Hiện tượng vật lí phóng điện vầng quang Corona Power

Hiện tượng vật lí phóng điện vầng quang Corona Power




Hiện tượng vật lí phóng điện vầng quang (corona power) là một dạng phóng điện cục bộ vốn phát sáng và thỉnh thoảng chúng ta có thể thấy được bằng mắt trần. Phóng điện Vầng quang xảy ra khi không khí xung quanh một dây dẫn mang điện trở nên bị ion hóa, gây nên một sự phóng điện.
Hiện tượng vật lí phóng điện vầng quang Corona Power

Hiện tượng phóng điện vầng quang xảy ra khi các khiếm khuyết hiện hữu ở các dây dẫn như là các rìa có cạnh sắc nhọn hoặc các chỗ vỡ tại đó tạo nên điện trường cục bộ lớn. Ta cũng có thể nghe một âm thanh như tiếng rít khi xảy ra phóng điện vầng quang. Các phân tử ni tơ trong không khí bị kích thích và dẫn đến sự phát xạ tia cực tím. Thỉnh thoảng chúng ta thấy được vầng quang xuất hiện như là một quầng sáng xanh mờ bao xung quanh các dây dẫn, đặc biệt trong bóng đêm.

Cường độ của hiện tượng phóng điện vầng quang sẽ thay đổi theo độ ẩm. Ở những điều kiện có độ ẩm cao, phóng điện vầng quang có thể tiến triển thành một phóng điện tia lửa khiến có thể gây ra sự cắt điện và gây hư hỏng đối với các thiết bị điện.

1. Tác hại của phóng điện vầng quang

Tổn hao công suất tác dụng trên hệ thống truyền tải.
Vầng quang điện sản sinh ozon có thể gây ăn mòn chất dẫn điện do hoạt động hóa học.
Phát sinh các sóng cao tần không mong muốn, gây nhiễu thông tin vô tuyến.
2. Phóng điện vầng quang trên sứ

Do hình dạng của chuỗi sứ nên điện trường trong vùng giữa hai đầu chuỗi sứ không đều. Mặc dù vòng hồ quang của sứ đã phần nào điều chỉnh điện trường này, song tính chất không đều vẫn còn. Vẫn có nhiều điểm có điện trường lớn do bề mặt gồ ghề. Khi điều kiện môi trường thích hợp (ẩm) sẽ suất hiện vầng quang cục bộ.

Hiện tượng vật lí phóng điện vầng quang corona power

3. Hiện tượng phóng điện vầng quang trên dây dẫn

Hiện tượng rõ rệt với đường dây truyền tải siêu cao áp 500kV, 750kV…
Ở điều kiện bình thường, xung quanh đường dây có các hạt bị ion hóa, tức là các electron tự do, ion dương và cả các phân tử trung hòa, song mật độ rất nhỏ. Khi đường dây tải điện, xuất hiện sự chênh lệch điện thế giữa các dây dẫn > gradient thế trong không khí và có giá trị cực đại tại bề mặt vật dẫn. Do có gradient thế hay có điện trường nên các electron tự do di chuyển nhanh hơn nhưng động năng chưa đủ để giải phóng electron từ các phân tử trung hòa.
Hiện tượng vật lí phóng điện vầng quang corona power

Khi điện áp dây tăng thì gradient thế tăng và vận tốc của các electron tự do cũng tăng. Khi gradient thế của bề mặt vật dẫn vượt quá giới hạn cực đại thì các electron tự do thu đủ động năng để va chạm với một phân tử trung hòa và làm giải phóng một số electron tự do khỏi phân tử đó. Một electron tự do khi đó tạo ra một ion dương và một số electron tự do.
Hiện tượng vật lí phóng điện vầng quang corona power

Thông thường 30 kV/cm được xem là giới hạn của gradient thế. Các electron tự do tiếp tục va chạm với nhiều phân tử trung hòa và duy trì quá trình theo kiểu giống như phản ứng phân hạch dây chuyền.
Hiện tượng vật lí phóng điện vầng quang corona power

Vì thế quá trình ion hóa này là lũy tiến. Kết quả của sự ion hóa này là hoặc xuất hiện vầng quang hoặc xuất hiện tia lửa điện giữa các vật dẫn.
Hiện tượng vật lí phóng điện vầng quang corona power

Khi đó ta thấy phát sáng mờ nhạt màu tím. Nếu đường dây là mịn thì ánh sáng tím này chạy dọc theo chiều dài của dây dẫn.
Hiện tượng vật lí phóng điện vầng quang corona power

Sự phóng điện vầng quang sản sinh ion dương và âm mà được luân phiên thu hút và đẩy theo chu kì của nguồn xoay chiều. Chuyển động va chạm của các ion > âm thanh > truyền đến tai.
3. Hạn chế phóng điện vầng quang trên dây dẫn

Chẳng hạn như việc sử dụng các móc treo bằng dây dẫn có tròn hơn là các cạnh sắc và không có bu lông nhô ra với các cạnh sắc nét sẽ giảm tổn thất phóng điện vầng quang. Các dây dẫn có thể được làm bằng đường kính lớn hơn và được xử lý sao cho chúng có bề mặt mịn mà không có vết nứt, gờ hoặc vết xước trong các sợi dẫn.


********************************************************

Vầng quang: Liên quan đến hư hại chính cho cách điện Polymer

Mới đây, ngày 6/4/2019, website INMR chuyên về cách điện, chống sét van, sứ xuyên, phụ kiện cáp ngầm… đăng bài viết “Corona: Deadly enemy for polymeric insulators”, tạm dịch là Vầng quang: Liên quan đến hư hại chính cho cách điện polymer. Với ý nghĩ: Bài viết có thể là tham khảo hữu ích cho kỹ sư, công nhân làm công việc quản lý vận hành đường dây truyền tải trong công việc vận hành hàng ngày cũng như tham gia với vai trò nào đó trong công tác xây dựng, cải tạo đường dây, người dịch cố gắng chuyển tải nội dung bài viết đến người đọc trong Công ty và thêm một vài nhận xét như dưới đây.
Giới thiệu :

Sử dụng cách điện bằng vật liệu polymer (cao phân tử) nói chung và cách điện composite nói riêng là xu hướng chính trong thiết kế xây dựng, cải tạo trang thiết bị điện, đặc biệt là với các đường dây truyền tải. Mặc dù có rất nhiều điểm ưu việt, cách điện polymer cũng sẽ dễ bị tổn thương bởi một số tác nhân môi trường và/hoặc điều kiện vận hành, trong đó có vầng quang điện.

Công ty Truyền tải điện 4 quản lý vận hành trên 6.000 km đường dây điện áp danh định từ 220 kV trở lên và hầu hết các đường dây được đầu tư xây dựng trong khoảng 10 năm gần đây đều đã sử dụng cách điện composite. Một số đường dây vận hành đã lâu, đến kỳ đại tu phần cách điện, giải pháp dùng cách điện composite thay thế cho cách điện cũ bằng vật liệu vô cơ (Ceramic, Glass) cũng là ưu tiên.

Như vậy, cách điện composite, một trong các loại polymer, sẽ chiếm đa phần trên hệ thống đường dây truyền tải thuộc Công ty.

Mới đây, ngày 6/4/2019, website INMR chuyên về cách điện, chống sét van, sứ xuyên, phụ kiện cáp ngầm… đăng bài viết “Corona: Deadly enemy for polymeric insulators”, tạm dịch là Vầng quang: Liên quan đến hư hại chính cho cách điện polymer. Với ý nghĩ: Bài viết có thể là tham khảo hữu ích cho kỹ sư, công nhân làm công việc quản lý vận hành đường dây truyền tải trong công việc vận hành hàng ngày cũng như tham gia với vai trò nào đó trong công tác xây dựng, cải tạo đường dây, người dịch cố gắng chuyển tải nội dung bài viết đến người đọc trong Công ty và thêm một vài nhận xét như dưới đây.

Đã từ lâu, người ta biết rằng vầng quang có thể gây hư hỏng cách điện. Tuy nhiên, không phải mọi khía cạnh của vấn đề này được hiểu đầy đủ mà vẫn đang trong vòng nghiên cứu, bao gồm vấn đề về cường độ và độ dài thời gian tác động của vầng quang để kích khởi sự thoái hóa cách điện, vấn đề về phương pháp tốt nhất để phát hiện và việc phát triển những thử nghiệm phù hợp nhằm dự báo ảnh hưởng khi hiện diện vầng quang.



H.2



H.3 Phát hiện vầng quang bằng máy quay UV (dò tia cực tím)

Khi tiếp cận cách điện composite, tác động đầu tiên của vầng quang là với chuỗi phụ kiện, những chỗ trống bên trong vật liệu hoặc từ các khiếm khuyết ở mặt tiếp giáp các loại vật liệu. Phần lớn tia sáng thành phần trong vầng quang có bước sóng ngắn hơn 400 nm và do đó, thuộc về dải UV (Ultra Violet – cực tím). Ngược lại, đa phần tia bức xạ mặt trời nằm trong dải thấy được, 400 - 700 nm, do các tia có bước sóng ngắn hơn đã bị lọc bởi tầng Ô zôn. Thực tế, vài loại tia thuộc vùng bước sóng dài của dải UV trong quang phổ của vầng quang cũng khớp hoặc thậm chí vượt qua bước sóng thuộc quang phổ mặt trời. Các vật liệu đa phân tử nhạy cảm với sự thoái hóa do tia UV hình thành từ vầng quang hơn là tia hiện diện trong quang phổ mặt trời, đặc biệt nếu vầng quang tồn tại gần sát với vật liệu. Vầng quang bẻ gãy phân tử Ô xy ổn định để tạo ra các gốc tự do kết hợp với phân tử Ô xy khác hình thành Ô zôn (O3). Ô zôn sau đó tấn công vào các vị trí liên kết đôi hoặc ba của các vật liệu dẻo như cao su silicone hoặc EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer: Một loại cao su nhân tạo có tính kháng mạnh đối với axit, kiềm loãng, nhiều loại dung môi, hơi nước và cả ô zôn… - Wikipedia). Kết quả là sự bẻ gãy (cracking) chuỗi phân tử. Ngay cả một lượng Ô zôn bé tí cỡ phần triệu (ppm) cũng đủ để kích khởi cracking, tuy rằng thời gian cần cho việc này phụ thuộc vào công thức phân tử của vật liệu.

Đến đây có thể phải xem lại :

1. Chúng ta đã có dụng cụ đúng để phát hiện vầng quang(quang phổ UV)?

2. Các loại phương tiện đã giúp chúng ta nhìn thấy phát sáng trên chuỗi cách điện và phụ kiện, thực chất lọc được ánh sáng thuộc dải tần nào, ánh sáng đó đặc trưng cho hiện tượng gì, tác hại ra sao?

Mặc dù hầu hết các chất dẻo hiện đại đã có phụ gia chống mối nguy hại này, một số loại chất dẻo cuối cùng cũng bất lực trước sự tấn công của Ô zôn nếu lượng phân tử này tập trung đủ cao. Vầng quang cũng sinh ra axit Oxalic và Nitric trên lớp ẩm bề mặt cách điện do có hơi nước, nước ngưng tụ hay sương mù. Tùy thuộc vào độ pH, các chất này cũng làm thoái hóa cục bộ chất polymer. Vầng quang có thể “khoan” lỗ vào trong vật liệu, nghĩa là sự thoái hóa không chỉ thuần túy là tấn công hóa học bởi ô zôn. Trong thực tế, các nhà nghiên cứu đã tính toán nhiệt độ ở ngọn của tia phóng điện và cho thấy nhiệt độ đó có thể cao đủ gây ra bốc hơi ngay cả với vật liệu phi hữu cơ. Cũng có một tác nhân tấn công cơ học, giống như thổi cát, do va đập lặp đi lặp lại của các điện tích lên vật liệu. Thực sự là hiếm hoi trong lĩnh vực điện lực mà có một hiện tượng vật lý có thể kích khởi được nhiều dạng thoái hóa như vậy.

Vậy là, ánh sáng UV gây được 3 loại tác động: Hóa học, nhiệt học và cơ học đồng thời.



H.4



H.5 Các ví dụ về tác động của vầng quang lên cách điện composite.

Để minh họa tác động tiềm tàng của vầng quang, các nghiên cứu vừa qua quan tâm đến việc kiểm tra từ mặt đất các chuỗi cách điện composite trên những đường dây 115 kV, 230 kV, 500 kV ở Tây Nam nước Mỹ, sử dụng máy chụp ảnh vầng quang và ống nhòm. Một loạt các cột trên đường dây 230 kV lắp các chuỗi cách điện composite có và không có vòng vầng quang trên các pha kế nhau. Chuỗi cách điện 115 kV không có vòng vầng quang trong khi các chuỗi cách điện 500 kV có vòng vầng quang cả phía dây dẫn lẫn phía xà. Dựa vào điều kiện khô ở khu vực, Công ty điện lực vận hành các đường dây này quyết định không thay các chuỗi cách điện không được lắp vòng vầng quang. Điều này cho phép nghiên cứu so sánh ảnh hưởng chỉ của vòng vầng quang lên cách điện composite, bởi vì các yếu tố khác là như nhau (thiết kế, vật liệu, sản xuất các chi tiết, vị trí đặt và điện áp hệ thống). Vầng quang quan sát được trên những chuỗi cách điện này, trong đó nhiều chuỗi đã vận hành trên 25 năm, chỉ thỉnh thoảng có và thường xuất phát từ phần phụ kiện của chuỗi cách điện.

Các chuỗi cách điện 230 kV được đánh giá thuộc về 3 thế hệ công nghệ cách điện composite. Một số chuỗi (thanh) cách điện được tháo ra dành cho công việc xét nghiệm sâu hơn và chúng cho thấy vành cách điện gần phía dây dẫn nhất nhưng không có vòng vầng quang bảo vệ, để lộ ra những thay đổi từ nhẹ đến nghiêm trọng dưới dạng rắn hóa, rạn nứt và đổi màu. Rõ ràng là những chuỗi (thanh) cách điện này đang đi hết tuổi thọ và thực sự có lẽ đã hỏng tại những vị trí có nhiều chất kết tủa (cặn, bụi). Ngược lại, không có cách điện nào đã được lắp vòng vầng quang mà xảy ra hiện tượng như vậy. Điều này minh chứng mạnh mẽ rằng đối với cách điện composite, thiết kế và sự cần thiết lắp vòng vầng quang phụ thuộc không chỉ vào cấp điện áp mà còn phụ thuộc môi trường làm việc. Nói ví dụ, trong trường hợp cách điện đặt ở môi trường nhiễm bẩn nặng, ở vùng cao thường xuyên ẩm ướt, cẩn trọng nhất vẫn là lắp vòng vầng quang phía dây dẫn, cho dù ở cấp điện áp không cao.

Như vậy có thể nên áp dụng công thức:

- 220 kV : lắp vòng vầng quang ở phía dây dẫn;

- 500 kV : lắp vòng vầng quang ở cả 2 đầu chuỗi (thanh) cách điện composite.

Và trong vận hành: kiểm tra cẩn thận hơn với các vành cách điện phía dây dẫn (có bị hóa cứng, đổi màu, rạn hoặc tạo ra bụi…hay không ?).


[You must be registered and logged in to see this link.]