Quá trình xuống cấp cách điện máy biến áp điện lực và ứng dụng phương pháp phổ điện môi

4
Những chữ viết tắt

HTĐ - Hệ thống điện
MBA - Máy biến áp
IR - Điện trở cách điện
PI - Chỉ số phân cực
RVM - Đo phục hồi điện áp
PD - Đo phóng điện cục bộ
PDC - Dòng phân cựcvà khử phân cực
LV - Điện áp thấp
HV - Điện áp cao
FDS - Phổ điện môi trong miền tần số
CEB - Ủy ban
điện lực Ceylon
KFT - Chuẩn độ Karl Fischer
MODS- Phần mềm chuyên dụng để phục vụ đo điện
DP - Độ trùng hợp






5
MỞ ĐẦU

Yêu cầu cung cấp điện trong Hệ thống điện Việt Nam đòi hỏi càng ngày
càng cao trong những năm gần đây. Vì thế, việc tránh những sự cố vận hành của hệ
thống điện (HTĐ) trở nên ngày càng quan trọng. Tuy nhiên, do chi phí rất cao của
các thiết bị cao áp, đặc biệt là máy biến áp, việc thay mới để nâng cao độ tin cậy sẽ
là không kinh tế đối với nhiều thiết bị
đã quá thời hạn sử dụng vì trên thực tế nhiều
thiết bị này vẫn còn tình trạng khá tốt. Việc đánh giá đúng tình trạng của các MBA
vì vậy là rất cần thiết trước khi đưa ra bất kỳ kết luận nào về việc thay thế hay đại
tu lại các MBA này.
Sự xuống cấp trong cách điện của MBA, mà phần lớn là giấy và dầu, là
nguyên nhân chính của hư hỏng MBA. Tuy nhiên, hầu hế
t các phân tích hóa học
phải được thực hiện dưới điều kiện khắt khe như trong phòng thí nghiệm và thậm
chí đối với một vài phân tích hóa học còn đòi hỏi phải lấy mẫu giấy trong MBA.
Bên cạnh đó thì các kiểm tra bằng các phép đo điện tỏ ra đơn giản hơn và có thể
được tiến hành tại chỗ, vì lý do này mà các kiểm tra điện thường được dùng nhiều
hơn các kiểm tra hóa học m
ặc dù chúng không cung cấp trực tiếp các thông tin về
các tham số được chỉ ra ở trên.
Việc xuống cấp khả năng cách điện MBA chủ yếu là do dầu và giấy cách
điện gây ra, đó cũng là nguyên nhân chính gây ra sự cố ở MBA. Những phép phân
tích hoá học và đo điện được sử dụng để kiểm tra điều kiện cách điện MBA. Trong
đó, phép phân tích hoá học cung cấp trực tiếp những thông tin như
thành phần
nước, mức độ polimer hóa của giấy, lượng cặn trong dầu, độ axit trong dầu và
lượng khí tan trong dầu. Tuy nhiên, hầu hết các phân tích hoá học phải thực hiện ở
phòng thí nghiệm và một số phân tích hoá học còn cần có các mẫu giấy (vd: Kiểm
tra Chromatography). Trong khi dó, những phép đo điện là đơn giản hơn và có thể
được thực hiện mọi vị trí. Nhờ sự đơn giản và dễ dàng, những phép đo
điện hiện
nay thích hợp hơn cho việc đánh giá cách điện MBA thay vì kiểm tra hoá học mặc
dù chúng không cung cấp trực tiếp thông tin như đã nêu trên.
Những phương pháp thử nghiệm điện truyền thống, như đo điện trở cách
điện (IR), chỉ số phân cực (PI) và hệ số tổn hao (tanδ) cung cấp rất ít thông tin về
cách điện MBA bởi vì chúng chỉ có thể cung cấp các giá trị
đơn. Phép đo sự khôi
phục điện môi đã khắc phục được những nhược điểm này, cụ thể là những phép đo
điện áp phục hồi (return voltage measurements (RVM), đo dòng phân cực và không
phân cực (PDC) và những phép đo phổ tần số phục vụ cho việc kiểm tra các thông
số cách điện của MBA, đặc biệt phục vụ cho việc đánh giá lượng ẩm trong giấy ép
MBA.
Ở những giai đoạn đầu, được đưa vào RVM do việc đo điện áp đơn giản hơn
so với đo các dòng điện nhỏ. Còn có 2 phương pháp khác ứng dụng những thiết bị
điện tử tinh vi trong thời gian gần để đo. Chúng không chỉ là thay đổi công nghệ mà
cách diễn giải kết quả cũng được nâng cao. Tuy nhiên, đối với hầu hết những
phương pháp này, cần biết tr
ước về cách bố trí hình học của cách điện, mà hầu hết
các điện lực đều thiếu các thông tin về cấu trúc MBA. Do đó, phát sinh các khó
khăn khi người ta áp dụng những công nghệ này. Vì lí đo đó, vẫn cần hoàn thiện
cách đưa ra kết quả của tất cả những công nghệ này, việc nghiên cứu bổ sung là rất

6
cần thiết. Cần so sánh kết quả thu được với kết quả của phép phân tích hoá học để
hiệu chỉnh tương quan giữa dữ liệu về phục hồi điện môi và thành phần độ ẩm
trong cách điện.
Những nghiên cứu trong báo cáo này đã được thực hiện nhằm làm sáng tỏ
vấn đề sử dụng phương pháp phổ điện môi trong chẩn đoán sự xu
ống cấp cách điện
máy biến áp lực.
Phương pháp phổ điện môi (Dielectric Spectroscopy) là phương pháp phân
tích các đáp ứng của điện môi theo tần số của điện áp đặt vào (từ 10
-5
Hz đến
10
7
Hz). Trong việc kiểm tra cách điện trong MBA thì so với phương pháp phục hồi
điện áp (RVM) và phương pháp dòng phân cực/hồi phân cực (PDC) thì phương
pháp phổ điện môi là tiên tiến nhất vì chúng mới chỉ xuất hiện trong vài năm gần
đây nhờ sự phát triển của các thiết bị điện tử tinh vi và những công trình nghiên cứu
của nhiều nhà khoa học trên thế giới đối với vấn đề phân tích và diễn giải các k
ết
quả đo.


7
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP LỰC VÀ QUÁ TRÌNH
XUỐNG CẤP CÁCH ĐIỆN TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC
I.1. Đặt vấn đề
Máy biến áp (MBA) là một trong những thiết bị quan trọng của hệ thống
điện và chúng được lắp đặt trên toàn lãnh thổ, chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố
thời tiết, khí hậu, môi trường và tác động của con người.
Yêu cầu làm việc tin cậy, khả năng sẵn sàng hoạt động cao là các yếu tố
quan trọng nhất của MBA trong hệ thống điện. Để đả
m bảo các yêu cầu này công
tác chuẩn đoán, kiểm tra thử nghiệm và bảo dưỡng đóng vai trò rất quan trọng.
Như chúng ta đã biết, ngay sau khi được lắp đặt và đưa vào vận hành sử
dụng MBA đã có nguy cơ bị xuống cấp và hư hỏng. Đây là hiện tượng bình thường
bởi vì MBA là tập hợp của nhiều chi tiết điện từ, cơ khí, thủy lực, khí nén v.v
được bố trí trong môi trường ch
ịu ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm, mưa gió, bão
v.v Mặt khác, trong quá trình vận hành sử dụng luôn có sự thay đổi về phụ tải, có
sự bố trí lại mạng điện hoặc bổ sung thêm thiết bị mà nhiều khi không có sự phối
hợp tổng thể của cơ quan nghiên cứu và thiết kế. Cũng cần phải kể đến sự lựa chọn
thiết bị
không đúng, sự chỉnh định sai các thiết bị đo lường điều khiển, chỉ thị, sự
vận hành không đúng quy trình kỹ thuật .v.v Tất cả các yếu tố kể trên gây ảnh
hưởng xấu đến sự làm việc bình thường của toàn hệ thống và hậu quả của nó
thường là làm cho tuổi thọ của thiết bị điện trong đó có MBA giảm đi đáng kể
.
Việc thu thập tài liệu về phương pháp phổ điện môi cũng như hệ thống thiết
bị đo theo phương pháp này của các nước tiên tiến trên thế giới để đưa vào áp dụng
tại Việt Nam đòi hỏi tốn nhiều công sức, nhiều thời gian. Song thiết nghĩ đó cũng là
một việc làm rất cần thiết và bổ ích, đề tài nghiên cứu này áp dụng vào thực tế H
ệ
thống điện Việt Nam được coi như là lần đầu tiên.
Để đáp ứng sự tăng trưởng của nền kinh tế quốc dân, đòi hỏi ngành điện
ngày càng phát triển và phải có hệ thống điện với chất lượng cao. Do đó, việc
nghiên cứu ứng dụng những tiến bộ của khoa học công nghệ trong lĩnh vực chuẩn
đoán, kiểm tra thử nghi
ệm và bảo dưỡng để đưa ra những đề xuất phù hợp, phục vụ
cho việc kiểm tra thử nghiệm vận hành các MBA lực hợp lý hơn đối với các vùng
khí hậu khác nhau, tận dụng khả năng mang tải của chúng và đảm bảo cho MBA
vận hành tin cậy an toàn và nâng cao tuổi thọ trong quá trình cung cấp điện. Mặt
khác, Việt Nam nằm trong một vùng khí hậu nhiệt đới, các MBA thường đặt ngoài
trời nên luôn chịu tác
động của môi trường như: mưa, gió, nắng, bão, lụt v.v và
đặc biệt nhiệt độ, độ ẩm thường rất cao. Chính các yếu tố môi trường này cũng góp
phần làm tăng nhiệt độ dầu và nhiệt độ cuộn dây của MBA.
Do đó, việc “nghiên cứu quá trình xuống cấp cách điện máy biến áp điện lực
và ứng dụng phương pháp phổ điện môi để chẩn đoán chấ
t lượng cách điện trong
máy biến áp” sẽ nhằm giúp cho các cán bộ kỹ thuật trong lĩnh vực kiểm tra thử
nghiệm và bảo dưỡng MBA hiểu rõ hơn bản chất, khả năng làm việc của MBA, từ
đó sẽ tìm ra cách vận hành MBA sao cho hợp lý để tận dụng được khả năng tải tối
đa trên cơ sở vẫn đảm bảo tuổi thọ của MBA.

8
Để thực hiện được công việc nghiên cứu trên đối với cách điện MBA trong
HTĐ Việt nam, cần phải khảo sát và phân tích về những tác động và ảnh hưởng của
môi trường nhiệt đới với những yếu tố khí hậu đặc biệt như độ ẩm và nhiệt độ thay
đổi thất thường đến cách điện của MBA ở Việt Nam. Những yếu tố này tác độ
ng
liên tục làm thay đổi cấu trúc của vật liệu nói chung và vật liệu điện nói riêng, làm
sai lệch các chế độ vận hành bình thường, làm hư hỏng dần các thành phần của
thiết bị trong hệ thống điện mà đặc biệt là MBA. Vì vậy, trong qúa trình nghiên
cứu, thiết kế chế tạo cũng như lựa chọn, xây lắp và vận hành MBA phải xét đến
những yếu tố khí hậu đặc bi
ệt này. Chỉ trên cơ sở nghiên cứu, phân tích đánh giá
đầy đủ các tác động đối với MBA (kể cả các yếu tố của môi trường) mới có thể
thiết kế - chế tạo, lựa chọn một cách hợp lý và các giải pháp vận hành đúng đắn,
đảm bảo cung cấp điện một cách liên tục và tin cậy cho các công trình công nghiệp
và dân dụng.
Những yếu tố cơ bản của thời tiế
t ảnh hưởng xấu đến thiết bị điện nói chung
và MBA nói riêng bao gồm: áp suất không khí, nhiệt độ cao, sự thay đổi đột ngột
về nhiệt độ trong một ngày - đêm, cường độ bức xạ của mặt trời, độ ẩm của không
khí. Những yếu tố không thuận lợi khác như: sương muối, hơi nước muối biển, khí
thải từ các nhà máy công nghiệp, bão xoáy nhiệt đới v.v
Nhằm đảm bảo các công trình điện nói chung và MBA nói riêng làm việc an
toàn và ổn định trong các điều kiện khắc nghiệt nêu trên, trong qúa trình chế tạo
phải xem xét để thiết bị chịu đựng được tất cả các yếu tố có thể xảy ra trong vùng,
hoặc tổng quát hóa các yếu tố của các vùng tương tự để từ đó chế tạo các thiết bị
phù hợp.
Theo mức độ tác động đến v
ật liệu điện và các thiết bị điện, khí hậu nhiệt
đới có thể chia ra: khí hậu nhiệt đới ẩm ướt và khô. Ngoài ra khi thiết kế và vận
hành các MBA phải xét đến ảnh hưởng của địa lý như vùng núi, vùng biển v.v
Đối với các vùng khí hậu nhiệt đới ẩm ướt đặc điểm chính là mưa rào, dông, bão,
sương mù, bụi công nghiệp và các yếu tố sinh học khác. Đối với các vùng khí hậu
nhiệt
đới khô, đặc điểm chính là: nhiệt độ không khí cao, cường độ bức xạ mặt trời
lớn, độ ẩm không cao và thường chênh lệch nhiệt độ trong ngày rất lớn.
I.2. Tác động trực tiếp của môi trường nhiệt đới
I.2.1. Tác động của bức xạ mặt trời
Tia cực tím làm tăng độ già hóa của các vật liệu điện hữu cơ (TD: cao su)
làm giảm thời hạn vận hành của các thiết bị điện. Trong bức xạ mặt trời, trong khí
quyển 45% là tia hồng ngoại. Các tia này làm tăng nhiệt độ khí quyển và nhiệt độ
trên bề mặt thiết bị điện, bị đốt nóng nhất là lớp không khí
ở độ cao 1,5 m so với
mặt đất. Các bề mặt của vật liệu điện đối với màu sáng nhiệt độ tăng lên từ 10÷15
0
C, màu tối tăng lên từ 25÷30
0
C. Nhiệt độ không khí cao là nguyên nhân phá hỏng
các kết cấu hóa lý của vật liệu, làm tăng nhanh độ già hóa cách điện của thiết bị
điện. Nhiệt độ môi trường tăng thêm lên 10
0
C so với giá trị trung bình, điện trở
cách điện giảm xuống 50%. Đốt nóng thiết bị vượt quá giá trị cho phép sẽ làm tăng
(tổn hao điện) góc tgδ. Tổn hao điện môi của cách điện sứ ở 50
0
C tăng lên 2 lần, ở
80
0
C tăng lên 4 lần so với đại lượng ở nhiệt độ quy chuẩn 20
0
C [3]

9
I.2.2. Ảnh hưởng của độ ẩm không khí
Độ ẩm không khí làm tăng sự đọng nước trên bề mặt cách điện. Độ ẩm và
nhiệt độ cao làm tăng dòng rò của cách điện (dòng rò qua bề mặt cách điện). Tác
động liên tục và lâu dài của độ ẩm làm tăng hằng số điện môi và làm giảm độ bền
cách điện. Kết đọng - ẩm - khô lặp lại có thể làm r
ạn nứt bên trong vật liệu, làm
giảm không những các đặc tính về điện mà còn làm suy giảm độ bền cơ của vật liệu
và thiết bị điện. Sự ẩm thấp do sương muối làm tăng sự han rỉ các kết cấu kim loại.
I.2.3. Ảnh hưởng của khí hậu
Ở các vùng gần biển nhiệt đới thường có độ ẩm cao 90÷95%, có sương mù
thường xuyên và trong sương muố
i biển, mây mù thường lẫn cát và bụi hữu cơ.
Trong tầng thấp của khí quyển có nồng độ muối cao, không khí bị nhiễm bẩn muối.
Nguồn nhiễm bẩn này có thể hòa tan trong nước và trong đất. Sự lắng đọng của các
giọt nước có lẫn muối trên bề mặt cách điện và các thiết bị là mối nguy hiểm đối
với qúa trình vận hành của các thiết bị điện và cách đi
ện.
Ở các vùng núi có đặc điểm là áp suất khí quyển thấp, có dông và gió mạnh,
chênh lệch nhiệt độ trong ngày lớn. Ở đây mật độ không khí phụ thuộc không chỉ
áp suất mà còn cả nhiệt độ. Việc giảm áp suất không khí khi tăng độ cao so với mặt
biển và tương ứng với nó là giảm mật độ không khí sẽ kéo theo sự giảm điện áp
phóng điện chọc thủng cách điệ
n, đặc biệt đối với các loại thiết bị mà cách điện là
không khí. Càng ở trên cao so với mặt biển hệ số tương đối của độ bền cách điện
khoảng cách khí càng thấp.
Độ cao so với mặt biển (m) Hệ số độ bền cách điện
1000 1,00
1.200 0,98
1.500 0,95
1.800 0,92
2.000 0,90
2.500 0,85
1.3. Ảnh hưởng của độ ẩm đến cách điện của MBA
Sự có mặt của độ ẩm trong MBA làm hỏng cách điện MBA vì sự giảm sút
của cả độ bền điện và cơ. Nói chung, độ bền cơ của cách điện bị giảm tới một nửa
khi độ ẩm tăng lên gấp đôi [1]; Tốc độ làm hỏng bằng nhiệt và độ ẩm đối với giấy
có tỉ lệ như nhau trong suốt quá trình vận hành [2]. Sự
phóng điện có thể xảy ra ở
nơi có điện áp cao vì sự mất cân bằng độ ẩm dẫn đến điện áp bắt đầu phóng điện
cục bộ thấp và cường độ phóng điện cục bộ cao hơn [4]. Sự di chuyển của một số
lượng nhỏ hơi nước đã được kết hợp với dòng điện chạy trên bề
mặt của giấy/dầu
và được đánh giá là có khả năng tích điện cao hơn nhiều so với vùng bề mặt cách
điện khô [4; 5]. Thành phần nước ở trong dầu MBA cũng mang đến sự nguy hiểm
bởi sự hình thành các tăm sủi khi phần nước tách ra khỏi phần xenlulô tăng lên tập
trung thành các bóng khí ở trong dầu [6]. Do đó, sự mất cân bằng độ ẩm trong hệ

10
thống cách điện MBA (dầu và giấy) được phát hiện ra là rất quan trọng. Vì vậy, sẽ
rất thuận tiện khi biết được đường cong chia cắt độ ẩm giữa dầu và giấy dưới điều
kiện cân bằng. Khi MBA đang vận hành ở điều kiện cân bằng, sẽ khảo sát nhanh
hơn lượng ẩm trong giấy và đưa ra các dự đoán về sự cố trong tươ
ng lai khi đo
lượng ẩm trong dầu. Trong những năm trước, nhiều nhà khoa học đã đưa ra các bản
báo cáo dưới dạng tập hợp các đường cong, nhưng không có một báo cáo nào xem
xét một cách toàn diện và so sánh được với các đường cong khác. Đó là những
nghiên cứu trong suốt các thập niên vừa qua và cũng là nguồn tư liệu quan trọng
đối với ngành điện cũng như đối với cách điện trong việc kiểm tra chất l
ượng các
thiết bị.
1.3.1. Đối với dầu máy biến áp
Thành phần dầu cách điện MBA được tinh lọc từ dầu thô. Quá trình tinh lọc
bao gồm xử lý axit, hòa tan, tách paraffin, xử lý nước hoặc là sự phối hợp giữa các
phương pháp này tạo ra dầu cách điện đặc trưng. Nó là sự hòa trộn giữa 3 hợp chất
hydrocacbon chính: Ankan, naphtalen và các hydrocacbon thơm. Những phần tử
này không phân cực hoặc phân cực rất yế
u. Sự phân cực và các loại ion cũng chiếm
một phần nhỏ, đây có lẽ là phần ảnh hưởng mạnh nhất đến các thuộc tính điện và
hóa của dầu. “Các hợp chất phân cực tìm thấy trong dầu MBA thường chứa đựng
Oxi, Nitơ hoặc sunfur. Các ion thường ở dạng muối hữu cơ chỉ chiếm một số lượng
nhỏ” [7].
Để có cái nhìn hoàn thiện hơn về dầ
u MBA, sau đây chúng ta sẽ xem xét
quá trình xuống cấp của dầu cách điện
1.3.2. Ảnh hưởng của oxy trong dầu cách điện
Oxy trong khí quyển và trong nước là nguồn gốc của sự oxy hoá dầu. Tốc độ
oxy hoá trong dầu phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng thêm 10
0
C nói chung
tốc độ oxy hoá tăng gấp đôi. Kết quả oxy hoá hình thành axit và chất lắng đọng
trong dầu [1].
Bảng I.1: Các đặc tính của dầu cách điện
Dầu mới
(IEC 296)
Giới hạn cho phép đối với dầu khi vận hành
(IEC 422)
Đặc tính
Loại 1 Loại 2
U
đm
≤36kV 36<U
đm
≤70kV 70≤U
đm
≤170kV
170<U
đm
Tỷ trọng ở 20
0
C
≤0,895 ≤0,895
- - - -
Độ nhớt động ở:
40
0
C
-15
0
C

≤ 16,5
≤ 800

≤11,0
-

-
-

-
-

-
-

-
-
Điểm chảy,
0
C
≤ -30 ≤ -45
- - - -
Điểm cháy (bình kín),
0
C
≥ 140 ≥ 130 ≥ 115 ≥ 115 ≥ 115 ≥ 115
Chỉ số trung tính
(mg KOH/g)
≤ 0,03 ≤ 0,03 ≤ 0,5 ≤ 0,5 ≤ 0,5 ≤ 0,5
Hàm lượng nước, ppm
≤ 10 ≤ 10 ≤ 40 ≤ 35 ≤ 30 ≤ 20

11
Độ bền điện,kV
- dầu bất kỳ
- dầu khô,đã lọc

≥ 30
≥ 70

≥ 30
≥ 70

≥ 30
-

≥ 35
-

≥ 40
-

≥ 50
-
Hệ số tổn hao ở 50Hz,
90
0
C
- dầu bất kỳ
- dầu khô,đã lọc


≤ 0,005
-


≤ 0,05
-


≤ 1,5
-


≤ 0,8
-


≤ 0,3
-


≤ 0,2
-
Ứng suất ở 25
0
C
(mN/m)
≥ 40 ≥ 40 ≥ 10 ≥ 12 ≥ 12 ≥ 20
Các đặc tính sau thử
nghiệm oxy hoá, IEC 74
- Khối lượng chất lắng
đọng,%
- Chỉ số trung tính (mg
KOH/g)



≤ 0,10

≤ 0,40



≤ 0,10

≤ 0,40



Nhiệt dung trung bình giữa 25 và 125
0
C: 0,5 cal/g/
0
C

Hệ số dãn nở trung bình giữa 25 và 125
0
C: 7.10
-4
/
0
C
*Ghi chú: Nói chung dầu loại 2 thích hợp cho xứ lạnh

1.3.3. Hàm lượng ẩm trong dầu cách điện
Nước trong dầu thể hiện dưới dạng hoà tan, hạt nhỏ hoặc dưới dạng tự do ở
đáy thùng dầu. Để lọc tách nước dưới dạng tự do có thể dùng phương pháp ly tâm.
Để tính lượng nước hoà tan trong dầu cần dùng phương pháp sấy chân không [3].
Ảnh hưởng của lượng ẩm đối với tính chất cách đ
iện của dầu phụ thuộc vào
dạng ẩm tồn tại trong dầu. Chỉ một lượng nước rất nhỏ có trong dầu làm giảm độ
bền cách điện một cách đáng kể. Bảng I.2 đưa ra hàm lượng ẩm cực đại cho phép
đối với dầu. Đơn vị đo là phần triệu (ppm), ví dụ miligam nước trong một kilôgam
dầu.
Bảng I.2: Hàm lượng ẩm cực
đại cho phép trong dầu
Điện áp,[ kV] Hàm lượng ẩm cực đại,[ ppm]
5 30
15 30
35 25
69 20
≥138
15
Hàm lượng ẩm tăng nhanh khi nhiệt độ dầu cao. Trên đồ thị hình I.1 cho
thấy sự phụ thuộc của hàm lượng ẩm trong dầu theo nhiệt độ.
Khi mức oxy hoá cao đến điểm tạo chất lắng đọng trong dầu, cần tách lớp
lắng đọng bằng hơi áp suất cao hoặc tuần hoàn dầu nóng để làm tan, hoặc xử lý
axit. Trong những điều kiện thuận lợi, việc x
ử lý dầu rẻ hơn việc thay thế dầu mới.

12
Các chất cách điện như giấy, vải sợi v.v rất xốp và hút nước. Một lượng
nước tan trong dầu và được hút vào giấy cách điện. Một khi nước đã thấm vào giấy
rất khó tách ra. Phương pháp hiệu quả nhất để làm khô cách điện trong MBA là sấy
chân không. Đôi khi không đưa lõi MBA vào buồng sấy chân không được ta có thể
sấy khô chúng bằng cách cho tuần hoàn dầu nóng và khô, sau đó dầu này lại được
làm nguộ
i và sấy khô.
Khi vận hành MBA cũng cần chú ý đặc biệt tới nitơ để tránh tạo bọt trong
dầu khi áp suất giảm. Kinh nghiệm cho thấy hệ thống điều chỉnh áp suất phải được
điều chỉnh đến giới hạn để tránh bọt khí nitơ có thể gây vầng quang.
Dầu cách điện hay gọi là dầu MBA có
một ái lực nhỏ với nước. Tuy nhiên sự
hòa tan thường tă
ng lên rõ rệt theo nhiệt
độ đối với dầu MBA. Nước có thể tồn
tại trong dầu MBA dưới 3 dạng. Trong
các trường hợp thực tế, hầu hết nước chỉ
được tìm thấy ở dạng hòa tan. Tuy nhiên
điều này lại trái ngược hẳn với các khảo
sát về lượng ẩm bằng các công nghệ đo
khác nhau trước đây cho rằng nước cùng
tồn tại với các phân tử dầu, đặ
c biệt là
trong dầu hỏng. Khi độ ẩm trong dầu
vượt quá giá trị bão hòa, các phần tử
nước tự do trong dầu sẽ ngưng lại thành
giọt hoặc vẩn đục. Độ ẩm trong dầu
được đo bằng đơn vị phần triệu (ppm)
được xác định bằng khối lượng ẩm chia
khối lượng của dầu (µg/g).
a. Độ ẩm tương đối
Độ ẩm t
ương đối (Relative Humidity) có thể được tinh lọc trong giới hạn của
tỉ số hòa trộn độ ẩm r trên tỉ số hòa trộn bão hòa r
s
, R.H.% = 100r/r
s
, có tỉ lệ phần
trăm không thứ nguyên. Độ ẩm tương đối của không khí là lượng hơi nước chứa
trong không khí tại thời điểm bão hòa. Độ ẩm tương đối với dầu là lượng độ ẩm lớn
nhất mà dầu có thể chứa được. Bởi vì tỉ số hòa trộn bão hòa là một hàm số của áp
suất, nhiệt độ, độ ẩm tương đối là một ch
ỉ số hỗn hợp của môi trường và phản ánh
nhiều hơn so với hàm lượng nước [32]
b. Giấy
Cách điện rắn của MBA thường được dùng gồm bốn loại như sau: tấm chắn,
giấy (hoặc là giấy Kraft), lớp giấy cách điện xenllulô, và xenlulô. Mặc dù trong
phạm vi của cách điện MBA riêng biệt, nó vẫn có thể chỉ ra được các phần khác
nhau, ví dụ: băng giấy, các trụ giấ
y, các tấm giấy cách điện xenllulô hình trụ , các
đai góc, các khối v.v… trong phạm vi cân bằng độ ẩm, nói chung là tất cả các ý
kiến cho rằng sản xuất giấy cách điện từ xenlulose sunfat thô, bao gồm chuỗi dài
hoặc ngắn hơn của vòng glucose. Tấm ép được biết đến trong công nghiệp dệt và
xử lý giấy đã hơn 100 năm và được dùng trong các loại máy điện đầu tiên. Lớp giấy
cách điện xenllulô là kết qu
ả từ sự nỗ lực của Hans Tschudi-Faude của công ty
Hình I.1: Lượng nước hoà tan cực đại
tron
g dầu theo nhiệt độ

13
H.Weidmann, vào cuối những năm 1920 [32], đây là một ứng dụng tốt hơn so với
tấm ép để đáp ứng yêu cầu của MBA công suất lớn. Nó được làm từ xenlulose
sunfat mức cao và chứa đựng duy nhất các sợi xenlulose nguyên chất mà không có
bất kỳ một chất nào khác. Nó có thể được sấy khô hoàn toàn, khử khí, và tẩm dầu.
Giấy cách điện có thể được sản xuất với các độ dày, hình dạng và các thuộc tính
khác nhau ứng với từng yêu cầu cụ thể.
c. Nước trong giấy
Lượng nước ở trong giấy có thể tìm thấy ở 4 trạng thái: nó có thể bám vào
bề mặt, ở thể hơi, dạng nước tự do trong ống mao dẫn, và ở dạng hấp thụ nước tự
do. Giấy có thể bao gồm nhiều độ ẩm hơn dầu. Ví dụ MBA 40MVA, 110kV với
khoảng 3 tấn giấy có thể chứ
a 113kg nước [34]. Lượng dầu trong MBA kiểu này
khoảng 40.000 lít. Giả sử độ ẩm tập trung trong dầu là 20ppm, tổng khối lượng độ
ẩm chỉ vào khoảng 2 kg, ít hơn rất nhiều so với giấy. Giá trị độ ẩm tập trung của
giấy được biểu thị bằng giá trị %, được tính bằng cách lấy khối lượng độ ẩm chia
cho khối lượng tấm ép tẩm dầu khô.
d. Áp suất hơi n
ước
Áp suất hơi nước là áp suất cục bộ do ảnh hưởng của hơi nước. Khi hệ thống
đang trong trạng thái cân bằng và nước ở thể lỏng hoặc rắn, hoặc ở cả hai thể, nó có
thể lên tới áp suất hơi nước bão hòa. Áp suất hơi bão hòa là một giá trị đo khi vật
chất biến đổi thành thể khí hoặc hơi, và nó tăng theo nhiệt độ. Tại
điểm sôi của
nước, áp suất hơi nước bão hòa tại bề mặt của nước trở nên cân bằng với áp suất
khí quyển.
1.3.4. Quá trình đối lưu.
Hiện tượng đối lưu xảy ra ở vật
thể lỏng và khí. Nhiệt lượng được
truyền đi phụ thuộc vào môi trường, độ
chênh nhiệt độ và chuyển dịch cưỡng
bức xung quanh vật thể [3].
Khi làm mát tự nhiên b
ằng đối
lưu, một lớp của môi trường làm mát
bề mặt vật thể bị gia nhiệt trở nên nhẹ
hơn và chuyển động lên phía trên. Tốc
độ dòng chảy biến đổi từ 0 ở bề mặt đạt
tới giá trị cực đại rồi trở lại về 0 “(xem
hình I.2)”. Mỗi lớp xảy ra quá trình
chuyển động như vừa xét được gọi là
một dải c
ủa dòng chảy. Bề rộng của dải
này ở không khí vào khoảng 12 mm; ở
đầu là 3mm. Tốc độ dòng chảy ở
không khí không quá 1m/s, ở đầu không quá 1cm/s. Quá trình đó gọi là chảy tầng,
các dòng chảy song song với nhau và song song với bề mặt làm mát.
a) Tải nhiệt ở môi trường không khí.
Trước tiên xét sự tải nhiệt bằng đối lưu tự nhiên theo mặt thẳng đứng.
v
θ
v
x
θ

Hình I.2- Phân bố độ chênh nhiệt độ tốc độ
hoạt động làm mát gần vật thể khi có dòng
chảy tầng
Giớihạnbiên dòng chảytầng

Xem chi tiết: Quá trình xuống cấp cách điện máy biến áp điện lực và ứng dụng phương pháp phổ điện môi