Chương I : Giới thiệu Chương II : Tổng quan. Chương III : Phương trình giải thuật tổng trở. Chương IV : Mô hình hóa hệ thống và kết nối mô hình. Chương V : Kết nối thực nghiệm.
Chương VI : Kết luận và hướng phát triển. 13 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH CHƯƠNG II: TỔNG QUAN Giới thiệu cáp ngầm điện lực và ưu nhược điểm. Hệ thống điện ngày càng phát triển và song hành với nó cũng là sự phát triển của hệ thống cáp ngầm điện lực khi yêu cầu về độ an toàn cho người, đường dây, yêu cầu cấp điện liên tục và chất lượng điện năng ngày càng gia tăng. Nhất là khi để đảm bảo an toàn của hệ thống điện, hay tại các công trình thì không thể dùng đường dây trên không như các đường dây vượt biển, vượt sông, các đường dây điện trong các thành phố đông dân cư.1 Cấu tạo cáp ngầm điện lực Cáp ngầm điện lực có nhiều loại cấu hình cấu tạo khác nhau.Khi một sợi cáp được đưa đặt dưới đất, cách điện càng phải tốt hơn nhiều so với đường dây trên không.Vì dòng điện trong tự nhiên có xu hướng quay trở về đất và vì thế dây dẫn cần phải có cách điện tốt để giảm thiểu tổn thất điện năng.
Chính điều này đã làm cho kết cấu của cáp ngầm điện lực phức tạp hơn đường dây trên không rất nhiều. Kéo theo sự gia tăng chi phí trong việc chế tạo sản xuất cáp ngầm điện lực. Nhìn chung cấu tạo cáp ngầm điện lực bao gồm các thành phần cơ bản sau: 2.1 Dây dẫn điện. Dây dẫn điện hiện nay vẫn được làm chủ yếu nguyên liệu là đồng.
Dây dẫn được làm với nhiều định dạng khác nhau như bện, dây đặc, rẽ quạt. Dây dẫn điện có hình dạng như thế nào là phụ thuộc vào nhu cầu và giá thánh có thể đáp ứng được. Nhôm cũng được dùng làm dây dẫn điện bởi đặc tính nhẹ hơn và dễ thao tác hơn đối với các sợi cáp lớn. Thêm một điểm quan tâm nữa là khi nối cáp nhôm phải đảm bảo rằng không có oxit nhôm trên bề mặt tiếp xúc, điều này không cần thiết khi nối dây dẫn điện bằng đồng hay đồng thau.
14 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH Hình 2.1: Dây dẫn bằng đồng.2 Chất cách điện. Trong công nghiệp chế tạo cáp ngầm hiện nay có rất nhiều loại chất cách điện khác nhau được sử dụng, các chất liệu được thường sử dụng làm chất cách điện trong sản xuất cáp ngầm là cách điện bằng sử dụng giấy cách điện hoặc tôt hơn là bằng XLPE. Cách điện bằng XLPE XLPE (Cross-linked polyethylene) là loại cách điện thông dụng nhất trong việc chế tạo cáp ngầm hiện nay. XLPE với lợi thế có cường độ điện môi cao, sức bền cơ học tốt và đặc tính không hút ẩm với khả năng ổn định nhiệt độ trên một dãy nhiệt độ rộng.
XLPE không có điểm nóng chảy rõ ràng và có thể duy trì độ đàn hồi ở nhiệt độ cao do đó cho phép có khả năng mang dòng điện lớn hơn, có khả năng quá tải, khả năng chịu đựng ngắn mạch khi so sánh với cáp ngầm điện lực cách điện bằng giấy tẩm dầu. 15 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH Cáp ngầm điện lực XLPE có phần cách điện dày hơn so với cáp ngầm điện lực giấy tẩm dầu. Kết quả là cáp XLPE thường có đường kính cáp lớn hơn và chiều dài cáp thường ngắn hơn một ít khi chứa trong cùng một cuộn cáp khi so sánh với cáp ngầm khác.2: Cấu tạo cáp ngầm điện lực dùng cách điện XLPE Cách điện bằng giấy tẩm dầu. Giấy tẩm dầu, giấy cách điện cáp ngầm điện lực được áp dụng tại tất cả các cấp điện áp hoạt động.
Đây là chất cách điện được dùng đầu tiên cho cáp ngầm điện lực khi công nghệ vật liệu chưa phát triển.Trong vấn đề vận hành lưới điện cáp ngầm giấy tẩm dầu yêu cầu bảo trì bảo dưỡng liên tục và yêu cầu kỹ thuật cao trong vận hành nên ngày nay chúng ít được dùng cho các công trình mới. Giấy cách điện thường được sử dụng trong quá trình sản xuất cáp hạ thế, cáp trung thế, cáp điện thoại, dùng làm lớp lót trong quá trình sản xuất máy biến áp. Hiện tại, nhu cầu sử dụng giấy cách điện có định lượng nhỏ hơn 150 g/m2 các loại vào khoảng 500 tấn/năm.Các loại tấm ép cách điện vào khoảng 1500 tấn/năm. Giấy làm từ xơ sợi xenluylô trở thành vật liệu cách điện tốt sau khi được sấy khô kiệt hoặc ngâm 16 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH tẩm bằng các chất lỏng có độ cách điện cao.
Giấy có khả năng thẩm thấu tốt các chất lỏng cách điện tạo ra vật liệu cách điện đồng nhất và có độ cách điện cao.3: Thông số kỹ thuật giấy cách điện.3 Màn bảo vệ Có hai loại màn bảo vệ khác nhau trong cáp ngầm điện lực. Màn bảo vệ cho từng dây dẫn điện (Sheaths) và màn bảo vệ cho cả dây cáp điện (screening). Trước đây, chì và các hợp kim chì được dùng để chế tạo màn bảo vệ cáp ngầm bởi sự dẻo dai và khả năng chống ẩm của hợp chất chì. Tuy nhiên, ngày nay màn bảo vệ cáp được sản xuất từ vật liệu nhôm và các hợp kim nhôm bởi giá thành sản xuất rẻ hơn trong khi vẫn đảm bảo tốt yêu cầu kỹ thuật.
17 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH Màn bảo vệ có nhiệm vụ bảo vệ dây dẫn và cách điện bên trong chống lại các tác động cơ học từ bên ngoài hay sự thâm nhập của hơi ẩm hay nước thâm nhập vào sợi cáp ngầm. Ngoài ra, các màn bảo vệ được nối đất qua hệ thống tiếp đất sẽ tạo thành chiếc lồng Faraday có tác dụng bảo vệ dây dẫn khỏi các tác động nhiễu điện từ ở bên ngoài và đồng thời giảm thiểu tác động của trường điện từ do dòng điện chạy bên trong dây dẫn ra môi trường bên ngoài. Đây là lý do chính khiến khoảng cách đảm bảo an toàn của cáp ngầm nhỏ hơn nhiều so với đường dây trên không có cùng cấp điện áp.4 Vỏ cáp Vỏ cáp có nhiệm vụ rất quan trọng trong việc bảo vệ cáp ngầm khỏi những hư hại cơ học do đào hay cuốc trúng dây cáp ngầm, do sụt đất hoặc rung động quá mức chịu đựng, các cáp ngầm điện lực được phủ một hoặc hai lớp thép mạ kẽm, lớp lưới đan từ thép mạ kẽm, cuộn xoắn tròn quanh cáp ngầm bằng thép mạ kẽm quanh sợi cáp ngầm. Giáp bọc bằng sợi thép mạ kẽm được dùng nhiều nhất do cấu trúc rất linh hoạt mà nó mang lại, dễ dàng lắp đặt và hiệu quả hơn ở những nơi có khả năng bị kéo căng theo chiều dọc theo thân cáp ngầm trong lúc hoạt động.
Bên cạnh đó, tổng diện tích mặt cắt ngang của giáp sợi thép có xu hướng lớn hơn khi so với tổng diện tích mặt cắt ngang của giáp bằng tấm thép có bảo vệ cơ học tương đương và do đó giáp sợi thép sẽ cho ra mức tổng trở nhỏ hơn khi giáp được nối đất.2 So sánh giữa cáp ngầm điện lực và đường dây trên không Khi tiến hành xây dựng một hệ thống đường dẫn điện mới, người thi công sẽ cân nhắc nhiều yếu tố để so sánh từ đó đi đến quyết định sẽ lựa chọn đường dây trên không hay là đường dây cáp ngầm. Dưới đây sẽ so sánh các đặc điểm của hai loại đường dây mang điện này sẽ đưa ra cái nhìn tổng quang và cụ thể hơn khi lựa chọn loại đường dây tùy theo yêu cầu thực tế. 18 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH 2.1 Ưu điểm của cáp ngầm điện lực Trong khi các đường dây điện trên không phải chịu sự ảnh hưởng từ các tác nhân bên ngoài như mưa gió, bão, thời tiết, kể cả con người thì các đường dây điện ngầm được chôn ngầm có thể tránh được những tác động đó. Xét trên khía cạnh kinh tế thì nếu như các đường dây điện trên không phải tốn một phần quỹ đất đền bù do hệ thống cột đỡ thì với cáp ngầm có thể đưa ngầm dưới đất qua các vùng đông dân cư hoặc các vùng mà giá đền bù cao hoặc có khả năng gây ô nhiễm môi trường hay các vùng yêu cầu tính thẩm mỹ cao.
Các đường điện ngầm dưới đất hay dưới nước là lựa chọn ưu việt khi phải băng qua các con sông. Bên cạnh đó, cáp ngầm được thiết kế với sự bao bọc xung quanh nó là các lớp cách điện bằng kim loại nên đã hạn chế đi rất nhiều ảnh hưởng của từ trường đến các vùng xung quanh dây dẫn. Nếu như đường dây truyền tải trên không cần đến vùng rộng từ 20 đến 200 mét trong quá trình lắp đặt cũng như dùng làm hành lang an toàn trong quá trình vận hành, bảo trì bảo dưỡng đường dây. Thì đối với cáp ngầm chỉ yêu cầu điện tích chỉ từ 1 đến 10 m (tối đa 30 m đối với đường dây 400 KV) trong quá trình thi công lắp đặt trong suốt quá trình hoạt động.Cùng với đó là không phải đáp ứng các yêu cầu về an toàn hành lang chiều cao, cũng như ít bị phá hoại, trộm cắp hạn chế các tác nhân ngoại lực gây ra.2 Nhược điểm của cáp ngầm điện lực Bên cạnh các ưu điểm kể trên, cáp ngầm điện lực có những khuyết điểm khi so sánh với đường dây trên không.
Do những ưu điểm về độ bền cũng như độ tin cậy cáp ngầm điện lực sẽ có giá thành cao hơn rất nhiều lần đường dây trên không, giá thành đường dây tính theo thời gian phục vụ của cáp ngầm thì mắc hơn đường dây trên không từ 2 đến 4 lần. Đặc biệt đối với các khu đô thị, đường cáp ngầm thường đắt gấp 10 lần khi so sánh với đường dây trên không. Trong quá trình vận hành, đường dây cáp ngầm thường phải thiết kế các tuyến đường dây dự phòng để đề phòng sự cố vì nếu như đường dây trên không có thể được sửa chữa điểm sự cố trong vòng vài giờ thì đối với đường dây cáp ngầm phải mất vài 19 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH ngày đến cả tuần lễ cho việc khắc phục sự cố trên đường dây. Chính điều này nên, đây cũng là một trong những nguyên nhân làm tăng chi phí thiết kế và lắp đặt các đường dây cáp ngầm.
Đường dây trên không có thể dễ dàng nâng cấp khi thay đổi khoảng không hành lang bảo vệ tuyến dây và các trụ mang điện để tăng công suất mang điện.