Rủi ro tiềm ẩn do bụi bám trên các bộ cách điện

Giới thiệu

Trong các phòng tủ điện trung áp của các nhà máy công nghiệp — nhà máy xi măng, nhà máy thép, nhà máy chế biến hóa chất, các cơ sở khai thác mỏ — bụi không chỉ là vấn đề vệ sinh. Đó là một mối nguy hiểm điện thực sự, tích tụ trên bề mặt cách điện của tủ điện AIS theo từng giờ vận hành, làm giảm dần hiệu quả khoảng cách cách điện¹ điều này giúp cách ly các dây dẫn mang điện với các vỏ bọc được nối đất, và dẫn đến tình trạng hỏng cách điện mà ban đầu IEC 62271-200² Yêu cầu kỹ thuật thiết kế này chưa từng được lường trước vì nó giả định rằng bề mặt cách điện luôn sạch sẽ. Các bộ phận cách điện trong tủ thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí được thiết kế với khoảng cách rò rỉ điện được tính toán dựa trên mức độ ô nhiễm cụ thể — nhưng phép tính đó giả định rằng bề mặt cách điện vẫn duy trì ở mức ô nhiễm theo thiết kế, chứ không phải ở mức độ ô nhiễm tích tụ sau 18 tháng bụi bám không được kiểm soát trong nhà máy nghiền xi măng hoặc trạm biến áp xử lý than. Rủi ro tiềm ẩn của việc bụi tích tụ trên các bộ cách điện của tủ điện AIS là lớp bụi bám bẩn không làm giảm hiệu suất cách điện theo cách tuyến tính và có thể dự đoán được — mà làm giảm hiệu suất cách điện một cách đột ngột và thảm khốc, khi sự kết hợp giữa bụi dẫn điện tích tụ, độ ẩm bề mặt do sự thay đổi độ ẩm, và quá trình chuyển mạch tiếp theo hoặc quá áp tạm thời tạo ra một đường dẫn theo dõi bề mặt nối liền toàn bộ khoảng cách rò rỉ trong vài mili giây và gây ra hiện tượng phóng điện pha-đất mà vỏ tủ điện không được thiết kế để ngăn chặn nếu không có hệ thống xả hồ quang. Đối với các kỹ sư điện tại nhà máy công nghiệp, quản lý bảo trì và cán bộ an toàn chịu trách nhiệm về tủ điện AIS trung áp trong môi trường bị ô nhiễm, tài liệu hướng dẫn này cung cấp phân tích toàn diện về cơ chế hỏng hóc, quy trình chẩn đoán giúp phát hiện sự suy giảm cách điện do ô nhiễm gây ra trước khi xảy ra sự cố, cùng các quy trình bảo trì nhằm khôi phục khoảng cách rò rỉ của vật liệu cách điện về đúng tiêu chuẩn thiết kế.

Mục lục

• Sự tích tụ bụi trên các bộ cách điện của tủ điện AIS làm giảm khoảng cách rò rỉ hiệu dụng và gây ra hiện tượng rò rỉ bề mặt như thế nào?
• Các mức độ ô nhiễm là gì và môi trường nhà máy công nghiệp tác động như thế nào đến việc đẩy nhanh quá trình xuống cấp của vật liệu cách điện trong thiết bị đóng cắt trung áp?
• Làm thế nào để chẩn đoán sự suy giảm chất lượng vật liệu cách điện do bụi gây ra trong tủ điện AIS trước khi xảy ra hiện tượng phóng điện?
• Những biện pháp bảo trì và thiết kế nào giúp khôi phục và bảo vệ hiệu suất của các bộ cách điện trong tủ điện AIS trong môi trường nhà máy công nghiệp?

Sự tích tụ bụi trên các bộ cách điện của tủ điện AIS làm giảm khoảng cách rò rỉ hiệu dụng và gây ra hiện tượng rò rỉ bề mặt như thế nào?

Bộ cách điện trong tủ thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí thực hiện một chức năng quan trọng duy nhất: duy trì sự cách ly điện giữa một dây dẫn mang điện ở điện áp trung thế và vỏ tủ được nối đất trong toàn bộ các điều kiện vận hành — tải bình thường, dao động chuyển mạch và quá áp tạm thời. Chức năng đó hoàn toàn phụ thuộc vào tính toàn vẹn của bề mặt cách điện — một bề mặt bị suy giảm do bụi bám tích tụ qua một cơ chế ba giai đoạn mà không thể phát hiện được bằng kiểm tra trực quan thông thường cho đến khi giai đoạn thứ ba gây ra hiện tượng phóng điện.

Giai đoạn 1: Sự lắng đọng bụi khô — Giảm kích thước hình học khoảng cách rò rỉ

Các hạt bụi bám trên bề mặt cách điện không dẫn điện ngay lập tức — bụi khô có điện trở suất thể tích từ 10⁶–10¹⁰ Ω·m tùy thuộc vào thành phần, mức này không đủ để tạo thành đường dẫn điện ở mức điện áp trung bình. Tác động chính của sự tích tụ bụi khô là về mặt hình học: lớp bụi lấp đầy cấu trúc bề mặt cách điện — cấu trúc bề mặt gấp nếp hoặc có gân giúp mở rộng đường dẫn rò rỉ — làm giảm khoảng cách rò rỉ hiệu quả từ giá trị thiết kế xuống khoảng cách đường thẳng trên bề mặt bị ô nhiễm.

Giảm khoảng cách cách điện do chất độn bụi:

$L_{hiệu dụng} = L_{thiết kế} – \Delta L_{bụi}$

Ở đâu $L_{thiết kế}$ là khoảng cách rò điện theo thiết kế (mm) và $\Delta L_{bụi}$ là khoảng cách rò điện bị mất do bụi lấp đầy trong rãnh cách điện (mm). Đối với một cách điện 12 kV có khoảng cách rò điện thiết kế là 200 mm và bụi lấp đầy làm giảm độ sâu hiệu dụng của rãnh cách điện đi 60%:

$L_{hiệu dụng} = 200 – (200 × 0,6 × 0,4) = 200 – 48 = 152 mm$

Khoảng cách rò rỉ hiệu dụng đã giảm từ 200 mm xuống còn 152 mm — giảm 241 mm — trong khi bề mặt cách điện trông vẫn nguyên vẹn và bảng điều khiển vẫn tiếp tục hoạt động mà không có báo động.

Giai đoạn 2: Kích hoạt bởi độ ẩm — Hình thành lớp bề mặt dẫn điện

Sự chuyển đổi từ tình trạng tích tụ bụi thụ động sang mối đe dọa cách điện chủ động xảy ra khi lớp bụi hấp thụ độ ẩm — do sự dao động độ ẩm môi trường, hiện tượng ngưng tụ khi nhiệt độ giảm, hoặc hơi nước từ quá trình sản xuất xâm nhập vào. Độ ẩm làm tan các thành phần ion hòa tan trong bụi — các hợp chất canxi trong bụi xi măng, các hợp chất sunfat trong bụi than, các hợp chất clorua trong bụi nhà máy hóa chất — tạo thành một lớp màng điện giải dẫn điện trên bề mặt vật liệu cách điện.

Độ dẫn điện bề mặt của lớp bụi đã được kích hoạt:

$\sigma_{bề mặt} = \frac{I_{rò rỉ}}{U_{điện áp} \times \frac{w_{đường dẫn}}{L_{hiệu dụng}}}$

Ở đâu $I_{rò rỉ}$ là dòng rò đo được (A),$U_{ứng dụng}$ là điện áp (V),$w_{path}$ là chiều rộng đường (m), và $L_{hiệu dụng}$ là khoảng cách rò hiệu dụng (m). Các giá trị độ dẫn điện bề mặt trên 10⁻⁴ S (tương đương với dòng điện rò riêng trên 1 mA/kV) cho thấy mức độ ô nhiễm đang tiệm cận ngưỡng phóng điện trong sự cố quá áp tiếp theo.

Giai đoạn 3: Hình thành dải khô và sự khởi phát hồ quang bề mặt

Khi dòng rò chạy qua lớp bề mặt dẫn điện, hiện tượng gia nhiệt do điện trở sẽ làm khô các phần có điện trở cao nhất của lớp ô nhiễm — tạo ra các dải khô làm gián đoạn đường đi của dòng rò. Điện áp đường dây đầy đủ xuất hiện trên dải khô — một khe hở rộng vài milimét — tạo ra một phóng điện cục bộ³ để nối cầu qua vùng khô và tái lập đường dẫn dòng rò. Chu kỳ hồ quang trong vùng khô này lặp lại với cường độ ngày càng tăng cho đến khi một hồ quang ổn định nối cầu qua toàn bộ khoảng cách cách điện:

• Năng lượng phóng điện cục bộ trên mỗi chu kỳ: 1–10 mJ — làm cháy xém bề mặt chất cách điện, làm giảm vĩnh viễn điện trở suất bề mặt
• Tốc độ lan truyền theo dõi bề mặt: 1–5 mm mỗi giờ trong điều kiện ô nhiễm và độ ẩm liên tục
• Yếu tố kích hoạt hiện tượng bùng cháy: Điện áp quá áp thoáng qua hoặc tạm thời chồng lên bề mặt cách điện bị suy giảm — điện áp đỉnh vượt quá điện áp phóng điện giảm của bề mặt bị ô nhiễm

Một trường hợp khách hàng: Một quản lý bảo trì tại một nhà máy xi măng ở Hà Bắc, Trung Quốc đã liên hệ với Bepto sau khi một sự cố phóng điện giữa pha và đất đã làm hỏng bảng phân phối điện vào của dãy tủ đóng cắt AIS 10 kV phục vụ hệ thống truyền động máy nghiền thô. Kiểm tra sau sự cố cho thấy bề mặt cách điện của tất cả sáu bảng điều khiển trong hệ thống đều bị phủ một lớp bụi xi măng dày 3–5 mm — hệ thống thông gió của phòng tủ điện đã ngừng hoạt động trong bốn tháng do hỏng động cơ quạt mà việc sửa chữa chưa được ưu tiên. Sự cố phóng điện xảy ra trong quá trình khởi động buổi sáng khi độ ẩm môi trường là 87% — sự kích hoạt do độ ẩm của lớp bụi xi măng đã làm giảm điện áp phóng điện hiệu dụng của cách điện xuống dưới đỉnh xung chuyển mạch do động cơ nhà máy nghiền nguyên liệu khởi động tạo ra. Bảng điều khiển đầu vào bị hư hỏng phải thay thế hoàn toàn với chi phí 380.000 nhân dân tệ; nhà máy nghiền nguyên liệu ngừng hoạt động trong 9 ngày.

Các mức độ ô nhiễm là gì và môi trường nhà máy công nghiệp tác động như thế nào đến việc đẩy nhanh quá trình xuống cấp của vật liệu cách điện trong thiết bị đóng cắt trung áp?

IEC 60815-1⁴ quy định bốn cấp độ ô nhiễm để lựa chọn cách điện — cùng với khoảng cách rò rỉ tối thiểu cần thiết ở mỗi cấp độ đối với các ứng dụng điện áp trung thế. Môi trường tại các nhà máy công nghiệp thường vượt quá các giả định về mức độ ô nhiễm được sử dụng trong tiêu chuẩn AIS khi lựa chọn cách điện cho thiết bị đóng cắt.

Phân loại mức độ ô nhiễm theo tiêu chuẩn IEC 60815-1

Lớp học về ô nhiễm	Mô tả môi trường	Độ rò rỉ cụ thể tối thiểu (mm/kV)	Ứng dụng công nghiệp điển hình
SPS A (Nhẹ)	Hoạt động công nghiệp thấp — không có bụi dẫn điện	27,8 mm/kV	Trạm biến áp trong nhà sạch sẽ
SPS B (Trung bình)	Mức độ công nghiệp trung bình — thỉnh thoảng có hiện tượng ngưng tụ	31,9 mm/kV	Nhà máy sản xuất nhẹ
SPS C (Loại nặng)	Môi trường công nghiệp khắc nghiệt — bụi dẫn điện, thường xuyên có hiện tượng ngưng tụ	36,9 mm/kV	Xi măng, hóa chất, chế biến thực phẩm
SPS D (Rất nặng)	Điều kiện khắc nghiệt — bụi dẫn điện + sương muối hoặc hơi hóa chất	44,4 mm/kV	Nhà máy hóa chất ven biển, khai thác mỏ, nhà máy thép

Đối với tủ điện AIS 12 kV:

• SPS Khoảng cách dọc tối thiểu: $27,8 × 12 = 334 mm$
• Khoảng cách cách điện tối thiểu theo tiêu chuẩn SPS D: $44,4 × 12 = 533 mm$

Một bảng điều khiển được thiết kế theo tiêu chuẩn SPS A (với khoảng cách rò rỉ 334 mm) khi lắp đặt trong môi trường SPS D (yêu cầu 533 mm) sẽ bị thiếu khoảng cách rò rỉ 37% ngay từ ngày đầu tiên — trước khi bụi bám lại.

Các đặc điểm của bụi trong nhà máy công nghiệp làm gia tăng quá trình xuống cấp của vật liệu cách điện

Các loại bụi công nghiệp khác nhau gây ra các mức độ nguy cơ ô nhiễm khác nhau tùy thuộc vào độ dẫn điện ion của chúng khi tiếp xúc với độ ẩm:

• Bụi xi măng (CaO, Ca(OH)₂): Độ kiềm cao — pH bề mặt 12–13 khi được kích hoạt bởi độ ẩm; chất điện giải có độ dẫn điện cao; độ dẫn điện riêng 500–2.000 μS/cm
• Bụi than (cacbon + các hợp chất lưu huỳnh): Các hạt carbon dẫn điện tạo ra đường dẫn điện tử trực tiếp, không phụ thuộc vào độ ẩm; điện trở suất bề mặt nằm trong khoảng 10²–10⁴ Ω·m — thấp hơn nhiều so với bề mặt của chất cách điện sạch
• Bụi từ nhà máy hóa chất (các hợp chất clorua, sunfat): Các ion clorua là chất gây ô nhiễm cách điện có tính ăn mòn mạnh nhất — chúng có tính hút ẩm khi độ ẩm tương đối vượt quá 35%, và hình thành lớp dẫn điện ở ngưỡng độ ẩm thấp hơn so với các loại bụi khác
• Bụi mài kim loại (hạt sắt, nhôm): Các hạt kim loại dẫn điện tạo cầu nối qua các khe hở vi mô trong lớp tạp chất — điện trở suất bề mặt hiệu dụng tiệm cận với điện trở suất của kim loại nguyên khối khi mật độ lắng đọng cao

Các yếu tố môi trường làm gia tăng nguy cơ ô nhiễm bụi

• Chu kỳ thay đổi độ ẩm: Các trạm biến áp nằm sát khu vực sản xuất có hơi nước hoặc hơi nước — các chu kỳ ngưng tụ hàng ngày liên tục gây ra tình trạng bụi bẩn
• Hệ thống thông gió không đủ: Các phòng thiết bị đóng cắt có hệ thống thông gió bị tắc nghẽn hoặc hỏng hóc sẽ khiến nồng độ bụi tích tụ mà không bị pha loãng — tốc độ lắng đọng cao gấp 3–5 lần so với các phòng có hệ thống thông gió
• Chênh lệch nhiệt độ: Phòng thiết bị đóng cắt có nhiệt độ thấp hơn so với các khu vực sản xuất lân cận — không khí ấm và ẩm đi vào phòng thiết bị đóng cắt sẽ ngưng tụ trên bề mặt cách điện lạnh hơn, khiến bụi bám tích tụ bám dính

Làm thế nào để chẩn đoán sự suy giảm chất lượng vật liệu cách điện do bụi gây ra trong tủ điện AIS trước khi xảy ra hiện tượng phóng điện?

Sự suy giảm cách điện do bụi gây ra trong thiết bị đóng cắt AIS có thể được phát hiện ở mọi giai đoạn tiến triển — nhưng chỉ khi các công cụ chẩn đoán phù hợp với giai đoạn hư hỏng đang được đánh giá. Việc chỉ thực hiện một lần kiểm tra điện trở cách điện hàng năm trong thời gian ngừng hoạt động theo kế hoạch sẽ bỏ sót sự suy giảm ở Giai đoạn 2 và Giai đoạn 3, vốn diễn ra giữa các lần ngừng hoạt động do bụi bám tích tụ liên tục.

Công cụ chẩn đoán 1: Giám sát dòng rò (Liên tục — Khi có điện)

Việc đo dòng rò bề mặt trên các bộ cách điện của tủ điện AIS cung cấp thông tin về mức độ ô nhiễm theo thời gian thực mà không cần ngắt nguồn:

Ngưỡng kích hoạt dòng rò:

Mức dòng rò	Tình trạng ô nhiễm	Hành động cần thực hiện
< 0,5 mA	Sạch — Tương đương SPS A	Khoảng thời gian giám sát thông thường
0,5–1,0 mA	Trung bình — Ranh giới SPS B/C	Tăng tần suất kiểm tra
1,0–3,0 mA	Nặng — Ranh giới SPS C/D	Đặt lịch dọn dẹp trong vòng 30 ngày
> 3,0 mA	Cấp độ nguy hiểm cao — nguy cơ cháy lan	Ngắt nguồn điện và vệ sinh ngay lập tức

Công cụ chẩn đoán 2: Phát hiện phóng điện cục bộ bằng sóng siêu âm (trong điều kiện có điện)

Hiện tượng phóng điện dải khô trên bề mặt cách điện bị ô nhiễm tạo ra sóng siêu âm trong dải tần số 20–100 kHz — có thể phát hiện được qua các vách ngăn của tủ AIS bằng máy dò siêu âm không dây mà không cần mở tủ:

• Ngưỡng phát hiện: Các tín hiệu cao hơn tiếng ồn nền 6 dB tại một vị trí cụ thể trên bảng điều khiển cho thấy có hiện tượng phóng điện cục bộ đang diễn ra
• Bản địa hóa: Kiểm tra bề mặt bên ngoài bảng điều khiển một cách có hệ thống với khoảng cách 100 mm — vị trí có tín hiệu mạnh nhất sẽ xác định vị trí của bộ cách điện bị hư hỏng
• Phân loại mức độ khẩn cấp: Các tín hiệu cao hơn mức nền 20 dB cho thấy hiện tượng phóng điện liên tục trong dải khô — cần ngắt nguồn ngay lập tức và tiến hành kiểm tra

Công cụ chẩn đoán 3: Hình ảnh nhiệt hồng ngoại (Đang hoạt động — Bảng điều khiển mở)

Sự sinh nhiệt do điện trở từ dòng rò qua bề mặt chất cách điện bị ô nhiễm tạo ra dấu hiệu nhiệt có thể phát hiện được bằng phương pháp chụp ảnh nhiệt hồng ngoại khi tiếp cận cửa sổ kiểm tra bảng điều khiển:

• Thông số kỹ thuật của camera nhiệt: Độ phân giải tối thiểu 320×240 pixel; độ nhạy ≤ 0,1°C; hệ số phát xạ được hiệu chuẩn cho nhựa epoxy (0,93) hoặc sứ (0,90)
• Ngưỡng hành động: Sự gia tăng nhiệt độ > 10°C so với bề mặt cách điện sạch liền kề ở cùng mức dòng tải cho thấy có đường dẫn dòng rò đáng kể
• Giới hạn: Phương pháp chụp ảnh nhiệt phát hiện sự xuống cấp ở Giai đoạn 2 và Giai đoạn 3 — sự tích tụ bụi khô (Giai đoạn 1) không tạo ra dấu hiệu nhiệt cho đến khi có sự kích hoạt do độ ẩm

Công cụ chẩn đoán 4: Đo điện trở cách điện (khi ngắt nguồn)

Đo bằng máy đo điện trở tại điện áp 2,5 kV DC (đối với hệ thống 12 kV) hoặc 5 kV DC (đối với hệ thống 24 kV trở lên) trong thời gian ngừng cấp điện theo kế hoạch:

$R_{cách_điện} = \frac{U_{thử_nghiệm}}{I_{rò_rỉ_DC}}$

Tiêu chí chấp nhận:

• Giá trị cơ sở mới của điện trở cách điện: > 1.000 MΩ ở điện áp thử nghiệm
• Ngưỡng can thiệp bảo trì: < 100 MΩ — lên lịch vệ sinh trước lần cấp điện tiếp theo
• Giới hạn thay thế ngay lập tức: < 10 MΩ — hiện tượng cacbon hóa bề mặt chất cách điện cho thấy hư hỏng do hiện tượng rò điện không thể khắc phục

Lịch trình chẩn đoán cho thiết bị đóng cắt AIS tại nhà máy công nghiệp

Phương pháp chẩn đoán	Khoảng thời gian	Điều kiện	Ưu tiên
Phát hiện sự phân hủy điện cực bằng sóng siêu âm	Hàng tháng	Tất cả các bề mặt bên ngoài của bảng điều khiển — đang được cấp điện	Tiêu chuẩn
Hình ảnh nhiệt hồng ngoại	Cứ sau 3 tháng	Mở cửa sổ kiểm tra — tải ≥ 40%	Tiêu chuẩn
Kiểm tra dòng rò	Cứ sau 6 tháng	Energized — Ampe kế kẹp trên đường nối đất	Tiêu chuẩn
Điện trở cách điện	Mỗi lần ngừng hoạt động theo kế hoạch	Đã ngắt nguồn — tất cả các cách điện	Theo kế hoạch
Kiểm tra bụi bằng mắt thường	Hàng tháng	Bên trong bảng điều khiển — lưu ý độ dày lớp bụi trên các giá đỡ cách điện	Tiêu chuẩn

Một trường hợp khách hàng khác: Một nhân viên an toàn tại một cảng trung chuyển than ở Sơn Đông, Trung Quốc đã liên hệ với Bepto sau khi chuyên gia kiểm toán bảo hiểm của cơ sở này chỉ ra rằng tủ điện AIS 6 kV cấp điện cho hệ thống truyền động băng tải là một rủi ro an toàn — chuyên gia này đã quan sát thấy bụi than tích tụ rõ rệt trên bề mặt các cách điện qua cửa sổ kiểm tra của tủ điện trong một chuyến thăm hiện trường định kỳ. Đội ngũ hỗ trợ kỹ thuật của Bepto đã cung cấp tư vấn chẩn đoán từ xa — đội ngũ điện tại hiện trường đã thực hiện quét PD bằng sóng siêu âm trên tất cả 14 tủ điện và phát hiện tín hiệu phóng điện cục bộ hoạt động trên 15 dB tại ba tủ. Ba tủ bị ảnh hưởng đã được ngắt điện trong khung thời gian bảo trì định kỳ, các cách điện được làm sạch bằng khí nén khô sau đó lau bằng cồn isopropyl, và Lớp phủ silicone RTV⁵ đã được phủ lên toàn bộ bề mặt các bộ cách điện. Các phép đo điện trở cách điện sau bảo dưỡng đã xác nhận rằng điện trở cách điện của tất cả các bộ cách điện đều trên 800 MΩ. Không có sự cố phóng điện nào xảy ra trong 30 tháng kể từ khi thực hiện biện pháp can thiệp.

Những biện pháp bảo trì và thiết kế nào giúp khôi phục và bảo vệ hiệu suất của các bộ cách điện trong tủ điện AIS trong môi trường nhà máy công nghiệp?

Bảo trì khắc phục: Quy trình làm sạch cách điện

Khi kết quả kiểm tra chẩn đoán xác nhận rằng bộ cách điện bị nhiễm bẩn, quy trình làm sạch sau đây sẽ giúp khôi phục điện trở bề mặt của bộ cách điện về mức tiêu chuẩn thiết kế trong thời gian bảo trì khi hệ thống đã ngắt điện:

Bước 1: Giặt khô (Mức độ bẩn cấp 1 — chỉ có bụi khô)

• Xả khí nén ở áp suất 0,3–0,5 MPa — luồng khí thổi trực tiếp dọc theo các đường viền của nhà kho cách điện
• Bàn chải lông tự nhiên mềm dùng để loại bỏ vật liệu lấp đầy ở phần mái dốc — tuyệt đối không dùng lông tổng hợp (gây ra tĩnh điện)
• Hút bụi đã bong tróc — ngăn ngừa bụi bám lại trên các cách điện lân cận
• Không dùng nước hoặc dung môi để làm sạch bụi khô — Sự kích hoạt do độ ẩm của các hợp chất ion còn lại làm tăng mức độ ô nhiễm

Bước 2: Làm sạch ướt (Mức độ ô nhiễm giai đoạn 2 — lớp bụi được kích hoạt bởi độ ẩm)

• Dùng cồn isopropyl (IPA) lau bằng vải không xơ — làm tan lớp ô nhiễm ion mà không để lại cặn dẫn điện
• Tiếp theo, dùng khăn sạch và khô lau lại — để loại bỏ IPA và cặn bẩn đã hòa tan
• Để bề mặt khô hoàn toàn trước khi cấp điện trở lại — tối thiểu 2 giờ ở nhiệt độ môi trường trên 20°C

Bước 3: Kiểm tra điện trở cách điện sau khi làm sạch

• Kiểm tra bằng máy đo điện trở tại điện áp thử định mức — xác nhận giá trị > 100 MΩ trước khi cấp điện trở lại
• Nếu điện trở cách điện vẫn dưới 100 MΩ sau khi làm sạch — điều này cho thấy bề mặt cách điện đã bị cacbon hóa do hư hỏng do hiện tượng rò điện; cần thay thế cách điện trước khi cấp điện trở lại

Bảo vệ phòng ngừa: Ứng dụng lớp phủ silicone RTV

Lớp phủ silicone đóng rắn ở nhiệt độ phòng (RTV) được phủ lên bề mặt cách điện sạch sẽ mang lại khả năng chống thấm nước, giúp ngăn chặn sự tích tụ bụi sau đó do tác động của độ ẩm:

• Cơ chế: Bề mặt silicone kỵ nước khiến nước tụ thành giọt thay vì tạo thành một lớp màng dẫn điện liên tục — ngăn chặn quá trình kích hoạt do độ ẩm ở Giai đoạn 2 ngay cả khi có lượng bụi bám dính cao
• Ứng dụng: Phun hoặc quét lên bề mặt cách điện sạch và khô — Độ dày lớp màng khô 0,3–0,5 mm
• Tuổi thọ: 3–5 năm trong môi trường SPS C; 2–3 năm trong môi trường SPS D — cần bôi lại khi góc tiếp xúc với nước giảm xuống dưới 90°
• Khả năng tương thích: Trước khi thi công, cần kiểm tra tính tương thích của lớp phủ RTV với vật liệu nền của cách điện (nhựa epoxy hoặc sứ)

Các biện pháp thiết kế cho các tiêu chuẩn mới về thiết bị đóng cắt AIS trong các nhà máy công nghiệp

Chỉ số thiết kế	Đơn đăng ký	Lợi ích
Chỉ định khoảng cách dọc SPS C hoặc SPS D	Tất cả các tủ điện AIS trong nhà máy công nghiệp	Loại bỏ ngay từ ngày đầu tiên tình trạng thiếu hụt đường rò
Yêu cầu mức bảo vệ vỏ thiết bị tối thiểu là IP54	Nhà máy xi măng, than, hóa chất	Giảm tỷ lệ bụi xâm nhập xuống 60–80%
Chỉ định các bộ gia nhiệt chống ngưng tụ	Tất cả các công trình lắp đặt nhà máy công nghiệp	Ngăn chặn sự kích hoạt độ ẩm do sự thay đổi độ ẩm
Chỉ định các ống nối cáp kín	Hộp cáp lắp từ phía dưới	Ngăn chặn bụi xâm nhập qua lỗ đi dây
Chỉ định thông khí áp lực dương	Thiết kế phòng tủ điện	Duy trì áp suất không khí sạch — ngăn bụi xâm nhập

Những sai lầm thường gặp trong bảo trì khiến quá trình xuống cấp của vật liệu cách điện diễn ra nhanh hơn

• Lỗi 1 — Làm sạch bằng khí nén mà không có hệ thống hút chân không: Việc thổi bụi khỏi một bộ cách điện sẽ khiến bụi bám vào các bộ cách điện liền kề — mức độ ô nhiễm tổng thể không thay đổi; chỉ có phương pháp hút chân không mới có thể loại bỏ bụi khỏi bảng điều khiển
• Lỗi 2 — Rửa bằng nước các bộ phận cách điện đang mang điện: Việc rửa bằng nước các bộ cách điện đang hoạt động trong môi trường công nghiệp sẽ tạo ra một đường dẫn điện tạm thời trên bề mặt ở mức điện áp tối đa của hệ thống — dẫn đến nguy cơ phóng điện trong chính quá trình làm sạch
• Lỗi 3 — Lớp phủ RTV được thi công trên bề mặt bị ô nhiễm: Việc phủ lớp RTV mà không làm sạch trước sẽ làm cho lớp ô nhiễm bám chặt vào bề mặt chất cách điện — điều này làm gia tăng hiện tượng phóng điện theo đường rãnh bên dưới lớp phủ thay vì ngăn chặn nó
• Lỗi 4 — Tần suất vệ sinh hàng năm trong môi trường SPS D: Việc vệ sinh hàng năm trong các môi trường công nghiệp nặng dẫn đến tình trạng bụi tích tụ không được kiểm soát trong 12 tháng — Quá trình suy thoái ở Giai đoạn 2 và Giai đoạn 3 diễn ra trong vòng 3–6 tháng trong điều kiện SPS D; cần thực hiện vệ sinh ít nhất mỗi quý một lần

Kết luận

Sự tích tụ bụi trên các bộ cách điện của tủ điện AIS trong môi trường nhà máy công nghiệp là một quá trình hỏng hóc cách điện mang tính quy luật — chứ không phải sự cố ngẫu nhiên — diễn ra theo trình tự từ việc giảm khoảng cách cách điện hình học, qua hiện tượng dẫn điện bề mặt do độ ẩm kích hoạt, cho đến hiện tượng phóng điện dải khô và phóng điện đột ngột, theo một tiến trình thời gian được quyết định bởi tốc độ lắng đọng bụi, độ dẫn điện ion của bụi và tần suất thay đổi độ ẩm của môi trường lắp đặt. Mỗi giai đoạn của quá trình này đều có thể được phát hiện trước khi xảy ra hiện tượng phóng điện — bằng cách quét phóng điện cục bộ bằng sóng siêu âm, chụp ảnh nhiệt hồng ngoại, giám sát dòng rò và đo điện trở cách điện — và mỗi giai đoạn đều có thể được khắc phục bằng cách làm sạch đúng cách và phủ lớp RTV trước khi quá trình cacbon hóa bề mặt khiến hư hỏng trở nên vĩnh viễn. Trước khi mua sắm, cần xác định chính xác khoảng cách rò điện theo cấp độ ô nhiễm theo tiêu chuẩn IEC 60815-1 phù hợp với môi trường lắp đặt; thực hiện quét phát hiện phần tử phóng điện (PD) bằng sóng siêu âm hàng tháng và kiểm tra nhiệt hồng ngoại hàng quý trên mọi tủ thiết bị đóng cắt AIS đang vận hành tại nhà máy công nghiệp; tiến hành vệ sinh cách điện bằng phương pháp hút chân không và lau bằng cồn isopropyl (IPA) trong mỗi đợt ngừng hoạt động theo kế hoạch, và phủ lớp silicone RTV sau mỗi chu kỳ làm sạch — bởi vì chương trình bảo trì trị giá 28.000 yên giúp ngăn ngừa hiện tượng phóng điện trên cách điện chính là khoản đầu tư giúp tránh được chi phí thay thế bảng điều khiển trị giá 380.000 yên, thời gian ngừng sản xuất 9 ngày, và hồ sơ sự cố an toàn mà bụi bám trên bề mặt cách điện không được giám sát cuối cùng và chắc chắn sẽ gây ra.

Câu hỏi thường gặp về sự tích tụ bụi trên cách điện của tủ điện AIS và vấn đề an toàn

1. Đo lường chính xác đường đi ngắn nhất trên bề mặt vật liệu cách điện giữa hai bộ phận dẫn điện. ↩

2. Các yêu cầu toàn diện về thiết kế và an toàn đối với thiết bị đóng cắt và điều khiển điện áp cao. ↩

3. Hiện tượng phóng điện cục bộ chỉ làm đứt một phần lớp cách điện giữa các dây dẫn, báo hiệu sự cố cách điện. ↩

4. Lựa chọn và xác định kích thước của các bộ cách điện cao áp dùng trong điều kiện môi trường ô nhiễm. ↩

5. Công nghệ chống thấm nước tiên tiến được sử dụng để ngăn chặn hiện tượng dẫn điện bề mặt do độ ẩm gây ra trên các bộ cách điện bị ô nhiễm. ↩