Nghiên cứu phân tích lựa chọn cáp ngầm cho lưới điện truyền tải 110 220KV khu vực thành phố hồ chí minh

Trang 1 LỜI CẢM ƠNLuận văn này được thực hiện tại Khoa Điện - Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.. Người đã đề ra phương hướng, hết lòng chỉ bảo hướng dẫn, truyền đạt

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được thực hiện tại Khoa Điện - Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

Em xin chân thành cảm ơn

Tiến sĩ : Hồ Thị Diệu Hồng

Người luôn mẫu mực, tận tụy yêu nghề với tất cả niềm say mê

Người đã đề ra phương hướng, hết lòng chỉ bảo hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức chuyên môn cùng kinh nghiệm nghiên cứu trong suốt thời gian em học tập, làm việc và thực hiện luận văn này

… với tất cả lòng kính yêu của em

Em xin chân thành cảm ơn

Tiến sĩ : Quyền Huy Aùnh

Phó Khoa Điện – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật

Tiến sĩ : Nguyễn Văn Quang

Khoa Điện – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật

Tiến sĩ : Hồ Xuân Thanh

Khoa Điện – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật

Tiến sĩ : Trương Việt Anh

Khoa Điện – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Những người thầy đã hết lòng chỉ bảo, giúp đỡ và động viên góp những ý kiến hết sức quý báu trong lúc em thực hiện luận văn này

… với tất cả lòng biết ơn sâu sắc

Xin cảm ơn ba mẹ đã vất vã nuôi con khôn lớn và tạo mọi điều kiện cho con học tập tốt trong suốt quãng đời vừa qua, để con có được ngày hôm nay, cảm ơn vợ người luôn ở bên cạnh và chăm sóc cho tôi trong những tháng ngày khó khăn gian khổ

Xin cảm ơn bạn bè, các đồng nghiệp và đặc biệt là bạn Đỗ Bình Dương, những người luôn dành những tình cảm sâu sắc nhất, luôn động viên, khuyến khích tôi vượt qua

những khó khăn trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Thành Phồ Hồ Chí Minh ngày 16tháng 09 năm 2005

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn xoay quanh vấn đề nghiên cứu, phân tích lựa chọn cấu trúc cáp ngầm cao áp cho lưới điện truyền tải 110 – 220kV khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh, nội dung chính gồm các vấn đề được giải quyết như sau:

6 Tìm hiểu về điều kiện khí hậu môi trường trong đó đặc biệt quan tâm đến nhiệt độ môi trường đặt cáp, điều kiện địa chất - thuỷ văn

7 Phân tích so sánh, đánh giá về ưu nhược điểm của các loại cáp ngầm có trên thị trường nhằm mục đích đáp ứng cho việc phân tích lựa chọn cấu trúc cáp theo yêu cầu đề ra

8 Trên cơ sở của điều kiện khí hậu và việc tìm hiểu các loại cáp ngầm trên thị trường, kết hợp với tính toán, phân tích từ đó chọn ra cấu trúc cáp ngầm cho khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh Cấu trúc cáp được lựa chọn gồm:

a Lõi cáp

b Băng quấn bán dẫn lõi cáp

c Màn bán dẫn lõi

d Lớp cách điện XLPE

e Màn bán dẫn lớp cách điện

f Băng quấn bán dẫn cách điện

g Lớp băng quấn kết sợi bằng đồng

h Lớp võ nhôm dạng sóng

i Lớp bảo vệ chống thấm theo chiều dọc (Bitumen)

j Lớp võ bảo vệ ngoài cùng Polyvinyl Chlorride (PVC – ST2)

9 Đề xuất các phương án lắp đặt cáp ngầm cho khu vực nội thành, ngoại thành Thành Phố Hồ Chí Minh và phương pháp hoán vị cáp

MỤC LỤC

Chương 1 GIỚI THIỆU LUẬN VĂN

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 1

1.3 Phạm vi nghiên cứu 1

1.4 Phương pháp nghiên cứu 2

1.5 Điểm mới của luận văn 2

1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn 2

1.7 Bố cục của luận văn 3

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÁP NGẦM VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN LUẬN VĂN 2.1 Giới thiệu 5

2.1.1 Đặc điểm của lưới điện truyền tải khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh 5

2.1.2 Các lý do lựa chọn cáp ngầm cho khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh

5 2.2 Các điều kiện cơ bản ảnh hưởng đến lựa chọn cáp ngầm cho lưới điện

truyền tải 110 -220 kV khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh 5

2.2.1 Điều kiện môi trường 5

2.3 Tính kinh tế - kỹ thuật 5

2.3.1 Tính kỹ thuật 5

2.3.2 Tính kinh tế 5

2.4 Tìm hiểu khái quát về cáp ngầm 5

2.4.1 Phân loại cáp 5

2.4.2 Cấu trúc cơ bản của cáp ngầm 6

2.5 Giới thiệu tiêu chuẩn quốc tế IEC và các tiêu chuẩn liên qua 7

2.5.1 Các tiêu chuẩn liên quan đến việc lựa chọn cáp ngầm 7

2.5.2 Các thử nghiệm chính cho cáp cao thế 8

Chương 3 SO SÁNH ĐÁNH GIÁ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁP NGẦM SẢN XUẤT TRÊN THỊ TRƯỜNG 3.1 Mục đích của việc so sánh đánh giá 10

3.2 Cấu trúc cáp ngầm cao thế 10

3.3 Giới thiệu cấu trúc cáp ngầm sản xuất trên thị trường 11

3.3.1 Cấu trúc cáp của hãng FUJIKURA 12

3.3.2 Cấu trúc cáp của hãng LG 13

3.3.4 Cấu trúc cáp của hãng SAGEM 15

3.4 So sánh, đánh giá ưu nhược điểm các loại cáp ngầm sản xuất trên thị trường 16

3.4.1 Lõi cáp 16

3.4.2 Màn chắn lõi 17

3.4.3 Bề dày lớp cách điện 17

3.4.4 Màn bán dẫn của lớp cách điện 17

3.4.5 Màn chống thấm nước theo chiều dọc 17

3.4.6 Lớp đệm 17

3.4.7 Bề dày lớp võ kim loại 18

3.4.8 Lớp vỏ ngoài cùng 18

3.4.9 Trọng lượng cáp 18

Chương 4 LỰA CHỌN CẤU TRÚC CÁP NGẦM CAO ÁP CHO LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI 110-220KV KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 4.1 Tiêu chuẩn để đánh giá và lựa chọn cáp ngầm 19

4.2 Các yêu cầu lựa chọn cấu trúc cáp ngầm cao áp 19

4.3 Hình dạng cấu trúc cáp cơ bản được chọn 19

4.4 Phân tích lựa chọn cấu trúc cáp ngầm 20

4.4.1 Lựa chọn lõi cáp 20

4.4.2 Lựa chọn màn bán dẫn của lõi 23

4.4.3 Chọn lớp cách điện 24

4.4.4 Lựa chọn màn bán dẫn của lớp cách điện 28

4.4.5 Lựa chọn lớp băng quấn kết bằng đồng

29 4.4.6 Lựa chọn lớp võ kim loại 30

4.4.7 Màn chống thấm nước theo chiều dọc 36

4.4.8 Lựa chọn lớp võ ngoài cùng 36

4.5 Xác định khả năng mang dòng liên tục của cáp được lựa chọn 37

4.5.1 Các dạng lắp đặt cáp thường được áp dụng 37

4.5.2 Công thức tính dòng liên tục 39

4.6 Tính toán dòng liên tục cho cáp 44

4.6.1 Nhiệt độ dâng lên cho phép giữa lõi cáp so với môi trường đặt cáp  44

4.6.2 Tổn thất điện môi trên một đơn vị chiều dài lớp vỏ bọc cáp Wd 44

4.6.3 Điện trở xoay chiều của dây dẫn ở nhiệt độ vận hành lớn nhất R 45

4.6.4 Suất điện trở nhiệt trên một đơn vị chiều dài giữa lõi và vỏ nhôm T1 48

4.6.5 Suất điện trở nhiệt trên một đơn vị chiều dài giữa vỏ nhôm và vỏ ngoài cùng 49

4.6.6 Suất điện trở nhiệt bên ngòai vỏ cáp trên một đơn vị chiều dài 49

4.6.7 Suất điện trở nhiệt trên một đơn vị chiều dài giữa bề mặt cáp và môi trường đặt cáp 50

4.6.8 Tỉ số tổn thất công suất của vỏ lim loại trên tổng tổn thất lõi cáp 1 51

4.7 Kết quả tính toán dòng liên tục 57

4.8 Tính toán khả năng chịu dòng ngăén mạch của cáp được lựa chọn 58

4.8.1 Tính toán dòng điện ngắn mạch 58

4.8.2 Kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch 59

4.9 Tổng hợp kết quả tính toán 60

Chương 5 PHƯƠNG ÁN LẮP ĐẶT CÁP NGẦM CAO ÁP CHO LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 5.1 Giới thiệu tổng quát 61

5.1.1 Giới thiệu 61

5.2 Phương pháp tiếp cận 61

5.2.1 Lựa chọn phương thức đặt cáp 62

5.2.2 Đối tượng nghiên cứu 62

5.3 Đề xuất phương án lắp đặt cáp ngầm 63

5.3.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống cáp ngầm 63

5.3.2 Đề xuất phương án lắp đặt cáp ngầm cao áp cho lưới truyền tải 110-220 kV

64 5.3.3 Lắp đặt cáp ngầm cho khu vực nội thành 64

5.3.4 Lắp đặt cáp ngầm cho khu vực ngoại thành 76

5.4 Phương pháp hoán vị cáp 80

5.4.1 Cáp bố trí đối xứng trên ba đỉnh của một tam giác đều 80

5.4.2 Cáp bố trí không đối xứng

80 5.4.3 Điện áp cảm ứng trên cáp 82

Chương 6 KẾT LUẬN 6.1 Khái quát 86

6.2 Hướng phát triển của đề tài 86

6.3 Điểm mới của luận án 86

HÌNH VẼ

Hình 3.1: Cấu trúc cáp của hãng FUJIKURA

Hình 3.2: Cấu trúc cáp của hãng LG

Hình 3.3: Cấu trúc cáp của hãng SHOWA

Hình 3.4: Cấu trúc cáp của hãng SAGEM

Hình 4.1: Cấu trúc cáp cơ bản cho khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh

Hình 4.1: Cấu trúc lõi cáp lựa chọn

Hình 4.2: Băng quấn kết bằng sợi đồng

Hình 4.3: Cáp lắp đặt theo dạng nằm ngang chôn trực tiếp

Hình 4.4: Cáp lắp đặt theo dạng tam giác chôn trực tiếp

Hình 4.5: Cáp lắp đặt trong ống theo dạng nằm ngang chôn trong ống

Hình 4.6: Cáp lắp đặt trong ống theo dạng tam giác chôn trong ống

Hình 5.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống cáp ngầm

Hình 5.2: Kết cấu hào đặt cáp song song với đường giao thông trong khu vực nội thành

Hình 5.3: Phương án cáp đi xuyên qua đường ôtô trong khu vực nội thành

Hình 5.4: Phương án đặt cáp giao chéo ống thoát nước trong khu vực nội thành

Hình 5.7: Phương án đặt cáp giao chéo ống cấp nước trong khu vực nội

(khi chiều sau đặt ống cấp nước H<2000mm và đường kính ống cấp

nước <1200mm)

Hình 5.8: Phương án đặt cáp giao chéo ống cấp nước trong khu vực nội thành

(khi chiều sau đặt ống cấp nước H>2000mm và đường kính ống cấp

nước ≥1200mm)

Hình 5.9: Phương án đặt cáp giao chéo đường cáp điện thoại

(khi chiều sau đặt đường cáp điện thoại H<2000mm)

Hình 5.10: Phương án đặt cáp giao chéo đường cáp điện thoại

(khi chiều sau đặt đường cáp điện thoại H>2000mm)

Hình 5.11: Phương án đặt cáp giao chéo đường cáp điện ngầm khác

(khi chiều sau đặt đường dây điện ngầm H<1500mm)

Hình 5.11: Phương án đặt cáp giao chéo đường cáp điện ngầm khác

(khi chiều sau đặt đường dây điện ngầm H>1500mm)

Hình 5.12: Biện pháp gia cố móng cho mương, hào hoặc hầm đặt cáp

Hình 5.13: Phương án xây mương đặt cáp giao chéo với đường sắt

Hình 5.14: Phương án xây mương đặt cáp giao chéo với đường giao thông (quốc lộ)

Hình 5.15: Cách bố trí cáp trên ba đỉnh của một tam giác đều

Hình 5.16: Cách bố trí cáp trên ba đỉnh của một tam giác không đều

Hình 5.17: Cách bố trí cáp trên mặt phẳng ngang

Hình 5.18: Phương pháp hoán vị cáp

Hình 5.19: Điện áp cảm ứng trên các cáp

Hình 5.20: Phương pháp phân đoạn triệt tiêu dòng và điện áp cảm ứng trên cáp

Hình 5.21: Phương pháp phương pháp triệt tiêu dòng điện và điện áp cảm ứng

trên cáp bằng cách hoán vị cáp và nối đất tại các điểm tới hạn

BẢNG

Bảng 3.1: Giá trị giới hạn đường kính cáp theo tiêu chuẩn HN 33 – S – 53; 1992

Bảng 3.2: Đường kính các loại cáp ngầm sản xuất trên thị trường

Bảng 4.1: Điện trở của ruột dẫn bằng đồng ở 200C theo tiêu chuẩn IEC 60228: 1978

Bảng 4.2: Số lượng sợi đồng trong từng ruột dẫn theo tiêu chuẩn IEC 60228: 1978

Bảng 4.3: Giá trị đường kính lõi theo tiêu chuẩn HN 33 – S – 53; 1992

Bảng 4.4: Giá trị đường kính cáp được chọn

Bảng 4.5: Bề dày màn bán dẫn được chọn

Bảng 4.6: Thông số đặc tính kỹ thuật của các vật liệu cách điện

Bảng 4.7: So sánh đặt tính kỹ thuật của các vật liệu cách điện

Bảng 4.8: Hệ số phá huỷ cách điện

Bảng 4.9: Giá trị EL (ac), EL(imp)

Bảng 4.10: Bề dày cách XLPE điện được lựa chọn

Bảng 4.11: Kết quả lựa chọn màn bán dẫn của lớp cách điện

Bảng 4.12: Bề dày danh định của lớp vỏ kim loại

Bảng 4.13: Bề dày danh định sơ bộ được chọn của lớp vỏ nhôm

Bảng 4.14: Bề dày danh định được chọn của lớp vỏ nhôm

Bảng 4.15: Đường kính trong và đường kinh ngoài của lớp vỏ nhôm

Bảng 4.16: Đường kính trung bình của lớp vỏ nhôm

Bảng 4.17: Tiết diện của lớp vỏ nhôm

Bảng 4.18: Giá trị hằng số phụ thuộc (nhôm)

Bảng 4.19: Tổng hợp số liệu tính toán ngắn mạch của lớp vỏ nhôm

Bảng 4.20: Kết quả tính toán khả năng chịu dòng ngắn mạch của vỏ nhôm

Bảng 4.21: Kết quả thử nghiệm đặt tính kỹ thuật của hợp chất Polyvinyl Chlorride

Bảng 4.23: Kết quả tính toán điện trở d.c của lõi cáp

Bảng 4.24: Kết quả tính toán hệ số ảnh hưởng của lớp vỏ

Bảng 4.25: Kết quả tính hệ số ảnh hưởng giữa hai cáp trong cùng một tuyến cáp

Bảng 4.26: Kết quả tính toán điện trở xoay chiều của lõi

Bảng 4.27: Kết quả tính toán suất điện trở nhiệt trên một đơn vị chiều dài giữa lõi và vỏ nhôm

Bảng 4.28: Kết quả tính toán suất điện trở nhiệt trên một đơn vị chiều dài giữa vỏ nhôm và vỏ ngoài cùng

Bảng 4.30: Kết quả tính toán suất điện trở nhiệt trên một đơn vị chiều dài giữa bề mặt cáp và môi trường đặt cáp (Cáp được đặt theo dạng nằm ngang)

Bảng 4.31: Kết quả tính toán suất điện trở nhiệt trên một đơn vị chiều dài giữa bề mặt cáp và môi trường đặt cáp (Cáp được đặt theo dạng tam giác)

Bảng 4.32: Kết quả tính toán tổn thất giây ra bởi dòng điện sin

Bảng 4.33: Kết quả tính toán hệ số tổn thất gs cáp lắp đăït dạng tam giác

Bảng 4.34: Kết quả tính toán hệ số tổn thất 0 cáp lắp đăït dạng tam giác

Bảng 4.35: Kết quả tính toán hệ số tổn thất 1 cáp lắp đăït dạng tam giác

Bảng 4.36: Kết quả tính toán tổn thất giây ra bởi dòng điện xoáy cáp lắp đăït dạng tam giác

Bảng 4.37: Kết quả tính toán tỉ số tổn thất vỏ lim loại trên tổn thất dây dẫn 1 cáp

lắp đăït dạng tam giác

Bảng 4.38: Kết quả tính toán tổn thất giây ra bởi dòng điện sin cáp lắp đăït dạng nằm

ngang

Bảng 4.39: Kết quả tính toán các hệ số 0 ;  1 ;  2 cáp lắp đăït dạng nằm ngang ( Cáp

trung tâm lắp đặt dạng phẳng)

Bảng 4.40: Kết quả tính toán các hệ số 0 ;  1 ;  2( cáp lắp đăït dạng nằm ngang Cáp

ngoài lắp đặt dạng phẳng)

Bảng 4.41: Kết quả tính toán dòng liên tục của cáp

Bảng 4.42: Kết quả tính toán hằng số phụ thuộc KCu

Bảng 4.43: Đường kính danh định được chọn lõi cáp

Bảng 4.44: Tiết diện lõi cáp tính theo hệ số hiệu dụng

Bảng 4.45: Kết quả tính toán dòng ngắn mạch của lõi cáp

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

Chương1

1.1 Đặt vấn đề

Hệ thống truyền tải điện nói chung đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện đến hộ tiêu thụ Hiện nay hệ thống điện truyền tải trên không đóng vai trò chủ yếu trong hệ thống truyền tải điện quốc gia Ngày nay do sự phát triển của khoa học kỹ thuật cũng như điều kiện của nền kinh tế và yêu cầu xã hội thì hệ thống truyền tải điện chôn ngầm dưới đất được quan tâm nhiều hơn Do đó việc nghiên cứu lựa chọn cáp và kỹ thuật lắp đặt cáp ngầm là một nhu cầu cần thiết, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích về mặt kỹ thuật và kinh tế

Việc lựa chọn cáp ngầm thông thường là dựa vào các thông số tính toán trước như dòng điện, điện áp, quy cách lắp đặt, số lượng dây kề nhau …từ đó suy ra việc lựa chọn một loại cáp ngầm có tiết điện phù hợp Việc lựa chọn như trên đơn giản và nhanh chóng tuy nhiên nó chưa đưa ra được một kết quả thật sự mong muốn đối với từng công trình cáp ngầm cụ thể

Trong các điều kiện thực tế khác nhau, việc lựa chọn cáp ngầm là thật sự khó khăn nó đòi hỏi phải thoả mãn các ràng buộc về mặt kỹ thuật như dòng điện, điện áp, nhiệt độ, các thông số liên quan khác, đặc biệt là về cấu trúc cáp Do đó việc phân tích lựa chọn một cấu trúc cáp phù hợp với điều kiện môi trường thực tế là điều hết sức cần thiết, nó không những đảm bảo về mặt kỹ thuật mà còn đem lại lợi ích kinh tế

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn

Mục tiêu của luận văn là lựa chọn một cấu trúc cáp ngầm phù hợp với lưới điện truyền tải 110 - 220 kV cho khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh và trên cơ sở cáp ngầm vừa được lựa chọn sẽ đưa ra các phương án lắp đặt cáp mẫu cho một số khu vực thuộc Thành Phố Hồ Chí Minh cụ thể luận văn có các nhiệm vụ như sau:

1 Phân tích, so sánh, đánh giá ưu nhược điểm của các loại cáp ngầm sản xuất trên thị trường

2 Xây dựng một cấu trúc cáp ngầm cao áp cho lưới điện 110 - 220kV cho khu vực

Thành Phố Hồ Chí Minh

3 Đề suất phương án lắp đặt cáp ngầm cao áp cho lưới điện truyền tải khu vực

Thành Phố Hồ Chí Minh

1.3 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu trong luận văn này xoay quanh hai vấn đề chính sau đây:

1 Phân tích lựa chọn cấu trúc cáp ngầm cao áp 110 – 220kV dựa trên điều kiện nhiệt độ môi trường, địa chất

2 Đề suất các phương án lắp đặt cáp dựa trên các tiêu chí sau đây:

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

 Đặt điểm kỹ thuật chính của công trình

 Điều kiện tự nhiên vùng tuyến

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1 Sử dụng phương pháp phân tích toán học để so sánh, đánh giá cấu trúc cáp

ngầm cần lựa chọn

2 Sử dụng tiêu chuẩn quốc tế IEC và các tiêu chuẩn liên quan để xác định các chỉ

tiêu kỹ thuật của cấu trúc cáp

3 Dựa trên các đo đạt thực tế, phân tích, đánh giá kết cấu công trình đề suất

phương án lắp đặt cáp ngầm cao áp cho lưới điện truyền tải

1.5 Điểm mới của luận văn

1 Xây dựng được các tiêu chí lựa chọn cáp ngầm cho lưới điện truyền tải khu Thành Phố Hồ Chí Minh Ưu điểm nổi bậc của các tiêu chí lựa chọn :

 Việc lựa chọn cáp ngầm không đơn thuần chỉ dựa vào các giá trị cơ bản như dòng điện, điện áp mà còn xét đến các yếu tố khác như độ bền cơ học, tính ổn định nhiệt, khả năng chịu uốn, nén, các ảnh hưởng giây nhiễu, tính chất giây ô nhiểm môi trường

 Các tiêu chí lựa chọn được xem là mẫu mực cho việc lựa chọn cáp ngầm trong phạm vi khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh nói riêng và các vùng lân cận nói chung

2 Việc đưa ra các phương lắp đặt cáp ngầm được xem là mới mẽ vì hiện tại việc lắp đặt cáp ngầm cho lưới truyền tải cao áp ở nước ta vẫn chưa được thực thi rộng rãi

 Phương án lắp đặt cáp ngầm cao áp cho khu vực nội thành

 Phương án lắp đặt cáp ngầm cao áp cho khu vực ngoại thành

1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn

1 Nghiên cứu phân tích lựa chọn cáp ngầm cho lưới điện truyền tải 110-220 kV khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh không những đảm bảo về mặt kỹ thuật trong việc lựa chọn một cấu trúc cáp thích hợp từ đó đem lại lợi ích về mặt kinh tế

2 Việc nghiên cứu phân tích lựa chọn cáp ngầm cho lưới điện truyền tải 110 -220

kV khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh là tiền đề cho những lựa chọn cáp ngầm cao áp cho những công trình điện ngầm trong tương lai trên phạm vi quốc gia

3 Các phương án lắp đặt cáp có thể là được xem là cơ sở cho việc hoạch định việc lắp đặt các tuyến cáp ngầm cao áp của quốc gia trong tương lai

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Chương 1: Giới thiệu luận văn

Chương 2: Tổng quan về hệ thống cáp ngầm và phương pháp tiếp cận luận Văn

Chương 3: So sánh và đánh giá ưu nhược điểm của cáp ngầm do các hãng

nổi tiếng sản xuất

Chương 4: Lựa chọn cáp ngầm 110 – 220kV cho khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh

Chương 5: Lắp đặt cáp ngầm cao áp cho lưới điện truyền tải khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh

Chương 6: Kết luận

Phụ lục và tài liệu tham khảo

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

2.1.1 Đặc điểm của lưới điện truyền tải khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh

2.1.1.1 Lưới điện truyền tải trên không

Với đặc điểm là thành phố đông dân cư và đường dây truyền tải thường được vận hành mạch vòng hoặc mạch hở nên việc xây đường dây truyền tải trên không thật sự khó khăn trong việc xây dựng hệ thống cột điện, việc giải toả hành lang an toàn cũng như việc thi công hệ thống dây trên không Hệ thống điện khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh chưa thật sự được xem là chuẩn mực do các hệ thống điện chồng chéo lên nhau tại nhiều nơi làm mất tính mỹ quan của thành phố, vì vậy việc thay thế đường dây truyền tải trên không bằng cáp ngầm là giải pháp cần thiết và được xem là hữu hiệu nhất

2.1.1.2 Thực trạng hệ thống cáp ngầm Việt Nam nói chung và Thành Phố Hồ

Chí Minh nói riêng

Nhìn chung, lưới điện phân phối cũng như truyền tải của Việt Nam có nhiều cấp điện áp khác nhau, do lịch sử phát triển mổi miền đất nước có hệ thống điện mang nét đặc trưng riêng như cấu trúc hệ thống và câùp điện áp Hệ thống lưới điện truyền tải cả nước nói chung là sử dụng đường dây truyền tải trên không, hệ thống lưới điện truyền tải sử dụng cáp ngầm hầu như cả ba miền là chưa phổ biến chỉ chủ yếu tập trung ở một số thành phố lớn

Khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh hiện nay hệ thống phân phối điện ngầm có cấp điện áp lớn nhất vào khoảng 35 kV Hệ thống cáp ngầm thường được đi trong khu vực nội thành nơi tập trung động dân cư

Năm 1999 thì dự án cáp ngầm truyền tải có cấp điện áp 220kV mới được triển khai

(tuyến cáp ngầm Nhà Bè – Tao Đàn) đây được xem như là tuyến cáp ngầm truyền tải

có quy mô lớn đầu tiên ở Việt Nam, trước nay vẫn có một số tuyến cáp ngầm có cáp điện áp cao nhưng thường tập trung chủ yếu ở các công trình thuỷ điện, chiều dài tuyến cáp thương là ngắn

2.1.2 Các lý do lựa chọn cáp ngầm cho khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh

Các lý do cơ bản để lựa chọn cáp ngầm cho khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh

1 An toàn trong vận hành

2 Đảm bảo tuổi thọ cao

3 Không ảnh hưởng đến môi trường

4 Đem lại lợi ích kỹ thuật - kinh tế

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

2.2 Các điều kiện cơ bản ảnh hưởng đến việc lựa chọn cáp ngầm cho lưới điện truyền tải 110 -220 kV khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh

2.2.1 Điều kiện môi trường

2.2.1.1 Điều kiện địa hình

Các tuyến cáp ngầm thường giao chéo với ống cấp thoát nước, cáp điện lực trung và hạ thế, cáp thông tin, cắt qua các đường giao thông

2.2.1.2 Điều kiện địa chất

Theo báo cáo khảo sát địa chất khu vực thành phố hồ chí minh được chia thành các lớp sau :

- Lớp 1 (tQIV ): Bê tông nhựa nóng, đất đá nền đường, chiều dày thay đổi từ 0.8 – 1m

- Lớp 2 (amQI-III ): Aù sét xám nâu, xám vàng, nửa cứng, chứa từ 3-7% kết vốn Laterit kích thước <1.0cm cứng chắc Tất cả các hố khoan đều gặp lớp này, chiều dày lớp thay đổi từ 1.2 –2.7m

- Lớp 3 (amQI-II ): Sét xám vàng, xám trắng, loang lổ dẻo cứng, chặt, chứa 10-20% kết vốn Laterit kích thước 0.5 – 1.5 cm

2.2.1.3 Điều kiện địa chất thuỷ văn

Kết quả khảo sát cho thấy xuất hiện mực nước dưới đất ở độ sau 1.8m – 4.0m, mực nước này thay đổi theo mùa và chịu ảnh hưởng của nước mặt (nước mưa) Nước ngầm thuộc loại Bicarbonat Natri, có tính ăn mòn yếu ở chỉ tiêu CO2 đối với bê tông tiêu chuẩn Nhiệt độ môi trường trung bình hàng năm là 250C, nhiệt độ cao nhất là 400C

2.3 Tính kinh tế - kỹ thuật

2.3.1 Tính kỹ thuật

Cáp được chọn phải đảm bảo tốt nhất về các thông số kỹ thuật như: nhiệt độ môi trường bình quân trong khi vận hành là 300C, thoả mãn cấp điện áp danh định 127/230kV, chịu được dòng tải lớn

2.3.2 Tính kinh tế

Cáp được lựa chọn phải đảm bảo chi phí là bé nhất kể cả chi phí bảo dưỡng và vận hành

2.4 Tìm hiểu khái quát về cáp ngầm

2.4.1 Phân loại cáp

Cáp ngầm là loại dẫn điện có vỏ bọc cách điện chịu được tác động cơ học, có thể đặt ngầm trong đất, rải trên mặt đất hay đi trên các vật đỡ

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

Cách điện cáp là cách điện tiêu chuẩn Vỏ cáp chịu được tác động cơ học và ăn mòn

của môi trường Cáp ngầm được chôn trong đất nên khả năng chịu nhiệt của cáp

ngầm thường lớn hơn so với dây dẫn đi trên không Cáp ngầm được lắp đặt trong các điều kiện môi trường khác nhau như môi trường trong đất khô, đất ẩm, môi trường ngập nước, ngập mặn… do đó về mặt cấu trúc của cáp ngầm phức tạp hơn so với dây dẫn trên không, ngoài việc đảm bảo về độ bền cơ học, các đặc tính kỹ thuật, cáp ngầm còn phải đảm bảo chức năng rất quan trọng đó là khả năng chống thấm Cáp ngầm có nhiều loại khác nhau: cáp ngầm một lõi, cáp ngầm ba lõi, cáp ngầm năm lõi… cáp ngầm có cáp quang và không có cáp quang Hiện nay cáp ngầm cao áp có tiết điện nhỏ nhất là 400mm2 và lớn nhất là 2500mm2

Theo cách điện cáp ngầm chia làm bốn loại:

- Cáp cách điện giấy, cáp cách điện giấy tẩm dầu

- Cáp cách điện cao su

- Cáp cách điện PVC

- Cáp cách điện XLPE (crosslinked-polyethylene)

Cách điện giấy tẩm dầu hiện nay ít được sử dụng, do chất lượng cách điện giảm dần theo thời gian Cáp cao su đặc tính cách điện mau bị giá cổi Cáp cách điện PVC có độ bền khá, giá thành hạ, được dùng nhiều ở mạng hạ áp cũng như trung áp đến 10kV Cáp cách điện XLPE là loại cách điện cao cấp, độ bền cao, chịu nhiệt và chịu tác động

cơ học Tuy nhiên, loại này giá đắt Cáp XLPE được dùng nhiều cho điện áp từ 22kV trở lên

2.4.2 Cấu trúc cơ bản của cáp ngầm

Cáp lực gồm ruột cáp, các lớp bảo vệ và các lớp võ

XLPE có những tính chất tương tự như PVC nhưng tốt hơn gấp hai lần Vì vậy nếu cùng tiết diện ruột cáp thì XLPE có tiết diện bé hơn và trọng lượng nhỏ hơn

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Giấy tẩm dầu được dùng làm cách điện cho cáp cao áp và hạ áp Giấy tẩm dầu là các băng xenlulo được tẩm dầu có độ nhớt cao quấn quanh dây dẫn Việc quấn cách điện giấy tẩm dầu vào dây dẫn được làm trong chân không và ở nhiệt độ thấp

2.4.2.4 Võ bảo vệ

Mổi loại cáp tuỳ theo tính chất đặc biệt và cách lắp đặt phía ngoài cách điện có các lớp bảo vệ như sau :

- Màn chắn điện từ thường làm bằng các lá đồng hoặc nhôm quấn quanh từng ruột cáp để làm màn chắn điện từ

- Lớp cách điện chung các ruột cáp thường bằng PVC và còn dùng lớp chống thấm nước cho cáp Các cáp chôn trực tiếp trong đất có lớp đai thép bảo vệ

- Ngoài cùng có lớp bitumen hoặc lớp võ PVC để chống ăn mòn của hoá chất

2.5 Giới thiệu tiêu chuẩn quốc tế IEC và các tiêu chuẩn liên quan

2.5.1 Các tiêu chuẩn liên quan đến việc lựa chọn cáp ngầm

2.5.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế

- IEC 60 -1, 1989: Kỹ thuật thử nghiệm cao áp – phần 1: Những khái niện chung và các yêu cầu thử nghiệm - IEC 60-1: 1989 High – Voltage test tecniques – Part 1 General definitions and test requirements

- IEC 71-1, 1976: Sự phối hợp cách điện – Phần 1: Các thuật ngữ, khái niệm,

nguyên tắc và điều lệ – IEC 71 –1, 1976 Insulation co-ordination – part

- IEC 228, 1978: Lõi cáp được bọc cách điện – Conductor of insulated cable

- IEC 229, 1982: Vỏ cáp có chức năng bảo vệ đặc biệt và được bọc bằng phương pháp đùn – cable oversheath which have a special protective function and are applied by extrusion

- IEC 840, 1988: Các thử nghiệm trên cáp lực được bọc cách điện với cấp điện áp định mức trên 30kV đến 150 kV – Tests for power cables with extruded insulation for rated voltages above up to 150 kV

- IEC 287, 2982, sửa đổi bổ sung lần 1 năm 1988 và sửa đổi bổ sung lần 2 năm

1991, tính toán dòng điện định mức liên tục của cáp (hệ số tải 100%) – IEC 287,

1966 Amendment 1 and 1991 Amendment 2 – Calculation of the continuous current rating of cables (100% load factor)

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

- IEC 949, 1988: Tính toán dòng ngắn mạch chịu nhiệt cho phép, đồng thời có xét đến ảnh hưởng của việc đốt nóng liên tục (IEC 949 : 1988, calculation of thermally permissible short-circuit currents, taking into account non-adiabatic heating effects.)

- IEC 62067, 2001: Các hệ thống cáp lực – Các loại cáp với cách điện bằng phương pháp đùn và phụ kiện cáp có cấp điện áp định múc trên 150(170)kV đến 500(525)kV – Các thử nghiệm và các yêu cầu – Power cable systems – Cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages above 150(170)kV up to 500(525)kV – Test methods and requirements

- NF C 32-013: 1981, lõi của cáp được bọc cách điện.(NF C 32-013: 1981, Conductors Of Insulated Cables)

- TCVN -5582, 1991: Phương pháp xác định chỉ tiêu cơ học của lớp cách điện hoặc vỏ

2.5.1.2 Tiêu chuẩn thử nghiệm

- IEC 230, 1966, thử nghiệm xung trên cáp và phụ kiện – IEC 230, 1966 Impuse tests on cables and their accessoies

- IEC 811: 1993, các phương pháp thử nghiệm thông thường đối với vất liệu cách điện và vỏ của cáp (NF C 32-024, NF C 32-025, NF C 32-026, NF C 32-027 NF

C 32-028 NF C 32-025 )

- IEC 62067, 2001: Các hệ thống cáp lực – Các loại cáp với cách điện bằng phương pháp đùn và phụ kiện cáp có cấp điện áp định mức trên 150(170)kV đến 500(525)kV – Các thử nghiệm và các yêu cầu – Power cable systems – Cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages above 150(170)kV up to 500(525)kV – Test methods and requirements

- NF C 32-024: 1988, các phương pháp thử nghiệm thông thường đối với vật liệu cách điện và vỏ của cáp – phần 1: Những phương pháp ứng dụng chung – mục

1 – đo bề dày các kích thước và đường kính ngoìa của cáp – thử nghiệm xác định đặc tính cơ (NF C 32-024: 1988 common test methods for insulating and sheathing material of electric cables – part 1: methods for general application – section one – measurment of thickness and overall dimensions – tests for determining the mechanical properties)

- NF C 32-025: 1988, các phương pháp thử nghiệm thông thường đối với vật liệu cách điện và vỏ cùa cáp – phần 1: Những phương pháp ứng dụng chung – mục

2 – các phương pháp lão hoá bằng nhiệt (NF C 32-025: 1988, common test methods for insulating and sheathing material of electric cables – part 1 : methods for general application – section two – thermal ageing methods.)

- NF C 32-028 : 1988, Các phương pháp thử nghiệm thông thường đối với vật liệu cách điện và vỏ của cáp – Phần 2 : Những phương pháp xác định các hợp chất

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

nhựa đàn hồi – Mục 1 – Thử nghiệm đo hàm lượng Ozon – Thử nghiệm chịu nóng – Thử nghiệm ngâm vào trong dầu khoáng ( NF C 32-028 : 1988, common test methods for insulating and sheathing materials of electric cables – part 2 : methods specific to elastromeric compounds – section one – ozone resistance test – hot set tes – mineral oil immersion test)

2.5.2 Các thử nghiệm chính cho cáp cao thế

Có ba thử nghiệm chính cho cáp cao thế là routine tests, sample tests, type tests

a Rountine tests: Thực hiện 6 mục

1) Kiểm tra cấu trúc cáp

2) Các đặc điểm về kích thước cáp

3) Các đặt tính cơ

4) Đặc tính điện

5) Thử nghiệm trên cáp hoàn chỉnh

6) Thử nghiệm trên cáp và phụ kiện

b Sample tests:Thực hiện 6 mục

1) Các đặc tính cơ của cách điện

2) Các đặc tính cơ của vỏ cáp

3) Thử nghiệm uốn cong

4) Thử nghiệm xung

5) Thử nghiệm điện áp AC trên cách điện

6) Đo góc tổn thất điện môi theo hàm của nhiệt độ

c Type tests: Thực hiện 7 mục

1) Kiểm tra cấu trúc cáp

2) Các đặc điểm về kích thước của cáp

3) Các đặc tính cơ

4) Đặc tính điện

5) Các đặc tính hoá lý

6) Các thử nghiệm trên cáp hoàn chỉnh

7) Các thử nghiệm trên cáp và phụ kiện

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

Chương 3

SO SÁNH ĐÁNH GIÁ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA

CÁP NGẦM SẢN XUẤT TRÊN THỊ TRƯỜNG

3.1 Mục đích của việc so sánh đánh giá

Mục đích của việc so sánh đánh giá ưu nhược điểm cáp ngầm sản xuất trên thị trường nhằm hổ trợ trong việc lựa chọn cáp ngầm cho khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh Từ kết quả so sánh ta rút ra được ưu điểm cần hướng đến và các nhược điểm cần giảm thiểu trong việc lựa chọn cáp

3.2 Cấu trúc cáp ngầm cao thế

Dẫn dòng điện chính, giá trị dòng phụ thuộc vào tiết diện của lõi cáp

3.2.2 Màn chắn lõi

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

3.2.6.2 Chức năng chính

Dùng để dẫn dòng điện dung trong cách điện, dòng điện sự cố (nếu có nối đất), chống thấm nước theo chiều dọc cũng như theo chiều từ ngoài vào trong cáp, đồng thời lớp vỏ này cũng có vai trò trong việc chống va chạm về mặt cơ khí Chú ý lớp vỏ này phải làm bằng kim loại phi từ tính để tránh dòng Fuco sinh ra trong vỏ gây tổn thất lớn và làm gia tăng nhiệt độ của cáp

3.2.7 Vỏ bọc ngoài cùng

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

3.3 Giới thiệu cấu trúc cáp ngầm sản xuất trên thị trường

3.3.1 Cấu trúc cáp của hãng FUJIKURA

Hình 3.1: Cấu trúc cáp của hãng FUJIKURA

(1) : Lõi cáp (đồng)

(2) : Lớp màn bán dẫn của lõi

(3) : Lớp cách điện (XLPE)

(4) : Màn bán dẫn của lớp cách điện

(5) : Băng quấn bán dẫn

(6) : Lớp băng quấn kết sợi (Cu) (7) : Màn chắn kim loại (Al) dạng sóng

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

3.3.2 Cấu trúc cáp của hãng LG

Hình 3.2: Cấu trúc cáp của hãng LG

[ 1 ] : Lõi cáp các tao đồng bện thành từng múi được nén tròn

[ 2 ] : Màn chắn lõi bằng chất bán dẫn

[ 3 ] : Lớp cách điện (XLPE)

[ 4 ] : Màn chắn cách điện (lớp bán dẫn và băng quấn bán dẫn )

[ 5 ] : Lớp đệm (lớp băng quấn kết sợi bằng đồng)

[ 6 ] : Vỏ kim loại nhôm (Al)

[ 7 ] : Vỏ bảo vệ (PVC)

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

3.3.3 Cấu trúc cáp của hãng SHOWA

Hình 3.3: Cấu trúc cáp của hãng SHOWA

(1 ) : Lõi cáp (đồng)

(2 ) : Màn chắn lõi (băng quấn bán dẫn và lớp bán dẫn)

(3 ) : Lớp cách điện (XLPE)

(4 ) : Màn chắn cách điện (lớp bán dẫn và băng quấn bán dẫn )

(5 ) : Lớp đệm (lớp băng quấn kết sợi bằng đồng)

(6 ) : Vỏ kim loại (Al)

(7 ) : Vỏ bảo vệ (PVC)

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

3.3.4 Cấu trúc cáp của hãng SAGEM

Hình 3.4: Cấu trúc cáp của hãng SAGEM

1 Lõi cáp bằng kim loại đồng

Lớp bán dẫn Lớp cách điện Lớp bán dẫn bên ngoài cách điện Lớp băng dạng sóng

Lớp vỏ chì Lớp vỏ ngoài cùng (PVC)

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Bảng3.1: Giá trị giới hạn đường kính cáp theo tiêu chuẩn HN 33 – S – 53; 1992

STT Tiết diện danh định

Đường kính cáp được trích từ bảng thông số kỹ thuật của các hãng

Bảng 3.2: Đường kính các loại cáp ngầm sản xuất trên thị trường

Lõi cáp của các hãng đều được làm bằng vật liệu đồng (Cu), bện tròn, xoắn và nén lại với nhau nhằm tăng độ bền cơ

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

3.4.2 Màn chắn lõi

Dựa vào mục 4.3 trang 15 và quy định trong bảng F5 trang 56 của tiêu chuẩn HN 33 –

S – 53; 1992 với cáp có tiết diện từ 800mm2 trở lên thì bề dày màn chắn lõi tối thiểu phải ≥ 1.7 mm

So sánh với bề dày màn chắn lõi của các hãng Fujykura, Showa, LG, Sagem ta thấy hầu hết bề dày màn chắn lõi của các hãng là thoả mãn tiêu chuẩn HN 33 – S – 53;

1992 nhưng màn chắn lõi của hãng Showa được xem là ưu điểm hơn vì được thiết kế làm hai lớp gồm lớp băng quấn bán dẫn dày 0.5 mm và lớp đùn bán dẫn dày 1.3 mm vì theo mục 4.3 trang 15 của tiêu chuẩn HN 33 – S – 53; 1992 thì màn bán dẫn càng được làm nhiều lớp thì khả năng giảm điện trường mũi nhọn phá huỷ cách điện càng cao

3.4.3 Bề dày lớp cách điện

Dựa vào mục 4.2 trang 13 và quy định trong bảng F5 trang 56 của tiêu chuẩn HN 33 –

S – 53; 1992 cho vật liệu của cách điện là XLPE (Cross – linked polyethylene) với cấp điện áp danh định 130/230kV:

 Với cáp có tiết diện 800, 1000, 1200, 1400mm2 thì bề dày lớp cách điện tối thiểu phải bằng 22.2 mm

 Với cáp có tiết diện lớn hơn hoặc bằng 1600mm2 thì bề dày lớp cách điện tối thiểu phải bằng 23 mm

So sánh với bề dày lớp cách điện của các hãng Fujykura, Showa, LG, Sagem ta thấy hầu hết bề dày lớp cách điện của các hãng là thoả mãn tiêu chuẩn HN 33 – S – 53;

1992 nhưng lớp cách điện của hãng Showa được xem có nhược điểm vì được thiết kế với chiều dày là 21mm ≤ 22.2mm với chiều dày lớp cách điện là 21mm thì theo tiêu chuẩn HN 33 – S – 53; 1992 là chưa đảm bảo tốt nhất cho cáp làm việc trong điều kiện khắc nghiệt nhất Lớp cách điện của hãng Fujikura được xem là ưu điểm nhất với chiều dày 27mm (cáp 800mm2 có bề dày là 23mm2)

3.4.4 Màn bán dẫn của lớp cách điện

Bề dày của màn này được chỉ định trong bảng F5, trang 56 của tiêu chuẩn HN 33 – S – 53; 1992 như sau: Với cáp có tiết diện từ 800mm2 trở lên thì bề dày lớp cách điện tối thiểu phải ≥ 1.6 mm, như vậy dựa vào số liệu có được từ các nhà sản xuất, so sánh với bề dày quy định theo tiêu chuẩn ta nhận thấy rằng lớp bán dẫn của các nhà sản suất là đảm bảo về mặt kỹ thuật Nhưng ngoại trừ hãng Showa là có cấu trúc phân thành 2 lớp, các hãng còn lại đều chỉ có một lớp bán dẫn đùn do đó việc đảm bảo hạn chế trường điện môi trong cáp, tạo sự phân phối đối xứng toả tròn sự tập trung điện áp với điện môi, hạn chế nhiễu sóng radio là chưa cao

3.4.5 Màn chống thấm nước theo chiều dọc

Màn chống thấm theo chiều dọc ở đây đa số các hãng đều không có chỉ có hãng Fujikura là có lớp chống thấm bằng hợp chất butimen

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

3.4.6 Lớp đệm

Lớp võ đệm có tác dụng hạn chế tối đa từ trường giây nhiễu đường dây thông tin liên lạc Dựa vào đặc điểm này ta thấy rằng cáp của hãng Showa (lớp đệm dạng lưới dày 0.5 mm) được xem là tốt nhất về mặt hạn chế giây ảnh hưởng đến các đường dây thông tin liên lạc Các hãng còn lại cũng có lớp đệm nhưng làm ở dạng băng đồng (Cu)

3.4.7 Bề dày lớp võ kim loại

Dựa vào các bản số liệu kỹ thuật ở phụ lục A, ta thấy rằng chỉ có võ kim loại của hãng Sagem là được sản xuất bằng chì, xét về tính chống lại sự ăn mòn hoá học thì chì có ưu điểm hơn nhôm nhưng giá thành và trọng lượng thì cao hơn nhôm Nhưng với môi trường địa chất có tính ăn mòn yếu như khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh thì việc chọn lớp vỏ chì là không thật sự cần thiết và chì thì giây độc hại cho môi trường cao

Ngoài hãng Sagem thì các hãng còn lại đều sản xuất với lớp vỏ bẳng nhôm dạng sóng, phân tích cấu trúc vỏ nhôm thấy rằng nó có các ưu điểm sau đây: Trọng lượng nhẹ, rẻ tiền, ít giây độc hại cho môi trường do được sản xuất với dạng sóng nên khả năng uốn công tốt Nhưng nó có một nhược điểm là dể bị ăn mòn hoá học, nếu đặt trong môi trường có tính ăn mòn cao thì khả năng chống lại sự ăn mòn hoá học của nhôm kém hơn chì

3.4.8 Lớp vỏ ngoài cùng

Xét đến lớp vỏ ngoài cùng thì tất cả các hãng đều dùng chất liệu là hợp chất PVC, với bề dày tương đương như nhau và nằm trong quy định của thiêu chuẩn HN 33 – S – 53;

1992 (từ 4mm đến 5mm)

3.4.9 Trọng lượng cáp

Nhìn chung trọng lượng cáp (kg/m) của các hãng là tương đương nhau nhưng chỉ có hãng Sagem là có trọng lượng cao hơn nguyên do có thể là do cấu trúc cáp có lớp vỏ chì Do trọng lượng nặng nên giây tốn kém và khó khăn hơn trong việc vận chuyển và lắp đặt

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

Chương 4

LỰA CHỌN CẤU TRÚC CÁP NGẦM CAO ÁP CHO LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI 110 -220KV

KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

4.1 Tiêu chuẩn để đánh giá và lựa chọn cáp ngầm

Việc lựa chọn cáp ngầm cho khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh dựa trên cơ sở phân tích điều kiện môi trường địa chất, so sánh, đánh giá một số cáp ngầm có trên thị trường kết hợp với tiêu chuẩn IEC , các tiêu chuẩn quốc tế liên quan và tiêu chuẩn Việt Nam

4.2 Các yêu cầu lựa chọn cấu trúc cáp ngầm cao áp

a) Đảm bảo khả năng mang tải là cao nhất

b) Đảm bảo tính ổn định nhiệt khi có dòng quá tải và ngắn mạch

c) Đảm bảo tính ổn định nhiệt trong quá trình vận hành liên tục

d) Đảm bảo chịu được quá điện áp khí quyển và quá điện áp nội bộ

e) Không giây nhiễu cho đường dây thông tin liên lạc chôn ngầm

f) Đảm bảo chống thấm nước vào trong cáp theo chiều ngang và chiều dọc

g) Đảm bảo về độ bề cơ học

h) Cáp cần lựa chọn có tiết diện > 800mm2 dùng cho lưới điện truyền tải, cấp điện áp của cáp là 110/220kV

i) Đảm bảo tính kinh tế

4.3 Hình dạng cấu trúc cáp cơ bản được chọn

Hình 4.1: Cấu trúc cáp cơ bản cho khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

1 Lõi cáp

2 Băng quấn bán dẫn lõi cáp

3 Màn bán dẫn lõi

4 Lớp cách điện XLPE

5 Màn bán dẫn lớp cách điện

6 Băng quấn bán dẫn cách điện

7 Lớp băng quấn kết sợi bằng đồng

8 Lớp võ nhôm dạng sóng

9 Lớp bảo vệ chống thấm theo chiều dọc (Bitumen)

10 Lớp võ bảo vệ ngoài cùng Polyvinyl Chlorride (PVC – ST2)

4.4 Phân tích lựa chọn cấu trúc cáp ngầm

Cấu trúc cơ bản của cáp ngầm chọn cho lưới điện truyền tải 110 – 220kV khu vực

Thành Phố Hồ Chí Minh bao gồm các thành phần từ trong ra ngoài như sau:

Ngoài việc chống thấm nước theo chiều dọc thì vấn đề ngăn ngừa sự ăn mòn, ngăn ngừa sự thẩm thấu có tính chất lan truyền, sự nhiểm bẩn các đầu nối đó là các vấn đề cấn quan tâm vì đó là các nguyên nhân làm giảm tuổi thọ của cáp

4.4.1.2 Phân tích lựa chọn

- Vật liệu lõi cáp: Chọn vật liệu bằng đồng (Cu), tuy giá thành cao hơn nhôm (Al) nhưng cùng một tiết diện danh định thì khả năng chịu dòng điện làm việc liên tục, dòng ngắn mạch của lõi đồng và độ bền cao hơn nhôm

- Chất lượng đồng chọn theo theo tiêu chuẩn IEC 60028 có điện trở suất ở 200C:

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

- Điện trở của từng ruột dẫn ở 200C không được lớn hơn giá trị lớn nhất tương ứng theo bảng 4.1 (trích từ bảng 2 trang 7 tiêu chuẩn IEC 60228: 1978):

Bảng 4.1: Điện trở của ruột dẫn bằng đồng ở 200C theo tiêu chuẩn IEC 60228: 1978

STT Tiết diện danh định

- Cấu trúc lõi cáp:

Lõi cáp gồm nhiều sợi nhỏ bện chặt và xoắn lại với nhau nhằm tăng độ bền cơ cho cáp, lõi cáp có cấu trúc dạng múi (chọn 6 múi cho lõi cáp) với mục đích để giảm sự gia tăng điện kháng AC được tạo ra do hiệu ứng bề mặt

Hình 4.1: Cấu trúc lõi cáp

- Đường kính sợi và số lượng sợi đồng:

Tỷ lệ đường kính của hai sợi đồng khác nhau trong cùng một ruột dẫn không được lớn

hơn 2, số lượng sợi trong từng ruột dẫn chọn theo bảng 4.2 (trích từ bảng 2 trang 7 tiêu chuẩn IEC 60228: 1978)

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

Bảng 4.2: Số lượng sợi đồng trong từng ruột dẫn theo tiêu chuẩn IEC 60228: 1978

STT Tiết diện danh định

- Đường kính của lõi cáp:

Được giới hạn bởi giá trị được chỉ định trong bảng 4.3 tương ứng với từng tiết diện cáp (trích từ bảng 1, trang 04 tiêu chuẩn ICE 228A – 1982 và bảng 11 trang 64 tiêu chuẩn

HN 33 – S – 53; 1992)

Bảng 4.3: Giá trị đường kính lõi theo tiêu chuẩn HN 33 – S – 53; 1992

STT Tiết diện danh định

Ghi chú: (1) : Là dạng không phổ biến

(2) : Là giá trị tạm thời

Đường kính lõi cáp lựa chọn bởi các giá trị trong bảng 4.4 sau:

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

Bảng 4.4: Giá trị đường kính cáp được chọn

STT Tiết diện danh định

[mm2] Đường kính lõi cáp [mm]

Ghi chú: (1) : Là dạng không phổ biến

(2) : Là giá trị tạm thời

4.4.2 Lựa chọn màn bán dẫn của lõi

4.4.2.1 Khái quát

Màn bán dẫn của lõi bao gồm băng quấn bán dẫn và màn bán dẫn đùn là hợp chất á kim phản ứng theo nhiệt độ được bao bọc xung quanh lõi đồng nhằm mục đích phân phối đồng đều điện trường của lõi đồng

Ở điều kiện làm việc bình thường của cáp, với điện áp danh định U0, thì điện trường của màn bán dẫn bên trong phải nhỏ hơn 11kV/mm ( mục 4.2, trang 13 tiêu chuẩn HN

33 – S – 53; 1992)

4.4.2.2 Phân tích lựa chọn

Màn bán dẫn được lựa chọn gồm hai lớp hợp chất bán dẫn bắt buộc phải có, được bọc liên tục với bề dày không thay đổi Bề mặt phải trơn, nhẵn và dính chặt lên toàn bộ bề mặt bên trong của lớp cách điện

Bề dày màn dẫn của lõi được chọn theo chỉ định trong bảng F5, trang 56 của tiêu chuẩn HN 33 – S – 53; 1992 như sau:

 Cáp có tiết diện 800,1000,1200 và 1600mm2 : 1,8mm

 Cáp có tiết diện lớn hơn 1600mm2 trong tiêu chuẩn này chưa có quy định do đó chọn bề dày là 2.2 mm [ Furukawa review 1996 ]

 Bề dày giá trị trung bình của màn bán dẫn sẽ lớn hơn 5% bề dày giá trị của lớp cách điện (L > 1,25) Tỉ số giữa bề dày lớn nhất của màn bán dẫn bên trong và màn bán dẫn bên ngoài sau khi cáp hoàn thiện đo được sẽ < 2

Màn bán dẫn lõi cáp được chọn bao gồm băng quấn bán dẫn và màn bán dẫn đùn theo như bảng 4.5

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

Bảng 4.5: Bề dày màn bán dẫn được chọn

STT Tiết diện danh định

[mm2]

Bề dày màn bán dẫn [mm]

Bề dày danh định Bề dày băng quấn bán dẫn Bề dày màn bán dẫn đùn

4.4.3.2 Phân tích lựa chọn

4.4.3.2.1 Cơ sở dữ liệu

Vật liệu cách điện thông dụng gồm các loại sau: PVC, LDPE, HDPE, MDPE, XLPE Theo số liệu có được từ mục 9.2 của tiêu chuẩn NFC 32 – 024 và 8.1 của tiêu chuẩn NFC 32 – 25 thông số đặc tính kỹ thuật của các vật liệu cách điện như sau:

Bảng 4.6: Thông số đặc tính kỹ thuật của các vật liệu cách điện

Thử nghiệm Đơn vị Vật liệu cách điện

PVC MDPE LDPE HDPE XLPE

Trước khi lão hoá:

- Độ bền kéo đứt tối thiểu Mpa 17,5 12,5 12,5 12,5 12,5

- Độ giãn dài kéo đứt tối thiểu % 200 450 350 350 200

Sau khi lão hoá

- Xử lý:

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

- Độ bền kéo đứt

- Độ giãn dài kéo đứt

Bảng so sánh đặt tính kỹ thuật của các cách điện thông dụng được tổng hợp từ tiêu

chuẩn HN 33 – S – 53; 1992, theo bảng 4.7 như sau:

Bảng 4.7: So sánh đặt tính kỹ thuật của các vật liệu cách điện

STT Các hạng mục Vật liệu cách điện

PVC MDPE LDPE HDPE XLPE

1 Độ bền điện bad good better best

5 Chống rạng nức bad good better best

6 Chống tác dụng với hoá chất bad good

9 Chống bức xạ mặt trời bad good

Từ kết quả so sánh của bảng 4.6 và 4.7 chọn cách điện là XLPE (Cross – Linked

Polyethylene) XLPE là hợp chất phản ứng nhiệt ( trở nên thưòng xuyên cứng khi

được nung nóng ), có kích thướt ổn định khi làm việc với nhiệt độ thường xuyên là

khoảng 900C và chịu được nhiệt độ lúc ngắn mạch là 2500C Khả năng chịu đựng điện áp trong quá trình hoạt động bình thường của cáp với điện áp U0 = 127/230kV lớp

cách điện chịu được giá trị điện trường Emax = 6 kV/mm

4.4.3.2.2 Cơ sở thiết kế

Bề dày của lớp cách điện được tính toán đựa trên khả năng chịu đựng điện áp AC và điện áp xung, các giá trị điện áp AC và điện áp xung có được dựa trên cấp điện áp của

hệ thống cần tính toán Bề dày của lớp cách điện được tính theo phương pháp Yang H

Hahm [1] như sau:

☼ Cơ sở lý thuyết

a Tính toán theo điện áp AC

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

    mm

1 1

15 1 3

ac L

ac

E

k k k V

V : Điện áp lớn nhất của hệ thống (kV)

k1 : Hệ số phá huỷ (k1 = 2.3)

k2 : Hệ số nhiệt độ (k2 = 1.25)

k3 : Hệ số an toàn đối với cách điện (1.1)

EL(ac) : Điện áp AC phá huỷ tối thiểu mà cách điện có thể chịu đựng(kV/mm)

k1 được tính như sau :

years V

hour

V

k

) ( 1 / ) ( 24 ) ( 365 )

(

30

) 30

(

) 1

Dựa vào công thức trên giá trị k1 tính toán được cho kết quả như sau:

Bảng 4.8: Hệ số phá huỷ cách điện

Tuổi thọ tiêu biểu (life exponent) - n Hệ số phá huỷ điện áp AC – k1

, 2

, 1

imp L

imp

E

k k k BIL

Trong đó:

BIL : Điện áp xung thử nghiệm (kV)

k1’ : Hệ số nhiệt độ (k1 = 1.25)

k2’ : Hệ số phá huỷ trong các xung điện áp (k2 = 1.1)

k3’ : Hệ số an toàn đối với cách điện (1.1)

EL(imp) : Điện áp xung phá huỷ tối thiểu mà cách điện có thể chịu đựng (kV/mm)

Giá trị EL (ac), EL(imp) được lựa chọn theo FuRuKaWa Review No.5 1987

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

Bảng 4.9: Giá trị EL (ac), EL(imp) (trích từ bảng 4 – FuRuKaWa Review No.5 1987)

Cáp XLPE với

điện áp danh

định [kV]

Điện áp phá huỷ tối thiểu mà cách điện có thể chịu đựng [kV/mm] Chú thích

c Bề dày cách điện yêu cầu được lựa chọn

t ≥ Max[tac ; timp] (4 -5)

☼ Tính toán số liệu

a Tính toán theo điện áp AC

    mm

1 1

15 1 3 /

3 2 1

ac L

ac

E

k k k V

, 2

, 1

imp L

imp

E

k k k BIL

Từ kết quả tính toán ta chọn bề dày cách điện là 25 [mm] riêng cáp 800mm2 chọn

bằng 24mm, kết quả được chọn theo bảng 4.10

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

Bảng 4.10: Bề dày cách XLPE điện được lựa chọn

STT Tiết diện danh định

[mm2] Bề dày cách điện [mm]

Ở điều kiện làm việc bình thường của cáp với điện áp U0, thì điện trường của màn bán dẫn bên trong sẽ  5,5 kV /mm (mục 4.2 trang 13 tiêu chuẩn HN 33 – S – 53, 1992)

4.4.4.2 Phân tích lựa chọn

Màn này được chọn bao gồm hai lớp hợp chất bán dẫn bắt buột phải có, được bọc liên tục với bề dày không thay đổi Bề mặt phải trơn, nhẵn và dính chặt lên toàn bộ bề mặt bên ngoài của lớp cách điện nhằm đảm bảo hạn chế tốt nhất khả năng giây nhiễu sóng radio

Bề dày của màn bán dẫn cho lớp cách điện được chỉ định trong bảng F5, trang 56 của tiêu chuẩn HN 33 – S – 53, 1992 như sau:

 Cáp có tiết diện 800, 1000, 1200và 1600mm2: 1,6mm

 Cáp có tiết diện > 1600mm2 trong tiêu chuẩn này chưa có quy định Tỉ số giữa bề dày lớn nhất của màn bán dẫn của màn bán dẫn bên trong và màn bán dẫn bên ngoài đo được sẽ  2

 Điện trở xuất của màn này sẽ  50.m ở 200C và  250 .m ở 900C

Qua phân tích ở trên rút ra kết quả lựa chọn bề dày màn bán dẫn cho lớp cách điện

trong bảng 4.11: Cáp có tiết diện từ 800 mm2đến 1600 mm2chọn bề dày của màn bán dẫn bằng 1,6mm Cáp có tiết diện lớn hơn 1600mm2 chọn theo hãng SHOWA với bề dày là 2.5mm

Ơû điều kiện làm việc bình thường của cáp (nhiệt độ trong cáp lúc làm việc bình thường là 900C) thì điện trường của màn bán dẫn bên trong phải nhỏ hơn 5,5kV/mm (theo mục 4.2 trang 13 tiêu chuẩn HN 33 – S – 53, 1992 )

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

Bảng 4.11: Kết quả lựa chọn màn bán dẫn của lớp cách điện

STT Tiết diện danh định

[mm2] Bề dày danh Bề dày màn bán dẫn [mm]

định quấn bán dẫn Bề dày băng Bề dày màn bán dẫn đùn

4.4.4.3 Tiêu chuẩn thử nghiệm

- Việc kiểm tra bề dày của màn này phải tuân theo mục 8.1 của tiêu chuẩn NF C

4.4.5.2 Phân tích lựa chọn

Thông thường với điều kiện lắp đặt thuận lợi như: Tuyến cáp ngầm không giao nhau hoặc song song với đường giao thông, đường dây thông tin liên lạc, đường dây điện ngầm khác, tuyến cáp ngầm chịu tác động cơ học nhỏ, điều kiên địa hình tương đối bằng phẳng thì dùng lớp băng quấn có dạng là các lá đồng quấn theo dạng sóng khi đó về mặt cấu trúc cáp không có lớp vỏ kim loại

Trong khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh ta thấy rằng tuyến cáp ngầm được lắp đặt trong điều kiện không thuận lợi thường xuyên giao chéo hoặc song song với đường giao thông, đường dây thông tin liên lạc, đường dây điện ngầm khác, tuyến cáp ngầm chịu tác động cơ học lớn do đó về cấu trúc cáp phải có lớp vỏ kim loại vì thế lớp băng quấn ở đây chọn dạng băng quấn dạng sóng làm bằng các sợi đồng phủ thiết được quấn dọc theo lớp cách điện, lớp băng quấn kết bằng đồng có dạng như hình 4.2

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Lớp võ kim loại làm bằng chì, hợp kim chì hoặc nhôm dùng để dẫn dòng điện dung

trong cáp, dòng điện sự cố (nếu có nối đất), chống thấm nước theo chiều dọc cũng như

theo chiều từ ngoài vào trong cáp đồng thời lớp vỏ này củng có vai trò trong việc

chống va chạm về mặt cơ khí Chú ý lớp vỏ này phải làm bằng kim loại phi từ tính để

tránh dòng Fuco sinh ra trong vỏ gây tổn thất lớn và làm gia tăng nhiệt độ của cáp

Bề dày của vỏ phụ thuộc vào dòng ngắn mạch Vỏ kim loại có thể được làm bằng

dạng sợi, dạng băng quấn hoặc kết hợp cả hai miễn là có tác dụng chống thấm nước,

có thể mang dòng ngắn mạch chạm đất Chọn theo tiêu cuẩn IEC 949 trong điều kiện

ngắn mạch

4.4.6.2 Phân tích lựa chọn

Chì thường được chọn làm lớp vỏ bảo vệ khi môi trường đặt cáp có tính ăn mòn hoá

học cao trong khi đó điều kiện của môi trường đặt cáp khu vực Thành Phố Hồ Chí

Minh là môi trường có tính ăm mòn thấp do đó chọn lớp võ nhôm dạng sóng, việc chọn

lớp vỏ nhôm dạng sóng có những ưu điểm sau: Giá thành thấp hơn chì, nhẹ,chọn vỏ

nhôm dạng sóng nhằm tăng khả năng uốn cong của cáp, ít giây ô nhiểm môi trường

hơn chì

Chất lượng ruột nhôm theo tiêu chuẩn IEC.60111 có điện trở suất ở 200C là :

Ρ200c = 0,028264 Ωmm2/m

Khi điều kiện môi trường thay đổi, điện trở suất ruột cáp thay đổi theo nhiệt độ lớn

nhất mà cáp đang làm việc là 700C :

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

Trong đó

Ρ20 : Điện trở suất ở 200C đơn vị Ωmm2/m

: Hệ số thay đổi điện trở vì nhiệt

Đường kính cáp D1 mà chưa kể màn

chắn kim loại [mm]

Bề dày danh định nhỏ nhất của lớp vỏ kim loại [mm]

Bảng 4.13: Bề dày danh định sơ bộ được chọn của lớp vỏ nhôm

STT Tiết diện danh định

[mm2] chưa kể lớp vỏ kim loại Đường kính cáp D1 mà

Cao Hữu Hoa GVHH TS Hồ Thị Diệu

Hồng

Từ kết quả lựa chọn sơ bộ từ bảng 19 kết hợp so sánh số liệu kỹ thuật lớp vỏ kim loại cáp ngầm sản xuất trên thị trường ta chọn bề dày danh định theo bảng 4.14

Bảng 4.14: Bề dày danh định được chọn của lớp vỏ nhôm

STT Tiết diện danh định

[mm2] Đường kính cáp Dchưa kể lớp vỏ nhôm 1 mà

4.4.6.3 Kiểm tra bề dày của lớp vỏ kim loại

Kiểm tra bề dày của lớp vỏ kim loại theo tiêu chuẩn IEC 60949 – 1988: Bề dày lớp vỏ kim loại có thể mang dòng ngắn mạch chạm đất của hệ thống mà có xét đến tính bất đối xứng được giả định là lớn nhất Giá trị dòng ngắn mạch trong thời gian 3s là :

 Cáp 800mm2, 1000mm2, 1200mm2 : dòng ngắn mạch tối thiểu là 31,5kA

 Cáp 1400 mm2, 1600 mm2, 1800 mm2 ,2000 mm2: dòng ngắn mạch tối thiểu là 35,6kA

 Cáp 2500 mm2 : Trong tiêu chuẩn này chưa quy định do đó chọn theo FURUKEWA REVIEW NO.1p.1~5 năm 1980 dòng ngắn mạch tổi thiểu của cáp với cấp điện áp danh định 230kV là 52kA

4.4.6.3.1 Tính tiết diện của lớp vỏ kim loại

Tiết diện của lớp vỏ kim loại được tính theo mục 6.2 trang 15 tiêu chuẩn IEC 60949 –

δ : Bề dày của lớp vỏ kim loại

d : Đường kính trung bình của lớp vỏ kim loại (nhôm)

Đối với lớp vỏ kim loại dạng sóng :

2

oc

it D D