92
TP CHÍ KHOA HC VÀ CÔNG NGH Tp 44, s 2, 2006 Tr. 92-
98
HIN TNG LÃO HÓA DNG "CÂY NC" TRONG VT LIU
CÁCH IN POLYME: NH NG !C I"M NHN DNG VÀ
PH$NG PHÁP TO "CÂY NC" TRONG PHÒNG THÍ NGHIM
NGUY"N #ÌNH TH%NG, V& THANH H'I
I. M U
Lão hóa c hiu nh là s bin i tính cht vt liu theo th i gian, d$i tác &ng c'a
môi tr ng: nhit &, & ,m, ánh sáng, tia t- ngo.i, oxy,… Polyme nói chung và polyethylene
(PE) nói riêng là nh8ng vt liu cách in quan tr:ng nht c s- d;ng làm l$p v< cách in
trong công nghip ch t.o cáp in lc và các thit b= in khác. Chúng có & tn hao cách in
tg thp và & bBn cách in cao. Kinh nghim vn hành thc t và các thí nghim dài h.n trên
các mô hình c'a cáp in lc chôn ngEm d$i t cho thy m&t hin tng rt quan tr:ng là
nc khi kt hp vi mt s yu t v môi trng xung quanh s có tác ng x u ti các v!t li#u
cách i#n c$a cáp l%c thuc nhóm polyolefine nh PE và XLPE. Nu nh s- d;ng phGng pháp
nhu&m màu úng cách ta có th quan sát thy nh8ng cu trúc d.ng cây (tree-like structures) J
trong l$p cách in PE hoKc XLPE c'a cáp ang vn hành. Nh8ng cu trúc này xut phát tM
nh8ng chN khuyt tt rt nh< c'a cách in và phát trin theo h$ng c'a in tr ng. Hin tng
rt ph bin này c g:i là cây nc (water treeing) và nó khác vB bQn cht v$i cây in
(electrical treeing) do ion hóa: Hin tng cây n$c này gRn liBn v$i môi tr ng mà cáp vn
hành làm suy yu cách in polymer c'a cáp tin t$i giai o.n lão hóa, các cây in sS c
hình thành gây ánh th'ng cách in. Hin tng lão hóa XLPE kiu cây n$c lEn Eu tiên c
Myashita (Nht BQn) [1]

phát hin ra nYm 1969. Trong gEn 35 nYm nghiên c^u hin tng này ã
có rt nhiBu giQ thuyt vB cG ch phát sinh - phát trin c a ra, nhng cho t$i tn ngày nay
v_n còn nhiBu mâu thu_n, cha rõ ràng trong lí thuyt vB cG ch phát sinh và phát trin c'a cây
n$c do iBu kin phát sinh chúng rt a d.ng.
Vic nghiên c^u cG ch phát sinh và phát trin c'a cây n$c ccng nh nghiên c^u phGng
pháp h.n ch tdc & phát trin c'a chúng trong cách in polymer c'a cáp in lc có ý nghfa

XLPE, vic nhu&m màu cho cây n$c ã c tin hành tM rt s$m, gEn nh ngay sau khi các
nhà nghiên c^u phát hin ra hin tng cây n$c. TM ó n nay, ã có rt nhiBu phGng pháp
nhu&m màu c phát trin và s- d;ng. Hin t.i, phGng pháp tiêu chu,n  nhu&m màu cây n$c
ã c t ch^c CIGRE a ra v$i vic s- d;ng cht nhu&m là Methylene Blue (thudc tím).
- Hàm lng n$c ch^a trong cây n$c: Do quá trình lão hóa t nhiên, n$c sS khuch tán vào
polyme v$i m&t lng nht =nh trong iBu kin có hoKc không có các vt thm n$c trong ó.
Chrng h.n, hàm lng n$c trong PE vào khoQng 100 ppm t.i dQi nhit & môi tr ng tM 20
o
C n
50
o
C khi PE J trong tr.ng thái cân bing (equilibrium state); hàm lng n$c trong v< cách in
XLPE c'a cáp lc vào khoQng 200 ppm. Hàm lng n$c trong các cây n$c so v$i hàm lng
n$c trong PE sS cao hGn khoQng 100 lEn. Ch' yu chúng tjn t.i d$i d.ng l<ng trong các lN cây
n$c.
- Các lN rNng, kênh và  ng d_n: Theo các nhà nghiên c^u [3], cây n$c bao gjm cQ lN rNng,
kênh và  ng d_n tut thu&c vào cu trúc vt liu polyme và môi tr ng làm sinh ra chúng.
Các '(c tính 'i.n môi c1a cây n56c: Trong tr.ng thái $t cách in có hing sd in môi 
r
.
l$n hGn; tg có xu h$ng tYng J nh8ng cây n$c mKc dù không th coi cây n$c nh là kênh d_n
in. Chrng h.n, polyethylene (PE) có tg vào khoQng 0,0005, trong khi tg c'a cây n$c trong PE
có giá tr= vào khoQng 0,002.
v cách in bing polyme có nhiBu cây n$c trong tr.ng thái $t, & bBn cách in sS giQm
sút nhiBu và nó sS ph; thu&c vào s phát trin c'a cây n$c. MKc dù vy, cây n$c không phQi
là  ng ngRn m.ch, nó v_n còn gi8 c tính cht cách in J m&t m^c & nht =nh c th
hin qua giá tr= tg không l$n (tg cây n$c = 0,002) J in áp vn hành.
Hin t.i, quan im ph bin nht vB mô hình phát trin c'a lão hóa d.ng cây n$c là phân
lp các mô hình ra làm 3 d.ng chính do cha tìm ra c cG ch nht quán vB s phát trin c'a
cây n$c. xó là các mô hình in, hóa h:c và cG h:c.

Lớp bán dẫn bọc lõi dẫn điện
Lõi
Cách điện XLPE
Lớp bọc bên ngo i
Lỗ thông
Cái nơ
Hỡnh 2. Cỏc d.ng cõy n$c phỏt sinh trong l$p cỏch in polyme cỏp in lc
III. PH7NG PHP TO M8U LO HểA DNG CY NC
TRONG PHềNG TH NGHIM
Lóo húa d.ng cõy n$c trong l$p cỏch in polyme cỏp in lc do Qnh hJng mụi tr ng
v tr ng in tM l m&t d.ng lóo húa cú quỏ trỡnh phỏt trin chm. Nh cỏc nghiờn c^u
[3]
ó ch{
ra, cú m_u lóo húa d.ng cõy n$c ly tM l$p cỏch in cỏp in lc ang vn hnh thỡ th i
gian vn hnh cEn thit phQi tM m i nYm trJ lờn. Trong cụng tỏc nghiờn c^u, m&t trong nh8ng
yu td quyt =nh l th i gian thớ nghim cudi cựng a ra kt quQ v cỏc nhn =nh, ỏnh giỏ.
Vỡ vy, ó cú nhiBu phGng phỏp t.o m_u lóo húa d.ng cõy n$c trong phũng thớ nghim c
B xut trong sudt hGn 35 nYm nghiờn c^u hin tng ny nhim rỳt ngRn th i gian hỡnh thnh
cõy n$c trong cỏch in polyme. Nh8ng phGng phỏp ú g:i chung l phGng phỏp t.o m_u
lóo húa kiu tYng tdc (accelerated experiment). Theo phGng phỏp ny, m_u cỏp hoKc m_u vt
liu polyme c a vo mụi tr ng khRc nghit nh in ỏp cao, tEn sd cao, nhit & v & ,m
cao v cho tip xỳc trc tip v$i cỏc dung d=ch húa cht nh mudi nhim ,y nhanh quỏ trỡnh
hỡnh thnh v phỏt trin cõy n$c, tM ú quan sỏt v phõn tớch cỏc thụng sd c'a chỳng. PhGng
phỏp ny c li vB mKt th i gian v cho phộp cỏc nh nghiờn c^u thu thp c cỏc m_u cõy
95
n$c a d.ng ph;c v; cụng tỏc nghiờn c^u.
Trong nghiờn c^u, tỏc giQ v cỏc c&ng s ó tip cn phGng phỏp tYng tdc v B xut m&t
h$ng m$i trong vic t.o m_u lóo húa d.ng cõy n$c trong l$p cỏch in polyme c'a cỏp in
lc v$i mong mudn nghiờn c^u, phõn tớch d.ng thự hỡnh, cỏc Kc tớnh in mụi, dũng rũ c'a
cỏch in polyme b= lóo húa. xú l phGng phỏp t.o m_u lóo húa cõy n$c d>ng l? thụng xuyờn

thống điện cực
1:100
Cắt
dòng
Rơ-le
thời
gian
Nguồn AC
Điện
trở
nớc
Điện áp : kVrms; 50Hz
Thời gian : 24 giờ - 1tuần

Hỡnh 4. SG j nguyờn lớ th- nghim & lóo húa d.ng cõy n$c
Sau khi kt thỳc thớ nghim, v$i m;c ớch hin hỡnh d.ng cõy n$c khi cho quan sỏt trờn kớnh
96
hin vi, các m_u lão hóa c a vào ngâm trong dung d=ch thudc tím v$i 10% amoniac trong vòng
24 gi [5]. xdi v$i thí nghim t.o m_u cây n$c d.ng xuyên thu, ch{ ly l$p phía trên, nGi có tip
xúc v$i dung d=ch mudi và ccng là nGi xut hin các cây n$c d.ng xuyên thu. Nh8ng m_u lão hóa
này sS c s- d;ng cho các phân tích, th- nghim vB lão hóa d.ng cây n$c nh: thí nghim vB
hin tng phát nhit, các thí nghim vB o dòng rò, các Kc tính in môi, các thí nghim vB & bBn
cách in c'a m_u b= lão hóa v.v…
IV. K<T QU> QUAN SÁT M8U LÃO HÓA DNG CÂY NC
M_u vt sau khi c x- lí sS c tin hành quan sát trên kính hin vi  phân tích các
thông sd c'a cây n$c nh: mt & cây n$c phát trin trong m_u, hình d.ng và chiBu dài cây n$c.
S- d;ng phGng pháp tYng tdc nh ã mô tQ J trên t.i phòng thí nghim cao áp và hiu ^ng
các in tr ng cao t.i tr ng x.i h:c Khoa h:c K† thut Toyohashi, Nht BQn ã thu c b&
d8 liu m_u lão hóa d.ng cây n$c trên vt liu polyme dùng cho cách in cáp in lc.
Qua quan sát trên kính hin vi m_u LDPE có & dày 100 µm, cây n$c có & dài dài nht

sâu cáp, khoQng cách lRp Kt gi8a các cáp. Hay nói cách khác là trong công tác quy ho.ch thit k
l$i in s- d;ng cáp ngEm vic xác =nh rõ các iBu kin môi tr ng, khí hu; các thông sd kf thut
nh in trJ nhit c'a vt liu lp rãnh cáp, cách th^c lRp Kt cáp in sS quyt =nh n vic vn
hành an toàn n =nh và quyt =nh tui th: c'a cáp.
xdi v$i cáp in lc cách in polyme, nguyên nhân c'a m&t sd s cd  ng cáp là do hu
quQ c'a quá trình lão hóa v$i cG ch chính là hin tng lão hóa d.ng cây n$c do tác &ng c'a môi
tr ng. Qua m&t th i gian vn hành, nh8ng cây n$c tjn t.i trong cách in cáp lc phát trin thành
nh8ng kênh dài, có khi ndi ht cQ bB dày cách in. Vì có nh8ng cây n$c nh vy cho nên & bBn
cách in c'a l$p cách in polyme b= suy giQm rõ rt, khi có xung in áp tác &ng thì xác xut
ánh th'ng cách in t.i nh8ng khu vc có cây n$c là rt cao. Có th nhn =nh ring lão hóa d.ng
cây n$c phát trin m.nh trong iBu kin khí hu nóng ,m và ma nhiBu c'a Vit Nam; vì vy, vic
nghiên c^u hin tng này là m&t vic cEn thit nhim m;c ích cudi cùng là a ra nh8ng bin pháp
ngYn ngMa h8u hiu quá trình lão hóa do cây n$c trong vn hành các tuyn cáp ccng nh trong quá
trình sQn xut cáp lc.
Các h$ng nghiên c^u tip theo sS là m&t sd n&i dung chính sau:
- Hin tng phát nhit trong m_u th- nghim và o dòng rò trong m_u.
- x& bBn cách in c'a m_u lão hóa ph; thu&c theo & ,m môi tr ng xung quanh.
- ‡nh hJng c'a các cht &n trong cu trúc hóa h:c polyme lên & lão hóa d.ng cây n$c c'a
vt liu.
Trên cG sJ kt quQ nghiên c^u, B xut nh8ng cQi tin, i m$i vB mKt công ngh sQn xut cáp
lc liên quan t$i cách in polyme nhim tYng khQ nYng ch=u tác &ng c'a môi tr ng vn hành.
L2i c5m 7n. Các tác gi5 xin bày t@ sA biBt 7n cCa mình tFi GS.TS. Nagao Masayuki và GS.TS.
Hozumi Naohiro - TrL2ng #Mi hNc Khoa hNc KO thut Toyohashi, Nht B5n Qã tn tình giúp QT và
tMo QiUu kiVn QW thAc hiVn mXt s thí nghiVm vU sA hình thành cây nLFc, yBu t quan trNng 5nh
hL\ng QBn tu]i thN cCa cách QiVn XLPE.
TÀI LIU THAM KH>O
1. T. Myashita - Deterioration of Water-immersed Polyethylene Coated Wire by Treeing,
Proceeding 1969 IEEE-NEMA Electrical Insulation Conference, Boston, Sep. 1969,
tr.131-135.
2. Robert Ross - Inception and Propagation Mechanism of Water Treeing, IEEE Trans. on EI, 5

Vc Thanh HQi, Vin NYng lng, Tng Công ty xin lc Vit Nam.