Vật liệu cách điện là gì?

An electrical insulator hay còn gọi là vật liệu cách điện là một vật liệu mà trong đó dòng điện không thể di chuyển tự do. Các nguyên tử của chất cách điện có các electron liên kết chặt chẽ và không thể dễ dàng di chuyển. Các vật liệu khác — chất bán dẫn và chất dẫn điện — dẫn dòng điện dễ dàng hơn. Tính chất phân biệt một chất cách điện là điện trở suất của nó; chất cách điện có điện trở suất cao hơn so với chất bán dẫn hoặc chất dẫn điện. Những ví dụ phổ biến nhất là các phi kim.

Tính chất cách điện

Chất cách điện là vật liệu có những tính chất đặc trưng giúp chúng có hiệu quả trong việc ngăn chặn dòng điện. Các tính chất chính của chất cách điện góp phần vào vai trò của chúng trong việc duy trì sự cách điện và ngăn ngừa sự dẫn điện ngoài ý muốn:

• Điện trở suất cao: Chất cách điện sở hữu điện trở suất cao, nghĩa là chúng có khả năng cản trở đáng kể dòng điện. Tính chất này giúp ngăn chặn sự chuyển động của các electron và ngăn chặn sự truyền năng lượng điện qua vật liệu.
• Độ bền điện môi: Độ bền điện môi là điện trường tối đa mà vật liệu có thể chịu được mà không bị phá hủy và cho phép dòng điện chạy qua. Chất cách điện thể hiện độ bền điện môi cao, đảm bảo chúng có thể chịu được điện áp đặt vào mà không bị đánh thủng điện.
• Độ bền cơ học: Chất cách điện phải có đủ độ bền cơ học để chịu được trọng lượng của dây dẫn và chịu được các lực bên ngoài như gió, băng và rung động. Tính chất này đảm bảo tính toàn vẹn về cấu trúc của chất cách điện trong nhiều ứng dụng khác nhau.
• Độ ổn định nhiệt: Chất cách điện cần duy trì các tính chất của chúng trong một phạm vi nhiệt độ. Độ ổn định nhiệt đảm bảo rằng chất cách điện có thể chịu được nhiệt sinh ra trong quá trình vận hành điện mà không bị thay đổi đáng kể về đặc tính vật lý hoặc điện.
• Tính trơ về mặt hóa học: Nhiều chất cách điện được thiết kế trơ về mặt hóa học để chống ăn mòn hoặc suy thoái khi tiếp xúc với các yếu tố môi trường như độ ẩm, chất ô nhiễm hoặc hóa chất.

Các đặc tính này kết hợp lại cho phép chất cách điện thực hiện vai trò quan trọng của chúng trong hệ thống điện bằng cách tạo ra một rào cản cho dòng điện và đảm bảo sự an toàn và độ tin cậy của cơ sở hạ tầng liên quan.

Các loại sứ cách điện trong đường dây truyền tải điện

Chúng ta hãy xem xét các loại sứ cách điện khác nhau trong đường dây truyền tải và các đặc điểm riêng biệt của chúng

Sứ Cách Điện Chốt

Là loại sứ cách điện phổ biến nhất được sử dụng trong đường dây truyền tải, sứ cách điện chốt thường được sử dụng trong các đường dây truyền tải nhỏ hơn và đường dây phân phối điện áp thấp. Sứ cách điện chốt bao gồm một thân sứ hoặc thủy tinh duy nhất, với một chốt kim loại có ren ở phía dưới để cố định nó vào thanh ngang và các kết cấu đỡ khác.

Sứ cách điện chốt phù hợp với điện áp lên đến 33kV và được ưa chuộng vì tính đơn giản, dễ lắp đặt và tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, điện áp phóng điện và độ bền cơ học hạn chế khiến chúng không phù hợp với điện áp cao hơn.

Sứ Cách Điện Treo

Các sứ cách điện đường dây truyền tải này chủ yếu được sử dụng trong các đường dây truyền tải điện áp trung bình đến cao. Chúng được thiết kế để đỡ các dây dẫn và cách điện chúng khỏi các cột hoặc kết cấu đỡ. Sứ cách điện treo bao gồm nhiều khối, thường được làm bằng sứ, được kết nối nối tiếp bằng các liên kết hoặc thanh kim loại.

Một ưu điểm lớn của sứ cách điện treo là khả năng chịu được điện áp cao hơn đồng thời vẫn đảm bảo độ bền cơ học mạnh mẽ. Khi nhiều bộ phận được sắp xếp nối tiếp, điện áp phóng điện tổng thể cũng tăng lên. Do đó, sứ cách điện có thể chịu được điện áp từ 33kV đến vài trăm kV.

Sứ cách điện biến dạng

Loại sứ cách điện này được sử dụng trong đường dây truyền tải còn được gọi là sứ cách điện kéo. Công dụng chính của chúng là hấp thụ lực căng trong dây dẫn và giữ chúng ở khoảng cách an toàn với các kết cấu đỡ. Sứ cách điện biến dạng được sử dụng ở những khu vực có lực căng trong dây dẫn cao nhất—nơi đường dây truyền tải đổi hướng hoặc gặp phải điểm cụt.

Sức cách điện biến dạng bao gồm một loạt các đĩa sứ được kết nối bằng các liên kết kim loại. Điều này cho phép chúng đáp ứng cả yêu cầu về cách điện và độ bền cơ học. Loại sứ này thường được sử dụng trong các đường dây truyền tải điện áp trung bình đến cao.

Sứ cách điện dạng móc

Còn được gọi là sứ cách điện cuộn, chúng được sử dụng trong các trường hợp đường dây truyền tải cần đổi hướng hoặc đi qua chướng ngại vật. Chúng được kết nối trực tiếp với các kết cấu đỡ bằng móc kim loại, mang lại giải pháp đáng tin cậy và nhỏ gọn.

Móc sứ cách điện phù hợp nhất cho các ứng dụng điện áp thấp và trung bình, thường được sử dụng trong đường dây phân phối. Chúng dễ dàng lắp đặt và bảo trì nhờ trọng lượng nhẹ, giúp tiết kiệm chi phí trong một số trường hợp nhất định.

Móc sứ trụ

Loại mắc sứ này trên đường dây truyền tải được sử dụng rộng rãi trong các trạm biến áp và nhà máy, nơi dây dẫn cần được cách điện với các kết cấu đỡ. Chúng bao gồm một miếng sứ hoặc thủy tinh đặc, được lắp trên đế kim loại.

Móc sứ trụ có độ bền cơ học tuyệt vời và khả năng chịu điện áp phóng điện cao. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng điện áp cao từ 11kV đến vài trăm kV.

Móc sứ trụ dài

Loại mắc sứ này được thiết kế để chịu được ứng suất cơ học và điện mà đường dây truyền tải điện áp cao gặp phải. Chúng bao gồm một thanh sứ dài duy nhất, tạo ra đường dẫn liên tục cho dòng điện chạy từ dây dẫn đến cột.

Móc sứ trụ dài được ưa chuộng nhờ độ bền cơ học vượt trội và hiệu suất chống ô nhiễm vượt trội. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các đường dây truyền tải điện áp cực cao (EHV) và điện áp cực cao (UHV), nơi điều kiện môi trường khắc nghiệt hơn.

Cách điện dây giằng

Còn được gọi là cách điện dây giằng, loại cách điện này được sử dụng trong đường dây truyền tải để cách điện và hỗ trợ cơ học cho dây giằng, giúp ổn định tháp truyền tải. Loại cách điện này ngăn dòng điện từ kết cấu tháp truyền tải xuống đất thông qua dây giằng.

Cách điện dây giằng thường được chế tạo bằng sứ và được thiết kế để chịu được cả tải trọng cơ học và ứng suất điện. Chúng rất quan trọng để duy trì sự ổn định và căn chỉnh chính xác của tháp truyền tải, đặc biệt là ở những khu vực có tải trọng gió lớn hoặc địa hình không bằng phẳng.

Sứ cách điện cuộn

Sứ cách điện cuộn là một loại sứ cách điện chuyên dụng thường được sử dụng trong hệ thống phân phối điện. Thiết kế của nó giống hình trụ hoặc hình ống, đó là lý do tại sao nó có tên như vậy. Loại sứ này thường được làm từ các vật liệu như sứ hoặc thủy tinh, được lựa chọn vì điện trở suất cao và độ bền.

Sứ cách điện cuộn thường được sử dụng trong các đường dây truyền tải và phân phối điện trên không. Chúng được lắp trên các thanh giằng, giá đỡ hoặc các kết cấu đỡ khác để giữ cho các dây dẫn ở khoảng cách an toàn. Hình dạng hình trụ của sứ cuộn giúp phân bổ đều ứng suất cơ học và đảm bảo độ ổn định trong các điều kiện môi trường khác nhau, chẳng hạn như gió, mưa và biến động nhiệt độ.

Sứ cách điện đường dây trên không

Sứ cách điện đường dây Trên không là thành phần quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện, được thiết kế để đỡ và cách điện các dây dẫn đồng thời ngăn ngừa rò rỉ dòng điện ngoài ý muốn. Các sứ này được thiết kế riêng để sử dụng trên đường dây trên không, nơi các dây dẫn điện được treo trên cột hoặc tháp để truyền tải điện trên khoảng cách xa. Chúng có nhiều kiểu dáng khác nhau, với các loại phổ biến bao gồm sứ chốt, sứ treo và sứ biến dạng, mỗi loại phục vụ các mục đích cụ thể trong cấu hình đường dây trên không.

Sứ chốt được lắp trên các thanh ngang của cột để đỡ dây dẫn. Sứ treo được sử dụng để treo dây dẫn lên kết cấu trên không, vừa cách điện vừa chịu lực cơ học. Mặt khác, sứ biến dạng được sử dụng để hấp thụ và chống lại lực căng có thể xảy ra do trọng lượng và điều kiện môi trường.

Chức năng chính của sứ đường dây trên không là duy trì khoảng cách an toàn giữa dây dẫn và kết cấu đỡ, ngăn ngừa hồ quang điện hoặc đoản mạch. Chúng được thiết kế để chịu được các thách thức về môi trường khi tiếp xúc ngoài trời, bao gồm sự thay đổi nhiệt độ, gió, mưa và ô nhiễm. Sứ đường dây trên không đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ tin cậy, hiệu quả và an toàn của mạng lưới truyền tải và phân phối điện.