Giúp ngành điện chống lại "thiên lôi"

Nhằm hạn chế thiệt hại về tài sản do sét đánh qua đường dây điện, TS Nguyễn Cao Thịnh (sinh năm 1938) đã dành cả đời mình để nghiên cứu vật liệu làm van chống sét. Năm 2003, nhóm kỹ sư do ông đứng đầu đã chế tạo thành công gốm ZnO - vật liệu dùng làm van chống sét 35 kV. Công trình đoạt giải ba Vifotec 2005.

Cả đời "say" vật liệu mới ZnO

Theo đánh giá của các nhà khoa học, Việt Nam là một trong ba tâm giông sét mạnh của thế giới. Trong vòng một năm, ở nước ta có tới hàng triệu cú sét. Sét đánh thường gây hậu quả nghiêm trọng, đặc biệt là đối với hệ thống lưới điện. Chính vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng các thiết bị chống sét có hiệu quả là rất quan trọng.

Năm 1966, sau khi tốt nghiệp Khoa Điện Trường ĐH KT Tổng hợp Thanh Hoa, Bắc Kinh (Trung Quốc), Nguyễn Cao Thịnh về nước làm việc tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới (Viện Khoa học Việt Nam). Năm 1978, ông bảo vệ thành công luận án Tiến sĩ kỹ thuật điện tại Cộng hòa Dân chủ Đức. Năm 1983, khi được Viện Kỹ thuật nhiệt đới cử sang Pháp học hỏi và trao đổi kinh nghiệm, TS Nguyễn Cao Thịnh nhận thấy vật liệu làm van chống sét của nước bạn rất hữu ích. Về nước, ông hằng đêm suy nghĩ tìm kiếm tài liệu, quyết tâm chế tạo bằng được vật liệu này. Sau nhiều ngày miệt mài làm việc, ông phát hiện loại vật liệu này cần tới 11 loại nguyên liệu phối trộn vào nhau. Trong đó, ôxit kẽm (ZnO) chiếm tới 90-95%, phối trộn cùng ôxit côban (Co₃O₄), ôxit ăng-ti-moan (Sb₂O₃), ôxit ma-giê (MgO), ôxit crôm (Cr₂O₃), ôxit măng-gan (MnO₂)....

Đến năm 1986, TS Nguyễn Cao Thịnh được giao làm chủ nhiệm đề tài 48D.05.01 (1986-1990), "Nghiên cứu chế tạo V-ZnO và van chống sét CSZ-10T" (CSZ-10T: Van chống sét ZnO 10kV ở nước nhiệt đới). Đề tài đầu tiên về loại vật liệu mới này đã thành công và được hội đồng nghiệm thu đánh giá cao.

Từ đó đến nay, TS Nguyễn Cao Thịnh tiếp tục là chủ nhiệm đề tài nhiều công trình nghiên cứu như KT 05.2.10 - Các thành phần hóa học và chuyển pha vi cấu trúc của MOV-điện trở phi tuyến ZnO (1996-1998); Đề tài độc lập RD 14.91/HĐKHCN1991-1992- Thử nghiệm Van chống sét V-ZnO (loại có khe hở) có đo đếm sét trên lưới điện. Chủ trì biên soạn tiêu chuẩn van chống sét TCVN 5717-1993...

Tháng 1-1999, sau khi nghỉ hưu, TS Nguyễn Cao Thịnh về làm Phó giám đốc Công ty Thiết bị điện Đông Hưng (Đông Anh, Hà Nội). Năm 2002, ông lại nhận một thử thách mới: Chủ nhiệm đề tài 01C.01/14-2002-2, Chương trình KHCN 01C.01 TP Hà Nội: Nghiên cứu nâng cao chất lượng và hoàn thiện công nghệ chế tạo vật liệu mới gốm ZnO làm van chống sét 35 kV. Đề tài đã được nghiệm thu cấp thành phố (15-8-2003) và được đánh giá xuất sắc.

Hữu ích của gốm ZnO

Van chống sét là một thiết bị an toàn cho hệ thống lưới điện, khi dòng điện bị sét đánh quá điện áp, van sẽ tự động đẩy dòng điện quá tải xuống dưới đất giữ an toàn cho thiết bị điện. Những van chống sét được dùng ở nước ta trước đây thường được làm bằng vật liệu V-SIC (carbonsilic) nhập ngoại: Đây là loại vật liệu có điện trở thấp, dòng dò xuống đất lớn, khi làm van chống sét phải có khe hở đi kèm, khi có dòng điện cao dễ gây cháy nổ thiết bị.

Sau nhiều năm nghiên cứu, TS Nguyễn Cao Thịnh cho rằng, sử dụng gốm ZnO làm van chống sét 35 kV sẽ tăng khả năng hấp thụ năng lượng quá áp trên một đơn vị thể tích lớn, dòng dò rất nhỏ, thời gian đáp ứng để cất biên độ quá điện áp giảm nhiều lần. Ngoài ra, gốm ZnO sẽ không gây ra đột biến điện áp như ở van chống sét có khe hở bằng vật liệu V-SIC.

"Vật liệu mới, gốm ZnO, không chỉ có khả năng cách điện mà còn giúp thu nhỏ kích thước, trọng lượng của van chống sét (van chống sét làm bằng vật liệu V-SIC nhập ngoại nặng 70kg còn van chống sét được làm bằng vật liệu gốm ZnO nặng 8kg), điều đó làm giảm chi phí vận chuyển và bảo quản sửa chữa. Ngoài ra, gốm ZnO giúp giảm 30% giá thành so với sản phẩm nhập ngoại". - Ông Đào Đức Thanh, Giám đốc công ty TNHH Thiết bị điện Đông Hưng cho biết.

Điều quan trọng trong quy trình sản xuất ra gốm ZnO chính là quá trình phối trộn nguyên liệu. Phải thực hiện phối trộn làm sao để thành phần các chất phân bố đồng đều, tạo ra một khối gốm có khả năng dẫn điện đồng đều. Sau đó, nguyên liệu sẽ được chuyển lần lượt sang bộ phận cân ép, nung kết, phủ cực (mạ bạc hoặc nhôm), thử nghiệm, lắp vào vỏ cách điện được làm bằng sứ (chế tạo tại nhà máy sứ công nghiệp Yên Bái). Thử van chống sét là công đoạn cuối cùng. Loại van chống sét này đã được sử dụng tại các trạm điện ở Hà Nam, Thái Nguyên, Hưng Yên, Hà Tĩnh... và đều cho phản hồi tốt.

Không chỉ chống sét cho các nhà máy điện, các trạm phân phối điện, TS Nguyễn Cao Thịnh và đồng nghiệp đã chế tạo ra van chống sét loại nhỏ, phù hợp hộ gia đình với giá thành 45.000 đồng/bộ, được đông đảo người dân sử dụng.

Ông Phạm Đăng Dĩnh, chủ cơ sở sản xuất chuyên tái chế sắt phế liệu thành phôi - sắt ở huyện Đông Anh cho biết: "Tôi đã tìm mua thiết bị van chống sét của nước ngoài nhưng nó không phù hợp với điều kiện làm việc với sức nóng hàng nghìn độ của lò nấu cán phôi sắt. Đến khi sử dụng sản phẩm van chống sét bằng vật liệu MOV-ZnO, rủi ro từ "ông Thiên lôi" đã giảm hẳn".

Tuy sắp bước vào ngưỡng của cái tuổi "cổ lai hy", nhưng ngọn lửa đam mê sáng chế của nhà khoa học này vẫn còn cháy bỏng: TS Nguyễn Cao Thịnh còn muốn tiếp tục phát triển loại van chống sét có cấp điện áp 110 - 220 kV. Chúng tôi tin rằng, ý định của nhà khoa học cả đời say mê với vật liệu mới làm van chống sét ấy sẽ trở thành hiện thực.