Trên trang này
Sứ xuyên máy biến áp là một bộ phận dẫn điện có cách điện, cho phép đầu dây quấn của máy biến áp đi xuyên qua vỏ thùng kim loại đã nối đất mà không tiếp xúc điện với vỏ. Nó cung cấp khả năng cách điện và hỗ trợ cơ học; tùy thuộc vào thiết kế, cụm sứ xuyên được lắp đặt còn giúp bảo toàn ranh giới chất lỏng hoặc khí của máy biến áp.
Vị trí trong hệ thống điện đó là chìa khóa để hiểu về linh kiện này. Sứ xuyên không đơn thuần chỉ là vỏ bọc bằng sứ hoặc polymer có thể nhìn thấy phía trên máy biến áp. Nó là điểm chuyển tiếp hoàn chỉnh giữa dây dẫn nội bộ đang có điện, vỏ thùng hoặc mặt bích đã nối đất và kết nối của hệ thống điện bên ngoài.
Sứ xuyên máy biến áp được đặt ở đâu?
Bên trong máy biến áp, đầu dây quấn phải kết nối với dây dẫn trên không, cáp, thanh dẫn hoặc đầu nối tách rời bên ngoài. Vì vỏ thùng máy biến áp thường được nối đất, nên dây dẫn không thể đi trực tiếp qua thành kim loại. Sứ xuyên tạo thành đường dẫn cách điện có kiểm soát qua ranh giới đó.
Một cấu hình điển hình bao gồm:
- một dây dẫn mang điện ở trung tâm hoặc đường dẫn cho dây kéo hoặc thanh kéo;
- lớp cách điện bên trong giữa dây dẫn và mặt bích lắp đặt đã nối đất;
- một vỏ cách điện bên ngoài có các cánh cách điện tại những vị trí yêu cầu cách điện không khí và khoảng cách rò điện;
- một mặt bích hoặc cấu trúc lắp đặt được cố định vào vỏ máy biến áp;
- các đầu nối hoặc phần cứng kết nối ở phía máy biến áp và phía hệ thống; và
- các gioăng làm kín phù hợp với môi chất cách điện của máy biến áp và thiết kế của sứ xuyên.
Điều này dẫn đến một mô hình hệ thống đơn giản:
cuộn dây máy biến áp → dây dẫn bên trong → dây dẫn sứ xuyên → đầu nối bên ngoài → dây dẫn hệ thống điện
Vỏ máy được nối đất bao quanh một phần của đường dẫn đó, vì vậy sứ xuyên phải quản lý cả ứng suất điện và sự xuyên thấu cơ học qua vỏ máy.
Sứ xuyên máy biến áp có chức năng gì?
Thành phần này thực hiện một số chức năng liên quan tại cùng một ranh giới.
| Chức năng | Những gì sứ xuyên phải thực hiện | Những điều có thể xảy ra nếu mất chức năng này |
|---|---|---|
| Dẫn dòng điện | Cung cấp đường dẫn điện liên tục giữa đầu dây quấn và mạch điện bên ngoài | Tỏa nhiệt cục bộ, hư hỏng kết nối hoặc mất tính liên tục |
| Cung cấp cách điện | Giữ cho dây dẫn mang điện được cách ly về điện với vỏ thùng và mặt bích đã nối đất | Phóng điện bề mặt hoặc đánh thủng cách điện bên trong |
| Kiểm soát ứng suất điện | Định hình điện trường thông qua hình học và, trong các thiết kế phân cấp, là các lớp dẫn điện bên trong | Tập trung ứng suất quá mức và suy giảm cách điện |
| Chịu tải trọng cơ học | Giữ đầu nối và dây dẫn ở đúng vị trí dưới tải trọng vận hành bình thường | Nứt, dịch chuyển, hỏng gioăng làm kín hoặc ứng suất mối nối |
| Duy trì ranh giới thiết bị | Giúp ngăn chặn sự rò rỉ của chất lỏng hoặc khí cách điện và sự xâm nhập của hơi ẩm hoặc các chất gây ô nhiễm, trong trường hợp thiết kế tạo thành một phần của ranh giới đó | Rò rỉ, nhiễm bẩn hoặc suy giảm tính toàn vẹn của điện môi |
Các chức năng này có mối liên hệ phụ thuộc lẫn nhau. Ví dụ, một gioăng đệm bị hư hỏng không chỉ là vấn đề cơ học: sự xâm nhập của hơi ẩm hoặc sự hao hụt môi chất cách điện cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất điện môi.
Sứ xuyên máy biến áp hoạt động như thế nào?
Nguyên lý cơ bản là cách điện được kiểm soát giữa hai điện thế. Dây dẫn trung tâm được cấp điện, trong khi mặt bích lắp đặt và vỏ máy biến áp ở điện thế đất. Vật liệu cách điện giữa chúng phải chịu được điện áp trên ranh giới đó mà không bị đánh thủng, phóng điện bề mặt hoặc dòng điện dư không chấp nhận được.
Ở phía không khí, vỏ bọc cung cấp khoảng cách cách điện qua không khí và đường rò dài hơn dọc theo bề mặt. Các cánh sứ (sheds) làm tăng đường rò bề mặt đó và giúp quản lý các tác động từ môi trường. Hình dạng hình học cần thiết phụ thuộc vào điện áp, điều kiện ô nhiễm, phối hợp cách điện và quy định thiết kế áp dụng.
Bên trong một sứ xuyên loại rắn hoặc loại khối, khả năng cách điện chủ yếu phụ thuộc vào vật liệu điện môi khối và hình học của linh kiện. Các thiết kế này thường liên quan đến các kết nối máy biến áp hạ áp, mặc dù việc ứng dụng đúng phụ thuộc vào định mức đã được kiểm chứng của sứ xuyên thay vì nhãn điện áp chung chung.
Trong một sứ xuyên phân cấp điện dung, các lớp phân cấp dẫn điện được đặt bên trong lớp cách điện chính bao quanh dây dẫn trung tâm. Các lớp này tạo thành một chuỗi điện dung có kiểm soát giúp phân bổ ứng suất điện đồng đều hơn giữa dây dẫn và mặt bích nối đất. Cấu trúc lõi tụ điện này được sử dụng rộng rãi ở những nơi ứng suất điện áp đòi hỏi sự kiểm soát trường điện một cách có chủ đích hơn.
Các lớp phân cấp không phải là các đầu nối mang dòng điện bổ sung. Mục đích của chúng là để kiểm soát điện trường bên trong hệ thống cách điện.
Các loại sứ xuyên máy biến áp: Sử dụng trục phân loại phù hợp
Nhiều bài viết đưa ra một danh sách dài các “loại” sứ xuyên, nhưng các nhãn này thường mô tả các vấn đề kỹ thuật khác nhau. Một cách tiếp cận rõ ràng hơn là tách biệt bốn trục phân loại.
| Trục phân loại | Các danh mục chính | Phân loại cho bạn biết điều gì |
|---|---|---|
| Cấu tạo điện | Dạng rắn/khối; dạng phân cấp điện dung/tụ điện | Cách thức lớp cách điện chính quản lý ứng suất điện |
| Công nghệ cách điện chính | Giấy tẩm dầu (OIP); giấy tẩm nhựa (RIP); vật liệu tổng hợp tẩm nhựa (RIS) | Hệ thống vật liệu được sử dụng trong thiết kế lõi tụ điện hoặc sứ xuyên |
| Giao diện vận hành | Lỏng-ra-không khí; lỏng-ra-lỏng; lỏng-ra-khí; không khí-ra-không khí, tùy thuộc vào thiết bị | Các môi trường cách điện mà sứ xuyên kết nối |
| Đầu nối hoặc giao diện thiết bị | Kiểu kéo dây, kéo thanh, đấu nối đáy, hộp cáp, đầu cực hở, đầu cực kín và các bố trí cụ thể khác theo ứng dụng | Cách thức kết nối giữa vật dẫn và hệ thống bên ngoài |
Các danh mục này không nên được coi là những lựa chọn thay thế loại trừ lẫn nhau. Một sứ xuyên có thể là thiết kế phân cấp điện dung, RIP, kiểu lỏng-ra-không khí với một bố trí đầu nối cụ thể. Mỗi nhãn mô tả một đặc tính khác nhau.
Sứ xuyên loại rắn hoặc loại khối
Kết cấu loại rắn/khối sử dụng thân cách điện tương đối đơn giản mà không có lõi tụ điện. Sứ, epoxy hoặc vật liệu điện môi khác cung cấp lớp cách điện chính, và một số thiết kế còn sử dụng dầu máy biến áp trong không gian xung quanh vật dẫn. Kết cấu chính xác có thể khác nhau, vì vậy từ “rắn” không nên được hiểu là mọi bộ phận đều không chứa chất lỏng.
Danh mục này thường được sử dụng cho các cuộn dây điện áp thấp và thiết bị phân phối. Nó vẫn cần được quy định theo các thông số định mức thực tế về điện áp, dòng điện, cách điện, kích thước và môi trường.
Sứ xuyên phân cấp điện dung hoặc sứ xuyên loại tụ
Sứ xuyên loại tụ chứa một lõi được thiết kế với các lớp phân cấp dẫn điện được nhúng ở các khoảng cách tính toán. Mạng lưới điện dung tạo thành kiểm soát ứng suất điện áp theo hướng kính và hướng trục hiệu quả hơn so với chỉ dựa vào hình học.
Một số loại sứ xuyên phân cấp bao gồm một đầu đo kiểm tra hoặc đầu đo điện áp được kết nối với lớp phân cấp bên ngoài. Tính năng đó cho phép đo đạc tình trạng trên các thiết kế tương thích, nhưng việc sử dụng, bố trí tiếp địa và quy trình kiểm tra thuộc về nhân viên có chuyên môn thực hiện theo hướng dẫn của nhà sản xuất sứ xuyên. Đây không phải là một kết nối điện đa năng.
Sứ xuyên OIP, RIP và RIS
Các chữ viết tắt sau đây xác định các công nghệ cách điện chính thay vì ba loại ứng dụng phổ quát:
- OIP — Giấy tẩm dầu (Oil-Impregnated Paper): lõi tụ bằng giấy được tẩm dầu cách điện.
- RIP — Giấy tẩm nhựa (Resin-Impregnated Paper): lõi tụ điện dựa trên nền giấy được tẩm và lưu hóa bằng nhựa để tạo thành một khối rắn.
- RIS — Vật liệu tổng hợp tẩm nhựa (Resin-Impregnated Synthetics): công nghệ lõi tụ điện sử dụng vật liệu tổng hợp tẩm nhựa.
Công nghệ đơn thuần không quyết định tính phù hợp. Thông số kỹ thuật hoàn chỉnh của sứ cách điện phải tính đến định mức điện, giao diện, hình học lắp đặt, cách điện bên ngoài, môi trường máy biến áp, tải trọng cơ học và dữ liệu đã được nhà sản xuất xác minh.
Sứ cách điện Live-Front và Dead-Front có phải là các loại khác nhau không?
Chúng mô tả khả năng tiếp cận và che chắn của giao diện kết nối, đặc biệt là trong các thiết bị phân phối lắp đặt trên bệ. Đầu nối Live-Front có các bộ phận mang điện lộ ra ngoài khi có thể tiếp cận ngăn thiết bị, trong khi hệ thống Dead-Front sử dụng các đầu nối có thể tách rời được che chắn nhằm cung cấp bề mặt bên ngoài được nối đất khi được lắp ráp đúng cách.
Sự phân biệt đó rất quan trọng, nhưng nó không cùng loại phân loại với kiểu cách điện rắn so với kiểu phân cấp điện dung hoặc OIP so với RIP. Việc trộn lẫn các thuật ngữ này vào một danh sách duy nhất sẽ làm lu mờ các quyết định thiết kế mà chúng thực sự đại diện.
Thông số định mức nào của sứ xuyên máy biến áp là quan trọng?
Tên gọi hoặc nhãn vật liệu là chưa đủ để xác định một sứ xuyên thay thế hoặc mới. Các trường dưới đây giải thích các giới hạn kỹ thuật chính, nhưng chúng không thay thế quy trình lựa chọn đã được nhà sản xuất phê duyệt.
| Trường thông số định mức hoặc quy cách kỹ thuật | Tại sao nó quan trọng |
|---|---|
| Điện áp cao nhất cho thiết bị (Um) hoặc cấp điện áp áp dụng | Thiết lập giới hạn điện áp của hệ thống cách điện được sử dụng với tiêu chuẩn và quy cách kỹ thuật thiết bị có liên quan |
| Dòng điện định mức | Liên quan đến khả năng mang dòng điện liên tục và hiệu suất tăng nhiệt trong các điều kiện đã nêu |
| Mức cách điện | Xác định các mức chịu đựng tần số nguồn và xung sét yêu cầu cho phối hợp cách điện |
| Chiều dài đường rò và cấu hình cách điện bên ngoài | Liên quan đến hiệu suất cách điện bề mặt và khả năng tiếp xúc với môi trường hoặc ô nhiễm |
| Tần số và chế độ làm việc AC/DC | Ngăn cản việc áp dụng tiêu chuẩn hoặc thiết kế sứ cách điện AC một cách tự động cho hệ thống DC |
| Giao diện vận hành | Xác nhận tính tương thích với không khí, chất lỏng máy biến áp, thiết bị cách điện bằng khí hoặc môi trường khác |
| Cách bố trí dây dẫn và đầu nối | Xác định kết nối điện, đường dẫn dòng điện và tính tương thích khi lắp đặt |
| Mặt bích và giao diện kích thước | Xác định xem sứ cách điện có khớp về mặt vật lý hay không và duy trì ranh giới thiết bị theo yêu cầu |
| Các yêu cầu về cơ học và môi trường | Bao gồm tải trọng đầu nối, các nhu cầu về địa chấn, độ cao, điều kiện nhiệt độ và môi trường lắp đặt nếu có áp dụng |
| Dữ liệu tham khảo về điện dung và sự tiêu tán/hệ số công suất | Cung cấp thông tin điều kiện cơ sở cho các sứ xuyên phân cấp tương thích và các chương trình chẩn đoán được phê duyệt |
Thuật ngữ điện áp thay đổi tùy theo tiêu chuẩn và thị trường. Hướng dẫn VIOX về phân loại điện áp thấp, trung bình và cao giải thích lý do tại sao các nhãn điện áp không chính thức không nên thay thế các giá trị trên tài liệu về sứ xuyên và máy biến áp.
Sứ xuyên máy biến áp so với thanh cái hoặc sứ đỡ
Cả ba linh kiện đều sử dụng vật liệu điện môi, nhưng chúng chiếm các vị trí khác nhau và giải quyết các vấn đề khác nhau của hệ thống điện.
| Thành phần | Vị trí trong hệ thống chính | Có mang dòng điện không? | Có đi xuyên qua vỏ bọc nối đất không? | Chức năng chính |
|---|---|---|---|---|
| Sứ xuyên máy biến áp | Ranh giới thùng dầu máy biến áp | Dây dẫn trung tâm hoặc dây dẫn kéo mang dòng điện | Yes | Dẫn kết nối có điện xuyên qua thùng dầu đã nối đất trong khi vẫn duy trì khả năng cách điện và độ toàn vẹn cơ khí |
| Sứ cách điện thanh cái | Bên trong tủ đóng cắt, bảng điện, thanh dẫn điện, hoặc các cụm phân phối | Thông thường không | Thông thường không | Đỡ và cách ly thanh cái khỏi các kết cấu nối đất hoặc các dây dẫn khác |
| Sứ cách điện dạng trụ | Giữa dây dẫn/linh kiện và bề mặt lắp đặt của nó | Thông thường không | Không có | Duy trì khoảng cách vật lý và cách điện trong khi vẫn đỡ bộ phận được lắp đặt |
Đối với ranh giới linh kiện liền kề, xem Thanh cái cách điện là gì? và sự so sánh VIOX của sứ đỡ cách điện so với sứ cách điện thanh cái.
Sự khác biệt quan trọng là sứ xuyên máy biến áp là một thiết bị cấp điện xuyên qua. Sứ cách điện thanh cái hoặc sứ đỡ thường chỉ hỗ trợ một linh kiện dẫn điện riêng biệt thay vì tạo ra kết nối xuyên qua vỏ bồn của thiết bị.
Dấu hiệu nào cho thấy sứ cách điện máy biến áp cần được đánh giá?
Các tình trạng có thể quan sát được cần phải xem xét bao gồm:
- lớp cách điện bên ngoài bị nứt, sứt mẻ, thủng hoặc nhiễm bẩn nghiêm trọng;
- rò rỉ dầu hoặc môi chất cách điện khác xung quanh sứ cách điện hoặc khu vực lắp đặt;
- các đầu nối bị hỏng, kết nối bên ngoài bị lỏng hoặc phát nhiệt bất thường so với các pha tương đương khi chịu tải tương tự;
- ăn mòn, phần cứng bị dịch chuyển, gioăng bị hỏng hoặc có sự dịch chuyển cơ học có thể nhìn thấy được;
- tiếng ồn bất thường, bằng chứng phóng điện, vết đường rò hoặc vết phóng điện bề mặt; và
- những thay đổi về điện dung hoặc hệ số tiêu tán điện môi/hệ số công suất được xác định bởi chương trình đánh giá tình trạng đã được phê duyệt.
Đây là các chỉ số điều kiện, không phải là chẩn đoán phổ quát. Ý nghĩa của chúng phụ thuộc vào công nghệ sứ cách điện, thiết kế, nhiệt độ, tải trọng, phương pháp kiểm tra, dữ liệu cơ sở lịch sử và hướng dẫn của nhà sản xuất.
Sứ cách điện máy biến áp là một phần của thiết bị năng lượng cao. Không được chạm vào, làm sạch, ngắt kết nối, tháo tiếp địa của đầu đo kiểm (test tap) hoặc cố gắng thực hiện kiểm tra trên sứ cách điện đang vận hành. Các điều kiện bất thường cần được đánh giá theo các quy định an toàn của chủ sở hữu tài sản bởi nhân viên có trình độ, sử dụng tài liệu của nhà sản xuất cùng kế hoạch cách ly, tiếp địa và kiểm tra đã được phê duyệt.
Tiêu chuẩn nào áp dụng cho sứ cách điện máy biến áp?
IEC 60137:2017 specifies characteristics and tests for separately supplied insulated bushings used in transformers and other electrical apparatus in three-phase AC systems with highest voltage for equipment above 1,000 V and power frequency from 15 Hz through 60 Hz. It also identifies cases that require special agreement, including certain DC applications.
Tuyên bố về phạm vi này quan trọng vì hai lý do:
- IEC 60137 không chứng minh rằng một loại sứ cách điện cụ thể là tuân thủ; sự tuân thủ đòi hỏi bằng chứng hợp lệ dành riêng cho sản phẩm.
- Tiêu chuẩn này không nên được áp dụng tự động cho mọi loại sứ cách điện hạ thế, DC, tích hợp hoặc các loại sứ cách điện có ứng dụng đặc thù.
Các tiêu chuẩn bổ sung hoặc thông số kỹ thuật của thiết bị có thể quy định về kích thước, chế độ làm việc DC, tiêu chuẩn kháng chấn, hiệu suất chống ô nhiễm, tích hợp máy biến áp hoặc các yêu cầu khu vực. Luôn kiểm tra bộ tiêu chuẩn đầy đủ cho việc lắp đặt thực tế.
Mô hình tư duy đúng
Để hiểu bất kỳ sứ xuyên máy biến áp nào, hãy đặt bốn câu hỏi theo thứ tự:
- Ranh giới nằm ở đâu? Xác định dây dẫn mang điện, mặt bích hoặc vỏ thùng được tiếp đất và các môi trường cách điện ở cả hai phía.
- Ứng suất điện được kiểm soát như thế nào? Xác định cấu trúc là loại rắn/khối hay loại phân cấp điện dung.
- Những công nghệ cách điện và giao tiếp nào được sử dụng? Xác định riêng biệt OIP, RIP, RIS, vỏ ngoài, giao diện dịch vụ và cách bố trí đầu nối.
- Những thông số định mức nào đã được kiểm chứng chi phối ứng dụng này? Kiểm tra điện áp, dòng điện, mức cách điện, kích thước, môi trường, chế độ làm việc cơ học và dữ liệu của nhà sản xuất.
Mô hình này ngăn ngừa một sai lầm phổ biến: chọn sứ xuyên chỉ dựa trên nhãn vật liệu hoặc mô tả điện áp chung chung mà bỏ qua giao diện thùng máy và tập hợp thông số định mức hoàn chỉnh.
Những Câu Hỏi Thường
Sứ xuyên máy biến áp có giống với sứ cách điện không?
Sứ xuyên máy biến áp có chứa hệ thống cách điện, nhưng nó thực hiện chức năng dẫn điện xuyên qua cụ thể hơn. Nó cho phép một dây dẫn mang điện đi qua thùng máy biến áp được nối đất. Một sứ cách điện độc lập thường chỉ hỗ trợ hoặc phân tách dây dẫn mà không tạo ra sự xuyên thấu qua thùng máy đó.
Có phải mọi sứ xuyên máy biến áp cao thế đều được đổ đầy dầu không?
Không. OIP là một công nghệ đã được khẳng định, nhưng các thiết kế bằng giấy tẩm nhựa và vật liệu tổng hợp tẩm nhựa cũng tồn tại. Máy biến áp có thể được làm đầy bằng chất lỏng ngay cả khi cách điện chính của sứ xuyên là hệ thống tẩm nhựa rắn.
Sự khác biệt giữa sứ xuyên và đầu nối máy biến áp là gì?
Đầu nối là điểm kết nối cho dây dẫn bên ngoài. Sứ xuyên là bộ phận dẫn điện cách điện hoàn chỉnh nằm giữa đầu nối đó, kết nối bên trong máy biến áp và vỏ thùng máy được nối đất. Đầu nối có thể là một bộ phận của cụm sứ xuyên.