Bài giảng Vật liệu điện - Chương 8: Tuổi thọ cách điện

Chương VIII: Tuổi thọ cách điện
1) Giới thiệu
2) Ảnh hưởng của điện trường
3) Ảnh hưởng của nhiệt độ
1. Giới thiệu
Trong quá trình vận hành, phẩm chất của vật liệu cách điện suy thoái theo
thời gian: độ bền điện và cơ giảm, tổn hao điện môi và điện dẫn tăng
 Thoái hóa cách điện một cách từ từ lão hóa
 Sự lão hóa chỉ xảy ra rõ rệt đối với vật liệu cách điện hữu cơ
Sự lão hóa làm giảm thời gian làm việc của cách điện bởi vì độ bền điện
giảm có thể xảy ra phóng điện đánh thủng ở điện áp vận hành của
thiết bị
 “Tuổi thọ” mong muốn của cách điện cao áp là 30 năm
 Các quá trình gây lão hóa cách điện:
o Quá trình làm thay đổi thành phần hoặc cấu trúc của bản thân vật liệu (do
ứng suất điện trường, phóng điện cục bộ, do nhiệt, do ứng suất cơ)
o Quá trình thấm ẩm của vật liệu
2. Ảnh hưởng của điện trường
 Ứng suất điện trường bên trong vật liệu càng cao thì tuổi thọ
cách điện càng giảm
tL: tuổi thọ cách điện tính bằng thời gian phóng điện
A: hệ số phụ thuộc vào tính chất lý hóa và tình trạng của vật liệu cách điện
(có tạp chất hay khiếm khuyết không)
n: số mũ phụ thuộc vào vật liệu (có giá trị 8-14 đối với PE)
n
L EAt
 .
EnA
EAEAt nnL
lnln
lnln.lnln
Quan hệ tuyến tính giữa lntL và lnE
(1)
 Khi thiết kế cần xác định ứng suất điện trường trong vật liệu
để thỏa mãn điều kiện tuổi thọ là 30 năm:
o Do không có đủ thời gian để thực hiện thí nghiệm kéo dài 30 năm
nên thí nghiệm để xác định đồ thị tL = f(E) được thực hiện ở điện
trường rất cao để tăng tốc độ lão hóa và rút ngắn thời gian phóng
điện (phút, giờ hoặc ngày)
o Ngoại suy để xác định điện trường ứng với thời gian bằng 30
năm
 Đồ thị tL = f(E)
2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
 Nhiệt độ tăng sẽ giảm tuổi thọ cách điện
 Quá trình lão hóa biểu diễn bằng phương trình:
BAAB 
Polymer CO2 (có thể)
Trong hóa học, 
tốc độ lão hóa:
dtk
C
dC
kdt
C
dC
kC
dt
dC
AB
AB
AB
AB
AB
AB
Nồng độ AB tại t
Hệ số lão hóa
(*)ln ktcC AB 
 Tại thời 
điểm ban 
đầu: t=0
ABOCc ln 
Nồng độ AB tại t=0
(**)ln
lnln*
kt
C
C
ktCC
ABO
AB
ABOAB
 Theo 
Arrhenius: 
RT
Qk exp 
Hằng số vật liệu
Năng lượng kích 
thích
Hằng số khí
lý tưởng
Nhiệt độ môi
trường (K)
(***)
 Khi kết thúc tuổi 
thọ:t = tL **)*(*ABLAB CC 
 Từ (**), (***) (****)
(**)ln kt
C
C
ABO
AB 
*)*(*exp 
RT
Qk 
RT
Qconstt
t
RT
Q
C
C
L
L
ABO
ABL
exp.
expln 
 Từ công thức (1) và (2), công thức tổng quát xác định tL:
n
L EAt
 .
(2)
(1)
n
L ERT
QAt 
 exp1
En
R
Q
T
At
E
RT
QAt
L
n
L
ln1lnln
exp
1
1
Quan hệ tuyến tính giữa lntL và 1/T với E là tham số
T tăng tL giảm
E tăng tL giảm
Thi công hộp nối cáp cao áp 24 kV