Nghiên cứu thiết kế lắp đặt hệ thống cáp ngầm cao áp 220kv và thí nghiệm sau lắp đặt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------------------

Nguyễn Trọng Khánh

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT HỆ THỐNG
CÁP NGẦM CAO ÁP 220KV
VÀ THÍ NGHIỆM SAU LẮP ĐẶT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN ĐÌNH THẮNG

Hà Nội – Năm 2017


Luận văn tốt nghiệp cao học

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn này là cơng trình nghiên cứu thực sự của cá
nhân tôi, chưa được công bố trong bất cứ một cơng trình nghiên cứu nào. Các số
liệu, nội dung được trình bày trong luận văn này là hồn toàn hợp lệ và đảm bảo
tuân thủ các quy định về bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Tơi xin chịu trách nhiệm về đề
tài nghiên cứu của mình.
Học viên

Nguyễn Trọng Khánh

Luận văn tốt nghiệp cao học

LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh
sự nỗ lực cố gắng của bản thân cịn có sự hướng dẫn nhiệt tình của q Thầy Cô
trong bộ môn Hệ Thống Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, sự đóng góp ý
kiến và bổ sung từ các đồng nghiệp: Cơng ty Thí Nghiệm Điện Miền Bắc, Công ty
Truyền Tải Điện, các công ty xây lắp cơng trình cáp ngầm đã giúp tơi nghiên cứu và
thực hiện luận văn thạc sĩ.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Nguyễn
Đình Thắng người đã hết lịng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi từ khi
chọn đề tài đến khi hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn các thầy trong
hội đồng bảo vệ luận văn: PGS.TS Trần Bách, TS Nguyễn Xuân Tùng, TS Nguyễn
Hữu Kiên, TS. Nguyễn Đức Huy, TS Trần Mạnh Hùng. Xin chân thành cảm ơn các
đồng nghiệp trong nghành điện đã giúp tác giả các tài liệu kỹ thuật, tạo mọi điều
kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn.

Hà Nội, tháng 09 năm 2017
Học viên thực hiện: Nguyễn Trọng Khánh


Luận văn tốt nghiệp cao học

MỤC LỤC
MỤC LỤC HÌNH ẢNH
CHƯƠNG 1 ........................................................................................................... 1
ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG CÁP NGẦM CAO
ÁP 220KV .............................................................................................................. 1
1.1. Đặt vấn đề ....................................................................................................... 1

1.2. So sánh việc sử dụng cáp ngầm hay đường dây trên không của hệ thống
truyền tải điện đến 220kV ..................................................................................... 1
1.3. Một số cơng trình cáp ngầm 220kV tại Việt Nam ......................................... 3
1.4. Cấu trúc cơ bản của cáp ................................................................................. 4
1.4. Cấu trúc của đầu cáp ...................................................................................... 6
1.4.1. Đầu nối ngoài trời ...................................................................................... 6
1.4.2. Đầu nối vào thiết bị GIS ............................................................................ 8
1.2.3. Đầu nối vào máy biến áp có thùng dầu tại vị trí gắn cáp: ........................... 9
1.5. Cấu trúc của các thiết bị khác trên toàn tuyến cáp ....................................... 9
1.5.1. Cấu trúc hộp nối giữa ................................................................................ 9
1.5.2. Hộp nối chuyển đổi.................................................................................. 10
1.5.3. Hộp nối tiếp đất ....................................................................................... 10
1.5.4. Hộp nối đảo pha vỏ cáp ........................................................................... 10
1.5.5. Thiết bị giới hạn điện áp vỏ ..................................................................... 11
1.5.6. Chống sét van .......................................................................................... 11
CHƯƠNG 2 ......................................................................................................... 12
CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT KHI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CÁP NGẦM
CAO ÁP 220KV ................................................................................................... 12
2.1. Giới thiệu chung ........................................................................................... 12
2.2. Các kỹ thuật thi công .................................................................................... 14
2.2.1. Các kỹ thuật đặt cáp trong mương cáp ..................................................... 14
2.2.2. Các kỹ thuật đặt cáp trong ống dẫn nhựa HDPE chôn ngầm ................... 14
2.2.3. Các kỹ thuật đặt cáp trong hầm khơng khí ............................................... 16


Luận văn tốt nghiệp cao học

2.2.4. Kỹ thuật khoan hầm cáp đi ngầm xun qua các cơng trình như đường giao
thông, khu dân cư, sông, ao, hồ... ...................................................................... 17
2.3. Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận cho việc thiết kế cơng trình cáp: .... 18

2.4. Vị trí đấu vỏ cáp trực tiếp nối đất ................................................................ 23
2.5. Vị trí đấu nối đảo pha vỏ cáp ....................................................................... 26
2.6. Vấn đề điện áp vỏ và vị trí đặt các bộ quá điện áp vỏ ................................. 31
2.7. Quá điện áp lan truyền từ đường dây trên không ....................................... 35
2.8. Sợi cáp quang trong lớp màn chắn kim loại ................................................ 36
2.9. Khái niệm về các thành phần, đại lượng điện ............................................. 38
2.9.1. Điện trường trong cáp .............................................................................. 38
2.9.2. Điện dung cáp.......................................................................................... 40
2.9.3. Điện trở một chiều của lõi cáp ................................................................. 41
2.9.4. Tổn thất điện môi cáp .............................................................................. 41
2.9.5. Điện áp đánh thủng cách điện .................................................................. 43
2.9.6. Điện cảm ................................................................................................. 44
2.9.7. Điện trở tác dụng (xoay chiều) của lõi dẫn trong cáp ............................... 46
2.9.8. Tổn thất tại lớp vỏ kim loại ...................................................................... 49
2.9.9. Dòng điện ngắn mạch cho phép ............................................................... 52
CHƯƠNG 3 ......................................................................................................... 55
CÁC VẤN ĐỀ VỀ THÍ NGHIỆM CÁP 220KV VÀ CÁC HẠNG MỤC THÍ
NGHIỆM CÁP 220KV TẠI HIỆN TRƯỜNG .................................................. 55
6.1. Giới thiệu chung ........................................................................................... 55
6.2. Các nguyên nhân gây hư hỏng hệ thống cáp ngầm và bản chất các hiện
tượng hư hỏng...................................................................................................... 56
6.2.1. Cây điện .................................................................................................. 58
6.2.2. Cây nước ................................................................................................. 59
6.2.3. Phóng điện cục bộ ................................................................................... 59
6.3. Các hạng mục thí nghiệm tại hiện trường ................................................... 62
6.3.1. Kiểm tra thứ tự pha của lõi cáp và thứ tự đảo pha màn chắn kết hợp đo
điện trở cách điện .............................................................................................. 62


Luận văn tốt nghiệp cao học

6.3.2. Thử điện áp tăng cao màn chắn bằng điện áp tăng cao 1 chiều ................. 63
6.3.3. Đo điện trở 1 chiều toàn tuyến cáp ........................................................... 64
6.3.4. Đo tổng trở cáp ........................................................................................ 65
6.3.5. Đo điện dung. .......................................................................................... 74
6.3.6. Thí nghiệm điện áp tăng cao tần số 20Hz-300Hz. .................................... 74
6.3.7. Thí nghiệm phóng điện cục bộ (thông thường sẽ kết hợp với thử điện áp
tăng cao xoay chiều) .......................................................................................... 78
6.3.8. Thí nghiệm các chống sét van đặt 2 đầu tuyến cáp ................................... 80
6.4. Ứng dụng thực tiễn thí nghiệm cáp ngầm 220kV tại nhà máy thủy điện
Huội Quảng .......................................................................................................... 85
6.4.1. Lập phương án thí nghiệm: ...................................................................... 85
6.4.2. Kết quả thí nghiệm thực tế ....................................................................... 89
KẾT LUẬN CHUNG LUẬN VĂN VÀ KIẾN NGHỊ......................................... 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 97


Luận văn tốt nghiệp cao học

MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Chương 1
Hình 1.1 Cấu trúc điển hình của cáp điện 220kV với cách điện XLPE

4

Hình 1.2 Đầu nối ngồi trời

7

Hình 1.3 Cấu tạo đầu cáp gắn vào trạm GIS

8

Hình 1.4 Đầu nối vào máy biến áp có thùng dầu tại vị trí gắn cáp

9

Hình 1.5 Hộp nối giữa

9

Hình 1.6 Hộp nối chuyển đổi

10

Hình 1.7 Hộp nối tiếp đất

10

Hình 1.8 Hộp nối đảo pha vỏ cáp

11

Chương 2
Hình 2.1 Một số cấu hình đặt cáp cơ bản

13

Hình 2.2 Một số hình ảnh về quá trình lắp đặt cáp ngầm cao áp

13

Hình 2.3 Mặt cắt ngang của kỹ thuật chơn cáp trong ống dẫn

15

Hình 2.4 Mặt cắt ngang của kỹ thuật đặt cáp trong hầm cáp.

17

Hình 2.5 Khoan hầm đặt cáp

18

Hình 2.6 Hốn vị cáp song song để giảm U cảm ứng khi cáp lực bố trí theo

23

hình sao ba lá hoặc hình phẳng
Hình 2.7 Các hầm nối đất trực tiếp

24

Hình 2.8 Mơ tả việc áp dụng kết nối tiếp đất tại một điểm cũng như nhiều

25

điểm. Sơ đồ này không vẽ hộp nối cách ly để thí nghiệm cách điện vỏ cáp
Hình 2.9 Mơ tả việc áp dụng kết nối tiếp đất cả hai đầu vỏ cáp với

25

cáp đoạn ngắn
Hình 2.10 Gradient U cảm ứng (vỏ-dây đất) khi sự cố một điểm ở các vị trí

26

khác nhau của hệ thống bó cáp đặt trong mặt phẳng.
Hình 2.11 Đảo pha khơng hốn vị cáp và đảo pha có hốn vị cáp

27

Hình 2.12 Đảo pha với 3 phân đoạn chính và đảo pha liên tục

28

Hình 2.13 Điểm cuối của hệ thống đảo pha nối đất tại một điểm

28

Hình 2.14 Đồ thị biểu diễn điện áp trong vỏ cáp với 3 phân đoạn

31

Hình 2.15 Gradient điện áp cảm ứng vỏ lớn nhất (từ vỏ đến vỏ) đối với các loại

32


Luận văn tốt nghiệp cao học

sự cố khác nhau trong hệ thống cáp đảo pha.
Hình 2.16 Đồ thị hiển thị nhiệt độ thân cáp dọc theo chiều dài

38

Hình 2.17 Điện trường tại điểm x bất kì trong cáp

38

Hình 2.18 Sơ đồ các thành phần điện dung trong cáp

40

Hình 2.19 Sự phụ thuộc của tanδ vào tần số

42

Hình 2.20 Sơ đồ bố trí cáp đơn pha

45

Hình 2.21 Quan hệ giữa hệ số bề mặt và x

47

Hình 2.22 Quan hệ giữa RAC/RDC

48

Hình 2.23 Đường từ cảm là họ các vòng tròn đồng tâm

49

Hình 2.24 Cách hốn vị vỏ cáp

51

Chương 3
Hình 3.1 Cây điện trong các lớp vật liệu cách điện của cáp ngầm

59

Hình 3.2 Dạng sóng của điện áp và dịng điện của phóng điện cục bộ

60

Hình 3.3 Các dạng phóng điện cục bộ

61

Hình 3.4 Kiểm tra thứ tự pha của lõi cáp

62

Hình 3.5 Đo điện trở cách điện

63

Hình 3.6 Thử điện áp tăng cao màn chắn bằng điện áp tăng cao 1 chiều

63

Hình 3.7 Đo điện trở 1 chiều tồn tuyến cáp

64

Hình 3.8 Sơ đồ đo tổng trở thứ tự thuận-nghịch dùng nguồn 1 pha

67

Hình 3.9 Sơ đồ đo tổng trở thứ tự thuận-nghịch dùng nguồn 3 pha

69

Hình 3.10 Sơ đồ đo tổng trở thứ tự khơng dùng nguồn 1 pha

70

Hình 3.11 Sơ đồ điện dẫn phản kháng B1 dùng nguồn 1 pha

71

Hình 3.12 Sơ đồ điện dẫn phản kháng B1 dùng nguồn 3 pha

72

Hình 3.13 Sơ đồ điện dẫn phản kháng B0

73

Hình 3.14 Mạch cộng hưởng thử ngiệm điện áp cao điều chỉnh tần số ACRF

73

Hình 3.15 Sơ đồ đo PD tổng quát cho cáp điện

79

Hình 3.16 Các HFCT được gắn vào các dây nối màn chắn cáp tại các hầm nối

80

đất và các hầm đảo pha vỏ cáp.
Hình 3.17 HFCT (phối hợp với UHF sensor) đặt tại dây nối đất khu vực đầu
cáp gắn với hệ thống GIS

80


Luận văn tốt nghiệp cao học

Hình 3.18 Thử điện áp tăng cao kết hợp đo dịng rị chống sét

82

Hình 3.19 Sơ đồ thực hiện phép đo tổn hao cơng suất

83

Hình 3.20 Sơ đồ nguyên lý kiểm tra đặc tính V-A một chiều

83

Hình 3.21 Thử nghiệm cơ cấu ghi lại số lần tác động của bộ đếm sét/bộ giám

84

sát
Hình 3.22 Thử nghiệm đồng hồ đo dòng rò bộ đếm sét/bộ giám sát

84

Hình 3.23 Thử điện áp xoay chiều tăng cao, kết hợp đo phóng điện cục bộ tồn

87

tuyến cáp
Hình 3.24 Kết quả dữ liệu đo phóng điện cục bộ

90

Hình 3.25 Kết quả dữ liệu đo phóng điện cục bộ

90

Hình 3.26 Phóng điện vầng quang

91

Hình 3.27 Phóng điện bề mặt

92

Hình 3.28 Phóng điện bên trong cáp

93

Hình 3.29 Tham khảo dạng phóng điện cục bộ xuất hiện trong thân cáp

94


Luận văn tốt nghiệp cao học

CHƯƠNG 1
ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG CÁP NGẦM
CAO ÁP 220KV
1.1. Đặt vấn đề
Với đặc thù địa lý và phụ tải của hệ thống điện của nước ta thì hệ thống các
đường dây truyền tải cao áp 220kV-500kV đóng một vai trò quan trọng. Các đường
dây truyền tải 220kV hiện nay với chiều dài hơn 16000km thường là các đường dây
trên không với hệ thống cột đỡ rất cồng kềnh, tốn diện tích đất. Nhưng cùng với sự
phát triển nhanh của đất nước các thành phố lớn, dân cư đông đúc, với nhiều cơng
trình và tịa nhà cao tầng, bến cảng, khu cơng nghiệp và đặc biệt là việc địi hỏi yêu
cầu về thẩm mỹ của các thành phố hiện đại thì việc xây dựng các đường dây truyền
tải cao áp trên khơng gặp rất nhiều khó khăn. Đường dây 220kV trên khơng sẽ làm
mất an tồn cho các cơng trình lận cận, quỹ đất dành cho đường dây gây không
được nhiều. Do đó việc xây dựng các đường dây tải điện cao áp bằng hệ thống cáp
ngầm đã trở thành một phần tất yếu của các hệ thống điện hiện đại trong các thành

phố.
Trước đây đo điều kiện nước ta cịn hạn chế, việc hạ ngầm cáp 220kV là việc
vơ vùng khó. Trước tiên là về chi phí cho việc hạ ngầm cáp, giá thành cho việc hạ
ngầm cáp cao hơn rất nhiều lần so với đường dây trên không, các cơng trình nếu có
ln phải th hồn tồn các đơn vị nước ngoài. Sau đấy là do hạn chế về cơng
nghệ và trình độ nhân lực thi cơng, nên việc hạ ngầm cáp 220kV chưa được triển
khai. Ngày nay với sự phát triển, hội nhập nhanh về kinh tế-khoa học kỹ thuật,
ngành điện nước ta đặc biệt là tổng công ty truyền tải điện quốc gia đã triển khai
được rất nhiều cơng trình hạ ngầm cáp 220kV. Trong luận văn này sẽ trình bày các
vấn đề về cáp ngầm 220kV, các công việc về thiết kế và lắp đặt, thử nghiệm. Sẽ khó
khăn hơn so với cáp lực trung thế và cáp lực 110kV, các phương pháp thử nghiệm
cáp cũng sẽ là bài tốn khó hơn nhiều so với các cáp ngầm có điện áp thấp hơn.
1.2. So sánh việc sử dụng cáp ngầm hay đường dây trên không của hệ thống
truyền tải điện đến 220kV
a. Hạ ngầm đường dây cao áp bằng cáp lực rất thích hợp cho các trường hợp
sau:

Page 1


Luận văn tốt nghiệp cao học

- Đường dây đi qua vùng đô thị đông dân cư.
- Đường dây cấp cho trạm điện nằm trong khu vực đông dân cư.
- Đường đây đi qua những vùng địa hình phức tạp như cửa sông, giao thông
đường thủy, phạm vi sân bay.
- Những vùng thiên nhiên được bảo tồn và cơng trình xây dựng là di sản văn
hóa.
- Những vùng đất được dùng cho việc mở rộng các thành phố trong tương
lai, hoặc để mở rộng, phát triển các vùng dân cư.

- Không gian hẹp trong các nhà máy điện và trạm điện cũng cần đến giải
pháp hạ ngầm cáp.
Ưu điểm:
- Truyền tải điện trở nên dễ dàng với những vùng phạm vi hẹp,
- Khơng địi hỏi nhiều về phạm vi an tồn tới các cơng trình khác.
- Khơng bị ảnh hưởng do mưa bão, dông sét thời tiết xấu và ô nhiễm môi
trường.
Nhược điểm:
- Thời gian thi công lâu hơn.
- Các tuyến cáp ngầm càng dài thì chi phí càng lớn.
- Đối với các đường cáp ngầm dài phải kiểm tra các hầm nối cáp, hầm đảo
pha tiếp địa … thường xuyên.
- Việc vận hành cáp ngầm cũng phức tạp hơn so với đường dây trên khơng.
- Nếu xảy sự cố thì việc phát hiện vị trí sự cố và xử lý cũng rất khó khăn.
b. Tuy nhiên với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay, nước ta đã hội
nhập và học hỏi được nhiều thành tựu công nghệ mới với những phương pháp sản
xuất tiên tiến, giá thành thấp, sự tiến bộ về công nghệ sản xuất và lắp đặt và sự tăng
lên về độ tin cậy, sự chênh lệch về giá giữa đường dây truyền tải bằng cáp ngầm và
đường dây truyền tải trên không đã được thu nhỏ lại. Điều này có nghĩa là các nhà
hoạch định ngày càng quan tâm nhiều đến hệ thống cáp ngầm như là một giải pháp
có tính kinh tế và kỹ thuật hiệu quả lâu dài khi mà những khó khăn về đất đai, cũng
như yêu cầu về thẩm mỹ trong quá trình phát triển hệ thống. Nhìn chung là chúng ít
chịu ảnh hưởng từ các hiện tượng thời tiết như giông, sét, mưa bão. Hơn nữa với hệ

Page 2


Luận văn tốt nghiệp cao học

thống cáp ngầm ta có thể chọn dây dẫn đồng, do đó có thể giảm đến khoảng 30%

tổn thất so với đường dây trên không là dây nhơm lõi thép. Chính vì vậy về lâu dài,
có thể nói rằng đây là một giải pháp chấp nhận được về mặt kinh tế.
1.3. Một số cơng trình cáp ngầm 220kV tại Việt Nam
Trong thực tế lưới điện Việt Nam, hệ thống cáp ngầm trung áp với cấp điện
áp  35kV đã được lắp đặt và vận hành phổ biến trên toàn quốc. Các tuyến cáp
ngầm 110kV cũng đã xuất hiện nhiều trong các khu công nghiệp và các thành phố
lớn. Tuy nhiên việc đưa hệ thống cáp ngầm cho hệ thống đường dây truyền tải cao
áp 220kV vẫn còn mới mẻ so với chiều dài hơn 16000km đường dây trên không của
cấp điện áp 220kV, và chưa được nghiên cứu một cách có hệ thống trong ngành xây
lắp điện.
Cùng với sự phát triển của công nghệ lắp đặt cáp ngầm và với yêu cầu về
giảm tổn thất điện năng, tổn thất điện áp, ngày nay một số trạm biến áp trung gian,
với cấp điện áp cao từ 110kV, 220kV đang được xây dựng trong lòng các thành phố
nhằm mục tiêu đưa cấp điện áp cao vào trung tâm phụ tải, đảm bảo cấp điện an toàn
tin cậy cho các phụ tải quan trọng. Đối với các thành phố Hà Nội, Hồ Chí Minh đã
được yêu cầu đảm bảo độ tin cậy cấp điện cho phụ tải theo tiêu chí (n-2). Tại thành
phố Hồ Chí Minh đã có trạm biến áp GIS (Gas Insulation Switchgear) 220kV Tao
Đàn, GIS 220kV Bình Tân. Đi cùng với trạm GIS thì ln có các cáp ngầm nối từ
trong hệ thống GIS ra các lộ xuất tuyến. Đường cáp ngầm 220kV Nhà Bè – Tao
Đàn, Cáp ngầm 220kV Tân Định – Củ Chi. Cáp 220kV Phú Lâm – Hooc Môn 1
cũng đã vận hành. Đường cáp ngầm trạm 220kV Quận 8 – Nam Sài Gịn đang trong
q trình hồn thiện. Tại Hà Nội trạm biến áp GIS 220kV Thành Cơng, cơng trình
đường cáp ngầm 220kV Hà Đông – Thành Công, trạm biến áp GIS 220kV Tây Hồ
cũng đã đưa vào vận hành. Ngoài ra tại một số nhà máy điện mới cũng sử dụng cáp
ngầm 220kV để đưa điện từ máy biến áp đầu cực ra trạm phân phối như: Cụm nhiệt
điện Vĩnh Tân, nhiệt điện Duyên Hải, thủy điện Huội Quảng.
Vì vậy việc nghiên cứu về các công nghệ lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng cũng
như u cầu về tính tốn mức độ ảnh hưởng của trường điện từ đối với người dân
sống xung quanh khu vực có đường dây cáp ngầm cao áp đã trở thành cần thiết và
cấp bách.

Page 3


Luận văn tốt nghiệp cao học

1.4. Cấu trúc cơ bản của cáp
Cấu trúc điển hình của cáp XLPE bao gồm những lớp được mô tả theo thứ tự
từ trong ra ngồi như sau:

Hình 1.1: Cấu trúc điển hình của cáp điện 230kV với cách điện XLPE
STT
1

Tên gọi
Lõi cáp
Conductor

Công dụng
Dẫn điện

Ghi chú
- Với tiết diện dưới 800 mm2 lõi gồm các sợi
đồng nhỏ, bện xoắn tròn.
- Với tiết diện từ 800 mm2 trở lên lõi gồm
nhiều múi, thường là 4 hoặc 5, 6 mỗi múi
gồm các sợi đồng nhỏ bện xoắn lại.
- Phần khe hở giữa các múi được lấp đầy
bằng vật liệu chống thấm nước theo chiều
dọc cáp.

Page 4


Luận văn tốt nghiệp cao học

2

Màn chắn Chống phóng - Vật liệu của lớp này là Polyethylene bán
điện cục bộ

lõi.

dẫn, có tác dụng làm giảm khả năng gây

Conductor

phóng điện cục bộ do bề mặt lồi lõm của cáp

screen

(tạo thành bới các sợi đồng nhỏ).
- Được ép đùn cùng lúc với lớp cách điện (3)
và lớp bán dẫn (4).

3

Lớp

cách Cách

điện XLPE

điện - Croos-linked Polyethylene (XLPE) là loại

chính của cáp

vật liệu cách điện có nhiều ưu điểm nổi bật.
- Chế tạo bằng công nghệ ép đùn.

Insulation

- Độ dày tối đa 16 mm
4

Màn chắn Giảm

thiểu Bao phủ bên ngoài lớp cách điện XLPE

cách điện

khả năng Ion Vật liệu là nhựa bán dẫn được đùn đồng tâm

Insulation

hóa trên bề và trịn.

screen

mặt chất cách - Được ép đùn cùng lúc với lớp cách điện (3)

điện

5

Lớp

băng Chống

bán dẫn
Semi

và lớp bán dẫn (2).
i-on - Vật liệu của lớp này là compound bán dẫn,

hố bề mặt có tác dụng làm giảm khả năng gây ion hoá
– cách điện

bề mặt lớp cách điện.

Conducting
Tape
6

Lớp chống Chống
thấm

nước Chế tạo từ vật liệu trưng nở và bão hoà nước

dọc thấm dọc theo khi gặp nước thấm vào ngăn được nước thấm

và lớp màn khe hở giữa dọc theo cáp.
chắn

kim lớp (4) và lớp Màn chắn kim loại được bện bằng sợi đồng

loại ở giữa
7

Vỏ
loại

hoặc nhơm. Có các sợi cáp quang nằm cùng

(7)

kim Bảo

vệ

cơ Ngồi cơng dụng bảo vệ cơ học cho cáp lớp

học cho cáp

vỏ kim loại này cịn đóng vai trị tản dịng
ngắn mạch khi có sự cố ngắn mạch xảy ra.
Vỏ kim loại cáp là loại bằng nhôm hoặc
nhôm gợn sóng.

Page 5

Luận văn tốt nghiệp cao học

8

Vỏ ngoài

Bảo vệ chung

- Làm bằng PVC hoặc PE.
- Có tác dụng bảo vệ lớp vỏ kim loại khỏi bị
tác động ăn mịn điện hố của mơi trường.
- Có thể phủ thêm 1 lớp chất bền nhiệt để
chống cháy vỏ cáp khi có hoả hoạn xảy ra
(thường áp dụng cho các đoạn cáp tiếp xúc
với khơng khí).

1.5. Cấu trúc của đầu cáp
Đầu cáp dùng để kết nối cáp lực với thiết bị điện khác như đường dây trên
không, thanh cái, biến điện áp, chống sét van….
Đầu cáp có cấu trúc rất phức tạp, để ngăn không cho các phần-lớp của cáp
tiếp xúc với môi trường ngoài mà vẫn đảm bảo cách điện tốt với vỏ-đất
1.5.1. Đầu nối ngồi trời
Hình 1.2 Là đầu nối ngồi trời cho cáp 230kV có hai loại, loại thứ nhất có
dạng hình nón và dựa trên sự suy giảm ứng suất của cao su cơ bản (EPR) với vỏ là
epoxy gọi là loại đúc sẵn – Pre fabricated type. Loại thứ hai có dạng ống măng sơng
cao su dựa trên Silicone gọi là loại khuôn Pre molded.

Page 6

Luận văn tốt nghiệp cao học

Hình 1.2: Đầu nối ngồi trời. (Outdoor terminations)
- Đầu nối ngồi trời nằm trong mơi trường phức tạp, chịu sự tác động của
bụi, hơi ẩm và hóa chất. Tùy theo mức độ ơ nhiễm để lựa chọn chiều dài cách điện
chính.
- Dựa theo IEC 60815 để lựa chọn cách điện với ô nhiễm cụ thể:
Mức độ ơn nhiễm

Chiều dài đường dị danh định nhỏ nhất

(Pollution lever)

(Minimum nominal specific creepage distance)

Nhẹ

16 mm/kV

Trung Bình

20 mm/kV

Lớn

25 mm/kV

Rất Lớn

31 mm/kV

Ví dụ:
Điện áp định mức (Rated Voltage)

230kV

Điện áp cực đại (Max. Voltage)

245kV

Điện áp xung (BIL)

1050kV

Chiều cao lớn nhất

3500mm

Khối lượng lớn nhất

900kg

Tổng chiều dài đường dò lớn nhất

8400mm

Page 7

Luận văn tốt nghiệp cao học

1.5.2. Đầu nối vào thiết bị GIS
- Đầu nối được chế tạo kích thước theo các chuẩn có sẵn của trạm GIS
- Đầu cáp được gắn vào cáp trước khi cắm vào khoang khí SF6 của trạm
GIS.
- Đầu nối dạng SF6 dựa trên sự suy giảm ứng suất của cao su cơ bản với vỏ
là chất epoxy, Các thành phần cách điện chính được thử nghiệm và kiểm tra trước
khi gắn vào đầu cáp.

Hình 1.3 Cấu Tạo đầu cáp gắn vào trạm GIS
Điện áp định mức (Rated Voltage)

230kV

Điện áp cực đại (Max. Voltage)

245kV

Điện áp xung (BIL)

1050kV

Chiều cao lớn nhất

620mm

Khối lượng lớn nhất

280kg

Page 8


Luận văn tốt nghiệp cao học

1.5.3. Đầu nối vào máy biến áp có thùng dầu tại vị trí gắn cáp:

Hình 1.4: Tồn bộ các phần tính từ chân đế sẽ được ngâm trong khoang dầu
chứa sứ xuyên các pha của máy biến áp
1.6. Cấu trúc của các thiết bị khác trên toàn tuyến cáp
1.6.1. Cấu trúc hộp nối giữa
- Hộp nối cáp được sử dụng trong trường hợp phải nối các đoạn cáp với
nhau, việc phân bổ các đoạn cáp đối với đường cáp ngầm dài sẽ được giải thích ở
chương sau.
- Có 1 số dạng hộp nối như sau:

Hình 1.5: Hộp nối giữa - Joints

Page 9


Luận văn tốt nghiệp cao học

1.6.2. Hộp nối chuyển đổi
- Hộp nối cũng có loại để dùng nối giữa 2 loại cáp khác nhau nhưng phải
cùng cấp điện áp.
- Thông thường người ta dùng để nối cáp cách điện dầu với cáp cách điện
đùn.Thành phần cơ bản là 1 hộp nối với 1 đầu là đầu nối chặn có cách điện giấy tẩm
dầu thường có miệng loa epoxy và đầu kia là đầu nối dạng chế tạo sẵn.

Hình 1.6: Hộp nối chuyển đổi – Transition Joint
1.6.3. Hộp nối tiếp đất
- Hộp nối này thường sử dụng tại các vị trí đầu cuối và để dễ dàng kết nối
với vỏ bọc kim loại của cáp cũng như để giới hạn quá điện áp cảm ứng đi qua vỏ
bọc kim loại gây ra bởi điện áp xung khi đóng cắt máy cắt hoặc có dịng ngắn mạch.

Hình 1.7: Hộp nối tiếp đất - Link box for earthing
1.6.4. Hộp nối đảo pha vỏ cáp
- Với đường cáp dài, người ta sử dụng cách đảo pha vỏ cáp. Mục đích của
cách thức này sẽ trình bày cụ thể ở chương sau.

Page 10


Luận văn tốt nghiệp cao học

Hình 1.8: Hộp nối đảo pha vỏ cáp - Link box for cross bonding
1.6.5. Thiết bị giới hạn điện áp vỏ
- Thiết bị giới hạn điện áp vỏ cáp chính là loại chống sét van ZnO không khe
hở.
1.6.6. Chống sét van
- Chống sét van được lắp ở 2 phía cuối-đầu cáp để bảo vệ quá điện áp cho
toàn tuyến cáp.

Page 11


Luận văn tốt nghiệp cao học

CHƯƠNG 2
CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT KHI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CÁP NGẦM
CAO ÁP 220KV
2.1. Giới thiệu chung
Tại thời điểm hiện nay công nghệ chơn, lắp đặt cáp đã có những tiến bộ vượt
bậc do có sự trợ giúp của các máy móc hiện đại như máy kéo, máy đẩy, robot khoan
ngầm do đó làm tăng tính sử dụng của hệ thống cáp ngầm như:
- Dễ dàng lắp đặt và đấu nối.
- Thân thiện với môi trường và người dùng.
- Giảm giá thành lắp đặt.
- Giảm hoặc không tốn giá thành bảo dưỡng.
- Chất lượng cơng trình đều đạt tiêu chuẩn kỹ thuật.
Cần phải cân nhắc đến các yếu tố sau đây:
- Khi đặt cáp, cần cân nhắc đến vấn đề cơ khí đường dây. Ngoại trừ khía
cạnh về điện và nhiệt của việc thiết kế đường dây cáp, người ta cần phải cân nhắc
đến ảnh hưởng về cơ khí và nhiệt trong quá trình kéo căng dây cáp và lắp đặt cũng
như vận hành.
- Sự ăn mịn dây cáp có thể đến từ các nguồn như hóa học, điện hóa, và từ
các vi khuẩn khử gốc sunphat. Chính vì vậy cần đặc biệt chú ý khi thiết kế cáp
ngầm qua những vùng có độ ăn mịn cao như nhà máy hóa chất, nhà máy điện phân
hay những vùng có nguồn ăn mịn cao.
- Ảnh hưởng của môi trường. Một số cách đặt cáp như là đặt cáp trong
đường ống thường có những trở ngại đặc biệt là khi lắp đặt ở vùng cạnh đường dây
cao áp, bờ biền, hầm mỏ, địa hình tự nhiên phức tạp.
Thơng thường có một số cách đặt cáp ngầm như trong hình vẽ. Đối với mỗi
phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm nhất định. Do vậy tùy theo điều
kiện và yêu cầu cụ thể mà nhà đầu tư sẽ quyết định chọn hình thức lắp đặt nào.

Page 12

Luận văn tốt nghiệp cao học

Cáp chôn trong ống và được đặt theo mặt

Cáp chôn trực tiếp trong đất. hoặc trong

phẳng ngang

mương theo mặt phẳng ngang

Cáp đặt trên khay đỡ trong hầm khơng khí

Hình 2.1: Một số cấu hình đặt cáp cơ bản

Hình 2.2: Một số hình ảnh về quá trình lắp đặt cáp ngầm cao áp

Page 13


Luận văn tốt nghiệp cao học

2.2. Các kỹ thuật thi công
Phương pháp chôn cáp trực tiếp chỉ được sử dụng với cáp ngầm 220kV dưới
đáy biển, đối với cáp 220kV trên mặt đất thường áp dụng các phương pháp sau:
2.2.1. Các kỹ thuật đặt cáp trong mương cáp
Phương pháp đặt cáp này thông thường được dùng trong các vùng đô thị vì
nó có đặc điểm là có cấu trúc cơ khí tốt, bảo vệ tốt cho cáp đối với những tác động
cơ khí.
Độ sâu của mương đặt cáp:

Độ sâu của mương đặt cáp phụ thuộc vào từng loại cáp và từng cấp điện áp
khác nhau, khi tính tốn độ sâu của mương cáp ngoài những yếu tố ảnh hưởng của
tác động cơ học từ mặt đất đến cáp thì phải lưu ý trường hợp khi mương cáp không
thể chôn sâu được cần phải đặc biệt chú ý tác động của lực động điện khi có xảy ra
ngắn mạch. Một số qui định như sau:
- Nơi công cộng: 1,40m
- Trong các trạm điện, hoặc nhà máy điện: 0,80m
Thơng thường thì người ta phải nêm chặt sau mỗi lớp cách dầy khoảng 20cm
để đảm bảo rằng mặt sàn và đất cát được nêm chặt.
Độ rộng của rãnh chôn cáp:
Độ rộng phụ thuộc và phương pháp đặt cáp và khoảng cách giữa các pha phụ
thuộc vào cấp điện áp, dòng điện cần phải truyền tải. Độ rộng của rãnh chôn cáp sẽ
tăng lên tỷ lệ thuận với các yếu tố sau:
- Khoảng không gian cho người làm việc.
- Số mạch đường dây cùng đặt trong một mương cáp
- Cần thêm lớp gạch chịu lực của mương
2.2.2. Các kỹ thuật đặt cáp trong ống dẫn nhựa HDPE chơn ngầm
Phương pháp đặt cáp này có ưu điểm cơ bản so với các phương pháp chôn
cáp khác đó là: thơng thường là những cơng việc kỹ thuật xây dựng có thể được làm
trước khi đặt, kéo cáp, do đó có thể tránh được các vấn đề đào, lấp mương cáp trong
thời gian dài, điều này làm giảm những ách tắc giao thông, hoặc những bất tiện cho
vùng dân cư đơng đúc như các vùng đơ thị.
Hình 2.3 mô tả chi tiết mặt cắt ngang của kỹ thuật chơn cáp trong ống dẫn điển hình

Page 14


Luận văn tốt nghiệp cao học

Hình vẽ 2.3: Mặt cắt ngang của kỹ thuật chôn cáp trong ống dẫn

Phương pháp này có thể đáp ứng các yêu cầu sau:
- Giới hạn thời gian lắp đặt cáp
- Hiệu quả trong việc chống các va chạm cơ khí cho cáp, đặc biệt là những
vùng phải chịu nhiều tải cơ khí, hoặc những vùng chịu độ rung lớn
- Tránh được việc phải đào bới lại rãnh đặt cáp khi tiến hành thay dây dẫn
Phương pháp này thường dùng cho cách đặt cáp theo mặt phẳng ngang, đối
với các hệ thống cáp với cấp điện áp 220kV và 400kV, hoặc những đoạn cáp phải đi
xuyên qua đường.
Độ sâu của mương đặt cáp đối:
Một số qui định như sau:
- Nơi công cộng: 1,50m
- Trong các trạm điện, hoặc nhà máy điện: 0,90m
Thường yêu cầu một khoảng bê tơng có độ dầy tối thiếu là 10cm xung quanh
ống và đất cát được nêm chặt rãnh đặt cáp.
Độ rộng của rãnh chôn cáp:
Độ rộng phụ thuộc chủ yếu vào đường kính ngồi của ống nhựa dùng để đặt
cáp cũng như khoảng cách cần cho:
- Việc lắp đặt các ống: yêu cầu 4cm để lấp đầy bê tông giữa các ống.
- Cần khoảng rộng 4cm ở cả hai mặt của mương cáp để thêm lớp gạch chịu
lực của rãnh cáp.
Khoảng cách các dây cáp đặt gần nhau
Khoảng cách này phụ thuộc vào việc tính tốn ảnh hưởng nhiệt độ dùng để
tính tốn cơng suất truyền tải của mỗi dây. Trong thực tế, khoảng cách tối thiểu giữa
hai dây cáp đặt gần nhau là 70cm.

Page 15


Luận văn tốt nghiệp cao học

Yêu cầu đối với việc lắp đặt ống nhựa:
- Bán kính cong của ống nhựa phải lớn ít nhất 20 lần đường kính ngồi của
ống.
- Các ống phải giống hệt nhau về kích thước và chất liệu.
Một cỡ cáp hợp lý để chạy qua ống thì chiếm khoảng 80% đường kính trong của
ống nhựa.
2.2.3. Các kỹ thuật đặt cáp trong hầm khơng khí
Phương pháp này được áp dụng khi có yêu cầu xây dựng và lắp đặt một vài
mạch đường dây cáp ngầm cao áp cùng chạy trên một đoạn đường..
Các ưu điểm:
- Có thể đặt một vài đường dây cáp trong một khoảng không gian giới hạn
mà không giảm khả năng truyền tải của mỗi đường dây do ảnh hưởng của nhiệt độ
qua lại của các đường dây cáp với điều kiện là hầm phải được thơng khí, hoặc là có
hệ thống quạt thơng gió
- Có thể lắp đặt nhiều đường dây cáp ở nhiều thời điểm khác nhau
- Công việc sửa chữa và bảo dưỡng cáp đượng thực hiện ngay trong hầm
khơng khí.
Các nhược điểm
- Giá thành xây dựng cao (chống thấm nước, thơng gió, cơng việc làm sàn,
giá đỡ cáp);
- Cần cân nhắc vấn đề chống hỏa hoạn.
Các loại hầm cáp điển hình: Việc thiết kế hầm cáp phải tuân theo các giá trị
tối thiểu sau đây:
- Chiều cao tối thiểu 2m, (với bất cứ độ rộng nào)
- Khoảng trống rộng tự do 0,90m (tính từ hai phía đối với tâm cáp) dùng để
lắp đặt và gắn cáp, sửa chữa, bảo dưỡng;
- Có ít nhất hai lối vào ra với kích thước tối thiểu là 1,5mx1,0m (với bất cứ
chiều dài nào) và khoảng cách tối thiểu giữa hai ống thơng gió là 100m với diện tích
mặt cắt tối thiểu là 0,90mx0,90m để đảm bảo an tồn cho cơng nhân có thể thốt
hiểm trong trường hợp có sự cố.

Page 16