NHỮNG LỰA CHỌN MỚI CHO HỆ THỐNG CÁCH ĐIỆN TRONG MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN

                                                              Ảnh: Dupont

Sự phát triển của vật liệu cách điện mới 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. Như biểu đồ Hình 1 cho thấy, một số vật liệu đã đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế máy biến áp.

Trong khi nửa đầu thế kỷ 20 chứng kiến ​​sự phát triển và kết hợp giữa vật liệu gốc xenlulo để làm chất cách điện rắn [1] 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 nhiệt 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, và phù hợp với mối quan tâm của 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 polyme polyaramit đã biết, được biết đến nhiều nhất dưới tên nylon.

Giấy DuPont™ Nomex®, một loại polyaramit 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 Sựchỉ 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).

 

Sự phát triển của hệ thống cách điện

Trong những năm gần đây, có thể thấy rằng các thiết kế máy biến áp đã phát triển không chỉ để giảm kích thước và trọng lượng của các thiết bị mà còn cải thiện tính linh hoạt trong vận hành của chúng. Nhiều kỹ thuật thiết kế hiện đại hoặc các giải pháp kỹ thuật tiên tiến sẵn có giúp thiết kế trở nên nhỏ gọn và tối ưu hơn. Tuy nhiên, việc sử dụng vật liệu gốc aramid cho phép thay đổi một bước về khả năng tạo ra các thiết kế nhỏ gọn hơn đáng kể khi so sánh với các thiết kế “thông thường” dựa trên chất cách nhiệt xenlulo và dầu khoáng. Những máy biến áp này cũng có thể có tuổi thọ dài hơn vì hệ thống cách nhiệt mới bền hơn về nhiệt. Chúng cũng có khả năng chống chịu tốt hơn với các điều kiện quá tải có thể xảy ra do thời gian bảo trì theo kế hoạch hoặc các nhu cầu ngoài dự kiến ​​do các đợt nắng nóng mùa hè hoặc các tình huống vận hành khác.

Các tiêu chuẩn công nghiệp, cả IEC và IEEE, đều xác định các hệ thống cách điện như vậy có sẵn để sử dụng trong máy biến áp điện. Các tiêu chuẩn xác định các công trình điển hình và cung cấp hướng dẫn về cách sử dụng “vật liệu cách nhiệt nhiệt độ cao”. Ví dụ, Bảng 1 và 2 trình bày các giới hạn nhiệt độ theo IEC 60076-14 [2]. Hướng dẫn tương tự có thể được tìm thấy trong IEEE Std. C57.154 [3].

Một ví dụ minh họa về hệ thống cách điện được thể hiện trong Hình 4. Một hệ thống được phát triển gần đây bao gồm giấy Kraft nâng cấp nhiệt được tăng cường Nomex® trên dây dẫn (gọi tắt là giấy Nomex® 910) kết hợp với các thành phần bảng ép cellulose và dầu khoáng (Hình 4, trên cùng bên phải). Hệ thống này mang lại lợi ích là kéo dài tuổi thọ của hệ thống cách nhiệt khi sử dụng ở nhiệt độ vận hành thông thường nhưng cũng giúp giảm thiểu mức tăng tải có thể do nhu cầu theo kế hoạch hoặc do các hiện tượng khí hậu, nói chung là ngoài kế hoạch.

Một hệ thống khác mới xuất hiện gần đây là hệ thống lai trong đó vật liệu aramid được sử dụng để cách điện dây dẫn, miếng đệm và dải, trong khi các vật liệu khác vẫn được giữ lại trong tấm ép xenlulo. Gần đây, các hệ thống này được kết hợp với chất lỏng este (Hình 4, phía dưới bên trái). Hệ thống này là một phản ứng trước những hạn chế về hỏa hoạn và môi trường ngày càng tăng mà các công ty điện lực có thể thấy, ví dụ như ở các thành phố lớn [4]. Về mặt lịch sử, vật liệu rắn của hệ thống này có liên quan đến dầu khoáng từ những năm 1980 trong các ứng dụng cho máy biến áp di động.

Gần đây, ngày càng có nhiều sự phát triển tập trung vào việc sử dụng chất lỏng este do lợi thế về an toàn cháy nổ và môi trường của chúng. Khả năng chịu nhiệt của chất lỏng este sẽ cho phép sử dụng chúng ở nhiệt độ cao hơn (mặc dù các phương pháp thử nghiệm để đánh giá chính xác hơn khả năng chịu nhiệt của chất lỏng este chỉ đang được phát triển).

Sau đó, thiết kế máy biến áp có thể chuyển từ hệ thống hybrid (Bảng 1) sang hệ thống cách nhiệt nhiệt độ cao tiên tiến hơn (Bảng 2). Các hệ thống này sẽ yêu cầu sử dụng rộng rãi hơn các vật liệu nhiệt độ cao trong kết cấu máy biến áp như minh họa trong Hình 4, phía dưới bên phải. Sự kết hợp giữa chất cách điện aramid và chất lỏng este đã được sử dụng trong nhiều năm trong các máy biến áp nhỏ hơn, ví dụ như bộ phận kéo trên tàu cho đầu máy toa xe và máy biến áp tăng cường tuabin gió nhỏ gọn. Tuy nhiên, nghiên cứu vẫn đang tiếp tục mô tả đặc tính tốt hơn của các hệ thống này và chứng minh hiệu suất cao của chúng.

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.