Chọn vật liệu cách điện sai là nguyên nhân hàng đầu khiến motor, máy biến áp,v.v. giảm tuổi thọ. Thậm chí gây hư hỏng thiết bị, cháy nổ. Phần 1 của loạt bài này giúp bạn nắm vững cách phân loại vật liệu cách điện theo cấp chịu nhiệt và đặc điểm của từng loại phổ biến hiện nay
Xem thêm: Cách chọn vật liệu cách điện theo ứng dụng và tiêu chuẩn an toàn [Phần 2]
Vật liệu cách điện là gì? Vai trò trong thiết bị điện công nghiệp
Định nghĩa và nguyên lý cách điện
Vật liệu cách điện là chất có điện trở suất rất cao. Có khả năng ngăn dòng điện rò rỉ giữa phần mang điện và phần không mang điện. Hai chỉ số kỹ thuật quan trọng nhất khi đánh giá chọn vật liệu cách điện:
- Điện trở cách điện (đo bằng MegaOhm, thể hiện khả năng chặn dòng rò);
- Độ bền điện (điện áp đánh thủng, đo bằng kV/mm thể hiện ngưỡng điện áp tối đa vật liệu chịu được trước khi bị phá hủy cách điện).
Vai trò trong motor, máy biến áp, tủ điện
Trong motor điện, vật liệu cách điện ngăn chập giữa các vòng dây, giữa dây quấn với lõi thép và giữa các pha với nhau – sai sót ở đây là nguyên nhân phổ biến nhất gây cháy cuộn dây
Xem thêm: Phân loại và tiêu chuẩn kỹ thuật dây điện từ quấn motor [Phần 1]
Trong máy biến áp, vật liệu cách điện phân tách cuộn sơ cấp với cuộn thứ cấp và cách ly cuộn dây với vỏ máy.
Xem thêm: Trạm biến áp 3 pha: Khái niệm, phân loại, cấu tạo
Trong tủ điện, vật liệu cách điện được dùng giữa các thanh cái và giữa mạch điều khiển với mạch động lực, hạn chế nguy cơ phóng điện giữa các pha.
Phân loại vật liệu cách điện theo cấp chịu nhiệt (tiêu chuẩn IEC 60085)
Bảy cấp cách điện Y – A – E – B – F – H – C
Theo tiêu chuẩn IEC 60085, vật liệu cách điện được chia thành 7 cấp chịu nhiệt từ thấp đến cao: Y (90°C), A (105°C), E (120°C), B (130°C), F (155°C), H (180°C) và C (trên 200°C).
Cấp F và H hiện là hai cấp phổ biến nhất trong công nghiệp Việt Nam nhờ cân bằng tốt giữa chi phí và độ an toàn nhiệt.
Xem thêm: Cấp cách điện là gì? Bảng các cấp chịu nhiệt theo tiêu chuẩn IEC mới
Cách đọc ký hiệu cấp cách điện trên nhãn thiết bị
Trên tem nhãn motor hoặc máy biến áp thường ghi “Ins. Class F” hoặc “Thermal Class 155”. Các con số này chính là nhiệt độ vận hành tối đa mà lớp cách điện bên trong chịu được.
Bao gồm cả nhiệt độ môi trường nhiệt lẫn tự sinh khi thiết bị hoạt động. Vượt quá ngưỡng này, vật liệu cách điện sẽ suy giảm nhanh và rút ngắn tuổi thọ thiết bị.
Kinh nghiệm thực tế: nên chọn cấp cao hơn 1 bậc so với môi trường vận hành
Với môi trường xưởng có nhiệt độ nền khoảng 40°C cộng thêm nhiệt tự sinh của thiết bị khi tải cao.
Khuyến nghị nên chọn vật liệu cấp F thay vì cấp B để có biên độ an toàn. Đặc biệt với motor và máy biến áp vận hành liên tục.
Cách chọn vật liệu cách điện phổ biến hiện nay – đặc điểm và ứng dụng
Dưới dây là các loại vật liệu cách điện phổ biến trong từng đặc điểm và ứng dụng như:
Giấy cách điện (Kraft, Polyester, Krepp, Epoxy)
Tùy vào cấp cách điện (thông thường A – B) và thành phần, mỗi loại giấy được ứng dụng như sau:
- Giấy Kraft: Giá rẻ, cấp cách điện A – E. Thường dùng lót rãnh motor công suất nhỏ và làm giấy cách điện tẩm dầu trong máy biến áp.
- Giấy Polyester (Mylar): Cấp E – B, độ bền điện cao, kháng ẩm tốt. Phổ biến làm lớp lót rãnh stator motor công nghiệp.
- Giấy Krepp: Loại giấy có kết cấu nhăn (crepe), độ đàn hồi cao, dễ uốn theo hình dạng cuộn dây. Dùng để quấn bó đầu dây và các vị trí cần độ mềm dẻo.
- Giấy ép Epoxy (phíp cách điện): Dạng tấm cứng, ép từ giấy hoặc vải tẩm nhựa epoxy, độ bền cơ học vượt trội. Dùng làm tấm chắn cách điện, thanh đấu nối trong tủ điện và máy biến áp.
Xem thêm: Tấm phíp cách điện, giấy cách điện là gì? Ứng dụng thực tế
Băng vải cách điện và băng amiăng
Tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của từng thiết bị, việc chọn vật liệu cách điện như băng vải hay băng amiăng (thuộc cấp cách điện B – H) sẽ mang lại những hiệu quả khác nhau như:
- Băng vải cách điện (vải tẩm vecni cách điện) có độ bền cơ học cao, dùng bọc đầu dây và mối nối, chịu được lực kéo giãn khi thi công.
- Băng amiăng được ưa chuộng nhờ khả năng chịu nhiệt rất cao (trên 300°C).
Ống gen cách điện và ống gen sợi thủy tinh tẩm silicone
Khi chọn vật liệu cách điện cho các chi tiết máy hoặc mối nối điện, ống gen là vật liệu được chọn. Phân chia theo cấp cách điện B – H với các đặc tính và ứng dụng như sau:
- Ống gen co nhiệt dùng bọc dây dẫn đơn lẻ và đầu cốt, co lại ôm sát khi gia nhiệt, tạo lớp cách điện kín và chống ẩm tốt.
- Ống gen sợi thủy tinh tẩm silicone chịu nhiệt tốt (khoảng 200°C). Phù hợp cách điện pha trong tủ điện trung áp.
Sơn tẩm cách điện (epoxy, polyester, vecni)
Sơn tẩm có chức năng lấp đầy khoảng trống trong cuộn dây. Chống ẩm, tăng độ bền cơ học và cải thiện khả năng tản nhiệt với cấp chịu nhiệt E – H. So sánh nhanh ba loại phổ biến:
- Epoxy có độ bền cao nhưng giòn hơn sau khi đông cứng;
- Polyester đàn hồi tốt hơn và giá thành thấp hơn;
- Vecni chịu nhiệt cực cao nhưng chi phí cũng cao nhất trong ba loại.
Nhựa cách điện kỹ thuật (bakelite, mica tấm, PVC)
Chọn vật liệu cách điện này dùng làm khung đỡ, đế cách điện và tấm chắn trong tủ điện, bảng mạch.
- Bakelite cứng, chịu nhiệt tốt, thường làm đế gắn thiết bị đóng cắt.
- Mica tấm chịu nhiệt rất cao (cấp H – C), dùng làm vách ngăn cách điện cao áp.
- PVC giá thành thấp, dễ gia công, phù hợp ứng dụng hạ áp thông thường.
Câu hỏi thường gặp (FAQ)
Giấy cách điện Krepp và Kraft khác nhau ở điểm nào?
Giấy Krepp có kết cấu nhăn, độ đàn hồi cao, phù hợp quấn bó đầu dây; giấy Kraft phẳng, giá rẻ hơn, thường dùng lót rãnh và tẩm dầu biến áp.
Cấp cách điện F và H khác nhau ra sao?
Cấp F chịu nhiệt tối đa 155°C, cấp H chịu nhiệt tối đa 180°C – cấp H phù hợp môi trường vận hành khắc nghiệt hơn hoặc thiết bị chạy liên tục 24/7.
Sơn tẩm cách điện có bắt buộc dùng cho mọi cuộn dây không?
Không bắt buộc với motor công suất rất nhỏ, nhưng được khuyến nghị mạnh cho motor công nghiệp vì giúp chống ẩm và tăng đáng kể tuổi thọ cuộn dây.
Vật liệu cách điện cấp C có phổ biến trong công nghiệp Việt Nam không?
Chưa phổ biến do chi phí cao, chỉ dùng cho ứng dụng đặc biệt như thiết bị hoạt động trong môi trường nhiệt độ trên 200°C.
Kết luận
Cách chọn vật liệu cách điện phù hợp với một ứng dụng riêng. Không có vật liệu nào là lựa chọn đúng cho mọi trường hợp.
Bài viết trên cung cấp thông tin tham khảo so sánh cơ bản về các loại vật liệu cách điện. Giúp người đọc có thể lựa chọn được sản phẩm phù hợp trong sản xuất và kinh doanh.
