Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống cáp ngầm 220 KV vượt kênh Đình Vũ

Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống cáp ngầm 220 KV vượt kênh Đình Vũ Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống cáp ngầm 220 KV vượt kênh Đình Vũ Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống cáp ngầm 220 KV vượt kênh Đình Vũ luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÁP NGẦM 220KV VƯỢT KÊNH ĐÌNH VŨ NGÀNH : HỆ THỐNG ĐIỆN MÃ SỐ:23.04.3898 LA QUỐC VŨ Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH THẮNG HÀ NỘI 2008 MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VỀ SỰ RA ĐỜI CỦA ĐỀ TÀI VÀ KHÁI QUÁT CHUNG HỆ THỐNG CÁP NGẦM CAO ÁP 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Khái quát chung hệ thống cáp ngầm cao áp: 1.3 Mục đích đề tài 1.4 Ngun tắc chung cơng tác tính tốn, thiết kế hệ thống cáp Chương 2: LỰA CHỌN CẤP ĐIỆN ÁP, DỊNG ĐIỆN TẢI VÀ TÍNH TỐN, LỰA CHỌN TIẾT DIỆN CÁP CHO HỆ 11 THỐNG CÁP NGẦM CAO ÁP VƯỢT KÊNH ĐÌNH VŨ 2.1 Lựa chọn cấp điện áp, tính tốn dịng điện tải cho cáp 11 ngầm vượt kênh Đình Vũ 2.2 Các đặc điểm cơng trình 12 2.3 Lựa chọn chủng loại cáp, loại cách điện 14 2.4 Cấu tạo cáp ngầm cao áp với cách điện XLPE 17 2.5 Kỹ thuật đặt cáp chôn cáp, so sánh phương án 20 lựa chọn phương thức đặt cáp cho cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ 2.6 Các kỹ thuật nối đât bảo vệ lựa chọn phương thức nối 30 đất vỏ cáp cho cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ 2.7 Tính tốn chọn tiết diện cáp 49 Chương 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN TRƯỜNG, TỪ TRƯỜNG CAO ÁP TỚI CÁP NGẦM VÀ ÁP DỤNG CỤ THỂ ĐỂ TÍNH TỐN CHỌN THƠNG SỐ 56 CÁP CHO HỆ THỐNG CÁP NGẦM 220KV VƯỢT KÊNH ĐÌNH VŨ 3.1 Khái niệm điện trường 56 3.2 Điện dung cáp lõi 57 3.3 Tổn thất điện môi 59 3.4 Điện áp đánh thủng cách điện 60 3.5 Điện trường cáp điện [19] 61 3.6 Áp dụng nghiên cứu điện trường để tính tốn chọn 69 thông số cho cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ 3.7 Tính tốn ảnh hưởng từ trường tới cáp ngầm 220kV 76 vượt kênh Đình Vũ Chương 4: TÍNH TỐN, KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU NGẮN MẠCH CỦA CÁP, TÍNH TỐN Q ĐIỆN ÁP VỎ TRONG HỆ THỐNG NỐI ĐẤT VỎ, THIẾT KẾ LỰA 90 CHỌN THIẾT BỊ HẠN CHẾ ĐIỆN ÁP VỎ VÀ TỔNG HỢP CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CÁP 4.1 Tính tốn khả chịu ngắn mạch cáp vỏ kim 90 loại 4.2 Quá điện áp vỏ hệ thống nối đất vỏ 94 4.3 Quá điện áp độ hệ thống cáp 98 4.4 Quá điện áp nội hệ thống khơng có thiết bị hạn 99 chế điện áp vỏ cáp 4.5 Thiết bị giới hạn điện áp vỏ 100 4.6 Thiết kế lựa chọn thiết bị hạn chế điện áp vỏ 101 4.7 Các yêu cầu kỹ thuật cáp phụ kiện cáp ngầm 106 vượt kênh Đình Vũ Chương 5: CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ HỆ THỐNG CÁP NGẦM 220KV VƯỢT KÊNH ĐÌNH VŨ 120 5.1 Kiểm tra nhiệt độ cáp ngầm sợi quang 120 5.2 Sử dụng giải pháp Quang học sợi cho việc giám sát nhiệt 122 độ cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ 5.3 Xác định điểm hư hỏng vỏ cáp theo phương pháp 140 galvanometer: 5.4 Lựa chọn sơ đồ phương thức bảo vệ cáp ngầm 142 Chương 6: CÁC GIẢI PHÁP XÂY DỰNG 147 6.1 Công tác chuẩn bị 147 6.2 Công việc thi công theo bước sau : 150 6.3 Thu dọn trường, nghiệm thu, bàn giao 153 Chương 7: TỔNG KẾT VÀ KIẾN NGHỊ 156 LỜI NÓI ĐẦU Tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Đình Thắng thầy giáo hướng dẫn đồ án tốt nghiệp Đại học cho tôi, gợi mở dẫn dắt tận tình cho tơi làm luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ này, tài liệu vấn đề cáp ngầm cao áp có nhiều lại thiếu, không thầy dẫn tận tình tơi khó hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn Hệ thống điện Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đồng nghiệp Tập đoàn Điện lực Việt Nam, Viện Năng Lượng bạn lớp Cao học KTĐ 2005-2007 giúp tơi hồn thành luận văn Do kiến thức cịn hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi sai sót, tơi mong nhận bảo, góp ý thầy giáo môn Hệ thống Điện người quan tâm Tôi xin cảm ơn La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VỀ SỰ RA ĐỜI CỦA ĐỀ TÀI VÀ KHÁI QUÁT CHUNG HỆ THỐNG CÁP NGẦM CAO ÁP 1.1 Đặt vấn đề: Thành phố Hải Phòng thành phố cảng biển lớn miền Bắc, đầu mối quan trọng vị trí lẫn tiềm kinh tế tam giác phát triển kinh tế Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh miền Bắc Trong khoảng từ năm 1995 trở lại đây, kinh tế Hải Phòng phát triển mạnh mẽ Nhiều cơng trình cơng nghiệp, giao thơng, dịch vụ vào hoạt động như, khu cơng nghiệp thép Cửu Long, thép Đình Vũ, khu cơng nghiệp Quán Toan với bốn nhà máy cán thép, nhà máy Xi măng Ching Fong, khu công nghiệp Nomura, nhà máy cơng nghiệp nhẹ trục đường Hải Phịng - Đồ Sơn, nhiều khu công nghiệp khác giai đoạn quy hoạch, xây dựng khu công nghiệp Hạ Đoạn, Bến Rừng, thép Vạn Lợi, thép Việt Ý, Tràng Duệ… dự án mở rộng cảng Hải Phòng, giao thơng có dự án mở rộng nâng cấp đường mới, quốc lộ 10 nối Hải Phịng - Quảng Ninh - Thái Bình - Nam Định - Ninh Bình … Đặc biệt dự án khu kinh tế đảo Đình Vũ khẩn trương hồn thiện Đảo Đình Vũ nằm phía Đơng Nam thành phố Hải Phịng có diện tích gần 20km2, nằm kẹp cửa sông đổ biển cửa Nam Triệu Cửa Cấm Đảo Đình Vũ có mặt vị trí thuận lợi cho phát triển cầu cảng phát triển cơng nghiệp Đảo Vì dự án khu kinh tế Đình Vũ dự kiến xây dựng phát triển vòng 15 - 20 năm để trở thành khu kinh tế lớn với quy mô xây dựng rộng tới 1152 (vào năm 2020), với hàng chục khu công nghiệp, thương mại, dịch vụ, du lịch, nhà khách sạn, công viên xanh, mạng lưới đường tơ kết hợp hài hồ với hệ thống đường sắt, hệ thống thông tin viễn thơng, hệ thống cấp nước, hệ thống điện lực đặc biệt hệ thống cảng biển đại quy hoạch đảo Với quy mô phát La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học triển trên, theo dự báo nhu cầu điện đảo Đình Vũ giai đoạn I (20002004) tương ứng với diện tích sử dụng 164ha 32MW Dự kiến giai đoạn đến 2020 tương ứng với diện tích sử dụng 1152 425MW Để đáp ứng nhu cầu điện Thành phố Hải Phòng , nhà máy nhiệt điện Hải Phòng I nhà máy nhiệt điện Hải Phòng II với quy mô công suất nhà máy 600MVA đời tất yếu nguyên tắc “Điện trước bước” Để đấu nối nhà máy điện vào Hệ thống Điện Quốc gia, theo Tổng sơ đồ V (Quy hoạch phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn 2001 - 2010 có xét triển vọng đến năm 2020 gọi tắt Quy hoạch điện V hay Tổng sơ đồ V) theo phương án đấu nối quan, ban ngành đưa thống Tổng sơ đồ VI (Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2006 - 2015 có xét đến năm 2025 gọi tắt Quy hoạch điện VI hay Tổng sơ đồ VI) truyền tải tồn cơng suất hai nhà máy qua hai đường dây 220kV mạch kép từ NMNĐ Hải Phịng Đình Vũ (Đường dây 220kV NMNĐ Hải Phịng - Đình Vũ) từ NMNĐ Hải Phịng Vật Cách (Đường dây 220kV NMNĐ Hải Phòng - Vật Cách) đồng thời bổ sung nguồn cung cấp cho số trạm 110kV quanh khu vực nhà máy Trong Đường dây 220kV NMNĐ Hải Phịng - Đình Vũ có nhiệm vụ sau: Truyền tải điện trực tiếp từ nhà máy nhiệt điện Hải Phịng đến trạm 220kV Đình Vũ để đáp ứng nhu cầu điện cho khu kinh tế Đình Vũ Là đường dây 220kV thứ hai truyền tải công suất NMNĐ Hải Phòng vào Hệ thống Điện Quốc Gia Tuy nhiên đường dây 220kV NMNĐ Hải Phịng - Đình Vũ có điểm đầu NMNĐ Hải Phịng điểm cuối trạm 220kV Đình Vũ có tổng chiều dài tuyến 15km, qua địa bàn huyện Thuỷ Nguyên, Quận Hải An Thành phố Hải Phòng, đường dây từ bờ Bắc sơng Cấm sang đảo Đình Vũ bắt buộc La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học phải vượt kênh Đình Vũ, kênh cửa ngõ vào cảng Hải Phòng đường cho tàu thuyền từ cửa Nam Triệu vào cảng T.P Hải Phòng Trong q trình làm việc với Thành phố Hải Phịng, để phù hợp với quy hoạch chung tổng thể thành phố, UBND thành phố Hải Phòng thống khoảng vượt đường dây 220kV NMNĐ Hải Phịng - Đình Vũ qua kênh Đình Vũ gần với ngã ba sơng Cấm đổ sông Bạch Đằng Theo yêu cầu Cục hàng hải Việt Nam (tại văn số 1226/CHHVN-BCB ngày 04/09/2002), chiều cao tĩnh không tàu thuyền tối đa đoạn từ cửa Nam Triệu qua kênh Đình Vũ đến cảng Hải Phịng 55m Do chiều cao dây dẫn thấp (có kể đến mét an tồn điện) cho đoạn ĐDK qua đoạn sơng 58m Theo tính tốn cột vượt sơng tối thiểu phải có độ cao 60m Mặt khác theo yêu cầu Qn chủng Phịng khơng - Khơng qn (văn số 414/CV-BTM ngày 20/9/1999), chiều cao cột vượt kênh Đình Vũ nằm phạm vi tĩnh khơng sườn sân bay Cát Bi (5000m) không phép cao 50m Với hai số liệu khống chế trên, việc sử dụng đường dây để vượt qua kênh Đình Vũ hồn tồn khơng khả thi Do giải pháp sử dụng cáp ngầm 220kV Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, nhiệm vụ luận văn tốt nghiệp sâu nghiên cứu vấn đề cụ thể sau: • Tính tốn trào lưu cơng suất hệ thống, lựa chọn cấp điện áp truyền tải, tính tốn dịng tải thiết kế lựa chọn chủng loại cáp • Tính tốn ảnh hưởng điện trường, từ trường cao áp cáp ngầm áp dụng cho việc tính chọn thơng số cho cáp ngầm cao áp vượt kênh Đình Vũ Các yêu cầu kỹ thuật chi tiết cho hệ thống cáp ngầm • Các giải pháp bảo vệ cáp ngầm • Biện pháp thi công thi công hệ thống cáp ngầm La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 1.2 Khái quát chung hệ thống cáp ngầm cao áp: Hệ thống truyền tải điện cáp ngầm có lịch sử phát triển lâu giới, từ năm 1811 người ta sử dụng cáp đồng bọc cao su tự nhiên ngầm biển để sử dụng cho mục đích truyền tải thơng tin, nhiên phải đến năm 1879, Borel nhà khoa học người Pháp phát minh cách điện sợi đay tẩm paraffin, sử dụng để sản xuất cáp ngầm điện lực lõi có cấp điện áp 3kV chiều giới lắp đặt Pari vào năm 1890, thành người ta phát minh loại cách điện khác cách điện giấy tẩm dầu, khí nén, dầu cách điện, khí SF6, ERP, XLPE, … cấp điện áp tăng dần từ 3kV chiều đến 10kV xoay chiều (1890-Anh), 60kV xoay chiều (1911Đức), 138kV xoay chiều (1917)… Cùng với phát triển không ngừng ngành khoa học khác, ngành công nghiệp cáp ngầm có tiến vượt bậc, ngày người ta sản xuất cáp ngầm có cấp điện áp đến 500kV cao Ở nước ta, vòng từ 10 năm trở lại cáp ngầm trung áp (có điện áp từ 35 kV trở xuống) sử dụng rộng rãi lưới điện phân phối với tổng chiều dài lên tới hàng chục nghìn ki lô mét Đặc biệt cáp ngầm 22 kV lắp đặt thành phố lớn trở nên phổ biến Tuy nhiên việc ứng dụng hệ thống cáp ngầm cho hệ thống đường dây truyền tải cao áp mẻ, chưa nghiên cứu cách có hệ thống Đồng hành với phát triển ngành điện lực phát triển đất nước, ngày có nhiều vùng thị đơng dân cư, với nhu cầu điện năng, nhu cầu đô thị đại, yêu cầu thiết yếu nhà hoạch định chiến lược đặt với cơng trình điện giảm quỹ đất xây dựng trung tâm thành phố lớn, tăng tính thẩm mỹ (ví dụ xung quanh cơng trình quan trọng quốc gia gần Trung tâm Hội nghị Quốc gia, La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học gần nhà Quốc hội, gần Lăng Chủ tịch, gần cơng trình quan trọng khác…) đặc biệt gần để đáp ứng nhu cầu gia tăng phụ tải, số trạm biến áp trung gian với đường cáp ngầm truyền dẫn công suất với cấp điện áp cao từ 110kV, 220kV khẩn trương xây dựng lòng thành phố (tại Hà Nội có trạm GIS 110kV Mỹ Đình, cáp ngầm 110kV Thành Cơng - Phương Liệt, cáp ngầm 110kV Nam Chương Dương từ Cột 84 đến cột 85 lộ 175,176 E1.6 Chèm 172,171 E1.3 Mai Động, cáp ngầm 220kV Hà Đông - Thành Công, trạm GIS 220kV Thành Công, Thành phố Hồ Chí Minh có đường cáp ngầm 220 kV Nhà Bè - Tao Đàn, trạm GIS 220kV Tao Đàn…) Công ty Điện lực (PC2) chuẩn bị đầu tư đường cáp ngầm cao áp vượt biển từ Rạch Giá đảo Phú Quốc với chiều dài khoảng năm mươi số để cấp cho phụ tải ngày gia tăng hịn đảo có nhiều tiềm (hiện PC2 hàng năm phải bù lỗ cho máy phát diesel chạy dầu DO HFO vượt gần 50 tỉ/năm năm số lại gia tăng thêm đáng kể) Lâu ngành Điện Việt Nam dự án cáp ngầm từ 110kV trở lên hầu hết nhà thầu nước thực từ khâu thiết kế kỹ thuật, thiết kế chi tiết, lập hồ sơ thầu đến giám sát, thi cơng, ví dụ đường cáp lực cao áp khoảng 500m cáp 220 kV cách điện dầu áp lực từ đầu cực máy phát NMTĐ Hịa Bình lên sân phân phối 220 kV đưa vào vận hành từ năm 1990 Liên Xô cũ sản xuất, thiết kế giám sát, đạo thi công, dự án đường cáp ngầm 220 kV Nhà Bè - Tao Đàn, trạm GIS 220kV Tao Đàn nhà thầu ABB-Thụy Điển thực theo hình thức hợp đồng chìa khóa trao tay (mọi cơng việc liên quan đến việc lập Thiết kế kỹ thuật, thiết kế chi tiết, lập hồ sơ mời thầu, giám sát thi công tư vấn Fichtner-Đức đảm nhiệm), cáp ngầm 110kV Thành Công - Phương Liệt, cáp ngầm 110kV Nam Chương Dương từ Cột 84 đến cột 85 lộ 175,176 E1.6 Chèm 172,171 E1.3 La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học Mai Động nhà thầu ABB-Thụy Điển thực theo hình thức hợp đồng chìa khóa trao tay, cáp ngầm 220kV Hà Đông - Thành Công Công ty Tư vấn Xây dựng Điện thiết kế thuê thầu phụ tư vấn Fichtner-Đức … Để chủ động công tác lập thiết kế kỹ thuật, hồ sơ mời thầu vẽ thi công, giám sát lắp đặt cho dự án cáp ngầm chuẩn bị triển khai tới đây, việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống cáp ngầm cao áp trở nên quan trọng Nó góp phần khơng nhỏ việc giảm giá thành dự án, nội địa hóa thành phần cơng việc dự án điện dự án mà lâu tỷ lệ ngoại nhập cao 1.3 Mục đích đề tài Việc thiết kế hệ thống cáp ngầm cao áp nước ta đến vấn đề mẻ phụ thuộc nhiều vào tư vấn nước đặc biệt các kỹ sư thiết kế, thi công nhiều nơi chưa hiểu chất việc cách có hệ thống, nên khó khăn cơng tác thiết kế, thẩm định, phê duyệt thi công dự án cáp ngầm cao áp Nhằm góp phần vào việc làm rõ chất công tác thiết kế hệ thống cáp ngầm, luận văn nêu lên bước việc thiết kế lựa chọn hệ thống cáp nói chung áp dụng trực tiếp cho hệ thống cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ, dự án giai đoạn mời thầu trọn gói (cung cấp lắp đặt) 1.4 Nguyên tắc chung cơng tác tính tốn, thiết kế hệ thống cáp Đối với hệ thống cáp ngầm cao áp nói chung, để có sở tinh tốn, thiết kế, lựa chọn cáp hợp lý cần tuân theo bước sau đây: 1.4.1 Cấu trúc cáp: + Vật liệu cho cách điện cáp (PVC, giấy tẩm dầu, dầu cách điện, ERP, XLPE ) La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học + Số lượng lõi (đơn pha hay nhiều pha) + Tiết diện dây dẫn q n + Vật liệu dây dẫn (đồng, nhôm, ) 1.4.2 Điện áp: + Điện áp danh định lưới U đm + Điện áp làm việc lớn + Tần số hệ thống + Loại dòng điện (3 pha, pha, hay chiều) + Điện áp chịu đựng xung sét định mức U BIL 1.4.3 Điều kiện nối đất, xử lý điểm đấu hình + Điểm đấu cách điện đấu đất qua cuộn dập hồ quang + Nối đất qua trở kháng + Nối đất trực tiếp 1.4.4 Các điều kiện làm việc + Hệ số phụ tải m, dao động phụ tải ngày (trong HT truyền tải điện vào khoảng 0,7-0,8, lưới điện công nghiệp từ 0,7-1,0 Nếu làm việc ngắt quãng phải có biểu đồ phụ tải) + Cơng suất truyền tải (tải cực đại) + Độ tin cậy đường dây cần truyền tải ( cần thiết phải xây dựng đường cáp chạy song song, ) 2.1.5 Điều kiện lắp đặt + Chiều dài đường cáp cần đặt đất, ống chơn đất, khơng khí, ống tunnel + Lắp đặt đất: chiều sâu chôn cáp, lát bê tông, lát nhựa đặt máng có khơng có cát, kích thước máng với vẽ La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học + Bố trí cáp đơn pha đặt thành bó đặt bên cạnh nhau, vẽ kích thước bố trí nhiều mạch cáp + Lắp đặt ống chôn đất, chiều sâu ống h + Vật liệu ống PVC, PE, HDPE, ống thép, bê tơng đất nung, đường kính chiều dày ống 1.4.6 Cách bố trí cáp + Lắp đặt khơng khí (có nghĩa đặt nhà với khoảng không gian đủ rộng để nhiệt độ khơng khí khơng tăng phát nhiệt cáp) Lắp đặt sàn nhà, treo tường, ống mở giá đỡ, vẽ kích thước mạch cáp + Lắp đặt cáp mương cáp, đường ống tunnel: Nhiệt độ khơng khí mương cáp tăng phát nhiệt cáp + Các số liệu mương cáp: chiều rộng bên trong, chiều cao bên trong, nắp đậy, vẽ kích thước + Nếu sử dụng thơng gió cưỡng cần thơng số: nhiệt độ khơng khí bên ngồi để tính tốn lượng khí cần làm mát, nhiệt độ khơng khí vào ống 1.4.7 Điều kiện môi trường + Chôn cáp đất: nhiệt độ đất, điện trở suất đất cho vùng ẩm vùng khơ + Đặt cáp khơng khí: nhiệt độ khơng khí 1.4.8 Ảnh hưởng nguồn nhiệt bên + Nhiệt mặt trời chiếu trực tiếp cần phải xem xét (nếu khơng có biện pháp bảo vệ khỏi ảnh hưởng mặt trời) + Nhiệt vùng nhiệt ống chôn cáp đất La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 10 + Nhiệt mạch cáp khác đặt song song giao chéo: cần có số liệu tiết diện dòng điện tải điện áp định mức; khoảng cách chiều sâu lắp đặt với vẽ kích thước 1.4.9 Khả tải trường hợp ngắn mạch (sự đột biến nhiệt cơ) + Tính tốn sử dụng thơng số từ việc tính tốn lưới - Sử lý điểm đấu đưa giá trị dòng ngắn mạch (1, , pha) - Dòng ngắn mạch đối xứng ban đầu - Dòng ngắn mạch đỉnh - Dịng ngắn mạch liên tục + Tính toán giá trị từ thiết bị bảo vệ - Xử lý điểm đấu sao, đưa giá trị dòng ngắn mạch (1, , pha) - Dung lượng cắt - Thời gian ngắn mạch 1.4.10 Sụt áp + Tần số hệ thống + Công suất truyền tải dịng điện tải + Hệ số cơng suất cos ϕ + Chiều dài cáp + Độ sụt áp cho phép: ∆ U 1.4.11 Tính tốn tính kinh tế + Công suất truyền tải, chiều dài cáp + Thời gian thu hồi vốn + Lãi suất hàng năm + Các chi phí bảo dưỡng sửa chữa + Giá điện + Thời gian sử dụng tổn hao công suất La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 11 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CẤP ĐIỆN ÁP, DÒNG ĐIỆN TẢI VÀ TÍNH TỐN, LỰA CHỌN TIẾT DIỆN CÁP CHO HỆ THỐNG CÁP NGẦM CAO ÁP VƯỢT KÊNH ĐÌNH VŨ 2.1 Lựa chọn cấp điện áp, tính tốn dịng điện tải cho cáp ngầm vượt kênh Đình Vũ 2.1.1 Tính tốn hệ thống, lựa chọn cấp điện áp truyền tải Với nhiệm vụ cung cấp điện cho trạm biến áp 220kV Đình Vũ, truyền tải điện nhà máy nhiệt điện Hải Phòng I, II vào Hệ thống Điện Theo Tổng sơ đồ Điện giai đoạn V, VI (Quy hoạch phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn 2001 - 2010 có xét triển vọng đến năm 2020 Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2006 - 2015 có xét đến năm 2025) để đảm bảo độ tin cậy, an toàn cung cấp điện an tồn cơng tác vận hành sau này, đường dây có quy mơ hai mạch Theo tính tốn phân bố cơng suất hệ thống điện khu vực Đơng Bắc, khu vực Hải Phịng chương trình mơ Hệ thống Điện PSS/E bảng số liệu phụ lục I kèm theo Công suất truyền tải cực đại đường dây lên tới 700MVA vào năm 2015 - 2020 Trong chế độ bình thường cơng suất chạy mạch đường dây khoảng 300MW Để lựa chọn cấp điện áp tải tối ưu cho đường dây ta áp dụng công thức kinh nghiệm Mỹ (công thức Still) [1] để tính tốn U op sau : U op = 4,34 L + 16 P Trong đó: L chiều dài đường dây (km) P công suất tải (MW) Đường dây 220kV NMNĐ Hải Phịng - Đình Vũ có chiều dài khoảng 15km, công suất tải mạch chế độ bình thường khoảng 300MW La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 12 Ta có: U op = 4,34 15 + 16.300 = 301 kV Với U op tính tốn ta lựa chọn cấp điện áp tải cho đường dây 220kV phù hợp với tiêu kinh tế - kỹ thuật Tổng sơ đồ VI phê duyệt 2.1.2 Tính dịng tải tối đa cho cáp ngầm vượt kênh Đình Vũ Dòng tải tối đa cáp dòng mà cáp phải mang điều kiện truyền tải công suất nặng nề nhất, ta xét trường hợp (kết tính trường hợp thể phụ lục I) nhiên chế độ cố mạch đường dây 220kV NMNĐ Hải Phịng - Đình Vũ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng II đấu vào lưới qua cấp điện áp 220kV, 110kV vào năm 2020, cơng suất cưỡng chạy mạch cịn lại lớn khoảng gần 500MVA, chế độ khác mạch đường dây tải 500MVA, ta tính tốn dịng tải tối đa cho cáp là: I tải max = S 500 = = 1313 A 3xU 3x 220 Do ta kết luận để cáp vận hành tốt điều kiện ta chọn dòng điện tải tối đa cho mạch 1313A 2.2 Các đặc điểm cơng trình Các đặc điểm cơng trình “Cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ” sau : - Cấp điện áp: 220kV - Số mạch: mạch - Vị trí tuyến cáp: Tuyến cáp ngầm 220kV nằm gần cửa kênh Đình Vũ (Sơng Cấm) khu cơng nghiệp Đình Vũ - Thành phố Hải Phịng Phần địa hình nước tiếp giáp với khu nước phía thượng lưu Công ty 189 - La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 13 Bộ quốc phịng Phần địa hình cạn gồm phía phải phía trái kênh Đình Vũ, bờ phải kênh Đình Vũ phía thượng lưu giáp với khu đất Bộ đội Biên phòng, phía hạ lưu giáp với khu đất Cơng ty 189 - Bộ Quốc phịng, bờ phía trái kênh Đình Vũ đầm ni thuỷ hải sản Nhìn chung địa hình bờ chủ yếu đầm ni thuỷ hải sản, phần mép nước sú vẹt… Theo số liệu khảo sát khu vực tuyến cáp ngầm 220KV bao gồm phần: + Phần nước: Chiều rộng lòng kênh đoạn khảo sát 330m theo hướng tuyến cáp + Phần cạn: bao gồm hai phần Phần từ bờ sơng phía bên phải kênh Đình Vũ đến giáp khu đất Cơng ty 189 - Bộ Quốc Phòng Khoảng cách từ bờ kênh đến điểm đặt cột đấu cáp (đặt cạnh khu đất) 150m Phần phía bờ sơng bên trái kênh Đình Vũ : khoảng cách từ bờ kênh đến điểm đặt cột đấu cáp 30m - Yêu cầu cao độ đặt cáp, bao gồm yếu tố sau : Theo số liệu Cục Hàng hải Việt Nam, đoạn kênh Đình Vũ nơi có tuyến cáp 220kV qua có cao độ đáy luồng: đến giai đoạn nạo vét hoàn thiện (từ 2005 đến 2009) luồng tàu biển qua kênh Đình Vũ có độ sâu đến - 7.0m Do thống cao độ đặt cáp sau: o Cao độ đáy luồng hoàn thiện giai đoạn 2005-2009: - 7,5 đến - 8,0m o Độ sâu sai số nạo vét thiết bị nạo vét: 0,5m o Độ sâu dự phịng xói lở : 1,5m o Khoảng cách an toàn : 2,0m Cộng cao độ đặt cáp : - 11,5m đến -12m - Chiều dài tuyến cáp: 552m (Tính từ vị trí cột đấu nối cáp) La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 14 - Khả tải: 500MVA (cho mạch) - Điểm đầu: cột số 36 đường dây 220kV NMNĐ Hải Phòng - Đình Vũ - Điểm cuối: cột số 37 đường dây 220kV NMNĐ Hải Phịng - Đình Vũ - Là cơng trình thuộc dự án tổng thể Đường dây 220kV NMNĐ Hải Phịng - Đình Vũ, dự án tổng thể có tổng chiều dài 15km, đoạn đầu đoạn cuối đường dây không - Điều kiện tự nhiên: Điện trở suất: Qua khảo sát điện trở suất đo điểm hai bên bờ kênh Đình Vũ thay đổi từ 80 Ωm đến 100 Ωm (ở độ sâu 0,8m đến 2m 90 ÷ 100 Ωm độ sâu từ 2m đến 2,5m 80 ÷ 90 Ωm) Điều kiện địa chất cơng trình: Khu vực khảo sát vùng sông ven biển, thành tạo lắng đọng trầm tích có nguồn gốc sơng biển, Nhìn chung vùng đất yếu, cụ thể : Lớp đất 1, 2, 4, lớp đất yếu khả chịu tải thấp Lớp lớp đất tương đối tốt chiều dày không lớn Nhiệt độ, độ nhiễm bẩn điều kiện khác: Cơng trình nằm vùng khí hậu nhiệt đới ven biển Bắc Bộ Nhiệt độ trung bình 230C-23.60C Nhiệt độ lớn : 41.50C, nhiệt độ thấp nhất: 4.50C Cơng trình nằm cửa sơng Cấm vào cảng Hải Phịng gần biển, có độ nhiễm mặn cao 2.3 Lựa chọn chủng loại cáp, loại cách điện Từ bắt đầu xuất cáp ngầm điện lực Borel phát minh vào năm 1879 cáp có cách điện sợi đay tẩm Parafin, đến có nhiều loại cách điện đưa vào sử dụng giấy tẩm dầu, dầu cách điện, ERP, XLPE (Crosslinked Polyethylene)… La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 15 Tuy nhiện giới sử dụng phổ biến hai loại cáp thông dụng cho đường tải điện cao áp cáp dầu cáp khô dùng cách điện Polyethylene lưu hóa khơ có mối liên kết phân tử theo chiều ngang (XLPE) Đối với cấp điện áp 110, 220 kV đa số sử dụng cáp XLPE lý sau : Chi phí đầu tư loại cáp bao gồm đầu tư ban đầu, chi phí vận hành bảo trì Chi phí đầu tư cho thiết bị thứ cấp cáp dầu đắt tiền so với cáp XLPE Cáp dầu đòi hỏi số điều kiện phức tạp so với cáp XLPE, như: • Việc giám sát chuyển tín hiệu phức tạp • Địi hỏi có bể dầu với kết cấu ngầm • Thiết bị bù dầu • Thiết bị nối phức tạp Cáp XLPE có ưu điểm so với cáp dầu sau [10]: • Dung kháng cáp XLPE thấp nên dịng điện nạp thấp • Khả mang tải cao • Tổn thất thấp • Tác động đến mơi trường • Cách điện XLPE khơng phải cách điện lỏng nên giá thành bảo trì bảo dưỡng thấp • Cách điện XLPE thích hợp chế độ phục hồi sau độ, cáp dầu hay xảy tượng giảm áp lực dầu xảy dao động lưới Cách điện XLPE cách điện mà có khả chịu nhiệt độ cao, khả chịu dịng ngắn mạch lớn có tổn thất điện môi bé tất loại cách điện sử dụng Tổng cộng tất chi phí liên quan, chi phí thực cáp dầu lớn cáp XLPE La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 16 Bảng so sánh tiêu kinh tế kỹ thuật cáp dầu cáp XLPE STT Các tiêu chí so sánh Nhiệt độ vận hành liên tục lớn Nhiệt độ cáp cho phép có ngắn mạch Cáp dầu Cáp XLPE 900C (+50C/-00C) 850C(+00C) 2500C 1800C Góc tổn thất 1*10-3 2-3*10-3 Công suất nạp khoảng cao khoảng 3500kVAr/km 40% Tiết diện dây dẫn 1200mm2 2000 1400mm2 2500mm2 Thiết bị phụ trợ Bể dầu áp lực, hộp nối dầu, giám sát tín hiệu dầu Bù điện dung Ảnh hưởng đến môi trường Độ dài lớn cuộn cáp (tuỳ theo tiết diện) 160% => phí đầu 100% tư cao không ô nhiễm ô nhiểm dầu 500-800m 250-350m 10 Suất cố nhỏ nhỏ 11 Trọng lượng cáp 26-30kg/m 29-33kg/m 12 Thời gian sửa chữa - tuần khoảng tuần 13 Chi phí đầu tư - Cao 14 Chi phí vận hành (kể bảo Chấp nhận Cao dưỡng tổn thất) Kết luận: Chọn cáp cách điện XLPE cho dự án cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 17 2.4 Cấu tạo cáp ngầm cao áp với cách điện XLPE 2.4.1 Cấu trúc cáp Cấu trúc điển hình cáp XLPE bao gồm lớp mô tả theo thứ tự từ sau: La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 18 STT Tên gọi Công dụng Lõi cáp Dẫn điện Ghi - Với tiết diện 800 mm2 lõi gồm sợi đồng nhỏ, bện xoắn tròn - Với tiết diện từ 800 mm2 trở lên lõi gồm nhiều múi, thường 5, múi gồm sợi đồng nhỏ bện xoắn lại - Phần khe hở múi lấp đầy vật liệu chống thấm nước theo chiều dọc cáp - Tiêu chuẩn áp dụng cho lõi cáp: IEC 60228, độ tinh khiết đồng 99.99% Lớp bán Chống dẫn - Vật liệu lớp Polyethylene bán phóng điện dẫn, có tác dụng làm giảm khả gây cục phóng điện cục bề mặt lồi lóm cáp (tạo thành bới sợi đồng nhỏ) - Được ép đùn lúc với lớp cách điện (3) lớp bán dẫn (4) Lớp Cách cách cho cáp điện - Croos-linked Polyethylene (XLPE) loại điện vật liệu cách điện có nhiều ưu điểm bật - Chế tạo công nghệ ép đùn XLPE Lớp bán Chống I-on - Vật liệu lớp compound bán dẫn, dẫn hoá bề mặt có tác dụng làm giảm khả gây ion hoá cách điện bề mặt lớp cách điện - Được ép đùn lúc với lớp cách điện (3) lớp bán dẫn (2) La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 19 - Đơi thêm lớp băng quấn tính chất Lớp Chống Chế tạo từ vật liệu trưng nở bão hoà nước chống nước thấm gặp nước thấm vào ngăn nước thấm dọc dọc khe hở theo thấm dọc theo cáp lớp (4) lớp (6) dòng Thường sản xuất dây đồng Lớp Tản ngắn mạch luyện chắn có kim loại cố mạch ngắn xảy Lớp Chống Chế tạo từ vật liệu trưng nở bão hoà nước chống nước thấm gặp nước thấm vào ngăn nước thấm thấm vào cáp Vỏ kim Bảo vệ Vỏ kim loại cáp loại băng nhôm, nhôm loại học cho cáp gợn sóng chì Vỏ Bảo ngồi chung vệ - Làm PVC PE - Có tác dụng bảo vệ lớp vỏ kim loại khỏi bị tác động ăn mịn điện hố mơi trường - Có thể phủ thêm lớp chất bền nhiệt để chống cháy vỏ cáp có hoả hoạn xảy (thường áp dụng cho đoạn cáp tiếp xúc với khơng khí) La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 20 2.4.2 Phụ kiện cáp 2.4.2.1 Hộp nối cáp: Hiện nay, loại hộp nối sau phát triển cho cáp ngầm cao áp: - Hộp nối dạng băng cuộn (Tape joint) - Hộp nối dạng đẩy (Extrusion joint) - Hộp nối dạng ghép nhanh (Hot splice joint) - Hộp nối dạng chụp (Slip-on joint) - Hộp nối composite (Composite joint) 2.4.2.2 Hộp nối đất vỏ cáp: Có hai loại hộp nối đất vỏ cáp phân theo chức năng: hộp nối đất trực tiếp hộp nối đất đảo pha vỏ cáp Hộp nối đất vỏ cáp trực tiếp dùng vị trí nối cáp hộp nối thông thường trạm biến áp, dây nối cáp lõi Hộp nối đất vỏ cáp loại đảo pha dùng vị trí nối cáp hộp nối cáp cách ly vỏ kim loại, dây nối đất cáp đồng trục 2.4.2.3 Đầu cáp: Phù hợp với điểm đấu nối: Đối với trạm biến áp GIS sử dụng đầu cáp loại cách điện SF6 2.5 Kỹ thuật đặt cáp chôn cáp, so sánh phương án lựa chọn phương thức đặt cáp cho cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ 2.5.1 Các yếu tố cần phải cân nhắc: Khi đặt cáp, cần cân nhắc đến vấn đề khí đường dây Ngoại trừ khía cạnh điện nhiệt việc thiết kế đường dây cáp, người ta cần phải cân La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 21 nhắc đến ảnh hưởng khí nhiệt khí học trình kéo căng dây cáp lắp đặt vận hành Sự ăn mịn dây cáp đến từ nguồn hóa học, điện hóa, từ vi khuẩn khử gốc sunphat Chính cần đặc biệt ý thiết kế cáp ngầm qua vùng có độ ăn mịn cao nhà máy hóa chất, nhà máy điện phân, bờ biển hay vùng có nguồn ăn mịn cao Ảnh hưởng môi trường Một số cách đặt cáp đặt cáp đường ống thường có trở ngại đặc biệt lắp đặt vùng cạnh đường dây cao áp, bờ biền, hầm mỏ, địa hình tự nhiên phức tạp Đối với phương pháp có ưu điểm nhược điểm định Do tùy theo điều kiện yêu cầu cụ thể mà nhà đầu tư định chọn hình thức lắp đặt 2.5.2 Các kỹ thuật đặt cáp chôn cáp chủ yếu 2.5.2.1 Phương pháp chôn cáp trực tiếp sử dụng rộng rãi nhiều nước giới chủ yếu đặc điểm sau đây: • Thời gian lắp đặt nhanh • Giá thành tương đối rẻ so với phương pháp chôn lắp đặt cáp khác Kỹ thuật chôn lấp đơn giản việc dùng đất, cát thông thường để chôn lấp , dễ thi cơng Hình vẽ sau mơ tả chi tiết mặt cắt ngang kỹ thuật chơn cáp điển hình La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 22 Một số vấn đề cần lưu ý chôn lấp cáp trực tiếp: Độ sâu rãnh chôn cáp: Độ sâu phải đảm bảo cáp ngầm phải bảo vệ khỏi tác động khí xe cộ, đào bới thiết bị … phải đảm bảo mức độ an tồn cho người trường có cố hư hỏng điện cáp Một số qui định sau : • Nơi cơng cộng: 1,30m - 1,50m • Trong trạm điện, nhà máy điện: 1,00m Độ rộng rãnh chôn cáp: Độ rộng phụ thuộc phương pháp đặt cáp khoảng cách pha phụ thuộc vào cấp điện áp, dòng điện cần phải truyền tải Độ rộng rãnh chôn cáp tăng lên tỷ lệ thuận với yếu tố sau: • Độ lấp đầy cát vữa • Phụ thuộc cách vận hành cáp, ví dụ q trình vần hành cáp địi hỏi phải kéo lê mặt sàn … • Cần thềm lớp gạch chịu lực rãnh mà độ sâu rãnh lớn 1,3m Mặt sàn rãnh chôn cáp: Các dây cáp ngầm cần phải dược đặt lớp cát phẳng dầy 15cm mặt sàn đất nén kỹ tráng lớp vữa phẳng Khoảng cách dây cáp đặt gần Khoảng cách phụ thuộc vào việc tính tốn ảnh hưởng nhiệt độ dùng để tính tốn cơng suất truyền tải dây Trong thực tế, khoảng cách tối thiểu hai dây cáp đặt gần 70cm 2.5.2.2 Phương pháp đặt cáp mương cáp: Thông thường dùng vùng thị có đặc điểm có cấu trúc khí tốt, bảo vệ tốt cho cáp tác động khí La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 23 2.5.2.3 Phương pháp đặt cáp ống dẫn nhựa chơn ngầm có ưu điểm so với phương pháp chôn cáp khác là: Thơng thường cơng việc kỹ thuật xây dựng làm trước đặt, kéo cáp, tránh vấn đề đào, lấp mương cáp thời gian dài, điều làm giảm ách tắc giao thông, bất tiện cho vùng dân cư đông đúc vùng thị Hình vẽ sau mơ tả chi tiết mặt cắt ngang kỹ thuật đặt cáp ống dẫn điển hình Phương pháp đáp ứng yêu cầu sau: • Giới hạn thời gian lắp đặt cáp • Hiệu việc chống va chạm khí cho cáp, đặc biệt vùng phải chịu nhiều tải khí, vùng chịu độ rung lớn, vùng chịu ảnh hưởng xói mịn vượt sơng, hồ lớn, biển,… • Tránh việc phải đào bới lại rãnh đặt cáp tiến hành thay dây dẫn Yêu cầu việc lắp đặt ống nhựa: Bán kính cong ống nhựa phải lớn 20 lần đường kính ngồi ống Các ống phải giống hệt kích thước chất liệu La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 24 Một cỡ cáp hợp lý để chạy qua ống chiếm khoảng 80% đường kính ống nhựa 2.5.2.4 Phương pháp đặt cáp hầm khơng khí áp dụng có yêu cầu xây dựng lắp đặt vài mạch đường dây cáp ngầm cao áp chạy đoạn đường Các ưu điểm: • Có thể đặt vài đường dây cáp khoảng không gian giới hạn mà không giảm khả truyền tải đường dây ảnh hưởng nhiệt độ qua lại đường dây cáp với điều kiện hầm phải thơng khí, có hệ thống quạt thơng gió • Có thể lắp đặt nhiều đường dây cáp nhiều thời điểm khác • Công việc sửa chữa bảo dưỡng cáp đượng thực hầm khơng khí Các nhược điểm • Giá thành xây dựng cao (chống thấm nước, thông gió, cơng việc làm sàn, giá đỡ cáp) • Cần cân nhắc vấn đề chống hỏa hoạn Các loại hầm cáp điển hình: Việc thiết kế hầm cáp phải tuân theo giá trị tối thiểu sau đây: • Chiều cao tối thiểu 2m, (với độ rộng nào) • Khoảng trống rộng tự 0,90m (tính từ hai phía tâm cáp ) dùng để lắp đặt gắn cáp, sửa chữa, bảo dưỡng • Có hai lối vào với kích thước tối thiểu 1,5mx1,0m (với chiều dài nào) khoảng cách tối thiểu hai ống thơng gió La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 25 100m với diện tích mặt cắt tối thiểu 0,90mx0,90m để đảm bảo an tồn cho cơng nhân hiểm trường hợp có cố Ngồi ra, cịn phải kể đến thiết bị khác công nghệ cáp ngầm đường dây thông tin, sứ đầu cáp, quạt thông gió, lưới cảnh báo có cáp, thiết bị treo móc… 2.5.3 So sánh phương pháp lắp đặt cáp Sơ đồ bố trí cáp ảnh hưởng trực tiếp đến khả thi cơng cơng trình, khả tải đáp ứng tính kinh tế kỹ thuật dự án cáp Phương án đặt Ưu điểm Nhược điểm Đặt ống - Dễ dàng mở rộng thay - Giá thành tương đối cao HDPE cáp - Ít hư hỏng vỏ bọc cáp Chôn trực tiếp - Giá thành hạ - Dễ bị hư hỏng vỏ bọc đất - Kéo đặt cáp dễ dàng PVC/PE cáp - Tản nhiệt tốt - Khó đảm bảo khoảng - Thời gian thi công nhanh cách giữ pha ảnh hưởng đến khả tải Đặt không - Tản nhiệt tốt - Giá thành cao khí - Dễ dàng lắp đặt nhiều - Thời gian thi công dài mương cáp xây bê mạch tông - Dễ dàng bảo dưỡng 2.5.4 So sánh cấu hình bố trí cáp: Cấu hình bố trí cáp có ảnh hưởng lớn đến giá thành xây dựng đường cáp liên quan trực tiếp đến chiều rộng, độ sâu mương cáp khả tải đường cáp La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 26 Bố trí cáp Ưu điểm Nhược điểm pha thẳng Chiều rộng mương cáp nhỏ Phải tăng độ sâu mương đứng (khoảng 1m) nên tiết kiệm cáp, khó lắp đặt cáp vị diện tích đào đất, chiếm trí giao chéo với cơng dụng diện tích giao thơng trình ngầm Dễ gây sạt lở trình thi cơng Cách bố trí thích hợp cho cáp đặt TBA, nơi cáp đặt mương cáp bê tông xây dựng trước pha đặt Thuận lợi q trình thi Diện tích đào lấp rộng nằm ngang cơng Có thể trì cung cần có biện pháp thi cấp điện mạch sửa công hợp lý, chẳng hạn chữa mạch thứ Thích hợp theo cung đoạn cho HT cáp nơi nhiều tác động học, dễ xử lý giao chéo cơng trình ngầm pha đặt Tiết kiệm chiều rộng mương Việc thi công không thuận theo hình cáp lợi yêu cầu rải cáp phải tam giác bố trí sợi cáp xác hình tam giác Khó đảm bảo sợi cáp vị trí tam giác Do khả tải cáp không ổn định Bảo dưỡng, sửa chữa phức tạp La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 27 2.5.5 Lựa chọn phương thức đặt cáp cho đoạn cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ Từ phân tích ta đưa phương án đặt cáp để lựa chọn cho đoạn cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ sau: Ảnh hưởng phương pháp đặt cáp đến tiết diện cáp (Khả tải yêu cầu 1313A) loại vật Phương pháp đặt cáp pha ngang nối đất đầu liệu Tiết diện cáp (mm2) Ghi Phương án ruột đồng 2x1200 ruột nhôm > 2x2000 pha tam giác nối đất ruột đồng 2x1400 đầu đảo pha ruột nhôm > 2x2000 đảo pha pha đặt đứng nối đất ruột đồng 2x1000 đầu đảo pha 2x2000 ruột nhôm chọn Không sản xuất Không sản xuất Qua so sánh ta thấy cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ qua lịng kênh nên việc thi cơng khó khăn, lựa chọn phương án bố trí cáp pha thẳng đứng khó thi cơng, hay pha tam giác khơng khả thi thi cơng trở nên khó khăn, phức tạp, giá thành xây lắp tăng lên nhiều lợi ích đem lại khơng đáng kể Do ta chọn phương án bố trí cáp theo chiều ngang, phương án tối ưu cho tuyến cáp 110, 220kV địa hình sơng, hồ vượt biển Phương án Ireland áp dụng trường hợp thiết kế tuyến cáp ngầm 220kV vượt sông Tolka sông Liffey phương án tối ưu cho dự án cáp ngầm vượt biển từ Texas South Padre Island ABB thiết kế thi công La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 28 Ảnh hưởng khoảng cách sợi cáp mạch cáp đến khả tải Khoảng mm D e D e +70 200 250 300 350 400 cách sợi cáp Khả tải A 1130,64 1215,74 1252,2 1276,53 1300,84 1313 1337,3 Trong D e đường kính cáp Khả tải đường cáp tăng khoảng cách sợi cáp mạch mạch cáp tăng lên Ảnh hưởng khoảng cách mạch cáp đến khả tải Khoảng cách mạch Khả tải mm A 100 200 400 600 800 1096,6 1168,7 1226,43 1269,7 1298,57 1050 2000 1313 1385 Ảnh hưởng chiều sâu chôn cáp đến khả tải Chiều sâu chôn m 0,5 0,7 0,9 1,0 1,2 1,5 cáp Khả tải A 1395,9 1451,2 1520,3 1382 1354,46 1313 Như phân tích chương theo số liệu Cục Hàng Hải Việt Nam cung cấp đồng thời Cảng Đình Vũ dự kiến Cảng mang tầm cỡ quốc tế sử dụng cho tàu có trọng tải lớn qua lại nên luận văn lưu ý vấn đề liên quan đến sai số nạo vét, dự phịng xói lở (do tàu chạy, thời gian, xoáy nước…) độ sâu an toàn Như chiều sâu đặt cáp 11,5 La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 29 đến 12m so với mặt nước tương ứng với độ sâu 4m so với đáy kênh Phần cáp bờ có độ sâu 1,80 m so với mặt đất Khoảng cách sợi cáp liên quan trực tiếp đến khả tải, khoảng cách sợi cáp lớn khả tải cáp lớn với tiết diện cáp gây ảnh hưởng không nhỏ tới công tác khác đền bù, giải phóng mặt bằng, ảnh hưởng tới môi trường, dân sinh nhiều yếu tố khác Theo tính tốn lựa chọn khoảng cách sợi cáp đoạn bờ 350 mm, khoảng cách hai mạch cáp 1350mm, đoạn đáy kênh khoảng cách sợi cáp 2m, khoảng cách hai mạch cáp lớn 2m Đối với dự án chọn phương án đặt cáp ống HDPE, loại ống nhựa có độ bền lớn, vật liệu HDPE không phát nhiều độc bốc cháy phát nóng trường hợp cố, chẳng hạn ngắn mạch Đường kính cáp 220kV XLPE 1200 mm2 cho vào khoảng 98 - 111 mm, để thuận tiện cho q trình thi cơng kéo rải cáp, sợi cáp lịng sơng cho đặt ống nhựa HDPE đường kính 250mm Các đường ống bảo vệ cáp đặt sâu mức nạo vét luồng lạch giai đoạn hoàn thiện theo thông số yêu cầu Cục Hàng hải Việt Nam, cáp đặt độ sâu -11,5m đến -12m so với hệ hải đồ Đặt đường ống HDPE 250 theo mặt phẳng ngang (cùng cao độ), đường ống cách 2m Dây tiếp địa, cáp quang phục vụ thông tin luồn đường ống HDPE DN50 Phần cáp bờ có lớp cấu tạo mương cáp từ xuống bao gồm: lớp đất tự nhiên, lớp lưới báo hiệu, lớp bảo vệ bê tông lưới PE, lớp vật liệu ổn định nhiệt dày khoảng 1m (đối với trường hợp cáp trôn trực tiếp) Lớp ổn định nhiệt sử dụng làm thơng số tính tiết diện cáp La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 30 2.6 Các kỹ thuật nối đât bảo vệ lựa chọn phương thức nối đất vỏ cáp cho cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ 2.6.1 Gới thiệu hệ thống nối đất vỏ cáp Cáp lực đơn pha thường có vỏ đồng tâm chắn bao quanh phần dẫn dịng điện, thường mang điện đất Khi cáp mang dòng xoay chiều xuất điện áp cảm ứng vỏ cáp tạo dòng điện chạy dọc vỏ cáp vỏ tạo thành mạch kín, ví dụ nối đất vỏ hai đầu cáp sinh dòng điện lớp vỏ kim loại gây tổn thất nhiệt làm giảm giá trị định mức cáp, phải đề phương pháp đấu nối vỏ đặc biệt tiếp đất cho hạn chế giảm dòng điện chạy dọc vỏ cáp Đối với cáp lõi mang dòng điện lớn 500A thường sử dụng biện pháp nối vỏ đặc biệt để đảm bảo yêu cầu kinh tế giảm tổn thất Khi sử dụng biện pháp nối đất vỏ đặc biệt sử dụng cáp có lõi bé hơn, nhiên vấn đề kinh tế đặt để cân nhắc sử dụng biện pháp nối đất hai đầu với tiết diện lõi lớn hay sử dụng biện pháp nối đất vỏ đặc biệt với lõi bé phải bổ sung thiết bị phụ trợ kèm chi phí bảo dưỡng thiết bị suốt trình vận hành với hợp nối đất vỏ đăc biệt Trong thiết kế cáp có vỏ đấu nối đặc biệt, cần phải quan tâm vấn đề sau: a) Lựa chọn hệ thống vỏ đấu nối chấp nhận b) Vỏ bình thường coi có điện đất, hệ thống vỏ đặc biệt có điện với đất Vì phần kim loại vỏ phải có cách điện thích hợp Trị số điện áp vỏ lý an toàn, cần giới hạn trị số c) Việc ngăn chặn hồn tồn dịng điện vỏ lúc thực khó khăn lựa chọn chiều dài cáp chỗ phân La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 31 cách Trong giai đoạn thiết kế, chiều dài cáp khoảng phân cách nói chung chưa biết xác thường bổ sung trị số tổn thất phụ dịng khơng cân vào trị số định mức (IEC 287, mục 6.6) Nếu thấy có thay đổi chiều dài cáp khoảng phân cách phải tính dịng ký sinh vỏ để đánh giá tác động vào trị số định mức cáp d) Khi áp dựng phương pháp nối đất đảo pha, điện áp vỏ tăng lên cáp bị cố lưới trạng thái độ, điện áp đáng kể Với hệ thống cáp cao áp phải có thiết bị để hạn chế điện áp trường hợp chúng tính tốn phối hợp với mức cách điện vỏ cáp Khi cách điện vỏ cáp thiết bị hạn chế điện áp bị hỏng, dịng điện tổn hao vỏ cáp tăng cao làm vỏ cáp bị nóng Vì phải xác định giới hạn điện áp vỏ cáp giám sát trị số vận hành 2.6.2 Phương pháp luận 2.6.2.1 Lý thuyết chung: Dây dẫn điện P, đặt song song với ba dây dẫn mang dịng điện ba pha cân có gradient điện áp cảm ứng dọc theo chiều dài theo công thức: S S S3 p ) V/m Ep = jωI.2.10-7 ( ln p p + j ln S2 p S1 p 2 Trong đó: I dòng điện (A hiệu dụng)của dây dẫn ϖ góc tần số hệ thống S1p khoảng cách trục dây dẫn song song dây dẫn pha S2p - - - - - - - - - - - - - - S3p - - - - - - - - - - - - - - - - - - Có thể biểu diễn chiều quay pha sau: La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 32 I = αI; I = α2I; α = - + j 2 Thấy rõ khoảng cách song song từ dây dẫn tới nhóm cáp tăng lên so với khoảng cách pha điện áp cảm ứng có khuynh hướng tiến đến khơng Nếu pha hốn vị khoảng điện áp cảm ứng khơng sau chu kỳ hốn vị 2.6.2.2 Gradient điện áp cảm ứng vỏ cáp Gradient điện áp cảm ứng vỏ cáp đáng kể trường hợp đặc biệt dây dẫn song song vỏ bao quanh dây dẫn với khoảng cách bán kính trung bình vỏ Nếu khơng có dịng điện khác chạy dây lân cận hệ thống cáp xem xét, trị số gradient điện áp cho nhóm cáp có dịng điện pha cân cho bởi: a/Trường hợp chung cho cách bố trí cáp bất kỳ: E = jωI.2.10-7 (- 2.S 12 S13 + j ln ln ) d d S13 V/m E = jωI.2.10-7 (+ 4.S12 S 23 S 23 ln + j ln ) 2 S12 d V/m 2.S 23 S13 E = jωI.2.10 (- ln − j ln ) d S13 d -7 V/m Trong đó: d = đường kính hình học vỏ S 12 = Khoảng cách hướng trục pha (từ tâm cáp đến cáp 2) S 23 = Khoảng cách hướng trục pha (từ tâm cáp đến cáp 3) S 13 = Khoảng cách hướng trục pha (từ tâm cáp đến cáp 3) b/ Cáp bố trí hình ba Khi cáp bố trí theo hình ba lá, S 12 = S 23 = S 31 , phương trình rút gọn thành: La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 33 E = jωI.2.10-7 ( − + j E = jωI.2.10-7 ln ) ln 2S V/m d 2S d V/m E = jωI.2.10-7 ( − − j ) ln 2S V/m d S S/d = Bố trí cáp theo hình S/d = 1,1 S S S/d = Bố trí cáp theo mặt phẳng Hình 2.1 Sơ đồ vectơ điện áp vỏ dòng pha cáp cân c/ Cáp bố trí mặt phẳng Cách bố trí cáp theo mặt phẳng cách thông dụng, khoảng cách tim cáp S Gradient điện áp vỏ là: E = jωI.2.10-7 ( − ln E = jωI.2.10-7 ln S 4S + j ln d d ) 2S d La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 V/m V/m Luận văn tốt nghiệp cao học 34 E = jωI.2.10-7 ( − ln 4S S − j ln d d ) V/m d/ Giá trị gradient điện áp vỏ Hình 2.2 biễu diễn giá trị gradient điện áp vỏ tính từ cơng thức cho hai trường hợp bố trí theo hình ba bố trí theo hình phẳng theo tỷ số S/d E (V/km) I = 1000A Cáp bên ngồi nhóm cáp bố trí theo mặt phẳng Cáp bố trí hình ba cáp nhóm cáp bố trí theo hình phẳng Hình 2.2 Gradient điện áp cảm ứng có I = 1000A, U đm = 220kV e/ Màn chắn hốn vị Gradient U tính phương trình tính với từ trường dịng pha Nếu có cáp mang dịng điện lân cận điện áp cảm ứng bị thay đổi, đặc biệt có dây dẫn đấu song song mang dịng điện cảm ứng gradient U giảm Mức độ giảm phụ thuộc vào bố trí cáp trở kháng mạch vòng mang dòng gọi "màn chắn" dây dẫn Cáp lực thường đặt cáp điều khiển thông tin hào, yêu cầu phải giảm U cảm ứng tối thiểu cáp song song Khi vỏ cáp lực ruột liên tục tiếp đất đầu chắn La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 35 làm giảm U cảm ứng cáp song song Đặc biệt hệ thống đảo vỏ nối đất vỏ khơng cịn dịng cảm ứng khơng cịn chắn, phụ tải cáp cân (Khi tải không cân cố, dịng điện vỏ xuất cáp đấu nối đảo pha hiệu chắn quan trọng xuất trường hợp Tác dụng chắn có vỏ cáp dây áo giáp cáp song song) Điện áp cảm ứng cáp song song phụ tải cân hạn chế cách hốn vị cáp, đặc biệt thích hợp cáp Đấu nối đặc biệt trừ tính tốn điện áp cảm ứng chấp nhận mà khơng cần hốn vị Hốn vị biện pháp bổ sung làm cân trở kháng cáp pha Cáp lực cỡ lớn khơng hoán vị trừ trường hợp hoán vị chỗ nối Khi cáp lực có đoạn hai đoạn khơng hốn vị được, lúc hốn vị dây dẫn song song với nói Dây nối đất song song Cáp bố trí hình ba S S 0,7 S Cáp bố trí hình phẳng L/2 L Hình 2.3 Hốn vị cáp song song để giảm U cảm ứng cáp lực bố trí theo hình ba hình phẳng La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 36 Hình 2.3 phương pháp hoán vị cáp chạy song song dây dẫn Khi cáp lực đặt mặt phẳng có khoảng cách xa cáp song song đặt vào hình 2.3 Nếu khơng đủ chỗ hốn vị cáp lực đặt hình ba (tam giác) cáp song song đặt cạnh dọc theo cáp lực Trong trường hợp cáp song song phải hoán vị đoạn tuyến để vị trí cáp hai đầu giống 2.6.3 Đấu đất vỏ cáp điểm Cách bố trí đơn giản nối vỏ đặc biệt vỏ cáp pha nối chúng với tiếp đất điểm dọc đường cáp Các điểm khác có điện áp với đất theo cơng thức trên, điện áp cao điểm xa điểm tiếp đất Vỏ cáp phải cách điện với đất Không khép kín mạch vỏ cáp, trừ điện áp hạn chế tới mức khơng tạo dịng điện dọc vỏ cáp không gây tổn thất vỏ (tuy nhiên tổn hao dịng xốy cịn) 2.6.3.1 Điện áp trì vỏ Trị số điện áp trì vỏ xem hình 2.2 Với mạch tiêu biểu, I = 500A S/d = điện áp vỏ tương ứng 43,5 tới 58V/ km đặt theo hình ba (tam giác) mặt phẳng Khi vỏ cáp có số điểm mà người vận hành tiếp xúc được, điểm có điện gần đất đất đưa điện áp cho phép lớn cho phép người tiếp xúc để kiểm tra vận hành đầy tải Lưu ý điện áp cao lên có cố trình độ Trị số U vỏ cho phép cáp vận hành đầy tải nước qui định khác Trong số trường hợp (khi nguy người thiết bị chạm vào điểm nối đất vỏ cao, khu vực công cộng đông người, nơi mà nguy người tiếp cận với tần suất cao trạm biến áp,…) cần ngăn ngừa việc sử dụng nối đất điểm (trừ trường hợp chiều dài cáp cỡ vài trăm mét) La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 37 2.6.3.2 Tuyến cáp dài (gồm nhiều đoạn) Khi cáp dài, điện áp vỏ lớn, đấu đất điểm không hạn chế điện áp vỏ, người ta phải đấu đất vài điểm ví dụ đoạn cáp Điện áp vỏ cáp giảm cần phân đoạn cáp cách dùng hộp nối phân đoạn vỏ để giảm điện áp vỏ cáp đến mức giới hạn qui định 2.6.3.3 Dây dẫn liên tục tiếp đất song song Khi cố chạm đất hệ thống, dòng thứ tự khơng ruột cáp tìm cách quay đường bên ngồi Vì tiếp đất điểm vỏ cáp, khơng thể dịng chạm đất trở Nếu khơng dùng dây dẫn song song ngồi vỏ làm đường dẫn dòng cố, dòng cố qua đất Vì điện trở suất đất cao so với ruột dẫn, dòng trở lan truyền nhiều vào đất ảnh hưởng sâu sắc vào thành phần tần số công nghiệp vài trăm mét Do dòng trở chạy xa khỏi cáp, gradient điện áp cảm ứng dọc theo dây tiếp đất song song kể vỏ cáp lớn Hơn thế, khơng có dây tiếp đất song song, cáp lân cận xuất chạm đất có điện hai đầu Phải thiết kế lắp đặt thiết bị hạn chế điện áp để tránh nguy hiểm cho người thiết bị Vì vậy, cần thiết phải có dây tiếp đất liên tục song song HT cáp tiếp đất điểm để lấy điện đất đầu Khoảng cách từ dây tới mạch cáp đủ gần để hạn chế điện áp tăng cao vỏ mức độ chấp nhận có cố chạm đất Tiết điện dây dẫn phải phù hợp với dòng cố lớn hệ thống Dây dẫn cần có cách điện để tránh ăn mòn chịu U cảm ứng từ cáp lực Trong trường hợp chiều dài cáp lớn, để tránh dịng điện lưu thơng tuần hồn tổn thất dây dẫn, cáp lực khơng hốn vị , phải hốn vị dây dẫn liên tục tiếp đất song song La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 38 2.6.3.4 Bố trí đường cáp Thiết bị hạn chế điện áp Dây nối đất song song Đầu cáp Hình 2.4 Mơ tả việc áp dụng kết nối tiếp đất điểm nhiều điểm Sơ đồ không vẽ hộp nối cách ly để thí nghiệm cách điện vỏ cáp 2.6.4 Đấu nối đất vỏ hai đầu đường dây cáp ngầm (Both-ends bonding) Hình 2.5 Mơ tả việc áp dụng kết nối tiếp đất hai đầu vỏ cáp La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 39 Nối đất vỏ cáp trực tiếp hai đầu tạo dịng điện cảm ứng lưu thơng liên tục vỏ cáp điều kiện vận hành bình thường Đây nguyên nhân gây tổn thất chắn cáp dẫn đến làm giảm dòng tải cáp Tổn thất chắn cáp cáp đặt theo hình tam giác nhỏ cáp đặt theo hình phẳng Tuy nhiên phải thiết kế cáp có tiết diện lớn hơn, chi phí xây dựng, lắp đặt lớn hơn, tổn thất trình vận hành cao hơn, người ta sử dụng biện pháp nối đất vỏ cáp trực tiếp hai đầu cho cáp có cấp điện áp bé cáp có chiều dài ngắn cỡ vài chục mét (đầu máy phát, trạm biến áp ) 2.6.5 Đấu nối đảo pha 2.6.5.1 Cơ sở bố trí mạch Đấu nối đảo pha chỗ phân đoạn vỏ thành phân đoạn sở đấu nối đảo pha chúng để trung hoà điện áp điện áp cảm ứng tổng đoạn liền kề hình 2.7 Bộ chia hộp nối vỏ T/bị hạn chế điện áp vỏ Hoán vị cáp lực Dây nối đất song song Hình 2.6 Đấu đất điểm cho mạch gồm đoạn cáp La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 40 E (V/km) I= 1000A d/Tc = Sự cố pha-đất Sự cố pha-pha Sự cố pha đối xứng Hình 2.7 Gradient U cảm ứng ( vỏ-dây đất) cố điểm vị trí khác hệ thống bó cáp đặt mặt phẳng Phân đoạn nhỏ Phân đoạn lớn Hình 2.8 hình 2.9 Đảo pha khơng hốn vị cáp đảo pha có hốn vị cáp Khi khơng hốn vị cáp, theo hình 2.8 đạt cân U cảm ứng vỏ bố trí cáp theo hình (đặt tam giác) Tuy nhiên, theo mục e 2.6.2.2, yêu cầu phải hoán vị cáp hộp nối, U La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 41 cảm ứng vỏ trung hồ Hình 2.9 cách thực cho mạch cáp gồm phân đoạn Vỏ cáp tiếp đất đầu không cần dây tiếp đất song song Mỗi phân đoạn chia thành phân đoạn phân đoạn hợp thành phân đoạn lớn 2.6.5.2 Đường cáp dài Đấu nối đảo pha cho cáp dài thực theo cách mô tả duới đây: a/ Đấu nối đảo pha phân đoạn Nếu số phân đoạn sở chia chẵn cho bố trí nhiều phân đoạn lớn nối tiếp Chỗ nối phân đoạn lớn đầu đường cáp, vỏ cáp nối với tiếp đất tiếp đất chỗ Trên hình 2.10, chỗ phân cách đoạn nối theo hình 2.9 Nếu có yêu cầu, lắp thiết bị hạn chế điện áp thêm vào chỗ nối đảo pha hộp nối b/ Đấu nối đảo pha liên tục Hộp nối phân đoạn vỏ Phân đoạn lớn PĐL2 PĐL3 Hình 2.10 2.11 Đảo pha với phân đoạn đảo pha liên tục La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 42 Trong hệ thống này, vỏ cáp đấu nối đảo pha cuối phân đoạn vỏ cáp kết lại tiếp đất đầu tuyến hình 2.11 Một lần nữa, thấy cáp cần hoán vị Số phân đoạn chia chẵn cho 3, có sai lệch đầu tuyến Khi số phần tử nhiều không cân rõ c/ Hệ thống hỗn hợp Khi số phần tử phân đoạn không chia chẵn cho 3, hệ thống thiết kế hỗn hợp đấu nối đất đảo pha đấu điểm theo chiều dài Hình 2.12 cách đấu điểm cuối, chỗ nối đảo pha hệ thống phân đoạn liên tục Nối đất điểm Đảo pha nối đất Hình 2.12 Điểm cuối hệ thống đảo pha nối đất điểm d/ Hệ thống khơng cân Nói chung khơng thể chia tuyến cáp thành đoạn có chiều dài xác thoả mãn u cầu, khơng thể ln thoả mãn khoảng cách không đổi suốt dọc tuyến Các điểm đấu đảo pha khơng xác chia chẵn cho Vì vây hệ thống nói chung tồn không cân phần lớn La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 43 trường hợp.chấp nhận có thêm tổn thất phụ vỏ với mức độ nhỏ (IEC 287 mục 6.6) 2.6.6 Chọn hệ thống đảo pha 2.6.6.1 Dùng điểm đấu vỏ Tối thiểu phân đoạn cần điểm đảo pha thực chỗ phân đoạn vỏ cáp hộp nối Đảo pha thường không thực cho cáp có đoạn, trường hợp thường dùng cách đấu đơn 2.6.6.2 Ưu điểm nối đất đảo pha Mặc dù tiết diện điện dẫn vỏ cáp đủ khả chịu dịng cố, khơng nên tiếp đất điểm Cần làm tiếp đất song song (đoạn 2.6.3.3) làm tăng giá thành hệ thống cáp Ưu điểm nối đất đảo pha ngăn chặn dòng cảm ứng vỏ phụ tải cân bình thường, tạo thành đường liên tục từ đầu cáp tới đầu tiếp đất phía Dịng cố chạm đất có đường , khơng cần có dây tiếp đất song song cho dịng cố Thêm vào đó, vỏ cáp có tác dụng chắn cho ruột cáp dây tiếp đẩt song song Vì điện áp cảm ứng cáp song song có cố chạm đất tương tự hệ thống đấu đảo pha nhỏ hệ thống kết nối điểm 2.6.6.3 Chọn hệ thống nối đất đảo pha Với tuyến cáp dài, lựa chọn cách đấu đảo pha phân đoạn (mục a đoạn 2.6.5.2) đấu đảo pha liên tục (mục b đoạn 2.6.5.2) Ưu điểm tương đối sau: a/ Đấu đảo pha phân đoạn: La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 44 - Vì phân đoạn hình thành mắt lưới điện riêng, nên tính thẳng dòng điện vỏ chiều dài khoảng cách cáp đoạn nhỏ không giống - Kết nối vỏ hộp nối phân đoạn cho phép dòng cố cáp cố phân bố vỏ trừ phân đoạn có cố - Kết nối vỏ tiếp đất hộp nối có xu làm giảm điện áp độ vỏ cáp, nói rõ đoạn sau - Giảm số lượng thiết bị hạn chế điện áp vỏ cáp b/ Ưu điểm kết nối liên tục đảo pha - Hiệu ứng phân đoạn khơng giống giảm phần mạch tổng vỏ số phân đoạn Có thể áp dụng tổng số phân đoạn khơng chia chẵn cho - Có thể giám sát dịng vỏ cáp tồn mạch điểm tuyến với số lượng phần tử phân đoạn - Giám sát dễ dàng cách điện vỏ điện áp thiét bị hạn chế điện áp vỏ trường hợp cố với điện trở thấp, cần tháo điểm kết nối vỏ tiếp đất, mạch dài, làm thí nghiệm đầu mạch cáp 2.6.7 Tính tốn lựa chọn phương thức nối đất vỏ cáp cho cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ Như phân tích đường cáp ngắn cỡ vài trăm mét, để đơn giản người ta thường sử dụng biện pháp nối đất điểm (điểm đầu điểm giữa, tùy chiều dài cáp phụ thuộc vào kết tính tốn) Tuyến cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ có chiều dài khoảng 550m lắp đặt độ sâu từ - 11,5m đến -12m so với đáy kênh việc bố trí hộp nối đất điểm chiều dài tuyến cáp phức tạp khó La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 45 thực hiện, ta lựa chọn giải pháp nối đất vỏ cáp đầu cáp (Singlepoint bonding) để làm sở tính tốn Tuy nhiên để đảm bảo an tồn ta cần tính tốn điện áp chạm điện áp tiếp xúc trường hợp cố ngắn mạch Từ đưa yêu cầu cần thiết cho nối đất vỏ cáp Hệ thống nối đất xác định theo điều kiện an toàn giá trị điện áp bước điện áp tiếp xúc nằm giá trị cho phép Khi ngắn mạch pha, dòng ngắn mạch chủ yếu chạy mạch lõi - vỏ kim loại (và dây nối đất dọc tuyến, có) mà khơng nhiều vào đất 2.6.7.1 Tính tốn điện áp chạm (điện áp tiếp xúc), điện áp bước ngắn mạch pha Quy phạm, tiêu chuẩn số nước Uỷ ban kỹ thuật Điện quốc tế quy định trị số điện áp chạm cho phép lớn phụ thuộc vào thời gian chạm dẫn bảng Điện áp xoay chiều tần số từ 15Hz đến 100Hz Điện áp chiều Thời gian tác động (s) Điện áp chạm, V Thời gian tác động (s) Điện áp chạm, V 0,06 0,15 0,2 0,5 0,9 650 500 400 130 80 65 0,06 0,6 650 250 200 140 Điện áp chạm điện áp bước tính tốn sau: Uch = α1.α2.Inm Rđ < Uch ch ph Ub = β1.β2.Inm Rđ < Ub ch ph Trong đó: Uch Ub điện áp chạm vào điện áp bước α1 β1 hệ số điện áp chạm điện áp bước nối đất kiểu nhóm La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 46 α2 β2 hệ số điện áp chạm điện áp bước có xét tới ảnh hưởng điện trở mà người đứng Số tia Khoảng cách song song tia song song (m) - Môt tia - - Một cọc - Mạch vòng gồm Kiểu nối đất α1 β1 - 0,3 - - 0,6 2,5 0,3 tia song song 0,35 thép dẹt 10 0,4 15 0,45 2,5 0,15 0,2 10 0,3 15 0,35 2,5 0,1 0,15 10 0,25 15 0,3 2,5 0,1 tia song song cọc 0,15 mắt lưới 10 0,25 15 0,35 2,5 0,08 0,1 10 0,2 15 0,25 10 - Mạch vòng gồm 10 La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 0,15 0,15 Luận văn tốt nghiệp cao học 47 Các hệ số điện áp chạm điện áp bước có xét tới ảnh hưởng điện trở tính theo: α2 = 1+ ρ 64.Rng β2 = 1+ ρ 16.Rng Với: ρ điện trở suất đất (Ωm) Rng điện trở người, lấy: - 500 Ω làm việc mơi trường có bụi, ẩm, nóng có mồ hôi - 1000 Ω làm việc môi trường bình thường Các thơng số đầu vào để tính tốn: Dịng ngắn mạch pha ta lấy dịng ngắn mạch pha lớn 220kV OPY nhà máy nhiệt điện Hải Phòng: Inm = 30,902 kA (Kết tính tốn ngắn mạch đầu đường dây cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ thể phụ lục II) Điện trở suất đất: 100 Ω.m Tiêu chuẩn lựa chọn : Uch, Ub < 65V Sơ đồ nối đất vị trí cột đấu cáp sơ đồ nối đất mạch vòng gồm tia, tia cách 2,5m có điện trở nối đất Rđ = Ω Nối đất hệ thống: Sử dụng nối đất dọc theo tuyến đường dây cáp nối đất nối vào hệ thống nối đất cột đấu cáp R = Rđ = 5Ω Kết tính toán: Phương án nối đất Nối đất cục bộ, R đ = Ohm Điện áp Điện áp chạm (V) bước (V) 23,1 La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 22,8 Kết luận Đạt Luận văn tốt nghiệp cao học 48 Như phương án nối đất cục bộ, sử dụng dây nối đất chạy song song dọc theo tuyến cáp đáp ứng yêu cầu điện áp chạm điện áp bước theo quy định 2.6.7.2 Tính tốn điện áp cảm ứng trì vỏ cáp điểm dọc theo chiều dài cáp: a/ Giới hạn điện áp trì vỏ Khơng có thống quốc tế giới hạn điện áp vỏ, đặc biệt hệ thống vỏ cáp, số nước xác định trị số lớn Có thể quãng 55V chi tiết kim loại hở đầu cáp đến 60 100V cho vỏ chơn vỏ đầu cáp có che bảo vệ để tay người không chạm vào vỏ chi tiết kim loại b/ Tính tốn điện áp vỏ cáp theo chiều dài phụ tải cân Áp dụng công thức điểm c mục 2.6.2.2 ta có S 4S + j ln d d S E = jωI.2.10-7 ln d S 4S E = jωI.2.10-7 ( − ln − j ln d d E = jωI.2.10-7 ( − ln ) V/m V/m ) V/m Thay số: I = 656,5 A, S = 350, d = 100, ω = 314 Ta tính được: E = -j 0.025825 - 0.094227 Vậy điện áp điểm xa (so với điểm nối đất) vỏ cáp pha là: U max = 53,735799 V (đạt yêu cầu) E = -j 0.080226 Vậy điện áp điểm xa (so với điểm nối đất) vỏ cáp pha là: U max = 44,124505 V (đạt yêu cầu) E = -j 0.025825 + 0.094227 La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 49 Vậy điện áp điểm xa vỏ cáp pha (so với điểm nối đất) là: U max = 53,735799 V (đạt yêu cầu) Kết luận: Lựa chọn phương án nối đất vỏ cáp đầu cáp (Singlepoint bonding) đảm bảo an toàn cho người vận hành thiết bị, phương án nối đất vỏ cáp thức cho tuyến cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ Lựa chọn tiết diện dây dẫn nối đất chạy song song: Dây bọc cách điện có tiết diện tối thiểu chịu dòng ngắn mạch pha HT cáp Trong trường hợp chọn dây đồng có tiết diện 150 mm2 (bằng tiết diện chắn cáp) 2.7 Tính tốn chọn tiết diện cáp 2.7.1 Tính tốn dịng tải liên tục: Theo IEC 60287, khả tải cáp tính sau: I= ∆φ − Wd [0.5T1 + n(T2 + T3 + T4 )] RT1 + nR(1 + λ1 )T2 + nR(1 + λ1 + λ2 )(T3 + T4 ) Trong đó: I : Dòng điện 01 ruột dẫn (A) ∆Φ : Độ tăng nhiệt độ ruột dẫn so với môi trường bên ngồi R : Điện trở dịng xoay chiều ruột dẫn nhiệt độ vận hành lớn nhất, tính cho đơn vị chiều dài ( Ω /m) Wd : Tổn thất điện mơi cách điện, tính đơn vị chiều dài (W/m) T1 ÷ T4 : Nhiệt trở lớp bao ngồi ruột dẫn tính từ bề mặt ruột dẫn trở đến mơi trường bên ngồi n λ1, λ2 : Số ruột dẫn (lõi) cáp : Tỷ lệ tổn thất vỏ giáp kim loại tổng tổn thất ruột dẫn cáp La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 50 Tuy nhiên tính tốn khả tải cáp thực nghiệm sau [7], [20], [23]: I = I đm x k x k x k x k x k x k x k Trong - I đm : Dịng định mức cáp - k : Hệ số phụ thuộc vào tiết diện chắn - k : Hệ số phụ thuộc vào chiều sâu chôn cáp - k : Hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ đất - k : Hệ số phụ thuộc vào điện trở nhiệt đất - k : Hệ số phụ thuộc vào khoảng cách cáp - k : Hệ số phụ thuộc vào khoảng cách mạch - k : Hệ số phụ thuộc vào phương pháp đặt cáp Các hệ số k tra theo bảng hệ số thực nghiệm phụ lục số 2.7.2 Tính tốn chọn tiết diện cáp cho dự án cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ Lựa chọn tiết diện cáp: tiết diện cáp tính tốn sở điều kiện vận hành cáp độ chơn sâu, cấu hình bố trí cáp, khoảng cách pha, công suất yêu cầu truyền tải Do lựa chọn tiết diện cáp cần tiến hành sau tính tốn cơng suất truyền tải u cầu lựa chọn cấu hình bố trí cáp mương cáp Tiết diện cáp ngầm chọn theo tiêu chuẩn IEC Dòng điện tải liên tục cáp cách điện XLPE tính tốn phù hợp với tiêu chuẩn IEC 287 Tiết diện cáp trước hết phụ thuộc vào vật liệu làm lõi cáp Hiện có loại vật liệu thông dụng nhôm đồng Trong dự án chọn sử dụng cáp lõi đồng La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 51 Tiêu chuẩn giới hạn khả tải đường cáp nhiệt độ lớn lõi cáp không lớn 900C chế độ vận hành bình thường Nhiệt độ phát nóng cáp gây tổn thất lõi, tổn thất điện môi, tổn thất vỏ kim loại Sự phát nhiệt từ bề mặt cáp môi trường xung quanh khác tuỳ thuộc vào vật liệu vỏ kim loại cáp Trong dự án chọn sử dụng cáp có vỏ đồng để tản nhiệt tốt Theo IEC 287, khả tải cáp tính cơng thức trên, Tuy nhiên tính tốn cần dựa thông số phức tạp loại cáp định chọn với số liệu tổn thất điện môi, tổn thất vỏ cáp ruột cáp Các số liệu dựa vào catalogue nhà sản xuất ảnh hưởng đến độ xác tính tốn khó khăn cho cơng tác đấu thầu Khả tải cáp phụ thuộc vào tiết diện cáp điều kiện bố trí cáp mương cáp môi trường toả nhiệt chế độ vận hành bình thường với giả thiết hệ số phụ tải khơng thay đổi Theo chọn cơng thức thực nghiệm theo điều kiện phát nóng cho phép để tính tốn khả tải cáp: - Điều kiện phát nóng cho phép : Iđm x k > Icb, đó: + Iđm : dịng điện định mức cáp + k : hệ số giảm theo điều kiện chiều sâu đặt cáp, nhiệt độ môi trường, nhiệt trở đất, số mạch, khoảng cách mạch, sơ đồ tiếp đất vỏ cáp, cấu hình đặt cáp + Icb : dòng cưỡng qua cáp chế độ cố mạch, đường dây vận hành mạch I tt = I đm x k x k x k x k x k x k x k Trong đó: - I đm : Dịng định mức cáp - k : Hệ số chắn La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 52 - k : Hệ số chiều sâu chôn cáp - k : Hệ số nhiệt độ đất - k : Hệ số nhiệt trở suất đất - k : Hệ số khoảng cách sợi cáp - k : Hệ số số mạch cáp - k : Hệ số cấu hình mơi trường đặt cáp Điều kiện sở để tính tốn dịng định mức cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ dựa điều kiện đầu vào sau: Các thông số thiết kế cáp ngầm XLPE 220kV Dòng điện chuyên tải tối đa (cho mạch) 1313A PHƯƠNG ÁN PHA NẰM NGANG (PHƯƠNG ÁN CHỌN) Thông số STT Loại cáp pha Số mạch (nhóm) cáp mạch Dòng điện định mức Pha-Đất 127 kV Điện áp định mức Pha-Pha 220 kV Điện áp vận hành lớn 245 kV Điện áp xung sét BIL 1050 kV Cấu hình bố trí cáp pha ngang Mơi trường đặt cáp Nhiệt độ khơng khí trung bình 25 O Nhiệt độ khơng khí cao 45 O Nhiệt độ môi trường đất 25 O 10 Nhiệt trở suất đất 11 Độ sâu chôn cáp La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Trong ống HDPE, chôn trực tiếp đất C C C km/W 1,8 m Luận văn tốt nghiệp cao học 53 12 Khoảng cách pha - Đoạn bờ - Đoạn lòng kênh 13 350 mm 2000 mm Khoảng cách mạch - Đoạn bờ - Đoạn lòng kênh 14 Nhiệt độ vận hành dòng liên tục 15 1350 mm >2000 mm 90 O Nhiệt độ vận hành tải 105 O 16 Nhiệt độ vận hành cố 250 O 17 Vật liệu lõi cáp 18 Tiết diện vỏ cáp 19 Vật liệu vỏ cáp 20 Dạng nối đất vỏ cáp C C C đồng 150 mm2 đồng nối đất vỏ cáp đầu cáp (Single-point bonding) nối đất cục bộ, sử dụng dây 21 Nối đất vỏ cáp nối đất chạy song song dọc theo tuyến cáp Tính tốn lựa chọn cụ thể sau : Sơ đồ nối đất sơ đồ nối đất điểm khơng xét đến hệ số chắn k Chiều sâu đặt cáp: 4m, 1,8m > 1,5m Có: Hệ số điều chỉnh k = 0,95 Nhiệt độ môi trường đất: 250C Có: Hệ số điều chỉnh k = 0,96 Nhiệt trở suất đất : 2.0km/W Có: Hệ số điều chỉnh k = 0,74 La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 54 Số mạch (nhóm) cáp: mạch Khoảng cách pha mạch = 350mm Có: Hệ số điều chỉnh k = 1,08 Khoảng cách mạch: = 1050 mm Có: Hệ số điều chỉnh k = 0,91 Cáp luồn phần ống nhựa bảo vệ có hệ số k = 0.94, cáp phần không khí (t max = 450C) có hệ số k = 0,89 ta lấy k = 0,89 Bước 1: Chọn cáp “phân pha” tiết diện 2x1000mm2 lõi đồng, dòng điện định mức I đm = 1140A Dịng điện tính toán: I tt = I đm x k x k x k x k x k x k x k = 2x1140 x 0,59 = 1345,2A > 1313A Cáp tiết diện 2x1000mm2 vừa đạt yêu cầu khả tải, nhiên để dự phịng trường hợp cố (vì tồn tải nhà máy nhiệt điện Hải Phòng truyền qua hai đường dây 220kV mạch kép từ nhà máy trạm 220kV Đình Vũ 220kV Vật Cách, theo kinh nghiệm vận hành đường dây mạch kép thường xảy cố đồng thời mạch, nên xảy cố đường dây 220kV NMNĐ Hải Phòng Vật Cách, đường dây 220kV nhà máy NMNĐ Hải Phòng Đình Vũ, tình hình thiếu nguồn việc khai thác tối đa cơng suất nhà máy nhiệt điện điều tất yếu, để chủ động việc truyền tải công suất, ta lựa chọn cáp có tiết diện cao cấp cáp 1200mm2 Bước 2: Chọn cáp “phân pha”, tiết diện 2x1200mm2, I đm = 1295A, ta có: I tt = 2x1295 x 0.59 = 1528,1A > 1313A Cáp tiết diện 2x1200mm2 (cho pha) đạt yêu cầu khả tải Kết luận: Chọn cáp phân pha có tiết diện 2x1200mm2 cho pha đáp ứng yêu cầu khả tải bình thường cố mạch La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 55 Đánh giá chung: Chương chương quan trọng công tác thiết kế hệ thống cáp ngầm nói chung, tiêu chung cho dự án cáp ngầm tính tốn lựa chọn cấp điện áp truyền tải cơng suất, tính tốn dịng tải định mức tối đa, lựa chọn phương thức đặt cáp, tính tốn lựa chọn phương pháp nối đất tính tiết diện cáp giải Đủ điều kiện để thiết kế sơ đồ nguyên lý chi tiết cho hệ thống cáp ngầm La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 56 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN TRƯỜNG, TỪ TRƯỜNG CAO ÁP TỚI CÁP NGẦM VÀ ÁP DỤNG CỤ THỂ ĐỂ TÍNH TỐN CHỌN THƠNG SỐ CÁP CHO HỆ THỐNG CÁP NGẦM 220KV VƯỢT KÊNH ĐÌNH VŨ 3.1 Khái niệm điện trường 3.1.1 Trường hợp cáp tải dòng chiều Đây trường hợp điện trường tĩnh (không biến đổi theo thời gian) cường độ điện trường E cách điện cáp lõi gradien điện ϕ với dấu ngược lại E = - gradϕ (3-1) Như vậy, cường độ điện trường mức độ suy giảm điện Lấy div phương trình (2-1) theo hệ phương trình Maxwell có: divE = - divgradϕ = - 4πρ (3-2) Theo giải tích véc tơ: divgradϕ = ∇ 2ϕ = ∂ 2ϕ ∂ 2ϕ ∂ 2ϕ + + ∂x ∂y ∂z ∂ 2ϕ ∂ 2ϕ ∂ 2ϕ Vậy: ∇ ϕ = + + = −4πρ ∂z ∂y ∂x (3-3) Phương trình gọi phương trình Poison, trường hợp khơng có điện tích (ρ = 0) gọi phương trình Laplace Với cáp lõi hình trụ có bán kính vỏ ngồi R, dùng hệ trục toạ độ trụ ta viết được: ∇ 2U = ∂U ∂ (r ) R ∂R ∂r La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 (3-4) Luận văn tốt nghiệp cao học 57 Nếu điện vỏ cáp lấy không lõi lấy điện U = U ; U0 giải (3-3) (3-4) ta được: E = (3-5) R r ln r0 Phương trình với cách điện đồng 3.1.2 Trường hợp cáp tải dòng điện xoay chiều tần số cơng nghiệp Cơng thức tính cường độ điện trường cáp đơn tải dịng điện tần số cơng nghiệp, có dạng tương tự trên: E= U0 R r ln r0 (3-6) 3.2 Điện dung cáp lõi Điện dung vật dẫn định nghĩa tỉ số điện tích vật điện vật dẫn gây điện tích đó: C= q U (3-7) Hình 3-1 Mặt cắt cáp lõi La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 58 Điện dung cáp điện lõi (hình 3-1) có bán kính lõi r(m), bán kính vỏ R(m), điện tích/đơn vị dài q(C/m), mật độ điện tích D(C/m2) tính tốn sau: Xét hình trụ có bán kính x, chiều dầy dx đơn vị chiều dài cáp ta có: q = D.2π.x ta có: D = q 2πx Cường độ điện trường: E = Tuy nhiên: E = Ta có: U = ε = q 2πε 0ε r x = 18.10 9.q εr x R R 18.10 9.q du dx , ta có: U = ∫ Edx = ∫ r r dx εrx 18.10 9.q εr Mặt khác ta có: C = Ta có: C = D ln R q R = ln r 2πε r q U 0,0383ε r 0,024ε r µF / mile = µF / km R R lg lg r r (3-8) εr số loại cách điện cho bảng 3-1 đây: Bảng 3-1 Loại cách điện Giá trị ε Loại cách điện Giá trị ε - Giấy 3,5 2,3 - Giấy - Polypropylene 2,7 - HDPE (high-density polyethylene) - XLPE 2,3 - EPR (Ethylene-propylene) 2,8 Với cách điện hai lớp phân bố theo phương hướng kính hệ số điện mơi tương đương tính theo công thức: La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 59 ε td = ε 1ε lg R r (3-9) r R ε lg + ε lg r r1 3.3 Tổn thất điện môi Từ điểm phía trong, ta coi cách điện cáp tụ điện hình trụ trịn xoay Nhưng điện dung khơng phải hồn tồn, dịng điện vượt trước điện áp góc là: ϕ = (π/2) - δ Kết tổn thất điện mơi tuyến tính phụ thuộc theo pha, với cáp có điện dung C tổn thất điện áp xoay chiều U ta có: tgδ Dòng điện nạp cáp: I c = 2Π.f.C.U fa (3-10) tgδmax Tổn thất điện môi: ω p = U f I cosϕ = U f I sinδ p = U f 2ωCtgδ (W/km) ωmax (3-11) Hình 3-2 Sự phụ thuộc tgδ vào tần số Trong đó: δ: góc tổn hao điện mơi định nghĩa là tỉ số: tgδ = Ia (3-12) Ir Với: - I a thành phần tác dụng dòng điện qua cách điện - I r thành phần phản kháng dòng điện qua cách điện Trong thực tế người ta sử dụng khái niệm suất tổn hao điện mơi cho đơn vị thể tích p = E22πtCtgδ = E f εtgδ 12 1,8.10 (W/cm3) (3-13) Với C = 8,86.10-14 điện dung 1cm3 vật liệu cách điện La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 60 Với cách điện hỗn hợp hai thành phần theo phương kính tổn thất điện mơi tương đương tính sau: tgδ td = r r r R ε lg + ε lg r r1 ε 2tgδ1 lg + ε 2tgδ lg R r1 (3-14) Trong đó: ε 1, ε2, hệ số điện mơi loại cách điện tương ứng tgδ1, tgδ2, tổn hao điện môi loại cách điện tương ứng Hệ số tổn hao tgδ số loại vật liệu cách điện dùng chế tạo cáp điện cho bảng 3-2 sau Bảng 3-2 Loại cách điện Giá trị tgδ - Giấy 0,0023 - Giấy - Polypropylene 0,0007 - XLPE 0,0001 Loại cách điện Giá trị tgδ - HDPE (high-density polyethylene) 0,001 - EPR (Ethylene-propylene) 0,0035 3.4 Điện áp đánh thủng cách điện Độ bền cách điện cáp hay dây dẫn đặc trưng điện áp đánh thủng Có hai dạng đánh thủng cách điện cáp - Đánh thủng điện: Đánh thủng xảy chỗ yếu cách điện khoảng thời gian ngắn thường làm hỏng cục cách điện, xuất nhánh Q trình đánh thủng điện ion hố tượng ion hóa bọt khí cách điện dẫn đến phóng điện - Đánh thủng nhiệt: xảy chỗ cách điện bị nóng mức Hiện tượng xảy chậm đánh thủng xảy chỗ tổn hao điện môi nhiều Chỗ hỏng thường có dạng lỗ thủng nóng chảy khơng có vết phóng lửa La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 61 Trong thực tế đánh thủng mang tính kết hợp hai dạng Điện áp đánh thủng biết độ bền cách điện xác định sau: U dt = Edt ln R kV r (3-15) Điện áp đánh thủng tần số công nghiệp xác định theo công thức kinh nghiệm U l = (3,5 − 5)U dm kV (3-16) Với Uđm điện áp định mức cáp, hệ số (3,5-5) kể đến yếu tố độ không đồng cách điện, độ nâng cao điện áp điện áp hay biến động điện áp chất lượng cách điện giảm dần theo thời gian Độ bền cáp với điện áp chiều cao nhiều so với điện áp xoay chiều Thời gian làm việc cáp: quan hệ độ bền điện thời gian mang điện áp cáp, tính theo biểu thức: E = E∞ + Ebd m τ (3-17) Trong đó: m số, phụ thuộc vào loại cáp, cáp cao lõi m = 6, cáp PE có m = τ thời gian đến cáp bị đánh thủng, (phút) E∞ độ bền cáp thời gian mang điện áp cáp vô kV/mm Ebd thành phần biến đổi độ bền điện, kV/mm 3.5 Điện trường cáp điện [19] 3.5.1 Điện trường cáp đơn pha, điện môi đồng Trong phần ta nêu kết dẫn từ lý thuyết chung áp dụng cho cáp điện lực Với cáp điện lõi có chắn kim loại điện trường E có hướng từ lõi dẫn điện vỏ hình vẽ 3-3 Xét mặt cắt cáp có bán kính La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 62 lõi r, bán kính vỏ R, ta có chênh lêch điện áp lõi vỏ cáp đơn pha là: Uf = q 2πε ln R r (3-18) Hình 3-3 Cũng cường độ điện trường điểm x là: ta có: Ex = hay: Ex = q (3-19) 2πεx Uf (3-20) R x ln r Ta thấy giá trị cường độ điện trường Ex đạt giá trị lớn x = r, tức cường độ điện trường mặt lõi lớn nhất: Emax = Uf R r ln r kV/mm La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 (3-21) Luận văn tốt nghiệp cao học 63 Cường độ điện trường Emin vỏ kim loại nhỏ nhất: E2 = Emin = U R R ln r kV/mm (3-22) Để cường độ điện trường Emax điện môi đạt giá trị bé ta lấy vi phân Emax r có:   U   dEmax = có:  f  r dr  r ln   r Ta được:  R   ln r + r  − r  =    R = e = 2,718 r Kết luận: Vậy bán kính ngồi cáp R khơng đổi R/r = e điều kiện để cường độ điện điện trường Emax (tại chắn bọc cách điện) nhỏ nhất, với bán kính lõi khả mang tải cáp tốt vật liệu cách điện sử dụng tốt (khi độ đồng cường độ điện trường điện môi cao nhất) Khi R/r = e giá trị Emax đạt là: Emax = Uf r Cường độ điện trường trung bình: Etb = U R−r kV/mm (3-23) Với tỷ lệ tối ưu R/r = 2,72 (r/R = 0,37) hệ số sử dụng vật liệu cách điện cáp lõi có vỏ kim loại là: η= Etb 0,37 = = 0,58 Emaz − 0,37 Khi lõi cáp dùng nhiều sợi bện bề mặt gồ gề, cường độ điện trường bề mặt lõi dẫn điện cao cỡ 23% so với trường hợp lõi cáp tròn trơn Dể khử bớt tượng này, người ta quấn bổ sung sợi dẫn chèn thêm hay chắn bán dẫn quanh lõi dẫn La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 64 3.5.2 Điện trường cách điện có nhiều lớp Khi cáp có nhiều lớp cách điện, cường độ điện trường cáp có nhiều lớp cách điện với hệ số điện môi lớp khác nhau, giả sử có lớp hình 3-4 Hình 3-4 Các lớp có bán kính r1, r2, (r3 = R), bán kính lõi r, ta có: q 2πε 0ε 1r = q 2πε 0ε r1 = q 2πε 0ε r2 Ta có: ε1r = ε2r1 = ε3r2 Giả sử chênh lêch điện áp lõi lớp cách điện thứ U1 La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 65 Ta có: U1 = Emax r ln r1 r Tương tự ta xác định U2, U3 Như điện áp tổng lõi so với vỏ là:  r  r r Uf = Emax  r ln + r1 ln + r2 ln  r r1 r2    r r r R R = E max  r ln + r ln + r ln + (r1 − r ) ln + (r2 − r ) ln  r r1 r2 r1 r2    r R R R = Emax  r ln + (r1 − r ) ln + (r2 − r ) ln  > Emax r ln (3-24) r r2  r r1  Trên hình vẽ 3-4 trình bày đường cong cường độ điện trường cáp lõi với lớp cách điện Từ công thức (3-24) ta thấy cường độ điện trường cực đại cáp nhiều lớp cách điện nhỏ trường hợp lớp cách điện, điện áp vận hành cáp gia tăng Tuy nhiên thực tế khó để tạo nhiều lớp cách điện có số điện mơi khác Với phân tích trên, ta thấy cáp có nhiều lớp cách điện khác điều kiện để cáp vận hành kinh tế (hay vật liệu cách điện sử dụng tốt nhất) là: E1max.ε1.r = E2max.ε2.r1 = E3max.ε3.r2 (3-25) 3.5.3 Điện trường cách điện phân chia chắn Trong thực tế việc tạo lớp cách điện có số điện mơi khác khó, ta phân chia cách điện đồng chất cáp điện thành nhiều lớp thông qua phương pháp sử dụng chắn để phân chia lớp cách điện này, chắn phân chia cách điện thành lớp riêng rẽ khác nhau, cho điện chia sẻ lớp cách điện mức có La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 66 thể chịu đựng Tuy nhiên chắn phải mỏng khả mang dòng điện nạp yếu (hình 3-5) Hình 3-5 Khi ta coi lớp cách điện lõi riêng rẽ, lớp mang điện khác U1, U2, U3 … đó: Emax = U1 U2 = = r1 r2 r ln r1 ln r r1 Khi điện áp tổng U bằng: U = U1 + U2 + U3 + ….Un La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 67 Đặc biệt cách điện cáp chia thành n lớp khác nhau, lớp có chiều dầy d bán kính lõi r ta có: r1 = r + d; r2 = r1 + d = r + 2d; r3 = r + 3d; …rn = r + n.d Khi Emax = U1 U2 U = = = r+d r + 2d M (r + d ) ln r ln r r+d Với M = ∑ [r + (m − 1)d ]ln n m =1 (3-26) r + md r + (m − 1)d Khi điện đặt lớp m là: Um = U [r + (m − 1)d ]ln r + md M r + (m − 1)d (3-27) Từ ta thay đổi giá trị m khác nhau, có thay đổi điện đặt lớp khác để trì giá trị cường độ điện trường cực đại lớp Trong thực tế để tạo nhiều lớp cách điện cách sử dụng nhiều lớp chắn khác lý thuyết điều vô khó khăn, để đơn giản người ta thường thiết kế cáp với cách điện có lớp chắn để phân chia cách điện thành hai lớp Khi việc tính tốn, thiết kế trở nên dễ dàng với biểu thức tính cường độ điện trường lớn sau: Emax = U r R r1 ln + r ln r1 r (3-28) Mục đích việc phân chia cách điện đồng tối ưu hóa thiết kế cáp, ta xét trường hợp cáp có lớp cách điện đồng đạt tối ưu hóa khả mang tải hệ số sử dụng vật liệu cách điện nghĩa R/r = e đưa chắn vào lớp cách điện với bán kính r1, r < r1 < R, giữ nguyên r R, cho r1 thay đổi, lấy vi phân cường độ điện trường lớn La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 68 Emax phương trình (3-28), với biến số r1, để đạt giá trị Emax ta có: Có: - + ln Xét đến Ta có: R r + =0 r1 r1 R = e ta có lne = r r1 r1 ln = r r ∂Emax r − R R r1 = ta r1   + ln + r =0 ∂r1 R  r1  r1 r1 r Giải phương trình ta r1 = 1,76r Khi Emax đạt là: Emax = U U =  er   1,76r  1,33.r 1,76r ln  + r ln   r   1,76r  (3-29) Vậy chắn ta có: E’max = U/r, thêm chắn cách điện với khoảng cách r1 = 1,76r điện áp truyền dẫn tối đa tối ưu đạt tăng thêm 33% Bây giữ nguyên giá trị R, thay đổi r r1, để tối ưu hóa khả mang tải hệ số sử dụng cách điện ta lấy vi phân Emax theo r r1 ta được: ∂Emax ∂Emax =0 =0, ∂r1 ∂r Ta có: ln Được: r1 R r − = - + ln + = r1 r1 r r1 R = e -1 + ln + = r1 e r La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 69 Được: ln R R R = − ta có: = 1,881 hay = 5,11 r1 r1 e r Khi Emax đạt là: Emax = Emax = U U U = = R e.r ln + r ln e e.r 1 −  + r e.r r1  e U 2,718.r (3-30) Kết luận: Vậy bán kính ngồi cáp R khơng đổi R/r = 5,11 đặt thêm chắn cách điện với khoảng cách r1/r = 2,718 (e) điện áp truyền dẫn tối đa tối ưu đạt tăng lên 2,718 lần 3.6 Áp dụng nghiên cứu điện trường để tính tốn chọn thơng số cho cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ Với nghiên cứu điện trường cáp điện sở xem xét catolog nhà sản xuất cáp, ta thấy phương pháp sử dụng cáp có nhiều lớp cách điện có số điện mơi khác nhau, cáp sử dụng chắn để phân chia cách điện thành lớp riêng rẽ khác nâng cao khả truyền tải cáp, nâng cao hệ số sử dụng vật liệu cáp (tăng độ bền cáp), công nghệ sản xuất phức tạp tốn kém, để có sở thực thực tế tổ chức mua sắm cáp cho hệ thống cáp ngầm vượt kênh Đình Vũ cách rộng rãi (mời thầu rộng rãi), ta tính tốn thơng số cáp sở đầu vào sau: - Tiết diện lõi (đã tính chương 2) 1200 mm2, vật liệu lõi đồng nguyên chất - Cách điện XLPE kết cấu lớp nguyên chất, số điện môi ε=2,3, hệ số tổn hao điện môi tgδ=0,0001 La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 70 - Cường độ điện trường tối đa cho phép Từ thông số đầu vào ta có: 3.6.1 Tính tốn bán kính lõi cáp: Bán kính lõi là: r = k s π Trong đó: s: tiết diện tính tốn cáp s = 1200 mm2 k: hệ số khe hở, với dây đồng bện, chia thành nhiều múi k = 1,075 [24] Thay số vào ta có: r = 21 3.6.2 Tính tốn chiều dầy cách điện: Với bán kính lõi trên, áp dụng công thức (3-8), (3-10), (3-11), (321), (3-22) (3-23) ta tính thơng số cường độ điện trường lớn nhất, cường độ điện trường bé nhất, cường độ điện trường trung bình, điện dung cáp, dịng điện nạp, tổn thất điện mơi cáp, cho thông số chiều dầy cách điện Tuy nhiên theo kết tính tốn phần 3.5.1 ta thấy cáp có bán kính r lõi bán kính cách điện R (khơng thay đổi) R/r = e (khi chiều dầy cách điện 1,718r = 35,6mm) điều kiện để khả mang tải cáp tốt vật liệu cách điện sử dụng tốt Tuy nhiên để đảm bảo điều kiện kinh tế cho dự án ta cần giảm chiều dầy cáp đến giá trị chấp nhận để giảm giá thành cáp (giảm chiều dầy cách điện dẫn đến giảm giá thành cáp), giảm chiều dầy cáp dẫn đến giảm giảm trọng lượng cáp giảm giá thành vận chuyển, lắp đặt, bảo dưỡng, sửa chữa… Với, lý để đảm bảo điều kiện kinh tế - kỹ thuật, dựa sở kết thực nghiệm đánh giá tác động cường độ điện trường lên cách điện, thời gian làm việc (tuổi thọ) cách điện, người ta đưa phương pháp sau để tính tốn chiều dầy cách điện [21]: La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 71 Phương pháp cường độ điện trường chịu đựng điện áp xoay chiều thời gian giờ: w = Ud / Ed (3-31) Trong đó: Ud điện áp xoay chiều tăng cao tính tốn theo cơng thức thực nghiệm: Ud = U0.kT.k0.kt (3-32) Trong đó: U0 điện áp Pha-Đất kT hệ số nhiệt độ: kT = 1,25 k0 hệ số điện áp k0 = 1,15 kt hệ số lão hóa cách điện, phụ thuộc vào thời gian phục vụ đặc tính cách điện Với cách điện XLPE thời gian phục vụ thường 40 năm, điện áp thử nghiệm 1h U có cơng thức thực nghiệm UN.t = const dẫn đến: kt = (40a/1h)1/N =(350400)1/N (3-33) Bằng biện pháp thực nghiệm, người ta xác định N = 17 Ed = 30kV/mm Khi (3-31) trở thành: 220 17 1,25.1,15.(350400) U kT k k t w= = = 12,9 mm Ed 30 Phương pháp cường độ điện trường thử nghiệm xung sét trung bình chịu đựng cách điện: w = Udi / Editb (3-34) Trong đó: Udi điện áp xung tính tốn theo cơng thức thực nghiệm: La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 72 Udi = BIL.kT.kf.ks (3-35) Trong đó: BIL điện áp xung sét Đối với cấp điện áp 220kV BIL = 1050kV kT hệ số nhiệt độ: kT = 1,25 kf hệ số an toàn kf = 1,1 ks hệ số nhắc lại kf = 1,1 Bằng biện pháp thử nghiệm người ta xác định cường độ xung trung bình Editb 80kV/mm Thay số ta có: w = 1050.1,25.1,1.1,1 = 19,85 mm 80 Phương pháp cường độ điện trường thử nghiệm xung sét lớn dây dẫn: w = Udi / (Edimax.η) (3-36) Trong đó: Udi điện áp xung xác định theo công thức thực nghiệm: Udi = BIL.kT.kf.ks (3-38) Trong đó: BIL điện áp xung sét Với cấp điện áp 220kV BIL = 1050kV kT hệ số nhiệt độ: kT = 1,25 kf hệ số an toàn kf = 1,1 ks hệ số nhắc lại kf = 1,1 Bằng biện pháp thử nghiệm người ta xác định cường độ điện trường xung sét max Edimax 125kV/mm Hệ số η xác định biểu thức: η = [r.ln(R/r)]/w = {r.ln[(r+w)/r]}/w (3-39) Trong đó: La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 73 R bán kính ngồi cách điện r bán kính ngồi lõi cáp (hay bán kính cách điện) Từ ta có cơng thức tính chiều dầy cách điện sau: w = r.{exp[Udi/(r.Edimax)] - 1} (3-40) Thay số vào ta có: w = 21 (e 1050.1,25.1,1.1,1 21 x 125 − ) = 21.(e0,605 - 1) = 17,456 mm Theo [24] Châu Âu, sau thử nghiệm thực tế thành công, người ta đưa kết luận ứng với giá trị cường độ điện trường max khác nhau, với thời gian vận hành cấp điện áp, kết cho thấy với cường độ điện trường max giới hạn bảng đây, thời gian lão hóa cách điện (tuổi thọ cách điện) đạt khoảng 40 năm Cấp điện áp Cường độ điện trường lớn 69/72kV 5kV/mm 132/45kV 7kV/mm 220/275kV 10kV/mm Do người ta sử dụng khái niệm cường độ điện trường lớn cấp điện áp khác bảng để quy định cho công tác thiết kế cáp ngầm Để xác định cường độ điện trường theo phương pháp này, ta sử dụng biện pháp lặp với bán kính lõi r tính tốn trên, chọn giá trị chiều dầy cách điện khác Kết tính tốn phụ lục kèm theo luận văn Từ kết tính tốn lập đồ thị quan hệ chiều dầy cách điện (R-r) cường độ điện trường Emax thể trang sau Từ bảng tính đồ thị ta thấy với r cho trước bán kính cách điện R chiều dầy cách điện (R-r) biến thiên tỷ lệ thuận với cường độ điện trường E La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 74 Với tính tốn, phân tích trên, để đảm bảo cho cáp vận hành an toàn lâu dài, chọn chiều dầy cách điện cho cáp ngầm vượt kênh Đình Vũ theo phương pháp Editb ứng với giá trị w = 19,85mm Với chiều dầy cách điện cáp 19,85mm, ta tính thơng số tương ứng cáp là: Cường độ điện trường lớn mặt lõi cáp: Emax = 9,09 kV/mm Cường độ điện trường bé cách điện cáp: Emin = 4,67 kV/mm Cường độ điện trường trung bình cách điện cáp: ETB = 6,4 kV/mm Dung kháng cáp: C = 0,191 µF/km Dong điện nạp: Ic = 7,622 A/km Tổn thất điện môi: p = 96,82 W/km Với thơng số tính tốn trên, có bảng thơng số cáp 220kV, cách điện XLPE, chắn đồng theo tiêu chuẩn IEC 62067 sau Hình 3-6: Bản vẽ cấu tạo pha cáp 220kV XLPE - 1x1200 La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 75 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CÁP XLPE-220KV Mô tả TT Lõi cáp Lớp chắn lõi Lớp cách điện Lớp chống (W/B) Bộ cảm biến DTS Lớp tiếp xúc 11 Lớp chống 85,1 Hợp chất bán dẫn 87.1 Băng bán dẫn dãn nở 91.1 2.5 96.1 Sợi quang đa chức đặt 96.1 ống tuýp STS thấm Lớp vỏ kim loại có Vỏ ngồi 19.85 Dây đồng tơi luyện (W/B) chống thấm 42 45.4 XLPE thấm Đường kính r (mm) 1.7 hợp điện Lớp kim loại 10 Băng bán dẫn nhựa tổng Lớp chắn cách Vật liệu Dây đồng luyện, chia múi Độ dày Băng đồng luyện 0.1 96.3 Băng bán dẫn dãn nở 0.8 97.9 0.25 98.4 5.0 108.4 Nhơm ép mỏng, nhơm gấp nếp chì có pha lớp nhựa PE chống thấm PE PVC La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 76 3.7 Tính tốn ảnh hưởng từ trường tới cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ 3.7.1 Phương trình tổng quát từ trường Khi dòng điện chạy qua lõi cáp tạo xung quanh từ trường Đặc trưng cho từ trường cảm ứng từ B tỷ số lực từ trường tác động lên đơn vị chiều dài dây dẫn l đặt vng góc với trường dịng điện I chạy dây dẫn ấy: B= F ,T I l Đơn vị đo cảm ứng từ hệ SI Tesla (T), ngồi cịn dùng đơn vị khác Gauss (1T = 104 G) Dưới dạng vi phân rotH=J, divB = (3-41) Trong đó: B = µ0.µ.H = µaH, A/m Với: µa = µ0.µ từ thẩm tuyệt đối µ = 4π.10-7 = 1,26.10-6 H/m: số từ Hình 3-7: Từ trường cáp đơn La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 77 Ta thấy từ trường gắn liền với dịng điện có phân bố khơng gian đường sức có dạng vịng kín bao quanh dịng điện Từ trường bên ngồi khơng gian cáp gọi từ trường ngồi, cịn trường bên cáp gọi từ trường bên Ta xét trường hợp cáp đơn hay cáp đồng trục, từ trường lõi dẫn điện kỹ hiệu Haϕ, từ trường vỏ kim loại hay chắn Hbϕ Từ trường lõi cáp có giá trị tăng dần từ tâm biên lõi, cịn ngồi lõi từ trườngn giảm dần theo quy luật Haϕ = Ia/(2πrx) với rx khoảng cách từ tâm lõi đến điểm khảo sát Bên cáp tì trường Hbϕ khơng có Trong bề dày vỏ kim loại hay chắn từ trường Hbϕ tăng dần từ giá trị biên đên cực đại biên ngoài, bên ngồi vỏ cường độ từ trường giảm theo quy luật Hbϕ = -Ib/(2πrx) Cường độ từ trường khơng gian bên ngồi cáp tổng hai từ trường Từ trường bên cáp có dạng hình 3-7 Như trường hợp này, đường sức từ trường cáp đồng trục hay cáp đơn có vỏ kim loại có dạng vịng trịn đồng tâm Nói chung tồn từ trường ngồi cáp nên có tổn hao phần tử kim loại lân cận Với cáp ba pha đặt chung vỏ kim loại, truyền dẫn dòng ba pha đối xứng từ trường chúng bù trừ lẫn nên tổn thất vỏ kim loại nhỏ 3.7.2 Điện cảm cáp điện Điện cảm đạo hàm từ thơng móc vịng với cường độ dòng điện: L = ∂ψ/∂i, H Đơn vị đo điện cảm Henry, ta thấy điện cảm hệ gồm lõi (cáp hay dây dẫn) Lt vỏ ngoai (hay lõi thứ hai) Lv tổng Lt + Lv Các cơng thức tính điện cảm cáp - Điện cảm cáp đơn tính theo cơng thức: L = 2ln(D/d).10-4 H/km La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 (3-42) Luận văn tốt nghiệp cao học 78 Trong đó: - D đường kính cáp - d đường kính lõi cáp - Điện cảm cáp đồng trục hay cáp đơn có lõi đồng vỏ kim loại L = 0,46.lg(D/d).10-6 + 1,33.10-5 (d-1 + D-1).f-1/2 H/m (3-43) - Với cáp có lõi nhiều sợi bện đường kính lõi tương đương: dtd = 0,25.nd1(1,5(1+k1)-k11/2) (3-44) Khi đường kính lõi tăng tần số tăng dịng điện có xu hướng chuyển bề mặt ngồi làm giảm cường độ điện trường phía bên lõi a b Hình 3-8: Sơ đồ bố trí cáp đơn Với cáp ba lõi ba cáp đơn bố trí theo đỉnh tam giác (hình 3-8b) điện cảm lõi tính theo cơng thức: L = (0,1+0,46.lg(2a-d)/d).10-3, H/km (3-45) Khi ba cáp bố trí mặt phẳng (hình 3-8a) điện cảm cáp tính theo cơng thức (3-46), điện cảm cáp bên ngồi tính theo cơng thức: L = (0,05+0,46lg((a-r)/r)+0,46.lg0,05.Ia/Ic).10-3, H/km (3-46) Trong Ia, Ic cường độ dịng điện hai cáp bên ngồi, a khoảng cách từ tâm đến tâm cáp đặt cạnh La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 79 Các công thức dùng cho cáp không bọc giáp kim loại Khi có vật sắt từ gần cáp (ví dụ, cáp có bọc băng thép hay dây thép) điện cảm cáp tăng lên Khi điện cảm là: L (0,05 + 0,46.lg(a/r) + lg(D /D1 )).10-3 , H/km (3-47) Trong µ từ thẩm vỏ thép bọc cáp, D1 D2 đường kính phía phía lớp giáp thép (mm) Như nói trên, với cáp ba pha ba lõi, tổng dòng điện ba pha thời điểm không, từ trường tổng không gian bao quanh ba lõi cáp thực tế khơng nên bỏ qua ảnh hưởng lớp vỏ thép bọc cáp Cuối ta tính trở kháng đường dây có điện cảm L XL = ϖL, Ω/km (3-48) 3.7.3 Điện trở chiều lõi dẫn cáp điện Điện trở chiều lõi dẫn điện cáp tính theo cơng thức: R = R0 [1 + α (θ − 20 C )] (Ω/km) (3-49) Trong đó: R = điện trở chiều lõi cáp nhiệt độ θ0 C R20 điện trở chiều lõi nhiệt độ 200C Lõi cáp đồng với hệ số nhiệt α20 = 0,0393 Lõi cáp nhôm với hệ số nhiệt α20 = 0,0403 3.7.4 Điện trở tác dụng (xoay chiều) lõi dẫn cáp điện 3.7.4.1 Hiệu ứng bề mặt Khi dịng điện chạy qua dây dẫn bên bên dây dẫn xuất từ trường có giá trị thay đổi theo vị trí Phần trung tâm lõi có tất cảm ứng từ qua, cịn phần ngồi lõi có cảm ứng từ La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 80 phân bố dịng điện ngồi Dịng điện biến thiên gây từ trường thay đổi xuất sức điện động cảm ứng tỷ lệ với độ lớn từ trường dấu ngược lại Vì vậy, gần tâm lõi mật độ dịng điện nhỏ vùng phía ngồi ta thấy điện trở tác dụng lõi dòng xoay chiều lớn dòng chiều tổn thất dịng xoay chiều lớn Ngồi từ trường gần tâm lõi dẫn giảm xuống (thực tế coi 0) Hiện tượng gọi hiệu ứng bề mặt Theo [24] ta có cơng thức tính hệ số hiệu ứng bề mặt ys (skin effect factor): ys = xs4 192 + 0,8 xs4 (3-50) Trong đó: f :là tần số hệ thống xs2 = 8πf x10 −7 k s R20 ks hệ số bề mặt phân mảnh (phụ số múi lõi) 3.7.4.2 Hiệu ứng tương hỗ Hiện tượng liên quan đến tác động tương hỗ từ trường lõi dẫn điện mang dòng xoay chiều Từ trường lõi dẫn điện a cắt qua bề dày lõi b làm xuất dịng xốy cảm ứng Ix , bề mặt lõi b gần sát a dòng trùng hướng với dòng I, bề mặt đối diện có chiều ngược lại Như có phân bố lại dịng điện lõi dẫn điện a Hệ số hiệu ứng tương hỗ yp tính theo cơng thức gần 1,18.k bm  d  yp =   k bm + 0,27  a  La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 81 Theo [24] hệ số hiệu ứng tương hỗ yp (Proximity effetc factor) tính theo cơng thức sau:    2 x 4p 1,18  dc    dc   yp =  0,312  + 4    xp 192 + 0,8 x p  s   s  + 0,27   x 192 , +  p  (3-51) Trong đó: dc đường kính lõi s khoảng cách từ tim đến tim hai cáp đặt cạnh x 2p = 8πf x10 −7 k p R20 kp hệ số tương hỗ phân mảnh (phụ số múi lõi) Hình 3-9: Quan hệ RAC/RDC = f(Q) Trên hình vẽ 3-9 trình bầy phụ thuộc tỷ số RAC/RDC vào tiết diện lõi cáp điện ba pha có đai cách điện (đường 1) ba cáp đơn đặt gần với (đường 2) Ta tính điện trở cáp dòng xoay chiều theo điện trở dịng chiều cơng thức sau: La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 82 20 RAC = (1+ ys + yp) RDC (3-52) Trong đó: RAC điện trở xoay chiều lõi nhiệt độ 200C (Ω/km) 20 điện trở chiều lõi nhiệt độ 200C (Ω/km) RDC ys hệ số hiệu ứng bề mặt (skin effect factor) yp hệ số hiệu ứng tương hỗ (Proximity effetc factor) 3.7.5 Tổn thất dây dẫn: Pt = I2.Rt (W) (3-53) Trong đó: Rt điện trở ruột cáp I: dòng tải cáp 3.7.6 Tổn thất vỏ kim loại Khi truyền tải dịng xoay chiều lõi cáp đơn vỏ kim loại xuất sức điện động cảm ứng với lõi cáp mạch sơ cấp, vỏ cáp mạch thứ cấp Đường từ cảm họ vòng tròn đồng tâm cắt qua vỏ cáp không gian cáp Cường độ từ trường H = µI/2πr, A/m (3-54) Xét hệ thống có hai cáp sức điện động xuất vỏ cáp tỷ lệ với từ thông dòng lõi Tại điểm c cáp sức điện động lớn nhất, cịn điểm d sức điện động nhỏ Nếu vỏ kim loại hai cáp khơng nối với vỏ cáp khơng có dịng chạy dọc theo vỏ cáp mà có dịng điện xốy Cịn nối tắt hai vỏ cáp xuất dòng cân cho đơn vị chiều dài vỏ cảm ứng sức điện động trung bình xác định gần từ thơng tâm cáp hai vỏ cáp Từ thơng bằng: La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 83 µµ0 I a dr µµ0 I a Φ= ∫ = 2π ln R 2π R r (3-55) Hỗ cảm M lõi cáp vỏ cáp M= µµ0 I a a ln = 0,4.10 −7 ln , H/m 2π R R (3-56) Hình 3-10 Sức điện động cảm ứng đơn vị chiều dài vỏ cáp dòng lõi vỏ cáp gây ra: E2 = jϖM ( I + I v ) , V/cm Sức điện động cảm ứng hai cáp gây lớn gấp đôi E = 2jϖM(I+Iv), V/cm Thiết lập phương trình mạch cho vỏ cáp 2jϖM(I+Iv) – Iv Rv = (3-57) Dòng điện vỏ cáp La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 84 Iv = jϖMI , A Rv − jϖM Modun dòng điện Iv = ϖMI ,A Rv + ϖ M Tổn thất vỏ cáp f = 50Hz pv = I 0,197.10 −8 a ( ) , W/m Rv R (3-58) Tổn thất toàn vỏ cáp nói tắt đầu vỏ cáp:  Rv X v 0,197.10 −8  a   pv = I  +    , W/m R R X + R  v v  v (3-59) với Xv = ϖM/2, Ω/m Trong tính tốn người ta hay tính theo tỷ số tổn hao vỏ cáp với tổn hao lõi cáp: pv Rv I v Rv (ϖM ) = = 2 pl Rl I l Rv + (ϖM ) Rl (3-60) Khi ba cáp đơn bố trí theo đỉnh tam giác hỗ cảm chúng M12 = M13 = M23 ≈0,2.10-7 ln(a/R), H/m Modun sụt áp U = U III = I X + X X m + X m , (W/m) (3-61) U II = I X , (W/m) (3-62) Với X = Xm = ϖ ϖM12 , Ω/m 0,276.10 −6 , Ω/m La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 85 Khi ba cáp đơn vỏ kim loại bố trí theo mặt phẳng tải dịng ba pha đối xứng (với a >> R) hỗ cảm pha là: M12 = M23 = 0,4.10-7.ln(a/R) , H/m M13 = M12 + 0,4.10-7.ln2, H/m Tỷ số tổn thất là:   Xm    X − pv Rv   ( X + X m )2  y=  = + 2 pl Rl   Rv + ( X + X m ) Xm  R +X −   v   [       ] (3-63) Trong thực tế tổn thất vỏ cáp không vượt 10% tổn thất lõi cáp Khi cáp đặt sát tổn thất tăng khoảng 20% so với tổng tổn thất vỏ cáp Khi cáp bố trí theo đỉnh tam giác tổn thất vỏ tăng cỡ 25% so với tổng tổn thất vỏ cáp riêng rẽ; cịn cáp bố trí mặt phẳng tổn thất pha tăng 15%, pha tăng 60% Khi khoảng cách cáp tăng lên tổn thất tương hỗ giảm Từ công thức ta thấy để giảm tổn thất vỏ cáp ta phải giảm khoảng cách cáp nhiên giá trị tổn thất cịn cao ta phải hoán vị vỏ cáp Cách hoán vị vỏ trình bầy hình vẽ 3-11 Hình 3-11: Cách hốn vị vỏ cáp La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 86 Trong trường hợp ba cáp đơn tải ba pha bố trí mặt phẳng cách có hốn vị vỏ nối đất hai đầu cáp tỉ số tổn hao vỏ cáp tính sau: yhv = Rv Rl + Rv X (3-64)  2a  với X = 2π 10 ln  R   −7 Tổn thất dòng điện xoáy: tỷ số tổn thất R   Rv a  y x = A1 −7 Rl  Rv 10  a   +  X  R  R  1 + A2    a   (3-65) Với X = ϖM R: bán kính trung bình lớp giáp kim loại Khi cáp bố trí đỉnh tam giác đều: A1 = 3; A2 = 0,47 Khi cáp bố trí mặt phẳng Cáp hai biên A1 = 1,5; A2 = 0,27 Cáp A1 = 6; A2 = 0,083 3.7.7 Các tính tốn áp dụng cho hệ thống cáp ngầm cao áp XLPE1200mm2 220kV vượt kênh Đình Vũ Từ lý thuyết áp dụng công thức (3-49), (3-50), (3-51), (3-52) để tính điện trở xoay chiều lõi dẫn điện cáp đơn pha lõi XLPE1200mm2 220kV ba pha, sau ta thiết lập chương trình tính tốn phần mềm MATLAB để tính giá trị điện kháng, trở kháng, tổn hao vỏ kim loại tổn thất điện áp cáp XLPE-1200mm2 ba pha 220kV xét La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 87 phụ thuộc thơng số vào yếu tố khoảng cách cáp (khoảng cách pha), phương pháp đặt cáp (tam giác hay nằm ngang) Số liệu đầu vào Điện trở chiều lõi đồng 200C Ω/km 0,0151 đường kính lõi mm 42 Khoảng cách cáp mm 350 Hệ số bề mặt phân mảnh ks múi 0,435 Hệ số tương hỗ phân mảnh kp múi 0,435 Bình 200C Nhiệt độ lõi cáp thường Nhiệt độ lõi cáp vận hành liên tục Max 900C Hệ số hiệu ứng bề mặt ys - 0,047 Hệ số hiệu ứng tương hỗ yp - 0,002 Ω/km 0,0188 Kết Điện trở xoay chiều lõi dẫn nhiệt độ vận hành liên tục Theo (3-53) tổn thất dây dẫn cáp là: Số liệu đầu vào Điện trở xoay chiều lõi dẫn nhiệt độ vận hành Ω/km 0,0188 Dòng điện tải: - Vận hành mạch max (12 sợi cáp - 700MVA): A 919 - Vận hành mạch max (6 sợi cáp - 500MVA): A 1313 Kết Tổn thất dây dẫn cáp là: - Vận hành mạch (12 sợi cáp - 700MVA) : kW/km 47,583 - Vận hành 01 mạch (6 sợi cáp - 500MVA): kW/km 48,553 La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 88 Tiếp theo ta tính các giá trị điện kháng, trở kháng, tổn hao vỏ kim loại tổn thất điện áp cáp XLPE-1200mm2 ba pha 220kV chương trình tính tốn tự lập MATLAB cụ thể kết tính phụ lục kèm theo Tổng hợp kết ta có: Khoảng cách đặt cáp (mm) Điện cảm hệ thống cáp đặt ngang (H/km) Điện cảm hệ thống cáp đặt tam giác (H/km) Điện kháng Điện kháng hệ thống cáp hệ thống cáp đặt ngang đặt tam giác (Ω/km) (Ω/km) 200 0,000392720 0,000342771 0,123376536 0,107684643 250 0,000437348 0,000387400 0,137397059 0,121705166 300 0,000473813 0,000423864 0,148852660 0,133160767 350 0,000504643 0,000454694 0,158538233 0,142846340 400 0,000531349 0,000481400 0,166928258 0,151236365 450 0,000554906 0,000504957 0,174328784 0,158636891 Từ kết ta thấy cáp đặt theo hình tam giác tốt theo hình phẳng, đặt cáp cách xa tốt đặt cáp gần Tiếp theo ta tính các giá trị tổn thất vỏ kim loại tổn thất điện áp cáp Tổng hợp kết sau: La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 89 Khi dòng tải I = 919A (hai mạch vận hành song song tải 700MVA) Khoảng cách a (mm) X Xm Tổn thất UĐD (V) Tổn thất CS vỏ (W) 200 0.000008956 0.000043332 69,72 428,31 250 0.000010357 0.000043332 66,54 415,15 300 0.000011502 0.000043332 64,28 407,18 350 0.000012470 0.000043332 62,97 389,23 400 0.000013309 0.000043332 59.84 372,87 450 0.000014048 0.000043332 58.47 353,48 Khi dòng tải I = 1313 A (vận hành mạch tải 500MVA) Khoảng cách a (mm) X Xm Tổn thất UĐD (V) Tổn thất CS vỏ (W) 200 0.000008956 0.000043332 120,56 860,48 250 0.000010357 0.000043332 118,51 841,23 300 0.000011502 0.000043332 115,92 818,87 350 0.000012470 0.000043332 112,99 779,41 400 0.000013309 0.000043332 108.65 758,92 450 0.000014048 0.000043332 58.47 353,48 Ta thấy hệ thống cáp ngầm, địa hình thuận lợi khoảng cách đặt cáp lớn tốt, đặt theo hình tam giác tốt đặt theo hình phẳng La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 90 Tuy nhiên hệ thống cáp ngầm 220kV XLPE-1200mm2 ba pha vượt kênh Đình Vũ để giảm khó khăn cho cơng tác thi cơng, vận hành, bảo trì, bảo dưỡng cáp sau này, chọn phương án pha nằm ngang, khoảng cách pha 350mm, đạt yêu cầu độ sụt áp tổn thất công suất chọn phương án để triển khai thi công Kết luận: Từ nghiên cứu, tính tốn điện trường, từ trường trên, ta thấy để thiết kế hệ thống cáp ngầm hồn chỉnh, cần thiết phải tính tốn điện trường, từ trường phân bố cáp cách nghiêm túc để có sở đưa thơng số tối ưu chiều dầy cách điện, khoảng cách đặt cáp, phương pháp đặt cáp, để đảm bảo khả truyền tải hệ thống cáp hệ số sử dụng vật liệu cho đạt hiệu kinh tế - kỹ thuật cao nhất, đặc biệt việc tính toán điện, từ trường cho phép ta đưa giải pháp thiết kế giảm tối đa tổn thất điện áp, tổn thất công suất truyền tải hệ thống cáp ngầm cao áp La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 91 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN, KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU NGẮN MẠCH CỦA CÁP, TÍNH TỐN Q ĐIỆN ÁP VỎ TRONG HỆ THỐNG NỐI ĐẤT VỎ, THIẾT KẾ LỰA CHỌN THIẾT BỊ HẠN CHẾ ĐIỆN ÁP VỎ VÀ TỔNG HỢP CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CÁP 4.1 Tính toán khả chịu ngắn mạch cáp vỏ kim loại Tính tốn, kiểm tra khả chịu dòng ngắn mạch cáp bước quan trọng để xác định độ tin cậy cáp 4.1.1 Tính tốn khả ngắn mạch cáp pha vỏ kim loại (màn chắn) theo IEC pub 986 (1989) + Dòng điện ngắn mạch lớn (chịu nhiệt) Ik = I1 tk Trong đó: I k dòng điện ngắn mạch thời gian t k I dòng điện ngắn mạch 1s t k thời gian ngắn mạch s + Hay ta có: I = i x S t = ε x kx S t ln θf +β θi + β Trong I : Dịng ngắn mạch lớn i : Mật độ dòng điện, A/mm2, 1s S : Tiết diện cáp tiết diện chắn (mm2) t : Thời gian chịu ngắn mạch, s θf : Nhiệt độ tới hạn ngắn mạch (OC) θ1 : Nhiệt độ ban đầu cáp β : Hệ số nhiệt độ 0OC k : hệ số vật liệu La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 (OC) Luận văn tốt nghiệp cao học 92 ε : = dây dẫn, 1,2 chắn kim loại Các hệ số tính tốn theo thực nghiệm β = 228 cáp nhôm β = 234,5 cáp đồng k= Qc( β + 20) × 10−2 ρ 20 (k = 226) ρ 20 : Điện trở 20OC ρ 20 = 1.7241 10-8 Ωm đồng ρ 20 = 2.8264 10-8 Ωm nhôm Qc : Toả nhiệt khối 20OC Q c = 3.45.106 J/k.mm3 đồng Q c = 2.5.106 J/k.mm3 nhôm - Tương ứng với nhiệt độ cáp 65OC ÷ 90OC - Nhiệt độ vỏ cáp (màn chắn) tới ngắn mạch 500C ÷ 700C - Nhiệt độ ngắn mạch tính tốn cáp pha lấy = 2500C Tính tốn khả ngắn mạch cáp vỏ kim loại (màn chắn) cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ: Tính tốn khả chịu ngắn mạch cáp theo IEC Pub 986 (1989) stt Mô tả Tiết diện cáp Đơn vị Giá trị mm2 1200 Thời gian ngắn mạch s 3 Hệ số tính tốn ruột cáp ε - Hệ số vật liệu k = 226 - 226 Hệ số nhiệt độ β = 234,5 - 234,5 La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 93 Nhiệt độ cao θ f O 250 Nhiệt độ ban đầu θ O C 90 kA 99,131 C Khả chịu dịng ngắn mạch cáp pha Tính tốn khả chịu ngắn mạch vỏ cáp theo IEC Pub 986 (1989) STT Mô tả Tiết diện vỏ Đơn vị Giá trị mm2 150 Thời gian ngắn mạch s 0.5 Hệ số tính tốn vỏ cáp ε - 1.2 Hệ số vật liệu k = 226 - 226 Hệ số nhiệt độ β = 234,5 - 234,5 Nhiệt độ cao θ f O C 200 Nhiệt độ ban đầu θ O C 70 kA 34,303 Khả chịu dòng ngắn mạch vỏ cáp (cáp đơn pha) Kiểm tra cáp theo điều kiện ngắn mạch: Tính tốn giá trị dịng ngắn mạch pha pha cực đại để kiểm tra khả chịu đựng cáp Tác động nhiệt ngắn mạch xảy tồn khoảng thời gian ngắn Vì nhiệt độ dây dẫn ngắn mạch cho phép cao lúc vận hành bình thường Nhiệt độ dây dẫn cho phép: - Chịu ngắn mạch : 250 0C - Vận hành bình thường : 90 0C Theo tính tốn chương trình PSS/E cho hệ thống điện Việt Nam vào năm 2015 dịng ngắn mạch tính tốn (có số liệu phụ lục II kèm theo) La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 94 220kV OPY nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 220kV Trạm 220kV Đình Vũ là: Dịng ngắn mạch tính Thanh 220kV Thanh 220kV tốn OPY NMNĐ Hải Phịng trạm 220kV Đình Vũ Một pha (A) 30901,6 18631,6 Ba pha (A) 31932,9 25209,6 Cáp chọn có khả chịu dòng ngắn mạch pha 99,131 kA thời gian 3s, với nhiệt độ cho phép ruột cáp 250 0C Vỏ cáp chọn có tiết diện 150mm2 chịu dòng ngắn mạch pha 34,303 kA thời gian 0,5s Do loại cáp lựa chọn có chắn đồng có tiết diện 150mm2 đảm bảo vận hành tin cậy chế độ cố ngắn mạch 4.1.2 Tính tốn lực điện động lớn gây dịng điện ngắn mạch [7] Ngồi việc pháp sinh nhiệt xảy ngắn mạch, lực điện động tác động lên cáp phụ kiện xem xét đến ngắn mạch xảy Lực điện động hai cáp đặt song song cách khoảng S tính tốn theo cơng thức sau: F = 0,2 I peak (N/m) S Trong đó: - I sh dòng ngắn mạch (kA) - I peak 2,5I sh (kA) - S khoảng cách hai cáp - F lực điện động lớn xảy (N/m) Sau tính tốn ta F tt = 3641,845 N/m Lực điện động điều kiện đầu vào để có thiết kế hệ thống định vị cáp hợp lý La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 95 4.2 Quá điện áp vỏ hệ thống nối đất vỏ 4.2.1 Các dạng cố điển hình Xét dạng cố điển hình sau: a) Sự cố pha đối xứng b) Sự cố pha-pha c) Sự cố pha chạm đất Để thiết lập phương trình điện áp vỏ có dạng cố này, có giả thiết đơn giản hoá sau đây: i) Đã biết trị số dịng ngắn mạch ii) Dịng pha khơng cố cố dạng (b) (c) bỏ qua, trừ trường hợp điện trở tiếp đất trung tính, nêu đoạn iii) Dòng ngắn mạch cấp từ phía hệ thống cáp (lấy dịng xấu nhất) iv) Khơng có chắn dây dẫn khác ( trừ dây đất song song liên tục cố dạng (c) hệ thống nối vỏ điểm) Sự có mặt chắn song song khác, ví dụ vỏ mạch thứ hai, nói chung làm giảm điện áp vỏ v) Hệ thống cân đoạn âm dương trường hợp phân đoạn nối đất đảo pha số phân đoạn giống chia chẵn cho trường hợp kết nối liên tục (Khi thiết kế thường thoả mãn giả thiết này, cịn thực tế có số sai lệch) 4.2.2 Tiếp đất trung tính Với dạng cố (a) (b) giả thiết dịng thứ tự khơng chạy qua Phương trình sau áp dụng cho hệ thống trung tính trực tiếp tiếp đất tiếp đất qua điện kháng điện trở La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 96 Với dạng cố (c) tiếp đất qua điện điện trở điện kháng khơng cịn cho phếp bỏ qua dịng điện tải hệ thống Tuy nhiên, điện áp vỏ cố dạng (c) thấp nhiều so với cố dạng (a) (b) thiết kế theo cố dạng (c) bỏ qua 4.2.3 Nối vỏ điểm Giả thiết mạch có dây tiếp đất song song liên tục bố trí hình 4.1 Hình 4.1: Nối vỏ điểm có dây nối đất song song 4.2.3.1 Sự cố pha đối xứng ( bên ngồi cáp) Phương trình điện áp vỏ cáp giống phụ tải cân bằng, sau: (công thức phần 2.6.2.2) Cáp đặt tam giác điện áp vỏ : E= j.ϖ I.2.10-7ln 2S d V/m Cáp đặt mặt phẳng điện áp pha cao là: S d E= j.ϖ I.2.10-7 (- ln +j 4S ln ) d V/m Hình 2.4 Sơ đồ điểm nối vỏ điểm cho cáp có đoạn 4.2.3.2 Sự cố pha-pha (ngồi cáp) Nếu dịng cố cáp khơng đối xứng, dây đất có dịng mà trị số phụ thuộc điện trở điện trở đất đầu tác động dây chắn Tác động yếu bỏ qua, coi trường hợp xấu La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 97 Trường hợp chung cho dạng cáp, giả thiết cố pha không gây dòng chạm đất, I 12 = dòng cố, gradient điện áp vỏ là: E = jϖI 12 2.10-7ln S 12 d E = -jϖI 12 2.10-7ln V/m E = jϖI 12 2.10-7ln S 23 S 13 S 12 d V/m V/m Điện áp lớn vỏ ngồi bố trí theo mặt phẳng đảo pha là: E =-E = jϖI 12 2.10-7ln 4S d V/m Trong đó: S khoảng cách pha kề 4.2.3.3 Chạm đất pha ngồi cáp (trung tính tiếp đất trực tiếp) Để tính xác điện áp vỏ chạm đất pha cần phải biết tỷ lệ dòng trở đất tỷ lệ dịng trở qua dây tiếp đất song song Vấn đề phụ thuộc số yếu tố thường khơng biết xác May thay, điện áp thực tế cần quan tâm vỏ dây tiếp đất liên tục song song tính đơn giản giả thiết dây mang tồn dịng trở Giả thiết sát thực tế điện áp tính tốn cao thực tế đơi chút Đối với chạm dất pha với cách bố trí nào, dịng I E = dịng cố, điện áp vỏ dây dẫn tiếp đất là: S Ic ) dγ c V/m E = I IE (R c I+ jϖ.2.10-7ln S Ic S c ) SI2 γ c V/m E =I 1E (R c I+ jϖ.2.10-7ln S Ic S 3c ) SI2 γ c V/m E = I 1E (R c + jϖ.2.10-7ln Trong đó: S 1c , S 2c , S 3c khoảng cách hình học cáp 1,2,3 với dây dẫn tiếp đất La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 98 R c : điện trở dây tiếp đất ơm/m γ c : bán kính hình học dây dẫn tiếp đất ( dây bện lấy 0,75 bán kính tồn bộ) Điện áp cực đại dâng cao vỏ N1 bố trí theo mặt phẳng đảo pha thường R c chưa biết, điện áp cực đại tính là: E = jϖ.2.10-7.I 1E ln(S/d)2 d/γ c V/m 4.2.3.4 Sự cố cáp Điện áp vỏ-đất dâng lên cao cố gần đầu cáp phía phải sơ đồ kết nối điểm hình 4.1, với giả thiết nguồn cấp từ phía phải sơ đồ Trường hợp này, dịng cố chạy vỏ chỗ cố tới điểm kết nối đầu xa mạch trở qua dây tiếp đất Điện áp từ vỏ chỗ cố với dây dẫn đầu phải mạch là: S 12C ) V/m E = I 1E (R c +R s + jϖ2.10 ln d γ c -7 Trong R s điện trở vỏ cáp, ôm/m Điện áp cao cố chạm đất ngồi theo cơng thức mục 2.6.3 (chương 2) lượng phụ thuộc vào điện trở vỏ cáp 4.2.3.5 Biên độ điện áp Gradient điện áp cực đại tính từ phương trình hình 2.7 cho mạch cáp bố trí nằm đảo pha có dịng 1000A có dây dẫn tiếp đất hoán vị 0,7S Lưu ý hình 2.7 gradient điện áp vỏ cố chạm đất tính tốn bỏ qua tác động điện trở dây dẫn tiếp đất R c điện trở vỏ cáp R s Hình 2.7 gradient điện áp dâng cao cố chạm đất lớn cố khác tương tự hệ thống có trung tính tiếp đất trực tiếp Như đoạn 4.2.3.3 xác định, thường bỏ qua R c thoả mãn xét La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 99 cố bên ngoài, cố bên vị trí làm điện áp vỏ cáp dâng cao phương trình đoạn 4.2.3.4 phải gồm R c R s Có thể bố trí mạch cho dịng ngắn mạch cấp từ phía mạch có vỏ tiếp đất dâng cao điện áp cố bên giảm, cố chạm đất gây điện áp cao Với hệ thống tiếp đất điểm trung tính qua điện trở điện cảm, điện áp vỏ cố pha-pha nghiêm trọng Trị số I dùng phương trình thường dịng ngắn mạch lớn hệ thống Có thể cho phép giảm đơi chút dòng ngắn mạch cáp cấp qua đường dây khơng dài, phải ý tương lai hệ thống thay đổi làm dòng ngắn mạch tăng lên 4.3 Quá điện áp độ hệ thống cáp 4.3.1 Quá điện áp sét Cáp nối với đường dây khơng chịu điện áp sét, nói chung trường hợp nguy hiểm Cáp thường thiết kế chịu xung sét mức độ cho Vì báo cáo giả thiết điện áp sóng tới cực đại tác động lên chỗ bó cáp đặc biệt nằm mức chịu vỏ cáp xung sét Điện áp thường có dạng sóng 1,2/50µsec Độ dốc đầu sóng tác động lớn vào điện áp vỏ hệ thống có đặt thiết bị giớí hạn điện điện áp vỏ Độ dốc đầu sóng lớn, ví dụ phóng điện gần đầu cáp vào thời điểm điện áp xung đỉnh, làm tăng điện áp vỏ cáp Tuy nhiên trường hợp hiếm, bỏ qua, sóng tới giả thiết có dạng 1,2/50µsec Cách điện hệ thống cáp bảo vệ chống sét thường có mức bảo vệ chống dạng sóng 1,2/50µsec (IEC 99) La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 100 4.3.2 Quá điện áp thao tác Nếu cáp không nối với đường dây khơng, chịu q điện áp đóng cắt, có biên độ thấp sét đánh, coi điều kiện để giảm mức cách điện vỏ cáp 4.4 Quá điện áp nội hệ thống khơng có thiết bị hạn chế điện áp vỏ cáp Trong hệ thống cáp ngắn cáp có điểm nối vỏ điểm, vỏ cáp không tiếp đất hay hai đầu Trong hệ thống cần xét cách điện vỏ đất chi tiết kim loại đầu cáp với đất Từ kết luận đoạn thấy điện áp đặt vào cách điện 325kV cho hệ thống 145kV có mức chịu xung sét 550kV Trong trường hợp này, điện áp sinh đồng thời vỏ đất đầu không tiếp đất qua vỏ đầu cáp không tiếp đất Khi cách điện đầu cáp sứ đỡ nhỏ đặt vào thân đầu cáp, cho phép phóng điện mặt ngồi q điện áp vỏ cáp giớí hạn điện áp vỏ đất Phóng điện mặt ngồi sứ đỡ khơng làm cho bị hỏng, tác động coi thiết bị hạn chế điện áp, nhiên đặc tính khơng kiểm sốt thật chặt chẽ Nếu có sứ đỡ đầu cáp bị hỏng, thay khơng khó khăn tốn kém, mạch nối vỏ điểm, không cần dùng thêm thiết bị hạn chế điện áp, áp dụng tới điện áp U m = 145kV Nếu thao tác đóng cắt xảy phóng điện bề mặt sứ đỡ lưới thao tác nhiều, để tránh sứ bị phóng điện bề mặt nhiều, lắp thêm thiết bị giới hạn điện áp mô tả mục sau Khi sứ đỡ đầu cáp cao su êpơxy đúc, phóng điện làm hỏng bề mặt cách điện, khuyến cáo có dùng thiết bị giới hạn điện áp La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 101 4.5 Thiết bị giới hạn điện áp vỏ Như kết luận cuả đoạn trước, tất mạch nối vỏ điểm có điện áp hệ thống U m ∃ 145kV phải có thiết bị giới hạn điện áp để bảo vệ điện áp vỏ cáp 4.5.1 Các loại thiết bị hạn chế điện áp vỏ cáp Tụ điện dùng làm thiết bị hạn chế điện áp vỏ cáp tốt nhất, tụ điện đắt, nên ngày khơng cịn dùng nhiều nữa, mà chủ yếu người ta dùng loại hạn chế điện áp sau đây: a) Khe hở phóng điện b) Điện trở phi tuyến c) Điện trở phi tuyến mắc nối tiếp khe hở phóng điện có khơng có điện trở phân bố (kiểu chống sét) 4.5.2 Khe hở phóng điện Khe hở dạng đơn giản nhất, có nhược điểm bị phá hỏng có dịng điện cơng nghiệp tiếp thơng lớn sau phóng điện tác động chậm sóng điện áp có độ dốc tăng nhanh Do khuyết điểm thứ người ta phải thiết kế cho bị hồ quang phá hỏng Khe hở đòi hỏi bảo dưỡng thường xun loại khác, khuyến cáo dùng để bảo vệ cho mạch nối vỏ điểm, đầu cáp, chỗ dễ lắp Nó khơng dùng cho mạch nối đất đảo pha chỗ chơn ngầm khó lắp khe hở 4.5.3 Điện trở phi tuyến Điện trở phi tuyến có tác dụng tốt, điện áp đầu sóng dốc, khơng bị giảm chất lượng vận hành, khơng bị làm việc ngồi giới hạn cho phép, có hạn chế tiêu tốn lượng Tuy nhiên, loại La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 102 phải lựa chọn cẩn thận phù hợp với tần số cơng nghiệp q điện áp đóng cắt Nó phải có vỏ bọc thích hợp chống ẩm Nó khó chế tạo để có đặc tính điện hấp thụ khống chế thật xác Điện trở phi tuyến mắc nối tiếp, khơng thích hợp để mắc song song 4.5.4 Điện trở phi tuyến mắc nối tiếp với khe hở (chống sét) Điện trở phi tuyến mắc nối tiếp với khe hở dùng rộng rãi làm chống sét Nó lựa chọn phù hợp để cắt dịng điện tiếp thơng tần số công nghiệp, giảm lượng hấp thụ so với loại khơng khe hở nói mục Mặt khác, kiểu thiết kế có khả phóng điện với qúa điện áp tối thiểu đầu sóng dốc, tránh được tượng trễ điện trở phi tuyến không khe hở Khi dùng chống sét khơng có điện trở phân bố điện áp, có ưu điểm khơng địi hỏi phải tách cần làm thí nghiệm chiều cách điện vỏ cáp 4.6 Thiết kế lựa chọn thiết bị hạn chế điện áp vỏ 4.6.1 Khe hở phóng điện Lựa chọn khe hở phóng điện phải thoả mãn yêu cầu sau: 4.6.1.1 Điện áp phóng điện tần số cơng nghiệp khe hở phải cao điện áp đặt vào vỏ đầy tải tải khẩn cấp cao điện áp tần số công nghiệp cao đặt vào cố hệ thống Đã nêu phần 4.2 điện áp vỏ hệ thống nối đất vỏ lưu ý trường hợp đấu khe hở tam giác 4.6.1.2 Mức bảo vệ khe hở vào quãng 1.4 lần điện áp phóng điện xung sét tồn sóng ( dạng 1,2/50) , phải thấp mức cách điện hệ thống ( hệ số 1,4 hệ số an tồn có xét đến hoạt động trễ khe hở La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 103 điện áp đầu sóng dốc) Cũng phải cân nhắc xem khe hở nên đấu hay tam giác 4.6.1.3 Khe hở phải thiết kế cho hồ quang chuyển động chỗ thích hợp điện cực để giảm hư hỏng tới tối thiểu Một kiểu khe hở đặc biệt dùng Canada lợi dụng lực động điện hồ quang để hạn chế làm mòn nghiêm trọng điện cực (khe hở kiểu thiết bị vòng) 4.6.2 Thiết bị hạn chế điện áp vỏ kiểu điện trở phi tuyến Lựa chọn điện trở phi tuyến phải thoả mãn yêu cầu sau: 4.6.2.1 Làm việc liên tục với điện áp đặt điện áp chịu vỏ đầy tải tải qui định 4.6.2.2 Có khả chịu điện áp tần số công nghiệp dạng cố không bên mà bên mạch cáp Xem phần 4.2 điện áp vỏ hệ thống nối đất vỏ để cân nhắc lựa chọn đấu hay tam giác Thời gian tối đa chịu đựng phải lần thời gian cắt cố lớn hệ thống, để chịu tự đóng lại 4.6.2.3 Có khả khuếch tán lượng mà không gây hư hỏng điện trở thao tác, kể đóng cắt cố ngồi mạch cáp Năng lượng khuyếch tán điện trở khó tính toán nguyên nhân Nguyên nhân thứ dạng sóng dịng dịch chuyển ruột cáp độc lập với số hệ thống cáp, chúng thay đổi theo thiết kế đầy đủ Nguyên nhân thứ hai dòng cảm ứng mạch vỏ cáp lượng khuyếch tán điện trở khơng thể tính cách thơng thường, mạch phi tuyến 4.6.2.4 Đã lựa chọn điện trở thích hợp theo tiêu chuẩn , mức độ bảo vệ xác định theo mức cách điện hệ thống điện áp dư của điện trở có dịng 10kA, 8/20µsec, sóng phù hợp tiêu chuẩn áp dụng cho chống sét La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 104 4.6.3 Hạn chế điện áp kiểu chống sét: Lựa chọn chống sét theo tiêu chẩn sau dựa IEC 71 phối hợp cách điện Hình 4.2: Sử dụng hạn chế điện áp kiểu chống sét nối đất điểm Hình 4.3: Sử dụng hạn chế điện áp kiểu chống sét nối đất đảo pha 4.6.3.1 Điện áp danh định chống sét phải điện vỏ đầy tải tải khẩn cấp Chống sét phải khơi phục an tồn sau phóng điện sét đánh mang điện áp 50Hz tình trạng tải khẩn cấp 4.6.3.2 Điện áp danh định chống sét phải điện áp cao 50Hz lưới cố Xem phần 4.2 điện áp vỏ hệ thống nối đất vỏ để cân nhắc đấu hay tam giác Chống sét phải khơi phục an tồn sau phóng điện lưới có cố điện áp nội bộ, tiếp La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 105 liền sau điện áp 50Hz Có nhận xét yêu cầu thoả mãn, thoả mãn ln tiêu chuẩn nêu 2.14.3.1 4.6.3.3 Chống sét phải chịu đựoc xung dịng mẫu có sóng dài chống sét đặt hệ thống 4.6.3.4 Chống sét phải đáp ứng đầy đủ yêu cầu thí nghiệm đặc điểm hoạt động IEC 99.1 cho chống sét.4.6.3.5 Để lựa chọn chống sét thích hợp với tiêu chuẩn trên, người ta lấy mức độ bảo vệ áp dụng cho mức cách điện cần thiết hệ thống đạt cao là: a) Điện áp phóng chống sét có xung sét tồn phần b) Điên áp dư chống sét với sóng dịng 10kA, 8/20µsec Lưu ý dịng sét qua chống sét lớn 10kA, sóng điện áp cáp chia cho Z1 Sự tăng điện áp dư dòng lớn 10kA nhỏ bỏ qua c) Điện áp phóng điện có đầu sóng xung sét chia cho 1,15 4.6.4 Tính tốn lựa chọn thiết bị hạn chế điện áp vỏ (SVL) cho cho cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ Ở phần 2.6.7 tính toán lựa chọn phương thức nối đất vỏ cáp cho cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ lựa chọn tiết diện dây dẫn nối đất chạy song song dây bọc cách điện có lõi dây đồng bện có tiết diện 150 mm2 (bằng tiết diện chắn cáp), ta kiểm tra điều kiện ngắn mạch hoàn toàn phù hợp Mục tiêu SVL để bảo vệ vỏ bọc bên cáp, cách ly chắn cáp, dây đấu nối đồng trục từ hộp đảo pha cáp bị cố Việc lựa chọn tuân theo thủ tục sau đây: - Tính tốn điện áp cực đại chắn = Uk-rms ngắn mạch La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 106 - Kiểm tra vỏ bọc bên có chịu điện áp khơng cách nhân chiều dày vỏ bọc với khả chịu điện áp xoay chiều kV/mm Max 15 kV - Lựa chọn chống sét có giá trị U10-s cao Uk-rms - Tính mức BIL vỏ cách nhân chiều dày vỏ với điện áp xung 15 kV/mm Max 75 kV - Kiểm tra điện áp dư U’p (10kA) MVR bảng thông số phải thấp 0,75xBIL vỏ Trong sơ đồ lựa chọn: Điện áp chịu đựng lớn vỏ cáp trường hợp cố ngắn mạch Lựa chọn phương án nối đất vỏ cáp đầu cáp (Single-point bonding), tính tốn điện áp vỏ ngắn mạch pha với Inm = 30,9kA (bằng giá trị ngắn mạch pha 220kV OPY nhà máy nhiệt điện Hải Phòng) Điểm ngắn mạch lựa chọn có khoảng cách xa đoạn cáp = 500m tính theo cơng thức nêu mục 4.2.3.3 E1 = jϖ.2.10-7.I1Eln(S/d)2 d/γc V/m Kết quả: S= 350 mm d= 104 mm E= 7,08689 V/m U= 3,6 kV Ta có điện áp vỏ cáp nặng nề Uk-rms = 3,6 kV Chiều dày vỏ mm điện áp chịu đựng vỏ 3x5 = 15 kV max phút Điện áp chịu đựng lớn gấp 15/3,6 = 4,16Uk-rms Mức BIL vỏ 15x3 = 45 kV Giá trị phải lớn U’p La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 107 Từ điều kiện ta lựa chọn chống sét ABB MVR 3.6 đáp ứng yêu cầu hệ thống cụ thể : Bảng thông số chống sét MVR 3.6 ABB sản xuất: Điện áp làm Điện áp Điện áp việc liên tục Uc 10 s dự với U10s(rms) dạng (rms) (giá Điện áp dư Năng lượng cho 8/20 µs cho dịng nạp phép max trị sóng hình 2,5 kA kA 10 kA phóng đỉnh) chữ nhật (đỉnh) (đỉnh) (đỉnh) 250 A, phút 1000µs kV kV kV kV kV kV kV kWs 3,6 5,0 4,7 9,0 10,8 11,6 12,4 10,8 4.7 Các yêu cầu kỹ thuật cáp phụ kiện cáp ngầm vượt kênh Đình Vũ: 4.7.1 Chế độ tải: Cáp ngầm 220kV-XLPE làm việc lâu dài với nhiệt độ 900C, chế độ tải cáp chịu nhiệt độ 900C đến 1050C thời gian dài, chế độ ngắn mạch chịu đựng nhiệt độ đến 2500C [7], nhiên khuyến cáo thời gian tải kéo dài dẫn đến hư hỏng cách điện, giảm tuổi thọ cáp cụ thể : Tuổi thọ trung bình cáp XLPE điều kiện vận hành bình thường 40 năm, nhiên vận hành thường xuyên với nhiệt độ tăng cao 8% ÷ 10% (so với 900C) kéo dài, tuổi thọ cáp giảm nửa (khoảng 20 năm) La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 108 Trong điều kiện vận hành bình thường, điện áp làm việc đường cáp khơng vượt 10% điện áp định mức Cụ thể với cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ khơng vận hành vượt 245kV Nếu vận hành thường xuyên với điện áp tăng cao từ 8% ÷ 10% (so với 245kV), tuổi thọ cáp giảm nửa (khoảng 20 năm) Tuy nhiên cáp ngầm chọn phải đảm bảo điều kiện tải theo IEC 60853 4.7.2 Vỏ cáp Có loại cáp đưa kiểm tra: - Loại vỏ nhôm lát mỏng - Loại vỏ nhơm gấp nếp - Loại vỏ chì Với cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ địa hình đặt cáp lòng kênh bờ kênh người qua lại, đoạn lòng kênh ống HDPE, đoạn bờ chôn trực tiếp đất có cảnh báo, ta chọn loại vỏ nhơm lát mỏng để đỡ công vận chuyển, lắp đặt dễ dàng 4.7.3 Cấu trúc cáp: Cấu trúc cáp bao gồm lớp sau: - Lớp vỏ PE PVC - Lớp vỏ kim loại nhơm ép mỏng, nhơm gấp nếp chì có pha lớp nhựa PE chống thấm - Lớp chống thấm (W/B) băng bán dẫn dãn nở - Lớp tiếp xúc băng đồng luyện - Bộ cảm biến DTS - Sợi quang đa chức đặt ống tuýp STS - Lớp kim loại dây đồng luyện - Lớp chống thấm (W/B) băng bán dẫn dãn nở La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 109 - Lớp chắn cách điện hợp chất bán dẫn - Lớp cách điện XLPE - Lớp chắn lõi băng bán dẫn nhựa tổng hợp - Lõi cáp dây đồng luyện, chia múi 4.7.4 Lõi dẫn điện Vật liệu lõi dẫn điện cáp đồng, bao gồm nhiều sợi đồng đơn Với cáp có tiết diện 800mm2, lõi cáp thiết kế theo kiểu phân đoạn (gọi Milliken) Lõi dẫn điện bao gồm vài phân vùng (có thể 4, 5, nhiều hơn) để giảm hiệu ứng bề mặt giảm tổn thất 4.7.5 Vỏ cáp Để đối phó với tình trạng ngập nước khu vực dự án, đảm bảo lắp đặt nối cáp điều kiện ngập nước, cáp chọn loại có chống thấm dọc ngang Vỏ cáp chế tạo PE thay cho PVC nhựa PE có đặc điểm thuận lợi sau: - Chịu lực học tốt hơn, đặc biệt cho cáp ngầm suất trình lắp đặt cáp - Tránh xâm nhập nước - Chống lại xạ - Khẳ chống rạn nứt - Hạn chế khí độc khói cháy 4.7.6 Vỏ cáp kim loại chắn kim loại Trong trường hợp ngắn mạch pha, phần lớn dòng ngắn mạch cố qua vỏ cáp, vỏ cáp phải chịu tối đa giá trị dòng cố Trái ngược với lõi dẫn điện, thấy có phần nhiệt sinh trình ngắn mạch lưu lại vỏ cáp La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 110 • Vỏ nhơm lát mỏng: Lớp vỏ nhơm lát mỏng để bảo vệ tác động học, có ngắn mạch xảy ra, dịng ngắn mạch chạy lớp chắn kim loại dây đồng tơi luyện Đối với dịng ngắn mạch 42kA/1s, tiết diện yêu cầu chắn đồng chịu đựng dòng ngắn mạch 250mm2, dòng ngắn mạch 31,5kA/1s tiết diện chắn đồng cần thiết 150mm2 Ở dự án cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ ta chọn loại cáp vỏ nhơm lát mỏng có lớp chắn 150mm2, với tiết diện kiểm tra ngắn mạch hồn tồn phù hợp • Vỏ nhơm gấp nếp: Q trình sản xuất vỏ cáp nhơm u cầu độ dày tối thiểu đến 4mm Do tiết diện nhơm chịu đựng dịng ngắn mạch phải lên đến khoảng 1000mm2 • Vỏ chì: Q trình sản xuất cáp vỏ chì yêu cầu độ dày tối thiểu 4mm Giá trị tương đương với tiết diện chì khoảng 1300mm2 Vỏ cáp loại chịu ứng suất nhiệt ứng với dòng ngắn mạch pha lên đến 31,5kA/1s Nếu dòng ngắn mạch tăng lên đến 50kA/1s 40kA/3s cần thiết phải bổ sung thêm chắn đồng Sau chi tiết thông số kỹ thuật yêu cầu cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ phụ kiện kèm chống sét van, đầu cáp, sứ đứng 4.7.7 Các yêu cầu thí nghiệm cáp - Thí nghiệm phóng điện cục gồm bước: + Bước 1: 1.75U0 10 sec La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 111 + Bước 2: 1.5U0 không nhiều 5% - Thí nghiệm khả chịu điện áp xoay chiều cách điện: + 2.5U0 30 phút Thí nghiệm phóng điện cục - Thí nghiệm khả đánh thủng vỏ cáp - Thí nghiệm kiểm tra lõi cáp - Thí nghiệm đo điện trở chiều cáp không vượt giá trị tiêu chuẩn (IEC 60228) - Thí nghiệm điện trở cách điện: Khơng bé gía trị tiêu chuẩn ρ: 2.5 x 1015 Ω.cm 200C) - Thí nghiệm đo độ dày cách điện vỏ - Kiểm tra độ cong cho phép cáp: + Đường kính cong hình trụ thử: 25(d+D)+5% Trong đó: D: Đường kính ngồi mm d: Đường kính lõi dẫn mm - Đo tg cách điện : Không vượt gía trị 10 x 10-4 - Thí nghiệm điện áp vịng nhiệt: Tiến hành vịng lặp thử điện áp nónglạnh khoảng 20 lần La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 112 - Xung sét: BIL±10% nhiên nhà sản xuất tiến hành phép thử này, trừ có yêu cầu để thí nghiệm cách điện - Thí nghiệm cáp điện áp tần số công nghiệp: Ở 2.5U0 15 phút - Thí nghiệm đo độ dày vỏ kim loại - Thí nghiệm đo độ đường kính ngồi tồn cáp - Thí nghiệm đốt nóng cách điện XLPE - Thí nghiệm đo độ điện dung cáp không đựoc vượt 8% so với lý thuyết (tiêu chuẩn, catalo nhà sản xuất) - Đo hệ số công suất: Không lớn 0,1% U0 - Thí nghiệm phóng điện cục (định kì): Cường độ phóng điện khơng q 1.5U0 khơng nhiều 5% 4.7.8 Bảng thông số yêu cầu kỹ thuật cáp ngầm 220kV Mô tả STT Đơn vị Tiêu chuẩn Yêu cầu ICEA S108-720 IEC 62067-2006 Điện áp định mức hệ thống kV 220 Điện áp vận hành bình thường Pha-Đất kV 127kV Điện áp vận hành bình thường Pha-Pha kV 220 Điện áp tăng cao hiệu dụng kV 245 Điện áp chịu đựng xung sét (đỉnh) kV 1050 Tần số làm việc hệ thống Hz 50 Nhiệt độ cho phép lớn cáp 8.1 Chế độ vận hành bình thường 90 8.2 Chế độ tải 105 8.3 Chế độ ngắn mạch 250 Dây dẫn (lõi cáp) La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 C C C Luận văn tốt nghiệp cao học 113 Mô tả STT Đơn vị Yêu cầu 9.1 Vật liệu lõi cáp 9.2 Tiết diện lõi cáp mm2 1200 9.3 Đường kính lõi cáp mm 42 9.4 Bố trí ruột cáp (xoắn bước) 9.5 Nhiệt độ định mức dây dẫn 9.6 Dòng tải định mức đáp ứng yêu cầu: 9.7 Đồng Múi Miliken 4÷6 C 90 - Nối đất đầu vận hành hai mạch A 700 - Nối đất đầu vận hành mạch A 1295 Dòng ngắn mạch pha chịu đựng kA 99,131 cáp thời gian t = 3s 9.8 Điện trở chiều 200C Ohm/km 0,0151 10 Dòng nạp 1pha cáp tần số 50Hz, A/km 7,622 điện áp định mức 220kV 11 Điện dung cáp µF/km 0,191 12 Điện cảm cáp mH/km 0,504643/1pha 13 Điện kháng cáp Ω/km 0,159/1pha 14 Tổn thất điện môi cáp W/km 96,82 15 Cách điện 15.1 Loại vật liệu cách điện 15.2 Độ dầy lớp cách điện XLPE XLPE mm 19.85 15.3 Ứng suất điện môi lớn chắn lõi 9,09 kV/mm 15.4 Ứng suất điện môi lớn chắn cách điện La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 4,67 kV/mm Luận văn tốt nghiệp cao học 114 Mô tả STT 15.5 Độ bền kéo đứt tối thiểu (khơng tính đến độ lão hố) 15.6 Tổn thất lớn nhất/tg δ 16 Đơn vị Yêu cầu N/mm2 12.5 - 0.001 Lớp bảo vệ chống thấm Dạng nhôm Chống thấm dọc, ép mỏng có pha lớp nhựa PE chống ngang thấm 17 Lớp chắn kim loại 17.1 Dây đồng luyện mm 2.5 17.2 Tiết diện lớp bảo vệ mm2 150 17.3 Khả chịu dòng ngắn mạch pha kA 34,303 lớp bảo vệ (0,5s) 18 Tổn thất cáp Trong điều kiện dòng điện liên tục lớn nhất, liên kết đơn, điện áp định mức, (1) Lõi cáp kW/km 48.553 (2) Điện môi kW/km 0.0968 (3) Màn sợi dây đồng kW/km 0.779 (4) Tổng tổn thất điện dung định mức kW/km 49.43 (tổng 1, 2, 3) La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 115 4.7.9 Bảng thông số kỹ thuật chống sét van 220kV Mô tả STT Hãng sản xuất/Nước sản xuất Kiểu Đơn vị Yêu cầu Ngoài trời, ZnO, không khe hở Điện áp cực đại hệ thống kV 245 Điện áp danh định kV 228 Tần số danh định Hz 50 Điện áp làm việc liên tục lớn kV 156 Dòng điện phóng danh định kA 20 Điện áp dư cực đại (sóng 30/60 μs) - 0,5 kA kV 427 - 1,0 kA kV 438 - 2,0 kA kV 451 Điện áp dư cực đại (sóng 8/20 μs) La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 116 Mô tả Đơn vị Yêu cầu - 5,0 kA kV 482 - 10 kA kV 502 - 20 kA kV 542 Điện áp dư cực đại (sóng 1/(2-20)μs) - kV 542 - Dịng điện cao, 0,2s kA 63 - Dòng điện thấp A 800 kJ/kV 15.4 STT 10 10kA 11 12 Khả chịu đựng ngắn mạch Khả hấp thụ lượng Ur 13 Tiêu chuẩn kiểm tra 14 Độ nhạy đếm sét: 15 IEC 99-4 (a) Dòng A (b) Loại sóng tương ứng µs Vỏ bọc chống sét: - Vật liệu Sứ/Polymer - Khả chịu đựng điện áp xung sét kV - Khả chịu đựng điện áp xung kV đóng cắt - Khả chịu đựng điện áp tần số 16 kV công nghiệp (rms.) - Khoảng cách dịng rị tối thiểu mm/kV Mơmen gãy tối thiểu La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 25 Nm Luận văn tốt nghiệp cao học 117 Mô tả STT 17 Đơn vị Yêu cầu Vật liệu phụ kiện đấu nối/ kích thước - Phía cao áp - Nối đất - Bộ đếm sét 4.7.10 Bảng thông số kỹ thuật đầu cáp 220kV Mô tả STT Đơn vị Yêu cầu Hãng sản xuất/Nước sản xuất Kiểu Điện áp cực đại hệ thống kV 245 Điện áp danh định kV 220 Tần số danh định Hz 50 Vật liệu Ngoài trời Sứ/Polymer - Khả chịu đựng điện áp xung sét kV - Khả chịu đựng điện áp xung kV đóng cắt - Khả chịu đựng điện áp tần số công kV(rms nghiệp - Khoảng cách dịng rị tối thiểu Mơmen gãy tối thiểu La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 ) mm/kV 25 Nm Luận văn tốt nghiệp cao học 118 Mô tả STT Đơn vị Yêu cầu Vật liệu phụ kiện đấu nối/ kích thước - Phía cao áp - Nối đất - Nối cáp quang (trong cáp) 4.7.11 Bảng thông số kỹ thuật sứ đứng 220kV Mô tả ST Yêu cầu vị T Hãng sản xuất/Nước sản xuất Kiểu Kích thước (dung sai) : Đơn Ngoài trời - Cao mm - Đường kính mm Khoảng cách dịng dị tối thiểu mm/k 25 V Khả tải tối thiểu - Uốn La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 N 7000 Luận văn tốt nghiệp cao học 119 - Xoắn Nm 8000 - Kéo N 110000 - Điện áp khô (1 50 Hz) kV 525 - Điện áp ướt (1 50 Hz) kV 460 Điện áp chịu đựng dịng xung sét (khơ) peak kV 950 Điện áp đánh thủng Điện áp chịu đựng tần số công nghiệp - Điện áp đánh thủng khô (50 Hz) kV - Điện áp đánh thủng ướt (50 Hz) kV Khối lượng hoàn chỉnh sứ cách điện kg Kết luận: Đối với hệ thống truyền tải điện thơng số tính tốn chương lựa chọn cấp điện áp truyền tải cơng suất, tính tốn dịng tải định mức tối đa, lựa chọn phương thức đặt cáp, tính tốn lựa chọn phương pháp nối đất tính tiết diện cáp quan trọng, nhiên chưa đủ để nhà thầu cung cấp, lắp đặt cáp cung cấp, lắp đặt chủng loại cáp đáp ứng yêu cầu hệ thống Để giải trọn vẹn tốn cáp ngầm để có sở tiến hành mời thầu cách rộng rãi chủng loại cáp u cầu Cần tính tốn chi tiết thông số cáp (đáp ứng yêu cầu dòng ngắn mạch hệ thống, điều kiện tải hệ thống…) Chương giải tính tốn đầy đủ thơng số đủ điều kiện để đưa mời thầu mua sắm cáp La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 120 CHƯƠNG 5: CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ HỆ THỐNG CÁP NGẦM 220KV VƯỢT KÊNH ĐÌNH VŨ 5.1 Kiểm tra nhiệt độ cáp ngầm sợi quang Đối với hệ thống cáp ngầm cao áp, dòng mang tải chu kỳ tối đa xác định cho nhiệt độ lớp bọc cách điện không vượt mức giới hạn làm việc an toàn Tuy khả chịu nhiệt cáp thường thiết kế chế tạo mức độ tin cậy cao tham số nhiệt môi trường nơi cáp vận hành lại thay đổi Môi trường xung quanh hệ thống cáp đóng vai trị đặc biệt quan trọng việc tản thoát nhiệt cho cáp, có vai trị định khả mang tải cáp Vì thế, thiết kế, người ta thường phải tính đến điều kiện tản nhiệt môi trường điều kiện xấu Đó lý việc tính tốn lựa chọn loại cáp theo phụ tải ln phải tính thêm hệ số an tồn lớn để đề phịng trường hợp bất trắc điều kiện môi trường Trong thực tế, lúc cáp vận hành điều kiện tản nhiệt xấu nhất, đó, khả mang tải thực tế cáp thường cao so với thiết kế theo lý thuyết Tuy nhiên, có điều kiện tản nhiệt bất lợi ngồi dự kiến, ví dụ hoạt động địa nhiệt, ảnh hưởng từ việc lắp đặt hệ thống thiết bị phục vụ lân cận, yếu tố thời tiết, công trường xây dựng v.v lại làm giảm khả mang tải an toàn cáp xuống thấp so với thiết kế Việc kiểm tra theo dõi theo thời gian thực chế độ nhiệt cáp lắp đặt vào vị trí gắn liền với số liệu điều tra điều kiện môi trường thực tế bao quanh cáp điều cần thiết để chủ động loại bỏ kiện mờ, giúp người vận hành chắn khai thác khả mang tải tối đa cáp cách chắn theo điều kiện an tồn phát nóng Hơn nữa, xu hướng khai thác triệt để công suất cáp giảm số lượng nhân viên kỹ thuật La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 121 chuyên ngành có nhiều kinh nghiệm cáp lý thích đáng khích lệ thêm việc tăng cường áp dụng công nghệ giám sát sợi quang vào hệ thống cáp ngầm Ngày nay, hệ thống cảm biến đo nhiệt độ sợi quang kiểu phân tán (DFOTS) áp dụng hầu hết hệ thống cáp cao áp nhằm phát trực diện cụ thể nhiệt độ cáp, biết xác chúng vận hành non tải không tải Những tiến qua nhiều nghiên cứu phát triển gần làm tăng thêm khả xử lý thông minh việc phát thông số nhiệt độ theo dõi trình cáp mang tải, tạo khả phân cấp chế độ nhiệt cáp theo thời gian thực Công nghệ DFOTS ứng dụng hiệu ứng Raman Effect để đo nhiệt độ Mức độ tán xạ Raman sợi quang tuỳ thuộc vào nhiệt độ, tới mức độ định, cịn phụ thuộc vào áp suất Các xung ánh sáng tia laze có bước sóng ngắn truyền vào sợi quang cách quãng thời gian xác, phù hợp với phương pháp đo phản xạ quang học theo thời gian Trong sợi đồng nhất, cường độ ánh sáng tán xạ phân rã theo dạng hàm số mũ theo thời gian, biết tốc độ ánh sáng sợi nên người ta tính khoảng cách tương ứng Độ lệch từ phân rã dạng hàm cấp hệ thống DFOTS Sensa Anh SensorTran Mỹ Tính đặc trưng hệ thống DFOTS có độ phân giải 1oC theo nhiệt độ độ phân giải m theo không gian, phù hợp với khoảng cách đến 10 km cách sử dụng sợi loại nhiều dải sóng (đa sóng) lắp theo cấu hình vịng; cịn độ 2oC 10 m dùng cho khoảng cách đến 30 km sử dụng sợi đơn sóng Tuy nhiên, cần lưu ý rằng, mối nối thường gây nên độ suy giảm tín hiệu, nên có q nhiều mối nối độ suy giảm chung tăng lên, dẫn đến độ nhạy hệ thống bị giảm La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 122 Trong việc xác định xác vị trí điểm nóng cáp cao áp ln việc khó, mà việc lắp đặt sợi quang vào cáp cao áp lại dễ dàng (chúng gắn vào cáp trình sản xuất), từ dẫn đến việc ứng dụng DFOTS, tức là, với tuyến cáp mới, trình sản xuất, sợi quang gắn vào cáp nhằm phát điểm nóng chúng vận hành 5.2 Sử dụng giải pháp Quang học sợi cho việc giám sát nhiệt độ cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ Các cảm biến sợi quang linh hoạt, dễ lắp đặt, cài đặt để kiểm tra nhiệt độ cáp ngầm Chúng hệ thống ổn định thiết kế để kéo dài tuổi thọ thiết bị truyền tải điện Hiện cáp ngầm cao áp, chủ yếu phát triển cảm biến sợi quang loại DTS Ở dự án cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ để đảm bảo an toàn cho cáp ta sử dụng giải pháp đưa hệ thống sợi quang công nghệ Sensa DTS800 vào cáp cao áp 220kV để thực việc đo nhiệt độ cáp trình vận hành: Một số yêu cầu kỹ thuật thiết bị quang học sợi DTS800 với việc giám sát nhiệt độ cáp ngầm cụ thể: 5.2.1 Thông số kỹ thuật: Thiết bị DTS hệ thống cảm biến nhiệt độ dùng để đo nhiệt độ đường cáp ngầm cao áp thông qua tuyến cáp quang nằm dọc theo chiều dài tuyến cáp ngầm cao áp Các cáp quang kết nối vào tủ DTS có nhiệm vụ truyền tin phát tình trạng nhiệt độ làm việc đường cáp ngầm cao áp DTS gồm có thành phần bản: + Bộ cảm biến: Bao gồm cáp quang đặt bên cáp lực Bản thân cáp quang cảm biến La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 123 + Hệ thống phát hiện: Bao gồm tia bao gồm tia laze, phát xung ánh sáng truyền dọc theo cáp quang, đo phản xạ xung ánh sáng DTS đo lường nhiệt độ mét dọc theo chiều dài cáp quang - Đo khoảng cách phạm vi - Độ phân giải nhiệt độ: thay đổi nhiệt độ phát - Đo độ phân giải không gian: khoảng cách nhỏ mà thay đổi nhiệt độ phát - DTS phát thay đổi nhiệt độ nhỏ đến 0.010C Độ phân giải 10C km 10 giây với độ phân giải không gian 1m DTS800 lắp đặt tủ, bao gồm DTS (DTS-Distributed Temperature Sensor-bộ cảm biến nhiệt độ theo kiểu phân bố), UPS (UPSuninterruptible power supply-Bộ nguồn cung cấp điện liên tục), máy tính cá nhân (PC-Personal Computer - máy tính cá nhân), ổ cứng bàn phím Phần cứng gồm có thiết bị đo lường điện-OEMU lắp giá, kết nối với cáp quang Bộ cảm biến cáp quang (ở đằng sau OEMU) để truyền liệu, phân tích, tính tốn nhiệt độ vị trí tuyến cáp ngầm cao áp Việc xử lý vùng tín hiệu đưa với OEMU OEMU truyền qua VME, bao gồm thành phần sau: - Phần đầu cáp quang bao gồm nguồn laze phát - Cạc vi xử lý cạc nhớ cài phần mềm để hồn thiện việc xử lý tín hiệu việc truyền liệu - Giao diện thông tin tốc độ cao tới DTS PC DTS tự động kiểm tra cung cấp tín hiệu hệ thống bao gồm: nguồn AC, đứt cáp quang tín hiệu khác, ví dụ: nhiệt độ cáp ngầm vượt giá trị đặt DTS Các thông tin nhiệt độ cáp ngầm cao áp giám sát liệu vùng liệu tín hiệu chứa sở liệu, La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 124 hiển thị DTS PC Cấu hình vị trí mục đích khai thác thiết bị DTS cài đặt từ lúc đầu trước đưa vào vận hành DTS PC cung cấp với modern 56k cạc Ethernet 10/100Mbps Lưu giữ tập tin nhiệt độ, liệu vùng tín hiệu tải xuống từ hệ thống DTS thông qua đường dây điện thoại mạng nội tới vị trí xa Ngồi ra, điều khiển thời gian làm việc thực tế Điện áp nguồn cung cấp hệ thống DTS: 220V xoay chiều 5.2.2 Chế độ làm việc bình thường DTS: Hệ thống giám sát nhiệt độ bao gồm thiết bị Sensa DTS800 M2 Hai mươi bốn đường cáp quang sử dụng để giám sát 12 đường cáp ngầm (mỗi đường cáp ngầm có 02 sợi cáp quang) Các cáp quang vừa có nhiệm vụ truyền tin vừa có khả phán đốn, kết nối sau tủ DTS thơng qua E2000 Hình 5-1: Mặt trước DTS 800 Trong suốt trình làm việc bình thường: Đèn RUN (màu xanh): sáng Đèn LINK (màu vàng): sáng La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 125 Đèn EXT (màu đỏ): sáng nhấp nháy Các đèn LED định vị cạc CPU phía bên trái DTS Hình 5-2: Các đèn LED cạc CPU Sau hệ thống ổn định: Bốn đèn LED (CH1, CH2, CH3, CH4) cạc TEMP CONTROL (TEMP CONTROL-điều khiển nhiệt độ): phải không sáng Sự ổn định DTS yêu cầu 20 đến 30 giây trình khởi động Trên cạc OPTICS (OPTICS-quang học): đèn LED NTS TTS phải sáng (luân phiên nhau), đèn LED LAS VME phải sáng lập loè, theo cách nhanh Hình 5-3: Cạc TEMP CONTROL (điều Hình 5-4: Cạc Rơle khiển nhiệt độ) OPTICS (quang học) La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 126 Tất 18 đèn LED phải không sáng cạc rơle (cạc RELAY) 5.2.3 Bộ quản lý tình trạng hệ thống PC (máy tính cá nhân) sử dụng để hiển thị thông tin DTS, sử dụng phần mềm Sensa, DTS hoạt động độc lập với PC Nếu PC bị treo, khởi động lại máy tính PC khởi động lại quản lý để phục hồi lại giao diện Dưới snapshot cảm biến giao diện quản lý: Hình 5-5: Bộ cảm biến giao diện quản lý Sau khởi động lại quản lý cảm biến khởi động lại PC, không gian làm việc tự động xếp hình Ở có mức password: La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 127 tom: để giám sát dick: hoạt động harry: truy cập đầy đủ chức Khi DTS làm việc ổn định, cửa sổ tình trạng hệ thống phải hiển thị kênh màu xanh: thị đo lường kênh thực tế; tất kênh khác phải màu vàng: đợi thị đo lường Cửa sổ tình trạng hệ thống hình Hình 5-6: Tình trạng hệ thống Các thông tin cập nhập hoạt động DTS Hình 5-7: Cửa sổ thơng tin La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 128 DTS tự động xử lý kênh Nếu kênh hiển thị màu đỏ nhiệt độ kênh khơng cập nhập Để tiếp tục làm việc, tắt nguồn DTS (nút tắt/bật nguồn DTS đằng sau tủ DTS) bật lại nguồn sau giây, DTS trở lại làm việc bình thường sau ổn định Trong suốt q trình thu nhận, DTS ghi tín hiệu từ cáp quang Sau thiết bị xử lý trung tâm CPU (CPU-central processing unit) xử lý tất liệu suốt trình làm việc Khoảng thời gian yêu cầu để hoàn thành việc quét (scanning) việc làm (refreshing) kênh Thời gian ghi bên trái ghi thời gian đếm từ 10 đến chu kỳ đo lường kênh Khi DTS nối với máy tính, hình đĩa quay trịn phía bên trái hình phải giữ nguyên chiều quay 5.2.4 Mô tả trạng nhiệt độ Dưới mô tả nhiệt độ đường cáp giải thích cơng cụ: Y-axis zoom out: phóng to trục tung Full span zoom out: mở rộng qua bên ngang Print temperature profile: In nhiệt độ trạng Enable/ disable axes: cho phép không cho phép hiển thị trục tung Enable/ disable background grid: cho phép không cho phép hiển thị đường kẻ ô Horizontal rule: thước đo đường nằm ngang Vertical rule: thước đo đường thẳng đứng For saving profile into bitmat: Để lưu giữ trạng vào bitmat Sau số hình ảnh phần mềm giám sát nhiệt độ cáp, thực giám sát nhiệt độ cáp ngầm La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 129 Nhiệt độ (0C) - khoảng cách (m) Hình 5-8: Kênh - T1-A - khoảng cách (m) Hình 5-9: Kênh - T1-B La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 130 Hình 5-10: Kênh - T1-C Hình 5-11: Kênh - T2-A La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 131 Hình 5-12: Kênh - T2-B Hình 5-13: Kênh - T2-C Ghi chú: Sợi cáp quang nối từ thiết bị DTS800 đến điểm đầu cáp ngầm có chiều dài định Do kiểm tra nhiệt độ thực tế cáp ngầm người sử dụng trừ chiều dài cáp đồ thị đo nhiệt độ La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 132 5.2.5 Vùng hiển thị: Người sử dụng kiểm tra nhiệt độ cao đường cáp hệ thống cáp tốt hay xấu từ cửa sổ vùng hiển thị: Hình 5-14: Các thơng tin FIBRE1_LOSS: khả truyền tín hiệu đường cáp số (≤ db) (FIBRE1_LOSS > 8db: báo tín hiệu đèn LED Relay 2) SIG_LEVEL N1: khả kiểm tra tiếng ồn cáp: > 8000→ đạt (kiểm tra tiếng ồn) La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 133 < 5000→ cảnh báo, báo tín hiệu đèn LED Relay (không kiểm tra tiếng ồn) Tương tự SIG_LEVEL N2, N3 v.v SIG_LEVEL T1: kiểm tra nhiệt độ cáp SIG_QUAL_1: kiểm tra tiếng ồn (độ rung) cáp ( SIG_QUAL_1 > 3: báo tín hiệu đèn LED relay 1) T1-A: nhiệt độ cao cáp T1-pha A (báo tín hiệu đèn LED relay 9) T1-B: nhiệt độ cao cáp T1-pha B (báo tín hiệu đèn LED relay 10) T1-C: nhiệt độ cao cáp T1-pha C (báo tín hiệu đèn LED relay 11) T2-A: nhiệt độ cao cáp T2-pha A (báo tín hiệu đèn LED relay 12) T2-B: nhiệt độ cao cáp T2-pha B (báo tín hiệu đèn LED relay 13) T2-C: nhiệt độ cao cáp T2-pha C (báo tín hiệu đèn LED relay 14) Tín hiệu nhiệt độ lớn đặt 550C Tín hiệu báo (làm việc) mức laze ADC giảm xuống thấp 5000 Lỗi cáp quang tiếng ồn (SIG_QUAL) ghi lại giá trị (giá trị điều kiện làm việc bình thường) Tín hiệu lỗi cáp khởi động tổng lỗi cáp > 8db, tín hiệu tiếng ồn khởi động mức tiếng ồn vượt 5.2.6 Tín hiệu cảnh báo rơle: Khi tín hiệu làm việc, cửa sổ tín hiệu (màn hình windown) hiển thị (hình 15), ví dụ: tín hiệu cáp quang bị đứt La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 134 Hình 5-15: Cửa sổ cảnh báo Kích vào ACKNOWLEDGE để giải trừ Nếu khơng giải trừ tín hiệu chu kỳ việc đo lường chống lại khởi động tín hiệu, xảy dịch chuyển ACKNOWLEDGE lựa chọn Sau tình trạng tín hiệu dịch chuyển, người sử dụng kích vào (lựa chọn) đóng sổ Zone Alarms Các rơle DTS khởi động để phục hồi tất tình trạng tín hiệu Dưới bảng biểu thị tình trạng nhiều rơle: La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 135 Các rơle 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Tình trạng tín hiệu • SIG_LEVEL (mức laze) < 5000 • SIG_QUAL (tiếng ồn) > • • • • • • • FIBRE_LOSS > 8db Cáp số đứt (hư hỏng) • Cáp số đứt (hư hỏng) • Cáp số đứt (hư hỏng) • Cáp số đứt (hư hỏng) • Cáp số đứt (hư hỏng) • Cáp số đứt (hư hỏng) • Nhiệt độ lớn T1-A>giá • trị đặt (đặt 550C) Nhiệt độ lớn T1-B>giá • trị đặt (đặt 550C) • Nhiệt độ lớn T1-C>giá trị đặt (đặt 550C) La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 136 Nhiệt độ lớn T2-A>giá • trị đặt (đặt 550C) Nhiệt độ lớn T2-B>giá • trị đặt (đặt 550C) Nhiệt độ lớn T2-C>giá • trị đặt (đặt 550C) Khơng sử dụng • Khơng sử dụng • Khơng sử dụng • • Không sử dụng La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 137 5.2.7 Bản ghi: Bộ quản lý cho phép ghi trạng thông tin cảnh báo Trên trình đơn (main menu) quản lý hình 16: Hình 5-16: Tập tin (file) ghi Chọn thư mục để ghi trạng: - Chọn Configure → Logging → File Logging - Chọn Log Profiles - Chọn Apply Để dừng việc ghi: - Chọn Configure → Logging → File Logging - Không chọn Log Profiles - Chọn Apply La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 138 Sau xố liệu nhiệt độ cũ thư mục Khi tập tin (file) ghi 100 mẫu, quản lý tự động tạo tập tin (file) khác đ ể tự đ ộ n g g h i Các thư mục ghi định dạng, sử dụng lại quản lý liệu Tập tin (file) DQA kết hợp với quản lý liệu suốt trình cài đặt phần mềm Sensa 5.2.8 Hệ thống tập tin câu lệnh DTS lưu giữ tất thông số cài đặt nhớ RAM Khi DTS khởi động lại, tất thông số tự động nhập vào đo lường Trong trường hợp DTS nhớ, tất câu lệnh tải lên DTS lần thông qua máy tính PC Trên trình đơn (menu) quản lý cảm biến, lựa chọn View→Command Editor, cửa sổ Window bật lên sau: Hình 5-17: Các câu lệnh soạn thảo Lựa chọn File→open duyệt qua C:\DTS để mở client.dts Lựa chọn Send→All commands tải lên tập tin thơng số vào DTS Sau đó, tập tin thông số lưu giữ thêm vào RAM Trên trình đơn (menu) quản lý, lựa chọn System→Save DTS Parameters La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 139 5.2.9 Thiết bị DTS UPS DTS PC (máy tính) lắp tủ, với nguồn cung cấp UPS UPS phải lưu điện trong trường hợp nguồn cấp Trong suốt trình làm việc bình thường, bảng điều khiển UPS phải hiển thị: Hình 5-18: Chế độ làm việc bình thường UPS (nguồn cung cấp bên ngồi có sẵn) Trong trường hợp nguồn cung cấp mất, bảng điều khiển hiển thị: Hình 5-19: Chế độ nguồn UPS (khơng có nguồn cấp bên ngoài) La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 140 5.3 Xác định điểm hư hỏng vỏ cáp theo phương pháp galvanometer: Khi thiết bị giám sát nhiệt độ vỏ cáp DTS800 phát nhiệt độ vỏ cáp tăng nhiệt độ cho phép Dùng phương pháp galvanometer để xác định điểm nhiều điểm hay điểm hư hỏng vỏ PE Bộ thử phát tín dịng điện dọc theo vỏ cáp, dòng điện dò theo hình vẽ Điểm hư hỏng vỏ cáp phát dòng trở (kim galvanometer đổi chiều) Galvanometer dùng cho phương pháp phải có độ nhạy cao để xác định dòng trở nhỏ vỏ cáp G G G Lớp vỏ nhôm Thiết bị kiểm tra vỏ cáp Dòng nạp Điểm cố Dòng trỏ Hình 5-20: Sơ đồ khối phương pháp galvanometer Thơng số kỹ thuật của đồng hồ Galvanometer: 5.3.1 Galvanometer điện tử 2707 Đồng hồ kiểu 2707 dụng cụ đo điện tử bán dẫn thiết kế kiểu khối trọn sử dụng pin Với độ nhạy 10µV/div, thiết bị phù hợp cho việc đo điện từ trường sử dụng thị cho dụng cụ đo lường phức tạp * Độ nhạy: 10µV/div La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 141 * Độ lệch khỏi khơng nhỏ 1µV/h 1µV/20oC * Bảo vệ tải * Tuổi thọ pin: 300 * Dải đo: ± 250µV : +20oC -10oC * Độ nhạy lớn nhất: 10µV/div ± 10% * Điện trở đầu vào: ≈ 9kΩ * Thời gian phản ứng: ≈ giây * Các tính đồng hồ bị vơ hiệu hố khi: 140dB điện áp chiều tần số thông thường từ 50Hz đến 60Hz * Chế độ đo thông thường đồng hồ bị vơ hiệu hố : 60dB * Dao động kim đồng hồ đo: nhận biết * Độ lệch: Nhỏ 1µV/10 phút 21µV/200C * Điện áp đầu vào cho phép lớn nhất: 5V * Tuổi thọ pin: khoảng 300 sử dụng liên tục * Nguồn điện: pin 9V Electronic Galvanometer Galvanometer điện tử 2707 La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Galvanometer Galvanometer 2708 Luận văn tốt nghiệp cao học 142 5.3.2 Galvanometer 2708 Đồng hồ đo kiểu 2708 thiết bị trọn kiểu thị kim với thời gian đáp ứng khoảng giây, trang bị hệ thống chống va đập rung động Thiết bị phù hợp với việc sử dụng nhà * Độ nhạy: 0.9µV/div - 270µV/div * Thời gian phản ứng nhanh: giây * Hệ thống chống va đập rung động * Liền khối nhẹ : 0.4kg *Có thể đặt nghiêng với góc độ với dụng cụ định vị * Độ nhạy theo dịng điện: 0.9µV/div ± 10% * Độ nhạy theo điện áp: 270µV/div ± 15% * Thời gian phản ứng: giây * Điện trở tới hạn: 200Ω 5.4 Lựa chọn sơ đồ phương thức bảo vệ cáp ngầm Cơng trình cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ hạng mục dự án tổng thể đường dây 220kV nhà máy nhiệt điện Hải Phịng Đình Vũ, đoạn đầu đoạn cuối đường dây khơng, có đoạn vượt kênh Đình Vũ cáp ngầm, theo [10], trở kháng thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không dịng điện nạp đường dây khơng khác với cáp ngầm cụ thể, bảng 5-1 cho thông số 1km cáp ngầm 220kV tiết diện 1200mm2 Cu đơn pha với 1km đường dây không tương đương sau: Bảng 5-1: Thơng số trở kháng dịng điện nạp 1km đường dây không cáp ngầm Kiểu đường dây Z Z (Ω/km) Z (Ω/km) Dòng nạp (A/km) Cáp ngầm 220kV 0,039 + j0,127 0,172 + j0,084 9,37 Đường dây TK 220kV 0,060 + j0,472 0,230 + j1,590 0,47 La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 143 Với khác trên, việc thiết kế sơ đồ phương thức bảo vệ cho hệ thống hỗn đường dây không - cáp ngầm phức tạp Hình 521 thể số dạng sơ đồ bảo vệ cho hệ thống hỗn hợp đường dây không - cáp ngầm hỗn hợp Hình 5-21: Sơ đồ bảo vệ cho số dạng hệ thống hỗn hợp đường dây không cáp ngầm Với dang sơ đồ hỗn hợp hình 5-21a, việc bảo vệ trở nên đơn giản hơn, ta sử dụng bảo vệ thơng thường đường dây khơng, nhiên việc phối hợp bảo vệ tính tốn chỉnh định phải chặt chẽ Ví dụ sơ đồ 5-21a, cáp ngầm nối vào đầu, đầu đường dây khơng, ta sử dụng bảo vệ khoảng cách La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 144 (21) để bảo vệ cho đường dây, sử dụng chức tự động đóng lặp lại (TĐL) bảo vệ đường dây không mà hệ thống cáp chiếm tỷ trọng 15÷20% tổng chiều dài đường dây Tuy nhiên việc tính tốn, đặt chỉnh định hệ thống rơle phải lưu ý, không dễ xảy việc TĐL cố hệ thống cáp, cố trở nên nghiêm trọng (có thể xảy hư hỏng cáp vĩnh cửu) Theo kinh nghiệm vận hành số nước Châu Âu vài vùng Mỹ, trường hợp sử dụng TĐL sơ đồ bảo vệ hình 5-21a người ta áp dụng nguyên tắc chia vùng bảo vệ (vùng cắt nhanh) (Zone 1) thành phần tử (2 elements), phần tử vùng (Z1-1) ta đặt giá trị cắt khoảng 120 đến 150% trở kháng thứ tự thuận cáp Khi bảo vệ vùng Z1-1 tác động, cắt nhanh máy cắt đầu đường dây khơng, gửi tín hiệu cắt máy cắt đối diện đồng thời khóa mạch TĐL, vùng bảo vệ vùng Z1-2, ta đặt giá trị cắt cho vùng mở rộng khoảng 80% trở kháng thứ tự thuận tổng cáp đường dây khơng, cố vùng Z1-2 vùng Z1-1, bảo vệ cắt nhanh máy cắt đầu đường dây khơng, gửi tín hiệu cắt máy cắt đối diện đồng thời khởi động mạch TĐL Tuy nhiên cáp đặt hai đầu đường dây khơng, việc phối hợp bảo vệ trở nên phức tạp nhiều, sử dụng bảo vệ thông thường cho hệ thống truyền tải không gặp phải trở ngại TĐL có cố xảy ra, hệ thống định vị cố rơ le khó tính tốn cố xảy đâu (hệ thống định vị cố làm việc dựa nguyên tắc tính tốn trở kháng) dễ xảy tượng rơ le hiểu cố xảy vùng cáp, hệ thống cáp quang thực nhiệm vụ gửi tín hiệu cắt hai đầu khóa mạch TĐL, đường dây khơng, tỷ lệ cố thống qua chiếm 80% tổng số cố ghi nhận hệ thống ghi cố La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 145 Trong vài trường hợp đoạn cáp ngắn (dưới 300m) người ta sử dụng bảo vệ thông thường cho phép TĐL bình thường cố xảy cáp, họ cho phần lớn cố xảy đường dây không, cố xảy cáp hệ thống hỗn hợp hoi, điều vô nguy hiểm đặc biệt hệ thống cáp dầu, TĐL vào điểm cố xảy cáp dầu xảy tượng nổ cáp, lực điện động ngắn mạch lớn gây nguy hiểm cho người phương tiện (vì hệ thống cáp thường đặt nơi cơng cộng) số quốc gia, người ta nghiêm cấm sử dụng TĐL trường hợp Để giải vấn đề hình 5-21b 5-21c người ta đưa sơ đồ phương thức tối ưu để bảo vệ cho hệ thống hỗn hợp đường dây khơng - cáp ngầm sử dụng giải pháp thiết lập bảo vệ so lệch dọc riêng biệt cho đoạn cáp ngầm Khi việc phát cố loại loại trừ cố trở nên riêng biệt phạm vi bảo vệ độc lập với hệ thống Đối với hệ thống cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ, tổng chiều dài đường dây 15km có chiều dài cáp ngầm 552m chiếm tỷ lệ khoảng 3,7%, nhiên để đảm bảo an toàn cho hệ thống cáp ta sử dụng sơ đồ bảo vệ hình 5-21b (vì hệ thống cáp vượt kênh ngắn việc thi công, thay thế, bảo dưỡng, sửa chữa khó khăn) Kết luận: Khi thiết kế vận hành hệ thống điện cần phải kể đến khả phát sinh hư hỏng tình trạng làm việc khơng bình thường hệ thống điện Hậu cố xảy là: a) Tụt thấp điện áp phần lớn hệ thống điện b) Phá hủy phần tử bị cố tia lửa điện c) Phá hủy phần tử có dịng ngắn mạch chạy qua tác động nhiệt d) Phá hủy ổn định hệ thống điện La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 146 e) Quá tải hệ thống Để ngăn ngừa phát sinh cố đảm bảo làm việc liên tục phần không hư hỏng hệ thống điện, cần thiết phải xây dựng giải pháp bảo vệ cho cáp đặc biệt xây dựng sơ đồ phương thức rơle bảo vệ cho hệ thống thứ Khi ta có giải pháp bảo vệ tốt, tăng cường khả giám sát chế độ vận hành thiết bị, loại thiết bị khỏi hệ thống để bảo dưỡng sửa chữa có nguy cơ, vấn đề quan trọng giải khả đưa hệ thống vào vận hành trở lại cao ta có sơ đồ phương thức rơ le bảo vệ hợp lý (TĐL) góp phần làm ổn định hệ thống, thúc đẩy ổn định xã hội, ổn định kinh tế quốc dân La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 147 CHƯƠNG 6: CÁC GIẢI PHÁP XÂY DỰNG Đối với cơng trình điện biện pháp thi công khâu quan trọng, đặc biệt việc thi công hệ thống cáp qua đáy kênh cơng trình cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ Sau số bước giải pháp thi công hệ thống cáp ngầm vượt kênh Đình Vũ 6.1 Cơng tác chuẩn bị 6.1.1 Xác định độ sâu hướng tuyến đường khoan 6.1.1.1 Bộ thiết bị dùng khoan dẫn hướng bao gồm : - Bộ phát sóng (Beacon) gắn mũi khoan để thơng báo trạng thái mũi khoan lòng đất tiến hành khoan dẫn hướng bao gồm : Độ nghiêng mũi khoan so với mặt bằng, múi thị góc lái mũi khoan, nhiệt độ Beacon, lượng pin lại Beacon - Máy dò (Locate) dùng để xác định vị trí mũi khoan sau khoan tới ống khoan, máy dò dùng để xác định độ sâu mũi khoan so với mặt đất vị trí đứng dị xác định hướng tuyến mũi khoan 6.1.1.2 Phương pháp xác định hướng tuyến độ sâu mũi khoan : - Sau khoan xong 01 ống (03 mét), tiến hành xác định vị trí mũi khoan máy dị, bấm nút xác định độ sâu mũi khoan so với mặt đất Xác định hướng tuyến có với hướng tuyến ban đầu hay khơng Có hai cách xác định độ sâu : + Xác định độ sâu thực tế vị trí mũi khoan máy dò + Xác định độ sâu mũi khoan so với vị trí đặt máy qua độ dốc mũi khoan so với mặt vị trí đặt máy phương pháp hình học (hình 6-1) La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 148 Mặt đặt máy Độ dốc đường khoan % ống khoan Độ sâu đường khoan Độ sâu đường khoan = Độ dốc đường khoan x Chiều dài ống khoan Hình 6-1: Đặt máy khoan theo phương pháp hình học 6.1.1.3 Điều khiển mũi khoan : - Điều chỉnh độ sâu - Điều chỉnh hướng tuyến 6.1.2 Khảo sát bàn giao công trường, chuẩn bị mặt thi cơng Khảo sát rà sốt kiểm tra chướng ngại vật, cơng trình ngầm hữu - Dùng máy dò Pipehawk kết hợp với máy định vị 950R để xác định chướng ngại vật ngầm lòng đất từ độ sâu - 3m vị trí cần thiết để đảm bảo an tồn cho đường khoan thi cơng - Tìm vị trí thuận tiện để đặt thiết bị - Xác định độ dài đường khoan thực tế - Tiến hành lập biện pháp thi cơng khả thi, lập bảng chiết tính Xác định đường đào tốt : - Dự báo loại đất đá bên - Phác thảo đường đào bảo đảm bán kính cong cho phép đường khoan, tránh chướng ngại vật có khoảng cách ngắn Chuẩn bị mặt thi công : - Phát dọn mặt thi công, tuyến thi công thấy cần thiết La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 149 - Việc phát dọn tuyến tiến hành sau có thị cấp xét thấy cần thiết, nội dung phát dọn bao gồm : - San dọn mặt vị trí thi cơng theo hướng dẫn phương án tổ chức thi công biện pháp tổ chức thi công - Phát dọn dọc tuyến cáp (nếu thấy cần thiết) theo qui định phương án tổ chức thi công biện pháp tổ chức thi công - Phát dọn để làm đường tạm thi cơng - Cần ý biện pháp an tồn, tránh thiệt hại đến người cơng trình khác phát dọn 6.1.3 Chuẩn bị vật tư, thiết bị thi công Công tác chuẩn bị thi công : Xin vật tư, xe máy - Vật tư : Trước thi công phải chuẩn bị vật tư cách đầy đủ, đồng Đúng qui cách chất lượng theo thiết kế Có văn giao nhận đầy đủ, rõ ràng - Phương tiện dụng cụ thi công : Phương tiện thi công, dụng cụ đồ nghề thi công phải chuẩn bị tốt sở đầy đủ số lượng qui cách kỹ thuật, phải dùng tính loại phương tiện, dụng cụ Đã tiến hành thí nghiệm kiểm tra định kỳ đạt tiêu chuẩn kỹ thuật qui định 6.1.3.1 Chuẩn bị nhân lực Về số lượng cơng nhân bố trí thi cơng cơng trình cơng việc cụ thể phải bảo đảm theo phương án tổ chức thi công biện pháp tổ chức thi công duyệt 6.1.3.2 Chuẩn bị phương tiện thi công, vận chuyển thiết bị công trường Vận chuyển hệ thống khoan đến công trường : - Đặt máy phát bồn trộn lên xe tải - Sử dụng xe với tải trọng phù hợp bố trí khoảng cách thiết bị cho tiện lắp ghép giải nhiệt tốt - Di chuyển máy khoan lên rơmoóc, ống khoan phụ kiện La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 150 - Dùng xe hay đầu kéo phù hợp để kéo công trường (hoặc dùng cẩu xe tải nặng trở lên để chuyên chở) - Máy khoan tự hành bánh xích nhựa với tốc độ chậm cự ly ngắn công trường - Bốc dỡ phương tiện máy móc xuống xe đưa vào vị trí tập kết 6.2 Công việc thi công theo bước sau : 6.2.1 Định vị máy khoan : + Khoan cọc neo vào đất + Lắp đặt dàn đế vào vị trí, khóa lại + Định vị máy khoan vào dàn neo cách chắn - Lắp đặt rào chắn, biển báo an toàn để đảm bảo người lạ khơng vào vị trí thi công - Lắp đặt hệ thống tiếp địa thấy cần thiết - Đào hố thi cơng có kích thước 0,6 x x m (kích thước thay đổi tùy thuộc vào điều kiện đất) trước vị trí đặt máy để mũi khoan vào đất dễ dàng - Lắp mũi khoan thử máy định vị Locator : Thay pin cho phát sóng (Beacon), máy dị (Locator), máy nhận tín hiệu máy khoan (Subsite) cài đặt lại thông số cho máy định vị Locator Thử lại cách chắn bảo đảm khơng có sai sót (Phải sử dụng pin loại tốt để đảm bảo thiết bị hoạt động lâu dài xác) - Pha trộn hóa chất : Trộn dung dịch bơi trơn làm thành đất (bột Bentonite, Ejactomer, polymer, nước ) pha theo liều lượng thích hợp : Từ bao 2/3 đến bao Bentonite cho 1890 lít nước 6.2.2 Công tác khoan tới - Lắp mũi khoan vào máy La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 151 - Khoan dẫn hướng : + Vận hành máy khoan điều khiển đầu khoan theo quỹ đạo phác thảo đầu khoan đến chỗ nối cáp theo cự ly chọn (tối đa khoảng cách mũi khoan dẫn hướng 240m) + Trong trình khoan điều chỉnh lượng nước pha với hóa chất phù hợp để bơi trơn làm vách đất xung quanh + Khoan thử vài ống để biết xác loại đất đá có phù hợp với lưỡi khoan hay khơng Rút kiểm tra phù hợp giữ ngun, khơng phù hợp thay lưỡi khoan khác - Kiểm tra lại toàn hệ thống cho tiến hành khoan tới - Điều khiển đầu khoan theo quỹ đạo phác thảo - Sau lần đẩy lưỡi khoan tới 3m dùng máy định vị (Locator) để xác định tọa độ thông số chủ yếu mũi khoan thời điểm để vẽ phác thảo vẽ hồn cơng trường - Đặc điểm mũi khoan: + Muốn lưỡi khoan thẳng vừa đẩy tới vừa xoay + Muốn lưỡi khoan lên, xuống, qua trái, qua phải bảo nhiêu độ (bao nhiêu %) phải chỉnh mặt vát đầu khoan với góc tương thích đẩy tới (thường độ lệch cho phép 8%) + Để hướng phải tính tốn trước độ dốc góc lại theo bảng “Kiểm tra độ sâu chiều dài theo góc khoan” - Lắp ống khoan đẩy tới đạt đến vị trí mong muốn - Khi mũi khoan lên mặt đất vị trí ngóc lên, tiến hành tháo mũi khoan La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 152 6.2.3 Kéo cáp ống nhựa HDPE - Đào hố thi cơng có diện tích x x 1m để cáp ống nhựa HDPE vào đất dễ dàng - Lắp đầu phá kéo Backreamer tiến hành thơng nịng : + Lắp đầu phá ngược Backreamer, tiến hành kéo phá lần để mở rộng đường kính lỗ khoan phù hợp với yêu cầu + Với trường hợp kéo nhiều sợi cáp ngầm ống nhựa HDPE có đường kính lớn kéo đầu phá kèm ống mồi nhiều lần sau lắp đầu phá thích hợp để kéo - Chuẩn bị cáp ống để kéo : + Vận chuyển cáp ống đến công trường + Dùng xe cẩu có tải trọng phù hợp đặt cáp ống nhựa HDPE lên bàn xa cáp Cáp ống phải đặt cách chắn bàn xả Xoay thử bàn xả cáp để bảo đảm bàn xả quay cách dễ dàng - Kéo ống, kéo cáp ngầm : + Lắp đầu kéo ngược Backreamer nối với sợi cáp ống nhựa HDPE qua lồng chụp khớp chống chắn để cáp, ống nhựa HDPE lắp trực tiếp lòng đất lúc thu hồi ống khoan Đặt cáp + Khi kéo cáp ống nhựa HDPE vào đường khoan phải tuân thủ qui định sau đường kính đầu phá ngược Backreamer: La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 153 Đường kính ống cáp Đường kính đầu phá 100 mm (X) X + 10% X 200 mm (Y) Y + 20% Y 300 mm (Z) Z + 30% Z - Kiểm tra miệng phun đầu phá về, tăng lượng nước pha hóa chất để giảm ma sát - Nối với cáp hay ống nhựa HDPE qua rọ chụp loại mềm đầu siết ống Thi công đầu cáp Thi công cáp - Lần lượt rút ống khoan về, cáp ống nhựa HDPE đặt vào lòng đất - ống khoan kéo cần thiết phải làm vệ sinh cho vào khay chứa 6.2.4 Thu dọn trường, nghiệm thu, bàn giao - Kiểm tra toàn trường, thu dọn tất công cụ, rửa sạch, chuyển lên xe La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 154 Hoàn tất thi cơng - Thu dọn máy móc thiết bị, làm vệ sinh thùng chứa nước hóa chất, địa hình xung quanh nơi cơng tác, thực bước theo trình tự ngược lại so với lúc chuẩn bị trường ban đầu Tiến hành thủ tục báo cáo hoàn tất thi cơng Đầu cáp thi cơng hồn thiện La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 155 6.2.5 Một số hình ảnh thi cơng địa hình Hình 6-2: Phương pháp thi cơng chơn trực tiếp đất Hình 6-3: Phương pháp thi cơng đặt cáp ống Hình 6-4: Phương pháp thi cơng đặt cáp hào, hầm (tuynel) La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 156 CHƯƠNG 7: TỔNG KẾT VÀ KIẾN NGHỊ Việc thiết kế hệ thống cáp ngầm luận văn nêu giải triệt để vấn đề từ thiết lắp đặt, lựa chọn thiết bị (đấu thầu) Tuy nhiên luận văn số vấn đề chưa xem xét giải cụ thể như: Về vấn đề tính tốn kinh tế - kỹ thuật, phân tích tài dự án chưa xem xét đến Vấn đề điện từ trường nêu luận văn nghiên cứu, tính tốn xem xét khả ảnh hưởng điện từ trường lên hệ thống cáp ngầm, phục vụ cho mục đích tính tốn, lựa chọn thiết bị đặt yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống cáp ngầm Nội dung luận văn chưa đề cập đến việc nghiên cứu ảnh hưởng điện, từ trường cáp ngầm gây ảnh hưởng đến sức khỏe người, đến môi trường, an sinh xã hội Đối với dự án điện nay, điện từ trường vấn đề nóng bỏng nhức nhối xã hội Theo EVN, có hàng loạt khiếu kiện lưới điện xung quanh nguyên nhân cho điện từ trường ảnh hưởng lớn đến sức khỏe nhân dân Điển hình đường dây 220 kV Hà Giang - Tuyên Quang - Thái Nguyên (được đầu tư theo chế đặc thù để đầu tư cơng trình điện cấp bách giai đoạn 2006 - 2010 theo Quyết định số 1195/QĐ - TTg ngày 0/11/2005 Thủ tướng Chính phủ, có tổng mức đầu tư 265 tỷ đồng) để thực mua điện Trung Quốc Mặc dù đóng điện từ tháng 4/2007, nhiều hộ dân huyện Đại Từ (Thái Nguyên) tiếp tục có đơn thư phản ánh lên lãnh đạo Quốc hội Chính phủ vấn đề điện từ trường Theo [20] dự án điện phải có đánh giá tác động đến mơi trường, đặc biệt cơng trình điện vấn đề điện từ trường EMFs (electric and magnetic fields), điện trường sinh điện áp, thông thường điện áp cao sinh cường độ điện La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 157 trường lớn đặc trưng thơng số (V/m), từ trường sinh dịng điện đặc trưng thơng số µT Điện trường che chắn kết cấu nhà ở, cối hàng rào kỹ thuật, từ trường xun qua hầu hết loại kết cấu Nhiều nơi giới có cơng trình nghiên cứu chẩn đoán lâm sàng khả gây loại bệnh ung thư, bạch cầu trẻ em ảnh hưởng từ trường… cụ thể công trình khoa học từ năm 1999 Tổ chức nghiên cứu ung thư Trẻ em Hoa kỳ giáo sư Sir Richard Doll chủ trì (1999), nhóm chun gia Quốc tế giáo sư Ahlbom từ Thụy Điển (2000), báo cáo chi tiết Viện Khoa học Môi trường Quốc gia Hoa Kỳ vấn đề ảnh hưởng từ trường (1999), tất báo cáo cho kết di chứng để lại tình trạng bị ảnh hưởng từ trường mức dẫn đến tổn hại sức khỏe Ở Châu Âu từ năm 1999 người ta có quy định chặt chẽ vấn đề giới hạn điện từ trường, cường độ từ trường cho phép 100µT cường độ điện trường cho phép 5000 V/m Quy định áp dụng nhiều quốc gia Pháp, Đức Italy Nhưng vài Quốc gia khác Chính phủ có sách riêng yêu cầu công ty Truyền tải Điện phải tuân thủ Ví dụ Mỹ giới hạn 1600µT cho cường độ từ trường 12000KV/m cho cường độ điện trường, số quốc gia lại quy định chiều cao tối thiểu cho cơng trình điện, quy định khoảng cách tối thiểu cho nhà cơng trình xây dựng gần đường dây điện Một số nước tổ chức giới đưa tiêu chuẩn để đánh giá mức độ cho phép EMFs sau: - International Commission on Non-Ionising radiation Protection, ICNIRP&EU recommendation 1999-100µT La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 158 - 1996 Swedish Advisory Bodies suggest power distribution should avoid average exposures above- 0.2µT - 1999 Swiss Government limit for new installations- 1µT - 2000 Three Italian Regions: Veneto, Emilia-Romagnaand Toscanalimit for new installations near schools, nurseries, houses & places where people spend more than 4h ours per day-0.2µT - 2002 New substation in Queensland, Australia: Energex Ltd-0.4µT - 2004 The Netherlands Dept of the Environment proposal -0.4µT Đối với Việt Nam điện từ trường có quy định sau: - Luật Điện lực ngày 03 tháng 12 năm 2004; - Nghị định số 106/2005/NĐ-CP ngày 17 tháng năm 2005 Chính phủ Quy định chi tiết hướng dẫn thi hành số điều Luật Điện lực bảo vệ an tồn cơng trình lưới điện cao áp Ở nước ta trước theo Nghị định số 118/2004/NĐ-CP ngày 10 tháng năm 2004 Chính phủ sửa đổi, bổ sung số điều Nghị định số 54/1999/ NĐ-CP phủ khoản điều việc Sửa đổi, bổ sung Điều sau Nghị định số 54/1999/ NĐ-CP quy định nhà cơng trình tồn hành lang bảo vệ an toàn lưới điện cao áp đến 220 kV phải đảm bảo điều kiện, có điều kiện điện từ trường cụ thể cường độ điện trường phải nhỏ kV/m; mật độ dòng điện cảm ứng phải nhỏ 10 mA/m2 cường độ từ trường phải nhỏ 100 µT Vị trí đo quy định điểm hành lang lưới điện cách mặt đất m Hiện theo Luật Điện lực Nghị định số 106/2005/NĐ-CP ngày 17 tháng năm 2005 Chính phủ Quy định chi tiết hướng dẫn thi hành số điều Luật Điện lực bảo vệ an tồn cơng trình lưới điện cao áp khơng cịn quy định cường độ từ trường đường dây cao áp La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 159 Đối với cáp ngầm cao áp, vấn đề điện trường không cần đặt ảnh hưởng điện trường gần khơng có, nhiên cáp ngầm lại sinh từ trường lớn so với đường dây khơng, hình 8-1 cho ta thấy với cấp điện áp chiều cao cách mặt đất 1m từ trường đo đường dây cáp ngầm cao gấp 2,5 lần so với đường dây khơng Hình 8-1: Từ trường sinh đường dây không cáp ngầm Vì việc nghiên cứu từ trường cáp ngầm cao áp nhu cầu thiết trước nhu cầu “ngầm hóa” cơng trình Điện mạnh Tuy nhiên khuôn khổ luận văn nhiều hạn chế nên vấn đề phân tích kinh tế tài cho dự án, nghiên cứu ảnh hưởng từ trường cáp ngầm cao áp nghiên cứu thêm thời gian tới La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007 Luận văn tốt nghiệp cao học TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Trần Bách (2004), Lưới điện Hệ thống điện - Tập 1, Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2- Viện Năng lượng(2006), Báo cáo nghiên cứu khả thi (DAĐT) Đường dây 220kV Nhà máy nhiệt điện Hải Phòng - Đình Vũ, Hà Nội 3- Mr.A.S.Brookers, The design of specially boned cable systems, Electra - No 28 4- A Fernandez Fernandez, P Rodeghiero, B Brichard, F Berghmans A.H Hartog, P Hughes, K Williams and A.P Leach (2005), "Radiation-tolerant Raman distributed temperature monitoring system for large nuclear in-frastructures", IEEE Transaction in Nuclear Sciences 5- Lothar Heinhold(1990), Power Cables and their Application part 1, Siemens, Germany 6- Lothar Heinhold(1990), Power Cables and their Application part 2, Siemens, Germany 7- ABB High Voltage Cables, Technical Hanbook XLPE Power, - 27 - 8- Bergin e., Daly j., B Thunwall(2000) “First 220kV extruded insulation feeder cable in Ireland”, Cigre, Paris 9- Cigre(1996) “Comparison of high voltage overhead lines and underground cables”, - 16 - 10- Demetrios A Tziouvaras(2006), “Protection of High voltage AC cable” - 14 - 11- IEC 228: conductors of insulated cable 12- IEC 287-1-1(1994): Electric cables-Calculation of the current rating-Part 1: Current rating equations (100% load factor) and calculation of losses-Section 1: General 13- IEC 287-1-2(1993): Electric cables-Calculation of the current rating-Part 1: Current rating equations (100% load factor) and calculation of losses-Section 2: Sheath eddy current loss factors for two circuits in flat formation 14- IEC 287-2-1(1994): Electric cables-Calculation of the current rating-Part 2: Thermal resistance-Sectin 1: Calculation of Thermal resistance 15- IEC 60853-3(2002), Calculation of the cyclic and emergency current rating of cables - Part 3: Cyclic rating factor for cables of all voltages, with partial drying of the soil 16- IEC 62067(2006) Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltage above 150 kV (Um=170 kV) up to 500 kV (Um=550 kV) - Test methods and requirements 17- IEC 949(1988): Short circuit capability of cable 18- ICF Consulting Ltd(2003), Overview of the Potential for Undergrounding the Electricity Networks in Europe, United Kingdom 19- J R Lucas(2001), High Voltage Cables 20- Nexans, “60-500kV High Voltage Underground Power cables XLPE insulated cables”, Paris France - 64 - 21- Peschke e., schroth r., v olshausen r.(1995) “Extension of XLPE cables to 500 kV based on progress in technology” Siemens AG, Berlin, Germany 22- Sckcen(2005), “Fibre optic temperature sensors monitoring future large nuclear facilities” 23- Southwire, “HV XLPE cable design and Manufacturing”, Dallas, Texas 24- Underground Transmission Program Electrical Systems Division(1992), Underground Transmission Systems Reference Book, Power Technologies.Inc, USA 25- William A Thue(1999), Electrical Power Cable Engineering, Marcel Dekker, Inc, Washington, D.C  ... 3.6 Áp dụng nghiên cứu điện trường để tính tốn chọn 69 thơng số cho cáp ngầm 22 0kV vượt kênh Đình Vũ 3.7 Tính tốn ảnh hưởng từ trường tới cáp ngầm 22 0kV 76 vượt kênh Đình Vũ Chương 4: TÍNH TỐN,... tiếp cho hệ thống cáp ngầm 22 0kV vượt kênh Đình Vũ, dự án giai đoạn mời thầu trọn gói (cung cấp lắp đặt) 1.4 Ngun tắc chung cơng tác tính tốn, thiết kế hệ thống cáp Đối với hệ thống cáp ngầm cao... cơng trình ? ?Cáp ngầm 22 0kV vượt kênh Đình Vũ? ?? sau : - Cấp điện áp: 22 0kV - Số mạch: mạch - Vị trí tuyến cáp: Tuyến cáp ngầm 22 0kV nằm gần cửa kênh Đình Vũ (Sơng Cấm) khu cơng nghiệp Đình Vũ - Thành