Chuong 5 dac tinh ly hoa va co cua dien moi

3,406 views
3,266 views

Published on

Chuong 5 dac tinh ly hoa va co cua dien moi

Published in: Education
0 Comments
2 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
3,406
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
75
Comments
0
Likes
2
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Chuong 5 dac tinh ly hoa va co cua dien moi

  1. 1. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 5Chương 5 TÍNH CHẤT HOÁ LÝ VÀ CƠ CỦA ĐIỆN MÔI 5.1 Tính hút ẩm của điện môi. Các vật liệu cách điện với mức độ khác nhau đều có thể hút ẩm và thấm ẩm.Nước (hơi ẩm) là loại điện môi cực t1inh mạnh và có điện dẫn cao, nên một khi điện môi bị ẩmthì phẩm chất cách điện bị giảm sút trầm trọng. Hơi ẩm trong không khí còn có thể ngưng tụ trên bề mặt điện môi. Đó là nguyên nhânkhiến cho điện áp phóng điện chọc thủng điện môi. 5.1.1 Độ ẩm của không khí. Trong không khí luôn chưa hơi ẩm, lượng ẩm trong không khí được xác định bởi tham sốgọi là độ ẩm không khí. Độ ẩm tuyệt đối m: là khối lượng hơi nước trong một đơn vị thể tích không khí (gH2O/m3). Ơí nhiệt độ xác định độ ẩm tuyệt đối không thể vượt quá giới hạn mmax - được gọi là độ ẩmbão hoà. Nếu khối lượng nước nhiều hơn giá trị mmax thì hơi nước sẽ rơi xuống dưới dạng sương mmax(g/m3) 80 70 60 50 H.5.1- Quan hệ giữa độ ẩm bảo hoà theo nhiệt độ 40 Độ ẩm tương đối ζ%: là tỷ số: 30 m ζ% = .1 00% 20 (5.1) m m ax Ở trạng thái bảo hoà của hơi nước trong không khí sẽ có ζ%= 100%. Thường các ẩm kế 10cho số liệu về độ ẩm tương đối nên khi cần xác định độ ẩm tuyệt đối sẽ phải tính toán theo: ζ% . m m ax ψcb% -10 0 10 20 30 40 50 60 70 -20 t oC m= 30 (5.2) 1 00Và do mmax là hàm của nhiệt độ môi trường không khí nên: 25 m=f(ζ%,t) (5.3) 20 5.1.2 Độ ẩm của vật liệu. Khi đặt mẫu vật liệu cách điện trong 15 trường không khí có độ ẩm ζ% và nhiệt độ toC môithì sau một thời gian nhất định độ ẩm của vật liệu ψ- lượng hơi nước trong một đơn vị trọng 1 2 10lượng của vật liệu sẽ đạt tới giới hạn được gọi là độ ẩm cân bằng (ψcb). Trị số của độ ẩm cânbằng phụ thuộc vào độ ẩm không khí và vào loại vật liệu. 05 3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 H.5.2- Trị số độ ẩm cân bằng phụ thuộc vào độ ẩm không 1- Vật liệu là tơ tự nhiên. 60 2- Vật liệu là xơ bông. 3- Vật liệu là xơ polietylen.
  2. 2. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 5 5.1.3 Tính thấm ẩm. Tính thấm ẩm là khả năng cho hơi ẩm xuyên thấu qua điện môi. Nó đặc trưng bởi độ ẩmP xác định từ công thức: P( p 1 − p 2 ) .S .τ m= (5.4) h Trong đó: m- lượng hơi ẩm (µg) xuyên qua mẫu vật liệu diện tích S(cm2) dày h (cm) trongthời gian τ (giây). Đây là một tham số rất quan trọng để đánh giá chất lượng của vật liệu dùng làm sơn phủbề mặt kết cấu cách điện của thiết bị. Độ thấm ẩm của vật liệu biến đổi trong phạm vi rất rộng. ψ 2 ψ 5.1.4 cb Sự ngưng tụ ẩm trên bề mặt điện môi. Hơi ẩm có thể ngưng tụ trên bề mặt điện môi và hình thành màng ẩm có độ dày phụ 1thuộc vào độ ẩm của không khí và vào các loại vật liệu khác nhau. t Khả năng dính nước của điện môi được đặc trưng bởi góc θ của giọt nước trên bề mặt 0phẳng của vật liệu. H.5.3 Vật liệu có liên kết ion, vật liệu cực tính có khả năng dính nước mạnh- lực tác dụng giữacác phân tử vật liệu với phân tử nước mạnh hơn lực tác dụng giữa các phân tử nước với nhau dẫnđến sự lan rộng của màng ẩm trên bề mặt vật liệu, do đó các vật liệu này có góc dính θ<90o.Ngược lại, ở các vật liệu trung tính góc biên dính nước θ>90o. 61
  3. 3. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 5 θ θ H.5.4 5.1.5 Ảnh hưởng của ẩm đối với phẩm chất cách điện của điện môi rắn. Như đã nêu trước đây nước là loại vật liệu cực tính mạnh và có điện dẫn cao nên khithâm nhập vào bên trong điện môi sẽ làm giảm điện trở cách điện và làm tăng tổn hao điện môi. Màng ẩm trên bề mặt điện môi không những làm tăng dòng rò và tổn hao do rò điện bềmặt mà nguy hiểm hơn nữa còn làm giảm đáng kể điện áp phóng điện bề mặt... Trong nhiềutrường hợp khi đường dây đi trong vùng có bụi bẩn, vùng có không khí mặn lớp màng bẩn cóđiện dẫn cao trên bề mặt sứ cách điện đã gây nên sự cố phóng điện bề mặt ngay cả ở điện áp làmviệc bình thường. Để hạn chế nguy hại do hơi ẩm đối với vật liệu cách điện đã sử dụng biện pháp sau đây:  Sấy khô và sấy trong chân không để hơi ẩm thoát ra bên ngoài.  Tẩm các loại vật liệu xốp bằng cách sơn điện. Sơn tẩm sẽ tràn ngập các lỗ xốp khiến cho hơi ẩm một mặt thoát ra bên ngoài mặt khác còn làm tăng phẩm chất của lớp cách điện.  Quét lên bề mặt điện môi lớp sơn phủ nhằm ngăn chặn hơi ẩm lọt vào bên trong điện môi.  Để nâng cao điện áp phóng điện bề mặt sẽ phải tăng chiều dài rò điện bề mặt bằng cách đặt thêm các gờ, tán như ở các sứ cách điện dùng trên đường dây... Trong điều kiện cho phép sẽ làm vệ sinh bề mặt để khử bụi bẩn. 5.2 Tính chất cơ học của điện môi. Những tính chất nhiệt quan trọng nhất của điện môi là độ bền chịu nóng, độ dẫn nhiệt vànở nhiệt. 5.2.1 Tính chịu nóng. Tính chịu nóng là khả năng chịu được tác dụng của nhiệt độ cao và do sự thay đổi độtngột của nhiệt độ. Tính chịu nhiệt được đặc trưng bởi độ bền chịu nóng. Đối với điện môi vô cơđộ bền chịu nóng được biểu thị bằng nhiệt độ mà từ đó bắt đầu có sự biến đổi rõ rệt các phẩmchất cách điện như tổn hao tgδ tăng, điện trở cách điện giảm sút... Đối với điện môi hữu cơ độbền chịu nóng là nhiệt độ gây nên các biến dạng cơ học những biến dạng này đương nhiên sẽ dẫnđến sự suy giảm các phẩm chất cách điện của điện môi. Để đảm bảo dự trữ về tính chịu nóng đối với vật liệu cách điện đã qui định nhiệt độ làmviệc lớn nhất cho phép, ở nhiệt độ này vật liệu có thể làm việc lâu dài trong thời gian khoảng 20năm. Theo qui định của IEC (hội kỹ thuật điện quốc tế) các vật liệu cách điện được phân cấptheo nhiệt độ làm việc lớn nhất cho phép như sau: Phân cấp Nhiệt độ làm việc lớn nhất cho phépCấp Y 90Cấp A 105Cấp E 120Cấp B 130Cấp F 155Cấp H 180Cấp C >180 Cấp Y: gồm các vật liệu sợi gốc xenlulo và tơ (sợi, vải, giấy, cacton, gỗ...) khi chưa đượctẩm sơn cách điện hoặc ngâm trong vật liệu cách điện lỏng. Cấp A: là các vật liệu cấp Y khi đã được ngâm tẩm. 62
  4. 4. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 5 Cấp E: là các chất dẻo dùng làm chất độn hữu cơ và dùng nhựa liên kết loại fenolfocaldehit, nhựa epocxi, các hỗn hợp cách điện không dùng chất độn... Cấp B: bao gồm mica vụn, sợi amian, sợi thuỷ tinh kết hợp lại bằng các chất liên kết gốchữu cơ như nhựa fenol focaldehit, nhựa epocxi. Cấp F: gồm micanit và các vật liệu trên cơ sở sợi thuỷ tinh có hoặc không có lớp điệnmôi vô cơ kết hợp lại bằng các chất liên kết có độ bền chịu nóng cao như êpocxi, coliête chịunhiệt, silie hữu cơ... Cấp H: tương tự với cấp F nhưng chất liên kết là loại nhựa vilie hữu cơ có độ bền chịunóng đặc biệt. Cấp C: gồm các vật liệu thuần tuý mica, thuỷ tinh, sứ, thạch anh, amian... hoàn toànkhông có các thành phần kết dính hoặc tẩm. 5.2.2 Độ dẫn nhiệt. Độ dẫn nhiệt là một chỉ tiêu quan trọng của vật liệu cách điện vì rằng nhiệt lượng phátnóng do tổn hao đồng và tổn hao thép của thiết bị điện và do tổn hao điện môi... phải được tản ramôi trường xung quanh thông qua lớp cách điện. Do đó đối với vật liệu cách điện còn có yêu cầu về khả năng dẫn nhiệt. Đây là một khó khăn lớn trong thực tế vì cho đến nay những vật liệu cách điện cũng đồngthời là những vật liệu cách nhiệt. Ở các thiết bị điện áp cao và siêu cao áp sự tăng chiều dày cáchđiện theo điện áp cũng sẽ gây khó khăn cho vấn đề tản nhiệt. Độ dẫn nhiệt của vật liệu cách điện được đặc trưng bởi nhiệt dẫn γT xác định theo: dT ∆p T = γ T ∆S (5.5) dl ∆pT- công suất nhiệt được chuyền qua lớp điện môi có diện tích ∆S. dT/dl- gradien nhiệt độ trong điện môi. Trị số nhiệt dẫn của một số vật liệu cách điện được cho trong bảng sau: Tên vật liệu γT (W/cm.độ)Không khí 0,00025Nhựa đường 0,00070Giấy 0,00100Vải sơn 0,00130Nước 0,00580Sứ 0,01600Thạch anh kết tinh 0,12500Oxít nhôm 0,30000 5.2.3 Sự dãn nở nhiệt. Sự dãn nở nhiệt của điện môi được đánh giá bởi hệ số dãn nở dài αl: αl = 1 dl l dt [âäü−1 ] (5.6) l- chiều dài mẫu điện môi. t- nhiệt độ. Các điện môi vô cơ có hệ số dãn nở dài bé nên các chi tiết chế tạo từ vật liệu vô cơ cókích thước ổn định khi nhiệt độ thay đổi. Ngược lại ở các điện môi hữu cơ hệ số dãn nở dài cóthể lớn gấp hàng trăm lần so với của điện môi vô cơ. 5.3 Tính chất cơ học của điện môi. Do vật liệu cách điện luôn phải chịu tác động cơ học nên độ bền cơ học có ý nghĩa rấtlớn. Đây là khả năng của vật liệu không bị biến dạng dưới tác động của lực cơ học. 5.3.1 Độ bền kéo dãn, nén và uốn. Khác với kim loại là vật liệu có độ bền kéo, nén và uốn hầu như gần bằng nhau trong điện môi các tham số này chênh lệch nhau khá xa. Ví dụ ở thuỷ tinh σn=2000kg/cm2 trong khi σk chỉ bằng 500kg/cm2. 63
  5. 5. Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 5 Độ bền cơ học của nhiều điện môi phụ thuộc đáng kể vào diện tích tiết diện của vật liệu... Độ bền cơ học còn phụ thuộc vào nhiệt độ và thường giảm khi nhiệt độ tăng... Đặc biệt ở các chất dẻo độ bền cơ giảm thấp rõ rệt và dễ dàng bị biến dạng ngay cả ở nhiệt độ tăng cao. 5.3.2 Tính giòn. Tính giòn biểu thị khả năng của vật liệu chống các tải cơ học động. Khả năng này được xác định bởi độ dai va đập, đó là tỷ số giữa năng lượng để bẻ gãy mẫu vật liệu có tiết diện ngang S. 5.3.3 Độ cứng. Độ cứng biểu thị khả năng của bề mặt vật liệu chống lại các biến dạng gây nênbởi lực nén truyền từ vật liệu có kích thước bé hơn. Thường độ cứng được xác định theo phương pháp Brinel: P P TB = = πDh πD ( 2 D − D2 − d2 ) (5.7) 5.4 Tính chất hoá học của điện môi và sự tác động lên vật liệu những tia năng lượng cao. 5.4.1 Tính chất hoá học. Về mặt hoá học đòi hỏi điện môi phải có khả năng sau đây:  Bền vững về mặt hoá học, nghĩa là không bị phân huỷ hoá học và cũng không gây ăn mòn các kim loại tiếp xúc với nó, không gây phản ứng hoá học với các axit, kiềm, dung dịch muối.  Chịu được các khâu gia công theo phương pháp hoá học. 5.4.2 Chịu tác dụng của bức xạ năng lượng cao. Trong một số trường hợp điện môi còn phải chịu tác dụng của bức xạ hoặc sóng có năng lượng cao... và như vậy sẽ phải đòi hỏi điện môi bền vững đối với bức xạ. Như đã biết năng lượng bức xạ có thể gây ion hoá các nguyên tử, phân tử vật liệu và do đó sẽ hình thành các dòng điện tử. Chúng có thể làm chuyển dịch hoặc phá huỷ các mối liên kết hoá học và tạo nên các gốc tự do. Mặt khác năng lượng bức xạ còn có thể tách một số nguyên tử, ion khỏi các mạng tinh thể để hình thành lỗ khuyết và các trung tâm khuyết tật... Như vậy, độ bền bức xạ của vật liệu phải thể hiện được các khả năng sau đây:  Có khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ mà không bị ion hoá mạnh.  Không dẫn đến sự phá huỷ các liên kết hoá học mà hình thành được các liên kết mới bền vững hơn. 64

×