Chuyên đề về cáp ngầm trung thế

Quá trình phát triển điện áp làm việc của cáp trên thế giới được thể hiện trong Hình 11. Các chủ đề chính hiện nay đối với cáp ngầm là việc nghiên cứu các biện pháp tăng khả năng tải, ví dụ cải thiện giấy cách điện hoặc dầu để giảm thiểu tổn hao điện môi và dòng điện nạp, phát triển loại cách điện mới hoặc hệ thống làm mát cưỡng bức hiệu quả, loại cáp siêu cao áp trên 500 kV... Kết quả của các nghiên cứu và phát triển được tiến hành liên tục trên đường dây một chiều đã được đưa vào sử dụng với chiều dài và công suất truyền tải lớn. Đồng thời một số loại cáp mới cũng đang được sử dụng, ví dụ như cáp ngầm cách điện bằng khí, có các miếng đệm bằng nhựa epoxi đỡ lõi dẫn, cách điện bằng khí áp suất cao (ví dụ SF6) và loại cáp tự làm mát, sử dụng khí cách điện hoá lỏng,…cũng đang được nghiên cứu, phát triển. Ngoài ra, loại cáp siêu dẫn (có điện trở bằng không tại nhiệt độ cực thấp) cũng đang được nghiên cứu, phát triển như là một giải pháp tối ưu.

CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ CHƯƠNG KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 Quá trình phát triển Cáp Điện lực Quá trình phát triển điện áp làm việc cáp giới thể Hình 1-1 Các chủ đề cáp ngầm việc nghiên cứu biện pháp tăng khả tải, ví dụ cải thiện giấy cách điện dầu để giảm thiểu tổn hao điện mơi dịng điện nạp, phát triển loại cách điện hệ thống làm mát cưỡng hiệu quả, loại cáp siêu cao áp 500 kV Kết nghiên cứu phát triển tiến hành liên tục đường dây chiều đưa vào sử dụng với chiều dài công suất truyền tải lớn Đồng thời số loại cáp sử dụng, ví dụ cáp ngầm cách điện khí, có miếng đệm nhựa epoxi đỡ lõi dẫn, cách điện khí áp suất cao (ví dụ SF6) loại cáp tự làm mát, sử dụng khí cách điện hố lỏng,…cũng nghiên cứu, phát triển Ngồi ra, loại cáp siêu dẫn (có điện trở khơng nhiệt độ cực thấp) nghiên cứu, phát triển giải pháp tối ưu 1.2 Đặc tính ưu việt đường dây truyền tải điện ngầm Cáp ngầm sử dụng số lý sau: (1) Giữ gìn cảnh quan thành phố (2) Cung cấp điện cho khu vực có nhu cầu mật độ cao (3) Trong trường hợp xây dựng đường dây không quy định an tồn chặt chẽ việc xây dựng đường dây truyền tải điện ngầm phương án tối ưu Tuy nhiên, chi phí xây dựng tuyến cáp ngầm cao việc sửa chữa cố phức tạp so với đường dây không, nên hệ thống sử dụng chủ yếu thành phố lớn vùng lân cận Mặc dù vậy, hệ thống cáp ngầm có xu hướng sử dụng không thành phố mà vùng ngoại ơ, khó khăn cơng tác đền bù ảnh hưởng đến môi trường đường dây không 1.3 Phân loại cấu trúc cáp 1.3.1 Các loại cáp sử dụng : Hiện nay, giới có nhiều loại cáp có nhiều cách phân loại chúng Việc phân loại cáp theo cấu trúc, sử dụng cho cấp điện áp từ 10kV trở lên thể Bảng 1-1 CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Trang CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ kV 500 400 300 200 100 Hình 1.1 Quá trình phát triển cáp điện lực theo điện áp giới Loạicúai 1890 1900 1910 1920 1930 Cáp cách điện giấy tẩm dầu/dầu 1940 1950 1960 Cáp tẩm dầu Cáp dầu Cáp loại ống 1970 1980 SL type Loại SL 1990 Loại H Cáp loại ống dùng dầu Cáp loại ống dùng khí Cáp dùng cao su tự nhiên Cách ®iƯn Cao su C¸p Sơ đồ 1.1 Các loại cáp nhùa/cao su Cáp dùng cao su Butyl Cáp dùng cao su EP Cáp nhùa CV Nhùa Cáp nhùa XLPE 1.3.2 Cỏp XLPE Khớ Đ ờng cáp cách điện khí Cỏp XLPE sử dụng cách điện polyethylene liên kết chéo thường khơng có lớp vỏ kim loại Cấu trúc cáp minh hoạ hình 1.1 Cáp XLPE có đặc tính ưu việt như: cách điện tốt, tổn hao điện mơi thấp, tính mềm dẻo học trọng lượng nhẹ Do loại cáp không chứa dầu, nên sử dụng dạng địa hình, kể địa hình có độ chênh cao lớn nơi có chấn động mạnh CHƯƠNG CẤU TẠO CỦA CÁP NGẦM Chương trình bày cấu tạo cáp ngầm sử dụng Công ty TNHH MTV Điện lực Đồng Nai, cáp trung thường chế tạo chất cách điện XLPE EPR Cáp cách điện pha pha có cấu tạo sau: CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Trang CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ Hình 1.1: Cấu tạo cáp ngầm trung pha cách điện XLPE Lõi cáp (dây dẫn Conductor): chế tạo đồng nhôm Lớp bán dẫn (Semi conducting screen): giải băng chất bán dẫn lớp bán dẫn định hình cách đùn kết hợp hai loại Lớp bán dẫn phải ôm sát trực tiếp lên lõi cáp Lớp cách điện XLPE (XLPE insulation): lớp cách điện XLPE chịu đựng tác động tia cực tím chống tất tác nhân môi trường Lớp bán dẫn cách điện (insu semi conducting screen): giải băng chất bán dẫn lớp bán dẫn định hình cách đùn kết hợp hai loại Lớp bán dẫn phải ôm sát trực tiếp lên lõi cáp Màng kim loại phi từ tính (Metallic screen): màng kim loại phi từ tính phải ơm sát lõi riêng biệt Lớp bọc (Bedding): lớp bọc bên tạo thành phương pháp đùn quấn ghép chồng Lớp bọc phải làm vật liệu thích hợp phải phù hợp với nhiệt độ làm việc cáp tương đương với lớp cách điện XLPE Lớp bảo vệ chống va đập học kim loại phi từ tính (Metallic wire Armour): lớp vỏ bảo vệ chống va đập học phải làm vật liệu phi từ tính như: dây điện trịn dẹp làm đồng đồng mạ thiếc, nhôm hay hợp kim nhôm băng quấn nhôm hợp kim nhôm, thép khơng rỉ Vỏ bảo vệ bên ngồi (Outer sheath): vỏ bọc bên phải nhựa dẻo (PVC, polyetylen vật liệu tương tự) hợp chất đàn hồi lưu hoá (polycloropren, clorosulphonat polyetylen vật liệu tương tự) Vật liệu làm vỏ phải thích hợp với nhiệt độ làm việc cáp phải tương đương với lớp cách điện XLPE Các thông số kỹ thuật cúa cáp cách điện XLPE: Yêu cầu kỹ thuật Tiêu chuẩn chế tạo Điện áp định mức (Um) CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Đơn vị kV 24kV 35kV IEC60502-2 12/20(24) 18/30(36) Trang CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ Điện áp chịu xung sét định mức (sóng 1,2/50s) Điện áp chịu tần số nguồn (1phút, 50Hz) Chiều dày cách điện XLPE Nhiệt độ làm việc tối đa cho phép: + Khi vận hành bình thường dịng định mức + Trong tình trạng ngắn mạch nhiều pha kVpeak kVrms mm o C 125 30 5,5 170 45 8,0 90 250 90 250 2.1 Vật liệu cáp 2.1.1 Vật liệu lõi dẫn (Conductor) Trước đây, thường sử dụng dây dẫn đồng cho đường dây không Tuy nhiên, đồng có chi phí cao nên nhà sản xuất cố gắng tìm kiếm vật liệu khác, để thay cho đồng Do dây dẫn đường dây khơng dây trần phải có đặc tính tản nhiệt tốt, nên nhơm coi giải pháp thay cho đồng, nhơm có giá rẻ hơn, có tính dẫn điện thấp đồng Tuy nhiên, sử dụng nhôm nguyên chất, khơng thể có độ bền học tương đương Do đó, dây nhơm lõi thép xoắn dây nhơm có thép tăng cường (ACSR) đưa vào sử dụng, với cấu tạo dây nhôm bện quấn xung quanh lõi thép bện Trong đó, loại dây ACSR sử dụng rộng rãi Trong trường hợp cáp chôn ngầm, sử dụng lõi nhơm, có tính dẫn điện kém, phải dùng cáp tiết diện lớn tính tản nhiệt tốt Điều làm tăng chi phí lắp đặt đường cáp Do đó, ngày thường sử dụng đồng, có tính dẫn điện tốt, làm lõi dẫn cho cáp ngầm Sơ đồ giới thiệu loại mặt cắt ngang lõi dẫn sử dụng Xu hướng sử dụng lõi dẫn tiết diện ngày lớn thể việc sử dụng cấp điện áp ngày cao cho đường dây truyền tải năm gần Trịn Dây dẫn đặc Kết khối CƠNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Trang CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ Tròn Dây dẫn bện Kết khối Tròn Dạng nén Tròn chia múi Kết khối Khi yêu cầu lõi dẫn tiết diện lớn 600 - 800mm2 (tiết diện tiêu chuẩn cáp dầu khoảng 1000mm2), đặc tính chịu uốn học lõi dẫn cần phải tăng cường Lõi dẫn tròn, bện, nén, chia múi thường sử dụng rộng rãi Loại lõi dẫn bao gồm kết hợp nhiều múi dạng nén, cách điện với vật liệu cách điện, ví dụ giấy cách điện Cáp dầu đơn lõi có ống dầu trung tâm, gọi lõi dẫn bện, tròn, rỗng Loại lõi dẫn bị ảnh hưởng hiệu ứng bề mặt lớn so với lõi dẫn bện, trịn thơng thường Hình 2.1 Mặt cắt lõi dẫn sử dụng Mặt cắt ruột dẫn – TCVN 5844:1994 Rụơt dẫn Ruột dẫn Mặt cắt danh định, mm2 50 70 95 120 CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI 150 185 240 300 400 Trang CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ Ruột làm dây nối “không” 25 35 25 35 50 35 50 70 35 70 50 70 95 50 95 70 120 95 150 185 240 Ruột làm dây nối đất 16 25 35 35 50 50 70 95 - 2.1.2 Vật liệu cách điện ( Insulation) - Là phần quan trọng cáp - Dùng để cách điện dây dẫn đất - Vật liệu cách điện thường gặp là: - Polyethylene (PE) - Polyvinylchloride (PVC) - Cross link Polyethylene (XLPE) - Ethylene Propylene rubber (EPR) Các đặc tính cách điện  Chiều dày cách điện phụ thuộc vào điện áp danh định cáp  Chiều dày điểm cáp không nhỏ giá trị danh định (0,1mm+10% giá trị danh định) (TCVN 5935-1995)  Trên bề mặt cách điện nhựa cao su khơng có vết nứt, bên khơng có lổ hổng (TCVN 5844-1994) *Chiều dày lớp phân cách chắn bán dẫn ruột lớp cách điện khơng tính vào chiều dày lớp cách điện Chiều dày cách điện XLPE, EPR cáp có điện áp đến 30kV CƠNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Trang CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ Cấu tạo vật liệu cách điện chất dẻo Với phát triển cao su tổng hợp, khó để phân biệt rõ ràng cao su chất dẻo Nói chung, cao su ethylene-propylene (EPR) cao su butyl coi cao su, PE XLPE chất dẻo Các loại vật liệu có đặc tính điện tốt sản xuất khối lượng lớn, với chi phí thấp Đây lý để chất dẻo trở thành vật liệu cách điện chủ yếu cáp lực (a) Polyethylene (PE) PE chất dẻo có giá thành rẻ, lại có đặc tính điện tốt, với hệ số tổn hao điện mơi (tan •) thấp Nó có điện trở suất độ bền cách điện cao ổn định Do đó, trở thành vật liệu cách điện phổ biến cáp lực Ngồi ra, cịn có khả chịu đựng khí ozon, phóng điện corona điều kiện thời tiết tốt Tuy nhiên, có hạn chế bị mềm nhiệt độ 105 - 115° Do đó, PE vận hành giới hạn với nhiệt độ lõi dẫn liên tục tối đa cho phép 75°C Hình 2.2 Cấu trúc phân tử polyethylene (b) Polyethylene liên kết chéo (XLPE) XLPE có cấu trúc phân tử dạng lưới, liên kết chéo phân tử PE CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Trang CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ Hình 2.3 Cấu trúc phân tử XLPE XLPE có đặc tính cao so với PE, có khả chịu nhiệt độ bền học tốt Ngồi ra, đặc tính tương tự PE, đặc tính điện, số điện môi, hệ số tổn hao điện môi (tan •) độ bền đánh thủng điện Do đó, XLPE sử dụng trường hợp nhiệt độ lõi dẫn liên tục cao cho phép 90°C XLPE có đặc tính vật lý như: độ dẻo nóng, khả chịu phá huỷ nhiệt khả chống nứt, vỡ tốt so với PE XLPE thường sử dụng làm vật liệu cách điện cho cáp XLPE 2.1.3 Vật liệu chắn (Screen) Màn chắn lõi (Conductor Screen) Màn chắn lõi cáp lõi nhiều lõi bao gồm: • Màn chắn ruột dẫn điện (Conductor Screen) • Màn chắn cách điện (Insulation Screen) - Màn chắn ruột dẫn điện (conductor screen): - Làm vật liệu phi kim lọai - Dạng dãi băng chất bán dẫn bán dẫn định hình phương pháp CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Trang CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ đùn kết hợp hai lọai - Làm giảm chổ trống dây dẫn cách điện (nhằm giảm phóng điện cục bộ) - Màn chắn cách điện (insulation screen): - Để giảm khoảng trống cách điện kim loại (shield), giảm phóng điện tia lửa đánh thủng - Làm giảm cường độ điện trường - Màn chắn cách điện phải bao gồm phần bán dẫn phi kim lọai kết hợp với phần kim lọai - Phần phi kim lọai phải áp sát trực tiếp lên cách điện lõi - Phần kim lọai (màn chắn kim lọai) phải áp sát lõi riêng lẽ cụm lõi Tác dụng lớp bán dẫn cáp XLPE Để đảm bảo ổn định đặc tính điện lớp chắn đặt lõi dẫn cách điện Lớp bán dẫn cáp XLPE bao gồm lớp chắn dây dẫn (inner semi conductor) lớp màng chắn bọc ngòai lớp cách điện (outer semi conductor) Chức chúng gồm: (1) Che kín khe hở lõi dẫn vật liệu cách điện lớp chắn với vật liệu cách điện nhằm ngăn chặn phóng điện cục bộ, (2) Làm giảm cường độ điện trường (làm giảm gradient điện áp bề mặt cực nối đất (vỏ kim loại)) Do đó, làm tăng khả chịu đựng điện áp xoay chiều điện áp xung sét cáp Hình 2.4 Phân bố điện trường quanh lõi dẫn điện cáp Lớp bán dẫn cáp XLPE thường sử dụng băng vải bán dẫn, cao su bán dẫn lớp chất dẻo, lớp ép đùn đồng thời với cách điện Các vấn đề tồn tạp chất lồi lõm biên lớp bán dẫn loại bỏ phương pháp ép đùn, với lớp ép đùn lúc 2.1.4 Vật liệu làm màng tiếp đất-(Ground Screen) Gồm vài băng quấn dây bện lớp bọc đồng trục sợi dây kết hợp sợi dây băng quấn CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Trang CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ Công dụng : Ngăn không cho điện trường khỏi cáp Tạo phân bố điện trường cáp Ngăn ngừa điện áp cảm ứng bên vào cáp từ cáp bên ngồi Tạo đường cho dịng cân pha dòng điện ngắn mạch Ngăn ngừa điện giật So sánh vật liệu màng kim loại khác Vật liệu Độ kín nước Sự dãn co nhiệt Hướng xuyên tâm Hướng Dòng cố Xếp loại dọc trục Dãi đồng Kém Tuyệt vời Tốt Tuyệt vời Băng đồng Kém Khá Khá Khá Dây đồng Kém Tuyệt vời Tuyệt vời Tốt Vỏ nhôm Tuyệt vời Tuyệt vời Tốt Tuyệt vời Vỏ chì Tuyệt vời Khá Khá Khá  : Tuyệt vời  Kém 2.1.5 Vật liệu làm vỏ (áo giáp) kim loại (Mettalic wire Armour) Các lọai áo giáp kim lọai: áo giáp dây dẹt, áo giáp dây tròn, áo giáp băng quấn kép Bảo vệ thêm cho cáp không bị hư hỏng từ lực bên Sử dụng cáp ngầm biển hay cáp ngầm chôn trực tiếp Nhược điểm: làm tổn thất cáp cao Chức lớp vỏ kim loại: vỏ kim loại sử dụng để bảo vệ vật liệu cách điện, trả dòng đất tạo chắn điện Do đó, chúng phải có độ bền định, khả chống ăn mòn, độ mềm dẻo, ngăn nước dẫn điện Chúng phải dễ gia cơng máy q trình chế tạo - Vỏ chì thường dùng cho cáp biển khả chống ăn mịn - Nhơm thép khơng rỉ có đặc tính giãn dài tốt so với chì hợp kim chì Vỏ nhơm sử dụng cho cáp chôn ngầm thông thường Thép không rỉ, với điện trở suất cao, thường sử dụng cho cáp XLPE tiết diện lớn, để giảm tổn thất vỏ, so với vỏ nhơm CƠNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Trang 10 CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ Bảng 2.1 Đặc tính vỏ kim loại bảo vệ Đặc tính Nhơm Mật độ [g/cm2] 11.3 2.70 Nhiệt độ chảy [°C] 327 660 0.0309 29.1 ´ 106 0.22 23.7 ´ 106 8.03 1,399 ~ 1454 0.12 17.3 ´ 106 0.0827 0.503 0.0388 0.178 1.8 ~ 2.0 45 8.5 33 59 55 33.0 42.5 1.8 ´ 103 7.2 ´ 103 19.7 ´ 103 18.0 ´ 103 22 2.83 72 18 7.8 60.9 2.4 9.5 1.0737 0.0932 - 0.2894 3.865 0.336 - 1.042 33.9 2.9 - 9.1 Thông số Tỷ nhiệt [cal, 20°C] Hệ số giãn nở cáp [1/°C, 20°C] Nhiệt dẫn suất [cal/cm×s×°C] Sức căng [kg/mm2] Độ giãn dài [%] Cơ Hệ số giãn nở [kg/mm2] Điện trở suất Điện [W××cm] Hằng số điện mơi [%] Điện hố tương đương [mg] Điện Số lượng điện phân hoá 1Ah [g] Số lượng điện phân 1A-năm [kg] Vật lý Thép khơng Thép rỉ (tham khảo) (SUS 304) Hợp kim chì 7.86 1,530 0.11 11.7 ´ 10-6 2.1.6 Vỏ bọc phi kim loại (Non-mettallic Sheath; Jacket) CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Trang 11 CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ Thường gọi Non-metallic sheath hay jacket, để bảo vệ màng kim loại khỏi ăn mòn hư hỏng khí suốt q trình lắp đặt Các điều kiện để bảo vệ chống ăn mòn bao gồm: đặc tính cách điện ổn định lâu dài, khả chống nước hoá chất tốt độ ổn định hoá chất lâu dài  Độ ổn định tuổi thọ chịu đựng thời tiết tốt  Khả chống hao mòn uốn cong tốt Hiện nay, hai loại vật liệu chống ăn mòn thường sử dụng cho cáp lực bao gồm: polyvinyl chloride (PVC) polyethylene (PE) (1) Polyvinyl chloride (PVC) PVC có đặc tính điện chịu hố chất tốt Nó có đặc tính chậm cháy, có gốc chlorine cấu trúc phân tử Cũng thay đổi đặc tính cách trộn lẫn chất làm mềm dẻo Ngoài ra, PVC cịn gia cơng cắt gọt dễ dàng có giá thành thấp Do đó, sử dụng làm vật liệu bảo vệ chống ăn mòn cho cáp ngầm cách rộng rãi Nói chung, PVC chia làm độ cứng: mềm, nửa cứng cứng Khi cần phải có độ bền học độ mềm dẻo, sử dụng loại PVC mềm nửa cứng Tại số địa điểm đặc biệt, cần phải lưu ý PVC có độ bền so với PE Tại nhiệt độ thấp, PVC trở nên giịn, dễ vỡ Do đó, cần phải đặc biệt lưu ý rải cáp PVC điều kiện nhiệt độ thấp Điện Cơ Bảng 2.2 So sánh vật liệu chống ăn mịn Thơng số PVC PE Điện áp chịu đựng 20 ~ 30 35 ~ 50 [kV/mm] Điện trở suất [W××cm] 1,012 ~ 1,015 1,018 Lực căng [kg/mm2] 1.0 ~ 2.5 1.2 ~ 1.5 Độ giãn dài [%] 100 ~ 300 500 ~ 700 Ô Ă Chng mũn Ă Ă Chu thi tit Ô Ô Chu lnh (cú th đến -15°C) (có thể đến -40°C) ¡ Chịu nhiệt ´ Ă Ô Chng nc Ă Ô Du la, du nng Ă Benzol Ă Ô Axit Sulfuric Chu du Chu hoỏ Ă Ô Sodium hydroxide cht Ô : c tớnh cực tốt: ¡ : Đặc tính phù hợp thực tế: ´ : Đặc tính khơng phù hợp (2) Polyethylene (PE) PE có đặc tính điện tốt Nó có khả chịu dầu hố chất, đặc tính tốt Nó thường sử dụng để làm vật liệu chống ăn mòn Do cấu trúc phân tử có cacbon hydro, có nhược điểm khơng có đặc tính CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Trang 12 CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ chậm cháy chống cháy Đối với cáp ngầm thông thường, chủ yếu sử dụng PVC Trong năm gần đây, có loại PE bổ sung đặc tính chậm cháy Tuy nhiên, đặc tính khác loại vật liệu lại khơng tốt loại khơng có tính chậm cháy Do PE có tính chống thấm cao nhiều so với PVC, PE thường sử dụng cho cáp biển 2.1.6 Lớp bọc phân cách ( Được đặt giữa, Màng cách điện màng kim loại (bằng bán dẫn), Màng kim loại màng phi kim loại (bán dẫn hay không bán dẫn)) - Khi chắn kim lọai lớp áo giáp làm kim lọai khác chúng phải phân cách lớp bọc không thấm nước - Dùng để bảo vệ tăng cường, tránh xâm nhập nước theo chiều dọc cáp - Làm băng quấn liên kết bột phấn phồng to 2.1.7 Trường hợp cáp điều kiện đặc biệt Đối với cáp phải chịu áp lực lớn, ví dụ cáp biển cáp rải hầm lò, thường sử dụng sợi thép chịu sức căng Đặc biệt, cáp biển, phải rải từ cao xuống Và để sửa chữa, cáp kéo lên từ đáy biển, lên tàu Quá trình gây lực học bên lớn, tạo nên sức căng lực nén lên cáp Sau cáp rải, cáp lại bị hao mòn đá sỏi biển, chịu ảnh hưởng thuỷ triều Nó bị hư hỏng dụng cụ đánh bắt cá mỏ neo tàu Việc sử dụng vỏ bọc cho cáp nhằm bảo vệ cáp tác động bên ngồi nói Khi cáp rải lúc với lên xuống nhanh thuỷ triều, dòng điện cảm ứng chạy vỏ bọc thành phần lực từ thẳng đứng từ trường trái đất dòng thuỷ triều đó, cáp phải chịu ăn mịn điện phân, ngồi khả chịu ăn mịn thơng thường Biện pháp thơng thường sử dụng dây thép làm vỏ bọc Để tránh tổn hao dòng xoay chiều vỏ, sử dụng cáp đồng, nhôm nhơm chống ăn mịn CHƯƠNG CÁC KHUYẾT TẬT CỦA CÁP (xem hình sau) Các chỗ nhơ lớp bán dẫn Chổ trống lớp cách điện bán dẫn, vỏ dây dẫn vỏ cách điện Chỗ trống Hơi ẩm Tạp chất (kim loại, hổ phách…) CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI  Dùng lớp vỏ bán dẫn phẳng  Đùn chung tất lớp  Phương pháp liên kết chéo lưu hóa khơ  Dùng chất polyethylene siêu  Hệ thống khép kín trình đùn Trang 13 CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ Cây nước từ màng dây dẫn Cây nước từ màng cách điện Cây điện gây phóng điện tia lửa Cây cà vạt nơ CHƯƠNG CÁC PHỤ KIỆN CỦA CÁP ĐẦU CÁP TRUNG ÁP KIỂU PLUG-IN CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Trang 14 CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ ĐẦU CÁP TRUNG ÁP KIỂU PLUG-IN ĐẦU CÁP TRUNG ÁP KIỂU OUT-DOOR ĐẦU CÁP TRUNG ÁP KIỂU IN-DOOR SỬ DỤNG CHO CÁP ĐƠN (KHÔNG SỬ DỤNG CHẠC VÀ TAI CÁCH ĐIỆN) CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Trang 15 CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ Nguyên lý điều khiển Điện trường Hộp đầu cáp hộp nối cáp - Phương pháp hình học * Trường phân phối nhờ vào khối ứng suất hình nón (stress cone) với phận làm lệch gắn liền bên (làm chất bán dẫn) Điều làm giảm ứng suất điện bờ mép bán dẫn cáp - Phương pháp điện trở (điện trở phi tuyến) * Cuối đầu cáp bao phủ lớp điều khiển trường, thường đệm lót mà điện dẫn suất biến thiên theo điện trường lớp điều khiển trường đảm bảo phân bố đường đẳng MÀN CHẮN CÁCH ĐIỆN ĐK ỨNG SUẤT CÁCH ĐIỆN CHƯƠNG : CÁC BIỆN PHÁP TĂNG KHẢ NĂNG TẢI CỦA CÁP Để tăng khả tải cáp, cần phải sử dụng điện áp truyền tải cao dòng lớn Khi sử dụng dịng lớn hơn, có số biện pháp cho phép điều này, bao gồm biện pháp giảm tổn thất công suất sử dụng hệ thống làm mát Bảng 2.5 Các biện pháp tăng khả tải cáp Phân loại Biện pháp Giảm tổn thất Sử dụng lõi dẫn tiết diện lớn Giảm tổn thất lõi dẫn Lõi dẫn bện cách điện Giảm tổn thất vỏ Sử dụng lõi dẫn tiết diện lớn CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Trang 16 CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ Các biện pháp khác Làm mát Làm mát trực tiếp Làm mát Tản nhiệt Làm mát gián tiếp Lựa chọn cấu hình bố trí cáp Sử dụng giá đỡ khơng từ tính Sử dụng cáp làm mát Tunne l Ống Tunne l Ống Biện pháp khác Biện pháp khác Điểm nóng Cáp làm mát trực tiếp nước tuần hoàn -ntLàm mát thơng gió Làm mát ống tuần hồn nước Làm mát ống tuần hoàn nước đặt máng Làm mát ống tuần hoàn nước đặt gần ống Sử dụng ống nhiệt Giảm độ dầy cách điện cáp XLPE Sử dụng cáp nhiệt độ cực thấp cáp siêu dẫn Giảm tổn thất Tổn thất cáp bao gồm tổn thất lõi dẫn, tổn thất điện môi tổn thất vỏ Làm giảm tổn thất tăng khả tải (i) Tổn thất lõi dẫn Giảm điện trở xoay chiều lõi dẫn cách sử dụng lõi dẫn lớn coi biện pháp Các biện pháp khác bao gồm: giảm hiệu ứng gần việc tách pha giảm hiệu ứng bề mặt cách sử dụng lõi dẫn cách điện bện  Dùng lõi dẫn tiết diện lớn Từ năm 1945 đến 1955, lõi dẫn tròn sử dụng Những năm đầu thập kỷ 1950, công nghệ lõi dẫn nén sử dụng làm cho đường kính lõi dẫn trở nên nhỏ Lõi dẫn trịn nén, lõi dẫn hình quạt nén, lõi dẫn phân bốn bắt đầu sử dụng Trong thập kỷ từ 1955 đến 1965, lõi dẫn phân sáu bắt đầu sử dụng với dải tiết diện từ 1,000 đến 1,200mm Hiện tại, tiết diện lớn cáp XLPE 3,500mm2 cáp dầu 2,500mm2  Lõi dẫn bện cách điện Lõi dẫn bện cách điện sử dụng ôxit đồng tráng men lên sợi dẫn múi lõi dẫn để giảm hiệu ứng bề mặt Đây biện pháp hiệu việc kiểm soát độ tăng điện trở AC lõi dẫn Việc giảm hiệu ứng bề mặt đặc biệt hiệu lõi dẫn bện cách điện, tiết diện lớn Do đó, thực tế thường sử dụng sợi lõi dẫn cách điện cho cáp tiết diện lớn 2,500mm2 CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Trang 17 CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ Bảng 2.6 So sánh dòng cho phép lớn lõi dẫn bện cách điện lõi dẫn thường Mục Loại cáp Kiểu lắp đặt Dòng cho phép (A/circuit) Ghi Mục Loại cáp Kiểu lắp đặt Dòng cho phép (A/circuit) Lõi dẫn bện cách điện Lõi dẫn thường 275kV POF ´ 2,500 mm2 Chơn trực tiếp 1,670 1,570 Dịng cho phép điều kiện làm mát Lõi dẫn bện cách điện Lõi dẫn thường 66kV XLPE ´ 3,500 mm2 Trong ống 2,830 2,460 (ii) Giảm tổn thất vỏ Tổn thất vỏ bao gồm tổn thất mạch vỏ tổn thất dịng xốy vỏ Có số biện pháp giảm tổn thất + Tổn thất mạch vỏ phụ thuộc vào hệ thống nối đất Thông thường, tổn thất loại bỏ cách sử dụng phương thức nối đất đảo vỏ, tuyến cáp dài, nối đất điểm, tuyến ngắn, ví dụ đường cáp nối nhà + Tổn thất dịng xốy vỏ phụ thuộc vào loại chất lượng vật liệu vỏ Giá trị tổn thất thay đổi đáng kể tương ứng với điện trở vật liệu vỏ Trước đây, thường sử dụng vỏ chì với điện trở cao cho cáp dầu Tuy nhiên, nay, vỏ nhôm sử dụng rộng rãi cho cáp dầu cáp XLPE với lớp kim loại chống nước có độ bền lớn trọng lượng nhẹ Tuy nhiên, vỏ nhơm có điện trở cao, gây phần lớn tổn thất dịng xốy Bảng 2.7 So sánh khả tải cáp vỏ thép vỏ nhôm Mục Vỏ thép không rỉ Vỏ nhôm 275kV CSZV 275kV CAZV Loại cáp ´ 2,500 mm2 ´ 2,500 mm2 Tách pha Điều kiện lắp đặt Cấu hình tam giác (K/cách pha 240mm) Dịng cho phép 1,740 1,540 (A/mạch) Tổn thất vỏ 5.88 43.93 Vì lý này, vỏ thép nghiên cứu sử dụng làm vỏ kim loại cho cáp XLPE Nó làm mỏng có ưu điểm độ bền cao vỏ chì có điện trở cao vỏ nhơm Cáp vỏ thép khơng rỉ địi hỏi phải chế tạo vỏ dây dẫn dòng ngắn mạch dẫn riêng qua vỏ thép không rỉ  Lựa chọn cấu hình bố trí cáp Thơng qua việc chọn cấu hình bố trí cáp tối ưu biện pháp thiết kế làm giảm tổn thất vỏ Có ba cấu hình bố trí cáp: cấu hình tam giác, tách pha chia pha Sau so CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Trang 18 CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ sánh tổn thất vỏ, điện môi lõi dẫn với loại cấu hình bố trí cáp bố trí thứ tự pha khác Hình 2.8 Các cấu hình bố trí cáp Sự thay đổi cấu hình bố trí cáp khơng ảnh hưởng nhiều đến tổn thất lõi dẫn điện môi Nhưng tổn thất vỏ giảm đáng kể theo cấu hình bố trí cáp Sự thay đổi cách bố trí pha làm giảm tổn thất + Cấu hình bố trí cáp chia pha biện pháp hiệu việc tăng khả tải cáp Ngoài ra, việc thay đổi thứ tự pha cách hiệu để tăng công suất truyền tải + Đối với cấu trúc tam giác, từ trường triệt tiêu lẫn dòng ba pha xoay Tr/hợp Tr/hợp (a) Trường hợp cấu hình tam giác, tách pha (khoảng cách pha S = 240mm) Tr/hợp Tr/hợp (b) Trường hợp chia pha (khoảng cách pha S = 400mm) chiều Ngược lại, cấu hình bố trí cáp không làm cho từ trường triệt tiêu nhiều, tổn thất lớn Do đó, cần phải xem xét biện pháp nhằm triệt tiêu từ trường CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Trang 19 CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ (b) Ngăn chặn điểm nóng Các đoạn cáp ngầm với nhiều sợi cáp đặt gần nhau, ví dụ mương cáp trạm biến áp, trở thành điểm hạn chế khả tải hệ thống Đôi phân đoạn cáp lại có kết cấu làm ngăn cản nhiệt sợi cáp song song gần Trường hợp xảy ống cáp đường tàu điện ngầm ống cấp nhiệt Những vị trí dễ trở thành điểm cản trở khả tải gọi điểm nóng Một biện pháp để ngăn chặn điểm nóng lắp đặt hệ thống làm mát cho ống nhiệt Các điểm nối cáp đặt trời trở thành điểm nóng Để ngăn chặn vị trí trở thành điểm nóng, sử dụng biện pháp kết nối với nhiệt trở thấp Ống nhiệt Hình 2-9 Minh hoạ việc lắp đặt ống nhiệt Làm mát ống nhiệt Các ống nhiệt phận chuyển nhiệt đó, chất làm mát ống kín tạo vịng tuần hồn bay - chuyển - ngưng tụ - hoá lỏng Bằng cách này, vận chuyển nhiệt mà khơng cần chênh lệch nhiệt độ Do hệ thống ống nhiệt trì dễ dàng khơng phải di chuyển phận, sử dụng để làm mát cho cáp phận chúng Khi có điểm nóng tuyến cáp, yêu cầu truyền tải hệ thống đảm bảo, cách lắp đặt ống nhiệt gần điểm nóng, để tải phần nhiệt cáp sinh ra, làm tăng cường tản nhiệt đất nhiệt độ thấp khơng khí (c) Giảm độ dầy cách điện cáp XLPE Điện áp sử dụng cáp có xu hướng ngày tăng nhằm đạt công suất truyền tải cao Cùng với xu hướng đó, cáp XLPE có điện áp truyền tải ngày cao, với dự án xây dựng đường cáp dài 500kV triển khai Với phát triển công nghệ truyền tải cao áp, đạt số thành tựu việc phát triển công nghệ chể tạo tăng cường tiêu chuẩn quản lý chất lượng cáp XLPE Điển hình việc đạt chất lượng cao loại bỏ ba loại nhược điểm: độ không tinh khiết, lỗ trống lồi lõm vật liệu cách điện Do đó, CƠNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI Trang 20