Phân tích nguyên nhân gây ra hiện tượng nứt vỡ sứ cách điện thường xuyên trong các thiết bị ngắt điện cao áp 220kV.

Trong hệ thống điện, thiết bị điện áp 220kV được phân bố rộng rãi, và sự ổn định vận hành của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn lưới điện. Phân tích dữ liệu bảo trì rộng rãi cho thấy hiện tượng nứt vỡ các trụ sứ cách điện (sứ cách điện) trong thiết bị cầu dao ngắt điện cao áp đặc biệt phổ biến ở hệ thống 220kV. Hiện tượng này không phải ngẫu nhiên mà là do sự kết hợp của nhiều yếu tố, bao gồm cấu trúc cơ khí của thiết bị, tính chất vật liệu và môi trường tải trọng bên ngoài.

Ảnh hưởng của ứng suất tập trung và tải trọng uốn:

Thiết bị 220kV thường sử dụng các trụ sứ cách điện nhiều đoạn, làm tăng đáng kể chiều cao tổng thể. So với các mức điện áp thấp hơn, các trụ chịu mô-men xoắn đòn bẩy lớn hơn trong quá trình vận hành. Trong quá trình đóng mở cầu dao ngắt điện cao áp, hiện tượng tập trung ứng suất nghiêm trọng xảy ra ở chân mặt bích của sứ cách điện do sự dịch chuyển trọng tâm và tải trọng tác động từ chuyển động của cơ cấu.

Hiệu ứng đòn bẩy: Trụ sứ càng cao, mô-men uốn sinh ra ở chân đế do lực căng dây dẫn hoặc lực lệch hướng do gió ở đỉnh càng lớn.

Quá trình liên kết bằng keo: Nếu lớp keo xi măng giữa mặt bích và thành phần sứ thiếu khả năng đệm linh hoạt, sự giãn nở và co lại do thay đổi nhiệt độ có thể ngăn cản sự giải phóng ứng suất bên trong.

Mối quan hệ giữa độ giòn của vật liệu và các khuyết tật trong sản xuất
Các thành phần sứ, là một vật liệu giòn điển hình, cực kỳ nhạy cảm với các khuyết tật bên trong. Một số công tắc ngắt điện cao áp đang hoạt động sử dụng sứ thạch anh, có độ bền uốn thấp.

Sự khác biệt về hiệu suất giữa sứ silica và sứ alumina
Nghiên cứu cho thấy các sứ cách điện được sử dụng sớm có hàm lượng Al₂O₃ dưới 30%, dẫn đến độ dẻo dai cơ học không đủ.

Ứng suất bên trong: Việc kiểm soát không đúng cách quá trình nung trong quá trình sản xuất có thể để lại các vết nứt nhỏ bên trong các thành phần sứ.

Tốc độ suy giảm: Dưới tác động lâu dài của điện trường mạnh và lực cơ học, tốc độ lan truyền vết nứt của sứ thạch anh cao hơn nhiều so với sứ alumina.

Ảnh hưởng tổng hợp của môi trường vận hành và sai lệch lắp đặt
Phương pháp lắp đặt thanh dẫn hình ống có tác động quyết định đến tuổi thọ của sứ cách điện. Nếu bộ điều chỉnh bù bị hỏng, lực đẩy dọc trục do sự giãn nở và co lại nhiệt của thanh dẫn sẽ tác động trực tiếp lên các giá đỡ của công tắc ngắt điện cao áp.

Điều kiện thời tiết khắc nghiệt như gió mạnh, động đất hoặc đóng băng có thể gây ra rung động tần số cao, biên độ thấp. Tải trọng mỏi này là yếu tố chính khiến các vết nứt tiềm ẩn trong sứ cách điện 220kV phát triển thành các vết nứt đột ngột. Các giá đỡ chịu ứng suất động cao này trong thời gian dài sẽ dần dần làm mỏi lớp sứ ở các cạnh mặt bích, cuối cùng dẫn đến hư hỏng hoàn toàn trong một quá trình vận hành nhất định.