Hiểu đúng hiện tượng phóng điện cục bộ để nâng cao độ tin cậy của máy biến áp
Một hiện tượng rất nhỏ nhưng có thể quyết định tuổi thọ của cả máy biến áp
Không phải mọi hư hỏng của máy biến áp đều bắt đầu bằng một sự cố lớn.
Trong nhiều trường hợp, quá trình suy giảm cách điện diễn ra âm thầm trong thời gian dài trước khi xuất hiện dấu hiệu rõ rệt.
Một trong những hiện tượng được các kỹ sư đặc biệt quan tâm là:
Partial Discharge (PD) – Phóng điện cục bộ.
PD thường không làm máy biến áp ngừng hoạt động ngay lập tức.
Tuy nhiên, nếu kéo dài hoặc vượt quá giới hạn cho phép, hiện tượng này có thể làm suy giảm hệ thống cách điện, giảm độ tin cậy và rút ngắn tuổi thọ của thiết bị.
Đó là lý do PD được xem là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất khi thử nghiệm và đánh giá chất lượng máy biến áp.
1. Phóng điện cục bộ (PD) là gì?
Partial Discharge (PD) là hiện tượng phóng điện cục bộ chỉ xảy ra tại một phần của hệ thống cách điện khi cường độ điện trường tại vị trí đó vượt quá khả năng chịu điện của môi trường cách điện cục bộ, nhưng không tạo thành sự đánh thủng hoàn toàn giữa hai điện cực.
Nói đơn giản:
Đây là những “tia phóng điện rất nhỏ” xuất hiện bên trong hoặc trên bề mặt hệ thống cách điện.
Chúng có thể chỉ tồn tại trong thời gian cực ngắn, nhưng nếu lặp đi lặp lại nhiều lần sẽ dần làm suy giảm chất lượng cách điện.
2. Phóng điện cục bộ (PD) PD thường xuất hiện ở đâu?
Trong máy biến áp, phóng điện cục bộ có thể xuất hiện tại các vị trí như:
- các khe hở nhỏ trong vật liệu cách điện;
- bọt khí trong dầu hoặc trong giấy cách điện;
- vùng có điện trường tập trung;
- đầu nối hoặc đầu cực có cấu tạo không tối ưu;
- bề mặt cách điện bị nhiễm bẩn hoặc ẩm;
- các khoảng rỗng phát sinh trong quá trình chế tạo hoặc lão hóa.
Điểm chung của các vị trí này là:
Điện trường cục bộ cao hơn đáng kể so với vùng xung quanh.
3. Vì sao Phóng điện cục bộ (PD) xuất hiện?
Phóng điện cục bộ có thể xuất hiện do nhiều nguyên nhân khác nhau.
3.1. Khuyết tật trong hệ thống cách điện
Các khoảng rỗng rất nhỏ hoặc bọt khí trong vật liệu cách điện có hằng số điện môi khác với môi trường xung quanh.
Khi máy biến áp làm việc ở điện áp cao, điện trường tại các vị trí này có thể tăng lên đáng kể và gây ra phóng điện cục bộ.
3.2. Thiết kế điện trường chưa tối ưu
Nếu điện trường tập trung quá mức tại một vị trí, khả năng xuất hiện PD sẽ tăng.
Đó là lý do việc tính toán và tối ưu phân bố điện trường luôn là yêu cầu quan trọng trong thiết kế máy biến áp.
3.3. Lão hóa vật liệu cách điện
Theo thời gian, dưới tác động của:
- nhiệt độ;
- độ ẩm;
- ứng suất điện;
- ứng suất cơ học;
- quá trình oxy hóa,
Hệ thống cách điện có thể suy giảm, làm tăng nguy cơ xuất hiện PD.
3.4. Quá trình chế tạo
Chất lượng chế tạo ảnh hưởng trực tiếp đến mức PD.
Nếu quá trình sấy, hút chân không, tẩm dầu hoặc lắp ráp không đạt yêu cầu, các khuyết tật rất nhỏ có thể trở thành điểm khởi phát của hiện tượng phóng điện cục bộ.
4. PD ảnh hưởng như thế nào đến máy biến áp?
4.1. Làm suy giảm hệ thống cách điện
Mỗi lần PD xảy ra đều giải phóng một lượng năng lượng nhỏ.
Nếu hiện tượng này lặp lại hàng triệu lần trong thời gian dài, vật liệu cách điện sẽ dần bị bào mòn.
Quá trình này có thể làm giảm độ bền điện của:
- giấy cách điện;
- dầu cách điện;
- vật liệu cách điện rắn.
Tìm hiểu thêm: Dầu cách điện trong máy biến áp có công dụng gì?
4.2. Tạo ra các sản phẩm phân hủy
Phóng điện cục bộ có thể làm phân hủy dầu và giấy cách điện, tạo ra:
- khí hydro;
- metan;
- axetylen;
- các hợp chất khác.
Đây là một trong những cơ sở để áp dụng phân tích khí hòa tan trong dầu (DGA) nhằm đánh giá tình trạng của máy biến áp.
4.3. Góp phần rút ngắn tuổi thọ máy biến áp
Phóng điện cục bộ không phải lúc nào cũng gây sự cố ngay.
Tuy nhiên, nếu không được kiểm soát, hiện tượng này có thể làm quá trình lão hóa cách điện diễn ra nhanh hơn, từ đó ảnh hưởng đến tuổi thọ và độ tin cậy của máy biến áp.
4.4. Có thể dẫn đến sự cố nghiêm trọng
Nếu mức Phóng điện cục bộ tăng cao và kéo dài, hiện tượng này có thể phát triển thành:
- đánh thủng cách điện;
- phóng điện hoàn toàn;
- sự cố nội bộ của máy biến áp.
Đó là lý do PD luôn được theo dõi chặt chẽ trong các thiết bị điện cao áp.
Tìm hiểu thêm:
- Vì sao máy biến áp bốc cháy? 7 nguyên nhân cháy máy biến áp phổ biến cần biết
- Những lỗi vận hành máy biến áp phổ biến
5. Phóng điện cục bộ (PD) có giống Corona không?
Không.
Đây là hai hiện tượng hoàn toàn khác nhau.
| Corona | Partial Discharge (PD) |
| Xảy ra chủ yếu trong không khí | Xảy ra trong hoặc trên bề mặt hệ thống cách điện |
| Liên quan đến điện trường ngoài thiết bị | Liên quan đến khuyết tật hoặc điện trường bên trong cách điện |
| Có thể tạo ra RIV | Không đồng nghĩa với RIV |
| Thường nhìn thấy hoặc nghe thấy trong một số trường hợp | Hầu như không thể quan sát bằng mắt thường |
Hiểu đúng sự khác nhau này giúp tránh nhầm lẫn khi đánh giá tình trạng thiết bị.
Tìm hiểu thêm: Corona là gì trong ngành điện?
6. Phóng điện cục bộ (PD) được đo như thế nào?
Trong quá trình thử nghiệm, máy biến áp được cấp điện áp theo quy định của tiêu chuẩn.
Thiết bị đo chuyên dụng sẽ ghi nhận các xung phóng điện cục bộ.
Mức PD thường được biểu thị bằng:
picocoulomb (pC).
Giá trị PD càng thấp thì chất lượng hệ thống cách điện càng tốt.
Tuy nhiên, mức PD cho phép phụ thuộc vào:
- cấp điện áp;
- loại máy biến áp;
- tiêu chuẩn áp dụng;
- yêu cầu của từng dự án.
7. Tiêu chuẩn nào quy định về PD?
Việc thử nghiệm và đánh giá PD thường được thực hiện theo các tiêu chuẩn quốc tế như:
- IEC 60076đối với máy biến áp;
- IEC 60270về phương pháp đo phóng điện cục bộ;
- một số tiêu chuẩn IEEE hoặc yêu cầu kỹ thuật riêng của chủ đầu tư.
Các tiêu chuẩn này quy định:
- phương pháp đo;
- điều kiện thử nghiệm;
- giới hạn đánh giá;
- yêu cầu nghiệm thu.
8. Làm thế nào để giảm nguy cơ xuất hiện PD?
Các nhà sản xuất áp dụng nhiều giải pháp như:
- tối ưu phân bố điện trường;
- lựa chọn vật liệu cách điện chất lượng cao;
- sấy và hút chân không kỹ lưỡng;
- tẩm dầu đúng quy trình;
- kiểm soát độ sạch trong quá trình lắp ráp;
- thử nghiệm PD trước khi xuất xưởng.
Trong quá trình vận hành, việc:
- kiểm tra định kỳ;
- phân tích dầu cách điện;
- theo dõi xu hướng PD bằng các thiết bị giám sát chuyên dụng (đối với các máy biến áp quan trọng)
cũng giúp phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường.
9. Những hiểu lầm phổ biến về PD
9.1. Hiểu lầm thứ nhất
Cho rằng PD là đánh thủng cách điện.
Thực tế, PD chỉ là phóng điện cục bộ và chưa tạo thành sự đánh thủng hoàn toàn.
9.2. Hiểu lầm thứ hai
Cho rằng PD và Corona là một.
Đây là hai hiện tượng khác nhau về vị trí xảy ra và cơ chế hình thành.
9.3. Hiểu lầm thứ ba
Cho rằng PD nhỏ thì không cần quan tâm.
Ngay cả PD ở mức thấp nhưng kéo dài cũng có thể góp phần làm suy giảm cách điện theo thời gian.
9.4. Hiểu lầm thứ tư
Cho rằng chỉ máy biến áp cũ mới có PD.
Nếu quá trình thiết kế hoặc chế tạo không đạt yêu cầu, PD vẫn có thể xuất hiện ngay từ khi thiết bị còn mới.
10. Góc nhìn kỹ sư THIBIDI
Đối với máy biến áp, hệ thống cách điện được ví như “trái tim” của thiết bị.
Một máy biến áp có tổn hao thấp, hiệu suất cao hay khả năng chịu ngắn mạch tốt vẫn khó bảo đảm độ tin cậy lâu dài nếu hệ thống cách điện không được thiết kế và chế tạo đúng tiêu chuẩn.
Kiểm soát tốt mức PD là minh chứng cho:
- chất lượng thiết kế điện trường;
- chất lượng vật liệu cách điện;
- quy trình chế tạo;
- năng lực kiểm soát chất lượng của nhà sản xuất.
Đó cũng là nền tảng để máy biến áp vận hành ổn định trong nhiều năm.
11. THIBIDI KHUYẾN NGHỊ
Khi lựa chọn máy biến áp, khách hàng nên:
- Quan tâm đến chỉ tiêu PD đối với các dự án có yêu cầu kỹ thuật cao.
- Lựa chọn thiết bị được thử nghiệm theo các tiêu chuẩn quốc tế.
- Đánh giá đồng thời với các chỉ tiêu như tổn hao, hiệu suất, khả năng chịu ngắn mạch và độ tăng nhiệt.
- Thực hiện theo dõi, kiểm tra định kỳ đối với các máy biến áp quan trọng trong quá trình vận hành.
Việc kiểm soát tốt PD không chỉ giúp nâng cao độ tin cậy của thiết bị mà còn góp phần giảm chi phí sửa chữa và kéo dài tuổi thọ của máy biến áp.
12. Câu hỏi thường gặp (FAQ)
12.1. Phóng điện cục bộ (PD) là gì?
PD là hiện tượng phóng điện cục bộ chỉ xảy ra tại một phần của hệ thống cách điện mà chưa tạo thành sự đánh thủng hoàn toàn giữa hai điện cực.
12.2. PD có phải là Corona không?
Không. Corona chủ yếu xảy ra trong không khí, còn PD thường xảy ra bên trong hoặc trên bề mặt hệ thống cách điện.
12.3. PD được đo bằng đơn vị gì?
PD thường được biểu thị bằng picocoulomb (pC) theo các phương pháp đo quy định trong tiêu chuẩn.
12.4. Vì sao PD nguy hiểm?
PD có thể làm suy giảm dần hệ thống cách điện, tạo ra các sản phẩm phân hủy và, nếu kéo dài hoặc vượt ngưỡng cho phép, có thể dẫn đến sự cố nghiêm trọng.
12.5. Làm thế nào để hạn chế PD?
Có thể hạn chế bằng cách tối ưu thiết kế điện trường, sử dụng vật liệu cách điện chất lượng cao, kiểm soát chặt chẽ quá trình chế tạo và thực hiện thử nghiệm PD trước khi đưa thiết bị vào vận hành.
Kết luận
Partial Discharge (PD) là hiện tượng phóng điện cục bộ bên trong hoặc trên bề mặt hệ thống cách điện, được xem là một trong những chỉ tiêu quan trọng phản ánh chất lượng thiết kế, chế tạo và độ tin cậy của máy biến áp.
Mặc dù PD thường không gây sự cố ngay lập tức, nhưng nếu không được kiểm soát, hiện tượng này có thể làm suy giảm cách điện theo thời gian và ảnh hưởng đến tuổi thọ của thiết bị.
Vì vậy, việc lựa chọn máy biến áp có mức PD được kiểm soát theo tiêu chuẩn, kết hợp với công tác kiểm tra và giám sát phù hợp trong quá trình vận hành, sẽ góp phần bảo đảm hệ thống điện hoạt động an toàn, ổn định và hiệu quả trong dài hạn.
————————————-
Tập thể tác giả THIBIDI:
- Nguyễn Hữu Khôi – Giám đốc Kỹ thuật;
- Nguyễn Anh Huy – Trưởng phòng Thiết kế;
- Đinh Mạnh Hùng – Trưởng phòng Kỹ thuật;
- Lê Xuân Sang – Trưởng phòng Dịch vụ khách hàng.
