Thí nghiệm dầu cách điện

Đặc tính của dầu cách điện và khối lượng tiêu chuẩn thử nghiệm dầu cách điện trong lắp mới và định kỳ của các thiết bị điện

Nguồn gốc dầu cách điện:

Dầu mỏ thiên nhiên lấy từ các mỏ dầu ở dưới đất, sau khi tinh luyện bằng các phương pháp tương đối phức tạp (ví dụ phương pháp chưng cất, phương pháp xử lý bằng axít Sunfuric-kiềm) sẽ được nhiều loại dầu rất quan trọng trong công nghiệp. Dầu dùng trong Máy biến thế, trong máy cắt điện, dầu Tuốc bin và các loại dầu nhờn khác, thường dùng trong hệ thống điện đều là một phần trong các sản phẩm đó.

Tác dụng của dầu cách điện trong thiết bị:

a) Tác dụng cách điện,

b) Tác dụng tản nhiệt,

c) Tác dụng dập hồ quang.

Tác dụng cách điện: Hệ số điện môi của không khí rất thấp so với hệ số điện môi của dầu nói chung. Nếu cuộn dây của biến thế bọc vải hay bọc bằng các chất cách điện khác và để trong không khí thì hệ số điện môi rất nhỏ nhưng nếu đem đặt vào dầu, dùng dầu thay cho không khí thì hệ số điện môi tăng lên rất nhiều. Khi sử dụng máy biến thế mà dầu trong ấy còn ít thì thường sinh ra hiện tượng phóng điện xuyên thủng ở đầu dây và vỏ máy. Do đó chứng tỏ dầu cách điện rất quan trọng trong thiết bị điện để đảm bảo vận hành an toàn.

Tác dụng tản nhiệt: Khi máy biến áp vận hành, dòng điện qua cuộn dây làm dây dẫn nóng lên, nếu không kịp thời làm nguội đi, nhiệt sẽ tích dần trong cuộn dây. Khi nhiệt độ quá cao, chất cách điện của cuộn dây sẽ bị hỏng, có khi dẫn đến cháy. Dầu cách điện có thể liên tục tải nhiệt lượng sinh ra trong cuộn dây.

Khi máy biến áp làm việc, cuộn dây nóng lên làm cho dầu ở phần trên máy biến áp có nhiệt độ cao hơn dầu ở phần dưới. Dựa vào nguyên lý, nhiệt độ dầu tăng lên thì tỷ trọng giảm, kết quả là dầu ở phần trên chạy vào bộ phận tản nhiệt ở chung quanh máy biến thế và dầu từ phần dưới của bộ phận tản nhiệt chảy vào máy biến thế. Nhờ tác dụng đối lưu do nhiệt độ trên dưới không đều nhau gây ra và nhờ bộ phận tản nhiệt nên nhiệt lượng của cuộn dây được tản ra ngoài, do đó tránh được tổn hại do nhiệt lượng tích lũy trong cuộn dây gây ra, đảm bảo vận hành an toàn cho thiết bị.

Tác dụng dập hồ quang: Khi máy cắt ngắt điện, giữa đầu tiếp xúc động và tĩnh phát sinh hồ quang. Nhiệt độ hồ quang rất cao nếu không có biện pháp truyền nhiệt lượng và làm nguội hồ quang thì sau khi phát sinh hồ quang rất nhiều ion và điện tử mới sẽ xuất hiện. Dầu cách điện dưới tác dụng của hồ quang thì bốc hơi, trong hơi chứa 70% hyđrô. Hyđrô là một loại khí tiêu diệt hồ quang rất linh hoạt, mặt khác, trong quá trình phân huỷ dầu một phần nhiệt lượng hồ quang mất đi, đồng thời chất hơi bay vào trong hồ quang làm cho hồ quang nguội đi, như vậy hồ quang không phát sinh được.

Khối lượng tiêu chuẩn thử nghiệm dầu cách điện trong lắp mới và định kỳ của các thiết bị điện:

Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng dầu:

Để đánh giá chất lượng dầu người ta dựa vào nhiều chỉ tiêu, các chỉ tiêu này được đưa ra qua quá trình nghiên cứu, tính toán cũng như qua thực tế làm việc của thiết bị có chứa dầu. Tùy thuộc vào đặc tính làm việc, đặc tính cấu trúc của thiết bị mà loại dầu được sử dụng cho thiết bị phải có chỉ tiêu phù hợp.

Tỷ trọng

Tỷ trọng của dầu được định nghĩa là tỷ số khối lượng của một đơn vị thể tích dầu trên khối lượng của cùng một thể tích nước ở nhiệt độ quy định. Tỷ trọng dầu được xác định theo tiêu chuẩn IEC 296.

Độ nhớt (độ nhớt qui ước 0E hoặc độ nhớt động học cSt):

Độ nhớt của dầu ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tảïn nhiệt của dầu. Dầu có độ nhớt càng cao thì khả năng tản nhiệt càng kém và ngược lại.

Độ nhớt động học được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D445.

Độ nhớt của dầu chịu ảnh hưởng rất lớn bởi nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm và ngược lại. Do dầu được sử dụng trong các thiết bị có khoảng nhiệt độ vận hành thay đổi khá lớn cho nên yêu cầu dầu phải có độ nhớt tương đối ổn định trong phạm vi nhiệt độ đó.

Nhiệt độ chớp cháy kín (⁰C):

Nhiệt độ chớp cháy kín của dầu là nhiệt độ mà tại đó hỗn hợp hơi dầu và không khí ở trên mặt thoáng dầu bị bùng cháy khi có mồi lửa đưa vào.

Nhiệt độ chớp cháy được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D 93…

Trong các thiết bị điện mà dầu thường xuyên chịu nhiệt độ cao cục bộ (máy cắt, bộ điều áp dưới tải của máy biến thế…⁾, các thành phần của dầu sẽ bị phân hủy tạo ra các hyđrôcácbon có điểm cháy thấp, dẫn đến nhiệt độ chớp cháy của dầu giảm đi và dễ sinh ra cháy nổ. Mặt khác do sự phân hủy các thành phần của dầu cho nên chất lượng dầu sẽ bị thay đổi do đó đây là một chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng của dầu máy biến thế.

Tạp chất cơ học:

Tạp chất cơ học trong dầu cách điện thường được xác định theo phương pháp trực quan. Đây là các loại tạp chất như tro, xơ sợi, kim loại,… lẫn vào trong dầu trong quá trình vận chuyển, bảo quản và vận hành. Đây là một chỉ tiêu rất quan trọng đánh giá chất lượng của dầu cách điện. Nó ảnh hưởng xấu đến hệ số điện môi, độ bền điện, khả năng tản nhiệt của dầu. Ngoài ra các tạp chất như kim loại, bụi kim loại còn làm cho dầu mau già do bị ôxy hóa.

Theo qui định đối với dầu trong các máy biến áp không được có tạp chất cơ học nhìn thấy bằng mắt thường.

Chỉ số axít (mgKOH/g):

Chỉ số axít của dầu là số mg KOH cần thiết để trung hòa lượng axít có trong 1g dầu.

Chỉ số axit được xác định theo tiêu chuẩn IEC 296 hoặc phương pháp tự động ASTM D 664…

Chỉ số axít trong dầu càng cao chứng tỏ lượng axít trong dầu càng lớn, lúc đó sự ăn mòn kim loại của dầu càng nhanh đồng thời làm cho vật liệu cách điện xenlulô bị xuống cấp và tạo ra các sản phẩm dễ làm hỏng dầu. Giới hạn của chỉ số axit trong dầu máy biến áp được cho ở bảng dưới:

thí nghiệm dầu cao áp

Axít và kiềm hoà tan trong nước:

Các Axít và kiềm hoà tan trong nước khi có mặt trong dầu sẽ làm dầu mau già đồng thời chúng ăn mòn rất mạnh các chi tiết bằng kim loại, vật liệu xenlulô gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng dầu và thiết bị. Do đó yêu cầu không được có mặt các axít và kiềm hoà tan trong nước ở trong dầu mới.

Độ axit và kiềm hoà tan trong nước được xác định theo tiêu chuẩn GOCT 6307-75

Độ ổn định ôxy hóa:

Độ ổn định ôxy hóa đặc trưng cho khả năng của dầu chống lại tác dụng ôxy hóa của ôxy trong không khí trong quá trình bảo quản và vận hành.

Nếu dầu có độ ổn định ôxy hóa không tốt thì trong vận hành sẽ dễ bị ôxy hóa và bị biến chất dưới tác động của nhiều nhân tố bên ngoài như không khí, nước, nhiệt độ,… làm sản sinh ra nhiều axít và cặn dầu ảnh hưởng đến chất lượng thiết bị và độ tin cậy vận hành.

Độ ổn định ôxy hoá được xác định theo tiêu chuẩn IP335-89, GOCT 981-75…

Cường độ cách điện (KV/2,5mm):

Để xác định cường độ cách điện của dầu người ta tiến hành thí nghiệm điện áp xuyên thủng của dầu trong các thiết bị chuyên dùng như AИM 90, FOSTER,…

Nó được xác định theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau như GOCT 6581-75, IEC156…với các dạng điện cực khác nhau. Thông thường dùng điện cực hình nấm với đường kính 36mm, bán kính cầu R=25mm, khoảng cách giữa hai điện cực 2,5±0,05mm.

Cường độ cách điện của dầu là một chỉ tiêu trọng yếu đảm bảo cho thiết bị vận hành an toàn. Nước, tạp chất cơ học và nhiều nhân tố khác làm giảm cường độ cách điện của dầu, do đó khi thí nghiệm cường độ cách điện ta có thể đánh giá được sự nhiễm ẩm, nhiễm bẩn,… của dầu.

Hàm lượng nước (ppm hoặc gam/tấn):

Việc xác định hàm lượng nước cho phép ta đánh giá về mức độ chế luyện dầu và chất lượng dầu. Dầu chế luyện càng tốt, chất lượng dầu càng cao thì nước hòa tan càng ít, khả năng kết hợp với nước của loại dầu này kém cho nên nước lẫn vào trong dầu (nếu có) sẽ bị tách ra và lắng xuống đáy thiết bị.

Hàm lượng nước được xác định bằng phương pháp chuẩn độ tự động Karl Fischer (theo tiêu chuẩn IEC 814).

Sự có mặt của nước trong dầu gây ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng dầu như:

– Làm giảm hệ số điện môi của dầu.

– Làm ẩm vật liệu cách điện trong thiết bị.

– Nếu hàm lượng axít trong dầu tương đối cao thì dưới tác dụng xúc tác của nước các kim loại trong thiết bị sẽ bị ăn mòn rất nhanh, làm dầu mau già và xuất hiện nhiều cặn dầu.

Hệ số tổn thất điện môi Tgδ (%):

Đây là một chỉ tiêu quan trọng, thông qua giá trị của nó ta có thể đánh giá được sự nhiễm bẩn, sự hư hỏng của mẫu dầu thí nghiệm mà bằng các thí nghiệm khác ta không đánh giá được.

Hệ số điện môi được xác định bằng nhiều tiêu chuẩn khác nhau, thông thường dùng tiêu chuẩn IEC 247, GOCT 6581-75…

Dầu nếu được chế luyện tốt thì có giá trị Tgδ rất bé. Trong quá trình bảo quản và vận hành, nếu trong dầu xuất hiện các sản phẩm như nước, các sản phẩm của sự ôxy hóa dầu, các hạt keo tích điện, các sản phẩm hoà tan từ vật liệu cách điện rắn… thì giá trị Tgδ của dầu tăng cao.

Giá trị Tgδ của dầu ảnh hưởng trực tiếp đến Tgδ của giấy tẩm, ảnh hưởng đến độ tin cậy vận hành của thiết bị điện cao thế và ngược lại vật liệu cách điện trong chế tạo máy biến áp ảnh hưởng rất lớn đến giá trị Tgδ của dầu.

Giá trị Tgδ biến đổi rất nhanh theo nhiệt độ của dầu, nhiệt độ dầu tăng thì giá trị Tgδ tăng và ngược lại, do đó người ta thường đánh giá giá trị Tgδ ở nhiệt độ xác định (90⁰C) và khi xác định giá trị Tgδ của dầu ngoài việc sử dụng loại đĩa đo tgδ chuyên dùng còn phải sử dụng thêm bộ ổn định nhiệt độ.

Khối lượng thử nghiệm dầu trong lắp mới và trong định kỳ:

Các đặc tính dầu cách điện

*) Nếu dầu có chất ức chế được sử dụng.

-Tuy nhiên, dầu đáp ứng các yêu cầu nêu trên chưa thể sử dụng được trong MBA. Đầu tiên dầu phải được lọc và xử lý chân không. Điều này cải thiện cường độ cách điện và hàm lượng nước, tạp chất trong dầu được giảm thấp. Dầu sử dụng trong các MBA ABB Power Oy’s sau khi xử lý có các giá trị tiêu biểu sau:

dầu cách điện

-Trước khi đổ vào MBA, dầu còn được xử lý tại trạm nếu điện áp phóng thấp hơn 60 KV/ 2,5mm, hàm lượng nước lớn hơn 10mg/dm3 hoặc mức tạp chất ⁽> 7mm⁾ cao hơn 15000 phần mỗi lít.

Chú ý: Nếu dầu MBA được vận chuyển bằng các phuy thì phải luôn lọc dầu trước khi nạp vào MBA.

Bảng 8-2: Các giá trị giới hạn đối với MBA lực trong vận hành.

dầu cách điện máy biến áp

dầu cách điện 2

dầu cách điện 3

Hiện tại đối với các thiết bị có hướng dẫn sử dụng kèm theo thì áp dụng theo nhà chế tạo, đối với các thiết bị không có hướng dẫn thì áp dụng theo tiêu chuẩn vận hành máy biến áp do Tổng công ty biên soạn ⁽“ Quy trình vận hành và sửa chữa máy biến áp” do EVN ban hành kèm theo Quyết định số 623ĐVN/KTNĐ ngày 23/05/1997).

TIÊU CHUẨN DẦU MÁY BIẾN ÁP

Phụ lục 1

dầu cách điện 4

Ghi chú:

-Mục 11 chỉ tiến hành đối với các máy biến áp có bảo vệ bằng màng chất dẻo hoặc Nitơ. Trong trường hợp có các thiết bị khử khí dầu đạt tới chân không trên 759 mmHg trong khoang chân không thì không cần kiểm tra hạng mục này.

Mục 10 chỉ kiểm tra đối với các máy biến áp có bảo vệ bằng màng chất dẻo. Đối với các máy biến áp không có bảo vệ bằng màng chất dẻo, cấp điện áp từ 100 – 150 KV cũng nên kiểm tra hàm lượng nước. Đối với các máy loại này hàm lượng nước cho phép không quá 20ppm.

-Mục 2 chỉ bắt buộc đối với các máy biến áp từ 110KV trở lên.

-Việc kiểm tra giản đơn dầu cách điện chỉ bao gồm các mục 1, 3, 4, 5 và 6.

-Đối với dầu máy biến áp Tây âu khi đưa vào vận hành: Tg góc tổn thất điện môi ở 900C cho như sau:

-Điện áp ≤ 110 KV: Tgδ ≤ 1,5 %

-Điện áp > 110 KV: Tgδ ≤ 1 %