Nghiên cứu thiết kế lắp đặt hệ thống cáp ngầm cao áp 220kv và thí nghiệm sau lắp đặt

Nghiên cứu thiết kế lắp đặt hệ thống cáp ngầm cao áp 220kv và thí nghiệm sau lắp đặt Nghiên cứu thiết kế lắp đặt hệ thống cáp ngầm cao áp 220kv và thí nghiệm sau lắp đặt Nghiên cứu thiết kế lắp đặt hệ thống cáp ngầm cao áp 220kv và thí nghiệm sau lắp đặt luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tôi, chưa được công bố trong bất cứ một công trình nghiên cứu nào Các số liệu, nội dung được trình bày trong luận văn này là hoàn toàn hợp lệ và đảm bảo tuân thủ các quy định về bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ Tôi xin chịu trách nhiệm về đề tài nghiên cứu của mình

Học viên

Nguyễn Trọng Khánh

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh

sự nỗ lực cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô trong bộ môn Hệ Thống Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, sự đóng góp ý kiến và bổ sung từ các đồng nghiệp: Công ty Thí Nghiệm Điện Miền Bắc, Công ty Truyền Tải Điện, các công ty xây lắp công trình cáp ngầm đã giúp tôi nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đình Thắng người đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi từ khi chọn đề tài đến khi hoàn thành luận văn này Xin chân thành cảm ơn các thầy trong hội đồng bảo vệ luận văn: PGS.TS Trần Bách, TS Nguyễn Xuân Tùng, TS Nguyễn Hữu Kiên, TS Nguyễn Đức Huy, TS Trần Mạnh Hùng Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp trong nghành điện đã giúp tác giả các tài liệu kỹ thuật, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn

Hà Nội, tháng 09 năm 2017

Học viên thực hiện: Nguyễn Trọng Khánh

MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH ẢNH

CHƯƠNG 1 1

ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG CÁP NGẦM CAO ÁP 220KV 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 So sánh việc sử dụng cáp ngầm hay đường dây trên không của hệ thống truyền tải điện đến 220kV 1

1.3 Một số công trình cáp ngầm 220kV tại Việt Nam 3

1.4 Cấu trúc cơ bản của cáp 4

1.4 Cấu trúc của đầu cáp 6

1.4.1 Đầu nối ngoài trời 6

1.4.2 Đầu nối vào thiết bị GIS 8

1.2.3 Đầu nối vào máy biến áp có thùng dầu tại vị trí gắn cáp: 9

1.5 Cấu trúc của các thiết bị khác trên toàn tuyến cáp 9

1.5.1 Cấu trúc hộp nối giữa 9

1.5.2 Hộp nối chuyển đổi 10

1.5.3 Hộp nối tiếp đất 10

1.5.4 Hộp nối đảo pha vỏ cáp 10

1.5.5 Thiết bị giới hạn điện áp vỏ 11

1.5.6 Chống sét van 11

CHƯƠNG 2 12

CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT KHI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CÁP NGẦM CAO ÁP 220KV 12

2.1 Giới thiệu chung 12

2.2 Các kỹ thuật thi công 14

2.2.1 Các kỹ thuật đặt cáp trong mương cáp 14

2.2.2 Các kỹ thuật đặt cáp trong ống dẫn nhựa HDPE chôn ngầm 14

2.2.3 Các kỹ thuật đặt cáp trong hầm không khí 16

2.2.4 Kỹ thuật khoan hầm cáp đi ngầm xuyên qua các công trình như đường giao

thông, khu dân cư, sông, ao, hồ 17

2.3 Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận cho việc thiết kế công trình cáp: 18

2.4 Vị trí đấu vỏ cáp trực tiếp nối đất 23

2.5 Vị trí đấu nối đảo pha vỏ cáp 26

2.6 Vấn đề điện áp vỏ và vị trí đặt các bộ quá điện áp vỏ 31

2.7 Quá điện áp lan truyền từ đường dây trên không 35

2.8 Sợi cáp quang trong lớp màn chắn kim loại 36

2.9 Khái niệm về các thành phần, đại lượng điện 38

2.9.1 Điện trường trong cáp 38

2.9.2 Điện dung cáp 40

2.9.3 Điện trở một chiều của lõi cáp 41

2.9.4 Tổn thất điện môi cáp 41

2.9.5 Điện áp đánh thủng cách điện 43

2.9.6 Điện cảm 44

2.9.7 Điện trở tác dụng (xoay chiều) của lõi dẫn trong cáp 46

2.9.8 Tổn thất tại lớp vỏ kim loại 49

2.9.9 Dòng điện ngắn mạch cho phép 52

CHƯƠNG 3 55

CÁC VẤN ĐỀ VỀ THÍ NGHIỆM CÁP 220KV VÀ CÁC HẠNG MỤC THÍ NGHIỆM CÁP 220KV TẠI HIỆN TRƯỜNG 55

6.1 Giới thiệu chung 55

6.2 Các nguyên nhân gây hư hỏng hệ thống cáp ngầm và bản chất các hiện tượng hư hỏng 56

6.2.1 Cây điện 58

6.2.2 Cây nước 59

6.2.3 Phóng điện cục bộ 59

6.3 Các hạng mục thí nghiệm tại hiện trường 62

6.3.1 Kiểm tra thứ tự pha của lõi cáp và thứ tự đảo pha màn chắn kết hợp đo điện trở cách điện 62

6.3.2 Thử điện áp tăng cao màn chắn bằng điện áp tăng cao 1 chiều 63

6.3.3 Đo điện trở 1 chiều toàn tuyến cáp 64

6.3.4 Đo tổng trở cáp 65

6.3.5 Đo điện dung 74

6.3.6 Thí nghiệm điện áp tăng cao tần số 20Hz-300Hz 74

6.3.7 Thí nghiệm phóng điện cục bộ (thông thường sẽ kết hợp với thử điện áp tăng cao xoay chiều) 78

6.3.8 Thí nghiệm các chống sét van đặt 2 đầu tuyến cáp 80

6.4 Ứng dụng thực tiễn thí nghiệm cáp ngầm 220kV tại nhà máy thủy điện Huội Quảng 85

6.4.1 Lập phương án thí nghiệm: 85

6.4.2 Kết quả thí nghiệm thực tế 89

KẾT LUẬN CHUNG LUẬN VĂN VÀ KIẾN NGHỊ 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

MỤC LỤC HÌNH ẢNH Chương 1

Hình 2.8 Mô tả việc áp dụng kết nối tiếp đất tại một điểm cũng như nhiều

điểm Sơ đồ này không vẽ hộp nối cách ly để thí nghiệm cách điện vỏ cáp

25

Hình 2.9 Mô tả việc áp dụng kết nối tiếp đất cả hai đầu vỏ cáp với cáp đoạn ngắn

25

Hình 2.10 Gradient U cảm ứng (vỏ-dây đất) khi sự cố một điểm ở các vị trí

khác nhau của hệ thống bó cáp đặt trong mặt phẳng

26

sự cố khác nhau trong hệ thống cáp đảo pha

Hình 3.16 Các HFCT được gắn vào các dây nối màn chắn cáp tại các hầm nối

Hình 3.18 Thử điện áp tăng cao kết hợp đo dòng rò chống sét 82

Hình 3.21 Thử nghiệm cơ cấu ghi lại số lần tác động của bộ đếm sét/bộ giám

sát

84

Hình 3.23 Thử điện áp xoay chiều tăng cao, kết hợp đo phóng điện cục bộ toàn tuyến cáp

87

Page 1

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

CAO ÁP 220KV 1.1 Đặt vấn đề

Với đặc thù địa lý và phụ tải của hệ thống điện của nước ta thì hệ thống các đường dây truyền tải cao áp 220kV-500kV đóng một vai trò quan trọng Các đường dây truyền tải 220kV hiện nay với chiều dài hơn 16000km thường là các đường dây trên không với hệ thống cột đỡ rất cồng kềnh, tốn diện tích đất Nhưng cùng với sự phát triển nhanh của đất nước các thành phố lớn, dân cư đông đúc, với nhiều công trình và tòa nhà cao tầng, bến cảng, khu công nghiệp và đặc biệt là việc đòi hỏi yêu cầu về thẩm mỹ của các thành phố hiện đại thì việc xây dựng các đường dây truyền tải cao áp trên không gặp rất nhiều khó khăn Đường dây 220kV trên không sẽ làm mất an toàn cho các công trình lận cận, quỹ đất dành cho đường dây gây không được nhiều Do đó việc xây dựng các đường dây tải điện cao áp bằng hệ thống cáp ngầm đã trở thành một phần tất yếu của các hệ thống điện hiện đại trong các thành phố

Trước đây đo điều kiện nước ta còn hạn chế, việc hạ ngầm cáp 220kV là việc

vô vùng khó Trước tiên là về chi phí cho việc hạ ngầm cáp, giá thành cho việc hạ ngầm cáp cao hơn rất nhiều lần so với đường dây trên không, các công trình nếu có luôn phải thuê hoàn toàn các đơn vị nước ngoài Sau đấy là do hạn chế về công nghệ và trình độ nhân lực thi công, nên việc hạ ngầm cáp 220kV chưa được triển khai Ngày nay với sự phát triển, hội nhập nhanh về kinh tế-khoa học kỹ thuật, ngành điện nước ta đặc biệt là tổng công ty truyền tải điện quốc gia đã triển khai được rất nhiều công trình hạ ngầm cáp 220kV Trong luận văn này sẽ trình bày các vấn đề về cáp ngầm 220kV, các công việc về thiết kế và lắp đặt, thử nghiệm Sẽ khó khăn hơn so với cáp lực trung thế và cáp lực 110kV, các phương pháp thử nghiệm cáp cũng sẽ là bài toán khó hơn nhiều so với các cáp ngầm có điện áp thấp hơn

1.2 So sánh việc sử dụng cáp ngầm hay đường dây trên không của hệ thống truyền tải điện đến 220kV

a Hạ ngầm đường dây cao áp bằng cáp lực rất thích hợp cho các trường hợp sau:

Page 2

- Đường dây đi qua vùng đô thị đông dân cư

- Đường dây cấp cho trạm điện nằm trong khu vực đông dân cư

- Đường đây đi qua những vùng địa hình phức tạp như cửa sông, giao thông đường thủy, phạm vi sân bay

- 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

- Không gian hẹp trong các nhà máy điện và trạm điện cũng cần đến giải pháp hạ ngầm cáp

Ưu điểm:

- Truyền tải điện trở nên dễ dàng với những vùng phạm vi hẹp,

- Không đòi hỏi nhiều về phạm vi an toàn tới các công trình khác

- Không bị ảnh hưởng do mưa bão, dông sét thời tiết xấu và ô nhiễm môi trường

Nhược điểm:

- Thời gian thi công lâu hơn

- Các tuyến cáp ngầm càng dài thì chi phí càng lớn

- Đối với các đường cáp ngầm dài phải kiểm tra các hầm nối cáp, hầm đảo pha tiếp địa … thường xuyên

- Việc vận hành cáp ngầm cũng phức tạp hơn so với đường dây trên không

- Nếu xảy sự cố thì việc phát hiện vị trí sự cố và xử lý cũng rất khó khăn

b Tuy nhiên với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay, nước ta đã hội nhập và học hỏi được nhiều thành tựu công nghệ mới 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 dây 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 Nhìn chung là chúng ít chịu ảnh hưởng từ các hiện tượng thời tiết như giông, sét, mưa bão Hơn nữa với hệ

Page 3

thống cáp ngầm ta có thể chọn dây dẫn đồng, do đó có thể giảm đến khoảng 30% tổn thất so với đường dây trên không là dây nhôm lõi thép Chính vì vậy về lâu dài,

có thể nói rằng đây là một giải pháp chấp nhận được về mặt kinh tế

1.3 Một số công trình cáp ngầm 220kV tại Việt Nam

Trong thực tế lưới điện Việt Nam, hệ thống cáp ngầm trung áp với cấp điện

áp  35kV đã được lắp đặt và vận hành phổ biến trên toàn quốc Các tuyến cáp ngầm 110kV cũng đã xuất hiện nhiều trong các khu công nghiệp và các thành phố lớn Tuy nhiên việc đưa hệ thống cáp ngầm cho hệ thống đường dây truyền tải cao

áp 220kV vẫn còn mới mẻ so với chiều dài hơn 16000km đường dây trên không của cấp điện áp 220kV, và chưa được nghiên cứu một cách có hệ thống trong ngành xây lắp điện

Cùng với sự phát triển của công nghệ lắp đặt cáp ngầm và với yêu cầu về giảm tổn thất điện năng, tổn thất điện áp, ngày nay một số trạm biến áp trung gian, với cấp điện áp cao từ 110kV, 220kV đang được xây dựng trong lòng các thành phố nhằm mục tiêu đưa cấp điện áp cao vào trung tâm phụ tải, đảm bảo cấp điện an toàn tin cậy cho các phụ tải quan trọng Đối với các thành phố Hà Nội, Hồ Chí Minh đã được yêu cầu đảm bảo độ tin cậy cấp điện cho phụ tải theo tiêu chí (n-2) Tại thành phố Hồ Chí Minh đã có trạm biến áp GIS (Gas Insulation Switchgear) 220kV Tao Đàn, GIS 220kV Bình Tân Đi cùng với trạm GIS thì luôn có các cáp ngầm nối từ trong hệ thống GIS ra các lộ xuất tuyến Đường cáp ngầm 220kV Nhà Bè – Tao Đàn, Cáp ngầm 220kV Tân Định – Củ Chi Cáp 220kV Phú Lâm – Hooc Môn 1 cũng đã vận hành Đường cáp ngầm trạm 220kV Quận 8 – Nam Sài Gòn đang trong quá trình hoàn thiện Tại Hà Nội trạm biến áp GIS 220kV Thành Công, công trình đường cáp ngầm 220kV Hà Đông – Thành Công, trạm biến áp GIS 220kV Tây Hồ cũng đã đưa vào vận hành Ngoài ra tại một số nhà máy điện mới cũng sử dụng cáp ngầm 220kV để đưa điện từ máy biến áp đầu cực ra trạm phân phối như: Cụm nhiệt điện Vĩnh Tân, nhiệt điện Duyên Hải, thủy điện Huội Quảng

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 cao áp đã trở thành cần thiết và cấp bách

Page 4

1.4 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:

Hình 1.1: Cấu trúc điển hình của cáp điện 230kV với cách điện XLPE

- Phần khe hở giữa các múi được lấp đầy bằng vật liệu chống thấm nước theo chiều dọc cáp

- 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 lõm của cáp (tạo thành bới các sợi đồng nhỏ)

- Được ép đùn cùng lúc với lớp cách điện (3)

Bao phủ bên ngoài lớp cách điện XLPE Vật liệu là nhựa bán dẫn được đùn đồng tâm

- Vật liệu của lớp này là compound bán dẫn,

có tác dụng làm giảm khả năng gây ion hoá

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

Màn chắn kim loại được bện bằng sợi đồng hoặc nhôm Có các sợi cáp quang nằm cùng

loại

Bảo vệ cơ học cho cáp

Ngoài công dụng bảo vệ cơ học cho cáp lớp

vỏ kim loại này còn đóng vai trò tản dòng ngắn mạch khi có sự cố ngắn mạch xảy ra

Vỏ kim loại cáp là loại bằng nhôm hoặc nhôm gợn sóng

Page 6

- Có tác dụng bảo vệ lớp vỏ kim loại khỏi bị tác động ăn mòn điện hoá của môi trường

- Có thể 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)

1.5 Cấu trúc của đầu cáp

Đầu cáp dùng để kết nối cáp lực với thiết bị điện khác như đường dây trên không, thanh cái, biến điện áp, chống sét van…

Đầu cáp có cấu trúc rất phức tạp, để ngăn không cho các phần-lớp của cáp tiếp xúc với môi trường ngoài mà vẫn đảm bảo cách điện tốt với vỏ-đất

1.5.1 Đầu nối ngoài trời

Hình 1.2 Là đầu nối ngoài trời cho cáp 230kV có hai loại, loại thứ nhất có dạng hình nón và dựa trên sự suy giảm ứng suất của cao su cơ bản (EPR) với vỏ là epoxy gọi là loại đúc sẵn – Pre fabricated type Loại thứ hai có dạng ống măng sông cao su dựa trên Silicone gọi là loại khuôn Pre molded

Page 7

Hình 1.2: Đầu nối ngoài trời (Outdoor terminations)

- Đầu nối ngoài trời nằm trong môi trường phức tạp, chịu sự tác động của bụi, hơi ẩm và hóa chất Tùy theo mức độ ô nhiễm để lựa chọn chiều dài cách điện chính

- Dựa theo IEC 60815 để lựa chọn cách điện với ô nhiễm cụ thể:

Mức độ ôn nhiễm

(Pollution lever)

Chiều dài đường dò danh định nhỏ nhất

(Minimum nominal specific creepage distance)

Page 8

1.5.2 Đầu nối vào thiết bị GIS

- Đầu nối được chế tạo kích thước theo các chuẩn có sẵn của trạm GIS

- Đầu cáp được gắn vào cáp trước khi cắm vào khoang khí SF6 của trạm GIS

- Đầu nối dạng SF6 dựa trên sự suy giảm ứng suất của cao su cơ bản với vỏ

là chất epoxy, Các thành phần cách điện chính được thử nghiệm và kiểm tra trước khi gắn vào đầu cáp

Hình 1.3 Cấu Tạo đầu cáp gắn vào trạm GIS

Page 9

1.5.3 Đầu nối vào máy biến áp có thùng dầu tại vị trí gắn cáp:

Hình 1.4: Toàn bộ các phần tính từ chân đế sẽ được ngâm trong khoang dầu

chứa sứ xuyên các pha của máy biến áp

1.6 Cấu trúc của các thiết bị khác trên toàn tuyến cáp

1.6.1 Cấu trúc hộp nối giữa

- Hộp nối cáp được sử dụng trong trường hợp phải nối các đoạn cáp với nhau, việc phân bổ các đoạn cáp đối với đường cáp ngầm dài sẽ được giải thích ở chương sau

- Có 1 số dạng hộp nối như sau:

Hình 1.5: Hộp nối giữa - Joints

Page 10

1.6.2 Hộp nối chuyển đổi

- Hộp nối cũng có loại để dùng nối giữa 2 loại cáp khác nhau nhưng phải cùng cấp điện áp

- Thông thường người ta dùng để nối cáp cách điện dầu với cáp cách điện đùn.Thành phần cơ bản là 1 hộp nối với 1 đầu là đầu nối chặn có cách điện giấy tẩm dầu thường có miệng loa epoxy và đầu kia là đầu nối dạng chế tạo sẵn

Hình 1.6: Hộp nối chuyển đổi – Transition Joint

1.6.3 Hộp nối tiếp đất

- Hộp nối này thường sử dụng tại các vị trí đầu cuối và để dễ dàng kết nối với vỏ bọc kim loại của cáp cũng như để giới hạn quá điện áp cảm ứng đi qua vỏ bọc kim loại gây ra bởi điện áp xung khi đóng cắt máy cắt hoặc có dòng ngắn mạch

Hình 1.7: Hộp nối tiếp đất - Link box for earthing

1.6.4 Hộp nối đảo pha vỏ cáp

- Với đường cáp dài, người ta sử dụng cách đảo pha vỏ cáp Mục đích của cách thức này sẽ trình bày cụ thể ở chương sau

Page 11

Hình 1.8: Hộp nối đảo pha vỏ cáp - Link box for cross bonding

1.6.5 Thiết bị giới hạn điện áp vỏ

- Thiết bị giới hạn điện áp vỏ cáp chính là loại chống sét van ZnO không khe

hở

1.6.6 Chống sét van

- Chống sét van được lắp ở 2 phía cuối-đầu cáp để bảo vệ quá điện áp cho

toàn tuyến cáp

Page 12

CHƯƠNG 2 CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT KHI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CÁP NGẦM

CAO ÁP 220KV

2.1 Giới thiệu chung

Tại thời điểm hiện nay công nghệ chôn, lắp đặt cáp đã có những tiến bộ vượt bậc do có sự trợ giúp của các máy móc hiện đại như máy kéo, máy đẩy, robot khoan ngầm 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

- Chất lượng công trình đều đạt tiêu chuẩn kỹ thuật

Cần phải cân nhắc đến các yếu tố sau đây:

- Khi đặt cáp, cần cân nhắc đến vấn đề cơ khí đường dây Ngoại trừ khía cạnh về điện và nhiệt của việc 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 đến từ các nguồn như hóa học, điện hóa, và từ các vi khuẩn khử gốc sunphat Chính 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

- Ảnh hưởng của môi trường Một số cách đặt cáp như là đặt cáp trong đường ống thường có những trở ngại đặc biệt là khi lắp đặt ở vùng cạnh đường dây cao áp, bờ biền, hầm mỏ, địa hình tự nhiên phức tạp

Thông thường có một số cách đặt cáp ngầm như trong hình vẽ Đối với mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm nhất định Do vậy tùy theo điều kiện và yêu cầu cụ thể mà nhà đầu tư sẽ quyết định chọn hình thức lắp đặt nào

Page 14

2.2 Các kỹ thuật thi công

Phương pháp chôn cáp trực tiếp chỉ được sử dụng với cáp ngầm 220kV dưới đáy biển, đối với cáp 220kV trên mặt đất thường áp dụng các phương pháp sau:

2.2.1 Các kỹ thuật đặt cáp trong mương cáp

Phương pháp đặt cáp này thông thường được dùng trong các vùng đô thị vì

nó có đặc điểm là có cấu trúc cơ khí tốt, bảo vệ tốt cho cáp đối với những tác động

cơ khí

Độ sâu của mương đặt cáp:

Độ sâu của mương đặt cáp phụ thuộc vào từng loại cáp và từng cấp điện áp khác nhau, khi tính toán độ sâu của mương cáp ngoài những yếu tố ảnh hưởng của tác động cơ học từ mặt đất đến cáp thì phải lưu ý trường hợp khi mương cáp không thể chôn sâu được cần phải đặc biệt chú ý tác động của lực động điện khi có xảy ra ngắn mạch Một số qui định như sau:

- Nơi công cộng: 1,40m

- Trong các trạm điện, hoặc nhà máy điện: 0,80m

Thông thường thì người ta phải nêm chặt sau mỗi lớp cách dầy khoảng 20cm

để đảm bảo rằng mặt sàn và đất cát được nêm chặt

Độ rộng của rãnh chôn cáp:

Độ rộng phụ thuộc và phương pháp đặt cáp và khoảng cách giữa các pha phụ thuộc vào cấp điện áp, dòng điện cần phải truyền tải Độ rộng của rãnh chôn cáp sẽ tăng lên tỷ lệ thuận với các yếu tố sau:

- Khoảng không gian cho người làm việc

- Số mạch đường dây cùng đặt trong một mương cáp

- Cần thêm lớp gạch chịu lực của mương

2.2.2 Các kỹ thuật đặt cáp trong ống dẫn nhựa HDPE chôn ngầm

Phương pháp đặt cáp này có ưu điểm cơ bản so với các phương pháp chôn cáp khác đó là: thông thường là những công việc kỹ thuật xây dựng có thể được làm trước khi đặt, kéo cáp, do đó có thể tránh được các vấn đề đào, lấp mương cáp trong thời gian dài, điều này làm giảm những ách tắc giao thông, hoặc những bất tiện cho vùng dân cư đông đúc như các vùng đô thị

Hình 2.3 mô tả chi tiết mặt cắt ngang của kỹ thuật chôn cáp trong ống dẫn điển hình

Page 15

Hình vẽ 2.3: Mặt cắt ngang của kỹ thuật chôn cáp trong ống dẫn

Phương pháp này có thể đáp ứng các yêu cầu sau:

- Giới hạn thời gian lắp đặt cáp

- Hiệu quả trong việc chống các va chạm cơ khí cho cáp, đặc biệt là những vùng phải chịu nhiều tải cơ khí, hoặc những vùng chịu độ rung lớn

- Tránh được việc phải đào bới lại rãnh đặt cáp khi tiến hành thay dây dẫn Phương pháp này thường dùng cho cách đặt cáp theo mặt phẳng ngang, đối với các hệ thống cáp với cấp điện áp 220kV và 400kV, hoặc những đoạn cáp phải đi xuyên qua đường

Độ sâu của mương đặt cáp đối:

Một số qui định như sau:

- Nơi công cộng: 1,50m

- Trong các trạm điện, hoặc nhà máy điện: 0,90m

Thường yêu cầu một khoảng bê tông có độ dầy tối thiếu là 10cm xung quanh ống và đất cát được nêm chặt rãnh đặt cáp

Độ rộng của rãnh chôn cáp:

Độ rộng phụ thuộc chủ yếu vào đường kính ngoài của ống nhựa dùng để đặt cáp cũng như khoảng cách cần cho:

- Việc lắp đặt các ống: yêu cầu 4cm để lấp đầy bê tông giữa các ống

- Cần khoảng rộng 4cm ở cả hai mặt của mương cáp để thêm lớp gạch chịu lực của rãnh cáp

Khoảng cách các dây cáp đặt gần nhau

Khoảng cách này phụ thuộc vào việc tính toán ảnh hưởng nhiệt độ dùng để tính toán công suất truyền tải của mỗi dây Trong thực tế, khoảng cách tối thiểu giữa hai dây cáp đặt gần nhau là 70cm

Page 16

Yêu cầu đối với việc lắp đặt ống nhựa:

- Bán kính cong của ống nhựa phải lớn ít nhất 20 lần đường kính ngoài của ống

- Các ống phải giống hệt nhau về kích thước và chất liệu

Một cỡ cáp hợp lý để chạy qua ống thì chiếm khoảng 80% đường kính trong của ống nhựa

2.2.3 Các kỹ thuật đặt cáp trong hầm không khí

Phương pháp này được áp dụng khi có yêu cầu xây dựng và lắp đặt một vài mạch đường dây cáp ngầm cao áp cùng chạy trên một đoạn đường

Các ưu điểm:

- Có thể đặt một vài đường dây cáp trong một khoảng không gian giới hạn

mà không giảm khả năng truyền tải của mỗi đường dây do ảnh hưởng của nhiệt độ qua lại của các đường dây cáp với điều kiện là hầm phải được thông khí, hoặc là có

hệ thống quạt thông gió

- Có thể lắp đặt nhiều đường dây cáp ở nhiều thời điểm khác nhau

- Công việc sửa chữa và bảo dưỡng cáp đượng thực hiện ngay trong hầm không khí

Các nhược điểm

- Giá thành xây dựng cao (chống thấm nước, thông gió, công việc làm sàn, giá đỡ cáp);

- Cần cân nhắc vấn đề chống hỏa hoạn

Các loại hầm cáp điển hình: Việc thiết kế hầm cáp phải tuân theo các giá trị tối thiểu sau đây:

- Chiều cao tối thiểu 2m, (với bất cứ độ rộng nào)

- Khoảng trống rộng tự do 0,90m (tính từ hai phía đối với tâm cáp) dùng để lắp đặt và gắn cáp, sửa chữa, bảo dưỡng;

- Có ít nhất hai lối vào ra với kích thước tối thiểu là 1,5mx1,0m (với bất cứ chiều dài nào) và khoảng cách tối thiểu giữa hai ống thông gió là 100m với diện tích mặt cắt tối thiểu là 0,90mx0,90m để đảm bảo an toàn cho công nhân có thể thoát hiểm trong trường hợp có sự cố

- Phát hiện độ sâu và hướng tuyến của đường khoan Bộ phát sóng gắn trong mũi khoan sẽ gửi tín hiệu lên mặt đất thông báo các trạng thái của mũi khoan như

độ nghiêng-góc lệch so với hướng chính-nhiệt độ

- Sau khi tiến hành khoan, dùng máy kéo và đẩy để đưa cáp và ống nhựa HDPE vào hầm đã khoan được

Page 18

Hình 2.5: Khoan hầm đặt cáp

2.3 Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận cho việc thiết kế công trình cáp:

Trong sợi cáp một pha khi mang dòng xoay chiều sẽ xuất hiện điện áp cảm ứng ở trong vỏ cáp và sẽ tạo ra dòng điện chạy dọc vỏ cáp nếu vỏ tạo thành mạch kín vì vỏ đồng tâm với màn chắn bao quanh phần dẫn dòng điện, nó thường mang điện thế của đất, ví dụ khi nối đất vỏ ở cả hai đầu của cáp sẽ sinh ra dòng điện trong lớp vỏ kim loại này và sẽ 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

Đối với cáp một lõi mang dòng điện lớn quá 500A thường sử dụng biện pháp nối vỏ đặc biệt để đảm bảo yêu cầu kinh tế cũng như giảm tổn thất

Page 19

Khi sử dụng biện pháp nối đất vỏ đặc biệt thì có thể sử dụng cáp có lõi bé hơn, tuy nhiên khi đó vấn đề kinh tế sẽ được đặt ra để cân nhắc là sử dụng biện pháp nối đất hai đầu với tiết diện lõi lớn hơn hay sử dụng biện pháp nối đất vỏ đặc biệt với lõi bé hơn nhưng phải bổ sung các thiết bị phụ trợ đi kèm và chi phí bảo dưỡng các thiết

bị này trong suốt quá trình vận hành với một hợp bộ nối đất vỏ đặc biệt

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

- Vỏ bình thường coi là có hiệu điện thế với đất bằng không, nhưng hệ thống

vỏ đặc biệt thì có điện thế với đất Vì vậy phần kim loại của vỏ phải có cách điện thích hợp Trị số điện áp vỏ vì lý do an toàn, cần giới hạn ở một trị số nào đó

- Việc ngăn chặn hoàn toàn dòng điện trong vỏ không phải lúc nào cũng thực hiện được do khó khăn trong lựa chọn chiều dài cáp và chỗ phân cách Trong giai đoạn thiết kế, chiều dài cáp và khoảng phân 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 (IEC 60287) Nếu thấy có sự thay đổi về chiều dài cáp cũng như khoảng phân cách thì phải tính dòng ký sinh trong vỏ để đánh giá tác động của nó vào trị số định mức của cáp

- Khi áp dụng phương pháp nối đất đảo pha, điện áp ở vỏ tăng lên khi cáp bị

sự cố hoặc lưới đang ở trạng thái quá độ, điện áp này là đáng kể Với hệ thống cáp cao áp phải có thiết bị để hạn chế điện áp này và trong mọi trường hợp chúng được tính toán phối hợp với mức cách điện của vỏ cáp Khi cách điện vỏ cáp hoặc thiết bị hạn chế điện áp bị hỏng, thì dòng điện và tổn hao trong vỏ cáp tăng cao làm vỏ cáp

bị quá nóng Vì vậy phải xác định giới hạn điện áp vỏ cáp và giám sát trị số này trong vận hành Các hầm nối cáp trên toàn tuyến cáp ngầm có chức năng chứa các thiết bị nối đất vỏ cáp, nối đảo pha vỏ cáp, nối thẳng, hoán vị pha các sợi cáp

2.3.1 Gradent điện áp cảm ứng dọc theo chiều dài cáp điện

Sơi 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:

Ep = jI.2.10-7 (

p p

p

p p

S

S j

S

S S

1

3 2

2

3 1

ln2

3

ln2

1

Trong đó:

Page 20

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

 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:

I1 = I; I3 = 2

I;  = -

2

32

1

j



[20]

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

kỳ hoán vị

Gradient điện áp cảm ứng trong vỏ cáp

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 điện 3 pha cân bằng được cho bởi:

*Trường hợp chung cho cách bố trí cáp bất kỳ: [22]

2

3

.2ln2

13 12 2

d

S j

S d

2

3

.4ln2

1

12

23 2

23 12

S

S j

d

S S

2

3

.2ln2

13 23 2

d

S j

S d

Trong đó:

d = đường kính hình học vỏ

S12 = Khoảng cách hướng trục của pha 1 và 2 (từ tâm cáp 1 đến cáp 2)

S23 = Khoảng cách hướng trục của pha 2 và 3 (từ tâm cáp 2 đến cáp 3)

S13 = Khoảng cách hướng trục của pha 1 và 3 (từ tâm cáp 1 đến cáp 3)

32

d

ln2

3ln

d

ln2

3ln

S

S S

Bố trí cáp theo hình tam giác

Bố trí cáp theo mặt phẳng

Cáp lực thường đặt cùng cáp điều khiển và thông tin trong cùng một hào, và yêu cầu phải giảm U cảm ứng tối thiểu trong các cáp song song này Khi vỏ cáp lực một ruột là liên tục và tiếp đất cả 2 đầu thì nó là màn chắn làm giảm U cảm ứng trong các cáp song song Đặc biệt trong hệ thống đảo vỏ nối đất thì vỏ không còn dòng cảm ứng và không còn là màn chắn, khi phụ tải trong cáp là cân bằng (Khi tải không cân bằng hoặc khi sự cố, thì dòng điện trong vỏ sẽ xuất hiện trong cáp được đấu nối đảo pha và như vậy hiệu quả màn chắn quan trọng sẽ xuất hiện trong trường hợp này Tác dụng màn chắn cũng có khi vỏ cáp hoặc dây áo giáp cáp đi song song)

Cáp bên ngoài nhóm cáp bố trí theo mặt phẳng

E (V/km)

I = 1000A

Cáp bố trí hình sao ba lá và cáp ở giữa nhóm cáp bố trí theo hình phẳng

Hình 2.6 Hoán vị cáp song song để giảm U cảm ứng khi cáp lực bố trí theo hình

sao ba lá hoặc hình phẳng

Hình 2.6 chỉ ra các phương pháp hoán vị cáp chạy song song hoặc dây dẫn Khi cáp lực đặt trên mặt phẳng có khoảng cách xa nhau thì cáp đi song song sẽ đặt vào giữa Trong mọi trường hợp cáp song song phải hoán vị ở giữa từng đoạn hoặc trên tuyến để vị trí cáp ở hai đầu là giống nhau

2.4 Vị trí đấu vỏ cáp trực tiếp nối đất

Đối với các đoạn cáp ngắn: cách bố trí nối vỏ đặc biệt đối với vỏ cáp 3 pha là nối chúng với nhau và chỉ tiếp đất một điểm dọc đường cáp Các điểm khác sẽ có điện áp với đất theo công thức ở trên, điện áp sẽ cao nhất tại điểm xa điểm tiếp 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 hao dòng xoáy vẫn còn)

Dây nối đất song song

Cáp bố trí hình phẳng Cáp bố trí hình tam giác

L/2

L

0,7 S

S S

Page 24

Trị số điện áp duy trì ở vỏ xem ở đồ thị gradient điện áp Với mạch tiêu biểu,

I = 500A và S/d = 2 thì điện áp vỏ tương ứng là 43,5 tới 58V/ km khi đặt theo hình sao ba lá (tam giác) hoặc mặt phẳng Khi đó ở vỏ cáp có thể có một số điểm mà người vận hành có thể tiếp xúc được, các điểm đó có điện thế gần đất hoặc bằng đất

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 U vỏ cho phép trong khi cáp đang vận hành đầy tải ở mỗi nước qui định khác nhau Trong một số trường hợp (khi nguy cơ người và thiết bị chạm vào các điểm nối đất vỏ cao, như các khu vực công cộng đông người, những nơi mà nguy cơ người có thể tiếp cận với tần suất cao như trong trạm biến áp,…) cần ngăn ngừa việc sử dụng nối đất tại 1 điểm (trừ trường hợp chiều dài của cáp cỡ vài trăm mét)

Đối với tuyến cáp dài (gồm nhiều đoạn): Khi cáp quá dài, điện áp vỏ quá lớn, nối đất tại 1 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 qui định

Hình 2.7 : Các hầm nối đất trực tiếp tại vị trí G1, G2, G3

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 bất kì đường nào bên ngoài có thể Vì vậy nếu chỉ tiếp đất tại một điểm của vỏ cáp, thì không thể được vì dòng chạm đất sẽ trở về Nếu không dùng 1 dây dẫn song song ngoài vỏ làm đường dẫn dòng sự cố, dòng sự cố chỉ đi qua đất

Vì điện trở suất đất 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 Do

Page 25

dòng trở về chạy rất xa khỏi cáp, gradient điện áp cảm ứng dọc theo dây tiếp đất

song song kể cả ở vỏ cáp sẽ rất lớn

Hơn thế, 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 và lắp đặt thiết bị hạn chế điện áp để

tránh nguy hiểm cho người và thiết bị Vì vậy, cần thiết phải có dây tiếp đất liên tục

song song đối với hệ thống cáp tiếp đất tại 1 điểm để lấy điện thế đất ở cả 2 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 được khi có sự cố chạm đất Tiết diện dây dẫn phải phù hợp với

dòng sự cố lớn nhất hệ thống

Dây dẫn này cũng cần có cách điện để tránh ăn mòn và chịu được U cảm ứng

từ cáp lực Trong trường hợp chiều dài cáp lớn, để tránh dòng điện lưu thông tuần

hoàn tổn thất trên dây dẫn, nếu cáp lực không hoán vị, thì phải hoán vị dây dẫn liên

tục tiếp đất song song

Hình 2.8 Mô tả việc áp dụng kết nối tiếp đất tại một điểm cũng như nhiều điểm

Hình 2.9 Mô tả việc áp dụng kết nối tiếp đất cả hai đầu vỏ cáp với

cáp đoạn ngắn (Both-ends bonding)

Đầu cáp

Dây nối đất song song

Thiết bị hạn chế điện áp

Page 26

Nối đất vỏ cáp trực tiếp cả hai đầu sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng lưu thông liên tục trong vỏ cáp trong điều kiện vận hành bình thường Đây là nguyên nhân gây tổn thất trong màn chắn cáp dẫn đến làm giảm dòng tải của cáp Tổn thất trong màn chắn cáp khi cáp được đặt theo hình tam giác sẽ nhỏ hơn đối với cáp được đặt theo hình phẳng Tuy nhiên khi đó sẽ phải thiết kế cáp có tiết diện lớn hơn, chi phí xây dựng, lắp đặt lớn hơn, tổn thất trong quá trình vận hành cao hơn, vì vậy người ta không nối đất vỏ cáp trực tiếp cả hai đầu cho cáp ngầm 230kV

2.5 Vị trí đấu nối đảo pha vỏ cáp

2.5.1 Với đoạn cáp ngầm không quá dài

Đấu nối đảo pha ở chỗ phân đoạn vỏ thành những phân đoạn cơ sở và đấu nối đảo pha chúng để trung hoà điện áp điện áp cảm ứng tổng trong 3 đoạn liền kề như trong hình dưới đây:

Hình 2.10 Gradient U cảm ứng (vỏ-dây đất) khi sự cố một điểm ở các vị trí khác

nhau của hệ thống bó cáp đặt trong mặt phẳng

Page 27

Hình 2.11 Đảo pha không hoán vị cáp và đảo pha có hoán vị cáp

Khi không hoán vị cáp, như theo hình 2.11 chỉ có thể đạt cân bằng U cảm ứng trên vỏ khi bố trí cáp theo hình sao 3 lá (đặt tam giác) Tuy nhiên, yêu cầu phải hoán vị cáp tại mỗi hộp nối, khi ấy U cảm ứng ở vỏ sẽ trung hoà Hình 2.11 chỉ cách thực hiện cho mạch cáp gồm 3 phân đoạn Vỏ cáp tiếp đất ở cả 2 đầu và không cần dây tiếp đất song song Mỗi phân đoạn được chia thành 3 phân đoạn con và 3 phân đoạn con hợp thành 1 phân đoạn lớn

2.5.2 Với cáp dài

Đấu nối đảo pha vỏ cáp thực hiện theo cách mô tả duới đây

- Đấu nối đảo pha phân đoạn:

Nếu số phân đoạn cơ sở chia chẵn cho 3 thì có thể bố trí một hoặc nhiều phân đoạn lớn nối tiếp Chỗ nối 2 phân đoạn lớn và ở 2 đầu đường cáp, vỏ cáp được nối với nhau và tiếp đất bằng chỉ một thanh tiếp đất tại chỗ Chỗ phân cách các đoạn chính đã nối như theo hình 2.11 Nếu có yêu cầu, chỉ lắp thiết bị hạn chế điện áp thêm vào chỗ nối đảo pha ở hộp nối

Phân đoạn nhỏ

Phân đoạn lớn

Page 28

- Đấu nối đảo pha liên tục

Hình 2.12 Đảo pha với 3 phân đoạn chính và đảo pha liên tục

Trong hệ thống này, các vỏ cáp được đấu nối đảo pha tại cuối mỗi phân đoạn 3 vỏ cáp được kết lại và chỉ tiếp đất ở 2 đầu tuyến như trên hình Một lần nữa, thấy rằng cáp cần hoán vị Số phân đoạn chia hết cho 3, nhưng cũng có thể có sai lệch về 2 đầu tuyến (dư 1 hoặc dư 2) Khi số phần tử chính nhiều thì sự không cân bằng không thể hiện rõ nữa

- Hệ thống hỗn hợp

Khi số phần tử phân đoạn không chia chẵn cho 3, hệ thống có thể thiết kế hỗn hợp đấu nối đất đảo pha và đấu tại 1 điểm theo các chiều dài Hình 2.13 chỉ cách đấu 1 điểm ở cuối, còn chỗ nối đảo pha hệ thống có thể phân đoạn hoặc liên tục

Hình 2.13 Điểm cuối của hệ thống đảo pha nối đất tại một điểm

Nối đất 1 điểm Đảo pha nối đất

Page 29

- Hệ thống không cân bằng

Trên thực tế thi công lắp đặt không thể chia tuyến cáp thành từng đoạn có chiều dài chính xác thoả mãn yêu cầu, cũng không thể luôn luôn thoả mãn các khoảng cách không đổi suốt dọc tuyến Các điểm đấu đảo pha cũng không chính xác chia chẵn cho 3 Vì vậy hệ thống nói chung tồn tại sự không cân bằng và phần lớn các trường hợp chấp nhận được có thêm tổn thất phụ ở vỏ với mức độ nhỏ (IEC 60287)

Tóm tắt việc lựa chọn cách đảo pha vỏ cáp

Tối thiểu cứ 3 phân đoạn thì cần thực hiện đảo pha ở chỗ phân đoạn vỏ cáp ở hộp nối Đảo pha thường không thực hiện cho cáp chỉ có 1 hoặc 2 đoạn, trường hợp này thường dùng cách đấu đơn

Ưu điểm của nối đất đảo pha: Mặc dù tiết diện và điện dẫn vỏ cáp đủ khả năng chịu dòng sự cố, nhưng cũng không nên chỉ tiếp đất ở một điểm Ưu điểm chính của nối đất đảo pha là ngăn chặn được dòng cảm ứng trong vỏ khi phụ tải cân bằng bình thường, tạo thành đường liên tục từ đầu này cáp tới đầu kia và được tiếp đất ở cả 2 phía Dòng sự cố chạm đất có đường đi, vì vậy không cần có dây tiếp đất song song cho dòng sự cố Thêm vào đó, vỏ cáp có tác dụng như màn chắn cho ruột cáp vì nó là dây tiếp đất song song Vì vậy điện áp cảm ứng của cáp song song khi

có sự cố chạm đất tương tự trong hệ thống đấu đảo pha sẽ nhỏ hơn ở hệ thống kết nối ở một điểm

* Chọn hệ thống nối đất đảo pha phân đoạn với tuyến cáp dài có ưu điểm:

- Vì mỗi phân đoạn chính hình thành một mắt lưới điện riêng, nên có thể tính

thẳng dòng điện vỏ khi chiều dài và khoảng cách các cáp trong các đoạn nhỏ không giống nhau

- Kết nối vỏ tại hộp nối của mỗi phân đoạn chính cho phép dòng sự cố khi cáp sự cố phân bố giữa 3 vỏ trừ khi trong phân đoạn chính có sự cố

- Kết nối vỏ và tiếp đất tại hộp nối chính có xu thế làm giảm điện áp quá độ ở

vỏ cáp

- Giảm số lượng thiết bị hạn chế điện áp vỏ cáp

* Chọn hệ thống nối đất đảo pha liên tục với tuyến cáp dài có ưu điểm:

Page 30

- Hiệu ứng do các phân đoạn không giống nhau có thể giảm nếu nó là phần của mạch tổng của vỏ trong một số phân đoạn Có thể áp dụng tổng số phân đoạn không chia chẵn cho 3

- Có thể giám sát dòng vỏ cáp trong toàn mạch tại một điểm trên tuyến với bất kỳ số lượng các phần tử phân đoạn

- Giám sát dễ dàng hơn cách điện vỏ và điện áp thiết bị hạn chế điện áp vỏ ít nhất trong trường hợp sự cố với điện trở thấp, vì chỉ cần tháo 2 điểm kết nối vỏ và tiếp đất, ngay cả khi mạch dài, là có thể làm thí nghiệm tại các đầu mạch cáp

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

đảo pha đối với cáp ngầm là rất cần thiết Việc lựa chọn cách nối đất, chiều dài đảo pha và các thiết bị bảo vệ cho cáp ngầm tuỳ thuộc vào từng tuyến cáp ngầm cụ thể, tuy nhiên khi tính toán lựa chọn 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 đảm bảo được các yêu cầu chính sau đây:

+ Không phá huỷ 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 chuyên dụng

- Điện áp cảm ứng cho phép trên vỏ cáp, trong khi vận hành bình thường Với sơ đồ nối đất vỏ 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

Page 31

- Số lượng các đoạn cáp nên là bội số của 3, để đảm bảo việc đảo pha cáp và

vỏ cáp trọn bước, giảm tổn thất khi vận hành và bảo đảm khả năng tải

- 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

2.6 Vấn đề điện áp vỏ và vị trí đặt các bộ quá điện áp vỏ

- Như đã trình bày ở các phần trước, các bộ chống quá điện áp vỏ cáp sẽ đặt

ở các hầm cáp khi kết thúc 1 chu kỳ đảo pha vỏ cáp và tại phía đầu cáp không nối đất trực tiếp vỏ Các bộ quá điện áp vỏ cũng có thể được đặt tại các hầm nối đất đảo pha Vỏ cáp sau khi được thi công sẽ đi theo 1 cáp đơn riêng có vỏ bọc và tách khỏi phần thân của cáp chính-dẫn vào hộp chứa các bộ quá điện áp vỏ Chưa có sự thống nhất chung về giới hạn điện áp vỏ, đặc biệt ở hệ thống bó cáp, nhưng một số nước cũng đã xác định trị số lớn nhất Có thể là quãng 50V ở các chi tiết kim loại hở ở đầu cáp đến giữa 60 và 100V cho vỏ chôn và vỏ tại đầu cáp có che bảo vệ để tay người không chạm được vào vỏ và các chi tiết kim loại

Hình 2.14: Đồ thị biểu diễn điện áp trong vỏ cáp với 3 phân đoạn