1. Chương IV: Vật liệu cách điện  Tính chất và phân loại vật liệu cách điện  Vật liệu cách điện khí  Vật liệu cách điện rắn  Vật liệu cách điện lỏng TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  2. I. Tính chất và phân loại vật liệu cách điện 1) Tính chất cơ, lý, hóa của điện môi (đọc tài liệu) a) Độ bền nhiệt (oC)  Định nghĩa: khả năng của vật liệu cách điện chịu đựng không bị hư hỏng trong thời gian ngắn cũng như lâu dài dưới tác động của nhiệt độ cao và sự thay đổi đột ngột nhiệt độ  Độ bền nhiệt của điện môi vô cơ: là điểm bắt đầu biến đổi tính chất điện (ví dụ: tanδ tăng rõ rệt hay điện trở suất giảm)  Độ bền nhiệt của điện môi hữu cơ: là điểm bắt đầu biến dạng cơ học kéo hoặc uốn hoặc theo độ lún sâu của kim loại dưới áp lực khi nung nóng điện môi  Độ bền nhiệt của điện môi lỏng: được xác định bằng nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ của chất lỏng mà khi nung nóng đến nhiệt độ đó, hỗn hợp hơi của điện môi lỏng và không khí sẽ bốc cháy khi đưa lửa lại gần TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  3.  Theo tiêu chuẩn IEC, vật liệu cách điện được phân theo 7 cấp độ chịu nhiệt Ký hiệu cấp chịu nhiệt Nhiệt độ làm việc lớn nhất cho phép (oC) Y 90 Vật liệu A 105 hữu cơ E 120 B 130 Vật liệu composite F 155 H 180 Vật liệu C >180 vô cơ TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  4. b) Độ dẫn nhiệt (W/m.K)  Đặc trưng cho khả năng tải nhiệt của vật liệu cách điện  Độ dẫn nhiệt lớn (nhiệt lượng tỏa ra do hiệu ứng Joule, do tổn hao lõi thép, do l tổn hao điện môi): Nhiệt lượng dễ dàng truyền qua vật  Công suất truyền nhiệt liệu cách điện  Độ dẫn nhiệt thấp: nhiệt ∆T lượng tỏa ra do các tổn hao P=k A (W ) khó truyền qua vật liệu cách ∆l điện → quá nhiệt → phóng Với điện đánh thủng cách điện do k: độ dẫn nhiệt nhiệt TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  5. 2) Tính chất điện của vật liệu cách điện  Độ bền điện (kV/mm): khả năng chịu đựng cường độ điện trường lớn nhất của vật liệu mà không bị phóng điện đánh thủng  Tổn hao điện môi  Hằng số điện môi  Điện trở suất khối TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  6. 3) Phân loại vật liệu cách điện  Theo trạng thái vật chất: khí, lỏng và rắn (thông dụng)  Theo bản chất hóa học: vật liệu cách điện hữu cơ và vô cơ. Kết hợp giữa hữu cơ và vô cơ → vật liệu composite TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  7. II. Vật liệu cách điện khí  Vật liệu cách điện khí phổ biến và dễ tìm thấy nhất là không khí  Ứng dụng của không khí: - Cách điện chủ yếu của các đường dây truyền tải trên không - Cách điện của các thiết bị điện làm việc trong không khí - Phối hợp với các chất cách điện rắn và lỏng * Chú ý: tuy nhiên sự xuất hiện bọt khí trong cách điện rắn làm phát sinh phóng điện cục bộ → phá hủy cách điện từ từ  Một số chất khí khác được sử dụng làm chất cách điện như: N2, CO2, SF6… - SF6 (khí điện âm) được dùng phổ biến trong máy cắt trung thế và cao thế (GIS) - SF6 là khí nhà kính và rất khó phân hủy → xu hướng thay thế bằng chân không TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  8.  Các chất khí khác nhau có đặc tính vật lý khác nhau Khả năng chống Khả năng làm Rẻ tiền, dễ cháy và chống oxy mát, giảm ma Độ bền kiếm hóa cao sát cao điện cao Đặc tính Không N2 CO2 H2 SF6 khí Tỷ trọng 1 0,97 1,52 0,07 5,2 Nhiệt dẫn 1 1,08 0,64 6,69 suất Hệ số tỏa 1 1,03 1,13 1,61 nhiệt từ vật rắn sang khí Độ bền 1 1 0,9 0,6 2,5 điện TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  9.  Độ bền điện của chất khí tăng theo áp suất TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  10. III. Vật liệu cách điện rắn 1) Giới thiệu  Vật liệu cách điện rắn được dùng làm cách điện chính trong các thiết bị điện như: cáp điện lực, máy phát điện, máy biến áp đo lường  Khi kết hợp với cách điện lỏng và khí, vật liệu cách điện rắn còn dùng để: - Làm vật liệu kết cấu trong đường dây truyền tải trên không, máy biến áp điện lực và máy cắt - Vỏ cách điện chứa chất lỏng hoặc khí - Màn chắn cách điện trong chất lỏng và khí TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  11.  Kết cấu cách điện trong của máy biến áp điện lực o Sử dụng giấy cách điện và giấy ép cách điện kết hợp với dầu cách điện. o Cách điện chính: kết cấu màn chắn cách điện Clamping plate Clamping plate Tube Snout Cylinder Spacer block Angle ring Cap Metalized stress ring Moulded lead exit Paper wrap around copper wire Cylinder TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  12.  Yêu cầu của vật liệu rắn làm cách điện: o Độ bền điện cao o Độ dẫn nhiệt cao o Tổn hao điện môi thấp o Dễ chế tạo và lắp đặt o Rẻ tiền o Khó cháy o Không giải phóng khí độc khi cháy  Các chất cách điện rắn thông dụng: polymer (nhựa), thủy tinh, gốm (sứ) và giấy tẩm dầu TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  13.  Phân loại chất cách điện rắn Polymer tổng hợp Hữu cơ Vô cơ Nhựa nhiệt Nhựa nhiệt dẻo cứng Sợi bông Amiăng PE Bakelite Giấy Gốm, sứ PP Nhựa epoxy Giấy ép Thủy tinh PS Polyester Cao su Mica PVC Gỗ PTFE Sáp XLPE TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  14. 2) Polymer a) Phân loại polymer  Polymer là những hợp chất mà phân tử của chúng gồm những nhóm nguyên tử được nối với nhau bằng liên kết hoá học và lặp di lặp lại nhiều lần tạo thành những mạch dài và có khối lượng phân tử lớn  Polymer có nguồn gốc tự nhiên (cao su, cellulose, …) hoặc tổng hợp (PVC, PE…) TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  15. TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  16.  Đặc tính của polymer (nhựa): o Trọng lượng thấp o Nhiều màu sắc (pha màu) o Độ dẫn nhiệt thấp o Độ dẫn điện thấp o Dẻo dai o Độ bền điện cao o Khả năng kháng hóa chất cao o Độ bền cơ cao hơn kim loại nếu được gia cường o Dễ đúc khuôn với nhiều hình dáng khác nhau TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  17.  Phân loại nhựa: nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt cứng (rắn) o Nhựa nhiệt dẻo: sẽ hóa dẻo khi gia nhiệt và dễ dàng gia công bằng phương pháp đúc khuôn hoặc ép đùn (PE, PP, PS và PVC) o Nhựa nhiệt cứng: đặc trưng bằng quá trình đóng rắn nhờ gia nhiệt hoặc các phản ứng hóa học. Sau khi đóng rắn, nhựa không bị hóa dẻo khi gia nhiệt lần nữa (Phenolics, epoxies, polyesters không bão hòa, polyurethanes) TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  18. b) Cấu trúc polymer  Polymer = poly (nhiều) + mer (phần, đơn vị).  Đơn vị nhỏ gọi là monomer  Tổng số đơn vị nhỏ gọi là độ polymer hóa (n) n mắc xích TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  19.  Polymer được điều chế bằng phản ứng trùng hợp hoặc trùng ngưng (có tạo ra chất mới-ví dụ như nước)  Trùng hợp từ 1 loại monomer gọi là homopolymer  Trùng hợp từ 2 loại monomer gọi là copolymer → tính chất polymer phụ thuộc vào các monomer và sự sắp xếp các monomer Butadiene Styrene TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.
  20. c) Hình dáng mạch polymer  Mạch polymer là đường gãy khúc và dích dắc trong không gian được chia thành 04 loại Nhựa nhiệt Van der waal dẻo Mạch nhánh Mạch thẳng Liên kết ngang Crosslinked polymer (cao su lưu hóa, XLPE) Mạch lưới Mạch không gian TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố(Nhựa nhiệt rộng rãi dưới bất kỳ cứng) hình thức nào.