-1- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM VĂN NGHĨA NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐẤU NỐI, LẮP ĐẶT, THÍ NGHIỆM VÀ VẬN HÀNH CÁP NGẦM TRUNG THẾ Ở VIỆT NAM Chuyên ngành : Kỹ thuật điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS ĐẶNG QUỐC THỐNG Hà Nội –Năm 2015 -2- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Tất số liệu kết luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác TÁC GIẢ PHẠM VĂN NGHĨA -3- MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁP ĐIỆN LỰC 1.1.1 Khái quát cáp điện lực 1.1.2 Phân loại cáp ngầm điện lực 10 1.1.2.1 Phân loại theo kết cấu cách điện 10 1.1.2.2 Phân loại theo vật liệu chế tạo lõi cáp 13 1.1.2.3 Phân loại theo nhiệm vụ 14 1.1.3 Nhận xét 14 1.2 CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA CÁP NGẦM TRUNG THẾ SỬ DỤNG CÁCH ĐIỆN POLYMER 15 1.2.1 Cấu tạo chung cáp cách điện Polymer 15 1.2.2 Lõi dẫn 15 1.2.3 Cách điện 15 1.2.4 Màn chắn 16 1.2.5 Vỏ bảo vệ 17 1.2.6 Vỏ bảo vệ học 17 1.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP LẮP ĐẶT VÀ QUY ĐỊNH VẬN HÀNH CÁP NGẦM TRUNG THẾ PHỔ BIẾN 17 1.3.1 Các phƣơng pháp lắp đặt phổ biến 17 1.3.1.1 Lắp đặt cáp trực tiếp đất 17 1.3.1.2 Lắp đặt cáp không khí 17 1.3.1.3 Lắp đặt cáp mƣơng cáp xây bê tông 18 1.3.2 Các quy định vận hành phổ biến 18 1.4 ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN TÍCH CÁC SỰ CỐ CÁP NGẦM TRUNG THẾ TẠI VIỆT NAM 19 1.4.1 Tình hình phát triển cáp ngầm trung Việt Nam 19 1.4.2 Tổng quan cố cáp ngầm trung Việt Nam 19 1.5 KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 23 CHƢƠNG 2: KỸ THUẬT ĐẤU NỐI, LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH NGẦM TRUNG THẾ CÁCH ĐIỆN XLPE 24 -4- 2.1 KỸ THUÂT ĐẤU NỐI CÁP NGẦM TRUNG THẾ 24 2.1.1 Đặt vấn đề 24 2.1.2 Kỹ thuật làm đầu cáp 24 2.1.2.1 Chức năng, nhiệm vụ đầu cáp 24 2.1.2.2 Phân loại đầu cáp 24 2.1.2.3 Nguyên tắc chung việc làm đầu cáp 25 2.1.2.4 Kỹ thuật làm đầu cáp thƣờng 26 2.1.2.5 Kỹ thuật làm đầu cáp Tplug đầu cáp Elbow 28 2.1.3 Kỹ thuật làm hộp nối 29 2.1.3.1 Chức năng, nhiệm vụ hộp nối 29 2.1.3.2 Phân loại hộp nối 30 2.1.3.3 Kỹ thuật làm hộp nối 30 2.2 KỸ THUẬT LẮP ĐẶT CÁP NGẦM TRUNG THẾ 31 2.2.1 Yêu cầu chung 31 2.2.2 Lựa chọn loại cáp 32 2.2.3 Cấu hình lắp đặt cáp ngầm 32 2.2.3.1 Cáp bố trí pha theo phƣơng thẳng đứng 33 2.2.3.2 Cáp bố trí pha theo phƣơng nằm ngang 33 2.2.3.3 Cáp bố trí pha theo hình tam giác 33 2.2.4 Phƣơng thức lắp đặt cáp 34 2.2.4.1 Lắp đặt cáp ngầm trực tiếp đất 34 2.2.4.2 Lắp đặt cáp ngầm ống (khối cáp, máng cáp) 37 2.2.4.3 Lắp đặt cáp ngầm công trình cáp 38 2.3 ẢNH HƢỞNG CỦA CỦA KỸ THUẬT LẮP ĐẶT ĐẾN QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG CÁP NGẦM TRUNG THẾ 40 2.3.1 Ảnh hƣởng kỹ thuật làm đầu cáp hộp nối 40 2.3.2 Ảnh hƣởng phƣơng pháp tiếp địa vỏ cáp 41 2.3.3 Ảnh hƣởng cấu hình lắp đặt cáp 42 2.3.3.1 Phƣơng pháp tính điện áp cảm ứng vỏ cáp 42 2.3.3.2 Ảnh hƣởng tổn thất vỏ cáp đến khả tải cáp 45 2.3.4 Ảnh hƣởng vấn đề tản nhiệt môi trƣờng cáp 47 2.3.4.1 Lý thuyết chế độ nhiệt 47 2.3.4.2 Tổn hao nhiệt lõi dẫn dòng tải 49 2.3.4.3 Tổn hao điện môi 49 2.3.4.4 Nhiệt trở phận cáp 50 2.3.4.5 Độ tăng nhiệt độ tổn hao điện môi 53 2.3.4.6 Tính nhiệt trở đất 53 2.3.4.7 Nhận xét 60 CHƢƠNG 3: KỸ THUẬT THÍ NGHIỆM, CHUẨN ĐOÁN VÀ XÁC ĐỊNH ĐIỂM SỰ CỐ CÁP NGẦM TRUNG THẾ 61 -5- 3.1 KỸ THUẬT THÍ NGHIỆM CÁP NGẦM TRUNG THẾ 61 3.1.1 Tổng quan thí nghiệm cáp ngầm 61 3.1.2 Các phƣơng pháp thí nghiệm cáp ngầm 63 3.1.2.1 Thí nghiệm điện áp chiều 63 3.1.2.2 Thí nghiệm chịu đựng điện áp cao tần số công nghiệp 66 3.1.2.3 Thí nghiệm phóng điện cục 67 3.1.2.4 Thí nghiệm tổn hao điện môi tần số 50Hz 69 3.1.2.5 Thí nghiệm tần số thấp 70 3.2 KỸ THUẬT CHUẨN ĐOÁN VÀ XÁC ĐỊNH ĐIỂM SỰ CỐ CÁP NGẦM TRUNG THẾ 74 3.2.1 Đặt vấn đề 74 3.2.2 Các phƣơng pháp chuẩn đoán xác định sơ vị trí 74 3.2.3 Các phƣơng pháp chuẩn đoán xác định vị trí cố 76 3.2.3.1 Tổng quan 76 3.2.3.2 Phƣơng pháp cảm ứng điện từ 76 3.2.3.3 Phƣơng pháp âm tần 78 3.2.4 Ứng dụng phƣơng pháp cảm ứng điện từ dò tìm cố cáp ngầm 83 CHƢƠNG 4: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH VÀ XÁC ĐỊNH ĐIỂM SỰ CỐ CỦA TUYẾN CÁP NGẦM 22KV TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI 86 4.1 Tính toán chế độ vận hành tuyến cáp ngầm 22kV cấp điện cho trụ sở Bộ Công An 86 4.1.1 Các thông số đầu vào 86 4.1.2 Áp dụng tính toán chế độ vận hành 88 4.1.2.1 Chế độ vận hành 89 4.1.2.2 Chế độ vận hành 90 4.1.2.3 Nhận xét 92 4.2 Xác định điểm cố tuyến cáp ngầm 22kV cấp điện cho trụ sở Truyền hình Công an Nhân dân 93 4.2.1 Các thông số đầu vào 93 4.2.2 Trình tự thực dò tìm điểm cố 93 4.2.3 Nhận xét 95 KẾT LUẬN 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 PHỤ LỤC 99 -6- DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tính chất vật liệu dẫn điện 14 Bảng 1.2 Các chế lão hóa cách điện cáp lực 20 Bảng 2.1 Chiều rộng giới hạn đường cáp ngầm .31 Bảng 2.2 Khoảng cách nhỏ cáp công trình cáp 40 Bảng 3.1.Bảng kê giới hạn điện trở cách điện IR(MΩ) km cáp 63 Bảng 3.2 Thí nghiệm HVDC cáp có điện áp danh định đến 36kV trước lắp đặt .65 Bảng 3.3 Thí nghiệm HVAC cáp điện áp danh định 36 kV trước lắp đặt .67 Bảng 3.4 Thí nghiệm HVAC cáp điện áp danh định 36 kV sau lắp đặt 67 Bảng 3.5 Giá trị tổn hao số điện môi vật liệu cách điện .70 Bảng 3.6 Tiêu chuẩn giá trị độ lệch cho phép tgδ 73 Bảng 3.7 Giá trị điện áp thí nghiệm điện áp cao tần số thấp (VLF) .73 Bảng 4.1 Các thông số cáp ngầm 22kV-3x240mm2 87 Bảng 4.2 Các điều kiện thời tiết khu vực Hà Nội .88 Bảng 4.3 Các thông số vật liệu 89 Bảng 4.4 Dòng tải cho phép tuyến cáp ngầm cấp điện cho trụ sở Bộ Công An chế độ vận hành hệ số tải 89 Hình 4.3 Biểu đồ tương quan dòng tải cho phép tuyến cáp ngầm cấp điện cho trụ sở Bộ Công An chế độ vận hành hệ số tải 90 Bảng 4.5 Dòng tải cho phép tuyến cáp ngầm cấp điện cho trụ sở Bộ Công An chế độ vận hành hệ số tải 91 Hình 4.4 Biểu đồ tương quan dòng tải cho phép tuyến cáp ngầm cấp điện cho trụ sở Bộ Công An chế độ vận hành hệ số tải 91 Bảng 4.6 Điện trở chiều đôi ruột cáp - tuyến cáp ngầm 22kV cấp điện cho trụ sở Truyền hình Công an Nhân dân 94 -7- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu tạo cáp lõi có vỏ bọc Hình 1.2 Cấu tạo cáp ngầm 24kV cách điện XLPE 15 Hình 1.3 Mô hình điện kính hiển vi 22 Hình 1.4 Cây nước cách điện 22 Hình 2.1 Đầu cáp ba pha, đầu cáp đơn pha 24 Hình 2.2 Cấu tạo đầu cáp co rút nguội 24kV 27 Hình 2.3.Đầu cáp Tplug Elbow 24kV 29 Hình 2.4 Điện vỏ cáp đấu nối tiếp địa đầu, hai đầu 41 Hình 2.5 Hệ thống nối đất điểm 41 Hình 2.6 Hệ thống nối đất đảo vỏ 42 Hình 2.7 Sơ đồ vectơ điện áp vỏ cáp 44 Hình 2.8 Gradient điện áp cảm ứng vỏ có dòng điện 1000A ruột 45 Hình 2.9 Mạch tương đương dòng nhiệt cáp ngầm .48 Hình 2.10 Nhiệt trở cáp sợi 51 Hình 2.11 Nhiệt trở giả tưởng loại cáp thông dụng 52 Hình 2.12 Nhiệt độ đất năm độ sâu khác 54 Hình 2.13 Nhiệt trở suất đất năm 54 Hình 2.14 Trường nhiệt độ cáp đường kính d=2r, độ chôn sâu h .55 Hình 2.15 Nhiệt trở cáp vận hành liên tục (hệ số tải ) không xét đến hiệu ứng đất bị khô 57 Hình 3.1 Sơ đồ đo điện trở cách điện .63 Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm chịu đựng điện áp cao tần số công nghiệp 66 Hình 3.3 Sơ đồ thí nghiệmphóng điện cục (PD) dùng nguồn AC-50Hz 68 Hình 3.4 Sơ đồ đo tổn hao điện môi (tgδ) 69 Hình 3.5 Sử dụng tần số thấp (VLF) đo phóng điện (PD) .71 Hình 3.6: Sử dụng tần số thấp (VLF) đo tổn hao điện môi (tgδ) 71 Hình 6: Thí nghiệm điện áp cao tần số thấp (VLF) 73 Hình 3.7: Thử nghiệm với mạch vòngMurray 75 Hình 3.8 Dòng điện cáp 77 Hình 3.9 Dòng điện cáp nhiều lõi chạy ống dẫn với miệng ống 77 Hình 3.10 Tín hiệu điện từ vị trí xảy cố cáp điện pha .78 -8- Hình 3.11 Phương pháp hố áp dụng với điện áp xoay chiều (AC) chiều (DC) 79 Hình 3.12 Phương pháp xoắn 81 Hình 3.13 Xác định tuyến cáp theo phương pháp tín hiệu cực tiểu 83 Hình 3.13 Xác định chiều sâu chôn cáp 84 Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho trụ sở Bộ Công An .86 Hình 4.2 Mặt cắt rãnh cáp điển hình từ TBA 110kVA E9 đến trụ sở Bộ Công An 87 -9- CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁP ĐIỆN LỰC 1.1.1 Khái quát cáp điện lực Cáp dây dẫn điện mềm đƣợc bọc cách điện bọc vỏ kim loại vật liệu Polymer để ngăn chặn tác dụng bên cách điện nhƣ chênh lệch nhiệt độ cao, ngâm nƣớc Chúng phải chịu thay đổi nhiệt độ lớn dòng điện làm việc điều kiện nhiệt độ môi trƣờng Khi lắp đặt xong cáp phải vận hành tin cậy nhiều năm Cấu tạo cáp gồm hay nhiều dây dẫn (lõi dẫn) cách điện với đất cách điện lõi với nhau, vỏ kim loại lớp bọc bảo vệ Hình 1.1 Cấu tạo cáp lõi có vỏ bọc Lõi dẫn có chức dẫn dòng điện, đƣợc cấu tạo vật liệu dẫn điện, phổ biến dùng đồng nhôm có đặc điểm thỏa mãn yếu tố chính: Tính phổ biến, có độ bền học, dẫn điện tốt giá hợp lý Cách điện cáp phải gánh chịu toàn trọng lƣợng lõi ứng lực uốn Vì việc đảm bảo yêu cầu cách điện phải đảm bảo yêu cầu độ uốn, độ bền giới khả tản nhiệt Vỏ bọc kim loại thƣờng sử dụng chì nhôm có nhiệm vụ bảo vệ cách điện tác dụng bên ngoài, trƣớc hết độ ẩm tác động giới Lớp bảo vệ vỏ bọc sợi thép băng thép, lớp sợi đay tẩm bitum Vỏ bọc có tác dụng làm cho điện trƣờng phân bố đặc tính cáp không phụ thuộc vào cách thức lắp đặt - 10 - Lớp vỏ bọc thƣờng sử dụng nhựa Polyvinyl clorua (PVC), lớp vỏ có tác dụng chống ăn mòn lớp vỏ kim loại, để in thông tin kỹ thuật cáp Trong thực tế cáp ngầm đƣợc chế tạo thành đoạn có chiều dài từ 250m đến 1000m, đoạn đƣợc nối với hộp nối đƣợc nối với thiết bị khác nhƣ tủ điện máy biến áp đầu cáp Việc đấu nối đƣợc thực công trƣờng, yêu cầu kỹ thuật chi phí việc đấu nối cáp cao 1.1.2 Phân loại cáp ngầm điện lực 1.1.2.1 Phân loại theo kết cấu cách điện a) Cáp tẩm dầu Mỗi lõi dẫn cáp tẩm dầu đƣợc cách điện giấy tẩm dầu có điện trở cách điện độ nhớt cao Dầu tẩm có nguồn gốc từ dầu mỏ pha lẫn nhựa thông để tăng độ nhớt ngăn chặn trình oxy hóa, đƣợc bịt kín lớp kim loại, ví dụ nhƣ vỏ chì Tuy nhiên cáp thƣờng tạo khoảng trống cách điện, dẫn đến tƣợng ion hóa độ tin cậy cáp không cao Ở điện áp cao ngƣời ta chế tạo cáp sợi, cáp có lõi đồng nhôm vặn xoắn rỗng.Dây dẫn rỗng lƣu thông dầu dƣới áp suất cao để tẩm cách điện giấy đảm bảo dẫn điện đồng Lớp vỏ bọc đƣợc bảo vệ lớp kim loại, đƣợc bảo vệ lớp nhựa PVC Cáp tẩm dầu có ƣu điểm so với loại cáp đổ dầu đầu nối cáp chất tẩm không bị gỉ không tạo nên khoảng trống bên Cáp tẩm loại hỗn hợp dầu không chảy lắp đặt với chênh lệch độ cao lên tới 300m mà không làm chảy dầu xuống đầu phía thấp dẫn đến xuất khoảng trống cách điện không đƣợc tẩm phía cao Nhƣợc điểm chủ yếu loại cáp tẩm dầu xuất bọc khí bên cáp ảnh hƣởng xấu đến cách điện Khi phụ tải tăng cao cáp bị phát nóng mạnh làm vỏ chì phồng ngƣợc lại phụ tải giảm vỏ chì co lại, giãn nở vỏ chì lớn đáng kể với cách điện hình thành cách lỗ trống chứa khí thoát từ cách điện Các bọc khí ban đầu xuất gần vỏ chì nơi cƣờng - 88 - 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 19 22 23 24 25 26 Loại vật liệu cách điện Độ dầy danh định lớp cách điện Độ dầy danh định lớp bán dẫn Độ dầy băng đồng cho pha Độ gối mép băng đồng cho pha Khả chịu ngắn mạch đồng (1s) Loại vật liệu vỏ bọc Độ dầy lớp vỏ bọc bên Độ dầy lớp vỏ bọc bên Đƣờng kính toàn cáp Nhiệt độ định mức tối đa dây dẫn Khả mang tải (cáp chôn sâu 0,8m; nhiệt độ đất 25°C; nhiệt trở suất đất 1,2(K.m/W) Điện trở chiều dây dẫn t = 20oC o Điện trở xoay chiều dây dẫn t = 90 C Điện dung cáp Điện kháng cáp Hệ số tự cảm Hệ số điện môi Điện trở cách điện cáp mm mm mm C XLPE 5,5 0,6 ≥ 0,127 ≥ 15 16 (3 lõi) PVC 2,2 3,4 92 90 A ≥ 474 /km 0,0754 km Fkm Ω/km mH/km x.10-4pC /km 0,0891 0,3 0,0963 0,32 40 50 mm mm mm % kA 4.1.2 Áp dụng tính toán chế độ vận hành Các điều kiện thời tiết có ảnh hƣởng lớn đến khả tải cáp ngầm, đặc biệt khu vực Hà Nội thông số thời tiết biến động liên tục theo tháng năm Tuy nhiên việc tính toán chế độ vận hành cáp ngầm áp dụng cho hai tháng điển hình cho hai mùa tháng đại diện cho mùa lạnh khô, tháng đại diện cho mùa nóng ẩm Bảng 4.2 Các điều kiện thời tiết khu vực Hà Nội Các điều kiện Thời tiết Tình trạng đất Nhiệt trở suất (K.m/W) Nhiệt độ đất độ sâu 0,8m U (°C) lớn Tháng Ít mƣa Khô 1,4 Tháng Mƣa nhiều Ẩm 0,9 20 35 - 89 - Bảng 4.3 Các thông số vật liệu STT Thông số Đồng XLPE 0,0008 2,5 3,5 Tgδ ε Suất trở nhiệt t (K.m/W) Điện dẫn suất  (Ω.m) Hệ số α (1/°C) 1,7241.10-8 3,93.10-3 4.1.2.1 Chế độ vận hành Chế độ vận hành 1(một tuyến cáp cấp điện, tuyến cáp không cấp điện) phƣơng pháp tính toán nhƣ sau: - Các thông số điều kiện thời tiết, vật liệu thông số cáp điện đƣợc lấy bảng 4.1, 4.2 4.3; - Tính tổn hao điện môi theo công thức (2.24); - Tính nhiệt trở lớp cách điện XLPE - Tính nhiệt trở lớp vỏ bọc PVC theo công thức (2.28); theo công thức (2.29); - Tính nhiệt trở đất theo công thức (2.43); - Tính nhiệt giả tƣởng theo công thức (2.31) - Tính độ tăng nhiệt tổn hao điện môi theo công thức (2.32); theo công thức (2.34); - Cuối tính khả tải cáp theo công thức (2.33) Bảng 4.4 Dòng tải cho phép tuyến cáp ngầm cấp điện cho trụ sở Bộ Công An chế độ vận hành hệ số tải U (°C) (K.m/W) 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 10 15 20 25 30 35 40 701 673 648 625 604 586 681 654 629 607 587 569 661 634 610 588 569 551 639 613 590 569 550 533 617 592 569 549 531 514 594 570 548 528 511 495 570 546 526 507 490 475 545 522 502 485 468 454 519 497 478 461 445 431 - 90 - Hình 4.3 Biểu đồ tương quan dòng tải cho phép tuyến cáp ngầm cấp điện cho trụ sở Bộ Công An chế độ vận hành hệ số tải Nhận xét: Tháng dòng tải cho phép tuyến cáp 514A, tháng dòng tải cho phép tuyến cáp 545A, nhƣ thấy mùa khô dòng tải cho phép tuyến cáp ngầm đạt giá trị nhỏ 4.1.2.2 Chế độ vận hành Chế độ vận hành (hai tuyến cáp cấp điện) phƣơng pháp tính toán nhƣ sau: - Các thông số điều kiện thời tiết, vật liệu thông số cáp điện đƣợc lấy bảng 4.1, 4.2 4.3; - Tính tổn hao điện môi theo công thức (2.24); - Tính nhiệt trở lớp cách điện XLPE - Tính nhiệt trở lớp vỏ bọc PVC theo công thức (2.28); theo công thức (2.29); - Tính nhiệt trở đất theo công thức (2.43); - Tính nhiệt giả tƣởng theo công thức (2.31) - Tính độ tăng nhiệt tổn hao điện môi - Tính nhiệt trở bổ sung theo công thức (2.32); theo công thức (2.34) theo công thức (2.54) - Cuối tính khả tải cáp theo công thức (2.55) - 91 - Bảng 4.5 Dòng tải cho phép tuyến cáp ngầm cấp điện cho trụ sở Bộ Công An chế độ vận hành hệ số tải U (°C) 10 15 20 25 30 35 40 (K.m/W) 0,9 512 497 482 467 451 434 417 398 379 1,0 500 485 471 455 440 423 406 388 370 1,1 488 474 460 445 429 413 396 379 361 1,2 478 464 450 435 420 404 387 370 352 1,3 468 454 440 425 410 395 379 362 344 1,4 458 445 431 417 402 386 370 354 336 Nhận xét: Tháng dòng tải cho phép tuyến cáp 398A, tháng dòng tải cho phép tuyến cáp 402A, nhƣ thấy mùa khô dòng tải cho phép tuyến cáp ngầm đạt giá trị nhỏ Ở chế độ vận hành khả tải cáp giảm rõ rệt, nhiên khả tải tuyến cáp rõ ràng lớn tuyến nhiều Hình 4.4 Biểu đồ tương quan dòng tải cho phép tuyến cáp ngầm cấp điện cho trụ sở Bộ Công An chế độ vận hành hệ số tải - 92 - 4.1.2.3 Nhận xét Từ phân tích Chƣơng tính toán cho thấy yếu tố ảnh hƣởng đến khả tải cáp bao gồm: Suất trở nhiệt đất, hệ số tải , cấu hình chiều sâu lắp đặt cáp, nhiệt độ môi trƣờng trình vận hành cáp Suất trở nhiệt đất đóng vai trò quan trọng dòng tải cho phép cáp Cụ thể nhiệt trở suất đất giảm từ 1,4K.m/W xuống 0,9 K.m/W (trong điều kiện nhiệt độ môi trƣởng 20°C) dòng tải cho phép cáp ngầm 22kV Cu-3x240mm2 tăng từ 514A lên 617A tƣơng đƣơng 20% Kết có ý nghĩa quan trọng, thiết kế tuyến lắp đặt cáp ngầm môi trƣờng đất có nhiệt trở suất lớn cần phải đào bỏ lớp đất xung quanh cáp thay cát loại đất có nhiệt trở suất t ≤ K.m/W Hệ số tải đặc trƣng cho biểu đồ phụ tải ngày, tuyến cáp tăng.Cụ thể giảm khả tải giảm từ xuống 0,7 (trong điều kiện nhiệt độ môi trƣờng 20°C) dòng tải cho phép cáp ngầm 22kV Cu-3x240mm2 tăng từ 549A lên 656A tƣơng đƣơng 19,5% Do trình thiết kế nhƣ vận hành tuyến cáp phải xét đến hệ số tải Khi tăng chiều sâu lắp đặt cáp làm tăng nhiệt trở đất làm giảm khả tải cáp điện Vì thiết kế tuyến cáp ngầm phải giảm chiều sâu chôn cáp mức tối thiểu theo quy định hành Khả tải tuyến cáp tăng lên tăng khoảng cách cáp Trong thực tế khoảng cách tối thiểu cáp đƣợc quy định quy phạm, việc tăng khoảng cách cáp đƣợc quan tâm không gian cho việc lắp đặt cáp ngầm thƣờng bị giới hạn có tăng khoảng cách cáp chi phí đào đắp rãnh cáp tăng đáng kế Nhiệt độ môi trƣờng lắp đặt cáp tỷ lệ nghịch với khả tải tuyến cáp ngầm nhƣng yếu tố nhiệt độ mang tính khách quan vận hành tùy thời điểm cụ thể mà cho phép tăng dòng tải tuyến cáp hay không - 93 - 4.2 Xác định điểm cố tuyến cáp ngầm 22kV cấp điện cho trụ sở Truyền hình Công an Nhân dân 4.2.1 Các thông số đầu vào Tuyến cáp ngầm 22kV cấp điện cho TBA 1000kVA Trụ sở truyền hình Công An Nhân Dân địa Số – đƣờng Lê Đức Thọ - quận Nam Từ Liêm – thành phố Hà Nội đƣợc đƣa vào vận hành tháng 12 năm 2011, cáp ngầm đƣợc sử dụng cáp 24kV Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC 3x240mm2 có khả chống thấm dọc Mô tả tuyến cáp: Tuyến cáp đƣợc đầu vào máy cắt 487 TBA 110kVA E1.25 Mỹ Đinh → Cây xăng Mỹ Đình → đƣờng Lê Quang Đạo → đƣờng Lê Đức Thọ → tủ RMU TBA 1000kVATrụ sở truyền hình Công An Nhân Dân, chiều dài tuyến cáp theo hồ sơ hoàn công3452m Vào ngày 20/3/2015 xảy cố làm điện TBA 1000kVA, qua kiểm tra xác nhận trạm 110kVA E1.25 Mỹ Đình cho thấy máy cắt xuất tuyết tác động, dòng điện ngắn mạch lớn.TBA 1000kVA sau bị điện đóng điện lại vào lộ 484 E1.9 (lộ dự phòng).Khảo sát dọc tuyến cáp ngầm không thấy có dấu hiệu tuyến cáp có dấu hiệu bất thƣờng nhƣ bị đào trúng, qua thông tin đánh giá sơ tuyến cáp ngầm bị cố ngắn mạch 4.2.2 Trình tự thực dò tìm điểm cố Trình tự thực bƣớc xác định vị trí điểm cố tiến hành nhƣ sau: Bƣớc 1: Cô lập cáp khỏi vận hành tiếp đất Bƣớc 2: Đo điện trở cách điện lõi cáp với vỏ, lõi với kết cho thấy điện trở cách điện pha với vỏ giảm mạnh → kết luận sơ pha bị ngắn mạch trạm đất Sau đấu nối tắt pha trạm biến áp 1000kVA sau dùng đồng hồ vạn đo điện trở chiều đôi ruột cáp, kế cho thấy điện trở lần đo cho kết tƣơng đƣơng → kết luận ruột cáp nguyên vẹn chƣa bị đứt - 94 - Bảng 4.6 Điện trở chiều đôi ruột cáp - tuyến cáp ngầm 22kV cấp điện cho trụ sở Truyền hình Công an Nhân dân Lần đo Pha – Pha Pha – Pha Pha – Pha Điện trở (Ω) 0,5206 0,5205 0,5203 Bƣớc 3: Định vị cố - Tại TBA 110KVA E1.25 sử dụng thiết bị cầu điện trở đo đƣợc tỷ số = 4,6637 tuyến cáp theo công thức (3.1) từ tính đƣợc chiều dài tuyến cáp từ đầu tuyến cáp TBA 110kV E1.25 đến điểm số theo công thức (3.2 ) nhƣ sau - Tại TBA 1000kVA Trụ sở truyền hình Công An Nhân Dân sử dụng thiết bị cầu điện trở đo đƣợc tỷ số = 2,0836 tuyến cáp theo công thức (3.1) từ tính đƣợc chiều dài tuyến cáp từ đầu tuyến cáp TBA 1000kVA đến điểm số theo công thức (3.2 ) nhƣ sau Định vị tim tuyến theo mốc báo hiệu cáp ngầm sau đo tuyến từ hai đầu tuyến cáp điểm cố xác định khoảng cố phạm vi 5m từ điểm x đến điểm x‟ Bƣớc 4: Định tuyến cáp sau đóđào rãnh cáp tìm điểm cố Bƣớc 5: Tiến hành sửa chữa Bƣớc 6: Thí nghiệm sau sửa chữa Bƣớc 7: Đóng điện trở lại cho tuyến cáp Kết thực tế sau cho thấy vị trí cố không nằm phạm vi (x, x‟) mà nằm khoảng trên, cách vị trí x 1,5m Sai số nguyên nhân sau - 95 - - Chiều dài tuyến cáp thực tế 3452m - Sai số biện pháp đo tuyến thƣớc mặt đất để tìm điểm x x‟ - Sai số thiết bị đo cầu điện trở 4.2.3 Nhận xét Phƣơng pháp cầu điện trở áp dụng tuyến cáp bị cố ngắn mạch pha – đất ngắn mạch pha – pha lõi cáp phải nguyên vẹn.Phƣơng pháp cầu điển trở đơn giản, độ xác tƣơng đối cao áp dụng với tuyến cáp ngắn nhƣng áp dụng cho tuyến cáp có chiều dài lớn độ xác giảm tƣơng đối mạnh Đặc biệt phƣơng pháp cầu điện trở không áp dụng đƣợc cáp bị cố dẫn đến hở mạch (lõi cáp bị đứt), cố ngắn mạch ba pha, chạm đất pha Phƣơng pháp cầu điện trở nên áp dụng đƣợc timtuyến cáp đƣợc xác định tƣơng đối xác mặt bằng, tuyến cáp không cụ thể phải kết hợp với phƣơng pháp dò tuyến Trong thực tế để xác định vị trí cố tuyến cáp ngầm cách xác nhanh chóng cần phải phán đoán cố, sau áp dụng phối hợp nhiều phƣơng pháp để định vị cố.Trình tựcác bƣớc xác định vị trí cố bảnđƣợc thực nhƣ sau: Bƣớc 1: Cô lập cáp khỏi vận hành sau tiếp đất Bƣớc 2: Đo điện trở cách điện phân tích cố Bƣớc 3: Định vị sơ cố Bƣớc 4: Định tuyến cáp Bƣớc 5: Xác định xác điểm cố Bƣớc 6: Tiến hành sửa chữa Bƣớc 7: Thí nghiệm sau sửa chữa Bƣớc 8: Đóng điện trở lại - 96 - KẾT LUẬN Hiện hệ thống cáp ngầm trung Việt Nam tăng trƣởng mạnh quy mô nhƣng chủ yếu sử dụng cáp cách điện XLPE nhiều ƣu điểm nhƣ khả mang tải, khả chịu nhiệt, thi công lắp đặt dễ dàng Trong hệ thống cáp ngầm trung cố có nguyên nhân từ điểm đấu nối (đầu cáp, hộp nối) chiếm tỷ lệ cao việc nâng cao kỹ thuật đấu nối cần thiết Kỹ thuật lắp đặt vận hành cáp ngầm trung có ảnh hƣởng lớn đến độ tin cậy hệ thống cung cấp điện khả tải tuyến cáp.Vì cần thiết phải lựa chọn giải pháp lắp đặt vận hành cáp ngầm trung phù hợp Việc thí nghiệm cáp nhằm đánh giá chất lƣợng, phát lỗi, khiếm khuyết cáp đồng thời sở có tính pháp lý khẳng định cáp điện sẵn sàng đƣa vào sử dụng Bản luận văn đề cập đƣợc vấn đề nghiên cứu kỹ thuật lắp đặt, thí nghiệm vận hành cáp ngầm trung Luận văn áp dụng tính toán chế độ vận hành tuyến cáp ngầm 22kV địa bàn thành phố Hà Nội đƣa đánh giá, kiến nghị nhằm nâng cao khả tải, kéo dài tuổi thọ giảm thiểu cố tuyến cáp ngầm Luận văn trình bày việc chuẩn đoán vị trí cố cáp ngầm tuyến cáp mà tác giả tham gia đƣa trình tự bƣớc xác định vị trí cố cáp ngầm Hƣớng nghiên cứu cáp ngầm trung lƣới điện số nội dung sau Nghiên cứu ảnh hƣởng điện, từ trƣờng tuyến cáp ngầm chạy song song với Nghiên cứu kỹ thuật đấu nối lắp đặt cáp ngầm vƣợt biển cấp điện đảo Nghiên cứu ảnh hƣởng môi trƣờng đất nhiễm mặn đến tuổi thọ cáp ngầm - 97 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Công Thƣơng (2008), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia kỹ thuật điện Daniel Fournier (1998), Aging of Defective Electrical Joints in Underground Power Distribution Systems, Proceedings of the 44th IEEE Holms Conference on Electrical Contacts, Arlington, USA , pp 179-192 E.F Steenis, W Boone, A Montfoort (1990), Water Treeing in Service Aged Cables, Experience and Evaluation Procedure, IEEE Transactions on Power Delivery, vol 5, No 1, pp 40-46, George J Anders (1997), Rating Of Electric Power Cables, McGraw-Hill Professional, New York, United States of America George J Anders (2005), Rating Of Electric Power Cablesin Unfavorable Thermal Environment ,John Wiley & Sons, New Jersey, United States of America Jean-Pierre Crine (2004), A Water Treeing Model, Minutes of 115th IEEE PES Insulated Conductors Committee Meeting, Spring Jong-Beom Lee & Chae-Kyun Jung (2012) ,Technical Reviewon Parallel Ground Continuity Conductor of Underground Cablesystems, Journal of International Councilon Electrical Engineering, pp 250-256 L Lindstrong (2011), Evaluating impact on ampacity according to IEC-60287 regarding thermally unfavourable placement of power cables, M.S Thesis, School of Elect Eng., KTH Royal Institute of Technology, Stokholm, Sweden Lothar Heinold (1990), Power Cables and their Application Power Cables and their Application, Siemens Aktiengesellschaft, pp 18-30 10 Nguyễn Bình Thành, Nguyễn Trần Quân, Lê Văn Bảng (1983), Cơ sở lý thuyết trường điện từ, Nhà xuất Đại Học Trung học chuyên ngiệp, Hà Nội 11 Nguyễn Đình Thắng (2006), Vật liệu kỹ thuât điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 12 P.Werelius, P.Thärning, R.Eriksson, B.Holmgren, U.Gäfvert (2001), Dielectric Spectroscopy for Diagnosis of Water Tree Deterioration in XLPE Cables," IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol 8, 27-42 - 98 - 13 S.Hvidsen, H.Faremo, J.T.Benjaminsen (2006), Diagnostic Testing of High Voltage Water Treed XLPE Cables, CIGRE 2006 Proceedings, paper B1- 209 14 Stanislaw Czapp, Krzysztof Dobrzynski, Jacek Klucznik, Zbigniew Lubosny (2014), Calculation of Induced Sheath Voltages in Power Cables – Single Circuit Suystem Versus Double Circuit System, Journal of Information, Control and Management Systems, Vol 12, (2014), No 2, pp 113-124 15 T.Myashita (1969), Deterioration of Water-Immersed Polyethylene-Coated Wire by Treeing, Proceeding 1969 IEE-NEMA Electrical Insulation Conference, Boston, pp (131-135) 16 Võ Viết Đạn (1972), Kỹ thuật điện cao áp, Đại học Bách khoa Hà Nội 17 Vũ Xuân An (2008), Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống cáp ngầm cao áp, Luận văn Thạc sĩ khoa học, Đại học Bách khoa Hà Nội 18 William A.Thue (2005), Electrical Power Cable Engineering, Taylor & Francis e-Library - 99 - PHỤ LỤC Phụ lục 1: Bảng tính dòng tải cho phép tuyến cáp ngầm 22kV Cu-3x240mm2 mạch đơn Thông số STT Ký hiệu Đơn vị Công thức Giá trị U V 22.000 mm 18,3 Điện áp Đƣờng kính lõi Tiết diện F mm2 240 Số pha n pha Chiều dày chắn mm 0,6 Chiều dày cách điện XLPE mm 5,5 Đƣờng kính mm 30,5 Chiều dày chắn mm 0,6 Chiều dày vỏ bọc PVC mm 3,4 10 Đƣờng kính lớp vỏ PVC 11 Đƣờng kính cáp 12 Điện trở xoay chiều 13 Điện dung 14 Hệ số Tgδ 15 Tổn hao điện môi 16 Suất trở nhiệt XLPE 17 Nhiệt trở cách điện XLPE 85,2 d mm 92 Ω/km 0,0891 F/m 0,0003 0,0008 W ( ) √ 2,8716 K.m/W 3,5 K/W 0,2847 - 100 - 18 Suất trở nhiệt PVC 19 Nhiệt trở cách điện PVC 20 Nhiệt trở suất đất 21 Độ chôn sâu cáp 22 hệ số k 23 Nhiệt trở đất h K.m/W 5,5 K/W 0,0672 K.m/W m 800 √( ) 34,7538 K/W 0,5650 K/W 0,1621 K/W 0,1147 Nhiệt trở giả tƣởng với tổn hao dòng điện qua lõi 24 dẫn 25 Nhiệt trở giả tƣởng điện môi tổn hao 26 Nhiệt độ tối đa lõi cáp °C 90 27 Nhiệt độ môi trƣờng °C 20 28 Tăng nhiệt tổn hao điện môi 29 Hệ số tải 30 Dòng tải 1,9519 A √ 592 - 101 - Phụ lục 2: Bảng tính tải cho phép tuyến cáp ngầm 22kV Cu-3x240mm2 mạch kép STT 10 11 12 13 14 15 16 Thông số Số đƣờng cáp rãnh Khoảng cách đƣờng cáp Điện áp Đƣờng kính lõi Tiết diện Số pha Chiều dày chắn Chiều dày cách điện XLPE Đƣờng kính Chiều dày chắn Chiều dày vỏ bọc PVC Đƣờng kính lớp vỏ PVC Đƣờng kính cáp Điện trở xoay chiều Điện dung Hệ số Tgδ 17 Tổn hao điện môi 18 Suất trở nhiệt XLPE 19 Nhiệt trở cách điện XLPE 20 Suất trở nhiệt PVC Ký hiệu N a U F n Đơn vị Giá trị Công thức 250 22.000 18,3 240 0,6 5,5 30,5 0,6 3,4 85,2 92 0,0891 0,0003 0,0008 mm V mm mm2 mm mm mm mm mm d mm Ω/km F/m W ( √ ) 2,8716 K.m/W 3,5 K/W 0,2847 K.m/W 5,5 - 102 - 21 Nhiệt trở cách điện PVC 22 23 Nhiệt trở suất đất Độ chôn sâu cáp 24 hệ số k 25 Nhiệt trở đất 28 29 30 31 32 Nhiệt trở giả tƣởng Tki với tổn hao dòng điện qua lõi dẫn Nhiệt trở giả tƣởng Tkd tổn hao điện môi Nhiệt độ tối đa lõi cáp Nhiệt độ môi trƣờng Tăng nhiệt tổn hao điện môi Hệ số tải Nhiệt trở suất dất khô 33 Nhiệt trở bổ sung 34 Đòng tải 26 27 h K/W 0,0672 K.m/W mm 800 √( 34,7538 ) K/W 0,5650 K/W 0,1621 K/W 0,1147 °C °C °C 90 20 1,9519 2,0 K/W (√( K/W A √ ) ) 0,60 ( ( ) ) 440 ... nhẹ nên thuận lợi cho việc vận chuyển, lắp đặt Vì việc nghiên cứu kỹ thuật đấu nối, lắp đặt, thí nghiệm vận hành cáp ngầm trung Việt Nam có đối tƣợng nghiên cứu cáp ngầm ruột đồng, cách điện Polymer... nghiệm vận hành cáp ngầm trung nhằm nâng cao độ tin cậy hệ thống cung cấp điện cáp ngầm trung - 24 - CHƢƠNG 2: KỸ THUẬT ĐẤU NỐI, LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH NGẦM TRUNG THẾ CÁCH ĐIỆN XLPE 2.1 KỸ THUÂT ĐẤU... phát triển cáp ngầm trung Việt Nam 19 1.4.2 Tổng quan cố cáp ngầm trung Việt Nam 19 1.5 KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 23 CHƢƠNG 2: KỸ THUẬT ĐẤU NỐI, LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH NGẦM TRUNG THẾ CÁCH