Báo cáo Đánh giá khả năng phục hồi cách điện bề mặt của silicon sử dụng trong cách điện cao áp chế tạplasma)

Bé C«ng th−¬ng tËp ®oµn ®iÖn lùc ViÖt Nam ViÖn n¨ng l−îng Báo cáo tổng kết Đề tài cấp bộ M· sè: I-146 7182 17/3/2009 Hµ néi - 10/2008 Chñ nhiÖm ®Ò tµi: NguyÔn Thanh Hải ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHỤC HỒI CÁCH ĐIỆN BỀ MẶT CỦA SILICON SỬ DỤNG TRONG CÁCH ĐIỆN CAO ÁP CHẾ TẠO BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE PHỦ SILICONE SAU KHI CHỊU TÁC ĐỘNG PHÁ HUỶ BỀ MẶT (PHÓNG ĐIỆN/PLASMA) 1 2 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁCH ĐIỆN COMPOSITE 6 1.1. Giới thiệu chung 8 1.2. Vỏ polymer và lớp phủ cao su silicone của cách điện composite 31 1.3. Các phương pháp kiểm tra cách điện composit 35 1.4. Kết quả kiểm tra cách điện composit 38 1.5. Xếp hạng vật liệu đối với cách điện ngoài trời 42 1.6. Hiệu ứng phân cực điện áp khi vận hành 45 1.7. Các đặc tính nhiễm bẩn lên cách điện polime 46 CHƯƠNG II : ĐẶC TÍNH KHÔNG DÍNH NƯỚC CỦA CAO SU SILICONE 48 2. 1. Những đặc tính của cao su silicone- polydimethylsiloxane 49 2. 2. Cách điện cao áp ngoài trời với thành phần cao su silicone 51 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHỤC HỒI ĐẶC TÍNH KHÔNG DÍNH NƯỚC CỦA CAO SU SILICONE SAU KHI CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA VẦNG QUANG/PLASMA 56 3.1. Vật liệu 3.2. Các điều kiện thử nghiệm trong quá trình chịu tác động của các phóng điện 56 3.3. Các phương tiện, thiết bị sử dụng để đo đạc xác định các đặc tính của vật thử nghiệm 58 3 3.4. Các kết quả thực nghiệm 59 CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÁCH ĐIỆN COMPOSITE TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 70 4.1. So sánh cách điện gốm truyền thống với cách điện composite (polymer) 70 4.2. Ứng dụng cách điện composite tại hệ thống điện Việt Nam 71 4.3. Một số sản phẩm cách điện composite được chào bán trên thị trường Việt Nam 72 KẾT LUẬN 78 PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 115 4 Những chữ viết tắt HTĐ: Hệ thống điện VLC: Vật liệu composite Cao su silicone: SIR Polydimethylsiloxane: PDMS HTĐ: Hệ thống điện DDK: Đường dây tải điện trên không SIR –HTV : Cao su silicone lưu hóa ở nhiệt độ cao 5 MỞ ĐẦU Cách điện bằng sứ và thủy tinh là những cách điện được sử dụng phổ biến từ trước đến nay trong Hệ thống điện của Việt Nam. Trên thực tế, khi sử dụng loại cách điện này thường hay gặp phải một số vấn đề như: trọng lượng quá nặng, thường xuyên phải bảo dưỡng, tuổi thọ rất thấp khi hoạt động trong môi trường ô nhiễm. Bên cạnh những ưu điểm như độ bền cơ lý cao, dễ dàng thay đổi chiều dài chuỗi đối với cách điện đường dây, không bị lão hóa dưới tác động của thời tiết thì cách điện ngoài trời bằng sứ và thủy tinh dễ bị phóng điện dẫn đến phá hủy trong các môi trường khắc nghiệt và có độ nhiễm bẩn cao. Mặc dù đã có nhiều biện pháp cải tiến như tăng thêm chiều dài chuỗi sứ, vệ sinh sứ định kỳ hay sử dụng sứ có đường rò dài hơn nhưng quá trình phóng điện bề mặt gây ra hư hỏng vẫn xảy ra thường xuyên. Giải pháp tối ưu mới được áp dụng trong vài năm gần đây và tỏ ra có hiệu quả là sử dụng cách điện bằng vật liệu composit đã và đang được sử dụng ngày càng nhiều trong các thiết bị điện cao áp và siêu cao áp ngoài trời trên toàn thế giới. Sự phát triển mạnh mẽ của cách điện composit là do những ưu điểm vượt trội của chúng so với cách điện thuỷ tinh và cách điện sứ thông thường. Chuỗi cách điện composit với lớp phủ bằng cao su silicon là minh chứng rõ ràng cho điều đó. Chuỗi cách điện có các đặc tính như: • Chống được ăn mòn • Có khả năng tự làm sạch bề mặt trong điều kiện không có mưa. (Thông qua cơ chế: Bụi bám trên bề mặt sẽ bị gom lại thành từng giọt như hình trên và khi nước bốc hơi sẽ mạng bụi bám đi theo) 6 • Không thấm nước • Chống được sự phá huỷ của tia cực tím. • Các tính chất lý hoá không bị thay đổi dưới tác động của nhiệt độ từ 140oC đến 320oC. • Hoạt động được trong môi trường ô nhiễm nặng như trong môi trường sương muối, axit, bụi bẩn công nghiệp... Cao su silicone là thành phần quan trọng nhất của cách điện composite vì chúng có nhiệm vụ chống lại các hiện tượng phóng điện bề mặt, các tác động của thời tiết. Tuổi thọ của cách điện phụ thuộc phần lớn vào chất lượng lớp phủ này. Trong các loại vật liệu phủ này thì lớp phủ cao su silicone được cho là có ưu điểm nhất. Đây là ưu điểm vượt trội của cao su silicone so với các chất cách điện khác và cũng chính là nội dung của đề tài này: Nghiên cứu khả năng phục hồi cách điện bề mặt của silicon sử dụng trong cách điện cao áp chế tạo bằng vật liệu composite phủ silicon sau khi chịu các tác động phá huỷ bề mặt (phóng điện, plasma) Với những đặc trưng như trên, cao su silicon nguyên chất đã được ứng dụng vào vật liệu cách điện cho đường dây trên không một cách rất hiệu quả. Tuy nhiên, việc sử dụng vật liệu cách điện composite trong các thiết bị này dưới tác động của điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm của Việt Nam thì chưa được quan tâm đúng mức. Do đó các nghiên cứu về tuổi thọ, quá trình già hoá và khả năng phục hồi của vật liệu cách điện composite còn rất hạn chế hoặc chưa chưa được đề cập một cách chi tiết và cụ thể. Nghiên cứu này sẽ đề cập đến các vấn đề về 7 cách điện composite phủ silicone, phân tích các tính chất đặc thù của silicone như đặc tính không dính nước của silicone và đặc biệt là khả năng phục hồi tính chất này (chính là khả năng cách điện) trên bề mặt sau khi chịu các tác động phá hủy như phóng điện bề mặt (vầng quang hay cầu khô), plasma. Ứng dụng để cải thiện vật liệu cách điện composite trong quá trình sản xuất. Nội dung nghiên cứu bao gồm các phần sau: o Tổng quan về cách điện composite o Phân tích thành phần, tính chất và đặc tính của cách điện composite phủ silicone. o Nghiên cứu bản chất tính không dính nước của silicone, năng lượng mặt ngoài và dòng rò trên bề mặt silicone vai trò của tính chất này trong khả năng cách điện của silicone và đặc điểm của chất này trong quá trình sử dụng. o Nghiên cứu khả năng phục hồi các tính chất này sau khi lớp phủ chịu những tác động phá hủy như phóng điện bề mặt, plasma. o Nghiên cứu khả năng ứng dụng trong điều kiện Việt nam, đánh giá tuổi thọ và tình trạng làm việc trong điều kiện này 8 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁCH ĐIỆN COMPOSITE Cách điện cao áp bằng composit đã được thừa nhận và lắp đặt ở ngoài trời tại những nơi nguy hiểm ngày càng tăng trên khắp thế giới. Hiện tại chúng chiếm tới 60 đến 70% trên tổng số cách điện được lắp đặt mới tại Bắc Mỹ. Sự tăng trưởng khác thường của việc sử dụng nhiều cách điện composit là do những ưu điểm vượt trội của chúng so với cách điện thuỷ tinh và cách điện sứ thông thường. Các ưu điểm này bao gồm : khối lượng nhẹ, độ bền cơ trên tỉ lệ trọng lượng cao hơn, chống lại các hành động phá hoại, có khả năng tốt hơn trong các môi trường ô nhiễm nặng và trong điều kiện ẩm ướt, đồng thời chúng có thể chịu được điện áp tương đương hoặc tốt hơn so với cách điện sứ và thuỷ tinh. Tuy nhiên, do cách điện composit là vật liệu mới, nên chưa thể đánh giá đánh giá được về tuổi thọ cũng như độ tin cậy trong thời gian dài, và do đó chưa được người sử dụng quan tâm nhiều. Cộng với việc chúng có thể chịu đựng được sự xói mòn và không tạo ra các đường dẫn trong điều kiện nhiễm bẩn lớn và độ ẩm cao. Những điều này dẫn đến việc phát triển việc phóng điện cầu khô và dưới một tình huống nào đó có thể gây ra các sự cố đối với cách điện polyme. Trong tài liệu này giới thiệu những kinh nghiệm thực tế gần đây khi sử dụng cách điện cao áp composit ở ngoài trời, các phương pháp kiểm tra, sự già hoá, sự xếp hạng vật liệu, vai trò của các chất độn tăng cường, vai trò của các thành phần khối lượng phân tử thấp hiện có trong cách điện. Các cơ chế tạo ra việc mất đi và hồi phục lại tính sợ nước, một trong những đặc tính quan trọng nhất của polime, các cơ chế phá hỏng, việc xác định các lỗi, các dạng và số lượng nhiễm bẩn tự nhiên, các hiệu ứng dưới mưa, ảnh hưởng của Hidrocacbon, của không khí và gió, các phương pháp khác nhau để tối ưu hoá khả năng cách điện và đưa ra một 9 phương pháp mới để đánh giá tình khả năng của cách điện polime trong điện trường. Trong các phần tiếp theo của chương, cấu trúc, những đặc điểm cách điện cùng với khả năng chịu tác động môi trường vận hành của các thành phần cấu tạo nên cách điện composite như lõi cách điện bằng tổ hợp sợi thủy tinh epoxy; vỏ cách điện bằng polymer với lớp phủ cao su silicone. 1.1. Giới thiệu chung Cách điện composite đã được sử dụng ngày càng nhiều trong cả dải điện áp truyền tải và phân phối đồng thời chiếm được một thị phần rộng hơn. Sự thúc đẩy chủ yếu mức tăng trưởng thực sự như vậy vì tại những vị trí được cảnh báo thường gặp thì những ưu điểm lớn của chúng so với các cách điện vô cơ (chủ yếu là cách điện sứ và thuỷ tinh) được phát huy. Một trong những ưu điểm chính của cách điện composite đó là năng lượng bề mặt của chúng thấp cùng với việc duy trì được đặc tính chống đọng nước bề mặt trong các điều kiện thời tiết ẩm như sương mù, sương muối và mưa. Các ưu điểm khác bao gồm : do trọng lượng nhẹ nên kinh tế hơn khi thiết kế cột hoặc có thể lựa chọn việc nâng cấp điện áp của hệ thống hiện có mà không cần thay đổi kích thước cột. Một ví dụ về điều này là trường hợp của nước Đức đã tăng điện áp từ 245 đến 420kV và ở Canada, nơi 2 đường dây 115kV dài 50km đã được nâng lên 230 kV bằng cách sử dụng cách điện composite dạng chữ V nằm ngang trên các cột cũ. Trọng lượng nhẹ của các chuỗi cách điện composit cũng cho phép tăng khoảng cách giữa dây dẫn và đất cũng như khoảng cách pha-pha từ đó làm giảm cường độ điện trường và từ trường, giảm ảnh hưởng của chúng đến môi trường công cộng. Trọng lượng nhẹ của cách điện composit cũng giúp tránh được việc phải sử dụng 10 các trục nặng khi giữ và lắp đặt cách điện, điều này giúp tiết kiệm chi phí, do tỉ lệ độ bền cơ trên trọng lượng cao hơn nên có thể xây dựng các cột với khoảng cách dài hơn, cách điện đầu cột cũng ít xảy ra việc phá hỏng nghiêm trọng do các hành động phá hoại như là bắn đạn súng săn, đây cũng là nguyên nhân gây ra việc cách điện sứ bị vỡ và rơi xuống đất, có khả năng tốt hơn nhiều so với cách điện sứ khi lắp đặt ngoài trời trong các điều kiện bị ô nhiễm nặng nề cũng như trong các cuộc kiểm tra ngắn hạn kết hợp với phương pháp quan sát hình dáng của cách điện, có thể chịu đựng điện áp tương đương hoặc cao hơn so với cách điện sứ và thuỷ tinh. Việc lắp đặt dễ dàng nên có thể tiết kiệm được chi phí nhân công đồng thời khi sử dụng cách điện composit làm giảm chi phí bảo trì và chi phí vệ sinh cách điện, mà đối với cách điện sứ và thuỷ tinh thì việc vệ sinh này đòi hỏi phải được thực hiện thường xuyên trong các môi trường nhiễm bẩn nặng. Những nhược điểm chính của cách điện composit như sau : chúng là đối tượng để diễn ra những thay đổi hoá học trên bề mặt do thời tiết hoặc do phóng điện cầu khô, khi bị ăn mòn và tạo thành các đường dẫn, đó chính là những nguyên nhân chính dẫn đến việc phá hỏng cách điện, tuổi thọ trung bình của cách điện cũng rất khó đánh giá, chưa biết được độ tin cậy lâu dài đồng thời rất khó xác định được lỗi của cách điện. Cách điện composite gồm có 3 thành phần và thiết kế của từng thành phần phải tối ưu hoá để thoả mãn khả năng chịu tác động cơ và điện trong suốt thời gian vận hành của cách điện, tức là trong khoảng từ 30 đến 40 năm. Các thành phần bao gồm: 11 a) Lõi cách điện là các thanh polymer gia cường làm bằng sợi thuỷ tinh (FRP : fiberglass reinforce polymer). Đây là một sự gia cường với polieste, vinyl este hoặc nhựa epoxy để cung cấp thêm độ bền cơ. Nhựa epoxy FRP là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất để làm các thanh gia cường này. Các đầu cực kim loại thì được làm bằng dạng thép tôi, sắt đúc mềm, sắt mềm hoặc nhôm và chúng được lựa chọn để làm tăng thêm độ bền cơ đồng thời chống lại sự ăn mòn. Hình dạng của chúng cũng rất quan trọng vì để hạn chế khả năng tạo ra phóng điện corona và đây chính là nguyên nhân làm vật liệu polime trở nên giòn và có thể bị vỡ, dẫn đến việc phá hỏng cách điện do độ ẩm thấm vào bên trong thanh gia cường bằng sợi thuỷ tinh. Trong nhiều thiết kế hiện nay, đầu cực kim loại kết hợp với một chất bịt kín bằng silicon và đều được ép vào thanh gia cường. Trong một thiết kế gồm 2 vòng đai hình 0 để đảm bảo khả năng bịt kín chống lại việc độ ẩm có thể thấm vào thanh FRP mà kết quả của việc này là xảy ra việc nứt vỡ và ăn mòn cách điện. b) Vỏ cách điện được làm bằng vật liệu polymer là thành phần cách điện chính tạo chiều dài cách điện thích hợp với độ dài dòng rò tương ứng với từng cấp điện áp và chủng loại cách điện. Vỏ được ép chặt vào lõi để đảm bảo độ bền cơ học. c) Lớp phủ chống lại tác động của thời tiết có một yêu cầu về độ lớn khe hở và hiện nay được cung cấp thêm với các loại vật liệu khác nhau, hình dạng, đường kính, độ dày và khoảng cách khác nhau. Vật liệu tạo ra lớp phủ chống lại tác động của thời tiết của cách điện cao áp có thể bao gồm : dimetylpolysiloxane EPDM, EPR, EPM, hợp chất của EPDM và silicon, etylen vinyl acetate (EVA), cycloaliphatic và nhựa epoxy aromatic. Đối với các cách điện điện áp thấp đặt ngoài trời hoặc cách điện trong nhà thì dùng 12 thêm polietilen mật độ cao (HDPE), polytetrafluor-etilen (PTFE), polyurethene (PUR), polyolefin elastomer và các vật liệu khác. Đối với nghiên cứu này, chủ yếu tập trung nghiên cứu về lớp phủ cao su silicone dimetylpolysiloxane EPDM hiện tại đang được dùng phổ biến nhất trên thế giới. Hình 1.1. Sơ đồ cầu trúc cách điện composite 1.1.1. Tổng quan về lõi composite của cách điện 1.1.1.1. Thành phần Composite là một loại vật liệu nhân tạo. Nó được hình thành và ứng dụng đã lâu nhưng trong những thập niên gần đây mới được phát triển mạnh. Vật liệu Composite so với các loại vật liệu truyền thống nó có nhiều ưu điểm nổi bật như : chất điện môi tốt (góc tổn hao nhỏ, điện trở suất lớn), tính chất cơ học 13 rất tốt, nhẹ, khả năng chịu nhiệt, chịu mài mòn, chịu tác dụng của môi trường hóa chất tương đối tốt, kích thước và hình dáng đa dạng. Do đó, chúng ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành khoa học kỹ thuật và công nghiệp hiện đại như : hàng không vũ trụ; đóng tàu; kỹ thuật điện; ô tô cơ khí; dầu khí; xây dựng dân dụng và trong đời sống v.v… Dưới góc độ kỹ thuật, vật liệu Composite là tổ hợp của 2 hoặc nhiều vật liệu thành phần có bản chất hoàn toàn khác nhau. Một trong các vật liệu thành phần làm nhiệm vụ liên kết được gọi là chất liên kết hay nền (matrix). Còn vật liệu thành phần chính thứ hai có chức năng chính là truyền tải và chịu tải (điện áp, nhiệt độ …) được gọi là cốt hay chất tăng cường. Nhiệm vụ đầu tiên của chất tăng cường là phát huy đặc tính riêng của mình, đó là tính bền và tính cứng, khả năng chịu được điện áp, cách điện, chịu nhiệt cao, chịu mài mòn.v.v… Các tính chất tổ hợp và trội của vật liệu Composite hoàn toàn khác với các tính chất của vật liệu thành phần khi để riêng rẽ tuy rằng trong vật liệu Composite các tính chất riêng của từng vật liệu thành phần không hoàn toàn bị mất đi. Đối với vật liệu Composite hiện đại và mới, ngày nay vật liệu nền thường là vật liệu kim loại, polymer, thủy tinh và gốm sứ. Đối với các chi tiết và kết cấu làm việc trong môi trường điện áp và nhiệt độ cao, việc chọn vật liệu nền là kim loại, polymer, thủy tinh và gốm sứ là điều cần thiết. Chất tăng cường có thể ở dạng hạt, dạng sợi, dạng dây mảnh hoặc ở dạng vải dệt, chúng được sắp xếp và bố trí theo phương tác dụng của lực. Thông thường vật liệu tăng cường là pha gián đoạn và nền là pha liên tục. Dạng đơn giản nhất của vật liệu Composite chỉ bao gồm từ 2 vật liệu thành phần. Tuy nhiên trong ứng dụng thực tế, khi cần thiết ta thường cho thêm chất phụ gia, ví dụ 14 như chất tăng cường bám dính, chất độn, chất màu, chất đóng rắn, chất làm mềm. v.v… Vật liệu nền có 3 nhiệm vụ sau : + Tạo ra hình dáng và giữ được hình dáng của chi tiết và kết cấu. + Giữ cho sợi ổn định trong lòng vật liệu Composite, bảo vệ sợi trước sự tác dụng bên ngoài của môi trường. + Phân bố đều ứng suất và truyền lực cho chất tăng cường. Mặc dù hầu như toàn bộ đồ bền và độ cứng do chất tăng cường quyết định nhưng vật liệu nền cũng có thể gây ra phá hủy cho vật liệu Composite nếu ứng suất quá lớn xuất hiện ở các hướng không được tăng cường bằng vật liệu cốt. Trong việc thiết kế các kết cấu và chi tiết nếu dùng vật liệu Composite ta có một ưu điểm lớn là có thể lựa chọn tự do kết cấu của các lớp, qua đó ta có thể thực hiện được mức độ trực hướng và dị hướng của vật liệu Composite theo ý muốn chủ quan, có nghĩa là ta có thể điều khiển theo ý muốn hướng của sợi theo hướng tác dụng của ngoại lực hay đường đi của lực trong kết cấu. Qua đó ta có thể điều khiển được độ cứng và độ bền theo từng vị trí và từng vùng của chi tiết cũng như kết cấu. Vì vậy, các kết cấu cũng như chi tiết có thể được thiết kế có hình thù, kích thước, bề dày ở từng vùng, từng chỗ phù hợp với độ bền, độ cứng, độ biến dạng. Vật liệu composite cốt sợi/nhựa hữu cơ (sợi thường dùng là thủy tinh, cacbon, kevlar ..; nhựa thường dùng là nhựa epoxy, polyeste …) có rất nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp hiện đại và đời sống. Tùy thuộc vào sự phân bố của sợi trong nhựa, người ta phân biệt vật liệu composite ra: Composite đồng phương (hình 1.2.a), Composite “Mat” (hình 1.2.b), Composite vải (hình 1.2.c). 15 c)b)a) Hình 1.2: Lớp vật liệu Composite Dưới góc độ cơ học, vật liệu Composite được xếp vào 3 nhóm chính: Composite đẳng hướng (hình 1.3.a), Composite đẳng hướng ngang (hình 1.3.b), và Composite trực hướng (hình 1.3.c). a) b) c) Hình 1.3 :Vật liệu Composite lớp Trong thực tế, ta thường gặp vật liệu composite lớp dưới dạng tấm hoặc vỏ, chẳng hạn tấm có thể gồm nhiều lớp đồng phương, nhiều lớp vải, nhiều lớp « Mat », hoặc là tổ hợp của các lớp đồng phương, vải và mat ; vật liệu trong mỗi lớp có thể khác nhau, phương của cốt trong các lớp cũng khác nhau vv … Hình 1.4. giới thiệu mô hình của vật liệu composite lớp. θθ θ 9000 900 0 00θ Hình 1.4 : Mô hình của vật liệu composite lớp 16 Vật liệu composite nền nhựa cốt sợi còn có ưu điểm là khả năng dập tắt dao động của cấu trúc tốt hơn, tính dãn nở nhiệt thấp, tính dẫn nhiệt nhỏ, khả năng chống ăn mòn cao. Một số vấn đề cần lưu ý trong kết cấu bằng vật liệu composite : Tuy vật liệu composite nền nhựa có nhiều ưu điểm nhưng vật liệu composite nền nhựa có độ bền nhiệt tương đối thấp, rất nhạy cảm với ảnh hưởng của độ ẩm, của môi trường nước và chất lỏng cũng như áng sáng. Do cấu trúc của vật liệu composite hoàn toàn khác so với cấu trúc của các loại vật liệu truyền thống cho nên ứng xử phá hủy của cấu trúc vật liệu composite cũng khác so với ứng xử phá hủy của các cấu trúc kim loại. Ở kim loại, sự phá hủy thường được mở đầu bằng việc hình thành các vết nứt và sau đó là sự phát triển của các vết nứt, còn ở vật liệu composite có thể có rất nhiều cơ chế phá hủy. Việc phân bố ngẫu nhiên các cơ chế phá hủy dẫn đến việc xác định các hằng số đặc trưng của vật liệu composite có các giá trị khá tản mạn. 1.1.1.2. Sử dụng vật liệu composite trong tương lai Nhờ những ưu việt nổi bật mà vật liệu composite không ngừng được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành công nghiệp nói chung và kỹ thuật điện nói riêng. Số lượng vật liệu composite được sử dụng hàng năm ở tất cả các nước trên thế giới tăng nhanh ví dụ : riêng ở thị trường Châu Âu sau 7 năm (1981-1988), lượng vật liệu composite được sử dụng đã tăng lên trên 500.000 tấn (Hình 1.5). 17 16 12 8 4 14 10 6 2 0 -2 -4 -6 -8 S ù t ¨n g lª n s o v í i n ¨m t ru í c [% ] 10 00 t Ên 1200 1000 800 600 400 200 0 19881987198619851984198319821981 Hình 1.5 : Số lượng vật liệu composite được sử dụng hàng năm và tốc độ tiêu thụ vật liệu composite của năm sau so với năm trước trên thị trường châu Âu. Đối với các kết cấu mà trọng lượng được chọn làm chỉ tiêu thiết kế đầu tiên thì rõ ràng vật liệu composite nền nhựa được tăng cường bằng các sợi (sợi thủy tinh, sợi Aramid và sợi các bon) đã được khẳng định chắc chắn chỗ đứng của mình. Và được phân bố theo tỷ lệ vật liệu nền và vật liệu sợi như ta thấy ở hình 1.6. 18 Sîi AramidSîi thñy tinh S Sîi Cacbon Nhùa Polyimide 19921985 19921985 Sîi Aramid Mét sè lo¹i kh¸c Mét sè lo¹i kh¸c Nhùa Epoxide Nhùa nhiÖt dÎo Nhùa Polyimide Mét sè lo¹i kh¸c Sîi Cacbon Sîi thñy tinh S andere Thermo plasle 1500t Poly imide 750t andere Thermo plasle 300t Poly imide 200t Epoxide 3500t Epoxide 1500t Aramid - fasern 2500t S-Glass - fasern 2000t Kohlenstoffasern 4000t Kohlenstoffasern 1500t Aramid - fasern 1000tS-Glass - fasern 750t Hình 1.6 : Sự phát triển của thị trường tiêu thụ vật liệu nền và vật liệu sợi ở Mỹ. 19 1.1.1.3. Tình hình nghiên cứu vật liệu composite nền nhựa epoxy ở Việt Nam và thế giới Hiện nay các nước tiên tiến trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về vật liệu cách điện Composite đặc biệt là quá trình già hoá và phá huỷ vật liệu (sự xâm nhập của điện tích làm thay đổi phân bố trường, sự hình thành phóng điện cục bộ và hình thành cây điện - electrical treeing). Do điều kiện vận hành của các thiết bị điện cao áp mà các nghiên cứu này thường xét đến sự ảnh hưởng của điện trường và nhiệt độ lên cách điện. Các tác nhân già hoá thường được mô phỏng để nghiên cứu là già hoá bởi điện trường bằng cách tác dụng lên vật liệu một số lần điện áp xung với giá trị cực đại khoảng vài chục kV/mm, và tác dụng nhiệt độ … Đối với ảnh hưởng của độ ẩm thì các nghiên cứu chưa được đề cập đến nhiều do đặc thù khí hậu của các nước này là khô và độ ẩm thấp. Nội dung chủ yếu của các nghiên cứu này là xét đến sự ảnh hưởng và tác động của Hình 1.7: Một ví dụ về ảnh hưởng của nước lên mặt tiếp giáp của VLC: (1) mặt tiếp giáp bị ẩm, (2) hình thành vết phồng giữa mặt tiếp giáp, (3) các liên kết bị đứt.[25] 1 2 3 20 nước lên mặt tiếp giáp (hình 1.7), làm suy giảm đặc tính cơ, lý, hoá của vật liệu composite trong điều kiện vận hành như làm mát bằng nước, do nước mưa, hoặc gia tốc. Như vậy, có thể nhận thấy rằng hạn chế của các nghiên cứu này đến ngày nay là chỉ xét đến ảnh hưởng của điện trường và nhiệt độ hoặc chỉ là sự xâm nhập của nước vào trong vật liệu trong điều kiện đơn giản mà không có sự kết hợp của cả ba tác nhân (nhiệt độ + độ ẩm cao dưới tác động của điện trường). Đây là vấn đề khoa học mà hiện tại cần thiết phải tiến hành nghiên cứu. Ở nước ta hiện nay, vật liệu composite đã được sử dụng trong một số lĩnh vực công nghiệp tuy số lượng chưa nhiều nhưng tốc độ ngày một tăng rất nhanh. Cách điện ngòai trời bao gồm cách điện treo trên đường dây tải điện, cách điện đỡ ngòai trạm biến áp với thành phần composite đã được đưa vào vận hành trong hệ thống điện Việt Nam ngày càng nhiều. Nhiều cơ sở nghiên cứu trong nước đã tập trung đầu tư, nghiên cứu và triển khai ứng dụng vật liệu mới phục vụ công nghiệp quốc phòng, công nghiệp dân sinh và đã đạt được một số thành tựu như: cách điện trong của máy biến áp (công ty cổ phần chế tạo thiết bị điện Đông Anh), các công sự và lô cốt ngầm, vòm chứa máy bay, bể chứa, ống dẫn nước thải bằng Vật liệu composite nền nhựa (trường ĐH Bách Khoa Hà Nội); Xuồng máy, dụng cụ gia đình (Viện Khoa học Việt Nam); nhà lắp ghép, tàu xuồng (Viện nghiên cứu vật liệu mới – TP.HCM) và một số sản phẩm khác của một số cơ sở nghiên cứu và sản xuất khác trong nước. Tuy vậy, số lượng các công trình nghiên cứu cả về lí thuyết lẫn thực nghiệm về lĩnh vực này ở trong nước chưa được nhiều đặc biệt là các nghiên cứu về ảnh hưởng của môi trường nhiệt đới (nhiệt độ và độ ẩm cao). 21 1.1.1.4. Sự hình thành cây điện và ảnh hưởng của khối lượng chất độn lên quá trình phóng điện trong vật liệu composite epoxy Trong phần trên chúng ta đã thấy được quá trình hình thành sự phân lớp và các lỗ trống trong vật liệu composite epoxy dưới tác động của nhiệt độ và điện trường. Phần này chúng ta sẽ xét đến vật liệu composite epoxy/ATH (dùng Al(OH)3 làm chất gia cường cho vật liệu nền epoxy) với khả năng hình thành cây điện theo phần trăm khối lượng chất gia cường. Vật liệu composite epoxy được sử dụng trong thí nghiệm này là loại epoxy đang được sử dụng trong các cách điện của các thiết bị điện trung áp. Chất độn gia cường được sử dụng là Al(OH)3 có cấu trúc hạt tinh thể với đường kính trung bình của các hạt là 20µm. Thiết bị thí nghiệm phóng điện được sử dụng là mô hình mũi nhọn - bản cực, do đó các mẫu thí nghiệm phải được chế tạo thành dạng hình hộp chữ nhật có kích thước là chiều dài 52mm, chiều dày 10mm và cao 24mm (như trong hình II.10). Một đầu điện cực mũi nhọn sẽ được cắm vào trong mẫu cách mặt dưới mẫu một khoảng 2,5mm. Mặt duới được tráng bạc tạo điện cực phằng cùng với điện cực mũi nhọn có bán kính 3µm tạo nên một mô hình phóng điện mũi nhọn - bản cực. Hình 1.8 Các mẫu được chuẩn bị bao gồm vật liệu epoxy tinh khiết (0% ATH) và composite epoxy. Epoxy tinh khiết được thí nghiệm để thu được các đặc tính cơ bản của tính chất đánh thủng điện môi và sau đó chất độn ATH có dạng bột được thêm vào epoxy với các hàm lượng khác nhau để tạo nên các mẫu composite. Có 3 loại mẫu với tỷ lệ khối lượng chất độn lần lượt là 5, 10 và 22 15% ATH. Hỗn hợp epoxy và ATH được trộn đều và được lưu hoá ở 2 chế độ khác nhau. Mẫu RT được lưu hoá ở nhiệt độ môi trường trong 7 ngày còn mẫu ET được lưu hoá 24h ở nhiệt độ thường và 4h ở nhiệt độ 100C theo như gợi ý của nhà sản xuất. Từng mẫu thí nghiệm sẽ được thực hiện quá trình phóng điện chọc thủng theo mô hình hình 1.8 với điện áp tại mũi nhọn là 10kV và tần số 50Hz. Trong thí nghiệm này, thời gian tạo thành cây điện và gây ra phóng điện là tham số quan trọng nhất. Các quá trình hình thành cây điện, quá trình phóng điện trong kết quả thí nghiệm đối với epoxy tinh khiết được ghi lại định kỳ bằng camera số với mục đích tính toán, xác định sự hình thành cây và phát triển cây, thời gian phát triển cây và gây phóng điện. Mô hình phát triển cây điện của epoxy được mô phỏng lại trong hình 1.9. Chúng ta có thể quan sát thấy cây có dạng nhánh và kích thước phân nhánh của cấu trúc cây này được xác định vào khoảng 1,22. Hình 1.9 Trong thí nghiệm này, các kết quả cho thấy điều kiện lưu hoá epoxy ảnh hưởng đến thời gian hình thành và phát triển cây điện. Đối với 12 mẫu epoxy tinh khiết lưu hoá ở nhiệt độ thường RT, thời gian xuất hiện cây gần như tức thời và giá trị trung bình của thời gian phát triển cây đến lúc phóng điện là 120 phút. Trong khi đó, với 12 mẫu epoxy ET (lưu hoá ở nhiệt độ 100C trong vòng 4h) thì thời gian xuất hiện cây tính từ lúc bắt đầu đạt điện áp là 5 phút và thời gian trung bình phóng điện là 213 phút. Các kết quả 23 được trình bày trong hình 1.10 cùng với các mẫu composite epoxy 10% ATH. Khi epoxy được gia cường thêm ATH với các hàm lượng khác nhau thì các mẫu composite này khôn còn trong suốt như khi chỉ là epoxy tinh khiết nữa và do đó thí nghiệm không thể quan sát được sự hình thành và phát triển cây điện mà chỉ đánh giá được thời gian từ lúc đặt điện trường đến khi phóng điện chọc thủng của mẫu. Hình 1.10 Các kết quả thí nghiệm đối với mẫu composite epoxy 10% ATH trình bày cùng epoxy tinh khiết trong hình 1.10 cho thấy thời gian phóng điện đối với cả 2 dạng lưu hoá đều lớn hơn rất nhiều so với mẫu epoxy tinh khiết. Với 8 mẫu lưu hoá ở nhiệt độ thường trong 7 ngày có thời gian trung bình phóng điện là 3644 phút, gấp khoảng 30 lần so với epoxy tinh khiết cùng điều kiện lưu hoá. Với 8 mẫu lưu hoá ở nhiệt độ 100C trong vòng 24h thì có thời gian trung bình phóng điện là 6021 phút, gấp khoảng 28 lần so với epoxy tinh khiết cùng điều kiện lưu hoá. Điều thú vị ghi nhận được ở đây là các mẫu lưu hoá ở nhiệt độ 100C so thời gian phóng điện lâu hơn các mẫu lưu hoá ở nhiệt độ thường khoảng 1,65 lần. Ảnh hưởng của chất gia cường lên thời gian phóng điện Chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn ảnh hưởng của hàm lượng chất gia cường lên thời gian phóng điện. Các kết quả thí nghiệm được trình bày trong hình 1.11. Tất cả các mẫu thí nghiệm trong hình đều là các mẫu được lưu hoá ở nhiệt 24 độ thường và được test sau khi chế tạo khoảng 3 tháng. Giá trị đưa ra trong hình là giá trị trung bình của 8 mẫu cho mỗi một hàm lượng chất gia cường. Hình 1.11cho thấy rõ ràng rằng thời gian phóng điện của cách điện composite epoxy tỷ lệ thuận với hàm lượng chất gia cường trong vật liệu. Đây là cơ sở cho việc xây dựng mô hình cho cây điện cho vật liệu cách điện composite Hình 1.11 Mô hình cây điện cho vật liệu composite Đối với các cách điện bằng polymer thuần như epoxy tinh khiết ở trên, có thể giả thiết rằng sự phát triển của cây điện sinh ra từ việc hình thành vùng vị hư hại (DPZ)> chính vùng này đã hình thành trước tiên một vùng bao quanh đỉnh của cây trong quá trình phát triển của và sau đó cơ chế phát triển cây điện, như trong hình 1.12 a, bắt đầu hình thành và kết thành 1 khối từ các lỗ trống vi mô sinh ra bởi dao động nhiệt bao gồm cả vùng DPZ phía trước đỉnh cây. Công thức tính khoảng thời gian phát triển cây điện được phát triển bởi Ding và Varlow là: Trong đó Lb ~ 10µm là số gia đơn vị trong chiều dài cây điện do nối với cây thứ hai, và giá trị này xấp xỉ bằng chiều dài trung bình của cây thứ hai, 25 Lc là chiều dài cây tới hạn, df là kích thước phân nhánh của hình dạng cây, k = 1.38x10-23Js và h = 6.626x10-34Js lần lượt là hằng số Boltzman và Plank. T là nhiệt độ tuyệt đốil, U0 là năng lượng hoạt động (kích hoạt) chọc thủng, αC0 biểu thị vùng hoạt động bởi điện trường tác động, ε là hằng số điện môi tuyệt đối và E là giá trị cường độ điện trường. Đây là phương trình cơ bản thể hiện sự liên quan giữa khoảng thời gian phát triển cây điện với điện trường đặt vào, với nhiệt độ làm việc và kích thước phân nhánh của cấu trúc cây điện. Phương trình này cho thấy rằng tuổi thọ của cách điện sẽ tăng khi kích thước phân nhánh của cây điện tăng. Hình 1.12 Từ mô hình trên, chúng ta có thể phát triển khái niệm của DPZ cho epoxy tinh khiết sang composite epoxy/ATH. Có thể tưởng tượng ra rằng sự gia tăng kich thước của DPZ và đưa vào nhiều hơn các lỗ trống kích thước nhỏ hơn micro trong chất nền có thể làm giảm khả năng hình thành cây điện và do đó làm tăng tuổi thọ cách điện. Việc đánh giá này dẫn đến việc mô tả mô hình cấu trúc vi mô như trong hình 1.12 b. Trong chất nền epoxy, các khiếm khuyết tầm micro như là lỗ trống được sinh ra xung quanh các phần tử ATH kích thước vi mô do sự thay đổi cảm ứng trong khu vực chịu ứng suất cơ nhiệt dư cục bộ. Vì thế, khi cây bắt đầu phát triển từ mũi nhọn đến vùng này, việc các lỗ trống nhỏ hơn micro không di chuyển được trong chất nền hoạt động như là cây vi mô ở vùng xung quanh cây đầu tiên sinh ra từ mũi nhọn. Kích thước của vùng DPZ vì thế to lên và kết quả là khả năng chịu đựng của điện môi trong việc hình thành cây điện sẽ tăng lên đột ngột. 26 Đối với việc đánh giá số lượng và giải thích sự quan sát khác nhau trong thời gian phát triển cây điện đến khi phóng điện với hàm lượng chất gia cường, một vài đặc tính quan trọng của cách điện composite cúng được tính đến ở đây. Chúng ta biết rằng khi thêm chất gia cường vào vật liệu gốc thì hằng số điện môi sẽ bị thay đổi. Có nhiều lý thuyết khác nhau trong việc xác định giá trị điện môi từ 2 thành phần khác nhau. Coi như ở đây cách điện composite là hỗn hợp bất kỳ, ta có công thức Log sau: Với εrc, εrm, εrp, là hắng số điện môi của composite, chất nền và chất độn và f là tỷ lệ phần trăm chất gia cường. Tuy nhiên ở đây V là điện áp đặt vào mẫu, r là bán kính mũi nhọn và D là khoảng cách giữa mũi nhọn – bản cực. Đối với mẫu epoxy tinh khiết trong hình II.13, giá trị trung bình của thời gian từ lúc hình thành cây đến lúc phóng điện là tg = 170 phút, và kích thước phân nhánh đo được là df = 1,25. Chúng ta có thể chỉ ra rằng mô hình dự báo thời gian từ lúc hình thành cây điện đến khi phóng điện theo phương trình (1) là hoàn toàn phù hợp với kết quả thí nghiệm nếu chúng ta lấy: αC0 = 2 x 10-28m3 U0 = 1,5 x 10-19 J (= 0,94 eV) Trong tính toán, chung ta lấy εrm = 5, T = 300K và Lc = 2,5 x 10-3m Phương trình (1) cũng được áp dụng để đánh giá thời gian từ lúc hình thành cây điện đến khi phóng điện trong vật liệu composite epoxy/mica bằng cách xác định tác động của tỷ lệ chất gia cường lên hằng số điện môi, năng lượng kích hoạt phóng điện và kích thước phân nhánh. Các kết quả cho thấy phương trình này phù hợp với các kết quả thí nghiệm với phần trăm khối lượng chất gia cường khác nhau. 27 Như vậy, trong phần trình bày này, chúng ta có thể thấy đối với chất gia cường bằng bột như ATH, Silice, TiO2, sẽ làm thay đổi một số đặc tính của vật liệu liệu cách điện. Trong trường hợp này nói riêng và vật liệu composite nói chung việc sử dụng chất gia cường sẽ cải thiện các đặc tính cơ lý hoá và cả điện của vật liệu đồng thời làm giảm giá thành sản xuất. Tuy nhiên để hiểu rõ hơn quá trình phân bố điện trường và hình thành cây điện trong vật liệu composite epoxy gia cường bằng các hạt kích thước micromet chúng ta sẽ đi sau tìm hiểu vào phần sau: mô phỏng phóng điện trong composite hay hệ dị thể nói chung. 1.1.1.5. Mô phỏng số hóa vật liệu composite và so sánh với kết quả thí nghiệm Trong phần mô phỏng này, cây điện được coi như là có điện trở thấp hơn khi vật liệu chưa bị tổn thương về điện, sự phát triển là quá trình tích luỹ nội tại mà trong đó mỗi bước phụ thuộc rất nhiều vào bước trước đó. Tính đặc thù này có lợi cho việc sử dụng mô hình phóng điện điện trở thời gian ngắn điều khiển bằng điện áp. Trong mô hình này, cấu trúc composite được mô tả bởi hệ thống điện trở mà ở đó tâm khối của mỗi phần tử là nút nối với các phần tử khác gần nhất bằng 1 điện trở. Các điện trở này được giả định là sẽ chuyển thành vật dẫn điện khi dòng điện đạt giá trị ngưỡng Mô phỏng cây điện Đối với việc mô phỏng này, đơn vị Ohm bất kỳ được xác định cho 1 đơn vị chiều dài. Mỗi phần tử được nối với 18 phần tử khác gần nhất theo dạng topo bằng 1 điện trở thuần. Trước khi đáp ứng điện cuar mạch có thể được xác định, các thành phần khác được đưa thêm vào như điện cực liên kết các nút đáy, nguồn điện áp giữa đất và điện cực đáy. Điện cực bao gồm các điện trở giá trị thấp (10-15 Ω). Sự phối hợp này của các thành phần tương ứng với điều kiện bờ biểu diễn cho cấu hình mũi nhọn – bản cực như trong thí nghiệm thực tế. Bên trái và phải của mạng được coi là các điện trở giá trị lớn tương úng với điều kiện bờ Von Neuman. Trường hợp các phần tử đẳng thế 28 Một cấu trúc hình tổ ong được chọn đầu tiên bởi nó có khả năng phản ánh trường hợp cụ thể là trong đó mỗi phần tử được đặt tại vị trí có khoảng cách không đổi với các phần tử liền kề. Giá trị điện trở giữa 2 nút, I và j, được lấy tỷ lệ với khoảng cách, Dij. Trường hợp đầu tiên này tạo ra một mạng với giá trị ban đầu như nhau cho tất cả các điện trở. Thế ban đầu đặt lên một phần tử tạo ra một trường tăng cường mạnh mà hình dáng bên ngoài của điều kiện bờ được chọn như hình 1.13. Hình 1.13. Điện trường tăng cường rộng tiếp theo sau gây ra một điện áp thấp ban đầu để nối tắt các liên kết đầu tiên. Khi một vài điểm ngắn mạch bị đứt, điện trường tăng cường bị giảm và làm Vs tăng tương ứng, như hình 1.14. Đường cong đồ thị điện áp nghịch chuyển được quan sát thành 3 phần riêng biệt với nhau: hình thành, phát triển và phóng điện của composite. Đồ thị này thực chất chia một mặt là vùng có đáp ứng ổn định, tức là điện áp được tăng để duy trì sự phát triển cây điện và mặt khác là phần cây không ổn định, nơi điện áp đưa ra dẫn điện sự phóng điện phá huỷ hoàn toàn vật liệu (Hình 1.14). Điện trường tăng cường thậm chí trở nên khá lớn khi cây điện hầu hết đi qua toàn bộ cấu trúc mô phỏng, dẫn đến sự phóng điện hoàn toàn (Hình 1.14). Như vậy, có thể thấy xuất hiện trong trường hợp cụ thể này một vài ý nghĩa vật lý. Tuy nhiên sự mô phỏng này đưa đến cây điện đánh thủng dạng đường thẳng khi mà phóng điện đi qua toàn bộ cấu trúc. Điều này không thể 29 được coi như sự mô tả chính xác cho hệ thực bởi ít nhất 2 lý do: Thứ nhất là các mắt lưới giống nhau thể hiện một sự sắp xếp hoàn hảo của chất tăng cường trong composite. Thứ hai là điện trường tăng cường được giả định sản sinh ra các ngắn mạch đơn lẻ tại các liên kết được mô phỏng nhiều nhất, việc này dẫn đến cây điện theo một chiều, không thích hợp với cấu trúc phân nhánh quan sát được trong các mẫu xảy ra phóng điện. . Cấu trúc rối loạn Tính đến các kết quả trước, bước tiếp theo bao gồm một chuỗi các vùng bị tổn thương với sự sắp xếp rối loạn các phần tử (theo mô phỏng Monte Carlo). Hơn nữa, ngắn mạch không chỉ áp dụng cho các vùng “nóng nhất” mà còn đưa ra số lượng theo sau. Giả thuyết này liên quan đến việc ngay cả vật liệu đồng nhất khi có sự thay đổi thất thường các dòng cũng là do cấu trúc đánh thủng phân nhánh. Hình 1.14. Đặc trưng này được đưa vào trong mô phỏng thông qua tham số δI, mô tả sự phân bố các dòng nối tắt (ngắn mạch). Nếu imax biểu thị dòng điện đi qua các liên kết nóng nhất, thì mỗi liên kết chịu một dòng điện lớn hơn imax * (1 - δi) khi ngắn mạch. Theo định nghĩa này, trường hợp đầu tiên mô tả trong phần trên tương ứng với δI = 0, và sự tăng δI làm tăng số lượng các ngắn mạch mới trong mỗi bước. Tham số này quyết gây ra trong cây điện nhiều mô hình nhánh nhưng sự mô phỏng vẫn giữ tính bất định và dự trên hình học topo của pha. 30 Hình 1.15. Bây giờ chúng ta có thể thấy lợi ích của việc mô tả ảnh hưởng của tham số δI này lên hình dáng của cây điện. Sự mô phỏng này minh hoạ sự biến đổi nhanh chóng từ ngoằn ngèo sang mô hình thẳng mà có thể so sánh được với sự biến đổi “ cây sang chùm” trong các tài liệu (Hình 1.15). Như vậy là dạng mô phỏng theo cấu trúc rối loạn này là một sự cải thiện hơn hẳn so với mô hình đầu tiên. Tuy nhiên nó vẫn còn tồn tại 3 trở ngại nội tại • Nó không giải thích được nét đặc trưng cho một dạng hình học bất kỳ bên trong vật liệu, bao gồm cả khoảng cách thực giữa các phần tử. • Mỗi phần tử được coi như những chất điểm mà điều này làm ngăn cản việc phụ thuộc vào hệ số thể tích của chất gia cường • Mỗi phần tử được giả thiết là đẳng thế, đây là phần quan trọng nhất bởi vì điện trường tăng cường thực sự giữa 2 mảnh phụ thuộc rất nhiều vào đặc trưng hình học giữa các mảnh cũng như là tính chất hoá lý của chất nền bên trong. Hơn nữa, đảm bảo rằng các mảnh đẳng thế trái với các đặc tính thực nghiệm như là hiệu ứng MWS. 31 Bởi những lý do này, hiển nhiên là việc mô phỏng sẽ được thực hiện với các mảnh chất tăng cường không đẳng thế. Trường hợp các mảnh không đẳng thế Việc mô phỏng được thực hiện dựa trên mô hình không đẳng thế của các phần tử chất tăng cường và như thế phương pháp phần tử hữu hạn sẽ được sử dụng với việc chia nhỏ thành các mắt lưới. Việc mô phỏng thực tế được phát triển nhờ việc sử dụng phần mềm phân tích hình ảnh ImageJ. Như mô tả trong hình 1.16, ảnh chụp hiển vi đầu tiên được nhị phân hoá trong hình 1.16b, và chuyển thành các đường viền bao quanh từng phần tử như trong hình 1.16c. Hình 1.16 Các mắt lưới được tạo ra với các góc của mắt phải lớn hơn 30º để tránh hiện tượng dịch thế trong quá trình tính toán điện trường. Các tính chất về điện được gán cho mỗi pha với vật liệu nền có điện trở lớn gấp 10 lần chất tăng cường và sử dụng phương pháp gián đoạn phần tử hữu hạn. Điều kiện bờ Von Neuman được thêm vào tập hợp các điện trở và toàn bộ hệ được sáng tỏ. Một ví dụ về sự phân bố thế được minh hoạ trong hình 1.17. Sự khác nhau về điện trở giữa hai pha trong điện môi có thể được xác định rõ ràng trong biểu đồ thế, mà ở đó các chất tăng cường xuất hiện như các đốm biểu đồ và cảm ứng ra sự gia tăng cường độ điện trường cao xung quanh các mảnh chất gia cường (Hình 1.17). 32 Hình 1.17 1.2. Vỏ polymer và lớp phủ cao su silicone của cách điện composite Cách điện polime đã được sử dụng ngoài trời trong khoảng 50 năm. Chúng bao gồm một dải rộng các loại vật liệu và công thức. Đó là các hợp chất epoxy diphenol được sử dụng rất nhiều trong nhà điều khiển vào giữa những năm 1940. Vào những năm 1950 thì loại nhựa epoxy cycloaliphatic được sử dụng trong các ứng dụng ở ngoài trời tại vương quốc Anh do chúng có khả năng tốt hơn. Vào đầu những năm 1960 tại vương quốc Anh cách điện bằng nhựa epoxy cycloaliphatic đã được sử dụng như là loại cách điện treo tới cấp điện áp 400kV và trong các trạm máy cắt đến 500 kV. Cách điện polime cho đường dây truyền tải bắt đầu được sản xuất tại Châu Âu và Mỹ vào giữa năm 1975 và sau đó. Năm 1977, tại Canada, Hydro- quebec đã lắp đặt 282 cách điện composit do 3 nhà máy khác nhau sản xuất trên 16 km đường dây truyền tải 735 kV. Và sau đó là 1100 cách điện composit trên 120 km đường dây. Thêm vào đó cách điện composit cũng được lắp đặt tại các đường dây 120, 230 và 315 kV. Các chủng loại vật liệu khác nhau đã được dùng để chế tạo ra cách điện composit. Ban đầu chúng 33 bao gồm cao su EPR do Ceraver of France (1975) Ohio Brass of USA (1976), Sedivar of USA (1977) và Lapp of USA (1980) tạo ra; cao su Silicon (SIR – Silicon Rubber: Polydimethylsiloxane PDMS) do Rosenthal of Germany (1976) và Reliable of USA (1983) tạo ra; và nhựa epoxy cycloaliphatic do Transmission Development of the UK (1977) tạo ra. Ngày nay thì cách điện composit đã được sản xuất tại khắp thế giới. Ban đầu SIR được lưu hoá tại nhiệt độ thường (RTV: room temperature vucalnised)- SIR đó có độ bền kéo thấp. Sau đó SIR được lưu hoá tại nhiệt độ cao (HTV: high temperature vucalnised). Cách điện composit SIR được dùng tại Đức năm 1977 với cấp điện áp 123kV và vào năm 1979 dùng ở cấp điện áp 245 kV. Việc sử dụng cách điện polime ngày càng chiếm được thị phần rộng hơn. Ngày nay tại Mỹ dạng cách điện polime chiếm tới khoảng 60-70% trên tổng số cách điện cao áp được lắp đặt mới, và thị phần của chúng vẫn tiếp tục tăng trưởng. Tại Ireland 75% tổng số đường dây trên 20kV sẽ sử dụng cách điện polime thay thế cách điện thuỷ tinh. Ohio Brass (1986) giới thiệu một hỗn hợp cao su EPM và SIR và sau đó thì thay đổi bằng hợp chất của cao su EPDM và SIR vào năm 1989. Hỗn hợp này theo tỉ lệ 10 (EPDM hoặc EPM) trên 3 (SIR) tạo ra đặc tính cơ tốt hơn, đó là độ cứng của EPDM và đặc tính chống đọng nước tuyệt vời của SIR. Một công ty đã sản xuất hỗn hợp này đại trà và bán được hơn 2,5 triệu cách điện của lưới phân phối, 0,1 triệu cách điện đầu cột trên đường dây truyền tải và 0,4 triệu cách điện treo mà hiện nay được lắp đặt tại rất nhiều nơi khác nhau trên thế giới. Điều này đã cho thấy rõ sự chấp nhận rộng rãi các phẩm chất của chất vật liệu này. 34 Trong một vài trường hợp, người ta vẫn cảm thấy miễn cưỡng khi sử dụng cách điện composit bởi vì độ tin cậy dài hạn của chúng vẫn chưa chắc chắn, chưa biết được tuổi thọ của chúng và thiếu các công nghệ thích hợp để xác định khuyết điểm của cách điện. Tuy nhiên, có rất nhiều tổ chức trong đó có cả IEC và IEEE đã thử đưa ra các vấn đề này, các tiêu chuẩn phát triển và các phương pháp kiểm tra đối với cách điện polime. Cách điện composit gồm có 3 thành phần và thiết kế của từng thành phần phải tối ưu hoá để thoả mãn khả năng chịu tác động cơ và điện trong suốt thời gian vận hành của cách điện, tức là trong khoảng từ 30 đến 40 năm. Tại tâm của hệ thống cách điện là các thanh polime gia cường làm bằng sợi thuỷ tinh (FRP : fiberglass reinforce polimer). Đây là một sự gia cường với polieste, vinyl este hoặc nhựa epoxy để cung cấp thêm độ bền cơ. Nhựa epoxy FRP là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất để làm các thanh gia cường này. Các đầu cực kim loại thì được làm bằng dạng thép tôi, sắt đúc mềm, sắt mềm hoặc nhôm và chúng được lựa chọn để làm tăng thêm độ bền cơ đồng thời chống lại sự ăn mòn. Hình dạng của chúng cũng rất quan trọng vì để hạn chế khả năng tạo ra phóng điện corona và đây chính là nguyên nhân làm vật liệu polime trở nên giòn và có thể bị vỡ, dẫn đến việc phá hỏng cách điện do độ ẩm thấm vào bên trong thanh gia cường bằng sợi thuỷ tinh. Trong nhiều thiết kế hiện nay, đầu cực kim loại kết hợp với một chất bịt kín bằng silicon và đều được ép vào thanh gia cường. Trong một thiết kế gồm 2 vòng đai hình 0 để đảm bảo khả năng bịt kín chống lại việc độ ẩm có thể thấm vào thanh FRP mà kết quả của việc này là xảy ra việc nứt vỡ và ăn mòn cách điện. Lớp phủ chống lại tác động của thời tiết có một yêu cầu về độ lớn khe hở và hiện nay được cung cấp thêm với các loại vật liệu khác nhau, hình dạng, 35 đường kính, độ dày và khoảng cách khác nhau. Vật liệu tạo ra lớp phủ chống lại tác động của thời tiết của cách điện cao áp có thể bao gồm : SIR, EPDM, EPR, EPM, hợp chất của EPDM và silicon, etylen vinyl acetate (EVA), cycloaliphatic và nhựa epoxy aromatic. Đối với các cách điện điện áp thấp đặt ngoài trời hoặc cách điện trong nhà thì dùng thêm polietilen mật độ cao (HDPE), polytetrafluor-etilen (PTFE), polyurethene (PUR), polyolefin elastomer và các vật liệu khác. SIR được sản xuất đầu tiên vào năm 1944. Khi chuỗi dimetylpolysiloxane là quá dài (Con số đơn vị siloxane được đưa ra là vài ngàn) thì chất lỏng silicon trở nên dẻo với một độ kết dính- độ bền chắc của nó được tạo ra là vì silicon được tạo ra bằng cách thêm vào các chất độn và các tác nhân khác. Cộng thêm là với cách điện ngoài trời, SIR có thể được sử dụng trong cách điện của những dây cáp đặc biệt hoạt động trong các điều kiện nhiệt độ cao (>150 0 C ở gần các lò và trong những động cơ điện đặc biệt), nhưng những ứng dụng này sẽ không được trình bày trong tài liệu này. Trong SIR, năng lượng liên kết của Si-O là 1,76x10 19− J (106 kJ/mol hoặc 1,10 eV), năng lượng này cao hơn so với mức 1,42x10 19− J (85 kJ/mol hoặc 0,882 eV) của liên kết C-C trong cao su EPDM. Do đó SIR có khả năng chống lại bức xạ UV và bức xạ nhiệt do phóng điện cầu khô cao hơn so với EPDM. Sau khi đặt SIR vào môi trường phóng điện mạnh, thì silica (SiO2) một loại thuỷ tinh không dẫn điện được tạo ra trên bề mặt. Trong cao su EPDM thì hợp chất được tạo ra thì có dẫn điện. Trong hợp chất của lớp phủ chống lại tác động của thời tiết, chất độn được thêm vào để nâng cao khả năng chống lại việc tạo thành các đường dẫn và sự ăn mòn cũng như cung cấp thêm khả năng cơ học như là độ bền sức căng, 36 độ chống xói mòn, độ bền kéo, ứng suất và làm giảm khả năng bén lửa. Kiểu chất độn sử dụng là alumina trihydrate (ATH), Al 2 O 3 .3H 2 O hoặc hydrate alumina và silica (bột thạch anh). Các dạng chất độn này hiện nay được sử dụng rất rộng rãi và chiếm khoảng 40 đến 55% tổng số hợp chất SIR và EPDM. Bột thạch anh thì được sử dụng rộng rãi trong nhựa epoxy cycloaliphetic. Lớp phủ chống lại tác động của thời tiết của cách điện gia cường bọc một lớp mỏng RTV-SIR được sử dụng ngày càng rộng rãi trên thế giới trong các trạm ngoài trời và ở những nơi bị nhiễm bẩn nặng, có một kết quả thực hiện tương tự đối với lớp phủ SIR. Đã có những hướng dẫn từ rất sớm đối với việc sử dụng cách điện composit trên đường dây truyền tải dựa vào kinh nghiệm, tài liệu do nhà sản xuất cung cấp và các kiểm tra trong phòng thí nghiệm. 1.3. Các phương pháp kiểm tra cách điện composit. Hiện nay chưa có một nguyên lý nào chỉ rõ việc kiểm tra tuổi thọ nhanh của cách điện polime composit hoặc vật liệu cách điện. Có một số tổ chức của quốc gia và quốc tế đã đạt được kết quả trong việc phát triển các tiêu chuẩn, các hướng dẫn sử dụng và kiểm tra cách điện composit. Các tổ chức này gồm IEEE, IEC, CIGRE, Viện nghiên cứu tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ (AXST) và Liên hiệp các nhà sản xuất điện quốc gia (XEMA). Một vài các tiêu chuẩn và hướng dẫn gần đây được đưa ra và một sự tổng kết các tiêu chuẩn khác có thể được tìm thấy trong phần 46. Các kiểm tra của IEC mô tả trong 41 đã bị phê phán vì có quá nhiều kiểm tra độ nhiễm bẩn mà không có sự kiểm tra quá trình già hoá và từ đó đề xuất việc cải tiến quy trình kiểm tra cũng được thực hiện. Hầu hết sự kiểm tra trong phòng thí nghiệm tồn tại hiện nay đối với độ ăn mòn nhanh là rất có ích trong việc xếp hạng vật liệu. 37 Chúng bao gồm phòng sương muối, các mặt phẳng nghiêng chứa chất thải rắn, các kiểm tra rãnh tròn dẫn xoay và rãnh tròn dẫn cố định mà trong đó các vòi bơm nước được bật vào giây thứ 20 và tắt vào giây thứ 40 của mỗi phút để đưa ra các hiệu ứng tương tự như là các rãnh tròn xoay truyền thống. Kiểm tra rãnh tròn dẫn được phát triển đầu tiên bởi Ontario Hydro, Canada bằng việc kiểm tra cách điện mỏng. Khi kiểm tra quá trình già hoá nhanh trong phòng sương mù, các mẫu kiểm tra đồng thời phải chịu tác động của cả áp lực điện và sương muối. Các dòng điện rò, dòng điện xung và sự nạp điện nhanh được xác định trong suốt quá trình thử nghiệm kéo dài có thể lên đến 1000h, bằng cách sử dụng hệ thống thu thập dữ liệu tự động. Thường thì NaCl được cho thêm vào vòi nước (250 đến 300µS/cm) để tạo ra độ dẫn điện cao hơn nhiều, ≤14,7 mS/cm (10±0,5 kg muối trên mỗi m 3 nước). Tuy nhiên, các vi sinh vật có mặt trong vòi phun nước có thể phát triển rất nhanh và cô đặc thành một lớp trên cách điện. Đây là tính dẫn điện và tính chống dính nước cao và nó dẫn đến việc phá hỏng quá trình kiểm tra cách điện. Chúng ta phải thêm một lượng CuCl 2 vào nước (12g/m 3 ) để giải quyết vấn đề này. Tốc độ phun của nước muối dưới dạng sương mù và tốc độ đọng thành giọt của sương mù trên bề mặt polime có tác động rất lớn đến sự phát triển của dòng điện rò mặc dù áp lực của điện trường được duy trì ở cùng một mức như nhau. Phương pháp kiểm tra bằng sương mù sạch bằng cách sử dụng hơi nước là để phản ánh sự nhiểm bẩn tại các vùng công nghiệp ở cách xa bãi biển. Tuy nhiên, có vấn đề là kết quả kiểm tra của các phòng thí nghiệm khác nhau thì có sự chênh lệch rất lớn cho dù họ cùng sử dụng phương pháp này. Trong phần 75 đã giới thiệu rằng trong phương pháp sương mù sạch có 38 40g cao lanh Roger trên một lít nước và hơi nước đi vào là (0,05±20%) kg/m 3 /h . Tỉ lệ hơi nước đã được dùng bởi vì nó tạo ra một điện áp phóng điện thấp hơn so với trong tài liệu của IEC. Sự kiểm tra theo phương pháp sương mù sạch đưa ra một mức chịu điện áp thấp hơn so với khả năng chịu điện áp của đường dây ngoài trời, nguyên nhân là do cách điện khi kiểm tra phải chịu nhiều mức nhiễm bẩn giống nhau hơn so với trong điều kiện tự nhiên. Đối với rãnh tròn dẫn có 4 hoặc nhiều hơn các mẫu có thể được kiểm tra. các rãnh tròn xoay cho phép ngâm mẫu kiểm tra vào dung dịch muối với thời gian đã được ấn định trước là 20s, nhưng cũng có thể ngắn hơn là 8s[45], hoặc thậm chí là 3s . Trong phần tiếp theo của chu trình lượng nước thừa ra từ các mẫu được loại bỏ hết và trong chu trình tiếp theo thì mức áp lực điện đặt vào nằm trong dải từ 0,35 kV/cm đến 0,8 kV/cm cho phép quá trình phóng điện cầu khô phát triển. Cũng nên kể ra rằng tài liệu thực tế của IEEE về thử nghiệm rãnh tròn dẫn cho rằng các vòng tròn xoay qua 4 vị trí trong một chu trình và mất thời gian là 8s để đi từ một vị trí đến vị trí tiếp theo, thời gian chờ (không chuyển động) là 22s . Trong các kiểm tra mặt nghiêng của ASTM thường sử dụng một khoảng thời gian ngắn và không mang lại các thông tin về dòng điện rò. Một cách ứng dụng của phương pháp này có thể được tìm thấy trong phần . Một sự kết hợp phương pháp kiểm tra sương mù và kiểm tra mặt nghiêng đã mang lại những thông tin nhanh về rãnh tròn và độ chống ăn mòn của vật liệu cách điện ngoài trời . Cũng nên nói thêm rằng, cần phải hết sức cẩn thận khi kiểm tra nhiều mẫu trong phòng sương mù bởi vì các hiệu ứng không giống nhau của 39 độ ẩm , và sự phân bố trường điện từ ảnh hưởng bởi các mẫu khác ở gần bên, ảnh hưởng đến kết quả kiểm tra. 1.4. Kết quả kiểm tra cách điện composit. Phần này giới thiệu các kiểm tra được thực hiện trong 6 phòng thí nghiệm mà dùng sương muối và rãnh tròn dẫn đối với 4 công thức khác nhau của lớp phủ RTV-SIR trên các thanh sứ, cung cấp các kết quả chắc chắn về sự xếp hạng vật liệu theo dòng điện rò, theo lượng nạp điện tích luỹ và tổng số dòng điện xung . Điều này giúp nâng cao độ tin cậy của các kết quả kiểm tra cách điện sử dụng phương pháp sương muối và rãnh tròn dẫn . Sự ảnh hưởng của bức xạ UV lên quá trình già hoá cũng được gộp trong quá trình kiểm tra này. Nó cũng giúp quan sát được quá trình già hoá do nguyên nhân ăn mòn và nứt vỡ. Dạng EPR nói chung là tốt hơn so vơi nhựa epoxy . Các cách điện thanh composit 72 và 230 kV làm bằng cao su EPDM, EPM và RTV-SIR cũng được kiểm tra sự già hoá trong điều kiện phủ lớp ximăng và trong môi trường sương mù sạch, sương muối hoặc trong điều kiện phủ một lớp xi măng và môi trường sương muối . Sự khác nhau quan trọng về khả năng chịu đựng quá trình già hoá được tìm thấy trong các dạng cách điện khác nhau . Khả năng ăn mòn và tạo thành các rãnh dẫn của các loại cách điện epoxy, HTV và EPDM khác nhau cũng đã được thảo luận. Khả năng chống lại sự ăn mòn và tạo rãnh dẫn của dòng điện một chiều cũng thấp hơn khi so sánh với dòng xoay chiều (60Hz). Nó bao gồm cả việc thiết kế lớp phủ chống lại tác động của thời tiết theo một nguyên tắc quan trọng về ăn mòn và tạo rãnh dẫn của cách điện. Cách điện HTV-SIR, với đường rò là 27,6 mm trên 1 kV 40 cho thấy rằng quá trình phóng điện cầu khô không phát triển trong điều kiện sương muối khắc nghiệt, trong khi sự phát triển của dòng điện rò rất lớn với khoảng cách 17,3 mm/kV. Có một công ty điện lực lớn đã thông báo rằng: trong một điều kiện thời tiết khắc nghiệt, không xảy ra một sự phóng điện bề mặt nào tại bất kỳ một cách điện SIR nào trên đường dây 138 kV (377 bộ cách điện) và 230 kV (1430 bộ cách điện) của họ, trong khi đó có rất nhiều quá trình phóng điện bề mặt trong các đường dây 138kV và 230 kV sử dụng cách điện EPDM và cách điện sứ . Cách điện cao áp ngoài trời bằng thuỷ tinh và sứ được phủ một lớp HTV- SIR có khả năng tốt hơn so với phủ lớp silicon thường trong quá trình kiểm tra DC và khi có sương muối hoặc có hiện tượng phóng điện cầu khô. Bởi vì họ đã sử dụng các kết quả quá trình ăn mòn xảy ra do điện áp một chiều DC, điều này có thể ảnh hưởng đến các kết quả kiểm tra, các điện cực than chì và dây platium. Các kim loại khác như là nhôm, thép không gỉ, đồng thau và đồng cũng đã được thử dùng nhưng đều không thoả mãn bởi vì chúng bị ăn mòn và sự ăn mòn này làm hỏng bề mặt của mẫu kiểm tra. Lớp phủ polime HTV-SIR trên các hệ thống 66 kV được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1973 và hiện nay đã được sử dụng rộng rãi. Mục đích của họ là để hồi phục lại khả năng chống dính nước bề mặt đối với việc cải thiện sự nhiễm bẩn của sứ xuyên ngoài trời, cách điện thuỷ tinh và cách điện sứ. Trên cả chiều dài của cách điện sứ được phủ một lớp HTV-SIR thì có điện áp phóng điện bề mặt cao hơn so với cách điện mà không có lớp phủ khi có mặt sự nhiễm bẩn trên bề mặt của chúng tương đương với mật độ lắng đọng muối (ESDD) là 0,07 đến 0,16 mg/cm 2 . 41 Cách điện SIR được đánh giá tại điều kiện vận hành ngoài trời trong 9 năm và người ta thấy chúng vẫn còn khả năng chống thấm nước trong cả điều kiện độ ẩm cao và không cao. Chúng ta cũng thấy rằng những thay đổi hoá học đối với dòng DC lớn hơn so với dòng AC. Dòng điện rò của cách điện SIR bị nhiễm bẩn cũng nhỏ hơn và ít xảy ra hơn so với cách điện sứ. Mức độ chịu điện áp của cách điện SIR giảm tỉ lệ với sự tăng ESDD như trong hình 1. Mức độ chịu điện áp của cách điện SIR phụ thuộc vào ESDD theo một quy luật công suất tương tự như đối với cách điện sứ. Khả năng chịu điện áp của SIR cũng giảm tỉ lệ với việc tăng mật độ lắng đọng không hoà tan (NSDD) trong dải từ 0,1 đến 5 mg/cm 2 và khả năng này giảm khi chiều dài của cách điện giảm. Các hiệu ứng của vật liệu phủ chổng tác động của thời tiết của cách điện polime ngoài trời, được trình bày như là thiết kế khí động lực đối việc làm sạch cách điện nhiễm bẩn tự nhiên bằng gió và mưa, thảo luận về khả năng xây dựng và định hướng đối với khả năng ăn mòn và tạo rãnh dẫn trong điều kiện sương muối khắc nghiệt một chiều DC hoặc xoay chiều AC. ( 250 đến 1000µS/cm). HTV-SIR với chất độn ATH chiếm 30 phần trên 100(pph) trong SIR, EPDM (ATH chiếm từ 45 đến 200 pph) và nhựa epoxy (ATH bằng 220 pph) cũng đã được sử dụng. Tỉ lệ khoảng cách rò trên vùng bề mặt của cách điện là hằng số bằng 5,6x10 8− /mm ±10% và áp lực điện trung bình được sử dụng trên thực tế. Dòng điện rò sẽ giảm khi tỉ lệ khoảng cách này tăng lên. Đối với cách điện HTV-SIR thì dòng điện rò trong sương muối tăng lên cùng với sự tăng áp lực điện. 42 Kiểm tra SIR trong một rãnh tròn dẫn sử dụng một độ mặn khoảng 1,33 mS/cm cho thấy rằng độ ăn mòn của dòng 1 chiều DC lớn hơn nhiều so với AC xoay chiều. Độ ăn mòn bị hạn chế tại vùng gần điện cực của dòng 1 chiều DC nhưng nó lại bao phủ một vùng rộng hơn đối với dòng xoay chiều AC. Với DC, có một lượng vật liệu bị mất đi nhiều hơn so AC và nó còn mất đi nhiều hơn tại điều kiện điện trường cao hơn ( 0,83 và 0,5 kV/cm). Sự kiểm tra trong rãnh tròn dẫn của SIR với chất độn là bột thạch anh (10 đến 50%) bị hỏng bởi các rãnh, SIR độn ATH (50%) trong khi kiểm tra, EPR độn ATH (50-55%) và nhựa epoxy cycloaliphatic độn bột thạch anh (65%) đều hoạt động tốt. Các kiểm tra đều bị dẫn điện bởi độ ẩm của các vật mẫu (với 356µS/cm nước trong mỗi 120 giây) Các đầu cáp cấp điện áp 25 kV làm bằng SIR, EVA và EPDM được kiểm tra trong điều kiện sương muối (50 đến 1200µS/cm) để so sánh với các hiệu ứng của thành phần lớp phủ bề mặt, thiết kế xây dựng, các phương pháp làm giảm độ căng điện trong điều kiện nhiễm bẩn . Điều này được xác định là các đầu sứ có thành phần điện trở rãnh tốt, khả năng làm thoả mãn có thể đạt được với việc làm giảm khoảng cách rò hơn so với hiện có. Nhựa epoxy thơm với các chất độn khác (silane epoxy đã xử lý bột thạch anh, oxit nhôm và dolomite được kiểm tra trong một vòng rãnh (3,5 mS/cm). Những tác nhân tách được chuyển đi bằng cách sử dụng isopropanol. Mẫu epoxy với thành phần silan duy trì bề mặt chống dính nước của chúng trong thời gian dài hơn so với các chất độn khác[94]. Sau quá trình già hoá có thể tìm thấy được rằng nhóm cacbonxylic tăng và nhóm thơm giảm. Tính chống dính nước mà ta quan sát thấy được cho là ở trong chất độn, bởi vì nhựa thì không có tính chống dính nước và tác nhân tách rời không chứa đựng silane. 43 Trên bề mặt của nhựa epoxy, các tinh thể axit oxalic có dạng bột trắng được tạo thành sau quá trình kiểm tra trong các vòng rãnh và sau khi có phóng điện cục bộ xảy ra trong nhựa epoxy. Axit formic và axit Glycotic cũng được xác định . Vai trò của nhựa epoxy với thành phần silane dạng bột thạch anh cho thấy những khả năng tốt của chúng chống lại sự thoái hoá của thuộc tính chống dính nước nhưng SIR đã thực hiện tốt hơn so với epoxy trong khi kiểm tra một vòng rãnh sử dụng lượng muối hoà tan là 0,5 mS/cm . Việc nghiên cứu sử dụng phổ electron đối với các phân tích hoá học (ESCA) trên cách điện EPDM và SIR, đã được sử dụng nhiều tại 130 kV (pha nối đất) trong phạm vi nông nghiệp, cho thấy rằng lượng cácbon giảm và lượng oxy tăng lên trên bề mặt của EPDM, trong khi đối với SIR thì sự thay đổi thành phần là không đáng kể . Trên bề mặt của SIR lượng ATH được giảm xuống sau 5yr trên đường dây . Một số sự quan sát tương tự cũng được thông báo trên cách điện SIR và EPDM và được thực hiện tại 300 kV. Kết quả này đã được xác nhận độc lập sử dụng PSCA sau quá trình kiểm tra trong điều kiện sương muối và đồng thời cũng chỉ ra sự tập trung cao hơn của các phân tử oxy trên bề mặt so với trong số lượng lớn SIR . Cũng có đề xuất rằng điều này là do các phản ứng liên kết chéo của silan từ quá trình phóng điện cầu khô . Quá trình oxy hoá bề mặt của EPDM và hợp chất EPDM/SIR được đánh giá bằng cách lấy ra một số lượng nhỏ polyme và phân tích nó qua phép chuyển đổi Fourier (FTIR) và phổ quang điện tia X (XPS). 1.5. Xếp hạng vật liệu đối với cách điện ngoài trời. Các thành phần polyme khác nhau cho phép kiểm tra ngặt nghèo. Tuy nhiên, có một sự nhất trí chung rằng cách điện HTV-SIR có khả năng tốt dưới điều 44 kiện nhiễm bẩn nặng và được sử dụng tốt hơn so với cách điện sứ. Mức chịu điện áp của SIR, EPR và nhựa epoxy trong điều kiện nhiễm bẩn cao hơn so với sứ . Một số cách điện EPDM (34,5 đến 500 kV) có khả năng kém hơn, xuất hiện các lỗ thủng và bị phá hỏng . EPR có khả năng tốt hơn so với nhựa epoxy . Điện áp phóng điện của HTV-SIR sau khi để trong điều kiện sương muối kết hợp với ximăng trong khoảng thời gian sấy khô là 1giờ và lâu hơn (đến 6,5 giờ), điện áp này là khá lớn và chắc chắn lớn hơn so với EPM và EPDM, mặt khác EPM lại cao hơn EPDM . Nói một cách gián tiếp là sau một quá trình kiểm tra ngoài trời chu kỳ dài của HVDC và HVAC thì SIR vẫn giữ lại được khả năng tốt trong khi lại phá hỏng EPDM . Khi đã bị già hoá, SIR có khả năng chống thấm nước cao hơn so với EPDM . Những cách điện thanh dài làm bằng EPDM với lớp phủ chống lại tác động của thời tiết cho thấy khả năng tốt hơn so với sứ ở HVDC và HVAC nhưng sau nhiều năm vận hành chúng đã bị thoái hoá và có những vết nứt trên bề mặt, bị ăn mòn, các lỗ thủng và một lớp trắng trên bề mặt do tác động của thời tiết như là tia cực tím, mức độ ô nhiễm. Điện áp phóng điện của RTV- SIR, HTV-SIR và EPR giảm khi đã kiểm tra với việc tăng tỉ lệ hơi nước vào . SIR thì có điện áp phóng điện cao hơn so với EPR và sứ. Tuy nhiên, sự khác biệt giữa SIR và EPR (và cả sứ) giảm đáng kể dưới điều kiện ẩm ướt hơn . Tính hiệu quả của SIR đã được chứng minh trong hiện tượng “ phóng điện bộ đơn” trong một bộ đa cách điện sứ HVDC. Phóng điện được loại trừ khi một số bộ cách điện được phủ lớp RTV-SIR . So sánh giữa sự già hoá tự nhiên lớp phủ RTV-SIR trên sứ và sự già hoá cách điện SIR chỉ ra rằng khả năng chống dính nước của lớp phủ RTV-SIR thấp hơn so với cách điện SIR. Có thể nói rằng những cách điện thanh dài bằng sứ phủ RTV-SIR có đỉnh của dòng điện đối với cả cách điện hoạt động 45 mạnh ở dc (+300 kV) và ac (130 kV pha nối đất) tương đương với dòng điện của cách điện SIR . Điều này đã cho thấy rằng cách điện SIR vẫn bảo toàn được tính chống dính nước của chúng trong khi EPDM trở thành dính nước hoàn toàn sau 7 năm trong quá trình kiểm tra và hoạt động ở +300 kV , SIR có khả năng tốt hơn so với sứ và EPDM thì tồi hơn so với SIR. Tuy nhiên EPDM được tăng cường thêm SIR khối lượng phân tử thấp có khả năng chống dính nước tốt hơn và có dòng điện dò thấp hơn. Cách điện sứ phủ RTV-SIR có những khả năng tương tự như cách điện RTV-SIR khi đặt vào các thiết bị ngoài trời HVAC và HVDC trong nhiều năm . Khoảng cách mặt đất của cách điện đầu cột bằng sứ chính là nguyên nhân để cũng dễ bị phá vỡ và rơi dây dẫn xuống, trong khi cách điện đầu cột không phải bằng sứ thì có thể chịu được những sự phá hoại này cả về cơ và điện . Các kiểm tra trong điều kiện sương muối (0,28 đến 0,6 kV/cm, 1600 µS/cm) cho thấy rằng nhựa epoxy (gia cường thêm ATH, 220 đến 350pph) có khả năng thấp hơn so với SIR (ATH, 30 đến 130pph) và EPR (ATH, 30 đến 250pph). Trường hợp này xảy ra kể cả khi nhựa epoxy có mức gia cường ATH cao hơn. Khối lượng phân tử mất đi của nhựa epoxy, EPR và HTV-SIR đã được thẩm tra trong suốt quá trình kiểm tra ở điều kiện sương muối (1600 µS/cm; 0,4kV/cm). Tại cùng một mức gia cường (ATH tại 105pph), và tại cùng mức thời gian kiểm tra, nhựa epoxy có lượng thành phần mất đi lớn hơn so với cả EPR và HTV-SIR, trong đó EPR lại mất đi nhiều hơn so với HTV-SIR. HTV-SIR có một dòng điện dò thấp hơn so với EPDM khi kiểm tra trong điều kiện sương muối (1000 µs/cm; 0,28 đến 0,6 kV/cm) với các chiều phân cực DC dương (+) và âm (-) hoặc AC . Trong cách điện nhựa epoxy, góc 46 liên kết giảm từ 74 0 xuống ~30 0 sau 6 năm đối với thiết bị ngoài trời và dòng điện dò bề mặt tăng do bị mất đi tính chống dính nước. 1.6. Hiệu ứng phân cực điện áp khi vận hành Thời gian để phá hỏng trong suốt quá trình kiểm tra ở điều kiện sương muối của thanh HTV-SIR và thanh EPDM có một lượng gia cường cố định bằng ATH hoặc bột thạch anh, tại AC (60Hz) và DC dương (+) là như nhau. Đối với DC âm (-), thời gian để phá hỏng giảm đi một qua một hệ số lớn ~4. Các thanh polime được kiểm tra theo hướng thẳng đứng và đặt điện áp DC ở phía trên. Hình 2 cho thấy sự khác nhau của các điện tích tích luỹ trong EPDM khi đặt chúng vào môi trường sương muối đối với AC, DC (+) và (-), và so sánh chúng với HTV-SIR AC và DC (+). Điện tích tích luỹ và dòng điện dò có giá trị cao nhất đối với DC (-) và EPDM thì cao hơn so với HTV-SIR dưới các điều kiện như nhau. Hình 1.18. 47 Điện tích tích luỹ trong các thanh EPDM và HTV-SIR khi đặt ở điều kiện sương muối cho thấy sự khác biệt giữa AC (60 Hz), (+) DC và (-)DC. Các điều kiện : độ dẫn của dạng nước muối trong sương là 250 µS/cm; độ căng điện là 0,6 kV/cm. Khi sương có độ dẫn điện thấp (250 µS/cm), mẫu SIR có thời gian phá hỏng thực tế dài hơn trong AC, +DC và -DC so với các mẫu EPDM, trong khi tại môi trường sương muối có độ dẫn điện cao [1 µS/cm] thì ngược lại. Trong điều kiện sương có mức dẫn điện thấp (250 µS/cm) đối với cùng một mức chất độn (30 đến 250 pph), ATH và silica có những tính chất chống lại việc tạo thành rãnh trên EPDM tương tự như nhau bởi chúng có cùng mức thời gian để tạo thành các rãnh (ở AC, +DC và -DC) trong khi tại điều kiện sương có độ dẫn điện cao (1mS/cm) ATH có một mức chống lại nhiễm bẩn và tạo rãnh cao trong EPDM hơn là silica [86]. Điều này đã đề xuất rằng Hidro trong nước đóng một vai trò quan trọng đối với độ dẫn điện cao của sương. 1.7. Các đặc tính nhiễm bẩn lên cách điện polime Có thể nói gián tiếp rằng cả hai loại nhiễm bẩn công nghiệp và nhiễm bẩn ở vùng biển tạo thành các lớp nhiễm bẩn giống nhau lên bề mặt cách điện SIR . Điều kiện sương muối tạo ra trên cách điện không hoạt động một ESDD là ~0,02 mg/cm 2 sau khi đặt chúng vào sương muối 3mS/cm trong một khoảng thời gian ≤ 2 giờ và bằng 0,02 đến 0,05 mg/cm 2 khi vận hành tại 0,4 kV trong 10 và 120 phút. Cách điện SIR của đường dây truyền tải sau một số năm vận hành thì có độ dầy lớp nhiễm bẩn từ 8µm (ESDD là 0,05 mg/cm 2 ) đến 23 µm ( ESDD là 0,026 mg/cm 2 ). Nhiễm bẩn tự nhiên là bụi các bon ở trên các cách điện trên đường dây ở gần đường cao tốc và bụi, phân chim từ các vùng nông nghiệp. 48 Đối với nhiễm bẩn nhân tạo như Tonoko, cao lanh và Aerosil đều được tính đến . Bột Tonoko, hay là đất sét, chứa đựng hỗn hợp SiO 2 (58 đến 76%), Al 2 O 3 (14 đến 30%) và Fe 2 O 3 (từ 2 đến 6%) với nước cũng đã được sử dụng rộng rãi . Cỡ phần tử là 6,2 µm và mật độ bột là 2,76 g/cm 3 . Đối với cao lanh cỡ phần tử là 5,8µm, mật độ là 2,6 g/cm 3 và cấu tạo chủ yếu là SiO 2 (46%), Al 2 O 3 (37%), Fe 2 O 3 (0,9%) . Nguyên liệu chủ yếu tạo thành Tonoko là mutcovit (KAl 2 Si 3 Al10 (OH) 2 ) và thạch anh. Cao lanh được cấu tạo từ thành phần chính là kaolinite (Al 2 Si 3 O 5 (OH) 4 ) và thạch anh . Có thể ghi chú rằng có các dạng khác nhau của cao lanh bao gồm Brasil, Rogers, Mexican, Georgian và Italian . Các bề mặt nhiễm bẩn cao lanh thì tương đối đồng nhất hơn. Điều này là do cao lanh có tính dính nước trong khi Tonoko có hàm lượng SiO 2 cao hơn thì có tính chống dính nước . Điện áp phóng điện DC của nhiễm bẩn cao lanh của SIR thấp hơn 15% so với Tonoko, và với nhiễm bẩn Aerosil thì thấp hơn cả hai loại trên bởi vì nó có tính hút nước và có dạng lớp trên bề mặt dầy hơn nhiều . Sau 7 năm vận hành gần bờ biển, không có sự khác biệt đáng kể vào về ESDD có thể quan sát được trên cách điện sứ và composit . Các giá trị độ tin cậy 95% của ESDD đối với SIR, EVA và sứ lần lượt là 0,107; 0,087 và 0,116 mg/cm. 49 CHƯƠNG II : ĐẶC TÍNH KHÔNG DÍNH NƯỚC CỦA CAO SU SILICONE Bản chất tính không dính nước của silicone, năng lượng mặt ngoài và dòng rò trên bề mặt silicone ; vai trò của chúng trong khả năng cách điện của silicone và đặc điểm trong quá trình sử dụng được phân tích tại chương này Cao su silicone hiện nay đang được sử dụng cũng với cách điện sứ và thủy tinh trong các kết cấu cách điện ngòai trời. Một trong những lợi thế của cách điện cao su silicone - polydimethylsiloxane (PDMS) là đặc tính kỵ nước (tính không dính nước - hydrophobic) trên bề mặt của nó. Đối với các cách điện bằng sứ và thủy tinh, nước luôn tạo thành một mặt màng mỏng bám trên bề mặt cách điện mang tính chịu nước (bám nước - hydrophilic). Khi có hiện tượng nhiễm bẩn, tức các màng nước này mang yếu tố nhiễm bẩn, dòng rò trên bề mặt sứ sẽ tăng lên, dẫn tới nguy cơ phóng điện trên bề mặt sứ cách điện. Bề mặt không dính nước của cao su silicone đã ngăn ngừa không cho tạo ra một màng nước nhiễm bẩn như vậy trên bề mặt của nó (cách điện composite phủ cao su silicone). Nếu trên bề mặt cách điện polymer thuần túy có xảy ra hiện tượng phóng điện, đặc tính không dính nước của polymer sẽ bị mất đi do bị ô-xy hóa bề mặt trong quá trình phóng điện. Tuy nhiên, cao su silicone lại có một khả năng độc đáo – đó là sự hồi phục khả năng không dính nước sau khi bị phóng điện bề mặt. Các nhà nghiên cứu trên thế giới đã đưa ra một mô hình về quá trình phục hồi khả năng không dính nước của cao su silicone trong suốt vòng đời vận hành của chúng : Trong giai đoạn 1, đặc tính nguyên thủy không dính nước trên bề mặt cao su silicone được đảm bảo nguyên vẹn (Hình 2.1). Trong giai 50 đọan 2, sau một thời gian bị tác động của các yếu tố ngoại vi, một lớp mỏng vô định hình (amorphous) giống thủy tinh đã hình thành tại bề mặt cao su silicone làm giảm quá trình phục hồi đặc tính không dính nước. Việc nghiên cứu vòng đời gồm 2 giai đọan này với tác động của các yếu tố ngoại vi sẽ có ý nghĩa trong việc phát triển và hoàn thiện công nghệ sản xuất cách điện composite với lớp phủ silicone. 2.1. Những đặc tính của cao su silicone- polydimethylsiloxane 2.1.1 Mô tả chung Cao su silicone Polydimethylsiloxane (PDMS) là loại polymer được sử dụng phổ biến để sản xuất cách điện cao áp ngòai trời. Nó có cấu tạo như sau: 51 2.1.2 Công nghệ sản xuất Polydimethylsiloxane Silicon dioxide (SiO2) được dùng để tách silicon bằng phản ứng với điện cực carbon. Quá trình diễn ra theo phản ứng như sau: Sau đó, khối cao phân tử được hình thành bởi quá trình polymer hóa. 2.1.3 Tạo polymer với kết cấu bắc cầu (crosslinked network) Có hai phương pháp tạo kết cấu bắc cầu cho polymer: lưu hóa ở nhiệt độ cao và lưu hóa ở nhiệt độ trong phòng. Đối với trường hợp lưu hóa ở nhiệt độ cao (High temperature vulcanising), cao su silicone rubbers được tạo các liên kết bắc cầu bằng cách phân hủy peroxide tại nhiệt độ trên 100°C. Sau đó các radical được tạo ra từ peroxide bị phân hủy sẽ kết hợp lại và tạo thành mối liên kết bắc cầu. Đối với trường hợp lưu hóa tại nhiệt độ trong phòng, có hai phương pháp được sử dụng. Phương pháp thứ nhất là dùng phản ứng ngưng tụ nhóm silanol để tạo các mối liên kết siloxane với sự giải phóng nước: Phương pháp thứ hai là phản ứng với sự tham gia của silicon hydrogen Si-H với các liên kết carbon chưa bão hòa, thường là nhóm vinyl (-CH=CH2). Phương pháp này cho phép kiểm sóat rất tốt mật độ liên kết bắc cầu: 52 2.1.4 Quá trình tạo thành cao su silicone phục vụ sản xuất cách điện cao áp ngòai trời. Để đáp ứng các yêu cầu về cách điện cao áp, ngòai những đặc tính sẵn có của cao su silicone, người ta còn cho thêm các chất độn để gia tăng độ bền cơ học, cho thêm aluminum trihydrate (ATH) để chống cháy vì bản thân cao su silicon rất nhậy cảm với nhiệt độ cao, dễ gây cháy. Phản ứng để bổ sung thêm ATH như sau: 2.2. Cách điện cao áp ngòai trời với thành phần cao su silicone 2.2.1 Ứng dụng của cách điện với thành phần cao su silicone Cao su silicone, từ khi giới thiệu trong năm 1960, đã vững chắc trên con đường đạt được thị phần từ cách điện sứ và thủy tinh như là các cách điện cao áp ngòai trời. (Ví dụ như cách điện treo trên đường dây tải điện, bushings, chống sét van và các đầu cáp lực...). 53 Hình 2.2. Cách điện treo composite cho DDK với thành phần cao su silicone Cao su silicone có đặc tính không dính nước trên bề mặt, có dòng rò bề mặt nhỏ và có khả năng chịu các tác động vật lý rất cao. Đó là những ưu điểm nổi trội so với các loại cách điện truyền thống bằng sứ và thủy tinh. Ngòai ra, trọng lượng nhẹ, đặc tính chịu được độ nhiễm bẩn cao cũng là những yếu tố quan trọng của cách điện composite với lớp phủ cao su silicone. 2.2.2 Về vấn đề vận hành lâu dài trong hệ thống điện Trọng tâm của vấn đề là đánh giá quá trình vận hành lâu dài trên hệ thống điện của cách điện composite. Hiện tại, trên thế giới vẫn chưa có những tiêu chuẩn cho việc thử nghiệm tăng tốc độ lão hóa cách điện polymer hoặc vật liệu cách điện polymer mặc dù một vài nước, hoặc các trung tâm nghiên cứu đang tiến hành xây dựng những tiêu chuẩn như vậy; chẳng hạn như IEEE, IEC, CIGRE, American National Standards Institute (ANSI), National Electric Manufacturers Association (NEMA). 54 Tuy nhiên, phương pháp đánh giá có hiệu quả nhất vẫn là theo dõi vận hành của các cách điện composite trên hê thống điện qua nhiều năm. Một trong những vấn đề cần phải quan tâm, đó là sự lão hóa bề mặt lõi cách điện làm cho nước ngấm vào lõi sợi thủy tinh cách điện của cách điện composite. Thêm nữa đó là sự lão hóa bề mặt cao su silicone có liên quan tới độ phục hồi đặc tính không dinh nước trên bề mặt của chúng. Vào năm 1974, hai nhà nghiên cứu Niemi and Orbeck đã đưa ra giả thuyết rằng sự phá hủy cách điện polymer là do kết quả của quá trình rạn nứt gây nên bởi các phóng điện trực tiếp xuất phát từ các dòng rò giá trị cao và đánh lửa tại các nơi đọng khô bề mặt cách điện (dry band arcing). Giả thuyết này được tiếp tục phát triển bởi các nhà nghiên cứu trên thế giới. Họ đã chỉ ra rằng sự lão hóa của bề mặt cách điện cao su silicone ở ngòai hiện trường bắt đầu với sự mất đặc tính không dính nước gây ra bởi đánh lửa tại các điểm đọng khô (dry band arcing). Đánh lửa tại các nơi đọng khô bề mặt cách điện đã phá hủy bề mặt cách điện bằng cách phân hủy chuỗi polymer và làm đóng vón các phần tử độn trong polymer (filler), kết cục là gây ra hiện tượng rạn nứt và mất đặc tính cách điện. Tuy nhiên, đánh lửa tại các điểm đọng khô (dry band arcing) chỉ có thể phát sinh khi khả năng không dính nước của cao su silicone bị suy giảm, bởi bề mặt có tính kỵ nước (không dính nước) thì sẽ không có dòng rò. Và như vậy, có thể nói rằng phóng điện vầng quang – conrona trên bề mặt cao su silicone – có đặc tính không dính nước – là cơ chế gây ra quá trình lão hóa cách điện. Phóng điện vầng quang và đánh lửa các điểm đọng khô là hai hiện tượng có bản chất rất khác nhau bởi vầng quang sinh ra do điện trường cao trong khi đánh lửa lại có liên quan tới dòng rò. Điện trường cao vượt quá ngưỡng ion hóa không khí có thể phát sinh bởi trường không đồng nhất tại nơi giọt nước 55 (vầng quang gây ra bởi gịot nước đọng) hoặc tại các khiếm khuyết về mặt hình dạng của cách điện do thiết kế. Các hậu quả của hiệu ứng vầng quang đã được kiểm chứng với sự quan sát bề mặt bị lão hóa của cách điện cao su silicone trước khi phát hiện bất cứ dòng rò nào có giá trị vượt quá 0.5mA. Các kết quả nghiên cứu cho thấy sự phá hủy bề mặt cách điện có thể tránh được nếu bề mặt song song với trường điện không phải chịu cường độ trường lớn hơn 0.4 – 0.6 kV/mm. Điều này có thể thực hiện được bằng cách thay đổi sự phân bố trường – tức thay đổi về mặt hình dạng cách điện – bằng các vòng triệt tiêu vầng quang (corona rings). Nếu như đặc tính không dính nước của bề mặt bị mất đi do vầng quang, nước đọng sẽ tạo thành màng dẫn điện bằng cách hòa tan trong nó các thành phần nhiễm bẩn có trong môi trường, tiếp theo là đọng khô cục bộ rồi dẫn đến đánh lửa các điểm đọng khô - dry band arcing. Điều này sẽ dẫn tới sự phá hủy bề mặt cách điện cao su silicone. Quá trình này xảy ra trong thời kỳ ẩm ướt, sau đó ngừng lại ở thời kỳ khô. Sự phục hồi đặc tính không dính nước khi đó sẽ xảy ra. Chu trình này sẽ được lặp lại ở thời kỳ ẩm ướt và cuối cùng có thể sẽ xảy ra phóng điện ở cách điện. Các nhà nghiên cứu (Shah et al. ) đã đề xuất ra một cơ chế phóng điện khởi nguồn từ sự tương tác giữa các giọt nước và các chất nhiễm bẩn trên bề mặt cách điện tạo thành khu vực ngậm nước (hydrophilic) có tính dẫn điện. Những dòng rò nhỏ này sẽ gây hiệu ứng nhiệt trên bề mặt giữa các khu vực đó và tạo thành vùng dẫn điện lớn hơn với các kênh dẫn (filaments). Các phóng điện cục bộ (phóng điện tự dập tắt - self-quenching discharges) giữa các kênh dẫn được phát sinh từ những nơi trường không đồng nhất. Cuối cùng, cách điện bị phá hủy khi có phóng điện dọc theo các kênh dẫn bị ướt. Cơ chế này được thể hình 2.3a. Mẫu cách điện cao su silicone bị lão hóa với 56 đặc tính không dính nước không đồng nhất (inhomogeneous hydrophobicity) – do lão hóa được thể hiện ở hình 2.3b. Mẫu này được sử dụng trên hệ thống điện hơn 20 năm. Hình 2.3. Mẫu cách điện cao su silicone bị lão hóa 57 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHỤC HỒI ĐẶC TÍNH KHÔNG DÍNH NƯỚC CỦA CAO SU SILICONE SAU KHI CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA VẦNG QUANG/PLASMA 3.1. Vật liệu Vật liệu được dùng cho các nghiên cứu ở đây là cao su silicone nền PDMS với một số tính chất khác nhau. 3.2. Các điều kiện thử nghiệm trong quá trình chịu tác động của các phóng điện 3.2.1 Các phóng điện vầng quang Hệ thống thử nghiệm được thiết lập gồm hai điện cực tròn gắn kết trong một hộp thủy tinh đóng kín. Dạng hình học của điện cực trên đã được thiết kế để đạt được sự đồng nhất điện trường trên vật thử. Hệ thống thử nghiệm và các điện cực được thể hiện trên các hình 3.1 và 3.2. Điện cực tròn phía trên có đường kính 87mm. Chiều dài của 7 kim phía trong cùng là 12mm, 12 kim nằm giữa là 11mm và 12 kim nằm ngòai là 9mm. Đầu các kim này được vuốt tròn với bán kính 56 µm ±4.2. Điện cực tròn phía dưới có đường kính 140mm và được nối đất. Điện áp thử nghiệm đặt vào có giá trị 20kV/50Hz. Việc truyền các điện tích vầng quang được thực hiện qua các điện cực (thể hiện bằng Watts) và được gọi là công suất của điện cực. Đối với thí nghiệm này, có hai dạng cấu hình hê thống thử nghiệm được thực hiện. Các màng mỏng PDMS hoặc là được đặt trực tiếp lên điện cực dưới, tạo công suất điện cực khỏang 1.5W; hoặc được đặt lên một đĩa thủy tinh (dày 3mm, đường kính 120mm). Dạng thử nghiệm thứ hai cho công suất điện cực vào khoảng 2.6W. Và dạng này được dùng cho thí nghiệm và phân tích các kết quả thu 58 được (trừ khi có hiệu ứng đặc biệt từ sơ đồ thử nghiệm với công suất điện cực 1.5W). Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm Hình 3.2. Vị trí của các kim trên điện cực nhìn từ phía dưới lên Tất cả hệ thống được đặt trong một công-te-nơ kín nhằm điều chỉnh được nhiệt độ ổn định tại 22±2 °C. 3.2.2 Plasma tần số radio (RF) 59 Tác động của plasma tần số radio được tiến hành trong buồng phản ứng dạng LCD-1200-400A hãng Shimadzu, Japan với dung tích khỏang 75x10-3 m3. Tác động được thực hiện với áp suất 26.6 Pa từ luồng ô-xy tinh khiết với tốc độ thổi 4.37x10-6 m3 s-1. Tần số là 13.56 MHz và công suất là 40W. Đĩa điện cực được quay nhằm tạo tính đồng nhất cho tác động của plasma lên vật thử nghiệm. 3.2.3 Plasma vi sóng (MW) Tác động của vi sóng (Microwave treatments) được thực hiện trong buồng phản ứng V15-G với tần số vi sóng. Các thông số khác như sau: áp suất 27Pa với khí ô-xy tinh khiết hoặc không khí khô thổi với tốc độ 8.3x10-7 m3 s-1. Tần số 2.45 GHz và công suất 40 hoặc 100W. 3.3. Các phương tiện, thiết bị sử dụng để đo đạc xác định các đặc tính của vật thử nghiệm 3.3.1 Đo góc tiếp xúc - Contact angle measurements Ramé Hart goniometer được sử dụng để đo góc tiếp xúc của giọt nước với bề mặt cách điện. Các phép đo được thực hiện với cây kim vẫn được giữ nguyên trong giọt nước. 3.3.2. Cân bằng Wilhelmy Góc tiếp xúc động được đo bằng Tensiometer Sigma 70 (KSV Instruments, Finland) với điều khiển tự động hòan tòan qua máy tính. 3.3.3 Hệ thống máy quang phổ và hiển vi điện tử được sử dụng trong thực nghiệm: - Reflection infrared spectroscopy (IR) - X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) - Scanning Electron Microscopy (SEM) 60 - Atomic Force Microscopy (AFM) 3.3.4 Các phép đo phản xạ neutron - Neutron reflectivity measurements 3.3.5 Kính hiển vi quang học - Optical microscopy Hình 3.3. Kính hiển vi quang học 3.3.6 Size exclusion chromatography (SEC) 3.3.7 Gas chromatography – mass spectrometry (GC-MS) Các phần phân tử gam thấp được phân tích bằng GC-MS, bằng cách sử dụng sắc ký khí Finnigan GCQ khí chromatograph / mass spectrometer (chế độ EI) 3.4. Các kết quả thực nghiệm 3.4.1. Sự mất mát và phục hồi tính kỵ nước: các phóng điện Sự mất đi và phục hồi lại đặc tính kỵ nước – tính không dính nước do bị phóng điện bề mặt (vầng quang hay plasma) đã được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới phân tích, đánh giá. Đó là những quá trình diễn ra rất phức tạp bởi cao su silicone đồng thời cùng một lúc bị tác động của một loạt các hiệu ứng: bức xạ, ion, điện tử, ozzone, tia cực tím.v.v...Thêm vào đó, các hiệu 61 ứng đó còn phụ thuộc vào bản chất cấu trúc vật liệu và các thành phân có trong vật liệu. Có thể nhận định một cách tổng quát về tác động của vầng quang/plasma lên cao su silicone như sau: (1) làm tăng lượng oxy trên bề mặt do sự hình thành các nhóm silanol và carbonyl; (2) tạo các liên kết ôxy hóa bắc cầu (oxidative crosslinking); (3) lão hóa tổng thể cấu trúc vật liệu. Năm mẫu PDMS đã được chuẩn bị cho nghiên cứu mức độ phục hồi tính kị nước, đồng thời các tính chất cơ học của lớp bề mặt giống thuỷ tinh silica cũng được nghiên cứu. Cái chữ viết tắt được sử dụng cho PDMS , chỉ khác nhau trong mật độ liên kết (/ MC) như sau: P0.7: MC = 700 g mol-1; P8: MC = 7500 g-mol -1; P12 MC = 11 600 g mol-1; P17: MC = 16 500 g mol-1 và P38: MC = 38 300 g mol-1. Các vật liệu đã bị phóng điện vầng quang hoặc plasma không khí. Phóng điện -plasma không khí đã được sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của phóng điện bề mặt với một cường độ cao (100W) trên mức độ oxi hoá bề mặt và sự phục hồi tính kị nước sau đó. Chi tiết được trình bày tiếp tại các phần tiếp theo. 3.4. 2 Sự mất đi đặc tính không dính nước Đặc tính bề mặt không dính nước của cao su silicone đã bị mất đi một cách tạn thời do bị oxy hóa bề mặt trong khi bị bị tác động của vầng quang trong không khí, sóng rađio (RF), microwave hoặc xử lý bằng plasma. Quá trình ôxy hóa đã tạo ra các kết cấu phi hữu cơ như SiOx và các nhóm silanol phân cực trên bề mặt cách điện. Quá trình được thể hiện qua những phản ứng sau đây: 62 Sự hình thành nhóm hydroxyl (Si-CH2OH) và peroxides (Si-CH2OOH) bởi phản ứng giữa nguyên tử oxy bị kích thích và cao su silicone theo phương trình 1và 2 (Scheme 1 &2): Hình 3.4. Các phản ứng oxy hóa 63 Hình 3.5. Sự ngưng tụ các nhóm silanol, tạo thành nhóm bắc cầu oxygen Các nghiên cứu về cao su silicone sau khi bị tác động của các thí nghiệm với sương muối (salt-fog) dưới điện trường cao với quan sát bằng quang phổ hồng ngoại và quang phổ tia X đã cho thấy rằng sự tác động trong thí nghiệm đã làm giảm lượng carbon từ 51% xuống còn 44% đồng thời lượng oxy tăng từ 23% lên 33%. các nhóm SiOx đã hình thành thành một lớp trên bề mặt cách điện. Khi cao su silicone bị tác động của oxygen-plasma hoặc vầng quang thì các hiệu ứng tương tự cũng xảy ra và tạo thành các nhóm silanol (Phương trình 3, Hình 3.4). Các nguyên tử silicon dương cực sẽ phản ứng với các nguyên tử oxy âm cực mạnh hơn là phản ứng với các nguyên tử carbon có tính âm cực yếu hơn. Như vậy, các nguyên tử Si sẽ tạo thành nhóm bắc cầu Si-O-Si (crosslinks SiOx). Sự ngưng tụ của các nhóm silanol cũng sẽ gây nên sự hình thành SiOx. Quá trình này được thể hiện trên hình 3.5. Thêm vào đó, các phóng điện vầng quang sẽ làm sinh ra các sản phẩm như NOx, HNO2 và HNO3 và chúng sẽ hòa tan vào nước hiện diện trên bề mặt 64 của cao su silicone. Nước mang tính axit này có thể sẽ ảnh hưởng tới quá trình điện ly các chuỗi polymer trên bề mặt cách điện. 3.4.3. Sự phục hồi đặc tính kỵ nước ( không dính nước) Cũng với các mẫu thử nghiệm mô tả tại phần 3.4.1, mô phỏng mức độ phục hồi tính kị nước sau khi bị phóng điện vầng quang đã được nghiên cứu bằng cách phóng điện vầng quang ba mẫu khác nhau của P17 tới 1h. Các mẫu bị phóng điện theo 3 cách khác nhau. Góc tiếp xúc đo đựơc thường ở trong khoảng tin cậy của khuôn khổ góc tiếp xúc. Vật liệu sau đó bị phóng điện vầng quang trong thời gian 0,5 h, 1 h hoặc 3 h để nghiên cứu ảnh hưởng của các mật độ liên kết ngang đến khả năng phục hồi tính kị nước sau đó. Quan sát chỉ ra rằng sự phục hồi đã được khôi phục độc lập với mật độ liên kết ngang của các vật liệu bị phóng điện vầng quang 0,5 h. Đối với các vật liệu bị phóng điện vầng quang 1 h, tỷ lệ phục hồi tăng với tăng mật độ liên kết ngang .Mức độ phục hồi của vật liệu bị phóng điện vầng quang trong 3 h tương tự với vật liệu bị phóng điện 1 h, tức là tỷ lệ phục hồi tăng với tăng mật độ liên kết . Sự phân tán trong số liệu góc tiếp xúc tuy nhiên rộng hơn sau khi phóng điện vầng quang 3 h . Độ trễ trực tiếp chỉ là 2-5 ° sau khi phóng điện vầng quang và nó sẽ tăng dần với thời gian phục hồi ~ 10 °. Hiện tượng trễ nhỏ trong mẫu mới bị phóng điện phản sự di chuyển theo khối chậm của lớp bề mặt đã bị oxy hoá. Sự phục hồi tính kị nước của các vật liệu bị phóng điện không khí-plasma cường độ cao hơn so với vầng quang cho thấy không có sự phụ thuộc hệ thống vào mật độ liên kết ngang của vật liệu tại bất kỳ liều lượng được sử dụng nào (30-720 s airplasma). Thời gian để phục hồi lại tính kị nước ban đầu đối với các mẫu bị phóng điện không khí-plasma ngắn hơn là các mẫu 65 bị phóng điện vầng quang. Hơn nữa sự khác biệt trong thời gian phục hồi giữa nguyên vật liệu khác nhau tăng nhanh chóng với việc tăng liều phóng điện không khí-plasma. Hiện tượng trễ góc tiếp xúc là 2-5° trực tiếp sau khi bị phóng điện không khí-plasma và tăng dần dần với thời gian phục hồi để cuối cùng đạt đến 25°. Sự phụ thuộc nhiệt độ : Sự phụ thuộc nhiệt độ của việc phục hồi tính kị nước đã được nghiên cứu bằng sự lão hóa của vật liệu bị phóng điện tại bốn nhiệt độ khác nhau (từ 22- 114° C). Việc phục hồi tính kị nước của tất cả các vật liệu bị phóng điện Corona cho thấy một sự phụ thuộc nhiệt độ Arrhenius. Sơ đồ Arrhenius biểu diễn trong Hình 3.6 thu được bởi các logarithm của thời gian tương hỗ để đạt r = 70 ° so với nhiệt độ tương hỗ. Số liệu mức phục hồi cho một loạt các vật liệu bị phóng điện Corona 1 h được biểu diễn. Hình 3.6: Quan hệ tương hỗ của logarithm thời gian để tiến tới góc tiếp xúc sau ở 70 ° sau 1h phóng điện Corona: P0.7 (), P8 (?), P12 (∆) P17 (?) và P12 biến dạng đến 15% sau khi bị phong điện() 66 Các mẫu đã bị biến dạng đến 15% căng để gây ra một fragmentation lớp bề mặt cho thấy sự tăng mức phục hồi gần 2 order biên độ (Hình 3.6). Năng lượng hoạt hoá có dải giữa 30 và 60 kJ mol-1 với mức trung bình là 42 kJ mol-1 và một dung sai tiêu chuẩn là 10 kJ mol-1..Năng lượng hoạt hoá độc lập với mật độ liên kết chéo (trung bình gồm tất cả các lần phóng điện): P0.7: 43 kJ mol-1; P8: 45 kJ mol-1; P12: 41 kJ mol-1; P17: 41 kJ mol-1; P38: 35 kJ mol-1) và thời gian bị phóng điện Corona (trung bình ± dung sai tiêu chuẩn): 40 ± 8 kJ mol-1 (0,5 h); 49 ± 10 kJ mol-1 (1 h); 42 ± 13 kJ mol-1 (3 h). Các mẫu biến dạng đến 15% sức căng cho thấy năng lượng hoạt hoá tương tự, trung bình dung sai ± theo tiêu chuẩn: 38 ± 8 kJ mol-1. Điều này chỉ ra rằng cùng một cơ chế đã thống trị, mặc dù các vết đứt gãy đã được khởi tạo trong lớp giống silic. Các mẫu bị phóng điện không khí-plasma cho thấy sự sai khác rất rõ rệt so với luật Arrhenius. Hình 3.7: Quan hệ tương hỗ của logarithm thời gian để tiến tới góc tiếp xúc sau ở 70 ° sau 180 s phóng điện không khí-plasma. Vật liệu: P8. Tất cả các dữ liệu đều phù hợp với dạng đường cong thể hiện ở hình 3.7 với độ dốc nghiêng ở nhiệt độ thấp và một đường thẳng phẳng tại nhiệt độ cao hơn. 67 Sự phục hồi đặc tính không dính nước của cao su silicone xảy ra sau khi bị tác động của vầng quang/plasma. Quá trình phục hồi này cũng rất đa dạng và phức tạp liên quan tới một loạt quá trình điện hóa. Một số quá trình có thể được trình bày như sau: 1. Quá trình định hướng lại các nhóm phân cực tại bề mặt cách điện thành một búi. 2. Sự ngưng tụ các nhóm silanol tại bề mặt 3. Sự nhiễm bẩn bề mặt ngoài cách điện 4. Sự thay đổi độ sần sùi bề mặt cách điện 5. Sự mất đi các thành phần giàu oxy vào không khí 6. Sự dịch chuyển các nhóm có trọng lượng phân tử thấp thành một búi và ra bề mặt cách điện. Tính mềm dẻo của cao su silicone không bị oxy hóa hoặc bị oxy hóa nhẹ đã tạo ra sự định hướng lại rất nhanh của các nhóm phân cực. Lực tác động ở đây đối với sự hồi phục tính chất không dính nước là sự giảm thiểu năng lượng bề mặt. Tuy nhiên, các nghiên cứu cho thấy rằng nhiễm bẩn bên ngòai bề mặt cách điện không gây nên sự phục hồi khả năng kỵ nước của cao su silicone. Chính sự dịch chuyển của một lượng cao su silicone với trọng lượng phân tử thấp từ các búi ra ngòai bề mặt là cơ chế chính của sự hồi phục tính kỵ nước (không dính nước) của cách điện cao su silicone PDMS. Quá trình phục hồi đặc tính không dính nước được tổng kết ở hình 3.8. Một lớp giống như silica có tính ngậm nước đã được hình thành trên bề mặt trong quá trình bị tác động của vầng quang/plasma. Lớp phủ này ngăn ngừa sự khuyếch tán những lượng PDMS (silicone) có trong lượng phân tử thấp ra 68 ngòai bề mặt, và kết quả là gây ra tốc độ phục hồi thấp cho đặc tính kỵ nước vốn có của cao su silicone. Tuy nhiên, sự phá vỡ lớp phủ bề mặt SiOx sẽ làm tăng tốc độ hồi phục đặc tính không dính nước. Hình 3.8. Mô tả quá trình dịch chuyển của các siloxan trọng lượng phân tử thấp qua (a) lớp SiOx bị phá vỡ (b) bề mặt lớp phủ SiOx 3.4.4. Sự lão hóa nhiệt của cao su silicone PDMS Các hiện tượng xảy ra với cách điện cao su silicone như nhiệt phát sinh tử các phóng điện, vầng quang là tương đối giống nhau. Chúng gây ra các hiện tượng phá vỡ kết cấu chuỗi polymer. 69 Hình 3.9. Những quá trình phản ứng cắt đứt chuỗi liên kết polymer 3.4.5. Ảnh hưởng yếu tố môi trường tới đặc tính kỵ nước - hydrophobicity Trong quá trình vận hành, cao su silicone chịu sự tác động của nước dưới dạng mưa, sương, của các tia cực tím từ ánh nắng mặt trời. Sựu ảnh hưởng của những yếu tố này được trình bày tại các phân dưới đây. 3.4.5.1 Tác động của nước Sự tăng trọng lượng của PDMS nguyên chất ngâm trong nước tinh khiết tại nhiệt độ phòng là Η 0.07 wt.%88. Nhưng cao su silicone PDMS với các chất độn thêm đã hút nước nhiều hơn so với PDMS nguyên chất. Các thực nghiệm cho thấy cách điện PDMS ngâm lâu trong nước dần dần sẽ đánh mất tính không dính nước của mình. Quá trình này chủ yếu là do hiện tượng 70 hydratisation kết cấu khung của cao su silicone, do hiện tượng thủy phân kết cấu siloxane tạo thánh các nhóm ngậm nước silanol hoặc do sự phá hủy bề mặt, các chất độn ở phía bề mặt. 3.4.5.2 Các tia bức xạ cực tím UV Cao su silicone PDMS không hấp thụ các tia UV trong quãng 300-400 nm. Nói chung, các nghiên cứu cho thấy, các bức xạ tia cực tím từ mặt trời làm tăng độ không dính nước của cao su silicone. 71 CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÁCH ĐIỆN COMPOSITE TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 4.1. So sánh cách điện gốm truyền thống với cách điện composite (polymer) Lịch sử: Cuối những năm 1950: cách điện composite trọng lượng nhẹ NCI được cho là cần thiết cho các DDK 1000 kV Năm 1959: GE lần đầu tiên phát triển cách điện composite, nhưng gặp vấn đề với lão hóa epoxy. Đầu thập niên 1960: Europeansintroduce lần đầu tiên giới thiệu cách điện composite hiện đại với lõi sợi thuỷ tinh Những ưu điểm của cách điện composite so với cách điện gốm sứ: Giảm 90% trọng lượng giảm Giảm hư hỏng do bị vỡ Chi phí lắp đặt thấp hơn Bề ngoài thân thiện, dễ chịu Nâng cao chất lượng để kháng với những tải cơ học Nâng cao chất lượng xử lý quá tải Nâng cao chất lượng cách điện Nâng cao hiệu quả hoạt động chống nhiễm bẩn 72 4.2. Ứng dụng cách điện composite tại hệ thống điện Việt Nam Từ khi tuyến đường dây tải điện 500kV Bắc Nam được đưa vào vận hành, nhiều công nghệ và thiết bị hiện đại, tiên tiến đã được giới thiệu và một phần đưa vào sử dụng trong hệ thống điện Việt Nam trong đó có cách điện composite. Tuy nhiên, đối với điều kiện vận hành của Việt Nam với đặc thù khí hậu nóng ẩm, nắng nhiều, mưa và dông sét nhiều, việc đưa cách điện composite vào sử dụng, cụ thể trên các đường dây tải điện còn gặp nhiều trở ngại với một số nguyên nhân chính như sau: a) Khả năng chịu đựng khí hậu nói chung là khắc nghiệt của Việt Nam của cách điện composite chưa được kiểm chứng một cách rõ ràng. Nhất là độ lão hóa do các điều kiện bên ngòai cũng như đ/k vận hành. b) Các số liệu thống kê về sự cố vận hành do sứ composite, tuổi thọ của cách điện composite cũng chưa được rõ ràng vì đòi hỏi thời gian dài vận hành. c) Trong sửa chữa, bảo dưỡng, cách điện bằng composite có những ưu điểm nổi trội như nhẹ, dễ dàng thao tác trong lắp đặt nhưng lại mặt yếu là khó phát hiện chỗ hư hỏng (nứt mẻ, gãy...) bằng mắt thường so với cách điện bằng thủy tinh hoặc gốm sứ. Điều này dẫn đến những khó khăn nhất định trong vận hành, bảo dưỡng sửa chữa, phát hiện và khắc phục sự cố đường dây. d) Yếu tố giá cả cũng là một vấn đề đáng quan tâm mặc dù những năm gần đây, giá thành sản xuất cách điện composite cũng đã có giảm đi so với các loại cách điện khác. 73 Hiện nay, cách điện composite đang được sử dụng chủ yếu trên các tuyến đường dây thuộc lưới điện phân phối 22kV tại các Điện lực tỉnh, chủ yếu tập trung tại các tỉnh phía Bắc như Hà Giang, Lào Cai, Lạng Sơn. Ngòai ra, rải rác tại các Điện lực tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh, một số tỉnh Nam Bộ.v.v...Tuyệt đại đa số các cách điện composite đang được sử dụng trên lưới 22kV này đều là sản phẩm nhập từ Trung Quốc do các cơ sở sản xuất của Trung Quốc thiết kế và chế tạo với thành phần cao su silicone nhập ngọai từ Mỹ hoặc các nước châu Âu. Về chất lượng của các cách điện composite trên lưới phân phối, hiện tại chưa có số liệu thống kê cụ thể và chi tiết bởi chúng mới được đưa vào lưới khỏang 5 năm gần đây. Cá biệt có một số tuyến 22kV ở Hà Giang với cách điện composite đã vận hành gần 10 năm nhưng cũng không phát hiện có những khiếm khuyết trầm trọng. Hiện tại, trên lưới truyền tải điện của hệ thống điện Việt Nam mới có tuyến 110kV và 220kV Bà Rịa – Phú Mỹ sử dụng cách điện composite. Tuyến Phú Mỹ Bà Rịa 110kV: khỏang 5 năm, 220kV khỏang 2 năm, các số liệu thống kê hiện đang được thu thập. 4.3. Một số sản phẩm cách điện composite được chào bán trên thị trường Việt Nam a) Cách điện composite DTR của hãng Dong Woo sản xuất Do Công ty cổ phần xây lắp công nghiệp 68 cung cấp với những giới thiệu đặc tính mà chuỗi cách điện bằng silicon mang lại: • Độ bền cơ khí cao. 74 • Lực bẻ gãy tại 1 điểm cao với kích thước nhỏ. • Chống được sự va đập, thậm chí cả khi dùng súng ngắn để thử. • Giảm trọng lượng so với cách điện truyền thống từ 10 đến 300 lần. • Chi phí vận chuyển giảm. • Chi phí đóng gói và lưu kho giảm. • Chi phí lắp đặt giảm. • Kết cấu giá đỡ nhẹ hơn. • Khoảng cách dòng rò lớn hơn với cùng một khoảng cách phóng điện. • Điện áp có thể gây phóng điện cao hơn trong môi trường ô nhiễm. • Khả năng chống được hồ quang điện cao hơn. • Chống được tia cực tím, bào mòn. • Khả năng tự làm sạch bề mặt. • Thích ứng cho mọi môi trường hoạt động (kể cả môi trường có nhiều muối, axit, bụi bẩn). Thông số kỹ thuật chuỗi cách điện DTR: Các chỉ số DTR Điện áp danh định 15KV 25KV 35KV 110KV 220KV Kích thước giữa 2 tâm lỗ (mm) 330 445 540 1220 2130 Chiều dài dòng dò (mm) 439 647 880 3150 5650 Đường kính chốt (mm) 15.87 16.1 16.17 16 16 Kích thước Khoảng cách 215 268 356 1035 1940 75 cách điện (mm) Khô 100KV 150KV 170KV 230KV 395KV Độ bền điện áp tần số công nghiệp Ướt 70KV 115KV 140KV 200KV 350KV Dương 180KV 235KV 255KV 550KV 1000KV Thông số kỹ thuật Thử xung điện áp Âm 260KV 320KV 345KV 645KV 1100KV 7.000KN 7.000KN 7.000KN 7.000KN 7.000KN 10,000KN10,000KN10,000KN10,000KN 10,000KN Lực kéo phá huỷ 12.000KN12.000KN12.000KN12.000KN 12.000KN Chỉ số cơ học Số lượng tán chuỗi 4 6 8 24 48 76 Bản kiểm nghiệm chuỗi cách điện 77 78 b) Cách điện composite do Công ty composite Sao Đỏ chào bán - Sứ chuỗi cách điện Silicon-Polyme 24kv,35kv - Sứ đứng Epoxy dùng làm cầu giao,cầu chì,các loại thiết bi đóng,ngắt trong cac' bộ thiết bị điện gồm sứ 35kv loại vành to,nhỏ.24kv loại vành to, nhỏ.Sứ 15kv.Sứ 10kv - Sứ đỡ thanh xà,thanh cái bằng vật liệu silicon - Sứ dùng trong các bộ thiết bị điện bằng vất kiệu silicon 79 KẾT LUẬN Qua nghiên cứu phân tính của toàn bộ nội dung đề tài đã được trình bày ở trên ta có thể rút ra một số kết luận sau đây: 1. Việt Nam nằm trong một vùng khí hậu nhiệt đới, các cách điện đặt ngoài trời nên luôn chịu tác động của môi trường như: mưa, gió, nắng, bão, lụt, sương muối, hơi nước muối biển, nhiễm bẩn công nghiệp, bão cát, bão xoáy nhiệt đới v.v... . và đặc biệt nhiệt độ, độ ẩm thường rất cao. Chính các yếu tố môi trường này tác động 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 cấu trúc cách điện. 2. Để sử dụng và vận hành một cách tối ưu, đem lại hiệu quả kinh tế và an tòan cho công tác vận hành hệ thống điện, việc nghiên cứu đánh giá các đặc tính cách điện của các chủng loại cách điện trong đó cách điện composite là một việc cần thiết. 3. Cách điện composite, từ khi giới thiệu trong năm 1960, đã chiếm lĩnh một vị trí vững chắc trong thị phần cách điện từ cách điện sứ và thủy tinh như là các cách điện cao áp ngòai trời. Lớp phủ bề mặt cao su silicone của cách điện composite có đặc tính không dính nước trên bề mặt, có dòng rò bề mặt nhỏ và có khả năng chịu các tác động vật lý rất cao. Đó là những ưu điểm nổi trội so với các loại cách điện truyền thống bằng sứ và thủy tinh. Ngòai ra, trọng lượng nhẹ, đặc tính chịu được độ nhiễm bẩn cao cũng là những yếu tố quan trọng của cách điện composite với lớp phủ cao su silicone. Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy Một trong những lợi thế của cách điện cao su silicone - polydimethylsiloxane (PDMS) là đặc tính kỵ nước (tính không dính nước - hydrophobic) trên bề mặt của nó. Đối với các cách 80 điện bằng sứ và thủy tinh, nước luôn tạo thành một mặt màng mỏng bám trên bề mặt cách điện mang tính chịu nước (bám nước - hydrophilic). Khi có hiện tượng nhiễm bẩn, tức các màng nước này mang yếu tố nhiễm bẩn, dòng rò trên bề mặt sứ sẽ tăng lên, dẫn tới nguy cơ phóng điện trên bề mặt sứ cách điện. Bề mặt không dính nước của cao su silicone đã ngăn ngừa không cho tạo ra một màng nướ