Cập nhật tiêu chuẩn kỹ thuật cáp ngầm trung, hạ thế, bộ chỉ thị sự cố

Cập nhật tiêu chuẩn kỹ thuật cáp ngầm trung, hạ thế, bộ chỉ thị sự cố

TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC TP HCM

THAM LUẬN

CẬP NHẬT TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT

CÁP NGẦM TRUNG, HẠ THẾ, BỘ CHỈ THỊ

SỰ CỐ

1 Tiêu chuẩn cáp ngầm trung thế 22kV

2 Tiêu chuẩn cáp ngầm hạ thế 1kV

3 Một số cập nhật cơ bản

- Cáp chống thấm

- Tăng cường lớp màn chắn kim loại cáp trung thế

- Cáp ngầm nhôm hạ thế

- Bộ chỉ thị sự cố

Nội dung giới thiệu

1 Lõi dẫn điện (Cu)

2 Lớp màn chắn ruột dẫn (bán dẫn)

3 Lớp cách điện (XLPE, EPR)

4 Lớp màn chắn cách điện (bán dẫn)

5 Lớp màn chắn kim loại (Cu)

6 Lớp chất độn (PP,…)

7 Lớp bọc phân cách (PVC)

8 Lớp giáp (thép, Cu, Al…)

9 Lớp vỏ bọc (PVC, PE)

1 Cáp ngầm trung thế 22kV

TCKT cũ TCKT cập nhật

Tiêu chuẩn TCVN 5935 IEC 60502-2

Thử nghiệm

điện áp xoay

chiều

Thường xuyên 30kV/5’ 44,4kV/5’

(3,5Uo) Điển hình 36kV/4h 50,8kV/4h

(4Uo) Thử phóng

điện cục bộ

Thường xuyên 19kV (1,5Uo)

20pC

22kV (1,73Uo)

10pC Điển hình 19kV (1,5Uo)

20pC

22kV (1,73Uo)

5pC Thử nghiệm chống thấm nước Không Có (với loại cáp có

lớp chống thấm

1 Cáp ngầm trung thế 22kV

2 Cáp ngầm hạ thế 1kV

1 Lõi dẫn điện (Cu, Al)

2 Lớp cách điện (XLPE, EPR)

3 Lớp chất độn (PP,…)

4 Lớp bọc bên trong (PVC)

5 Lớp giáp bảo vệ (thép, Cu, Al…)

6 Lớp vỏ bọc (PVC, HDPE)

IEC 60502-1

(Version 2009)

Photo: LS Cable

2 Cáp ngầm hạ thế 1kV

TCKT cũ TCKT cập nhật

Tiêu chuẩn TCVN 5935 IEC 60502-1 &

TCVN 5935

Thử nghiệm điển hình

điện áp xoay chiều

1,8kV/4h 2,4kV/4h

(4Uo)

3 Các cập nhật cơ bản

3.1 Cáp chống thấm trung, hạ thế

Cáp chống thấm

trung thế

Cáp chống thấm

hạ thế

Cấu tạo

- Cấu tạo lõi có vật liệu chống thấm (water blocking material)

- Màn chắn bán dẫn của cách điện có thêm lớp băng bán dẫn

có tính trương nở để chống thấm nước

- Cấu tạo lõi có vật liệu chống thấm (water blocking material)

Thử nghiệm Thừ nghiệm điển hình: Thử nghiệm chống thấm nước

(Water penetration test)

Chưa có

3 Các cập nhật cơ bản

3.1 Tăng cường lớp màn chắn kim loại cáp ngầm trung thế

- Lớp màn chắn kim loại có tác dụng nối đất an toàn và tản dòng ngắn mạch

trong trường hợp sự cố Trong trường hợp dòng chạm đất lớn, nếu tiết diện lớp màn chắn kim loại không đủ lớn sẽ gây hư hỏng (cháy) cáp

Theo TCKT cũ,với cáp 22kV 3x240mm2, lớp màn chắn kim loại có tiết diện

S=11,4mm2 chỉ chịu được dòng điện chạm đất 3,3kV trong 0,5s

- Việc chọn tiết diện lớp màn chắn kim loại phải xét đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Vd: Theo ICASEA: ở Thái Lan, cáp ngầm trung thế có lớp màn chắn kim loại chịu được dòng sự cố bằng 20% dòng sự cố ngắn mạch một pha lớn nhất, chấp nhận rủi ro nếu có sự cố gần nguồn

 Tăng cường bằng cách sử dụng màn chắn kim loại bằng sợi đồng hoặc băng đồng kết hợp với sợi đồng

Màn chắn kim loại bằng sợi đồng

Màn chắn kim loại bằng sợi đồng kết hợp với băng đông

3 Các cập nhật cơ bản

3.1 Tăng cường lớp màn chắn kim loại cáp ngầm trung thế

Tính toán dòng điện ngắn mạch cho phép trên lớp màn chắn kim loại của cáp theo tiêu chuẩn IEC 60949



























i

f

20

12





K

0043 0

069 0

61

.

0





F

10

2 1 3

3

3 2

2































Tiết diện dây dẫn S(mm2) Thời gian ngắn mạch t(s) Nghịch đảo hệ số nhiệt điện trở β(K) Điện trở suất của kim loại ở 20°C ρ20(Ω.m) Nhiệt độ ban đầu θi(°C)

Nhiệt độ cuối cùng θf (°C) Hằng số nhiệt khối ζc(J/K.m3)

Hệ số K (As1/2/mm2) Dòng điện ngắn mach trong TH đoản nhiệt Iad(A)

Hệ số F = 0.7 Hằng số nhiệt khối lớp liền kề XLPE ζ2(J/K.m3) Hằng số nhiệt khối lớp liền kề PVC ζ3(J/K.m3) Nhiệt trở suất lớp liền kề một ρ2(K.m/W) Nhiệt trở suất lớp liền kề hai ρ3(K.m/W)

Độ dày lớp màn chắn kim loại δ(mm)

Hệ số M

Hệ số M.sqrt(t)

3 Các cập nhật cơ bản

3.1 Tăng cường lớp màn chắn kim loại cáp ngầm trung thế

Tính toán dòng điện ngắn mạch cho phép trên lớp màn chắn kim loại của cáp theo tiêu chuẩn IEC 60949

MÀN CHẮN KIM LOẠI CŨ (BĂNG ĐỒNG) Tiết diện lớp màn chắn

Dòng ngắn mạch lớn

MÀN CHẮN KIM LOẠI TĂNG CƯỜNG (SỢI ĐỒNG)

Tiết diện lớp màn chắn

Dòng ngắn mạch lớn

3 Các cập nhật cơ bản

3.1 Tăng cường lớp màn chắn kim loại cáp ngầm trung thế

Các lưu ý

 Nối đất 2 đầu lớp màn chắn kim loại để đảm bảo an toàn:

- Nếu không được nối đất 2 đầu, điện áp cảm ứng trên lớp màn chắn kim loại của có thể lớn đến mức gây nguy hiểm cho con người đối với đường cáp có chiều dài lớn hoặc trong trường hợp có xung đóng cắt, xung ngắn mạch

- Ví dụ 1: đoạn cáp 3x240mm2 dài 2500m có Vcư ≈ 50V khi mang tải cực đại 450A

Trường hợp tải max Trường hợp xung đóng

cắt hoặc ngắn mạch

Chiều dày cách điện XLPE (mm) 5.5 5.5

Chiều dày lớp màn chắn kim loại (mm) 0.127 0.127

Khoảng cách giữa hai lõi cáp (mm) 28.754 28.754

Đường kính trung bình của lớp màn chắn KL (mm) 28.6270 28.6270

Cảm kháng của lớp màn chắn trên 1 đv chiều dài X(Ω/m) 4.38E-05 2.63E-04

Điện áp cảm ứng trên màn chắn kim loại U=X.L.I (V) 50.00 525.69

3.1 Tăng cường lớp màn chắn kim loại cáp ngầm trung thế

Các lưu ý

 Đối với đoạn cáp đi từ trạm trung gian ra lưới nổi: Giảm điện trở nối đất (tại trụ số 1) để giúp tản (chia sẻ) dòng điện sự cố từ đường dây nổi chạy vào cáp

* Ví dụ: trong trường hợp Inm = 20kA, R màn chắn KL theo tiêu chuẩn cũ = 4,55Ω

- Nếu Rđất = 10Ω  Inmđất = 6,25kA; Inmcáp = 13,75kA

- Nếu Rđất = 4Ω  Inmđất = 10,64kA; Inmcáp = 9,36kA

3 Các cập nhật cơ bản

Chiều dài đoạn cáp từ

R màn chắn KL theo TCKT cũ

(băng đồng) (Ω) 0.30 0.66 1.05 1.48 1.97 3.18 4.55

R màn chắn KL tăng cường

(sợi đồng) (Ω) 0.06 0.14 0.24 0.42 0.68 1.40 2.65

3 Các cập nhật cơ bản

3.2 Cáp ngầm hạ thế lõi nhôm

km cáp ngầm hạ thế, mức đầu tư 1.000 tỷ đồng/năm  việc sử dụng cáp nhôm hạ thế

sẽ giúp tiết kiệm đáng kể mức đầu tư

- So sánh kỹ thuật:

Tính dẫn điện

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến điện trở cáp

Tuổi thọ của cáp nhôm và đồng

Độ biến dạng và mối nối

Lực căng của cáp

Tham khảo “Sổ tay Vật lý cơ sở - N.I.Koskin & M.G.Sirkevich”

STT Các thông số Ký hiệu Đơn vị Đồng

đỏ

Nhôm

1 Điện trở suất (20 o C)  10 -6.cm 1.7 2.8

2 Hệ số nhiệt điện trở

(20 o C)

 10 -3 o K -1 3.9 4.9

3 Khối lượng riêng

(20 o C)

d g/cm 3 8.9 2.7

4 Nhiệt dung riêng

(20 o C)

c p kJ/kg/ o K 0.39 0.88

5 Nhiệt độ nóng chảy T nc o C 1083 658.3

6 Hệ số nở dài l 10 -6 o K -1 16.7 22.9

7 Ứng suất lực căng

(**)

 Lb/in 2 50000 16000

15

3 Các cập nhật cơ bản

3.2 Cáp ngầm hạ thế lõi nhôm

- So sánh giá thành:

Kết luận: Qua phân tích, so sánh về kỹ thuật và kinh tế, việc chọn cáp ngầm nhôm hạ thế thay cho cáp ngầm đồng hạ thế với tiêu chí đảm bảo các yêu cầu trong vận hành

hệ thống điện và sản xuất kinh doanh, cho thấy vốn đầu tư cho phần cáp ngầm hạ thế trong dự án ngầm hóa lưới điện tại Thành phố Hồ Chí Minh giảm đáng kể (2.9 lần)

lượng Đơn giá

So sánh giá đồng nhôm

1 CXE/DSTA-3x95+1x70 - 0.6/1kV m 1 923,900 2.94

2 CXE/DSTA-3x120+1x95 - 0.6/1kV m 1 1,159,100 2.93

1 AXE/DSTA-3x185+1x120 - 0.6/1kV m 1 314,500 0.34

2 AXE/DSTA-3x240+1x150 - 0.6/1kV m 1 395,900 0.34

16

3 Các cập nhật cơ bản

3.3 Bộ chỉ thị sự cố cáp ngầm trung thế

- Tác dụng; Nhanh chóng khoanh vùng sự cố, tăng độ tin cậy hệ thống (giảm SAIDI, SAIFI…)

- Tiêu chuẩn áp dụng: IEEE 495 : IEEE Guide for Testing Faulted Circuit Indicators

- Cấu tạo:

+ Bộ xử lý tín hiệu,

+ Biến dòng điện và

+ Bộ đèn báo sự cố

- Chức năng:

+ Phát hiện và phân biệt sự cố

Ngắn mạch pha-pha

(trip curent: 225 – 700A)

Ngắn mạch pha-đất

(trip curent: 20 – 160A)

+ Chỉ thị bằng các tín hiệu cờ và đèn nháy khác nhau về màu sắc hoặc tần số nhấp nháy.

Fault indicator

F 5 6 7 8 A B C D E

N P

Cầu

+

-4A

2A

Bộ báo sự cố

S1 S2

PE S1 S2

PE S1 S2

PE

TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC TP HCM

CHÂN THÀNH CẢM ƠN !