-1-
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------PHẠM VĂN NGHĨA
NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐẤU NỐI, LẮP ĐẶT, THÍ NGHIỆM
VÀ VẬN HÀNH CÁP NGẦM TRUNG THẾ Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỆN
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. ĐẶNG QUỐC THỐNG
Hà Nội –Năm 2015
-2-
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Tất cả các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực và chƣa từng
đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
TÁC GIẢ
PHẠM VĂN NGHĨA
-3-
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................ 2
MỤC LỤC ................................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ..................................................................................... 7
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ .................................. 9
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁP ĐIỆN LỰC .................................................. 9
1.1.1. Khái quát về cáp điện lực............................................................................. 9
1.1.2. Phân loại cáp ngầm điện lực ...................................................................... 10
1.1.2.1. Phân loại theo kết cấu cách điện ......................................................... 10
1.1.2.2. Phân loại theo vật liệu chế tạo lõi cáp................................................. 13
1.1.2.3. Phân loại theo nhiệm vụ ...................................................................... 14
1.1.3. Nhận xét ..................................................................................................... 14
1.2. CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA CÁP NGẦM TRUNG THẾ SỬ DỤNG CÁCH
ĐIỆN POLYMER .................................................................................................. 15
1.2.1. Cấu tạo chung của cáp cách điện bằng Polymer ........................................ 15
1.2.2. Lõi dẫn ....................................................................................................... 15
1.2.3. Cách điện.................................................................................................... 15
1.2.4. Màn chắn .................................................................................................... 16
1.2.5. Vỏ bảo vệ ................................................................................................... 17
1.2.6. Vỏ bảo vệ cơ học ....................................................................................... 17
1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP LẮP ĐẶT VÀ QUY ĐỊNH VẬN HÀNH CÁP
NGẦM TRUNG THẾ PHỔ BIẾN ......................................................................... 17
1.3.1. Các phƣơng pháp lắp đặt phổ biến............................................................. 17
1.3.1.1. Lắp đặt cáp trực tiếp trong đất ............................................................ 17
1.3.1.2. Lắp đặt cáp trong không khí ............................................................... 17
1.3.1.3. Lắp đặt cáp trong mƣơng cáp xây bê tông .......................................... 18
1.3.2. Các quy định vận hành phổ biến ................................................................ 18
1.4. ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN TÍCH CÁC SỰ CỐ CÁP NGẦM TRUNG THẾ TẠI
VIỆT NAM. ............................................................................................................ 19
1.4.1. Tình hình phát triển cáp ngầm trung thế tại Việt Nam .............................. 19
1.4.2. Tổng quan về sự cố cáp ngầm trung thế tại Việt Nam .............................. 19
1.5. KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ ........................................................................ 23
CHƢƠNG 2: KỸ THUẬT ĐẤU NỐI, LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH NGẦM
TRUNG THẾ CÁCH ĐIỆN XLPE........................................................................... 24
-4-
2.1. KỸ THUÂT ĐẤU NỐI CÁP NGẦM TRUNG THẾ ..................................... 24
2.1.1. Đặt vấn đề .................................................................................................. 24
2.1.2. Kỹ thuật làm đầu cáp ................................................................................. 24
2.1.2.1. Chức năng, nhiệm vụ của đầu cáp ...................................................... 24
2.1.2.2. Phân loại đầu cáp ................................................................................ 24
2.1.2.3. Nguyên tắc chung của việc làm đầu cáp ............................................. 25
2.1.2.4. Kỹ thuật làm đầu cáp thƣờng .............................................................. 26
2.1.2.5. Kỹ thuật làm đầu cáp Tplug và đầu cáp Elbow .................................. 28
2.1.3. Kỹ thuật làm hộp nối.................................................................................. 29
2.1.3.1. Chức năng, nhiệm vụ của hộp nối....................................................... 29
2.1.3.2. Phân loại hộp nối................................................................................. 30
2.1.3.3. Kỹ thuật làm hộp nối ........................................................................... 30
2.2. KỸ THUẬT LẮP ĐẶT CÁP NGẦM TRUNG THẾ ..................................... 31
2.2.1. Yêu cầu chung ............................................................................................ 31
2.2.2. Lựa chọn loại cáp ....................................................................................... 32
2.2.3. Cấu hình lắp đặt cáp ngầm ......................................................................... 32
2.2.3.1. Cáp bố trí 3 pha theo phƣơng thẳng đứng........................................... 33
2.2.3.2. Cáp bố trí 3 pha theo phƣơng nằm ngang ........................................... 33
2.2.3.3. Cáp bố trí 3 pha theo hình tam giác .................................................... 33
2.2.4. Phƣơng thức lắp đặt cáp ............................................................................. 34
2.2.4.1. Lắp đặt cáp ngầm trực tiếp trong đất .................................................. 34
2.2.4.2. Lắp đặt cáp ngầm trong ống (khối cáp, máng cáp). ............................ 37
2.2.4.3. Lắp đặt cáp ngầm trong công trình cáp ............................................... 38
2.3. ẢNH HƢỞNG CỦA CỦA KỸ THUẬT LẮP ĐẶT ĐẾN QUÁ TRÌNH VẬN
HÀNH CỦA HỆ THỐNG CÁP NGẦM TRUNG THẾ ........................................ 40
2.3.1. Ảnh hƣởng của kỹ thuật làm đầu cáp và hộp nối ...................................... 40
2.3.2. Ảnh hƣởng của phƣơng pháp tiếp địa vỏ cáp ............................................ 41
2.3.3. Ảnh hƣởng của cấu hình lắp đặt cáp .......................................................... 42
2.3.3.1. Phƣơng pháp tính điện áp cảm ứng vỏ cáp ......................................... 42
2.3.3.2. Ảnh hƣởng của tổn thất vỏ cáp đến khả năng tải của cáp ................... 45
2.3.4. Ảnh hƣởng của vấn đề tản nhiệt ra môi trƣờng của cáp. ........................... 47
2.3.4.1. Lý thuyết về chế độ nhiệt .................................................................... 47
2.3.4.2. Tổn hao nhiệt lõi dẫn do dòng tải ................................................... 49
2.3.4.3. Tổn hao điện môi ............................................................................ 49
2.3.4.4. Nhiệt trở của các bộ phận cáp ............................................................. 50
2.3.4.5. Độ tăng nhiệt độ do tổn hao điện môi
......................................... 53
2.3.4.6. Tính nhiệt trở của đất ..................................................................... 53
2.3.4.7. Nhận xét .............................................................................................. 60
CHƢƠNG 3: KỸ THUẬT THÍ NGHIỆM, CHUẨN ĐOÁN VÀ XÁC ĐỊNH ĐIỂM
SỰ CỐ CÁP NGẦM TRUNG THẾ ......................................................................... 61
-5-
3.1. KỸ THUẬT THÍ NGHIỆM CÁP NGẦM TRUNG THẾ ............................. 61
3.1.1. Tổng quan về thí nghiệm cáp ngầm ........................................................... 61
3.1.2. Các phƣơng pháp thí nghiệm cáp ngầm..................................................... 63
3.1.2.1. Thí nghiệm bằng điện áp một chiều .................................................... 63
3.1.2.2. Thí nghiệm chịu đựng điện áp cao tần số công nghiệp....................... 66
3.1.2.3. Thí nghiệm phóng điện cục bộ ............................................................ 67
3.1.2.4. Thí nghiệm tổn hao điện môi tần số 50Hz .......................................... 69
3.1.2.5. Thí nghiệm tần số thấp ........................................................................ 70
3.2. KỸ THUẬT CHUẨN ĐOÁN VÀ XÁC ĐỊNH ĐIỂM SỰ CỐ CÁP NGẦM
TRUNG THẾ.......................................................................................................... 74
3.2.1. Đặt vấn đề .................................................................................................. 74
3.2.2. Các phƣơng pháp chuẩn đoán xác định sơ bộ vị trí ................................... 74
3.2.3. Các phƣơng pháp chuẩn đoán xác định vị trí sự cố ................................... 76
3.2.3.1. Tổng quan ........................................................................................... 76
3.2.3.2. Phƣơng pháp cảm ứng điện từ ............................................................ 76
3.2.3.3. Phƣơng pháp âm tần ............................................................................ 78
3.2.4. Ứng dụng phƣơng pháp cảm ứng điện từ trong dò tìm sự cố cáp ngầm.... 83
CHƢƠNG 4: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH VÀ XÁC ĐỊNH
ĐIỂM SỰ CỐ CỦA TUYẾN CÁP NGẦM 22KV TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ
HÀ NỘI ..................................................................................................................... 86
4.1. Tính toán chế độ vận hành của tuyến cáp ngầm 22kV cấp điện cho trụ sở Bộ
Công An.................................................................................................................. 86
4.1.1. Các thông số đầu vào ................................................................................. 86
4.1.2. Áp dụng tính toán chế độ vận hành ........................................................... 88
4.1.2.1. Chế độ vận hành 1 ............................................................................... 89
4.1.2.2. Chế độ vận hành 2 ............................................................................... 90
4.1.2.3. Nhận xét .............................................................................................. 92
4.2. Xác định điểm sự cố của tuyến cáp ngầm 22kV cấp điện cho trụ sở Truyền
hình Công an Nhân dân .......................................................................................... 93
4.2.1. Các thông số đầu vào ................................................................................. 93
4.2.2. Trình tự thực hiện dò tìm điểm sự cố ......................................................... 93
4.2.3. Nhận xét ..................................................................................................... 95
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 97
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 99
-6-
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Tính chất cơ bản của vật liệu dẫn điện.....................................................14
Bảng 1.2. Các cơ chế lão hóa cách điện cáp lực. .....................................................20
Bảng 2.1. Chiều rộng giới hạn của đường cáp ngầm ...............................................31
Bảng 2.2. Khoảng cách nhỏ nhất giữa các cáp trong công trình cáp ......................40
Bảng 3.1.Bảng kê giới hạn điện trở cách điện IR(MΩ) của 1 km cáp ......................63
Bảng 3.2. Thí nghiệm HVDC cáp có điện áp danh định đến 36kV trước lắp đặt .....65
Bảng 3.3. Thí nghiệm HVAC cáp điện áp danh định dưới 36 kV trước lắp đặt .......67
Bảng 3.4. Thí nghiệm HVAC cáp điện áp danh định dưới 36 kV sau lắp đặt ..........67
Bảng 3.5. Giá trị tổn hao và hằng số điện môi của vật liệu cách điện .....................70
Bảng 3.6. Tiêu chuẩn giá trị độ lệch cho phép tgδ ...................................................73
Bảng 3.7. Giá trị điện áp thí nghiệm điện áp cao tần số thấp (VLF) .......................73
Bảng 4.1. Các thông số của cáp ngầm 22kV-3x240mm2..........................................87
Bảng 4.2. Các điều kiện về thời tiết ở khu vực Hà Nội .............................................88
Bảng 4.3. Các thông số của vật liệu..........................................................................89
Bảng 4.4. Dòng tải cho phép của tuyến cáp ngầm cấp điện cho trụ sở Bộ Công An ở
chế độ vận hành 1 khi hệ số tải
....................................................................89
Hình 4.3. Biểu đồ tương quan giữa dòng tải cho phép của tuyến cáp ngầm cấp điện
cho trụ sở Bộ Công An ở chế độ vận hành 1 khi hệ số tải
...........................90
Bảng 4.5. Dòng tải cho phép của tuyến cáp ngầm cấp điện cho trụ sở Bộ Công An ở
chế độ vận hành 2 khi hệ số tải
....................................................................91
Hình 4.4. Biểu đồ tương quan giữa dòng tải cho phép của tuyến cáp ngầm cấp điện
cho trụ sở Bộ Công An ở chế độ vận hành 2 khi hệ số tải
...........................91
Bảng 4.6. Điện trở một chiều từng đôi ruột cáp - tuyến cáp ngầm 22kV cấp điện cho
trụ sở Truyền hình Công an Nhân dân ......................................................................94
-7-
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu tạo cáp 1 lõi có vỏ bọc ........................................................................9
Hình 1.2. Cấu tạo cáp ngầm 24kV cách điện XLPE .................................................15
Hình 1.3. Mô hình cây điện dưới kính hiển vi ...........................................................22
Hình 1.4. Cây nước trong cách điện ........................................................................22
Hình 2.1. Đầu cáp ba pha, đầu cáp đơn pha ............................................................ 24
Hình 2.2. Cấu tạo đầu cáp co rút nguội 24kV ..........................................................27
Hình 2.3.Đầu cáp Tplug và Elbow 24kV...................................................................29
Hình 2.4. Điện thế trên vỏ cáp khi đấu nối tiếp địa một đầu, hai đầu ......................41
Hình 2.5. Hệ thống nối đất một điểm ........................................................................41
Hình 2.6. Hệ thống nối đất đảo vỏ ............................................................................42
Hình 2.7. Sơ đồ vectơ điện áp trên vỏ cáp ............................................................... 44
Hình 2.8. Gradient điện áp cảm ứng trên vỏ khi có dòng điện 1000A trong ruột ....45
Hình 2.9. Mạch tương đương dòng nhiệt trong cáp ngầm .......................................48
Hình 2.10. Nhiệt trở của cáp một sợi ........................................................................51
Hình 2.11. Nhiệt trở giả tưởng của các loại cáp thông dụng ...................................52
Hình 2.12. Nhiệt độ của đất trong năm ở các độ sâu khác nhau .............................. 54
Hình 2.13. Nhiệt trở suất của đất trong năm ............................................................ 54
Hình 2.14. Trường nhiệt độ của cáp đường kính d=2r, độ chôn sâu h. ...................55
Hình 2.15. Nhiệt trở của cáp khi vận hành liên tục (hệ số tải
) không xét đến
hiệu ứng đất bị khô và
. ..........................................................................57
Hình 3.1. Sơ đồ đo điện trở cách điện .....................................................................63
Hình 3.2. Sơ đồ thí nghiệm chịu đựng điện áp cao tần số công nghiệp ..................66
Hình 3.3. Sơ đồ thí nghiệmphóng điện cục bộ (PD) dùng nguồn AC-50Hz ............68
Hình 3.4. Sơ đồ đo tổn hao điện môi (tgδ) ................................................................ 69
Hình 3.5. Sử dụng tần số thấp (VLF) đo phóng điện (PD) .......................................71
Hình 3.6: Sử dụng tần số thấp (VLF) đo tổn hao điện môi (tgδ) .............................. 71
Hình 6: Thí nghiệm điện áp cao bằng tần số thấp (VLF) .........................................73
Hình 3.7: Thử nghiệm với mạch vòngMurray...........................................................75
Hình 3.8. Dòng điện đi và về trong cáp ....................................................................77
Hình 3.9. Dòng điện ở cáp nhiều lõi chạy trong ống dẫn với các miệng ống ..........77
Hình 3.10. Tín hiệu điện từ tại vị trí xảy ra sự cố trên cáp điện 3 pha .....................78
-8-
Hình 3.11. Phương pháp hố thế năng áp dụng với điện áp xoay chiều (AC) và một
chiều (DC) .................................................................................................................79
Hình 3.12. Phương pháp xoắn ..................................................................................81
Hình 3.13. Xác định tuyến cáp theo phương pháp tín hiệu cực tiểu .........................83
Hình 3.13. Xác định chiều sâu chôn cáp ...................................................................84
Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho trụ sở Bộ Công An .....................................86
Hình 4.2. Mặt cắt rãnh cáp điển hình từ TBA 110kVA E9 đến trụ sở Bộ Công An ..87
-9-
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁP ĐIỆN LỰC
1.1.1. Khái quát về cáp điện lực
Cáp là dây dẫn điện mềm đƣợc bọc cách điện và bọc vỏ kim loại hoặc vật liệu
Polymer để ngăn chặn các tác dụng bên ngoài đối với cách điện nhƣ chênh lệch
nhiệt độ cao, ngâm trong nƣớc ... Chúng phải chịu sự thay đổi nhiệt độ lớn do dòng
điện làm việc và điều kiện nhiệt độ môi trƣờng. Khi đã lắp đặt xong cáp phải vận
hành tin cậy trong nhiều năm.
Cấu tạo của cáp gồm một hay nhiều dây dẫn chính (lõi dẫn) cách điện với đất
và cách điện giữa các lõi với nhau, vỏ kim loại và các lớp bọc bảo vệ.
Hình 1.1. Cấu tạo cáp 1 lõi có vỏ bọc
Lõi dẫn có chức năng dẫn dòng điện, đƣợc cấu tạo bằng vật liệu dẫn điện, phổ
biến dùng đồng hoặc nhôm do có đặc điểm thỏa mãn các yếu tố chính: Tính phổ
biến, có độ bền cơ học, dẫn điện tốt và giá cả hợp lý.
Cách điện của cáp phải gánh chịu toàn bộ trọng lƣợng của lõi hoặc các ứng lực
do uốn. Vì thế ngoài việc đảm bảo yêu cầu cách điện còn phải đảm bảo yêu cầu về
độ uốn, độ bền cơ giới và khả năng tản nhiệt.
Vỏ bọc kim loại thƣờng sử dụng bằng chì hoặc nhôm có nhiệm vụ bảo vệ cách
điện đối với các tác dụng bên ngoài, trƣớc hết là độ ẩm và các tác động cơ giới. Lớp
bảo vệ là một vỏ bọc bằng sợi thép hoặc băng thép, một lớp sợi đay tẩm bitum. Vỏ
bọc còn có tác dụng làm cho điện trƣờng phân bố đều hơn và đặc tính của cáp không
phụ thuộc vào cách thức lắp đặt.
- 10 -
Lớp vỏ bọc ngoài cùng thƣờng sử dụng nhựa Polyvinyl clorua (PVC), lớp vỏ
này có tác dụng chống ăn mòn lớp vỏ kim loại, ngoài ra còn để in các thông tin kỹ
thuật về cáp.
Trong thực tế cáp ngầm đƣợc chế tạo thành từng đoạn có chiều dài từ 250m
đến 1000m, các đoạn này đƣợc nối với nhau bằng hộp nối và đƣợc nối với các thiết
bị khác nhƣ tủ điện và máy biến áp bằng đầu cáp. Việc đấu nối đƣợc thực hiện tại
công trƣờng, yêu cầu kỹ thuật và chi phí của việc đấu nối cáp là khá cao.
1.1.2. Phân loại cáp ngầm điện lực
1.1.2.1. Phân loại theo kết cấu cách điện
a) Cáp tẩm dầu
Mỗi lõi dẫn của cáp tẩm dầu đƣợc cách điện bằng giấy tẩm dầu có điện trở
cách điện và độ nhớt cao. Dầu tẩm có nguồn gốc từ dầu mỏ pha lẫn nhựa thông để
tăng độ nhớt và ngăn chặn quá trình oxy hóa, đƣợc bịt kín bằng một lớp kim loại, ví
dụ nhƣ vỏ chì. Tuy nhiên cáp thƣờng tạo ra các khoảng trống trong cách điện, có thể
dẫn đến hiện tƣợng ion hóa do đó độ tin cậy của cáp không cao. Ở điện áp cao ngƣời
ta chế tạo cáp 1 sợi, cáp này có lõi bằng đồng hoặc nhôm vặn xoắn rỗng.Dây dẫn
rỗng lƣu thông dầu dƣới áp suất cao để tẩm cách điện giấy và đảm bảo dẫn điện
đồng đều. Lớp vỏ bọc đƣợc bảo vệ bởi một lớp kim loại, ngoài cùng đƣợc bảo vệ
bằng một lớp nhựa PVC.
Cáp tẩm dầu có ƣu điểm so với loại cáp đổ dầu là ở các đầu nối cáp chất tẩm
không bị gỉ ra ngoài do đó không tạo nên các khoảng trống bên trong. Cáp tẩm bằng
loại hỗn hợp dầu không chảy có thể lắp đặt với chênh lệch độ cao lên tới 300m mà
không làm chảy dầu xuống đầu phía thấp dẫn đến xuất hiện khoảng trống cách điện
không đƣợc tẩm ở phía cao.
Nhƣợc điểm chủ yếu của loại cáp tẩm dầu là sự xuất hiện các bọc khí bên
trong cáp ảnh hƣởng xấu đến cách điện. Khi phụ tải tăng cao cáp sẽ bị phát nóng
mạnh làm vỏ chì phồng ra ngƣợc lại khi phụ tải giảm vỏ chì sẽ co lại, sự giãn nở của
vỏ chì lớn hơn đáng kể với cách điện vì vậy sẽ hình thành cách lỗ trống chứa khí
thoát ra từ cách điện. Các bọc khí này ban đầu xuất hiện ở gần vỏ chì là nơi cƣờng
- 11 -
độ điện trƣờng bé nhƣng do khuếch tán chúng sẽ xuất hiện ở gần lõi với cƣờng độ
điện trƣờng cao làm tăng khả năng phóng điện dẫn đến sự cố ngắn mạch. Do nhƣợc
điểm trên cáp tẩm dầu chỉ dùng ở điện áp xoay chiều định mức tới 35kV.
b) Cáp đổ dầu
Cáp đổ dầu thƣờng chỉ có một lõi và dùng ở điện áp cao (từ 110kV trở lên).
Trong loại cáp này dầu có áp suất cao sẽ chảy dọc theo đƣờng cáp để lấp kín các bọt
khí đƣợc hình thành trong thời gian của cácchu trình nhiệt, cáp dầu là đại diện cho
cáp áp lực. Áp suất dầu trong cáp cao còn có mục đích tăng khả năng cách điện,
giảm kích thƣớc của cáp. Lõi cáp đƣợc phủ một lớp chất bán dẫn để tránh tạo thành
những điểm điện trƣờng tăng cục bộ trên bề mặt lõi.
Ƣu điểm của cáp đổ dầu là lõi đƣợc đặt trong đƣờng ống kim loại nên đơn giản
đƣợc kết cấu của lớp vỏ bọc chịu lực. Việc tăng áp suất dầu sẽ làm tăng khả năng
cách điện của cáp tuy nhiên việc này cũng đồng nghĩa kết cấu vỏ cáp sẽ có cấu tạo
phức tạp hơn.
Nhƣợc điểm của cáp đổ dầu là đòi hỏi thiết bị phụ trợ, ví dụ thiết bị cấp dầu
nên làm tăng khối lƣợng công việc khi lắp đặt, đặc biệt đòi hỏi hệ thống đảm bảo áp
suất dầu phức tạp cũng nhƣ mặt bằng lắp đặt các thiết bị này.
c) Cáp chứa khí nén
Đây là loại cáp chứa khí Nitơ tƣơng tự nhƣ cáp đổ dầu. Lõi cáp mỗi pha sau
khi bọc cách điện và bọc chì sẽ đƣợc đặt trong ống thép chứa khí nén.
Do áp suất của khí nén truyền vào cách điện của lõi nên các bọt khí cũng có áp
suất cao và chỉ bị ion hóa khi cƣờng độ điện trƣờng lớn. Thƣờng khí Nitơ đƣợc nén
tới áp suất khoảng 12-15at. Với áp suất này cho phép tăng cƣờng độ điện trƣờng
làm việc tới 12-15kV/mm.
Nhƣợc điểm của cáp chứa khí nén là điều kiện tản nhiệt xấu nên việc sử dụng
chúng ở điện áp cao bị hạn chế.Hiện nay cáp chứa khí nén đƣợc dùng phổ biến ở
điện áp 35kV trên các tuyến đƣờng dốc hoặc yêu cầu lắp đặt cáp thẳng đứng.
Hiện nay khí SF6 là loại khí có khả năng cách điện cao hơn nhiều so với
không khí nên cũng đƣợc sử dụng.Độ bền điện của khí SF6 ở điều kiện bình thƣờng
- 12 -
khoảng 10kV/mm, tức là lớn hơn không khí khoảng 3 lần. Đƣờng dây cáp dùng khí
nén SF6 có nhiều ƣu điểm nhƣ kết cấu tƣơng đối đơn giản, tổn hao nhỏ, khả năng
khôi phục cách điện sau khi phóng điện, điện dung đơn vị bé. Việc sử dụng khí SF6
làm cách điện mang lại hiệu quả kinh tế cao nếu ứng dụng cho cáp siêu cao áp.
d) Cáp siêu dẫn
Cáp siêu dẫn 3 pha gồm 4 ống bằng vật liệu siêu dẫn, chất làm lạnh Heli lỏng
lƣu thông trong 3 ống bên trong (dây dẫn pha). Mỗi lõi đƣợc bọc một lớp cách điện
và màn che để cân bằng điện trƣờng.
Khoảng trống giữa các pha và ống ngoài cùng cho lƣu thông chất lỏng làm
lạnh bằng Nitơ hóa lỏng (T<70K).
Bên ngoài cùng có một lớp cách điện có nhiệm vụ giảm tổn thất nhiệt.
Cáp siêu dẫn có khả năng truyền công suất tự nhiên đến 4GVA.
e) Cáp cách điện khô
Cáp cách điện khô có thể chế tạo loại 3 lõi hoặc 1 lõi đơn. Cáp cách điện 3 lõi
thông thông thƣờng đƣợc bọc trong một vỏ bảo vệ chung. Các lõi dẫn điện đƣợc bọc
cách điện riêng rẽ.Khoảng trống ở giữa và xung quanh lõi đƣợc chèn chất độn để tạo
ra bề mặt tròn sau đó bọc cách điện. Phía bên ngoài bọc một lớp đai thép bảo vệ cơ
học khi chôn ngầm vì không có dòng điện xoáy cảm ứng trong đai thép 3 pha,
nhƣng với cáp một lõi thì dòng này tồn tại dẫn đến tăng tổn hao và điện cảm của
đƣờng dây.
Phân bố điện trƣờng trong cáp 3 lõi không hoàn toàn xuyên tâm, tạo nên thành
phần theo bề mặt tiếp tuyến với bề mặt cách điện là hƣớng độ bền cách điện yếu
nhất. Để khắc phục ngƣời ta quấn quanh mỗi lõi một lớp dẫn điện bằng giấy kim
loại hoặc màn che bằng dây dẫn đồng để chuyển cáp 3 lõi chung thành cáp 3 lõi đơn
về mặt điện học, nhƣ vậy cƣờng độ điện trƣờng hoàn toàn theo phƣơng hƣớng tâm.
Một màng giấy bán dẫn đƣợc phủ trên mặt ngoài của lõi cáp nhằm hạn chế
tăng điện trƣờng cục bộ trên bề mặt dây dẫn. Loại vật liệu này gồm bột than trộn với
đồng polyme giữa ethylen và vinyle acetate (điện trở suất
)
- 13 -
Vật liệu cách điện của cáp là polymer.Polymer đƣợc tổng hợp từ các phân tử
monomer.Phần lớn các vật liệu hiện đại đều đƣợc sản xuất bằng phƣơng pháp tổng
hợp. Về phƣơng diện kỹ thuật, các polymer quan trọng đƣợc phân loại thành:
- Polymer nhiệt dẻo (Polyvinylchloride PVC, Polyethylen PE, Polypropylen
PP, Polyamide PA...).
- Elastomer (Cao su thiên nhiên NR, cao su butyl IIR, cao su EthylenPolypropylen EPR, caosu Silicone SIK).
- Polymer nhiệt cứng (nhựa Epoxy EP, nhựa polyurethane PUR).
f) Nhận xét
Cáp cách điện giấy tẩm dầu, cáp đổ dầu có các tính năng cách điện và độ tin
cậy trong vận hành khá tốt. Tuy nhiên những loại cáp này có nhƣợc điểm: Công
nghệ chế tạo phức tạp, năng suất thấp, giá thành cao. Ngoài ra do dầu chảy nên lắp
đặt cáp khi có chênh lệch độ cao lớn sẽ bị hạn chế, các loại cáp này yêu cầu lắp đặt
phức tạp hơn, phụ kiện (đầu nối, đầu cáp, bình ổn áp ...) nhiều hơn.
Cáp ngầm trung thế cách điện Polymer đang dần thay thế loại cáp cách điện
giấy tẩm dầu do có nhƣng ƣu điểm vƣợt trội:
- Mềm, dẻo nhẹ và bền vững.
- Không cần hệ thống duy trì áp suất chất lỏng.
- Lắp đặt đơn giản, bảo dƣỡng thuận tiện.
- Phụ kiện đơn giản hơn.
- Cách điện bằng chất dẻo có thể phủ lên lõi dẫn điện bằng phƣơng pháp ép
đùn trực tiếp, do đó năng suất chế tạo cao. Không cần công đoạn sấy, tẩm.
1.1.2.2. Phân loại theo vật liệu chế tạo lõi cáp
Theo vật liệu chế tạo lõi cáp có thể chia thành hai loại là cáp ngầm ruột nhôm
và cáp ngầm ruột đồng.
Cáp ruột đồng có khả năng dẫn điện tốt, suất đầu tƣ lớn.
Cáp ruột nhôm có tính dẫn điện và nhiệt kém nên phải sử dụng cáp có tiết diện
lớn hơn so với cáp đồng.
- 14 -
Bảng 1.1. Tính chất cơ bản của vật liệu dẫn điện
Đồng đỏ
Điện trở suất
 (Ω.m)
1,72.10−8
Khối lƣợng riêng
ζ (kg/m3)
8.940
Giá thành
USD/kg
7,180
Nhôm
2,82.10−8
2.701
1,865
Vật liệu
Trong thực tế cáp ngầm sử dụng đồng làm lõi dẫn điện phổ biến hơn nhôm,
đặc biệt là trong trƣờng hợp tải công suất lớn.
1.1.2.3. Phân loại theo nhiệm vụ
Theo nhiệm vụ của tuyến cáp có thể chia thành các loại sau:
- Cáp truyền tải.
- Cáp phân phối.
- Cáp chuyên dụng (cáp biển, cáp điều khiển, cáp cho máy bay, tầu biển...).
1.1.3. Nhận xét
Ngày nay các loại cáp dầu vẫn đƣợc vận hành trong lƣới điện trung thế, tuy
nhiên đó là những tuyến cáp đã đƣợc xây dựng cách đây vài chục năm. Trong những
năm gần đây ngƣời ta thƣờng sử dụng cáp ngầm cách điện khô bằng XLPE với ruột
dẫn bằng đồng với rất nhiều ƣu điểm nhƣ:
- Khả năng mang tải lớn.
- Có hằng số điện môi thấp nên giảm đƣợc đáng kể tổn hao điện môi.
- Không cần phải điều áp để ổn định điện môi, do đó các phụ kiện đơn giản
hơn và không cần lắp thiết bị điều áp.
- Cách điện ở thể rắn nên có thể lắp đặt đƣợc ở mọi địa hình kể cả có sự thay
đổi cao độ lớn.
- Hệ thống cáp không gây ảnh hƣởng tới môi trƣờng do không có nguy cơ dò rỉ
dầu.
- Có trọng lƣợng tƣơng đối nhẹ nên thuận lợi cho việc vận chuyển, lắp đặt.
Vì vậy việc nghiên cứu kỹ thuật đấu nối, lắp đặt, thí nghiệm và vận hành cáp
ngầm trung thế ở Việt Nam có đối tƣợng nghiên cứu là cáp ngầm ruột đồng, cách
điện Polymer.
- 15 -
1.2. CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA CÁP NGẦM TRUNG THẾ SỬ DỤNG CÁCH
ĐIỆN POLYMER
1.2.1. Cấu tạo chung của cáp cách điện bằng Polymer
Loại cáp khô dùng cách điện Polymer XLPE (Cross Linked Polyethylene)
đƣợc nghiên cứu từ thập niên 60 của thế kỷ 20. Loại cáp này gồm lõi cáp bằng đồng
hoặc nhôm bện với cách điện ép và đƣợc bảo vệ với lớp vỏ kim loại và lớp bọc
chống ăn mòn.
a) Cáp ngầm 3 pha
b) Cáp ngầm 1 pha
Hình 1.2. Cấu tạo cáp ngầm 24kV cách điện XLPE
1.2.2. Lõi dẫn
Lõi dẫn có cấu tạo bằng nhiều sợi đồng hoặc nhôm tròn đƣợc bện chặt với
nhau dạng vặn xoắn, có mặt cắt hình tròn. Các lõi cáp có tiết diện lớn hơn 1000mm²
đƣợc chế tạo bằng các thanh dẫn hình dẻ quạt để giảm điện trở với dòng điện xoay
chiều và hiệu ứng vỏ.
1.2.3. Cách điện
Tăng cƣờng độ điện trƣờng làm việc của cáp đòi hỏi phải có cách điện chất
lƣợng rất cao. Do đó yêu cầu các vật liệu sử dụng cho loại cáp cách điện chất dẻo
phải đặc biệt tinh khiết, việc đảm bảo độ tinh khiết phải đƣợc chú trọng ngay từ
khâu sản xuất vật liệu thô.
- 16 -
Cáp điện lực sử dụng nhiều vật liệu cách điện và cấu tạo rất đa dạng, đƣợc chế
tạo theo yêu cầu sử dụng. Trong thực tế hiện nay việc ngầm hóa lƣới điện trung thế
hầu hết sử dụng cáp ngầm cách điện XLPE vì vậy trong luận văn này sẽ trình bày
những vấn đề mang tính phổ quát về cáp ngầm trung thế cách điện XLPE.
Cách điện XLPE đƣợc tạo thành bằng cách nung nóng Polyethylene (PE) mật
độ thấp trộn lẫn với các tác nhân liên kết. Các tác nhân liên kết ví dụ nhƣ Peroxide
hữu cơ ở nhiệt độ và áp suất cao tác động trong quá trình liên kết ngang làm cho các
phân tử liên kết với nhau và làm cho hỗn hợp chuyển sang dạng nhựa dẻo chịu
nhiệt. Nhựa Polyethylene ban đầu trở thành dạng nhựa nhiệt dẻo ở nhiệt độ 120ºC,
khi đó các chuỗi liên kết yếu giữa các phân tử khác tách ra. Chuỗi liên kết phân tử
bền vững XLPE tạo ra cơ tính tốt ở nhiệt độ cao. Đây là lý do chất bọc cách điện
XLPE có thể sử dụng với nhiệt độ dây dẫn cao hơn PE. Sau đây là một số tính chất
vật lý của XLPE.
Hằngsố điện môi (ở 50Hz):
Hệ số tổn hao điện môi (ở 50Hz):
Cƣờng độ cách điện:
Nhiệt độ làm việc tối đa của lõi dẫn:
Điện trở suất ở 20ºC:
1.2.4. Màn chắn
Cách điện XLPE rất nhạy cảm với phóng điện cục bộ trong các khe hở và các
lỗ trống trong cáp. Để khắc phục vấn đề trên cần phủ một lớp bán dẫn điện giữa lõi
cáp và lớp cách điện, ngoài ra có phủ trực tiếp một lớp bán dẫn lên lớp cách điện.
Trong các mạch có dây trung tính nối đất trực tiếp, màn chắn còn có tiết diện
đủ lớn để tải dòng điện ngắn mạch pha đất. Để giải quyết yêu cầu này, kết cấu màn
chắn sợi đồng hoặc kết cấu màn chắn kết hợp băng sợi sẽ thay thế màn chắn bằng
đồng. Màn chắn kim loại đƣợc thiết kế để chịu đƣợc dòng ngắn mạch pha-đất đến
16kA/1s hoặc cao hơn.
- 17 -
1.2.5. Vỏ bảo vệ
Với cƣờng độ điện trƣờng làm việc cao, cáp rất nhạy cảm với độ ẩm. Để ngăn
cản nƣớc và hơi nƣớc thấm sâu vào trong cáp, nó phải đƣợc bảo vệ bởi lớp vỏ bằng
chất dẻo Polyethylene. Bên ngoài lớp cách điện đặt một lớp vỏ kim loại kín bằng
nhôm hoặc chì đùn trực tiếp không hàn hoặc bằng đồng hàn hoặc đầu nối.
Khi cáp lực phải làm việc trong môi trƣờng ẩm ƣớt, lớp vỏ bảo vệ đƣợc sử
dụng công nghệ chống thấm dọc và ngang. Cáp trung thế chống thấm có thể là 1 lõi
hoặc 3 lõi nhƣng cáp 1 lõi đƣợc ƣa chuộng hơn cả vì đặc tính chống thấm tốt hơn.
1.2.6. Vỏ bảo vệ cơ học
Vỏ bọc bảo vệ cơ học thƣờng làm bằng thép, lớp vỏ bọc này cũng có thể sử
dụng nhƣ màn chắn trong cáp nhiều lõi cách điện XLPE. Cáp 1 lõi trong hệ thống
điện xoay chiều 3 pha về nguyên tắc không có lớp vỏ bọc sắt để tránh tổn hao công
suất do khi cáp mang tải sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng chạy trong vỏ sắt làm phát
nhiệt. Tuy vậy cần sử dụng lớp vỏ bọc sắt bằng vật liệu không từ tính nếu cáp chịu
tác động cơ học lớn trong quá trình hoặc sau khi lắp đặt.
1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP LẮP ĐẶT VÀ QUY ĐỊNH VẬN HÀNH CÁP
NGẦM TRUNG THẾ PHỔ BIẾN
1.3.1. Các phƣơng pháp lắp đặt phổ biến
1.3.1.1. Lắp đặt cáp trực tiếp trong đất
Cáp đƣợc đặt vào rãnh đào sẵn sau đó lấp lại bằng các vật liệu có nhiệt trở
thấp. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là dễ dàng lắp đặt, cáp đƣợc đặt trong môi
trƣờng có khả năng tản nhiệt tốt, biện pháp thi công nhanh, giá thành thi công tƣơng
đối thấp. Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là quá trình thi công dễ làm hƣ hỏng vỏ
bọc của cáp, khả năng chống va đập cơ khí kém làm tăng khả năng sự cố cáp do tác
nhân bên ngoài. Bên cạnh đó đối với cáp đơn pha khi thi công cần đảm bảo khoảng
cách giữa các pha, ảnh hƣởng đến khả năng tải của cáp.
1.3.1.2. Lắp đặt cáp trong không khí
Phần cáp lắp đặt trong không khí thƣờng đi trên thang, máng cáp. Ƣu điểm của
phƣơng pháp này là dễ dàng lắp đặt, biện pháp thi công nhanh, cáp lắp đặt trực tiếp
- 18 -
trong không khí nên tản nhiệt tốt, giá thành thi công thấp. Nhƣợc điểm của phƣơng
pháp này là khi sự cố về cáp có khả năng gây cháy nổ cao, phá hỏng các thiết bị và
công trình xung quanh.
1.3.1.3. Lắp đặt cáp trong mƣơng cáp xây bê tông
Cáp có thể lắp đặt tại các mƣơng cáp xây dựng riêng hoặc có thể đi chung
trong các tuyến kỹ thuật dùng cho các mục đích khác nhau (cáp thông tin, dẫn dầu,
dẫn khí ...). Ƣu điểm của phƣơng pháp này là có thể lắp đặt nhiều mạch cáp, cáp
đƣợc tản nhiệt tốt, dễ dàng lắp đặt và bảo dƣỡng. Nhƣợc tiểm của phƣơng pháp này
là giá thành rất cao, thời gian thi công dài, việc tính toán kết cấu mƣơng cáp phức
tạp nhất là các các nút giao, đặc biệt khi cáp đi chung trong hào kỹ thuật cùng với
các tuyến kỹ thuật khác.
1.3.2. Các quy định vận hành phổ biến
Trong công tác quản lý vận hành cáp ngầm trung thế hiện nay chủ yếu quan
tâm đến việc kiểm tra phụ tải và nhiệt độ của các đƣờng cáp ngầm điện lực.
- Dòng điện phụ tải lớn nhất cho phép của các đƣờng cáp đƣợc quy định theo
mùa và kiểm tra định kỳ.
- Nhiệt độ lớncho phép của ruột cáp đƣợc quy định bởi nhà sản xuất, trong
thực tế có thể đƣợc tính bằng nhiệt độ vỏ cáp cộng với 20ºC.
Việc một đƣờng cáp vận hành với dòng điện nhỏ hơn dòng điện lớn nhất cho
phép theo quy định nhƣng đƣờng cáp vẫn bị nóng quá tiêu chuẩn cho phép là hiện
tƣợng rất hiếm gặp trong vận hành. Hiện tƣợng này làm ảnh hƣởng rất lớn đến khả
năng tải của cáp trong vận hành.
Nguyên nhân của hiện tƣợng này liên quan nhiều đến môi trƣờng và phƣơng
pháp lắp đặt cáp trƣớc khi đƣa vào vận hành. Đồng thời đây cũng là một trong
những nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự cố các đƣờng cáp ngầm nên cần phải nghiên
cứu để có biện pháp khắc phục.
- 19 -
1.4. ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN TÍCH CÁC SỰ CỐ CÁP NGẦM TRUNG THẾ
TẠI VIỆT NAM.
1.4.1. Tình hình phát triển cáp ngầm trung thế tại Việt Nam
Trƣớc thập niên 90 của thế kỷ XX cáp ngầm trung thế từ 6kV đến 35kV chỉ
đƣợc sử dụng tại các thành phố lớn, đặc biệt tập trung tại hai thành phố là T.p Hà
Nội và T.p Hồ Chí Minh. Cáp ngầm trung thế đƣợc sử dụng là loại cáp ngầm cách
điện giấy tẩm dầu, ruột đồng hoặc nhôm, tiết diện từ
đến
.
Từ đầu những năm 90 của thế kỷ XX tình hình phát triển kinh tế của đất nƣớc
nói chung có những bƣớc tăng trƣởng mạnh mẽ kéo theo nhu cầu sử dụng điện ngày
một tăng cao, chính vì vậy công tác phát triển nguồn và lƣới điện đã đƣợc đặc biệt
quan tâm. Cáp ngầm trung thế cách điện XLPE đã đƣợc đƣa vào sử dụng thay thế
dần cáp cách điện giấy tẩm dầu. Nhờ những đặc tính nổi trội về khả năng cách điện,
giá thành mà đến nay hệ thống cáp ngầm trung thế lắp đặt mới hầu nhƣ hoàn toàn sử
dụng loại cáp ngầm cách điện XLPE, cấp điện áp dần đƣợc quy chuẩn về 22kV.
1.4.2. Tổng quan về sự cố cáp ngầm trung thế tại Việt Nam
Việc xảy ra các sự cố cáp ngầm trung thế là vần đề không thể tránh khỏi trong
quá trình quản lý vận hành. Có rất nhiều nguyên nhân gây nên sự cố cáp ngầm trung
thế nhƣng cơ bản có thể phân thành các nhóm nguyên nhân dƣới đây.
Các sự cố do tác động cơ học từ bên ngoài: Chủ yếu tác động cơ học từ bên
ngoài là đào phải cáp chôn ngầm hoặc cáp bị tróc vỏ do quá trình vận chuyển và thi
công. Để giảm thiểu sự cố nên sử dụng loại cáp ngầm có bảo vệ cơ học bằng lớp đai
thép bên ngoài hoặc vỏ có cấu tạo túi khí đàn hồi. Có thể bảo vệ cơ học cho cáp
bằng ống nhựa chịu lực HDPE, rải cát mịn, xếp gạch chỉ và rải lƣới báo hiệu cáp
ngầm. Theo thống kê thực tế của các điện lực cho thấy số vụ mất điện do đào trạm
cáp chiếm tỷ lệ cao nhất.
Các sự cố liên quan đến hộp nối và đầu cáp: Thực tế cho thấy chất lƣợng hộp
nối, đầu cáp có ý nghĩa quyết định tới tuổi thọ của chúng, việc thi công hộp nối và
đầu cáp đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao, nhất thiết phải tuân thủ theo đúng hƣớng dẫn
của nhà sản xuất.
- 20 -
Các sự cố do lão hóa cách điện:Hƣ hỏng cách điện là một hiện tƣợng không thể
tránh khỏi trong hệ thống cáp ngầm và dẫn tới nguyên nhân gây ra sự cố. Lão hoá
sinh ra do tác động của một vài yếu tố riêng biệt nhƣ nhiệt, điện, cơ khí và môi
trƣờng. Những yếu tố lão hoá gây hƣ hỏng cách điện vềc áp đƣợc thống kê ở bảng
1.2 dƣới dây.
Bảng 1.2. Các cơ chế lão hóa cách điện cáp lực.
Hệ số lão hóa
- Nhiệt độ cao
Nhiệt
- Nhiệt độ thấp
Điện
- Điện áp
Các cơ chế lão hóa
- Phản ứng hóa học.
- Giản nở vì nhiệt.
- Khuếch tán.
- Nóng chảy cách điện.
- Nhiệt luyện các ứng suất bởi cơ chế đóng.
- Cracking.
- Sự co thể tích do nhiệt.
- Phóng điện cục bộ.
- Cây điện.
- Cây nƣớc.
- Nạp phát điện.
- Đánh thủng ở bên trong.
- Tổn thất điện môi và điện dung.
- Dòng điện
- Chỗ uốn cong, độ rung,
Cơ khí độ mỏi vật liệu, độ căng,
ép, ứng suất biến dạng.
- Nƣớc, độ ẩm.
- Nhiễm bẩn.
Môi - Chất lỏng.
trƣờng
- Khí Gas.
- Bức xạ.
- Quá nhiệt.
- Gãy vật liệu.
- Cracking.
- Gián đoạn.
- Đƣờng dẫn gây phóng điện.
- Cây nƣớc.
- Ăn mòn.
- Tổn thất điện môi và điện dung.
- Tăng tốc độ phản ứng hóa học.
- Phóng điện cục bộ: Là một phóng điện khí đƣợc khoanh vùng trong lỗ
trống đã đƣợc điền đầy khí gas hoặc trên bề mặt điện môi của hệ thống cách điện
thể đặc hoặc lỏng mà không kèm theo sự bắc cầu của các điện cực hệ thống. Phóng
- 21 -
điện cục bộ có thể là kết quả từ phóng điện bên trong sự hình thành các lỗ hổng của
cách điện, chỗ trống giữa điện môi và chất bán dẫn, phóng điện tạo đƣờng dẫn dọc
vết ngăn giữa hai thành phần, hoặc phóng điện từ sự phát triển cây nƣớc hoặc cây
điện. Khi cƣờng độ điện trƣờng bên trong lỗ trống hoặc những rạn nứt đạt đến một
ngƣỡng giá trị, thể khí sinh ra do ion hoá chỗ khuyết tật, các điện tử tự do tạo ra bởi
các va chạm ban đầu một cách liên tục. Nếu nhƣ kích thƣớc chỗ trống trong điện
trƣờng có chiều hƣớng là đủ lớn, sự va chạm liên tục ban đầu có thể đƣợc xem nhƣ
là đánh thủng, hoặc phóng điện qua chỗ trống. Để bắt đầu cho một phóng điện cục
bộ, kích thƣớc lỗ trống đạt đến mức giới hạn cuối cùng đối với sự phát triển của
một sự phóng điện. Đối với cách điện XLPE, kích thƣớc tới hạn này cỡ 0,03 mm
đối với lỗ trống hình cầu đƣợc điền đầy không khí ở áp suất khí quyển. Điện áp
khởi đầu bởi phóng điện cục bộ là một hàm số của kích thƣớc lỗ trống, nơi lỗ trống
nằm trong vật liệu và liên quan đến các hình dạng, độ dày cách điện và kích thƣớc
dây dẫn. Kích thƣớc lỗ trống lớn hơn thì điện áp khởi đầu sẽ bé hơn. Phóng điện
cục bộ phát triển bên trong cây điện khi chúng tự duy trì và diễn ra ở điện áp vận
hành hệ thống. Kéo dài phóng điện cục bộ gây hƣ hại tới lớp bao quanh lỗ trống kể
cả về mặt vật lý và hoá học, điều đó có thể dẫn đến lần lƣợt hình thành với các dạng
cây nhƣ ban đầu.
- Cây điện:Sự hiện diện các ứng suất điện áp cao và đi chệch các hƣớng là yếu
tố ban đầu mang đến sự hình thành và sản sinh các cây điện. Một cây điện có thể
bao gồm nhiều đƣờng dẫn phóng điện nhƣ các nhánh và thân cây đƣợc xuất phát từ
thân cây đầu tiên. Cấu trúc cây đƣợc nhìn rõ bên dƣới kính hiển vi với điện môi thể
đặc bởi các mẫu khác nhau (Hình 1.3). Cây điện cũng có thể đƣợc hình thành ban đầu
với sự kéo dài các hoạt động phóng điện từ sự đùn ép ở giao diện bề mặt điện môi bán
dẫn, nhiễm bẩn hoặc từ một chuyển đổi dạng cây nƣớc. Sự đòi hỏi điện trƣờng xung
quanh cây điện lúc ban đầu là 150 kV/mm. Khởi đầu thông thƣờng cây điện sẽ sinh
ra qua một loạt miếng vỡ rời rạc của cách điện và các dạng nhánh cây bắc cầu cùng
với độ dài của điện môi, lúc đó hiện tƣợng đánh thủng sẽ diễn ra. Do đó, cây điện
đƣợc kết luận là quá trình thoái hoá dẫn tới hƣ hỏng cách điện.
- 22 -
Hình 1.3. Mô hình cây điện dưới kính hiển vi
- Cây nƣớc:Sự hiện diện hơi ẩm bởi các ion của chất nhiễm bẩn ở bề mặt tiếp
giáp cách điện-bán dẫn của cáp lực là nguyên nhân gây ra cây nƣớc. Không nhƣ cây
điện, đặc trƣng của cây nƣớc thể hiện ở ứng suất về điện thấp hơn và hầu hết sinh ra
là chậm hơn qua cách điện. Cây nƣớc không có khả năng dùng để phát hiện ra
nguyên nhân phóng điện cục bộ trƣớc khi chuyển sang cây điện. Dƣới các điều kiện
vận hành thông thƣờng, quá trình chuyển đổi là nguyên nhân kéo dài hoạt động PD
trong lỗ trống, điều đó đã tạo ra các tuyến trong cây nƣớc. Cây nƣớc lớn có thể biến
đổi ở mức điện áp vận hành thông thƣờng và cây nƣớc nhỏ biến đổi bởi các xung
sét gây ra. Trong thời gian đấy diễn biến về mặt hoá học ở bên ngoài cáp và điều
này có thể mở đầu cho việc khoanh vùng phóng điện cục bộ và đƣợc gọi là cây điện
hoá học. Cây nƣớc làm hƣ hại cáp khi chúng chuyển đổi thành cây điện. Một cây
nƣớc đƣợc chuyển đổi thành một cây điện trong thời gian ngắn sẽ làm hƣ hỏng cách
điện nhanh do sự nhân rộng của cây điện ban đầu tăng lên. Hình 1.4 thể hiện hình
ảnh cây nƣớc sinh ra ở trạng thái ban đầu trong vật liệu cách điện.
Hình 1.4. Cây nước trong cách điện
- 23 -
- Một vài cơ chế gây hƣ hỏng cáp lực:Xu hƣớng lão hoá tập trung ở các vị trí
không hoàn thiện, nhƣ các chất gây ô nhiễm, sự mấp mô của vỏ cáp, lỗ trống và sự
sần sùi bề mặt chất bán dẫn. Ở tất cả các nguyên nhân trên đều có sự hiện diện của
nƣớc làm tăng lên sự hình thành của các cây nƣớc. Sự không hoàn hảo lúc nào cũng
tạo ra ở các vùng có ứng suất về điện cao chúng gây tăng tốc lão hoá cục bộ.
Những vùng này cuối cùng trở thành nơi cho phóng điện cục bộ làm sinh ra cây
điện và cùng lúc đó dẫn đến một hƣ hỏng về điện môi đầy đủ.
Các vị trí có thể hƣ hỏng đã đƣợc dò tìm với cây điện, sau khi xác định và tách
ra khỏi lƣới do vậy chiều dài còn lại của cáp sẽ trở nên tin cậy và có ý nghĩa đối với
cung cấp điện liên tục cho sau này. Các phần phụ về cáp nhƣ các hộp nối và các đầu
cuối thƣờng bị lỗi do lắp đặt vận hành của công nhân tay nghề thiếu kinh nghiệm
hoặc sự xâm nhập hơi nƣớc dọc theo lớp tiếp giáp của phần phụ kiện và lớp cách
điện của cáp. Sự yếu kém về tay nghề bao gồm nhƣ phần cắt gọt màng bán dẫn
không bằng phẳng, các lớp cắt về cách điện, sự thiếu hụt của dầu mỡ bôi trơn
silicone, lỗ trống, dây truyền vận hành không chính xác và các chất nhiễm bẩn.
Những lý do không hoàn hảo trên hầu nhƣ luôn gây phóng điện cục bộ khi điện áp
đến một ngƣỡng mức độ nào đó. Nhƣ trạng thái điện áp xác lập, phóng điện cục bộ
làm tăng lên mức độ nghiêm trọng và kết cục dẫn đến lỗi hƣ hỏng hệ thống cáp.
1.5. KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ
Hiện nay việc sử dụng cáp ngầm trung áp đã rất phổ biến với rất nhiều ƣu
điểm vƣợt trội đặc biệt là khả năng mang tải lớn. Theo thống kê của các công ty
điện lực cho thấy việc thi công, lắp đặt và vận hành hệ thống cáp ngầm không đảm
bảo yêu cầukỹ thuậtlà những nguyên nhân chính làm giảm khả năng tải, giảm tuổi
thọ cách điện và dễ gây ra sự cố của tuyến cáp. Chính vì vậy việc nghiên cứu kỹ
thuật đấu nối, lắp đặt, thí nghiệm và vận hành cáp ngầm trung thế nhằm nâng cao
độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện bằng cáp ngầm trung thế.
- 24 -
CHƢƠNG 2: KỸ THUẬT ĐẤU NỐI, LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH
NGẦM TRUNG THẾ CÁCH ĐIỆN XLPE
2.1. KỸ THUÂT ĐẤU NỐI CÁP NGẦM TRUNG THẾ
2.1.1. Đặt vấn đề
Trong hệ thống cung cấp điện bằng cáp ngầm các sự cố phóng điện gây nên
chạm chập, cháy nổ có nguyên nhân từ các điểm đấu nối (đầu cáp, hộp nối) chiếm
một tỷ lệ cao vì vậy việc nghiên cứu kỹ thuật đấu nối mang ý nghĩa thực thiết thực.
2.1.2. Kỹ thuật làm đầu cáp
2.1.2.1. Chức năng, nhiệm vụ của đầu cáp
Đầu cáp là phần dẫn điện của cáp đƣợc bóc tách ra khỏi các lớp vỏ bọc và các
lớp cách điện để nối với đƣờng dây dẫn điện qua các thiết bị nhƣ: Cầu dao, máy cắt,
cầu chì trung thế. Đầu cáp ngầm có chức năng đấu cáp vào lƣới điện, truyền tải công
suất từ lƣới vào hệ thống cáp ngầm hoặc từ hệ thống cáp ngầm đến phụ tải.
2.1.2.2. Phân loại đầu cáp
Việc phân loại đầu cáp có thể chia theo các dạng sau:
- Phân loại theo số pha của cáp ngầm có thể chia ra: Đầu cáp ba pha (ba lõi) và
đầu cápđơn pha (một lõi). Đầu cáp ba pha là loại đầu cáp sử dụng cho loại cáp 3
pha, các phụ kiện làm đầu cáp đƣợc cung cấp trọn bộ, đầy đủ cho 1 đầu cáp vì vậy
việc lắp đặt đầu cáp cần phải sử dụng tối đa cũng nhƣ tránh làm thất lạc phụ kiện.
Đầu cáp đơn pha là loại đầu cáp sử dụng cho các cáp đơn pha.
a) Đầu cáp ba pha 24kV
b) Đầu cáp đơn pha 24kV
Hình 2.1. Đầu cáp ba pha, đầu cáp đơn pha
- Phân loại theo vị trí lắp đặt: Đầu cáp trong nhà và đầu cáp ngoài trời. Đầu
cáp trong nhà đƣợc sản suất để lắp đặt trong nhà hoặc các không gian có tính chất
tƣơng tự, ngƣợc lại đầu cáp ngoài trời đƣợc sử dụng để lắp đặt cho các vị trí đấu nối
- 25 -
ngoài trời. Sự khác biệt cơ bản của hai loại đầu cáp trên là số lƣợng tán cách điện.
Số tán của đầu cáp ngoài trời nhiều hơn 2 tán so với đầu cáp trong nhà do đầu cáp
ngoài trời dễ xảy ra phóng điện hơn vì các nguyên nhân chính sau: do thời tiết ẩm
ƣớt không khí dễ bị ion hóa, cách điện không khí suy giảm, do bụi bẩn, do quá trình
lão hóa cách điện bởi bức xạ mặt trời và sự thay đổi nhiệt độ liên tục theo chu kỳ
ngày đêm của tự nhiên.
- Phân loại theo cách thức lắp đặt: Đầu cáp co nguội và đầu cáp co nhiệt. Đầu
cáp co nguội làm bằng cao su Silicone, ƣu điểm nổi bật là thi công nhanh theo
phƣơng pháp co nguội. Đầu cáp co nóng làm bằng cao su Silicone/EPDM thi công
theo phƣơng pháp co nóng, việc thi công phức tạp và lâu hơn, đòi hỏi thiết bị thi
công nhiều hơn đầu cáp co nguội nhƣng qua thực tế vận hành thì đầu cáp co nóng
giá rẻ, bền và có tuổi thọ cao hơn co nguội. Cả hai loại trên đều đƣợc thiết kế phù
hợp với tất cả các loại cáp trung áp có cấu trúc màn chắn kim loại, polyethylene,
XLPE, EPR, có hoặc không có giáp, lõi dẫn bằng đồng hoặc nhôm.
- Phân loại theo kiểu dáng: Đầu cáp Tplug, đầu cáp Elbow và đầu cáp thƣờng.
Đầu cáp thƣờng tức đầu cáp thẳng, lắp đặt trong nhà hay ngoài trời, thƣờng đƣợc
đấu vào các thiết bị đóng cắt, máy biến áp, thanh cái, đƣờng dây trên không. Đầu
cáp Tplug đƣợc dùng để đấu nối cáp vào các tủ RMU (Ring Main Unit) còn đầu cáp
Elbow đƣợc dùng để đấu nối cáp vào Máy biến áp.
- Phân loại theo cấp điện áp: Đầu cáp hạ thế, đầu cáp trung thế, đầu cáp cao
thế.
Kỹ thuật thi công đầu cáp khá phức tạp nhƣng tổng quát kỹ thuật thi công làm
đầu cáp đƣợc chia làm hai nhóm chính sau:
- Kỹ thuật làm đầu cáp thƣờng.
- Kỹ thuật làm đầu cáp Tplug và Elbow.
2.1.2.3. Nguyên tắc chung của việc làm đầu cáp
Nguyên tắc chung của việc làm đầu cáp là cáp phải tuyệt đối không mang điện,
môi trƣờng thi công đảm bảo khô ráo, thoáng mát, tránh ẩm ƣớt, bụi bẩn. Do đầu
cáp có cấu tạo phức tạp, yêu cầu chất lƣợng kỹ thuật thi công cao nên phải lựa chọn
cán bộ thi công có trình độ chuyên môn, giàu kinh nghiệm. Khi thi công đầu cáp cần
- 26 -
tuyệt đối tuân thủ hƣớng dẫn của hãng sản suất đầu cáp, thƣờng hƣớng dẫn đƣợc đi
cùng với từng bộ đầu cáp cụ thể.
2.1.2.4. Kỹ thuật làm đầu cáp thƣờng
Đầu cáp thƣờng chia làm hai loại: Đầu cáp co rút nhiệt và đầu cáp co rút nguội,
đầu cáp co rút nhiệt có độ bền cách điện cao hơn đầu cáp co nguội tuy nhiên thi
công phức tạp nên thƣờng dùng với điện áp trên 35kV, với cấp điện áp 22kV đầu
cáp co rút nguội có ƣu điểm thi công nhanh, đơn giản, độ bền cách điện đảm bảo
nên đƣợc dùng phổ biến hơn đầu cáp co nhiệt.
Đầu cáp co rút nguội thƣờng làm bằng Cao su Silicone thi công nhanh theo
phƣơng pháp co nguội. Đầu cáp đƣợc thiết kế phù hợp với tất cả các loại cáp trung
áp có cấu trúc màn chắn kim loại, có hoặc không có giáp, lõi dẫn bằng đồng hoặc
nhôm.
Phạm vi áp dụng của đầu cáp co rút nguội: Dùng cho cáp trung áp đến 35kV,
cho cáp có cách điện: polyethylene, XLPE, EPR. Cho cáp 1, 3 lõi, màn chắn bằng
đồng hoặc sợi đồng, có hoặc không có giáp. Lõi dẫn bằng đồng hoặc nhôm. Lắp đặt
cho những nơi có môi trƣờng ô nhiễm, bụi bẩn... Dùng để đấu nối vào các thiết bị
đóng cắt, máy biến áp, mô-tơ, thanh cái, đƣờng dây trên không...
Các đặc tính và tiện lợi của đầu cáp co rút nguội: Linh hoạt, lắp đặt nhanh
chóng, phạm vi áp dụng rộng, cho cáp tiết diện từ 25
đến 630
. Lắp đặt rất
đơn giản, không cần dụng cụ đặc biệt. Không cần đèn khò hay nguồn nhiệt khác,
chống chịu rất tốt tia tử ngoại và hóa chất. Ổn định nhiệt rất tốt, mức cách điện cao
ở môi trƣờng khô và ƣớt. Đáp ứng với các yêu cầu về bán kính uốn cong của tất cả
các nhà sản xuất cáp. Làm kín hiệu quả, đầu cáp vẫn duy trì tính đàn hồi và tạo áp
lực rất tốt lên bề mặt cáp sau một thời gian dài vận hành ngoài trời.
Các thành phần chính của đầu cáp co rút nguội:
- Ống đầu cáp: Phƣơng pháp thi công co rút nguội của ống đầu cáp đảm bảo độ
tin cậy cao về cách điện và tạo ra hệ thống làm kín, chống ẩm rất tốt cho bề mặt
cách điện của cáp. Ống đầu cáp co nguội đƣợc tích hợp thành một ống duy nhất
gồm các tán cách điện bằng cao su silicone bao phủ bên ngoài lớp điều chỉnh điện
trƣờng có hằng số điện môi cao và trong cùng là sƣờn lõi dây rút.
- 27 -
- Ống chia pha cáp bằng cao su Silicone (cho cáp 3 pha) định hình sẵn với cổ
chia 3 pha. Lắp đặt ống chia pha cáp sẽ tạo ra hệ thống làm kín chống ẩm tại vị trí
chia pha cáp.
- Ống bao vỏ pha cáp bằng cao su silicone (cho cáp 3 pha): Ống này đƣợc
thiết kế rất hiệu quả khi lắp đặt sẽ trƣợt nhẹ lên bề mặt lớp màn chắn đồng của pha
cáp. Các ống bao này là ống cách điện chống rò có tác dụng bảo vệ các pha cáp
trƣớc các tác động của môi trƣờng nhƣ ẩm ƣớt, ăn mòn, tia tử ngoại, va chạm hay
tác động nguy hiểm khác trong quá trình vận hành.
a) Đầu cáp ba pha 24kV
b) Đầu cáp đơn pha 24kV
Hình 2.2. Cấu tạo đầu cáp co rút nguội 24kV
Các đặc tính của vật liệu Silicon:
- Bề mặt nhẵn làm hạn chế thấp nhất các bụi bẩn bám trên bề mặt đầu cáp.
- Tính dóc nƣớc: Khi nƣớc tiếp xúc với bề mặt silicone sẽ phân tán thành các
giọt nhỏ và chảy khỏi các tán mà không làm ƣớt hoàn toàn bề mặt. Hiện tƣợng này
sẽ giảm thiểu tình trạng tạo ra đƣờng dẫn liên tục trên bề mặt silicon do đó dòng
điện rò cũng sẽ bị hạn chế.
- 28 -
- Là chất vô cơ (không dẫn điện): làm giảm dòng điện rò và hiện tƣợng hồ
quang trên bề mặt của đầu cáp.
- Chịu đƣợc nhiệt độ cao: Đây là đặc tính vật lý nổi trội của cao su silicone, vật
liệu vẫn duy trì các tính chất trong dải nhiệt độ cao từ 100ºC đến 180ºC.
Kỹ thuật lắp đặt đầu cáp 1 lõi theo các bƣớc sau:
- Bƣớc 1: Chuẩn bị mặt bằng, dụng cụ thi công.
- Bƣớc 2: Chuẩn bị cáp theo quy định của nhà sản xuất.
- Bƣớc 3: Lắp đặt dây nối đất của đầu cáp.
- Bƣớc 4: Luồn ống đầu cáp vào cáp.
- Bƣớc 5: Lắp đặt, ép đầu cốt.
- Bƣớc 6: Định vị ống đầu cáp trên cáp và rút sợi dây lõi, đầu cáp sẽ co rút vào
đúng vị trí.
- Bƣớc 7: Quấn băng cao su Silicone làm kín phần đỉnh đầu cáp.
Kỹ thuật lắp đặt đầu cáp 3 lõi theo các bƣớc sau:
- Bƣớc 1: Chuẩn bị mặt bằng, dụng cụ thi công.
- Bƣớc 2: Chuẩn bị cáp theo các bƣớc hƣớng dẫn chuẩn của hãng sản xuất.
- Bƣớc 3: Lắp đặt các dây nối đất của 3 pha cáp.
- Bƣớc 4: Đặt ống chia pha cáp vào vị trí và rút các sợi dây lõi.
- Bƣớc 5: Lắp đặt ống bao vỏ pha cáp RJS cho cả 3 pha. Chuẩn bị lắp đặt ống
đầu cáp cho mỗi pha cáp.
- Bƣớc 6: Lắp đặt đầu cốt.
- Bƣớc 7: Định vị ống đầu cáp trên cáp và rút sợi dây lõi, đầu cáp sẽ co rút vào
đúng vị trí.
- Bƣớc 8: Quấn băng cao su Siliconelàm kín phần đỉnh đầu cáp.
2.1.2.5. Kỹ thuật làm đầu cáp Tplug và đầu cáp Elbow
Đầu cáp Tplug và Elbow thƣờng làm bằng Cao su Silicone. Đầu cáp đƣợc thiết
kế phù hợp với tất cả các loại cáp trung áp có cấu trúc màn chắn kim loại, có hoặc
không có giáp, lõi dẫn bằng đồng hoặc nhôm.
- 29 -
Phạm vi áp dụng của đầu cáp co rút nguội: Dùng cho cáp trung áp đến 35kV,
cho cáp có cách điện: polyethylene, XLPE, EPR. Cho cáp 1, 3 lõi, màn chắn bằng
đồng hoặc sợi đồng, có hoặc không có giáp. Lõi dẫn bằng đồng hoặc nhôm. Lắp đặt
cho những nơi có môi trƣờng ô nhiễm, bụi bẩn... Dùng để đấu nối vào các thiết bị
đóng cắt, máy biến áp.
a) Đầu cáp Tplug
b) Đầu cáp Elbow
Hình 2.3.Đầu cáp Tplug và Elbow 24kV
Đầu cáp Tplug dùng để đấu nối đƣờng cáp ngầm vào tủ RMU còn đầu cáp
Elbow dùng để đấu nối với đầu cực trung thế của Máy biến áp. Hai loại đầu cáp trên
có hình dạng khác nhau nhƣng có cấu tạo và phƣơng pháp thi công lắp đặt tƣơng
đồng đƣợc chia thành 6 bƣớc nhƣ sau:
- Bƣớc 1: Chuẩn bị mặt bằng, dụng cụ thi công.
- Bƣớc 2: Chuẩn bị cáp theo quy định của nhà sản xuất.
- Bƣớc 3: Lắp đặt dây nối đất của đầu cáp.
- Bƣớc 4: Lắp đặt ống niêm cổ cáp.
- Bƣớc 5: Lắp đặt ống bọc pha cáp.
- Bƣớc 6: Lắp đặt đầu Elbow hoặc Tplug.
- Bƣớc 7: Lắp đặt đầu Elbow hoặc đầu Tplug vào Bushing của thiết bị.
2.1.3. Kỹ thuật làm hộp nối
2.1.3.1. Chức năng, nhiệm vụ của hộp nối
Hộp nối cáp là phần dẫn điện của cáp để nối hai cáp với nhau.Do hạn chế của
khâu sản xuất, vận chuyển cũng nhƣ lắp đặt nên cáp ngầm trung thế chỉ đƣợc sản
- 30 -
xuất đóng gói với độ dài nhất định vì vậy khi thi công lắp đặt tuyến cáp có độ dài
lớn phải sử dụng hộp nối để kết nối giữa hai đoạn cáp.
2.1.3.2. Phân loại hộp nối
Việc phân loại hộp nối có thể chia theo hai dạng sau:
- Phân loại theo cách thức lắp đặt: Hộp nối cáp co nguội (tên khác là hộp nối
khô) và hộp nối cáp quấn băng bơm nhựa Resin (tên khác là hộp nối ƣớt).
- Phân loại theo cấp điện áp: Hộp nối hạ thế, hộp nối trung thế và hộp nối cao
thế.
- Phân loại các dạng hộp nối cáp theo cách điện:
+ Cách điện đùn ép (extruded): hộp nối của cả 2 cáp lại với nhau, chúng có
cách điện sử dụng điện môi đùn ép điện áp định mức từ 2,5 † 500kV.
+ Cách điện lớp (laminated): hộp nối của 2 cáp lại với nhau, chúng có điện môi
bao gồm giấy tẩm chất lỏng hoặc giấy quấn lớp cách điện tổng hợp hay vải tẩm dầu.
+ Mối nối chuyển tiếp (transition): vị trí thực hiện ghép nối giữa hai cáp có
cách điện điện môi đùn ép với một cáp có cách điện sử dụng điện môi lớp.
2.1.3.3. Kỹ thuật làm hộp nối
Hộp nối cáp quấn băng bơm nhựa Resin có độ bền cách điện cao nên đƣợc
dùng cho điện áp trên 35kV tuy nhiên thi công phức tạp. Hộp nối cáp co nguội cách
điện kém hơn hộp nối cáp quấn băng bơm nhựa Resin nên chỉ phù hợp với cấp điện
áp từ 35kV trở xuống. Hộp nối cáp co nguội có ƣu điểm thi công đơn giản nên đƣợc
dùng rất phổ biến ở lƣới điện trung thế. Dƣới đây trình bày các bƣớc làm hộp nối co
nguội điển hình.
- Bƣớc 1: Chuẩn bị mặt bằng, dụng cụ thi công.
- Bƣớc 2: Chuẩn bị cáp theo quy định của nhà sản xuất.
- Bƣớc 3: Lắp đặt đầu cốt và quấn phủ đầu cốt bằng băng bán dẫn.
- Bƣớc 4: Lắp đặt ống co nguội cách điện.
- Bƣớc 5: Lắp đặt bao lƣới đồng.
- Bƣớc 6: Lắp đặt ống co nóng bao ngoài.
- 31 -
2.2. KỸ THUẬT LẮP ĐẶT CÁP NGẦM TRUNG THẾ
2.2.1. Yêu cầu chung
Việc xây dựng đƣờng cáp phải theo đúng các yêu cầu trong quy định hiện hành
về bảo vệ an toàn lƣới điện cao áp. Hành lang bảo vệ đƣờng cáp ngầm giới hạn nhƣ
sau:
- Chiều dài: Tính từ vị trí cáp chui ra khỏi ranh giới phạm vi bảo vệ của trạm
này đến trạm kế tiếp.
- Chiều rộng: Giới hạn bởi hai mặt phẳng thẳng đứng và song song về hai phía
của tuyến cáp (đối với cáp đặt trực tiếp trong đất, trong nƣớc) hoặc cách mặt ngoài
của mƣơng cáp (đối với cáp đặt trong mƣơng) về mỗi phía đƣợc quy định trong
bảng sau.
Bảng 2.1. Chiều rộng giới hạn của đường cáp ngầm
Loại cáp
điện
K/cách (m)
Đặt
trong
mƣơng
0,5
Đặt trong đất
Đất ổn
Đất không
định
ổn định
1,0
1,5
Đặt trong nƣớc
Không có tàu
Có tàu thuyền
thuyền qua lại
qua lại
20
100
- Chiều sâu: Tính từ vị trí đáy móng công trình đặt cáp điện lên đến mặt đất
hoặc mặt nƣớc tự nhiên.
Tuyến cáp phải đƣợc chọn sao cho ngắn nhất và đảm bảo an toàn không bị hƣ
hỏng về cơ học, chấn động, bị gỉ, bị nóng quá mức quy định hoặc bị ảnh hƣởng tia
hồ quang của các đƣờng cáp đặt gần gây ra. Cần tránh đặt các dây cáp bắt chéo lên
nhau hoặc lên đƣờng ống dẫn khác.
Để tránh cho đƣờng cáp khỏi bị hƣ hỏng và bị các lực cơ học nguy hiểm cho
quá trình lắp ráp và vận hành, phải thực hiện các yêu cầu sau đây:
- Cáp phải có dự phòng theo chiều dài đủ để có thể co giãn đƣợc khi đất bị
dịch chuyển hoặc biến dạng do nhiệt độ của bản thân cáp cũng nhƣ kết cấu đặt cáp.
Cấm dự phòng cáp theo kiểu khoanh vòng.
- Cáp đặt nằm ngang trên các kết cấu, tƣờng xà, phải đƣợc cố định chặt ở điểm
cuối, ở cả hai phía của đoạn cáp uốn và tại hộp nối.
- 32 -
- Cáp đặt thẳng đứng theo các kết cấu, theo tƣờng phải đƣợc kẹp, gia cố sao
cho không bị biến dạng vỏ bọc, không làm hỏng cáp và chỗ nối do tác động của
trọng lƣợng bản thân cáp.
- Kết cấu đỡ cáp loại không bọc vỏ thép cần phải tránh hƣ hỏng cơ học cho vỏ
cáp, tại các điểm gia cố chặt cần có đệm lót đàn hồi.
- Các loại cáp (kể cả cáp bọc thép) đặt ở những chỗ ôtô qua lại, chuyên chở
máy móc, hàng hóa, ngƣời qua lại... phải đƣợc bảo vệ chống va chạm.
- Khi đặt cáp mới bên cạnh cáp đang vận hành phải có biện pháp để không làm
hỏng cáp đang vận hành.
Độ căng của cáp khi đặt và kéo đƣợc xác định mức căng cơ học có thể chịu
đƣợc của ruột và vỏ bọc cáp theo quy định của nhà chế tạo. Khi uốn cáp, bán kính
cong phải thực hiện theo yêu cầu của nhà chế tạo cáp.
Trên tuyến cáp ngầm phải có mốc đánh dấu tuyến cáp.Tuyến của mỗi đƣờng
dây cáp ngầm phải có bản đồ mặt bằng ghi rõ đầy đủ các tọa độ tƣơng ứng so với
các mốc có sẵn của công trình đã xây dựng hoặc so với các mốc đặc biệt.Ở những
chỗ có hộp cáp cũng phải đánh dấu trên bản đồ.
2.2.2. Lựa chọn loại cáp
Cáp đặt trực tiếp trong đất phải là cáp có lớp bảo vệ chịu va đập cơ học. Lớp
bảo vệ của cáp phải chịu đƣợc tác động cơ học khi lắp đặt ở bất kỳ vùng đất nào, kể
cả khi kéo cáp, luồn cáp qua khối hoặc ống cáp và chịu đƣợc tác động nhiệt, chịu
đƣợc tác động hóa học trong quá trình vận hành, sửa chữa.
Đối với cáp của nhà máy điện, trạm biến áp và điểm nút quan trọng của lƣới
điện phải dùng loại cáp có băng thép bọc ngoài phủ bằng lớp vật liệu không cháy.
Đối với đƣờng cáp đặt ở vùng đất không ổn định phải dùng loại có vỏ bọc bằng
sợi thép hoặc phải có biện pháp chống nguy hại đến cáp khi đất dịch chuyển (ví dụ
dự phòng chiều dài cho đƣờng cáp, lèn chặt đất, đóng cọc).
2.2.3. Cấu hình lắp đặt cáp ngầm
Cáp ngầm có thể bố trí theo 3 cách: Bố trí theo phƣơng thẳng đứng, bố trí theo
phƣơng nằm ngang, bố trí theo hình tam giác.
- 33 -
2.2.3.1. Cáp bố trí 3 pha theo phƣơng thẳng đứng
Phƣơng pháp này là 3 pha cáp đặt thẳng đứng trong mƣơng cáp. Cách bố trí
này thích hợp cho cáp đặt trong trạm biến áp, cáp đi trong mƣơng cáp bằng bê tông
đƣợc xây dựng trƣớc, các pha phải đặt trên các giá đỡ bằng thép.
Bố trí cáp theo cách này có ƣu điểm là chiều rộng mƣơng cáp nhỏ (khoảng
1m), do vậy giảm đƣợc diện tích đào đất và ít ảnh hƣởng đến giao thông khi thi
công. Nhƣng nhƣợc điểm là phải tăng độ sâu mƣơng cáp, khó khăn cho việc lắp đặt
cáp tại vị trí giao chéo với công trình ngầm do cần phải hút nƣớc liên tục trong quá
trình thi công và sẽ làm tăng chi phí xây dựng đƣờng cáp.
2.2.3.2. Cáp bố trí 3 pha theo phƣơng nằm ngang
Phƣơng pháp này là 3 pha cáp đặt nằm ngang trong mƣơng cáp. Cách bố trí
này thích hợp cho cáp đi dƣới đƣờng giao thông nhất là trong thành phố rất thuận
tiện trong việc xử lý giao chéo các công trình ngầm.
Phƣơng pháp bố trí này có ƣu điểm nổi bật là thuận tiện trong quá trình thi
công, rải cáp do diện tích bố trí rộng nên thích hợp trong lƣới điện đô thị. Vận hành,
bảo dƣỡng cáp thuận tiện do tiến hành công tác trên một mạch (hoặc sợi cáp) độc
lập với mạch kia. Vẫn có thể duy trì cung cấp điện một mạch trong khi sửa chữa
mạch còn lại.Nhƣợc điểm là diện tích đào lấp rộng, ảnh hƣởng nhiều đến giao thông
khi thi công. Do vậy, cần phải có biện pháp thi công hợp lý, chắng hạn theo từng
cung đoạn.
2.2.3.3. Cáp bố trí 3 pha theo hình tam giác
Phƣơng pháp này là 3 pha cáp đặt thành hình tam giác. Cách bố trí này thích
hợp cho đƣờng cáp phải đi trong địa hình chật hẹp, đòi hỏi thời gian thi công nhanh.
Cách bố trí này có ƣu điểm là thu hẹp chiều rộng mƣơng cáp, giảm đƣợc diện
tích đào đất và ít ảnh hƣởng đến giao thông khi thi công. Nhƣng nhƣợc điểm là thi
công khó khăn vì phải bố trí các sợi cáp chính xác ở đỉnh hình tam giác đều dẫn tới
khả năng vận hành không ổn định. Tiết diện cáp đòi hỏi đủ lớn và do các sợi cáp đặt
gần nhau hơn so với hai cách trên nên ba pha sẽ tác động tƣơng hỗ làm giảm khả
năng tải của cáp. Quá trình bảo dƣỡng, sửa chữa cũng phức tạp hơn.
- 34 -
2.2.4. Phƣơng thức lắp đặt cáp
Khi lựa chọn phƣơng thức lắp đặt cáp lực đến 35kV phải tuân thủ các bƣớc:
- Trong một hào cáp không đặt quá 6 sợi cáp lực. Nếu số lƣợng sợi cáp lớn
hơn, nên đặt trong các hào riêng cách nhau không đƣợc nhỏ hơn 0,5m hoặc trong
các mƣơng, tuy nhiên cầu đỡ hoặc hành lang cáp.
- Khi chọn phƣơng thức đặt cáp trong phạm vi thành phố, cần tính mức đầu tƣ
ban đầu, các khoản chi phí liên quan đến bảo dƣỡng, sửa chữa cũng nhƣ sự thuận
tiện và tính kinh tế của công trình.
- Hiện nay thƣờng sử dụng một trong ba phƣơng thức đặt cáp sau: Lắp đặt cáp
ngầm trực tiếp trong đất, lắp đặt cáp ngầm trong ống (khối cáp, máng cáp) và lắp đặt
cáp ngầm trong công trình cáp.
2.2.4.1. Lắp đặt cáp ngầm trực tiếp trong đất
Khi đặt trong đất, cáp cần đặt trong hào cáp.Phía dƣới cáp phải có lớp đất mịn,
trên cáp phủ lớp đất mịn không lẫn sỏi, đá, xỉ quặng hoặc rác.
Suốt chiều dài đƣờng cáp phải có bảo vệ tránh tác động về cơ học:Đối với cáp
điện áp 35kV trên mặt hào cáp phải phủ các tấm đan bêtông với chiều dày không
đƣợc nhỏ hơn 50mm.Đối với cáp điện áp dƣới 35kV, trên mặt hào cáp lát bằng tấm
đan hoặc phủ lớp gạch nằm ngang với đƣờng cáp hoặc bằng vật liệu có độ cứng suốt
tuyến cáp (không dùng gạch silicát, gạch lỗ, gạch rỗng để lát).
Độ sâu đặt cáp so với cốt chuẩn quy hoạch ít nhất là: 0,7m với cáp có điện áp
đến 22kV, 1m với cáp có điện áp 35kV.
Khoảng cách từ đƣờng cáp (ở mọi cấp điện áp khi đặt trong đất) đến móng nhà
hoặc móng công trình xây dựng không đƣợc nhỏ hơn 0,6m.
Khi đặt cáp song song với nhau thì khoảng cách giữa các cáp ít nhất phải là:
- 100mm: giữa các cáp lực điện áp tới 10kV với nhau hoặc giữa chúng với cáp
nhị thứ.
- 250mm: giữa các cáp lực điện áp 22kV hoặc 35kV với nhau hoặc giữa chúng
với loại cáp lực khác có điện áp thấp hơn.
- 35 -
- 500mm: giữa các cáp của các cơ quan khác nhau hoặc giữa cáp lực với cáp
thông tin liên lạc.
Khoảng cách từ cáp điện áp đến 35kV, cáp dầu áp lực đặt song song theo chiều
ngang đến các đƣờng ống (ống nƣớc, mƣơng nƣớc), các tuyến ống hơi đốt áp suất
thấp từ 0,0049MPa đến 0,588MPa không đƣợc nhỏ hơn 1m; đến các đƣờng ống có
áp suất trên 0,588MPa đến 1,176MPa không đƣợc nhỏ hơn 2m.
Khi đặt đƣờng cáp song song với ống dẫn nhiệt, khoảng cách giữa cáp và ống
dẫn không đƣợc nhỏ hơn 2m. Ở những chỗ bắt buộc phải đặt gần thì suốt đoạn đi
gần cáp, ống dẫn nhiệt phải đƣợc bao một lớp cách nhiệt để tránh làm tăng nhiệt độ
của đất xung quanh đƣờng cáp, trong mọi điều kiện trong năm, không đƣợc tăng
thêm quá 10oC với đƣờng cáp điện áp tới 10kV và 5oC đối với đƣờng cáp điện áp từ
22kV đến 220kV.
Khi đặt song song với đƣờng sắt, cáp phải đặt ngoài chỉ giới của đƣờng sắt.
Khi đặt đƣờng cáp song song với đƣờng tàu điện, khoảng cách từ cáp đến
đƣờng ray gần nhất không đƣợc nhỏ hơn 2,75m.
Khi đặt đƣờng cáp song song với đƣờng ôtô cấp I hoặc cấp II, cáp phải đặt
ngoài phạm vi rãnh thoát nƣớc hoặc chân nền đƣờng không đƣợc nhỏ hơn 0,7m.
Khoảng cách từ đƣờng cáp đến trang bị nối đất của cột ĐDK điện áp trên 1kV
đến 35kV không đƣợc nhỏ hơn 5m.
Ở chỗ giao chéo giữa đƣờng cáp lực và cáp khác, phải có lớp đất dày không
đƣợc nhỏ hơn 0,5m để ngăn cách.Với cáp điện áp đến 35kV, nếu dùng ống hoặc tấm
đan bêtông để ngăn cách suốt đoạn giao chéo thêm mỗi phía 1m, có thể giảm
khoảng cách đó đến 0,15m, các cáp nhị thứ và thông tin phải đặt trên cáp lực.
Khi giao chéo với đƣờng ống dẫn, kể cả ống dẫn dầu và hơi đốt, khoảng cách ít
nhất giữa cáp và ống phải là 0,5m, nếu đặt cáp trong ống suốt cả đoạn giao chéo
cộng thêm mỗi phía 2m có thể giảm khoảng cách còn 0,25m.
Khi đƣờng cáp điện áp đến 35kV giao chéo với ống dẫn nhiệt, khoảng cách từ
cáp đến lớp bọc cách nhiệt của ống dẫn nhiệt không đƣợc nhỏ hơn 0,5m, khi đó ống
- 36 -
dẫn nhiệt suốt đoạn giao chéo với đƣờng cáp cộng thêm mỗi phía 2m phải đƣợc bọc
cách nhiệt sao cho nhiệt độ của đất xung quanh cáp không tăng thêm quá 10 oC so
với nhiệt độ cao nhất trong mùa hè và 15oC so với nhiệt độ thấp nhất trong mùa
đông.
Khi giao chéo với đƣờng sắt và đƣờng ôtô, cáp phải đặt trong tuyến, trong khối
cáp hoặc trong ống suốt chiều ngang của đƣờng cộng thêm mỗi phía 0,5m tính từ
mép đƣờng; chiều sâu chôn cáp ít nhất là 1m kể từ mặt đƣờng và thấp hơn đáy
mƣơng thoát nƣớc ở hai bên đƣờng ít nhất là 0,5m.
Khi giao chéo với đƣờng ray xe điện, cáp phải đặt trong khối cáp hoặc ống cáp
cách điện. Chỗ giao chéo phải cách chỗ bẻ ghi hoặc chỗ nối dây điện (dây âm) vào
đƣờng ray không đƣợc nhỏ hơn 3m.
Khi giao chéo với nơi ôtô ra vào, nhà để xe, cáp phải đặt trong ống. Khi cáp đi
qua suối, mƣơng nƣớc và qua bãi đất bồi, cáp cũng phải đặt trong ống.
Khi đặt hộp nối cáp, khoảng cách giữa vỏ hộp nối đến cáp khác gần nhất không
đƣợc nhỏ hơn 250mm. Để đảm bảo việc thay hộp nối cáp khi bị hỏng, phải có chiều
dài cáp dự phòng ở cả hai phía của hộp nối cáp.
Ƣu điểm của phƣơng pháp này là dễ dàng kéo và lắp đặt cáp dẫn đến thời gian
thi công nhanh.Giá thành thi công hạ và cáp đƣợc đặt trong môi trƣờng có khả tản
nhiệt tốt.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là trong quá trình thi công vỏ bọc của cáp
dễ bị hƣ hỏng, khả năng chống va chạm cơ khí kém dẫn đến tăng sự cố cáp do tác
nhân bên ngoài va chạm vào cáp. Bên cạnh đó đối với cáp đơn pha khi thi công sẽ
khó đảm bảo khoảng cách giữa các pha ảnh hƣởng đến khả năng tải của cáp. Mặt
khắc khi thay thế hoặc sửa chữa cáp có sẵn hoặc cáp lắp đặt thêm các mạch cáp
bằng phƣơng pháp chôn trực tiếp phải đào toàn bộ đất lên.
Do các ƣu nhƣợc điểm trên phƣơng pháp này chủ yếu đƣợc sử dụng để lắp đặt
tại những nơi không có hoặc ít có khả năng mở rộng quy mô cáp.
- 37 -
2.2.4.2. Lắp đặt cáp ngầm trong ống (khối cáp, máng cáp).
Ống cáp, khối cáp có thể làm bằng thép, gang, bêtông, sành sứ, nhựa tổng hợp
hoặc bằng các vật liệu tƣơng tự. Cáp một pha chỉ đƣợc đặt trong ống bằng vật liệu
không từ tính. Mỗi pha của đƣờng cáp phải đặt trong từng ống riêng biệt.
Số lƣợng ngăn trong khối cáp, khoảng cách giữa các ngăn và kích thƣớc của
ngăn phải đƣợc lựa chọn theo điều kiện phát nhiệt.
Mỗi khối cáp phải có 15% ngăn dự phòng nhƣng không đƣợc nhỏ hơn một
ngăn.
Khối cáp và ống cáp khi đặt phải có độ dốc về phía giếng cáp ít nhất là 0,2%.
Các ống cáp đặt trực tiếp trong đất, khoảng cách ít nhất giữa chúng, giữa các
ống với cáp hoặc với công trình khác phải áp dụng nhƣ sau:
- 100mm: giữa các cáp lực điện áp tới 10kV với nhau hoặc giữa chúng với cáp
nhị thứ.
- 250mm: giữa các cáp lực điện áp 22kV hoặc 35kV với nhau hoặc giữa chúng
với loại cáp lực khác có điện áp thấp hơn.
- 500mm: giữa các cáp của các cơ quan khác nhau hoặc giữa cáp lực với cáp
thông tin liên lạc.
Cáp đặt trong khối cáp, ở những chỗ đƣờng cáp đổi hƣớng và chỗ cáp từ khối
cáp vào đất phải xây giếng cáp để đảm bảo dễ dàng khi thi công cáp.
Ở chỗ đầu ra từ ống hoặc ngăn của khối cáp hoặc máng cáp, cũng nhƣ ở chỗ
nối ống, mặt trong của ống, của khối ống và của máng phải phẳng và nhẵn để tránh
hƣ hỏng lớp vỏ bọc bên ngoài khi kéo cáp.
Khi lắp đặt tuyến cáp phải tính trƣớc số lƣợng ống chôn theo kế hoạch phát
triển của tuyến cáp. Cũng cần phải xây dựng các hầm nối để đƣa cáp luồn vào ống
và nối cáp phải tính đến sự có giãn của vỏ kim loại do sự thay đổi nhiệt độ cáp.
Ƣu điểm của phƣơng pháp này là dễ dàng mở rộng và thay thế cáp và ít làm hƣ
hỏng vỏ cáp trong quá trình lắp đặt.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là giá thành công trình tƣơng đối lớn.Mặt
khác phƣơng pháp này không tản nhiệt tốt cho cáp đi trong ống nên nếu lắp đặt
nhiều mạch cáp thì khả năng tải sẽ bị hạn chế.Tuy nhiên việc thay thế mở rộng và
- 38 -
sửa chữa cáp sẽ dễ dàng và có thể thực hiện mà không phải đào đất. Do đó phƣơng
pháp này thƣờng đƣợc sử dụng trong khu vực đô thị.
2.2.4.3. Lắp đặt cáp ngầm trong công trình cáp
Công trình cáp phải tính đến khả năng đặt thêm khoảng 15% số cáp có trong
thiết kế (thay thế cáp trong quá trình lắp đặt, đặt thêm v.v.).
Các tầng cáp, tuyến, hành lang cáp, cầu dẫn và giếng cáp phải tách biệt với các
phòng khác và các công trình cáp bên cạnh bằng tƣờng ngăn chống cháy với mức
chịu lửa không ít hơn 0,75 giờ. Những tƣờng ngăn với tuyến cáp dài phải chia thành
từng đoạn, có cửa ra vào cách nhau không quá 150m nếu đặt cáp lực và cáp nhị thứ;
không dài quá 100m nếu đặt cáp dầu áp lực. Diện tích một đoạn tuyến có sàn kép
không lớn hơn 600m2.
Lối ra từ công trình cáp phải bố trí hƣớng ra phía ngoài trời hoặc ra phòng
xƣởng có độ an toàn cao về phòng cháy chữa cháy (PCCC). Số lƣợng và vị trí các
lối thoát (các cửa thoát) khỏi công trình cáp xác định tại chỗ nhƣng ít nhất là 2.Nếu
độ dài của công trình cáp không quá 25m cho phép có 1 lối thoát.
Cửa vào công trình cáp phải là loại tự đóng và có giăng kín.Các cửa thoát phải
mở ra phía ngoài và phải có khoá mở đƣợc từ phía trong công trình cáp không cần
chìa, còn các cửa giữa các ngăn, đoạn tuyến hƣớng mở về phía lối thoát gần nhất và
chúng phải tự đóng đƣợc.
Các cầu, giá dẫn cáp có sàn kỹ thuật phải có lối vào bằng thang.Khoảng cách
giữa các lối vào không quá 150m.Khoảng cách từ chân cầu thang, giá đỡ cáp đến lối
vào không đƣợc quá 25m.
Khoảng cách giữa các lối vào hành lang cáp có đặt đƣờng cáp điện áp đến
35kV không quá 150m, nếu là cáp dầu áp lực không quá 120m.
Hành lang cáp cũng phải chia ra các ngăn bằng các tấm ngăn chống cháy có
mức chịu lửa không nhỏ hơn 0,75 giờ. Nếu cáp đặt có điện áp đến 35kV, độ dài
từng ngăn của hành lang không quá 150m và không quá 120m nếu là cáp dầu áp lực.
Trong tuyến và mƣơng cáp phải có biện pháp ngăn ngừa nƣớc thải công
nghiệp, dầu chảy vào và có thể xả nƣớc lẫn đất cát ra ngoài. Độ dốc đáy thoát của
chúng không đƣợc nhỏ hơn 0,5% về phía có hố tích nƣớc hoặc mƣơng thoát nƣớc.
- 39 -
Việc đi lại từ ngăn hầm nọ sang ngăn hầm kia khi chúng nằm ở các độ cao khác
nhau phải có đƣờng dốc đặt nghiêng không quá 15o.
Mƣơng cáp và sàn kép trong trạm phân phối và trong gian nhà phải đƣợc đậy
kín bằng các tấm có thể tháo lắp đƣợc và bằng vật liệu chống cháy.
Trọng lƣợng của tấm nắp đậy có thể nâng đƣợc không nặng quá 50kg.Mỗi tấm
phải có móc để nâng lên khi cần.
Trong công trình cáp nên dùng hết độ dài chế tạo của cáp, còn khi đặt cáp phải
tuân theo các yêu cầu sau:
- Cáp nhị thứ và cáp thông tin đặt phía trên hoặc phía dƣới cáp lực nhƣng phải
có các tấm ngăn. Tại các điểm giao chéo hoặc rẽ nhánh, cho phép không đặt tấm
ngăn ở giữa.
- Cáp nhị thứ đƣợc phép đặt cạnh cáp lực có điện áp đến 1kV.
- Cáp lực điện áp đến 1kV nên đặt phía trên cáp có điện áp cao hơn, giữa
chúng cần có tấm ngăn.
- Các nhóm cáp khác nhau: loại làm việc, loại dự phòng cao hơn 1kV của máy
phát điện, máy biến áp v.v. của những phụ tải loại I, nên đặt ở các mức cao thấp
khác nhau và ngăn cách chúng bằng các tấm ngăn.
Trong công trình cáp có cáp nhị thứ và cáp lực có đai thép có tiết diện bằng
hoặc lớn hơn 25mm2, cáp bọc chì không đai thép phải đặt theo giá đỡ dạng công
son. Cáp nhị thứ không bọc thép, cáp lực không đai thép vỏ chì, và cáp lực các loại
vỏ bọc khác có tiết diện dƣới 16mm2 phải đặt trong máng hoặc giá ngăn.
Ƣu điểm của phƣơng pháp này là có thể dễ dàng lắp đặt nhiều mạch cáp, cáp
đƣợc tản nhiệt tốt và dễ dàng bảo dƣỡng trong quá trình vận hành.Khả năng tải của
cáp cao nhất và dễ dàng mở rộng thay thế.
Tuy nhiên do sự phát triển dân cƣ ở các khu vự đô thị, đƣờng giao thông hiện
có thƣờng chật hẹp, việc giải quyết vấn đề giao chéo với các công trình khác hiện có
nhƣ cấp thoát nƣớc, thông tin liên lạc... là hết sức khó khăn, ngoài ra giá thành xây
dựng rất cao là thách thức lớn.
- 40 -
Chính vì vậy phƣơng pháp này phù hợp với việc xây dựng hệ thống cấp điện
tại các khu đô thị, khu công nghiệp, các nhà máy sản xuất... có quy hoạch sẵn hệ
thống mƣơng cáp cho các hệ thống cáp điện lực, cáp thông tin, cáp viễn thông ...
Bảng 2.2. Khoảng cách nhỏ nhất giữa các cáp trong công trình cáp
Kích thƣớc nhỏ nhất (mm) khi lắp đặt
Trong các tuyến,
Khoảng cách
Trong các mƣơng cáp và sàn
hành lang, cầu
kép
đỡ cáp
Không hạn chế nhƣng không
Chiều cao
1.8
quá 1.200mm
300 với độ sâu 0,6m
Khoảng cách ngang giữa các
450 với độ sâu 0,6 - 0,9m
giá đỡ trong trƣờng hợp đặt cả
1
2 phía (độ rộng lối đi )
600 với độ sâu lớn hơn 0,9m
Khoảng cách ngang từ giá đỡ
đến tƣờng khi đặt giá 1 phía (độ
rộng lối đi)
Khoảng cách theo chiều đứng
giữa các giá đỡ ngang
Đối với cáp có điện áp:
+ đến 10kV
+ 22 - 35kV
Khoảng cách giữa các giá đỡ
(công son) theo chiều dài công
trình
Khoảng cách theo chiều đứng
và chiều ngang của cáp lực có
điện áp đến 35kV
900
Nhƣ trên
200
250
150
200
800 – 1.000
Không nhỏ hơn đƣờng kính của cáp
2.3. ẢNH HƢỞNG CỦA CỦA KỸ THUẬT LẮP ĐẶT ĐẾN QUÁ TRÌNH VẬN
HÀNH CỦA HỆ THỐNG CÁP NGẦM TRUNG THẾ
2.3.1. Ảnh hƣởng của kỹ thuật làm đầu cáp và hộp nối
Theo các số liệu thống kê về sự cố cáp ngầm trong lƣới điện phân phối có thể
cho thấy rằng sự cố từ nguyên nhân lắp đặt cáp ngầm mà chủ yếu đến từ nguyên
nhân nổ hộp nối và đầu cáp chiến một tỷ trọng khá cao (khoảng 20%†25%).
- 41 -
Việc tuyến cáp ngầm bị nổ hộp nối, đầu cáp chủ yếu là do khi thi công hộp nối,
đầu cáp không đúng kỹ thuật dẫn đến việc đầu cáp hoặc hộp nối bị ẩm, nhiễm bụi
bẩn, nhiễm tạp chất hoặc không khí lọt vào trong... Chính vì vậy việc thi công làm
đầu cáp, hộp nối đúng kỹ thuật sẽ hạn chế rất cao nguy cơ sự cố cho hệ thống cáp
ngầm.
2.3.2. Ảnh hƣởng của phƣơng pháp tiếp địa vỏ cáp
Khi đƣa cáp vào vận hành trong lƣới điện trung thếtùy theo cấu hình bố trí cáp
thì vỏ cáp sẽ có một điện thế do dòng điện chạy trong lõi gây lên (hiện tƣợng cảm
ứng điện từ). Trong trƣờng hợp tiếp địa hai đầu cáp thì sẽ xuất hiện dòng điện chạy
trong vỏ cáp dấn đến phát nóng vỏ, việc phát nóng vỏ vừa gây nên tổn thất năng
lƣợng lại vừa làm giảm khả năng tải của cáp. Trong trƣờng hợp tiếp địa vỏ cáp ở
một đầu cáp thì đầu còn lại sẽ có một điện thế so với đất, điện thế này tăng theo
chiều dài của vỏ, nhƣ vậy nếu tuyến cáp dài thì có để dấn đến điện thế đủ lớn dấn
đến nguy cơ phóng điện ở cách điện phía ngoài, làm suy giảm cách điện của cáp,
thậm chí dẫn đến phóng điện chọc thủng cách điện làm ngắn mạch tuyến cáp.
a) Tiếp địa một đầu
b) Tiếp địa hai đầu
Hình 2.4. Điện thế trên vỏ cáp khi đấu nối tiếp địa một đầu, hai đầu
a) Hệ thống nối đất một điểm
Cách bố trí đơn giản nhất của vỏ cáp 3 pha là nối chúng với nhau và chỉ tiếp
đất một điểm dọc đƣờng cáp. Các điểm khác sẽ có điện áp với đất, điện áp cao nhất
tại điểm xa đất nhất.
Hình 2.5. Hệ thống nối đất một điểm
- 42 -
Trong phƣơng pháp này vỏ chỉ đƣợc nối đất tại một đầu cáp, đầu còn lại không
nối đất. Trong trƣờng hợp này tổn thất nhiệt trên vỏ cáp bằng không. Hệ thống này
đƣợc sử dụng cho những đoạn cáp ngắn. Tuy nhiên với tuyến cáp dài vỏ của mỗi
đoạn cáp sẽ không đƣợc liên kết liên tục vì phải nối. Do đó nếu xảy ra ngắn mạch,
dòng về đất không chạy đƣợc qua vỏ và gây ra nhiễu lớn đối với các đƣờng dây
thông tin liên lạc ở gần tuyến cáp. Vì thế hệ thống này không đƣợc sử dụng cho các
tuyến cáp dài.
Khi chiều dài tuyến cáp lớn ngƣời ta phải nối đất tại một vài điểm đoạn cáp
trong tuyến cáp. Để điện áp vỏ cáp giảm đi cần phân đoạn cáp bằng cách dùng hộp
nối phân đoạn để giảm điện áp đến mức giới hạn quy định.
b) Hệ thống nối đất đảo vỏ
Hình 2.6. Hệ thống nối đất đảo vỏ
Phƣơng pháp nối đất đảo vỏ đƣợc sử dụng rộng rãi cho các tuyến cáp đài dùng
cáp đơn lõi, trong hệ thống này, vỏ đƣợc liên kết nhƣ hình vẽ. Với hệ thống nối đất
này, tất cả các phân đoạn cáp có độ dài nhƣ nhau và véctơ tổng của điện thế vỏ mỗi
ba phân đoạn sẽ bằng không và có thể giảm đƣợc tổn thất mạch vỏ.Vì vậy hệ thống
nối đất này kiểu này đƣợc sử dụng rất rộng rãi.
2.3.3. Ảnh hƣởng của cấu hình lắp đặt cáp
2.3.3.1. Phƣơng pháp tính điện áp cảm ứng vỏ cáp
Dây dẫn điện P, khi đặt song song với ba dây dẫn mang dòng điện ba pha cân
bằng sẽ có gradient điện áp cảm ứng dọc theo chiều dài dây dẫn tính theo công thức:
(
√
)
- 43 -
Trong đó:
– Dòng điện của dây dẫn ở giữa (A);
–vận tốc góc (rad/s);
– khoảng cách trục của dây dẫn song song với dây dẫn pha 1 (m);
– khoảng cách trục của dây dẫn song song với dây dẫn pha 2 (m);
– khoảng cách trục của dây dẫn song song với dây dẫn pha 3 (m).
Có thể biểu diễn chiều quay các pha nhƣ sau:
√
Gradient điện áp cảm ứng trong vỏ cáp có thể đáng kể trong trƣờng hợp đặc
biệt khi dây dẫn song song là vỏ bao quanh dây dẫn với khoảng cách bằng bán kính
trung bình của vỏ. Nếu không có các dòng điện khác chạy trong các dây lân cận hệ
thống cáp đang xét thì ba trị số gradient điện áp trên ba pha cho một nhóm cáp bất
kỳ có dòng điện ba pha cân bằng đƣợc tính nhƣ sau tùy thuộc cấu hình bố trí cáp.
a) Cấu hình bố trí cáp bất kỳ.
(
(
(
√
√
√
)
)
)
Trong đó:
– đƣờng kính trung bình hình học của vỏ (m);
– khoảng cách hƣớng trục của pha 1 và 2 (m);
– khoảng cách hƣớng trục của pha 2 và 3 (m);
– khoảng cách hƣớng trục của pha 3 và 1 (m).
- 44 -
b) Cấu hình bố trí cáp tam giác đều
các phƣơng trình trên rút
Khi cáp bố trí tam giác đều thì
gọn thành:
√
(
√
(
)
)
c) Cấu hình bố trí cáp trên cùng một mặt phẳng đảo pha
Cáp bố trí trên một mặt phẳng đảo pha, khoảng cách giữa các tim là S.
Gradient điện áp trên vỏ là:
(
(
a) Bốtrí tam giác đều
√
√
)
)
b) Bố trí cáp trên cùng mặt phẳng
Hình 2.7. Sơ đồ vectơ điện áp trên vỏ cáp
Gradient điện áp tính trong các phƣơng trình trên chỉ tính với từ trƣờng của
dòng điện 3 pha. Nếu có cáp mang dòng điện ở lân cận thì điện áp cảm ứng sẽ bị
thay đổi, đặc biệt là cáp đấu nối đảo vỏ và mang dòng điện cảm thì gradient điện áp
sẽ giảm. Mức độ giảm phụ thuộc vào cấu hình bố trí cáp. Để hạn chế điện áp cảm
ứng vỏ cáp có thể dùng cách hoán vị cáp nhằm mục đích cân bằng trở kháng của cáp
3 pha, muốn hoán vị thì cáp phải phải có từ 3 đoạn trở lên.
- 45 -
Hình 2.8. Gradient điện áp cảm ứng trên vỏ khi có dòng điện 1000A trong ruột
Trong trƣờng hợp tuyến cáp dài, chỉ tiếp địa vỏ cáp ở một đầu thì đầu còn lại
có điện áp khá cao có thể dẫn đến hiện tƣơng phóng điện gây cháy nổ đầu cáp hoặc
già hóa cách điện. Không có sự thống nhất quốc tế về giới hạn điện áp vỏ, đặc biệt ở
hệ thống nhiều tuyến cáp. Tuy nhiên một số nƣớc cũng xác định trị số điện áp lớn
nhất ở khoảng 50V đối với các chi tiết kim loại hở ở đầu cáp, từ 60V đến 100V cho
vỏ chôn và vỏ tại đầu cáp có che bảo vệ tay ngƣời không chạm đƣợc vào vỏ và các
chi tiết kim loại.
Trong trƣờng hợp tiếp địa vỏ cáp ở hai đầu tuyến cáp dài thì sẽ xuất hiện dòng
điện chạy trong vỏ cáp sẽ sinh ra nhiệt lƣợng làm nóng vỏ cáp, nhƣ vậy làm tăng tổn
hao đồng thời giảm khả năng tải của cáp. Giải pháp có thể đƣợc sử dụng để khắc
phục nhƣợc điểm trên là phân đoạn tuyến cáp dài thành nhiều đoạn nhỏ và tiếp địa
một đầu vỏ cáp cho từng đoạn nhỏ đó.
2.3.3.2. Ảnh hƣởng của tổn thất vỏ cáp đến khả năng tải của cáp
Từ trƣờng của dòng điện xoay chiều trong cáp sẽ gây ra tổn hao năng lƣợng
phụ trong lớp vỏ kim loại của cáp. Tổn hao này phụ thuộc vào phƣơng pháp đấu cáp
và cách nối đất lớp vỏ.
Khi nối đất lớp vỏ chỉ ở phía đầu đoạn cáp thì tổn hao này sẽ tăng dần phía
cuối đoạn cáp, giá trị tổn hao đạt giá trị lớn nhất khi nối đất lớp vỏ ở hai đầu là ở
giữa đoạn cáp. Tổn hao do dòng xoáy trong cáp một lõi với lớp vỏ kim loại không
- 46 -
từ tính thƣờng nhỏ không đáng kể. Vì vậy trong phần lớn trƣờng hợp ngƣời ta chỉ
tính đến tổn hao do dòng điện chạy dọc trục cáp.
Đối với cáp 3 pha một lõi, dòng điện trong lõi cáp bằng nhau về trị số và lệch
nhau 120º. Mà giá trị tổn hao năng lƣợng lớn nhất trong trƣờng hợp nối đất hai đầu
không hoán vị vỏ, lúc đó tổng dòng điện trong các lớp vỏ bằng 0, độ sụt áp trên vỏ
mỗi pha bằng 0.
Trị số dòng điện trong lớp vỏ kim loại:
√
Trong đó:
– điện trở lớp vỏ kim loại (Ω/m);
– vận tốc góc (rad/s);
– Dòng điện chạy trong lõi cáp (A).
Tổn thất công suất trong vỏ cáp ở tần số f = 50Hz:
( )
Tổn thất công suất toàn bộ trong vỏ cáp khi nối tắt đầu vỏ cáp:
[
( ) ]
Hỗ cáp M giữa hai lõi cáp:
Khi 3 cáp đơn bố trí theo các đỉnh của tam giác đều thì hỗ cảm của chúng bằng
nhau:
Khi 3 cáp đơn bố trí theo mặt phẳng nằm ngang thì hỗ cảm của chúng là:
- 47 -
Trong tính toán ngƣời ta hay tính heo tỷ lệ tổn hao trong lớp vỏ kim loại với tổn
hao trong lõi cáp bằng hệ số y:
Trong đó:
– điện trở lớp vỏ (Ω);
–điện trở lớp lõi (Ω);
– tỷ số bình phƣơng dòng trong vỏ và lõi;
– khoảng cách giữa hai lõi cáp (m);
– bán kính trung bình của hai lớp vỏ (m);
–độ từ thẩm của vỏ bán dẫn kim loại (H/m).
Trong thực thế tổn thất trong vỏ cáp không vƣợt quá 10% tổn thất trong lõi
cáp. Khi các cáp đặt sát nhau thì tổn thất tăng cỡ 20% so với tổng tổn thất trong các
vỏ cáp. Khi cáp bố trí theo đỉnh của tam giác cân thì tổn thất trong vỏ tăng cỡ 25%
so với tổng tổn thất trong vỏ cáp riêng rẽ, còn khi cáp bố trí trên cùng mặt phẳng thì
tổn thất ở pha ngoài tăng 15%, pha giữa tăng 60%. Khi khoảng cách các cáp tăng
lên thì tổn thất tƣơng hỗ sẽ giảm.
Từ các công thức trên ta thấy để giảm tổn thất công suất trong vỏ cáp thì phải
giảm khoảng cách giữa các cáp, nếu tổn hao lớn thì ta phải hoán vị vỏ cáp.
2.3.4. Ảnh hƣởng của vấn đề tản nhiệt ra môi trƣờng của cáp.
2.3.4.1. Lý thuyết về chế độ nhiệt
Khả năng tải của cáp phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc cho phép của lõi cáp và
những điều kiện tỏa nhiệt trong khi vận hành. Khả năng tải ổn định và lâu dài ở chế
độ vận hành bình thƣờng của cáp có thể xác định bằng cách lập phƣơng trình cân
bằng nhiệt của cáp theo chế độ nhiệt xác lập.
Tƣơng tự nhƣ mạch điện, ta có thể thiết lập sơ đồ mạch thay thế tƣơng đƣơng
của dòng nhiệt chạy từ cáp và sự tăng nhiệt (hình 2.9).
- 48 -
a) Cáp đơn lõi
b) Cáp ba lõi
Hình 2.9. Mạch tương đương dòng nhiệt trong cáp ngầm
Trong đó:
– Tổn hao lõi dẫn;
– Tổn hao điện môi;
– Tổn hao vỏ bọc;
– Tổn hao lớp giáp;
– Nhiệt trở của cách điện;
– Nhiệt trở của lớp vỏ bọc kim loại;
– Nhiệt trở của lớp vỏ bọc bên ngoài;
– Nhiệt trở của môi trƣờng xung quanh cáp.
Lƣợng nhiệt muốn thoát ra từ lõi cáp ra môi trƣờng thì nó cần phải truyền qua
trở nhiệt
của cáp và trở nhiệt
của môi trƣờng xung quanh.
Quá trình truyền nhiệt từ lõi cáp ra ngoài và vào môi trƣờng xung quanh phụ
thuộc rất nhiều vào nhiệt trở của cáp (nhiệt trở riêng của vật liệu, cấu tạo của cáp,
chiều dày các lớp...) và nhiệt trở của môi trƣờng xung quanh cáp (phƣơng thức lắp
đặt không khí, trong đất, trong đƣờng ống hay hào cáp, cáp một lõi hay cáp 3 lõi...).
Trong luận văn này chỉ xem xét chế độ nhiệt trong loại cáp XLPE chôn trực
tiếp trong đất đƣợc dùng phổ biến hiện nay ở nƣớc ta đối với các lƣới điện cáp ngầm
trung áp.
Tổn hao nhiệt
do dòng tải xuất hiện tại lõi dẫn điện của cáp, các phần kim
loại và vỏ kim loại bảo vệ cáp; còn tổn hao điện môi
xuất hiện trong lớp
- 49 -
cáchđiện của cáp. Do những tổn hao này, nhiệt độ lõi cáp
và nhiệt độ tại bề mặt cáp
sẽ tăng lên
sẽ tăng lên một giá trị
so với nhiệt độ môi trƣờng
Mức tăng nhiệt của lõi cáp so với nhiệt độ môi trƣờng xác định bởi.
[
[
]
⁄
Đặt
[
]
[
2.3.4.2. Tổn hao nhiệt
]
+
⁄ khi đó công thức (2.29) đƣợc viết lại nhƣ sau:
và
]
*[
]
]
[[
]
lõi dẫn do dòng tải
Đối với cáp n lõi có dòng điện I chạy qua, tổn hao nhiệt
do dòng tải:
)
Khi cáp đơn pha hoặc cáp ba pha vận hành ở điện áp xoay chiều, điện trở đơn
vị dài của cáp
có trị số khác với điện trở một chiều
của cáp do hiệu ứng bề
mặt (hiệu ứng vỏ), hiệu ứng các lõi cáp gần nhau:
Trong đó:
–hệ số phụ thuộc vào hiệu ứng vỏ;
– hệ số phụ thuộc vào khoảng cách giữa các lõi;
– hệ số tổn hao do dòng xoáy trong vỏ bọc kim loại;
– hệ số tổn hao do đảo chiều từ trong vỏ bọc bảo vệ;
Điện trở một chiều của lõi cáp phụ thuộc vào nhiệt độ.
[
]
Hệ số nhiệt của điện trở ở nhiệt độ
bằng 0,00393 đối với đồng và
0.00403 đối với nhôm.
2.3.4.3. Tổn hao điện môi
Khi một điện áp xoay chiều đƣợc đặt lên vật liệu cách điện môi, góc pha của
dòng điến sẽ không đạt tới chính xác 90o mà chứa một thành phần xấp xỉ đẳng pha.
Điều này làm cho nhiệt độ của vật liệu cách điện tăng lên do tổn thất. Dung lƣợng
nạp tỷ lệ với tổn hao điện môi đƣợc gọi là hằng số điện môi. Đặt điện dung tĩnh của
- 50 -
đơn vị chiều dài cáp là
và điện áp cực đại là:
, tổn hao điện
môi đƣợc tính nhƣ sau:
(
√
)
Trong đó:
tg – hệ tố tổn hao điện môi (tg = 0,0008 đối với cách điện XLPE);
–điện dung tĩnh của đơn vị chiều dài cáp
Điện dung
.
đƣợc xác định đối với các loại cáp nhƣ sau:
Đối với loại cáp một lõi:
(
)
Đối với loại cáp ba lõi:
√
(
)
(
)
Trong đó:
– bán kính cách điện (m);
– bán kính lõi (m);
– khoảng cách từ lớp lõi cáp đến tâm cáp (m);
= 2,5– hệ số điện môi của XLPE;
– hằng số điện môi của chân không(F/m).
2.3.4.4. Nhiệt trở của các bộ phận cáp
Nhiệt trở tổng
dùng để tính toán dòng cho phép của cáp sẽ khác nhau, phụ
thuộc vào hình thức lắp đặt cáp.
Nhiệt trở tổng của cáp đối với các dạng lắp đặt cáp điển hình đƣợc tính toán
nhƣ sau:
Trong đó:
– nhiệt trở của cách điện (K/W);
- 51 -
– nhiệt của lớp vỏ bọc kim loại(K/W);
– nhiệt của lớp vỏ bọc bên ngoài (K/W);
– số lõi.
Hình 2.10. Nhiệt trở của cáp một sợi
Nhiệt trở của vật liệu cách điện
:
Nhiệt trở của lớp vỏ bọc kim loại kim loại
Nhiệt trở của lớp vỏ bọc
thƣờng rất nhỏ nên có thể bỏ qua.
:
Nhƣ vậy nhiệt trở của cáp này đƣợc tính nhƣ sau:
Trong đó:
– nhiệt trở suất của cách điện (K.m/W);
– nhiệt trở suất của lớp vỏ bọc bảo vệ ngoài (K.m/W);
– đƣờng kình lõi cáp (m);
– đƣờng kính lớp cách điện dƣới lớp vỏ kim loại (m);
– đƣờng kính ngoài trên lớp vỏ kim loại (m);
– đƣờng kính ngoài của cáp (m).
Nhiệt trở suất của cách điện áp XLPE và PE bằng 3,5 K.m/W và bằng 6
K.m/W đối với cách điện PVC.
- 52 -
Để làm rõ các công thức trên và để đơn giản hóa khi tính toán, ngƣời ta đƣa ra
nhiệt trở giả tƣởng
với tổn hao do dòng điện tải qua lõi dẫn:
Và nhiệt trở giả tƣởng do tổn hao điện môi
với giả thiết là tâm điểm của
tổn hao này nằm giữa lớp cách điện:
Nhiệt trở giả tƣởng của các loại cáp thƣờng sử dụng có thể tham khảo trên hình
2.10.
Hình 2.11. Nhiệt trở giả tưởng của các loại cáp thông dụng
- 53 -
Đối với cáp trung thế cách điện XLPE 3 pha với 3 lõi (n=3), dòng tải lớn nhất
cho phép
môi trƣờng
có thể xác định theo nhiệt độ làm việc cho phép
lõi cáp và nhiệt độ
theo công thức sau:
√
Trong đó:
– nhiệt độ làm việc cho phép của lõi cáp (K);
–nhiệt độ môi trƣờng (K);
– độ tăng nhiệt độ do tổn hao điện môi;
– trở kháng hiệu dụng của lõi cáp với dòng xoay chiều (Ω);
– trở nhiệt tƣơng đƣơng (K/W);
– trở nhiệt của đất(K/W);
– hệ số tải;
Dòng cho phép của cáp có thể đƣợc tính bằng phép nghịch đảo độ tăng nhiệt
độ cho phép. Tuy nhiên cũng cần phải xác định nhiệt độ lớn nhất của cáp
và
nhiệt độ cơ sở , nghĩa là nhiệt độ tại đó nhiệt tải đủ rộng ra khỏi cáp.
2.3.4.5. Độ tăng nhiệt độ do tổn hao điện môi
Trong đó:
– tổn hao điện môi (W);
– nhiệt trở giả tƣởng do tổn hao điện môi (K/W);
– nhiệt trở của môi trƣờng (đất) ứng với 1m cáp (K/W).
2.3.4.6. Tính nhiệt trở của đất
Nhiệt trở của đất chiếm một phần lớn trong nhiệt trở tổng và dòng cho phép
của cáp sẽ thay đổi đáng kể theo điều kiện của đất (bao gồm cả vị trí đặt cáp). Nhiệt
trở riêng của đất phụ thuộc vào các yếu tố nhƣ loại đất, lƣợng nƣớc trong đất và
mực nƣớc ngầm.Cần phải lƣu ý rằng khả năng chịu nhiệt của đƣờng cáp ngầm phụ
thuộc vào vị trí có nhiệt trở riêng cao nhất.Khi một đƣờng cáp hoạt động, nhiệt sinh
ra đƣợc tản chủ yếu vào không khí.Một nguồn nhiệt ảo đƣợc đặt trên mặt đất ở vị
- 54 -
trí đối xứng với nguồn nhiệt thực dƣới đất.Bằng cách này có thể tính đƣợc nhiệt trở
của đất.
a) Đối với cáp một lõi hoặc nhiều lõi chôn riêng:
Điều kiện môi trƣờng xung quanh cáp khi lắp đặt có ảnh hƣởng lớn đến khả
năng tải của cáp qua nhiệt trở của đất. Nhiệt trở suất thay đổi theo thời gian và độ
ẩm của đất xung quanh. Nhiệt độ của đất đƣợc hiểu là nhiệt độ xung quanh ở độ sâu
lắp đặt cáp khi không có tải.
Ví dụ sự thay đổi nhiệt độ của đất ở các độ sâu khác nhau và nhiệt trở suất của
đất trong năm trên hình 2.12 và hình 2.13.
Hình 2.12. Nhiệt độ của đất trong năm ở các độ sâu khác nhau
Hình 2.13. Nhiệt trở suất của đất trong năm
- 55 -
Để mô tả trƣờng nhiệt độ của cáp trong môi trƣờng (đất), thƣờng giả thiết là
nhiệt độ của đất
và nhiệt trở suất
của đất không đổi. Tổn hao nhiệt P trong cáp
tản qua lớp đất xung quanh, đến mặt đất nó sẽ tản vào khí quyển.
Sử dụng phƣơng pháp ánh xạ cho rằng môi trƣờng đất là đồng nhất và số lƣợng
cáp đặt trong tuyến ngầm dƣới đất chỉ là 1 (hình 2.14).
Hình 2.14. Trường nhiệt độ của cáp đường kính d=2r, độ chôn sâu h.
Tăng nhiệt tại điểm P so với nhiệt độ của môi trƣờng
tại mặt đất xác định
bởi:
Đƣờng đẳng nhiệt xác định với điều kiện
nên suy ra tỉ số
cũng phải là hằng số.
[
]
Bán kính đƣờng đẳng nhiệt trong trƣờng hợp này:
- 56 -
Độ sâu đẳng nhiệt:
(
)
(
)
Độ lệch tâm của đƣờng đẳng nhiệt:
(
)
Chúng ta thấy trƣờng nhiệt độ gồm họ các đƣờng cách một khoảng e (độ lệch
tâm của cáp) song song với trục cáp. Độ sâu của đƣờng nguồn này là
đẳng nhiệt lệch tâm khoảng cách
Nếu biết độ sâu
với
và đƣờng
.
và bán kính
đẳng nhiệt, hằng số
bằng:
√
Với điểm P trên mặt đất,
, độ tăng nhiệt độ bằng không. Nếu một
điểm A nằm cách trục của cáp một khoảng a và độ sâu h cách mặt đất, nhiệt độ ở
điểm này tăng một lƣợng:
Với
√
√
(
√
)
(
√
)
Tăng nhiệt của bề mặt cáp tính đƣợc bằng cách thay a = r và d = 2r vào phƣơng
trình trên.
Nhiệt trở của đất với cáp nhiều lõi (hình 2.15a):
- 57 -
Trong đó k là hằng số hình học của cáp, đƣợc tính nhƣ sau
√(
)
Thông thƣờng độ chôn sâu của cáp h lớn hơn rất nhiều so với bán kính cáp.Độ
lêch tâm của cáp trở nên rất nhỏ có thể bỏ qua. Do vậy có thể đơn giản công thức
nhiệt trở của đất.Với ⁄
, một cách gần đúng
⁄ .
a) Cáp nhiều lõi b) Cáp đơn chông thành bó c) Cáp đơn chôn cách nhau
Hình 2.15. Nhiệt trở của cáp khi vận hành liên tục (hệ số tải
hiệu ứng đất bị khô và
) không xét đến
= const.
Nhiệt trở của đất đối với các cáp đơn chôn ngầm thành bó (hình 2.15.b):
Nhiệt trở của đất đối với cáp đơn chôn ngầm nằm cách nhau khoảng cách a
(hình 2.15.c)
- 58 -
√(
)
Trong thực tế khả năng tải của cáp ngầm còn phụ thuộc vào chế độ vận hành
(liên tục hay gián đoạn), điều kiện môi trƣờng xung quanh (nhiệt độ của đất thay
đổi theo mùa, khi cáp mang tải, nhiệt lƣợng tản vào đất sẽ làm cho đất xung quanh
cáp khô và tăng nhiệt trở suất của đất).
Trƣờng hợp suất trở nhiệt của lớp đất quá lớn, khi thi công đặt cáp cần thiết
phải đào bỏ đi và thay bằng cát, các loại đất có suất trở nhiệt nhỏ.
b) Đối với nhóm cáp chôn chung:
Một số đƣờng cáp đƣợc chôn chung trong một rãnh cáp hoặc lắp đặt với
khoảng cách không đủ lớn giữa chúng gây nên tăng nhiệt tƣơng hỗ. Khả năng tải
do đó sẽ bị giảm. Khả năng tải của nhóm cáp, nếu khoảng cách lắp đặt giữa chúng
đủ lớn có thể tính nhƣ trƣờng hợp một cáp riêng rẽ.
Để tính khả năng tải của nhóm cáp cần phải xem xét xếp chồng trƣờng nhiệt
của chúng. Sự giao thoa với nhiệt dẫn phụ thuộc vào biến thiên tính không đồng
nhất do cáp gây ra rất nhỏ nên có thể bỏ qua.
Do phụ tải thay đổi trong ngày nên khả năng tải của đƣờng cáp cũng thay đổi.
Nếu phụ tải thay đổi theo biểu đồ phụ tải một thời gian dài sau khi đóng tải, gần bề
mặt cáp nhiệt độ thay đổi nhiều hơn cả và giảm dần khi cách xa cáp. Để xét đến
yếu tố ảnh hƣởng của sự thay đổi phụ tải trong ngày, khi tính toán chế độ nhiệt của
cáp ngƣời ta đƣa ra khái niệm đƣờng kính đặc trƣng d y của cáp.
Trong phạm vi của
tăng nhiệt độ đƣợc xác định theo tổn thất trung bình với
phụ thuộc vào hệ số tải
, đƣờng kính
thức:
√
với – số lần đóng hoặc cắt phụ tải trong vòng 24 giờ
đƣợc xác định theo công
- 59 -
Nhiệt trở bổ sung
của cáp đƣợc tính với nhiệt trở suất
và
của đất
khô do hiệu ứng nhóm cáp ( = 2,5 K.m/W)
Nhiệt trở bổ sung
của nhóm cáp nhiều lõi đƣợc tính với phụ tải thay đổi
trong ngày biểu đồ phụ tải):
[∑
(
)
]
Trong đó:
N – số đƣờng cáp trong mƣơng cáp;
– số đƣờng cáp nằm trong vùng ảnh hƣởng của cáp bên cạnh (trong
vòng tròn đƣờng kính
);
– hệ số tổn hao theo điều kiện tổn hao nhiệt trung bình;
– hệ số tải;
– hệ số hình học của đƣờng kính
√(
;
)
Cáp nằm trong trung tâm sẽ bị phát nóng nhiều hơn. Với hai cáp bố trí trong
mƣơng cáp ở cùng một độ sâu cách nhau khoảng a xác định bởi:
( √(
∑
Nhiệt trở bổ sung
)
)
của nhóm các cáp đƣợc tính với phụ tải cố định
∑
(√(
Thực tế khi tính toán ta có thể coi
Khẳ năng tải (dòng điện
)
)
.
) của nhóm cáp xác định đƣợc tƣơng tự nhƣ trƣờng
hợp một cáp nhƣng có xét đến ảnh hƣởng tản nhiệt tƣơng hỗ giữa chúng:
- 60 -
√
(
(
)
)
2.3.4.7. Nhận xét
Trong thực tế khả năng tải của cáp ngầm còn phụ thuộc vào chế độ vận hành
(liên tục hay gián đoạn), điều kiện môi trƣờng xung quanh (nhiệt độ của đất thay đổi
theo mùa, khi cáp mang tải, nhiệt lƣợng tản vào đất sẽ làm cho đất xung quanh cáp
khô và làm tăng nhiệt trở suất của đất).
Nhiệt trở suất của đất có một ý nghĩa rất quan trọng đối với dòng tải cho phép
của cáp. Tài liệu tham khảo nƣớc ngoài đã dẫn: “giảm nhiệt trở suất của đất từ
1,2K.m/W xuống 0,6K.m/W có thể cho phép tăng công suất truyền tải của tuyến cáp
500kV lên tới 20%”.
Vì vậy, khi thiết kế cũng nhƣ thi công tuyến cáp ngầm phải lƣu ý xác định
nhiệt trở suất của đất với độ tin cậy cao nhằm đảm bảo an toàn vận hành cho tuyến
cáp, tránh bị quá nhiệt gây sự cố.
Trƣờng hợp nhiệt trở suất của lớp đất quá lớn, khi thi công cần thiết phải đào
bỏ đi và thay bằng cát, các loại đất có nhiệt trở suất nhỏ  1K.m/W.
- 61 -
CHƢƠNG 3: KỸ THUẬT THÍ NGHIỆM, CHUẨN ĐOÁN VÀ XÁC
ĐỊNH ĐIỂM SỰ CỐ CÁP NGẦM TRUNG THẾ
3.1. KỸ THUẬT THÍ NGHIỆM CÁP NGẦM TRUNG THẾ
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
- 62 -
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
- 63 -
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
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.
Bảng 3.1.Bảng kê giới hạn điện trở cách điện IR(MΩ) của 1 km cáp
- 64 -
Điện áp pha – pha Cách điện giấy
Cách điện
Cách điện Cách điện
U (kV)
tẩm dầu
EPR
PVC
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,
- 65 -
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.
- 66 -
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
4: Điện dung liên lạc
5: Cáp đƣợc thí nghiệm
3: Cuộn kháng
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.
- 67 -
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
Uo(kV)
UTN(kV)
2
0,6
3,5
3
1,8
6,5
4
3,6
12,5
5
6
21
6
8,7
30,5
7
12
42
8
18
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
Uo(kV)
UTN(kV)
2
0,6
-
3
1,8
-
4
3,6
6
5
6
10
6
8,7
15
7
12
20
8
18
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.
3.1.2.3. Thí nghiệm phóng điện cục bộ
- 68 -
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
- 69 -
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
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
4: Cáp đƣợc thí nghiệm
2: Điện dung mẫu
3: Mạch bù
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.
- 70 -
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.
- 71 -
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
4: Tín hiệu đến
5: Tín hiệu phản hồi
3: Cáp đƣợc thí nghiệm
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
4: Cáp đƣợc thí nghiệm
5: Thiết bị phân tích DF
3: Khối đo lƣờng
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
- 72 -
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
số độ lệch của tgδ là (
đo
và điện áp
và xác định hệ
) theo bảng 3.6. Qua thực nghiệm khi
.
- 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
với giá trị
, tiến hành thêm thí nghiệm (kiểu 1) bằng VLF
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.
α = 0,02; hệ số biến đổi cho 1°C.
- 73 -
Bảng 3.6. Tiêu chuẩn giá trị độ lệch cho phép tgδ
-3
<0,6×10
≥1,2×10
-3
≥0,6×10-3
≥2,2×10
-3
-3
<1,2×10
Đánh giá
Tốt
-3
≥1,0×10
Có dấu hiệu già hóa
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
Hiệu dụng
5
8
15
25
35
Điện áp pha – đất
(nghiệm thu)-kV
Hiệu dụng hoặc (đỉnh)
10(14)
13(18)
20(28)
31(44)
44 (62)
Điện áp pha–đất (định
kỳ)-kV
Hiệu dụng hoặc (đỉnh)
7(10)
10(14)
16(22)
23(33)
33(47)
Ghi chú
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.
- 74 -
3.2. KỸ THUẬT CHUẨN ĐOÁN VÀ XÁC ĐỊNH ĐIỂM SỰ CỐ CÁP NGẦM
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.vTuy 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
- 75 -
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.
Việc xác định vị trí hƣ hỏng phụ thuộc vào điện trở tuyến tính trên mỗi đơn vị
- 76 -
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
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
- 77 -
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
- 78 -
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
đồng tâm đƣợc sinh ra bởi dòng diện ở vỏ cáp theo chiều từ xa tới nguồn cấp.
Hình 3.10. Tín hiệu điện từ tại vị trí xảy ra sự cố trên cáp điện 3 pha
Việc xác định sự cố theo phƣơng pháp trên cho phép biết đƣợc đoạn cáp nào bị
sự cố, nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là không biết vị trí chính xác của sự cố và
tuyến cáp phải có các hố ga để cảm biến tiếp xúc đƣợc với cáp. Việc xử lý sự cố
thƣờng là phải thay cả một đoạn cáp mới cho đoạn cáp sự cố nhƣ vậy khá tốn kém.
3.2.3.3. Phƣơng pháp âm tần
Phƣơng pháp âm tần đƣợc chia thành hai phƣơng pháp chính là phƣơng pháp
hố thế năng và phƣơng pháp xoắn.
a. Phƣơng pháp hố thế năng
Định vị bằng phƣơng pháp hố thế năng đã đƣợc mô tả ở một điện áp DC áp
dụng cho dây dẫn bị hỏng và nó sinh ra dòng điện về trong khối đất. Tƣơng tự với
- 79 -
cách này, điện áp AC có thể đƣợc áp dụng đúng lúc khi nó sinh ra dòng điện xoay
chiều trong khối đất.Và không có sự khác nhau cơ bản đối với mạch thử nghiệm.
Hình 3.11. Phương pháp hố thế năng áp dụng với điện áp xoay chiều (AC) và một
chiều (DC)
Tín hiệu sinh ra bởi một máy phát âm tần nối giữa vỏ tiếp đất hoặc lõi và một
thanh đầu nhọn đóng xuống đất, thay vì một đồng hồ đo điện áp, một máy
nhận/khuếch đại âm tần đƣợc sử dụng để dò tìm tín hiệu và tín hiệu đó hiển thị trên
một đồng hồ đo hoặc một tai nghe. Thay thế cho các đầu nhọn cắm xuống đất riêng
biệt, một khung chữ A đƣợc tạo nên để cắm xuống đất bởi chân của ngƣời vận hành.
Một vài nhà sản xuất cũng cung cấp các bản tụ điện để phù hợp với các chân
của khung đối với các tình huống nơi không thể cắm sâu vào bề mặt cứng của đất.
Xác định vị trí đƣợc thực hiện bởi việc đi bộ dọc tuyến và lắng nghe ở các điểm.
- 80 -
Khi tiến gần đến sự cố có một nhóm tín hiệu xác lập tăng lên và đỉnh đƣợc hình
thành ngay trƣớc đấy.
Khi chân khung nằm choải ra, ở chỗ sự cố tín hiệu tắt đi đến một giá trị bé nhất
nhƣng sau đấy lại tăng trở lại ở đỉnh khác phía bên kia của điểm sự cố, và ngay sau
đó nó chìm dần xuống đến một mức độ thấp nhƣ hình 3.11. Tuỳ thuộc vào thiết bị
sử dụng, thông thƣờng lựa chọn tần số quanh 10 kHz là cần thiết khi sử dụng bản tụ
điện. Mức tín hiệu là rất cao, các chỉ số khá rõ và sắc nét trong phạm vi vài mét ở
nơi sự cố, nhƣng rất thấp ở điểm xa khoảng cách đó.
Phƣơng pháp tiếp cận với thực tế: Ở đầu nguồn cáp đƣợc kiểm tra các vỏ bọc
hoặc lõi bị lỗi để chắc chắn rằng không bị đất rắn bịt lại. Sau đấy máy phát âm tần
đƣợc kết nối giữa dây dẫn hỏng và đầu cắm xuống đất hoặc tiếp đất chung. Điều
khiển hợp lý về độ lớn và đƣợc điều chỉnh đối với đầu ra là lớn nhất hoặc gần giá trị
lớn nhất đó.
Bộ thu nhận/khuếch đại cùng với tai nghe và khung hình chữ A dịch chuyển tới
một điểm trên tuyến cáp gần với nguồn phát và đƣợc kết nối với nhau. Bộ phát tần
số đƣợc lựa chọn để điều chỉnh sóng, mức nghe và nhóm tín hiệu quan sát. Một tín
hiệu bé phát ra chắc chắn có thể nghe đƣợc ở điểm này ngoại trừ có sự thay đổi về
sự cố ở vùng lân cận. Khung chữ A đƣợc chuyển động lên phía trƣớc dọc theo tuyến
cáp và gắn xuống đất sau vài mét và đƣợc kiểm tra mức độ tín hiệu. Nếu bản tụ điện
đƣợc sử dụng, mức độ tín hiệu thậm chí sẽ thấp hơn, nhƣng không quan trọng khi
khảo sát chúng ta có thể thực hiện bƣớc chân lƣớt qua đối với một vài địa hình, mức
tín hiệu.
Điều này đƣợc cho là đúng khi ở trong vùng lân cận sự cố. Trong lúc di chuyển
nhanh qua vùng này, ở điểm tín hiệu bé nhất nên đánh dấu sau đó đi qua đi lại 2
hoặc 3 lần kết hợp sử dụng các chỉ thị giác để dò tìm vị trí chính xác với khoảng
cách bé nhất.
b. Phƣơng pháp xoắn
Phƣơng pháp này dùng kỹ thuật âm tần trong xác định sự cố và đơn giản sử
dụng nó tuỳ thuộc vào thực tế lõi cáp đƣợc vặn xoắn. Hình 3.12 thể hiện máy phát
- 81 -
âm tần (A/F) đƣợc nối giữa 2 lõi với nhau và cùng đƣợc đốt thủng ở chỗ sự cố, với
bất kỳ lý do nào thì điện trở sự cố giữa lõi và lõi phải gần 0Ω hoặc ít ra cũng dƣới
10Ω.
Hình 3.12. Phương pháp xoắn
Dòng điện của máy phát âm tần đi qua một lõi và trả về thông qua các đƣờng
dẫn lỗi và lõi cáp khác đến máy phát. Ở một vài điểm trƣớc đó, có dòng điện đi tới
và trở về trong cáp, đƣợc mô tả nhƣ hình 3.10 bởi (+) và (-).Những dòng điện này
sinh ra điện trƣờng lớn nhất và nhỏ nhất nhƣ hình 3.12 ở mỗi nửa vòng xoắn của lõi
cáp. Nếu nhƣ cuộn dây và bộ thu di chuyển dọc theo tuyến cáp sẽ dò đƣợc tín hiệu
lớn nhất và nhỏ nhất nhƣ mô tả hình 3.10. Mô hình này tiếp tục tiến cho tới gần nơi
sự cố thƣờng đƣợc dò với giá trị lớn nhất. Vùng không nằm trong điểm sự cố tín
hiệu sẽ yếu đi và đạt đƣợc giá trị ổn định ở mức thấp.
Phƣơng pháp tiếp cận với thực tế: Sử dụng phƣơng pháp này thƣờng cho một
tuyến cáp ngắn khi đó công việc định vị sự cố sẽ dễ dàng hơn. Đối với cáp mang
điện áp nhỏ thì chiều dài hiếm khi dài hơn vài trăm mét, đối với cáp trung áp hoặc
cao áp phƣơng pháp này đƣợc tìm kiếm trong một vùng nghi ngờ đƣợc xác định
trƣớc đó bằng một phƣơng pháp xác định tƣơng đối. Trƣớc khi bắt đầu thực hiện
cần vạch tuyến trƣớc và đánh dấu vị trí tuyến cáp do phƣơng pháp xoắn này đƣợc
thực hiện đối với bƣớc chân đi nhanh sẽ có hiệu quả cao nhất. Bƣớc đầu tiên, kiểm
tra lại điện trở giữa hai lõi có liên quan với yêu cầu dƣới 10Ω và nếu nhƣ cáp mang
một điện áp thấp thì dây trung tính sẽ tháo ra để giảm những tín hiệu nhiễu khác
- 82 -
sinh ra.Đầu ra của máy phát âm tần sau đó đƣợc nối tới 2 đầu lõi.Không đƣợc sử
dụng vùng tần số cao hơn trong dải 30 đến 80 kHz bởi vì nhƣ vậy độ lớn tín hiệu sẽ
co lại. Tốt nhất là trong dải tần số1 hoặc 10kHz. Ở tần số 1 kHz nếu nhƣ nguồn đầu
ra là tốt và dễ dàng thu nhặt đƣợc tín hiệu. Tuy nhiên ở mức tần số10 kHz thì tín
hiệu hầu hết là rõ ràng và dễ dò tìm. Ngƣời vận hành thiết bị nhận diện một vị trí
ban đầu gần với tuyến cáp (hoặc vùng nghi ngờ), kiểm tra tín hiệu tăng hoặc giảm
và thiết lập âm thanh nghe với mức tín hiệu đó.
Tuyến cáp đã đƣợc đánh dấu qua các bƣớc chân đi nhanh, nó hoàn toàn phản
tác dụng đối với sóng của cuộn dây khi việc tìm kiếm chậm lại hoặc ấn giữ nút
stopping và starting. Đặc tính quan sát đƣợc ở hiện tại là mô hình tăng hoặc giảm
của tín hiệu; bởi vậy cần thiết phải đi bộ thật nhanh và thiết lập trạng thái ổn định
nhịp nhàng với mức cao nhất liên tục. Với một vài sự thay đổi hoặc dừng lại của tín
hiệu từ 1/3 m đến 1 m, lúc này tín hiệu dừng lại hoặc trở nên ổn định thông thƣờng
lúc đó sự cố ở gần với đỉnh cuối. Và cần chú ý trong việc phải kiểm tra xa thêm cho
độ tin cậy đối với đoạn cáp bởi vì nó xảy ra với một số trƣờng hợp sau:
- Cáp bỗng nhiên võng xuống và nâng lên đến chiều sâu thông thƣờng.
- Ở đó không đƣợc đánh dấu hay ghi chép với nhánh chữ „T‟ khi bị sự cố và
ngƣời vận hành tiếp tục đi theo tuyến cáp chính.
- Có một hộp nối thẳng.
Trong tất cả các trƣờng hợp, ngƣời vận hành nên đi bộ qua vùng này và không
cần có sự ngập ngừng.Trƣờng hợp với hộp nối thẳng thì dễ dàng.Sau khi chỉ thị một
tín hiệu ngắn (hoặc đỉnh dài hơn, tuỳ thuộc vào định hƣớng cuộn dây tìm), mô hình
tăng lên và rơi xuống và đƣợc bắt đầu lại nhƣ trƣớc.Thực chất, đây là một cách xác
định chính đối với vị trí của một hộp nối.
Nếu nhƣ tín hiệu biến mất bởi sự tăng lên đột ngột ở chiều sâu cáp, mô hình
tăng hoặc rơi xuống sẽ đƣợc gom lại để tiếp tục điều tra dọc theo tuyến cáp và
không cần thiết phải băn khoăn đối với tín hiệu thất lạc. Sự cố vẫn phải tiếp tục tìm
kiếm.
- 83 -
Phƣơng pháp xoắn không thể áp dụng cho các loại cáp ngầm thông tin và cáp
điều khiển bởi vì tỷ số giữa „lặp lại của bƣớc xoắn‟ đến chiều sâu cáp là quá lớn.
Giá trị lớn nhất chỉ xảy ra ở một vài centimét và mô hình tăng giảm chỉ có thể thấy
rõ đối với cuộn dây trực tiếp tìm kiếm trên cáp hoặc chỉ thấy một chút đối với mô
hình của cáp dò tìm. Phƣơng pháp này có tác dụng khi dễ dàng tiếp cận nhƣ cáp
nằm ở trong khay hay hệ thống máng.
3.2.4. Ứng dụng phƣơng pháp cảm ứng điện từ trong dò tìm sự cố cáp ngầm.
a) Xác định tuyến cáp ngầm (dò tuyến)
Đấu máy phát âm tần vào đƣờng cáp theo sơ đồ “pha - pha” hoặc “pha - đất",
dòng phát của máy phát âm tần đƣợc điều chỉnh tuỳ theo thực tế tới mức máy thu
đạt độ nhạy đủ đểphát hiện tín hiệu, xong không lớn hơn dòng cho phép của máy
phát âm tần. Đƣa đầu rò của máy thu đi song song với mặt đất, bắt đầu từ đầu cáp
đƣợc nối vào máy phát âm tần. Tuỳ theo cách để cuộn thu của đầu rò song song hay
vuông góc với mặt phẳng ngang mà ta có phƣơng pháp dò theo tín hiệu cực tiểu hay
cực đại.
Theo phƣơng pháp tín hiệu cực tiểu: Để cuộn thu song song với mặt đất (mặt
phẳng ngang), tín hiệu thu đƣợc sẽ là nhỏ nhất khi cuộn thu nằm ngay phía trên
đƣờng cáp có dòng phát của máy phát âm tần. Khi dịch cuộn thu sang hai bên đƣờng
cáp lúc đầu tín hiệu sẽ mạnh lên rồi sau đó lại giảm đi.
Hình 3.13. Xác định tuyến cáp theo phương pháp tín hiệu cực tiểu
Theo phƣơng pháp tín hiệu cực đại: để cuộn thu vuông góc với mặt đất (mặt
phẳng ngang) tín hiệu thu đƣợc sẽ là lớn nhất khi cuộn thu nằm trên mặt phẳng có
- 84 -
chứa đƣờng cáp có dòng phát của máy phát âm tần và vuông góc với mặt phẳng
ngang. Khi dịch cuộn thu sang hai bên đƣờng cáp tín hiệu sẽ nhỏ dần đi .
b) Xác định độ sâu chôn cáp ngầm tại một điểm.
Sau khi dò đƣợc tuyến cáp, vạch tuyến cáp trên mặt đất, xác định điểm cần đo
chiều sâu. Tại điểm cần xác định chiều sâu cáp:
- Để cuộn thu của đầu rò nằm trên mặt phẳng có chứa đƣờng cáp có dòng phát
của máy phát âm tần và vuông góc với mặt phẳng ngang, xác định cƣờng độ tín hiệu
lớn nhất trên máy thu.
- Để cuộn thu của đầu rò nằm trên mặt phẳng có chứa đƣờng cáp có dòng phát
của máy phát âm tần và nghiêng một góc 45º với mặt phẳng ngang, tịnh tiến cuộn
thu của đầu rò sang hai phía của đƣờng cáp theo hƣớng vuông góc với tuyến cáp,
chú ý không thay đổi khoảng cách của nó so với mặt đất. Xác định các vị trí tại đó
tín hiệu thu đƣợc bằng với tín hiệu thu đƣợc ở mục trên của điều này. Chiều sâu
chôn cáp bằng khoảng cách trung bình từ vị trí mới xác định đƣợc đến điểm cần xác
định chiều sâu chôn cáp trừ đi khoảng cách từ cuộn thu của đầu rò đến mặt đất.
Hình 3.13. Xác định chiều sâu chôn cáp
c) Xác định đƣờng cáp ngầm tại điểm sự cố.
- 85 -
Sau khi đào điểm đã xác định là có cáp hỏng, cần xác định xem đƣờng cáp tìm
thấy có đúng là đƣờng cáp cần tìm không, vì trong cùng một rãnh cáp có thể có
nhiều đƣờng cáp khác nhau. Nếu xác định nhầm có thể gây nguy hiểm cho công
nhân sửa chữa cáp. Có thể dùng phƣơng pháp âm tần kết hợp với khung giả để xác
định đƣờng cáp ngầm cần tìm. Phát vào cáp cần tìm dòng âm tần theo sơ đồ: Một
pha của đƣờng cáp này đƣợc nối đất ở một phía, phía còn lại đƣợc nối với máy phát
âm tần, cực còn lại của máy phát âm tần đấu đất, tách tiếp đất cáp ở cả hai phía.
Dùng một đầu thu dạng khung ôm lấy cáp. Thay đổi trị số dòng điện phát, nếu
đƣờng cáp không phải là đƣờng cần tìm thì chỉ thị của máy đo sẽ không thay đổi
tƣơng ứng với trị số và thời điểm thay đổi trị số dòng âm tần phát vào cáp.
Phƣơng pháp dùng dòng xoay chiều tần số công nghiệp và Ampe kìm để xác
định đƣờng cáp ngầm thƣờng không chính xác. Chỉ đƣợc tiến hành cắt cáp, sau khi
nhân viên thí nghiệm có thẩm quyền xác nhận đúng đƣờng cáp cần tìm và vị trí
điểm hỏng.
- 86 -
CHƢƠNG 4: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH VÀ
XÁC ĐỊNH ĐIỂM SỰ CỐ CỦA TUYẾN CÁP NGẦM 22KV TRÊN
ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI
4.1. Tính toán chế độ vận hành của tuyến cáp ngầm 22kV cấp điện cho trụ sở
Bộ Công An
4.1.1. Các thông số đầu vào
Trụ sở Bộ Công An có diện tích trên 5,3 ha tại địa chỉ số 37 đƣờng Phạm
Văn Đồng – Hà Nội, bảo đảm chỗ làm việc cho 4.000 ngƣời đƣợc đƣa vào sử dụng
từ tháng 12 năm 2011. Hiện tại trụ sở Bộ Công An đƣợc cấp điện từ 2 tuyến cáp
ngầm 22kVtừ trạm biến áp 110kVA E9 Nghĩa Đô đến Trạm cắt 22kV trụ sở Bộ
Công An (Trạm cắt 22kV BCA), hai tuyến cáp đƣợc chôn cùng một rãnh, tuyến cáp
đi qua các kết cấu địa hình khác nhau nhƣng cơ bản tuyến cáp đƣợc chôn cách mặt
đất tự nhiên 0,8m, cáp sử dụng loại 24kV Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC 3x240mm2.
Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho trụ sở Bộ Công An
Qua nghiên cứu các số liệu trong quá trình vận hành trạm cắt cho thấy thời
điểm phụ tải cao nhất đạt giá trị 16.125kVA tƣơng đƣơng dòng điện 423A.
Các chế độ hoạt động của Trạm cắt BCA nhƣ sau:
- 87 -
- Chế độ 1 : Lộ 485 hoặc 484 cấp điện cho toàn bộ phụ tải (chế độ này áp dụng
khi một trong hai lộ mất điện).
- Chế độ 2: Hai lộ 485 và 484 cùng cấp điệntức mỗi lộ cấp khoảng một số phụ
tải của Trụ sở Bộ Công An (chế độ này áp dụng thƣờng xuyên cho vận hành trạm
cắt).
Mô tả tuyến cáp: TBA 110kVA E9 Nghĩa Đô → đƣờng Tô Hiệu → đƣờng
Trần Quốc Hoàn → đƣờng Phạm Văn Đồng → Trạm cắt BCA, chiều dài tuyến cáp
xây dựng khoảng 2850m.
Hình 4.2. Mặt cắt rãnh cáp điển hình từ TBA 110kVA E9 đến trụ sở Bộ Công An
Thông số kỹ thuật của cáp ngầm cấp điện cho trụ sở Bộ Công An đƣợc
trình bày trong bảng 4.1
Bảng 4.1. Các thông số của cáp ngầm 22kV-3x240mm2
STT
1
2
3
4
5
6
Mô tả
Lõi cáp
Số tiết diện của lõi cáp
Điện áp hệ thống cao nhất
Số sợi đồng của lõi cáp
Đƣờng kính của lõi cáp
Độ dày danh định lớp bán dẫn bên trong
Đơn vị
kV
Sợi
mm
mm
Thông số
Đồng
3x240
24
37
18,3
0,6
- 88 -
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
19
22
23
24
25
26
Loại vật liệu cách điện
Độ dầy danh định của lớp cách điện
Độ dầy danh định của lớp bán dẫn ngoài
Độ dầy của băng đồng cho từng pha một
Độ gối mép của băng đồng cho từng pha một
Khả năng chịu ngắn mạch của màn đồng (1s)
Loại vật liệu của vỏ bọc
Độ dầy của lớp vỏ bọc bên trong
Độ dầy của lớp vỏ bọc bên ngoài
Đƣờng kính ngoài của toàn bộ cáp
Nhiệt độ định mức tối đa của dây dẫn
Khả năng mang tải (cáp chôn sâu 0,8m; nhiệt
độ đất 25°C; nhiệt trở suất của đất 1,2(K.m/W)
Điện trở một chiều của dây dẫn tại t = 20oC
o
Điện trở xoay chiều của dây dẫn tại t = 90 C
Điện dung của cáp
Điện kháng của cáp
Hệ số tự cảm
Hệ số điện môi
Điện trở cách điện của cáp
mm
mm
mm
0
C
XLPE
5,5
0,6
≥ 0,127
≥ 15
16 (3 lõi)
PVC
2,2
3,4
92
90
A
≥ 474
/km
0,0754
km
Fkm
Ω/km
mH/km
x.10-4pC
/km
0,0891
0,3
0,0963
0,32
40
50
mm
mm
mm
%
kA
4.1.2. Áp dụng tính toán chế độ vận hành
Các điều kiện thời tiết có ảnh hƣởng rất lớn đến khả năng tải của cáp ngầm,
đặc biệt ở khu vực Hà Nội các thông số về thời tiết biến động liên tục theo các tháng
trong năm. Tuy nhiên việc tính toán chế độ vận hành của cáp ngầm có thể áp dụng
cho hai tháng điển hình cho hai mùa cơ bản đó là tháng 1 đại diện cho mùa lạnh
khô, tháng 7 đại diện cho mùa nóng ẩm.
Bảng 4.2. Các điều kiện về thời tiết ở khu vực Hà Nội
Các điều kiện
Thời tiết
Tình trạng đất
Nhiệt trở suất (K.m/W)
Nhiệt độ đất ở độ sâu 0,8m U (°C) lớn
nhất
Tháng 1
Ít mƣa
Khô
1,4
Tháng 7
Mƣa nhiều
Ẩm
0,9
20
35
- 89 -
Bảng 4.3. Các thông số của vật liệu
STT
1
2
3
4
5
Thông số
Đồng
XLPE
0,0008
2,5
3,5
Tgδ
ε
Suất trở nhiệt t (K.m/W)
Điện dẫn suất  (Ω.m)
Hệ số α (1/°C)
1,7241.10-8
3,93.10-3
4.1.2.1. Chế độ vận hành 1
Chế độ vận hành 1(một tuyến cáp cấp điện, một tuyến cáp không cấp điện)
phƣơng pháp tính toán nhƣ sau:
- Các thông số về điều kiện thời tiết, về vật liệu và thông số cáp điện đƣợc lấy
ở các bảng 4.1, 4.2 và 4.3;
- Tính tổn hao điện môi
theo công thức (2.24);
- Tính nhiệt trở của lớp cách điện XLPE
- Tính nhiệt trở của lớp vỏ bọc PVC
theo công thức (2.28);
theo công thức (2.29);
- Tính nhiệt trở của đất
theo công thức (2.43);
- Tính nhiệt giả tƣởng
theo công thức (2.31) và
- Tính độ tăng nhiệt do tổn hao điện môi
theo công thức (2.32);
theo công thức (2.34);
- Cuối cùng tính khả năng tải của cáp theo công thức (2.33).
Bảng 4.4. Dòng tải cho phép của tuyến cáp ngầm cấp điện cho trụ sở Bộ Công An ở
chế độ vận hành 1 khi hệ số tải
U (°C)
(K.m/W)
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
0
5
10
15
20
25
30
35
40
701
673
648
625
604
586
681
654
629
607
587
569
661
634
610
588
569
551
639
613
590
569
550
533
617
592
569
549
531
514
594
570
548
528
511
495
570
546
526
507
490
475
545
522
502
485
468
454
519
497
478
461
445
431
- 90 -
Hình 4.3. Biểu đồ tương quan giữa dòng tải cho phép của tuyến cáp ngầm cấp điện
cho trụ sở Bộ Công An ở chế độ vận hành 1 khi hệ số tải
Nhận xét: Tháng 1 dòng tải cho phép của tuyến cáp là 514A, tháng 7 dòng tải
cho phép của tuyến cáp là 545A, nhƣ vậy có thể thấy ở mùa khô dòng tải cho phép
của tuyến cáp ngầm đạt giá trị nhỏ nhất.
4.1.2.2. Chế độ vận hành 2
Chế độ vận hành 2 (hai tuyến cáp cùng cấp điện) phƣơng pháp tính toán nhƣ
sau:
- Các thông số về điều kiện thời tiết, về vật liệu và thông số cáp điện đƣợc lấy
ở các bảng 4.1, 4.2 và 4.3;
- Tính tổn hao điện môi
theo công thức (2.24);
- Tính nhiệt trở của lớp cách điện XLPE
- Tính nhiệt trở của lớp vỏ bọc PVC
theo công thức (2.28);
theo công thức (2.29);
- Tính nhiệt trở của đất
theo công thức (2.43);
- Tính nhiệt giả tƣởng
theo công thức (2.31) và
- Tính độ tăng nhiệt do tổn hao điện môi
- Tính nhiệt trở bổ sung
theo công thức (2.32);
theo công thức (2.34)
theo công thức (2.54)
- Cuối cùng tính khả năng tải của cáp theo công thức (2.55).
- 91 -
Bảng 4.5. Dòng tải cho phép của tuyến cáp ngầm cấp điện cho trụ sở Bộ Công An ở
chế độ vận hành 2 khi hệ số tải
U (°C)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
(K.m/W)
0,9
512 497 482 467
451 434 417 398
379
1,0
500 485 471 455
440 423 406 388
370
1,1
488 474 460 445
429 413 396 379
361
1,2
478 464 450 435
420 404 387 370
352
1,3
468 454 440 425
410 395 379 362
344
1,4
458 445 431 417
402 386 370 354
336
Nhận xét: Tháng 1 dòng tải cho phép của tuyến cáp là 398A, tháng 7 dòng tải
cho phép của tuyến cáp là 402A, nhƣ vậy có thể thấy ở mùa khô dòng tải cho phép
của tuyến cáp ngầm đạt giá trị nhỏ nhất. Ở chế độ vận hành 2 khả năng tải của mỗi
cáp giảm đi rõ rệt, tuy nhiên khả năng tải của 2 tuyến cáp rõ ràng vẫn lớn hơn một
tuyến rất nhiều.
Hình 4.4. Biểu đồ tương quan giữa dòng tải cho phép của tuyến cáp ngầm cấp điện
cho trụ sở Bộ Công An ở chế độ vận hành 2 khi hệ số tải
- 92 -
4.1.2.3. Nhận xét
Từ các phân tích trong Chƣơng 2 và tính toán trên cho thấy các yếu tố ảnh
hƣởng đến khả năng tải của cáp bao gồm: Suất trở nhiệt của đất, hệ số tải
, cấu
hình và chiều sâu lắp đặt cáp, nhiệt độ của môi trƣờng trong quá trình vận hành cáp.
Suất trở nhiệt của đất đóng vai trò hết sức quan trọng đối với dòng tải cho phép
của cáp. Cụ thể khi nhiệt trở suất của đất giảm từ 1,4K.m/W xuống 0,9 K.m/W
(trong điều kiện nhiệt độ môi trƣởng ở 20°C) thì dòng tải cho phép của cáp ngầm
22kV Cu-3x240mm2 tăng từ 514A lên 617A tƣơng đƣơng 20%. Kết quả này có ý
nghĩa hết sức quan trọng, do vậy khi thiết kế tuyến lắp đặt cáp ngầm trong môi
trƣờng đất có nhiệt trở suất lớn cần phải đào bỏ lớp đất xung quanh cáp thay bằng
cát hoặc các loại đất có nhiệt trở suất t ≤ 1 K.m/W.
Hệ số tải
đặc trƣng cho biểu đồ phụ tải ngày, khi
tuyến cáp tăng.Cụ thể khi
giảm thì khả năng tải của
giảm từ 1 xuống 0,7 (trong điều kiện nhiệt độ môi
trƣờng ở 20°C) thì dòng tải cho phép của cáp ngầm 22kV Cu-3x240mm2 tăng từ
549A lên 656A tƣơng đƣơng 19,5%. Do vậy trong quá trình thiết kế cũng nhƣ vận
hành tuyến cáp phải xét đến hệ số tải.
Khi tăng chiều sâu lắp đặt cáp sẽ làm tăng nhiệt trở của đất do vậy sẽ làm giảm
khả năng tải của cáp điện. Vì vậy khi thiết kế tuyến cáp ngầm phải giảm chiều sâu
chôn cáp ở mức tối thiểu theo quy định hiện hành.
Khả năng tải của tuyến cáp tăng lên khi tăng khoảng cách giữa các cáp. Trong
thực tế khoảng cách tối thiểu giữa các cáp đƣợc quy định trong quy phạm, việc tăng
khoảng cách giữa các cáp cũng ít đƣợc quan tâm bởi không gian cho việc lắp đặt
cáp ngầm thƣờng bị giới hạn hoặc nếu có tăng khoảng cách các cáp thì chi phí đào
đắp rãnh cáp cũng tăng đáng kế.
Nhiệt độ môi trƣờng lắp đặt cáp tỷ lệ nghịch với khả năng tải của tuyến cáp
ngầm nhƣng yếu tố nhiệt độ mang tính khách quan do vậy khi vận hành tùy từng
thời điểm cụ thể mà cho phép tăng dòng tải của tuyến cáp hay không.
- 93 -
4.2. Xác định điểm sự cố của tuyến cáp ngầm 22kV cấp điện cho trụ sở Truyền
hình Công an Nhân dân
4.2.1. Các thông số đầu vào
Tuyến cáp ngầm 22kV cấp điện cho TBA 1000kVA của Trụ sở truyền hình
Công An Nhân Dân địa chỉ tại Số 1 – đƣờng Lê Đức Thọ - quận Nam Từ Liêm –
thành phố Hà Nội đƣợc đƣa vào vận hành tháng 12 năm 2011, cáp ngầm đƣợc sử
dụng là cáp 24kV Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC 3x240mm2 có khả năng chống thấm
dọc.
Mô tả tuyến cáp: Tuyến cáp đƣợc đầu vào máy cắt 487 TBA 110kVA E1.25
Mỹ Đinh → Cây xăng Mỹ Đình → đƣờng Lê Quang Đạo → đƣờng Lê Đức Thọ →
tủ RMU TBA 1000kVATrụ sở truyền hình Công An Nhân Dân, chiều dài tuyến cáp
theo hồ sơ hoàn công3452m.
Vào ngày 20/3/2015 xảy ra sự cố làm mất điện TBA 1000kVA, qua kiểm tra
xác nhận của trạm 110kVA E1.25 Mỹ Đình cho thấy máy cắt xuất tuyết tác động,
dòng điện ngắn mạch khá lớn.TBA 1000kVA sau khi bị mất điện đã đóng điện lại
vào lộ 484 E1.9 (lộ dự phòng).Khảo sát dọc tuyến cáp ngầm không thấy có dấu hiệu
tuyến cáp có dấu hiệu bất thƣờng nhƣ bị đào trúng, qua các thông tin trên có thể
đánh giá sơ bộ tuyến cáp ngầm bị sự cố ngắn mạch.
4.2.2. Trình tự thực hiện dò tìm điểm sự cố
Trình tự thực hiện các bƣớc xác định vị trí điểm sự cố tiến hành nhƣ sau:
Bƣớc 1: Cô lập cáp khỏi vận hành và tiếp đất
Bƣớc 2: Đo điện trở cách điện của lõi cáp với vỏ, của các lõi với nhau kết
quả cho thấy điện trở cách điện của một pha với vỏ giảm mạnh → kết luận sơ bộ
pha đó bị ngắn mạch trạm đất. Sau đó đấu nối tắt các pha ở trạm biến áp 1000kVA
sau đó dùng đồng hồ vạn năng đo điện trở một chiều từng đôi ruột cáp, kế quả cho
thấy điện trở của 3 lần đo cho kết quả tƣơng đƣơng nhau → kết luận ruột cáp còn
nguyên vẹn chƣa bị đứt.
- 94 -
Bảng 4.6. Điện trở một chiều từng đôi ruột cáp - tuyến cáp ngầm 22kV cấp điện cho
trụ sở Truyền hình Công an Nhân dân
Lần đo
Pha 1 – Pha 2
Pha 1 – Pha 3
Pha 2 – Pha 3
Điện trở (Ω)
0,5206
0,5205
0,5203
Bƣớc 3: Định vị sự cố
- Tại TBA 110KVA E1.25 sử dụng thiết bị cầu điện trở đo đƣợc tỷ số
=
4,6637 của tuyến cáp theo công thức (3.1) từ đó tính đƣợc chiều dài tuyến cáp từ
đầu tuyến cáp tại TBA 110kV E1.25 đến điểm sự số theo công thức (3.2 ) nhƣ sau
- Tại TBA 1000kVA Trụ sở truyền hình Công An Nhân Dân sử dụng thiết bị
cầu điện trở đo đƣợc tỷ số
= 2,0836 của tuyến cáp theo công thức (3.1) từ đó
tính đƣợc chiều dài tuyến cáp từ đầu tuyến cáp tại TBA 1000kVA đến điểm sự số
theo công thức (3.2 ) nhƣ sau
Định vị tim tuyến theo mốc báo hiệu cáp ngầm sau đó đo tuyến từ hai đầu
tuyến cáp điểm sự cố xác định khoảng sự cố trong phạm vi 5m từ điểm x đến điểm
x‟.
Bƣớc 4: Định tuyến cáp sau đóđào rãnh cáp tìm điểm sự cố.
Bƣớc 5: Tiến hành sửa chữa.
Bƣớc 6: Thí nghiệm sau sửa chữa.
Bƣớc 7: Đóng điện trở lại cho tuyến cáp.
Kết quả thực tế sau cho thấy vị trí sự cố không nằm phạm vi (x, x‟) mà nằm
ngoài khoảng trên, cách vị trí x 1,5m. Sai số trên có thể do các nguyên nhân sau
- 95 -
- Chiều dài tuyến cáp thực tế không phải 3452m
- Sai số do biện pháp đo tuyến bằng thƣớc trên mặt đất để tìm điểm x và x‟
- Sai số của thiết bị đo cầu điện trở.
4.2.3. Nhận xét
Phƣơng pháp cầu điện trở chỉ áp dụng đối với tuyến cáp bị sự cố ngắn mạch
pha – đất hoặc ngắn mạch pha – pha và lõi cáp phải còn nguyên vẹn.Phƣơng pháp
cầu điển trở khá đơn giản, độ chính xác tƣơng đối cao khi áp dụng với tuyến cáp
ngắn nhƣng khi áp dụng cho tuyến cáp có chiều dài lớn thì độ chính xác giảm tƣơng
đối mạnh. Đặc biệt phƣơng pháp cầu điện trở không áp dụng đƣợc khi cáp bị sự cố
dẫn đến hở mạch (lõi cáp bị đứt), sự cố ngắn mạch ba pha, chạm đất 3 pha. Phƣơng
pháp cầu điện trở chỉ nên áp dụng đƣợc khi timtuyến cáp đƣợc xác định tƣơng đối
chính xác trên mặt bằng, đối với tuyến cáp không cụ thể thì phải kết hợp với phƣơng
pháp dò tuyến.
Trong thực tế để xác định vị trí sự cố tuyến cáp ngầm một cách chính xác và
nhanh chóng cần phải phán đoán sự cố, sau đó áp dụng một hoặc phối hợp nhiều
phƣơng pháp để định vị sự cố.Trình tựcác bƣớc xác định vị trí sự cố cơ bảnđƣợc
thực hiện nhƣ sau:
Bƣớc 1: Cô lập cáp khỏi vận hành sau đó tiếp đất.
Bƣớc 2: Đo điện trở cách điện và phân tích sự cố.
Bƣớc 3: Định vị sơ bộ sự cố.
Bƣớc 4: Định tuyến cáp.
Bƣớc 5: Xác định chính xác điểm sự cố.
Bƣớc 6: Tiến hành sửa chữa.
Bƣớc 7: Thí nghiệm sau khi sửa chữa.
Bƣớc 8: Đóng điện trở lại.
- 96 -
KẾT LUẬN
Hiện nay hệ thống cáp ngầm trung thế ở Việt Nam đang tăng trƣởng mạnh về
quy mô nhƣng chủ yếu sử dụng cáp cách điện XLPE bởi nhiều ƣu điểm nhƣ khả
năng mang tải, khả năng chịu nhiệt, thi công lắp đặt dễ dàng ...
Trong hệ thống cáp ngầm trung thế các sự cố có nguyên nhân từ các điểm đấu
nối (đầu cáp, hộp nối) chiếm một tỷ lệ cao vì vậy việc nâng cao kỹ thuật đấu nối là
rất cần thiết.
Kỹ thuật lắp đặt và vận hành cáp ngầm trung thế có ảnh hƣởng rất lớn đến độ
tin cậy của hệ thống cung cấp điện và khả năng tải của tuyến cáp.Vì vậy cần thiết
phải lựa chọn giải pháp lắp đặt và vận hành cáp ngầm trung thế phù hợp.
Việc thí nghiệm cáp nhằm đánh giá chất lƣợng, phát hiện các lỗi, khiếm khuyết
của cáp đồng thời là cơ sở có tính pháp lý khẳng định cáp điện sẵn sàng đƣa vào sử
dụng.
Bản luận văn đã đề cập đƣợc những vấn đề cơ bản trong nghiên cứu kỹ thuật
lắp đặt, thí nghiệm và vận hành cáp ngầm trung thế. Luận văn đã áp dụng tính toán
chế độ vận hành của tuyến cáp ngầm 22kV trên địa bàn thành phố Hà Nội và đƣa ra
những đánh giá, kiến nghị nhằm nâng cao khả năng tải, kéo dài tuổi thọ và giảm
thiểu sự cố của các tuyến cáp ngầm. Luận văn cũng trình bày việc chuẩn đoán vị trí
sự cố cáp ngầm trên tuyến cáp mà tác giả đã tham gia và đƣa ra trình tự các bƣớc
xác định vị trí sự cố cáp ngầm.
Hƣớng nghiên cứu tiếp theo về cáp ngầm trung thế trong lƣới điện sẽ là một số
nội dung sau
1. Nghiên cứu ảnh hƣởng điện, từ trƣờng của các tuyến cáp ngầm chạy song
song với nhau.
2. Nghiên cứu kỹ thuật đấu nối và lắp đặt cáp ngầm vƣợt biển cấp điện ra đảo.
3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của môi trƣờng đất nhiễm mặn đến tuổi thọ của cáp
ngầm.
- 97 -
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bộ Công Thƣơng (2008), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về kỹ thuật điện.
2. Daniel Fournier (1998), Aging of Defective Electrical Joints in Underground
Power Distribution Systems, Proceedings of the 44th IEEE Holms Conference on
Electrical Contacts, Arlington, USA , pp. 179-192.
3. E.F. Steenis, W. Boone, A. Montfoort (1990), Water Treeing in Service Aged
Cables, Experience and Evaluation Procedure, IEEE Transactions on Power
Delivery, vol. 5, No. 1, pp. 40-46,
4. George J. Anders (1997), Rating Of Electric Power Cables, McGraw-Hill
Professional, New York, United States of America.
5. George J. Anders (2005), Rating Of Electric Power Cablesin Unfavorable
Thermal Environment ,John Wiley & Sons, New Jersey, United States of America.
6. Jean-Pierre Crine (2004), A Water Treeing Model, Minutes of 115th IEEE PES
Insulated Conductors Committee Meeting, Spring.
7. Jong-Beom Lee & Chae-Kyun Jung (2012) ,Technical Reviewon Parallel
Ground Continuity Conductor of Underground Cablesystems, Journal of
International Councilon Electrical Engineering, pp. 250-256.
8. L. Lindstrong (2011), Evaluating impact on ampacity according to IEC-60287
regarding thermally unfavourable placement of power cables, M.S. Thesis, School
of Elect. Eng., KTH Royal Institute of Technology, Stokholm, Sweden
9. Lothar Heinold (1990), Power Cables and their Application Power Cables and
their Application, Siemens Aktiengesellschaft, pp 18-30.
10. Nguyễn Bình Thành, Nguyễn Trần Quân, Lê Văn Bảng (1983), Cơ sở lý thuyết
trường điện từ, Nhà xuất bản Đại Học và Trung học chuyên ngiệp, Hà Nội.
11. Nguyễn Đình Thắng (2006), Vật liệu kỹ thuât điện, Nhà xuất bản Khoa học và
Kỹ thuật.
12. P.Werelius, P.Thärning, R.Eriksson, B.Holmgren, U.Gäfvert (2001), Dielectric
Spectroscopy for Diagnosis of Water Tree Deterioration in XLPE Cables," IEEE
Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 8, 27-42.
- 98 -
13. S.Hvidsen, H.Faremo, J.T.Benjaminsen (2006), Diagnostic Testing of High
Voltage Water Treed XLPE Cables, CIGRE 2006 Proceedings, paper B1- 209.
14. Stanislaw Czapp, Krzysztof Dobrzynski, Jacek Klucznik, Zbigniew Lubosny
(2014), Calculation of Induced Sheath Voltages in Power Cables – Single Circuit
Suystem Versus Double Circuit System, Journal of Information, Control and
Management Systems, Vol. 12, (2014), No. 2, pp. 113-124.
15. T.Myashita (1969), Deterioration of Water-Immersed Polyethylene-Coated Wire
by Treeing, Proceeding 1969 IEE-NEMA Electrical Insulation Conference, Boston,
pp. (131-135).
16. Võ Viết Đạn (1972), Kỹ thuật điện cao áp, Đại học Bách khoa Hà Nội.
17. Vũ Xuân An (2008), Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống cáp ngầm cao áp,
Luận văn Thạc sĩ khoa học, Đại học Bách khoa Hà Nội.
18. William A.Thue (2005), Electrical Power Cable Engineering, Taylor & Francis
e-Library.
- 99 -
PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Bảng tính dòng tải cho phép của tuyến cáp ngầm 22kV Cu-3x240mm2 mạch đơn
Thông số
STT
Ký hiệu
Đơn vị
Công thức
Giá trị
U
V
22.000
mm
18,3
1
Điện áp
2
Đƣờng kính lõi
3
Tiết diện
F
mm2
240
4
Số pha
n
pha
3
5
Chiều dày màn chắn trong
mm
0,6
6
Chiều dày cách điện XLPE
mm
5,5
7
Đƣờng kính
mm
30,5
8
Chiều dày màn chắn ngoài
mm
0,6
9
Chiều dày vỏ bọc PVC ngoài
mm
3,4
10
Đƣờng kính trong lớp vỏ PVC ngoài
11
Đƣờng kính ngoài của cáp
12
Điện trở xoay chiều
13
Điện dung
14
Hệ số Tgδ
15
Tổn hao điện môi
16
Suất trở nhiệt XLPE
17
Nhiệt trở của cách điện XLPE
85,2
d
mm
92
Ω/km
0,0891
F/m
0,0003
0,0008
W
( )
√
2,8716
K.m/W
3,5
K/W
0,2847
- 100 -
18
Suất trở nhiệt PVC
19
Nhiệt trở của cách điện PVC
20
Nhiệt trở suất của đất
21
Độ chôn sâu của cáp
22
hệ số k
23
Nhiệt trở của đất
h
K.m/W
5,5
K/W
0,0672
K.m/W
1
m
800
√(
)
34,7538
K/W
0,5650
K/W
0,1621
K/W
0,1147
Nhiệt trở giả tƣởng
với tổn hao dòng điện qua lõi
24
dẫn
25
Nhiệt trở giả tƣởng
điện môi
do tổn hao
26
Nhiệt độ tối đa của lõi cáp
°C
90
27
Nhiệt độ môi trƣờng
°C
20
28
Tăng nhiệt do tổn hao điện môi
29
Hệ số tải
30
Dòng tải
1,9519
1
A
√
592
- 101 -
Phụ lục 2: Bảng tính tải cho phép của tuyến cáp ngầm 22kV Cu-3x240mm2 mạch kép
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Thông số
Số đƣờng cáp trong một rãnh
Khoảng cách giữa các đƣờng cáp
Điện áp
Đƣờng kính lõi
Tiết diện
Số pha
Chiều dày màn chắn trong
Chiều dày cách điện XLPE
Đƣờng kính
Chiều dày màn chắn ngoài
Chiều dày vỏ bọc PVC ngoài
Đƣờng kính trong lớp vỏ PVC ngoài
Đƣờng kính ngoài của cáp
Điện trở xoay chiều
Điện dung
Hệ số Tgδ
17
Tổn hao điện môi
18
Suất trở nhiệt XLPE
19
Nhiệt trở của cách điện XLPE
20
Suất trở nhiệt PVC
Ký hiệu
N
a
U
F
n
Đơn vị
Giá trị
Công thức
2
250
22.000
18,3
240
3
0,6
5,5
30,5
0,6
3,4
85,2
92
0,0891
0,0003
0,0008
mm
V
mm
mm2
mm
mm
mm
mm
mm
d
mm
Ω/km
F/m
W
(
√
)
2,8716
K.m/W
3,5
K/W
0,2847
K.m/W
5,5
- 102 -
21
Nhiệt trở của cách điện PVC
22
23
Nhiệt trở suất của đất
Độ chôn sâu của cáp
24
hệ số k
25
Nhiệt trở của đất
28
29
30
31
32
Nhiệt trở giả tƣởng Tki với tổn hao
dòng điện qua lõi dẫn
Nhiệt trở giả tƣởng Tkd do tổn hao
điện môi
Nhiệt độ tối đa của lõi cáp
Nhiệt độ môi trƣờng
Tăng nhiệt do tổn hao điện môi
Hệ số tải
Nhiệt trở suất của dất khô
33
Nhiệt trở bổ sung
34
Đòng tải
26
27
h
K/W
0,0672
K.m/W
mm
1
800
√(
34,7538
)
K/W
0,5650
K/W
0,1621
K/W
0,1147
°C
°C
°C
90
20
1,9519
1
2,0
K/W
(√(
K/W
A
√
)
)
0,60
(
(
)
)
440