Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phóng điện cục bộ để xác định tình trạng cách điện của cáp ngầm 22 KV

- Chương IV: Tính toán sự tăng cao của điện trường tại một vài vị trí lỗi của cáp ngầm bằng phần mềm Comsol Multiphysics - Chương V: Đánh giá tình trạng cách điện của cáp ngầm trung thế

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HUY TƯỚC

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ ĐỂ XÁC ĐỊNH TÌNH TRẠNG CÁCH ĐIỆN

CỦA CÁP NGẦM 22 KV RESEARCH ON APPLICATION OF PARTIAL

DISCHARGE TECHNOLOGIES IN DETERMINING THE

Trang 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Huy Tước MSHV: 1670844

Ngày, tháng, năm sinh: 13/9/1984 Nơi sinh: TPHCM

1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phóng điện cục bộ để xác định tình

trạng cách điện của cáp ngầm 22 kv

2- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN:

- Ứng dụng phần mềm Comsol Multiphysics để tìm hiểu độ tăng cao điện trường tại các

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/03/2019

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/08/2019

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.Huỳnh Quốc Việt

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn tốt nghiệp, tôi đã nhận được

sự hướng dẫn, giúp đỡ và hỗ trợ rất nhiệt tình của các Thầy, Cô giáo, Gia đình, Bạn bè và Đồng nghiệp Thông qua luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

o Thầy hướng dẫn: TS.Huỳnh Quốc Việt, người đã trực tiếp hướng dẫn, cung cấp kiến thức, phương pháp nghiên cứu, hỗ trợ, giúp đỡ tôi thực hiện hoàn thành đề tài này

o Tập thể các Thầy, Cô giáo trường đại học Bách Khoa TPHCM đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường

o Lãnh đạo Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh, Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Thành phố Hồ Chí Minh, Gia đình, Bạn bè và Đồng nghiệp đã động viên, khuyến khích và tạo mọi điều kiện thuận lợi về thời gian và cung cấp số liệu để tôi

có thể hoàn thành luận văn

Một lần nữa xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Quý Thầy, Cô, Gia đình, Bạn bè

và Đồng nghiệp Chúc mọi người luôn vui vẻ và hạnh phúc!

Học viên

Nguyễn Huy Tước

Trang 4

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Với việc Tổng Công ty Điện lực TP HCM đang đẩy mạnh công tác ngầm hóa lưới điện trung hạ thế nhằm tạo mỹ quan đô thị, thì công tác kiểm tra bảo dưỡng vận hành các loại cáp ngầm trung thế luôn là mục tiêu được quan tâm hàng đầu Hiện nay, tình trạng sự

cố cáp ngầm gây ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện, thì việc nghiên cứu đưa ra các biện pháp khắc phục và phòng ngừa sự cố là trọng tâm

Mục tiêu chính của luận văn này ứng dụng các phương pháp đo PD trong chẩn đoán tình trạng cáp ngầm trung thế trên khu vực TP.HCM; Phân tích các yếu tố tác động đến kết quả đo PD; các kiến nghị về phương pháp đo phóng điện cục bộ cũng như đề xuất các phương pháp để giảm thiểu sự cố cáp ngầm trung thế

Luận văn được chia thành 06 chương với nội dung nghiên cứu lần lượt như sau:

- Chương I: Giới thiệu chung

- Chương II: Tìm hiểu và phân tích tình trạng vận hành cáp ngầm trung thế trên lưới điện TP.HCM

- Chương III: Công nghệ đo phóng điện cục bộ trong việc xác định sự cô cáp

ngầm trung thế hiện nay

- Chương IV: Tính toán sự tăng cao của điện trường tại một vài vị trí lỗi của

cáp ngầm bằng phần mềm Comsol Multiphysics

- Chương V: Đánh giá tình trạng cách điện của cáp ngầm trung thế bằng

công nghệ đo phóng điện cục bộ

- Chương VI: Tổng kết đánh giá và hướng phát triển của đề tài

Trang 5

ABSTRACT

With Ho Chi Minh City Power Corporation is promoting underground cables of medium and low voltage grid to create urban beauty, then checking, maintaining and operating medium voltage underground cables is always a top priority Currently, the conditions of medium voltage underground cables affects the reliability of power supply, research of remedial measures and incident the fault is central

The main objective of this thesis is to apply PD measurement methods in the diagnosis

of medium voltage underground cables in the area of Ho Chi Minh City; Analysis of factors affecting PD measurement results; recommendations on partial discharge measurement methods as well as suggestions for minimizing medium voltage underground cable incidents

The thesis is divided into 06 chapters with the following research content:

Trang 6

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, đuợc thục hiện duới sụ huớng dẫn khoa học của TS.Huỳnh Quốc Việt Các số liệu, những kết luận nghiên cứu đuợc trình bày trong luận văn này hoàn toàn trung thục

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này

Học viên

Nguyễn Huy Tước

Trang 7

Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM Luận vãn Thạc sĩ

1/78

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 8

GIỚI THIỆU CHUNG 8

1.1 Đặt vấn đề 8

1.2 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu 8

1.3 Mục tiêu, nội dung và phuơng pháp nghiên cứu 8

1.3.1 Mục tiêu của đề tài 8

1.3.2 Nội dung nghiên cứu 9

1.3.3 Phuơng pháp nghiên cứu 9

CHƯƠNG 2 11

TÌM HIỂU VÀ PHÂN TÍCH TÌNH TRẠNG VẬN HÀNH CÁP NGẦM TRUNG THẾ TRÊN LƯỚI ĐIỆN TP.HCM 11

2.1 Tổng quan lưới điện ở TP.HCM 11

2.2 Sơ luợc các loại cáp ngầm hiện nay 12

2.3 Tiêu chuẩn cáp ngầm trung thế và phụ kiện cáp ngầm trung thế đang đuợc Tổng Công ty Điện lục TP.HCM sử dụng 16

2.4 Các nguyên nhân sụ cố cáp ngầm trung thế 23

2.4.1 Chạm chập 02 ruột dây dẫn với nhau hoặc chạm cập ruột với dây dẫn với màn chắn (hu hỏng song song) 23

2.4.2 Sụ cố cáp phóng điện (hu hỏng song song) 24

2.4.3 Hu hỏng gián đoạn (cáp hở mạch hay đứt) 24

2.4.4 Hư hỏng do ruột dẫn chạm đất hay hay vỏ cáp chạm đất 25

2.4.5 Hư hỏng do nước thâm nhập hoặc nhiễm ẩm 25

2.5 Hình ảnh một số sự cố cáp ngầm trung thế 26

CHƯƠNG 3 28

CÔNG NGHỆ ĐO PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ TRONG VIỆC XÁC ĐỊNH SỰ CỐ CÁP NGẦM TRUNG THẾ HIỆN NAY 28

3.1 Giới thiệu tổng quan 28

3.1.1 Phóng điện cục bộ 28

3.1.2 Một số ứng dụng trong chẩn đoán phóng điện cục bộ 33

3.2 Các phương pháp xác định phóng điện cục bộ 34

Trang 8

2/78

3.2.1 Phương pháp đo PD on-line 35

3.2.2 Phương pháp đo PD off-line 35

3.2.2.1 Phương pháp đo PD off-line ở tần số công nghiệp (50 Hz) 36

3.2.2.2 Phương pháp đo PD off-line ở tần số thấp 38

3.2.2.3 Nguồn áp xoay chiều có biên độ giảm dần (Damped alternating voltage - DAC) ' 41

3.3 Các phương pháp đánh giá kết quả PD 42

CHƯƠNG 4 43

TÍNH TOÁN SỰ TĂNG CAO CỦA ĐIỆN TRƯỜNG TẠI MỘT VÀI VỊ TRÍ LỖI CỦA CÁP NGẨM BẰNG PHẨN MỀM COMSOL MULTIPHYSICS 43

4.1 Cấu hình cơ bản của cáp ngầm trong bài toán tính toán điện trường 43

4.2 Định nghĩa các thông số cho mô hình cáp điện cũng như thiết lập mô hình phóng điện cục bộ ban đầu cho cáp ngầm 44

4.2.1 Thiết lập các thông số mô hình cáp điện (Geometry 1) 44

4.2.2 Thiết lập các thành phần của cáp điện (Geometry 1) 46

4.2.2.1 Lõi cáp điện 46

4.2.2.2 Thiết lập điều kiện biên (Electric Potential) 47

4.2.3 Thiết lập lưới phân tích (Mesh) 48

4.3 Một số kết quả tính toán cho các trường hợp lỗi cách điện của cáp ngầm 48

CHƯƠNG 5 51

ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG CÁCH ĐIỆN CỦA CÁP NGẦM TRUNG THẾ BẲNG CÔNG NGHỆ ĐO PHỎNG ĐIỆN CỤC BỘ 51

5.1 Các ứng dụng công nghệ PD tại Tổng Công ty Điện lực TP.HCM 51

5.1.1 Thử phóng điện cục bộ cáp ngầm bằng thiết bị Megger PDS 60 51

5.1.2 Thử phóng điện cục bộ cáp ngầm bằng thiết bị BAUR-ViolaTDl—42.5kVrms 59

5.1.3 Thử phóng điện cục bộ cáp ngầm bằng thiết bị Seba OWTS 28 61

5.2 Tiêu chuẩn phân loại đánh giá các kết quả PD 62

5.3 Đánh giá tình trạng cách điện của cáp ngầm trưng thế bằng công nghệ đo phóng điện cục bộ 62

5.3.1 Trường hợp cáp phải theo dõi và kiểm tra lại sau 6 tháng 64 5.3.2 Trường hợp cáp phải theo dõi và kiểm tra lại sau 1 năm để đánh giá tốc độ phát

Trang 9

3/78

triển PD .’ 68

5.3.3 Trường hợp cáp phải lập kế hoạch thay thế vị trí bị PD gấp 70

5.3.4 Trường hợp cáp phải cô lập và thay thế vị trí bị PD gấp 71

5.3.5 Trường hợp cáp bị nhiễu không thể thực hiện đo PD 73

CHƯƠNG 6 76

TÔNG KẾT ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 76

6.1 Hiệu quả của đề tài 76

6.2 Những hạn chế khi ứng dụng công nghệ PD vào thực tiễn 76

6.3 Hướng phát triển của đề tài 77

Trang 10

4/78

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

PD: Phóng điện cục bộ (Partial discharge)

XLPE: Polyethylen khâu mạch - hình mạng (Cross linked Polyethylen) PVC: Polyvinyl clorua

GIS: Hệ thống thông tin địa lý (Geographic information system)

ET: Cây điện (Electrical tree)

WT: Cây nước (Water tree)

TD: Tổn hao điện môi (Tandelta)

PDIV: Điện áp khởi đầu xuất hiện phóng điện cục bộ (Partial discharge

inception voltage) PDEV: Điện áp triệt tiêu phóng điện cục bộ (Partial discharge extinction

voltage) RMU: Tủ điện trung thế (Ring Main Unit)

TEV: Đo điện áp quá độ

DF: Tổn hao điện môi (Disipation factor)

VLF: Tần số thấp (Very low frequency)

TDR: Phản xạ thời gian chủ đạo (Time domain reflectometer)

DAC: Nguồn xoay chiều có biên độ giảm dần

Trang 11

5/78

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Biểu đồ mất điện lưới trung thế theo nguyên nhân trong năm 2017 12

Hình 2.2 Cáp ngầm dạng đặc 12

Hình 2.3 Cáp dau 13

Hình 2.4 Cáp dầu dạng ống 14

Hình 2.5 Cáp ngầm XLPE 03 lõi 15

Hình 2 6 Cáp ngầm XLPE 01 lõi 15

Hình 2.7 Hư hỏng chạm chập các ruột dẫn,ruột dẫn với màn chắn 24

Hình 2.8 Hư hỏng do cáp phóng điện 24

Hình 2.9 Hư hỏng do cáp đứt 24

Hình 2.10 Hư hỏng do cáp chạm đất 25

Hình 2.11 Cáp có nước thâm nhập 25

Hình 2.12 Hình đầu cáp ngầm tuyến Kim Hằng trạm Nam Sài Gòn 2 trước sự cố 26 Hình 2.13 Hình đầu cáp ngầm tuyến Kim Hằng trạm Nam Sài Gòn 2 bị sự cố 26

Hình 2.14 Hình đầu cáp ngầm tuyến Tân Bửu trạm Tân Túc có nguy cơ bị sự cố 27

Hình 2.15 Hình phân tích 01 hộp nối cáp ngầm bị phóng điện cục bộ 27

Hình 3.1 Mô hình mô phỏng mạch tương đương của phóng điện cục bộ 29

Hình 3.2 Mô hình mô phỏng mạch tương đương và dạng sóng 29

Hình 3.3 Các dạng phóng điện cục bộ 31

Hình 3.4 Hình ảnh các mô hình cây nước trong cách điện XLPE 32

Hình 3.5 Mô hình trạng thái cây nước phát triển thành cây điện trong cách điện XLPE 32

Hình 3.6 Các chẩn đoán thông số cáp ngầm 34

Hình 3.7 Sơ đồ thử nghiệm điển hình 36

Hình 3.8 Sơ đồ thí nghiệm PD dùng nguồn AC-50HZ 36

Hình 3.9 Sơ đồ thiết lập điển hình một mạch đo PD off-line 37

Hình 3.10 Hình ảnh xác định các thông số hiện trạng ban đầu của cápbởi phương pháp TDR 37

Hình 3.11 Sử dụng VLF đo PD 38

Hình 3.12 Mô tả thời gian và vận tốc của xung PD trong việc xác định vị trí PD 40

Hình 3.13 Dạng sóng điện áp có biên độ giảm dần (DAC) 41

Hình 4.1 cáp ngầm trung the 1 pha 43

Hình 4.2 Cấu hình 1 pha của cáp ngầm 44

Hình 4.3 Giao diện xâỵ dựng mô hình phân tích 45

Hình 4.4 Giao diện thiết lập các giá trị ban đầu cho cáp ngầm 45

Hình 4.5 Giao diện chọn cấu trúc lõi dẫn hình chữ nhật của cáp 46

Hình 4.6 Giao diện thiết lập kích thước lõi dẫn hình chữ nhật của cáp 46

Hình 4.7 Giao diện thiết lập điều kiện biên giới hạn miền 1 của dây dẫn 47

Hình 4.8 Giao diện thiết lập điều kiện biên vỏ cáp 47

Hình 4.9 Giao diện lưới phân tích vị trí khuyết tật 48

Hình 4.10 Kết quả tính toán điện trường 48

Trang 12

6/78

Hình 4.11 Đồ thị thể hiện kết quả tính toán điện trường 49

Hình 4.12 Đồ thị thể hiện kết quả tính toán điện trường 50

Hình 4.13 Hình ảnh thể hiện kết quả việc phóng điện làm hỏng lớp cách điện 50

Hình 5.1 Dạng sóng của Megger PDS 60 51

Hình 5.2 Các kết nối ở phía bên phải của hệ thống kiểm tra VLF 52

Hình 5.3 Các module hoạt động trên bề mặt thiết bị 53

Hình 5.4 Sơ đồ nguyên lý 54

Hình 5.5 Sơ đồ kết nối 55

Hình 5.6 Sơ đồ kết nối thiết bị hiệu chuẩn trước khi đo PD 56

Hình 5.7 Giao diện màn hình 56

Hình 5.8 Thiết lập lưu trữ và lựa chợ các thông số cáp ngầm tương ứng 56

Hình 5 9 Giao diện thiết lập khi hiệu chuẩn 57

Hình 5.10 Dạng sóng chuẩn sau hiệu chuẩn 57

Hình 5.11 Hầm cáp của trạm Ngắt Thiết Giáp đang hoàn thiện 57

Hình 5.12 Các ngăn máy cắt của trạm Ngắt Thiết Giáp đang hoàn thiện 58

Hình 5.13Thử PD cáp ngầm tại các ngăn lộ ra của trạm ngắt Thiết Giáp 58

Hình 5.14 Sơ bộ thiết bị BAUR-ViolaTDl-42.5kVrms 59

Hình 5.15 Sơ bộ thiết bị Seba OWTS 28 61

Hình 5.16 Dạng xung của chế độ Near end 63

Hình 5.17 Dạng xung của chế độ Far end 63

Hình 5.18 Ket quả PD pha 1 của cáp ngầm Thường Kiệt 64

Hình 5.21 Ket quả PD pha 1 của cáp ngầm Lộ Ra Ben Lội 66

Hình 5.22 Ket quả PD pha 3 của cáp ngầm Lộ Ra Ben Lội 67

Hình 5.23 Ket quả PD pha 2 của cáp ngầm trạm GIS Hòa Hưng 68

Hình 5.24 Kết quả PD pha 3 của cáp ngầm trạm GIS Hòa Hưng 69

Hình 5.25 Giao diện report Megger PDS60 PD cáp ngầm RMU 495 Cộng Hòa 70

Hình 5.26 Ket quả PD cả 3 pha cáp ngầm RMU 495 Cộng Hòa 70

Hình 5.27 Kết quả PD pha thứ 1 cáp ngầm Phần Mồm Quang Trung 71

Hình 5.28 Kết quả PD cả 3 pha cáp ngầm Trạm THPT Công Nghiệp 72

Hình 5.29 Quá trình hiệu chuẩn cáp ngầm Trạm MBT T2 trạm Hùng Vương 73

Hình 5.30 Kết quả PD pha thứ 1 cáp ngầm Trạm MBT T2 trạm Hùng Vương 74

Trang 13

7/78

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Quy định tiêu chuẩn lõi cáp 17

Bảng 2 Quy định nhiệt độ làm việc cho phép của cáp 17

Bảng 3 Quy định nhiệt độ danh định lõi cáp 18

Bảng 4 Chiều dày vỏ bọc lõi cáp 19

Bảng 5 Quy định lớp giáp của cáp 21

Bảng 6 Quy định lớp băng quấn lớp giáp của cáp 22

Bảng 7 Một vài thông số kĩ thuật cáp ngầm 44

Bảng 8 Bảng tổng hợp kết quả tính toán điện truờng cho truờng hợp trên 49

Bảng 9 Các tham số của thiết bị Megger PDS60 54

Bảng 10 Bảng thông số tiêu chuẩn so sánh kết quả thủ nghiệm PD trên cáp ngầm trung thế hiện đang áp dụng tại Tổng công ty Điện lục TP.HCM 62

Trang 14

8/78

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề

Với việc Tổng Công ty Điện lực TP HCM đang đẩy mạnh công tác ngầm hóa lưới điện trung hạ thế nhằm tạo mỹ quan đô thị, thì công tác kiểm tra bảo dưỡng vận hành các loại cáp ngầm trung thế luôn là mục tiêu được quan tâm hàng đầu

Cùng với đó việc đảm bảo các chỉ tiêu đảm bảo độ tin cậy lưới điện theo kế hoạch

đề ra trong “Đe án nâng cao độ tin cậy lưới điện giai đoạn 2016-2020” đã cho thấy việc triển khai các ứng dụng công nghệ nhằm chẩn đoán, ngăn ngừa sự cố trên lưới điện luôn

là một trong những mục tiêu ưu tiên của Tổng Công ty Điện lực TP HCM

Hiện nay, qua một số công trình ngầm hóa đã hoàn thiện nhưng khi đưa vào vận hành đã bị sự cố gây ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện thì việc nghiên cứu đưa

ra các biện pháp khắc phục các và phòng ngừa ngăn chặn sự cố là trọng tâm

Ngoài việc thử nghiệm cáp như ngoại quan, đo cách điện vỏ cáp, thử nghiệm điện

áp một chiều thì Tổng công ty Điện lực TP.HCM đang mở rộng triển khai ứng dụng phương pháp đo phóng điện cục bộ cho tất cả các loại cáp ngầm trung thế nhằm đánh giá tình trạng vận hành của cáp

1.2 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu

Tổng quan tình hình vận hành cáp ngầm trung thế trên địa bàn TP.HCM và phân tích các nguyên nhân dẫn đến sự cố cáp ngầm hiện nay Cơ sở lý thuyết và thực nghiệm hiện trường về các phương pháp đo phóng điện cục bộ

1.3 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiền cứu

1.3.1 Mục tiêu của đề tài

- Mục tiêu tổng quát: Đánh giá - phân tích thực trạng tình hình vận hành cáp ngầm trung thế trên khu vực TP.HCM

- Mục tiêu cụ thể:

+ Đánh giá hiện trạng vận hành cáp ngầm trung thế của Tổng Công ty Điện lực TP.HCM

+ Tìm hiểu sơ bộ tác động của điện trường lên vật liệu cách điện

+ Giới thiệu tổng quan về công nghệ đo phóng điện cục bộ

■ Phương pháp đo PD truyền thống

Trang 15

1.3.2 Nội dung nghiên cứu

- Tổng họp, phân tích các nguyên nhân sụ cố cáp ngầm trung thế trên địa bàn quản

lý của Tổng công ty Điện lục TP.HCM

- Nghiên cứu tổng thể các công nghệ đo phóng điện cục bộ [1] (partial discharge)

- ứng dụng phần mềm đa nền tảng phân tích phần tử hũu hạn, giải và xủ lý mô phỏng: Comsol Multiphysics để tìm hiểu độ tăng cao điện truờng tại các vị trí khiếm khuyết vì đó là nguyên nhân gây ra hiện tuợng phóng điện cục bộ

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu

+ Tìm hiểu độ tăng cao điện truờng tại các vị trí khiếm khuyết qua phần mềm Comsol Multiphysics

+ Thu thập số liệu tình hình vận hành cáp ngầm trung thế của Tổng Công ty Điện lục TP.HCM

+ Tìm hiểu phuơng pháp đo phóng điện cục bộ đang triển khai ứng dụng hiện

nay (partial discharge)

+ Phân tích đánh giá tình trạng cách điện dụa trên các tiêu chuẩn của nhà chế tạo thiết bị hoặc tiêu chuẩn thủ nghiệm của ngành điện

+ Đánh giá các phương pháp PD cáp ngầm trung thế cũng như các kiến nghị

về phương pháp đo phóng điện cục bộ

Trang 16

10 /78

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU VÀ PHÂN TÍCH TÌNH TRẠNG VẤN HÀNH CÁP NGẦM

TRUNG THẾ TRÊN LƯỚI ĐIỆN TP.HCM

2.1 Tổng quan lưới điện ở TP.HCM

Theo số liệu báo cáo năm 2017, lưới điện phân phối thành phố Hồ Chí Minh bao gồm 680 tuyến trung áp trong đó có 203 tuyến trung áp ngầm với tổng chiều dài khoảng 2.379,26 km và 477 tuyến trung áp nổi với tổng chiều dài 4.667,74 km, lưới hạ thế với tổng chiều dài 12.472 km, 26.626 trạm biến thế phân phối với tổng dung lượng là 12.156 MVA cung cấp điện cho 2.326.326 khách hàng

Và theo quy hoạch phát triển điện lực TP.HCM, Tổng Công ty đang đẩy mạnh công tác ngầm hóa giai đoạn 2016 - 2020 đã đề ra là đạt tối thiểu 650 km lưới trung thế

và 1.150 km lưới hạ thế Phấn đấu đến năm 2020, tỷ lệ ngầm hóa lưới điện trung thế khu vực nội thành (không gồm các huyện: Củ Chi, Cần Giờ, Hóc Môn, Bình Chánh) đạt khoảng 60%, riêng khu vực trung tâm Quận 1 và Quận 3 đạt 100% Tỷ lệ ngầm hóa lưới điện hạ thế khu vực nội thành (không tính ngõ hẻm chưa quy hoạch ổn định) đạt trên 40% Riêng khu vực trung tâm Quận 1 và Quận 3 đạt trên 90%

Sơ lược tình hình vận hành lưới điện trong thời gian qua [2]:

- Tổng số vụ mất điện lưới trung thế gây bật máy cắt đầu nguồn trên toàn Tổng công ty trong năm 2017 là 457 vụ, giảm 31 vụ so với cùng kỳ, chiếm tỉ lệ 72,42% chỉ tiêu giao năm 2017 là 631 vụ/năm

- Nguyên nhân mất điện: do nổ chì 26 vụ (chiếm 5,69%); hư cáp ngầm 65 vụ (14,22%); hư đầu cáp 59 vụ (12,91%); hư hộp nối cáp 23 vụ (5,03%); hư nổ thiết bị 23

vụ (5,03%); phóng sứ đường dây 21 vụ (4,6%); phóng sứ thiết bị 102 vụ (22,32%); đứt dây, đứt cò đấu 28 vụ (6,13%); động vật bò lên lưới 99 vụ (21,66%); nguyên nhân khác

11 vụ (2,41%)

Với kết quả trên ta dễ dàng nhận thấy sự cố mất điện do các tác nhân liên quan đến cáp ngầm chiếm 32%

Trang 17

11 /78

2.2 Sơ lược các loại cáp ngầm hiện nay

Với lịch sử hình thành và phát triển hiện nay, đã cỏ nhiều loại cáp ngầm trung thế được đưa vào sử dụng từ các loạỉ có cấu tạo phức tạp đến các loại cáp đa dụng dễ dâng

sử dụng cũng như thuận tỉện trong công tác bảo trì sửa chữa

Cáp ngầm là cáp có thể chôn ngầm trực tiếp trong đất Tiêu chuẩn áp dụng vào việc sản xuất và thử nghiệm là tiêu chuẩn IEC 60502-2: Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages from 1 kv (Um=l,2 kV) up to 30 kv (Um=36 kV) - Part 2 - Cables for rated voltages from 6 kv (Um=7,2 kV) up to 30 kv (Um=36 kV)

Hiện nay có nhiều cách phân loại các loại cáp ngầm từ cách phân biệt qua vật liệu cách điện đến phân biệt qua cấu trúc lõỉ cáp như:

- Cáp cách điện bằng dầu:

+ Cáp tẩm dầu cách điện (cáp đặc)

Trong cáp tẩm dầu (còn được gọi là cáp đặc), mỗi lõi dẫn được cách điện bằng giấy tẩm dầu (chứa dầu cổ độ nhớt cao) và được bịt kín bằng một lớp kim loại, ví dụ như vỏ chì

Vó bãovệ

Hình 2.1 Biểu đồ mất điện ỉưới trưng thể theo nguyên nhân trong năm 2017

Lõi dần Cảchdiẽn

Võ chỉ

Hình 2.2 Cáp ngầm dạng đặc

Trang 19

Trường Đại học Bách Khoa TPHCM Luận vãn Thạc sĩ

J3/78

Cấu tạo cơ bản cách điện của cáp là giấy tẩm dầu các điện Tuy nhiên, cấu tạo loại này thường dễ tạo ra các khiếm khuyết trong cáp do các khoảng trống (lỗ hổng) trong cách điện, có thể dẫn đến hiện tượng ion hóa Nên hiện nay loại này hiện nay hầu như không còn được sử dụng ngoại trừ các tuyến cáp đang vận hành từ trước đây và đang dân được thay thê bằng các loại cáp tiên tiến hiện nay

+ Cáp dầu

Cáp dầu là loại cáp đại diện cho cáp áp lực, được sử dụng rộng rãi cho các cấp điện

áp từ 66kV trở lên Cáp dầu được L Emanueli thuộc hãng Pừelli - Italy phát minh Dầu được lưu thông bên trong cáp Áp suất của dầu trong cáp được duy trì cao hơn áp suất không khỉ để ngăn chặn các lỗ trống phát sinh trong cách điện (một nhược điểm lớn của cáp đặc) Khả năng ưu việt của cách điện gỉúp tăng gỉớỉ hạn nhiệt độ của lõi dẫn, có nghĩa là tăng khả năng tải và gỉảm độ dày cách điện Hệ thống này sử dụng thiết bị cảnh báo đê phát hiện sự rò rỉ dầu gây ra bởi sự hỏng hóc vỏ kim loại, do đỏ nó được sửa chữa tức thời, trước khi sự co nghiêm trọng về đỉện xảy ra

Nhược điểm của cáp dầu là nó đòi hỏi các thiết bị ngoại vi, ví dụ thiết bị cấp dầu, cũng như mặt bằng để lắp đặt các thiết bị này

+ Cáp dầu dạng ống

Trong một cáp dầu dạng ống, ba lõi dẫn, mỗi lõi được bọc bởi cách điện giấy, được tẩm dầu cách điện có độ nhớt cao và được đặt trong một ống thép Ống thép này được điền đầy bằng dầu cách điện với áp suất khoảng 15kg/cm2 Mỗi lõi dẫn được quấn một dây trượt để có thể luồn vào ống dễ dàng hơn Cáp loại này có độ ổn

ông dầu Lõi dẩn Cich điện

Bâng qu.111 bang dãy đổng

Vó nhòm xoằn

Võ ngoài chông an mòn

Hình 2.3 Cáp dầu

Trang 20

- Cáp cách điện bằng các loại vật liệu nhựa tổng hợp hay cao su (XLPE)

Loại cáp thông dụng hiện nay là loại cáp ngầm 1 lõi cách điện XPLE và cáp ngầm

3 lõi cách điện XLPE

Cáp XLPE sử dụng cách điện bằng polyethylene liên kết chéo và thường không

cổ lớp vỏ kim loại, cấu trúc cáp được minh hoạ như hình 2.5 và hình 2.6 Cáp XLPE có

Lõi dẫn Cách điện Dàu Dây Trượt Ồng thép Lớp chõng ăn môn

Hình 2.4 Cáp dầu dạng ổng

Trang 21

15/78

các đặc tính rất ưu việt như: cách điện tốt, tổn hao điện môi thấp, tính mềm dẻo về cơ học và trọng lượng nhẹ Do loại cáp này không chứa dầu, nên nó có thể sử dụng ở mọi dạng địa hình, kể cả địa hình có độ chênh cao lớn và những nơi có chấn động mạnh Cáp XLPE hiện nay đã thay thế cáp dầu đối với các cấp điện áp 66, 77 và 154kV

Từ một vài năm trước, cáp XLPE cũng đã được sử dụng cho điện áp 275kV, với chiều dài truyền tải lớn Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, cáp XLPE đã được sử dụng

để liên kết các thiết bị, với cấp điện áp 500kV

Trang 22

16/78

Hình 2.5 Cap ngầm XLPE 03 ỉôi

Gđvaniỉeti Stood Wrn Armocrwi Of DcuBle 5tẽd

Tsp?Ànntìuied Cir^piđnMni Jsy J ftstog rfk'.fli'

Hình 2 6 Cap ngầm XLPE 01 ỉôi

fife

UjrakrBfX 1

Ri'dj'r tape’

VVir annfluvJ Tap? imuMirfd holer rap*

Trang 23

sở vật tư thiết bị sử dụng cho lưới điện ngầm cấp điện áp từ 0,4kV đến 22kV” có quy định cơ bản về cáp ngầm như sau:

Thông số vận hành cáp ngầm đang được áp dụng trong Tổng Công ty Điện lực TP.HCM áp dụng là 12,7/22 (24)kV trong đó: 12,7kV là điện áp pha, 22kV điện áp dây

và 24 kv là mức điện áp cao nhất mà cáp có thể chịu được khi có sự dao động điện áp trong quá trình vận hành

Cấu trúc cơ bản từ trong ra ngoài của cáp ngầm thông thường như sau:

(1) Ruột dẫn điện chống thấm nước

(2) Lớp màn chắn của ruột dẫn điện

(3) Lớp cách điện

(4) Lớp màn chắn của lớp cách điện bao gồm màn chắn bán dẫn được tạo thành bằng phương pháp đùn và băng bán dẫn có tính trương nở có tác dụng chống thấm nước và màn chắn kim loại

(5) Chất độn

(6) Lớp bọc bên trong (inner covering)

(7) Lớp bọc phân cách (separation sheath)

1 Ruột dẫn điện:

Trang 24

Bảng 1 Qụy định tiêu chuẩn ĩõỉ cáp

Tiết diện danh định

của ruột dẫn điện

- Nhiệt độ ruột dẫn lớn nhất cho phép và loại vỏ bọc ngoài được sử dụng:

Bảng 2 Quy định nhiệt độ ĩàm việc cho phép của cáp

Vât liêu vỏ boc

• • • Nhiệt độ ruột dẫn lớn nhất trong điều kiện làm việc bình thường [°C]

ST2 (loại vỏ bọc trên nền vật liệu

2 Màn chắn bán dẫn của ruột dẫn điện:

Màn chắn của ruột dẫn điện phải làm bằng lớp bán dẫn định hình bằng phương pháp đùn

3 Lớp cách điện:

- Lớp cách điện được định hình bên ngoài lóp màn chắn cách điện bằng phương pháp đùn

Trang 25

19/78

- Vật liệu cấu tạo: XLPE hay EPR

- Chiều dày danh định: 5,5 mm

Chiều dày trung bình không được nhỏ hơn chiều dày danh định

Chiều dày tại một điểm bất kỳ có thể nhỏ hơn giá trị danh định với điều kiện là sự sai khác không được vượt quá 0,65 mm

Chiều dày của lớp phân cách hoặc màn chắn bán dẫn trên ruột dẫn điện hoặc trên lớp cách điện không được tính vào vào chiều dày của lớp cách điện

- Độ bền điện áp:

+ Điện áp định mức: 12,7 kv (Uo)/22 kv

+ Điện áp cao nhất của hệ thống: 24 kv

+ Phóng điện cục bộ tối đa ở 22 kv (l,73Uo):

Thử nghiệm điển hình : 05 pC

Thử nghiệm thường xuyên : 10 pC

+ Độ bền điện áp cách điện tần số công nghiệp:

Thử nghiệm thường xuyên : 44,4 kv (3,5Uo) trong 05 phút

Thử nghiệm điển hình : 50,8 kv (4Uo) trong 04 giờ

+ Độ bền điện áp cách điện xung (thử nghiệm điển hình): 125 kv

- Nhiệt độ danh định lớn nhất của ruột dẫn đối với các vật liệu cách điện:

Bảng 3 Quy định nhiệt độ danh định ĩõỉ cáp

Vật liệu cách điện

Nhiệt độ danh định lớn nhất của ruột dẫn

[°C]

Làm việc bình thường

Ngắn mạch (thòi gian tối

đa 5s)

Trang 26

20/78

- Trên bề mặt ngoài của phần màn chắn phi kim loại được cấu tạo bằng phương pháp đùn, chỉ dẫn “LỚP BÁN DẪN: LOẠI BỎ KHI LÀM HỘP NỐI - ATTENTION: REMOVE WHEN CONNECTING” được in liên tục bằng mực có màu tương phản với màu của phần màn chắn phi kim loại

- Bên ngoài lớp bán dẫn định hình bằng phương pháp đùn có bọc một lớp băng bán dẫn có tính trương nở có tác dụng chống thấm nước

- Phần kim loại phải được áp sát lên trên phần băng bán dẫn chống thấm nước

- Màn chắn kim loại phải làm bằng đồng gồm có một hoặc một vài băng quấn hoặc dây bện hay một lóp bọc đồng trục bằng sợi dây hoặc kết hợp giữa các sợi dây và băng quấn

Bề rộng tối thiểu của băng đồng: 12,5 mm

Độ dày tối thiểu của băng đồng: 0,127mm

- Các màn chắn kim loại của các lõi phải tiếp xúc với nhau

- Ký hiệu phân biệt các lõi của cáp ngầm: Ba lõi của cáp ngầm sẽ được phân biệt bằng các dải băng màu đỏ, xanh dương và vàng, mỗi màu cho một lõi, được đặt phía dưới lóp màn chắn kim loại

5 Lóp bọc bên trong và chất độn:

- Lớp bọc bên trong được bọc phủ lên các lõi

- Lớp bọc bên trong có thể được tạo thành bằng phương pháp đùn

- Chỉ cho phép dùng vỏ bọc bên trong theo kiểu quấn nếu khoảng trống giữa các lõi được đùn đầy bằng chất độn

- Vỏ bọc bên trong và chất độn phải là các vật liệu thích hợp với nhiệt độ làm việc của cáp và phải tương đương với vật liệu cách điện Cho phép dùng một vòng xoắn mở bằng băng quấn thích hợp làm nút buộc trước khi tạo hình vỏ bọc bên trong bằng phương pháp đùn

- Vật liệu của lớp bọc bên trong: PVC

- Chiều dày của lớp vỏ bọc bên trong:

Bảng 4 Chiều dày vỏ bọc lõi cáp

Đường kính giả định của đường tròn

ngoại tiếp 3 lõi [mm]

Chiều dày của lớp bọc bên trong [mm]

Trang 27

- Vật liệu cấu tạo: PVC, chất lượng của loại vật liệu sử dụng cho lớp vỏ bọc phân cách phải phù hợp với nhiệt độ làm việc của cáp

- Chiều dày danh định của lóp vỏ bọc phân cách được làm tròn đến 0,1 mm và được tính toán theo công thức 0,02D + 0,6 mm nhưng không được nhỏ hơn 1,2 mm với D

là đường kính giả định dưới lớp vỏ bọc phân cách

Chiều dày nhỏ nhất tại một điểm bất kỳ phải không được thấp hơn 80% giá trị danh định với sai số lớn nhất là 0,2 mm

7 Áo giáp:

Áo giáp làm bằng kim loại có thể là một trong 03 dạng sau:

- Áo giáp bằng dây dẹt

- Áo giáp bằng dây tròn

- Áo giáp bằng băng quấn kép

Áo giáp kim loại được áp vào lớp bọc bên trong

a Áo giáp bằng dây dẹt hoặc tròn:

- Áo giáp làm bằng dây phải kín, có nghĩa là chỉ còn khe hở rất nhỏ giữa các dây kề nhau Trong trường hợp cần thiết, có thể dùng một vòng xoắn kiểu băng quấn bằng thép mạ có chiều dày danh định nhỏ nhất là 0,3mm quấn đè lên trên áo giáp bằng dây thép dẹt và trên áo giáp bằng dây thép tròn

Trang 28

22/78

+ Dây tròn làm áo giáp:

Bảng 5 Qụy định ĩớp giáp của cáp

Đường kính giả định dưới lớp áo

thiểu của dây tròn làm áo giáp

mm thì chiều dày danh định của dây thép dẹt thường là 0,8 mm

Chiều dày dây dùng làm áo giáp không được thấp hơn giá trị danh định 8%

b Áo giáp bằng băng quấn:

- Băng quấn bổ sung: Khi sử dụng lớp áo giáp làm bằng băng quấn thì chiều dày của lớp bọc bên trong phải được tăng cường bằng một lớp băng quấn có chiều dày danh định là 0,5 mm nếu chiều dày băng quấn làm áo giáp là 0,2 mm và là 0,8 mm nếu chiều dày băng quấn làm áo giáp lớn hơn 0,2 mm

Nếu có một lớp bọc phân cách hoặc nếu lớp bọc bên trong được tạo thành bằng phương pháp đùn thì không cần phải có băng quấn bổ sung

- Chiều dày tổng cộng của lớp bọc bên trong và lớp băng quấn bổ sung đo bằng sai lệch đường kính không được nhỏ hơn giá trị danh định là 0,2 mm+20%

- Áo giáp làm bằng băng quấn cần được quấn chồng thành hai lớp do vậy lớp băng quấn bên ngoài phải đè lên khe hở giữa 02 vòng kề nhau của lớp băng quấn bên trong Khe hở giữa các vòng quấn kề nhau của từng dãy băng không được vượt quá 50% chiều rộng của băng quấn

Trang 29

23/78

Bảng 6 Quy định lớp băng quẩn lớp giáp của cáp

Đường kính giả định dưới lớp

áo [mm]

Chiều dày của băng quấn [mm]

Lớn hon Nhỏ hon và bằng Thép hoặc thép

mạ Nhôm hoặc họp kim nhôm

+ Băng quấn bằng nhôm và hợp kim nhôm: 0,5-0,8 mm

Chiều dày băng quấn dùng làm áo giáp không đuợc thấp hơn giá trị danh định 10%

8 Lớp vỏ bọc bên ngoài:

- Cáp phải có một lớp vỏ bọc bên ngoài đuợc định hình bằng phuơng pháp đùn

- Vật liệu cấu tạo: PVC loại ST2 hoặc HDPE loại ST7

- Chiều dày danh định của lớp vỏ bọc bên ngoài đuợc làm tròn đến 0,1 mm và đuợc tính toán theo công thức 0,035D +1,0 mm nhung không đuợc nhỏ hơn 1,8 mm với

D là đuờng kính giả định duới lớp vỏ bọc bên ngoài

Chiều dày nhỏ nhất tại một điểm bất kỳ phải không đuợc thấp hơn 85% giá trị danh định với sai số lớn nhất là 0,1 mm

- Bán kính uốn cong khi thủ nghiệm điển hình: 15x(d+D)±5% với d là đuờng kính lõi

và D là đuờng kính ngoài của cáp

- Ký hiệu cáp:

Trên mặt ngoài của lớp vỏ bọc bên ngoài, cách khoảng 01 mét phải được in nổi dòng chữ: cấp điện áp “22(24) kV”+ vật liệu cách điện + vật liệu của lớp vỏ bọc bên trong + + loại và vật liệu làm áo giáp + + vật liệu làm vỏ bọc ngoài +

“CU + “3x” tiết diện ruột dẫn điện sử dụng cho dây pha [mm2] + Tên của nhà chế tạo + Năm chế tạo

Sơ lược các chủng loại cáp ngầm trung thế và phụ kiện đi kèm như sau:

- Cáp ngầm 22kV - 3 lõi loại không thấm nước có màn chắn băng đồng

Trang 30

24/78

- Cáp ngầm 22kV - 1 lõi loại không thấm nước có màn chắn băng đồng

- Cáp ngầm 22kV - 3 lõi loại chống thấm nước có màn chắn băng đồng

- Cáp ngầm 22kV - 1 lõi loại chống thấm nước có màn chắn băng đồng

- Cáp ngầm 22kV - 3 lõi loại không thấm nước có màn chắn sợi đồng

- Cáp ngầm 22kV - 1 lõi loại không thấm nước có màn chắn sợi đồng

- Cáp ngầm 22kV - 3 lõi loại chống thấm nước có màn chắn sợi đồng

- Cáp ngầm 22kV - 1 lõi loại chống thấm nước có màn chắn sợi đồng

- Hộp đầu cáp ngầm 22kV sử dụng ngoài trời

2.4 Các nguyên nhân sự cố cáp ngầm trung thế

2.4.1 Chạm chập 02 ruột dây dẫn vớỉ nhau hoặc chạm cập ruột vớỉ dây dẫn vóí màn chắn (hư hỏng song song)

Thông thường hư hỏng này xảy ra chạm chập ở giữa các ruột dẫn với nhau hoặc xảy ra giữa ruột dẫn với lớp màn chắn; giữa các ruột dẫn với màn chắn Kinh nghiệm thực tiễn cho thấy phần lớn các hư hỏng của cáp xảy ra dưới dạng hư hỏng này.[3]

Đặc điểm của hư hỏng này thể hiện khi kiểm tra điện trở cách điện, giá trị điện trở nằm khoảng từ 0 Mfì ( điện trở nhỏ) tới vài Mfì (điện trở cao)

Trang 31

25/78

2.4.2 Sự cố cáp phóng điện (hư hỏng song song)

Trường hợp này xảy ra điện trở sự cố rất lớn và cáp có tích điện, điện áp phóng điện có thể đến vài kilovol và lỗi thường xảy ra ở tại các điểm hộp nối cáp Tại điểm hư hỏng có thể coi như là khe hở phóng điện hồ quang và khoảng cách các điện cực phóng điện xác định theo điện áp đặt vào Điện trở cách điện là không giới hạn cho tới khi đạt được điện áp phóng điện

2.4.3 Hư hỏng gián đoạn (cáp hở mạch hay đứt)

Nguyên do cáp bị đứt hoàn toàn hoặc điểm mối nối cáp bị tuột sẽ dẫn tới gián đoạn Hư hỏng này xảy ra thì điện trở rất cao, giá trị lớn vô cùng (oo) khi cáp đứt hoàn toàn Với dạng hư hỏng này giá trị điện trở kết hợp cả nối tiếp và song song

LI L2 L3 Shield

2.4.4 Hư hỏng do ruột

Trang 32

26/78

có phóng điện áp cao trực tiếp tới đất Kết quả gây nguy hiểm cho người

Hình 2.10 Hư hỏng do cáp chạm đẩt

2.4.5 Hư hỏng do nước thâm nhập hoặc nhiễm ẩm

Trên cáp nhiều ruột, thường các ruột dẫn có ảnh hưởng với nhau Phóng điện thường không luôn xảy ra ở vị trí mà ở đó nước hay ẩm thâm nhập vào cáp Giá trị điện trở ở khoảng vài kfì trở kháng cáp không thay đổi Tùy thuộc vào cấu trúc của cáp (ví dụ: cáp có chống thấm dọc) thì hư hỏng có thể xảy ra tại một điểm hoặc lan rộng trong toàn bộ cáp Hư hỏng do nhiễm ẩm thường khó định vị do có xu hướng biến đổi, có thể gây hiện tượng phóng điện cục bộ mạnh và thường xảy ở các mối nối cáp Điểm hư hỏng có thể thành điểm có điện trở cao sau khi có từ 1 đến 2 lần phóng điện và sau đó không thêm bất kỳ sự phóng điện nào nữa, nước đã bị thổi ra khỏi các mối nối và bị làm khô Dạng hư hỏng khác là hư hỏng dưới nước Ở đây dưới áp lực nước ngăn chặn ảnh hưởng cháy của điểm hư hỏng gây ra trong khi đang có điện áp cao đặt vào cáp Vị trí điểm hư hỏng cũng rất khó xác định

Hình 2.11 Cáp có nước thăm nhập

Trang 33

27/78

2.5 Hình ảnh mệt số sự cố cáp ngầm trung thế

Hình 2.12 Hình đầu cáp ngầm tuyến Kim Hằng trạm Nam Sài Gòn 2 trước sự co

Hình 2.13 Hình đầu cáp ngầm tuyến Kim Hằng trạm Nam Sài Gòn 2 bị sự cố

Trang 34

28/78

Hình 2.14 Hình đầu cáp ngầm tuyến Tân Bửu trạm Tân Túc cỏ nguy cơ bị sự cổ

Hình 2.15 Hình phân tích 01 hộp nổỉ cáp ngầm bị phóng điện cục bộ

Trang 35

29/78

CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ ĐO PHÓNG ĐIỆN cục Bộ TRONG VIỆC XÁC ĐỊNH sự

CỐ CÁP NGẦM TRỨNG THẾ HIỆN NAY 3.1 Giới thiệu tổng quan

Với việc xuất hiện các hiện tượng phóng điện cục bộ trong cáp ngầm làm ảnh hưởng đến quá trình vận hành của lưới điện Thì việc nghiên cứu, phát triển các thiết bị nhằm phát hiện ra các hiện tượng trên là một xu thế phát triển tất yếu

3.1.1 Phóng điện cục bộ

Theo IEC 60270, phóng điện cục bộ (Partial Discharge - PD) là hiện tượng phóng điện đánh thủng điện môi cục bộ (bọt khí trong hệ thống cách điện rắn hoặc lỏng) dưới tác dụng của ứng suất điện áp cao, nó chỉ cầu cục bộ, nối tắt một phần giữa các điện cực Phóng điện cục bộ là kết quả từ phóng điện bên trong do sự hình thành các lỗ hổng của cách điện, bọt khí, chỗ trống giữa điện môi và chất bán dẫn, phóng điện tạo đường dẫn dọc theo vết ngăn giữa hai thành phần, hoặc phóng điện từ sự phát triển của cây điện hoặc cây nước Khi cường độ điện trường bên trong lỗ trống hoặc những rạn nứt đạt đến một ngưỡng giá trị, thể khí sinh ra do ion hóa chỗ khuyết tật, các điện tử tự do tạo ra bởi các va chạm ban đầu một cách liên tục, dần dần sẽ dẫn đến đánh thủng hoặc phóng điện qua lỗ trống, khuyết tật trong cách điện

PD thường xuất hiện ở những khoảng trống, những vết nứt bên trong điện môi rắn, tại bề mặt ranh giới giữa điện môi và vật dẫn điện trong trong điện môi rắn và lỏng, hoặc những bọt khí nằm trong điện môi lỏng

PD phát triển có thể làm suy giảm cách điện của cáp, nghiêm trọng thêm các khiếm khuyết nhỏ trong cách điện của cáp như: bọt khí, các khoảng trống trong lớp màng chắn cách điện

Mặc dù phóng điện cục bộ chỉ diễn ra trong một pham vị hẹp (cục bộ) với một cường độ yếu, nhưng khi đã phát sinh sẽ dần phát triển và có thể dẫn tới phá hủy môi trường cách điện Do quá trình phóng điện sẽ dẫn đến việc hình thành nên các sản phẩm phụ và theo thời gian thì sự phóng điện sẽ xảy ra nhanh hơn nữa do sự tập trung mật độ cao các sản phẩm phụ trên

Trang 36

30/78

Ta thiết lập một mô hình mô phỏng mạch tương đương phóng điện cục bộ với các thông số: Với điện dung a tượng trưng cho phần cách điện tốt của cách điện (the healthy part of the insulation), b tượng trưng cho điện dung của điện môi mắc nối tiếp với điện dung của của bọc khí (hoặc lỗ trống) c trong cách điện, Va: điện áp đặt trên toàn bộ cách điện

Hình 3.1 Mô hình mô phỏng mạch tương đương của phóng điện cục bộ

Với Sơ đồ mô phỏng như trên, dạng sóng của phóng điện cục bộ như sau:

Hình 3.2 Mô hình mô phỏng mạch tương đương và dạng sóng

của phóng điện cục bộ theo tài liệu tham khảo

Mô tả: Khi điện áp Va tăng, nếu giả thiết chưa có phóng điện trong bọt khí thì điện

Trang 37

31/78

áp Vc sẽ đi theo dạng sóng sin (đường nét đứt) Tuy nhiên, trong thực tế khi điện áp Vc tăng đạt đến ngưỡng điện áp đánh thủng bọc khí (U+) thì xảy ra phóng điện Khi đó, điện áp giáng trên bọt khí giảm xuống đến giá trị v+ thì kênh phóng điện tắt Xuất phát tại vị trí này, Vc sẽ tiếp tục đi theo dạng sóng sin và tiếp quá trình phóng điện ở bán kỳ

âm

Thông số đặc tính của PD thông thường được xác định bằng điện tích biểu kiến (apparent charge) với đơn vị được tính là picô-Culong (pC), dòng PD (PD current) hoặc dạng năng lượng PD (PD energy)

Bản chất PD là các xung tần số cao, thiết bị đo theo công thức (1) trong miền thời gian cần có phổ tần số rộng (MHz)

Còn nếu để đo trong miền tần số, biến đổi Fourier của i(t):

Các dạng phóng điện cục bộ cơ bản bao gồm phóng điện bên trong cách điện, phóng điện bề mặt, phóng điện vầng quang và hiện tượng cây điện

Trang 38

32/78

Hình 3.3 Các dạng phóng điện cục bộ

a - phóng điện bên trong; b- phóng điện bề mặt;

c- phóng điện vầng quang; d- hiện tượng cây điện

CÓ các dạng PD cơ bản như sau:

- Phóng điện bên trong vật liệu cách điện

Nguyên nhân phần lớn do lỗi vật liệu cách điện (các vết nứt, bọt khí) xảy ra trong quá trình sản xuất (chất liệu lẫn tạp chất) hoặc quá trình thi công (vệ sinh không tốt, thao tác không đúng kỹ thuật), hiện tượng phóng điện này có thể xảy ra mọi dạng cách điện: thể rắn (lớp XLPE của cáp ngầm, vỏ epoxy của thiết bị, giấy cách điện máy biến áp ), thể lỏng (dầu máy biến áp), thể khí (khí SF6 trong thiết bị GIS)

- Phóng điện bề mặt

Xảy ra trên bề mặt cách điện, nguyên nhân phần lớn do thời tiết, môi trường vận hành thiết bị (khí hậu oi nóng, độ ẩm cao, hoặc ở vùng biển); do thi công sai (tác động lực lớn lên bề mặt cách điện, vệ sinh kém ) thường thấy ở thiết bị như sứ, đầu cáp, giá

đỡ cách điện; ngoài ra còn có thể do tiếp xúc xấu

Trang 39

33/78

phóng điện cục bộ và được gọi là cây điện hóa học Cây nước làm hư hại cáp khi chúng chuyển đổi thành cây điện Một cây nước được chuyển đổi thành một cây điện trong thời gian ngắn sẽ làm hư hỏng cách điện do sự nhân rộng của cây điện ban đầu tăng lên Hình 3.4 thể hiện hình ảnh cây nước sinh ra ở trạng thái ban đầu trong cáp XLPE

Hình 3.4 Hình ảnh các mô hình cây nước trong cách điện XLPE

- Cây điện: Sự hiện diện các ứng suất điện áp cao và đi theo các hướng khác nhau

là yếu tố mang đến sự hình thành và sản sinh các cây điện Một cây điện có thể bao gồm nhiều đường dẫn phóng điện như các nhánh và thân cây được xuất phát từ thân cây đầu tiên

Cây điện cũng có thể được hình thành ban đầu với sự kéo dài các hoạt động phóng điện cục bộ từ sự đùn ép ở giao diện bề mặt điện môi bán dẫn, nhiễm bẩn hoặc từ một chuyển đổi dạng cây nước Khởi đầu thông thường cây điện sẽ sinh ra qua một lt miếng

vỡ rời rạc của cách điện và các dạng nhánh cây bắc cầu, lúc đó hiện tượng đánh thủng

sẽ diễn ra Do đó, cây điện được kết luận là quá trình lão hóa dẫn đến hư hỏng cách điện

Hình 3.5 Mô hình trạng thái cây nước phát triển thành cây điện trong cách điện XLPE

Ảnh hưởng của phóng điện cục bộ bên trong thiết bị điện nói chung và trong cáp điện nói riêng là rất nghiêm trọng, có thể dẫn đến phá hủy hoàn toàn hệ thống cách điện hay thiết bị điện Ngoài ra, ảnh hưởng của phóng điện cục bộ trong điện môi rắn là hình thành nên nhiều nhánh phóng điện dẫn đến việc xuất hiện những kênh phóng điện, quá trình này gọi là cây điện Quá trình phóng điện lặp đi lặp lại sẽ dẫn đến sự hư hỏng về

cơ khí và phá hủy tính chất hóa học của vật liệu cách điện Hư hỏng được gây ra bởi

Trang 40

34/78

năng lượng bị tiêu tán do những điện tích và ion năng lượng cao Sự biến đổi hóa học của điện môi cũng có khuynh hướng làm gia tăng tính dẫn điện của điện môi Sự gia tăng ứng suất điện trong các khe hở càng làm đẩy nhanh hơn tiến trình phá hủy cách điện

3.1.2 Một số ứng dụng trong chẩn đoán phóng điện cục bộ

Các công nghệ thử nghiệm chẩn đoán hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong ngành điện có thể kể đến như:

- Đo nhiệt độ mối nối bằng camera nhiệt (infrared camera) để phát hiện mối nối nào đang bị phát nhiệt

- Sử dụng camera nhiệt để phát hiện phóng điện vầng quang

- Phân tích khí hòa tan trong dầu cách điện (Dissolved Gas Analysis-DGA)

- Các công nghệ khác: đo điện dung, đo tổn hao điện môi tanô, đo đáp ứng điện môi theo tần số

- Đo phóng điện cục bộ (Partial Discharge - PD)

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các phương pháp thử nghiệm chẩn đoán cũng trở nên hiệu quả hơn, đặc biệt là các công nghệ đo phóng điện cục bộ đang thể hiện nhiều ưu điểm vượt trội (như có thể giám sát và phát hiện các sự

cố tiềm ẩn trong hệ thống trước khi nó xảy ra, phân tích PD có khả năng phát hiện các dấu hiệu tiềm ẩn của sự cố trong hệ thống điện một cách đơn giản nhất)

3.2 Các phương pháp xác định phóng điện cục bộ

Hiện nay Tổng Công ty Điện lực TP.HCM đang áp dụng 03 phương pháp thử nghiệm PD:

- PD cơ bản: Thử nghiệm khảo sát, phát hiện các vị trí phóng điện quầng quang,

bề mặt, kiểm tra tình trạng của cách điện các ngăn tủ hợp bộ trung thế nhằm kiểm tra bảo trì có chọn lọc

Định dạng
Số trang	128
Dung lượng	2,98 MB
File đính kèm	123.rar (22 MB)