a. Sơ đồ thí nghiệm
Đo tổn hao điện môi (DF) và điện dung cáp ở tần số công nghiệp thƣờng sử dụng phƣơng pháp cầu. Tại hiện trƣờng thƣờng đo DF và điện dung của cáp với điện áp đặt vào đo DF theo quy định của từng loại cáp. Thƣờng điện áp thí nghiệm từ (2†10) kV nhƣng không vƣợt quá U0.
1: Nguồn cao áp xoay chiều 2: Điện dung mẫu 3: Mạch bù 4: Cáp đƣợc thí nghiệm 5: Cầu đo
Hình 3.4. Sơ đồ đo tổn hao điện môi (tgδ)
Nối đầu cao áp từ thiết bị thí nghiệm tới cáp, còn đầu điện áp thấp nối đất trong sơ đồ đo sử dụng GST (sơ đồ nghịch). Sử dụng sơ đồ đo UST (sơ đồ thuận) khi đo cho cáp nhiều ruột dẫn khác nhau thì đầu điện áp cao sẽ nối tới một ruột dẫn, còn đầu điện áp thấp sẽ đƣợc nối tới các ruột dẫn khác còn lại đã đƣợc nối tắt lại với nhau. Sau đó chuyển sang ruột dẫn khác và đấu nối tƣơng tự.
Thí nghiệm đƣợc thực hiện đo giữa ruột dẫn cáp với màn chắn 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 ba pha có màn chắn riêng biệt cho từng pha sử dụng sơ đồ GST.
Cáp một pha có màn chắn sử dụng sơ đồ GST, nối đầu cao áp của thiết bị thí nghiệm tới ruột dẫn cáp, đầu cáp hạ áp của thiết bị thí nghiệm nối đất.
Đánh giá kết quả: Đối với các loại cáp cách điện khác nhau, phƣơng pháp lắp đặt khác nhau số đo của tgδ thay đổi đáng kể so với các trị số đã nêu trên. Thí nghiệm sẽ cho kết quả tốt nhất khi các số liệu đo đƣợc tƣơng ứng với các số liệu đƣợc cung cấp bởi nhà chế tạo hay đã đƣợc đo trƣớc đó hoặc so sánh với loại cáp cùng chủng loại riêng. Giá trị tổn hao điện môi tham khảo bảng 10.
Bảng 3.5. Giá trị tổn hao và hằng số điện môi của vật liệu cách điện
Kiểu cách điện Hằng số điện môi K tgδ
Tẩm PPP 3,5 0,7×10-3 Giấy tẩm dầu 2,7 2,3×10-3 XLPE 2,3 0,1×10-3 HDPE 2,3 0,1×10-3 EPR 2,8 3,5×10-3 3.1.2.5.Thí nghiệm tần số thấp a. Thí nghiệm phóng điện (PD) bằng tần số thấp (VLF)
Sử dụng VLF thí nghiệm PD cho hệ thống cáp lực có màn chắn bao gồm: cáp, hộp nối cáp, đầu cáp. Là dạng thí nghiệm kiểu 2 có thể phát hiện, đo lƣờng, định vị PD v.v. từ đó đánh giá tình trạng cách điện của hệ thống cáp.
Các bƣớc thí nghiệm cũng nhƣ tiêu chuẩn đánh giá PD giống nhƣ khi thí nghiệm sử dụng điện áp tần số 50Hz. Sơ đồ thí nghiệm hình 3.4.
Thí nghiệm PD thực hiện bằng cách đặt một điện áp AC xen giữa ruột dẫn cáp và vỏ màn chắn kim loại của cáp. Sử dụng một Oscilloscope hoặc máy chẩn đoán tín hiệu số có thể nhận đƣợc tín hiệu ở mức nhỏ cỡ microVolt hay microAmpere đƣợc phát ra tại điểm xảy ra phóng điện cục bộ trong cách điện cáp và tạo ra sóng truyền về thiết bị thu nhận chẩn đoán.
Đo PD đặt điện áp từ Uo đến 2×Uo vào cáp đƣợc thí nghiệm với thời gian nhỏ hơn 10 phút, sau khi khởi đầu phóng điện cục bộ (PDIV). Mọi phóng điện PD xảy ra trong thời gian thí nghiệm máy tính đều ghi lại. Máy tính lập bản đồ PD cung cấp độ lớn, phạm vi PD, v.v. theo dọc chiều dài của cáp, đồng thời cung cấp thông tin mức độ cũng nhƣ khu vực vị trí khuyết tật nếu có.
1: Thiết bị đo PD 2: Máy phát xung chuẩn 3: Cáp đƣợc thí nghiệm 4: Tín hiệu đến 5: Tín hiệu phản hồi
Hình 3.5. Sử dụng tần số thấp (VLF) đo phóng điện (PD)
b.Thí nghiệm đo tổn hao điện môi (tgδ) bằng VLF
Đo tổn hao điện môi (DF) sử dụng VLF thƣờng đo ở dải tần số 0,1Hz. Sử dụng một thiết bị đo VLF, điện áp thí nghiệm đƣợc đặt vào các đầu cáp và toàn bộ thông số đo DF đƣợc gửi về bộ phận điều khiển và chẩn đoán, thiết bị sẽ chẩn đoán đƣa ra số đo tổn hao điện môi tgδ. Thông thƣờng, điện áp thí nghiệm đặt vào cáp và đƣợc tăng từng bƣớc. Phép đo đầu tiên tại điện áp Uo (điện áp pha so với đất), nếu giá trị tgδ chỉ ra cách điện cáp tốt điện áp thí nghiệm đƣợc nâng lên đến 2×Uo.
1: Khối điều khiển VLF 2: Khối tạo cao áp VLF 3: Khối đo lƣờng 4: Cáp đƣợc thí nghiệm 5: Thiết bị phân tích DF
Hình 3.6: Sử dụng tần số thấp(VLF) đo tổn hao điện môi (tgδ)
Đánh giá kết quả thí nghiệm: Góc tổn hao điện môi tăng theo so với điện áp, chỉ ra một thành phần dòng qua điện trở lớn trong cách điện. Các kết quả đo đƣợc so sánh với tiêu chuẩn kỹ thuật chung hoặc so với số liệu cung cấp bởi nhà chế tạo hay so với số liệu đo đƣợc trƣớc đó. Nếu không có thể so với số liệu cáp khác cùng
chủng loại đã thí nghiệm để xác định cáp đã cần thay thế ngay hay có thể chờ đợi thêm một thời gian. Các kết quả thí nghiệm có thể đƣợc sử dụng nhƣ là một chuẩn so sánh thí nghiệm lần sau.
Trị số tổn hao tgδ đƣợc đo tại giá trị điện áp và điện áp và xác định hệ số độ lệch của tgδ là ( ) theo bảng 3.6. Qua thực nghiệm khi đo .
- Nếu giá trị cáp đã nhiễm ẩm (có cây nƣớc), cáp có thể đƣa trở lại vận hành, nhƣng phải sử dụng VLF thí nghiệm thêm điện áp 3Uo để nhận biết hƣ hỏng lớn, loại trừ, sửa chữa càng sớm càng tốt.
- Nếu giá trị , tình trạng chung của cách điện cáp tốt. Tuy nhiên trong cách điện cáp có thể vẫn có những khiếm khuyết nhỏ và cáp có thể vận hành một thời gian. Lƣu ý cần kiểm tra thƣờng xuyên tổn hao điện môi tgδ, nếu có hiện tƣợng suy giảm hơn nữa thì phải có hành động khắc phục.
Nếu có hiện tƣợng tăng mạnh DF cùng tăng điện áp thí nghiệm, không cần tăng điện áp thí nghiệm lên do đã xuất hiện khởi đầu của cây điện trong cách điện.
Đo ở giá trị cáp đã nhiễm ẩm (có cây nƣớc), điện áp thí nghiệm yêu cầu không đƣợc tăng vƣợt quá Uo nhằm ngăn ngừa phóng điện trong cách điện cáp và có kế hoạch thay thế sửa chữa ngay.
Đo ở giá trị , tiến hành thêm thí nghiệm (kiểu 1) bằng VLF với giá trị trong thời gian 60 phút. Khi cáp đã qua đƣợc bƣớc thí nghiệm này có thể đƣa trở lại vận hành mà không có độ dự phòng.
Do tổn hao điện môi phụ thuộc vào nhiệt độ, do vậy giá trị đo của tgδ thƣờng đƣợc quy đổi về nhiệt độ t = 20 C.
[ ]
Trong đó:
: giá trị đo 20°C;
tgδ: giá trị đo ở nhiệt độ thực tế; t : nhiệt độ đo thực tế.
Bảng 3.6. Tiêu chuẩn giá trị độ lệch cho phép tgδ
Đánh giá
<1,2×10-3 <0,6×10-3 Tốt
≥1,2×10-3 ≥0,6×10-3 Có dấu hiệu già hóa
≥2,2×10-3 ≥1,0×10-3 Cách điện xuống cấp
c. Thí nghiệm chịu đựng điện áp cao (kiểu 1) bằng VLF
Thiết bị thí nghiệm VLF phát ra điện áp AC có dạng sóng sin. Điện áp thí nghiệm tham khảo theo bảng 3.8 cũng nhƣ tài liệu hƣớng dẫn của nhà cung cấp.
1: Khối VLF 2: Đầu nối tới cáp đƣợc thí nghiệm 3: Tín hiệu cao áp trở về 4: Cáp đƣợc thí nghiệm 5: Cáp không đƣợc thí nghiệm
Hình 6: Thí nghiệm điện áp cao bằng tần số thấp (VLF) Bảng 3.7. Giá trị điện áp thí nghiệm điện áp cao tần số thấp (VLF)
Điện áp danh
định-kV Điện áp pha – đất (nghiệm thu)-kV Điện áp pha–đất (định kỳ)-kV Ghi chú Hiệu dụng Hiệu dụng hoặc (đỉnh) Hiệu dụng hoặc (đỉnh)
5 10(14) 7(10)
8 13(18) 10(14)
15 20(28) 16(22)
25 31(44) 23(33)
35 44 (62) 33(47)
Đánh giá kết quả thí nghiệm: Nếu trong thời gian duy trì điện áp, cáp không bị phóng điện là tốt và có thể đƣa trở lại vận hành. Nếu có hƣ hỏng, điện áp thí nghiệm sẽ sụt giảm đồng thời bảo vệ thiết bị cắt mạch, nếu có hƣ hỏng cần xác định điểm hƣ hỏng của cáp.
3.2.KỸ THUẬT CHUẨN ĐOÁN VÀ XÁC ĐỊNH ĐIỂM SỰ CỐ CÁP NGẦM TRUNG THẾ TRUNG THẾ
3.2.1.Đặt vấn đề
Sự cần thiết đối với xác định điểm sự cố đó là việc tiếp cận đúng cách, điều này có thể nói là phải cẩn thận và hợp lý trong quá trình dò tìm. Thứ tự để thực hiện dò tìm sự cố đối với cáp điện ngầm gồm:
- Chẩn đoán
- Khoanh vùng trƣớc vị trí (xử lý ngay hƣ hỏng nếu thấy cần thiết) - Định vị
- Sửa chữa
- Lƣu giữ thông tin
Ở một vài trƣờng hợp không thể thực hiện hoặc khó khăn thực sự để thực hiện tất cả các bƣớc ở trên hoặc trong công việc tiến hành bảo dƣỡng thƣờng xuyên; Chẳng hạn nhƣ phƣơng pháp khoanh vùng trƣớc vị trí hoặc định vị với từng phƣơng pháp này có thể cho một kết quả (hoặc không thể).Ở một vài vị trí
nhạy cảm mà thiết bị không thể sử dụng đƣợc v.vTuy nhiên, những trƣờng hợp
ngoại lệ đấy sẽ đƣợc đề cập và vận dụng linh hoạt ở các phần sau đây.
3.2.2.Các phƣơng pháp chuẩn đoán xác định sơ bộ vị trí
Các bƣớc thực hiện sơ bộ khi phát hiện hƣ hỏng của đƣờng cáp
- Nắm bắt thông tin và xác định các tình trạng của đƣờng cáp: cấu tạo của cáp, chiều dài, thời gian làm việc, thông tin từ các khách hàng, hƣ hỏng xảy ra nhƣ thế nào, quá trình hoạt động bảo vệ, một vài thử nghiệm đã thực hiện, v.v…
- Xác định sự nguyên vẹn của ruột cáp: bằng cách đo điện trở của từng đôi ruột cáp khi các pha ở đầu còn lại đƣợc nối tắt với nhau. Phƣơng pháp này cũng đƣợc kết hợp khi tiến hành xác định đúng hai đầu cáp đó là của cùng một đƣờng cáp. Chỉ nên dùng những thiết bị đo có điện áp nhỏ (vạn năng, đèn dò ...), nếu dùng những thiết bị đo có điện áp lớn nhƣ Mêgôm mét có thể dẫn đến phán đoán sai.
- Đo điện trở cách điện của mỗi pha với vỏ (màn chắn kim loại) và giữa các pha với nhau. Dùng Megôm mét 2500V hoặc 1000V kiểm tra cách điện của từng
pha cáp với đất và với nhau. Nếu trị số cách điện <1MΩ, dùng vạn năng 20.000Ω/V để kiểm tra sơ bộ, xác định mức độ hƣ hỏng của cáp, dạng hƣ hỏng của cáp. Trong một số trƣờng hợp sử dụng Mêgôm mét không phát hiện đƣợc sự suy giảm cách điện thì có thể dùng thiết bị có điện áp một chiều lớn hơn kết hợp đo dòng điện dò, song cần chú ý an toàn cho thiết bị.
Phƣơng pháp thử nghiệm mạch vòng Murray ngày nay vẫn còn sử dụng hiệu quả, chúng đã đƣợc dùng trong nhiều năm trƣớc đây và thƣờng sử dụng với các sự cố mang điện trở vừa và cao khi không thể sử dụng đến các phƣơng pháp quá độ và phản xạ trong miền thời gian (TDR - Time domain reflectometry). Các cầu điện trở chỉ có thể ứng dụng cho chỗ sự cố tiếp xúc, hiện tại phép đo đƣợc hình thành bởi phép cân bằng 2 nhánh điện trở bên trong với hai nhánh điện trở bên ngoài đƣợc thể hiện bởi chiều dài của đoạn cáp tới chỗ hỏng (hình 3.7).
a) Sự cố ngắn mạch pha – đất b) Sự cố ngắn mạch pha - pha Hình 3.7: Thử nghiệm với mạch vòngMurray
Cân bằng tỷ số với nhánh điện trở bên trong và nhánh điện trở bên ngoài bên ngoài ta có hệ phƣơng trình sau:
Từ hệ trên ta có
Trong đó L là chiều dài của tuyến cáp.
chiều dài dọc theo các lõi cáp. Hai hệ số ảnh hƣởng đến độ nhạy của cầu đo là: - Độ nhạy của đồng hồ đo, nhƣ mức chia thang điện áp nhỏ đến mức nào . - Dòng điện hiện hữu chạy qua điểm sự cố.
3.2.3.Các phƣơng pháp chuẩn đoán xác định vị trí sự cố 3.2.3.1.Tổng quan 3.2.3.1.Tổng quan
Phƣơng pháp chuẩn đoán xác định vị trí sự cố đƣợc biết với 2 phƣơng pháp chính là: Phƣơng pháp cảm ứng điện từ và phƣơng pháp âm tần.
Những dấu hiệu có thể ghi chép đƣợc tại vị trí xảy ra sự cố: Thay đổi điện áp, thay đổi cực tính, thay đổi dòng điện, sự giảm nhẹ của điện trƣờng, phát ra âm thanh/ siêu âm thanh, tăng nhiệt độ, những thay đổi về hoá học, những thay đổi về khứu giác, những thay đổi về thị giác, phóng điện cục bộ, phát ra các tín hiệu điện từ, dịch chuyển về mặt vật lý.
Khoanh vùng sự cố đã là một khó khăn do đó việc định vị đúng vị trí của nó càng phải đƣợc xem xét và nghiên cứu cẩn thận. Định vị đƣợc bao quát với các phƣơng pháp sau: điện từ, âm tần, hố thế năng, từ trƣờng …
Ngoài ra còn có một số phƣơng pháp khác nhƣ dùng nhiệt, phóng điện cục bộ…Trong phạm vi đề tài này mong muốn đƣợc đề cập đến các phƣơng pháp phổ biến để có thể dò tìm sự cố hiệu quả nhất.
3.2.3.2.Phƣơng pháp cảm ứng điện từ
Phƣơng pháp cảm ứng điện từ bao gồm sự kiểm tra dọc các điểm của cáp với các tín hiệu điện từ trực tiếp sinh ra bởi dòng điện do xung điện áp. Thiết bị bao gồm một cuộn dây cảm biến nuôi một bộ tiếp nhận để tạo ra sự phân cực từ đó cung cấp biên độ và hƣớng của tín hiệu. Các cuộn dây cảm biến này sẽ đƣợc đánh dấu giống nhau do đó chúng chỉ ra nguồn phát và chắc chắn rằng hƣớng thông tin là đúng.
Trong phƣơng pháp này cuộn dây cảm biến cần đặt trực tiếp trên tuyến cáp, từ đó ngƣời vận hành có thể nhận biết đƣợc dòng điện chạy trong hệ thống cáp đó
Một điều hết sức quan trọng với các điều kiện và giới hạn liên quan đến việc sử dụng phƣơng pháp, đó là sự tiếp giáp với các hệ thống ống luồn cáp, bởi vì cuộn dây
cảm biến cần đƣợc đặt trực tiếp trên tuyến cáp và ngƣời vận hành có thể đoán biết đƣợc dòng điện chạy riêng biệt trong hệ thống cáp đang làm.
Hình 3.8a cho biết vị trí lõi đồng trục đặt nằm chính xác tâm của lớp vỏ bên ngoài.Dòng điện chạy trong lõi cho biết cực tính dƣơng mang lại từ trƣờng đồng tâm quanh lõi và dòng điện trở về ở vỏ bọc.Đối với cực tính âm cũng sinh ra từ trƣờng đồng tâm trong lõi cáp.Hình 3.8 b cho biết nơi dòng điện chạy trong mỗi lõi của cáp ba lõi, với các lõi xoắn bên trong vỏ.
a)Cáp một lõi b) Cáp ba lõi Hình 3.8. Dòng điện đi và về trong cáp
Hình 3.9 thể hiện vị trí thƣờng tìm thấy trong thực tế, với cáp nhiều lõi chạy trong ống bảo vệ. Giả thiết trên tuyến cáp từ A đến B có các hố ga từ H1 đến H6, tại các hố đó lắp đặt các hộp nối cáp và đƣợc tiếp đất vỏ cáp, tại vị trí F xảy ra sự cố cáp ngầm. Dòng điện chạy trong lõi đến vỏ cáp ở F và ở hầu hết các mạng thông thƣờng, dòng điện quay trở lại máy phát xung qua vỏ và những đƣờng dẫn khác tại những chỗ tiếp xúc với đất.
Hình 3.9. Dòng điện ở cáp nhiều lõi chạy trong ống dẫn với các miệng ống
Để lần theo sự cố thì máy phát xung nên đƣợc khởi động và kiểm tra thông số vận hành về khoảng cách phóng điện cho phù hợp với thông số tuyến cáp. Khi một máy phát xung hoạt động thì thiết bị dò tìm nên kèm theo và thiết lập ở các mức
miệng hố gần với điểm đầu A. Điều này rất quan trọng bởi các thiết lập này sẽ đƣợc cố định cho đến khi thử nghiệm kết thúc.
Cuộn dây cảm ứng sau đó nên đƣợc sử dụng cho phía bên ngoài của cáp ở miệng cống dọc theo tuyến cáp. Ở các miệng cống phía trƣớc sự cố nhƣ ở điểm H2, cần phải xác định tín hiệu cực tính dƣơng với giá trị là lớn nhất bởi tác động không đồng tâm của cáp. Sự biến đổi của tín hiệu quanh vỏ cáp cho biết hỏng về cáp vẫn còn xa dọc theo tuyến cáp do vậy vẫn còn dòng điện đi và về ở trong cáp. Ở những miệng cống sau sự cố, ví dụ nhƣ vị trí H4, các giá trị đọc quanh chu vi của vỏ cáp sẽ là đồng bộ với giá trị dƣơng, mặc dù không có dòng đến trong cuộn dây, trƣờng