Nghiên cứu kỹ thuật đấu nối, lắp đặt, thí nghiệm và vận hành cáp ngầm trung thế ở việt nam

-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 đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Tất cả các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực và chƣa từng
đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
TÁC GIẢ

PHẠM VĂN NGHĨA

-3-

MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................ 2
MỤC LỤC ................................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ..................................................................................... 7
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ .................................. 9
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁP ĐIỆN LỰC .................................................. 9
1.1.1. Khái quát về cáp điện lực............................................................................. 9
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 của cáp cách điện bằng 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 cơ 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 trong đất ............................................................ 17
1.3.1.2. Lắp đặt cáp trong không khí ............................................................... 17
1.3.1.3. Lắp đặt cáp trong 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 thế tại Việt Nam .............................. 19
1.4.2. Tổng quan về sự cố cáp ngầm trung thế tại 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 của đầu cáp ...................................................... 24
2.1.2.2. Phân loại đầu cáp ................................................................................ 24
2.1.2.3. Nguyên tắc chung của 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 và đầu cáp Elbow .................................. 28
2.1.3. Kỹ thuật làm hộp nối.................................................................................. 29
2.1.3.1. Chức năng, nhiệm vụ của 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 3 pha theo phƣơng thẳng đứng........................................... 33
2.2.3.2. Cáp bố trí 3 pha theo phƣơng nằm ngang ........................................... 33

2.2.3.3. Cáp bố trí 3 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 trong đất .................................................. 34
2.2.4.2. Lắp đặt cáp ngầm trong ống (khối cáp, máng cáp). ............................ 37
2.2.4.3. Lắp đặt cáp ngầm trong 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 của kỹ thuật làm đầu cáp và hộp nối ...................................... 40
2.3.2. Ảnh hƣởng của phƣơng pháp tiếp địa vỏ cáp ............................................ 41
2.3.3. Ảnh hƣởng của 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 của tổn thất vỏ cáp đến khả năng tải của cáp ................... 45
2.3.4. Ảnh hƣởng của vấn đề tản nhiệt ra môi trƣờng của cáp. ........................... 47
2.3.4.1. Lý thuyết về chế độ nhiệt .................................................................... 47
2.3.4.2. Tổn hao nhiệt lõi dẫn do dòng tải ................................................... 49
2.3.4.3. Tổn hao điện môi ............................................................................ 49
2.3.4.4. Nhiệt trở của các bộ phận cáp ............................................................. 50
2.3.4.5. Độ tăng nhiệt độ do tổn hao điện môi
......................................... 53
2.3.4.6. Tính nhiệt trở của 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 về thí nghiệm cáp ngầm ........................................................... 61
3.1.2. Các phƣơng pháp thí nghiệm cáp ngầm..................................................... 63

3.1.2.1. Thí nghiệm bằng điện áp một 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 bộ ............................................................ 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 bộ vị trí ................................... 74
3.2.3. Các phƣơng pháp chuẩn đoán xác định vị trí sự 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 trong dò tìm sự 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 của 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 1 ............................................................................... 89
4.1.2.2. Chế độ vận hành 2 ............................................................................... 90
4.1.2.3. Nhận xét .............................................................................................. 92
4.2. Xác định điểm sự cố của 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 hiện dò tìm điểm sự 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 cơ bản của vật liệu dẫn điện.....................................................14
Bảng 1.2. Các cơ chế lão hóa cách điện cáp lực. .....................................................20
Bảng 2.1. Chiều rộng giới hạn của đường cáp ngầm ...............................................31
Bảng 2.2. Khoảng cách nhỏ nhất giữa các cáp trong công trình cáp ......................40
Bảng 3.1.Bảng kê giới hạn điện trở cách điện IR(MΩ) của 1 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 dưới 36 kV trước lắp đặt .......67
Bảng 3.4. Thí nghiệm HVAC cáp điện áp danh định dưới 36 kV sau lắp đặt ..........67
Bảng 3.5. Giá trị tổn hao và hằng số điện môi của 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 của cáp ngầm 22kV-3x240mm2..........................................87
Bảng 4.2. Các điều kiện về thời tiết ở khu vực Hà Nội .............................................88
Bảng 4.3. Các thông số của vật liệu..........................................................................89
Bảng 4.4. Dòng tải cho phép của tuyến cáp ngầm cấp điện cho trụ sở Bộ Công An ở
chế độ vận hành 1 khi hệ số tải
....................................................................89
Hình 4.3. Biểu đồ tương quan giữa dòng tải cho phép của tuyến cáp ngầm cấp điện
cho trụ sở Bộ Công An ở chế độ vận hành 1 khi hệ số tải
...........................90
Bảng 4.5. Dòng tải cho phép của tuyến cáp ngầm cấp điện cho trụ sở Bộ Công An ở
chế độ vận hành 2 khi hệ số tải
....................................................................91

Hình 4.4. Biểu đồ tương quan giữa dòng tải cho phép của tuyến cáp ngầm cấp điện
cho trụ sở Bộ Công An ở chế độ vận hành 2 khi hệ số tải
...........................91
Bảng 4.6. Điện trở một chiều từng 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 1 lõi có vỏ bọc ........................................................................9
Hình 1.2. Cấu tạo cáp ngầm 24kV cách điện XLPE .................................................15
Hình 1.3. Mô hình cây điện dưới kính hiển vi ...........................................................22
Hình 1.4. Cây nước trong 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 và Elbow 24kV...................................................................29
Hình 2.4. Điện thế trên vỏ cáp khi đấu nối tiếp địa một đầu, hai đầu ......................41
Hình 2.5. Hệ thống nối đất một điểm ........................................................................41
Hình 2.6. Hệ thống nối đất đảo vỏ ............................................................................42
Hình 2.7. Sơ đồ vectơ điện áp trên vỏ cáp ............................................................... 44
Hình 2.8. Gradient điện áp cảm ứng trên vỏ khi có dòng điện 1000A trong ruột ....45
Hình 2.9. Mạch tương đương dòng nhiệt trong cáp ngầm .......................................48
Hình 2.10. Nhiệt trở của cáp một sợi ........................................................................51
Hình 2.11. Nhiệt trở giả tưởng của các loại cáp thông dụng ...................................52
Hình 2.12. Nhiệt độ của đất trong năm ở các độ sâu khác nhau .............................. 54
Hình 2.13. Nhiệt trở suất của đất trong năm ............................................................ 54
Hình 2.14. Trường nhiệt độ của cáp đường kính d=2r, độ chôn sâu h. ...................55
Hình 2.15. Nhiệt trở của cáp khi vận hành liên tục (hệ số tải
) không xét đến

hiệu ứng đất bị khô và
. ..........................................................................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 bộ (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 bằng tần số thấp (VLF) .........................................73
Hình 3.7: Thử nghiệm với mạch vòngMurray...........................................................75
Hình 3.8. Dòng điện đi và về trong cáp ....................................................................77
Hình 3.9. Dòng điện ở cáp nhiều lõi chạy trong ống dẫn với các miệng ống ..........77
Hình 3.10. Tín hiệu điện từ tại vị trí xảy ra sự cố trên cáp điện 3 pha .....................78


-8-

Hình 3.11. Phương pháp hố thế năng áp dụng với điện áp xoay chiều (AC) và một
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 về cáp điện lực
Cáp là dây dẫn điện mềm đƣợc bọc cách điện và bọc vỏ kim loại hoặc vật liệu
Polymer để ngăn chặn các tác dụng bên ngoài đối với cách điện nhƣ chênh lệch
nhiệt độ cao, ngâm trong nƣớc ... Chúng phải chịu sự thay đổi nhiệt độ lớn do dòng
điện làm việc và điều kiện nhiệt độ môi trƣờng. Khi đã lắp đặt xong cáp phải vận
hành tin cậy trong nhiều năm.
Cấu tạo của cáp gồm một hay nhiều dây dẫn chính (lõi dẫn) cách điện với đất
và cách điện giữa các lõi với nhau, vỏ kim loại và các lớp bọc bảo vệ.

Hình 1.1. Cấu tạo cáp 1 lõi có vỏ bọc
Lõi dẫn có chức năng dẫn dòng điện, đƣợc cấu tạo bằng vật liệu dẫn điện, phổ
biến dùng đồng hoặc nhôm do có đặc điểm thỏa mãn các yếu tố chính: Tính phổ
biến, có độ bền cơ học, dẫn điện tốt và giá cả hợp lý.
Cách điện của cáp phải gánh chịu toàn bộ trọng lƣợng của lõi hoặc các ứng lực
do uốn. Vì thế ngoài việc đảm bảo yêu cầu cách điện còn phải đảm bảo yêu cầu về
độ uốn, độ bền cơ giới và khả năng tản nhiệt.
Vỏ bọc kim loại thƣờng sử dụng bằng chì hoặc nhôm có nhiệm vụ bảo vệ cách
điện đối với các tác dụng bên ngoài, trƣớc hết là độ ẩm và các tác động cơ giới. Lớp
bảo vệ là một vỏ bọc bằng sợi thép hoặc băng thép, một lớp sợi đay tẩm bitum. Vỏ
bọc còn có tác dụng làm cho điện trƣờng phân bố đều hơn và đặc tính của cáp không
phụ thuộc vào cách thức lắp đặt.


- 10 -

Lớp vỏ bọc ngoài cùng thƣờng sử dụng nhựa Polyvinyl clorua (PVC), lớp vỏ
này có tác dụng chống ăn mòn lớp vỏ kim loại, ngoài ra còn để in các thông tin kỹ
thuật về cáp.
Trong thực tế cáp ngầm đƣợc chế tạo thành từng đoạn có chiều dài từ 250m
đến 1000m, các đoạn này đƣợc nối với nhau bằng hộp nối và đƣợc nối với các thiết

bị khác nhƣ tủ điện và máy biến áp bằng đầu cáp. Việc đấu nối đƣợc thực hiện tại
công trƣờng, yêu cầu kỹ thuật và chi phí của việc đấu nối cáp là khá 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 của cáp tẩm dầu đƣợc cách điện bằng giấy tẩm dầu có điện trở
cách điện và độ nhớt cao. Dầu tẩm có nguồn gốc từ dầu mỏ pha lẫn nhựa thông để
tăng độ nhớt và ngăn chặn quá trình oxy hóa, đƣợc bịt kín bằng một lớp kim loại, ví
dụ nhƣ vỏ chì. Tuy nhiên cáp thƣờng tạo ra các khoảng trống trong cách điện, có thể
dẫn đến hiện tƣợng ion hóa do đó độ tin cậy của cáp không cao. Ở điện áp cao ngƣời
ta chế tạo cáp 1 sợi, cáp này có lõi bằng đồng hoặc nhôm vặn xoắn rỗng.Dây dẫn
rỗng lƣu thông dầu dƣới áp suất cao để tẩm cách điện giấy và đảm bảo dẫn điện
đồng đều. Lớp vỏ bọc đƣợc bảo vệ bởi một lớp kim loại, ngoài cùng đƣợc bảo vệ
bằng một lớp nhựa PVC.
Cáp tẩm dầu có ƣu điểm so với loại cáp đổ dầu là ở các đầu nối cáp chất tẩm
không bị gỉ ra ngoài do đó không tạo nên các khoảng trống bên trong. Cáp tẩm bằng
loại hỗn hợp dầu không chảy có thể lắp đặt với chênh lệch độ cao lên tới 300m mà
không làm chảy dầu xuống đầu phía thấp dẫn đến xuất hiện khoảng trống cách điện
không đƣợc tẩm ở phía cao.
Nhƣợc điểm chủ yếu của loại cáp tẩm dầu là sự xuất hiện các bọc khí bên
trong cáp ảnh hƣởng xấu đến cách điện. Khi phụ tải tăng cao cáp sẽ bị phát nóng
mạnh làm vỏ chì phồng ra ngƣợc lại khi phụ tải giảm vỏ chì sẽ co lại, sự giãn nở của
vỏ chì lớn hơn đáng kể với cách điện vì vậy sẽ hình thành cách lỗ trống chứa khí
thoát ra từ cách điện. Các bọc khí này ban đầu xuất hiện ở gần vỏ chì là nơi cƣờng


- 11 -

độ điện trƣờng bé nhƣng do khuếch tán chúng sẽ xuất hiện ở gần lõi với cƣờng độ
điện trƣờng cao làm tăng khả năng phóng điện dẫn đến sự cố ngắn mạch. Do nhƣợc

điểm trên cáp tẩm dầu chỉ dùng ở điện áp xoay chiều định mức tới 35kV.
b) Cáp đổ dầu
Cáp đổ dầu thƣờng chỉ có một lõi và dùng ở điện áp cao (từ 110kV trở lên).
Trong loại cáp này dầu có áp suất cao sẽ chảy dọc theo đƣờng cáp để lấp kín các bọt
khí đƣợc hình thành trong thời gian của cácchu trình nhiệt, cáp dầu là đại diện cho
cáp áp lực. Áp suất dầu trong cáp cao còn có mục đích tăng khả năng cách điện,
giảm kích thƣớc của cáp. Lõi cáp đƣợc phủ một lớp chất bán dẫn để tránh tạo thành
những điểm điện trƣờng tăng cục bộ trên bề mặt lõi.
Ƣu điểm của cáp đổ dầu là lõi đƣợc đặt trong đƣờng ống kim loại nên đơn giản
đƣợc kết cấu của lớp vỏ bọc chịu lực. Việc tăng áp suất dầu sẽ làm tăng khả năng
cách điện của cáp tuy nhiên việc này cũng đồng nghĩa kết cấu vỏ cáp sẽ có cấu tạo
phức tạp hơn.
Nhƣợc điểm của cáp đổ dầu là đòi hỏi thiết bị phụ trợ, ví dụ thiết bị cấp dầu
nên làm tăng khối lƣợng công việc khi lắp đặt, đặc biệt đòi hỏi hệ thống đảm bảo áp
suất dầu phức tạp cũng nhƣ mặt bằng lắp đặt các thiết bị này.
c) Cáp chứa khí nén
Đây là loại cáp chứa khí Nitơ tƣơng tự nhƣ cáp đổ dầu. Lõi cáp mỗi pha sau
khi bọc cách điện và bọc chì sẽ đƣợc đặt trong ống thép chứa khí nén.
Do áp suất của khí nén truyền vào cách điện của lõi nên các bọt khí cũng có áp
suất cao và chỉ bị ion hóa khi cƣờng độ điện trƣờng lớn. Thƣờng khí Nitơ đƣợc nén
tới áp suất khoảng 12-15at. Với áp suất này cho phép tăng cƣờng độ điện trƣờng
làm việc tới 12-15kV/mm.
Nhƣợc điểm của cáp chứa khí nén là điều kiện tản nhiệt xấu nên việc sử dụng
chúng ở điện áp cao bị hạn chế.Hiện nay cáp chứa khí nén đƣợc dùng phổ biến ở
điện áp 35kV trên các tuyến đƣờng dốc hoặc yêu cầu lắp đặt cáp thẳng đứng.
Hiện nay khí SF6 là loại khí có khả năng cách điện cao hơn nhiều so với
không khí nên cũng đƣợc sử dụng.Độ bền điện của khí SF6 ở điều kiện bình thƣờng


- 12 -

khoảng 10kV/mm, tức là lớn hơn không khí khoảng 3 lần. Đƣờng dây cáp dùng khí
nén SF6 có nhiều ƣu điểm nhƣ kết cấu tƣơng đối đơn giản, tổn hao nhỏ, khả năng
khôi phục cách điện sau khi phóng điện, điện dung đơn vị bé. Việc sử dụng khí SF6
làm cách điện mang lại hiệu quả kinh tế cao nếu ứng dụng cho cáp siêu cao áp.
d) Cáp siêu dẫn
Cáp siêu dẫn 3 pha gồm 4 ống bằng vật liệu siêu dẫn, chất làm lạnh Heli lỏng
lƣu thông trong 3 ống bên trong (dây dẫn pha). Mỗi lõi đƣợc bọc một lớp cách điện
và màn che để cân bằng điện trƣờng.
Khoảng trống giữa các pha và ống ngoài cùng cho lƣu thông chất lỏng làm
lạnh bằng Nitơ hóa lỏng (T<70K).
Bên ngoài cùng có một lớp cách điện có nhiệm vụ giảm tổn thất nhiệt.
Cáp siêu dẫn có khả năng truyền công suất tự nhiên đến 4GVA.
e) Cáp cách điện khô
Cáp cách điện khô có thể chế tạo loại 3 lõi hoặc 1 lõi đơn. Cáp cách điện 3 lõi
thông thông thƣờng đƣợc bọc trong một vỏ bảo vệ chung. Các lõi dẫn điện đƣợc bọc
cách điện riêng rẽ.Khoảng trống ở giữa và xung quanh lõi đƣợc chèn chất độn để tạo
ra bề mặt tròn sau đó bọc cách điện. Phía bên ngoài bọc một lớp đai thép bảo vệ cơ
học khi chôn ngầm vì không có dòng điện xoáy cảm ứng trong đai thép 3 pha,
nhƣng với cáp một lõi thì dòng này tồn tại dẫn đến tăng tổn hao và điện cảm của
đƣờng dây.
Phân bố điện trƣờng trong cáp 3 lõi không hoàn toàn xuyên tâm, tạo nên thành
phần theo bề mặt tiếp tuyến với bề mặt cách điện là hƣớng độ bền cách điện yếu
nhất. Để khắc phục ngƣời ta quấn quanh mỗi lõi một lớp dẫn điện bằng giấy kim
loại hoặc màn che bằng dây dẫn đồng để chuyển cáp 3 lõi chung thành cáp 3 lõi đơn
về mặt điện học, nhƣ vậy cƣờng độ điện trƣờng hoàn toàn theo phƣơng hƣớng tâm.
Một màng giấy bán dẫn đƣợc phủ trên mặt ngoài của lõi cáp nhằm hạn chế
tăng điện trƣờng cục bộ trên bề mặt dây dẫn. Loại vật liệu này gồm bột than trộn với
đồng polyme giữa ethylen và vinyle acetate (điện trở suất

)


- 13 -

Vật liệu cách điện của cáp là polymer.Polymer đƣợc tổng hợp từ các phân tử
monomer.Phần lớn các vật liệu hiện đại đều đƣợc sản xuất bằng phƣơng pháp tổng
hợp. Về phƣơng diện kỹ thuật, các polymer quan trọng đƣợc phân loại thành:
- Polymer nhiệt dẻo (Polyvinylchloride PVC, Polyethylen PE, Polypropylen
PP, Polyamide PA...).
- Elastomer (Cao su thiên nhiên NR, cao su butyl IIR, cao su EthylenPolypropylen EPR, caosu Silicone SIK).
- Polymer nhiệt cứng (nhựa Epoxy EP, nhựa polyurethane PUR).
f) Nhận xét
Cáp cách điện giấy tẩm dầu, cáp đổ dầu có các tính năng cách điện và độ tin
cậy trong vận hành khá tốt. Tuy nhiên những loại cáp này có nhƣợc điểm: Công
nghệ chế tạo phức tạp, năng suất thấp, giá thành cao. Ngoài ra do dầu chảy nên lắp
đặt cáp khi có chênh lệch độ cao lớn sẽ bị hạn chế, các loại cáp này yêu cầu lắp đặt
phức tạp hơn, phụ kiện (đầu nối, đầu cáp, bình ổn áp ...) nhiều hơn.
Cáp ngầm trung thế cách điện Polymer đang dần thay thế loại cáp cách điện
giấy tẩm dầu do có nhƣng ƣu điểm vƣợt trội:
- Mềm, dẻo nhẹ và bền vững.
- Không cần hệ thống duy trì áp suất chất lỏng.
- Lắp đặt đơn giản, bảo dƣỡng thuận tiện.
- Phụ kiện đơn giản hơn.
- Cách điện bằng chất dẻo có thể phủ lên lõi dẫn điện bằng phƣơng pháp ép
đùn trực tiếp, do đó năng suất chế tạo cao. Không cần công đoạn sấy, tẩm.
1.1.2.2. Phân loại theo vật liệu chế tạo lõi cáp
Theo vật liệu chế tạo lõi cáp có thể chia thành hai loại là cáp ngầm ruột nhôm
và cáp ngầm ruột đồng.
Cáp ruột đồng có khả năng dẫn điện tốt, suất đầu tƣ lớn.

Cáp ruột nhôm có tính dẫn điện và nhiệt kém nên phải sử dụng cáp có tiết diện
lớn hơn so với cáp đồng.


- 14 -

Bảng 1.1. Tính chất cơ bản của vật liệu dẫn điện

Đồng đỏ

Điện trở suất
 (Ω.m)
1,72.10−8

Khối lƣợng riêng
ζ (kg/m3)
8.940

Giá thành
USD/kg
7,180

Nhôm

2,82.10−8

2.701

1,865

Vật liệu

Trong thực tế cáp ngầm sử dụng đồng làm lõi dẫn điện phổ biến hơn nhôm,
đặc biệt là trong trƣờng hợp tải công suất lớn.
1.1.2.3. Phân loại theo nhiệm vụ
Theo nhiệm vụ của tuyến cáp có thể chia thành các loại sau:
- Cáp truyền tải.
- Cáp phân phối.
- Cáp chuyên dụng (cáp biển, cáp điều khiển, cáp cho máy bay, tầu biển...).
1.1.3. Nhận xét
Ngày nay các loại cáp dầu vẫn đƣợc vận hành trong lƣới điện trung thế, tuy
nhiên đó là những tuyến cáp đã đƣợc xây dựng cách đây vài chục năm. Trong những
năm gần đây ngƣời ta thƣờng sử dụng cáp ngầm cách điện khô bằng XLPE với ruột
dẫn bằng đồng với rất nhiều ƣu điểm nhƣ:
- Khả năng mang tải lớn.
- Có hằng số điện môi thấp nên giảm đƣợc đáng kể tổn hao điện môi.
- Không cần phải điều áp để ổn định điện môi, do đó các phụ kiện đơn giản
hơn và không cần lắp thiết bị điều áp.
- Cách điện ở thể rắn nên có thể lắp đặt đƣợc ở mọi địa hình kể cả có sự thay
đổi cao độ lớn.
- Hệ thống cáp không gây ảnh hƣởng tới môi trƣờng do không có nguy cơ dò rỉ
dầu.
- Có trọng lƣợng tƣơng đối nhẹ nên thuận lợi cho việc vận chuyển, lắp đặt.
Vì vậy việc nghiên cứu kỹ thuật đấu nối, lắp đặt, thí nghiệm và vận hành cáp
ngầm trung thế ở Việt Nam có đối tƣợng nghiên cứu là cáp ngầm ruột đồng, cách
điện Polymer.


- 15 -

1.2. CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA CÁP NGẦM TRUNG THẾ SỬ DỤNG CÁCH
ĐIỆN POLYMER
1.2.1. Cấu tạo chung của cáp cách điện bằng Polymer
Loại cáp khô dùng cách điện Polymer XLPE (Cross Linked Polyethylene)
đƣợc nghiên cứu từ thập niên 60 của thế kỷ 20. Loại cáp này gồm lõi cáp bằng đồng
hoặc nhôm bện với cách điện ép và đƣợc bảo vệ với lớp vỏ kim loại và lớp bọc
chống ăn mòn.

a) Cáp ngầm 3 pha

b) Cáp ngầm 1 pha

Hình 1.2. Cấu tạo cáp ngầm 24kV cách điện XLPE
1.2.2. Lõi dẫn
Lõi dẫn có cấu tạo bằng nhiều sợi đồng hoặc nhôm tròn đƣợc bện chặt với
nhau dạng vặn xoắn, có mặt cắt hình tròn. Các lõi cáp có tiết diện lớn hơn 1000mm²
đƣợc chế tạo bằng các thanh dẫn hình dẻ quạt để giảm điện trở với dòng điện xoay
chiều và hiệu ứng vỏ.
1.2.3. Cách điện
Tăng cƣờng độ điện trƣờng làm việc của cáp đòi hỏi phải có cách điện chất
lƣợng rất cao. Do đó yêu cầu các vật liệu sử dụng cho loại cáp cách điện chất dẻo
phải đặc biệt tinh khiết, việc đảm bảo độ tinh khiết phải đƣợc chú trọng ngay từ
khâu sản xuất vật liệu thô.


- 16 -

Cáp điện lực sử dụng nhiều vật liệu cách điện và cấu tạo rất đa dạng, đƣợc chế
tạo theo yêu cầu sử dụng. Trong thực tế hiện nay việc ngầm hóa lƣới điện trung thế
hầu hết sử dụng cáp ngầm cách điện XLPE vì vậy trong luận văn này sẽ trình bày

những vấn đề mang tính phổ quát về cáp ngầm trung thế cách điện XLPE.
Cách điện XLPE đƣợc tạo thành bằng cách nung nóng Polyethylene (PE) mật
độ thấp trộn lẫn với các tác nhân liên kết. Các tác nhân liên kết ví dụ nhƣ Peroxide
hữu cơ ở nhiệt độ và áp suất cao tác động trong quá trình liên kết ngang làm cho các
phân tử liên kết với nhau và làm cho hỗn hợp chuyển sang dạng nhựa dẻo chịu
nhiệt. Nhựa Polyethylene ban đầu trở thành dạng nhựa nhiệt dẻo ở nhiệt độ 120ºC,
khi đó các chuỗi liên kết yếu giữa các phân tử khác tách ra. Chuỗi liên kết phân tử
bền vững XLPE tạo ra cơ tính tốt ở nhiệt độ cao. Đây là lý do chất bọc cách điện
XLPE có thể sử dụng với nhiệt độ dây dẫn cao hơn PE. Sau đây là một số tính chất
vật lý của XLPE.
Hằngsố điện môi (ở 50Hz):
Hệ số tổn hao điện môi (ở 50Hz):
Cƣờng độ cách điện:
Nhiệt độ làm việc tối đa của lõi dẫn:
Điện trở suất ở 20ºC:
1.2.4. Màn chắn
Cách điện XLPE rất nhạy cảm với phóng điện cục bộ trong các khe hở và các
lỗ trống trong cáp. Để khắc phục vấn đề trên cần phủ một lớp bán dẫn điện giữa lõi
cáp và lớp cách điện, ngoài ra có phủ trực tiếp một lớp bán dẫn lên lớp cách điện.
Trong các mạch có dây trung tính nối đất trực tiếp, màn chắn còn có tiết diện
đủ lớn để tải dòng điện ngắn mạch pha đất. Để giải quyết yêu cầu này, kết cấu màn
chắn sợi đồng hoặc kết cấu màn chắn kết hợp băng sợi sẽ thay thế màn chắn bằng
đồng. Màn chắn kim loại đƣợc thiết kế để chịu đƣợc dòng ngắn mạch pha-đất đến
16kA/1s hoặc cao hơn.


- 17 -

1.2.5. Vỏ bảo vệ
Với cƣờng độ điện trƣờng làm việc cao, cáp rất nhạy cảm với độ ẩm. Để ngăn

cản nƣớc và hơi nƣớc thấm sâu vào trong cáp, nó phải đƣợc bảo vệ bởi lớp vỏ bằng
chất dẻo Polyethylene. Bên ngoài lớp cách điện đặt một lớp vỏ kim loại kín bằng
nhôm hoặc chì đùn trực tiếp không hàn hoặc bằng đồng hàn hoặc đầu nối.
Khi cáp lực phải làm việc trong môi trƣờng ẩm ƣớt, lớp vỏ bảo vệ đƣợc sử
dụng công nghệ chống thấm dọc và ngang. Cáp trung thế chống thấm có thể là 1 lõi
hoặc 3 lõi nhƣng cáp 1 lõi đƣợc ƣa chuộng hơn cả vì đặc tính chống thấm tốt hơn.
1.2.6. Vỏ bảo vệ cơ học
Vỏ bọc bảo vệ cơ học thƣờng làm bằng thép, lớp vỏ bọc này cũng có thể sử
dụng nhƣ màn chắn trong cáp nhiều lõi cách điện XLPE. Cáp 1 lõi trong hệ thống
điện xoay chiều 3 pha về nguyên tắc không có lớp vỏ bọc sắt để tránh tổn hao công
suất do khi cáp mang tải sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng chạy trong vỏ sắt làm phát
nhiệt. Tuy vậy cần sử dụng lớp vỏ bọc sắt bằng vật liệu không từ tính nếu cáp chịu
tác động cơ học lớn trong quá trình hoặc sau khi lắp đặt.
1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP LẮP ĐẶT VÀ QUY ĐỊNH VẬN HÀNH CÁP
NGẦM TRUNG THẾ PHỔ BIẾN
1.3.1. Các phƣơng pháp lắp đặt phổ biến
1.3.1.1. Lắp đặt cáp trực tiếp trong đất
Cáp đƣợc đặt vào rãnh đào sẵn sau đó lấp lại bằng các vật liệu có nhiệt trở
thấp. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là dễ dàng lắp đặt, cáp đƣợc đặt trong môi
trƣờng có khả năng tản nhiệt tốt, biện pháp thi công nhanh, giá thành thi công tƣơng
đối thấp. Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là quá trình thi công dễ làm hƣ hỏng vỏ
bọc của cáp, khả năng chống va đập cơ khí kém làm tăng khả năng sự cố cáp do tác
nhân bên ngoài. Bên cạnh đó đối với cáp đơn pha khi thi công cần đảm bảo khoảng
cách giữa các pha, ảnh hƣởng đến khả năng tải của cáp.
1.3.1.2. Lắp đặt cáp trong không khí
Phần cáp lắp đặt trong không khí thƣờng đi trên thang, máng cáp. Ƣu điểm của
phƣơng pháp này là dễ dàng lắp đặt, biện pháp thi công nhanh, cáp lắp đặt trực tiếp


- 18 -

trong không khí nên tản nhiệt tốt, giá thành thi công thấp. Nhƣợc điểm của phƣơng
pháp này là khi sự cố về cáp có khả năng gây cháy nổ cao, phá hỏng các thiết bị và
công trình xung quanh.
1.3.1.3. Lắp đặt cáp trong mƣơng cáp xây bê tông
Cáp có thể lắp đặt tại các mƣơng cáp xây dựng riêng hoặc có thể đi chung
trong các tuyến kỹ thuật dùng cho các mục đích khác nhau (cáp thông tin, dẫn dầu,
dẫn khí ...). Ƣu điểm của phƣơng pháp này là có thể lắp đặt nhiều mạch cáp, cáp
đƣợc tản nhiệt tốt, dễ dàng lắp đặt và bảo dƣỡng. Nhƣợc tiểm của phƣơng pháp này
là giá thành rất cao, thời gian thi công dài, việc tính toán kết cấu mƣơng cáp phức
tạp nhất là các các nút giao, đặc biệt khi cáp đi chung trong hào kỹ thuật cùng với
các tuyến kỹ thuật khác.
1.3.2. Các quy định vận hành phổ biến
Trong công tác quản lý vận hành cáp ngầm trung thế hiện nay chủ yếu quan
tâm đến việc kiểm tra phụ tải và nhiệt độ của các đƣờng cáp ngầm điện lực.
- Dòng điện phụ tải lớn nhất cho phép của các đƣờng cáp đƣợc quy định theo
mùa và kiểm tra định kỳ.
- Nhiệt độ lớncho phép của ruột cáp đƣợc quy định bởi nhà sản xuất, trong
thực tế có thể đƣợc tính bằng nhiệt độ vỏ cáp cộng với 20ºC.
Việc một đƣờng cáp vận hành với dòng điện nhỏ hơn dòng điện lớn nhất cho
phép theo quy định nhƣng đƣờng cáp vẫn bị nóng quá tiêu chuẩn cho phép là hiện
tƣợng rất hiếm gặp trong vận hành. Hiện tƣợng này làm ảnh hƣởng rất lớn đến khả
năng tải của cáp trong vận hành.
Nguyên nhân của hiện tƣợng này liên quan nhiều đến môi trƣờng và phƣơng
pháp lắp đặt cáp trƣớc khi đƣa vào vận hành. Đồng thời đây cũng là một trong
những nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự cố các đƣờng cáp ngầm nên cần phải nghiên
cứu để có biện pháp khắc phục.


- 19 -

1.4. ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN TÍCH CÁC SỰ CỐ CÁP NGẦM TRUNG THẾ
TẠI VIỆT NAM.
1.4.1. Tình hình phát triển cáp ngầm trung thế tại Việt Nam
Trƣớc thập niên 90 của thế kỷ XX cáp ngầm trung thế từ 6kV đến 35kV chỉ
đƣợc sử dụng tại các thành phố lớn, đặc biệt tập trung tại hai thành phố là T.p Hà
Nội và T.p Hồ Chí Minh. Cáp ngầm trung thế đƣợc sử dụng là loại cáp ngầm cách
điện giấy tẩm dầu, ruột đồng hoặc nhôm, tiết diện từ

đến

.

Từ đầu những năm 90 của thế kỷ XX tình hình phát triển kinh tế của đất nƣớc
nói chung có những bƣớc tăng trƣởng mạnh mẽ kéo theo nhu cầu sử dụng điện ngày
một tăng cao, chính vì vậy công tác phát triển nguồn và lƣới điện đã đƣợc đặc biệt
quan tâm. Cáp ngầm trung thế cách điện XLPE đã đƣợc đƣa vào sử dụng thay thế
dần cáp cách điện giấy tẩm dầu. Nhờ những đặc tính nổi trội về khả năng cách điện,
giá thành mà đến nay hệ thống cáp ngầm trung thế lắp đặt mới hầu nhƣ hoàn toàn sử
dụng loại cáp ngầm cách điện XLPE, cấp điện áp dần đƣợc quy chuẩn về 22kV.
1.4.2. Tổng quan về sự cố cáp ngầm trung thế tại Việt Nam
Việc xảy ra các sự cố cáp ngầm trung thế là vần đề không thể tránh khỏi trong
quá trình quản lý vận hành. Có rất nhiều nguyên nhân gây nên sự cố cáp ngầm trung
thế nhƣng cơ bản có thể phân thành các nhóm nguyên nhân dƣới đây.
Các sự cố do tác động cơ học từ bên ngoài: Chủ yếu tác động cơ học từ bên
ngoài là đào phải cáp chôn ngầm hoặc cáp bị tróc vỏ do quá trình vận chuyển và thi
công. Để giảm thiểu sự cố nên sử dụng loại cáp ngầm có bảo vệ cơ học bằng lớp đai
thép bên ngoài hoặc vỏ có cấu tạo túi khí đàn hồi. Có thể bảo vệ cơ học cho cáp
bằng ống nhựa chịu lực HDPE, rải cát mịn, xếp gạch chỉ và rải lƣới báo hiệu cáp
ngầm. Theo thống kê thực tế của các điện lực cho thấy số vụ mất điện do đào trạm

cáp chiếm tỷ lệ cao nhất.
Các sự cố liên quan đến hộp nối và đầu cáp: Thực tế cho thấy chất lƣợng hộp
nối, đầu cáp có ý nghĩa quyết định tới tuổi thọ của chúng, việc thi công hộp nối và
đầu cáp đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao, nhất thiết phải tuân thủ theo đúng hƣớng dẫn
của nhà sản xuất.


- 20 -

Các sự cố do lão hóa cách điện:Hƣ hỏng cách điện là một hiện tƣợng không thể
tránh khỏi trong hệ thống cáp ngầm và dẫn tới nguyên nhân gây ra sự cố. Lão hoá
sinh ra do tác động của một vài yếu tố riêng biệt nhƣ nhiệt, điện, cơ khí và môi
trƣờng. Những yếu tố lão hoá gây hƣ hỏng cách điện vềc áp đƣợc thống kê ở bảng
1.2 dƣới dây.
Bảng 1.2. Các cơ chế lão hóa cách điện cáp lực.
Hệ số lão hóa

- Nhiệt độ cao
Nhiệt
- Nhiệt độ thấp

Điện

- Điện áp

Các cơ chế lão hóa
- Phản ứng hóa học.
- Giản nở vì nhiệt.
- Khuếch tán.
- Nóng chảy cách điện.

- Nhiệt luyện các ứng suất bởi cơ chế đóng.
- Cracking.
- Sự co thể tích do nhiệt.
- Phóng điện cục bộ.
- Cây điện.
- Cây nƣớc.
- Nạp phát điện.
- Đánh thủng ở bên trong.
- Tổn thất điện môi và điện dung.

- Dòng điện
- Chỗ uốn cong, độ rung,
Cơ khí độ mỏi vật liệu, độ căng,
ép, ứng suất biến dạng.
- Nƣớc, độ ẩm.
- Nhiễm bẩn.
Môi - Chất lỏng.
trƣờng
- Khí Gas.
- Bức xạ.

- Quá nhiệt.
- Gãy vật liệu.
- Cracking.
- Gián đoạn.
- Đƣờng dẫn gây phóng điện.
- Cây nƣớc.
- Ăn mòn.
- Tổn thất điện môi và điện dung.
- Tăng tốc độ phản ứng hóa học.

- Phóng điện cục bộ: Là một phóng điện khí đƣợc khoanh vùng trong lỗ
trống đã đƣợc điền đầy khí gas hoặc trên bề mặt điện môi của hệ thống cách điện
thể đặc hoặc lỏng mà không kèm theo sự bắc cầu của các điện cực hệ thống. Phóng


- 21 -

điện cục bộ có thể là kết quả từ phóng điện bên trong sự hình thành các lỗ hổng của
cách điện, chỗ trống giữa điện môi và chất bán dẫn, phóng điện tạo đƣờng dẫn dọc
vết ngăn giữa hai thành phần, hoặc phóng điện từ sự phát triển cây nƣớc hoặc cây
điện. Khi cƣờng độ điện trƣờng bên trong lỗ trống hoặc những rạn nứt đạt đến một
ngƣỡng giá trị, thể khí sinh ra do ion hoá chỗ khuyết tật, các điện tử tự do tạo ra bởi
các va chạm ban đầu một cách liên tục. Nếu nhƣ kích thƣớc chỗ trống trong điện
trƣờng có chiều hƣớng là đủ lớn, sự va chạm liên tục ban đầu có thể đƣợc xem nhƣ
là đánh thủng, hoặc phóng điện qua chỗ trống. Để bắt đầu cho một phóng điện cục
bộ, kích thƣớc lỗ trống đạt đến mức giới hạn cuối cùng đối với sự phát triển của
một sự phóng điện. Đối với cách điện XLPE, kích thƣớc tới hạn này cỡ 0,03 mm
đối với lỗ trống hình cầu đƣợc điền đầy không khí ở áp suất khí quyển. Điện áp
khởi đầu bởi phóng điện cục bộ là một hàm số của kích thƣớc lỗ trống, nơi lỗ trống
nằm trong vật liệu và liên quan đến các hình dạng, độ dày cách điện và kích thƣớc
dây dẫn. Kích thƣớc lỗ trống lớn hơn thì điện áp khởi đầu sẽ bé hơn. Phóng điện
cục bộ phát triển bên trong cây điện khi chúng tự duy trì và diễn ra ở điện áp vận
hành hệ thống. Kéo dài phóng điện cục bộ gây hƣ hại tới lớp bao quanh lỗ trống kể
cả về mặt vật lý và hoá học, điều đó có thể dẫn đến lần lƣợt hình thành với các dạng
cây nhƣ ban đầu.
- Cây điện:Sự hiện diện các ứng suất điện áp cao và đi chệch các hƣớng là yếu
tố ban đầu mang đến sự hình thành và sản sinh các cây điện. Một cây điện có thể
bao gồm nhiều đƣờng dẫn phóng điện nhƣ các nhánh và thân cây đƣợc xuất phát từ
thân cây đầu tiên. Cấu trúc cây đƣợc nhìn rõ bên dƣới kính hiển vi với điện môi thể

đặc bởi các mẫu khác nhau (Hình 1.3). Cây điện cũng có thể đƣợc hình thành ban đầu
với sự kéo dài các hoạt động phóng điện từ sự đùn ép ở giao diện bề mặt điện môi bán
dẫn, nhiễm bẩn hoặc từ một chuyển đổi dạng cây nƣớc. Sự đòi hỏi điện trƣờng xung
quanh cây điện lúc ban đầu là 150 kV/mm. Khởi đầu thông thƣờng cây điện sẽ sinh
ra qua một loạt miếng vỡ rời rạc của cách điện và các dạng nhánh cây bắc cầu cùng
với độ dài của điện môi, lúc đó hiện tƣợng đánh thủng sẽ diễn ra. Do đó, cây điện
đƣợc kết luận là quá trình thoái hoá dẫn tới hƣ hỏng cách điện.


- 22 -

Hình 1.3. Mô hình cây điện dưới kính hiển vi
- Cây nƣớc:Sự hiện diện hơi ẩm bởi các ion của chất nhiễm bẩn ở bề mặt tiếp
giáp cách điện-bán dẫn của cáp lực là nguyên nhân gây ra cây nƣớc. Không nhƣ cây
điện, đặc trƣng của cây nƣớc thể hiện ở ứng suất về điện thấp hơn và hầu hết sinh ra
là chậm hơn qua cách điện. Cây nƣớc không có khả năng dùng để phát hiện ra
nguyên nhân phóng điện cục bộ trƣớc khi chuyển sang cây điện. Dƣới các điều kiện
vận hành thông thƣờng, quá trình chuyển đổi là nguyên nhân kéo dài hoạt động PD
trong lỗ trống, điều đó đã tạo ra các tuyến trong cây nƣớc. Cây nƣớc lớn có thể biến
đổi ở mức điện áp vận hành thông thƣờng và cây nƣớc nhỏ biến đổi bởi các xung
sét gây ra. Trong thời gian đấy diễn biến về mặt hoá học ở bên ngoài cáp và điều
này có thể mở đầu cho việc khoanh vùng phóng điện cục bộ và đƣợc gọi là cây điện
hoá học. Cây nƣớc làm hƣ hại cáp khi chúng chuyển đổi thành cây điện. Một cây
nƣớc đƣợc chuyển đổi thành một cây điện trong thời gian ngắn sẽ làm hƣ hỏng cách
điện nhanh do sự nhân rộng của cây điện ban đầu tăng lên. Hình 1.4 thể hiện hình
ảnh cây nƣớc sinh ra ở trạng thái ban đầu trong vật liệu cách điện.

Hình 1.4. Cây nước trong cách điện

- 23 -

- Một vài cơ chế gây hƣ hỏng cáp lực:Xu hƣớng lão hoá tập trung ở các vị trí
không hoàn thiện, nhƣ các chất gây ô nhiễm, sự mấp mô của vỏ cáp, lỗ trống và sự
sần sùi bề mặt chất bán dẫn. Ở tất cả các nguyên nhân trên đều có sự hiện diện của
nƣớc làm tăng lên sự hình thành của các cây nƣớc. Sự không hoàn hảo lúc nào cũng
tạo ra ở các vùng có ứng suất về điện cao chúng gây tăng tốc lão hoá cục bộ.
Những vùng này cuối cùng trở thành nơi cho phóng điện cục bộ làm sinh ra cây
điện và cùng lúc đó dẫn đến một hƣ hỏng về điện môi đầy đủ.
Các vị trí có thể hƣ hỏng đã đƣợc dò tìm với cây điện, sau khi xác định và tách
ra khỏi lƣới do vậy chiều dài còn lại của cáp sẽ trở nên tin cậy và có ý nghĩa đối với
cung cấp điện liên tục cho sau này. Các phần phụ về cáp nhƣ các hộp nối và các đầu
cuối thƣờng bị lỗi do lắp đặt vận hành của công nhân tay nghề thiếu kinh nghiệm
hoặc sự xâm nhập hơi nƣớc dọc theo lớp tiếp giáp của phần phụ kiện và lớp cách
điện của cáp. Sự yếu kém về tay nghề bao gồm nhƣ phần cắt gọt màng bán dẫn
không bằng phẳng, các lớp cắt về cách điện, sự thiếu hụt của dầu mỡ bôi trơn
silicone, lỗ trống, dây truyền vận hành không chính xác và các chất nhiễm bẩn.
Những lý do không hoàn hảo trên hầu nhƣ luôn gây phóng điện cục bộ khi điện áp
đến một ngƣỡng mức độ nào đó. Nhƣ trạng thái điện áp xác lập, phóng điện cục bộ
làm tăng lên mức độ nghiêm trọng và kết cục dẫn đến lỗi hƣ hỏng hệ thống cáp.
1.5. KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ
Hiện nay việc sử dụng cáp ngầm trung áp đã rất phổ biến với rất nhiều ƣu
điểm vƣợt trội đặc biệt là khả năng mang tải lớn. Theo thống kê của các công ty
điện lực cho thấy việc thi công, lắp đặt và vận hành hệ thống cáp ngầm không đảm
bảo yêu cầukỹ thuậtlà những nguyên nhân chính làm giảm khả năng tải, giảm tuổi
thọ cách điện và dễ gây ra sự cố của tuyến cáp. Chính vì vậy việc nghiên cứu kỹ
thuật đấu nối, lắp đặt, thí nghiệm và vận hành cáp ngầm trung thế nhằm nâng cao
độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện bằng cáp ngầm trung thế.

- 24 -

CHƢƠNG 2: KỸ THUẬT ĐẤU NỐI, LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH
NGẦM TRUNG THẾ CÁCH ĐIỆN XLPE
2.1. KỸ THUÂT ĐẤU NỐI CÁP NGẦM TRUNG THẾ
2.1.1. Đặt vấn đề
Trong hệ thống cung cấp điện bằng cáp ngầm các sự cố phóng điện gây nên
chạm chập, cháy nổ có nguyên nhân từ các điểm đấu nối (đầu cáp, hộp nối) chiếm
một tỷ lệ cao vì vậy việc nghiên cứu kỹ thuật đấu nối mang ý nghĩa thực thiết thực.
2.1.2. Kỹ thuật làm đầu cáp
2.1.2.1. Chức năng, nhiệm vụ của đầu cáp
Đầu cáp là phần dẫn điện của cáp đƣợc bóc tách ra khỏi các lớp vỏ bọc và các
lớp cách điện để nối với đƣờng dây dẫn điện qua các thiết bị nhƣ: Cầu dao, máy cắt,
cầu chì trung thế. Đầu cáp ngầm có chức năng đấu cáp vào lƣới điện, truyền tải công
suất từ lƣới vào hệ thống cáp ngầm hoặc từ hệ thống cáp ngầm đến phụ tải.
2.1.2.2. Phân loại đầu cáp
Việc phân loại đầu cáp có thể chia theo các dạng sau:
- Phân loại theo số pha của cáp ngầm có thể chia ra: Đầu cáp ba pha (ba lõi) và
đầu cápđơn pha (một lõi). Đầu cáp ba pha là loại đầu cáp sử dụng cho loại cáp 3
pha, các phụ kiện làm đầu cáp đƣợc cung cấp trọn bộ, đầy đủ cho 1 đầu cáp vì vậy
việc lắp đặt đầu cáp cần phải sử dụng tối đa cũng nhƣ tránh làm thất lạc phụ kiện.
Đầu cáp đơn pha là loại đầu cáp sử dụng cho các cáp đơn pha.

a) Đầu cáp ba pha 24kV

b) Đầu cáp đơn pha 24kV

Hình 2.1. Đầu cáp ba pha, đầu cáp đơn pha
- Phân loại theo vị trí lắp đặt: Đầu cáp trong nhà và đầu cáp ngoài trời. Đầu
cáp trong nhà đƣợc sản suất để lắp đặt trong nhà hoặc các không gian có tính chất

tƣơng tự, ngƣợc lại đầu cáp ngoài trời đƣợc sử dụng để lắp đặt cho các vị trí đấu nối


- 25 -

ngoài trời. Sự khác biệt cơ bản của hai loại đầu cáp trên là số lƣợng tán cách điện.
Số tán của đầu cáp ngoài trời nhiều hơn 2 tán so với đầu cáp trong nhà do đầu cáp
ngoài trời dễ xảy ra phóng điện hơn vì các nguyên nhân chính sau: do thời tiết ẩm
ƣớt không khí dễ bị ion hóa, cách điện không khí suy giảm, do bụi bẩn, do quá trình
lão hóa cách điện bởi bức xạ mặt trời và sự thay đổi nhiệt độ liên tục theo chu kỳ
ngày đêm của tự nhiên.
- Phân loại theo cách thức lắp đặt: Đầu cáp co nguội và đầu cáp co nhiệt. Đầu
cáp co nguội làm bằng cao su Silicone, ƣu điểm nổi bật là thi công nhanh theo
phƣơng pháp co nguội. Đầu cáp co nóng làm bằng cao su Silicone/EPDM thi công
theo phƣơng pháp co nóng, việc thi công phức tạp và lâu hơn, đòi hỏi thiết bị thi
công nhiều hơn đầu cáp co nguội nhƣng qua thực tế vận hành thì đầu cáp co nóng
giá rẻ, bền và có tuổi thọ cao hơn co nguội. Cả hai loại trên đều đƣợc thiết kế phù
hợp với tất cả các loại cáp trung áp có cấu trúc màn chắn kim loại, polyethylene,
XLPE, EPR, có hoặc không có giáp, lõi dẫn bằng đồng hoặc nhôm.
- Phân loại theo kiểu dáng: Đầu cáp Tplug, đầu cáp Elbow và đầu cáp thƣờng.
Đầu cáp thƣờng tức đầu cáp thẳng, lắp đặt trong nhà hay ngoài trời, thƣờng đƣợc
đấu vào các thiết bị đóng cắt, máy biến áp, thanh cái, đƣờng dây trên không. Đầu
cáp Tplug đƣợc dùng để đấu nối cáp vào các tủ RMU (Ring Main Unit) còn đầu cáp
Elbow đƣợc dùng để đấu nối cáp vào Máy biến áp.
- Phân loại theo cấp điện áp: Đầu cáp hạ thế, đầu cáp trung thế, đầu cáp cao
thế.
Kỹ thuật thi công đầu cáp khá phức tạp nhƣng tổng quát kỹ thuật thi công làm
đầu cáp đƣợc chia làm hai nhóm chính sau:
- Kỹ thuật làm đầu cáp thƣờng.
- Kỹ thuật làm đầu cáp Tplug và Elbow.

2.1.2.3. Nguyên tắc chung của việc làm đầu cáp
Nguyên tắc chung của việc làm đầu cáp là cáp phải tuyệt đối không mang điện,
môi trƣờng thi công đảm bảo khô ráo, thoáng mát, tránh ẩm ƣớt, bụi bẩn. Do đầu
cáp có cấu tạo phức tạp, yêu cầu chất lƣợng kỹ thuật thi công cao nên phải lựa chọn
cán bộ thi công có trình độ chuyên môn, giàu kinh nghiệm. Khi thi công đầu cáp cần