CÁCH điện của ĐƯỜNG dây CAO áp

NG DY CAO P Giới thiệu chung Cáp dẫn điện mềm đợc bọc cách điện cáp bọc vỏ kim loại để ngăn chặn tác dụng bên cách điện nh chênh lệch nhiệt độ cao, ngâm nớc Chúng phải chịu thay đổi nhiệt độ lớn dòng điện làm việc điều kiện nhiệt độ môi tr ờng Trong vùng thờng bị động đất lắp đặt cáp cầu, cáp đầu đấu nối phải có độ bền với dao động Đối với cáp chôn ngầm dới đất, ngời gây h hỏng cáp đào bới Khi đà đợc lắp đặt xong, cáp phải vận hành tin cậy nhiều thập niên Cáp điện khác đờng dây không lớp cách điện, nơi mà ta kiểm soát thông số chúng Cấu tạo cáp gồm (hay nhiều) dây dẫn (lõi), cách điện đất lõi với nhau, vỏ kim loại lớp bọc bảo vệ 11/08/15 Page Emin Dây dẫn (lõi) Emax Vỏ bọc Emax Emax Cách điện Emax Cáp lõi: a) vỏ bọc b) có vá bäc Emax Vá bäc kim lo¹i thêng sư dơng bàng chì nhôm có nhiệm vụ bảo vệ lõi cách điện tác dụng bên ngoài, mà trớc hết độ ẩm tác động giới Lớp bảo vệ vỏ bọc sợi thép băng thép, lớp sợi đay tẩm bi tum Vỏ bọc có tác dụng làm cho điện trờng phân bố đặc tính cáp không phụ thuộc vào cách thức lắp đặt Lớp bọc bảo vệ vỏ bọc kim loại cách điện cáp tác động bên ngoài, sợi đay bảo vệ vỏ bọc chống ăn mòn Tất phần cáp thân phải có độ mềm dẻo cần thiết để cuộn chúng quanh tang trống dễ dàng vận chuyển, bảo quản uốn theo địa hình thi công Chính lõi cáp phải dây xoắn từ nhiều dây nhỏ 11/08/15 Page lớp Cách điện cáp phải gánh chịu toàn trọng lợng dây dẫn (lõi) ứng lực uốn cáp cuộn cáp lắp đặt Vì cách điện cáp yêu cầu phải có độ chịu uốn độ bền giới cần thiết Vật liệu cách điện dùng cáp phải vật liệu có phẩm chất tốt (độ bền cách điện cao) để giảm kích thớc cáp đồng thời phải có đủ độ bền giới phạm vi nhiệt độ biến thiên t ơng đối rộng nhiệt độ Độ bền cách điện cao vật liệu cách điện cho phép giảm chiều dày cách điện, dẫn đến không làm giảm chi phí cách điện vật liệu lớp vỏ bọc mà cải thiện điều kiện tản nhiệt làm tăng dòng điện cực đại cho phép cáp, cáp trở nên mềm dẻo Do tính chất đờng cáp cao áp thờng lắp đặt ngầm nên có yêu cầu cao độ tin cậy làm việc (vì việc tìm kiếm điểm cố khắc phục chúng tốn nhiều thời gian công sức) Cũng cần nhấn mạnh rắng đờng cáp cao áp thờng lắp đặt từ nhiều đoạn khác (chiều dài cuộn cáp từ 250 - 1000 m) nối với đầunối cáp, mà điểm nối (măng sông) đợc thực trờng, công nghệ cđa chóng thêng kÐm h¬n nhiỊu so víi nÕu thùc nhà máy chế tạo cáp 11/08/15 Page Tuỳ theo kết cấu cách điện, cáp đợc phân chia thành loại sau đây: Loại cáp tẩm dầu: vật liệu cách điện chủ yếu giấy cáp đợc tẩm dấu Dầu tẩm loại chất lóng cách điện có nguồn gốc từ dầu mỏ pha nhựa thông để tăng độ nhớt ngăn chặn trình oxy hoá Loại cáp đổ dầu: Vật liệu cách điện giấy cáp có có dầu cáp lu thông suốt dọc theo chiều dài cáp Loại cáp chứa khí nén: Lõi cáp sau pha bọc cách điện (giấy cáp) bọc vỏ chì đợc đặt ống thép chứa khí nén Cáp siêu dẫn: Tơng tự nh cáp đổ dầu goặc cáp chứa khí nén có chất làm lạnh nhiệt độ thấp (nitơ không khí hoá lỏng), vật liệu làm lõi cáp nhứng liệu siêu dẫn Cáp khô dùng vật liệu cách điện polyethylene mạch vòng (XLPE) Theo nhiệm vụ, cáp đợc chia thành loại sau đây: Cáp truyền tải Cáp phân phối Cáp chuyên dụng (cáp biển, cáp cho giao thống đờng sắt, cáp cho ô tô, máy bay, cáp điều khiển, cáp cho công nghiệp háo dầu ) 11/08/15 Page vật Trong phạm vi chơng quan tâm đến loại cáp truyền tải cao áp Cáp lắp đặt theo: Cáp chôn ngầm dới đất Cáp ngầm dới biển, ao hồ Cáp đặt mắt đất treo vợt sông) 11/08/15 Page Cáp tẩm dầu Cáp cách điện giấy tẩm dầu đợc đa vào sử dụng từ năm 30 kỷ XX môi trờng khác nhau: chôn ngầm, đờng hầm, giếng sau mỏ Đối với cấp điện áp 35 kV trở xuống cáp, loại cáp giấy tẩm dầu đợc sử dụng rộng rÃi cách điện loại giấy tẩm dầu pha nhựa thông hợp chất không chảy có độ nhớt cao Loại cáp tẩm dầu có u điểm so với loại cáp đổ dầu đầu nối cáp chất tẩm không bị rỉ không tạo nên khoảng trống bên Cáp tẩm loại hỗn hợp không chảy lắp đặt với chênh lệch độ cao hai đầu cáp đến 300 m mà không tạo nên nguy hiểm chảy chất tẩm xuống đầu phía thấp không xuất khoảng trống cách điện không đợc tẩm đầu phía cao Nhợc điểm chủ yếu loại cáp tẩm dầu nhớt xuất bọc khí bên cáp ảnh hởng xấu đến cách điện Một nguyên nhân gây nên tợng chu trình đốt nóng nguội cáp làm việc với phụ tải thay đổi thờng xuyên Nguyên nhân hình thành bọc khí hệ số giÃn nở nhiệt cách điện khác với vỏ chì, phụ tải tăng, cáp bị phát nóng mạnh, vỏ chì bị căng phồng ra, phụ tải giảm cáp nguội đi, vỏ co lại so với cách điện hình thành lỗ trống chứa đầy khí thoát từ chất cách điện Các bọc khí ban đầu xuất gần vỏ chì nơi cờng độ điện tr êng bÐ nhng khch t¸n chóng sÏ xt gần lõi Vì loại cáp tẩm dầu cờng độ điện trờng làm việc thờng có trị số không cao 11/08/15 Page Loại cáp tẩm dầu chế tạo loại lõi, ba lõi bốn lỗi Trên hình vẽ sau cho mặt cắt cáp tẩm dầu ba lõi điện áp kV Lõi có dạng hình rẻ quạt đẻ giảm đờng kính cáp Cách điện pha băng giấy cáp rộng 10-30 mm dày 20-120 àm quanh dây dẫn cho khoảng cách mép giấy khoảng 1,5-3,5 m để uốn cáp băng giấy không bị h hại Nh khe dầu mép băng giấy điểm cách điện yếu nên cần ý không khe dầu lớp giấy trùng lên Cáp pha lõi hình rẻ quạt: l- Lõi; 2- Cách điện pha; 3- Đai cách điện; 4- Độn chất dẻo; 5- Vỏ chì; 6- Lớp đệm; 7- Vỏ tôn; 8- Lớp nhựa bi tum 11/08/15 Page Khi xong, cách điện pha đợc sấy chân không nhiệt độ 120 - 135 oC để khử ẩm sau đợc tẩm dầu chân không Đặc tính cách điện giấy dầu giấy đà đợc tẩm dầu Vật liệu cách điện Giấy cáp sấy khô Dầu tẩm Giấy tẩm dầu Cờng độ cách điện phút, 20oC, kV/mm tg xoay chiÒu mét chiÒu 20oC 100oC 10,5 14,9 2.10-3 3,6.10-3 24 43 0,8.10-3 23.10-3 57,5 174 2,6.10-3 8,5.10-3 Cã thÓ nhËn thấy, giấy đà đợc tẩm dầu cách lên đợc cải thiện nhiều Đáng tiếc cờng độ cách điện loại lại giảm nhanh theo thời gian tác dạng điện áp mà nguyên nhân chủ yếu hình thành bọt khí (quá trình ion hóa bọt khí gần lõi xảy điện áp không lớn so với điện áp làm việc) 11/08/15 Page Quan hệ điện áp chọc thủng cáp theo thời gian tác dụng điện áp: 1- cáp tẩm dầu; - cáp đổ dầu 11/08/15 Page 10 Cáp chứa khí nén Loại chứa khí nitơ có cấu tạo tơng tự nh loại cáp đổ dầu Cấu tạo loại cáp chứa nén: l- Lõi; 2- Cách điện; 3-, Vá ch×; 4- èng thÐp; 5- KhÝ nÐn; 6- Líp bảo vệ chống ăn mòn Do áp suất nén truyền vào cách điện lõi nên bọt khí có áp suất cao bị ion hóa cờng độ trờng lơn Thờng nitơ đợc nén tới áp suất k khoảng 12 - 15 at Với áp suất cho phép tăng cờng độ trờng làm việc tới 12 - 15 kV/mm Nhợc điểm lòại cáp chứa nén điều kiện tản nhiệt xấu nên việc s dụng chúng điện áp cao bị hạn chế Hiện cáp chứa khì nên ữừợc dùng nhiều điện áp 35 kV tuyến đờng dốc yêu cầu đặt cáp thẳng đứn 11/08/15 Page 21 Hiện loại SF6 loại khí có kllả cách điện cao nhiều so với không khí đợc sử dụng Độ bền điện khí SF6 điều kiện bình thờng vào khoảng 10 kV/mm tức lớn không khí khoảng lần Loại cáp đặt ống thép hai lớp đồng trục Lõi cáp đợc cố định vào ống thép cách điện đỡ Việc gĩ áp suất đợc thực bình khí nén có van tự ®éng, ®iỊu khiĨn bëi tiÕp ®iĨm cđa ¸p kÕ SF6 ¸p st cao èng thÐp C¸ch ®iƯn ®ì Lâi c¸p Đờng dây cáp dùng khí nén SF6 có nhiều u điểm của: kết cấu tơng đối đơn giản, tổn hao nhỏ, khả khôi phục tính chất cách điện sau phóng điện, điện dung đơn vị bé Kết tính toán cho thấy đờng dây có hiệu kinh tế cao dùng cho cáp điện áp siêu cao áp 11/08/15 Page 22 Cáp cách điện khô Loại cáp khô dùng cách điện XLPE (polyethylen mạch vòng) dùng cho mục đích truyền tải đ ợc nghiên vào năm 60 kỷ XX Loại cáp gồm lõi cáp đồng nhôm bện với cách điện ép đợc bảo vệ lớp vỏ kim loịa lớp bọc chống ăn mòn Mặt cắt loại cáp khô lõi điện áp 60 kV cách điện chất dẻo 1- Lõi đồng; 2- Lớp bán dẫn điện; 3-Cách điện Polyethylen EPR; 4- Lớp bán dẫn điện; 5- Lớp vỏ đồng Một màng giấy bán dẫn điện đợc phủ bên lõi cáp nhằm loại hạn chế tăng điện trờng cục bề mặt dây dẫn Loại vật liêu gồm bột than trộn với đồng polyme ethylen acộtate de vinyle (điện trở suất 5.10-2 m) 11/08/15 Page 23 Đối với loại cáp sử dụng dới nớc (cáp vợt biển) có thêm lớp vỏ chì lớp bọc bên lới thép Loại cáp XLPE dùng chủ yếu để chôn ngầm dới đất, dần thay loại cáp giấy tẩm dầu truyền thống có u điểm vợt trội: Mềm dẻo, nhẹ bền vững Không cần hệ thống trì áp suất chất lỏng Bảo dỡng nhanh so với loại cáp tẩm dầu Phụ kiện đơn giản 11/08/15 Page 24 11/08/15 Page 25 11/08/15 Page 26 a) Lâi c¸p C¸c lâi c¸p cã tiÕt diƯn lớn hơn1000 mm2, đợc chế tạo thang dẫn hình rẻ quạt để giảm điện trở dòng điện xoay chiều hiệu ứng vỏ Lõi cáp nhôm đợc sử dụng rông rÃi lới điện truyền tải Nhôm có khối lợng chỏi phần ba khối lơng đồng nhng truyền tải lợng công suất lớn gấp đôi đồng trọng lợng b) Cách điện Tăng cờng độ điện trờng làm việc cáp đòi hỏi phải có cách điện chất lợng cao Do yêu cầu vật liệu sử dụng cho loại cáp cách điện chất dẻo phải đặc biệt tinh khiết Đảm bảo độ phải đợc trọng từ khâu sản xuất vật liệu thô c) Vỏ bọc Vois cờng độ điện trờng làm việc cao, cáp nhạy cảm với độ ẩm Để ngăn cảm nớc nớc thấm sâu vào cáp, phải đợc bảo vệ lớp vỏ bọc chất dẻo polyethylene Bên lớp cách điện đặt lớp vỏ kim loại kín nhôm hoạc chì đùn trực tiếp, không hàn đồng hàn đấu nối 11/08/15 Page 27 a) 45 kV cách điện EPR; b) 150 kV cách điện XLPE 500 mm2 c) 220 kV cách điện XLPE 2000 mm2; d) 400 kV cách ®iÖn XLPE 800 mm2 a) b) 11/08/15 Page 28 c) d) Đối với điện áp đặc biệt cao 420 kV sử dụng hai loại cáp: Cáp cách điện PPLP: cách điện loại cáp thực băng ba lớp giấy poleyropylen tẩm dầu Cáp cách điện XLPE (polyethylen mạch vòng) Cách điện PPLP Đối với cấp điện áp siêu cao áp (400 kV lớn hơn, loại băng cách điện PPLP (Poly Propylene Laminated Paper), đợc sử dụng Loại băng cách điện đà tổng hợp đợc công nghệ cáp giấy tẩm dầu truyền thống với tính chất cách điện tuyệt vời cách điện chất dẻo PPLP băng cách điện ba lớp gồm lớp polỷpopylen hai loáp giấy cáp Polypropylen (PP) cải thiện chất lợng cách điện, giấy đảm bảo lu thông dầu lớp So với loại cách điện giấy tẩm dầu, PPLP có điện áp phóng điện cao hơn, đặc biệt có tổn hao điện môi bé Loại cách điện xuất vào năm 80 kỹ XX đợc dùng cách điện cho loại cáp từ 400 kV trở lên giá thành cao loại cách điện giấy tẩm dầu Mặt khác loại cáp cách điện XLPE đợc dùng cáng ngáy nhiều cho loại cáp điện áp từ 220 đến 400 kV Cách điện XLPE Polyethylen mach vòng (XLPE) xuất vào nhứng năm 70 kỷ XX Ban đầu loại cách điện sử dụng cho loại cáp trung áp, ngày đợc dùng làm cách điện cho điện áp siêu cao áp 11/08/15 Page 29 Triển vọng loại cáp cao áp nhiệt độ thấp: cáp hyper-conducteur cáp siêu dẫn Kỹ thuật dựa ®Ỉc tÝnh vËt lý cđa vËt liƯu ë nhiƯt ®é thấp Ngời ta phân loại: hyperconductivity: điện trở suất cđa mét sè vËt liƯu dÉn ®iƯn rÊt tinh khiÕt (đồng, nhôm) giảm nhanh nhiệt độ giảm (nhng khác không nhiệt độ không tuyệt đối) Siêu dẫn: điện trở suất số vật liệu đặc biệt giảm đột ngột xuống không nhiệt độ đạt tới ngờng TC (nhiệt độ Curie) Cáp hyperconductor Cáp hyperconductor ba pha gồm ống đồng nhôm, nitơ lỏng hydro (