Bảo trì hệ thống và thiết bị điện: Phần 2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:192

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nối tiếp phần 1, phần 2 của tài liệu "Bảo trì hệ thống và thiết bị điện" tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Cáp và các phụ kiện; Tủ đóng cắt trung áp, máy cắt và rơle bảo vệ; Tủ đóng cắt và máy cắt hạ áp; Động cơ và máy phát điện; Hệ thống nối đất và đo điện trở nối đất; An toàn trong vận hành và thử nghiệm thiết bị điện. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bảo trì hệ thống và thiết bị điện: Phần 2

Chương 6 Cáp và các phụ kiện Cáp đóng vai trò rất quan trọng trong việc truyền dẫn năng lượng và tín hiệu điện từ. Các đặc tính vế điện, cơ lý và môi trường là các yếu tố chủ yếu trong việc lựa chọn và sử dụng cáp trong truyền tải và phân phôi điện. Đầu nôì và việc nôì các loại cáp khác nhau đòi hỏi phải được thực hiện một cách thận trọng vì chúng ảnh hưởng quyết định tới tuổi thọ của hệ thông cáp. Chương này trưốc tiên đề cập đến cấu tạo của các loại cáp, các đặc tính điện, cơ, khả năng tải của cáp. Tiếp theo sẽ trình bầy việc lựa chọn, lắp đặt, bảo dưổng thử nghiệm cáp. Cuối cùng sẽ trình bầy các phương pháp định vị hư hỏng cáp. 6.1. CẤU TẠO VÀ PHẢN LOẠI CÁP Các loại cáp đểu gồm 3 bộ phận chính là lõi thường là dây đồng hoặc nhôm, tiếp theo là lốp cách điện và điểu chỉnh điện trường, ngoài cùng là lớp vỏ bảo vệ. 6.1.1. Vật liệu dẫn điện đồng nhôm Đồng là vật liệu chủ yếu để sản xuất cáp. Đồng nguyên chất được tinh chế bằng điện phân có điện trở suất bằng 0,62 điện trở suất của nhôm nhưng tỷ trọng hơn nhôm 3 lần. Bảng 6-1 cho các tính chất cơ và điện chủ yếu của đồng và nhôm. Bảng 6.1. Tinh chát cơ lý cùa đồng và nhôm Tinh chất cơ lý Đồng (Cu) Nhôm (AI) Tỷ trọng (kg/dm3) 8.9 2.7 Điện dẫn suất à 20°C (m/Qmm2) 56 35 Điện trở suất ở 20°C (ílmm2/m) 0,0178 0,0286 Điểm nóng chảy (°C) 1083 658 Hệ sỏ' nhiệt điện trở giữa 1°c và 100°C (°K‘) 0,0038 0.0040 Hệ số giãn nở trung binh giữa 1°c và 100°C (mm/m°K) 0,017 0 0024 Mật dộ dòng điện giới hạn nhiệt (A/mm2) 154 102 Mật độ dòng điên nóng chảy (A/mm2) 3060 1910 MÔ đun đàn hồi Young N/mm2 110.000 65.000 162
6.1.2. Các loại dây dẫn Trong hệ thống phân phôi điện thường dùng các loại dây dẫn sau đây: - Dây cứng: dây một sợi. - Dây bện: gồm nhiều sợi bện lại. Cáp công nghiệp thường được phân loại thành các cấp sau đây: - Cấp B: dùng cho điện áp đến 600V, 5kV và 15kV. Số sợi bện từ 19 hoặc 26. - Cấp c và D sử dụng cho các mục đích cần cáp mềm hơn. Cáp cấp c có 37 sợi, cấp D có 61 sợi. - Cấp G và H là cấp cáp mềm nhất. Cấp G có 133 sợi, cấp H có 259 sợi. Ví dụ sử dụng cho cáp hàn hoặc cáp di động. 6.2. CÁCH ĐIỆN CÙA CÁP Ta thường phân chia cách điện của cáp theo nguồn gốc vật liệu: - Giấy - Vải sợi - Amiăng - Cao su - Khoáng chất - Teflon 6.2.1. Giây cách điện. Giây cách điện là vật liệu cảch điện phổ biến. Giấy được quấn nhiều lớp quanh lõi, có thể làm việc ỏ điện ảp lOkV hoặc cao hơn. Giấy thường được ngâm tẩm dầu cách điện. 6.2.2. Vải sợi. Là vật liệu cách điện có nguổn gốc thiên nhiên có hằng số điện môi cao, tổn hao điện môi thấp, độ bền cơ học cao, nhiệt độ làm việc 85°c ồ 5kV và 77°c ở 15kV. 6.2.3. Amiâng. Là vật liệu cách điện chịu nhiệt tốt, được sử dụng ỏ nơi có nhiệt độ môi trường cao. 6.2.4. Cao su. Cao su là vật liệu cách điện tốt, đàn hồi, dễ xử lý, chịu ẩm - Cao su nhân tạo có đặc tính cơ lý và điện tốt hơn cao su tự nhiên. 6.2.5. PVC. PVC là vật liệu cách điện dẻo, đàn hồi có đặc tính cơ và điện tốt, thường được sử dụng với điện áp tới 600V, nhiệt độ làm việc cực đại 60°C. 163
6.2.6. PE. PE ỉà vật. liệu cách điện déo, nóng chây ở nhiệt độ thấp 110°C, hệ số dàn nỏ nhiệt cao, dặc tính cơ, diện tôi, chịu ám, giá thành hạ. Nhiệt, độ làm việc 75()c, t hường được sứ dụng cho cáp hạ áp và trung áp. 6.2.7, Cao su Silicon. Là vật liệu cách diện có khâ nàng chịu lửa, ozôn và vầng quang nhiệt độ làm việc 125(1C nhưng độ bến cơ học kém. 6.2.8. PE liên kết ngang. Là vật. liệu cách điện có dặc lính diện rất. tốt, chịu ẩm và tác nhân hoá học. Nhiệt độ nóng cháy thấp 90°C, nhiệt độ chịu ngắn mạch 250°C. Được siì dụng cho cáp điện áp tói 35kV. 6.2.9. Cách diện khoáng chất. Gồm các vật liệu cách diện có nguồn gốc khác nhau thương là mica, ôxit manhê... Được sử dụng cho nhiệt dộ làm việc 85{1C nhưng cũng có thể chịu được nhiệt độ tói 250°C. 6.2.10. Teflon. Teflon là vật liệu cách diện hữu cơ có đặc tính điện, cơ tôi. Chịu ẩm và tác nhân hoá học, chịu dầu. Được sứ dụng tới nhiệt, độ 200(lC. 6.3. CẤU TẠO CỦA CÁP - Cáp hạ áp (dưói 2kV) thường gồm có lõi dẫn diện ỏ tâm và được bao quanh bổi chất, cách điện và có thế có vó bào vệ bên ngoài. - Cáp trung áp (2-3õkV) da số có màn chán, tuy vậy cáp trung áp dưới 6kV có thể không có màn. Cáp có màn chắn được phân chia thành 2 loại: Loại cáp chôn trực tiếp và loại cáp có màn kim loại. Cáp trung tính tập trung (hình 6. la) gổm lõi dẫn, cách điện bán dẩn, trung tính và vó. Cáp có màn kim loại (hình 6.1b) gồm lõi dẫn, lởp cách điện bán dẩn, màn kim loại và vỏ. Mục đích của lởp màn bán dẫn là cân bằng gradient điện áp qua khe hở không khí giữa lõi dần và màn do đó giám thiểu sự phóng điện vầng quang. _ 1 Trung tinh Bán dân cảch diên a) Dây dẩn vỏ Hình 6.1 a. Cáp trung tính tập trung; b. Cáp trung àp có màn. 164
Lớp bán dẫn cũng có mục đích tương tự lớp màn dùng để cân bằng điện trường trong cáp, loại bỏ được các điểm có điện thế cao trong cáp, do vậy tăng tuổi thọ và *0 tin cậy của cáp. Hình 6.2 nêu rõ sự phân bô' điện thê khi có lớp bán dẫn và trong trường hợp không có lớp bán đẫn. Lổp màn thường gồm băng lá đồng mỏng quấn quanh cách điện và bán dẫn tạo nên lớp màn liên tục dọc theo chiểu dài cáp.. Lớp màn này rất cần thiết đôì vởi cáp trung áp và cao áp nhằm mục đích: - Ngăn ngừa phóng điện vầng quang. - Giới hạn trường điện môi bên trong cáp. - Giảm điện áp cảm ứng. - Phân bố điện áp đều. Vỏ cáp nhằm bảo vệ cơ học có thể là vỏ chì, vỏ bọc thép, yỏ nhôm. Có loại vỏ phi kim loại gồm các vỏ chất dẻo PVC, PE, Hyplon, Neopren. 6.4. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CÁP 6.4.1. Đặc tính hỉnh học Xét cấu tạo cáp hình 6.3 trong đó s là khoảng cách giữa các pha, T là chiểu dày cách điện của dây dẫn, L là chiều dày của băng cách điện. Hình 6.3. Đặc lính hình học của cáp ba pha. 165
6.4.2. Điện trỏ Điện trồ xoay chiều của cáp gồm điện trố một chiều và thành phần điện trỏ do hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng ở gần. Điện trở của cáp vỏ kim loại tăng lên đo các tổn hao công suất trong lõi và trong vỏ. Điện trở một chiếu ở 20°C và A là tiết diện dây dẫn tính bằng mm2 cho bỏi biểu thức: ■ 18 5 Với cáp đồng R = - 7"(n/km) A 29 ,4 Với cáp nhôm R = —’Ỷ—; (n/km) . 32 3 Với cáp hợp kim nhôm R = * (íl/km) A t Đôì với cáp tiết diện nhỏ hơn 50mm2 có thể bỏ qua ảnh hưởng của hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng ở gần. 6.4.3. Điện kháng thứ tự thuận Điện kháng thứ tự thuận của cáp bện ba lõi vỏ sắt ở tần số f - 50Hz được cho trong bảng 6.2. Điện kháng thứ tự nghịch x2 = Xị . Bảng 6.2. Điện kháng X| (thứ tự thuận) một pha cùa cảp bện ba lõi vỏ aắt Số lõi và tiết diồn u = 3,6kV u - 7,2kV u= 12kV u = 17,5kV U = 29kV dây dẫn (mm2j X, (n/km) X, (Q/km) Xt (Q/km) X1 (íì/km) Xi (Q/km) 3x6 0,120 0,144 - - - 3x10 0,112 0,133 0,142 • - 3x16 0,105 0,123 0,132 0,152 - 3x25 0,096 0,111 0,122 0,141 . 0,151 3x35 0,092 0,106 0,112 0,135 0,142 3x50 0,089 0,100 0,106 0,122 0,129 3x70 0,085 0,096 0,101 0,115 0,122 3x95 0,084 0,093 0,098 0,110 0,117 3x120 0,082 0,091 0,095 0,107 0,112 3x 150 0,081 0,088 0,092 0,104 0,109 3x185 0,080 0,087 0,090 0,100 0,105 3x240 0,079 0,085 0,089 0,097 0,102 3x300 0,077 0,083 0,086 - - 3x400 0,076 0,082 - - - 166
Tính toán tổng trồ thứ tự không của cáp rất phức tạp. vỏ bọc, chất độn, chất đất và các cấu trúc kim loại hấp thụ dòrig điện trung tính. Cấu tạo cáp và loại vỏ bọc có ảnh hưỏng tới dòng điện rò đo đó ảnh hưởng tới tổng trỏ thứ tự không. Ánh hưỏng của đưòng trả về của dòng điện trung tính đến tổng trỏ thứ tự không đặc biệt mạnh đốỉ với cáp có tiết diện nhỏ (dưới 70mm2). Nếu dòng điện trỏ về qua dầy trung tính thì Ro - R + 3RtMmg tính- Xo = (3,5 4- 4,0) Xp 6.4.4. Điện dung Điện dung của cáp phụ thuộc vào kiểu cấu trúc của cáp. Vối cáp bện điện dung làm việc cb = CE + 3Cg (hình 6.4a). Trong cáp SL, H và cáp một lõi không có điện dung giữa các pha, điện dung làm việc Cb bằng điện dung pha - đất CE (hình 6.4b và c). cfl = o CE * 0,6 cb C|J = Cg C b = CE a) b) c) Hình 6.4. Điện dung của các loại cáp khác nhau. 6.5. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN 6.5.1. Khả năng tải của cáp Khả năng tải của cáp tức là dòng định mức của cáp phụ thuộc vào: - Nhiệt độ cực đại cho phép. - Tổn hao công suất tổng trong cáp. - Điều kiện tản nhiệt. - Nhiệt độ môi trưòng. Nhiệt độ cực đại cho phép xác định theo nhiệt độ cực đại cho phép của hệ thống cách điện. Tuổi thọ của cáp dựa trên cơ sở giới hạn của hệ thông cấch điện cáp vào khoảng 30 năm. Tổng nhiệt độ môi trường xung quanh và độ tăng nhiệt trong hệ thống cách điện không được vượt quá nhiệt độ cho phép. Có 167
thể biểu diễn khả năng của dây nhôm, theo khả năng tải của dây đồng bằng hệ số chuyển đổi theo hệ số bằng / RC“Z trong đó RCu V /RAI < và RA1 là điện trở tương ,
Bảng 6.3. Nhiệt độ quá tài Bự cố của cáp cách điện cao BU Điện àp định mức Loại cáp Nhiệt độ làm việc max (ỌC) Nhiệt độ quả tải sự CỐ (0C) 600V PVC 60 .75 Butyl 90 125 Silicon 125 150 PE 75 .85 1-5kV PVC 75 85 Butyl 90 125 Silicon 125 150 15kV Butyl 85 105 Silicon 125 150 Quy định điện âp hệ thống dùng cho ho' trí lắp đặt cáp chưa đủ. Còn cần chỉ ra lại hệ thống sử dụng cáp. Ví dụ cáp 15kV dùng nôì đất cách điện pha-đất là 7 rr = 8,66kv, khi cáp ba pha không nôì đất chiều dầy cách điện dựa trên điện áp 15kV, cáp có đai làm việc ở điện áp 13,8 kV, hệ thông nối đất như hình 6.6. Mỗi cách điện dây dần chịu một nửa điện áp dây. Chiều dày của cách điện đòi hỏi là tổng của chiểu dày đai và cách điện dây dẫn: A = jyy_U8kV=20kv 1,73 2 B=-^~ =Ể,9kV Chiều dày cách điện đòi hỏi vói hệ thông điện áp 13,8kV nối đất là: A + B = 2,0 + 6,9 = 8,9kV 6.5.3. Dòng ngắn mạch định mức Các loại cáp có giới hạn nhiệt, quy định dòng điện ngắn mạch mà cáp có thể chịu được. Khi bị ngắn mạch nhiệt độ dây dẫn tăng rất nhanh. Nếu đây dẫn không có tiết diện đủ lớn có khả năng chịu đòng ngắn mạch thì sẽ bị nóng chảy, gây hư hỏng cáp. Vì lớp cách điện xung quanh lõi sẽ làm mát rất chậm saù khi 169
sự cố’ được loại bỏ nhiệt độ của cáp sau 10 giây không được vượt quá quy chuẩn cho phép. Các nhà sản xuất cáp đưa ra giá trị dòng điện định mức theo các kích cỡ cáp. Mọi cáp phải được kiểm tra theo dòng điện ngắn mạch định mức khi đó có thể gây nguy hiểm do cháy, nổ do đó nguy hiểm đối với ngưòi vận hành. 6.6. LỰA CHỌN VÀ sử DỤNG CÁP Để lựa chọn và sử dụng cáp đúng cần nắm vững câu tạo, các đặc tính cơ, điện, trị số định mức của cáp. Tuy nhiên còn cần chú ý đến các điểu kiện vận hành, tính chất tải, chế độ vận hành và bảo dưỡng. Trong mục này ta đê' cập đến việc chọn cáp cho hệ thôhg phân phôi và sử dụng điện. Có 5 yếu tố liên quan đến việc lựa chọn cáp đó là: - Điếu kiện lắp đặt. - Cấu tạo cáp. - Điện áp và dòng điện làm việc. - Kích cỡ cáp. - Các yêu cầu vế màn chồn. 6.6.1. Lắp đặt Cáp có thể bố trí trong nhà hoặc ngoài tròi tuỳ theo yêu cầu của hệ thông phân phôi điện. Việc bố trí cụ thể sẽ được đề cập trong mục sau. 6.6.2. Cấu tạo cáp Việc lựa chọn cáp cần xét đến cấu tạo của loại cáp dùng cho các mục đích khốc nhau, điểu kiện môi trường và bảo dưỡng, về phương diện này cáp nhôm cần được chú ý hơn cáp đồng. Lõi dẫn được chọn tuỳ theo câ'p lớp dây bện theo yêu cầu sử dụng. 6.6.3. Bố trí cáp Tuỳ theo yêu cầu sử dụng có thể sử dụng cáp một lõi hoặc cáp ba lõi. Mỗi loại có ưu và nhược điểm nhất định. Cáp một lõi dễ ho’ trí, dễ làm đầu nôì và cho phép tạo nên mạch cáp nhiều đưòng. Mặt khác cáp một lõi có điện kháng lán hơn điện kháng của cáp ba lõi. Cáp một lõi có màn có dòng điện màn chắn lớn nên cần thận trọng tránh quá nhiệt cáp. Cáp một lõi có ứng suất cơ do ngắn mạch lổn. Cáp ba pha có vỏ chung có điện kháng nhỏ nhất, sự phân bố ứng suất đều giữa các dây dẫn. Trong cáp ba pha khả năng có dây đất hoặc phân tách dây đất với cáp một pha đóng vai trò quan trọng vì dây đất trong cáp ba pha có tổng trỏ đất nhỏ nhất, tạo nên hệ thống nôì đất tốt. Tương tự việc phân tách dây đất riêng trong một ống dây tạo nên đường đất trồ về qua thiết bị hoặc cấu trúc thép. 170
6.6.4. Cách điện và vỏ ngoài Việc chọn cách điện và vỏ ngoài thưòng dựa trên kiểu láp đặt, nhiệt độ xung quanh, điểu kiện làm việc, loại phụ tải và các tiêu chuẩn khác. Ngoài ra còn cần chú ý tới những điều kiện bất thường như ăn mòn, nhiệt độ môi trưòng cao, có dầu ôzôn... 6.6.5. Điểu kiện vận hành Cách điện của cáp phải có khả náng chịu đựng ứng suất về điện trong điều kiện làm việc bình thường và không bình thưòng, do vậy việc lựa chọn cách điện cáp được phân loại theo 100, 133 hoặc 173 phần trâm mức cách điện. - 100% mức cách điện: cáp thuộc loại này được sử dụng trong hệ thống có bảo vệ rơle sự cố chạm đất khoảng 1 phút. Đó là hệ thống nốì đất. - 133% mức cách điện: cáp thuộc loại này được sử dụng trong hệ thống có bảo vệ rơle sự cố chạm đất trong 1 giờ. Đó là hệ thống không nốì đất. - 173% mức cách điện: cáp thuộc loại này được sử dụng trong hệ thống có thời gian cần thiết để khắc phục sự cố chạm đất không xác định. Khả năng tải của cáp phụ thuộc vào tính chất của tài, nhiệt độ môi trường. Khi cáp được đật trong ôhg dẫn nhiều sợi dồng điện tải không được vượt quá định mức. Khi tải biến thiên theo chu kỳ dòng điện tương đương được tính theo biểu thức. I là dòng điện không đổi trong một chu kỳ T là tổng thòi gian một chu kỳ t thời gian dòng điện không đổi 6.6.6. Chọn tiết diện cáp Tiết diện cáp được chọn theo 3 điều kiện: - Khả năng tải hay còn gọi là theo mật độ dòng điện. Mật độ dòng điện cho phép được cho trong bảng 6.4. - Điện áp rơi, đôì với hệ thống phân phôi điện áp rơi cho phép là 5%. - Dòng điện ngăn mạch cho phép. Cáp có khả năng chịu được ngắn mạch cho đến khi thiết bị bảo vệ như máy cắt, cầu chì tắc động. 171
Bảng 6.4. Mật độ dòng điện cho. phép (A/nun>> Loại dây dẫn T^aooogiờ T^x= 3000-5000giờ Tmax > 5000giở Cáp lõi đổng 3,5 3.1 2,7 Cáp lõi nhôm 1.6 1.4 1,2 A và AC 1,3 1,1 1 6.6.7. Màn chắn Việc ìựa chọn cáp trung áp cần quan tâm đến việc cáp có màn hay không. Màn chắn râ't quan trộng đôì với cáp trung áp. Việc sử dụng cáp có màn chắn cần chú ý: - Loại hệ thông cách điện. i- Hệ thống có trung tính nối đất hoặc không nôì đất. - Yêu cầu an toàn và độ tin cậy của hệ thôhg. Trong hệ thốhg điện không có màn chắn hoặc vỏ kim loại điệrì trường phân bổ một phần trong không khí và một phần trong cách điện. Nếu điện trường lớn như trường hợp trung áp hoặc cao áp sẽ có điện tích bể mặt và gây ra ion hoá các phân tử khí. Sự ion hoá không khí tạo nện ozôn có thể làm hư hại cách điện và vỏ cáp. Khi sử dụng cáp không có màn trong hệ thống không nôì đất sự hư hỏng cách điện hoặc lớp vỏ có thể do dòng điện rò tạo nên nếu bề mặt cáp ẩm, bám bẩn, muội hoặc lốp dẫn điện khác. Khi đặt cáp không có màn, sử dụng cáp vỏ phi kim loại điện trường bên ngoài đủ lớn đặt ra vấn đề an toàn cho người sử dụng, cần phải chú ý đến màn chắn đôì với cáp vỏ phi kim loại điện áp làm việc trên 2kV với điều kiện sau đây: - Có ống dẫn ẩm ướt. - Nôì với đưòng dây trên không. - Chuyển từ môi trường dẫn điện sang môi trường không dẫn điện. - Đất khô. - Môi trường bẩn chứa muôi, muội và các chất ô nhiễm khác. - Nơi yêu cầu an toàn với con người. - Nơi có nhiễu vô tuyến. Màn cách điện phải đưộc nối đất ít nhất ỏ một đầu và tốt nhất là nôi đất ở hai hoặc nhiều điểm. Màn cáp phải được nôì đất ồ tất cả đầu nôì. Đường nối đất phải có điện trỏ thấp để giữ cho màn gần với thế đất. 172
6.7. BÒ TRÍ CÁP 6.7.1. Đặt cáp Đốì vối cáp trong nhà ta có thể đặt trong ống (hình 6.7a) hoặc trên giá cáp (hình 6.7b). Cáp đặt ngoài trời có thể chôn ngầm hoặc treo trên không. Ngày nay có xu hưống chôn ngầm hệ thống cáp hạ áp trung áp. Tuy nhiên trong trường hợp này khó phát hiện chỗ cáp bị hư hỏng. Cáp chôn trực tiếp phải có vỏ bảo vệ tốt chịu được điều kiện khắc nghiệt của môi trường. Đôì với cáp ngoài trời cũng thường đặt trong rãnh cáp, trong ống tạo nên bảo vệ rất tốt về cơ và hoá. 6.7.2. Bán kính cong và lực kéo cáp Bán kính cong cực đại của cáp được cho trong bảng 6.5. Lực kéo tối đa cho phép của cáp được cho trong bảng 6.6. Bàng 6.5. Bán kính cong cực đại cùa cáp Cáp Cách điện giấy Cách điện chất dẻo Vỏ chì Vỏ nhôm trơn Ve'- 0,6kV vo > 6kV Một lõi 25 xd 30 xd 15xd 15xd Nhiều lồi 15xd 25 xd 12xd 15 X d d là đường kính cáp Bảng 6.6. Lực kéo tối đa cho phép của câp Phương pháp kéo Loại cáp Công thức Hệ số Bằng lỗ kéo mọi loại cáp P = ơA ơ - 50N/mm2 (dây đồng) a = 30N/mm2 (dây nhôm) Bằng kẹp cáp Cáp cách điện chất dẻo p = ơA CT = 50N/mm2 (dây đổng) vỏ phi kim loại ỗ = 30N/mm2 (dây nhõm) Cáp bọc thép P = Kd2 K - 9N/mm2 Cáp không bọc thép ứng suất cao Một lõi P = Kd2 K = 3N/mm2 Ba lõi P = Kd2 K= 1N/mm2 173
Hình 6.7a. Cáp đặt trong ống. Hình 6.7b. Cáp đặt trên giá. 6.8. BẢO DƯỠNG CÁP Quan sát bằng mắt cáp, ôhg dẫn khi cáp đang vận hành nhưng nếu muốh chạm vào cáp, hoặc tháo đầu nôì cáp cần phải cắt điện. Việc kiểm tra cáp trong trạm, rãnh cáp được tiến hành hàng năm dựa trên cơ sồ: - Hư hỏng bên ngoài, cong gẫy, quá ứng suất cáp. - Chảy dầu, trào cách điện. - Nôì đất không tốt, hư hỏng vỏ;kim loại, giá đõ cáp bị ăn mòn, kiểm tra sự liên tục của hệ thông nốì đất chính. - Gẫy, bị cắt dứt, dập hoặc đánh giá chất lượng vỏ cáp. - Hư hỏng do cháy. - Có xuất hiện phóng điện vầng quang. - Vết trên đầu nối và hộp cáp. Kiểm tra cáp trên không những hư hỏng cơ học do dao động hoặc xuống cấp của hệ thông giá đỡ và treo. 6.9. HƯ HỎNG CÁP Cáp có thể bị hư hỏng do nhiều nguyên nhân. Sau đầy nêu một số nguyên nhân chính. 6.9.1. Hư hỏng cơ học Hit hỏng cơ học có thể do đứt gẫy hoặc hư hỏng vật liệu chế tạo vỏ bọc. Nếu hư hỏng vỏ sẽ dẫn tới hơi ẩm thâm nhập làm xuôhg cấp chất cách điện, kết quả làm cho cáp có thể bị hư hỏng. 6.9.2. Ăn mòn vỏ cáp Vỏ cáp có thể bị àn mòn do: - Ẩnh hưởng của chất đất không giôhg nhau. 174
- Tác dụng điện hoá. - Axit và kiểm trong ống dẫn. - Tác nhân hoá học trong đất. Việc ăn mòn vỏ chì và vỏ kim loại khác làm cho ẩm thâm nhập vào hệ thông cách điện và có thể gây hư hỏng cáp. Có thể giảm thiểu ản mòn điện hoá bằng bảo vệ catốt, sơn cách điện, thoát nưốc và ngăn cách với nguồn ô nhiễm hoá học. 6.9.3. Am thâm nhập vào cách điện Do hư hỏng cơ học và các nguyên nhân khác, ẩm thâm nhập vào hệ thông cách điện làm cho cáp bị xuống cấp. Những hư hỏng do ẩm thâm nhập vào cáp có thể nhận biết bằng các dấu hiệu sau đây: - Giấy cách điện bị mủn. - Rách các băng quấn cáp. - Vết bẩn trên mặt trong của vỏ cáp. - Có đọng nưốc. - Dây nhôm có lớp bột trắng bao quanh. 6.9.4. Phát nóng của cáp Như trên đã giải thích cáp bị phát nóng quá mức là do cách điện bị xuống cấp. Phát nóng có thể do quá tải, nhiệt độ môi trường cao, thông gió không đủ, do nguồn nhiệt bên ngoài... Cần rất thận trọng để độ tăng nhiệt của cáp không vượt quá mức cho phép. Khi cáp đã được lựa chọn đúng việc bảo dưỡng thường xuyên và kiểm tra cáp sẽ đảm bảo cho cáp có thể làm việc lâu dài. Ảnh hưởng cụa nhiệt độ quá mức có thể làm cáp bị rạn nứt, cách điện chồi ra và biến màu. 6.9.5. Ảnh hưởng của cháy và sét Lửa cháy trong rãnh và ống dẫn cáp có thể gây nguy hiểm cho cáp nằm trong vùng lân cận. Có thể đặt rào chắn lửa giữa các nhóm cáp nhằm hạn chế cháy tràn lan. Có thể đặt chôhg sét để bảo vệ cáp khi cáp được nối với đường dây trên không để giảm thiểu hư hỏng cáp do sét đánh vào. 6.9.6. Đánh thủng vể điện Khi cách điện của cáp bị yếu dễ có khả năng bị đánh thủng về điện gây sự cố pha - đất hoặc ngắn mạch giữa các pha. Những nguyên nhân có thể do: - Yếu tố con người gây nên. - Tổn hao điện môi lớn. - Chất độn cáp không ổn định. - lon hoá tạo nên đường dẫn. 175
6.10. THỬ NGHIỆM VÀ NGHIỆM THU Sau khi đặt cáp mới, trước khi đóng điện cần phải tiến hành thử nghiêm thu. Thử nghiệm thu được tiến hành ỏ điện áp bằng 80% điện áp thử nghiệm cuối cùng tại nhà máy. Thông thường thử nghiệm bằng điện áp một chiều, tiến hành đo điện trồ cách điện và thử nghiệm quá điện áp một chiều. Chi tiết tiến hành thử nghiệm đã được trình bầy trong chương 2 mục 2.5. Cáp và phụ kiện cũng có thể được thử nghiệm tại chỗ bằng điện áp xoay chiều mặc dù trong thực tế rất ít dùng. Có thể tiến hành thử nghiệm bằng điện áp xoay chiều với công suất nguồn xoay chiều tính bằng biểu thức: s = 2nfCƯ2 ở đây C là điện dung tính bàng pF, f là tần số’lưới, Ư là điện áp xoay chiều thử nghiệm. Điện áp thử nghiệm thu lấy bằng 80% điện áp vận hành, cồn điện áp thử nghiệm bảo dưởng bằng 60% điện âp vân hành. Do sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý người ta đã chế tạo các hệ thống chẩn đoán cáp goi tắt là ECAD (Electronic Characterization and Diagnostic). Đó là hệ thống xử lý dữ liệu bằng máy tính kết hợp đo các đặc tính điện của cáp bằng công nghệ đo tín hiệu phản xạ cho phép đo chính xác tổng trở, điện dung, hệ số tổn hao, điện kháng, hệ số phẩm chất, góc lệch pha của cáp và so sánh với các đặc tính lưu trữ trong bộ nhớ của cùng thiết bị. Tín hiệu phản xạ cho phép xác định dễ dàng và nhanh chóng chỗ hư hỏng của cáp cả về độ lớn và vị trí hư hỏng. Để đánh giá mức già hoá của cáp mới đây trung tâm nghiên cứu Franklin vấ Viện nghiên cứu Nâng lượng Mỹ-(EPRI) đã chế tạo thiết bị thử nghiệm tại chỗ, không phá hỏng mau để đánh giá mức già hoá của cáp. Cơ sỏ của phương pháp thử nghiệm là đo đặc tính cơ của cách điện cáp để đánh giá mức già hoá của cáp. Thiết bị gồm có một đầu ấn vào bề mặt vỏ cáp hoặc lớp cách điện. Tuỳ ' theo độ sâu của đầu thử với một lực đã cho có thể xác định được độ cứng của cáp. Nếu độ sấu thâm nhập của đầu thử giàm chứng tỏ cách điện cáp bị già hoá nhiều. 6.11. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHỖ HƯ HỎNG CỦA CÁP Sự cố hư hỏng của cáp có lihiểu dạng khác nhau, nhưng có thể phân thành 3 Ịoại chính là: - Ngắn mạch - Đứt dây - Chập chờn Sự cố ngắn mạch là do dây dẫn bị ngắn mạch chạm đất, chạm trung tính 176
hoặc ngắn mạch với pha khác qua một điện trở rất rihỏ.'Sựcô đứt đây khi lõi bị đứt và không có dòng điện chạy qua. Sự cố chập chòn thể hiện đặc tính của dây dẫn không bị sự cố ồ điện áp thấp nhưng trở nên hở mạch khi làm việc hoặc khi có điện áp cao. Vì thế sự cố chập chờn còn được gọi là sự cố điện trở cao. Hình 6-8 biểu diễn các loại sự cốcáp. b) c) Hinh 6.8. Các loại sự cố cáp: a. ngắn mạch; b. đứt dây; c. điện ưâ cao chập chờn. 6.11.1. Cẩu Mụrry Là cầu đo điện trỏ sử dụng cáp như nhánh của cầu. Nôì đầu cáp qua cầu nối còn đầu kia được nối với cái chỉ không (hình 6 - 9). Khi cầu cân bằng ta được khoảng cách từ đầu cáp tới nơi sự cố là X, xáp định theo điểu kiện cân băng: X = 2xL( A ) A+ B ở đây L là chiều dài cáp 177
6.11.2. Cáu đo điện dung Ta chỉ cần đo điện dung ở một đầu cuối của đoạn cáp bị sự cố và so sánh với điện dung của dây không bị sự cố của cùng một cáp. Sơ đồ cầu đo điện dung được cho trên hình 6.10. Hỉnh 6.10a. cầu đo điện dung xác định chỗ hư hỏng cáp. Khoảng cách tới nơi cáp bị sự cố’ Lt được cho theo biểu thức Lj = L2 (Ij/IJ, ồ đây L2 là chiều dài của cáp không bị sự cố, I2 là dòng điện trong cáp không bị sự cô' I] là dòng điện trong cáp bị sự cố. Sơ đồ đo dòng điện cho trên hình 6.10b. Hỉnh 6.10b. Đo dòng điện nạp của cáp bị sựcõ. Phương pháp cầu đo có thể áp dụng cho mọi loại cáp. Tuy nhiên cầu Murry chỉ áp dụng có hiệu quả khi sự cố ngắn mạch, dây song song có điện trở thấp. Sự cô' hỏ mạch có thể được xác định bằng cầu điện dung. Một sô' sự cô' cáp hạ áp có thể được xác định bàng cầu khi sự cố có điện trỏ cao tới 200 mêgôm. Phương pháp cầu đo có đặc điểm là: - Cần cáp có cả hai đầu nôì. - Cáp có cùng tiết diện. - Chỉ cho kết quả gần đúng - Dây nối có điện trở nhỏ. - Khó ứng dụng cho hệ thông cáp có phân nhánh. 178
Phương pháp rađa còn gọi là phương pháp phản xạ hay phương phấp đo tiếng dội dựa trên cơ sỏ đo thời gian để xung tới nới bị sự cố' và phản xạ lại. Ta có thể tính khoảng cách d của cáp bị sự cố’ có tiết diện đểu theo biểu thức: d=v.ị 2 ở đây V là vận tốc truyền sóng, t là thòi gian xung đạt tới chỗ sự cố và phản xạ lại. Trong phương pháp rađa ta sử dụng 2 loại xung. - Xung thời gian ngắn so với thòi gian truyền sóng, là phương pháp được sử dụng rộng rãi. Độ dài xung đủ để có khả năng quan sát trên màn dao động ký. Thực tế độ dài xung phải lớn hơn 1% thời gian chuyển tiếp vái toàn chiều dài của cáp thử nghiệm. Biên độ xung rất nhỏ, chỉ khoảng vài vôn. - Xung dài sử đụng khi chiều dài xung so sánh được với thời gian truyền tín hiệu từ một đầu cáp tới nơi sự cố và phản xạ lại. Bất kỳ sự không liên tục của câp đều làm thay đổi mức điện áp xung. Điều đó dễ dàng thể hiện thành dữ liệu Các sự cố có thể được phân biệt từ các đầu nôì và ở nơi kích cỡ cáp thay đổi. Trong các hệ thống rađa vệt mục tiêu cho biết tín hiệu truyền và phản xạ. Phân cách giữa hai tín hiệu được đo và nhân với tỷ lệ mục tiêu cho ta thời gian truyền. Sóng phản xạ có thể được biểu diễn theo sóng tối theo biểu thức: K + z lr = sóng phản xạ z = trở kháng của đường dây lt = sóng tối R : điện trỏ cuối đường dây Nếu đường dây hỏ mạch R = 00 và sóng phản xạ bàng Bóng tới lr = Ít, do vậy sóng phản xạ có cùng biên độ và cực tính với sóng tối. Nếu đường dây ngắn mạch R = 0, sóng phản xạ bằng và ngược dấu sóng tới. Trong trường hợp này sóng phản xạ bằng sóng tới và ngược pha 180°. Hai trường hợp này được biểu diễn trên hình 6.11. Xung tới Xung phản xạ // // X Xung phản xạ *11. Hlnh 6 Dạng sóng trong cáp khi có sự cố đứt cáp và ngắn mạch. 179
Phương pháp rađa có thể áp dụng cho mọi loại cáp hai hoặc nhiểu lõi có tốc độ truyền sóng không đổi theo chiều dài cáp. Hệ thống rađa không làm việc tốt khi sự cố chập chờn, tuy nhiên có thể sử dụng khi sự cố chập chôn có điện trở nhỏ. Để linh hoạt có 3 phương án hệ thống rađa là: - Hệ thống rađa hồ quang. - Hệ thống dao động tự do. - Hệ thống rađa vi sai. Rađa hồ quang sử dụng hệ thông xung cao áp để sự cố' chập chờn (điện trở cạo) có thể bị cháy dẫn đến ngắn mạch và xung có thể phản xạ tại chỗ bị ngăn mạch. Hệ thống dao động tự do cũng được sử dụng cho cáp sự cố chập chờn có điện trỏ cao sẽ bị đánh thủng do xung truyền tới. Trong phương pháp này đầu cáp đo cỏ điện trỏ cao (hỏ mạch) sao cho xung tạo nên được phản xạ từ đầu hơ tới đầu ngắn. Sự phản xạ nhiều lần tiếp tục đến khi cáp hấp thụ hết năng lượng của xung. Chu kỳ tín hiệu bằng bốn lần thời gian truyển của xung, đưòng truyền là khoảng cách đến chỗ sự cố. Do vậy khoảng cách đến chỗ sự cô'bằng một phần tư của tích hệ sô' truyền sổng và thòi gian truyền. Rađa vi sai được áp dụng định vị sự cố ở các hệ thống có phân nhánh. Nó dựa trên yếu tô' là pha cáp bị sự cô' luôn luôn song song với cáp tương tự không bị sự cố, do đó kết quả hiển thị rađa của hai pha sè giống nhau, khi cáp bị sự cố' kết quả hiển thị sẽ khác. Tín hiệu rađa vi sai đồng thòi đặt vào hai pha và tín hiệu trỏ về sẽ trừ cho nhau. Đầu vào xung rađa chỉ điểm sự cố cáp. 6.11.4. Phương pháp cộng hưỏng Kỹ thuật cộng hưởng dựa trên nguyên lý phản xạ sóng. Phương pháp xác định chỗ hỏng cáp bằng cộng hưởng đo tần số cộng hưởng ồ chiểu dài cáp giữa đầu cáp và điểm sự cố'. Gọi d là khoảng cách tới chỗ sự cố ta có: d = -X_ frN ở đây V ià vận tốc truyền sóng, fr là tần sô' cộng hưởng, N là sô' một phân tư hoặc một nửa bước sóng. Thông thường cộng hưỏng một .phần tư bước sóng được sử dụng để định vị ngắn mạch cáp, khi đó N = 4 và cộng hưỏng một nửa bước sóng được sử dụng để định vị cáp bị đứt, khi đó N = 2. Kĩ thuật cộng hưởng sử dụng máy phát tần sô' nôì vào đầu của cáp bị sự cô'. Tần sô' được biến thiên cho đến khi đạt cộng hưởng. Khi cộng hương diện áp thay đổi nhanh, sẽ tăng khi sự cô' ngắn mạch và giảm khi sự cô' đứt dây. 180
Tần sô' nhỏ nhất đòi hỏi được xác định theo chiều dài cáp còn tần số cực đại được xác định theo khoảng cách tới điểm gần nhất có thể xảy ra sự cố. Đôì với cáp cách điện sự đổi pha quyết định bởi tô'c độ sóng tới và sóng phản xạ tới chỗ sự cô' và trở về và phụ thuộc vào hằng sô' điện môi của vật liệu. Bình thường tô'c độ truyền sóng của dây trần là 300m/ps, vận tô'c tryền của cáp từ 100 4- 80 m/ps, do đó đôì với mọi môi trường điện môi phải biết vận tô'c truyền sóng của chúng. Quan hệ giữa tần sô' cộng hưởng và khoảng cách tới chỗ sự cố được cho theo biểu thức d = —466f—rK—N— N là sô' một phần tư hoặc một nửa bước sóng fr là tần sô'cộng hưởng (pHz), K là hằng sô' điện môi của cáp Phương pháp này có thể được sử dụng cho mọi loại cáp và áp dụng tốt cho các hệ thông phân nhánh, nhưng áp dụng không kết quả đôì với sự cô' chập chờn. 6.11.5. Kỹ thuật rò Kỹ thuật rò dựa trên cơ sở xác định tín hiệu điện trên cáp bị sự cố từ một hoặc hại đầu và định vị sự cô'bằng sự thay đổi đặc tính của tín hiệu. Ta có thế áp dụng các kỹ thuật sau đây: - Rò dòng điện. - Rò âm tần. - Điện áp xung. - Gradient đất. 6.11.5.1. Phương pháp rò dòng điện \í íAp ,.. ~ ,... ., dụng cho cả tín hiệu dòng điện một chiểu và xoay chiều, có thế áp dụng ®ho cáp phân nhánh hoặc cáp chạy thẳng. Dòng sự cô' là dòng điện bơm vào ỉỴiạch tạo bởi cáp bỉ sự cô' và đất. Sử dụng cảm biến đo dòng điện cáp ồ vị trí sự cố. Kỹ thuật này có thể áp dụng khi sự cô' có điện trỏ nhỏ hoặc điện áp của thiết b| thử nghiệm đủ lốn'đủ để phất dòng điện tới chỗ sự cố. Phương pháp này tliường được áp dụng cho đường cáp trong rãnh cáp giữa các đầu nốì bởi vì toàn bội đoạn cáp bị sự cô' phải được thay thế. Khi sử dụng phương pháp này cần chú ý hà. dòng điện trố về qua đất ít hơn qua trung tính, Nếu tất cả dòng điện qua trungvtính, bộ cảm biến bao lấy cáp ba pha thì đầu ra của cảm biến sẽ bằng không. H)ô'i với cáp trung tính cách ly ví dụ cáp chì cách điện bằng giây cần đảm bảo trunẹ tính nối đất giữa điểm đo và sự cố. 181