Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống cáp ngầm trung áp

MỤC LỤC TrangTrang phụ bìa Hình 3-1 Cho trị số Gradient điện áp trên vỏ tính từ các công thức trên cho cả hai trường hợp đặt tam giác và mặt phẳng đảo pha theo tỷ số s/d 30 Hình 4.4 Qu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN - HỆ THỐNG ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TRẦN BÁCH

Hà Nội - Năm 2014

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận văn, ngoài sự nỗ lực phấn đấu của bản thân, tác giả đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ của các thầy cô, các bạn bè và đồng nghiệp

Trước tiên, tác giả vô cùng biết ơn và kính trọng tới thầy giáo hướng dẫn

PGS-TS Trần Bách đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn trong quá trình làm luận văn Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK Hà Nội đã tận tình dạy bảo, truyền đạt kiến thức suốt thời gian học tập

Tác giả xin chân thành cảm ơn sự nhiệt tình giúp đõ và đóng góp ý kiến chuyên môn giá trị của các đồng nghiệp ở Công ty Điện lực NghệAn

Cuối cùng tác giả vô cùng biết ơn sự quan tâm, động viên của gia đình và bạn

bè trong thời gian qua Nhờ đó, tác giả có thêm nhiều thời gian và nghị lực để hoàn thành luận văn

Xin chân thành cảm ơn!

Tác giả

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản thuyết minh luận văn này do tôi thực hiện Các số liệu sử dụng trong thuyết minh, các kết quả phân tích và tính toán hoàn toàn trung thực Toàn bộ nội dung bản thuyết minh c ủa luận văn c hưa được công bố

MỤC LỤC TrangTrang phụ bìa

Hình 3-1

Cho trị số Gradient điện áp trên vỏ tính từ các công thức trên cho cả hai trường hợp đặt tam giác và mặt phẳng đảo pha theo tỷ số s/d

30

Hình 4.4 Quan hệ cường độ điện trường cực đại với r/R 44

Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản 6

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG CÁP NGẦM TRUNG ÁP 8

1.1.1 Các lợi ích của việc sử dụng cáp ngầm cho hệ thống

1.1.2 Trường điện từ của đường dây cáp ngầm truyền tải trung

1.2 Nghiên cứu các vấn đề cơ bản đối với hệ thống điện

truyền tải cáp ngầm trung áp tại việt nam 12

1.2.1 Nội dung cơ bản của luận án 13 CHƯƠNG 2: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ CÁP

2.2.2.1 Chọn tiết diện dây dẫn theo chi phí vòng đời 16

2.3.2 Cấu tạo cơ bản của cáp ngầm trung áp với cách điện

2.4.2 Kỹ thuật lắp đặt cáp ngầm trực tiếp trong đất 23

CHƯƠNG 3 VẤN ĐỀ NỐI ĐẤT PHA CỦA HỆ THỐNG CÁP NGẦM TRUNG ÁP 27

3.2.1 Gradient điện áp cảm ứng dọc theo chiều dài cáp 28 3.2.1.1 Trường hợp chung cho cách bổ trí cáp bất kỳ 29 3.2.1.2 Trong trường hợp cáp bố trí tam giác 29

3.4 Vấn đề quá điện áp trong hệ thống cáp ngầm 32

3.5 Quá điện áp nội bộ trong hệ thống không có thiết bị hạn

3.6.3 Điện trở phi tuyến lắp nối tiếp với khe hở (chống sét) 35 CHƯƠNG 4: ĐIỆN TRƯỜNG VÀ TỪ TRƯỜNG TRONG CÁP

4.2.2 Trường hợp cáp tải dòng điện xoay chiều tần số công

4.10 Điện trở tác dụng lỏi dẫn điện của cáp 51

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA CÁP NGẦM ĐẾN ĐIỆN ÁP VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI

Mặt khác hiện nay Đảng và Nhà nước ta đang có chủ trương đưa điện ra khu vực hải đảo nên việc sử dụng đường dây trên không truyền tải điện từ đất liền ra đảo là không khả thi

Với các lý do trên việc nghiên cứu xây dựng đường dây cáp ngầm để truyền tải điện là một phần không thể thiếu của hệ thống truyền tải hiện nay

Mục đích nghiên cứu:

Mục đích nghiên cứu của luận văn nhằm tính toán và nghiên cứu các đặc tính

kỹ thuật của cáp ngầm trung áp từ đó đưa vào áp dụng trong thực tiễn

Phạm vi của đề tài tập trung nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật của cáp ngầm trung áp, nêu lên cấu tạo của cáp, các lợi ích của việc sử dụng cáp ngầm cho hệ thống truyền tải lưới điện trung áp

Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản:

Một số vấn đề chung về hệ thống truyền tải điện bằng cáp ngầm, cũng như những vấn đề cụ thể của hệ thống cáp ngầm tại Việt Nam được giới thiệu trong chương 1 Chương 2 của luận văn nghiên cứu về Những vấn đề cơ bản khi thiết kế cáp ngầm và các giải pháp công nghệ lắp đặt cáp ngầm Cấu tạo cơ bản của hệ thống cáp ngầm trung áp với cách điện XLPE, công nghệ, kỹ thuật lắp đặt cáp và các giải pháp nối đất cáp ngầm Chương 3 bàn về Vấn đề nối đất pha của hệ thống cáp ngầm trung áp Chương 4 bàn về Điện trường và từ trường trong cáp ngầm Chương 5 Tính toán ảnh hưởng của cáp ngầm đến điện áp và tổn thất điện năng trên lưới điện

Phương pháp nghiên cứu

Trên cơ sở lý thuyết của tài liệu tham khảo và sử dụng phần mềm tính toán

"Chương trình tính lưới phân phối điện trung áp 6-35 kV" phiên bản 5.0 năm 2012 của PGS.TS Trần Bách tính toán cho 01 lộ đường dây từ đó đưa ra kết luận tổn thất điện áp, tổn thất công suất trên lưới của đường dây cáp ngầm đối với đường dây trên không

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THÓNG CÁP

N GẦM TR UN G ÁP

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Ngành công nghiệp điện lực là một trong những ngành công nghiệp cơ sở và quan trọng nhất đối với bất cứ quốc gia nào, đặc biệt là cho những nước đang phát triển nhanh như nước ta Trong hệ thống điện nói chung thì hệ thống các đường dây truyền tài trung áp đóng một vai trò quan trọng Trước kia các đường dây truyền tải thường là các đường dây trên không với hệ thống cột đỡ từ một mạch 3 dây dẫn, thậm chí là 4 mạch 12 dây dẫn Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển nhanh của đất nước đã hình thành rất nhiều các thành phố lớn, dân cư đông đúc; với nhiều công trình và tòa nhà cao tầng, và đặc biệt là việc đòi hỏi yêu cầu về thẩm mỹ của các thành phố hiện đại thì việc xây dựng các đuờng dây truyền điện trên không gặp rất nhiều khó khăn Do đó việc xày dựng các đường dây tải điện bằng hệ thống cáp ngầm đã trở thành một phẩn tất yếu của các hệ thống điện hiện đại trong các thành phố

1.1.1 Các lợi ích của việc sử dụng cáp ngầm cho hệ thống truyền tải lưới điện trung áp

Những lợi ích chính của việc sử dụng hệ thống cáp ngầm trung áp gồm có:

a Linh hoạt và đơn nhất: Chỉ có hệ thống cáp ngầm mới có những tính chất duy nhất như sau: đảm bảo tính mỹ thuật của các thành phố hiện đại, hạn chế điện trường, từ trường, vận hành an toàn Do đó hệ thống truyền tải cáp ngầm rất thích hợp cho các trường hợp sau:

- Những vùng đô thị đông đúc dân cư

- Những vùng hạn chế về đất đai, chiều cao tĩnh không và việc trồng cột rất khó khăn như sông, biển và những vùng địa lý phức tạp

- Những vùng thiên nhiên được bảo tồn và công trình xây dựng là di sản văn hóa

- Những vùng đất được dùng cho việc mở rộng các thành phố trong tương lai, hoặc để mở rộng, phát triển các vùng dân cư

b Giải pháp hiệu quả về giá: Trong quá khứ chi phí cao là một trong những nguyên nhân cản trở việc ứng dụng hệ thống cáp ngầm Ngày nay với những phương pháp sản xuất tiên tiến, giá thành thấp, sự tiến bộ về công nghệ sản xuất và lắp đặt và sự tăng lên về độ tin cậy, sự chênh lệch về giá giữa đường đây truyền tải bằng cáp ngầm và đường dây truyền tải trên không đã được thu nhỏ lại Điều này

có nghĩa là các nhà hoạch định ngày càng quan tâm nhiều đến hệ thống cáp ngầm như là một giải pháp có tính kinh tế và kỹ thuật hiệu quả lâu dài khi mà những khó khăn về đất đai, cũng như yêu cầu về thẩm mỹ trong quá trình phát triển hệ thống Ngoài viêc tăng cao tính thẩm mỹ thì hệ thống cáp ngầm cũng yêu cầu một chi phí bảo dưỡng thấp hơn so với đường dây trên không Nhìn chung là chúng ít chịu ảnh

hưởng từ các hiện thời tiết như giông, sét, mưa bão (hình vẽ 1.1 minh họa ảnh

hưởng của bão đối với cột điện của đường dây trên không)

Hình vẽ: 1.1: Cột điện bị gãy và đổ sau bão

c Công nghệ cao: Ngày nay công nghệ chôn, lắp đặt cáp đã có những tiến bộ

vượt bậc do đó làm tăng tính sử dụng của hệ thống cáp ngầm như:

- Dễ dàng lắp đặt và đấu nối

- Thân thiện với môi trường và người dùng

- Giảm giá thành lắp đặt

- Giảm hoặc không tốn giá thành bảo dưỡng

Hình vẽ 1.2 mô tả một số hình ành về quá trình lắp đặt cáp ngầm bằng công nghệ hiện đại

Hình vẽ 1.2: Một số hình ảnh về quá trình lắp đặt cáp ngầm

d Tăng tính tin cậy: hệ thống cáp ngầm hiện nay chủ yếu dùng Polyethylen

(XLPE-Hình vẽ 1.3 chỉ rõ cấu tạo của một cáp điện XLPE điển hình) làm lớp vỏ cách điện Lớp vỏ cách điện này đã được thí nghiệm trong thời gian dài và được kết luận là đảm bào tính tin cậy cao Hệ thống cáp điện dựa trên công nghệ này đã được vận hành cho hơn 20 năm và được ghi lại về độ tin cậy cao

Hình vẽ 1.3: Cấu tạo của cáp điện trung áp điển hình với cách điện

XLPE

e Giảm tồn thất trên hệ thống truyền tải: Hệ thống cáp ngầm truyền tải điện có hiệu quả hơn so với đường dây trên không vì các dây dẫn thông thường dùng hệ thống dây đồng và được vận hành ở nhiệt độ thấp hơn

f Tăng khả năng giám sát: Để giảm thời gian mất điện, những người vận hành

hệ thống điện có thể giám sát hệ thống cáp ngầm bởi những cảm biến nhiệt độ (bộ báo sự cố cáp ngầm) Cảm biển cho phép dây cáp chấp nhận một mức độ quá tải cho phép khi mà một phần nào đó trong hệ thống điện bị sự cố Điều này có nghĩa

là, chúng ta có thể giám sát mức độ quả tải toàn bộ hệ thống, hay nói cách khác mức bền vững của hệ thống là tổt hơn Trong trường hợp sự cố xảy ra đối với cáp ngầm, thì các cảm biến cho phép tìm và xác định chỗ xảy ra sự cổ nhanh hơn rất

nhiều so với trước đây

1.1.2 Trường điện từ của đường dây cáp ngầm truyền tải trung áp

Mặc dù hệ thống cáp ngầm đă được sử dụng từ hơn nửa thế kỷ trước đây, tuy nhiên việc nghiên cứu, lắp đặt cũng như các vấn đề kỳ thuật và tính toàn đối với hệ thống điện truyền tải điện ngầm vẫn còn là một lĩnh vực thu hút nhiều sự quan tâm các nhà nghiên cứu và các Công ty Điện lực

Trong phần tiếp theo dưới dây giới thiệu một trong những vấn đề kỹ thuật được quan tâm nhất đó là: việc quản lý trường điện từ của hệ thống cáp ngầm

Trường điện từ (ElectromagneticFields-EMF) được tạo ra bởi dòng điện đi trong dây dẫn Ngày nay, EMF ngày càng đuợc quan tâm đặc biệt đối với các đường dây truyền tải điện vì có những sự quan tâm về ảnh hường lâu dài của EMP đối với sức khỏe người dân ở những vùng mà đường dây cáp ngầm chạy qua Mặc

dù mối lo lắng này rất khó để đánh giá và tính toán cụ thể nhưng rõ ràng có những ảnh hưởng và lo lẳng nhất định khi người dân sống ở gần những nguồn trường điện

- 1999 Swiss Government limit lor new installations- 1 T

- 2002 New substation in Queensland, Australia: Energex Ltd - 0.4T

- 2004 The Netherlands Dept of the Environment proposal - 0,4 T

1.2 NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI CÁP NGẦM TRUNG ÁP TẠI VIỆT NAM

Hiện nay cùng với sự phát triển của đất nước, ngày càng có nhiều vùng đô thị tập trung đông dân cư, với nhu cầu về điện năng cũng như nhu cầu về một đô thị hiện đại yêu cầu về thẩm mỹ, môi trường cũng như quỹ đất xây dựng hành lang

tuyến thực tế, thì việc dùng hệ thống cáp ngầm là một yêu cầu bắt buộc đối với các Công ty Điện lực Đến nay trên toàn quốc hệ thống cáp ngầm trung áp đã được đưa vào vận hành rất nhiều và đưa đến những thành công nhất định Nhất là đối với các thành phố lớn như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh nơi có có mất độ dân số tập trung đông đúc không có quỹ đất để xây dựng đường dây điện trên không

Hơn nữa do điều kiện địa lý đặc biệt khó khăn một số vùng như đảo lớn không thế xây dựng đường dây tải điện trên không vượt biển được nên phải sử sụng cáp ngầm Ngày 16 tháng 10 năm 2013 tại tỉnh Quảng Ninh đã khánh thành 22,26 km đường dây cáp ngầm 22 kV dưới biển cấp điện cho huyện đảo Côtô Đây là công trình cáp ngầm 22 kV dưới biển đầu tiên trên cả nước và được thi công bằng công nghệ mới và các thiết bị hiện đại

Vì vậy việc nghiên cứu về các công nghệ lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng cũng như yêu cầu về tính toán mức độ ảnh hưởng của trường điện từ đối với người dân sống xung quanh khu vực có đường dây cáp ngầm đã trở thành cần thiết và cấp bách Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong luận án thạc sỹ này tác giả đi sâu nghiên cứu các vấn đề cụ thể như sau:

1- Nghiên cứu các giải pháp công nghệ tuyến cáp ngầm

2- Tính toán điện trường, từ trường của cáp ngầm trung áp để từ đó đưa ra các phương án đặt cáp tối ưu với các tiết diện khác nhau

3- So sánh các điều kiện vận hành kinh tế, ưu nhược điểm của đường dây cáp ngầm với đường dây trên không để tìm giải pháp hợp lý cho việc đưa nguồn điện cao thế vào sâu trong thành phố

1.2.1 Nội dung cơ bản của luận án:

Luận án này được trình bày cụ thể như sau:

Một số vấn đề chung về hệ thống truyền tải điện bằng cáp ngầm, cũng như những vấn đề cụ thể của hệ thống cáp ngầm tại Việt Nam được giới thiệu trong chương 1 Chương 2 của luận án nghiên cứu về các giải pháp công nghệ lắp đặt cáp ngầm Cấu tạo cơ bản của hệ thống cáp ngầm trung áp với cách điện XLPE, công nghệ, kỹ thuật lắp đặt cáp và các giải pháp nối đất cáp ngầm Chương 3 bàn về Vấn

đề nối đất pha của hệ thống cáp ngầm trung áp Chương 4 bàn về Điện trường và từ trường trong cáp ngầm Chương 5 Tính toán ảnh hưởng của cáp ngầm đến điện áp

và tổn thất điện năng trên lưới điện

CHƯƠNG 2 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ CÁP NGẦM 2.1.KHÁI QUÁT CHUNG:

Thiết kế đường dây cáp ngầm gồm 2 bước:

1- Chọn cáp ngầm: đã biết điện áp danh định

- Chọn cấu trúc lưới cáp

- Chọn loại cáp ngầm sử dụng

- Chọn tiết diện cáp ngầm

2- Thiết kế lắp đặt:

2.2.CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN

Sau khi đã chọn cấu truc lưới cáp, loại cáp sử dụng thì bước sang chọn tiết diện cáp ngầm

2.2.1.Các loại cấu trúc của lưới cáp ngầm

1-Cấp điện cho một phụ tải điện cố định ít có biến động công suất: ví dụ cấp điện cho một trạm phân phối xí nghiệp, một trường học Có thể chạy một sợi cáp hay 2 sợi song song để dự phòng

2-Cấp điện cho phụ tải tăng trưởng theo thời gian, ví dụ cho một khu vực dân

cư đô thị, khu công nghiệp

3-Cấp điện theo hình tia hay liên thông, 1 sợi hay 2 sợi cáp song song đến từng trạm phân phối (h.2.1c)

4-Theo kiểu mạch vòng kín vận hành hở (h.2.1.a,b)

Hình 2.1.Lưới cáp

Chọn cáp ngầm

2.2.2.Phương pháp lựa chọn dây dẫn:

Tiết diện dây dẫn được chọn theo điều kiện kinh tế sau đó được kiểm tra các điều kiện kỹ thuật

2.2.2.1-Chọn tiết diện dây dẫn theo chi phí vòng đời

a-Chi phí vòng đời của dây dẫn là tổng chi phí mà doanh nghiệp điện phải chi ra

để dây cáp hoạt động trong suốt thời gian sống của cáp, đã quy về năm đầu (hiện tại hóa) có công thức tính như sau:

V0-Vốn đầu tư ban đầu

HBt- Chi phí hoạt động và bảo dưỡng năm t

ΔAt-Tổn thất điện năng năm t-kWh

ΔAmdt- điện năng không được cấp do mất điện năm t-kWh

ΔPt-Tổn thất công suất năm t-kW

cAt- Giá điện năng tổn thất-đ/kWh

cAmd-Giá tổn thất do mất điện-đ/kWh

cP-Giá tổn thất công suất-đ/kW

r-Hệ số chiết khấu -%

1/(1+r)t-hệ số hiện tại hóa

Chi tiết hóa tổn thất công suất và điện năng hàng năm, đồng thời bỏ qua thành phần tổn thất điện năng do mất điện và tổn thất công suất, ta có công thức sau:

t dd

t A

hb N

t

t t

A hb

N t

t A

hb vd

r U

P R c V a V

r R I c V a V

r c

V a V

CP

1

2 2

2 max 0

0 1

2 max 0

0

1 0 0

0

) 1 (

1 cos

)

1 (

1 3

) 1 (

1 ) (

Imaxt-Dòng điện năm t

Pmaxt-Công suất tác dụng năm t

cosφ-Hệ số công suất

Udd-kV-Điện áp danh định của lưới cáp

R-Điện trở của cáp-ôm

τ-Thời gian tổn thất công suất lớn nhất tính theo T=max:

8760)10000124

Với lưới điện có phụ tải không đổi công thức trên được đơn giản hóa như sau:

A hb N

t

t A

hb vd

r U

P R c V a V r R

I c V a V

CP

1 2 2

2 max 0

0 1

2 max 0

0

0

) 1 (

1 cos

)

1 (

1

3





Thời gian tuổi thọ của dây cáp khoảng 20 hay 30 năm

2.2.2.2-Kiểm tra các điều kiện kỹ thuật:

Các điều kiện kỹ thuật là:

- Điều kiện phát nóng khi ngắn mạch

- Tổn thất điện áp từ nguồn đến điểm cuối lưới điện

- Kiểm tra điện từ trường

- Điều kiện lắp đặt

a-Kiểm tra điều kiện phát nóng khi ngắn mạch: Tính dòng điện ngắn mạch sau

đó so với dòng điện mà dây cáp chịu được, thông số này do nhà sản xuất cấp cung cấp, ví dụ như sau:

,50

3 ,45

4 ,80

6 ,90

9 ,65

3 ,00

1 6,50

2 0,00 5,45 4,25 0

,75

2 ,80

3 ,95

5 ,60

7 ,90

1 0,65

1 3,50 6,90

0 ,50 7,20 1

,00

2 ,44

3 ,40

4 ,85

6 ,80

9 ,25

1 1,80 4,60 8,00 3,50 1

,50

2 ,00

2 ,80

4 ,00

5 ,55

7 ,55

9 ,55 1,90 4,75 9,30 4

,00

1 ,72

2 ,40

3 ,45

4 ,80

6 ,55

8 ,25 0,30 2,75 6,65

Biết thời gian cắt ngắn mạch, tra bảng ta được dòng điện chịu được max của các tiết diện cáp, ví dụ thời gian cắt ngắn mạch là 0,5 giây, tiết diện cáp 120 mm2, thì dây chịu được 16,5 kA

Điều kiện này khá ngặt nghèo khi chọn dây cáp

b-Điều kiện tổn thất điện áp: với dây cáp tổn thất điện áp không đáng kể, do đó dây cáp được chọn theo điều kiện kinh tế, trong khi dây dẫn lưới điện trên không phải chọn theo tổn thất điện áp cho phép

Điện áp chỉ phải kiểm tra sau khi đã chọn tiết diện dây dẫn bằng cách tính điện

áp của toàn lưới điện

Trong chương 3 sẽ nghiên cứu vấn đề điện, từ trường trong cáp

Trong phần áp dụng ở chương 4 sẽ trình bày cách tính điện áp của lưới điện và tính toán để so sánh lưới điện trên không và lưới cáp

2.3.CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ LẮP ĐẶT CÁP NGẦM

2.3.1 GIỚI THIỆU CHUNG:

Trong quá trình phát triển của công nghệ cáp ngầm, đã có nhiều vần đề phát sinh và được nghiên cứu giải quyết như lựa chọn cách điện cho cáp, lựa chọn cấu hình đặt cáp, công nghệ lắp đặt Tuy nhiên trong phần này của luận án, tác giả chỉ

đề cập nghiên cứu các lĩnh vực của công nghệ cáp ngầm trung áp như sau:

Sơ lược chung về cấu trúc cơ bản của cáp ngầm trung áp: cụ thể là cáp ngầm với cách điện XLPE

Công nghệ lắp đặt cáp ngầm trung áp

2.3.2 CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA CÁP NGẦM TRUNG ÁP VỚI CÁCH ĐIỆN XLPE

2.3.2.1 Cấu trúc cơ bản của cáp:

Cấu trúc điển hình của cáp XLPE bao gồm những lớp được mô tả theo thứ tự từ trong ra ngoài như sau:

2 Lớp bán

dẫn

Chống phóng điện cục bộ

Vật liệu của lớp này là Polyethylene bán dẫn, có tác dụng làm giảm khả năng gây phóng điện cục bộ do bề mặt lồi lỏm của cáp (tạo thành bởi các vật liệu làm lỏi cáp)

XLPE, polyethylene liên kết chéo,

là sự liên kết giữa các phân tử polyethylene tạo nên trong quá trình hóa nhiệt Được phân loại trong nhóm thiết

kế cáp “khô” XLPE có đặc tính tương

tự polyethylene, tuy nhiên do có kết cấu các phân tử liên kết chéo chặt chẽ với nhau, khả năng chịu nhiệt và lực cơ khí cao hơn Đặc tính này giúp cho XLPE có khả năng làm việc liên tục với

lõi dẫn điện ở nhiệt độ 9000C, trong khi cáp bọc polyethylene chỉ có thể làm việc tối đa ở nhiệt độ 7500C đây là một đặc tính vô cùng quan trọng trong việc nâng cao khả năng tải dòng điện định mức cho cáp điện và đặc biệt hữu ích trong trường hợp ứng dụng tại khu vực

có nhiệt độ môi trường cao và cần tính đến hệ số gia nhiệt cho dây dẫn

4 Lớp bán

dẫn

Chống Ion hoá

bề mặt cách điện

Vật liệu của lớp này là compound bán dẫn, có tác dụng làm giảm khả năng gây ion hoá bề mặt lớp cách điện

Được ép đùn cùng lúc với lớp cách điện (3) và lớp bán dẫn (2)

Đôi khi có thể thêm một lớp băng quấn cùng tính chất

5 Lớp chống

thấm dọc

Chống nước thấm dọc theo khe hở giữa lớp (4) và lớp (6)

Chế tạo từ vật liệu trưng nở và bảo hoà nước khi gặp nước thấm vào ngăn, nước được thấm dọc theo cáp

7 Vỏ ngoài Bảo vệ chung

Làm băng PVC hoặc PE

Tác dụng bảo vệ lớp vỏ kim loại khỏi

bị tác động ăn mòn điện hoá của môi trường

Có thề phủ thêm 1 lớp chất bền nhiệt

để chống cháy vỏ cáp khi có hoả hoạn xảy ra (thường áp dụng cho các đoạn cáp tiếp xúc với không khí)

XLPE, polyethylene liên kết chéo, là sự liên kết giữa các phân tử polyethylene tạo nên trong quá trình hóa nhiệt Được phân loại trong nhóm thiết kế cáp “khô” XLPE có đặc tính tương tự polyethylene, tuy nhiên do có kết cấu các phân tử liên kết chéo chặt chẽ với nhau, khả năng chịu nhiệt và lực cơ khí cao hơn Đặc tính này giúp cho XLPE có khả năng làm việc liên tục với lõi dẫn điện ở nhiệt

độ 9000C, trong khi cáp bọc polyethylene chỉ có thể làm việc tối đa ở nhiệt độ

7500C đây là một đặc tính vô cùng quan trọng trong việc nâng cao khả năng tải dòng điện định mức cho cáp điện và đặc biệt hữu ích trong trường hợp ứng dụng tại khu vực có nhiệt độ môi trường cao và cần tính đến hệ số gia nhiệt cho dây dẫn Thông số kỹ thuật của cáp ngầm:

Cáp 20/35(40,5)kV cách điện XLPE

Cáp 12,7/22(24)kV cách điện XLPE

Dòng điện định mức cho cáp bọc XLPE từ 3,6/6(7,2)kV đến 20/35(40,5)kV

2.3.2.2 Phụ kiện cáp ngầm:

Hộp nối cáp: Dùng để nối cáp khi đường dây dài hoặc xử lý sự cố khi nổ cáp Đầu cáp: Dùng để đấu nối cáp tại tủ phân phân phối hoặc đấu nối với đường dây trên không

T-Plug: Dùng để đấu nối cáp ngầm tại Tủ RMU

Elbow: Dùng để đấu nối cáp ngầm vào MBA

2.3.2.3 Nối đất bảo vệ cáp ngầm:

Dây cáp nối đất được đặt song song với dây cáp dẫn điện chính để bảo vệ chống các hư hỏng trong mạch cáp ngầm Mục đích của dây cáp nối đất là để bảo vệ cho đường dây trên không hoặc cáp ngầm được nối đất tại một điểm Thiết bị này cho phép phát hiện bất cứ sai sót, hư hỏng trong hệ thống cáp ngầm Nó cũng ngăn chặn việc khôi phục dòng diện trong những phần cáp hư hỏng bằng cách cắt đường dây cáp đó ra khỏi hệ thống

2.4 CÁC KỸ THUẬT LẮP ĐẶT CÁP NGẦM:

2.4.1 Giới thiệu chung:

Khi lắp đặt cáp chúng ta cần phải cân nhắc đến các yếu tố sau đây:

Ngoài khía cạnh về điện và nhiệt trong thiết kế đường dây cáp, người ta cần phải cân nhắc đến ảnh hưởng về cơ khí và nhiệt trong quá trình kéo căng dây cáp và lắp đặt cũng như vận hành

Sự ăn mòn dây cáp có thể đưa đến từ các nguồn như hóa học, điện hóa và từ các

vi khuẩn Vì vậy cần đặc biệt chú ý khi thiết kế cáp ngầm qua những vùng có độ ăn mòn cao như nhà máy hóa chất, nhà máy điện phân hay những vùng có nguồn ăn mòn cao

2.4.2 Kỹ thuật lắp đặt cáp ngầm trực tiếp trong đất

Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất vì các đặc điểm cơ bản sau:

- Thời gian lắp đặt nhanh

- Giá thành rẽ hơn so với các phương pháp lắp đặt khác

- Kỹ thuật thi công tương đối đơn giản

§Êt tù nhiªn

C¸p ngÇm C¸t ®en

G¹ch chØ (hoÆc tÊm ®an) b¶o vÖ c¸p

§Êt mÞn L-íi b¸o hiÖu c¸p ngÇm

300 600

§Êt tù nhiªn L-íi b¸o hiÖu c¸p ngÇm

§Êt mÞn

C¸t ®en

C¸p ngÇm

550 250

* Khi đặt trong đất, cáp cần đặt trong hào cáp Phía dưới cáp phải có lớp đất mịn, trên cáp phủ lớp đất mịn không lẫn sỏi, đá, xỉ quặng hoặc rác

Suốt chiều dài đường cáp phải có bảo vệ tránh tác động về cơ học, như:

- Đối với cáp điện áp 35kV trở lên, trên mặt hào cáp phải phủ các tấm đan bêtông với chiều dày không được nhỏ hơn 50mm

- Đối với cáp điện áp dưới 35kV, trên mặt hào cáp lát bằng tấm đan hoặc phủ lớp gạch nằm ngang với đường cáp hoặc bằng vật liệu có độ cứng suốt tuyến cáp (không được dùng gạch silicát, gạch lỗ, gạch rỗng để lát)

Khi đặt cáp điện áp tới 22kV sâu dưới đất 1m hoặc sâu hơn thì không cần phải bảo vệ tránh tác động về cơ học, trừ trường hợp cáp của lưới điện đô thị, cáp chui qua đường sắt, đường xe điện và đường ôtô Đối với cáp điện áp dưới 1kV, chỉ cần bảo vệ ở những đoạn có khả năng bị các tác động về cơ học

* Độ sâu đặt cáp so với cốt chuẩn quy hoạch ít nhất là:

* Khi đặt cáp song song với nhau, nếu không có hướng dẫn của nhà chế tạo 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

500mm: giữa các cáp của các cơ quan khác nhau hoặc giữa cáp lực với cáp thông tin liên lạc

500mm: giữa các cáp dầu áp lực điện áp 110kV - 220kV với nhau hoặc giữa cáp dầu áp lực với cáp khác, trong đó cáp dầu áp lực thấp phải đặt cách ly nhau và cách ly với cáp khác bằng tấm đan bêtông, ngoài ra cần phải tính đến ảnh hưởng điện từ trường của chúng đối với cáp thông tin liên lạc

Bê tông M150, đá 2x4 Xây gạch chỉ VXM75

2.4.3 Kỹ thuật đặt cỏp trong mương cỏp

Hỡnh 2.3: Mặt cắt ngang của cỏp ngầm lắp trong mương cỏp

Phương phỏp này thường được dựng trong cỏc TBA 110 kV hoặc cỏc TBA phõn phối và cỏc khu vực đụ thị, cơ quan xớ nghiệp vỡ nú cú đặc điểm là cú cấu trỳc cơ khớ tốt, bảo vệ tốt cho cỏp đối với những tỏc động cơ khớ

Độ sõu của mương cỏp đặt cỏp phụ thuộc vào từng loại cỏp và từng cấp điện ỏp khỏc nhau, khi tớnh toỏn độ sõu của mương cỏp ngoài những yếu tố ảnh hưởng của tỏc động cơ học từ mặt đất đến cỏp thỡ phải lưu ý trường hợp khi mương cỏp khụng thể chụn sõu được cần phải đặc biệt chỳ ý tỏc động của lực điện động khi cú xảy ra ngắn mạch

Kết luận: Theo cỏc nội dung phõn tớch ở trờn việc lựa chọn giải phỏp lắp đặt cỏp ngầm phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng dự ỏn, mỗi cỏch đặt cỏp đều cú cỏc ưu, nhược điểm khỏc nhau cần tớnh toỏn chi tiết để so sỏnh và lựa chọn Phương ỏn đặt cỏp trực tiếp trong đất chỉ sử dụng với cỏc tuyến cỏp ngầm đi ngoài đường cũn phương phỏp đi trong mương cỏp chỉ ỏp dụng cho cỏp đi trong nhà và trong cỏc TBA

Về phương ỏn thi cụng, điều kiện vận hành; kiểm tra bảo dưỡng thỡ phương ỏn đặt cỏp trong mương cỏp là phương ỏn tốt nhất nhưng trờn thực tế vỡ lý do kinh tế cỏc tuyến cỏp ngầm tại Việt Nam hiện nay đều lựa chọn phương ỏn đặt cỏp chụn trực tiếp trong đất trừ những đoạn cỏp phải đi qua địa hỡnh đặc biệt thỡ sẽ cú cỏc giải phỏp kỹ thuật riờng được lựa chọn phự hợp với điều kiện địa hỡnh

CHƯƠNG 3 VẤN ĐỀ NỐI ĐẤT PHA CỦA HỆ THỐNG CÁP NGẦM TRUNG ÁP 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Đối với cáp ngầm trung áp phần cách điện thường được xếp thành từng lớp đồng tâm với nhau Khi cáp ngầm mang dòng điện xoay chiều sẽ cảm ứng điện áp

ra vỏ và tạo ra dòng điện nếu vỏ tạo thành mạch kín Trong trường hợp vỏ được tiếp đất ở cả hai đầu, dòng điện này không cho phép tồn tại vì chúng gây tổn thất nhiệt làm giảm giá trị định mức của cáp, vì vậy phải đề ra phương pháp đấu nối vỏ đặc biệt và tiếp đất sao cho hạn chế hoặc giảm dòng điện chạy dọc vỏ cáp này Trong chương này của luận văn sẽ nghiên cứu về các giải pháp hạn chế, giảm tổn thất do cảm ứng điện áp gây ra tại vỏ cáp khi sử dụng cáp ngầm trung áp truyền tải dòng điện xoay chiều

Khi thiết kế, lựa chọn cáp có vỏ đấu nối đặc biệt, cần phải quan tâm các vấn đề sau:

- Lựa chọn hệ thống vỏ đấu nổi chấp nhận được

- Với hệ thống cáp ngầm trung áp có vỏ kim loại tạo thành mạch kín và nối đất hai đầu thì trong khi vận hành vỏ cáp có điện thế với đất Vì vậy phần kim loại của

vỏ phải có cách điện thích hợp Trị số điện áp vỏ cần có giới hạn ở một số nào đó vỉ

lý do an toàn

- Việc ngăn chặn hoàn toàn dòng điện trong vỏ không phải lúc nào cũng thực

hiện được vì khó khăn trong lựa chọn chiều dài cáp và chỗ phân cách Trong giai đoạn thiết kế, chiều dài cáp và khoảng cách nói chung chưa biết được chính xác và thường chỉ bổ sung trị số tổn thất phụ do dòng không cân bằng, vào trị số định mức (xem ấn phẩm IEC 287, mục 6.6) Nếu thấy có sự thay đổi về chiều dài cáp cùng như khoảng phân cách thì phải tính dòng ký sinh trong vỏ để đánh giá tác động của

- Khi cách điện vỏ cáp hoặc thiết bị hạn chế điện áp bị hỏng, thì dòng điện tổn hao trong vỏ cáp tăng cao làm vỏ cáp bị phát nhiệt Vì vậy phải xác định giới hạn điện áp vỏ cáp và giám sát trị số này trong vận hành

Phần này dùng để nghiên cứu cách lựa chọn hệ thống đầu nối vỏ cáp và trình bày tổng quát sự làm việc của hệ thống này trong vận hành bình thường cũng như khi sự cố ngắn mạch

3.2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN:

3.2.1Gradient điện áp cảm úng dọc theo chiều dài 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 theo công thức:

Trong đó:

- I Dòng điện (A hiệu dụng) của dây dẫn ở giữa

-  Tần sổ góc của tần số hệ thống

- S1p Khoảng cách các trục của dây dẫn song song và dây dẫn pha 1

- S2p Khoảng cách các trục của dây dẫn song song và dây dẫn pha 2

- S3p Khoảng cách các trục của dây dẫn song song và dây dẫn pha 3 Có thể biểu diễn chiều quay các pha như sau:

Thấy rõ rằng khoảng cách song song từ dây dẫn tới nhóm cáp tăng lên so với khoảng cách các pha thì điện cáp cảm ứng có khuynh hướng tiến đến không Nếu như các pha được hoán vị từng khoảng thì điện áp cảm ứng cũng là không sau một chu kỳ hoán vị

Gradient điện áp cảm ứng trong vỏ cáp có thể đáng kể trong trường 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 xem xét, thì 3 trị số gradient điện áp cho một nhóm cáp bất kỳ có dòng

7 1

.2 .10 ln lnS ln S /

điện 3 pha cân bằng được cho bởi:

3.2.1.1 Trường hợp chung cho cách bố trí cáp bất kỳ:

Trong đó:

d: Đường kính hình học võ

S12: Khoảng cách hướng trục của pha 1 và 2

S23: Khoảng cách hướng trục của pha 2 và 3

S13: Khoảng cách hướng trục của pha -1 và 3

3.2.1.2 Trong trường hợp cáp bố trí tam giác

Khi cáp bố trí tam giác, S12=S23=S31, các phương trình trên rút gọn thành:

Cách bố trí cáp theo mặt phẳng đảo pha là cách thông dụng, khoảng cách giữa các tim cáp là S Gradient điện áp trên võ là:

7 3

2.2 .10 ln ln S /

3.2.1.3 Giá trị Gradient điện áp trên võ:

Hình 3-1 Cho trị số Gradient điện áp trên vỏ tính từ các công thức trên cho cả hai trường hợp đặt tam giác và mặt phẳng đảo pha theo tỷ số s/d

3.2.2 Màn chắn hoán vị:

Gradient điện áp tính trong các phương trình trên chi tính với từ trường 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 có cáp với đầu nối đảo vỏ và mang dòng điện cảm thì Gradient điện áp sẽ giảm Mức độ giảm phụ thuộc vào cách bố trí cáp và trở kháng của mạch vòng mang dòng được gọi là “màn chắn” dây dẫn

Cáp lực thường đặt cùng cáp điều khiển và thông tin trong một hào và yêu cầu

phải giảm điện áp cảm ứng tối thiểu trong các cáp song song này Khi vỏ cáp lực một ruột liên tục và tiếp đất cả hai đầu thì màn chắn làm giảm điện áp cảm ứng trong các cáp song song Đặc biệt trong hệ thống đảo vỏ nối đất thì vỏ không còn dòng cám ứng và không còn tác dụng là màn chắn, khi phụ tải trong cáp cân bằng Khi tải không cân bằng hoặc khi sự cố, thì dòng điện trong vỏ sẽ xuất hiện, như vậy hiệu quả màn chắn quan trọng sẽ phát huy tác dụng trong trường hợp này

Điện áp cảm ứng ở cáp song song khi phụ tải cân bằng có thể hạn chế bằng cách hoán vị cáp, đặc biệt thích hợp khi cáp đấu nối đặc biệt trừ khi tính toán điện

áp cảm ứng có thể chấp nhận mà không cần hoán vị Hoán vị cũng là biện pháp bổ sung làm cân bằng trở kháng của cáp 3 pha Cáp lực cỡ lớn thì không hoán vị trừ trường hợp hoán vị ớ chỗ nối Khi cáp lực chỉ có một đoạn hoặc hai đoạn thì không hoán vị được, lúc đó sẽ hoán vị các dây dẫn đi song song với nó

3.3 NỐI ĐẤT VÕ CÁP Ở MỘT ĐIỂM:

Cách bổ trí đơn giản nhất của võ cáp 3 pha là nối chúng với nhau và chỉ nối đất một điểm dọc đường cáp Các điểm khác sẽ có điện áp với đất, điện áp cao nhất tại điểm xa điểm nối đất nhất Vỏ cáp phải cách điện với đất Không được khép kín mạch vỏ cáp, trừ khi điện áp đã được hạn chế tới mức không tạo được dòng điện dọc vỏ cáp và không gây tổn thất ở vỏ (tuy nhiên tổn thất hao dòng xoáy vẫn còn)

3.3.1 Điện áp duy trì ở vỏ

Trị số điện áp duy trì ở võ xem ở hình 3-1 với mạch tiêu biểu, I = 500A và S/d

= 2 thì diện áp vỏ tương ứng là 43,5 tới 58 V/km khi đặt tam giác hoặc mặt phẳng đảo pha Vì vậy có thể có một số điềm được mong muốn có điện thế gần không hoặc bằng không và đưa ra điện áp cho phép lớn nhất cho phép người có thể tiếp

xúc để kiểm tra trong vận hành ngay cả khi đầy tải Lưu ý rằng điện áp này sẽ cao

lên khi có sự cố hoặc trong quá trình quá độ Trị số điện áp vỏ cho phép tối đa mỗi nước quy định khác nhau Trong nhiều trường hợp cần ngăn ngừa việc sử dụng nối đất tại 1 điềm (trừ trường hợp chiều dài của cáp cỡ vài trăm mét)

3.3.2 Tuyến cáp dài (gồm nhiều đoạn)

Khi cáp quá dài, điện áp vỏ quá lớn, nối đất tại một điểm không hạn chế được

điện áp vỏ, người ta phải nối đất tại 1 vài điểm ví dụ ở giữa đoạn cáp Điện áp vỏ của cáp sẽ giảm đi cần phân đoạn cáp bằng cách dùng hộp nối phân đoạn vỏ để giảm điện áp vỏ cáp đến mức giới hạn quy định

3.3.3 Dây dẫn liên tục tiếp đất song song

Khi sự cố chạm đất trong hệ thống, dòng thứ tự không trong ruột cáp tìm cách quay về bằng dường ngoài Vì vậy nếu chỉ tiếp đất tại một điểm bó cáp thì không thể được vì có dòng chạm đất trở về Có thể dùng một dây dẫn song song ngoài vỏ làm đường dẫn dòng sự cố, dòng sự cố chỉ đi qua đất Vì điện trở trở suất rất cao so với ruột dẫn, dòng trở về sẽ lan truyền rất nhiều vào đất và ảnh hưởng sâu sắc vào thành phần tần số công nghiệp trong vài trăm mét Vì dòng trở về chạy rất xa khỏi cáp, Gradient điện áp cảm ứng dọc theo dây nối đất song song kể cả ở vỏ cáp sẽ rất lớn Mặt khác, nếu không có dây tiếp đất song song, ở cáp lân cận xuất hiện chạm đất sẽ có điện thế tại hai đầu Phải thiết kế đặt thiết bị hạn chế điện áp để tránh nguy hiểm cho người và thiết bị

Vì vậy phải có dây tiếp đất liên tục song song đối với hệ thống cáp nối đất tại một điểm để lấy điện thế đất ở cả hai đầu Khoảng cách từ dây này tới mạch cáp đủ gần để hạn chế điện áp tăng cao ở vỏ ở mức độ chấp nhận khi có sự cố chạm đất Tiết diện dây dẫn phải phù hợp với dòng sự cố lớn nhất hệ thống

3.4 VẤN ĐỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG CÁP NGẦM

Độ dốc đầu sóng tác động rất lớn vào vỏ trong hệ thống có đặt thiết bị giới hạn điện áp xung đỉnh, có thể làm tăng quá lớn, ví dụ phóng điện gần đầu cáp vào thời điểm điện áp xung đỉnh, có thể làm tăng quá điện áp vỏ cáp Tuy nhiên trường hợp

đó là rất hiếm, có thể bỏ qua và sóng tới giả thiết có dạng 1,2/50µs

Cách điện chính của hệ thống cáp bảo vệ bằng chống sét, giả thiết có mức bảo

vệ chống được dạng sóng 1,2/50µs

3.4.2 Quá điện áp thao tác

Nếu cáp không nối với đường dây trên không, thì chỉ chịu quá điện áp đóng cắt,

có biên độ thấp hơn khi sét đánh, nhưng không thể coi là điều kiện đế giảm mức cách điện vỏ cáp

3.5 QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ TRONG HỆ TIIỐNG KHÔNG CÓ THIẾT BỊ HẠN CHẾ ĐIỆN ÁP VỎ CÁP

Nhiều hệ thống cáp ngắn là cáp có điểm nối vỏ tại 1 điểm, võ cáp không tiếp đất tại một hay cả hai đầu Trong hệ thống này chỉ cần xét cách điện vỏ đất và chi tiết kim loại của đầu cáp với đất

Khi cách điện đầu cáp là các sứ đỡ nhỏ đặt vào thân đầu cáp, nó có thể cho phép phóng điện mặt ngoài khi quá điện áp vỏ cáp và đó là giới hạn điện áp vỏ đất Phóng điện mặt ngoài sứ đỡ không làm cho nó bị hỏng và tác động này coi như là thiết bị hạn chế điện áp, tuy nhiên đặc tính không được kiểm soát thật chặt chẽ Khi thao tác đóng cắt cũng xẩy ra phóng điện bề mặt sứ đỡ và nếu lưới thao tác nhiều để tránh sứ bị phóng điện bề mặt nhiều, cần lắp thêm thiết bị giới hạn điện áp

Khi sứ đỡ đầu cáp bằng cao su Polyme, phóng điện có thể làm hỏng bề mặt cách điện và khuyến cáo có dùng thiết bị giới hạn điện áp

3.6 THIẾT BỊ GIỚI HẠN ĐIỆN ÁP VỎ

Như kết luận ở mục 3.5 các tuyến đường dây cáp ngầm cần phải có thiết bị giới hạn điện áp để bảo vệ quá điện áp võ cáp

Tụ điện dùng làm thiết bị hạn chế diện áp vỏ cáp là tốt nhất, nhưng giá thành Tụ điện quá đắt và lắp đặt phức tạp nên ngày nay không còn được dùng nhiều nữa, mà chủ yếu người ta dùng 3 loại hạn chế điện áp sau đây:

Khe hở phóng điện

Điện trở phi tuyến

Điện trờ phi tuyến mắc nối tiếp khe hở phóng điện có hoặc không có điện trở phân bố thế (kiểu chống sét)

3.6.1 Khe hở phóng điện

Hạn chế điện áp vỏ cáp bằng khe hở phóng điện là hình thức đơn giản nhất, nhưng nó có nhược điểm là bị phá hỏng khi có dòng điện công nghiệp lớn sau khi phóng điện và nó tác động chậm khi sóng quá điện áp có độ dốc tăng nhanh

Do nhược điểm này người ta phải thiết kế sao cho không bị hồ quang phá hỏng Khe hở cũng đòi hỏi bảo dưỡng thường xuyên hơn các loại khác vì vậy chỉ dùng để bảo vệ cho mạch nối vỏ tại 1 điểm, tại đầu cáp, chổ dễ lắp, không được dùng cho mạch nối đất đảo pha vì chổ chôn ngầm khó lắp được khe hở

Khi thiết kế lựa chọn cách hạn chế điện áp bằng khe hở phóng điện cũng cần phải chú ý các yêu cầu sau:

Điện áp phóng điện tần số công nghiệp của khe hở phải cao hơn điện áp đặt vào

vỏ khi đầy tải hoặc khi quá tải khẩn cấp và cao hơn điện áp tần số công nghiệp cao nhất đặt vào khi sự cố hệ thống

Mức bảo vệ của khe hở vào khoảng 1,4 lần điện áp phóng điện của sét toàn sóng (dạng 1,2/50), phải bằng hoặc thấp hơn mức cách điện của hệ thống (hệ số 1,4

là hệ số an toàn có xét đến hoạt động trễ của khe hở khi điện áp đầu sóng rất dốc) Cũng phải cân nhắc xem khe hở nên đấu sao hay tam giác

Khe hở phải thiết kế sao cho hồ quang chuyển động tới chổ thích hợp trên điện cực để giảm hư hỏng tới tối thiểu

3.6.2 Điện trở phi tuyến

Điện trở phi tuyến có tác dụng tốt khi điện áp đầu sóng lớn không bị giảm chất lượng trong quá trình vận hành, nếu không bị làm việc ngoài giới hạn cho phép Điện trở phi tuyến chỉ có hạn chế về mặt tiêu tốn năng lượng Tuy nhiên, khi sử dụng ta phải lựa chọn cẩn thận phù hợp với tần số công nghiệp và quá điện áp đóng cắt Điện trở phi tuyến khi vận hành phải có võ bọc thích hợp chống ẩm Rất khó để chế tạo được điện trở phi tuyến có đặc tính hấp thụ, khống chế năng lượng thật chính xác Điện trở phi tuyến có thể mắc nối tiếp, nhưng không thích hợp để mắc song song

Khi lựa chọn điện trở phi tuyến để hạn chế điện áp vỏ cáp cần lưu ý các điểm sau:

Làm việc được liên tục với điện áp đặt bằng điện áp chịu được của vỏ khi đầy tải và khi quả tải trong quy định Chú ý để cân nhắc lựa chọn đấu sao hay tam giác cho phù hợp

Có khả năng chịu được quá điện áp tần số công nghiệp do các dạng sự cố không chỉ bên trong mà cả bên ngoài mạch cáp Chú ý cân nhắc lựa chọn đấu sao hay tam giác cho phù hợp Thời gian tối đa chịu đựng phải là 2 lần thời gian cắt sự cố lớn nhất hệ thống, để chịu được tự đóng lại

Có khả năng khuếch tán năng lượng mà không gây hư hỏng điện trở khi thao tác, kể cả khi đóng cắt sự cố ngoài mạch cáp Năng lượng khuyếch tán trong điện trở khó tính toán do 2 nguyên nhân Nguyên nhân thứ nhất là dạng sóng của dòng dịch chuyển trong ruột cáp là độc lập với các hằng số ngoài hệ thống cáp, và chúng

có thể thay đổi theo thiết kế và không biết được đầy đủ Nguyên nhân thứ hai là dòng cảm ứng ở mạch vỏ cáp và năng lượng khuyếch tán ở điện trở không thể tính bằng cách thông thường vì là mạch phi tuyến

Đã lựa chọn điện trở thích hợp theo các tiêu chuẩn trên, mức độ bảo vệ xác định theo mức cách điện hệ thống là điện áp dư của điện trở khi có dòng 10kA, 8/20µs, sóng phù hợp tiêu chuẩn áp dụng cho chống sét

3.6.3 Điện trở phi tuyến lắp nối tiếp với khe hở (chống sét)

Điện trở phi tuyến lắp nối tiếp với khe hở đã được dùng rộng rãi làm chống sét

Nó có thể lựa chọn phù hợp để cắt được dòng điện thông tần số công nghiệp, giảm năng lượng hấp thụ so với loại không khe hở nói trên Mặt khác, kiểu thiết kế mới

có khả năng phóng điện với quá điện áp tối thiểu khi dầu sóng dốc, tránh được hiện tượng trễ của điện trở phi tuyển không khe hở

Khi dùng chống sét không có diện trở phân bổ điện áp, sẽ có ưu điểm là không đòi hỏi phải tách nó ra khi cần làm thi nghiệm một chiều cách điện vỏ cáp

Kết luận: Từ các kết quả nghiên cứu ở trên ta nhận thấy rằng việc nối đất của

hệ thống cáp ngầm là rất cần thiết

Khi tính toán thiết kế lựa chọn cách nối đất cho tuyến cáp ngầm ta dựa trên các

cơ sở chính như sau:

Từ chiều dài của tuyến cáp ngầm ta lựa chọn chiều dài của từng cuộn cáp Chiều dài của từng cuộn cáp được lựa chọn phụ thuộc vào các yếu tố sau:

Lực kéo cho phép của từng loại cáp, được tính sao cho ruột kim loại của cáp chịu được, không bị kéo giãn và cách điện, cũng như vỏ ngoài của cáp không bị nứt, vỡ, biến dạng Lực kéo phải lấy bằng giá trị nhỏ nhất đàm bảo được các yếu cảu chính sau đây:

+ Lõi cáp chịu được lực kéo với ứng suất tối đa 5kg/mm2

+ Không phá huý cách điện, khi kéo cáp qua chỗ cong

+ Hệ số ma sát: bằng 0,4 - 0,5 khi kéo trong ống; 0,1 - 0,2 khi kéo cáp trượt trên

ru - lô, con lăn

Điều kiện chuyên chở, lắp đặt tại hiện trường và các phương tiện, máy móc khả dụng Điện áp cảm ứng cho phép trên vỏ cáp, trong khi vận hành bình thường Với sơ

đồ nổi đất võ cáp một điểm, điện áp cảm ứng trên vỏ cáp sẽ càng lớn khi chiều dài của một cuộn cáp càng lớn

Hiệu quả kinh tế của dự án: chiều dài cuộn cáp càng lớn, số lượng hộp nối và các cấu trúc kèm theo sẽ giảm, chi phí tương ứng cũng giảm, nhưng có thể chi phí thi công cáp sẽ tăng, cần tính toán chi tiết để quyết định

Cần kiểm tra trên thực tế tính khả thi của các vị trí đặt hộp nối cáp và có điều chỉnh hợp lý, nếu cần

2 2 2 2

4.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Nghiên cứu tính toán về điện trường và từ trường của cáp ngầm cao thế là việc rất cần thiết, điện trường và từ trường của cáp ngầm không những ảnh hưởng đến Kinh tế - Kỹ thuật trong việc thiết kế, lựa chọn cáp mà còn ảnh hưởng đến sức khoẻ con người khi sống và làm việc trong khu vực có tuyến cáp ngầm

Trong phần 4 của luận án này sẽ nghiên cứu về diện dung, cường độ điện trường, tổn hao điện môi, điện cảm và tốn thất điện áp của cáp ngầm trung áp Trên cơ sở lý thuyết nghiên cứu lập chương trình tính toán các nội dung trên với các loại cáp có tiết diện khác nhau và các cách bố trí cáp khác nhau để tìm ra phương án lắp đặt cáp tối

ưu và đề xuất các điểm cần lưu ý khi vận hành cáp ngầm trung áp

4.2 KHÁI NIỆM VỀ ĐIỆN TRƯỜNG

4.2.1 Trường hợp cáp tải dòng một chiều

Đây là trường hợp điện trường tĩnh (không biến đổi theo thời gian) khi dó cường độ điện trường E trong cách điện của cáp một lõi bằng Gradien điện thế 

với dấu ngược lại:

Với cáp một lỗi hình trụ có bán kính vỏ ngoài R, dùng hệ trục toạ độ hình trụ ta

E

R r

ln

l C

d

viết được:

4.5 Nếu như điện thế vỏ cáp lấy bằng không và tại lõi lấy điện thế U = U0; giải (4.3)

và (4.4) ta được:

4.6

Phương trình trên đúng với cách điện đồng nhất

4.2.2 Trường hợp cáp tải dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp

Cường dộ điện trường trong cáp đơn khi tải dòng điộn tần số công nghiệp có dạng tương tự như trên:

4.7

4.3 ĐIỆN DUNG CỦA CÁP:

Điện dung của vật dẫn được định nghĩa bằng tỉ sổ giữa điện tích của vật và điện thế của vật dẫn gây ra bởi điện tích đó:

4.8 Điện dung của cáp điện một lỏi có bán kính r, bán kính võ R, chiều dài l được tính theo công thức:

4.9

Hình 4.1: Sơ đồ các thành phần điện dung trong cáp Việc xác định quan hệ điện dung lõi dẫn phụ thuộc vào hỉnh dạng và vật dẫn lân

2, 4 10

( / )ln

4.12

4.4 ĐIỆN TRỞ CỦA LÕI DẪN TRONG CÁP ĐIỆN

Điện trở của lõi dẫn điện của đoạn cáp có chiều dài l được tính theo công thức:

4.13 Trong đó:

Rl : là điện trở lõi cáp ở nhiệt độ t1 C

20: là điện trở suất của lõi ở nhiệt độ 200C

Lõi cáp bằng đồng với hệ số nhiệt 20 = 0,00393 l/0C

Lõi cáp bằng nhôm với hệ số nhiệt 20 = 0,00403 l/0C

4.5 TỔN THẤT ĐIỆN MÔI

Tổn thất điện môi là công suất tiêu tán trong cách điện dưới tác động của điện

áp Với cáp có điện dung Cthì tổn thất ở điện áp xoay chiều U tính theo biểu thức:

Trong đó:

: là góc tổn hao điện môi được định nghĩa là tỉ số:

4.15