Mục lục 1 Chương 1 2 VẬt liệu dẫN ĐIỆN 2 Hợp kim có điện dẫn suất thấp. (Điện trở cao) 11 5 Các kim loại khác 13

2.5.3 Cách điện của khí cụ điện

Chiều cao tối thiểu của sứ đỡ là khoảng cách cần thiết giữa hai điện cực đỉnh mặt phẳng dưới điện áp đã cho. Trong trường hợp đặt trong điện trường đồng nhất thì điện áp đánh thủng nhỏ hơn điện áp đánh thủng không khí. Bề mặt của sứ càng ẩm ướt càng bẩn thì điện áp đánh thủng càng nhỏ hơn.

Sứ đặt ngoài trời phải có tấm để ngăn cản nước bắn vào thân sứ, trên bề mặt phải nghiêng để nước mưa có thể trôi dễ dàng.

Ở sứ đỡ cao thế đặt ngoài trời cần phải chú ý: Trên mặt không để hình thành lớp ẩm liên kết với nhau, nếu không phóng điện vầng quang có thể sinh ra axit nitric, bề mặt sứ trở nên dẫn điện. Hiện tượng này không những ảnh hưởng đến sự phân bố điện áp trên mặt ngoài mà con gây nên sự đánh thủng sứ ở dưới mũ sứ hoặc ở điểm yếu của thành sứ. Để khắc phục hiện tượng này có hai cách:

Sứ xuyên phải được thiết kế về phương diện điện áp đánh thủng, điện áp phóng điện, điện áp ngưỡng của phóng điện vầng quang, điện áp ngưỡng của tia lửa điện do rò điện. Điện trường tác dụng trên thanh dẫn đặt xuyên qua sứ không được lớn hơn độ bền cách điện của môi trường, nếu không trên bề mặt của thanh dẫn sẽ phóng điện vầng quang.

- Sứ xuyên đặc dùng ở hạ thế.

- Sứ xuyên rỗng dùng ở cao thế. Trong ống rỗng là không khí hoặc dầu.

Những chỗ cách điện quan trọng là: Cách điện vòng dây, cách điện phần cuộn dây cách điện giữa các cuộn dây thuộc các pha khác nhau, cách điện với đất và trần nhà.

Để làm mát bằng không khí cuộn dây được chia làm nhiều phần và gắn chặt lại bằng gân bê tông. Bê tông không có tính cách điện hoàn toàn do đó phải lót cách điện giữa cuộn dây và gân bê tông.

- Cách điện giữa các vòng dây với nhau bao gồm cách điện dây dẫn, không khí và chêm. Cách điện dây bằng giấy hoặc vải, thủy tinh,…

- Cuộn kháng hạ áp có thể quấn dây sát nhau giữa có lót phiến cách điện nhỏ có kích thước vừa với dây.

- Đối với tất cả các loại cuộn kháng, chỗ nguy hiểm nhất là chỗ tiếp xúc giữa cuộn dây với chi tiết làm chặt. Yêu cầu cách điện chịu được tác dụng điện và tác dụng cơ học.

Tụ điện tích lũy năng lượng điện dưới dạng năng lượng tĩnh điện trong không gian có cách điện giữa hai điện cực, năng lượng tích càng lớn, nếu thể tích điện trường và hằng số điện môi càng lớn tức là cách điện phải chịu được điện trường lớn.

Khi đóng mach tụ điện, điện áp tăng gấp đôi điện áp làm việc tuy thời gian rất ngắn xong cũng cần xác định khả năng chịu điện áp của tụ điện. Ngoài cách điện giữa các điện cực gọi là cách điện có ích còn có những phần cách điện cần mà xâu đó là: cách điện giữa các phần tử tụ với nhau, giữa chúng với thùng đựng, cách điện của các dây dẫn nối và dây dẫn ra.

Tụ điện hạ thế và trung thế cách điện là giấy tụ. Mỗi đơn vị tụ được ghép bằng các phần tử tụ, được đặt trong thùng dầu để làm mát.

Tụ dùng trong kỹ thuật tần số cao cũng dùng giấy tụ chế tạo xong được bọc bằng parapin hoặc bằng các loại nhựa đông cứng khác. Hoặc tụ gồm vật liệu làm điện cực ở dạng bột và tráng lên cách điện.

Tụ hóa (chỉ sử dụng được ở hạ áp) cách điện là khoảng kín của bình và chất điện phân mà chất điện phân đựng trong một phần dùng làm một trong hai điện cực. Làm cách điện cho tụ là công việc đòi hỏi rất chính xác. Đối với tụ hạ thế cũng cần coi thực tế đó là một khí cụ cao thế vì điện tác dụng là 10KV/mm thuộc phạm vi điện trường lớn nhất trong kỹ thuật cách điện.

Ở khí cụ điện đóng cắt (cầu dao cách ly, máy cắt) phụ tải quyết định kích thước của khí cụ điện là phụ tải cơ học. Tuy nhiên không thể bỏ qua hiện tượng phóng điện và đánh thủng của vật liệu. Cách điện thông thường là không khí. Khoảng cách cách điện trong không khí là thông số để khỏi bị đánh thủng. Vì vậy để tăng thêm độ an toàn người ta tăng thêm khoảng cách điện rò hoặc dùng loại vật liệu có bề mặt.

- Tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động và tiếp điểm động phải được cách điện với nhau và cách điện với mặt đất. Các bộ phận phải cách điện trên mỗi cực là: Cách điện dỡ, cách điện hở của lưỡi dao và mở cần đóng mở lưỡi dao.

- Nguyên tắc quan trọng là điện áp đánh thủng khoảng cách hở giữa hai tiếp điểm đang mở phải lớn hơn điện áp phóng điện trên sứ đỡ (ít nhất là 15%).

- Khoảng cách pha phải đảm bảo không để xảy ra hiện tượng đánh thủng cũng như đối với khoảng cách hở. Nếu khoảng cách không đạt thì dùng vách ngăn.

- Khi cần đóng mở lưỡi dao làm bằng nhựa thì cách điện phải chịu được điện áp thử theo tiêu chuẩn.

b. Cách điện của cầu dao cắt điện.

* Cầu dao cách ly: Nó không dùng đóng cắt khi có dòng điện, nó chỉ dùng để cách ly hai phần của đường dây điện. Cầu dao cách ly được lắp cùng với máy cắt, khi đóng mạch điện thì cầu dao đóng trước (lúc chưa có dòng) sau đó đến máy cắt. Quá trình cắt mạch điện thì ngược lại.

* Cầu dao cắt điện: Là cầu dao có thể cắt mạch khi có dòng điện nhưng không có chức năng cắt dòng điện khi ngắn mạch. Cần mở lưỡi dao phải chuyển động nhanh hơn so với dao cách ly như vậy nó chịu tác dụng cơ học lớn hơn do đó ngoài cách điện như dao cách ly cần phải thiết kế cách điện như buồng dập hồ quang.

c. Cách điện của máy cắt.

Bộ phận cách điện chủ yếu là sứ đỡ, các bộ phận tiếp điểm phải chuyển động nhanh, cách điện phải chịu lực cơ học lớn.

Một số khí cụ điện gia dụng như: công tắc, ổ cắm, cầu chì, cầu dao, đui đèn …cần chế tạo cách điện thật tốt, không bị hư hỏng, mà nếu bị hư hỏng thì không được để xẩy ra tai nạn cho người hoặc gây hỏa hoạn. Vì vậy vật liệu được sử dụng phải có cơ tính tốt để có thể chịu được lực tác dụng do thao tác nhiều lần, phải đảm bảo dung sai kích thước chính xác. Chi tiết mang tiếp điểm động phải chịu lực va đập. Nắp đậy chống tiếp xúc, không chế tạo bằng vật liệu dễ rạn nứt, dễ sứt mẻ. Không dùng vật liệu dễ bị cháy do nhiệt của hồ quang. Một số vật liệu được dùng như: Nhựa pocmandehit, sứ bakelit.

Trong máy và khí cụ cầm tay cách điện có thể chia làm hai nhóm:

• 
  Cách điện bên trong, tức là cách điện các chi tiết có điện với nhau, yêu cầu như ở các
  

• 
  Cách điện ngoài: Tất cả các chi tiết mà người ta có thể chạm đến đều phải bọc cách điện. Hoặc tiếp đất vỏ máy, hoặc bắt buộc phải cắt nguồn khi cần tiếp xúc với một số chi tiết.
  

Cách điện của phần tử đốt nóng phải làm bằng vật liệu chịu nhiệt cao và độ bền cơ khí (gốm sứ, mica, thủy tinh chịu lửa)

• 
  Kết cấu cách điện chia làm 2 trường hợp
  

• 
  Trường hợp phần tử đốt nóng đặt trên cách điện. Điều kiện nhiệt độ vật liệu cách điện lớn hơn nhiệt độ phần tử đốt nóng.
  
• 
  Trường hợp phần tử đốt nóng được bọc trong cách điện chú ý giãn nở do nhiệt, chiều
  

1. 
   Phân nhóm và mục đích của việc kiểm nghiệm.
   

• 
  Nhóm 1: Kiểm nghiệm trong quá trình chế tạo được thực hiện trên vật liệu cách điện,
  

• 
  Nhóm 2: Kiểm nghiệm sau quá trình chế tạo. Mục đích kiểm tra xem trong thiết bị có
  

• 
  Nhóm 3: Kiểm nghiệm trong quá trình vận hành được thực hiện theo kế hoạch có hệ
  

- Đo những thông số của cách điện, theo dõi sự biến đổi của chúng đối với điện áp, nhiệt độ, tần số…từ đó suy đoán, kết luận về tình trạng độ bề cách điện, các thông số đo được là: dòng điện rò, hệ số tổn hao, điện áp ngưỡng của ion hóa.

Những thông số đo được bằng phương pháp thử không phá hủy giúp ta kết luận về chất cảu độ bền cách điện nhưng không kết luận về lượng được. Không giúp ta phát hiện về những khuyết tật cục bộ trong cách điện.

• 
  Thử cách điện không phá hủy trên cách điện đã là thành phẩm gồm 3 loại:
  

1. 
   Đo tổn hao và điện trở cách điện.
   

1. 
   Đo điện trở cách điện bằng điện áp một chiều
   

Tiến hành đo: trước khi đóng mạch đề đo ta đóng khóa K để ngắn mạch điện kế ĐK tránh tác động của dòng điện tích điện cho điện dung C, nếu điện áp đến 2500V thì dùng megaom kế để đo điện trở cách điện quay được bằng tay.

2. 
   Đo tổn hao tgδ bằng cầu đo Schering
   

Cn: là tụ chuẩn không tổn hao

C_x = (R₂/R₁).C_n

C₂ là tụ biến đổi

R₁ là biến trở và R₂ điện trở không đổi.

Biểu thức: tgδ = R₂.C₂.ω với ω là tần số của điện áp nguồn.

Theo lý thuyết tgδ tăng với bình phương của điện áp, trường hợp trong cách điện có bọt khí thì tgδ tăng vọt đột biến, đó là hậu quả của tổn hao ion hóa trong bọt khí. Điện áp mà xảy ra sự tăng vọt của tgδ gọi là điện áp ngưỡng của ion hóa (U_ion).

2. 
   Thử điện áp. Thử bằng điện áp để phát hiện hư hỏng cục bộ.
   

Đối với khí cụ điều khiển trong mạch điên và mạch điện phụ có điện áp định mức trên 60V thì cho phép thử với điện áp thử U_thử = 2U_đm + 1000v thời gian thử là 1 phút với dòng điện 1 chiều.

Đo điện trở cách điện và tgδ để kiểm tra chất lượng của việc sấy chân không. Thử ngắn mạch giữa vòng dây bằng điện áp xung hoặc bằng điện áp tần số cao trong thời gian nắng (vài giây).

Thử bằng điện áp tần số công nghiệp trong thời gian 1 phút, điện áp trên cuộn dây được cách điện với cuộn dây khác và tiếp đất với lõi thép và thùng biến áp. Trong quá trình thử bằng điện áp lên ghi liên tục trị số tgδ và chú ý ampe kế đặt phía hạ thế. Đề phóng sự đánh thủng có thể xảy ra trong khi thử người ta mối giữa thùng và đất một cái phóng điện có khoảng cách điện cực nhỏ hoặc một van chống sét.

Việc kiểm nghiệm cách điện tiến hành theo kế hoạch bảo dưỡng định kỳ cứ ( 2 - 5) năm 1 lần.

Trước khi kiểm nghiệm có thể kiểm tra và lọc dầu sau dó tiến hành với các bước sau:

• 
  Bước 1: Đo tổn hao ε.tgδ để xác định điện áp ngưỡng của ion hóa hoặc điện áp so với
  

• 
  Bước 2: Đo điện trở cách điện bằng megaom có U = 2500V.
  
• 
  Bước 3: Thử bằng điện áp với tần số 50Hz hoặc đối với điện áp 1 chiều.
  

Với điện áp 1 chiều thì U_thử = 75% biên độ của điện áp thử ở tần số 50Hz.

• 
  Bước 4: Khảo sát sự thẩm thấu. Việc đo mức độ thẩm thấu có thể kết hợp đo điện trở
  

Cách điện hút ẩm thì tỉ số R₆₀ /R₁₅ càng nhỏ

Đo tổn hao trên thanh dẫn đã chế tạo xong (thử bằng điện áp)

Thứ tự thử nghiệm:

1. 
   Đo điện trở cách điện và mức độ thẩm thấu
   
2. 
   Đo số tổn hao ε.tgδ và đo điện áp ion hóa.
   
3. 
   Thử lại bằng điện áp 50Hz, có thể tiên hành đồng thời với đo tgδ và điện áp ion hóa.
   

- Tính chất của cách điện máy phát.

Trong quá trình vận hành trị số tgδ giảm (thời gian 1 – 2 năm), trong thời gian đó cách điện được sấy khô hoàn toàn. Tiếp theo tgδ giữ không đổi trong một thời gian sau đó bắt đầu tăng chậm lên, do cách điện bị giãn nở vì nhiệt và có những lỗ hổng. Ở giai đoạn đầu cách điện tăng nhờ được sấy khô, sau đó thì giảm. nếu cách điện bằng nhiều miếng mica ghép lại thành tấm thì điện trở cách điện tiếp tục giảm dần cho đến lúc cách điện bị đánh thủng.

• 
  Nội dung kiểm nghiệm:
  

1. 
   Đo điện trở cách điện và mức độ thẩm thấu
   
2. 
   Đo tgδ và điện áp ion hóa
   
3. 
   Lấy đường đặc tính xả điện
   
4. 
   Thử bằng điện áp nguồn điện áp 1 chiều hoặc xoay chiều.
   
5. 
   Đo lặp lại điện trở cách điện, mức độ thẩm thấu và ε.tgδ điện áp ion hóa.
   

Cách điện chính của máy cắt gồm: cách điện so với đất của cái cách điện đỡ và cái cách điện xuyên, cách điện của thanh truyền động và dầu của máy cắt dầu (ở trạng thái đóng). Ngoài ra ở trạng thái mở còn có cách điện của khe hở tiếp điểm.

Sự giảm sút cách điện được thể hiện ở cách điện xuyên vì nó ở trạng thái nguội dễ ẩm, thẩm thấu lớn hơn so với máy biến áp. Thanh truyền động, buồng dập hồ quang, cái phân tán hồ quang và những chi tiết khác chủ yếu giảm sút trên bề mặt và thường phát sinh phóng bề mặt.

Trước khi kiểm nghiệm phải kiểm tra dầu.

• 
  Nội dung kiểm nghiệm cách điện:
  

• 
  Thử bằng điện áp với điện áp 1 chiều hoặc xoay chiều
  
• 
  Đo tgδ
  
• 
  Đo điện trở cách điện.