EnglishNội dung chính
Sự phát triển của vật liệu cách điện đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển thiết kế máy biến áp điện. Hệ thống cách điện cho máy biến áp chứa chất lỏng là sự kết hợp của các vật liệu nhằm cung cấp các đặc tính điện, cơ, nhiệt cần thiết cùng với khả năng tương thích hóa học hoàn toàn để máy biến áp vận hành thành công trong nhiều thập kỷ trong các điều kiện vận hành xác định.
Vật liệu hỗ trợ các giải pháp máy biến áp điện cải tiến
Việc cung cấp các vật liệu rắn như giấy hoặc bìa cũng như chất lỏng điện môi đã không ngừng phát triển trong thế kỷ 20 khi việc sử dụng máy biến áp ngày càng mở rộng thông qua sự phát triển của mạng lưới điện trên toàn thế giới.
HÌnh 1: Sơ đồ vật liệu cách điện cho máy biến áp.
Trong nửa đầu thế kỷ 20 chứng kiến sự phát triển và kết hợp giữa vật liệu gốc xenlulozo để làm chất cách điện rắn và dầu khoáng cho chất lỏng, thì nửa sau thế kỷ đã chứng kiến sự xuất hiện của các vật liệu mới dựa trên polyme tổng hợp.
Với sự ra đời của bột giấy xenlulo chất lượng cao, việc sản xuất giấy xenlulo với hiệu suất được cải thiện đã chứng kiến sự tiến bộ to lớn được bắt đầu vào cuối những năm 1920, khiến nó trở thành lựa chọn chính để cách điện kết hợp với dầu khoáng. Một bước nữa là sự ra đời của giấy Kraft (TUK) được nâng cấp nhiệt vào những năm 1960. Vào thời điểm đó, mục đích là cải thiện độ ổn định nhiệt của lớp cách điện bằng giấy, một yếu tố hạn chế khi máy biến áp phải vượt qua các cấu hình tải đầy thử thách hoặc cần đáp ứng các hạn chế nghiêm ngặt hơn về kích thước và trọng lượng.
Cùng lúc đó ngành công nghiệp hóa chất trong việc phát triển các sản phẩm có đặc tính tiên tiến, giấy tổng hợp 100% đã được phát triển dựa trên polymer polyamit đã biết, được biết đến nhiều nhất dưới tên nylon.
Ở đây một lần nữa, để khắc phục giới hạn nhiệt của nylon, polyme đã được biến đổi để tích hợp các vòng thơm giúp cải thiện hiệu suất nhiệt (Hình 2).
Giấy DuPont™ Nomex®, một loại polyamit thơm, còn được gọi là aramid đã ra đời. Với cấp nhiệt 220 trong không khí, nó ban đầu được sử dụng trong các hệ thống cách điện cho máy biến áp loại khô và máy quay. Phải mất chưa đầy 10 năm, ngành điện sản xuất máy biến áp chạy bằng dầu mới coi nó là chất cách điện cho dây dẫn.
Lợi thế của nó là khả năng chịu nhiệt đáng kể kết hợp với các đặc tính cơ và điện tuyệt vời, mặc dù nhiệt độ áp dụng phải giảm do khả năng chịu nhiệt của chất lỏng điện môi bị hạn chế.
Trong lĩnh vực giấy cách điện, không có bước kỹ thuật nào có thể so sánh được trong thế kỷ 20 và chỉ đến đầu thế kỷ 21 , một loại giấy khác kết hợp lợi ích của các thành phần cellulose nâng cấp nhiệt và aramid mới được phát triển.
Một thế hệ giấy nâng cấp nhiệt mới đã được giới thiệu, tận dụng DuPont™ Nomex® để đạt được độ ổn định nhiệt được cải thiện so với giấy Kraft được nâng cấp nhiệt thông thường (Hình 3).
Hình 2: DuPont™ Nomex® meta-aramid, poly(meta-phenyleneisophthalamide)
Hình 3. Cấu trúc DuPont™ Nomex® 910
Song song với sự phát triển của giấy, chất lỏng cách điện cũng có những bước phát triển lớn trong thế kỷ 20. Đầu tiên, các chất lỏng như PolyChlorinated Biphenyl’s (được gọi là PCB) được giới thiệu vào những năm 1940 dưới dạng chất làm mát điện môi và sau đó được thay thế bằng dầu silicon vào những năm 1970 vì chúng được phát hiện là có hại cho sức khỏe con người. Sau đó là sự phát triển của chất lỏng este, tổng hợp vào những năm 1980 và tự nhiên vào giữa những năm 1990. Người ta không ngừng tìm kiếm các giải pháp có thể mang lại những lợi ích bổ sung như khả năng chống cháy hoặc gần đây hơn là khả năng phân hủy sinh học. Tuy nhiên, ngày nay dầu khoáng vẫn là chất lỏng cách điện chính cho máy biến áp ngâm trong chất lỏng.
Điều quan trọng nữa là phải chỉ ra rằng một loại vật liệu chính khác cũng rất quan trọng đối với sự phát triển của các hệ thống cách điện tiên tiến, đặc biệt là với sự gia tăng điện áp hoạt động mà lưới điện đã chứng kiến. Gần 100 năm trước, bảng ép Kraft đã được phát minh cho phép phát triển các bộ phận cách điện sẽ trở nên quan trọng trong các máy biến áp điện áp cao và cực cao. Khoảng 50 năm sau, một loại tấm ép khác quan trọng cho sự phát triển hệ thống cách nhiệt tiên tiến cho máy biến áp điện đã được phát minh: tấm ép aramid. Bảng ép DuPont™ Nomex® tuân theo nguyên tắc tương tự như bảng ép Kraft, tức là kết hợp các thành phần cụ thể đã biết dành riêng cho các ứng dụng điện và quy trình sản xuất liên quan đến khả năng ép vẫn còn duy nhất cho đến ngày nay. Tấm ép aramid này cũng cung cấp khả năng chịu nhiệt được cải thiện so với tấm ép Kraft.
Mặc dù sự phát triển vật liệu này có thể không mô tả những thay đổi duy nhất xảy ra trong 100 năm qua về vật liệu cách điện cho máy biến áp chứa chất lỏng, nhưng chúng chỉ ra các loại quan trọng được sử dụng trong máy biến áp ngày nay nhằm đáp ứng những hạn chế ngày càng tăng mà máy biến áp phải đối mặt.
Các bộ phận cách điện dựa trên aramid mới
Kế hoạch sử dụng rộng rãi hơn chất cách điện aramid trong hệ thống cách điện cao áp của máy biến áp điện thúc đẩy sự phát triển mới cho các bộ phận cách điện cải tiến. Ví dụ là sự phát triển của các thành phần cách điện cuối 3 chiều đã được định hình, chẳng hạn như các vòng góc, mõm thoát chì và bộ bảo vệ cạnh. Đối với một số thành phần này, cần phải sử dụng tấm aramid có thể tạo hình ướt. Sự phát triển trước hết tập trung vào việc xác định loại vật liệu aramid ướt phù hợp nhất để tạo thành hình dạng 3D cần thiết của các bộ phận cách điện điển hình. Sau đó, vật liệu được đánh giá cho hai quá trình tạo hình điển hình:
- máy tạo hình cho các phần vòng góc đều đặn hơn (nắp và vòng cổ),
- đúc bằng tay cho các hình dạng kết hợp phức tạp hơn, ví dụ như mõm thoát quanh co.
Việc tối ưu hóa quy trình đã dẫn đến việc phát triển các bộ phận phù hợp với hiệu suất cơ học và điện môi tiêu chuẩn của các bộ phận dựa trên cenlulozo thông thường.
Hình 4. Bố trí thử nghiệm đo phóng điện cục bộ trên tấm aramid nhiều lớp sau khi lão hóa trong este tổng hợp (Ảnh: DuPont/Siemens Energy)
- Tấm ép aramid mật độ cao – ở dạng tấm lớn như tấm được sử dụng cho tấm nhiều lớp, hoặc
- Tấm ép aramid mật độ thấp hơn – có sẵn ở dạng tấm lớn hơn và linh hoạt hơn nhưng cần chú ý nhiều hơn trong quá trình xử lý do ảnh hưởng của độ ẩm không khí đến độ ổn định kích thước.
Hình 5. Ví dụ về bộ cách nhiệt với xi lanh quấn được tạo hình từ tấm ép aramid mật độ cao Nomex® 994 PSB (Ảnh: DuPont™)
Tóm tắt
Các tùy chọn được cung cấp bởi sự kết hợp của các vật liệu cách điện khác nhau cho phép các nhà thiết kế linh hoạt hơn trong việc phát triển máy biến áp có thể hoạt động trong môi trường có những hạn chế mới đang phát triển, cho dù chúng liên quan đến hạn chế về không gian và trọng lượng, biên dạng tải hay nhiệt độ môi trường. Vật liệu vẫn là một trong những yếu tố quan trọng giúp thiết kế máy biến áp tiếp tục phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu của người dùng cuối.
Liên hệ:
Achilles là nhà phân phối các sản phẩm vật liệu cách điện như giấy cách điện Nomex, phim cách điện Kapton Dupont, vật liệu phủ cách điện vecni của Elantas.
Để biết được thông tin chi tiết về sản phẩm cũng như được tư vấn thêm về kỹ thuật cho phù hợp với ứng dụng cách điện của bạn, liên hệ với chúng tôi theo số Hotline 098 469 4884 (Ms.Đức) hoặc email: info@achilles.com.vn.