đồ án i đường dây điện ngầm cấp điện áp từ 110kv trở lên

- Đơn giản về thiết kế,chế tạo và quản lý vậnhành.- Sự cố đường dây trênkhông hầu hết là sự cốthoáng qua, do đó có thểkhôi phục quá trìnhcung cấp điện bằng thiếtbị tự động đóng lại.Mất đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN I

Đường dây điện ngầm cấp điệnáp từ 110kV trở lên

NGUYỄN HỮU DŨNG – 20191476NGUYỄN PHI HÙNG – 20191521NGUYỄN XUÂN QUÝ – 20191604LÊ TUẤN THÀNH – 20191620NGUYỄN DUY TIÊN – 20191628

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 CÁC QUI ĐỊNH CHUNG 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.2 Sử dụng các định dạng văn bản theo qui định 1

1.2.1 Qui định về căn lề văn bản 1

1.2.1 Tạo lề cho văn bản in 2 mặt 3

1.2.2 Tạo chương mới 3

1.3 Tạo tham chiếu chéo giữa các đoạn văn bản 11

1.4 Tạo danh mục tài liệu tham khảo 11

1.5 Cập nhật lại các chú thích và tham chiếu 15

3.2 Hướng phát triển của đồ án trong tương lai 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

PHỤ LỤC 25

DANH MỤC HÌNH VẼ

Bảng 1.1 Thống kê các thiết bị và giá thành 8

I Các đường dây cáp ngầm

1 Các đường dây cáp ngầm ở Việt Nam

Điện là nguồn năng lượng vô cùng cần thiết và quan trọng đối với con ngườingày nay Ngành công nghiệp điện trên thế giới cũng phát triển hơn từng ngày.Bởi các nhà sản xuất không ngừng cải tiến và cho ra đời các dòng sản phẩm dâycáp điện tốt hơn, chất lượng hơn.

Dây cáp điện có rất nhiều loại, mỗi loại sẽ được thiết kế để áp dụng riêng chotừng mục đích sử dụng khác nhau như: cáp điện ngoài trời, cáp điện nguồn, cápđiện ngầm

Cáp điện ngầm là một loại cáp điện được chôn ngầm dưới đất Cáp điện ngầmcũng giống như các loại dây cáp điện khác đều có cấu tạo là lõi dây dẫn bêntrong bằng kim loại như đồng(Cu), nhôm(Al), lớp cách điện XLPE và lớp vỏ bọcbên ngoài là nhựa PVC.

Một số đường dây có cấu trúc hỗn hợp đi qua các môi trường khác nhau:Năm Tuyến đường dây Tổng

chiều dài Cáp Trên không2004 220kV Nhà Bè –

Tao Đàn 6,3 km Ngầm: 6,3 km 0 km2010 220kV Đình Vũ –

Hải Phòng

15 km Ngầm: 552 m 14,4 km2016 110 kV Thanh

Xuân – Hà Đông

2,7 km Ngầm: 372 mTrên cầu: 19 m

2,3 km2016 110kV quận 8 –

Chánh Hưng

4,03 km Trên cầu: 130 m 0 km2016 110kV Thành

Công – Hà Đông

3,67 km Trên cầu: 30 m 0 km2016 110kV Hà Tiên –

Phú Quốc

53 km Ngầm: 45,1 km 7,9 km

II.Kết cấu và đặc điểm đường dây điện cáp ngầm

1 Kết cấu và đặc điểm đường dây điện ngầm

Đường dây trên không Đường dây cáp ngầmƯu điểm - Khoảng cách truyền tải

điện xa hơn.

- Chúng không bị hạn chếbởi địa hình.

- Mỹ quan.

- Không sử dụng mặt bằng lớn.- Vận hành không phụ thuộc thời

tiết( Giông, bão, lốc xoáy…)

- Đơn giản về thiết kế,chế tạo và quản lý vậnhành.

- Sự cố đường dây trênkhông hầu hết là sự cốthoáng qua, do đó có thểkhôi phục quá trìnhcung cấp điện bằng thiếtbị tự động đóng lại.

Mất điện trong thờigian ngắn hơn.- Chi phí về cách điện và

vật liệu nhỏ hơn.- Trong cùng điều kiện,

đường dây trên khôngtản nhiệt tốt hơn.

không sử dụng dây dẫntrần và có thể gây hưhỏng nếu chúng đứt.- Gây mất mỹ quan nhất

là khi sử dụng trong cácthành phố.

- Chi phí bảo dưỡng củađường dây cao hơn.- Tổn thất điện áp đường

dây trên không lớn hơn.

- Sử dụng cáp ngầm sẽ tốn kémhơn so với truyền tải trênkhông về mặt xây dựng.- Sự phát nhiệt trong cáp ngầm

là một vấn đề Do đó, tiết diệndây dẫn lớn hơn, cách điện chocáp phải đủ tốt, dẫn tới chi phílớn.

- Hạn chế sử dụng cáp ngầm chocấp điện áp 35kV.

- Do khoảng cách pha – pha, pha– đất nhỏ dẫn tới thành phầndung kháng của cáp ngầm lớnhơn đường dây trên không.

2 Những nơi thích hợp lắp đặt cáp ngầm.

Cáp ngầm thường được sử dụng ở những vị trí như:

- Khu vực đô thị đông đúc: việc sử dụng đường dây trên không sẽ chiếm diệntích và dễ gây nguy hiểm đến tính mạng con người.

- Những khu vực quan trọng về mặt cảnh quan: lắp đặt cáp ngầm sẽ tăng mỹquan cho khu vực.

2

- Đường dây trên không – cáp ngầm.

- Đường dây trên không – cáp ngầm – đường dây trên không.- Cáp ngầm – đường dây trên không – cáp ngầm.

III Các loại cáp và đặc tính của chúng

Cấu tạo chung của cáp ngầm

Thành phần Phân loạiRuột dẫn Vật liệu Đồng

NhômHình dạng Tròn nén chặt

Bện rẽ quạtCách điện XLPE

Màn chắn kim loại Màn chắn sợi đồng kết hợp với copolymer phủbăng Al hoặc Cu

Vỏ bọc ngoài PVC / PE / LSZH

1 Phân loại cáp ngầm và đặc điểm cấu tạoa Cáp H( H-Type Cables)

- Được sử dụng tới điện áp 33 kV

- Ba lõi được cách nhiệt riêng biệt bằng giấy vào sau đó được bao phủ bởi lớp vỏ kim loại( metalic screen/cover).

- Ba lớp vỏ kim loại này sau đó được nhóm lại với nhau trong một băng kim loại thường làm bằng đồng.

- Một vỏ bọc chỉ( Lead sheath) bao quanh.- Vỏ kim loại và vỏ bọc được nối đất.

- Ưu điểm: Ứng suất điện là hướng tâm, không tiếp tuyến và do đó có cường độ nhỏ hơn Ngoài ra, vỏ kim loại cải thiện khả năng tản nhiệt.

4

- Thường được dùng đến điện áp 66 kV.

- Ưu điểm: Khả năng xảy ra sự cố từ lõi đến lõi được giảm đáng kể Tính linh hoạt của cáp được cải thiện( đảo pha, nối đất vỏ…).

- Hạn chế: Giới hạn đối với điện áp lên đến 66 kV Các vỏ bọc riêng lẻ mỏng hơn và nếu có các khuyết tật về cấu tạo, hơi ẩm có thể xâm nhập vào cáp và làm giảm độ bền điện môi của nó.

c Cáp HSL (H.S.L Type Cables)Là kết hợp cả 2 loại cáp H và SL

d Cáp OF ( Oil Filed Cables)

- Dầu được lưu thông dưới áp suất thích hợp thông qua các ống dẫn.

- Nguồn cung cấp dầu và áp suất này được duy trì thông qua các bể chứa được giữ ở khoảng cách thích hợp.

- Dầu được sử dụng giống như dầu được sử dụng để ngâm tẩm chất cách điện bằng giấy.

- Ngoài ra ở cấp siêu cao áp và cực cao áp người ta thường dùng cáp nhúng trong dầu.

e Cáp POF (Pressurized Gas Filled Cables)- Khí được nén ở áp suất cao( thường là nitơ khô).

- Được luân chuyển xung quanh dây cáp trong một ống thép kín khí.- Cáp mang dòng cao hơn dòng tải.

- Và có thể hoạt động ở giá trị điện áp cao hơn.- Nhưng chi phí tổng thể là cao hơn.

6

f Cáp cao su tổng hợp (EPR – Ethylene Propylene Rubber)- Cáp điện có cách điện cao su tổng hợp ( Cáp điện hàng hải).

- Cáp điện hàng hải là một loại cáp biển được sử dụng để cấp điện, chiếu sáng và điều khiển chung của cáp biển cho các công trình trên mặt nước như các tàu khác nhau và dàn khoan dầu ngoài khơi.

- Dùng cho lưới điện trung áp và cao áp.

g Cáp Polyme tổng hợp (PE – Polyethylene)- Loại polymerhay dùng nhất là PVC cho cáp hạ áp.

- PE, XLPE và cao su ethylen propylene (Ethylene propylen rubber – EPR) cho cáp trung áp;

- XLPE và EPR cho cáp cao áp.- HDPE ( polyethylene mật độ cao).

- XLPE chống hiện tượng cây nước (TRXLPE – tree resistant crosslinked polyethylene).

- EPDM (Ethylene propylene diene monomer) được dùng cho cáp ngầm.

Đặc tính của cáp điệnHằng sốđiện môi20℃

Góc mấtmát Tan ở 20⸹ ℃

Độ lớnđiện trởsuất Ω-m

Tổn thấtđiện môihàng nămW/1000

ppmPILC 3.6 0.003 1011 N/A 1000-

200025PE 2.3 0.0002 1014 N/A 100XLPE 2.3 0.0003 1014 8 3300 350TR - XLPE 2.4 0.001 1014 10 3000 <300

EPR 2.7-3.3 0.008

0.005-10 -0.005-101314 28-599 2000

1150-Nhiệt độ làm việc tối đa cho phép của cách điện cáp

Vật liệu cách điện Nhiệt độ hoạt động tối đa

I: dòng điện chạy trong một dây dẫn [A].

R: điện trở AC trên một đơn vị chiều dài của dây (Ω/m).

Wd: tổn thất điện môi trên một đơn vị chiều dài đối với lớp cách điện bao quanh ruột dẫn (W/m).

8

T1: điện trở nhiệt trên một đơn vị chiều dài đối với lớp cách điện bao quanh ruột dẫn (W/m).

T2: điện trở nhiệt trên một đơn vị chiều dài của lớp đệm giữa vỏ bọc và áo giáp(K.m/W).

T3: điện trở nhiệt trên một đơn vị chiều dài của phần phục vụ bên ngoài của cáp (K.m/W).

T4: điện trở nhiệt trên một đơn vị chiều dài giữa bề mặt cáp và môi trường xung quanh (K.m/W).

n: số lượng dây dẫn mang tải trong cáp.

λ1: tỷ số tổn thất trong vỏ bọc kim loại trên tổng tổn hao trong tất cả các ruột dẫn trong cáp đó.

λ2: tỷ lệ tổn hao trong hệ thống bọc ngoài trên tổng tổn hao trong tất cả các ruột dẫn trong cáp đó.

- Rs: Điện trở của vỏ bọc trên một đơn vị chiều dài của cáp (Ω/m).

- X: Điện kháng trên một đơn vị chiều dài của vỏ trên một đơn vị chiều dài củacáp (Ω/m).

- s: Khoảng cách giữa các trục dây dẫn trong phần điện đang xét (mm).- d: Đường kính trung bình của vỏ bọc (mm).

Ví dụ: với d=120mm; s=2000mm

(Ω/m)

10

Tổn thất trên vỏ khoảng 10% tổn thất trên lõi cáp.d Dòng điện lớn nhất cho phép

Dòng điện lớn nhất mà một dây cáp có thể mang liên tục mà không vượt quá nhiệt độ định mức của nó:

- Rca: điện trở ảnh hưởng của nhiệt giữa cáp và môi trường xung quanh (Ω).- Yc: thành phần kháng xoay chiều do ảnh hưởng của hiệu ứng da gần

(Proximity effect) (Ω).

+ Khi có dòng điện thay đổi chạy trong lõi cáp, nó sinh ra từ trường biến thiên trong lòng lõi cáp (hiện tượng tự cảm) Từ trường này có tác dụng “kéo” các điện tích ra phía bề mặt của vật dẫn, kết quả là dòng điện chỉ chạy chủ yếu ở phía ngoài của vật dẫn còn phía lõi gần như không có dòng điện Hiện tượng này gọi là hiệu ứng bề mặt.

+ Hiệu ứng bề mặt càng nổi bật nếu tần số dòng điện càng cao (tương đương với từ trường biến thiên càng mạnh), tương đương với việc điện trở của vật dẫn càng lớn.

+ Hiện tượng bề mặt được đặc trưng bởi “độ dày bề mặt” (skin depth), nghĩa ⸹là độ dầy phía bề mặt nơi tập chung chủ yếu dòng điện Thực tế độ dày bề mặt được định nghĩa thông qua biểu thức tính mật độ dòng điện chay trong vật dẫn theo độ sâu đối với bề mặt x:

Với J là mật độ dòng điện chạy ở phía mặt ngoài cùngs

Như vậy độ dày bề mặt chính là độ sâu so với bề mặt mà kể từ đó mật độ ⸹dòng điện giảm theo hàm mũ Độ lớn của phụ thuộc vào tần số của dòng điện,⸹điện trở suất và độ từ thẩm của vật dẫn theo công thức:

12

Độ lớn của phụ thuộc vào tần số của dòng điện.⸹

e Biện pháp tăng dòng điện cho phép và giảm tổn thất vô ích

- Hiệu ứng mặt ngoài gây tổn hao vô ích trong vật dẫn ( do làm điện trở tăng cao).

- Để giảm bớt ảnh hưởng của hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng gần này người ta dùng biện pháp chia nhỏ dây dẫn thành nhiều dây thành phần cách điện với nhau sao cho bán kính mỗi dây thành phần càng gần độ dày bề mặt càng tốt.

3 Đặc tính điện của cáp( điện trở, điện kháng, điện dung) và dòng điện dò qua tụxuống đất

3.1 Điện trở của cápa Điện trở xoay chiều

Trong đó:

14

+ R là điện trở hiện tại của cáp ở nhiệt độ làm việc lớn nhất (Ω/m) + R’ là điện trở một chiều của cáp ở nhiệt độ làm việc lớn nhất (Ω/m) + y là hệ số hiệu ứng bề mặt.s

+ y là hệ số hiệu ứng lân cận.pb Điện trở một chiều

Trong đó:

+ R là điện trở hiện tại của cáp ở nhiệt độ làm việc lớn nhất (Ω/m).o + R’ là điện trở một chiều của cáp ở nhiệt độ làm việc lớn nhất (Ω/m) + y là hệ số hiệu ứng bề mặt.s

+ y là hệ số hiệu ứng lân cận.p

c Điện trở phần lõi dẫn điện (Conductor resistance)

Trong đó: là điện trở suất vật liệu điện của lõi cáp (Ω/m).d Điện trở phần cách điện

Bảng: điện trở suất tại 20℃

Kim loại ρ (Ω/m) Hợp kim ρ (Ω/m)Bạc 1,6.10-8 Nikêlin 0,40.10-6Đồng 1,7.10-8 Manganin 0,43.10-6Nhôm 2,8.10-8 Constantan 0,50.10-6Vonfam 5,5.10-8 Nicrom 1,10.10-6

Sắt 12,0.10-83.2 Điện dung và điện cảm của cáp

(ft,μH) (m, μH)Trong đó:

+ a: bán kính bên ngoài của lõi.+ b: bán kính bên trong vỏ.

+ ε : hằng số điện môi của chân không = 8,85419.10 F/m.0 -12+ ε : hằng số điện môi tương đối của cách điện.r

+ μ : độ từ thẩm tương đối của cách điện.r3.3 Dòng điện rò qua tụ

Cho đến gần đây, cáp SCOF được ưa chuộng hơn cáp XLPE vì độ tin cậy Có hai điểm khác biệt chính giữa cáp SCOP và cáp XLPE:

- Dây dẫn rỗng: ruột rỗng như một ống dẫn dầu để cách nhiệt.- Vật liệu cách điện:

+ Giấy tẩm dầu được sử dụng làm vật liệu cách điện.+ Giấy bọc bên ngoài ruột dẫn rỗng được tẩm dầu cách nhiệt.+ Giấy Kraft đã được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt.Hằng số điện môi tương đối và tan của giấy đã ngâm tầm.⸹

Quan hệ hằng số điện môi

Tan (ở 80 )⸹ ℃Giấy Kraft 3,2 – 3,5 0,17 – 0,2

PPLP 2,7 – 2,8 0,07 – 0,08b HPOF Cable

Ống thép hoạt động như một vỏ bọc kim loại cung cấp một đường dẫn cho dòngđiện trở lại trong đất trong trường hợp lỗi cáp và che chắn cho sự xâm nhập của độ ẩm.

18

Sử dụng ở cấp siêu cao áp và cực cao áp người ta thường dùng cáp nhúng trong dầu

c HTS Cable (High Temperature Superconducting)

Cáp điện siêu dẫn nhiệt độ cao (HTS) là một thiết bị làm bằng dây dẫn mang mật độ dòng điện lớn Có hai loại cáp HTS:

+ Warm Dielectric Cable (Điện môi ấm).+ Cryogenic Dielectric Cable (Điện môi lạnh).

Hiện nay, cáp tryền tải HTS sẽ được sử dụng để truyền tải và phân phối điện ở các khu vực đô thị trên khắp Hoa Kỳ và thế giới.

- Warm Dielectric Cable (Điện môi ấm)

+ Câu hình cáp điện môi ấm có dây dẫn được làm từ dây HTS quấn quanhmột lõi rỗng linh hoạt.

+ Nitơ lỏng chảy qua lõi, làm mát dây HTS về trạng thái điện trở bằng không.

+ Giữ nhiệt độ cáp thấp 20 - 80ºK.

+ Dây dẫn được bao bọc bởi lớp cách điện môi thông thường Hiệu quả của thiết kề này làm giảm tổn thất.

- Cryogenic Dielectric Cable (Điện môi lạnh)

+ Điện môi đông lạnh là một cấu hình đồng trục bao gồm một dây dẫn HTS được làm mát bằng nitơ lỏng chảy qua lõi rỗng linh hoạt và một dây dẫn trở lại HTS.

+ Được làm mát bằng nitơ lỏng tuần hoàn.+ Giữ nhiệt độ cáp thấp 4 – 5ºK.

+ Điều này thể hiện sự cải tiến đối với thiết kế điện môi ấm, cung cấp công suất lớn hơn nữa, giảm tổn thất hơn nữa.

d Hiện tượng siêu dẫn (SC – Super Conductivity)

- Hiện tượng siêu dẫn được phát hiện vào năm 1911 bởi Kamerlingh Onnes khi tiến hành thí nghiệm nhúng thủy ngân trong He lỏng ( nhiệt động hóa lỏng 4,2ºK), điện trở thủy ngân gần như bằng không và được ông gọi là hiện tượng siêu dẫn.

- Những vật liệu thể hiện tính siêu dẫn ở nhiệt độ dưới nhiệt độ hóa lỏng của nitơ (77ºK) được gọi là vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao (High temperature superconductor).

Phát triển nhiệt độ tới hạn theo thời gian

Mỗi độ K trong nhiệt giai Kenvin (1K) bằng một độ trong nhiệt giai Celsius (1 ) và 0℃ ℃ ứng với 273,15ºK.

+ Cáp siêu dẫn có thể cung cấp điện năng gấp 2 đến 5 lần so với cáp thôngthường có cùng kích thước.

+ Không yêu cầu đào và xây dựng tốn kém và gián đoạn.

20

+ Dây điện siêu dẫn ngầm có thể làm khả năng mang dòng điện lớn hơn so với đường cáp ngầm làm bằng đồng thông thường.

Ứng dụng hệ thống cáp HTS sẽ được thị trường chấp nhận ngay lập tức cho các ứng dụng sau:

+ Thay thế các hệ thống cáp cũ đã qua tuổi thọ định mức của chúng hoặc có tải gần đến định mức của cáp.

+ Thay thế các đường dây tải điện trên không hiện có bằng cáp ngầm.

IV Các sự cố của cáp ngầm

Sự cố cáp có thể xảy ra dưới nhiều tác nhân khác nhau như một số chỉnh sửa, khuyết tật lắp đặt, và các nguyên nhân khác ảnh hướng đến hoạt động của hệ thống( rò điện) Thông thường nhất là các lỗi như:

- Điện trở thấp( Sự cố ngắn mạch): Cách điện cáp bị hỏng dẫn đến tiếp xúc, hoặc ngắn mạch của các dây dẫn khác nhau.

- Sự cố chạm đất: Tương tự như ngắn mạch, trong trường hợp này, cáp bị hỏngcách điện dẫn đến tiếp xúc cáp với đất gây ngắn mạch dây dẫn với đất.

- Cáp bị phá hủy: Qua quá trình sử dụng quá lâu, hoặc các chuyển động của nền đất đá bao quanh cáp bởi động đất,sạt lở hoặc các hoạt động đào bới của con người gây nên.

- Sự cố không ổn đinh: Trong một số trường hợp sự cố xảy ra không liên tục, phụ thuộc vào độ lớn của tải Ví dụ điển hình như một vài điểm bị khô dầu trong cáp nhiều lớp cách điện dầu chỉ xuất hiện lỗi khi tải lên 60 – 70% tải.- Sự cố vỏ cáp: Lỗi thường gặp trong khi lắp đặt cáp gây trầy xước, hư hỏng vỏ cáp nhưng không thể nhìn thấy Lỗi này có thể không gây sự cố ngay lậptức nhưng sẽ suy giảm đáng kể tuổi thọ của cáp vì hơi ẩm, nước có thể thâmnhập gây hư hỏng các lớp giáp của cáp.

- Ví dụ: Trong 3 năm (2017 – 2019), trên lưới điện tỉnh Quảng Trị đã xay ra23 vụ sự cố do cáp ngầm ảnh hưởng thời gian mất điện diện rộng vì các đoạn cáp ngầm này chủ yếu nằm ở trục chính các xuất tuyển trung áp, ảnh hưởng chỉ số SAIDI ước lượng khoảng 350 phút Nguyên nhân xảy ra sự cố do cáp ngầm chủ yếu đến từ kỹ thuật thi công đầu cáp ngầm.

Sức ép điện trường là một trong những nguyên nhân chính gây nổ cáp Nguyên nhân là do quá trình thi công không đúng kỹ thuật đã tạo ra các lỗi trên cáp như vết xước tạo bọt khí, lớp bán dẫn được cắt không đồng đều… Những lỗi này sẽ gây phóng điện cục bộ, điện trường tập trung không đồng đều dẫn đến phát nhiệt làm nóng cách điện của cáp Đây là những nguyên nhân chính gây ra sự cố cáp sau khi đã đóng điện và vận hành một thời gian Trong cấu tạo của cáp ngầm, lớp bán dẫy trong và bán dẫn ngoài có chức năng rất quan trọng, đó là điều hòa phân bố đều đường sức điện trường bên trong lõi cáp Thi công sai kỹ thuật làm lớp bán dẫn bị ảnh hưởng là một trong những nguyên nhân dẫn đến sựcố nổ đầu cáp ngầm sau khi vận hành.

22