Nghiên cứu lựa chọn giải pháp nối đất lớp bảo vệ của cáp ngầm thuộc lưới điện phân phối thành phố đà nẵng (tt)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


NGUYỄN NHƯ KHOA NAM

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NỐI ĐẤT
LỚP BẢO VỆ CÁP NGẦM THUỘC LƯỚI ĐIỆN

C
C
R
UT.L

PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

D

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện
Mã số: 8520201

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng – Năm 2020


Cơng trình được hồn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. Trịnh Trung Hiếu

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ ngành Kỹ thuật Điện họp tại Trường Đại học Bách khoa vào
ngày … tháng … năm 2020.

C
C
R
UT.L

D

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Học liệu và truyền thông, Trường Đại học Bách khoa,
Đại học Đà Nẵng.
 Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN.


-1-

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Lưới điện phân phối Thành phố Đà Nẵng có đặc điểm đặc trưng
chung của lưới điện phân phối: Phân bố trên diện rộng, mạng lưới
chằng chịt, nhiều nhánh rẽ… chủ yếu là đường dây trên không, một
vài vị trí khu vực đông dân cư như đường Trần Phú, đường Lê Duẫn,
đường Trần Hưng Đạo… đã được ngầm hóa.
Tuy nhiên, việc lắp đặt đầu nối và vận hành cáp ngầm hiện nay lại
chưa được quan tâm và thống nhất ở vấn đề nối đất lớp bảo vệ kim
loại, do đó cần có một nghiên cứu cụ thể để đánh giá các cách nối đất
lớp bảo vệ kim loại này để từ đó đề xuất phương án nối đất hợp lý nhất

cho lưới điện phân phối cơng ty TNHH MTV Điện lực Đà Nẵng.
Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu lựa chọn giải pháp nối đất lớp bảo vệ
của cáp ngầm thuộc lưới điện phân phối Thành phố Đà Nẵng” sẽ
nghiên cứu các phương pháp nối đất lớp bảo vệ kim loại cáp ngầm,
tính toán các số liệu, so sánh ưu nhược điểm của từng phương pháp.
Và đưa ra các phương án nối đất lớp bảo vệ cáp ngầm phù hợp với
điều kiện để vận hành lưới điện cho hiệu quả.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Cáp ngầm điện lực 22kV.
- Phạm vi nghiên cứu: Đề tài chỉ xét đến việc nghiên cứu đưa ra các
phương pháp nối đất lớp bảo vệ cáp ngầm theo tiêu chuẩn IEEE 5752014 và so sánh ưu nhược điểm của các phương pháp để lựa chọn việc
nối đất lớp bảo vệ cho phù hợp với hệ thống lưới điện thành phố Đà
Nẵng.
3. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu và đưa ra các phương pháp nối đất lớp bảo vệ kim loại
cáp ngầm theo tiêu chuẩn quốc tế.

D

C
C
R
UT.L


-2-

- Tính toán và so sánh các phương pháp nối đất lớp bảo vệ kim loại
cáp ngầm để áp dụng cho thực tế vận hành cáp ngầm trên lưới điện
Thành phố Đà Nẵng.

4. Phương pháp nghiên cứu:
Để giải quyết các vấn đề nêu trên, luận văn đưa ra phương
pháp nghiên cứu như sau:
- Đưa ra các phương pháp nối đất lớp bảo vệ cáp ngầm theo tiêu chuẩn
quốc tế IEEE 575-2014.
- Tính toán và so sánh ưu nhược điểm của các phương pháp nối đất
lớp bảo vệ kim loại cáp ngầm theo tiêu chuẩn IEC 60287 ở xuất tuyến
475 trạm biến áp 110kV Liên Trì.
- Đề xuất việc đấu nối lớp bảo vệ kim loại cáp ngầm để vận hành cáp
ngầm hiệu quả hơn theo tiêu chuẩn quốc tế và các nước khác trong
khu vực.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
Về mặt khoa học:
Việc nghiên cứu đề tài giúp nắm bắt được tổng quát về ưu và nhược
điểm của các phương pháp nối đất lớp bảo vệ kim loại trong cáp ngầm
bằng các số liệu thực tế.
Về mặt thực tiễn:
Việc áp dụng nối đất lớp bảo vệ kim loại cáp ngầm đơn điểm hay
đa điểm trên tuyến cáp sao cho phù hợp, làm nâng cao hiệu quả vận
hành cáp ngầm trên hệ thống điện tại thành phố Đà Nẵng nói riêng và
trên tồn hệ thống điện EVN nói chung, hồn thành chỉ tiêu kỹ thuật
của cơng ty. Nâng cao hiệu suất mang tải của cáp ngầm, giảm nhiệt độ
và tăng tuổi thọ vận hành cho cáp lực.
6. Cấu trúc luận văn:
Bố cục luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung
của luận văn được biên chế thành 3 chương như sau:

D

C

C
R
UT.L


-3-

Chương 1: Tổng quan về hệ thống lưới điện Công ty Điện
lực Đà Nẵng
Chương 2: Các phương pháp nối đất lớp bảo vệ cáp ngầm
trung thế
Chương 3: Tính toán và so sánh các phương pháp nối đất lớp
bảo vệ kim loại cáp ngầm

D

C
C
R
UT.L


-4-

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ
ĐÀ NẴNG
1.1. Đặc điểm lưới điện phân phối thành phố Đà Nẵng
1.1.1. Giới thiệu chung
Thành phố Đà Nẵng nhận điện từ Trạm biến áp 500kV Đà

Nẵng (E51) qua 09 Trạm biến áp 110, 220 kV (Hòa Khánh, Hòa
Khánh 2, Liên Chiểu, Xn Hà, Liên Trì, Cầu Đỏ, Quận Ba, An Đồn,
Hồ Liên) với tổng công suất đặt là 811 MVA, 70 xuất tuyến 22kV
phân bố trải đều trên địa bàn.
Hệ thống cáp ngầm:

- Tại các đầu ra tất cả các xuất tuyến trạm biến áp 110kV và
một số đường trục chính sử dụng cáp đồng và nhôm tiết diện lớn
khoảng 300 mm2, 240 mm2… có tổng chiều dài khoảng 50km.

C
C
R
UT.L

- Cịn lại một vài nhánh rẽ, đường trục phía cuối nguồn thì sử
dụng các loại cáp nhơm và đồng có tiết diện nhỏ hơn, chủ yếu là 95
mm2, 70 mm2, 50 mm2…
1.1.2. Chế độ vận hành của lưới phân phối 22kV thành phố Đà
Nẵng
Cấu trúc của lưới phân phối 22kV trên địa bàn thành phố Đà
Nẵng là 3 pha 3 dây, trung tính nối đất trực tiếp tại đầu nguồn - phía
22kV của máy biến áp 110/22kV, chế độ vận hành bình thường là vận
hành hở, hình tia hoặc dạng xương cá.
1.1.3. Ưu nhược điểm
1.2. Kết luận
Chương I trình bày tình hình vận hành hiện trạng của lưới điện
phân phối Thành Phố Đà Nẵng; đưa ra số liệu vận hành thực tế; So
sánh phân tích ưu nhược điểm cơ bản của việc vận hành lưới điện bằng
đường dây trên không và cáp ngầm ở các khía cạnh: Kinh tế kỹ thuật,

môi trường, chi phí.

D


-5-

Chương 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP NỐI ĐẤT LỚP BẢO VỆ CÁP NGẦM
TRUNG THẾ
2.1. Giới thiệu về cáp ngầm

Cáp đơn pha

C
C
R
UT.L

Cáp ba pha
1. Ruột dẫn; 2. Màng chắn ruột dẫn; 3. Cách điện; 4. Màng chắn
cách điện; 5. Màng chắn kim loại; 6. Vỏ bọc; 7. Lớp giáp kim
loại; 8. Vỏ bọc ngồi
Hình 2.1. Cấu tạo cáp ngầm trung thế cấp điện áp từ 3kV đến 36 kV
2.2. Các loại tổn thất trong cáp ngầm

D

Hình 2.2. Các tổn thất trong cáp ngầm
Tổn thất công suất trong cáp ngầm xảy ra do nhiều nguyên

nhân. Chúng có thể được gây ra bởi điện trở dẫn điện trên dây dẫn, do
tổn thất điện môi, do tổn thất lớp bảo vệ và việc nối đất lớp bảo vệ.
Các nguyên nhân này làm cho cáp nóng lên, làm giảm hiệu suất mang
tải của cáp, làm tiêu hao một lượng điện năng đáng kể.
2.2.1 Tổn thất điện môi


-6-

Hình 2.3. Cấu trúc dây dẫn - cách điện – lớp bảo vệ kim loại
Tổn thất này như là một điện mơi sấy do thực tế khơng có bất
kì cách điện nào là hoàn hảo. Các tổn thất này sinh ra vì trường điện
từ động và tĩnh. Trường điện từ này gây ra một sự định hướng và mất
phương hướng lưỡng cực, tạo ra một sự ma sát bên trong đó làm nóng
điện mơi.
2.2.2 Tổn thất điện trở dây dẫn
Dây dẫn ở giữa thường được chế tạo từ đồng hoặc nhơm và
nó có một điện trở khơng thể bỏ qua được.Với sự có mặt của dịng
điện thì điện trở này sinh ra và làm nóng cáp lực. Điện trở dây dẫn với
dòng điện xoay chiều là cao hơn so với dịng điện một chiều. Tổn thất
có thể được biểu diễn như sau: Theo tiêu chuẩn IEC 60287-1-1

C
C
R
UT.L

D

RAC đơn vị là Ω/km.

2.2.3 Tổn thất do lớp bảo vệ kim loại
2.2.3.1 Giới thiệu vệ lớp bảo vệ kim loại cáp ngầm

Hình 2.4. Cấu trúc của cáp ngầm
Như trên hình là cấu trúc chung cơ bản của một sợi cáp có


-7-

điện áp lên đến 36kV. Trong đó lớp bảo vệ kim loại được chế tạo nằm
ngoài lớp màng chắn bán dẫn có chức năng chính là khử từ trường bên
ngồi cáp nó như là một điện cực thứ hai của cáp ngầm trong đó điện
cực cịn lại là lỏi dây dẫn. Lớp này phải được nối đất ít nhất một đầu
dọc theo tồn bộ chiều dài sợi cáp, dịng điện nạp điện dung và dòng
điện cảm ứng sẽ được xả qua lớp bảo vệ này xuống đất. Chức năng
thứ hai là hình thành một rào cản để ngăn chặn độ ẩm thâm nhập vào
hệ thống cách điện bên trong của cáp, khi một điện trường lớn tiếp xúc
với độ ẩm thì cách điện bị phá hỏng dưới dạng cây nước. Do đó lâu
dần sợi cáp sẽ bị phóng điện gây hư hỏng hoàn toàn.
2.2.3.2 Các phương pháp nối đất lớp bảo vệ kim loại

* Khi không nối đất màn chắn kim loại
* Nối đất tại một điểm
* Nối đất tại hai điểm
* Nối qua một trở kháng
* Nối chéo

D

C

C
R
UT.L

2.2.3.3. Lựa chọn hệ thống nối đất lớp bảo vệ
Yêu cầu chung
Trong tất cả các trường hợp, việc thiết kế nối đất lớp bảo vệ
kim loại phải đáp ứng các yêu cầu sau:
- Phải luôn tồn tại việc nối đất lớp bảo vệ cho cáp ngầm.
- Giới hạn điện áp màn chắn ổn định thơng thường ở mức
cho phép và an tồn.
- Các tổn thất lớp bảo vệ được giới hạn hoặc giảm đáng kể.
- Giới hạn quá điện áp tức thời ở mức cho phép khi kết hợp
với các thiết bị bảo vệ chống sét.
Để đáp ứng các yêu cầu này, thì các kỹ thuật nối đất lớp bảo
vệ kim loại được sử dụng tính toán cho phù hợp. Việc thiết kế và đánh
giá các thành phần trong hệ thống nối đất lớp bảo vệ được xác định
trên cơ sở các hệ số: Đó là hệ số dịng điện t̀n hồn λ1’ và dịng điện
xốy λ1’’.


-8-

2.3. Kết luận
- Cấu tạo cơ bản của cáp ngầm điện lực đến 36kV;
- Các loại tổn thất trong cáp ngầm: Tổn thất điện môi, Tổn
thất điện trở dây dẫn, Tổn thất do lớp bảo vệ kim loại;
- Giới thiệu vệ lớp bảo vệ kim loại cáp ngầm;
- Các phương pháp nối đất lớp bảo vệ kim loại cáp ngầm:
Không nối đất; nối đất tại một điểm về một phía; nối đất tại một điểm

tách rời; nối đất hai điểm; nối đất qua trở kháng; nối đất chéo.
- Theo tiêu chuẩn IEEE 575-2014 trình bày phương pháp lựa
chọn hệ thống nối đất lớp bảo vệ.
- Ứng dụng với hiện trạng lưới điện phân phối Thành phố Đà
Nẵng để giới hạn phạm vi nghiên cứu khi so sánh hai phương pháp nối
đất lớp bảo vệ kim loại cáp ngầm là: nối đất tại một điểm về một phía
và nối đất hai điểm.

D

C
C
R
UT.L


-9-

Chương 3:
TÍNH TỐN VÀ SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP NỐI
ĐẤT LỚP BẢO VỆ KIM LOẠI CÁP NGẦM
Nghiên cứu đưa ra bằng cách tính toán cáp đơn pha và ba pha,
lõi dẫn điện làm từ dây đồng bện với tiết diện 240 mm2 cách điện bởi
XLPE và được bọc bởi màn chắn bằng đồng, f=50 Hz, 24kV, Có các
thơng số như trong bảng I. Các việc tính toán giá trị tổn thất theo tiêu
chuẩn IEC 60287 và theo nhà chế tạo.
Bảng 3.1. Cáp đồng 240 mm2 với màn chắn đồng có các thông số
Các thông số cáp
Cáp
Cáp ba

đơn pha pha
2
Kích cỡ dây (mm )
240
240
Tổng chiều dài cáp (m)
11460
8292
Đường kính của dây dẫn (mm)
17,485
17,485
Đường kính cách điện XLPE của cáp (mm) 29,685
29,685
o
Điện trở DC dây dẫn đồng tại 20 C (Ω/km) 0,0754
Điện trở suất dây dẫn đồng tại 20oC (Ω.m) 1,7241 x 10-8
Điện trở suất màn chắn đồng tại 20oC Ω.m 3,5 x 10-8
Hệ số nhiệt độ của dây dẫn đồng tại 20oC
3,93 x 10-3
Hệ số nhiệt độ của màn chắn đồng tại 20oC 3,0 x 10-3
Hệ số tổn hao cách điện tan δ
0,004
Độ từ thẩm tương đối cách điện XLPE ε
2,5
Điện áp pha (kV)
12,7
Dựa vào bảng thông số cáp lực điển hình ở trên ta sẽ tính tốn
và phân tích các loại tổn thất trong việc vận hành cáp ngầm.
3.1. Tổn thất phụ thuộc vào điện áp
Tổn thất phụ thuộc vào điện áp gây ra do ảnh hưởng bởi sự

phân cực trong cách điện chính gọi là tổn thất điện môi.
Wd = ω C Uo2 tan δ (W/m)

D

C
C
R
UT.L


-10-

Qua dữ liệu của các loại cáp được đưa ra trong bảng I, thì ta
thấy rằng: Nếu chỉ xét đến tổn thất điện dung thì khơng có sự khác
nhau giữa cáp đơn pha và cáp ba pha. Theo công thức tính toán ta nhận
được các số liệu như sau:
Bảng 3.2. Tổn thất điện môi cáp ngầm đối với cáp M(3x240) &
3M(1x240)
Loại cáp
M(3x240)
3M(1x240)
-9
Điện dung tính cho 1 pha (F/m)
0,2624 x 10
0,2624 x 10-9
Tổng tổn thất điện môi (W/m)
0,159
0,159
Lượng điện do tổn hao điện môi 383.086,7

277.186,3
(kWh)/1 năm
Vậy, với cùng một điện áp và tần số nguồn thì tổn thất điện mơi
chỉ phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu cách điện. Nếu vật liệu cách điện
bằng XLPE thì có tan δ = 0,004 cịn với PVC có tan δ = 0,1 thì tổn thất
điện mơi có cách điện bằng XLPE sẽ bé hơn rất nhiều.
Cũng chính vì một trong những lí do này nên, hiện nay gần như
tất cả các loại cáp ngầm có cách điện ruột dẫn đều làm bằng LXPE.
Các tổn hao do điện môi của cáp ngầm là không thể làm giảm
được, chính vì thế trong việc thiết kế tính tốn ngồi các yếu tố về chi
phí, mơi trường, kỹ thuật thì ta phải quan tâm thêm đến tổn thất điện
môi sinh ra trong cáp ngầm.
3.2.Tổn thất phụ thuộc vào dịng điện
Tởn thất phụ tḥc vào dòng điện bao gờm các tổn thất sau:
Tổn thất do điện trở dây dẫn; tổn thất trong lớp bảo vệ kim loại.

C
C
R
UT.L

D

3.2.1. Tổn thất do điện trở dây dẫn
Điện trở AC trên mỗi đơn vị dài của dây dẫn tại nhiệt độ làm
việc cực đại được đưa ra bởi công thức sau:
R = R’(1+ ys + yp)


-11-

Bảng 3.3. So sánh các giá trị tổn thất do dòng điện AC với cáp nhôm
và đồng
Loại
Cáp
Nhôm
Đồng

Ro 20oC
(Ω/m)
0,000125
0,000075

α20

ks

kp

0,00403
0,00393

1
1

0,8
1

R'
(Ω/m)

0,00016
0,000096

yp

R (Ω/m)

0,00292
0,0079

0,00016
0,000097

Qua tính toán dữ liệu như trên bảng ta thấy rằng:
Dây dẫn bằng nhơm ln có tổn thất điện trở AC lớn hơn dây
đồng khoảng 30% - 40%. Đặc biệt với các cáp ba pha, khi các pha đặt
càng gần nhau thì hệ số ảnh hưởng lân cận yp càng lớn, làm cho tổn
thất do điện trở cũng tăng lên. Do đó, trong việc tính chọn, thiết kế hệ
thống cáp ngầm cũng phải lưu ý đến điều này.
3.2.2. Tổn thất lớp bảo vệ kim loại
Gây ra do dịng điện t̀n hồn trong lớp bảo vệ kim loại. Tổn thất này
làm giảm bớt hiệu suất truyền tải của cáp, gây ra một lượng tổn thất
điện năng đáng kể cho hệ thống.
Với phạm vi nghiên cứu là lưới điện phân phối thành phố Đà
Nẵng có điện áp U ≤ 22kV, Do đó ở đây ta chỉ nghiên cứu để so sánh
2 phương pháp nối đất lớp bảo vệ cáp ngầm: Nối đất tại một điểm và
nối đất tại hai điểm lớp bảo vệ.
3.2.2.1. Nối đất hai đầu lớp bảo vệ

C

C
R
UT.L

D

a. Tính toán và phân tích số liệu
Nghiên cứu đưa ra đối với sợi cáp trên, dữ liệu của loại cáp
được phân tích trong điều kiện sau:
Nhiệt độ của đất: 20oC
Độ sâu lớp đất 1,0 m


-12-

Nhiệt trở suất của đất 1,0 Km/W
Nhiệt độ vận hành liên tục lớp bảo vệ XLPE bằng 70oC
Dòng điện định mức (A) đối với dây dẫn 200 A
Khoảng cách S giữa tâm các sợi cáp đơn pha cũng là đường kính của
mỗi sợi cáp (giả sử các cáp được bố trí sát nhau S = De).
* Dạng bố trí cáp
Bảng 3.4. Các hệ số tổn thất lớp bảo vệ kim loại của cáp ngầm với
việc bố trí các dạng cáp khác nhau
Dạng hình lá
Dạng phẳng
Pha
'
'’
'
λ1 %

λ 1%
λ1 %
λ'’1 %
A
6,43
0,59
13,89
0,29
B
6,43
0,59
4,33
0,88
C
6,43
0,59
14,33
0,29
Từ dữ liệu trên, Ta có lưu ý rằng:
Với việc bố trí cáp ngầm dạng hình lá và dạng phẳng thì tổn
thất dịng điện xốy tất cả các pha cáp sẽ bằng nhau và chiếm tỉ lệ rất
nhỏ nên trong tính toán nên ta có thể bỏ qua. Nhưng phải lưu ý rằng,
tổng tổn thất dịng điện xốy lớp bảo vệ trên mỡi mạch với dạng hình
lá và dạng hình phẳng gần bằng nhau.
* Điện trở suất của vật liệu dây dẫn cáp ngầm
Bảng 3.5. Các hệ số tổn thất trong cáp ngầm với dây dẫn cáp đồng và dây
dẫn cáp nhôm
Bố trí dạng cáp
Vật liệu dây dẫn Dạng hình lá Dạng phẳng
Pha

λ'1 % λ'’1 % λ'1 % λ'’1 %
6,43
0,59 13,89 0,29
A
6,43
0,59
4,33
0,88
Đồng
B
6,43
0,59 14,33 0,29
C
4,03
0,38
8,54
0,19
A
4,03
0,38
3,76
0,56
Nhôm
B
4,03
0,38
8,89
0,19
C

D

C
C
R
UT.L


-13-

Từ Bảng 3.5. Có lưu ý rằng: Cả hai giá trị hệ số tổn thất dịng điện
t̀n hồn và dịng điện xoáy sẽ giảm khi điện trở suất của dây dẫn
tăng, hệ số tổn thất lớp bảo vệ tỉ lệ nghịch với điện trở suất dây
dẫn cáp. Do đó khi lợi ích của dây dẫn đồng được đề cập tới trong
việc tổn thất dây dẫn thấp hơn so với tổn thất nhơm với cùng loại
cáp giống nhau, thì nó bất lợi về tổn thất lớp bảo vệ. Do đó, trong
thiết kế tính chọn cũng phải xét đến vấn đề này.
* Khoảng cách lắp đặt cáp

D

C
C
R
UT.L

Hình 3.3. Ảnh hưởng khoảng cách với tổn thất dòng điện tuần hoàn
– lắp đặt cáp hình phẳng
Từ hình trên có thể thấy rằng: Tổn thất dịng điện t̀n hồn
lớp bảo vệ tỉ lệ với khoảng cách giữa các pha. Các tổn thất tuần hoàn

lớp bảo vệ có thể lớn hơn so với tổn thất dây dẫn cáp khi khoảng cách
giữa các pha lớn.
Điều này đặc biệt lưu ý trong việc thiết kế, lắp đặt hệ thống
cáp ngầm.
*Điện trở lớp bảo vệ kim loại
Ảnh hưởng của điện trở lớp bảo vệ với các tổn thất dòng điện
tuần hoàn lớp bảo vệ trên cáp ngầm được thể hiện như hình.


-14-

Hình 3.4. Hệ sớ tổn thất lớp bảo vệ và điện trở lớp bảo vệ với dạng
cáp hình lá với khoảng cách cáp là De và 2De
* Dòng điện dây dẫn
Để nghiên cứu ảnh hưởng của dòng điện dây dẫn lên các tổn
thất lớp bảo vệ thì các tổn thất lớp bảo vệ được tính toán tại hai giá trị
khác nhau của dòng điện (Tải định mức và 50% tải định mức), các kết
quả như trên Bảng IX.
Bảng 3.6. Các hệ số tổn thất lớp bảo vệ với sự thay đổi dòng điện tải
Bố trí dạng cáp

C
C
R
UT.L

D

Dòng
điện

Tải
định
mức

Dạng hình lá
λCS %

λSE %

Dạng phẳng
λCS %

λSE %

Pha

6,43
0,59
13,89
0,29
A
6,43
0,59
4,33
1,18
B
6,43
0,59
14,33
0,29

C
6,43
0,59
13,89
0,29
A
Tải
6,43
0,59
4,33
1,18
B
50%
6,43
0,59
14,33
0,29
C
Từ Bảng 3.6. có được chú ý rằng: Các hệ số tổn thất lớp bảo
vệ kim loại (xốy và t̀n hồn) khơng thay đổi khi cáp ngầm mang
tải khác nhau bởi vì tỉ lệ giữa dịng điện lớp bảo vệ và của dòng điện
dây dẫn cáp ngầm là cố định.


-15-

Sau đây là các kết luận chính của các phân tích tính toán
trên:
1. Phải luôn chú ý với các tổn thất lớp bảo vệ trong cáp ngầm
với việc đấu nối hai điểm tại các giá trị của chúng có thể lớn hơn tổn

thất dây dẫn.
2. Các tổn thất dòng điện xốy được bỏ qua … Các tổn thất
t̀n hồn lớp bảo vệ cao tại các giá trị điện trở lớp bảo vệ và khoảng
cách dây dẫn lớn.
3. Các tổn thất tuần hoàn lớp bảo vệ tỉ lệ với khoảng cách dây
dẫn và có thể giảm bớt bằng cách tăng lượng lớn điện trở của lớp bảo
vệ hoặc giảm bớt lớn điện trở của lớp bảo vệ.
4. Dạng bố trí hình lá miểu tả các giá trị đối xứng của các tổn
thất trong các lớp bảo vệ hơn dạng phẳng và thêm vào đó là các tổng
tổn thất trong dạng hình lá thấp hơn dạng phẳng.
3.2.2.2. Nối đất một điểm lớp bảo vệ

C
C
R
UT.L

D

Hình 3.7. Sơ đờ nới mợt đầu lớp bảo vệ cáp ngầm
a. Các tổn thất dòng điện xoáy

b. Tổn thất dòng điện tuần hoàn
Tổn thất của dòng điện tuần hồn là 0 đối với việc lắp đặt mà
tại đó các lớp bảo vệ được nối đất tại một điểm. Bởi vì khơng có một
mạch điện hồn chỉnh chạy trong lớp bảo vệ kim loại này.
Nhận xét:
Các giá trị dòng điện xoáy được tính toán như trong các Bảng
VII, VIII, IX. Nhìn chung thì các tỉ lệ tổn thất dịng điện xoáy này khá

-16-

nhỏ so với tổn thất trên dây dẫn cáp. Do đó, trong tính tốn thiết kế
người ta ít quan tâm đến các giá trị này mà phải quan tâm đến một điện
áp được cảm ứng trên lớp bảo vệ của cáp lực, điện áp này dần dần tăng
lên từ điểm nối đất và đạt cực đại tại điểm xa nhất tại đầu khơng nối
đất. Do đó các lớp bảo vệ phải được cách ly tương ứng với đất bằng
một lớp cách điện vỏ có hiệu quả.
Một thiết bị SVL nên luôn được sử dụng nếu được cho rằng
mức điện áp đột biến vượt quá 75% BIL của lớp vỏ hoặc của cách điện
phân đoạn lớp bảo vệ.
c. Điện áp dừng lớp bảo vệ kim loại
Tính toán các thông số trên lớp bảo vệ cáp ngầm
Điện áp cảm ứng lớp bảo vệ của cáp ngầm trên mỗi đơn vị dài
tạo nên dịng điện được cảm ứng có thể được bao gồm bởi việc phân
chia điện áp cảm ứng bởi tổng tổng trở trong mạch vòng lớp bảo vệ
kim loại.
Điện trở của lớp bảo vệ trên mỗi đơn vị chiều dài theo quan
hệ như sau:

C
C
R
UT.L

D

Bảng 3.7. Thông số lớp bảo vệ kim loại được chế tạo từ đồng và
nhôm.

Loại
Cáp

ρs
Ω.m

AS
m2

αs

Đồng

3,5 x 10-8

0,001

0,003

Nhôm

2,8 x 10-8

0,001

0,004

Ө
C

Rs1
Ω/m

0,75

70

3,8 x 10-5

0,75

70

2,9 x 10-5

η

o


-17-

Hình 3.8. Đặc tính quan hệ giữa dòng điện tuần hoàn lớp bảo vệ và
điện trở lớp bảo vệ với việc bớ trí dạng cáp hình lá có khoảng cách
khác nhau
Nhận xét:
Theo đường đặc tính quan hệ giữa dòng điện tuần hoàn lớp
bảo vệ với giá trị điện trở của vật liệu chế tạo lớp bảo vệ thì ta thấy
rằng: Giá trị điện trở càng lớn thì dịng điện t̀n hoàn càng bé. Và
theo bảng giá trị trên: Điện trở của lớp bảo vệ bằng đồng cao hơn so

với nhôm, do đó trong tính tốn thiết kế để giảm tổn thất trên lớp bảo
vệ kim loại này thì thơng thường lớp bảo vệ được chế tạo từ những sợi
đồng bện hoặc băng đồng bọc. Điều này cũng đã giải thích tại sao
trong những năm gần đây đa phần các lớp bảo vệ kim loại được chế
tạo từ băng đồng bọc thay vì băng nhơm như những năm trước, trừ
một vài trường hợp đặc biệt thì băng nhơm hoặc chì sẽ được sản xuất
riêng.
Các tính toán phân tích được tính toán so sánh giữa hai sợi cáp
M(3x240) và M(3x150) với các khoảng cách khác nhau như trong
bảng sau:

D

C
C
R
UT.L


-18-

Bảng 3.10. Tính toán điện áp dừng với sợi cáp M(3x240)
a
dM
XM
I
L
Ui
Loại cáp
(mm) (mm) (Ω/m) (A)

(m)
(V)
38.3
35.7
5E-05 200
1000
9.60
38.3
35.7
5E-05 200
2000
19.20
38.3
35.7
5E-05 200
3000
28.80
38.3
35.7
5E-05 200
4000
38.40
38.3
35.7
5E-05 200
5000
48.00
M(3x240)
38.3
35.7

5E-05 200
6000
57.60
38.3
35.7
5E-05 200
7000
67.20
38.3
35.7
5E-05 200
8000
76.80
38.3
35.7
5E-05 200
9000
86.40
38.3
35.7
5E-05 200 10000 96.00

C
C
R
UT.L

Bảng 3.11. Tính toán điện áp dừng với sợi cáp M(3x150)
a
dM

XM
I
L
Ui
Loại cáp
(mm) (mm)
(Ω/m)
(A)
(m)
(V)
31.05 29.2 4.74E-05 120 1000
5.69
31.05 29.2 4.74E-05 120 2000
11.37
31.05 29.2 4.74E-05 120 3000
17.06
31.05 29.2 4.74E-05 120 4000
22.75
31.05 29.2 4.74E-05 120 5000
28.43
M(3x150)
31.05 29.2 4.74E-05 120 6000
34.12
31.05 29.2 4.74E-05 120 7000
39.81
31.05 29.2 4.74E-05 120 8000
45.49
31.05 29.2 4.74E-05 120 9000
51.18
31.05 29.2 4.74E-05 120 10000 56.86

D


-19-

Kết quả phân tích so sánh như biểu đồ bên dưới
SO SÁNH ĐIỆN ÁP DỪNG GIỮA HAI LOẠI
CÁP
M(3X240) & M(3X150)
Ui (V)

150.00
100.00
50.00
0.00

1

2

3

4

Ui M(3X240)
(V)

5

6

7

8

Ui M(3X150)
(V)

9

10

L (km)

Theo quy trình an tồn điện ban hành theo quyết định 959/QĐEVN ngày 09 tháng 8 năm 2019 thì điện áp xoay chiều an tồn bé hơn
42V. Do đó qua phân tích ta thấy rằng:
Với cáp M(3x240) dòng mang tải I = 200 (A) điện áp tại đầu
khơng được nối đất an tồn khi chiều dài đường cáp ngầm bé hơn
4500m giá trị này là an toàn với người nếu có chạm phải.
Với cáp M(3x150) dịng mang tải I = 150 (A) điện áp tại đầu
không được nối đất an toàn khi chiều dài đường cáp ngầm bé hơn
7500m giá trị này là an toàn với người nếu có chạm phải.
Vì vậy, Để hệ thống nối đất được an tồn u cầu:
Tại đầu khơng được nới đất, phải cách ly hoàn toàn với các thiết bị
mang điện,
3.3. Tính tốn tổn thất vận hành cáp ngầm cho lưới điện phân phối Thành
phố Đà Nẵng
3.3.1 Xuất tuyến 475/110 Liên Trì
Khi nối đất hai đầu thì tởn thất được tính toán theo bảng sau:

Áp dụng công thức theo tiêu chuẩn:

D

C
C
R
UT.L


-20-

Loại Cáp

Rs1 (Ω/m)

I (A)

XM (Ω/m)

P (W)

M(3x240)

3,8 x 10-5

200

4,8 x 10-5

319,0

M(3x50)
A(1x300)

7,68 x 10-5
3,2 x 10-5

30
150

5,24 x 10-5
4,71 x 10-5

43,9
1931,0

- Khi nối đất mợt đầu thì tởn thất chỉ là dịng điện xốy rất
nhỏ có thể bỏ qua. Tuy nhiên, tại xuất tuyến 475E11 các loại cáp ngầm
trên đều giáng một điện áp cảm ứng an toàn lên lớp bảo vệ kim loại
(được tính tốn theo bảng). Do đó, ta có thể áp dụng hệ thống nối đất
đơn điểm lớp bảo vệ kim loại cho toàn xuất tuyến để tránh gây ra một
tổn hao điện năng như hiện trạng là nối đất hai đầu lớp bảo vệ theo giá
trị ở trên bảng đã tính tốn.
Loại nối đất
Các loại tởn thất
Một đầu
- Điện môi
- Điện trở dây dẫn
Hai Đầu

- Điện môi
- Điện trở dây dẫn
- Dịng điện t̀n hồn lớp bảo vệ kim loại

C
C
R
UT.L

D

3.3.2. Tính tốn tương tự cho tồn bộ hệ thống cáp ngầm lưới
điện phân phối Thành phố Đà Nẵng
Lưới Điện phân phối Thành phố Đà Nẵng có các số liệu như sau:
ĐZ 22kV
Cáp ngầm trung thế
TS Điện lực
TS Khách
TS Điện lực TS Khách Hàng
Hàng
673,581 km
119,436 km
100,253 km
49,439 km


-21-

Từ các kết quả nghiên cứu ta có kết quả chung của các giá trị
nghiên cứu tính toán

Bảng 3.18. So sánh giữa hai hệ thống nối đất lớp bảo vệ kim loại
Phương
Thiết bị
Điện áp
Nhược
pháp nối
giới hạn
Ưu điểm
dừng
điểm
đất
điện áp
-An toàn
- Tổn thất
-Sử dụng cho điện năng
Khơng
Hai điểm
Khơng có cáp có độ dài - Ảnh
có
và điện áp
hưởng chất
cao
lượng cáp
-Mất an tồn
-Tăng hiệu
-Lắp thêm
suất mang tải SVL khi
Có (Khi
của cáp
điện áp

Một điểm
Có
điện áp
-Giảm tổn
dừng lớn.
dừng lớn)
thất điện
-Sử dụng
năng
cho cáp có
độ dài ngắn.
Do đó, Việc cân nhắc nối đất lới bảo vệ kim loại tại một điểm
và hai điểm phải được xem xét cụ thể các khía cạnh sau để có thể lựa
chọn phương pháp đấu nối cho phù hợp:
- Chiều dài tuyến cáp
- Dòng điện mang tải liên lục
- Thuận tiện cho việc đấu nối
- Việc bố trí các cáp ngầm đơn pha theo dạng hình lá, hình
phẳng …
3.4 Kết Luận
Tác giả đã đưa ra thơng số của 2 sợi cáp điển hình đơn pha và
ba pha, lõi dẫn điện làm từ dây đồng bện với tiết diện 240 mm2 cách
điện bởi XLPE và được bọc bởi màn chắn bằng đồng, f=50 Hz, 24kV
để nghiên cứu tính toán và so sánh.

D

C
C
R

UT.L


-22-

TÍNH TỐN VÀ PHÂN TÍCH SO SÁNH CÁC LOẠI TỔN
THẤT: PHỤ THUỘC VÀO ĐIỆN ÁP VÀ PHỤ THUỘC VÀO
DÒNG ĐIỆN VẬN HÀNH.
A. Với Tổn thất phụ thuộc vào điện áp: Gây ra do ảnh hưởng
bởi sự phân cực trong cách điện chính gọi là tổn thất điện môi. Căn cứ
theo tiêu chuẩn IEC 60287 để tính được giá trị tổn thất cụ thể.
B. Với tổn thất phụ thuộc vào dòng điện: Bao gồm tổn thất
do điện trở dây dẫn; tổn thất trong lớp bảo vệ kim loại.
1. Tổn thất do điện trở: Căn cứ theo tiêu chuẩn IEC 60228 để
đưa ra các công thức và hệ số ảnh hưởng đến tổn thất. Tính toán số
liệu tổn thất thực tế với cáp đồng và cáp nhôm để phân tích các hệ số
đi liên quan làm giảm tổn thất.
2. Tổn thất do lớp bảo vệ kim loại: Nối đất một đầu và nối
đất hai đầu.
Nối đất hai đầu: Căn cứ theo tiêu chuẩn IEC 60228 và IEEE
575 -2014 đưa ra các công thức và hệ số ảnh hưởng đến tính toán; Tính
toán tổn thất và số liệu thực tế của sợi cáp trên bằng việc so sánh các
hình thức như:
- Dạng bố trí cáp: Hình lá và hình phẳng.
- Điện trở suất của vật liệu dây dẫn cáp: Đồng và Nhôm.
- Khoảng cách lắp đặt các sợi cáp đơn pha.
- Điện trở suất lớp bảo vệ kim loại.
- Dịng điện tải.
Từ đó đưa ra các phân tích và kết luận chung để hạn chế tổn
thất với phương pháp nối đất hai đầu lớp bảo vệ.

Nối đất một đầu: Căn cứ theo tiêu chuẩn IEC 60228 và IEEE
575 -2014 đưa ra các công thức và hệ số ảnh hưởng đến tính toán.
- Tính tốn điện áp dừng của đầu khơng nối đất: Tính tốn và
so sánh hai sợi cáp điển hình là M(3x240) và M(3x150) với các khoảng
cách khác nhau để đưa ra ngưỡng vận hành an tồn theo quy trình vận
hành.
- Đưa ra số liệu điện áp dừng tại một số nước trên thế giới.
TÍNH TỐN SỐ LIỆU THỰC TẾ VỚI XUẤT TUYẾN
475/110 LIÊN TRÌ

D

C
C
R
UT.L


-23-

- Tính toán cụ thể giá trị tổn thất với thực tế hiện trạng là nối đất
hai đầu toàn tuyến cáp
- Đề ra phương án nối đất phù hợp với hiện trạng vận hành
tuyến cáp của xuất tuyến
- Mở rộng cho việc tính toán tổn thất với hệ thống cáp ngầm
cho toàn bộ hệ thống lưới điện phân phối Thành phố Đà Nẵng.
- Đưa ra phương án nối đất phù hợp cho lưới điện.
KẾT LUẬN CHUNG VÀ CÁC KIẾN NGHỊ
Nhìn chung, đề tài đã sử dụng các tiêu chuẩn IEC 60287, IEC
60228, IEEE 575 và tiêu chuẩn nhà chế tạo để thể hiện hầu hết các nội

dung mà đề cương ban đầu đã đề ra bao gồm:
- Tổng quan hệ thống lưới điện thành phố Đà Nẵng và các
giải pháp giảm tổn thất điện năng.
- Giới thiệu về hệ thống cáp ngầm trung thế, so sánh ưu điểm
và nhược điểm của cáp ngầm và đường dây trên không.
- Giới thiệu về các tổn thất sinh ra trong việc vận hành cáp
ngầm trung thế. Đặc biệt là các phương pháp nối đất lớp bảo vệ kim
loại trên cáp ngầm.
- Tính toán các tổn thất trong việc vận hành hệ thống cáp
ngầm, đưa ra việc tính toán tổn thất thực tế vận hành trên lưới điện
hiện tại.
- So sánh các phương pháp lắp đặt hệ thống cáp ngầm để đưa
ra các giải pháp hợp lý để giảm tổn thất, giảm điện áp cảm ứng trên
lớp bảo vệ kim loại cáp ngầm.
- Tính toán và so sánh các hệ số tổn thất lớp bảo vệ kim loại
trong việc nối đất đơn điểm và hai điểm trong các trường hợp cụ thể
với thực tế như là: Việc bố trí cáp ngầm, dòng điện tải, kim loại dẫn
điện …
- Đưa ra các giải pháp nối đất lớp bảo vệ kim loại cáp ngầm
tương ứng từng trường hợp cụ thể để giảm tổn thất điện năng và an
tồn cho người vận hành.
Bên cạnh đó, đề tài cũng đã đưa ra các tiêu chuẩn và thực tế ở
một vài địa phương và các nước đang sử dụng, để làm căn cứ áp dụng

D

C
C
R
UT.L