Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lưới điện truyển tải

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Trong tình hình phát triển hệ thống điện của việt nam hiện nay, việc ngầm hóa hệ thống điện là yêu cầu cấp thiết khi cáp ngầm điện có những ưu điểm rất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

-TRẦN VĂN DŨNG XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ CÁP NGẦM LƯỚI

ĐIỆN TRUYỀN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH

sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn

PGS.TS Nguyễn Thanh Phương

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRẦN VĂN DŨNG Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 20/08/1983 Nơi sinh: Bến Tre Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV:

1341830052

I- Tên đề tài:

Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lưới điện truyền tải.

II- Nhiệm vụ và nội dung:

Luận văn “Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lưới điện truyền tải” có nội dung chủ yếu:

Tầm quan trọng của luận văn

Phân loại và sự ảnh hưởng của các loại sự cố lên lưới điện truyền tải

Xây dựng phương trình và giải thuật để tính toán vị trí sự cố và giá trị điện trởtại điểm sự cố

Dùng phần mềm Matlab 2015 mô phỏng cho phương pháp đề xuất

Kết quả nghiên cứu của luận văn

III- Ngày giao nhiệm vụ: 26/5/2015

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 26/11/2015

V- Cán bộ hướng dẫn:PGS TS TRƯƠNG VIỆT ANH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS Trương Việt Anh PGS.TS Nguyen Thanh Phuong

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được aicông bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2016

TRẦN VĂN DŨNG

LỜI CẢM ƠNTôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Trương Việt Anh,

người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện quyểnluận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn đến các thầy, cô trường Đại Học Công NghệTP.HCM đã tận tình nhận xét và đóng góp nhằm hoàn thiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện- Điện Tử trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM, các cán bộ phòng Đào Tạo đã giúp đỡ tôi rất

nhiều trong suốt quá trình học tập và trong quá trình hoàn thành quyển luận vănnày

Tôi xin cảm ơn các bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên và tạo mọiđiều kiện để tôi hoàn thành luận văn này

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ và người thân đã luôn ở bên

tôi và động viên tôi rất nhiều để tôi hoàn thành khóa học này

Trần Văn Dũng

TÓM TẮT

Việc nhanh chóng xác định vị trí sự cố ngắn mạch rất quang trọng trong lướitruyền tải đặc trưng chiều dài truyền tải lớn Thời gian xác định vị trí ngắn mạchcàng nhanh thì công tác chuẩn bị khắc phục sự cố để khôi phục hoạt động bìnhthường trên lưới càng nhanh chóng và thuận tiện Vấn đề này đặt biệt hữu ích đốivới các vùng có địa hình khó khăn hay các đường dây ngầm mà lưới điện truyền tải

đi qua khi hầu như không thể quang sát được bằng mắt thường

Để thực hiện nhiệm vụ xác định vị tr sự cố ngắn mạch trên lưới cáp ngầmtruyền tải , nhiều nghiên cứu đã được thực hiện và đã có nhiều thiết bị xây ựng ựatrên các nghiên cứu này được chế tạo để xác định vị tr ngắn mạch cáp ngầm Thống

kê các nghiên cứu đã được thực hiện từ trước đến nay trong lĩnh vực phát hiện vị tr ngắn mạch được phân thành ba phương pháp ch nh đó là phương pháp bơm xung phản xạ vào đoạn cáp bị sự cố ngắn mạch th o các nghiên cứu trong và , phương pháp t nh toán vị tr ngắn mạch th o nghiên cứu trong , phương pháp ùng phân t ch sóng ng điện và điện áp tần số cao th o các nghiên cứu trong - Các nghiên cứu trong và ch được thực hiện bằng các máy phát xungchuyên ụng có tần số cao và ch xác định được vị tr ngắn mạch sau khi đã cô lậplưới điện Điều này làm tăng thời gian mất điện, giảm chất lượng cung cấp điện vàphải đầu tư khá lớn cho máy tạo xung công suất lớn, tần số cao và yêu cầu thiết bị

đo lường chất lượng tốt với tần số đo lớn rất mắc tiền Phương pháp được đề xuấttrong 3 sử dụng phương pháp giải lặp nên sai số tính toán khá cao Các nghiên cứutrong - yêu cầu phải có các thiết bị đo tần số cao với độ phân giải lớn nên thiết

bị phải được thiết kế với yêu cầu kỹ thuật khắc kh làm tăng giá thành thiết bị

ua phân t ch về các giải thuật xác định vị tr ngắn mạch đã được thực thi, với

t nh chất thuần trở của điện trở hồ quang được kh ng định trong , luận văn đềxuất một phương pháp xác định vị tr ngắn mạch ựa trên phương pháp t ng trở kếthợp với đặc t nh thuần trở của điện trở ngắn mạch

ABSTRACT

Fault location is very important in power network with the long distance oftransmission lines Fault location time effect repair time of transmission powercables Reducing of fault location time mean increasing power quality of powergrid Especially, full of obstacles and difficult of access topography area orunderground cables, fault location approach is more useful when the sisual checkingare impossible

There are some researchs on fault location matter in power cables were donerecently There are three approach groups in this field The first is reflection wave,

w r known as tim omain r fl ctom try (TDR) for current and voltage source, theapproach were representation in [1] and [2] The sencond is impedance-baseapproach, the approach used the characteristic of impedance in the power grid forcalculation current and voltage in the power network for find short circuit point, thisway was represented in [3] The last approach is wavelet analysis, this way base ontraveling wave of transent stage of network when fault occur, was represented in [4-7] There are some limited conditions in the first and the third approachs whenapply to power network for fault location The first approach was practise whenfault section is isolation from power grid and they need the special device whichcan make high voltage pulses and sensitive sensors for receiving reflection wave.This disadvantage increasing fault location time and the device cost is too high.Impedance-base approach in [3] have less cost than the first approach but theaccuracy is low The third approach no need special pulse maker as the firstapproach but they need the high accuracy, high frequency measurement equipmentwhich is high cost

Base on the analyses of those fault location approachs as above, this thesispropose the new fault location approach base on impedance and arc resistorcharacteristic was proposed in [9] This appraoch no need the sensitivemeasurement equipment and more accuracy than impedance-base others

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT

iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC HÌNH

viii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1

Đặt vấn đề 1

1.2 Nhiệm vụ của luận văn 2

1.3 Phạm vi nghiên cứu 3

Phương pháp nghiên cứu 3

.5 Điểm mới của luận văn 3

1.6 Giá trị thực tiễn của đề tài 4

1.7 Các nghiên cứu khoa học liên quan .4

Phương pháp xung phản xạ 5

Phương pháp t ng trở 6

Phương pháp phân t ch sóng truyền 6

Hướng nghiên cứu của luận văn 7

CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

Hệ thống điện và các thành phần cơ bản của hệ thống điện 8

Hệ thống sản xuất điện năng 9

Hệ thống truyền tải điện năng 10

Hệ thống tiêu thụ điện năng 12

2.2 Cáp ngầm điện lực 12

2.2.1 So sánh giữa cáp ngầm điện lực và đường dây trên không 13

Ưu điểm của cáp ngầm điện lực 13

Nhược điểm của cáp ngầm điện lực 14

2.2.1.3 Xu thế phát triển của cáp ngầm điện lực hiên nay 15

2.2.2 Cấu tạo cáp ngầm điện lực 15

2.2.2.1 Nguyên tắc chung về thiết kế cáp ngầm điện lực 16

2.2.2.2 Vật liệu dẫn điện 16

2.2.2.3 Vật liệu cách điện 17

2.2.2.4 Vỏ bọc dây cáp ngầm điện lực (Sheaths) 20

.5Màn ngăn sợi cáp ngầm điện lực (screening) 20

2.2.2.6 Vỏ thép bảo vệ 21

Ngắn mạch trong cáp ngầm điện lực 21

2.3.1 Các nguyên nhân gây ngắn mạch cáp ngầm 21

Ngắn mạch một pha chạm đất 22

Ngắn mạch hai pha chạm đất 24

2.3.4 Ngắn mạch ba pha chạm đất 25

2.4 Nhận dạng các dạng ngắn dạng cáp ngầm điện lực 27

.5 Hồ quang điện 27

.5 Hiện tượng hồ quang điện 27

.5 hái niệm chung 27

.5 uá trình phát sinh hồ quang 28

2.5.1.3 Quá trình ập tắt hồ quang 29

.5 Điện trở hồ quang điện trong sự cố ngắn mạch 30

CHƯƠNG : PHƯƠNG TRÌNH TINH TOÁN 32

3 T ng trở đường ây điện 32

3.1.3 T ng trở phụ tải ba pha 34

3.2 T nh toán điện trở ngắn mạch khi biết vị trí ngắn mạch 35

3.3 Phương pháp xác định vị trí ngắn mạch cáp ngầm được đề xuất 36

3.4 Lưu đồ và giải thuật t nh toán mô phỏng 37

Lưu đồ t nh toán cho chương trình ch nh 37

Lưu đồ chương trình con t nh toán vị tr và điện trở sự cố 39

CHƯƠNG : MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG 42

Mô hình hóa các khối trong lưới điện phân phối được mô phỏng 42

hối nguồn phát điện 42

hối đường ây truyền tải 45

hối phụ tải 47

hối sự cố ngắn mạch 49

.5 hối thu nhận và xử l t n hiệu 50

.6 Mô hình lưới điện truyền tải được mô phỏng .51

4.1 ết nối các khối trong mạch mô phỏng 52

ết quả mô phỏng khi ự báo đúng phụ tải trên lưới điện truyền tải .53

Sự cố ngắn mạch pha a chạm đất 53

Sự cố ngắn mạch pha b chạm đất 55

Sự cố ngắn mạch pha c chạm đất 57

Sự cố ngắn mạch hai pha a b chạm đất 59

.5 Sự cố ngắn mạch hai pha a c chạm đất 62

.6 Sự cố ngắn mạch hai pha b c chạm đất 64

Sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất 66

Nhận xét 68

5.1 Các vấn đề được thực hiện trong luận văn 69

5 Đề nghị và các hướng phát triển của luận văn .70

TÀI LIỆ THAM HẢO 71

PHỤ LỤC 1

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình Mô hình minh họa cho hệ thống điện 9

Hình Nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island tại bang Pennsylvania 9

Hình Thủy điện đak mi 10

Hình Đường dây 500KV bắc nam 11

Hình 5 L nấu thép bằng điện 12

Hình 6 Mặt cắt ngang một số cáp ngầm cách điện giấy tẩm dầu 18

Hình Cấu tạo cáp ngầm điện lực ùng cáchđiện XLPE 19

Hình Cấu tạo cáp ngầm điện lực ùng cách điện EPR 20

Hình Dạng sóng ng điện khi có sự cố ngắn mạch một pha chạm đất 23

Hình Dạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch một pha chạm đất 24

Hình Dạng sóng ng điện khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất 25

Hình Dạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất 25

Hình Dạng sóng ng điện khi có sự cố ngắn mạch ba pha 26

Hình Dạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch ba pha 26

Hình 5 ảng nhận biết loại sự cố ngắn mạch 27

Hình 3 1 Mô hình đường ây có t ng trở tương h .32

Hình Đường dây truyền tải có sự cố ngắn mạch chạm đất 35

Hình Lưu đồ chương trình t nh toán sự cố ngắn mạch 38

Hình Lưu đồ tính toán vị trí sự cố cho các chương trình con 41

Hình Mô hình nguồn điện áp cấp cho đường ây truyền tải 43

Hình Giao iện xác định các thông số cho nguồn điện ba pha 43

Hình Mô hình đường ây truyền tải 45

Hình Giao iện xây ựng các thông số cho đường dây ba pha 46

Hình 5 Mô hình khối phụ tải 47

Hình 6 Giao iện xây ựng các thông số cho khối phụ tải 48

Hình Sơ đồ kết nối khối tạo sự cố 50

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề

Trong tình hình phát triển hệ thống điện của việt nam hiện nay, việc ngầm hóa

hệ thống điện là yêu cầu cấp thiết khi cáp ngầm điện có những ưu điểm rất lớn màcác đường dây trên không không thể có được hay việc thi công lưới điện tại nhữngnơi có địa hình khó khăn không thể ùng các đường ây trên không như lưới điệnvượt biển, băng sông Việc ngầm hóa hệ thống điện năng đối với lưới điện truyềntải trong môi trường đô thị là một yêu cầu tất yếu khi chi phí xây dựng và giảiphóng mặt bằng quá cao và việc đảm bảo toàn cho việc vận hành đường dây cao áptrên không cũng như của ân cư đông đúc bên ưới là rất khó khăn và tốn kém.Hiện nay, việc ngầm hóa lưới điện truyền tải đang iễn ra nhanh chóng vàngày càng mở rộng Cùng với việc dùng cáp ngầm thay thế cho dây dẫn điện trênkhông đã nảy sinh yêu cầu đảm bảo yếu tố vận hành an toàn và hiệu quả đường dâycáp ngầm Không giống đường ây trên không, đường dây cáp ngầm khi bị sự cốthường rất khó để phát hiện vị trí sự cố o chúng được đặt ngầm trong đất hay ướiđáy biển nên không thể phát hiện bằng mắt thường

Do đó, yêu cầu cấp thiết được đặt ra đối với đường dây cáp ngầm là phải cómột giải pháp hiệu quả để xác định nhanh vị trí ngắn mạch để có nhanh chóng tiếnhành sửa chữa đoạn cáp bị ngắn mạch Trong quá trình vận hành, đường dây phânphối điện có thể gặp những sự cố ngắn mạch do sự rạn nứt cách điện sau một thờigian vận hành gây lão hóa cách điện, cũng có thể do trong quá trình xây dựng, cáchđiện bị rạn nứt mà không phát hiện ra, theo thời gian bị nước ngấm vào gây nên sự

cố Khi xảy ra sự cố tại bất kỳ một phần tử nào trên đường ây, rơ l bảo vệ sẽ tácđộng tách toàn bộ các thiết bị và đường ây sau rơ l ra khỏi hệ thống điện và loạitrừ sự ảnh hưởng của nhánh bị sự cố lên các thành phần khác trên hệ thống điện.Việc nhanh chóng xác định vị trí sự cố ngắn mạch rất quang trọng trong lướitruyền tải đặc trưng chiều dài truyền tải lớn Thời gian xác định vị trí ngắn mạchcàng nhanh thì công tác chuẩn bị khắc phục sự cố để khôi phục hoạt động bìnhthường trên lưới càng nhanh chóng và thuận tiện

Để thực hiện nhiệm vụ xác định vị tr sự cố ngắn mạch trên lưới cáp ngầm truyền tải , nhiều nghiên cứu đã được thực hiện và đã có nhiều thiết bị xây ựng ựatrên các nghiên cứu này được chế tạo để xác định vị tr ngắn mạch cáp ngầm Thống

kê các nghiên cứu đã được thực hiện từ trước đến nay trong lĩnh vực phát hiện vị tr ngắn mạch được phân thành ba phương pháp ch nh đó là phương pháp bơm xung phản xạ vào đoạn cáp bị sự cố ngắn mạch th o các nghiên cứu trong và , phương pháp t nh toán vị tr ngắn mạch th o nghiên cứu trong , phương pháp ùng phân t ch sóng ng điện và điện áp tần số cao th o các nghiên cứu trong - Các nghiên cứu trong và ch được thực hiện bằng các máy phát xungchuyên ụng có tần số cao và ch xác định được vị tr ngắn mạch sau khi đã cô lậplưới điện Điều này làm tăng thời gian mất điện, giảm chất lượng cung cấp điện vàphải đầu tư khá lớn cho máy tạo xung công suất lớn, tần số cao và yêu cầu thiết bị

đo lường chất lượng tốt với tần số đo lớn rất mắc tiền Phương pháp được đề xuấttrong ch có thể xác định được vị tr ngắn mạch sau khi đã định vị được đoạn ngắnmạch chứ không thể xác định được đoạn ngắn mạch nên bị hạn chế trong lưới điệnphân phối Các nghiên cứu trong - yêu cầu phải có các thiết bị đo tần số cao với

độ phân giải lớn nên thiết bị phải được thiết kế với yêu cầu kỹ thuật khắc kh làmtăng giá thành thiết bị

ua phân t ch về các giải thuật xác định vị tr ngắn mạch đã được thực thi, với

t nh chất thuần trở của điện trở hồ quang được kh ng định trong , luận văn đềxuất một phương pháp xác định vị tr ngắn mạch ựa trên phương pháp t ng trở kếthợp với đặc t nh thuần trở của điện trở ngắn mạch

1.2 Nhiệm vụ của luận văn

Luận văn “Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lưới điện truyền tải” có nội dung chủ yếu:

- Tầm quan trọng của luận văn

- Phân loại và sự ảnh hưởng của các loại sự cố lên lưới điện truyền tải

- Xây dựng phương trình và giải thuật để t nh toán vị tr sự cố và giá trị điệntrở tại điểm sự cố

- Dùng phần mềm Matlab 2015 mô phỏng cho phương pháp được đề xuất

- Kết quả nghiên cứu của luận văn

1.3 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu các thông số ch nh trên một lưới điện truyền tải

- Nghiên cứu phương pháp t nh toán vị tr ngắn mạch đã được đề xuất

- Nghiên cứu tính toán các thông số và ảnh hưởng của các thông số lên ngđiện và điện áp ngắn mạch khi có sự cố ngắn mạch xảy ra

- Nghiên cứu về các loại sự cố trên lưới điện truyền tải và cách phân loại cácloại sự cố khi có sự cố xảy ra

- Đề xuất giải thuật xác định vị tr và điện trở sự cố cho các sự cố ngắn mạch

- Đưa ra mô hình mô phỏng để đánh giá kết quả của giải thuật xác định vị tr

sự cố đã đề ra

- Áp dụng kết quả để tiến đến kiểm chứng kết quả trên hệ thống thực tế

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu

- Nghiên cứu các mô hình lưới điện truyền tải hiện hành Các thông số trênlưới điện và ảnh hưởng của các thông số lên hoạt động của hệ thống điện

- Xây ựng giải thuật xác định vị tr và điện trở sự cố cho lưới điện truyền tải

- Xây dựng mô hình mô phỏng cho giải thuật đề ra, từ đó tiến hành t nh toán

và xác định các trường hợp có thể xuất hiện khi ứng ụng vào thực tế

- Phân tích các kết quả nhận được và các kiến nghị

- Đánh giá t ng quát toàn bộ luận văn Đề nghị hướng phát triển của đề tài

1.5 Điểm mới của luận văn

- Tìm ra cách xác định các thông số hệ thống cho một đường ây truyền tải

- Đưa ra giải thuật và chương trình mới để xác định vị tr sự cố và điện trở sự

cố cho mạch một cách nhanh chóng mà không cần thêm các thiết bị phức tạpnào khác

- Góp phần nâng cao chất lượng và hoạt động tin cậy hơn cho lưới điện truyềntải

- Giảm thiểu thời gian gián đoạn của hệ thống điện khi sự cố xảy ra cũng như giảm thiểu chi ph vận hành của hệ thống khi gặp sự cố ngắn mạch

1.6 Giá trị thực tiễn của đề tài

Với mục đ ch xác định ch nh xác đoạn ngắn mạch và vị tr ngắn mạch trênlưới truyền tải, khi đi vào thực tế hoạt động, thiết bị sẽ góp phần giảm thiểu thờigian mất điện do giảm đi khoảng thời gian rất lớn để xác định vị trí ngắn mạch khi

có sự cố xảy ra Đồng thời, với ưu điểm là không sử ụng thêm các thiết bị chuyênụng từ bên ngoài nên sẽ giảm được rất nhiều chi ph mua sắm trang thiết bị cũngnhư chi ph vận hành cho các thiết bị chuyên ụng đi kèm này Điều này góp phầngiảm đáng kể chi ph cho lưới điện trong quá trình xây ựng cũng như vận hànhhoạt động hệ thống lưới điện truyền tải

Ch nh vì vậy, đề tài “Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lưới điện truyền tải” đượcthực hiện nhằm mục đ ch góp thêm một giải pháp hữu ch để nâng cao chất lượngvận hành cho lưới điện truyền tải

Từ công việc nghiên cứu của luận văn:

- Nhận được kết quả từ một mô hình mô phỏng cho một lưới điện truyền tải với các thông số lưới thực tế

- Ứng dụng rộng rãi trong các trạm truyền tải trong hệ thống điện nhằm xácđịnh nhanh các sự cố và vị tr của chúng trên lưới

- Giúp các nhà hoạch định có thêm một giải pháp nhằm nâng cao độ n định

và vận hành tốt lưới điện

- Sử dụng làm tài liệu giảng dạy

- Giúp cho các nhà thiết kế các tài liệu quan trọng trong tính toán thiết kế hệ thống điện hiệu quả hơn bằng các phần mềm mô phỏng hệ thống điện

1.7 Các nghiên cứu khoa học liên quan.

Có nhiều nghiên cứu được thực hiện trong những năm gần đây nhằm mục đ chxác định vị tr ngắn mạch một cách nhanh chóng và ch nh xác nhất có thể Tuynhiên, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào hướng nghiên cứu ùng xung ng

Để xác định vị tr sự cố, một xung áp được phát vào trong ây truyền ẫn, khigặp vị tr sự cố thì sẽ xuất hiện xung phản xạ hồi về Dựa vào độ lớn và góc pha hồi

về ta có thể xác định được vị tr sự cố trên lưới Phương pháp này gần giống nguyên

l hoạt động của ra a chủ động

Phương pháp xung phản xạ xác định vị tr ngắn mạch lưới điện truyền tải được trình bày cụ thể trong và Xung phản xạ bao gồm hai ạng chủ yếu đó là xung điện áp và xung ng điện Đặc điểm của các xung này là có tần số cao, biên

độ lớn nên để thu được các xung phản xạ từ điểm sự cố ngắn mạch trở về thì thiết bị

đo phải có chất lượng tốt với thời gian lấy mẫu phải đủ nhỏ vài H và biên độ đo lường lớn vài V Giá thành thiết bị đo lường thường rất cao để có thể đạt được các yêu cầu kỹ thuật cao của phương pháp bơm xung ng điện và điện áp để xác định vị tr ngắn mạch Ngoài ra, thiết bị xác định vị tr ngắn mạch bằng phương pháp xung phản xạ yêu cầu lưới điện phải cách ly khỏi hệ thống khi hoạt động Đây

là một điểm yếu cố hữu của các thiết bị loại này khi thời gian ùng để xác định vị tr

sự cố ngắn mạch bị kéo ài o phải mất một khoảng thời gian để đưa thiết bị đến nơi có sự cố ngắn mạch để đo đạt

Do cần một khoảng thời gian ài để có thể xác định được vị trí ngắn mạchcũng như yêu cầu phải cách ly hoàn toàn đoạn dây truyền tải khỏi lưới điện truyềntải trong quá trình làm việc và chi phí thiết bị khá đắt nên phương pháp rất khó đểchế tạo các thiết bị quy mô lớn và áp dụng đại trà trên lưới điện phân phối

1.7.2 Phương pháp t ng tr

Phương pháp t ng trở để xác định vị tr ngắn mạch là phương pháp ựa trênviệc t nh toán ng điện và điện áp cùng với số liệu về t ng trở đường ây trongquá trình vận hành lưới ngay trước sự cố ngắn mạch xảy ra để t nh toán vị tr ngắnmạch Nghiên cứu trong của An ré D ilom na và các cộng sự là một trong các

th ụ về phương pháp t ng trở Ưu điểm của phương pháp này ch nh là các thiết bị

đo ch cần đo ng điện và điện áp tại tần số cơ bản của lưới điện 5 H hoặc60Hz) nên yêu cầu về chất lượng đo lường không quá cao về tần số đo lường nêngiá thành thiết bị r hơn nhiều so với thiết bị đo lường trong phương pháp xungphản xạ Tuy nhiên, phương pháp này có một nhược điểm là phải ự báo được phụtải trên lưới điện truyền tải Tuy nhiên, ngày nay với các thiết bị giám sát hệ thốngđiện phương pháp ngày càng tiên tiến và hoạt động onlin trên lưới điện truyền tảivới khả năng cập nhật liên tục công suất tại các nút phụ tải thì vấn đề ự đoán phụtải trong xác định vị tr ngắn mạch là không c n quá quang trọng Với ưu điểm củamình, phương pháp xác định vị tr ngắn mạch ựa trên t ng trở hệ thống luôn được

ưu tiên nghiên cứu

Đây là một phương pháp được chú ý phát triển cùng với sự phát triển ngàycàng nhanh chóng của các kỹ thuật đo lường ch nh xác cao trong lĩnh vực điện tử.Phương pháp này có độ ch nh xác rất cao với sự trợ giúp hữu hiệu của các thiết bị

đo tiên tiến, cùng với nó là các phép biến đ i toán học như biến đ i Clark, biến đ iFurrier

Tuy nhiên, nhìn chung các thiết bị này có giá thành c n quá cao o yêu cầu kỹthuật khắc kh khi phải đo lường tại các tần số nhiễu hài cao nên hầu như không thểtriển khai lắp đặt đại trà cho hệ thống lưới điện phân phối Việc triển khai đo đạt giátrị tức thời đối với ng điện và điện áp tại tần số cao trong suốt quá trình hoạt độngcủa lưới điện là một việc làm rất tốn kém nếu phát triển và áp dụng đồng loạt tại cáctrạm biến áp

1 Hướng nghiên cứ của l ận văn

- Đề xuất một phương pháp xác định vị tr sự cố mới ựa trên t ng trở hệthống lưới điện truyền tải

- Xây ựng một giải thuật xác định vị tr sự cố ựa trên các thông số ng điện

và điện áp đo được trên tại điểm đầu lưới điện truyền tải

- Xây ựng giải pháp xác định vị tr sự cố có thể hoạt động khi lưới điện đangvận hành

- Xây ựng giải pháp xác định vị tr sự cố sao cho không phải ùng thêm cácthiết bị h trợ tạo xung ng điện hay điện áp đưa vào hệ thống truyền ẫncần xác định

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Hệ thống điện và các thành phần cơ ản của hệ thống điện

Hệ thống điện là tập hợp các phần tử tham gia vào quá trình sản suất, truyềntải và tiêu thụ năng lượng

Các phần tử của hệ thống điện được chia làm hai nhóm:

- Các phần tử tự lực làm nhiệm vụ sản xuất, biến đ i, truyền tải, phân phối và

sử ụng điện năng như máy phát, đường ây truyền tải điện và các thiết bịùng điện

- Các phần tử điều ch nh làm nhiệm vụ điều ch nh và biến đ i trạng thái hệthống điện như điều ch nh k ch từ máy phát đồng bộ, điều ch nh tần số, bảo

vệ rơl , máy cắt điện

M i phần tử của hệ thống điện được đặc trưng bởi các thông số, các thông sốnày được xác định về lượng bởi t nh chất vật lý của các phần tử, sơ đồ liên lạc giữachúng và nhiều sự giản ước t nh toán khác V ụ: t ng trở, t ng ẫn của đường ây,

hệ số biến, khuếch đại của bộ phận tự động điều ch nh k ch th ch Các thông số củacác phần tử cũng được gọi là các thông số của hệ thống điện

Nhiều thông số của hệ thống điện là các đại lượng phi tuyến, giá trị của chúngphụ thuộc vào ng công suất, tần số như là t ng trở, t ng ẫn, độ từ hóa Trongphần lớn các bài toán thực tế có thể coi là hằng số và như vậy ta có hệ thống tuyến

t nh Nếu t nh đến sự biến đ i của các thông số ta có hệ thống phi tuyến, đây là mộtạng phi tuyến của hệ thống điện, ạng phi tuyến này ch phải xét đến trong một số

t trường hợp như phải t nh đến sự bão h a của máy phát, máy biến áp trong các bàitoán n định

Trong luận văn, với yêu cầu xác định địa điểm sự cố và điện trở sự cố nên sẽkhông đề cập đến các phần tử điều ch nh trong hệ thống điện mà ch đề cập đến cácphần tử tự lực trong hệ thống điện

H nh 2 2 Nhà á điện hạt nh n Three Mile I land tại ang Penn lvania

Điện năng được sản xuất trong các nhà máy điện, căn cứ vào ạng năng lượng

sơ cấp ùng để sản xuất điện năng, các nhà máy điện được phân thành các nhà máynhiệt điện, thủy điện và điện nguyên tử Nguồn năng lượng sơ cấp ùng trong cácnhà máy nhiệt điện là nhiên liệu hữu cơ than đá, ầu, kh , trong các nhà máy thủyđiện là sức nước, trong các nhà máy điện nguyên tử là năng lượng hạt nhân

H nh 2 3 Thủ điện đak i 4

Ngoài các nhà máy điện kể trên, c n có các nhà máy điện khác năng lượng sơcấp là mặt trời, gió, nhiệt, thủy triều… Công suất của các nhà máy này không lớn.Phần điện của các nhà máy điện có các thiết bị ch nh và phụ Các thiết bị

ch nh bao gồm các nhà nhà máy điện đồng bộ, các hệ thống thanh góp, các thiết bịđóng cắt, các ao cách ly và các thiết bị tự ùng Các thiết bị ch nh được ùng đểphân phối điện năng, đóng và cắt các mạch điện… Các thiết bị phụ được sử ụng đểthực hiện các chức năng đo lường, phát t n hiệu, bảo vệ, tự động…

2.1.2 Hệ thống tr ền tải điện năng

Hệ thống truyền tải điện năng có nhiệm vụ truyền công suất được cung cấp từcác nhà máy điện đến các khách hàng tiêu thụ điện Hệ thống truyền tải điện năngbao gồm các đường ây truyền tải và các trạm biến áp

Để giảm t n thất trên đường truyền tải, lưới truyền tải thường được đưa lêncấp điện áp cao Ở Việt Nam hiện nay, lưới truyền tải thường có cấp điện áp là110KV, 220KV, 500KV

Hệ thống truyền tải có đặc trưng là một đường truyền ài vài chục đến vàitrăm m mới có một trạm rẽ nhánh Đường truyền ẫn thường được xây ụng ởnhững nơi cách xa khu ân cư để tránh nguy hiểm cho người ân

hi đi đến các khu vực cần cấp điện sinh hoạt thì điện áp sẽ được hạ xuốngmức thấp hơn qua các máy biến áp hạ áp Tại đây, sẽ có hệ thống phân phối điện từtrạm ch nh đến các hộ tiêu thụ điện trực tiếp, hệ thống này được gọi là lưới điệnphân phối

Như vậy hệ thống truyền tải điện năng được phân làm hai dạng khác nhau vớilưới điện truyền tải có điện áp cao ùng để truyền đi xa, công suất lớn và lưới điệnphân phối với điện áp thấp, công suất nhỏ cung cấp cho các khách hàng sử dụngđiện

H nh 2 4 Đường d 500KV ắc na

2.1 Hệ thống tiê thụ điện năng

Hệ thống tiêu thụ điện năng là tập hợp các thiết bị tiêu thụ điện nói chung.Dựa vào chức năng nhiệm vụ mà các thiết bị này được phân thành nhiều nhóm khácnhau:

Thiết bị điện ân ụng: là các thiết bị ùng rộng rãi trong cuộc sống hằng ngàynhư TV, tủ lạnh, bếp điện… Đây là các thiết bị có công suất nhỏ và thường ùngđiện một pha để sử ụng

2.2.1 So sánh giữa cáp ngầ điện lực và đường dây trên không

Khi tiến hành xây dựng một đường truyền điện năng mới, người ta sẽ có nhiềuyếu tố so sánh để đi đến quyết định sẽ lựa chọn đường ây trên không hay là đườngdây cáp ngầm So sánh các đặc điểm của hai loại đường ây mang điện này sẽ đưa

ra cái nhìn t ng quang và cụ thể hơn khi lựa chọn loại đường dây tùy theo yêu cầuthực tế hiện tại cũng như trong các qui hoạch dài hạn sau này

2.2.1.1 Ư điểm của cáp ngầ điện lực

Các đường dây trên không với điện áp cao và được chống đỡ bởi các hàng cộtthường được coi như là một hình ảnh khó chịu của các vùng quê Các đường dâyđiện ngầm có thể đưa điện qua các vùng đông ân cư hoặc các vùng mà giá đền bùcao hoặc có khả năng gây ô nhiễm môi trường hay các vùng yêu cầu tính thẩm mỹcao Các đường điện ngầm ưới đất hay ưới nước là lựa chọn ưu việt khi phải băngqua các con sông

Ít bị hư hại bởi các tác nhân thời tiết tiêu cực như mưa bão, sét đánh, hay đóng

băng

giảm thiểu vùng ảnh hưởng của trường điện từ gây ra bởi đường ây điệnxung quanh dây dẫn điện ng điện trong dây dẫn tạo ra từ trường xung quanh nó,tuy nhiên, trong đường dây cáp ngầm điện lực, với sự bao bọc xung quanh nó là cáclớp cách điện bằng kim loại nên đã hạn chế đi rất nhiều ảnh hưởng của từ trườngđến các vùng xung quanh dây dẫn

cáp ngầm có yêu cầu khoảng trống nhỏ hơn ch từ đến 10 m ( tối đa mđối với đường dây 400 KV) trong quá trình thi công lắp đặt so với đường dây trênkhông khi cần đến vùng rộng đến 200 mét trong quá trình lắp đặt cũng như ùnglàm hành lang an toàn trong quá trình vận hành, bảo trì bảo ưỡng đường dây trongsuốt quá trình hoạt động

Đường dây cáp ngầm có ưu điểm là không khống chế chiều cao trên không đốivới các tòa nhà hay vật thể bay ngang qua cũng như không ảnh hưởng đến đời sốngcủa các loài động vật hoang ã nơi có đường ây đi qua

Các đường ây điện ngầm có ưu điểm là ít bị phá hoại, bị câu trộm điện, bịtrộm cắp đường dây, bị phá hủy vì các lý do khác

2.2.1.2 Nhược điểm của cáp ngầ điện lực

Bên cạnh các ưu điểm, cáp ngầm điện lực có những khuyết điểm khi so sánhvới đường dây trên không.Cáp ngầm điện lực thì mắc hơn đường dây trên không,giá thành sản xuất đường dây cáp ngầm so với đường ây trên không thì đắt hơnđường dây trên không nhiều lần giá thành đường dây tính theo thời gian phục vụcủa cáp ngầm thì mắc hơn đường dây trên không từ đến 4 lần đặc biệt đối với cáckhu đo thị, đường cáp ngầm thường đắt gấp đến 14 lần khi so sánh với đườngdây trên không

Trong quá trình vận hành, đường dây trên không có thể được sửa chữa điểm

sự cố trong vòng vài giờ thì đối với đường dây cáp ngầm phải mất vài ngày đến cảtuần lễ cho việc khắc phục sự cố trên đường ây Ch nh điều này nên đường dây cápngầm thường phải thiết kế các tuyến đường dây dự ph ng để đề phòng sự cố đâycũng là một trong những nguyên nhân làm tăng chi ph thiết kế và lắp đặt các đườngdây cáp ngầm

Cáp ngầm được lắp đặt ưới l ng đất nên rất khó phát hiện điều này dễ dẫnđến tình trạng đào bới bất cẩn gây đứt cáp hay làm hư hại đường dây cáp ngầm, làmcho hệ thống bị ngừng hoạt động Việc vận hành đường dây cáp ngầm điện lực cũngkhó khăn hơn nhiều khi công suất phản kháng cao của cáp ngầm tạo ra ng điệnnạp xả lớn, điều này khiến việc điều khiển điện áp cũng khó khăn hơn

Đường dây trên không có thể dễ dàng nâng cấp khi thay đ i khoảng khônghành lang bảo vệ tuyến dây và các trụ mang điện để tăng công suất mang điện cápngầm điện lực thì không thể nâng cấp mà muốn nâng cấp thì phải xây dựng lại hoặcthay thế để nâng công suất điện o đó, các công ty truyền tải và phân phối điệnthường dự báo phụ tải cho đường dây ngầm trong tương lai và lắp đặt các đườngcáp ngầm hiện tại có công suất lớn hơn nhu cầu hiện tại trong khi vẫn đảm bảo yếu

tố giá thành xây dựng

Cáp ngầm điện lực thường bị hư hại nặng hơn trong các vụ động đất Hầu nhưtoàn tuyến cáp sẽ bị hư hại trong loại thiên tai này trong khi đối với đường dây trênkhông thì ch bị hư hại một số đoạn hay bị hư hỏng trụ điện mà thôi.

2.2.1.3 Xu thế phát triển của cáp ngầ điện lực hiên nay

Với những ưu điểm và khuyết điểm đã được phân tích ở trên, việc sử dụngđường dây cáp ngầm điện lực không phải là một ưu tiên hàng đầu, đặc biệt là khixét đến yếu tố kinh tế của dự án Tuy nhiên, với tốc độ đô thị hóa ngày càng cao,yêu cầu một hệ thống cung cấp điện vừa hiệu quả vừa có t nh mĩ quang đô thị cao,đồng thời tránh sự tác động bất lợi của cường độ từ trường sinh ra trên đường dâyđến những người sinh sống xung quanh thì đường dây cấp điện bằng cáp ngầm là sựlựa chọn duy nhất Quang trọng nhất là với giá đất cao và mật độ ân cư đông thìkhông thể dành khoảng không cho hành lang bảo vệ an toàn đường ây điện trênkhông Các hệ thống điện, nước, điện thoại phải được ngầm hóa để tiết kiệm diệntích cho giao thông, các công trình xây dựng phục vụ nhu cầu ân cư thành phốngày càng đông đúc

Ngoài ra, cáp ngầm ngày càng phát triển o ưu điểm ít bị hư hại trong các điềukiện thời tiết bất lợi đang ngày càng gia tăng trên thế giới hiện nay như giông bão,sét đánh, cây đ , mưa lũ…

Với sự tiến bộ của công nghệ vật liệu, giá thành sản xuất cáp ngầm điện lựcngày càng r đi, đồng thời giá thành vận hành cũng sẽ được giảm xuống khi các loạicáp điện mới được phát minh ngày càng ít phải duy tu bảo ưỡng thường xuyên làyếu tố quang trọng giúp thúc đẩy nhu cầu sử dụng cáp ngầm trong truyền tải điệntrên thế giới hiện nay

2.2.2 Cấu tạo cáp ngầ điện lực

Trong lịch sử hình thành và phát triển của cáp ngầm điện lực, có nhiều cấuhình cấu tạo cáp điện lực đã ra đời Khi một sợi cáp được đưa đặt ưới đất, cáchđiện càng phải tốt hơn nhiều so với đường ây trên không D ng điện trong tự nhiên

có xu hướng quay trở về đất và vì thế dây dẫn cần phải có cách điện tốt để giảmthiểu t n thất điện năng Ch nh điều này đã làm cho kết cấu của cáp ngầm điện lực

phức tạp hơn đường dây trên không rất nhiều Việc chế tạo cáp ngầm điện lực cũng

đ i hỏi yêu cầu công nghệ cao hơn nhiều việc chế tạo đường ây trên không Đâychính là yếu tố cơ bản làm tăng chi ph sản xuất cáp ngầm điện lực

2.2.2.1 Nguyên tắc chung về thiết kế cáp ngầ điện lực

Với những điểm đặc trưng của cáp ngầm, việc thiết kế phải tuân theo nhữngtiêu chuẩn chung sau đây

- Mặt cắt ngang của cáp được chọn phải tối ưu về k ch thước để mang được

ng điện được ch định hoặc chịu được ng điện ngắn mạch trong khoảngthời gian đủ để máy cắt hoạt động mà không gây nên hiện tượng quá nhiệt.dây cáp ngầm điện lực có độ sụt áp trên đường truyền nằm trong giới hạncho phép

- Cách điện được dùng cho cáp ngầm điện lực phải đáp ứng được điều kiệnhoạt động liên tục với cấp điện áp làm việc với sự n định cao về nhiệt độ, antoàn và đáng tin cậy

- Các nguyên vật liệu được dùng chế tạo cáp ngầm điện lực phải được lựachọn cẩn thận để đảm bảo rằng có sự n định cao nhất về mặt lý tính và hóatính trong suốt quá trình vận hành cáp ngầm trong môi trường vận hành cụthể

- Cáp ngầm điện lực phải chắc chắn về mặt cơ học, và đủ linh hoạt để chốnglại hiện tượng uống cong nhiều lần trong quá trình sản suất, rung lắc trongquá trình vận chuyển và trong quá trình lắp đặt cáp ngầm trực tiếp trong đất,trong mương cáp, kéo vào trong ống đựng cáp hay đặt trong thang cáp

- Kết cấu cơ kh bên ngoài hay bảo vệ hóa chất bên trong phải được thực hiệnđầy đủ để cách ly giữa kim loại và vòng bảo vệ bên ngoài để cho phép cápngầm điện lực chịu đựng được các điều kiện môi trường mà nó làm việc

2.2.2.2 Vật liệu dẫn điện

Đồng vẫn là vật liệu làm dây dẫn điện chiếm ưu thế nhất hiện nay Dây dẫnđược làm với nhiều định dạng khác nhau như bện, ây đặc, rẽ quạt Dây dẫn điện cóhình dạng như thế nào là phụ thuộc rất lớn vào giá thành cáp của nước sản xuất tại

thời điểm đấu thầu Nhôm cũng được dùng làm dây dẫn điện bởi đặc tính nhẹ hơn

và dễ thao tác hơn đối với các sợi cáp lớn Thêm một điểm quang tâm nữa là khi nốicáp nhôm phải đảm bảo rằng không có oxit nhôm trên bề mặt tiếp xúc, điều nàykhông cần thiết khi nối dây dẫn điện bằng đồng hay đồng thau

2.2.2.3 Vật liệ cách điện

Giấy cách điện

Giấy tẩm dầu, giấy cách điện cáp ngầm điện lực có khả năng được áp dụng tạitất cả các cấp điện áp hoạt động ngày nay chúng t được dùng cho các công trìnhmới ngoại trừ các cấp điện áp từ 66 KV trở lên, hoặc khi phải gia cố các công trìnhhiện có khi tiêu chuẩn yêu cầu phải có trong hệ thống

Cáchđiện bằng giấy tẩm dầu sẽ bị hư hại rất nhanh o đặc tính hútẩm tự nhiêncủa nó khi gặp hơiẩm Để khắc phụcđiều này, các lớp giấy dầu phảiđược bảo vệchống lại sự xâm nhập của nước, thường dùng các lớp bảo vệ bằng chì, hợp chấtcủa chì, hợp kim nhôm Ngoài ra, trong quá trình lắpđặt cầnđặc biệt chúý đến chấtlượng mối nối và tiếpđiểm thường yêu cầu các vật liệuđặc biệt và yêu cầu kỹ thuậtnối rất cao

Vớiyêu cầu luôn phải có dầu trong giấy nên thường với cáp ngầm bọc giấytẩm dầu người ta thường phải thiết kế thêm cácống, các khe dẫn dầu bên trong giấyhoặc có thêm dầu chạy giữa các sợi dây dẫnđiện Điều này làm cho công tác lắpđặc,vận hành, bảo trì bảo ưỡng đường cáp rất phức tạp vàđ i hỏi ngườivận hành phải

có trình độ cao Trong hình bên ưới thể hiện mặt cắt ngang của các loại cáp ngầmcáchđiện bằng giấy tẩm dầu

H nh 2 6 Mặt cắt ngang ột ố cáp ngầ cách điện giấ tẩ dầ

Cách điện bằng XLPE

XLPE (Cross-linked polyethylene) là loại cách điện thông dụng nhất trongviệc chế tạo cáp ngầm hiện nay XLPE với lợi thế có cường độ điện môi cao, sứcbền cơ học tốt và đặc tính không hút ẩm với khả năng ôn định nhiệt độ trên một dãynhiệt độ rộng XLPE không có điểm nóng chảy rõ ràng và có thể uy trì độ đàn hồi

ở nhiệt độ cao o đó cho phép có khả năng mang ng điện lớn hơn, có khả năngquá tải, khả năng chịu đựng ngắn mạch khi so sánh với cáp ngầm điện lực cách điệnbằng giấy tẩm dầu

Cáp ngầm điện lực XLPE có phần cách điện ày hơn so với cáp ngầm điện lựcgiấy tẩm dầu Kết quả là cáp XLPE thường có đường kính cáp lớn hơn và chiều dàicáp thường ngắn hơn một ít khi chứa trong cùng một cuộn cáp khi so sánh với cápngầm khác

Hệ số công suất của cáp XLPE thì thấp hơn khi so sánh với cáp ngầm giấy tẩmdầu; 0.001 tại điện áp hệ thống anh định so với đất điện dung cápảnh hưởng đến

vấn đề điều ch nh điện áp và thiết lập thông số bảo vệ đường dây Thông thường, đểgiảm thiểu điều này, nhà sản xuất sẽ tạo ba lưới chắn cáp khi điện áp hoạt động từ6,6 KV trở lên và cáp ngầm không có lưới chắn ch thường được dùng cho cấp điện

áp từ 6,6 KV trở xuống Thường thì hệ thống cáp ngầm có lưới chắn ba pha thì lướichắn sẽ được tiếp đất tại một hoặc cả hai đầu cáp

H nh 2 7 Cấ tạo cáp ngầ điện lực dùng cáchđiện XLPE

và yêu cầu cao về tính an toàn vận hành và cấp điện

H nh 2 8 Cấ tạo cáp ngầ điện lực dùng cách điện EPR

2.2.2.4 Vỏ bọc dây cáp ngầ điện lực (Sheaths)

Rất ít các vỏ bọc chì được sử dụng trong chế tạo cáp hiện nay ngoại trừ cácloại cáp cao áp đặc biệt.Các bỏ bọc bằng chì và hợp kim chì trong quá khứ hayđược ùng để chống lại sự thẩm thấu của hơi ẩm vào trong giấy cách ly của cáp haycác cáp khác được lắp đặt trong các điều kiện đặc biệt ẩm ước.Sự ăn m n chì vàthuộc tính chống mỏi là rất quang trọng và được cải tiến đểđạt được các yếu tố theoyêu cầu Các vỏ bọc hợp kim được dùng với các sợi cáp không bọc giáp khi vấn đềrung lắc có thể được loại bỏ

Ngày nay, việc chế tạo vỏ bọc cho cáp ngầm điện lực thường dùng hợp kimnhôm thay cho hợp kim chì với chi phí thấp hơn Vấn đề kết cấu là một yếu tốquang trọng để giảm khả năng ăn m n trong vận hành Là một thay thế r hơn vàngày nay ph biến hơn để dẫn dắt một vỏ hợp kim nhôm được quy định Các thànhphần là một yếu tố quan trọng trong việc làm giảm khả năng chống ăn m n trongdịch vụ Một cấu trúc vỏ bọc bằng nhôm dạng nếp gấp giúp cải thiện t ng thể tínhlinh hoạt cáp ngầm

2.2.2.5Màn ngăn ợi cáp ngầ điện lực (screening)

Việc lựa chọn ch nh xác điện áp anh định cáp ngầm thích hợp phụ thuộc vàoloại mạng và kiểu nối đất của lưới điện T ng quát, nếu hệ thống nối đất trực tiếp,điện áp sẽ không vượt quá giá trị cực đại của điện áp dây so với đất của hệ thốngkhi có sự cố xảy ra Tuy nhiên, khi có sự cố xuất hiện thì điện áp trung tính sẽ tăng

lên bằng với điện áp pha khi đó cách ly cáp ngầm phảiđược xác định cho phù hợp với điều kiện này.

Để giảm thiểu khả năng phóng điện tại các bề mặt bên trong của điện môi lõicáp ngầm, một màn chắn phân loại được đề xuất Màn này bao gồm một hay hai lớpbăng bán ẫn hoặc các hợp chất phủ trên cách điện trong lõi sợi cáp ngầm Các biệnpháp này được đề xuất phù hợp dựa trên cấp điện áp của cáp ngầm

2.2.2.6 Vỏ thép bảo vệ

Với mục đ ch bảo vệcáp ngầm khỏi những hư hại cơ học o đào hay cuốctrúng dây cáp ngầm, do sụt đất hoặc rung động quá mức chịu đựng, các cáp ngầmđiện lực được phủ một hoặc hai lớp thép mạ kẽm, lớp lưới đan từ thép mạ kẽm,cuộn xoắn tròn quanh cáp ngầm bằng thép mạ kẽm quanh sợi cáp ngầm Giáp bọcbằng sợi thép mạ kẽm được dùng nhiều nhất do cấu trúc rất linh hoạt mà nó manglại, chúng dễ dàng trong lắp đặt và hiệu quả hơn ở những nơi có khả năng bị kéocăng th o chiều dọc theo thân cáp ngầm trong lúc hoạt động Ngoài ra, t ng diệntích mặt cắt ngang của giáp sợi thép có xu hướnglớn hơn khi so với t ng diện tíchmặt cắt ngang của giáp bằng tấm thép có bảo vệ cơ học tương đương và o đó giápsợi thép sẽ cho ra mức t ng trở nhỏ hơn khi giáp được nối đất

2 Ngắn ạch trong cáp ngầ điện lực

2.3.1 Các nguyên nhân gây ngắn mạch cáp ngầm

Dây ẫn trong sợi cáp ngầm điện lực được bao bọc bởi nhiều lớp cách điện vàcác lớp bảo vệ khác nhau xung quanh sợi cáp nên khả năng tác động cơ học gây đứtcáp là thấp hơn nhiều so với các đường ây trên không để trần hay ch có một lớpcách điện bên ngoài Hơn nữa, o được chôn ngầm ưới đất hay đi ngầm ưới đáybiển hay đáy sông nên cáp ngầm điện lực thường không bị tác động bởi các điềukiện thời tiết bất lợi như gió bão, sét đánh, cây đ vào đường ây như các đường

ây trên không Tuy nhiên, không phải vì thế mà đường ây cáp ngầm không bị sự

cố ngắn mạch Các đường ây cáp ngầm điện lực thường hay đối mặt với các sự cốngắn mạch trong quá trình hoạt động hi có sự cố ngắn mạch xảy ra thì thời gianmất điện sẽ lâu hơn các đường ây trên không khi các sự cố cáp ngầm điện lực

không thể đi kiểm tra bằng mắt để xác định nhanh vị tr sự cố ngắn mạch và thời gian xử l sự cố ngắn mạch cũng lâu hơn các đường ây trên không rất nhiều.

Nguyên nhân chủ yếu của ngắn mạch trong cáp ngầm điện lực là o phóngđiện giữa các ây pha hay giữa ây pha với đất trong các sợi cáp ngầm Điều nàyxảy ra là o trong quá trình lắp đặt, các tác động cơ học đã làm rạn nứt cách điệntrong các sợi cáp ngầm mà không phát hiện ra, sau một thời gian nước hay các chất

ẫn điện khác đi vào kh hở trong cách điện này làm giảm cách điện giữa các ây

ẫn Phóng điện hồ quang sẽ xuất hiện làm hỏng cách điện và sự cố ngắn mạch giữacác ây pha với nhau hay giữa ây pha với đất sẽ xuất hiện

Ngoài sự cố rạn cách điện trong quá trình lắp đặt, cách điện trong cáp ngầmđiện lực cũng có thể bị hư sau một thời gian vận hành Nguyên nhân được đưa ra làsau một thời gian vận hành, cách điện giữa các ây ẫn bị lão hóa th o thời gian.Tại các điểm bị l a hóa này, sự rạn nứt cách điện sẽ xuất hiện ưới sự tác động củalực điện từ giữa các ây ẫn hi đó, sẽ có sự phóng điện giữa các ây ẫn với nhau

o khoảng cách giữa các ây ẫn trong cáp ngầm là rất nhỏ, điện môi không khkhông thể cách điện giữa các ây pha hay giữa giữa ây pha với đất

ua thực tế hoạt động của các đường ây cáp ngầm, các khảo sát về sự cố cápngầm được thực hiện cho thấy các sự cố cáp ngầm gồm có ngắn mạch một phachạm đất, ngắn mạch hai pha chạm đất và ngắn mạch ba pha chạm đất Có thể giải

th ch điều này một cách khoa học đó là o các sợi ây ẫn trong cáp ngầm thường

có một lớp bọc bảo vệ bằng ây kim loại xung quanh shi l , lớp bảo vệ này sẽđược tiếp đất tại các điểm đấu nối cáp ngầm Ch nh điều này đã ẫn đến việc nếu có

sự phóng điện thì đầu tiên sẽ là phóng điện giữa ây ẫn và đất thông qua lớp bọcbảo vệ này Điều này l giải tại sao cáp ngầm điện lực ch bị các sự cố ngắn mạchchạm đất trong quá trình hoạt động

2.3.2 Ngắn ạch ột pha chạ đất

Trong hệ thống cáp ngầm, sự cố ngắn mạch một pha chạm đất xuất hiện khi có

sự hư hỏng cách điện xuất hiện giữa ây ẫn điện với vỏ bọc cách điện bên ngoài.Lúc này, sự chênh lệch điện áp giữa ây mang điện ây pha so với lớp bảo vệ bên

ngoài nối đất sẽ làm xuất hiện ng hồ quang điện phóng từ ây pha ra lớp bảo vệsinh ra ngắn mạch chạm đất một pha hi xuất hiện ngắn mạch một pha chạm đất,

t ng trở đường ây có sự cố ngắn mạch sẽ giảm đi rất nhanh o điện trở ây ẫnthường rất nhỏ so với điện trở của phụ tải, kết hợp với điện trở hồ quang trong cápngầm thường rất nhỏ o khoảng cách phóng điện giữa các ây ẫn trong cáp ngầm

ch vài c ntim t giá trị điện trở hồ quang gần bằng không trong trường này Do

đó, ng điện trong pha có sự cố tăng vọt, giá trị ng điện sự cố so với hai pha c nlại có thể cao hơn gấp nhiều lần Giá trị ng sự cố cao hay thấp phụ thuộc vào vị

tr sự cố và t ng trở của hệ thống Sự tăng ng điện tại ây sự cố sẽ ẫn đến sự sụtđiện áp tại đầu nguồn cung cấp điện, biên độ điện áp tại pha sự cố sẽ thấp hơn biên

độ điện áp của hai pha c n lại

Hình ạng của ạng sóng ng điện và điện áp khi có sự cố một pha chạm đấtđược minh họa qua các hình bên ưới

H nh 2 9 Dạng ng dòng điện khi c ự cố ngắn ạch ột pha chạ đất

H nh 2 10 Dạng ng điện áp khi c ự cố ngắn ạch ột pha chạ đất 2.3.3 Ngắn ạch hai pha chạ đất

Trong hệ thống cáp ngầm, sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất xuất hiện khi có

sự hư hỏng cách điện xuất hiện giữa ây ẫn điện với vỏ bọc cách điện bên ngoài.Lúc này, sự chênh lệch điện áp giữa ây mang điện ây pha so với lớp bảo vệ bênngoài nối đất sẽ làm xuất hiện ng hồ quang điện phóng từ ây pha ra lớp bảo vệsinh ra ngắn mạch chạm đất một pha hi xuất hiện ngắn mạch hai pha chạm đất,

t ng trở đường ây có sự cố ngắn mạch sẽ giảm đi rất nhanh o điện trở ây ẫnthường rất nhỏ so với điện trở của phụ tải, kết hợp với điện trở hồ quang trong cápngầm thường rất nhỏ o khoảng cách phóng điện giữa các ây ẫn trong cáp ngầm

ch vài c ntim t giá trị điện trở hồ quang gần bằng không trong trường này Do

đó, ng điện trong pha có sự cố tăng vọt, giá trị ng điện sự cố so với pha c n lại

có thể cao hơn gấp nhiều lần Giá trị ng sự cố cao hay thấp phụ thuộc vào vị tr sự

cố và t ng trở của hệ thống Sự tăng ng điện tại ây sự cố sẽ ẫn đến sự sụt điện

áp tại đầu nguồn cung cấp điện, biên độ điện áp tại pha sự cố sẽ thấp hơn biên độđiện áp của pha không có sự cố

Hình ạng của ạng sóng ng điện và điện áp khi có sự cố hai pha chạm đấtđược minh họa qua các hình bên ưới

H nh 2 11 Dạng ng dòng điện khi c ự cố ngắn ạch hai pha chạ đất

H nh 2 12 Dạng ng điện áp khi c ự cố ngắn ạch hai pha chạ đất 2.3.4 Ngắn ạch a pha chạ đất

Trong hệ thống cáp ngầm, sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất xuất hiện khi có

sự hư hỏng cách điện xuất hiện giữa ây ẫn điện với vỏ bọc cách điện bên ngoài.Lúc này, sự chênh lệch điện áp giữa ây mang điện ây pha so với lớp bảo vệ bênngoài nối đất sẽ làm xuất hiện ng hồ quang điện phóng từ ây pha ra lớp bảo vệsinh ra ngắn mạch chạm đất một pha hi xuất hiện ngắn mạch ba pha chạm đất,

t ng trở đường ây có sự cố ngắn mạch sẽ giảm đi rất nhanh o điện trở ây ẫn