Bộ cách điện là một trong những thành phần phổ biến nhất trong mạng lưới truyền tải và chất lượng cũng như hiệu suất của chúng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo nguồn cung cấp điện đáng tin cậy. Một phần quan trọng của điều đó là hành vi của chúng khi tiếp xúc với nguồn điện. Thiết kế kém liên quan đến hoạt động của hồ quang điện có thể làm giảm đáng kể tuổi thọ của bộ cách điện và tăng khả năng bị gián đoạn nguồn điện.
Có rất nhiều lựa chọn vật liệu cách điện và môi trường sử dụng bộ cách điện. Do đó, thiết kế bộ cách điện rất khác nhau và thậm chí có thể cần được điều chỉnh cho phù hợp với các ứng dụng cụ thể. Ngay cả những khác biệt nhỏ nhất trong thiết kế cũng có thể ảnh hưởng đến đặc tính hồ quang công suất của dây. Thử nghiệm vật lý là cách đáng tin cậy nhất để đánh giá hành vi hồ quang điện của dây và do đó các công ty điện lực ngày càng yêu cầu các bộ cách điện phải trải qua thử nghiệm hồ quang điện trước khi cam kết lắp đặt chúng trên mạng của mình.
Trong vài năm qua, Phòng thí nghiệm KEMA, Praha đã thực hiện hơn 160 thử nghiệm hồ quang điện trên các bộ cách điện thuộc nhiều loại khác nhau. Các thử nghiệm này được thực hiện theo tiêu chuẩn IEC 61467:2008. Ngoài việc tiết lộ các chế độ hư hỏng phổ biến nhất đối với các loại bộ cách điện khác nhau, phần tổng quan này do Robert Jech đóng góp nêu bật một vấn đề tiềm ẩn trong cách xác định IEC 61467:2008 hiện nay. Đây là một vấn đề có thể tác động đến giá trị mà các tiện ích thu được từ các thử nghiệm ngày nay. Thông tin chi tiết thu được từ việc này sẽ cung cấp cho các nhà sản xuất bộ cách điện thông tin đầu vào hữu ích về cách tốt nhất để thiết kế dây nhằm tăng cơ hội thành công-lần đầu tiên trong thử nghiệm và do đó giảm thời gian và tiền bạc dành cho việc thiết kế lại. Nó cũng có thể kích thích sự thảo luận xung quanh đặc điểm kỹ thuật của tiêu chuẩn để đảm bảo nó đáp ứng nhu cầu của các nhà sản xuất và các công ty điện lực một cách bình đẳng.
Thử nghiệm hồ quang điện của các bộ cách điện tại KEMA được thực hiện theo tiêu chuẩn IEC 61467:2008. Tiêu chuẩn này áp dụng cho các dây hoặc bộ cách điện bao gồm các vật liệu gốm, thủy tinh hoặc composite sẽ được gắn trên các cột hoặc tháp kim loại và được sử dụng trong đường dây xoay chiều trên không có điện áp danh định trên 1000 V.
Tiêu chuẩn này xác định các phương pháp, thông số, mạch điện, v.v. để kiểm tra hồ quang điện trên cả bộ cách điện và dây ngắn. Các cách sắp xếp thử nghiệm khác nhau được cho phép trong phạm vi tiêu chuẩn và sự lựa chọn phụ thuộc vào ứng dụng cuối cùng của bộ cách điện, theo yêu cầu của khách hàng. Mạch và dãy thử nghiệm phải được chọn dựa trên các yếu tố như hình dạng và loại chất cách điện, vị trí của nó trên đường dây và loại tháp.
Sắp xếp kiểm tra
Vị trí dự định của một bộ trên một đường dây xác định liệu nó nên được thử nghiệm với mạch cung cấp cân bằng hay không cân bằng và tùy thuộc vào thông số đường dây, dòng điện ngắn mạch sẽ được sử dụng trong quá trình thử nghiệm. Nếu bộ cách điện được đặt ở 5% đầu tiên hoặc cuối cùng của đường dây, thì nó phải được thử nghiệm với mạch cung cấp không cân bằng trong khi các bộ cách điện nằm giữa điểm 5% và 95% của đường dây yêu cầu mạch cung cấp cân bằng để thử nghiệm. Tương tự, các bộ dành cho phần 'giữa' (tức là từ 24% đến 76% chiều dài đường dây) chỉ yêu cầu 20% dòng điện ngắn mạch định mức của mạng. Các bộ để sử dụng tại các vị trí giữa các điểm 5% và 24% – hoặc 76% và 95% điểm –yêu cầu 50% và các bộ ở 5% đầu tiên hoặc cuối cùng yêu cầu toàn bộ dòng điện ngắn mạch của mạng.
Trong khi đó, loại tháp điều chỉnh việc lựa chọn mạch hồi lưu cân bằng hoặc không cân bằng trong quá trình thử nghiệm. Để sử dụng được trong cửa sổ pha trung tâm của tháp, cần phải thử nghiệm với mạch phản hồi không cân bằng (được gọi là loạt thử nghiệm X). Đối với các vị trí bên ngoài của tháp hoặc nơi không có cửa sổ pha trung tâm, mạch hồi lưu không cân bằng được sử dụng (gọi là chuỗi thử nghiệm Y). Hơn nữa, số lượng thử nghiệm cần thực hiện tùy thuộc vào việc khách hàng có ý định sử dụng cùng loại bộ thiết bị trong toàn bộ dây chuyền hay không (trong trường hợp đó, loạt thử nghiệm X hoặc Y hoàn chỉnh sẽ được thực hiện) hay chỉ dọc theo một phần của dây chuyền. Hình. 1 cho thấy cách sắp xếp thử nghiệm không điển hình cho bộ chuỗi V-có chất cách điện tổng hợp. Bố trí thử nghiệm này bao gồm các mạch cấp và hồi lưu cân bằng. Sự sắp xếp trong hình mô phỏng vị trí đặt chất cách điện giữa các điểm 5% và 95% của đường dây trong cửa sổ pha giữa của tháp.
Tùy thuộc vào loại bộ cách điện, tiêu chuẩn IEC 61467:2008 cũng có thể yêu cầu bộ cách điện phải trải qua các thử nghiệm kiểm chứng ngoài thử nghiệm hồ quang điện, thử nghiệm chính là thử nghiệm hư hỏng cơ học (MFLT). Điều này được thực hiện trên các bộ phận cách điện để đảm bảo chúng có thể chịu được lực cơ học sau khi đặt hồ quang điện. Bộ cách điện cũng có thể được yêu cầu phải trải qua thử nghiệm phóng điện tần số nguồn khô (DPFF) để đảm bảo bộ cách điện không bị thủng ở điện áp dưới điện áp phóng điện. Các thử nghiệm điện bổ sung có thể được thực hiện trên các phụ kiện và dây dẫn bên trong bộ cách điện để xác minh khả năng chịu đựng.
Tổng quan thống kê về các bài kiểm tra
Phân tích kết quả của các thử nghiệm được thực hiện trên 162 bộ cách điện trong khoảng thời gian 5{1} năm được trình bày bên dưới:
Các loại bộ cách điện & linh kiện
Bộ cách điện có nhiều loại thiết kế và vật liệu cách điện khác nhau, tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Bộ cách điện được thử nghiệm trong khoảng thời gian 5{1} năm bao gồm:
• 92 bộ treo
• 49 bộ căng
• 17 dây chữ "V"
• 4 miếng cách điện-tay chéo
Về vật liệu cách điện được sử dụng và thiết kế chất cách điện, bộ chất cách điện được thử nghiệm bao gồm:
• 81 tổng hợp
• Kính 34, nắp & chốt
• 12 ly, nắp & chốt (dây ngắn)
• 27 sứ, thanh dài
• 8 đồ sứ, mũ và ghim
Thành phần quan trọng
Những số liệu trên cho thấy chất lượng của các bộ cách điện hiện nay và nhu cầu kiểm tra liên tục trước khi lắp đặt. Tuy nhiên, có lẽ điều đáng chú ý hơn là cái nhìn sâu sắc về các dạng hư hỏng chính của bộ cách điện. Thông tin chuyên sâu này nêu bật các lĩnh vực mà nhà sản xuất nên đặc biệt chú ý khi thiết kế bộ chất cách điện mới.
Bộ cách điện thanh-dài
Đối với-bộ thanh dài, ba vấn đề tiềm ẩn cụ thể đã được xác định. Các bộ phận kim loại của bộ cách điện có thể dễ bị nóng chảy nếu không được thiết kế tốt. Hơn nữa, thiết kế kém có thể dẫn đến việc nhà kho gần các bộ phận kim loại này bị vỡ. Cuối cùng, hồ quang có thể làm cho kim loại bay hơi khỏi khớp nối bảo vệ của bộ sản phẩm, gây ra hiện tượng 'vũng nước'.
Bộ cách điện composite
Chất cách điện bằng cao su silicon được sử dụng trong chất cách điện composite cho thấy khả năng chống chịu cao khi thử nghiệm hồ quang điện. Tuy nhiên, điểm quan trọng đối với những bộ này là nơi lõi sợi thủy tinh kết nối với các phụ kiện đầu bằng kim loại.
Bộ cách điện Cap & Pin (Thủy tinh hoặc sứ)
Chất cách điện có nắp & chốt thể hiện độ bền cơ học cao sau khi thử nghiệm hồ quang điện. Các lĩnh vực cần quan tâm chính đối với những bộ này là khả năng bị vỡ khung và trong trường hợp bộ kính, việc làm mát các bộ phận nắp & chốt
Phụ kiện bảo vệ:Tải-Phụ kiện bảo vệ khớp nối vòng bi & Phụ kiện hướng hồ quang
Thử nghiệm hồ quang điện gây ra áp lực cơ và nhiệt lên các phụ kiện này lớn hơn nhiều so với thử nghiệm đoản mạch. Điều này phải được tính đến khi thiết kế các phụ kiện bảo vệ của các bộ cách điện các loại.
Ngoài ra còn có nguy cơ vật liệu từ các phụ kiện này nóng chảy lên các bộ phận cách điện. Cũng cần cẩn thận để đảm bảo rằng các phụ kiện bảo vệ không di chuyển trong quá trình phóng hồ quang, điều này có thể dẫn đến chân hồ quang nằm trên các phụ kiện chịu lực-.
Phụ kiện bảo vệ:Vòng Corona, Vòng phân loại
Những phụ kiện này không được thiết kế chủ yếu cho dòng hồ quang nhưng ảnh hưởng đến vị trí của chân hồ quang và cách nó di chuyển. Cũng như các phụ kiện bảo vệ khác, các yếu tố rủi ro ở đây bao gồm vật liệu nóng chảy trên các bộ phận cách điện và sự chuyển động của các phụ kiện khiến chân hồ quang di chuyển ra khỏi vị trí dự kiến. Ngoài ra, những thay đổi về đường viền của các phụ kiện này có thể dẫn đến phóng điện vành và nhiễu vô tuyến quá mức.
Hành vi Power ArcTrong quá trình thử nghiệm
Việc thực hiện các thử nghiệm được xem xét ở trên mang lại cơ hội nghiên cứu chặt chẽ hoạt động của các nguồn điện trong quá trình thử nghiệm. Hai hành vi cơ bản khác biệt đã được quan sát. Trong trường hợp đầu tiên, hồ quang điện chạy giữa các phụ kiện bảo vệ được thiết kế để xác định đường đi của nó (tức là các sừng hồ quang, các vòng hồ quang, v.v.). Đây là trạng thái dự kiến của hồ quang điện và có nghĩa là phần lớn ứng suất từ hồ quang tác dụng lên các phụ kiện bảo vệ và bộ cách điện mà chỉ có tác động hạn chế lên bản thân vật liệu cách điện. Điều quan trọng là loại hành vi này ít ảnh hưởng đến tháp và dây dẫn.
Tuy nhiên, hành vi thứ hai có thể xảy ra khi hồ quang di chuyển dọc theo dây dẫn hoặc tháp. Trong trường hợp này, tác động lên bộ cách điện ít hơn nhiều với ứng suất thấp hơn nhiều trên các phụ kiện bảo vệ và bộ phận cách điện. Tuy nhiên, có tác động tiêu cực lớn hơn nhiều đối với tháp hoặc dây dẫn mang hồ quang.
Hiện tại, IEC61467:2008 không quy định cách hoạt động của hồ quang trong quá trình thử nghiệm. Nó cũng thường không được quy định trong hồ sơ mời thầu cho các dự án lắp đặt hoặc nâng cấp lưới điện. Điều này có thể gây ra một vấn đề thực sự cho các công ty điện lực và nhà sản xuất bộ cách điện. Nếu thiết kế của bộ cách điện dẫn đến hồ quang hoạt động theo cách thứ hai trong hai cách mô tả ở trên thì có khả năng bộ cách điện sẽ vượt qua bài kiểm tra hồ quang điện vì hồ quang không ở gần cái cách điện và do đó không thể làm hỏng nó. Tuy nhiên, nếu bộ như vậy được sử dụng tại hiện trường, bất kỳ hồ quang nào gặp phải sẽ di chuyển dọc theo tháp hoặc dây dẫn đường dây, gây hư hỏng. Hơn nữa, hư hỏng đối với các bộ phận này sẽ tốn kém hơn để sửa chữa và dẫn đến thời gian ngừng hoạt động lâu hơn.
Bản tóm tắt
Nghiên cứu thống kê kết quả thử nghiệm hồ quang điện cho phép xác định được điểm tới hạn của các loại bộ cách điện khác nhau. Điều này mang lại cái nhìn sâu sắc có giá trị cho các nhà sản xuất khi thiết kế các bộ cách điện mới.
Ngoài ra, kinh nghiệm thu được từ các thử nghiệm này đã nêu bật một vấn đề tiềm ẩn với tiêu chuẩn IEC 61467:2008 như được quy định ngày nay. Vì tiêu chuẩn không quy định đặc tính của hồ quang trong quá trình thử nghiệm nên nó có thể cho phép các bộ cách điện có khả năng gây nguy hiểm vượt qua thử nghiệm. Điều này có thể mang lại cho các công ty điện lực cảm giác an toàn giả tạo trong bộ cách điện mà họ đang mua. Để đảm bảo tiêu chuẩn đáp ứng nhu cầu của các tiện ích, nhà cung cấp vật liệu cách điện và nhà sản xuất phụ kiện cách điện, vấn đề này cần được giải quyết. Để thực hiện điều này, hành vi trong quá trình thử nghiệm phải được chỉ định thông qua bản cập nhật theo tiêu chuẩn IEC61467:2008 hoặc thường xuyên trong các tài liệu đấu thầu từ các công ty điện lực. Khóa học sau sẽ yêu cầu tất cả các tiện ích nhận thức rõ hơn về vấn đề này.
https://www.inmr.com/power-arc-thử nghiệm-insulator-sets/