Giáo trình Cao áp - Chương 18

Giáo trình Cao áp Trường: BÁCH KHOA HÀ NỘI Giảng viên: TRẦN VĂN TỚP

Chương 18 : Đường dây cáp cao áp

18.1 Giới thiệu chung

9 Cáp là dẫn điện mềm được bọc cách điện cáp và bọc vỏ kim loại để ngăn chặn các tác dụng bên ngoài đối với cách điện như chênh lệch nhiệt độ cao, ngâm trong nước Chúng phải chịu sự thay đổi nhiệt độ lớn do dòng

điện làm việc và điều kiện nhiệt độ môi trường Trong những vùng thường bị động đất hoặc khi lắp đặt cáp trên những cây cầu, cáp và các đầu đấu nối phải có độ bền với dao động Đối với cáp chôn ngầm dưới đất, con người có thể gây hư hỏng cáp khi đào bới Khi đã được lắp đặt xong, cáp phải vận hành tin cậy trong nhiều thập niên Cáp điện khác các đường dây trên không bởi lớp cách điện, nơi mà ta có thể kiểm soát các thông số của chúng

9 Cấu tạo của cáp gồm một (hay nhiều) dây dẫn chính (lõi), cách điện đối với đất và giữa các lõi với nhau, vỏ kim loại và các lớp bọc bảo vệ

Dây dẫn (lõi)

Cách điện

Vỏ bọc

E max

E max

E max

E max

Cáp một lõi :

a) không có vỏ bọc b) có vỏ bọc

9 Vỏ bọc kim loại thường sử dụng bàng chì hoặc nhôm có nhiệm vụ bảo vệ lõi và cách điện đối với các tác dụng bên ngoài, mà trước 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 bi tum Vỏ bọc còn có tác dụng làm cho điện trường phân bố đều hơn và các đặc tính của cáp không phụ thuộc vào cách thức lắp đặt

9 Lớp bọc bảo vệ vỏ bọc kim loại và cách điện của cáp đối với các tác động bên ngoài, còn lớp sợi đay bảo vệ vỏ bọc chống ăn mòn

9 Tất cả các phần của cáp và bản thân phải có độ mềm dẻo cần thiết để có thể cuộn chúng quanh những tang trống dễ dàng trong vận chuyển, bảo quản và uốn theo địa hình khi thi công Chính vì thế lõi của cáp phải là dây xoắn từ nhiều dây nhỏ

9 Cách điện của cáp phải gánh chịu toàn bộ trọng lượng của dây dẫn (lõi) hoặc các ứng lực do uốn cáp khi cuộn cáp hoặc lắp đặt Vì thế cách điện của cáp yêu cầu phải có độ chịu uốn và độ bền cơ giới cần thiết Vật liệu cách điện dùng trong cáp phải là vật liệu có phẩm chất tốt (độ bền cách điện cao) để giảm kích thước của cáp

đồng thời còn phải có đủ độ bền cơ giới trong phạm vi nhiệt độ biến thiên tương đối rộng của nhiệt độ Độ bền cách điện cao của vật liệu cách điện cho phép giảm chiều dày cách điện, dẫn đến không chỉ làm giảm chi phí cách điện và các vật liệu của lớp vỏ bọc mà còn cải thiện điều kiện tản nhiệt và làm tăng dòng điện cực đại cho phép của cáp, cáp trở nên mềm dẻo hơn

9 Do tính chất các đường cáp cao áp thường lắp đặt ngầm nên có các yêu cầu rất cao về độ tin cậy làm việc (vì việc tìm kiếm các điểm sự cố và khắc phục chúng tốn nhiều thời gian và công sức)

9 Cũng cần nhấn mạnh rắng các đường cáp cao áp thường lắp đặt từ nhiều đoạn khác nhau (chiều dài mỗi cuộn cáp từ 250 - 1000 m) nối với nhau bởi những đầunối cáp, mà những điểm nối này (măng sông) được thực hiện tại hiện trường, công nghệ của chúng thường kém hơn nhiều so với nếu thực hiện trong nhà máy chế tạo cáp

9 Tuỳ theo kết cấu cách điện, cáp được phân chia thành các loại sau đây :

* Loại cáp tẩm dấu : vật liệu cách điện chủ yếu là giấy cáp được tẩm dấu Dầu tẩm là loại chất lóng cách

điện có nguồn gốc từ dầu mỏ pha nhựa thông để tăng độ nhớt và ngăn chặn quá trình oxy hoá

* Loại cáp đổ dầu : Vật liệu cách điện ngoài giấy cáp có có dầu cáp có thể lưu thông suốt dọc theo chiều

dài cáp

* Loại cáp chứa khí nén : Lõi cáp sau mỗi pha khi bọc cách điện (giấy cáp) và bọc vỏ chì sẽ được đặt

trong ống thép chứa khí nén

* Cáp siêu dẫn : Tương tự như cáp đổ dầu goặc cáp chứa khí nén còn có chất làm lạnh ở nhiệt độ rất thấp

(nitơ hoặc không khí hoá lỏng), vật liệu làm lõi cáp là nhứng vật liệu siêu dẫn

* Cáp khô dùng vật liệu cách điện là polyethylene mạch vòng (XLPE)

9 Theo nhiệm vụ, cáp được chia thành các loại sau đây :

* Cáp truyền tải

* Cáp phân phối

* Cáp chuyên dụng (cáp biển, cáp cho giao thống đường sắt, cáp cho ô tô, máy bay, cáp điều khiển, cáp cho công nghiệp háo dầu )

9 Trong phạm vi chương này chúng ta chỉ quan tâm đến loại cáp truyền tải cao áp Cáp có thể lắp đặt theo :

* Cáp chôn ngầm dưới đất

* Cáp đi ngầm dưới biển, ao hồ

* Cáp đặt trên mắt đất hoặc treo)vượt sông)

18.2 Kết cấu của cáp điện lực cao áp

18.2.1 Cáp tẩm dầu

9 Cáp cách điện giấy tẩm dầu được đưa vào sử dụng từ những năm 30 của thế kỷ XX trong các môi trường rất khác nhau : chôn ngầm, đường hầm, giếng sau ở các mỏ

9 Đối với cấp điện áp 35 kV trở xuống cáp, loại cáp giấy tẩm dầu được sử dụng rộng rãi trong đó cách điện là loại giấy tẩm dầu pha nhựa thông hoặc hợp chất không chảy có độ nhớt cao

9 Loại cáp tẩm dầu có ưu điểm so với loại cáp đổ dầu là ở các đầu nối cáp chất tẩm không bị rỉ ra ngoài do đó không tạo nên các khoảng trống bên trong Cáp tẩm bằng loại hỗn hợp không chảy có thể lắp đặt với chênh lệch độ cao giữa hai đầu cáp đến 300 m mà không tạo nên nguy hiểm chảy chất tẩm xuống đầu phía thấp và không xuất hiện khoảng trống cách điện không đợc tẩm ở đầu phía cao

9 Nhược điểm chủ yếu của loại cáp tẩm dầu nhớt là sự xuất hiện các bọc khí bên trong cáp ảnh hưởng xấu đến cách điện Một trong những nguyên nhân gây nên hiện tượng này là chu trình đốt nóng và nguội đi của cáp khi làm việc với phụ tải thay đổi thường xuyên Nguyên nhân hình thành các bọc khí là do hệ số giãn nở nhiệt của cách điện khác với của vỏ chì, khi phụ tải tăng, cáp bị phát nóng mạnh, vỏ chì bị căng phồng ra, khi phụ tải giảm cáp nguội đi, vỏ co lại ít hơn so với cách điện do đó hình thành các lỗ trống chứa đầy khí thoát ra từ chất cách điện Các bọc khí này ban đầu xuất hiện ở gần vỏ chì là nơi cường độ điện trường bé nhưng do khuếch tán chúng sẽ xuất hiện ở gần lõi Vì vậy trong các loại cáp tẩm dầu cường độ điện trường làm việc thường có trị

số không cao

9 Loại cáp tẩm dầu có thể chế tạo loại một lõi, ba lõi và bốn lỗi Trên hình vẽ sau cho mặt cắt của cáp tẩm dầu

ba lõi điện áp 6 kV Lõi có dạng hình rẻ quạt đẻ giảm đường kính ngoài của cáp Cách điện pha là băng giấy cáp rộng 10-30 mm dày 20-120 μm cuốn quanh dây dẫn sao cho khoảng cách giữa các mép giấy khoảng 1,5-3,5 m để khi uốn cáp băng giấy không bị hư hại Như vậy khe dầu giữa các mép băng giấy là những điểm cách

điện yếu nên khi cuốn cần chú ý là không để cho khe dầu của các lớp giấy trùng lên nhau

Cáp 3 pha lõi hình rẻ quạt : l- Lõi; 2- Cách điện pha; 3- Đai cách điện; 4- Độn chất dẻo; 5- Vỏ chì; 6- Lớp đệm; 7- Vỏ tôn; 8- Lớp nhựa bi tum

9 Khi cuốn xong, cách điện pha được sấy trong chân không ở nhiệt độ 120 - 135oC để khử ẩm và sau đó được tẩm dầu cũng trong chân không

9 Đặc tính cách điện của giấy dầu và giấy đã được tẩm dầu

9 Có thể nhận thấy, khi giấy đã được tẩm dầu thì cách lên được cải thiện rất nhiều

9 Đáng tiếc là cường độ cách điện của loại này lại giảm rất nhanh theo thời gian tác dạng của điện áp mà nguyên nhân chủ yếu là do sự hình thành các bọt khí (quá trình ion hóa các bọt khí ở gần lõi có thể xảy ngay cả khi điện áp không lớn lắm so với điện áp làm việc)

Quan hệ của điện áp chọc thủng của cáp theo thời gian tác dụng của điện áp :

1- cáp tẩm dầu;

2 - cáp đổ dầu

9 phóng điện và sự biến dạng của trường Hình thức phóng điện tỏa nhánh là một đặc điểm của phóng điện trong cáp, đường phóng điện có thể dài hàng mét

Quá trình phóng điện trong cáp tẩm dầu a) Ion hoá trong khe dầu đầu tiên; b) Hình thành khe dẫn điện trong lớp giấy thứ hai; c) Hình thành khe dẫn điện trong lớp giấy thứ hai; d) Khe dẫn

điện làm biến dạng điện trường, nguyên nhân phóng điện toả nhánh theo bề mặt lớp giấy

9 Sự phân bố điện trường trong cáp ba lõi không hòan toàn xuyên tâm, tạo nên thành phần trường theo bề mặt

đã làm yếu khả năng cách điện của cáp Do đó đối với cáp 20 và 35 kV, mỗi pha đều dùng vỏ chì rìêng 18.4b) hoặc có màn che chắn.Trong hai loại này lõl còn được bọc lớp giấy tráng kim loại nên khử được sự tăng cục bộ của điện trường trên bề mặt dây xoắn

a) Ba lõi dùng chung vỏ chì; b) Mỗi pha dùng vỏ chì riêng : 1- Dây dẫn; , 2- Cách điện; 3- Vỏ chì từng pha; 4- Độn chãt dêo; 5-Lớp giấy bọc; 6 Đai dùng hai lớp dây thêp; c) Môi pha có màn che kim loai riêng : 1- Dây dẫn; , 2- Cách điện; 3- Đai bằng lá

đồng mỏng; 4- Lớp giấy trung gian; 4- Độn giữa các pha; 6- Đai kim loại có nối với màn che kim loại; 7 -

Vỏ chì từng pha

9 Khi dùng vỏ chì rìêng do trường phân bố xuyên tâm nên có thể tăng cường độ trường làm việc của cách điện cao hơn hai lần so với khi dùng chung vỏ chì, đồng thời do điều klện tản nhiệt được cải thiện nên khả năng chuyên tải công suất tốt hơn

9 Độ dày cách điện và cường độ điện trường làm việc của cáp tẩm dầu

cho phép ,kV/mm

9 Khi dùng ở điện áp một chiều, các đặc tính đíện của loại cáp tẩm dầu tốt hơn nhiều vl khòng có khả năng hình thành phông điện tỏa nhánh Các bọt khi ở gần lõi cặp cũng bị ion hóa nhưng các ion được tạo nên sẽ lbám trên vách bọt khí làm giảm trường ngoài, do đó hạn chế quá trình ion hóa phát triển Chỉ khi các ion ềay chuyển dịch hết về các điện cực khác dấu thì mới tiếp tục có quá trình ion hóa mới Sự chuyển dịch này rất chậm vì

điện dẫn của các lớp cách điện bé do đó khả năng hình thành phóng điện toả nhánh bị hạn chế và thực tế không xảy ra Mặt khác do điện áp phân bố theo điện dẫn nên giấy cáchd điện tốt hơn sẽ phải chịu cường độ trường lớn, còn trong màng dầu trường giảm thấp Điều đó cho phép nâng cao cường độ trường làm việc tới mức 25 - 30 kV/mm nghĩa là gấp 5 lần so với của cáp xoay chiều

9 ở điện áp cao, người ta chế tạo cáp một sợi Cáp này bao gômg một lõi bằng đồng hoặc nhôm vặn xoắn rỗng Dây dẫn rỗng cho lưu thông dầu dưới áp suất cao để tẩm cách điện giấy và đảm bảo dẫn điện đồng đều

4

3

2

5 6

8 7

Mặt cắt của cáp một lõi điện áp 220 kV, cách điện giấy – dầu : 1 - đường ống dầu; 2 – lõi gồm các dây dẫn hình rẻ quạt; 3 – giấy bán dẫn và màn che khử từ; 4 – cách điện; 5- Màn che Hửchstọder và giấy bán dẫn; 6- Lớp bảo vệ bằng chì; 7- Lớp chịu áp suất; 8- Lớp bọc chất dẻo.

9 Cách điện được tạo bởi các lớp giấy tẩm dầu Lớp vỏ bọc gồm một vỏ chì và được bảo vệ bởi một lớp nhựa PVC ở điện áp thấp hơn 60 kV, cáp ba lõi có kết cấu như sau :

Mặt cắt cáp ba lõi điện áp 60 kV, cách điện giấy – dầu : 1 - lõi cáo bằng đồng; 2 –Bán dẫn điện; 3- Cách điện giấy; 4- Màn che Hửchstọder và giấy bán dẫn; 5 – lá thép xoắn bọc cách đienẹ; 6- lá đồng; 7- Vỏ chì; 8- bò giấy; 9- lớp vỏ chịu áp suất; 10- Lớp senlophan; 11- Vỏ bọc chất dẻo; 12- Lớp chịu lực kéo.

9 Do nhược điểm dễ hình thành các bọc khí khi phụ tải thay đổi, nên loại cáp tẩm dầu chỉ dùng ở điện áp xoay chiều tới 35 kV, còn ở điện áp cao hơn phải dùng các loại cáp đổ dầu, cáp dùng khí nén hoặc cáp XLPE Ngoài

ra loại cáp tẩm dầu, các đầu đấu nối, đầu cuối của cáp thường bị cháy dầu nên loại cáp XLPE được sử dụng càng ngày càng nhiều

18.2.2 Cáp đổ dầu

9 Cáp đổ dầu dùng ở điện áp cao (110 kV trở lên) và thường chỉ có một lõi.Trong loại cáp này dầu có áp suất cao

sẽ chảy dọc theo đường cáp để lấp kín các bọt khí được hình thành trong thời gian của các chu trình nhịêt Tăng áp suất dầu cong có mục đích tăng tăng khả năng cách điện của dầu và giảm kích thước của cáp Theo

áp suất dầu, cáp đổ dầu được phân thành các loại là cáp áp suất thấp (đến 0,2 MPa), áp suất trung bình (0,4-0,5 MPa) và áp suất cao (0,8-1,6 MPa) Đa số các loại cáp đổ dầu đều có áp suất 3 - 5 at, nên cường độ trường xoay chiều có thể đạt tới 6-8 kV/mm, gấp gần ba lần so với loại cáp tẩm dầu điện áp 20 - 35 kV Nếu tăng áp suất lên 10 - 15 at thì cường độ trường cho phép có fhể 10 - 15 kV/mm nhưng kết cấu rất phức tạp và phải tăng cường bằng những đai lớn Trên hình sau cho cấu tạo của cáp đổ dầu 220 kV áp suất trung bình, lõi cáp rỗng để cho dầu (áp suất 3at) có thể chuyển dịch tự do dọc theo đường cáp và thấm vào cách điện qua các lỗ nhỏ của lõi

Cấu tạo cáp đổ dầu 220 kV : 1- Khe dầu; 2- Lõi cáp; 3- Màn che chắn lõi cáp và cách điện bằng giấy phủ lớp bán dẫn điện;; 4- Giấy cách điện (giầy cáp) độ dày và mật độ khác nhau; 5- Vỏ chì; 6- Lớp

vỏ bằng băng chất dẻo; 7- Vỏ đồng để gia cố; 8- Lớp bảo; 9- Đai bằng dây thép

9 Trong các loại cáp đổ dầu cao áp điện áp 110-220 kV đặc biệt phải chú trọng vấn đề điều chỉnh phân bố điện trường Trước hết các lõi cáp được chế tạo từ các dây dẫn có tiết diện đặc biệt, không phải bằng dây dẫn tròn như đối với loại cáp dưới 35 kV Do đó bề mặt của lõi cáp bảng biện pháp này trở nên nhẵn hơn Ngoài ra lõi cáp còn phải được bọc bởi một lớp giấy phủ chất bán dẫn điện để tránh tạo thành những điển điện trường tăng cục bộ trên bề mặt lõi

9 ở Liên xô trước đấy loại cáp đổ dầu điện áp 110 - 150 kV thường là loại cáp áp suất cao 3 pha đặt trong ống kim loại bằng thép

Đường ống dầu với cáp đổ dầu ba lõi : 1- Lõi dẫn điện; 2- Cách

điện; 3- Vỏ bọc từng pha; 4- Lớp dây dẫn bán khuyên; 5- ống thép; 6- Dầu; 7- Lớp bảo vệ chống ăn mòn

9 Trong ống thép lấp đầy dầu dưới áp suất 1,5 MPa có đặt 3 lõi cáp tròn được tẩm bằng hỗn hợp nhớt Lớp vỏ bọc kín từng pha bằng chất dẻo (polyethylen hoặc vật liệu khác) nhằm ngăn cản tiếp xucứ cách điện với dầu trong ống và hơi ẩm trong quá trình vận chuyển và lắp đặt

9 Để giữ cho áp suất trong cáp không thay đổi trong thời gian vận hành, cách khoảng 1-2,5 km dọc theo đường cáp có đặt thùng áp lực và hộp phân chia Thùng áp lực là một hình vỏ kiểu lượn sóng chứa dầu và đặt trong thùng chứa khí nén như trên hình vẽ

Thùng áp lực : 1- Vỏ ngoài; 2-Bộ phận đàn hồi lấp đầy không khí; 3- Dỗu đã khử khí; 4-

áp kế; 5- ống nối với đường cáp

9 Khi cáp bị nóng thì áp suất dầu trong cáp tăng, dầu sẽ chảy vào bình lượn sóng và lúc này bình được dãn nở Khi cáp nguội lạnh, dầu sẽ chảy ngược vào cáp Hộp phân chia có tác dụng chia cáp ra nhiều đoạn khiến dầu không thể lưu thông với nhau Khoảng cách giữa các vị trí đặt thùng áp lực và hộp phân chia

được chọn sao cho biến đổi của áp suất ở khoảng giữa của đoạn cáp không vượt quá giới hạn cho phép

9 Hiện tượng rò dầu là một sự cố nghiêm trọng của loại cáp này, vì vậy dọc theo đường cáp phải đặt các đồng hồ

đo và báo hiệu tự động để thường xuyên theo dõi tình trạng áp suât của đầu

9 Trong cáp đổ dầu xác suất hình thành bọt khi rất bé và nếu có bọt khi thì do áp suất llớn nên quá trình ion hóa chỉ có để xảy ra khi cường độ trường lớn hơn nhiều so với cường độ trường làm việc Hình thức phóng điện chủ yếu trong loại cáp đổ dầu là phóng điện do nhiệt, xảy ra khi nhiệt lượng sinh ra bởi tổn hao điện môi vượt quá nhiệt lượng được tản ra ngoài Vì vậy vật liệu dùng trong cáp phải có tổn hao điện môi bé và trong quá trình chế tạo cần đo nhiều lần về trị số tgδ

9 ưu điểm của loại cáp đặt trong đường ống kim loại là đơn giản được kết cấu của lớp vỏ bọc chịu áp lực Tuy nhiên nó lại làm tăng khối lượng công việc khi lắp đặt cáp (hàn đường ống, tấy vết hàn, phủ lớp bọc chống ăn mòn) và đặc biệt tăng đáng kể lượng dầu và hệ thống đảm bảo áp suất dầu phức tạp hơn

9 Ngoài loại cáp nói trên còn dùng loại cấp chứa khí nén Loại chứa khí nitơ có cấu tạo tương tự như loại cáp đổ dầu

Cấu tạo loại cáp chứa khi nén : l- Lõi; 2- Cách điện; 3-, Vỏ chì; 4- ống thép; 5- Khí nén; 6- Lớp bảo vệ chống ăn mòn

9 Do áp suất của khi nén truyền vào cách điện của lõi nên các bọt khí cũng có áp suất cao và chỉ bị ion hóa khi cường độ trường lơn Thường khi nitơ được nén tới áp suất k khoảng 12 - 15 at Với áp suất này cho phép tăng cường độ trường làm việc tới 12 - 15 kV/mm

9 Nhược điểm của lòại cáp chứa khi nén là điều kiện tản nhiệt xấu nên việc sư dụng chúng ở điện áp cao bị hạn chế Hiện nay cáp chứa khì nên ữừợc dùng nhiều ở điện áp 35 kV trên các tuyến đường dốc hoặc yêu cầu đặt cáp thẳng đứng

9 Hiện nay loại khi SF6 là những loại khí có kllả năng cách điện cao hơn nhiều so với không khí cũng được sử dụng Độ bền điện của khí SF6 ở điều kiện bình thường vào khoảng 10 kV/mm tức là lớn hơn của không khí khoảng 3 lần

9 Loại cáp này đặt trong ống thép hai lớp đồng trục Lõi cáp được cố định vào ống thép bằng cách điện đỡ Việc gĩư áp suất được thực hiện bằng các bình khí nén có van tự động, điều khiển bởi tiếp điểm của áp kế

ống thép

Cách điện

đỡ

SF6 áp suất cao

Lõi cáp

Cấu tạo của cáp dùng khí nén SF6

9 Đường dây cáp dùng khí nén SF6 có nhiều ưu điểm của : kết cấu tương đối đơn giản, tổn hao nhỏ, khả năng khôi phục tính chất cách điện sau khi phóng điện, điện dung đơn vị bé Kết quả tính toán cho thấy đường dây này có hiệu quả kinh tế cao nếu dùng cho cáp điện áp siêu cao áp

18.2.3 Cáp cách điện khô

9 Loại cáp khô dùng cách điện XLPE (polyethylen mạch vòng) dùng cho mục đích truyền tải được nghiên cứư vào những năm 60 của thế kỷ XX.Loại cáp này gồm lõi cáp bằng đồng hoặc nhôm bện với cách điện ép và

được bảo vệ bởi lớp vỏ kim loịa và lớp bọc chống ăn mòn

1

4 3 2

5

Mặt cắt của loại cáp khô một lõi điện áp 60 kV cách điện chất dẻo : 1- Lõi đồng; 2- Lớp bán dẫn điện; 3-Cách điện Polyethylen

9 Một màng giấy bán dẫn điện được phủ bên ngoài lõi của cáp nhằm loại hạn chế tăng điện trường cục bộ trên

bề mặt dây dẫn Loại vật liêu này gồm bột than trộn với đồng polyme giữa ethylen và acộtate de vinyle (điện trở suất 5.10-2Ωm)

9 Đối với loại cáp sử dụng dưới nước (cáp vượt biển) còn có thêm một lớp vỏ chì và lớp bọc bên ngoài bằng lưới thép

9 Loại cáp XLPE dùng chủ yếu là để chôn ngầm dưới đất, và nó đang dần thay thế loại cáp giấy tẩm dầu truyền thống do có những ưu điểm vượt trội :

* Mềm dẻo, nhẹ và bền vững

* Không cần hệ thống duy trì áp suất của chất lỏng

* Bảo dưỡng nhanh hơn so với loại cáp tẩm dầu

* Phụ kiện đơn giản hơn

a) Lõi cáp

9 Các lõi cáp có tiết diện lớn hơn1000 mm2, được chế tạo bằng các thang dẫn hình rẻ quạt để giảm điện trở đối với dòng điện xoay chiều và hiệu ứng vỏ Lõi cáp bằng nhôm cũng được sử dụng rông rãi trong các lưới điện truyền tải Nhôm có khối lượng chỏi bằng một phần ba khối lương của đồng nhưng có thể truyền tải lượng công suất lớn gấp đôi đồng cùng trọng lượng

b) Cách điện

9 Tăng cường độ điện trường làm việc của cáp đòi hỏi phải có cách điện chất lượng rất cao Do đó yêu cầu các vật liệu sử dụng cho loại cáp cách điện chất dẻo phải đặc biệt tinh khiết Đảm bảo độ sạch phải được chú trọng ngay từ khâu sản xuất vật liệu thô

c) Vỏ bọc

9 Vois cường độ điện trường làm việc cao, cáp rất nhạy cảm với độ ẩm Để ngăn cảm nước và hơi nước thấm sâu vào trong cáp, nó phải được bảo vệ bởi lớp vỏ bọc bằng chất dẻo polyethylene Bên ngoài lớp cách điện

đặt một lớp vỏ kim loại kín bằng nhôm hoạc chì đùn trực tiếp, không hàn hoặc bằng đồng hàn hoặc đấu nối

a)

c)

Cáp cao áp và siêu cao áp cách điện chất dẻo a) 45 kV cách điện EPR;

b) 150 kV cách điện XLPE 500 mm2 c) 220 kV cách điện XLPE 2000 mm2;

d) 400 kV cách điện XLPE 800 mm2

b) Công nghệ cáp siêu cao áp 420 cách điện PPLP và XLPE

9 Đối với điện áp đặc biệt cao 420 kV sử dụng hai loại cáp :

* Cáp cách điện PPLP : cách điện của loại cáp này thực hiện bằng băng ba lớp giấy và poleyropylen tẩm dầu

* Cáp cách điện XLPE (polyethylen mạch vòng)

Cách điện PPLP

9 Đối với cấp điện áp siêu cao áp (400 kV và lớn hơn, loại băng cách điện là PPLP (Poly Propylene Laminated Paper), được sử dụng Loại băng cách điện này đã tổng hợp được công nghệ cáp giấy tẩm dầu truyền thống với các tính chất cách điện tuyệt vời của cách điện chất dẻo PPLP là băng cách điện ba lớp gồm một lớp polỷpopylen giữa hai loáp giấy cáp Polypropylen (PP) cải thiện chất lượng cách điện, còn giấy đảm bảo lưu thông dầu giữa các lớp So với loại cách điện giấy tẩm dầu, PPLP có điện áp phóng điện cao hơn, đặc biệt có tổn hao điện môi bé hơn

9 Loại cách điện này xuất hiện vào những năm 80 của thế kỹ XX được dùng cách điện cho loại cáp từ 400 kV trở lên do giá thành cao hơn loại cách điện giấy tẩm dầu Mặt khác loại cáp cách điện XLPE được dùng cáng ngáy càng nhiều cho loại cáp điện áp từ 220 đến 400 kV

Cách điện XLPE

9 Polyethylen mach vòng (XLPE) xuất hiện vào nhứng năm 70 của thế kỷ XX Ban đầu loại cách điện này sử dụng cho loại cáp trung áp, ngày nay nó cũng được dùng làm cách điện cho điện áp siêu cao áp

20.5 Triển vọng của loại cáp cao áp nhiệt độ thấp : cáp hyper-conducteur và cáp siêu dẫn

9 Kỹ thuật này dựa trên đặc tính vật lý của vật liệu ở nhiệt độ rất thấp Người ta phân loại :

* hyperconductivity : điện trở suất của một số vật liệu dẫn điện rất tinh khiết (đồng, nhôm) giảm nhanh khi nhiệt độ giảm (nhưng khác không ở nhiệt độ không tuyệt đối)

* Siêu dẫn : điện trở suất của một số vật liệu đặc biệt giảm đột ngột xuống không khi nhiệt độ đạt tới ngường TC (nhiệt độ Curie)

Cáp hyperconductor

9 Cáp hyperconductor ba pha gồm 4 ống bằng đồng hoặc nhôm, nitơ lỏng hoặc hydro (<70 K) lưu thông trong ba ống bên trong (dây dẫn pha) Mỗi lõi được bọc một lớp cách điện và mànn che để cân bằng điện trường

N 2 ou H 2 liquide

isolation ộlectrique

Cu ou Al hyperconducteur

ộcran isolation thermique

Cáp hyperconducteur ba pha

9 Khoảng trống giữa các pha và ống ngoài cúng cùng cho lưu thông chất lóng làm lạnh Bên ngoài cùng có một lớp cách nhiệt có nhiệm vụ giảm tổn thất nhiệt

Cáp siêu dẫn

9 Loại cáp siêu dấn ba pha hoàn toàn tương tự loại cáp hyperconducteur trên đây, ngoại trừ các điểm sau đây :

* Lõi dẫn điện là vật liệu siêu dẫn (ví dụ niobium)

* Chất làm lạnh là Heli lỏng (T<10 K)

* Lớp cách nhiệt phía ngoài được làm lạnh bằng nitơ hoá lỏng (T<70 K)

Cáp siêu dẫn có khả năng truyền tải công suất tự nhiên đến 4GVA

isolation ộlectrique

supraconducteur Nb ộcran

isolation thermique

ộcran supraconducteur Nb

Cáp ba pha siêu dẫn

18.3 Thí nghiệm cáp cao áp

9 Mức cách điện của cáp xác định trị số điện áp thí nghiệm đảm chế độ làm việc tin cậy của cáp khi có quá điện

áp khí quyển cũng như quá điện áp nội bộ

9 Tai các nhà máy sản xuất cáp tẩm dầu và cáp đổ dầu, cách điện được thí nghiệm bằng điện áp xoay chiều

Điện áp thí nghiệm vào khoảng 2,5Uđm Đối với loại cáp chứa khi nén và cáp khô chỉ tiến hành thí nghiệm với

điện áp mộl chiều vì nếu dùng điện áp xoay chiều thì xác suấl hình thành bọt khí rất lớn, có thể dẫn đến phóng

điện tỏa nhánh làm hỏng cách điện ngay trong quá trình thí nghiệm Điện áp thí nghiệm một chiều bằng điện (3,5-4)Uđm, thời gian thí nghiệm trong khoảng 10-12 phút Cáp điện áp cao (từ 110 kV trở lên) được thí nghiệm mẫu bằng điện áp xung dạng toàn sóng biên độ (4-5)Uđm Điện áp thí nghiệm lần lượt đặt vào từng lói, các lõi còn lại và vỏ cáp được nối đất

9 Tại nhà máy sản xuất các hạng mục thí nghiệm được tiến hành trên từng đoạn cáp gồm các mục đo điện trở của lõi, điện trở cách điện và thí nghiệm điện áp xoay chiếu Ngoài ra còn phải tiến hành đo trị số tgδ, đặc biệt