3.1.1.Tổng quan về thí nghiệm cáp ngầm
Mục đích của việc thí nghiệm cáp nhằm đánh giá chất lƣợng của cáp và phát hiện các lỗi, khiếm khuyết của cáp. Ý nghĩa của việc thí nghiệm cáp là cơ sở có tính pháp lý khẳng định cáp điện sẵn sàng đƣa vào sử dụng. Việc thí nghiệm cáp ngầm có thể đƣợc phân loại thành nhiều cách khác nhau nhƣng chung nhất đƣợc phân loại theo hai cách là phân loại theo giai đoạn và phân loại theo phƣơng pháp thí nghiệm.
Phân loại theo giai đoạn bao gồm:
- Thí nghiệm xuất xƣởng: Đƣợc thực hiện tại nhà máy sản xuất, nhằm kiểm tra, đánh giá chất lƣợng cáp ngầm nhằm phát hiện các lỗi, khiếm khuyết trƣớc khi xuất xƣởng bàn giao cho bộ phận khác.
- Thí nghiệm trƣớc khi thi công lắp đặt: Đƣợc thực hiện tại phòng thí nghiệm, nhằm kiểm tra, đánh giá chất lƣợng cáp ngầm nhằm phát hiện các lỗi, khiếm khuyết của cáp làm căn cứ để thi công lắp đặt cáp.
- Thí nghiệm trong khi lắp đặt: Đƣợc thực hiện tại hiện trƣờng, nhằm kiểm tra đánh giá chất lƣợng cáp ngầm trong quá trình lắp đặt nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cho việc nối cáp, làm đầu cáp cũng nhƣ các bƣớc thi công tiếp theo.
- Thí nghiệm sau lắp đặt: Đƣợc thực hiện tại hiện trƣờng, nhằm kiểm tra, đánh giá chất lƣợng cáp ngầm nhằm phát hiện các lỗi, khiếm khuyết của cáp trong quá trình thi công lắp đặt làm căn cứ để đóng điện tuyến cáp đƣa vào vận hành.
- Thí nghiệm định kỳ: Đƣợc thực hiện tại hiện trƣờng, trong quá trình vận hành của hệ thống cáp. Thí nghiệm này nhằm phát hiện các hƣ hỏng và kiểm tra khả năng vận hành tin cậy của hệ thống cáp, từ đó đƣa ra đƣợc kế hoạch bảo dƣỡng phù hợp.
Phân loại theo phƣơng pháp thí nghiệm:
- Thí nghiệm bằng điện áp một chiều: Để phát hiện các khuyết tật có trong cách điện cáp do lỗi sản xuất, khiếm khuyết do con ngƣời tạo ra trong quá trình lắp
đặt ảnh hƣởng đến chất lƣợng cáp, đầu cáp, hộp nối v.v. Kết hợp với các thí nghiệm chẩn đoán để đánh giá tổng thể tình trạng cách điện cáp để có kế hoạch sửa chữa, thay thế nếu cần.
- Thí nghiệm chịu đựng điện áp cao tần số công nghiệp: Để đánh giá chất lƣợng cáp trong tình trạng cách điện của cáp chịu ứng suất điện mạnh nhất, phát hiện khuyết tật cách điện cáp có do vận chuyển, lắp đặt hoặc trong cách điện xuất hiện bọt khí, sự suy giảm cách điện theo thời gian sử dụng v.v.
- Thí nghiệm phóng điện cục bộ (PD): Để đánh giá chất lƣợng cáp và các mối nối cũng nhƣ đầu cáp, phát hiện ra các khiếm khuyết nhỏ trong cách điện cáp nhƣ: bọt khí, các khoảng trống trong lớp màn chắn cách điện, xuất hiện cây điện trong cáp và xác định vị trí PD. Đánh giá mức độ của khuyết tật liên quan đến PD. Kết hợp với các thí nghiệm chịu đựng (kiểu 1) để đánh giá tổng thể tình trạng cách điện cáp để có thể có kế hoạch sửa chữa, thay thế nếu cần.
- Thí nghiệm tổn hao điện môi tần số 50Hz: Để đánh giá sự suy giảm chất lƣợng cách điện theo thời gian sử dụng. Phát hiện ra các khiếm khuyết nhỏ trong cách điện cáp, cáp bị nhiễm ẩm hoặc nhiễm bẩn, xuất hiện cây nƣớc trong cách điện, trong lớp màn chắn cách điện hoặc tại đầu cáp hay mối nối cáp.
- Thí nghiệm tần số thấp (VLF): Giống thí nghiệm chịu đựng điện áp tần số công nghiệp, phƣơng pháp này chỉ áp dụng cho cáp có điện áp danh định đến 36kV, do hạn chế về điện áp đầu ra của thiết bị thí nghiệm..
Các yêu cầu chính cho công tác thí nghiệm cáp ngầm trung thế.
- Cán bộ thí nghiệm cáp phải đƣợc đào tạo, tập huấn để có đủ khả năng thực hiện thí nghiệm theo các yêu cầu về an toàn, vận hành và sử dụng thiết bị thí nghiệm v.v. Cáp điện trƣớc khi thí nghiệm phải đƣợc tách khỏi mọi nguồn điện, thiết bị điện mà cáp đang kết nối vào nhƣ: Máy biến áp, dao cách ly, chống sét van, thanh cái v.v.
- Cáp điện trƣớc khi thí nghiệm cần xem xét bên ngoài nhằm đánh giá xem cáp có phù hợp với công bố của nhà chế tạo, việc kiểm tra gồm các thông tin sau: Nhãn
mác, nguồn gốc xuất xứ, chủng loại, biên bản thí nghiệm xuất xƣởng v.v. Các thông số kỹ thuật liên quan nhƣ: điện áp sử dụng, điện môi sử dụng làm cách điện chính cho cáp, tiết diện, chiều dài, độ dày cách điện v.v.
- Điều kiện môi trƣờng thí nghiệm nhƣ: tình trạng thời tiết, nhiệt độ môi trƣờng, độ ẩm v.v. phải đảm bảo cho công tác thí nghiệm.
3.1.2. Các phƣơng pháp thí nghiệm cáp ngầm 3.1.2.1.Thí nghiệm bằng điện áp một chiều 3.1.2.1.Thí nghiệm bằng điện áp một chiều
a. Thí nghiệm đo điện trở cách điện (IR)
Sử dụng thiết bị Mêgômmet (IRT) điện áp (1000 † 2500 † 5000)VDC. Đo giá trị tuyệt đối IR sau thời gian duy trì điện áp là 60 giây. Đối với cáp điện áp danh định ≤ 1kV sử dụng IRT - (500 † 1000)VDC, đối với cáp điện áp danh định > 1kV sử dụng IRT - (1000 † 2500)VDC, đối với cáp điện áp danh định ≥ 6,6 kV sử dụng IRT (2500†5000)VDC. Cáp có nhiều ruột dẫn: điện áp đƣợc đặt lần lƣợt vào từng pha đo điện trở cách điện, trong khi các pha còn lại đƣợc nối với màn chắn, vỏ và nối đất.
Hình 3.1. Sơ đồ đo điện trở cách điện
Đánh giá kết quả: Điện trở cách điện đƣợc đo giữa ruột dẫn với màn chắn, vỏ nối đất. Điện trở cách điện cáp không quy định tiêu chuẩn cụ thể, đƣợc sử dụng để đánh giá sơ bộ tình trạng cách điện của cáp.
Kết quả có thể so sánh số liệu cung cấp bởi nhà sản xuất hay tham khảo giá trị ở bảng 1 đo ở 20°C.
Điện áp pha – pha U (kV) Cách điện giấy tẩm dầu Cách điện EPR Cách điện PVC Cách điện PE 0,6/1 và 3 100 - - - ≥ 6 200 - - - - 50 - - 0,6/1 - - 10 - 3 - - 12 - 6 ÷ 10 - - 50 - (0,6/1) ÷ 6 - - - 150 10 ÷ 35 - - - 200
b.Thí nghiệm chịu đựng cho vỏ cáp
Thí nghiệm trƣớc lắp đặt: Thí nghiệm điện áp 8kV (DC) trên 1mm chiều dầy vỏ cáp, điện áp thử cực đại 25kV (DC) và thời gian duy trì 01 phút.
Thí nghiệm sau lắp đặt: Thí nghiệm điện áp 4kV (DC) trên 1mm chiều dầy vỏ cáp, điện áp thử cực đại 10kV (DC) và thời gian duy trì 01 phút.
Đánh giá kết quả: Trong thời gian duy trì điện áp không có phóng điện xảy ra. Thí nghiệm này nhằm đánh giá tình trạng nguyên vẹn vỏ bọc cáp, điện áp đặt vào giữa toàn bộ các phần bên trong lớp vỏ bọc kim loại đƣợc nối lại với nhau và toàn bộ vỏ bọc bên ngoài nối đất
c. Thí nghiệm chịu đựng điện áp tăng cao (HVDC)
Điện áp đặt vào cáp đƣợc thí nghiệm khởi đầu ở một mức thấp phù hợp, nhằm ngăn ngừa: quá dòng, quá áp gây quá trình quá độ cắt bảo vệ v.v. Sau đó điện áp thí nghiệm đƣợc tăng một cách từ từ với các mức điện áp nhỏ để đọc đƣợc chính xác các thông số trên thiết bị nhƣ: dòng điện rò, điện áp, v.v. tuy nhiên mức tăng cũng không quá chậm để tránh gây ra cáp phải chịu ứng suất điện kéo dài không cần thiết. Lập đặc tính quan hệ dòng theo điện áp (U-I). Khi điện áp thí nghiệm đạt đƣợc giá trị yêu cầu thì điện áp đó đƣợc duy trì trên cáp trong thời gian quy định. Trong thời gian duy trì điện áp thƣờng xuyên quan sát sự biến đổi của dòng điện rò. Nếu có sự tăng hay giảm đột ngột cần dừng ngay thí nghiệm. Hết thời gian duy trì điện áp,
giảm hết điện áp thí nghiệm cắt nguồn cấp và tiến hành các biện pháp phóng điện qua điện trở trong mạch thí nghiệm cũng nhƣ sử dụng điện trở phóng điện ngoài, tiến hành nối đất cho cáp đƣợc thí nghiệm và nối đất đƣợc tách ra chỉ khi công tác thí nghiệm đã sẵn sàng cho thí nghiệm mới.
Giá trị điện áp thí nghiệm HVDC nhƣ sau:
Cáp có điện áp danh định : {0,6/1; 1,8/3(3,6); 3,6(7,2);8,7/15(17,5); 12/20(24); 18/30(36)}kV, điện áp thí nghiệm và thời gian duy trì điện áp cho hệ thống cáp trƣớc lắp đặt quy định nhƣ sau:
- Áp dụng cáp có điện áp danh định nhỏ hơn hoặc bằng 3,6/6(7,2)kV duy trì 5 phút
- Áp dụng cáp có điện áp danh định lớn hơn 3,6/6(7,2)kV duy trì 5 phút
Thí nghiệm sau lắp đặt điện áp thí nghiệm bằng giá trị thí nghiệm trƣớc lắp đặt và thời gian duy trì 15 phút. Tham khảo bảng 2 thí nghiệm HVDC cho cáp điện áp danh định đến 30 (36)kV.
Bảng 3.2. Thí nghiệmHVDC cáp có điện áp danh định đến 36kV trước lắp đặt
Uo(kV) 0,6 1,8 3,6 6 8,7 12 18
UTN(kV) 8,4 15,6 26,4 36 52,2 72 108
Thí nghiệm đƣợc tiến hành cho từng ruột dẫn nhƣ sau: Với cáp ba pha thì thử từng pha với các pha còn lại nối với nhau và nối với màn chắn và đƣợc nối đất. Với cáp một pha thì thí nghiệm giữa ruột dẫn với vỏ, màn chắn và đất.
Đánh giá kết quả: Yêu cầu trong thời gian duy trì điện áp không có phóng điện xảy ra. Đánh giá quan hệ dòng điện rò với thời gian: Thông thƣờng ban đầu dòng điện rò sẽ sẽ tăng theo mức tăng điện áp đặt vào cáp, nhƣng dòng điện này sẽ giảm nhanh về giá trị ổn định. Nếu dòng điện rò tăng bất thƣờng theo điện áp thí nghiệm hay sau khi sụt giảm lại tiếp tục tăng mạnh lại, hiện tƣợng này chỉ ra trong cáp có hƣ hỏng và cần ngừng thí nghiệm ngay trƣớc khi có hƣ hỏng xảy ra cho cáp và tìm biện pháp khắc phục. Giá trị dòng điện rò cuối cùng là hiệu số giá trị dòng điện rò đọc đƣợc sau thời gian duy trì điện áp trừ đi dòng rò sơ đồ.
Giá trị điện trở đƣợc tính toán dựa trên giá trị điện áp và dòng điện rò đo đƣợc ở tại nấc điện áp và tính theo định luật Ohm nhƣ sau: R = U/I (V/μA=MΩ). Đồng thời tính toán hệ số không đối xứng điện trở giữa các pha, nếu cùng điện áp thí nghiệm hệ số không đối xứng điện trở của cáp lớn hơn 3 có thể coi là dấu hiệu bất thƣờng. Nếu bảo vệ thiết bị thí nghiệm cắt khi đang tiến hành thí nghiệm thì có thể do: Dòng điện tăng quá cao, có phóng điện ở đầu cáp đƣợc thí nghiệm hay đầu ra cao áp của thiết bị thí nghiệm hoặc cáp có hƣ hỏng tại đầu cáp, cáp trung gian hay hộp nối cáp.
3.1.2.2.Thí nghiệm chịu đựng điện áp cao tần số công nghiệp
a. Thí nghiệm bằng điện áp lƣới (trung áp).
Sử dụng nguồn điện áp lƣới làm nguồn cung cấp thí nghiệm cho cáp và phụ kiện cáp điện áp từ 1†30(36)kV, điện áp lƣới đặt vào và duy trì trong 24 giờ (thí nghiệm này áp dụng cho cáp sau lắp đặt mới).
b. Thí nghiệm chịu đựng điện áp tăng cao tần số công nghiệp.
Thí nghiệm chịu đựng điện áp tăng cao tần số công nghiệp đƣợc thực hiện theo sơ đồ dƣới dây:
1: Điều chỉnh điện áp 2: Máy biến áp tăng áp 3: Cuộn kháng 4: Điện dung liên lạc 5: Cáp đƣợc thí nghiệm
Hình 3.2. Sơ đồ thí nghiệm chịu đựng điện áp cao tần số công nghiệp
Điện áp cao áp đƣợc đặt vào cáp khởi đầu từ giá trị nhỏ nhất, nhằm ngăn ngừa quá trình quá độ gây ra phóng điện trên cáp trong quá trình đóng cắt. Điện áp thí nghiệm đặt vào cáp nhƣ sau: Với cáp ba pha thì thử từng pha với các pha còn lại nối với nhau và nối với màn chắn và đƣợc nối đất, với cáp một pha thì thí nghiệm giữa ruột dẫn với vỏ, màn chắn và đất.
Cáp có điện áp danh định và thời gian duy trì điện áp cho cáp trƣớc lắp đặt quy định nhƣ sau: Điện áp từ 1(1,2)kV đến 3(3,6)kV: duy trì 5 phút, điện áp từ 3,6/6(7,2) kV đến 30(36)kV: duy trì 5 phút.
Giá trị điện áp thí nghiệm điện áp tăng cao (HVAC) tham khảo bảng 3.4.
Bảng 3.3. Thí nghiệm HVAC cáp điện áp danh định dưới 36 kV trước lắp đặt
1 2 3 4 5 6 7 8
Uo(kV) 0,6 1,8 3,6 6 8,7 12 18
UTN(kV) 3,5 6,5 12,5 21 30,5 42 63
Với cáp ba ruột dẫn khi thí nghiệm sử dụng máy biến áp ba pha thì điện áp thử giữa các pha sẽ là 1,73 lần so với giá trị cho trong bảng 4.
Thí nghiệm cáp điện áp danh định 6(7,2) kV đến 30(36) kV sau lắp đặt, điện áp đặt vào giữa ruột dẫn và màn chắn kim loại/ vỏ bằng điện áp pha–pha, duy trì 5 phút, tham khảo bảng 3.5.
Bảng 3.4. Thí nghiệm HVAC cáp điện áp danh định dưới 36 kV sau lắp đặt
1 2 3 4 5 6 7 8
Uo(kV) 0,6 1,8 3,6 6 8,7 12 18
UTN(kV) - - 6 10 15 20 30
Cáp sau lắp đặt (nghiệm thu) điện áp thí nghiệm 70% giá trị điện áp thí nghiệm trƣớc lắp đặt, thời gian duy trì điện áp trong 5 phút.
Cáp thí nghiệm định kỳ bảo dƣỡng, điện áp thí nghiệm 60% giá trị điện áp thí nghiệm sau lắp đặt, thời gian duy trì điện áp 5 phút.
c. Đánh giá kết quả
Trong suốt quá trình nâng điện áp và duy trì điện áp thí nghiệm, cáp ở tình trạng tốt nếu không có bất kỳ sự phóng điện nào xảy ra.Thí nghiệm HVAC thƣờng chỉ áp dụng trong thử xuất xƣởng, lắp đặt mới hoặc sau đại tu sửa chữa v.v. Thí nghiệm sẽ cho kết quả (đạt/không đạt). Nếu cáp không đạt trong thí nghiệm này, cần bổ sung thêm thí nghiệm khác nhƣ PD hay dò tìm điểm hƣ hỏng của cáp để xác định điểm khuyết tật và sửa chữa.
Trƣớc thí nghiệm cần thu thập thông tin đặc tính kỹ thuật của cáp nhƣ: Kiểu cách điện, kích thƣớc, chiều dài hay điện dung tổng, vị trí các hộp nối cáp. Nếu cáp nhiều loại ghép với nhau, cần đủ thông tin cho mỗi loại và các đoạn cáp phải đƣợc nối với nhau. Cấu trúc của cáp nhƣ: một pha hay ba pha; mạng hình tia hay mạch vòng, chôn ngầm dƣới đất v.v. Kiểu đầu cáp và các phụ kiện liên kết với cáp nhƣ: DCL, MBA v.v.
Sơ đồ thí nghiệm phóng điện cục bộ
1: Nguồn cao áp đo PD 2,3: Cảm biến điện dung 4,6: Cảm biến điện kháng 5: Vỏ 7: Màn chắn 8: Cách điện chính
9. Đo tổng trở10: Xử lý tín hiệu đo 11: Thu thập, phân tích dữ liệu
1: Thiết bị đo VLF hoặc PD 2: Máy hiện sóng 3: Tụ liên lạc 4: Tổng trở đo lƣờng 5: Biến dòng điện 6: Cáp điện
Hình 3.3. Sơ đồ thí nghiệmphóng điện cục bộ (PD) dùng nguồn AC-50Hz
Nguyên lý thí nghiệm: Xác định điện áp khởi đầu (PDIV) và dập tắt (PDEV) của PD bằng cách đặt một điện áp vào cáp cần thí nghiệm, giá trị điện áp nhỏ hơn giá trị ngƣỡng có thể gây PD và tăng dần điện áp đó chỉ đến khi có phóng điện vƣợt quá một cƣờng độ qui định thiết bị đo nhận đƣợc, tuy nhiên giá trị điện áp không đƣợc quá giá trị thí nghiệm đƣa ra trong các bảng (3.4, 3.5). Điện áp thí nghiệm tƣơng
ứng với độ lớn cƣờng độ PD đo đƣợc là PDIV của PD. Sau đó điện áp đƣợc tăng tiếp thêm 10% và giảm điện áp xuống đến giá trị mà cƣờng độ PD nhỏ hơn cƣờng độ qui định mà thiết bị không nhận đƣợc. Điện áp tƣơng ứng với giá trị phóng điện đó là PDEV của PD. Nếu PDIV = U0, trong trƣờng hợp này cáp đã xuất hiện PD ở ngay điện áp vận hành bình thƣờng, thể hiện đã có khuyết tật xảy ra cần có biện pháp khắc phục.
Đánh giá kết quả: Hệ thống cáp tốt nếu cƣờng độ PD thấp và xu hƣớng không tăng trong thời gian thí nghiệm. Cáp tốt nếu mức PDIV cao hơn 2×Uo và ngƣợc lại có thể hệ thống cáp xấu có PDIV thấp. Xác định vị trí PD sử dụng phƣơng pháp tần số chủ đạo hay thời gian chủ đạo.
3.1.2.4.Thí nghiệm tổn hao điện môi tần số 50Hz
a. Sơ đồ thí nghiệm