Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Thử nghiệm trạm biến áp cách điện khí SF6

Chia sẻ: Sơ Dương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài "Thử nghiệm trạm biến áp cách điện khí SF6" là hệ thống, tổng hợp được đặc tính của khí SF6, Cấu trúc của trạm GIS, xây dựng nội dung chi tiết về công tác bảo dưỡng, thử nghiệm các trạm GIS. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Thử nghiệm trạm biến áp cách điện khí SF6

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐINH THỊ PHIN THỬ NGHIỆM TRẠM BIẾN ÁP CÁCH ĐIỆN KHÍ SF6 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội – Năm 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- ĐINH THỊ PHIN THỬ NGHIỆM TRẠM BIẾN ÁP CÁCH ĐIỆN KHÍ SF6 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN – THIẾT BỊ ĐIỆN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. LÊ VĂN DOANH HÀ NỘI – 2015 1
LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập tại lớp Cao học Kỹ thuật điện- Thiết bị điện khóa 2013-2015, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, tôi đã được đào tạo và tích lũy nhiều kiến thức cho bản thân cũng như phục vụ công việc. Đặc biệt là khoảng thời gian thực hiện đề tài “Thử nghiệm trạm biến áp cách điện khí SF6”. Để có thể hoàn thành được luận văn này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi cũng đã nhận được rất nhiều sự góp ý và giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện – điện tử, Viện Điện, Trường ĐH Bách khoa Hà Nội. Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS Lê Văn Doanh vì những định hướng và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Mặc dù có nhiều cố gắng tìm tòi, nghiên cứu, song do kiến thức hạn chế, chắc chắn luận văn tốt nghiệp của tôi còn nhiều thiếu sót, tôi rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo cũng như các bạn đồng nghiệp. Xin chân thành cảm ơn ! 2
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chính bản thân tôi. Các nội dung của luận văn là do tôi thực hiện và chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ luận văn của tác giả nào khác. Tôi xin chịu trách nhiệm về những nội dung cam đoan trên. Hà Nội, ngày 24 tháng 09 năm 2015 Tác giả Đinh Thị Phin 3
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................................ 1 LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................................... 3 MỤC LỤC ...................................................................................................................................... 4 CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................................ 6 DANH MỤC BẢNG.................................................................................................................... 7 DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................................... 8 PHẦN MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 10 CHƢƠNG 1 .................................................................................................................................. 12 TỔNG QUAN VỀ KHÍ SF6, THIẾT BỊ ĐIỆN ĐÓNG CẮT CÓ SỬ DỤNG KHÍ SF6 VÀ QÚA TRÌNH PHÁT TRIỂN .............................................................. 12 1.1. Tổng quan về khí SF6 .....................................................................................12 1.1.1. Sơ lƣợc lịch sử của việc sử dụng SF6 ......................................................12 1.1.2. Sản xuất SF6............................................................................................. 13 1.1.3 Các ứng dụng khác của SF6 ......................................................................14 1.1.4. Tính chất vật lý và hóa học của SF6 ........................................................14 1.2. Thiết bị điện đóng cắt có sử dụng khí SF6 .....................................................18 1.3. Quá trình phát triển .........................................................................................20 CHƢƠNG 2 .................................................................................................................................. 28 TRẠM BIẾN ÁP CÁCH ĐIỆN KHÍ SF6 (GIS) VÀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA TRẠM GIS Ở VIỆT NAM TRONG THỜI ĐIỂM HIỆN TẠI VÀ TƢƠNG LAI ........................................................................................................... 28 2.1. Giới thiệu một số hãng sản xuất GIS ..............................................................28 2.1.1. SIEMENS GIS .........................................................................................28 2.1.2. TOSHIBA GIS .........................................................................................30 2.1.3. ABB GIS ..................................................................................................33 2.1.4. ALSTOM GIS ..........................................................................................34 2.2. Tổng hợp chung về trạm biến áp cách điện khí SF6 ......................................36 2.2.1. Các ƣu nhƣợc điểm trạm GIS ...................................................................36 2.2.2. Phân loại ...................................................................................................37 4
2.2.3. Kết cấu chung của GIS .............................................................................37 2.3. Tình hình phát triển của trạm GIS ở Việt Nam trong thời điểm hiện tại và tƣơng lai ....................................................................................................................44 CHƢƠNG 3 .................................................................................................................................. 48 BẢO DƢỠNG, THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ GIS ............................................................... 48 3.1. Khái quát .........................................................................................................48 3.1.1. Mục đích của bảo dƣỡng và thử nghiệm thiết bị điện ..............................48 3.1.2. Các chế độ hoạt động bảo dƣỡng thiết bị điện .........................................48 3.1.3. Các yếu tố chính trong các quyết định tối ƣu hóa công tác bảo dƣỡng và thử nghiệm thiết bị điện ............................................................................................ 50 3.2. Ảnh hƣởng của phóng điện cục bộ đến độ bền của cách điện. .......................51 3.3. Xây dựng quy trình thử nghiệm phóng điện cục bộ cho trạm biến áp cách điện khí GIS cấp điện áp 220kV ...............................................................................53 3.3.1. Mô tả hệ thống thiết bị thử nghiệm ..........................................................53 3.3.2. Quy trình triển khai hệ thống thử nghiệm AC tại hiện trƣờng .................58 3.3.3. Quy trình kiểm tra trạm GIS tại hiện trƣờng ............................................61 3.3.4. Quy trình thử nghiệm AC kết hợp đo PD cho trạm GIS ..........................62 3.3.5. Tiến hành thử nghiệm tại hiện trƣờng (Thử AC và đo PD trạm GIS ) Bản Chát- Lai Châu ..........................................................................................................72 3.3.6. Thử nghiệm sau khi lắp đặt tại hiên trƣờng đối với GIS..........................78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................. 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 81 5
CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT EHV Extra High Voltage Siêu cao áp HV High Voltage Cao áp MV Medium Voltage Trung áp LV Low Voltage Hạ áp CB Circuit Breaker Máy cắt LSB Load Break Switch Máy cắt phụ tải RMU Ring Main Unit Mạch vòng GIS Gas Insulated Substation Trạm biến áp cách điện khí SF6 SF6 Sufur hexafluoride IEC International Electrotechnical Ủy ban Kỹ thuật điện quốc tế Commission IEEE Institute of Electrical and Viện các kỹ sƣ điện và điện tử Electronics Engineers Hoa Kỳ AC Alternating current Dòng điện xoay chiều PD Partial discharge Phóng điện cục bộ UHF Ultra high Frequency Tần số siêu cao 6
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Đặc tính vật lý chính của SF6 ở áp suất khí quyển và nhiệt độ 25 0C ….13 Bảng 1.2: Nhiệm vụ của SF6 trong thiết bị chuyển mạch…………………………17 Bảng 2.1: Tên, vật liệu, công dụng của các bộ phận trong máy cắt và bộ truyền động MC……………………………………………………………………...37 Bảng 2.2: Tên, vật liệu, công dụng của các bộ phận trong bộ truyền động dao cách ly- dao nối đất (3PDS)………………………………………………….39 Bảng 2.3: Tên, vật liệu, công dụng của các bộ phận trong dao nối đất tốc độ cao ( H-ES)…………………...……………………………………………..40 Bảng 2.4: Tên, vật liệu, công dụng của các bộ phận trong biến dòng (CT) hay (BI)…………………...……………………………………………...….42 Bảng 2.5: Thống kê các dự án trạm GIS tại Hà Nội và TP. HCM…………………46 Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm……………………………………………………...76 7
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Quá trình sản xuất SF6 ...................................................................................... 13 Hình 1.2: Đƣờng cong áp suất hơi và dòng mật độ khí tƣơng đƣơng của SF6 .............. 15 Hình 1.3: Điện áp đánh thủng giữa hai quả cầu có đƣờng kính 5 cm .............................16 Hình 1.4: GIS (Merlin Gerin) ............................................................................................ 19 Hình 1.5: Máy cắt cho thiết bị trạm biến áp HV (SB6-Merlin Gerin) ............................19 Hình 1.6: Thiết bị cho phân phối MV cho vòng hệ thống phân phối chính.Đầu ra đƣợc bảo vệ bởi các bộ ngắt mạch đƣợc đặt ở trung tâm (RM6 - Merlin Gerin) ... 20 Hình 1.7: SM6 (Merlin Gerin) ...........................................................................................20 Hình 2.1: GIS của hãng SIEMENS...................................................................................28 Hình 2.2: GIS Siemens với các thành phần chính............................................................ 29 Hình 2.3: GIS của hãng TOSHIBA...................................................................................31 Hình 2.4: Cấu trúc của GIS Toshiba với điện áp từ (765- 1100)kV- 63kA ................... 31 Hình 2.5: Cấu trúc của GIS Toshiba với điện áp từ 550kV- 63kA .................................32 Hình 2.6: Cấu trúc của GIS Toshiba với điện áp từ (362- 420) kV- 63kA ................... 32 Hình 2.7: GIS của hãng ABB ............................................................................................ 33 Hình 2.8: Cấu trúc của GIS ABB với điện áp từ (123-170) kV ...................................... 34 Hình 2.9: Trạm GIS Alstom với điện áp 550KV .............................................................35 Hình 2.10: Cấu trúc của GIS Alstom với điện áp từ 72.5 – 145 kV ...............................36 Hình 2.11: Cấu trúc máy cắt và bộ truyền động trong GIS ............................................. 39 Hình 2.12: Cấu trúc dao cách ly và dao nối đất ................................................................40 Hình 2.13: Cấu trúc dao nối đất tốc độ cao H-ES ............................................................ 41 Hình 2.14: Cấu trúc máy biến dòng .................................................................................. 42 Hình 2.15: Máy biến điện áp ............................................................................................. 43 Hình 2.16: Chống sét van...................................................................................................44 Hình 3.1: Bộ kích từ (Exciter) ...........................................................................................55 Hình 3.2: Nguồn cấp biến tần ............................................................................................ 55 Hình 3.3: Bộ điện kháng cao áp ........................................................................................ 56 8
Hình 3.4: Tụ điện cao áp (Divider) ................................................................................... 57 Hình 3.5: Phần xe điều khiển ............................................................................................. 57 Hình 3.6: Phần xe thử nghiệm ........................................................................................... 58 Hình 3.7: Sơ đồ mạch cộng hƣởng biến tần ..................................................................... 65 Hình 3.8: Sơ đồ khối hệ thống thử nghiệm AC đo PD .................................................... 66 Hình 3.9: Quá trình phân loại và kết quả chuẩn đoán PD................................................71 Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý hợp bộ thí nghiệm cao áp....................................................74 9
PHẦN MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong xã hội ngày nay, nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng tại các thành phố đông dân cƣ và trung tâm công nghiệp, đòi hỏi việc lắp đặt một mạng lƣới phân phối và truyền tải điện năng nhỏ gọn và hiệu quả. Trạm biến áp cách điện khí SF6 (GIS: Gas Insulated Substation) là lựa chọn lý tƣởng cho các ứng dụng nhƣ vậy. Những năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ cao trong lĩnh vực điện của nƣớc ta đã có nhiều tiến bộ rõ nét. Một trong những ứng dụng đang trở nên phổ biến đó là việc sử dụng thiết bị đóng cắt kiểu kín cách điện bằng khí SF6 trong các trạm biến áp trung gian và các trạm biến áp cách điện khí SF6. Đây là công nghệ tiên tiến hiện đang đƣợc sử dụng rộng rãi tại nhiều nƣớc trên thế giới. Tuy nhiên ở nƣớc ta hiện nay vẫn còn mới mẻ trong hệ thống truyền tải, phân phối điện năng. Việt Nam đã có một số trạm GIS đã đƣợc xây dựng và vận hành ở những thành phố lớn là TP Hồ CHí Minh và Hà Nội nhƣng số lƣợng còn hạn chế. Trạm cách điện khí GIS sử dụng khí SF6 ở áp suất trung bình cho các pha- pha và các pha với đất. Các dây dẫn cao áp, máy cắt, chuyển mạch, biến dòng, biến điện áp nằm trong thùng kim loại chứa đầy khí SF6 và đƣợc nối đất. Các thiết bị điện sử dụng khí cách điện SF6 là môi chất cách điện có độ bền điện môi cao, khả năng truyền nhiệt tốt, đang đƣợc ứng dụng ngày càng rộng rãi trong hệ thống điện vì tạo nên hệ thống có kích thƣớc giảm, tính năng làm việc tốt. Cách điện trong hệ thống là rất quan trọng do dó cần phải kiểm tra, đánh giá thƣờng xuyên tình trạng làm việc, chất lƣợng của khí SF6 để tránh hiện tƣợng hƣ hỏng toàn bộ lớp cách điện, làm phá hủy nặng nề thiết bị và sụp đổ hệ thống. Chính vì vậy mà trạm GIS cần đƣợc thử nghiệm để có đƣợc đánh giá thƣờng xuyên về chất lƣợng của khí SF6 để từ đó có những biện pháp hợp lý để nâng cao sự an toàn của cách điện nói riêng và chất lƣợng của thiết bị điện sử dụng môi chất này nói chung. 10
Với những đặc điểm mới trong nghiên cứu, tìm hiểu trạm biến áp công nghệ GIS tôi đã đƣợc nhận đề tài: “Thử nghiệm trạm biến áp cách điện khí SF6” để làm luận văn tốt nghiệp của mình. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Mục đích nghiên cứu: Hệ thống, tổng hợp đƣợc đặc tính của khí SF6, Cấu trúc của trạm GIS, xây dựng nội dung chi tiết về công tác bảo dƣỡng, thử nghiệm các trạm GIS. - Đối tƣợng nghiên cứu: Khí SF6, lĩnh vực thiết bị sử dụng khí SF6 và trạm biến áp có sử dụng khí SF6, quy trình bảo dƣỡng thử nghiệm các thiết bị điện trong trạm GIS. - Phạm vi nghiên cứu: Trạm GIS ở Việt Nam. Đặc biệt là trạm GIS ở Bản Chát – Lai Châu 3. CÁC LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN VÀ ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN Nội dung chính của bản luận văn gồm 3 chƣơng: - Chƣơng 1: Tổng quan về khí SF6, thiết bị đóng cắt có sử dụng khí SF6 và xu hƣớng phát triển. - Chƣơng 2:Trạm biến áp cách điện khí SF6 (GIS) và tình hình phát triển của trạm GIS ở Việt Nam trong thời điểm hiện tại và tƣơng lai - Chƣơng 3: Bảo dƣỡng thử nghiệm thiết bị GIS 4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu, phƣơng pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết kết hợp phƣơng pháp tiếp cận và thu thập thông tin. 11
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ SF6, THIẾT BỊ ĐIỆN ĐÓNG CẮT CÓ SỬ DỤNG KHÍ SF6 VÀ XU HƢỚNG PHÁT TRIỂN 1.1. Tổng quan về khí SF6 1.1.1. Sơ lƣợc lịch sử của việc sử dụng SF6 Sulphur hexafluoride (SF6) lần đầu tiên đƣợc tổng hợp trong các phòng thí nghiệm của Faculte de Pharmacie de Paris vào năm 1900 bởi Moissan và Lebeau. Flo thu đƣợc bằng điện phân, đƣợc phép phản ứng với lƣu huỳnh và một phản ứng tỏa nhiệt mạnh, làm phát sinh một loại khí khá ổn định. Dần dần sau đó là tính chất vật lý và hóa học của khí đã đƣợc xác định, với các báo cáo của Pridaux (1906), và Schlumb Gamble (1930), Klemm và Henkel (1932-1935) và Yest và Clausson (1933) đặc biệt liên quan đến là các chất hóa học và tính chất điện môi. Các nghiên cứu đầu tiên trong các ứng dụng công nghiệp là do Công ty General Electric vào năm 1937, ngƣời ta nhận ra rằng khí có thể đƣợc sử dụng cho cách điện trong nhà máy điện. Năm 1939 Thomson-Houston cấp bằng sáng chế các nguyên tắc sử dụng SF6 để cách điện cáp và tụ điện. Ngay sau chiến tranh thế giới thứ hai, các nghiên cứu và ứng dụng của SF6 đƣợc phát triển mạnh mẽ. - Tới năm 1947 SF6 đƣợc ứng dụng trong cách điện máy biến áp. - Năm 1948 Allied Chemical Corporation và Pennsalt phát triển sản xuất công nghiệp SF6 tại Hoa Kỳ. - Sản xuất thƣơng mại SF6 quy mô lớn đƣợc ứng dụng trong các nhà máy điện vào những năm 1960 ở Hoa Kỳ và Châu Âu, cùng với sự xuất hiện máy cắt và thiết bị chuyển mạch SF6 ở cao áp– hạ áp và siêu cao áp– EHV đầu tiên. Tại Merlin Gerin, công tác nghiên cứu liên quan đến sử dụng khí SF6 để cách điện và ngắt mạch đƣợc triển khai trong năm 1955 cùng với sự xuất hiện của các sản phẩm công nghiệp đầu tiên Mỹ. - Các ứng dụng SF6 công nghiệp đầu tiên của Merlin Gerin là EHV, sau đó ứng dụng trong trung áp- MV 12
- 1964: Trạm biến áp cách điện SF6 đầu tiên đƣợc EDF cho phép đƣa vào hoạt động trong khu vực Parisvào năm 1966. - 1967: Máy cắt SF6 đã đƣợc đƣa vào hoạt động và dần dần thay thế cho các máy cắt không khí đã thiết lập vị trí của nó ở Pháp và các nơi khác trong thời gian trƣớc đó 25 năm. - 1971: Merlin Gerin ra mắt các máy cắt trung áp SF6 Fluar. - Gần đây SF6 đã đƣợc áp dụng cho thiết bị chuyển mạch trung áp, công tắc tơ, máy cắt GIS trong tất cả các lĩnh vực điện năng. (4) 1.1.2. Sản xuất SF6 Quá trình công nghiệp đang đƣợc sử dụng hiện nay là tổng hợp sulphur hexafluoride từ các flo thu đƣợc bằng điện phân phản ứng với lƣu huỳnh theo phản ứng tỏa nhiệt: S + 3F2 → SF6 + 262 kcal Trong phản ứng này, một số lƣợng nhất định khác florua của lƣu huỳnh đƣợc hình thành, nhƣ SF4, SF2, S2F2, S2F10, cũng nhƣ các tạp chất do sự hiện diện của độ ẩm, không khí và các cực dƣơng carbon sử dụng cho các điện tích flo. Những sản phẩm đó đƣợc loại bỏ bằng quá trình lọc khác nhau ( Xem hình 1.1) Hình 1.1: Quá trình sản xuất SF6 13
1.1.3. Các ứng dụng khác của SF6 Các tính chất độc đáo của SF6 đã dẫn đến nó đƣợc áp dụng cho một số công trình công nghiệp và khoa học ứng dụng bao gồm: - Ứng dụng y tế: cách điện trong thiết bị y tế (ví dụ nhƣ máy tia X) - Cách điện trong các thiết bị khoa học (kính hiển vi điện tử) - Cách âm trong các cửa sổ bằng kính hai mặt nhƣ là một vạch khí để nghiên cứu luồng không khí trong hệ thống thông gió (ví dụ trong các hầm mỏ) - Nhƣ một cái vạch để phát hiện rò rỉ trong hệ thống áp lực. - Để tạo nên một bầu không khí đặc biệt cho chế biến, luyện kim (nhôm và magiê) hoặc cho các mục đích quân sự. 1.1.4. Tính chất vật lý và hóa học của SF6 1/Tính chất vật lý SF6 là một trong những loại khí đƣợc biết đến nặng nhất. Tỷ trọng của nó ở 20°C và 0,1 Mpa là 6,139 kg / m3 , gần cao hơn năm lần so với không khí. Trọng lƣợng phân tử của nó là 146,06 g/mol. Đó là chất khí không màu và không mùi. SF6 không tồn tại ở trạng thái lỏng, trừ khi áp lực. ( Xem bảng 1.1) Bảng 1.1: Đặc tính vật lý chính của SF6 ở áp suất khí quyển và nhiệt độ 25 ° C Tỷ trọng 6,14 kg/m3 Dẫn nhiệt 0,0136 W m-1 K-1 Vận tốc âm thanh 136 m s-1 Chiết suất 1.000783 Nhiệt độ hình thành -1221,66 kJ mol-1 Nhiệt dung riêng 96,6 J mol-1K -1 Phƣơng trình trạng thái: Khí sulphur hexaflouride có một phƣơng trình trạng thái kiểu Beattie Bridgeman. Nhiệt độ lên đến khoảng 1200K, xem nhƣ một khí lý tƣởng: PV2 = R T (v + b) - a Trong đó: 14
p = áp suất (Pa) v = khối lƣợng (m3.mol-1) R = hằng số khí lý tƣởng (8,3143 J.mol-1.K-1) T = nhiệt độ tuyệt đối (K) a = 15,78 x 10-6 (1- 0,1062 x 10 -3 v-1) b = 0,366 x 10-3 (1- 0,1236 x 10 -3 v-1) Mối quan hệ áp suất / nhiệt độ: Sự biến thiên của áp suất theo nhiệt độ là tuyến tính và tƣơng đối nhỏ trong phạm vi khoảng nhiệt độ (-25 đến 50 °C) (xem hình 1.2) Hình 1.2: Đường cong áp suất hơi và dòng mật độ khí tương đương của SF6 Nhiệt dung riêng: Nhiệt dung riêng của SF6 là 3,7 lần so với không khí. Điều này có ảnh hƣởng quan trọng làm giảm ảnh hƣởng của nhiệt trong điện thiết bị . 15
Dẫn nhiệt: Độ dẫn nhiệt chỉ bằng 42% so với không khí, nhƣng nó có khả năng chịu nhiệt cao. Khi nhiệt độ tăng đột biến từ 2100 đến 2500 0 K phân tử bị tan rã và liên kết lại ngay với nhau. Do có tính chất đặc biệt này nên nó thƣờng đƣợc sử dụng để thu hồi nhiệt, làm mát, làm suy yếu hồ quang điện. Tính chất điện: SF6 có độ cách điện cao: Tại áp suất 0,9 bar độ cách điện của nó tƣơng đƣơng với dầu cách điện. Nó còn khả năng làm sụt áp cực nhanh bằng cách tạo ra điện trƣờng quanh điện cực nhờ khả năng thu hồi các điện tử tự do. Khí SF6 là khí có tính điện âm và bắt electron năng lƣợng thấp (10 -5s) do vậy chúng di chuyển chậm hơn các electron. Những ion này ngăn cản sự hình thành của các electron kiểu thác dẫn tới ứng suất đánh thủng cao hơn. Độ bền điện môi của SF6 là khoảng 2,5 lần cao hơn so với không khí trong cùng điều kiện. Ƣu điểm của SF6 hơn Nitơ là một chất điện môi rõ ràng đƣợc minh họa bởi đƣờng cong (xem hình 1.3) Hình 1.3: Điện áp đánh thủng giữa hai quả cầu có đường kính 5 cm 16
Sản phẩm phóng điện cục bộ: p: Áp suất (MPa) d: Khoảng cách giữa các điện cực (10-3 m) 2/Tính chất hóa học Sulphur hexafluoride đáp ứng đầy đủ các yêu cầu hóa trị của các phân tử lƣu huỳnh. Cấu trúc phân tử của nó là hình bát diện với mỗi nguyên tử flo ở mỗi đỉnh. Đƣờng kính va chạm hiệu quả của SF6 phân tử là 4,77 Å. Sáu liên kết cộng hóa trị đã đánh giá sự ổn định vƣợt trội của hợp chất này. - SF6 có thể đƣợc đun nóng mà không phân hủy đến 500 °C khi không có xúc tác kim loại. - SF6 là chất khí không cháy. - Hydro, clo và oxy không có tác động nào trên đó. - SF6 là chất khí không hòa tan trong nƣớc. - Nó không bị axit tác động. - Trong trạng thái tinh khiết SF6 không độc và điều này là thƣờng xuyên khẳng định về khí mới trƣớc khi giao hàng, bằng cách đặt con chuột trong một bầu không khí 80% SF6 và 20% oxy cho một khoảng thời gian 24 giờ.  Sản phẩm phân hủy hồ quang Trong hồ quang điện, nhiệt độ có thể đạt 15.000 K và một tỷ lệ nhỏ của SF6 bị phân hủy. Các sản phẩm phân hủy là hình thành trong sự có mặt của: - Một hồ quang điện đƣợc hình thành bởi tiếp xúc bình thƣờng bao gồm các hợp kim nhƣ : Vonfram, đồng và niken, có chứa dƣ lƣợng oxy và hydro. - Tạp chất trong SF6 nhƣ không khí, CF4 và hơi nƣớc. - Thành phần cách điện gồm vật liệu dẻo dựa trên cacbon, hydro và silic - Kim loại hoặc nguyên vật liệu phi kim khác mà thiết bị sử dụng. Điều này giải thích tại sao các chất rắn và khí ở trên chứa các sản phẩm phân hủy cộng thêm flo và lƣu huỳnh, các yếu tố nhƣ carbon, silic, oxy, hydro, vonfram, đồng vv . .. 17
 Đặc điểm sinh học của SF6 tinh khiết SF6 tinh khiết là không độc hại và trơ sinh học. Thử thí nghiệm với động vật đã chỉ ra rằng khi có mặt ở nồng độ lên đến 80% SF6, 20% O2, không có tác dụng phụ. 1.2. Thiết bị điện đóng cắt có sử dụng khí SF6 Thiết bị chuyển mạch MV và HV Nhƣ đã đề cập ở trên, các nhà sản xuất thiết bị chuyển mạch sử dụng điện môi duy nhất trong thiết kế các thiết bị của họ. Ứng dụng chính của SF6 là trong thiết bị chuyển mạch MV và HV. Nhiệm vụ của SF6 có thể đƣợc tóm tắt chung chi tiết nhƣ trong bảng 1.2. Bảng 1.2: Nhiệm vụ của SF6 trong thiết bị chuyển mạch MV HV Mục đích Thiết bị đóng cắt (≤ 52 kV) > 52 kV) Cách điện GIS +++ ++ RMU +++ Ngắt CB ++ +++ LBS ++ +++ Trong đó: o Mức thấp : + o Trung bình: ++ o Cao : +++ - GIS (Gas Insulated Switchgear): Thiết bị đóng cắt cách điện khí - RMU (Ring Main Unit): Hộp bộ - CB (Circuit Breaker): Máy cắt - LBS (Load Break Switch): Máy cắt phụ tải Do có rất nhiều ƣu điểm, trong lĩnh vực HV, SF6 là công nghệ duy nhất đƣợc sử dụng, chẳng bao lâu nữa sẽ cơ bản chiếm lĩnh thị trƣờng thiết bị đóng cắt trên toàn thế giới. Công nghệ sử dụng dầu hoặc khí nén đang dần biến mất. (4) 18
Hình 1.4: GIS (Merlin Gerin) Hình 1.5: Máy cắt cho thiết bị trạm biến áp HV (SB6-Merlin Gerin) Trong lĩnh vực MV, khi thiết bị chuyển mạch nhỏ gọn là cần thiết, SF6 là giải pháp đƣợc đề xuất duy nhất (GIS, RMU) (xem hình 1.6 và 1.7). Tuy nhiên, công nghệ SF6 đƣợc chia sẻ thị trƣờng với không khí trong LBS - máy cắt phụ tải nhƣng thị trƣờng không khí chia sẻ nhanh chóng giảm vì ƣu điểm của SF6. 19