Có r t nhi u gi iăphápăđ ng năng a s c cáp b c 24kV, tuy nhiên vi c phân tích sâu mơ ph ng các q trình c a các b că24kVăthìăch aăđ c th c hi n. Lu năv nă nƠyăemăđiăsơuăvƠoăphơnătích,ămơăph ngăđi nătr ng, q trình nhi t c a các b c 24kV, c th là phơnătíchăđi nătr ng khi cáp b khuy t t t l p v bên ngoài; và nhăh ng c a y u t bên ngồi (t căđ gió) lên nhi tăđ c a dây d n.
6.1.3ăCácătr ng h păđ t cáp b căth ng g p
Trong th c t đưăcóănhi u s c đ t cáp, r t nguy hi m.ăCóăđi m t đ t dây v trí cách s đ dơyă40cm;ăcóăđi măđ t cáp ngayăđ nh s đ kèm theo v s ;ăcóăđi m
đ t gi a 2 kho ng c t.
1.ăTr ng h p t đ t cáp t iăđi m cách s đ 40cm:
Khiăcóădịngăđi n ch y qua, xung quanh cáp s xu t hi n m tăđi nătr ng m nh.
óăg i là hi u ng lân c n. T i v trí cách s đ dây 40cm trên cáp bu căđ nh hình, s xu t hi năđi n th có tr s nh h năđi n th trên dây pha và hình thành m t t đi n
dây d năđóngăvaiătrịălƠăđi nămơi”.ăCáchăs đ 40cmălƠăđi m thít ch t nh t c a dây bu căđnh hình vào dây d n, do tác d ng c aăgióăm aăvƠăánhăsángăm t tr iădơyăđ nh hình b co dãn liên t c gây ra tr yăs c, n t v cáchăđi n,ăn căm aăng m vào t o ra
dòngăđi n phân. Do dây d năđi n làm b ng nhôm, nên t iăđi măphóngădịngăđi n phân, dây nhơm liên t c b cháy, d năđ năđ t lìa. Trên b m t c t ngang dây d n s xu t hi n m t l p b t nhôm m ng b cháy, v cáchăđi n b cháy sùi lên.
2.ăTr ng h păđ t dây ngay t iăđnh s :
Tr ng h păđ t dây t iăđ nh s có th doăcáchăđi n c a s b h ngă(phóngăđi n xuyên ty s ),ăđ ng th iăcáchăđi n c a dây d năc ngăh ng d năđ n s c n v s và
đ tădơy.ăTrongătr ng h p này, m t c t ngang c a dây nhôm không b ng ph ng, v
cáchăđi n b cháy lan r ng. Ít khi x yăraătr ng h păphóngăđi năđ t dây trên s do
dòngăđi năphơnănh ătr ng h p (1).
3.ăTr ng h păđ t dây gi a 2 kho ng c t.
Khi c i t o, thay dây tr n b ng dây cáp b căcáchăđi n, kho ng cách c t v năđ c gi nguyên.ăDơyăđ c b căcáchăđi năth ng là dây cáp nhôm, kh n ngăchu l c kéo
kémăh nădơyătr n. S c đ t dây cáp b c có th x y ra do s c mang t i và s c ch u l căc ălỦăc a dây cáp kém.
6.2 Mô ph ng bài toán
Xét h th ng cáp 22kV th c t đ ng dây l ra 22kV dài 3.700m, v i m i cáp
cóăđ ng kính là 34,04mm và đ c l p đ t trên không s d ng xà cân 2m k t h p s
cáchăđi năpolymeră24kVăđ đ dây, kho ng cách gi a các pha là 1m. H th ng cáp 3x185mm2 đ c l păđ t trên tr BTLT 12m, kho ng cách t dây d n so v i m tăđ t là 10 m, t năhaoăđ c sinh ra m i pha là 10.076 W/m.
B ng 6.1:Thông s k ăthu t h th ng cáp
Thông s k ăthu t cáp b c nhôm lõi thép AsXV 185mm2 ng kính dây d n
34.04(mm)
37/2,52
Chi uădƠyăcáchăđi n 5.5(mm)
Chi u dày v b o v 2 (mm)
Nhi tăđ môiătr ng 32ă
Nhi tăđ t iăđaătrênădơyăd n 90ă
T ng t n hao trên m i pha 10.076 W/m
Các thông s nƠyăđ c th c hi n trong su t q trình mơ ph ng,ăđ c u hình và mơ hình cáp này b ngăch ngătrìnhăCOεSOδănh ăsau:
Bán kính ru t d n = 27,4 mm.
Ru t d n +ăcáchăđi n XLPE = 32,04 mm.
Ru t d n + màn ch n ru t d n+ăcáchăđi n XLPE + V b c PVC = 34,04 mm.
B ng 6.2: kh n ngăchoăphépăt ngăđ i c a v t li uăđ c s d ng cho Cáp XLPE 18/30 kV Cáp XLPE 18/30 kV
Materal Relative permittivity ( )
Alunium 1
XLPE 2.5
Semiconducting material 2.25
Hình 6.3: C u t o cáp nhơm lõi thép AsXV
tínhătốnătr ng nhi t cho h th ng cáp ta s d ng các thông s chi u dài và chi u r ng l năl t là 20m và 10m. và ch xét mô ph ng trên cáp 01 pha (do nh
Hình 6.4: Mơ ph ng nhi tăđ trong cáp b c 24kV ACXV-185mm2
D a vào k t qu mơ ph ng trên COMSOL ta có k t qu phân b nhi tăđ trên
cápăkhiăthayăđ i t oăl i t bìnhăth ngăđ n c c k m n, nhìn chung k t qu nhi tăđ trênăcápăkhôngăthayăđ iăđángăk khiăthayăđ i t oăl i (mesh).
B ng 6.3: K t qu nhi tăđ mô ph ng h th ng cáp b că24kVăđiătrênăkhông
Mesh Nhi tăđ trên cáp (oC)
Normal 45,435
Fine 45,435
Finer 45,436
Extra Fine 45,436
C ngăd a vào k t qu mơ ph ng trên COMSOL, ta tínhătốnăđ căđi nătr ng phân b trên dây d nă(tr ng h p dây d n kh e m nh).
(a)
(b)
Hình 6.5: (a) Phân b đi n th ; (b) phân b đi nătr ng c a cáp b c AsXV khi v năhƠnhăbìnhăth ng.
B ng 6.4: Giá tr đi nătr ng l n nh t và nh nh t khi cáp kh e m nh
i nătr ng Emax Emin
E(kV/mm) 5,26 4,6138
6.2.1 nhăh ng c a t căđ gió lên nhi tăđ
tính tốn nhăh ng c a nhi tăđ lên dây d n ta xét tr ng h p các y u t
môiătr ngănh ăsau:ăh s d n nhi t c a không khí k = 0,0283 W/(K.m); m tăđ khơngăkhíă ă=ă1,076kg/m3;ăcơngăsu t t a nhi t c aăkhơngăkhíăC ă=ă1,005ăkJ/(kg.k);ă
h s đ iăl uăhă=ă14ă(W/m2.K);ăđ t ngănhi tăđ b iăJouleăPjă=49ăW/m;ăđ t ng nhi t do b c x m t tr i Ps =15,12 W/m; h s b c x 0,5; v n t c gió 0,5m/s.
Hình 6.6: Nhi tăđ cáp khi t căđ gió 0 m/s và các y u t mơiătr ng bên ngồi
ti p t c xét s nhăh ng c a t căđ gió lên nhi tăđ c a dây d n, ta l n
l tăthayăđ i t căđ gió t 0.5m/săđ n 10m/s, ta có k t qu b ng sau:
T căđ gió 0 0,5 1 2 3 4
Nhi tăđ dây
d n 92,265 88,009 80,144 67,794 60,441 55,777
T căđ gió 5 6 7 8 9 10
Nhi tăđ dây
d n 52,579 50,250 48,479 47,085 45,959 45,029
Hình 6.8:Nhi tăđ cáp khi t căđ gió 10m/s
ki m ch ng k t qu mô ph ng t COMSOL, ta xét 01 thí nghi m t [6]
Trong giàn th nghi măđ ng h m gió, t căđ gió đ c ki m sốt có th đ c cung c p vng góc v i tr c c a dây d n, nh ătrongăhìnhă6.9. Dây d nătrongăđ ng h m gió b c tăđiă1,5ămădoăkhôngăgianăh n ch ,ătrongăkhiăcácăc ăs khác v n còn
t ngăt nh ăđ i v i th nghi măkhơngăkhíăt nh.ăBaăc p nhi tăđi năđ c g n vào dây d n,ătrongăđóăhaiăc păđ c g n trên b m tătheoăh ng gió và rãnh, và m t c păđ c l p vào lõi. M tămáyăđoăviămôăFC0510ăđưăđ c hi u chu năđ c s d ngăđ đoăt c
đ gió.
B ng 6.6: Thơng s dây d n trong mơ hình th nghi m [6]
Code Name: Lynx Nominal Al Area: 175 mm² Stranding and
Wire Diameter (mm)
Cross Sectional Area (mm²) Overall Diameter (mm) Calculated DC Resistance ată20ă˚Că
Al Steel Al Steel Total (Ω/km)ă
30/2.79 7/2.79 183.4 42.80 226.2 19.53 0.1567
Hình 6.10 cho th y nhi tăđ lõi dây d n, m t ph ng vƠăh ng gió c a dây d n tr ng thái năđ nhătrongăcácăđi u ki năgióăkhácănhau.ăXuăh ng t ng th v nhi t
đ phù h p v i nh n xét r ng s c i thi n trong vi c làm mát dây d năcóăỦăngh aăh nă
nhi u t căđ gió th păh n,ătrongăkhiăs gi m nhi tăđ cân b ng tr nênăkhôngăđángă
k khi t căđ gióăt ngăt 5 m/s lên 15 m/s .
Hình 6.10: Nhi tăđ dây d n v i t căđ gió khác nhau [6]
Nh n xét: T k t qu tính tốn B ng 6.5 ta nh n th y s nh h ng c a t căđ gió lên nhi tăđ dây d n. T căđ gió càng cao thì nhi tăđ càng gi m và năđ nh khi t c
đ gió t 5m/săđ n 10m/s, k t qu mô ph ng cho k t qu t ngăđ i tin c y so v i mô hình thí nghi m [6].
6.2.3 nhăh ng cáp b khuy t t t lênăđi nătr ng
Mơ hình mơ ph ng c a cáp b căthépăcáchăđi năXδPEănƠyăđưăđ c thi t k v i v t li uăt ngă ng và các thông s t ngă ng c a chúng, B ng 6.2 cho th y kh n ngă choăphépăt ngăđ i c a v t li u cáp. L p v PVCăbênăngoƠiăđ c b qua trong mơ ph ngăvìăđi n th b ngă0Vănh ălƠăm tăđi u ki n biên.
Ch ngătrìnhăCOεSOδăs gi i quy t mơ hình s c aăđi n áp và s phân b
đi nătr ng trên các l păcápăđ c xây d ng b ngăph ngăphápăph n t h u h n
(FEε),ătrongăđóămơăhìnhăđ c thi t k đ c bi năđ i thành m tăl i g m nhi u ph n t . Các giá tr đi năápăvƠăđi nătr ngăđ c tính tốn t i m iăđi mătrongămơăhình.ă
c i thi năđ chính xác c a k t qu gi iăpháp,ămơăhìnhăđ c chia b ng cách s d ng
mơăhìnhăl i mnăh năcóăch a nhi uănútăl iăh n,ănh ăv iămơăhìnhăcápăbìnhăth ng và v i mơ hình cáp có kho ng tr ng khơng khí theo l năl t là 0,25mm; 0,5mm và 1mmăbênătrongăcáchăđi n XLPE. Cu iăcùng,ăcácămơăhìnhăcápăđangănghiênăc uăđ c th c hi n trong ph n m m v tălỦăCOεSOδăđ thu đ c phân b đi n th và phân b
đi nătr ng trên mơ hình này b ng cách s d ngăcácăph ngătrìnhătốn [5]:
( ) V 0 t
Trongăđóă ălƠăđ d n c a v t li u,ă ălƠăđ cho phép c a v t li u và V là th đi n.
nhăh ng c a s t n t i c a t p ch t / khuy t t t bên trong cáp XLPE 24 kV
đưăđ c nghiên c u b ng cách mơ ph ng và mơ hình hóa lo i cáp này trongătr ng h păcápăbìnhăth ng khơng có khuy t t t, ta nghiên c uăđi n th và s phân b đi n
tr ng;ăvƠăcácătr ng h p cáp b khuy t t t v i bán kính và hình d ng khác nhau đ
nghiên c u nhăh ng c a nó đ i v iăhƠnhăviăphóngăđi n m t ph n bên trong cáp này. Các k t qu mơ ph ngănh ăsau:
Mơ hình mơ ph ng c aăcápăđ c th c hi năđ i v iăcápăbìnhăth ng (khơng có khuy t t t)ăđ hi n th đi n th và s phân b đi nătr ng trên các l p khác nhau c a các thành ph n cáp tr ng h păbìnhăth ng nh ătrongăHìnhă6.11-a và Hình 6.11-b. T các s li uănƠy,ăl uăỦăr ngăđi n th vƠăđi nătr ngăđ c phân b bìnhăth ng trên các l p cáp khác nhau v i giá tr l n nh t x y ra g n v i ru t d năkhôngăv t quá
c ngăđ đánhăth ng c aăcáchăđi n cáp.
(a)
(b)
Hình 6.11: (a) Phân b đi n th ; (b) phân b đi nătr ng khi cáp b khuy t t t v i d ng hình trịn r=0.5mm ti p xúc v i màn ch n ru t d n
(a)
(b)
Hình 6.12: (a) Phân b đi n th ; (b) phân b đi nătr ng khi cáp b khuy t t t v i d ng hình trịn r=0.5mm gi a l p XLPE.
(a)
(b)
Hình 6.13: (a) phân b đi n th ; (b) phân b đi nătr ng khi cáp b khuy t t t v i d ng hình trịn r=0.5mm ti p xúc v i l p PVC ngoài.
T ngăt nh ătrênătaăxétăl năl t cáp b khuy t t t d ng tròn v i r=0,25mm và r=1mm, t đóătínhătốnăđ c giá tr c ngăđ đi nătr ng l n nh t và nh nh t trên cáp, ta có k t qu theo b ng sau:
B ng 6.7: Giá tr l n nh t c aăc ngăđ đi nătr ng bên trong cáp có v trí khuy t t t l năl t là r = 0,25 mm, r = 0,5mm và r = 1mm.
V ă tríă cápă khuy tăt t
Ti pă giápă v iămàn
ch năru tăd n
Trungătơmăl păcáchă đi năXLPE
Ti păgiápăl păv ăb că
PVC bên ngoài
E
(kV/mm) Emax Emin Emax Emin Emax Emin
r =0.25mm 7,4966 4,0297 7,0918 4,1688 6,0626 1,8557
r =0.5mm 6,6587 3,8934 6,9918 3,8303 6,1278 0,3178
r =01mm 6,3211 3,7981 6,7281 3,4659 6,0345 0,8823
D a vào k t qu mô ph ng trên, ta nh n th y khi cáp b khuy t t t thì cho giá tr đi nătr ng l năh năcápăkh e m nh (Emax=5,26kV/mm).
xétăđ năđ tin c y, t k t qu mô ph ng trên ta so sánh v i k t qu mô ph ng theo [5]
B ng 6.9: K t qu mô ph ng t bƠiăbáoăđưăđ c công b [5]
Nh n xét:
T nh ng s li u này [5], ta th y r ng giá tr c căđ i c aăc ngăđ đi nătr ng xu t hi n khi cáp b khuy t t t có v trí ti p xúc v i ru t d n bên trong và gi m khi v
tríăđó ti p giáp v i v b c bên ngoài. K t qu c a bài mô ph ng t b ng 6.7 t ngă đ i tin c y vì nó có chi uăh ng t l theo [5].
nghiên c u nhăh ng c a vi căthayăđ iăkíchăth c v trí c a cáp b khuy t t t d ng trịn, ta xét l năl t bán kính khác nhau là 0,25 mm; 0,5mm và 1 mm (m t n a và hai l n). B ng 6.4 cho th y các giá tr l n nh t và nh nh t c aăc ngăđ đi n
tr ng bên trong cáp. T b ng này, nh n th y r ng giá tr c căđ i c aăc ngăđ đi n
tr ng xu t hi n bên trong v trí có bán kính = 0,25 mm khi nó ti p giáp v i màn ch n ru t d n bên trong và nó gi m nh khiăt ngăbánăkínhăc a v trí khuy t t t.ăNh ngă phóngăđi n c c b s x y ra trên m t không gian l n bên trong v t li u cách nhi t.
Doăđó,ătr ng h p nghiêm tr ng nh t là v trí có r = 1mm khi nó ti p giáp v i b m t bán d n bên trong, vì chi uădƠyăcáchăđi n nh , v trí khuy t t t có di n tích b m t l n cung c p m t s l ng l năcácăđi n t t do s thuăđ căn ngăl ng t c ngăđ đi nătr ng cao bên trong đ đ gơyăraăphóngăđi n l p l i gây suy gi măcáchăđi n bên trong v trí khuy t t t và d năđ n s c t ng sau m t th i gian r t ng n.
Trong quá trình v n hành h th ngăđi n, các dây cáp có th b quá áp t m th i. Vì v y,ătaăxétăđi nătr ngătrongăđi u ki n v năhƠnhăbìnhăth ng ( đi n áp v n hành
bìnhăth ng là U0=22ăkV)ămƠăcịnăđ c th c hi nătrongăđi u ki năquáăđi n áp t m th i.ă nghiên c u nhăh ng c aăquáăđi n áp t m th i lên cáp b khuy t t t, xét mơ hình mơ ph ng c aăcápăđ c th c hi năđ i v i cáp có hình d ng là hình elip có kích
th c a = 2.2 mm, b = 0.2 mm và cáp này là chuăquáăđi n áp 1,36 U0 (30 kV), Ta có k t qu mơ ph ng sau:
(a)
Hình 6.14: (a) Phân b đi n th ; (b) phân b đi nătr ng khi cáp b khuy t t t v i d ng hình elip ti p xúc v i màn ch n ru t d n (v iăđi n áp 22kV)
(a)
(b)
Hình 6.15:a) Phân b đi n th ; (b) phân b đi nătr ng khi cáp b khuy t t t v i d ng hình elip ti p xúc v i màn ch n ru t d n (v iăđi n áp 30kV).
Ta xét ti p t că2ătr ng h p v trí khuy t t t trong cáp trung tâm l păcáchăđi n XLPE và ti p giáp v b c PVC bên ngoài ng v iătr ng h păđi n áp U0 l năl t là 22kV và 30kV.
B ng 6.10: Giá tr l n nh t c aăc ngăđ đi nătr ng bên trong cáp có v trí khuy t t t d ng elip v iătr ng h păđi n áp l năl t là 22kV và 30kV. khuy t t t d ng elip v iătr ng h păđi n áp l năl t là 22kV và 30kV.
V ă tríă cápă
khuy tăt t i năáp
Ti pă giápă v iă mƠnă ch năru tăd n
Trungă tơmă l pă cáchă đi năXLPE
Ti păgiápăl păv ăb că
PVC bên ngoài
E (kV/mm) Emax Emin Emax Emin Emax Emin
D ngă elipă (a=2.2mm; b=0.2mm)
22kV 7,539 1,146 8,62 2,796 7,186 3,0921
30kV 10,28 1,563 11,75 3,812 9,799 4,216
Nh n xét: B ng 6.10 cho th y các giá tr l n nh t và nh nh t c aăc ngăđ đi nătr ng bên trong cáp mơ ph ng có hình d ng elip vƠăđi n áp khác nhau, làm vi c
bìnhăth ng (Uo = 22 kV) và làm vi c khơngăbìnhăth ng;ăqăđi n áp t m th i (1,36 Uo = 30 kV). T các s li u và b ng này, có th nh n th y r ng vi căt ngăđi n áp lên 30 kV s lƠmăt ngăđi nătr ngăđ n giá tr r t l n bên trong v trí cáp khuy t t t gây ra t căđ phóngăđi n c c b r t cao, có th d năđ năđánhăth ng nhanh; gi m tu i th c a cáp.
6.3ăH ng áp d ng th c t c aăđ tài
Ph n l n các s c v cáp b că24kVă(đ t dây, phóng s ) nguyên nhân ch y u