Chuyên đề về cáp ngầm trung thế

CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM CHUNG
1.1 Quá trình phát triển của Cáp Điện lực
Quá trình phát triển điện áp làm việc của cáp trên thế giới được thể hiện trong
Hình 1-1.
Các chủ đề chính hiện nay đối với cáp ngầm là việc nghiên cứu các biện pháp
tăng khả năng tải, ví dụ cải thiện giấy cách điện hoặc dầu để giảm thiểu tổn hao điện
môi và dòng điện nạp, phát triển loại cách điện mới hoặc hệ thống làm mát cưỡng bức
hiệu quả, loại cáp siêu cao áp trên 500 kV...
Kết quả của các nghiên cứu và phát triển được tiến hành liên tục trên đường dây
một chiều đã được đưa vào sử dụng với chiều dài và công suất truyền tải lớn. Đồng
thời một số loại cáp mới cũng đang được sử dụng, ví dụ như cáp ngầm cách điện bằng
khí, có các miếng đệm bằng nhựa epoxi đỡ lõi dẫn, cách điện bằng khí áp suất cao (ví
dụ SF6) và loại cáp tự làm mát, sử dụng khí cách điện hố lỏng,…cũng đang được
nghiên cứu, phát triển. Ngoài ra, loại cáp siêu dẫn (có điện trở bằng khơng tại nhiệt độ
cực thấp) cũng đang được nghiên cứu, phát triển như là một giải pháp tối ưu.
1.2 Đặc tính ưu việt của đường dây truyền tải điện ngầm
Cáp ngầm được sử dụng vì một số lý do sau:
(1) Giữ gìn cảnh quan của thành phố.
(2) Cung cấp điện cho khu vực có nhu cầu mật độ cao.
(3) Trong trường hợp không thể xây dựng đường dây trên khơng do các quy định
về an tồn chặt chẽ thì việc xây dựng đường dây truyền tải điện ngầm là phương án tối
ưu.
Tuy nhiên, do chi phí xây dựng tuyến cáp ngầm cao và việc sửa chữa khi sự cố
cũng phức tạp hơn so với đường dây trên không, nên hệ thống này chỉ được sử dụng
chủ yếu ở các thành phố lớn và các vùng lân cận. Mặc dù vậy, hiện nay hệ thống cáp
ngầm có xu hướng được sử dụng không chỉ ở các thành phố mà cả vùng ngoại ơ, do
khó khăn trong cơng tác đền bù và ảnh hưởng đến môi trường của các đường dây trên
không.
1.3 Phân loại và cấu trúc của cáp

1.3.1 Các loại cáp đã sử dụng :
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều loại cáp và cũng có rất nhiều cách phân loại
chúng. Việc phân loại cáp theo cấu trúc, sử dụng cho cấp điện áp từ 10kV trở lên được
thể hiện trong Bảng 1-1.

CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Trang 1


CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

kV
500

400

300

200

100

Hình 1.1 Quá trình phát triển của cáp điện lực theo điện áp trên th gii
Loạicúai
1890

1900

1910

1920

1930

Cáp cách điện
bằng giấy tẩm
dầu/dầu

1940

1950

1960

Cáp tẩm dầu
Cáp dầu

Cáp loại ống

1970

1980

SL type
Loại
SL

1990

Loại H
Cáp loại ống dùng dầu
Cáp loại ống dùng khí
Cáp dùng cao su tự nhiên

Cách
điện

Cao su
Cáp
S 1.1 Cỏc loại cáp
nhùa/cao su

Cáp dùng cao su Butyl
Cáp dùng cao su EP
Cỏp nhựa CV

Nhựa

Cỏp nhựa XLPE

1.3.2. Cỏp XLPE

Khớ

Đ ờng cáp cách ®iÖn khÝ

Cáp XLPE sử dụng cách điện bằng polyethylene liên kết chéo và thường khơng
có lớp vỏ kim loại. Cấu trúc cáp được minh hoạ như hình 1.1. Cáp XLPE có các đặc
tính rất ưu việt như: cách điện tốt, tổn hao điện mơi thấp, tính mềm dẻo về cơ học và

trọng lượng nhẹ. Do loại cáp này không chứa dầu, nên nó có thể sử dụng ở mọi dạng
địa hình, kể cả địa hình có độ chênh cao lớn và những nơi có chấn động mạnh.

CHƯƠNG 2. CẤU TẠO CỦA CÁP NGẦM
Chương này trình bày cấu tạo của cáp ngầm hiện đang sử dụng tại Công ty TNHH
MTV Điện lực Đồng Nai, cáp trung thế thường được chế tạo bằng chất cách điện
XLPE hoặc EPR. Cáp cách điện có thể là 1 pha hoặc 3 pha có cấu tạo cơ bản như sau:
CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Trang 2


CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

Hình 1.1: Cấu tạo cáp ngầm trung thế 3 pha cách điện XLPE
1. Lõi cáp (dây dẫn Conductor): được chế tạo bằng đồng hoặc nhôm.
2. Lớp bán dẫn (Semi conducting screen): là giải băng bằng chất bán dẫn hoặc
lớp bán dẫn định hình bằng cách đùn hay là sự kết hợp của cả hai loại trên. Lớp bán
dẫn này phải ôm sát trực tiếp lên lõi cáp.
3. Lớp cách điện XLPE (XLPE insulation): lớp cách điện XLPE chịu đựng
được tác động của tia cực tím và chống được tất cả các tác nhân mơi trường
4. Lớp bán dẫn cách điện (insu. semi conducting screen): là giải băng bằng chất
bán dẫn hoặc lớp bán dẫn định hình bằng cách đùn hay là sự kết hợp của cả hai loại
trên. Lớp bán dẫn này phải ôm sát trực tiếp lên lõi cáp.
5. Màng kim loại phi từ tính (Metallic screen): màng kim loại phi từ tính phải
ôm sát trên từng lõi riêng biệt.
6. Lớp bọc (Bedding): lớp bọc bên trong có thể tạo thành bằng phương pháp
đùn hoặc quấn ghép chồng. Lớp bọc phải làm bằng vật liệu thích hợp và phải phù hợp
với nhiệt độ làm việc của cáp và tương đương với lớp cách điện XLPE.
7. Lớp bảo vệ chống va đập cơ học bằng kim loại phi từ tính (Metallic wire

Armour): lớp vỏ bảo vệ chống va đập cơ học phải làm bằng vật liệu phi từ tính như:
dây điện trịn hoặc dẹp làm bằng đồng hoặc đồng mạ thiếc, nhôm hay hợp kim nhôm
hoặc băng quấn bằng nhôm hoặc hợp kim nhôm, thép khơng rỉ.
8. Vỏ bảo vệ bên ngồi (Outer sheath): vỏ bọc bên ngoài phải là nhựa dẻo
(PVC, polyetylen hoặc vật liệu tương tự) hoặc hợp chất đàn hồi đã lưu hoá
(polycloropren, clorosulphonat polyetylen hoặc vật liệu tương tự). Vật liệu làm vỏ phải
thích hợp với nhiệt độ làm việc của cáp và phải tương đương với lớp cách điện XLPE.
Các thông số kỹ thuật cơ bản cúa cáp cách điện XLPE:

Yêu cầu kỹ thuật
Tiêu chuẩn chế tạo
Điện áp định mức (Um)
CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Đơn vị
kV

24kV
35kV
IEC60502-2
12/20(24) 18/30(36)
Trang 3


CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

Điện áp chịu xung sét định mức (sóng 1,2/50s)
Điện áp chịu tần số nguồn (1phút, 50Hz)
Chiều dày cách điện XLPE
Nhiệt độ làm việc tối đa cho phép:

+ Khi vận hành bình thường tại dịng định mức.
+ Trong tình trạng ngắn mạch nhiều pha.

kVpeak
kVrms
mm
o
C

125
30
5,5

170
45
8,0

90
250

90
250

2.1 Vật liệu cáp
2.1.1 Vật liệu lõi dẫn (Conductor)
Trước đây, thường sử dụng dây dẫn đồng cho đường dây trên không. Tuy nhiên,
do đồng có chi phí cao nên các nhà sản xuất cố gắng tìm kiếm các vật liệu khác, để
thay thế cho đồng.
Do dây dẫn của đường dây trên không là dây trần và phải có đặc tính tản nhiệt
tốt, nên nhôm được coi là một giải pháp thay thế cho đồng, vì nhơm có giá rẻ hơn, mặc

dù có tính dẫn điện thấp hơn đồng. Tuy nhiên, nếu sử dụng nhơm ngun chất, khơng
thể có độ bền cơ học tương đương. Do đó, dây nhơm lõi thép xoắn hoặc dây nhơm có
thép tăng cường (ACSR) được đưa vào sử dụng, với cấu tạo dây nhôm bện được quấn
xung quanh lõi thép bện. Trong đó, loại dây ACSR đã và đang được sử dụng rộng rãi.
Trong trường hợp cáp chôn ngầm, nếu sử dụng lõi nhơm, có tính dẫn điện kém,
sẽ phải dùng cáp tiết diện lớn và khơng có tính tản nhiệt tốt. Điều này cũng sẽ làm tăng
chi phí lắp đặt đường cáp. Do đó, ngày nay thường sử dụng đồng, có tính dẫn điện tốt,
làm lõi dẫn cho cáp ngầm.
Sơ đồ dưới đây giới thiệu các loại mặt cắt ngang của các lõi dẫn đã được sử dụng
cho đến nay. Xu hướng sử dụng lõi dẫn tiết diện ngày càng lớn thể hiện việc sử dụng
cấp điện áp ngày càng cao cho đường dây truyền tải trong những năm gần đây.

Trịn
Dây dẫn đặc
Kết khối
CƠNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Trang 4


CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

Tròn
Dây dẫn bện

Kết khối

Tròn

Dạng nén

Tròn chia múi
Kết khối

Khi yêu cầu lõi dẫn tiết diện lớn 600 - 800mm2 (tiết diện tiêu chuẩn của cáp dầu
khoảng 1000mm2), đặc tính chịu uốn cơ học của lõi dẫn cần phải được tăng cường.
Lõi dẫn tròn, bện, nén, chia múi thường đang được sử dụng rộng rãi. Loại lõi dẫn này
bao gồm sự kết hợp của nhiều múi dạng nén, được cách điện với nhau bằng vật liệu
cách điện, ví dụ giấy cách điện. Cáp dầu đơn lõi có một ống dầu ở trung tâm, gọi là lõi
dẫn bện, tròn, rỗng. Loại lõi dẫn này bị ảnh hưởng của hiệu ứng bề mặt lớn hơn so với
lõi dẫn bện, trịn thơng thường.
Hình 2.1 Mặt cắt các lõi dẫn được sử dụng cho đến nay

Mặt cắt ruột dẫn – TCVN 5844:1994

Rụơt dẫn
Ruột dẫn
chính

Mặt cắt danh định, mm2
50

70

95

120

CƠNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

150

185

240

300

400

Trang 5


CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

Ruột làm
dây nối
“không”

25
35

25
35
50

35
50
70

35
70

50
70
95

50
95

70
120

95
150

185
240

Ruột làm
dây nối đất

16

25

35

35

50

50

70

95

-

2.1.2 Vật liệu cách điện ( Insulation)
- Là phần quan trọng nhất của cáp
- Dùng để cách điện giữa dây dẫn và đất
- Vật liệu cách điện thường gặp là:
- Polyethylene
(PE)
- Polyvinylchloride (PVC)
- Cross link Polyethylene (XLPE)
- Ethylene Propylene rubber (EPR)
Các đặc tính của cách điện



Chiều dày cách điện phụ thuộc vào điện áp danh định của cáp

 Chiều dày tại một điểm bất kỳ trên cáp không được nhỏ hơn giá trị danh định
quá (0,1mm+10% giá trị danh định) (TCVN 5935-1995)
 Trên bề mặt của cách điện bằng nhựa và cao su khơng được có các vết nứt, bên
trong khơng được có các lổ hổng (TCVN 5844-1994)
*Chiều dày của lớp phân cách hoặc màn chắn bán dẫn trên ruột hoặc trên lớp cách

điện khơng được tính vào chiều dày của lớp cách điện.
Chiều dày cách điện XLPE, EPR đối với cáp có điện áp đến 30kV

CƠNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Trang 6


CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

Cấu tạo của vật liệu cách điện chất dẻo
Với sự phát triển của cao su tổng hợp, rất khó để có thể phân biệt rõ ràng giữa
cao su và chất dẻo. Nói chung, cao su ethylene-propylene (EPR) và cao su butyl được
coi là cao su, còn PE và XLPE là chất dẻo. Các loại vật liệu này có đặc tính về điện rất
tốt và có thể sản xuất khối lượng lớn, với chi phí thấp. Đây là lý do để chất dẻo trở
thành vật liệu cách điện chủ yếu của cáp lực.
(a) Polyethylene (PE)
PE là chất dẻo có giá thành rẻ, nhưng lại có các đặc tính về điện rất tốt, với hệ số
tổn hao điện mơi (tan •) rất thấp. Nó cũng có điện trở suất và độ bền cách điện cao và
ổn định. Do đó, nó trở thành vật liệu cách điện phổ biến của cáp lực. Ngồi ra, nó cịn
có khả năng chịu đựng khí ozon, phóng điện corona và các điều kiện thời tiết rất tốt.
Tuy nhiên, nó có một hạn chế là bị mềm ra ở nhiệt độ 105 - 115°. Do đó, PE chỉ vận
hành giới hạn với nhiệt độ lõi dẫn liên tục tối đa cho phép là 75°C.

Hình 2.2 Cấu trúc phân tử của polyethylene
(b) Polyethylene liên kết chéo (XLPE)
XLPE có cấu trúc phân tử dạng lưới, do sự liên kết chéo giữa các phân tử PE.
CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Trang 7

CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

Hình 2.3 Cấu trúc phân tử của XLPE
XLPE có các đặc tính cao hơn so với PE, do nó có khả năng chịu nhiệt và độ bền
cơ học tốt hơn. Ngoài ra, các đặc tính của nó cũng tương tự như PE, như các đặc tính
về điện, hằng số điện mơi, hệ số tổn hao điện mơi (tan •) và độ bền đánh thủng về
điện. Do đó, XLPE được sử dụng trong trường hợp nhiệt độ lõi dẫn liên tục cao nhất
cho phép là 90°C.
XLPE cũng có các đặc tính vật lý như: độ dẻo nóng, khả năng chịu phá huỷ về
nhiệt và khả năng chống nứt, vỡ tốt hơn so với PE.
XLPE thường được sử dụng làm vật liệu cách điện cho cáp XLPE.
2.1.3 Vật liệu màn chắn (Screen)
Màn chắn lõi (Conductor Screen)
Màn chắn lõi trong cáp một lõi hoặc nhiều lõi bao gồm:
•
Màn chắn ruột dẫn điện (Conductor Screen)
•
Màn chắn của cách điện. (Insulation Screen)

- Màn chắn ruột dẫn điện (conductor screen):
- Làm bằng vật liệu phi kim lọai
- Dạng dãi băng bằng chất bán dẫn hoặc bán dẫn định hình bằng phương pháp
CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Trang 8


CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

đùn hoặc kết hợp hai lọai trên.
- Làm giảm chổ trống giữa dây dẫn và cách điện (nhằm giảm sự phóng điện cục
bộ)
- Màn chắn của cách điện (insulation screen):
- Để giảm khoảng trống giữa cách điện và màn kim loại (shield), giảm sự phóng
điện tia lửa và sự đánh thủng
- Làm giảm cường độ điện trường
- Màn chắn cách điện phải bao gồm phần bán dẫn phi kim lọai kết hợp với phần
kim lọai
- Phần phi kim lọai phải được áp sát trực tiếp lên cách điện của từng lõi.
- Phần kim lọai (màn chắn kim lọai) phải được áp sát trên từng lõi riêng lẽ hoặc
trên cả cụm lõi.
Tác dụng của lớp bán dẫn của cáp XLPE
Để đảm bảo ổn định các đặc tính về điện một lớp màn chắn được đặt giữa lõi dẫn
và cách điện.
Lớp bán dẫn của cáp XLPE bao gồm một lớp màn chắn dây dẫn (inner semi
conductor) và một lớp màng chắn bọc ngòai lớp cách điện (outer semi conductor).
Chức năng của chúng gồm: (1) Che kín các khe hở giữa các lõi dẫn và vật liệu cách
điện và giữa lớp chắn ngoài với vật liệu cách điện nhằm ngăn chặn phóng điện cục bộ,
và (2) Làm giảm cường độ điện trường (làm giảm gradient điện áp của bề mặt cực nối
đất (vỏ kim loại)). Do đó, làm tăng khả năng chịu đựng điện áp xoay chiều và điện áp
xung sét của cáp.

Hình 2.4. Phân bố điện trường quanh lõi dẫn điện của cáp
Lớp bán dẫn của cáp XLPE hiện nay thường sử dụng băng vải bán dẫn, cao su
bán dẫn hoặc các lớp chất dẻo, lớp này được ép đùn đồng thời với cách điện. Các vấn
đề tồn tại về tạp chất và lồi lõm tại biên của lớp bán dẫn được loại bỏ bằng phương
pháp ép đùn, với 3 lớp được ép đùn cùng một lúc.

2.1.4 Vật liệu làm màng tiếp đất-(Ground Screen)
Gồm một hoặc vài băng quấn hoặc dây bện hoặc một lớp bọc đồng trục bằng
sợi dây hoặc kết hợp giữa các sợi dây và băng quấn.
CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Trang 9


CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

Công dụng :
1. Ngăn không cho điện trường ra khỏi cáp
2. Tạo sự phân bố đều của điện trường trong cáp
3. Ngăn ngừa điện áp cảm ứng bên ngoài vào cáp và từ cáp ra bên ngồi
4. Tạo đường đi cho dịng mất cân bằng pha và dòng điện ngắn mạch
5. Ngăn ngừa điện giật
So sánh các vật liệu màng kim loại khác nhau
Vật liệu

Độ kín nước

Sự dãn và co nhiệt
Hướng
xun tâm

Hướng

Dịng sự cố

Xếp loại

dọc trục

Dãi đồng

Kém

Tuyệt vời

Tốt

Tuyệt vời

2

Băng đồng

Kém

Khá

Khá

Khá

5

Dây đồng

Kém

Tuyệt vời

Tuyệt vời

Tốt

3

Vỏ nhôm

Tuyệt vời

Tuyệt vời

Tốt

Tuyệt vời

1

Vỏ chì

Tuyệt vời

Khá

Khá

Khá

4

1  5 : Tuyệt vời  Kém
2.1.5 Vật liệu làm vỏ (áo giáp) kim loại (Mettalic wire Armour)
Các lọai áo giáp kim lọai: áo giáp bằng dây dẹt, áo giáp bằng dây tròn, áo giáp
bằng băng quấn kép.
Bảo vệ thêm cho cáp không bị hư hỏng từ các lực cơ bên ngoài
Sử dụng trong cáp ngầm dưới biển hay cáp ngầm chôn trực tiếp
Nhược điểm: làm tổn thất cáp cao hơn
Chức năng của các lớp vỏ kim loại: vỏ kim loại được sử dụng để bảo vệ vật
liệu cách điện, trả dòng về đất và tạo ra màn chắn điện. Do đó, chúng phải có độ bền
cơ nhất định, khả năng chống ăn mòn, độ mềm dẻo, ngăn nước và dẫn điện. Chúng
phải dễ gia cơng máy trong q trình chế tạo.
- Vỏ chì vẫn thường được dùng cho cáp biển do khả năng chống ăn mịn của nó.
- Nhơm và thép khơng rỉ có các đặc tính về cơ và giãn dài tốt hơn so với chì và hợp
kim chì. Vỏ nhơm được sử dụng cho cáp chôn ngầm thông thường. Thép không rỉ, với
điện trở suất cao, thường được sử dụng cho cáp XLPE tiết diện lớn, để giảm tổn thất
trong vỏ, so với vỏ nhơm.

CƠNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Trang 10


CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

Bảng 2.1 Đặc tính của vỏ kim loại bảo vệ
Đặc
tính

Nhơm

Mật độ [g/cm2]

11.3

2.70

Nhiệt độ chảy [°C]

327

660

0.0309
29.1 ´ 106

0.22
23.7 ´ 106

8.03
1,399 ~
1454
0.12
17.3 ´ 106

0.0827

0.503

0.0388

0.178

1.8 ~ 2.0
45

8.5
33

59
55

33.0
42.5

1.8 ´ 103

7.2 ´ 103

19.7 ´ 103

18.0 ´ 103

22

2.83

72

18

7.8

60.9

2.4

9.5

1.0737

0.0932

-

0.2894

3.865

0.336

-

1.042

33.9

2.9

-

9.1

Thông số

Tỷ nhiệt [cal, 20°C]
Hệ số giãn nở của cáp
[1/°C, 20°C]
Nhiệt dẫn suất
[cal/cm×s×°C]
Sức căng [kg/mm2]
Độ giãn dài [%]
Cơ
Hệ số giãn nở
[kg/mm2]
Điện trở suất
Điện [W××cm]
Hằng số điện mơi [%]
Điện hố tương đương
[mg]
Điện Số lượng điện phân
hoá trên 1Ah [g]
Số lượng điện phân
trên 1A-năm [kg]
Vật
lý

Thép khơng

Thép
rỉ
(tham khảo)
(SUS 304)

Hợp kim
chì

7.86
1,530
0.11
11.7 ´ 10-6

2.1.6 Vỏ bọc phi kim loại (Non-mettallic Sheath; Jacket)

CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Trang 11


CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

Thường gọi là Non-metallic sheath hay jacket, để bảo vệ màng kim loại khỏi sự
ăn mịn và sự hư hỏng cơ khí trong suốt quá trình lắp đặt.
Các điều kiện để bảo vệ chống ăn mịn bao gồm: đặc tính cách điện ổn định lâu
dài, khả năng chống nước và hoá chất tốt cũng như độ ổn định về hoá chất lâu dài.
 Độ ổn định về tuổi thọ và chịu đựng thời tiết tốt.
 Khả năng chống hao mòn và uốn cong tốt.
Hiện nay, hai loại vật liệu chống ăn mòn thường được sử dụng cho cáp lực bao
gồm: polyvinyl chloride (PVC) và polyethylene (PE).

(1) Polyvinyl chloride (PVC)
PVC có các đặc tính về điện và chịu hố chất rất tốt. Nó cũng có đặc tính chậm
cháy, do có các gốc chlorine trong cấu trúc phân tử. Cũng có thể thay đổi đặc tính của
nó bằng cách trộn lẫn các chất làm mềm dẻo. Ngồi ra, PVC cịn có thể gia cơng cắt
gọt rất dễ dàng và có giá thành thấp. Do đó, nó được sử dụng làm vật liệu bảo vệ
chống ăn mòn cho cáp ngầm một cách rộng rãi.
Nói chung, PVC được chia làm 3 độ cứng: mềm, nửa cứng và cứng. Khi cần phải
có độ bền cơ học và độ mềm dẻo, sử dụng loại PVC mềm hoặc nửa cứng. Tại một số
địa điểm đặc biệt, cần phải lưu ý vì PVC có độ bền cơ kém hơn so với PE. Tại nhiệt độ
thấp, PVC cũng trở nên giòn, dễ vỡ. Do đó, cần phải đặc biệt lưu ý khi rải cáp PVC
trong điều kiện nhiệt độ thấp.

Điện
Cơ

Bảng 2.2 So sánh các vật liệu chống ăn mịn
Thơng số
PVC
PE
Điện áp chịu đựng
20 ~ 30
35 ~ 50
[kV/mm]
Điện trở suất [W××cm]
1,012 ~ 1,015
1,018
Lực căng [kg/mm2]
1.0 ~ 2.5
1.2 ~ 1.5
Độ giãn dài [%]

100 ~ 300
500 ~ 700
Ô
Ă
Chng mũn
Ă
Ă
Chu thi tit
Ô
Ô
Chu lnh
(cú th n -15C)
(cú th n -40C)
Ă
Chu nhit

Ă
Ô
Chng nc
Ă
Ô
Du la, du nng
Ă
Benzol

Ă
Ô
Axit Sulfuric

Chu

du
Chu
hoỏ
Ă
Ô
Sodium hydroxide
cht
Ô : Đặc tính cực tốt: ¡ : Đặc tính phù hợp thực tế: ´ : Đặc tính khơng
phù hợp

(2) Polyethylene (PE)
PE có các đặc tính về điện rất tốt. Nó cũng có khả năng chịu dầu và hố chất, cũng như
đặc tính về cơ rất tốt. Nó thường được sử dụng để làm vật liệu chống ăn mòn. Do cấu
trúc phân tử của nó chỉ có cacbon và hydro, nó có nhược điểm là khơng có đặc tính
CƠNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Trang 12


CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

chậm cháy và chống cháy. Đối với cáp ngầm thông thường, chủ yếu sử dụng PVC.
Trong những năm gần đây, đã có loại PE được bổ sung đặc tính chậm cháy. Tuy nhiên,
các đặc tính khác của loại vật liệu này lại khơng tốt bằng loại khơng có tính chậm
cháy.
Do PE có tính chống thấm cao hơn rất nhiều so với PVC, PE thường được sử
dụng cho cáp biển.
2.1.6 Lớp bọc phân cách ( Được đặt giữa, Màng cách điện và màng kim loại
(bằng bán dẫn), Màng kim loại và màng phi kim loại (bán dẫn hay không bán dẫn))
- Khi màn chắn kim lọai và lớp áo giáp làm bằng kim lọai khác nhau chúng phải

được phân cách bằng một lớp bọc không thấm nước.
- Dùng để bảo vệ tăng cường, tránh sự xâm nhập của nước theo chiều dọc của cáp.
- Làm bằng băng quấn liên kết bột phấn có thể phồng to.
2.1.7 Trường hợp cáp đi trong điều kiện đặc biệt
Đối với cáp phải chịu áp lực lớn, ví dụ cáp biển và cáp rải trong hầm lò, thường
sử dụng các sợi thép chịu sức căng. Đặc biệt, đối với cáp biển, phải rải từ trên cao
xuống. Và để sửa chữa, cáp được kéo lên từ đáy biển, lên trên tàu. Q trình này gây
ra các lực cơ học bên ngồi rất lớn, tạo nên các sức căng và lực nén lên cáp. Sau khi
cáp được rải, cáp lại bị hao mòn do đá và sỏi dưới biển, cũng như chịu ảnh hưởng của
thuỷ triều. Nó cũng có thể bị hư hỏng do các dụng cụ đánh bắt cá hoặc mỏ neo tàu.
Việc sử dụng vỏ bọc cho cáp nhằm bảo vệ cáp đối với các tác động bên ngồi nói
trên. Khi cáp được rải cùng lúc với sự lên xuống nhanh của thuỷ triều, dòng điện cảm
ứng sẽ chạy trong vỏ bọc do thành phần lực từ thẳng đứng của từ trường trái đất và
dịng thuỷ triều và do đó, cáp phải chịu được sự ăn mịn điện phân, ngồi khả năng
chịu ăn mịn thơng thường của nó. Biện pháp thông thường là sử dụng các dây thép
làm vỏ bọc. Để tránh tổn hao dòng xoay chiều trong vỏ, sử dụng cáp đồng, nhơm hoặc
nhơm chống ăn mịn.

CHƯƠNG 3. CÁC KHUYẾT TẬT CỦA CÁP (xem hình sau)
1. Các chỗ nhơ ra trên các lớp bán
dẫn
2. Chổ trống giữa các lớp cách điện
và bán dẫn, vỏ dây dẫn và vỏ cách
điện
3. Chỗ trống
4. Hơi ẩm
5. Tạp chất (kim loại, hổ phách…)

CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

 Dùng các lớp vỏ bán dẫn
phẳng hơn
 Đùn chung tất cả 3 lớp

 Phương pháp liên kết chéo lưu
hóa khơ
 Dùng chất polyethylene siêu
sạch
 Hệ thống khép kín trong q
trình đùn

Trang 13


CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

6. Cây nước từ màng dây dẫn
7. Cây nước từ màng cách điện
8. Cây điện gây ra do phóng điện tia lửa
9. Cây cà vạt nơ

CHƯƠNG 4. CÁC PHỤ KIỆN CỦA CÁP

ĐẦU CÁP TRUNG ÁP
KIỂU PLUG-IN

CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Trang 14

CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

ĐẦU CÁP TRUNG ÁP
KIỂU PLUG-IN

ĐẦU CÁP TRUNG ÁP
KIỂU OUT-DOOR

ĐẦU CÁP TRUNG ÁP KIỂU IN-DOOR
SỬ DỤNG CHO CÁP ĐƠN (KHÔNG SỬ
DỤNG CHẠC 3 VÀ TAI CÁCH ĐIỆN)

CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Trang 15


CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

Nguyên lý điều khiển Điện trường của Hộp đầu cáp và hộp nối cáp
- Phương pháp hình học
* Trường được phân phối nhờ vào khối ứng suất hình nón (stress cone) với bộ phận
làm lệch gắn liền bên trong (làm bằng chất bán dẫn). Điều này làm giảm ứng suất điện
ở bờ mép của bán dẫn cáp

- Phương pháp điện trở (điện trở phi tuyến)
* Cuối đầu cáp được bao phủ bằng một lớp điều khiển trường, thường là một cái
đệm lót mà điện dẫn suất của nó biến thiên theo điện trường và lớp điều khiển trường
này đảm bảo một sự phân bố đều các đường đẳng thế

MÀN CHẮN CÁCH ĐIỆN

ĐK ỨNG SUẤT

CÁCH ĐIỆN

CHƯƠNG 5 : CÁC BIỆN PHÁP TĂNG KHẢ NĂNG TẢI CỦA CÁP
Để tăng khả năng tải của cáp, cần phải sử dụng điện áp truyền tải cao hoặc
dòng lớn hơn. Khi sử dụng dịng lớn hơn, có một số biện pháp cho phép điều
này, bao gồm các biện pháp giảm tổn thất công suất và sử dụng hệ thống làm
mát.
Bảng 2.5 Các biện pháp tăng khả năng tải của cáp
Phân loại
Biện pháp
Giảm tổn thất
Sử dụng lõi dẫn tiết diện lớn
Giảm tổn thất lõi dẫn
Lõi dẫn bện cách điện
Giảm tổn thất vỏ
Sử dụng lõi dẫn tiết diện lớn
CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Trang 16


CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

Các biện pháp khác
Làm mát

trong
Làm mát
trực tiếp Làm mát
ngoài
Tản nhiệt
Làm mát gián tiếp

Lựa chọn cấu hình bố trí cáp
Sử dụng giá đỡ khơng từ tính
Sử dụng cáp làm mát trong
Tunne
l
Ống
Tunne
l
Ống

Biện pháp khác
Biện pháp khác

Điểm
nóng

Cáp được làm mát trực
tiếp bằng nước tuần hoàn
-ntLàm mát bằng thơng gió
Làm mát bằng ống tuần
hồn nước
Làm mát bằng ống tuần
hoàn nước đặt trong máng

Làm mát bằng ống tuần
hoàn nước đặt gần ống
Sử dụng ống nhiệt

Giảm độ dầy cách điện của cáp XLPE
Sử dụng cáp nhiệt độ cực thấp và cáp siêu dẫn

Giảm tổn thất
Tổn thất trong cáp bao gồm tổn thất lõi dẫn, tổn thất điện môi và tổn thất
vỏ. Làm giảm được các tổn thất này sẽ tăng được khả năng tải.
(i) Tổn thất lõi dẫn
Giảm điện trở xoay chiều của lõi dẫn bằng cách sử dụng lõi dẫn lớn hơn
được coi là biện pháp đầu tiên. Các biện pháp khác bao gồm: giảm hiệu ứng ở
gần bằng việc tách pha và giảm hiệu ứng bề mặt bằng cách sử dụng lõi dẫn cách
điện bện.


Dùng lõi dẫn tiết diện lớn

Từ năm 1945 đến 1955, lõi dẫn tròn được sử dụng. Những năm đầu thập kỷ
1950, công nghệ lõi dẫn nén được sử dụng làm cho đường kính ngồi của lõi
dẫn trở nên nhỏ hơn. Lõi dẫn tròn nén, lõi dẫn hình quạt nén, lõi dẫn phân bốn
cũng bắt đầu được sử dụng. Trong thập kỷ từ 1955 đến 1965, lõi dẫn phân sáu
bắt đầu được sử dụng với dải tiết diện từ 1,000 đến 1,200mm 2. Hiện tại, tiết diện
lớn nhất của cáp XLPE là 3,500mm2 và cáp dầu là 2,500mm2


Lõi dẫn bện cách điện

Lõi dẫn bện cách điện sử dụng ôxit đồng hoặc tráng men lên sợi dẫn trong

múi lõi dẫn để giảm hiệu ứng bề mặt. Đây là một biện pháp hiệu quả trong việc
kiểm soát độ tăng của điện trở AC lõi dẫn.
Việc giảm hiệu ứng bề mặt đặc biệt hiệu quả đối với lõi dẫn bện cách
điện, tiết diện lớn. Do đó, trong thực tế thường sử dụng sợi lõi dẫn cách điện cho
cáp tiết diện lớn hơn hoặc bằng 2,500mm2.
CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Trang 17


CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

Bảng 2.6 So sánh dòng cho phép lớn nhất giữa lõi dẫn bện cách điện
và lõi dẫn thường
Mục
Loại cáp
Kiểu lắp đặt
Dòng cho phép
(A/circuit)
Ghi chú
Mục
Loại cáp
Kiểu lắp đặt
Dòng cho phép
(A/circuit)

Lõi dẫn bện cách điện
Lõi dẫn thường
275kV POF 3 ´ 2,500 mm2
Chơn trực tiếp

1,670

1,570

Dịng cho phép trong điều kiện làm mát
Lõi dẫn bện cách điện
Lõi dẫn thường
66kV XLPE 1 ´ 3,500 mm2
Trong ống
2,830

2,460

(ii) Giảm tổn thất vỏ
Tổn thất vỏ bao gồm tổn thất mạch vỏ và tổn thất dịng xốy vỏ. Có một số biện
pháp giảm các tổn thất này.
+ Tổn thất mạch vỏ phụ thuộc vào hệ thống nối đất. Thơng thường, tổn thất này
có thể loại bỏ bằng cách sử dụng phương thức nối đất đảo vỏ, đối với tuyến cáp dài, và
nối đất một điểm, đối với tuyến ngắn, ví dụ đường cáp nối trong nhà.
+ Tổn thất dịng xốy vỏ phụ thuộc vào loại và chất lượng của vật liệu vỏ. Giá trị
tổn thất sẽ thay đổi đáng kể tương ứng với điện trở của vật liệu vỏ.
Trước đây, thường sử dụng vỏ chì với điện trở cao cho cáp dầu. Tuy nhiên, hiện
nay, vỏ nhôm được sử dụng rộng rãi cho cả cáp dầu và cáp XLPE với một lớp kim loại
chống nước do có độ bền cơ lớn hơn và trọng lượng nhẹ hơn. Tuy nhiên, vỏ nhơm có
điện trở cao, do đó gây ra phần lớn tổn thất dịng xoáy.
Bảng 2.7 So sánh khả năng tải của cáp vỏ thép và vỏ nhôm
Mục
Vỏ thép không rỉ
Vỏ nhôm
275kV CSZV

275kV CAZV
Loại cáp
1 ´ 2,500 mm2
1 ´ 2,500 mm2
Tách pha
Điều kiện lắp đặt
Cấu hình tam giác
(K/cách pha 240mm)
Dịng cho phép
1,740
1,540
(A/mạch)
Tổn thất vỏ
5.88
43.93
Vì lý do này, vỏ thép đã được nghiên cứu sử dụng làm vỏ kim loại cho cáp
XLPE. Nó có thể được làm rất mỏng và có ưu điểm là độ bền cơ cao hơn vỏ chì và có
điện trở cao hơn vỏ nhơm. Cáp vỏ thép khơng rỉ địi hỏi phải chế tạo vỏ dây dẫn do
dịng ngắn mạch khơng thể dẫn riêng qua vỏ thép không rỉ.


Lựa chọn cấu hình bố trí cáp

Thơng qua việc chọn cấu hình bố trí cáp tối ưu và các biện pháp thiết kế có thể
làm giảm tổn thất vỏ.
Có ba cấu hình bố trí cáp: cấu hình tam giác, tách pha và chia pha. Sau đây sẽ so
CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Trang 18

CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

sánh tổn thất trong vỏ, điện môi và lõi dẫn với 3 loại cấu hình bố trí cáp và sự bố trí
thứ tự pha khác nhau.
Hình 2.8 Các cấu hình bố trí cáp
Sự thay đổi cấu hình bố trí cáp khơng ảnh hưởng nhiều đến tổn thất trong lõi dẫn
và điện môi. Nhưng tổn thất trong vỏ có thể giảm đáng kể theo cấu hình bố trí cáp. Sự
thay đổi cách bố trí pha cũng có thể làm giảm tổn thất này.
+ Cấu hình bố trí cáp chia pha là biện pháp hiệu quả nhất trong việc tăng khả
năng tải của cáp. Ngoài ra, việc thay đổi thứ tự pha cũng là một cách rất hiệu quả để
tăng công suất truyền tải.

+ Đối với cấu trúc tam giác, từ trường triệt tiêu lẫn nhau do dòng ba pha xoay
Tr/hợp 1

Tr/hợp 2

(a) Trường hợp cấu hình tam giác, tách
pha (khoảng cách pha S = 240mm)

Tr/hợp 1

Tr/hợp 2

(b) Trường hợp chia pha
(khoảng cách pha S = 400mm)

chiều. Ngược lại, nếu cấu hình bố trí cáp khơng làm cho từ trường triệt tiêu nhau
nhiều, tổn thất sẽ lớn. Do đó, cần phải xem xét các biện pháp nhằm triệt tiêu từ trường.

CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Trang 19


CHUYÊN ĐỀ VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ

(b) Ngăn chặn các điểm nóng
Các đoạn cáp ngầm với nhiều sợi cáp được đặt gần nhau, ví dụ mương cáp ra
của trạm biến áp, có thể trở thành điểm hạn chế khả năng tải của hệ thống. Đôi khi các
phân đoạn cáp lại có kết cấu làm ngăn cản sự thốt nhiệt của các sợi cáp hoặc đi song
song quá gần nhau. Trường hợp này có thể xảy ra trong các ống cáp trong đường tàu
điện ngầm hoặc ống cấp nhiệt. Những vị trí như vậy dễ trở thành các điểm cản trở khả
năng tải và gọi là các điểm nóng. Một biện pháp để ngăn chặn các điểm nóng là lắp đặt
hệ thống làm mát cho các ống nhiệt. Các điểm nối cáp đặt ngồi trời cũng có thể trở
thành các điểm nóng. Để ngăn chặn các vị trí như vậy trở thành các điểm nóng, sử
dụng biện pháp kết nối với nhiệt trở thấp.

Ống nhiệt

Hình 2-9. Minh hoạ việc lắp đặt ống nhiệt
Làm mát ống nhiệt
Các ống nhiệt là bộ phận chuyển nhiệt trong đó, chất làm mát trong ống kín tạo ra
một vịng tuần hồn bay hơi - chuyển hơi - ngưng tụ - hố lỏng. Bằng cách này, có thể
vận chuyển nhiệt mà không cần sự chênh lệch nhiệt độ. Do hệ thống ống nhiệt có thể
duy trì dễ dàng vì khơng phải di chuyển các bộ phận, nó được sử dụng để làm mát cho
cáp và các bộ phận của chúng.
Khi có các điểm nóng trên tuyến cáp, yêu cầu truyền tải của cả hệ thống có thể
được đảm bảo, bằng cách lắp đặt một ống nhiệt ở gần điểm nóng, để tải một phần nhiệt

do cáp sinh ra, làm tăng cường sự tản nhiệt trong đất nhiệt độ thấp hoặc khơng khí.
(c) Giảm độ dầy cách điện của cáp XLPE
Điện áp sử dụng của cáp có xu hướng ngày càng tăng nhằm đạt được công suất
truyền tải cao hơn. Cùng với xu hướng đó, cáp XLPE cũng có điện áp truyền tải ngày
càng cao, với các dự án xây dựng các đường cáp dài 500kV đang được triển khai. Với
sự phát triển của công nghệ truyền tải cao áp, đã đạt được một số thành tựu trong việc
phát triển công nghệ chể tạo và tăng cường tiêu chuẩn quản lý chất lượng đối với cáp
XLPE. Điển hình trong việc đạt được chất lượng cao là sự loại bỏ ba loại nhược điểm:
độ không tinh khiết, các lỗ trống và sự lồi lõm trong vật liệu cách điện. Do đó, trong
CƠNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI

Trang 20