Những kiến thức cơ bản về thử nghiệm và bảo dưỡng các thiết bị trong hệ thống điện (In lần thứ tư): Phần 2

Chia sẻ: Vô Sắc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:191

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 cuốn sách "Những kiến thức cơ bản về bảo dưỡng và thử nghiệm thiết bị trong hệ thống điện" trình bày các nội dung: Cáp và các phụ kiện; tủ đóng cắt trung áp, máy cắt và rơ le bảo vệ; tủ đóng cắt và máy hạ áp; động cơ và máy phát điện; an toàn trong vận hành và thử nghiệm thiết bị điện. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Những kiến thức cơ bản về thử nghiệm và bảo dưỡng các thiết bị trong hệ thống điện (In lần thứ tư): 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 về 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 nôi và việc nôi các loại cáp khác nhau đòi hỏi phải dược thực hiện một cách thận trọng vì chúng ảnh hưởng quyết dinh tới tuổi thọ của hệ thông cáp. Chương này trước 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 dường thử nghiệm cáp. Cuôì cùng sẽ trình bầy các phương pháp định vị hư hỏng cáp. 6.1. CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI CÁP Các loại cáp đều gồm 3 bộ phận chính là lõi thường là dây dồng hoặc nhôm, tiêp theo là lốp cách điện và điều chỉnh điện trường, ngoài cùng là lớp vỏ bảo vệ. 6.1.1. Vật liệu dẫn diện đồng nhôm Đồng là vật liệu chủ yếu đê sản xuất cáp. Đồng nguyên chất dược tinh chế bằng điện phân có điện trở suất bằng 0,62 điện trơ 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 T . inh c h ấ t c ơ lý cù a do ng và nhôm Tính chất cơ lý Đổng (Cu) Nhỏm (AI) Tỷ trọng (kg/dm3) 8.9 2,7 Điện dẫn suất ở 20°c (m /íỉm m 2) 56 35 Điện trở suất ở 20°c (Qmm2/m) 0,0178 0,0286 Điểm nóng chảy (°C) 1083 658 Hệ số nhiệt điện trở giữa 1°c và 100°c (°K h 0,0038 0,0040 Hệ số giãn nỏ trung bình giữa 1 °c và 100°c (mm/m°K) 0,017 0.0024 Mặt độ dòng điện giới hạn nhiệt (A/mm2) 154 102 Mật độ dòng điện 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 hộ thông 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 thcành các cấp sau đây: - Cấp B: dùng cho điện áp đến 600V, 5kV và 15kV. Sô 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 II 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 CỦA CÁP Ta thường phân chia cách diện của cáp theo nguồn gốc vật liệu: - Giấy - Vải sợi - Amiăng - Cao su - Khoáng chất - Teflon 6.2.1. Giấy cách diện. Giấy cách diện là vật liệu cách điện phô biến. Giây được quấn nhiều lóp quanh lõi, có thể làm việc ở điện áp lOkV hoặc cao hơn. Giấy thường được ngâm tam dầu cách điện. 6.2.2. Vải sợi. Là vật liệu cách điện có nguồn 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 ở 5kV và 77°c ở 15kV. 6.2.3. Amiăng. Là vật liệu cách điện chịu nhiệt tốt, được sử dụng ỏ nơi có nhiệt dộ môi trường cao. 6.2.4. Cao su. Cao su là vật liệu cách điện tốt, đàn hồi, dề xử lý, chịu ẩm - Cao su nhân tạo có đặc tính cơ lý và diện 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 tôt, thường được sử dụng với điện áp tới 600V, nhiệt độ làm việc cực đại 60°c. 163
6.2.6. PE. PE là vật liệu cách diện dẻo, nóng chảy ỏ nhiệt độ thấp 110°c, hệ số dãn nỏ nhiệt cao, đặc tính cơ, điện tôt, chịu ẩm, giá thành hạ. Nhiệt độ làm việc 75uc, thường được sử dụng cho cáp hạ áp và trung áp. 6.2.7. Cao su silicon. Là vật liệu cách điện có khả năng chịu lửa, ozôn và vầng quang nhiệt độ làm việc 125°c nhưng độ bền cơ học kém. 6.2.C. PE liên kết ngang. Là vật liệu cách điện có đặc tính điện rất tôt, chịu ấm và tác nhân hoá học. Nhiệt độ nóng chảy thấp 90°c, nhiệt độ chịu ngắn mạch 250()c. Được sử dụng cho cáp điện áp tối 35kV. 6.2.9. Cách diện khoáng chất. Gồm các vật liệu cách điện có nguồn gốc khác nhau thường là mica, ôxit manhê... Được sử dụng cho nhiệt độ làm việc 85°c nhưng củng có thể chịu được nhiệt độ tới 250°c. 6.2.10. Teflon. Teflon là vật liệu cách điện hữu cơ có đặc tính điện, cơ tôt. Chịu ấm và tác nhân hoá học, chịu dầu. Được sử dụng tói nhiệt độ 200°c. 6.3. CẤU TẠO CỦA CÁP - Cáp hạ áp (dưới 2kV) thường gồm có lõi dẫn diện ỏ tâm và dược bao quanh bơi chất cách điện và có thể có vỏ bảo vệ bên ngoài. - Cáp trung áp (2-35kV) đa số có màn chán, tuy vậy cáp trung áp dưói 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) gồm lõi dẫn, cách điện bán dẫn, trung tính và vỏ. Cáp có màn kim loại (hình 6.1b) gồm lõi dẫn, lốp cách điện bán dẫn, màn kim loại và vỏ. Mục đích của lớp màn bán dẫn là cân bằng gradient điện áp qua khe hơ không khí giữa lõi dẫn và màn do dó giảm thiểu sự phóng diện vầng quang. T - Trung tính Bán dân cách điên a) Dây dẫn vỏ Lỏi bện Cách điện XLP Lá đổng vỏ PVC chịu nhiệt Lá dẫn Bâng dẫn Lớp phân cách Hình 6.1 a. Cáp trung tính tập trung; b. Cáp trung áp có màn. 164
Lớp bán dẫn củng có mục dich tương tự lốp màn dùng đê cân bàng điện trường trong cáp, loại bỏ dược các điểm có điện thế cao trong cáp, do vậy tăng tuỏi thọ và độ 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 lốp bán dẫn. Lớp màn thường gồm băng lá dồng mỏng quấn quanh cách điện và bán dẫn tạo nên lớ]) màn liên tục dọc theo chiều dài cáp.. Lớp màn này rất cần thiết đôi với cáp trung áp và cao áp nhàm mục đích: Hình 6.2. Phân bổ điện thê khi có lớp bán dẫn - Ngăn ng*ừa phóng điện vầng quang. - Giới hạn trường điện môi bên trong cáp. - Giảm điện áp cảm ứng. - Phân bô điện áp đều. Vỏ cáp nhằm bảo vệ cơ học có thể là vỏ chì, vỏ bọc thép, vỏ 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 hình học Xét cấu tạo cáp hình 6.3 trong đó s là khoảng cách giữa các pha, T là chiều dày cách điện của dây dẫn, L là chiều dày của bàng cách điện. Hlnh 6.3. Đãc tính hình học của cáp ba pha. 165
6.4.2. Điện trỏ Điện trỏ xoay chiều của cáp gồm điện trở một chiều và thành phần điện trở do hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng ỏ gần. Điện trỏ của cáp vỏ kim loại tăng lên do các tổn hao công suất trong lõi và trong vỏ. Điện trở một chiều ở 20°c và A là tiết diện dây dẫn tính bằng mm2 cho bởi biểu thức: 18,5 Vối cáp đồng R - (Q/km) A 29 4 Vối cáp nhôm R = ----- 1— (Q/km) Với cáp hợp kim nhôm R = ——1- (Q/km) Đổi vối cáp tiết diện nhỏ hơn 50mm2 có thể bỏ qua ảnh hương của hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng ở gần. 6.4.3. Điện kháng thứtựthuận 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 = Xj . Bàng 6.2. Điện k h á n g X| (th ứ tự th u ận ) m ộ t pha c ủ a c á p bện ba lõi vỏ s ắ t SỐ lõi và tiết diện u = 3,6kV u = 7,2kV u = 12kV u = 17,5kV u = 29kV dây dẫn (mm2) X, (Q/km) Xì (Q/km) X, (Q/km) X, (íì/km) Xì (í2/km) 3x6 0,120 0,144 - - - 3 X 10 0,112 0,133 0,142 - - 3 X 16 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 3 X 120 0,082 0,091 0,095 0,107 0,112 3 x 150 0,081 0,088 0,092 0,104 0,109 3 x 185 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 trở thứ tự không của cáp rất phức tạp. vỏ bọc, châT độn, châd đất và các cấu trúc kim loại hấp thụ dòng điện trung tính. Cấu tạo cáp và loại vỏ bọc có ảnh hưởng tới dòng điện rò do đó ảnh hưởng tới tổng trỏ thứ tự không. Anh hướng của đường trở về của dòng diện trung tính đến tổng trỏ thứ tự không đặc biệt mạnh đôi với cáp có tiết diện nhỏ (dưới 70mm2). Nếu dòng điện trở vê qua dây trung tính thì Ro R ^ R t r u n g tín h ’ Xo = (3,5 +4,0) X,. 6.4.4. Điện dung Điện dung của cáp phụ thuộc vào kiểu cấu trúc của cáp. Với cáp bộn điện dung làm việc Cị, = CK+ 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 C1
thê biếu diễn khả năng của dây nhôm theo khả năng tải của dây đồng bằng hệ sô' chuyển đổi theo hệ số bằng I Rc77 trong đó RCll V / K AI và RA| là điện trỏ tương ứng của đồng và nhôm ở nhiệt độ định mức. Anh hưởng của nhiệt độ đổi với khả năng tải của cáp được cho trên hình 6-5. Trục hoành biểu diễn cờ cáp. Nếu nhiệt độ làm việc lốn hơn nhiệt độ định mức 5°-10° thì tuổi thọ của cáp giảm đi một nửa và Hình 6.5. Ánh hưởng của nhiệt độ mỏi trường đến xác suất sự cô' sẽ gấp khả năng tải của cáp đôi. Một nhược điểm của cáp khi làm việc quá nhiệt độ định mức là tổn hao công suất khi đó sẽ không tỷ lệ với bình phương dòng điện và điện trở nữa vì khi đó điện trở tăng theo nhiệt độ, điện áp rơi sẽ quá lốn có thể gây nguy hiểm cho thiết bị. Đe tính dòng điện quá tải sự cố định mức của cáp có thể sử dụng công thức lc _ I ( t o - t ạ) Jo = Jc V Oc-ta) ■ Ro ’ trong đó: J () là dòng điện liên tục t0 - nhiệt độ quá tải sự cô' ta - nhiệt độ môi trường Rc - điện trở dây dẫn ỏ nhiệt dộ làm việc cực đại R0 - điện trở dây dẫn ở nhiệt độ quá tải sự cô' Thời gian quá tải nhỏ hơn lOOgiờ/năm. 6.5.2. Điện áp định mức Điện áp định mức của cáp là điện áp dây mà cáp có thể chịu đựng được. Tuy nhiên chiều dày cách điện dựa trên điện áp pha. Bảng 6.3 cho nhiệt độ quá tải sự cô'của cáp cách điện cao su. 168
Bảng 6.3. Nhiệt dộ quá tái sự c ố của cáp cách điện cao su Điện áp định mức Loại cáp Nhiệt độ làm việc max (0C) Nhiệt độ quá tải sự cố (OC) 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 áp hệ thông dùng cho bô' trí lắp đặt cáp Cỉiiía đủ. Còn cần chỉ ra lại hệ thông sử dụng cáp. Ví dụ cáp 15kV dùng nối đất cách điện pha-đất là ~ 8,66kv 5khi cáp ba pha không nôi đất chiều dầy cách điện dựa trên diện áp 15kV, cáp có đai làm việc ỏ điện áp 13,8 kV, hệ thông nôi đất như hình 6.6. Mỗi cách điện dây dẫn chịu một nửa điện áp dây. Chiều dày của cách điện đòi hòi là tổng của chiều dày đai và cách điện dây dẫn: A= i ị8kV _Ji8k V = v 1,73 2 1 B = ——- =6,9kV 9 Chiều dày cách điện đòi hỏi với hệ thông Hình 6.6. Chiều dày cách điện của cáp ba pha có đai. điện áp 13,8kV nôi 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 dây dẫn không có tiết diện đủ lớn có khả năng chịu dòng ngắn mạch thì sẽ bị nóng chảy, gây hư hỏng cáp. Vì lớp cách điện xung quanh lõi sẽ làm mát rất chậm sau khi 169
sự cô được loại bỏ nhiệt độ của cáp sau 10 giây không được vượt quá quy chuẩn cho phép. Các nhà sản xuất cáp dưa 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 dó có thể gâv nguy hiểm do cháy, nổ do dó nguy hiểm dôi vối người vận hành. 6.6. LựA CHỌN VÀ sử DỤNG CÁP Đê lựa chọn và sử dụng cáp đúng cần nắm vững cấu tạo, các đặc tính cơ, điện, trị sô định mức của cáp. Tuy nhiên còn cần chú ý đến các điều kiện vận hành, tính chất tải, chê độ vận hành và bảo dường. Trong mục này ta đê cập đến việc chọn cáp cho hệ thông phân phôi và sử dụng điện. Có 5 yếu tổ’ liên quan đến việc lựa chọn cáp đó là: - Điều kiện láp đặt. - Cấu tạo cáp. - Điện áp và dòng điện làm việc. - Kích cờ cáp. - Các yêu cầu về màn chắn. 6.6.1. Lắp đặt Cáp có thê bô trí trong nhà hoặc ngoài tròi tuỳ theo yêu cầu của hệ thông phân phôi điện. Việc bô' 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 khác nhau, điều kiện môi trường và bảo dưỡng, về phương diện này cáp nhôm cần dược chú ý hơn cáp đồng. Lõi dẫn dược chọn tuỳ theo cấp lớp dây bện theo yêu cầu sử dụng. 6.6.3. Bố trí cáp Tuỳ theo yêu cầu sử dụng có thế sử dụng cáp một lõi hoặc cáp ba lõi. Mỗi loại có ưu và nhược diêm nhâ't định. Cáp một lõi dễ bô' trí, dễ làm dầu nôi và cho phép tạo nên mạch cáp nhiều dường. Mặt khác cáp một lõi có điện kháng lớn hơn điện kháng của cáp ba lõi. Cáp một lõi có màn có dòng diện màn chắn lớn nên cần thận trọng tránh quá nhiệt cáp. Cáp một lõi có ứng suất cơ do ngắn mạch lớn. Cáp ba pha có vỏ chung có điện kháng nhỏ nhất, sự phân bô ứng suất đều giữa các dây dẫn. Trong cáp ba pha khả năng có dây đâ't hoặc phân tách dây đất với cáp một pha đóng vai trò quan trọng vì dây đất trong cáp ba pha có tông trở đất nhỏ nhất, tạo nên hệ thông nôi đất tôt. Tương tự việc phân tách dây đâ't riêng trong một ông dây tạo nên đường đất trỏ về qua thiết bị hoặc cấu trúc thép. 170
6.6.4. Cách điện và vỏ ngoài Việc chọn cách điện và vỏ ngoai thường dựa trên kiểu lắp đặt, nhiệt độ xung quanh, điều kiện làm việc, loại phụ tái và các tiêu chuẩn khác. Ngoài ra còn cần chủ ý tới những điều kiện bất thường như ăn mòn, nhiệt độ môi trường cao, có dầu ôzôn... 6.6.5. Điều kiện vận hành Cách diện của cáp phải có khả nàng chịu dựng ứng suất về điện trong điều kiện làm việc bình thường và không bình thường, do vậy việc lựa chọn cách điện cáp được phân loại theo 100, 133 hoặc 173 phần trăm mức cách điện. - 100% mức cách điện: cáp thuộc loại này dược sử dụng trong hệ thông có báo vệ rơle sự cô' chạm đất khoảng 1 phút. Đó là hệ thông nôi đất. - 133% mức cách điện: cáp thuộc loại này dược sử dụng trong hệ thông có bảo vệ rơle sự cố chạm đất trong 1 giờ. Đó là hệ thông không nối đất. - 173% mức cách điện: cáp thuộc loại này được sử dụng trong hệ thông có thòi gian cần thiết để khắc phục sự cô' chạm đất không xác định. Khả năng tải của cáp phụ thuộc vào tính chất của tải, nhiệt độ môi trường. Khi cáp được đặt trong ông dẫn nhiều sợi dòng diện tải không được vượt, quá định mức. Khi tải biến thiên theo chu kỳ dòng điện tương đương dược tính theo biểu thức.I I là dòng điện không đôi trong một chu kỳ T là tống thòi gian một chu kỳ t thòi gian dòng diện không đối 6.6.6. Chọn tiết diện cáp Tiết diện cáp được chọn theo 3 diều kiện: - Khả năng tải hay còn gọi là theo mật độ dòng diện. Mật độ dòng điện cho phép dược cho trong bảng 6.4. - Điện áp rơi, đôi với hệ thống phân phôi điện áp rơi cho phép là 5%. - Dòng điện ngắn mạch cho phép. Cáp có khả năng chịu dược ngắn mạch cho đến khi thiết bị bảo vệ như máy cắt, cầu chì tác động. 171
Bảng 6.4. Mật độ dòng điện cho phép (A/rnm2) Loại dây dẫn Tmox < 3000giò Tmax = 3000-5000giờ Tmax > 5000giờ 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 lựa chọn cáp trung áp cần quan tâm đến việc cáp có màn hay không. Màn chắn rất quan trọng đôi với cáp trung áp. Việc sử dụng cáp có màn chắn cần chú ý: - Loại hệ thống cách điện. - Hệ thông có trung tính nối đất hoặc không nối đất. - Yêu cầu an toàn và độ tin cậy của hệ thông. Trong hệ thông điện không có màn chắn hoặc vỏ kim loại điện 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 bề mặt và gây ra ion hoá các phân tử khí. Sự ion hoá không khí tạo nên ozôn có thể làm hư hại cách điện và vỏ cáp. Khi sử dụng cáp không có màn trong hệ thông không nối 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 lớp 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 đồi với cáp vỏ phi kim loại diện áp làm việc trên 2kV vối điều kiện sau đây: - Có ống dẫn ẩm ướt. - Nôì với đường dây trên không. - Chuyển từ môi trường dẫn điện sang môi trường không dẫn diện. - 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 được nổi đất ít nhất ỏ một đầu và tôt nhất là nối đất ở hai hoặc nhiều điểm. Màn cáp phải được nối đất ở tất cả đầu nổi. Đường nối đất phải có điện trở thấp để giữ cho màn gần với thế đất. 172
6.7. BÔ TRÍ CÁP 6.7.1. Đặt cáp Đổi vối cáp trong nhà ta có thể đặt trong ông (hình 6.7a) hoặc trên giá cáp (hình 6.7b). Cáp đặt ngoài tròi có thể chôn ngầm hoặc treo trên không. Ngày nay có xu hướng chôn ngầm hệ thông 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. Đôi với cáp ngoài trời cũng thường đặt trong rãnh cáp, trong ông 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 dược cho trong bảng 6.5. Lực kéo tôl đa cho phép của cáp được cho trong bảng 6.6. B ả n g 6.5. B án kính cong cự c đại c ủ a cá p Cáp Cách điện giấy Cách điện chất dẻo Vỏ chì Vỏ nhôm trơn Vo = 0,6kV Vo > 6kV Một lỏi 25 x d 30 X d 15 X d 15 X d Nhiều lõi 15 X d 25 x d 12 X d 15 X d d là đường kính cáp B ả n g 6.6. Lực kéo tối da ch o phép c ủ a cá p Phương pháp kéo Loại cáp Công thức Hệ số Q_ mọi loại cáp < Bằng lổ kéo CT = 50N/mm2 (dày đồng) II 6 ơ = 30N/mm2 (dày nhỏm) Q_ < Bằng kẹp cáp Cáp cách điện chất dẻo ơ = 50N/mm2 (dây đổng) II 6 vỏ phi kim loại 6 = 30N/mm2 (dây nhôm) N > T> II K = 9N/mm2 Cl Cáp bọc thép * Cáp không bọc thép ứng suất cao Một lỏi 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 DƯỜNG CÁP Quan sát bằng mắt cáp, ông dẫn khi cáp đang vận hành nhưng nếu muôn chạm vào cáp, hoặc tháo đầu nôi cáp cần phải cắt điện. Việc kiểm tra cáp trong trạm, rãnh cáp được tiến hành hàng năm dựa trên cơ sỏ: - Hư hỏng bên ngoài, cong gẫy, quá ứng suất cáp. - Chảy dầu, trào cách điện. - Nôi đất không tốt, hư hỏng vỏ kim loại, giá đỡ cáp bị ăn mòn, kiểm tra sự liên tục của hệ thông nổi đất chính. - Gẫy, bị cắt dứt, dặp hoặc đánh giá chất lượng vỏ cáp. - Hư hỏng do cháy. - Có xuất hiện phóng điện vầng quang. - Vết trên đầu nôi và hộp cáp. Kiểm tra cáp trên không những hư hỏng cơ học do dao động hoặc xuồng cấp của hệ thông giá dỡ và treo. 6.9. HƯ HỎNG CÁP Cáp có thế bị hư hỏng do nhiều nguyên nhân. Sau đây nêu một sô nguyên nhân chính. 6.9.1. Hư hỏng cơ học Hư hỏng cơ học có thể do dứt gẫy hoặc hư hỏng vật liệu chê tạo vỏ bọc. Nếu hư hỏng vỏ sẽ dẫn tới hơi ẩm thâm nhập làm xuống cấp chất cách diện, kết quả làm cho cáp có thể bị hư hỏng. 6.9.2. Ăn mòn vỏ cáp Vỏ cáp có thể bị ăn mòn do: - Anh hưởng của chất dất không giống nhau. 174
-T ác dụng điện hoá. - Axit vả kiềm trong ông 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 ăn mòn điện hoá bằng bảo vệ catôt, sơn cách điện, thoát nước và ngăn cách với nguồn ô nhiễm hoá học. 6.9.3. Âm 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 thê 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 nước. - 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 thế 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 dược 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 của 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 ông dẫn cáp có thể gây nguy hiểm cho cáp nằm trong vùng lân cặn. Có thể đặt rào chắn lửa giữa các nhóm cáp nhằm hạn chế cháy tràn lan. Có thể đặt chỏng set để bão vệ cáp khi cáp được nôi vối đường dây trên không đê giảm thiểu hư hỏng cáp do sét đánh vào. 6.9.6. Đánh thủng về điện Khi cách điện của cáp bị yếu dễ có khả năng bị đánh thủng về điện gây sự cô pha - đất hoặc ngắn mạch giừa các pha. Những nguyên nhân có thể do: - Yếu tô con người gây nên. - Tốn hao diện môi lớn. - Chat độn cáp không ổn dinh. - Ion 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 nghiệm thu. Thử nghiệm thu được tiến hành ở 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 trở 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 = 27[fCƯ2 ở đây c là điện dung tính bằng fiF, f là tần sô' lưới, u là điện áp xoay chiều thử nghiệm. Điện áp thử nghiệm thu lấy bằng 80% điện áp vận hành, còn điện áp thử nghiệm bảo dưỡng bằng 60% điện áp vận hành. Do sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý người ta đã chế tạo các hệ thông chẩn đoán cáp gọi tắt là ECAD (Electronic Characterization and Diagnostic). Đó là hệ thông 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 sô' tổn hao, điện kháng, hệ sô' phẩm chất, góc lệch pha của cáp và so sánh với các đặc tính lưu trữ trong bộ nhố 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 và Viện nghiên cứu Năng lượng Mỹ (EPRI) đã chê' tạo thiết bị thử nghiệm tại chỗ, không phá hỏng mẫu để đánh giá mức già hoá của cáp. Cơ sở 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 sâu thâm nhập của đầu thử giảm chứng tỏ cách điện cáp bị già hoá nhiều. 6.11. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHỖ HƯ HỎNG CỦA CÁP Sự cô' hư hỏng của cáp có nhiều dạng khác nhau, nhưng có thể phân thành 3 loại chính là: - Ngán mạch - Đứt dây - Chập chờn Sự cô' 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 râd nhỏ. Sự CCI đứt dây khi lõi bị đứt và không có dòng điện chạy qua. Sự C
6.11.2. Cầu đo điện dung Ta chỉ cần đo điện dung ở một đầu cuối của đoạn cáp bị sự cô' và so sánh với điện dung của dây không bị sự cô' của cùng một cáp. Sơ đồ cầu đo điện dung được cho trên hình 6.10. Hình 6.10a. cầu đo điện dung xác định chỗ hư hỏng cáp. Khoảng cách tới nơi cáp bị sự cô' Lj được cho theo biểu thức Lị = L2 (VIọ), ở đây Lọ là chiều dài của cáp không bị sự co', lọ là dòng điện trong cáp không bị sự cô', là dòng điện trong cáp bị sự co'. Sơ đồ đo dòng điện cho trên hình 6. lOb. _L Cáp không bị sự cố Hình 6.1 Ob. Đo dòng điện nạp của cáp bị sự cố. Phương pháp cầu đo có thể áp dụng cho mọi loại cáp. Tuy nhiên cầu Murry chỉ áp dụng có hiệu quả khi sự cô' ngắn mạch, dây song song có điện trở thấp. Sự cô' hở mạch có thể được xác định bằng cầu điện dung. Một sồ' sự cô'cáp hạ áp có thể được xác định bằng cầu khi sự cô' có điện trở cao tỏi 200 mêgôm. Phương pháp cầu đo có đặc điểm là: - Cần cáp có cả hai đầu nôi. - Cáp có cùng tiết diện. - Chỉ cho kết quả gần đúng - Dây nôi 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 pháp đo tiêng dội dựa trên cơ sở đo thời gian để xung tới nới bị sự cô' và phản xạ lại. Ta có thể tính khoảng cách d của cáp bị sự cô' có tiết diện đều theo biểu thức: d = V .— 1 ơ đây V là vận tốc truyền sóng, t là thòi gian xung đạt tối chỗ sự cô' và phản xạ lại. Trong phương pháp rađa ta sử dụng 2 loại xung. - Xung thời gian ngán 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 dộ dài xung phải lớn hơn 1% thòi gian chuyển tiếp với toàn chiều dài của cáp thử nghiệm. Biên độ xung rất nhỏ, chỉ khoảng vài vồn. - Xung dài sử dụng khi chiểu 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 cáp đều làm thay đổi mức điện áp xung. Điều đó dễ dàng thể hiện thành dữ liệu. Các sự cô' có thể được phân biệt từ các đầu nối và ở nơi kích cõ cáp thay đổi. Trong các hệ thông rađa vệt mục tiêu cho biết tín hiệu truyền và phản xạ. Phân cách giữa hai tín hiệu được đo và nhân vối tỷ lệ mục tiêu cho ta thời gian truyền. Sóng phản xạ có thể được biểu diễn theo sóng tới theo biểu thức: I, -K , r R+ z lr= sóng phản xạ z = trơ kháng của đường dây lt = sóng tới R : điện trở cuối đường dây Nếu đường dây hở mạch R = X và sóng phản xạ bằng sóng tới lr = lt , do vậy sóng phản xạ có cùng biên độ và cực tính với sóng tới. 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 179
Phương pháp rađa có thể áp dụng cho mọi loại cáp hai hoặc nhiều lõi có tốc độ truyền sóng không đối theo chiều dài cáp. Hệ thông rada không làm việc tốt khi sự cô" chập chờn, tuy nhiên có thể sử dụng khi sự cô" chập chờn có điện trở nhỏ. Để linh hoạt có 3 phương án hệ thông rada là: - Hệ thông rada hồ quang. - Hệ thông dao động tự do. - Hệ thong rada vi sai. Rada hồ quang sử dụng hệ thông xung cao áp để sự cô" chập chòn (điện trở cao) có thể bị cháy dẫn đến ngắn mạch và xung có thể phản xạ tại chỗ bị ngắn mạch. Hệ thông dao động tự do cũng được sử dụng cho cáp sự cố' chập chờn có điện trở cao sẽ bị đánh thủng do xung truyền tới. Trong phương pháp này đầu cáp đo có điện trỏ cao (hở mạch) sao cho xung tạo nên được phản xạ từ đầu hở 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 bôn lần thời gian truyền của xung, đường truyền là khoảng cách đến chỗ sự cô". Do vậy khoảng cách đến chỗ sự cô" bằng một phần tư của tích hệ sô" truyền sóng và thòi gian truyền. Rada vi sai được áp dụng định vị sự cô" ở các hệ thông 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 cô", do đó kết quả hiển thị rada của hai pha sẽ giông nhau, khi cáp bị sự cô" kết quả hiển thị sẽ khác. Tín hiệu rada vi sai đồng thời đặt vào hai pha và tín hiệu trỏ về sẽ trừ cho nhau. Đầu vào xung rađa chỉ điểm sự cô" cáp. 6.11.4. Phương pháp cộng hưởng Kỹ thuật cộng hưởng dựa trên nguyên lý phản xạ sóng. Phương pháp xác định chỗ hỏng cáp bằng cộng hưởng đo tần sô" cộng hưởng ỏ chiều dài cáp giữa đầu cáp và điểm sự cô". Gọi d là khoảng cách tới chỗ sự cô" ta có: ở đây V là vận tốc truyền sóng, frlà tần sô" cộng hưởng, N là sô" một phân tví hoặc một nửa bưốc sóng. Thông thường cộng hưởng một phần tư bưỏc sóng được sử dụng để định vị ngắn mạch cáp, khi đó N = 4 và cộng hưởng 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" nô"i vào đầu của cáp bị sự cô". Tần sô" được biến thiên cho đến khi đạt cộng hưởng. Khi cộng hương điện áp thay đổi nhanh, sê tăng khi sự cô" ngắn mạch và giảm khi sự cô" đứt dây. 180
Tần sô' nhỏ nhất đòi hỏi được xác định t heo chiều dài cáp còn tần sô' cực đại dược xác định theo khoảng cách tới điểm gần nhất có thể xảy ra sự cô' Đôi 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 hàng sô điện môi của vật liệu. Bình thường tốc độ truyền sóng của dây trần là 300m/ps, vận tổc tryền của cáp từ 100 -ỉ- 80 m/ps, do đó đôi với mỗi môi trường điện môi phải biết vận tốc truyền sóng của chúng. Quan hệ giữa tần sô' cộng hương và khoảng cách tới chỗ sự cô' được cho theo biểu thức . 466 N d = ——---- frK 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 tôt cho các hệ thông phân nhánh, nhưng áp dụng không kết quả đô'i với sự cô' chập chờn. 6.11.5. Kỹ thuật rò Kỹ thuật rò dựa trên cơ sỏ xác định tín hiệu điện trên cáp bị sự cô' từ một hoặc hai đầu và định vị sự cô' bằng sự thay đổi đặc tính của tín hiệu. Ta có thể áp dụng các kỹ thuật sau đây: - Rò dòng điện. - Rò âm tần. - Điện áp xung. - Gradient đất. 6.11.5.1. P h ư ơ n g p h á p rò dòng d iên Áp dụng cho cả tín hiệu dòng diện một chiều và xoay chiều, có thế áp dụng cho cáp phân nhánh hoặc cáp chạy thẳng. Dòng sự cô' là dòng điện bơm vào mạch tạo bơi cáp bị sự cô' và đất. Sử dụng cảm biến đo dòng điện cáp ở vị trí sự cố. Kỷ thuật này có thể áp dụng khi sự cô'có điện trỏ nhỏ hoặc điện áp của thiết bị thử nghiệm đủ lớn đủ đê phát dòng điện tới chỗ sự cô'. Phương pháp này thường được áp dụng cho đường cáp trong rãnh cáp giữa các đầu nối bỏi vì toàn bộ đoạn cáp bị sự cô' phải được thay thế. Khi sử dụng phương pháp này cần chú ý là dòng điện trở về qua đất ít hơn qua trung tính. Nếu tất cả dòng điện qua trung tính, bộ cảm biến bao lấy cáp ba pha thì đầu ra của cảm biến sẽ bằng không. Đôi vói cáp trung tính cách ly ví dụ cáp chì cách điện bằng giấy cần đảm bảo trung tính nô'i đâ't giữa điểm đo và sự cô'. 181