Trong thế giới của hệ thống điện áp cao và trung thế, sự ổn định và toàn vẹn của cách điện là yếu tố sống còn. Một trong những mối đe dọa nguy hiểm nhất, thường được ví như "kẻ giết người thầm lặng", chính là Hiện tượng Phóng Điện Cục Bộ (Partial Discharge - PD). Hiểu rõ về PD không chỉ là nhiệm vụ của các kỹ sư vận hành mà còn là chiến lược then chốt để bảo vệ tài sản, đảm bảo độ tin cậy của lưới điện và an toàn cho con người.

Phóng Điện Cục Bộ (PD) là gì?

Về bản chất kỹ thuật, Phóng Điện Cục Bộ là hiện tượng phóng điện xảy ra cục bộ trong một phần của hệ thống cách điện giữa hai điện cực dưới tác động của điện áp cao, mà không gây ra sự đánh thủng hoàn toàn khoảng cách cách điện ngay lập tức.

Có thể hình dung, cách điện lý tưởng là một con đê vững chắc. Phóng điện cục bộ giống như những dòng rò rỉ nhỏ bắt đầu xuất hiện bên trong thân đê. Ban đầu, chúng không làm vỡ đê, nhưng theo thời gian, chúng ăn mòn, mở rộng các kênh dẫn bên trong, cuối cùng dẫn đến sự sụp đổ hoàn toàn (chập cháy, nổ).

Hiện tượng này thường xảy ra tại các vị trí có cường độ điện trường tập trung cao, vượt quá ngưỡng chịu đựng của vật liệu cách điện tại đó, chẳng hạn như:

• Các bọt khí, lỗ rỗng trong vật liệu cách điện thể rắn (ví dụ: epoxy, XLPE).
• Bề mặt ranh giới giữa các lớp cách điện khác nhau.
• Các vết nứt, khuyết tật trong cách điện.
• Khe hở giữa dây dẫn và cách điện.

Nguyên Lý Hoạt Động và Các Dạng Phóng Điện Cục Bộ Chính

PD xảy ra khi điện trường cục bộ tại một điểm khuyết tật vượt quá cường độ đánh thủng của môi trường xung quanh nó (như không khí trong bọt khí). Quá trình này diễn ra rất nhanh, trong vài nano-giây, giải phóng một năng lượng nhỏ dưới dạng xung điện, bức xạ điện từ, sóng âm thanh và trong một số trường hợp, tạo ra khí ozone.

Dựa trên vị trí và đặc tính, PD được chia thành ba loại chính:

1. Phóng Điện Cục Bộ Bên Trong (Internal Partial Discharge)

Đây là dạng PD xảy ra bên trong cấu trúc của vật liệu cách điện thể rắn hoặc lỏng. Nguyên nhân chủ yếu là do các bọt khí, lỗ rỗng hoặc tạp chất tồn tại bên trong vật liệu từ quá trình sản xuất hoặc lão hóa. Đây là dạng khó phát hiện nhất vì nó được bao bọc hoàn toàn bên trong vật liệu.

2. Phóng Điện Cục Bộ Bề Mặt (Surface Partial Discharge)

PD bề mặt xảy ra dọc theo ranh giới tiếp giáp giữa hai môi trường cách điện khác nhau (ví dụ: bề mặt sứ cách điện bị bẩn trong điều kiện ẩm ướt). Hiện tượng này thường tạo ra các vệt carbon (tracking) trên bề mặt, làm giảm nhanh chóng khả năng cách điện.

3. Phóng Điện Cục Bộ Dạng Vầng Quang (Corona Discharge)

Corona là dạng PD xảy ra trong môi trường chất khí (thường là không khí) xung quanh các bề mặt dẫn điện có độ cong lớn (như đầu nhọn, lưỡi dao). Nó thường dễ quan sát bằng mắt thường dưới dạng ánh sáng tím nhạt và có thể nghe thấy tiếng rít. Mặc dù ở mức độ thấp, Corona có thể được chấp nhận, nhưng về lâu dài, nó gây ăn mòn vật liệu và là dấu hiệu cảnh báo sớm.

Hậu Quả Nghiêm Trọng Của Phóng Điện Cục Bộ

Mặc dù mỗi lần phóng điện chỉ giải phóng một năng lượng rất nhỏ, nhưng sự lặp lại liên tục hàng nghìn, hàng triệu lần theo thời gian sẽ gây ra những tổn hại tích lũy không thể phục hồi:

• Suy thoái cách điện: Các xung năng lượng từ PD "khoét rỗng" vật liệu cách điện từ bên trong, tạo ra các kênh dẫn điện (cây điện - electrical trees). Quá trình này làm giảm dần độ bền điện môi, dẫn đến giảm tuổi thọ nghiêm trọng của thiết bị.
• Hư hỏng thiết bị đột ngột: Khi các kênh phóng điện phát triển đủ lớn, chúng sẽ tạo ra một đường dẫn điện trực tiếp giữa các cực, dẫn đến sự cố chập cháy, nổ gây hư hỏng hoàn toàn máy biến áp, cáp ngầm, động cơ điện...
• Gián đoạn sản xuất: Một sự cố đánh thủng cách điện sẽ gây ra ngừng trệ hệ thống sản xuất, dẫn đến thiệt hại kinh tế lớn về thời gian và chi phí sửa chữa, thay thế.
• Mất an toàn: Các vụ nổ hoặc cháy do đánh thủng cách điện tiềm ẩn nguy cơ cao về an toàn cho nhân viên vận hành và môi trường xung quanh.

Các Phương Pháp Đo Lường và Giám Sát Phóng Điện Cục Bộ

Để phát hiện sớm và theo dõi tình trạng PD, các kỹ sư sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau dựa trên các hiện tượng vật lý mà PD tạo ra:

1. Phương Pháp Điện Học (Đo Xung Điện)

Đây là phương pháp đo đạc trực tiếp và phổ biến nhất theo tiêu chuẩn quốc tế (IEC 60270). Phương pháp này sử dụng một mạch đo chuyên dụng để phát hiện các xung điện nhanh phát sinh từ hiện tượng PD. Các thông số quan trọng được đo lường bao gồm:

• Điện tích PD (pC - picocoulomb): Lượng điện tích được phóng ra trong mỗi lần PD.
• Mức độ xuất hiện (Số lần PD/chu kỳ): Tần suất xảy ra hiện tượng PD.

2. Phương Pháp Sóng Siêu Cao Tần (UHF - Ultra High Frequency)

PD tạo ra các xung điện từ có phổ tần số rất rộng, lên đến hàng GHz. Các cảm biến UHF được lắp đặt bên trong hoặc gần thiết bị (như máy biến áp, GIS) để thu các sóng này. Phương pháp này có độ nhạy cao, khả năng chống nhiễu tốt và giúp xác định vị trí PD chính xác.

3. Phương Pháp Âm Học (Acoustic Emission)

Mỗi lần PD xảy ra sẽ tạo ra một sóng áp suất (sóng siêu âm, thường trong dải 20kHz - 300kHz). Bằng cách sử dụng các cảm biến siêu âm và kỹ thuật tam giác hóa, kỹ sư có thể định vị chính xác vị trí phát sinh PD bên trong thiết bị mà không cần ngừng hệ thống. Đây là ưu điểm vượt trội cho công tác bảo trì dự đoán.

4. Phương Pháp Đo Phát Xạ Quang (Optical Method)

Trong môi trường trong suốt hoặc bán trong suốt, PD có thể tạo ra ánh sáng. Sử dụng camera nhạy sáng hoặc cảm biến quang học có thể phát hiện được các tia lửa điện cục bộ này. Tuy nhiên, phương pháp này bị hạn chế vì hầu hết thiết bị điện đều không trong suốt.

Chiến Lược Quản Lý và Ngăn Ngừa Phóng Điện Cục Bộ

Việc quản lý PD là một quá trình liên tục, kết hợp giữa thiết kế, vận hành và bảo trì:

• Thiết kế & Sản xuất: Trong giai đoạn thiết kế và sản xuất thiết bị, việc kiểm soát chất lượng vật liệu, quy trình đúc ép và thử nghiệm PD nghiêm ngặt là vô cùng quan trọng để loại bỏ các khuyết tật tiềm ẩn.
• Lắp đặt & Vận hành: Đảm bảo quy trình lắp đặt đúng kỹ thuật, tránh làm hỏng cách điện. Giám sát liên tục điện áp vận hành và điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm).
• Bảo Trì Dự Đoán: Triển khai chương trình giám sát PD định kỳ hoặc liên tục. Phân tích xu hướng phát triển của các thông số PD (điện tích, tần suất) theo thời gian để đánh giá tốc độ suy thoái và lập kế hoạch bảo trì kịp thời, tránh sự cố bất ngờ.

Phóng Điện Cục Bộ không phải là một hiện tượng có thể xem nhẹ. Nó là dấu hiệu cảnh báo sớm về sự suy giảm nghiêm trọng của hệ thống cách điện. Bằng cách hiểu rõ bản chất, nguyên nhân và hậu quả của PD, cùng với việc áp dụng các phương pháp đo lường và giám sát tiên tiến, các đơn vị vận hành có thể chuyển từ mô hình bảo trì sửa chữa (corrective) sang bảo trì dự đoán (predictive). Điều này không chỉ tối ưu hóa chi phí vận hành mà còn nâng cao độ tin cậy, an toàn và tuổi thọ của toàn bộ hệ thống điện.

Bạn có nghi ngờ động cơ điện của mình đang gặp vấn đề về Phóng Điện Cục Bộ? Đừng chờ đợi cho đến khi sự cố xảy ra!

Gọi ngay cho Kỹ Thuật Năng Lượng theo hotline 0902 477 357 để được hỗ trợ kỹ thuật chi tiết!

Thông tin liên hệ:

Địa chỉ: Tòa nhà EverRich I, 968 đường 3/2, phường 15, quận 11, TPHCM

Hotline: 0902 477 357

Website: https://enertechvn.com/

Email: contact@enertechvn.com

Facebook: https://www.facebook.com/enertechvn