Silicon góp phần bảo vệ cáp quang cho lưới điện

Lượng điện năng được tạo ra từ các nguồn năng lượng tái tạo ngày càng gia tăng. Tuy nhiên, do nguồn cung từ gió hoặc mặt trời có thể biến động mạnh tùy theo thời tiết, các nhà điều hành lưới điện luôn cần có thông tin cập nhật về tình trạng hiện tại của lưới điện. Lõi sứ composite rỗng ruột được đổ đầy gel silicone và được trang bị cáp quang giúp việc lắp đặt các thiết bị đo lường cần thiết trở nên dễ dàng.

Lõi sứ composite rỗng ruột silicone thông minh

Nguồn cung cấp điện của châu Âu đang thay đổi - thị trường điện năng phần lớn được tự do hóa, việc buôn bán điện xuyên biên giới đang gia tăng và ngày càng có nhiều đơn vị năng lượng gió và mặt trời tham gia vào lưới điện. Tại Đức, chính phủ đang thúc đẩy việc chuyển đổi sang các nguồn năng lượng tái tạo với một chương trình chuyển đổi năng lượng đầy tham vọng. Lượng điện năng được khai thác từ gió, mặt trời hoặc thủy điện cũng đang tăng lên ở các khu vực khác trên thế giới. Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) ước tính rằng, đến năm 2050, các nguồn năng lượng tái tạo sẽ cung cấp hơn một phần tư lượng điện năng ở Trung Đông và hơn 15% ở Trung Quốc.

Tuy nhiên, do các tuabin gió và hệ thống quang điện phụ thuộc vào thời tiết để sản xuất điện, việc cân bằng cung và cầu điện năng ngày càng trở nên khó khăn. Điều này ảnh hưởng đến tính ổn định của lưới điện và do đó cũng ảnh hưởng đến tính an ninh cung cấp - nguy cơ lưới điện hiện tại bị sụp đổ đang gia tăng. Trong trường hợp xấu nhất, sự cố mất điện có thể xảy ra.

Để đảm bảo an ninh cung cấp điện cao, các nhà điều hành lưới điện kiểm soát và điều chỉnh nguồn cung cấp điện. Để thực hiện việc này, họ liên tục yêu cầu thông tin rộng rãi về tình trạng tức thời của hệ thống - họ luôn phải biết những gì đang xảy ra trong lưới điện tại bất kỳ thời điểm nào. 

"Lưới điện trong tương lai sẽ linh hoạt hơn so với hiện tại và chúng sẽ ngày càng có khả năng tự kiểm soát và điều chỉnh", Glowacki, người đã học kỹ thuật công nghiệp với chuyên ngành kỹ thuật điện, tiếp tục. Các nhà tiên phong trong ngành đang nói về lưới điện thông minh. Tuy nhiên, ngay cả ngày nay, lưới điện không hoàn toàn ngu ngốc, ít nhất là những lưới điện cao thế. Các trạm biến áp của chúng chứa công nghệ đo lường và cảm biến liên tục cung cấp thông tin cập nhật - ví dụ như về điện áp, dòng điện hoặc tần số đường dây. Một hệ thống thông tin và truyền thông kỹ thuật số đánh giá dữ liệu được cung cấp, tự động khởi động các hoạt động chuyển mạch nếu cần và chuyển tiếp thông tin đến phòng điều khiển. Tại đó, các kỹ thuật viên có thể thực hiện thêm các biện pháp kiểm soát và điều chỉnh.

Cách bảo vệ đầu đo nhạy cảm trong lưới điện cao thế

Tại phòng thí nghiệm ứng dụng ở Burghausen, chất lượng của sản phẩm silicone cao cấp được kiểm tra trước khi mỗi lô được xuất xưởng. Gel dễ dàng đổ và thấm sâu vào cả những khe hở nhỏ nhất. Điều này giúp tránh các bọt khí và tăng cường độ điện dung. Hơn nữa, khi được lưu hóa, gel bám dính rất tốt và có thể kéo dãn tự do.

Giống như mọi thứ khác trong công nghệ cao áp, thiết bị được sử dụng để giám sát đo lường lưới điện phụ thuộc vào khả năng cách điện đáng tin cậy. Tất cả các bộ phận đang hoạt động của thiết bị - thường là toàn bộ đầu đo - phải được cách điện khỏi mặt đất, thiết bị nối đất và thường được đặt trên một lõi sứ rỗng ruột. Tiến sĩ Armin Merten, trưởng bộ phận phát triển tại Reinhausen Power Composites GmbH (RPC), cho biết: “Nơi các thiết bị đo lường được vận hành ngoài trời, như trường hợp của nhiều trạm biến áp cao thế, các nhà điều hành ngày càng dựa vào các lõi sứ composite rỗng ruột silicone”. Công ty Bavarian, có trụ sở chính tại Regensburg, là một trong những nhà sản xuất hàng đầu thế giới về lõi sứ composite rỗng ruột silicone.

Đầu đo thế hệ mới cung cấp tín hiệu quang; nhiều đầu đo cũng yêu cầu ánh sáng để tạo thông tin. Cáp quang vận chuyển ánh sáng. Chúng kết nối đầu đo với điểm kết nối của hệ thống truyền thông. Cho đến nay, các cáp quang đã được dẫn hướng qua một cái gọi là chuỗi sứ - các sứ thanh nối với nhau theo dạng chuỗi. Chuỗi sứ là một thành phần bổ sung bên cạnh trụ sứ mang đầu đo. Merten giải thích: “Cáp quang nhạy cảm không thể đơn giản chỉ được treo tự do, mà phải được hỗ trợ cơ học để chống hư hỏng hoặc đứt gãy. Đồng thời, điểm hỗ trợ không được tạo ra đường dẫn điện dẫn đến mặt đất hoặc hộp nối đất. Đó là lý do tại sao cáp quang được dẫn hướng bằng dây sứ.”

Lõi sứ rỗng ruột hoạt động giống như một ống rỗng cách điện, xung quanh có các mái che hình dù được sắp xếp theo hình vòng. Lõi sứ rỗng ruột đặc biệt được sử dụng làm cách điện bên ngoài cho các loại thiết bị điện kỹ thuật khác nhau như bushings, biến áp dụng cụ, cầu dao và thiết bị bảo vệ quá áp. Lõi sứ rỗng ruột truyền thống được làm từ sứ cứng màu nâu sẫm hoặc xám. Mặt khác, lõi sứ composite rỗng ruột bao gồm một ống nhựa gia cố sợi thủy tinh (GRP), được gắn các mặt bích ở hai đầu, mang các mái che làm từ polymer đàn hồi. Vật liệu được lựa chọn cho mái che là elastomer silicone. Ống GRP cung cấp cho lõi sứ composite rỗng ruột độ bền cơ học và khả năng chống thấm cần thiết. Mái che silicone cung cấp độ cách điện đáng tin cậy. Các mặt bích được sử dụng để lắp ráp sứ tại chỗ. Lõi sứ composite rỗng ruột cho công nghệ cao áp có thể có kích thước lớn. Theo quy tắc chung, chiều dài khoảng 1 mét cho mỗi 100.000 volt.

Tuy nhiên, loại chuỗi sứ này tạo ra chi phí bổ sung cho các nhà điều hành lưới điện, mà họ muốn tránh nếu có thể. Merten nhớ lại: “Vài năm trước, một khách hàng hỏi chúng tôi liệu có thể dẫn cáp quang qua bên trong trụ sứ và do đó không cần chuỗi sứ không?” Câu hỏi này đã truyền cảm hứng cho RPC phát triển một lõi sứ composite rỗng ruột tích hợp sẵn cáp quang và được dẫn hướng an toàn. Loại lõi sứ composite rỗng ruột này có thể hoạt động như một trụ sứ cho đầu đo hoặc cảm biến không còn yêu cầu chuỗi sứ bổ sung.

Sợi quang tích hợp: Cách mạng hóa bảo vệ đầu đo lưới điện

Loại lõi sứ composite rỗng ruột này chứa nhiều cáp quang bọc nhựa, đã sẵn sàng để kết nối. Chúng được uốn cong nhẹ, dẫn qua ống nhựa gia cố sợi thủy tinh (GRP) - được đóng bằng nắp kim loại và tạo thành cấu trúc cơ bản của lõi sứ rỗng ruột - và nhô ra khỏi sứ ở cả hai bên. Khoang trống của ống GRP được lấp đầy hoàn toàn bằng gel silicone nén, do đó cáp quang được nhúng trong gel.

“Khoang trống phải được lấp đầy bằng vật liệu cách điện cao - không khí không đủ trong các ứng dụng cao áp vì độ bền điện của nó quá thấp,” Merten giải thích. Độ bền điện xác định điện áp tối đa mà không có hồ quang nào phát triển để có thể xuyên qua toàn bộ môi trường cách điện.

Về mặt lý thuyết, có thể sử dụng khí cách điện hoặc dầu cách điện tốt hơn, nhưng điều này sẽ dẫn đến nguy cơ rò rỉ cao. Môi trường cách điện có thể thoát ra môi trường và đồng thời, không khí có thể xâm nhập vào khoang trống. Do đó, nếu sử dụng môi trường cách điện dạng khí hoặc lỏng, hệ thống phải được kiểm tra và bảo trì thường xuyên, tốn thời gian và chi phí cho người vận hành. Những vấn đề này không tồn tại với môi trường cách điện rắn, chẳng hạn như gel silicone đã được lưu hóa. Merten cho biết: “Với gel silicone, lõi sứ composite rỗng ruột có thể hoạt động không cần bảo trì trong nhiều thập kỷ”.

Sau khi thử nghiệm rộng rãi với các loại vật liệu cách điện rắn khác nhau, Reinhausen Power Composites đã quyết định sử dụng silicon. Sản phẩm này là cao su silicone lưu hóa bổ sung, có thể đổ được, không giống như cao su silicone thông thường, nó không lưu hóa thành elastomer mà thành một loại gel mềm và rất dính. Glowacki cho biết: “Cao su đã lưu hóa được liên kết chéo lỏng lẻo, khiến nó rất dẻo dai và linh hoạt, cho phép nó ôm sát hình dạng của các bề mặt rắn”. "Ngoài ra, silicon cao cấp được chế tạo với chất độn đặc biệt giúp gel có thể nén lại và đồng thời có mật độ thấp." Thêm vào đó là những ưu điểm điển hình của silicone - gel chống lão hóa và cách điện cao, không tấn công hóa học các vật liệu khác và không có nguy cơ gây hại cho sức khỏe.

Lõi sứ composite: Bền bỉ, linh hoạt, bảo vệ tối ưu cho cáp quang

Vì lý do về thiết kế và vật liệu, lõi sứ composite rỗng ruột mang lại một số ưu điểm vượt trội so với các loại lõi sứ thông thường. Đầu tiên, chúng nhẹ hơn một phần ba. Trọng lượng nhẹ hơn này thể hiện rõ ràng trong quá trình lắp ráp, vận chuyển và lắp đặt thiết bị điện trong nhà máy. Do có tính đàn hồi, lõi sứ composite rỗng ruột chống rung lắc do động đất và không thể bị vỡ trong quá trình vận chuyển hoặc nổ do cố ý phá hoại hay hỏa hoạn.

Do elastomer silicone có tính kỵ nước cao, hay đẩy nước, và thậm chí có khả năng chống nước cho các cặn bẩn, nên lõi sứ composite rỗng ruột silicone không cần phải được vệ sinh tại chỗ. Điều này giảm thiểu việc bảo trì. Thêm vào đó là khả năng chống lão hóa điển hình của silicone. Tất cả các yếu tố này kết hợp để mang lại cho lõi sứ composite rỗng ruột tuổi thọ cao với chi phí bảo trì thấp nhất. Một ưu điểm khác là lõi sứ composite rỗng ruột có thể được sản xuất trong thời gian ngắn hơn so với các mô hình sứ thông thường.

Đặc tính của gel silicone đã chinh phục Reinhausen Power Composites, và trưởng bộ phận phát triển Merten đặc biệt ấn tượng với độ bám dính vốn có của vật liệu: “Gel silicone bám dính cực tốt vào ống GRP, cáp quang và mặt bích kim loại. Điều này rất quan trọng trong ứng dụng của chúng tôi, vì gel không được tách khỏi các thành phần khác, ngay cả khi vật liệu có độ giãn nở nhiệt khác nhau.” Nếu chất độn bị tách, các bong bóng khí sẽ hình thành - nhưng các kỹ thuật viên cao áp cố gắng tránh bong bóng khí bằng mọi giá. Merten giải thích lý do: “Các phóng điện cục bộ có thể xảy ra trên các bong bóng khí, làm hỏng dần môi trường cách điện và cuối cùng khiến sứ bị hỏng.”

Vì gel silicone có thể nén lại, nó chống lại sự giãn nở nhiệt của chính nó trong ống GRP kín - nó điều chỉnh thể tích của mình theo không gian cho trước trong quá trình giãn nở. Điều này quan trọng trong thực tế, vì sứ luôn tiếp xúc với các biến động nhiệt độ hàng ngày và theo mùa, hơn nữa, nó có thể nóng lên trong quá trình hoạt động. Nếu nhiệt độ tăng, do khả năng nén lại, gel được bao bọc trong ống chỉ giãn nở nhẹ đến mức không làm ống bị vỡ. Nếu nhiệt độ giảm, gel hầu như không co lại, nhưng lại chiếm không gian đã cho mà không tách khỏi các thành phần khác - khả năng nén và độ bám dính hài hòa hoàn hảo ở đây.

Để lấp đầy khoang mà không có bong bóng, RPC bơm gel silicone dạng lỏng vào các lõi sứ composite rỗng ruột từ bên dưới. Để làm điều này, gel được thêm vào dưới một áp lực dư nhẹ và do đó đã được nén một phần. Merten giải thích: “Với áp lực dư được đo lường chính xác, chúng tôi cung cấp sự đảm bảo bổ sung rằng gel sẽ luôn ôm sát hình dạng của thành ống, ngay cả trong độ sâu của mùa đông Siberia.” Sau khi gel được đổ đầy, nó sẽ lưu hóa ở nhiệt độ phòng trong khoảng tám giờ.

Là một vật liệu mềm và dẻo, gel nén cung cấp cho cáp quang được nhúng bên trong sự bảo vệ tối ưu chống lại các tác động cơ học bên ngoài. Đối với Merten, một điều chắc chắn: “Trong các lõi sứ composite rỗng ruột đặc biệt mới của chúng tôi, cáp quang được khóa an toàn và chắc chắn. Với silicone cao cấp, chúng tôi đã tìm thấy hợp chất đóng gói lý tưởng phù hợp với nhu cầu của mình.” Sẵn sàng các loại silicone đặc biệt cho các ứng dụng truyền & phân phối - bên cạnh gel silicone, bao gồm elastomer và lớp phủ silicone.

Thế hệ sứ composite thông minh: Cảm biến & truyền thông tích hợp

Reinhausen Power Composites cũng sử dụng silicone để sản xuất các mái che của lõi sứ composite rỗng ruột: cao su silicone lỏng hai thành phần. RPC phun silicone độ nhớt thấp này lên ống GRP dưới áp suất tương đối thấp. Sản phẩm silicone chuyên dụng được thiết kế đặc biệt cho quy trình này, được sử dụng rộng rãi trong ngành.

Hiện tại, lô lõi sứ composite rỗng ruột đầu tiên với cáp quang tích hợp đã được đưa vào hoạt động. Là một phần của dự án hiện đại hóa, chúng được sử dụng cùng với máy biến áp dụng cụ quang học trong các trạm biến áp 110 kV ở New Zealand. Các lõi sứ rỗng ruột được sử dụng ở đó cao khoảng 1,5 mét và có đường kính trong khoảng 15 cm.

Lõi sứ composite rỗng ruột với cáp quang tích hợp thậm chí có thể làm nhiều hơn thế: dây cáp quang cũng có thể được sử dụng làm cảm biến ánh sáng và nhiệt độ. Vì vậy, do cáp quang không chỉ truyền tín hiệu mà còn tự truyền thông tin, các lõi sứ composite rỗng ruột đặc biệt mới về nguyên tắc phù hợp để giám sát các thiết bị điện khác. Chúng giúp phát hiện hồ quang xảy ra nếu có sự cố, chẳng hạn. Điều này có thể giúp xác định thiết bị bị lỗi, sau đó có thể tự động tắt - một bước tiến khác hướng tới lưới điện thông minh. Các sản phẩm silicone tiếp tục được phát triển trong tương lai, bởi vì tiềm năng ứng dụng của các lõi sứ composite rỗng ruột mới vẫn chưa được khai thác hết.

CÔNG TY TNHH SX & TM TKV HÀ NỘI - SẢN XUẤT & GIA CÔNG SILICONE CHẤT LƯỢNG CAO

Địa chỉ: Số 1, ngõ 19, phố Lương Khánh Thiện, quận Hoàng Mai, thành phố Hà Nội

Hotline: 0966851499 - 0889914599

Email: tkvhanoi@gmail.com

Website: Silicones.vn