Đăng ký thành viên

Máy biến áp ngâm este tự nhiên giúp giảm thiểu tác động của hỏa hoạn

Thay các máy biến áp cách điện bằng dầu khoáng bằng các máy biến áp cách điện bằng chất lỏng este tự nhiên giúp tổ chức lại cơ sở hạ tầng lưới điện và ngăn ngừa hỏa hoạn (Ảnh st)

Tính đến tháng 10/2020, 74 vụ cháy lớn đã thiêu rụi gần 1,7 triệu ha ở Mỹ và hơn 45.000 vụ cháy rừng thiêu rụi hơn 3,2 triệu ha trong năm 2021. Khí hậu thay đổi, cơ sở hạ tầng lạc hậu và nhiều yếu tố khác sẽ tiếp tục làm tăng nguy cơ hỏa hoạn ở mọi miền đất nước này.

Việc này đã diễn ra hàng năm, nên đã đến lúc phải suy nghĩ lại cách cải thiện cơ sở hạ tầng lưới điện có thể giúp ngăn chặn không để các đám cháy vượt ra ngoài một sự kiện được khống chế thành một sự cố thảm khốc.

Đám cháy bụi cây lan sang cột điện và gây nổ. Một trong những giải pháp là thay thế các máy biến áp cách điện bằng dầu khoáng bằng các máy biến áp cách điện bằng chất lỏng este tự nhiên (Ảnh st)

Este được phát triển như một chất lỏng cách điện khó cháy hơn để nâng cao độ an toàn cháy nổ của máy biến áp, este tự nhiên giờ đây dẫn đầu thị trường các chất thay thế cho dầu khoáng thông thường, được sử dụng trong hơn 2,5 triệu máy biến áp trên toàn cầu.

Với những lợi ích đã được chứng minh trong việc nâng cao độ an toàn, tính bền vững, độ tin cậy và độ dẻo dai của lưới điện, chất lỏng este tự nhiên trong máy biến áp phải trở thành tiêu chuẩn mới cho các công ty điện lực trong tương lai.

Sự cố dây điện gây ra vụ nổ và tràn dầu khoáng máy biến áp ở bang California (Ảnh st)

Khi quá tải máy biến áp ngày càng trở nên phổ biến ở các thành phố lớn (nhiều máy biến áp được đặt tại các khu vực đông dân cư hoặc trong các trạm biến áp ngầm), an toàn cháy nổ sẽ trở thành mối quan tâm lớn hơn nữa đối với các công ty điện lực, chính quyền và công chúng.

 Ứng phó với khí hậu ấm hơn

Hệ quả rõ ràng của khí hậu ấm hơn và máy biến áp trong điều kiện nhiệt độ cao hơn hoặc quá tải là sự xuống cấp nhanh chóng của dầu khoáng, chuyển sang màu sẫm và tạo thành cặn. Các điều kiện như vậy được xử lý tốt hơn nhiều bởi chất lỏng este tự nhiên, phù hợp với nhiệt độ làm việc liên tục cao hơn 30°C so với dầu khoáng.

Chất lỏng FR3 dùng trong máy biến áp có nguồn gốc thực vật của Công ty Cargill (Ảnh st)

 Các este tự nhiên cho phép nhiệt độ làm việc cao hơn 20°C trong khi vẫn duy trì tốc độ xuống cấp ngang với giấy ngâm trong dầu khoáng. Do đó, cách điện lỏng và cách điện rắn đều có thể chịu được nhiệt độ cao hơn mà không làm giảm tuổi thọ của máy biến áp.

Với điểm cháy là 360^oC, este tự nhiên là chất lỏng cách điện khó cháy tốt nhất trong các chất lỏng cùng loại. Chưa hề có báo cáo về đám cháy trong bất kỳ máy biến áp nào nạp chất lỏng ester tự nhiên. Este tự nhiên lý tưởng cho việc cải tạo tại chỗ các máy biến áp hiện có, chịu được hàm lượng dầu khoáng còn sót lại trong máy biến áp lên tới 7% mà không hạ thấp điểm cháy.

Dầu khoáng bị chỉ trích đáng kể về tính năng nhiệt, không chỉ do khả năng chịu đựng tương đối thấp các điều kiện quá tải và rút ngắn tuổi thọ của tài sản ở nhiệt độ môi trường cao hơn, mà còn do nhiệt độ tối đa đạt tới rất gần với điểm chớp cháy và điểm cháy của dầu khoáng. Ngay cả khi lửa không bùng lên do thiết bị, việc có vài chục gallon (1 gallon gần bằng 3,8 lít) chất lỏng dễ cháy trong mỗi máy biến áp được lắp đặt trong khu vực nhạy cảm với rủi ro cháy sẽ làm tăng phần đóng góp liên quan vào danh mục rủi ro cháy của các công ty điện lực.

 Khả năng chịu cháy bên trong

Vụ nổ trong hầm ngầm sau sự cố máy biến áp (Ảnh st)

Khi máy biến áp là nguyên nhân gốc rễ của vụ cháy, có nhiều khả năng là do chập điện bên trong, nơi nhiệt độ cục bộ có thể lên tới hàng nghìn độ. Tương tác giữa chất lỏng cách điện và phát nóng cục bộ quá mức này có thể dẫn đến các vụ nổ lớn hoặc ít nhất, dẫn đến việc tăng nhanh áp suất bên trong máy biến áp và làm van giảm áp của máy biến áp mở ra. Khi mở ra, van này tạo ra một luồng dầu khoáng nóng phun ra xung quanh máy biến áp có thể dễ dàng bốc cháy khi tiếp xúc với không khí xung quanh. Cả hai tình huống đều rất dễ dẫn đến cháy nổ.

Cháy bên ngoài

Do các chạm chập bên trong máy biến áp gây cháy là một trường hợp ít có khả năng xảy ra hơn đối với mồi cháy, nên các hậu quả nghiêm trọng của phản ứng với lửa bên ngoài của máy biến áp là một nguy cơ rõ ràng. Ngay cả những việc đơn giản như sự xâm lấn của thực vật xung quanh các đầu nối điện của máy biến áp trên cột cũng có thể dẫn đến ngắn mạch và cháy. Dây cáp nối trực tiếp với máy biến áp đu đưa có thể gây cháy trong khu vực lân cận thiết bị đường dây phân phối. Khi đám cháy bùng phát gần máy biến áp, sự khác biệt giữa cháy rừng thảm khốc và trường hợp khẩn cấp nhẹ được xác định bởi phản ứng của máy biến áp với nguồn nhiệt bên ngoài.

Dầu biến áp este tự nhiên có điểm cháy vượt quá 350°C. Ngay cả điểm chớp cháy của dầu este tự nhiên cũng đã cao hơn điểm cháy của hầu hết các chất lỏng thay thế khác. Sự khác biệt về tính năng phản ứng nhiệt này có thể có nghĩa là sự khác biệt giữa cực phân phối bị cháy cục bộ và đám cháy rừng lan rộng, không kiểm soát được.

Các máy biến áp chứa este tự nhiên có thể hoạt động đến 160°C trong điều kiện quá tải ngắn hạn mà không ảnh hưởng bất lợi đáng kể đến cách điện.

 Cân nhắc rủi ro và thực hiện chuyển đổi

Mặc dù dầu khoáng là một lựa chọn ưu tiên vì chi phí trả trước thấp, nhưng chi phí ban đầu thấp hơn này phải được xem xét cùng với nhược điểm của nó là điểm chớp cháy thấp, điểm cháy thấp và khả năng cháy cao hơn trong điều kiện sự cố. Hơn nữa, tính năng môi trường của dầu khoảng kém và có khả năng gây nguy hiểm trong cả đất và nước.

Công ty Pacific Gas and Electric (PG&E), công ty điện lớn thuộc sở hữu của nhà đầu tư ở bang California (Mỹ), đã thành công trong việc chuyển đổi từ máy biến áp dầu khoáng truyền thống sang este tự nhiên. Khi các mối quan tâm về an toàn và độ tin cậy tiếp tục gia tăng đối với khu vực này, este tự nhiên là một bước mà hợp tác xã này cảm thấy sẽ giúp giảm thiểu rủi ro.

Công nhân sửa chữa một máy biến áp bị hư hỏng (Ảnh st)

Công ty PG&E sử dụng nhiều este tự nhiên hơn đã cho phép họ kéo dài tuổi thọ của máy biến áp và loại bỏ hai kích cỡ tiêu chuẩn của máy biến áp trên không khỏi hệ thống, nhờ đó tiết kiệm hàng triệu USD mỗi năm.

Chi phí vốn trả trước gắn liền với việc sử dụng dầu este tự nhiên đã giảm đáng kể trong những năm gần đây với lượng este tự nhiên được sử dụng ngày càng nhiều trong máy biến áp. Hơn nữa, các chi phí này được bù đắp bởi lợi ích về tính năng của máy biến áp ở nhiệt độ cao hơn, chịu phụ tải cao hơn vào mùa hè khô nóng trên khắp nước Mỹ.

Ngoài việc giảm thiểu rủi ro khi hỏa hoạn, ester tự nhiên còn làm giảm tác động đến môi trường trong trường hợp tràn dầu do tính chất phân hủy sinh học và không độc hại của nó. Do nhiều nguồn năng lượng tái tạo tiềm năng được đặt tại các khu bảo tồn thiên nhiên hoặc các khu vực dễ bị tổn thương về mặt môi trường khác, nên việc sử dụng chất lỏng cách điện có tác động môi trường thấp sẽ là một cân nhắc thậm chí còn quan trọng hơn để giảm thiểu rủi ro tràn dầu và ô nhiễm.

Với các quy định ngày càng nghiêm ngặt về sức khỏe, an toàn và môi trường, este tự nhiên là một lựa chọn lý tưởng đối với các công ty điện lực chủ động lập kế hoạch cho tương lai.

Biên dịch: Hồ Văn Minh

Theo “Utilityproducts”, tháng 7/2021