Bài giảng Vật liệu điện - Chương IV: Vật liệu cách điện - Nguyễn Văn Dũng

TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
Chương IV: Vật liệu cách điện

 Tính chất và phân loại vật liệu cách điện

 Vật liệu cách điện khí

 Vật liệu cách điện rắn

 Vật liệu cách điện lỏng
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
I. Tính chất và phân loại vật liệu cách điện
1) Tính chất cơ, lý, hóa của điện môi (đọc tài liệu)

 Định nghĩa: khả năng của vật liệu cách điện chịu đựng không bị hư
hỏng trong thời gian ngắn cũng như lâu dài dưới tác động của nhiệt độ
cao và sự thay đổi đột ngột nhiệt độ

 Độ bền nhiệt của điện môi vô cơ: là điểm bắt đầu biến đổi tính chất
điện (ví dụ: tanδ tăng rõ rệt hay điện trở suất giảm)

 Độ bền nhiệt của điện môi hữu cơ: là điểm bắt đầu biến dạng cơ học
kéo hoặc uốn hoặc theo độ lún sâu của kim loại dưới áp lực khi nung
nóng điện môi

 Độ bền nhiệt của điện môi lỏng: được xác định bằng nhiệt độ chớp
cháy là nhiệt độ của chất lỏng mà khi nung nóng đến nhiệt độ đó, hỗn
hợp hơi của điện môi lỏng và không khí sẽ bốc cháy khi đưa lửa lại gần
a) Độ bền nhiệt (oC)
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Theo tiêu chuẩn IEC, vật liệu cách điện được phân theo 7 cấp độ 
chịu nhiệt 
Ký hiệu cấp chịu nhiệt Nhiệt độ làm việc lớn nhất 
cho phép (oC) 
Y 90
A 105
E 120
B 130
F 155
H 180
C >180
Vật liệu 
hữu cơ
Vật liệu 
vô cơ
Vật liệu 
composite
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
b) Độ dẫn nhiệt (W/m.K)

 Đặc trưng cho khả năng tải 
nhiệt của vật liệu cách điện

 Độ dẫn nhiệt lớn (nhiệt 
lượng tỏa ra do hiệu ứng 
Joule, do tổn hao lõi thép, do 
tổn hao điện môi): Nhiệt 
lượng dễ dàng truyền qua vật 
liệu cách điện

 Độ dẫn nhiệt thấp: nhiệt 
lượng tỏa ra do các tổn hao 
khó truyền qua vật liệu cách 
điện → quá nhiệt → phóng 
điện đánh thủng cách điện do 
nhiệt
l

 Công suất truyền nhiệt
)(WA
l
TkP
∆
∆
=
Với 
k: độ dẫn nhiệt
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
2) Tính chất điện của vật liệu cách điện

 Độ bền điện (kV/mm): khả năng chịu đựng cường độ điện
trường lớn nhất của vật liệu mà không bị phóng điện đánh thủng

 Tổn hao điện môi

 Hằng số điện môi

 Điện trở suất khối
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
3) Phân loại vật liệu cách điện

 Theo trạng thái vật chất: khí, lỏng và rắn (thông dụng)

 Theo bản chất hóa học: vật liệu cách điện hữu cơ và vô cơ. Kết 
hợp giữa hữu cơ và vô cơ → vật liệu composite
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
II. Vật liệu cách điện khí

 Vật liệu cách điện khí phổ biến và dễ tìm thấy nhất là không khí

 Ứng dụng của không khí: 
- Cách điện chủ yếu của các đường dây truyền tải trên không
- Cách điện của các thiết bị điện làm việc trong không khí
- Phối hợp với các chất cách điện rắn và lỏng
* Chú ý: tuy nhiên sự xuất hiện bọt khí trong cách điện rắn làm phát 
sinh phóng điện cục bộ → phá hủy cách điện từ từ

 Một số chất khí khác được sử dụng làm chất cách điện như: N2, 
CO2, SF6
- SF6 (khí điện âm) được dùng phổ biến trong máy cắt trung thế và 
cao thế (GIS)
- SF6 là khí nhà kính và rất khó phân hủy → xu hướng thay thế bằng 
chân không
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Các chất khí khác nhau có đặc tính vật lý khác nhau
Đặc tính Không
khí
N2 CO2 H2 SF6
Tỷ trọng 1 0,97 1,52 0,07 5,2
Nhiệt dẫn 
suất
1 1,08 0,64 6,69
Hệ số tỏa 
nhiệt từ 
vật rắn 
sang khí
1 1,03 1,13 1,61
Độ bền 
điện
1 1 0,9 0,6 2,5
Độ bền 
điện cao
Khả năng làm 
mát, giảm ma 
sát cao
Khả năng chống 
cháy và chống oxy 
hóa cao
Rẻ tiền, dễ 
kiếm
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Độ bền điện của chất khí tăng theo áp suất
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
III. Vật liệu cách điện rắn

 Vật liệu cách điện rắn được dùng làm cách điện chính trong các
thiết bị điện như: cáp điện lực, máy phát điện, máy biến áp đo
lường

 Khi kết hợp với cách điện lỏng và khí, vật liệu cách điện rắn còn
dùng để:
- Làm vật liệu kết cấu trong đường dây truyền tải trên không,
máy biến áp điện lực và máy cắt
- Vỏ cách điện chứa chất lỏng hoặc khí
- Màn chắn cách điện trong chất lỏng và khí
1) Giới thiệu
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
Clamping plate 
Tube 
Cylinder 
Angle ring 
Moulded lead exit
Clamping plate 
Snout 
Spacer block 
Cap 
Metalized stress 
ring 
Paper wrap around 
copper wire 
Cylinder 

 Kết cấu cách điện trong của máy biến áp điện lực
o Sử dụng giấy cách điện và giấy ép cách điện kết hợp với dầu cách điện.
o Cách điện chính: kết cấu màn chắn cách điện
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Yêu cầu của vật liệu rắn làm cách điện:
o Độ bền điện cao
o Độ dẫn nhiệt cao
o Tổn hao điện môi thấp
o Dễ chế tạo và lắp đặt
o Rẻ tiền
o Khó cháy
o Không giải phóng khí độc khi cháy

 Các chất cách điện rắn thông dụng: polymer (nhựa), thủy tinh, 
gốm (sứ) và giấy tẩm dầu
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Phân loại chất cách điện rắn
Hữu cơ Vô cơ
Polymer tổng hợp
Nhựa nhiệt 
dẻo
Nhựa nhiệt 
cứng
Sợi bông Amiăng PE Bakelite
Giấy Gốm, sứ PP Nhựa epoxy
Giấy ép Thủy tinh PS Polyester
Cao su Mica PVC
Gỗ PTFE
Sáp XLPE
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
2) Polymer 

 Polymer là những hợp chất mà phân tử của chúng gồm những
nhóm nguyên tử được nối với nhau bằng liên kết hoá học và 
lặp di lặp lại nhiều lần tạo thành những mạch dài và có khối
lượng phân tử lớn

 Polymer có nguồn gốc tự nhiên (cao su, cellulose, ) hoặc
tổng hợp (PVC, PE)
a) Phân loại polymer
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Đặc tính của polymer (nhựa):
o Trọng lượng thấp
o Nhiều màu sắc (pha màu)
o Độ dẫn nhiệt thấp
o Độ dẫn điện thấp
o Dẻo dai
o Độ bền điện cao
o Khả năng kháng hóa chất cao
o Độ bền cơ cao hơn kim loại nếu được gia cường
o Dễ đúc khuôn với nhiều hình dáng khác nhau 
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Phân loại nhựa: nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt cứng (rắn)
o Nhựa nhiệt dẻo: sẽ hóa dẻo khi gia nhiệt và dễ dàng gia công
bằng phương pháp đúc khuôn hoặc ép đùn (PE, PP, PS và
PVC)
o Nhựa nhiệt cứng: đặc trưng bằng quá trình đóng rắn nhờ gia 
nhiệt hoặc các phản ứng hóa học. Sau khi đóng rắn, nhựa 
không bị hóa dẻo khi gia nhiệt lần nữa (Phenolics, epoxies, 
polyesters không bão hòa, polyurethanes)
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Polymer = poly (nhiều) + mer (phần, đơn vị).

 Đơn vị nhỏ gọi là monomer

 Tổng số đơn vị nhỏ gọi là độ polymer hóa (n) 
b) Cấu trúc polymer
n mắc xích
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Polymer được điều chế bằng phản ứng trùng hợp hoặc trùng 
ngưng (có tạo ra chất mới-ví dụ như nước)

 Trùng hợp từ 1 loại monomer gọi là homopolymer

 Trùng hợp từ 2 loại monomer gọi là copolymer→ tính chất 
polymer phụ thuộc vào các monomer và sự sắp xếp các 
monomer
Butadiene Styrene
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
c) Hình dáng mạch polymer

 Mạch polymer là đường gãy khúc và dích dắc trong không gian 
được chia thành 04 loại
Mạch thẳng Mạch nhánh
Mạch lưới Mạch không gian(Nhựa nhiệt cứng)
Nhựa nhiệt 
dẻo
Van der waal
Crosslinked 
polymer
(cao su lưu 
hóa, XLPE)
Liên kết 
ngang
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
d) Nhựa nhiệt dẻo (Thermal plastic)

 VD: PE, PVC, PP

 Các mạch phân tử được sắp xếp vào các vùng tinh thể và các 
vùng vô định hình

 Trong vùng vô định hình, các mạch phân tử sắp xếp không 
theo trật tự nhất định được liên kết với nhau bằng các lực thứ 
cấp yếu (Van der waal) ⇒ Nhựa nhiệt dẻo bị chảy khi gia nhiệt 
và được tạo hình mới.

 Trong vùng tinh thể, các mạch phân tử sắp xếp theo một trật 
tự nhất định và được liên kết với nhau bằng các lực thứ cấp 
mạnh hơn lực trong vùng vô định hình
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
PE
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Tính chất nhiệt
Tg: nhiệt độ thủy tinh hóa
Ts (TP, Tm): nhiệt độ nóng 
chảy
A: polymer vô định hình
B: polymer bán tinh thể
C: polymer tinh thể 
-Thể tích riêng tăng khi nhiệt độ tăng
- Thể tích riêng phụ thuộc mức độ tinh thể hóa của polymer 
Rắn
Cấu trúc 
giống cao su
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Tính chất cơ (đường cong ứng 
suất-độ giãn dài tương đối)
ε =∆l/l (%)
* Giai đoạn chảy 
nguội: 
ε = 10-1000%
Biến dạng 
đàn hồi
Biến dạng 
đàn hồi
Chảy nguội
Phá hủy
Độ bền của 
polymer
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
PE PVC PP TEFLON
 ρ (Ωcm) >1016 1014-1016 1017 >1018
EBD (kV/cm) 170-280 200 230 200
εr 2,3 3-3,3 2,2 2,0
Tan δ 0,0002 0,015-0,02 0,0003-
0,0004
<0,0002
Tm (oC) 120 80 165 327

 Thông số điện-nhiệt của một số nhựa nhiệt dẻo
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
d) Nhựa đàn hồi nhiệt dẻo (Elastomer)

 Thể hiện tính đàn hồi giống cao su

 Giống nhựa nhiệt dẻo khi tồn tại các chuỗi phân tử dài

 Khác nhựa nhiệt dẻo ở điểm là có chứa một số liên kết ngang 
giữa các chuỗi phân tử

 Không bị chảy lỏng khi gia nhiệt, chỉ chuyển sang trạng thái 
mềm

 Do có liên kết ngang nên các chuỗi phân tử khó trượt lên nhau 
khi gia nhiệt → Độ bền nhiệt cao

 VD: XLPE (cách điện cáp điện lực), silicone rubber (sứ treo), 
ethylene-propylene rubber (cách điện đường dây trên không) 
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
* XLPE (crosslinked polyethylene- PE liên kết ngang)
Liên kết ngang
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
PE XLPE
 ρ (Ωcm) 1016 1016
EBD (kV/mm) 20 20
εr 2,3 2,3
Tan δ 0,0002 0,0004
Nhiệt trở 
(oC.cm/W)
400 400
Nhiệt độ làm việc 
(oC)
65 90
Nhiệt độ chịu đựng 
khi ngắn mạch (oC)
125 250

 Đặc tính điện của XLPE tương tự PE

 Độ bền nhiệt của XLPE cao hơn PE
Bảng 1. So sánh cáp XLPE và cáp PE 
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
* Cao su silicone

 Nhẹ hơn sứ

 Ít nứt

 Không dính nước ( chứa 
nhóm Si-O-Si)

 Độ chịu mài mòn cao

 Điện trở suất mặt cao ở 
môi trường ô nhiễm

 Độ bền nhiệt cao

 Ứng dụng: cáp điện lực, 
sứ treo
* Tăng độ bền điện bề mặt
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
* Cao su EPDM

 Tên hóa học: ethylene propylene diene monomer

 Đặc tính cách điện tốt

 Không dính nước

 Dẻo

 Trọng lượng riêng thấp hơn nước

 Khả năng kháng corona (kháng ozone)

 Ứng dụng: cáp điện lực, cách điện trên không
Ethylene Propylene
Diene
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
Thuộc tính Cao su silicone EPDM
 ρ (Ωm) >1013 1014
EBD (kV/mm) 20 19,7-31,5
εr 3,0-3,6 2,5-3,5
Tan δ 0,005 0,007
Nhiệt độ làm việc cực đại 
(oC)
200 177
Trọng lượng riêng 1,15-1,55 0,85
Khả năng kháng nước Tốt Rất tốt
Khả năng chống cháy Kém Kém
Khả năng kháng Ozone Rất tốt
Bảng 2. So sánh cao su silicone và cao su EPDM 
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
E) Nhựa nhiệt cứng
* Keo epoxy (Keo AB)

 Bao gồm 2 thành phần: nhựa epoxy và chất đóng rắn

 Nhựa epoxy (epoxy resins) là một loại polymer ở dạng lỏng mà trên
mạch có các nhóm "epoxy" ở cuối mạch, khi được khâu mạng bằng chất
đóng rắn thì chúng là một loại nhựa “nhiệt rắn”

 Tỉ lệ chất đóng rắn càng cao thì thời gian đóng rắn càng ngắn, độ cứng
của hỗn hợp sau đóng rắn càng cao và dễ nứt

 Đặc tính cách điện tương đối tốt, độ bền cơ cao, khả năng chống thấm
khá

 Ứng dụng: keo dán, sơn phủ (tẩm), lớp phủ bên ngoài cuộn dây máy
điện, mạch điện tử và vỏ bọc khi nối cáp, vỏ linh kiện điện tử
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
mạch phân tử nhựa epoxy
Chất đóng rắn
Keo epoxy
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
Máy biến áp khô 
được phủ epoxy Vỏ bọc bằng 
epoxy khi nối cáp
Nối cáp
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
* Polyesters

Mạch phân tử có chứa nhóm chức ester.

 Chia làm 2 loại: bão hòa (chỉ chứa nối đơn) và không bão hòa (có
chứa nối đôi)

 Polyester bão hòa: sản xuất sợi (dệt vải, đan thành tấm cách điện) và
tạo màng mỏng (lớp emay của dây điện từ)→ nhiệt dẻo

 Polyester không bão hòa: đặc tính tương tự epoxy, rẻ hơn epoxy
nhưng co ngót khoảng 6-8% khi đóng rắn (làm nhựa nền cho vật liệu
composite, vỏ CB, MCCB)→ nhiệt cứng
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
* Bakelite

 Là sản phẩm trùng ngưn ... ó tính chất mong muốn

 Nhóm oxit kiềm (Na2O, K2O) làm tăng độ dẫn điện của thủy tinh
→ Đối với thủy tinh dùng trong cách điện cao áp, nồng độ các oxit
này được hạn chế dưới 0,8%.

 Thủy tinh có độ bền cơ cao, tuy nhiên khi bị kéo, có thể xuất hiện
các vết rạn nứt bắt nguồn từ các điểm bất thường trên bề mặt →
thủy tinh cường lực được sử dụng
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Thủy tinh cường lực được sản xuất bằng cách đun nóng ở nhiệt độ
cao (700oC) và làm lạnh nhanh bề mặt → bề mặt kính sẽ trở nên
cứng trong khi phần bên trong kính còn ở thể dẻo. Phần bên trong
sẽ từ từ nguội và co lại→ sinh lực nén lên bề mặt ngoài và lực kéo
bên trong→ hạn chế phát sinh vết nứt

 Khi lực kéo tác động lên thủy tinh chịu lực, bề mặt của nó vẫn có
thể chịu nén trong khi phần bên trong chịu kéo→ khi bị vỡ, vùng
gần bề mặt chịu lực kéo rất lớn→ làm cho kính bị nổ thành nhiều
mẩu nhỏ dạng hạt lựu
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
Thông số Thủy tinh Sứ cách điện
 ρ (Ωm) 1014-1022 1014-1015
EBD (MV/cm) 3-5 0,1-0,3
εr 3,7-10 6-7
Tan δ 0,004-0,02 0,015-0,02
Khối lượng
riêng(g/cm3)
2,2-6 2,3-2,5
Bảng 2. Các thông số của thủy tinh và sứ cách điện 
Kính 
thường
Kính chịu 
lực
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Thủy tinh loại E (alumino-borosilicate glass với nồng độ kiềm < 
2%) được sử dụng để sản xuất sợi thủy tinh nhằm gia cường cho 
vật liệu composite

 Khi thủy tinh bị kéo sợi, độ bền cơ của sợi tăng nhanh với độ
giảm đường kính sợi
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Trong vật liệu composite, sợi thủy tinh được xử lý bề mặt với
silane (SiH4) để bám chặt vào nền polymer

 Nguyên lý gia cường polymer bằng sợi thủy tinh:
o Xem như sự gắn kết giữa sợi thủy tinh và nhựa nền là hoàn
hảo
o Độ giãn dài tương đối (ε) dưới tác động của ứng suất kéo (σ)
sẽ như nhau cho cả sợi và nhựa nền
o Theo định luật Hook:
εσ .E=
Module đàn hồi
p
g
p
g
g
g
p
p
E
E
EE
=⇒==⇒
σ
σσσ
ε
Nhựa nền Sợi thủy tinh
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
Mà:
( ) pg EE 3015÷= ứng suất trong sợi thủy tinhsẽ lớn gấp 15÷30 lần ứng
suất trong nhựa nền
( ) pg σσ 3015÷=

 Do độ bền cơ của sợi thủy tinh lớn gấp 30 ÷ 40 lần độ bền cơ của
nhựa → độ bền cơ của vật liệu composite sẽ do sợi thủy tinh quyết
định
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
b) Sứ cách điện

 Được chế tạo từ đất sét trắng, khoáng thạch anh (SiO2) và khoáng 
fenspat (chứa Na, K)

 Quá trình sản xuất: 
o Lọc sạch tạp chất, nghiền, nhào với nước thành một chất đồng 
nhất
o Tạo hình: ép đùn, đổ khuôn, tiện mặt ngoài
o Sấy khô để loại nước
o Tráng men
o Nung thiêu kết: fenspat bị nóng chảy tạo pha thủy tinh sẽ lấp 
kín các lỗ trống giữa các hạt đất sét và thạch anh và liên kết 
chặt chẽ các hạt đó lại với nhau

 Ở nhiệt độ cao, đặc tính cách điện của sứ kém đi nhiều vì pha thủy 
tinh có chứa kim loại kiềm
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
4) Mica 

 Phần lớn Mica dùng để cách điện có nguồn gốc vô cơ tự nhiên
dưới dạng tinh thể khoáng aluminum silicate
(K2O.3Al2O3.6SiO2.H2O)

 Mica có thể tách thành bản mỏng một cách dễ dàng theo chiều
song song giữa các bề mặt thớ
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Mica là vật liệu có những tính năng đặc biệt như: độ bền điện
và độ bền cơ cao, tính chịu nhiệt và chịu ẩm tốt, tổn hao điện
môi thấp, kháng phóng điện cục bộ tốt

 Mica tổng hợp có thể được sản xuất với các thành phần tương
tự như mica tự nhiên

 Ứng dụng: cách điện cho máy điện có điện áp cao và công suất
lớn (máy phát, động cơ), cách điện cho các phiến đồng
trong cổ góp máy điện

 Mica vụn và bột mica được sử dụng làm chất độn trong thủy
tinh hoặc epoxy để tăng độ bền điện, độ bền nhiệt và giảm tổn
hao điện môi

 Mica được tạo hình dưới dạng ống, tấm và băng
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
Băng 
mica
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
Thông số Tự nhiên Nhân tạo
 ρ (Ωm) 1015-1017 1015-1017
EBD (MV/mm) 1 1
εr 6,5-8,7 6,5
Tan δ 0,03
Nhiệt độ làm việc 
tối đa (oC)
540 980
Bảng 3. Các thông số của mica
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
5) Giấy tẩm dầu 

 Giống thủy tinh và sứ, giấy là vật liệu cách điện truyền thống

 Ưu điểm:
o Dễ dàng quấn quanh dây dẫn có hình dáng bất kỳ
o Dưới dạng giấy ép, giấy cách điện có thể được sản xuất với
chiều dày lớn và nhiều hình dạng
o Dễ tẩm dầu
o Tương thích với dầu khoáng
o Đặc tính điện, cơ và nhiệt tốt (chọn lựa duy nhất cho
MBA)
o Rẻ tiền
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Nhược điểm:
o Cần quá trình tẩm dầu
o Nối cáp phức tạp
o Đặc tính điện bị suy giảm bởi hơi ẩm
o Tổn hao điện môi giới hạn điện áp của cáp giấy-dầu ở mức
500 kV

 Giấy cách điện có nguồn gốc từ cellulose và phổ biến dưới tên
thương mại là Kraft paper

 Do giấy cách điện rất háo nước nên phải sấy và tẩm dầu.

 Giấy cách điện được sản xuất dưới dạng giấy cuộn, bìa ép và bìa
cứng (chứa nhựa epoxy)

 Ứng dụng: cáp giấy tẩm dầu, tụ điện giấy tẩm askarel, máy biến
áp điện lực
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
Một đơn vị của 
mạch phân tử 
cellulose
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
IV. Vật liệu cách điện lỏng
1) Các loại chất lỏng cách điện

 Dầu mỏ cách điện (dầu máy biến áp, dầu tụ điện, dầu cáp điện)

 Các loại chất lỏng cách điện khác (dầu silicone, ester tổng hợp và 
ester tự nhiên)
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Cách điện 

 Làm mát
2) Dầu máy biến áp
a) Chức năng

 ASTM D3487-88(93)

 IEEE Guide C57.106-1991

 IEC 296
b) Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng dầu
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
c) Yêu cầu về đặc tính của dầu
Quan trọng:

 Độ nhớt thấp

 Nhiệt độ đông đặc thấp

 Nhiệt độ cháy cao

 Độ ổn định hóa học cao

 Độ bền điện cao
Kém quan trọng:

 Nhiệt dung riêng cao

 Độ dẫn nhiệt cao

 Điện trở suất lớn

 Tỷ trọng thấp

 Tổn hao điện môi thấp

 Không độc
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Dầu máy biến áp được trích lọc từ dầu thô qua nhiều công
đoạn xử lý vật lý và hóa học

 Dầu máy biến áp được cấu thành từ ba nhóm phân tử
Hydrocarbon chính.
o Alkanes: paraffins mạch thẳng hoặc nhánh
o Naphthenes: Alkanes vòng có một hoặc nhiều vòng bão hòa 
được tạo từ 5, 6 hoặc 7 nguyên tử carbon
o Aromatics or Polyaromatics: Hydrocarbon thơm có một 
hoặc nhiều nhân benzen

 Tỉ lệ giữa Alkanes và Naphthenes trong phân tử dầu phụ thuộc 
vào vị trí địa lý của các mỏ dầu thô
d) Các thành phần chính của phân tử dầu
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
e) Cấu hình carbon trong phân tử dầu
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
f) Cấu trúc phân tử dầu điển hình

 Thành phần Paraffinic và Naphthenic chi phối tính chất vật lý của
dầu (tỷ trọng, độ nhớt, nhiệt độ đông đặc, nhiệt độ cháy)

 Thành phần Aromatic chi phối đặc tính hóa học và điện (khả năng
chống oxi hóa, đặc tính sinh khí, độ bền điện)

 Aromatic là nguyên nhân chính làm thay đổi độ bền điện
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
g) Phân loại dầu thô
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
h) Các thành phần 
phân tử điển hình 
của dầu máy biến áp
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
i) Đặc tính vật lý

 Độ nhớt
o Thông số quan trọng để tính toán truyền nhiệt
o Quyết định khả năng thẩm thấu vào giấy cách điện hoặc khả 
năng điền đầy dầu vào các khe hở 

 Nhiệt độ đông đặc: dưới nhiệt độ này thì dầu không chuyển động 
được

 Nhiệt độ chớp cháy: nhiệt độ cao nhất mà hơi dầu tự bốc cháy khi 
đem ngọn lửa lại gần
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Độ nhớt tỉ lệ nghịch với nhiệt độ
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
j) Đặc tính hóa học

 Khả năng chống oxi hóa
o Nếu dầu bị Oxi hóa → tạo cặn bao phủ cuộn dây, lõi thép, vỏ máy, khe 
dẫn dầu → ngăn cản chuyển động dầu đối lưu → giảm hiệu suất truyền 
nhiệt → gây quá nhiệt → tăng quá trình tạo cặn và axít → thúc đẩy quá 
trình lão hóa dầu và cách điện rắn → gây phóng điện →MBA bị hư 
sớm.
o Yêu cầu: khả năng chống oxi hóa cao

 Tác hại của axít hữu cơ
o Gây ăn mòn và tăng thoái hóa cách điện rắn 

 Tác hại của lưu huỳnh hoặc axít sulphuric
o Ăn mòn cuộn dây và lõi thép

 Tác hại của nước
o Do sự hấp thụ nước của dầu và đặc biệt là giấy cách điện ⇒ Giảm độ 
bền điện của dầu và giảm tuối thọ và độ bền điện của các cấu trúc từ 
cellulose
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Nồng độ Aromatic 
tối ưu ∼ 5-10%
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
k) Đặc tính điện

 Độ bền điện (khả năng chịu được giá trị cường độ điện trường 
lớn nhất mà không bị phóng điện, kV/mm)
- Thông số đặc trưng cho chức năng cách điện của dầu

 Hệ số tổn hao điện môi và điện trở suất
- Hai thông số đặc trưng cho chức năng là điện môi của dầu 
(tanδ ≤ 0,05 tại 25o C, ρ ≥ 106 Ωm)
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Hệ thống điện cực dùng để đo điện áp phóng điện theo tiêu chuẩn 
ASTM D1816
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Tiêu chuẩn độ bền điện của dầu máy biến áp
Điện áp làm việc 
(kV)
Điện áp phóng điện trên khe hở 2,5 mm
Dầu mới Dầu đang vận hành
≤ 6 ≥ 25 ≥ 20
35 ≥ 30 ≥ 25
110 và 220 ≥ 40 ≥ 35
≥ 330 ≥ 50 ≥ 45
Điện áp làm việc càng cao yêu cầu độ bền điện của dầu 
càng lớn
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
l) Chất phụ gia

 Chất chống oxi hóa: cải thiện khả năng chống oxi hóa của dầu 
(ví dụ: Butyl phenol)

 Chất hạ nhiệt độ đông đặc: 
o Ngăn cản sự hình thành sáp tại nhiệt độ thấp do khi sáp 
hình thành sẽ ngăn cản sự chuyển động của dầu
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
m) Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lão hóa dầu

 Nhiệt độ (điểm quá nhiệt)

 Oxy

 Phóng điện cục bộ

 Acid
Dầu mớiDầu cũ
Tăng quá trình 
oxy hóa
Tạo cặn,
acid,
dầu có 
màu sậm 
hơn
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
n) Nhược điểm của dầu máy biến áp

 Nguồn dầu thô ngày càng cạn kiệt

 Không phân hủy hoàn toàn, thời gian phân hủy dài

 Không thân thiện môi trường

 Dễ cháy
Yêu cầu phát triển các loại dầu cách điện khác
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Dầu Silicone (chống cháy nổ)

 Ester tổng hợp (thân thiện môi trường)

 Ester tự nhiên (thân thiện môi trường)
3) Các loại dầu cách điện khác
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
a) Dầu silicone

 Dầu tổng hợp

 Tên hóa học: Polydimethylsiloxane

 Khả năng chống oxi hóa tốt 

 Độ bền điện cao

 Không độc

 Khó cháy, nhiệt độ chớp cháy cao

 Giá thành cao

 Độ phân hủy rất thấp

 Tính bôi trơn kém

 Ứng dụng trong MBA phân phối và 
những vị trí cần an toàn cháy nổ

 Dung lượng: 250 kVA ÷ 3 MVA (11 kV-
36 kV)
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 

 Hợp chất có nguồn gốc từ 
thực vật

 Độ độc rất thấp

 Nhiệt độ chớp cháy rất cao 
(310oC)

 Đặc tính bôi trơn tốt 

 Phân hủy hoàn toàn

 Giá thành cao

 Tên thương mại: Midel 7131

 Ứng dụng trong MBA phân 
phối tại nội ô và trong cao ốc
b) Ester tổng hợp
R1, R2, R3: nhóm chức 
hữu cơ
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
c) Ester tự nhiên

 Nguồn gốc từ dầu được trích ly từ hạt thực 
vật (hạt cải, hạt hướng dương...)

 Hoàn toàn không độc

 Nhiệt độ chớp cháy cao (330oC)

 Độ ổn định hóa học cao 

 Hoàn toàn phân hủy

 Giá thành thấp hơn so với ester tổng hợp

 Độ nhớt cao hơn dầu máy biến áp

 Háo nước

 Độ ổn định chống oxi hóa thấp

 Tên thương mại: Envirotemp FR3, BIOTEMP

 Áp dụng cho MBA cấp trung thế
R, R’, R”: nhóm chức hữu 
cơ
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. 
Máy biến áp dùng dầu BIOTEMP sản xuất tại nhà máy ABB Hà Nội