và lão hóa.

Dưới tác động của điện áp cao, điện hoa hoặc phóng điện cục bộ thường xảy ra do khe hở không khí tại điểm tiếp xúc giữa điện cực và lớp cách điện, hoặc sự tồn tại của bong bóng bên trong lớp cách điện, thậm chí gây ra hiện tượng cháy xém cục bộ.

Tất cả những điều trên sẽ dẫn đến độ bền điện của lớp cách điện giảm xuống, để rồi việc tải điện trong thời gian dài dẫn đến sự đánh thủng do nhiệt hoặc việc tải điện trong thời gian ngắn nhưng quá tải điện áp dẫn đến sự đánh thủng do điện.

2. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự đánh thủng vật liệu cách điện rắn

(1) Miễn là cường độ điện trường đủ để tạo ra một số lượng nhỏ electron tự do trong môi trường tạo ra phản ứng dây chuyền ion hóa do va chạm, thì có thể xảy ra sự cố điện.

Cùng một hiệu điện thế đặt bên ngoài, lớp cách điện càng dày thì cường độ điện trường càng giảm (trong điện trường đều. V: Ed, trong đó V là hiệu điện thế, E là cường độ điện trường, d là khoảng cách giữa các cực điện áp, nghĩa là độ dày của lớp cách điện). Do đó, điện áp đánh thủng tăng tương ứng với sự gia tăng độ dày cách điện.

(2) Khi có tạp chất trong vật liệu cách nhiệt, đặc biệt là khi có bọt khí, nó có thể làm giảm hiệu suất cách điện của toàn bộ vật liệu.

Một mặt, bọt khí làm giảm độ dày hiệu quả của chất điện môi. Quan trọng hơn, bởi vì trong lớp điện môi có lớp xen kẽ, cường độ điện trường được phân bố nghịch đảo theo hệ số điện môi £ của từng lớp vật liệu, £ bong bóng nhỏ hơn trong điện trường mạnh hơn và bản thân bong bóng có cường độ áp lực thấp hơn. Vì vậy, những bong bóng này lúc đầu luôn phóng điện tự do và cục bộ, dẫn đến sự phá vỡ toàn bộ môi trường.

(3) Phần tiếp xúc giữa chất dẫn điện và vật liệu cách điện không kín cũng sẽ làm giảm cường độ điện áp trung bình.Khoảng cách giữa vật tích điện và vật cách điện, và bong bóng sẽ là thứ đầu tiên tạo ra hiện tượng phóng điện.

(4) Khả năng cách điện sẽ nhanh chóng giảm xuống trong điều kiện độ ẩm tăng. Điều này là do khi hàm lượng nước tăng lên, độ dẫn điện của môi trường và tổn thất điện môi sẽ tăng nhanh, dễ xảy ra sự đánh thủng do nhiệt.

(5) Đối với một số vật liệu cách điện nhất định, điện áp đánh thủng cao hơn trong điện trường đều và điện áp đánh thủng sẽ giảm đáng kể trong điện trường không đồng đều. Đầu cuối của cáp từ 35 kV trở lên – sử dụng hình nón ứng suất và vòng chắn nối đất để cải thiện sự phân bố điện trường gần mép của vỏ chì, do đó cải thiện cường độ điện áp.

II. Phân tích nguyên nhân gây ra sự cố cách điện của cáp

1. Quá trình lắp đặt và vận hành

Những nguyên nhân phổ biến dẫn đến sự đánh thủng điện môi là:

(1) Các tác động lực trực tiếp từ bên ngoài, chẳng hạn như các vật nặng rơi từ trên cao xuống, đập vào cáp, hoặc vô tình đào trúng và làm tổn thương cáp.

(2) Đặt cáp uốn cong quá mức gây tổn thương lớp cách điện, hoặc chèn ép nghiêm trọng trong quá trình vận chuyển để lớp cách điện và lớp bảo vệ bị hư hại.

(3) Cáp chôn trong nền đất bị lún, khiến cáp bị căng quá mức nên hư hỏng, trường hợp nghiêm trọng dẫn đến hiện tượng kéo đứt cáp.

2. Kinh nghiệm lắp đặt

Lỗi ở đầu cuối và khớp trung gian: Đầu cuối và khớp trung gian là liên kết yếu của tuyến cáp, phần lớn lỗi cáp xảy ra ở đầu cuối và khớp trung gian. Nguyên nhân chủ yếu do thi công kém chất lượng, sử dụng vật liệu kém chất lượng.

3. Độ ẩm cách nhiệt

(1) Kết cấu kém của thiết bị đầu cuối và các mối nối trung gian khiến cáp bị hơi ẩm xâm nhập vào bên trong.

(2) Do vỏ cáp bên trong bị hỏng và hơi ẩm xâm nhập. Có nhiều lý do dẫn đến phá vỡ vỏ bọc bên trong. Chẳng hạn như tác động cơ học trực tiếp, cáp chính được đặt trong vùng lân cận của nguồn động đất. Hiện tượng nứt mỏi của lớp bọc chì do rung động trong thời gian dài. Ăn mòn hóa học tạo ra các lỗ nhỏ hoặc vết nứt, v.v.

4. Quá áp

Quá điện áp do quá điện áp khí quyển hoặc quá điện áp bên trong do đánh thủng cách điện. Sự cố quá áp, đặc biệt là sự cố đứt cáp do quá áp bên trong hệ thống điện, thường xảy ra đồng thời nhiều cáp.

5. Sự suy giảm chất lượng cách điện theo thời gian

Sự lão hóa của lớp cách điện theo thời gian trong quá trình vận hành, dẫn đến sự suy giảm các đặc tính cơ và điện của vật liệu. Một trong những yếu tố chính là nhiệt. Quá nóng sẽ làm cho lớp cách điện giòn và dễ gãy, quá nóng thường do tản nhiệt kém hoặc quá tải.

III. Các biện pháp ngăn ngừa sự cố cách điện của cáp

1. Ngăn ngừa hư hỏng cơ học đối với cáp trên không . Đặc biệt, cáp đặt dọc theo tường phải được che phủ. Việc đào đất của nhà máy phải được tính toán cẩn thận, tránh ảnh hưởng đến cáp.

2. Kiểm tra và cải thiện chất lượng lắp đặt của các mối nối đầu cuối và trung gian, và kiểm tra bong bóng và độ ẩm trên các lớp cách điện chịu nén. Trong quá trình xây dựng, lớp bọc cách nhiệt phải được thắt chặt để không tạo ra các khoảng trống. Nhựa Epoxy và bột thạch anh phải được làm khô nghiêm ngặt để hút ẩm trước khi sử dụng.

Do sự phân bố điện trường ở đầu cực rất không đồng đều nên cường độ điện trường ở mép của lớp vỏ chì lớn, do đó cần xử lý lớp cách điện ở mép của lớp vỏ chì.

Đối với điện áp 35 kV trở lên, cáp phải được bọc bằng côn chịu lực tốt và vòng chắn tiếp đất để phân bố điện trường đồng đều và cải thiện độ cách điện.

3. Ngăn ngừa lớp cách điện khỏi độ ẩm của các nhà máy hóa chất do lớp bọc chì bị ăn mòn dẫn đến sự đánh thủ do độ ẩm. Vì vậy, bạn nên tăng cường bảo trì vỏ cáp, cứ sau 2 đến 3 năm sơn một lớp sơn bitum có thể ngăn chặn sự ăn mòn thép cáp một cách hiệu quả.

Dây và Cáp Điện Vạn Xuân

Please follow and like us:

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Địa chỉ
Gọi trực tiếp
Chat FB
Chat Zalo
Chat với chúng tôi