Vầng quang – Tác nhân gây hại chính cho cách điện polimer

Sử dụng cách điện bằng vật liệu polymer (cao phân tử) nói chung và cách điện composite nói riêng là xu hướng chính trong thiết kế xây dựng, cải tạo trang thiết bị điện, đặc biệt là với các đường dây truyền tải. Mặc dù có rất nhiều điểm ưu việt, cách điện polymer cũng sẽ dễ bị tổn thương bởi một số tác nhân môi trường và/ hoặc điều kiện vận hành, trong đó có vầng quang điện.

Công ty Truyền tải điện 4 quản lý vận hành trên 6.000 km đường dây  điện áp danh định từ 220 kV trở lên và hầu hết các đường dây được đầu tư xây dựng trong khoảng 10 năm gần đây đều đã sử dụng cách điện composite. Một số đường dây vận hành đã lâu, đến kỳ đại tu phần cách điện, giải pháp dùng cách điện composite thay thế cho cách điện cũ bằng vật liệu vô cơ ( Ceramic, Glass) cũng là ưu tiên.

Như vậy, cách điện composite, một trong các loại polymer, sẽ chiếm đa phần trên hệ thống đường dây truyền tải thuộc Công ty.

Mới đây, ngày 06/04/2019, website  INMR chuyên về cách điện, chống sét van, sứ xuyên, phụ kiện cáp ngầm…đăng bài viết trên Site “ Corona:Deadly enemy for polymeric insulators” , tạm dịch là  Vầng quang: tác nhân gây hại chính cho  cách điện polymer.Với ý nghĩ : bài viết có thể là tham khảo hữu ích cho kỹ sư, công nhân làm công việc quản lý vận hành đường dây truyền tải trong công việc vận hành hàng ngày cũng như tham gia với vai trò nào đó trong công tác xây dựng, cải tạo đường dây, người dịch cố gắng chuyển tải nội dung bài viết đến người đọc trong Công ty và thêm một vài nhận xét  như dưới đây.

Đã từ lâu, người ta biết rằng vầng quang có thể gây hư hỏng cách điện. Tuy nhiên, không phải mọi khía cạnh của vấn đề này được hiểu đầy đủ mà vẫn đang trong vòng nghiên cứu, bao gồm vấn đề về cường độ và độ dài thời gian tác động của vầng quang để kích khởi sự thoái hóa cách điện, vấn đề về phương pháp tốt nhất để phát hiện và việc phát triển những thử nghiệm phù hợp nhằm dự báo ảnh hưởng khi hiện diện vầng quang.  

  

Phát hiện vầng quang bằng máy quay UV (dò tia cực tím).

Khi tiếp cận cách điện composite, tác động đầu tiên của vầng quang là với chuỗi phụ kiện, những chỗ trống bên trong vật liệu hoặc từ các khiếm khuyết ở mặt tiếp giáp các loại vật liệu. Phần lớn tia sáng thành phần trong vầng quang có bước sóng ngắn hơn 400 nm và do đó, thuộc về dải UV (Ultra Violet –cực tím). Ngược lại, đa phần tia bức xạ mặt trời nằm trong dải thấy được, 400—700 nm, do các tia có bước sóng ngắn hơn đã bị lọc bởi tầng Ô zôn. Thực tế, vài loại tia thuộc vùng bước sóng dài của dải UV trong quang phổ của vầng quang cũng khớp hoặc thậm chí vượt qua bước sóng thuộc quang phổ mặt trời. Các vật liệu đa phân tử nhạy cảm với sự thoái hóa do tia UV hình thành từ vầng quang hơn là tia hiện diện trong quang phổ mặt trời, đặc biệt nếu vầng quang tồn tại gần sát với vật liệu. Vầng quang bẻ gãy phân tử Ô xy ổn định  để tạo ra các gốc tự do kết hợp với phân tử Ô xy khác hình thành Ô zôn (O3). Ô zôn sau đó tấn công vào các vị trí liên kết đôi hoặc ba của các vật liệu dẻo như cao su silicone hoặc EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer: một loại cao su nhân tạo có tính kháng mạnh đối với Axit, kiềm loãng, nhiều loại dung môi, hơi nước và cả ô zôn…-Wikipedia) . Kết quả là sự bẻ gãy (cracking) chuỗi phân tử. Ngay cả một lượng Ô zôn bé tí cỡ phần triệu (ppm) cũng đủ để kích khởi Cracking, tuy rằng thời gian cần cho việc này phụ thuộc vào công thức phân tử của vật liệu.

Đến đây có thể phải xem lại :

  1. Chúng ta đã có dụng cụ đúng để phát hiện vầng quang  (quang phổ UV)?
  2. Các loại phương tiên đã giúp chúng ta nhìn thấy phát sáng trên chuỗi cách điện và phụ kiện, thực chất lọc được ánh sáng thuộc dải tần nào, ánh sáng đó đăc trưng cho hiện tượng gì, tác hại ra sao?

Mặc dù hầu hết các chất dẻo hiện đại đã có phụ gia chống mối nguy hại này, một số loại chất dẻo cuối cùng cũng bất lực trước sự tấn công của Ô zôn nếu lượng phân tử này tập trung đủ cao. Vầng quang cũng sinh ra axit  Oxalic và Nitric trên lớp ẩm bề mặt cách điện do có hơi nước, nước ngưng tụ hay sương mù. Tùy thuộc vào độ pH, các chất này cũng làm thoái hóa cục bộ chất polymer. Vầng quang có thể “khoan” lỗ vào trong vật liệu, nghĩa là sự thoái hóa không chỉ thuần túy là tấn công hóa học bởi ô zôn. Trong thực tế, các nhà nghiên cứu đã tính toán nhiệt độ ở ngọn của tia phóng điện và cho thấy nhiệt độ đó có thể cao đủ gây ra bốc hơi ngay cả với vật liệu phi hữu cơ. Cũng có một tác nhân tấn công cơ học, giống như thổi cát, do va đập lặp đi lặp lại của các điện tích lên vật liệu. Thực sự là hiếm hoi trong lĩnh vực điện lực mà có một hiện tượng vật lý có thể kích khởi được nhiều dạng thoái hóa như vậy.

Vậy là, ánh sáng UV gây được 3 loại tác động : hóa học , nhiệt học và cơ học đồng thời.

 

 

Các ví dụ về tác động của vầng quang lên cách điện composite.

Để minh họa tác động tiềm tàng của vầng quang, các nghiên cứu vừa qua quan tâm đến việc kiểm tra từ mặt đất các chuỗi cách điện composite trên những đường dây 115 kV, 230 kV, 500 kV ở Tây Nam nước Mỹ, sử dụng máy chụp ảnh vầng quang và ống nhòm. Một loạt các cột trên đường dây 230 kV lắp các chuỗi cách điện composite có và không có vòng vầng quang trên các pha kế nhau. Chuỗi cách điện 115 kV không có vòng vầng quang trong khi các chuỗi cách điện 500 kV có vòng vầng quang cả phía dây dẫn lẫn phía xà. Dựa vào điều kiện khô ở khu vực, Công ty điện lực vận hành các đường dây này quyết định không thay các chuỗi cách điện không được lắp vòng vầng quang. Điều này cho phép nghiên cứu so sánh ảnh hưởng chỉ của vòng vầng quang lên cách điện composite, bởi vì  các yếu tố khác là như nhau (thiết kế, vật liệu, sản xuất các chi tiết, vị trí đặt và điện áp hệ thống). Vầng quang quan sát được trên những chuỗi cách điện này, trong đó nhiều chuỗi đã vận hành trên 25 năm, chỉ thỉnh thoảng có và thường xuất phát từ phần phụ kiện của chuỗi cách điện.

Các chuỗi cách điện 230 kV được đánh giá thuộc về 3 thế hệ công nghệ cách điện composite. Một số chuỗi (thanh) cách điện được tháo ra dành cho công việc xét nghiệm sâu hơn và chúng cho thấy vành cách điện gần phía dây dẫn nhất nhưng không có vòng vầng quang bảo vệ, để lộ ra những thay đổi từ nhẹ đến nghiêm trọng dưới dạng rắn hóa, rạn nứt và đổi màu. Rõ ràng là những chuỗi (thanh) cách điện này đang đi hết tuổi thọ và thực sự có lẽ đã hỏng tại những vị trí có nhiều chất kết tủa (cặn, bụi). Ngược lại, không có cách điện nào đã được lắp vòng vầng quang mà xảy ra hiện tượng như vậy. Điều này minh chứng mạnh mẽ rằng đối với cách điện composite, thiết kế và sự cần thiết lắp vòng vầng quang phụ thuộc không chỉ vào cấp điện áp mà còn phụ thuộc môi trường làm việc. Nói ví dụ, trong trường hợp cách điện đặt ở môi trường nhiễm bẩn nặng, ở vùng cao thường xuyên ẩm ướt, cẩn trọng nhất vẫn là lắp vòng vầng quang phía dây dẫn, cho dù ở cấp điện áp không cao.

Như vậy có thể nên áp dụng công thức:

  • 220 kV : lắp vòng vầng quang ở phía dây dẫn;
  • 500 kV : lắp vòng vầng quang ở cả 2 đầu chuỗi (thanh) cách điện composite.

Và trong vận hành: kiểm tra cẩn thận hơn với các vành cách điện phía dây dẫn có bị hóa cứng, đổi màu, rạn hoặc tạo ra bụi hay không?


  • Hà Công minh - TP. Điều Độ - nguồn : website www.inmr.com, 06/4/2019