Giáo trình Cao áp - Chương 18

Phần III

Chơng 18 : Đờng dây cáp cao áp

1


Kỹ thuật điện áp cao PDF by
Chơng 18 : Đờng dây cáp cao áp

18.1. Giới thiệu chung
9 Cáp là dẫn điện mềm đợc bọc cách điện cáp và bọc vỏ kim loại để ngăn chặn các tác dụng bên ngoài đối với
cách điện nh chênh lệch nhiệt độ cao, ngâm trong nớc... Chúng phải chịu sự thay đổi nhiệt độ lớn do dòng
điện làm việc và điều kiện nhiệt độ môi trờng. Trong những vùng thờng bị động đất hoặc khi lắp đặt cáp trên
những cây cầu, cáp và các đầu đấu nối phải có độ bền với dao động. Đối với cáp chôn ngầm dới đất, con
ngời có thể gây h hỏng cáp khi đào bới. Khi đã đợc lắp đặt xong, cáp phải vận hành tin cậy trong nhiều
thập niên. Cáp điện khác các đờng dây trên không bởi lớp cách điện, nơi mà ta có thể kiểm soát các thông số
của chúng.
9 Cấu tạo của cáp gồm một (hay nhiều) dây dẫn chính (lõi), cách điện đối với đất và giữa các lõi với nhau, vỏ kim
loại và các lớp bọc bảo vệ.
Dây dẫn (lõi)
Cách điện
Vỏ bọc
E
max
E
max
E
max

E
max
E
min
E
max


Cáp một lõi :
a) không có vỏ bọc
b) có vỏ bọc

9 Vỏ bọc kim loại thờng sử dụng bàng chì hoặc nhôm có nhiệm vụ bảo vệ lõi và cách điện đối với các tác dụng
bên ngoài, mà trớc 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 bi tum. Vỏ bọc còn có tác dụng làm cho điện trờng phân bố đều hơn và các đặc tính
của cáp không phụ thuộc vào cách thức lắp đặt.
9 Lớp bọc bảo vệ vỏ bọc kim loại và cách điện của cáp đối với các tác động bên ngoài, còn lớp sợi đay bảo vệ vỏ
bọc chống ăn mòn.
9 Tất cả các phần của cáp và bản thân phải có độ mềm dẻo cần thiết để có thể cuộn chúng quanh những tang
trống dễ dàng trong vận chuyển, bảo quản và uốn theo địa hình khi thi công. Chính vì thế lõi của cáp phải là
dây xoắn từ nhiều dây nhỏ.
9 Cách điện của cáp phải gánh chịu toàn bộ trọng lợng của dây dẫn (lõi) hoặc các ứng lực do uốn cáp khi cuộn
cáp hoặc lắp đặt. Vì thế cách điện của cáp yêu cầu phải có độ chịu uốn và độ bền cơ giới cần thiết. Vật liệu
cách điện dùng trong cáp phải là vật liệu có phẩm chất tốt (độ bền cách điện cao) để giảm kích thớc của cáp
đồng thời còn phải có đủ độ bền cơ giới trong phạm vi nhiệt độ biến thiên tơng đối rộng của nhiệt độ. Độ bền
cách điện cao của vật liệu cách điện cho phép giảm chiều dày cách điện, dẫn đến không chỉ làm giảm chi phí
cách điện và các vật liệu của lớp vỏ bọc mà còn cải thiện điều kiện tản nhiệt và làm tăng dòng điện cực đại cho
phép của cáp, cáp trở nên mềm dẻo hơn.
9 Do tính chất các đờng cáp cao áp thờng lắp đặt ngầm nên có các yêu cầu rất cao về độ tin cậy làm việc (vì
việc tìm kiếm các điểm sự cố và khắc phục chúng tốn nhiều thời gian và công sức).

Phần III

Chơng 18 : Đờng dây cáp cao áp

2


Kỹ thuật điện áp cao PDF by
9 Cũng cần nhấn mạnh rắng các đờng cáp cao áp thờng lắp đặt từ nhiều đoạn khác nhau (chiều dài mỗi cuộn
cáp từ 250 - 1000 m) nối với nhau bởi những đầunối cáp, mà những điểm nối này (măng sông) đợc thực hiện
tại hiện trờng, công nghệ của chúng thờng kém hơn nhiều so với nếu thực hiện trong nhà máy chế tạo cáp.
9 Tuỳ theo kết cấu cách điện, cáp đợc phân chia thành các loại sau đây :
* Loại cáp tẩm dấu : vật liệu cách điện chủ yếu là giấy cáp đợc tẩm dấu. Dầu tẩm là loại chất lóng cách
điện có nguồn gốc từ dầu mỏ pha nhựa thông để tăng độ nhớt và ngăn chặn quá trình oxy hoá.
* Loại cáp đổ dầu : Vật liệu cách điện ngoài giấy cáp có có dầu cáp có thể lu thông suốt dọc theo chiều
dài cáp.
* Loại cáp chứa khí nén : Lõi cáp sau mỗi pha khi bọc cách điện (giấy cáp) và bọc vỏ chì sẽ đợc đặt
trong ống thép chứa khí nén.
* Cáp siêu dẫn : Tơng tự nh cáp đổ dầu goặc cáp chứa khí nén còn có chất làm lạnh ở nhiệt độ rất thấp
(nitơ hoặc không khí hoá lỏng), vật liệu làm lõi cáp là nhứng vật liệu siêu dẫn.
* Cáp khô dùng vật liệu cách điện là polyethylene mạch vòng (XLPE).
9 Theo nhiệm vụ, cáp đợc chia thành các loại sau đây :
* Cáp truyền tải
* Cáp phân phối
* Cáp chuyên dụng (cáp biển, cáp cho giao thống đờng sắt, cáp cho ô tô, máy bay, cáp điều khiển, cáp
cho công nghiệp háo dầu....).
9 Trong phạm vi chơng này chúng ta chỉ quan tâm đến loại cáp truyền tải cao áp. Cáp có thể lắp đặt theo :
* Cáp chôn ngầm dới đất.

* Cáp đi ngầm dới biển, ao hồ.
* Cáp đặt trên mắt đất hoặc treo)vợt sông).
18.2. Kết cấu của cáp điện lực cao áp
18.2.1. Cáp tẩm dầu
9 Cáp cách điện giấy tẩm dầu đ
ợc đa vào sử dụng từ những năm 30 của thế kỷ XX trong các môi trờng rất
khác nhau : chôn ngầm, đờng hầm, giếng sau ở các mỏ.
9 Đối với cấp điện áp 35 kV trở xuống cáp, loại cáp giấy tẩm dầu đợc sử dụng rộng rãi trong đó cách điện là loại
giấy tẩm dầu pha nhựa thông hoặc hợp chất không chảy có độ nhớt cao.
9 Loại cáp tẩm dầu có u điểm so với loại cáp đổ dầu là ở các đầu nối cáp chất tẩm không bị rỉ ra ngoài do đó
không tạo nên các khoảng trống bên trong. Cáp tẩm bằng loại hỗn hợp không chảy có thể lắp đặt với chênh
lệch độ cao giữa hai đầu cáp đến 300 m mà không tạo nên nguy hiểm chảy chất tẩm xuống đầu phía thấp và
không xuất hiện khoảng trống cách điện không đợc tẩm ở đầu phía cao.
9 Nhợc điểm chủ yếu của loại cáp tẩm dầu nhớt là sự xuất hiện các bọc khí bên trong cáp ảnh hởng xấu đến
cách điện. Một trong những nguyên nhân gây nên hiện tợng này là chu trình đốt nóng và nguội đi của cáp khi
làm việc với phụ tải thay đổi thờng xuyên. Nguyên nhân hình thành các bọc khí là do hệ số giãn nở nhiệt của
cách điện khác với của vỏ chì, khi phụ tải tăng, cáp bị phát nóng mạnh, vỏ chì bị căng phồng ra, khi phụ tải
giảm cáp nguội đi, vỏ co lại ít hơn so với cách điện... do đó hình thành các lỗ trống chứa đầy khí thoát ra từ chất
cách điện. Các bọc khí này ban đầu xuất hiện ở gần vỏ chì là nơi cờng độ điện trờng bé nhng do khuếch
tán chúng sẽ xuất hiện ở gần lõi. Vì vậy trong các loại cáp tẩm dầu cờng độ điện trờng làm việc thờng có trị


Phần III

Chơng 18 : Đờng dây cáp cao áp

3


Kỹ thuật điện áp cao PDF by

số không cao.
9 Loại cáp tẩm dầu có thể chế tạo loại một lõi, ba lõi và bốn lỗi. Trên hình vẽ sau cho mặt cắt của cáp tẩm dầu
ba lõi điện áp 6 kV. Lõi có dạng hình rẻ quạt đẻ giảm đờng kính ngoài của cáp. Cách điện pha là băng giấy
cáp rộng 10-30 mm dày 20-120 m cuốn quanh dây dẫn sao cho khoảng cách giữa các mép giấy khoảng 1,5-
3,5 m để khi uốn cáp băng giấy không bị h hại. Nh vậy khe dầu giữa các mép băng giấy là những điểm cách
điện yếu nên khi cuốn cần chú ý là không để cho khe dầu của các lớp giấy trùng lên nhau.


Cáp 3 pha lõi hình rẻ quạt :. l- Lõi; 2- Cách điện pha; 3- Đai
cách điện; 4- Độn chất dẻo; 5- Vỏ chì; 6- Lớp đệm; 7- Vỏ tôn; 8-
Lớp nhựa bi tum.
9 Khi cuốn xong, cách điện pha đợc sấy trong chân không ở nhiệt độ 120 - 135
o
C để khử ẩm và sau đó đợc
tẩm dầu cũng trong chân không.
9 Đặc tính cách điện của giấy dầu và giấy đã đợc tẩm dầu
Vật liệu cách điện Cờng độ cách điện 1 phút,
20
o
C, kV/mm
tg
xoay chiều một chiều 20
o
C 100
o
C
Giấy cáp sấy khô

10,5 14,9 2.10
-3

3,6.10
-3

Dầu tẩm

24 43 0,8.10
-3
23.10
-3

Giấy tẩm dầu
57,5 174 2,6.10
-3
8,5.10
-3

9 Có thể nhận thấy, khi giấy đã đợc tẩm dầu thì cách lên đợc cải thiện rất nhiều.
9 Đáng tiếc là cờng độ cách điện của loại này lại giảm rất nhanh theo thời gian tác dạng của điện áp mà
nguyên nhân chủ yếu là do sự hình thành các bọt khí (quá trình ion hóa các bọt khí ở gần lõi có thể xảy ngay
cả khi điện áp không lớn lắm so với điện áp làm việc).

Quan hệ của điện áp chọc thủng của cáp theo thời gian tác
dụng của điện áp :
1- cáp tẩm dầu;
2 - cáp đổ dầu.
9 phóng điện và sự biến dạng của trờng. Hình thức phóng điện tỏa nhánh là một đặc điểm của phóng điện trong
cáp, đờng phóng điện có thể dài hàng mét.


Phần III

Chơng 18 : Đờng dây cáp cao áp

1


Kỹ thuật điện áp cao PDF by

Quá trình phóng điện trong cáp tẩm dầu. a) Ion hoá trong khe
dầu đầu tiên; b) Hình thành khe dẫn điện trong lớp giấy thứ hai;
c) Hình thành khe dẫn điện trong lớp giấy thứ hai; d) Khe dẫn
điện làm biến dạng điện trờng, nguyên nhân phóng điện toả
nhánh theo bề mặt lớp giấy.
9 Sự phân bố điện trờng trong cáp ba lõi không hòan toàn xuyên tâm, tạo nên thành phần trờng theo bề mặt
đã làm yếu khả năng cách điện của cáp. Do đó đối với cáp 20 và 35 kV, mỗi pha đều dùng vỏ chì rìêng 18.4b)
hoặc có màn che chắn.Trong hai loại này lõl còn đợc bọc lớp giấy tráng kim loại nên khử đợc sự tăng cục bộ
của điện trờng trên bề mặt dây xoắn.

a) Ba lõi dùng chung vỏ chì; b) Mỗi pha dùng vỏ chì
riêng : 1- Dây dẫn; , 2- Cách điện; 3- Vỏ chì từng
pha; 4- Độn chãt dêo; 5-Lớp giấy bọc; 6 Đai dùng
hai lớp dây thêp; c) Môi pha có màn che kim loai
riêng : 1- Dây dẫn; , 2- Cách điện; 3- Đai bằng lá
đồng mỏng; 4- Lớp giấy trung gian; 4- Độn giữa các
pha; 6- Đai kim loại có nối với màn che kim loại; 7 -
Vỏ chì từng pha.
9 Khi dùng vỏ chì rìêng do trờng phân bố xuyên tâm nên có thể tăng cờng độ trờng làm việc của cách điện
cao hơn hai lần so với khi dùng chung vỏ chì, đồng thời do điều klện tản nhiệt đợc cải thiện nên khả năng
chuyên tải công suất tốt hơn.
9 Độ dày cách điện và cờng độ điện trờng làm việc của cáp tẩm dầu

Điện áp định mức, kV Độ dày cách điện, mm Cờng độ trờng cực đại
cho phép ,kV/mm
Cách điện pha Đai cách điện
3
12,5 0,95 1,5
6
2,2 1,05
10
3,0 1,4
20
6-7 - 2,5-3
35
9-11 -
9 Khi dùng ở điện áp một chiều, các đặc tính đíện của loại cáp tẩm dầu tốt hơn nhiều vl khòng có khả năng hình
thành phông điện tỏa nhánh. Các bọt khi ở gần lõi cặp cũng bị ion hóa nhng các ion đợc tạo nên sẽ lbám
trên vách bọt khí làm giảm trờng ngoài, do đó hạn chế quá trình ion hóa phát triển. Chỉ khi các ion ềay chuyển
dịch hết về các điện cực khác dấu thì mới tiếp tục có quá trình ion hóa mới. Sự chuyển dịch này rất chậm vì
điện dẫn của các lớp cách điện bé.. do đó khả năng hình thành phóng điện toả nhánh bị hạn chế và thực tế
không xảy ra. Mặt khác do điện áp phân bố theo điện dẫn nên giấy cáchd điện tốt hơn sẽ phải chịu cờng độ
trờng lớn, còn trong màng dầu trờng giảm thấp. Điều đó cho phép nâng cao cờng độ trờng làm việc tới
mức 25 - 30 kV/mm nghĩa là gấp 5 lần so với của cáp xoay chiều.
9 ở điện áp cao, ngời ta chế tạo cáp một sợi. Cáp này bao gômg một lõi bằng đồng hoặc nhôm vặn xoắn rỗng.
Dây dẫn rỗng cho lu thông dầu dới áp suất cao để tẩm cách điện giấy và đảm bảo dẫn điện đồng đều.


Phần III

Chơng 18 : Đờng dây cáp cao áp

1

Kỹ thuật điện áp cao PDF by
1
4
3
2
5
6
8
7


Mặt cắt của cáp một lõi điện áp 220 kV, cách điện giấy
dầu : 1 - đờng ống dầu; 2 lõi gồm các dây dẫn hình rẻ
quạt; 3 giấy bán dẫn và màn che khử từ; 4 cách điện; 5-
Màn che Hửchstọder và giấy bán dẫn; 6- Lớp bảo vệ bằng
chì; 7- Lớp chịu áp suất; 8- Lớp bọc chất dẻo.

9 Cách điện đợc tạo bởi các lớp giấy tẩm dầu. Lớp vỏ bọc gồm một vỏ chì và đợc bảo vệ bởi một lớp nhựa
PVC. ở điện áp thấp hơn 60 kV, cáp ba lõi có kết cấu nh sau :

1 432 5 6 87
10 11 12
9


Mặt cắt cáp ba lõi điện áp 60 kV, cách điện giấy dầu : 1 - lõi
cáo bằng đồng; 2 Bán dẫn điện; 3- Cách điện giấy; 4- Màn che
Hửchstọder và giấy bán dẫn; 5 lá thép xoắn bọc cách đienẹ; 6-

lá đồng; 7- Vỏ chì; 8- bò giấy; 9- lớp vỏ chịu áp suất; 10- Lớp
senlophan; 11- Vỏ bọc chất dẻo; 12- Lớp chịu lực kéo.
9 Do nhợc điểm dễ hình thành các bọc khí khi phụ tải thay đổi, nên loại cáp tẩm dầu chỉ dùng ở điện áp xoay
chiều tới 35 kV, còn ở điện áp cao hơn phải dùng các loại cáp đổ dầu, cáp dùng khí nén hoặc cáp XLPE. Ngoài
ra loại cáp tẩm dầu, các đầu đấu nối, đầu cuối của cáp thờng bị cháy dầu nên loại cáp XLPE đợc sử dụng
càng ngày càng nhiều.
18.2.2. Cáp đổ dầu
9 Cáp đổ dầu dùng ở điện áp cao (110 kV trở lên) và thờng chỉ có một lõi.Trong loại cáp này dầu có áp suất cao
sẽ chảy dọc theo đờng cáp để lấp kín các bọt khí đợc hình thành trong thời gian của các chu trình nhịêt.
Tăng áp suất dầu cong có mục đích tăng tăng khả năng cách điện của dầu và giảm kích thớc của cáp. Theo
áp suất dầu, cáp đổ dầu đợc phân thành các loại là cáp áp suất thấp (đến 0,2 MPa), áp suất trung bình (0,4-
0,5 MPa) và áp suất cao (0,8-1,6 MPa). Đa số các loại cáp đổ dầu đều có áp suất 3 - 5 at, nên cờng độ
trờng xoay chiều có thể đạt tới 6-8 kV/mm, gấp gần ba lần so với loại cáp tẩm dầu điện áp 20 - 35 kV. Nếu
tăng áp suất lên 10 - 15 at thì cờng độ trờng cho phép có fhể 10 - 15 kV/mm nhng kết cấu rất phức tạp và
phải tăng cờng bằng những đai lớn. Trên hình sau cho cấu tạo của cáp đổ dầu 220 kV áp suất trung bình, lõi
cáp rỗng để cho dầu (áp suất 3at) có thể chuyển dịch tự do dọc theo đờng cáp và thấm vào cách điện qua
các lỗ nhỏ của lõi.