Cáp ngầm cao thế: Hướng dẫn thiết kế, lựa chọn và lắp đặt

Mọi dự án trung chuyển ngầm dường như đều bắt đầu với cùng một vấn đề nan giải: làm thế nào để lắp một mạch điện có đủ công suất vào một tuyến đường chưa bao giờ được thiết kế cho rãnh cáp. Cáp ngầm cao thế 33 kV hoặc 35 kV có thể giải quyết vấn đề đó, nhưng chỉ khi kích thước dây dẫn, cách điện, vỏ bọc và phương pháp lắp đặt được chọn là một hệ thống chứ không phải là các bộ phận riêng biệt. Hướng dẫn này giải thích điều gì làm cho cáp điện áp cao ngầm khác với đường dây trên không, các cấp điện áp và cách điện ảnh hưởng đến hiệu suất như thế nào cũng như những điều cần kiểm tra trong quá trình thông số kỹ thuật và lắp đặt.

Điều gì được coi là cáp ngầm điện áp cao?

Cáp ngầm cao áp là cáp được lắp ráp tại nhà máy, hoạt động ở điện áp giữa các pha trên 1 kV và được thiết kế để lắp đặt dưới mặt đất. Trong nhiều thông số kỹ thuật của tiện ích, thuật ngữ tương tự bao gồm các loại cáp từ 6 kV đến 35 kV vì chúng có chung công nghệ cách điện XLPE và các hệ thống phụ kiện tương tự. Cáp không phải là một dây dẫn đơn lẻ; nó là một cấu trúc nhiều lớp bao gồm dây dẫn bằng đồng hoặc nhôm bện, màn chắn dây dẫn, lớp cách điện bằng polyetylen liên kết ngang, màn chắn cách điện, màn chắn kim loại và vỏ bọc bên ngoài.

Mỗi lớp thực hiện một chức năng riêng biệt. Màn chắn bán dẫn làm cân bằng điện trường và ngăn chặn sự phóng điện một phần. Màn hình kim loại mang dòng điện dung và dòng điện sự cố và cung cấp khả năng che chắn. Lớp vỏ bên ngoài giữ độ ẩm và hư hỏng cơ học khỏi lớp cách nhiệt. Đối với bộ cấp nguồn truyền tải phụ, XLPE là vật liệu cách nhiệt vượt trội vì nó có thể duy trì nhiệt độ dây dẫn liên tục ở 90 °C và nhiệt độ ngắn mạch lên tới 250 °C.

Cáp điện cách điện XLPE 3,6/6kV đến 26/35kV Cáp XLPE trung thế này phù hợp với các nguồn cấp điện ngầm, nơi có khả năng phục hồi độ ẩm, nhiệt và ứng suất cơ học là rất quan trọng. Vật liệu cách nhiệt liên kết ngang của nó hỗ trợ hoạt động liên tục ở 90°C và được sử dụng rộng rãi trong lưới điện đô thị và phân phối điện công nghiệp. Xem sản phẩm →

Tại sao chọn ngầm cho mạch điện áp cao?

Việc lắp đặt ngầm được chọn khi khan hiếm lộ trình, khi đường dây trên cao không được chấp nhận về mặt thẩm mỹ hoặc môi trường hoặc khi tuyến đường đi qua dưới đường, sông, tòa nhà hoặc hành lang sân bay. Sau khi được chôn, cáp phần lớn được bảo vệ khỏi sét, gió, băng và dây dẫn phi nước đại. Điều đó có nghĩa là số lần mất điện liên quan đến thời tiết ít hơn so với đường dây trên không.

Mạch ngầm có sự đánh đổi. Chúng đắt hơn để xây dựng, khó xác định vị trí hơn sau khi xảy ra lỗi và sửa chữa chậm hơn. Khả năng tản nhiệt cũng bị hạn chế bởi đất và đất lấp. Một sợi cáp mang dòng điện 600 A trong không khí tự do có thể bị giới hạn ở mức 450 A khi được chôn trong đất khô mà không có lớp cách nhiệt đặc biệt. Do đó, công suất thực của cáp ngầm điện áp cao được quyết định bởi môi trường lắp đặt chứ không phải chỉ bởi kích thước dây dẫn.

Các loại điện áp và ứng dụng điển hình

Lựa chọn điện áp là bước đầu tiên trong thông số kỹ thuật của cáp. Đối với lưới điện phân phối ngầm, điện áp định mức phổ biến là 6/1 kV, 12/20 kV, 18/30 kV và 26/35 kV. Bảng dưới đây tóm tắt các vai trò điển hình.

Trong thực tế, cáp 6/1 kV có thể cung cấp điện cho một tòa nhà công nghiệp lớn, trong khi cáp 26/35 kV có thể cung cấp điện cho một trạm biến áp của thành phố đông đúc từ một điểm cung cấp số lượng lớn. Đối với các kỹ sư dự án, việc kết hợp điện áp định mức của cáp với các điều kiện lỗi nối đất của hệ thống là điều cần thiết. Giá trị U0, điện áp giữa dây dẫn và màn chắn, phải bao gồm khoảng thời gian tối đa của một sự cố nối đất.

Cáp điện cách điện XLPE 0,6/1kV để phân phối Cáp XLPE điện áp thấp này lý tưởng cho việc cung cấp điện cho tòa nhà, nhà máy công nghiệp và chôn lấp trực tiếp. Nó cung cấp công suất dòng điện cao hơn và hiệu suất cơ học tốt hơn so với các giải pháp thay thế cách điện PVC, khiến nó trở thành lựa chọn thiết thực cho các mạng lưới phân phối hiện đại. Xem sản phẩm →

Chi tiết xây dựng ảnh hưởng đến cuộc sống dưới lòng đất

Khi mức điện áp được chọn, thiết kế vật lý của cáp bắt đầu quan trọng. Đối với nhiệm vụ ngầm, bốn chi tiết xây dựng đáng được chú ý:

• Dây dẫn bị mắc kẹt nhỏ gọn – giảm đường kính ngoài và cho phép bán kính uốn cong chặt hơn.
• Vật liệu cách nhiệt XLPE ép đùn ba lần - được áp dụng cùng với dây dẫn và màn chắn cách điện trên cùng một dây chuyền ép đùn, giảm thiểu ô nhiễm và khoảng trống.
• Thiết kế màn hình kim loại – màn chắn dây đồng dễ dàng kết thúc hơn và có khả năng chịu đoản mạch tốt hơn băng đồng mỏng.
• Chất liệu vỏ ngoài – PE dẻo dai và chống ẩm; PVC cung cấp khả năng chống cháy; các hợp chất chống mối mọt và chống gặm nhấm đặc biệt được yêu cầu ở các vùng nông thôn hoặc nhiệt đới, nơi có nguy cơ bị tấn công sinh học.

Nước xâm nhập là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây ra sự cố đứt cáp ngầm. Độ ẩm kết hợp với ứng suất điện tạo ra cây nước trong XLPE, có thể phát triển qua nhiều năm và cuối cùng gây hư hỏng. Đó là lý do tại sao nhiều công ty điện lực yêu cầu tấm chắn nước xuyên tâm hoặc ít nhất là vỏ bọc chặn nước cho các mạch điện chôn trực tiếp.

Cáp điện chống mối mọt và gặm nhấm Cáp này được thiết kế bằng vật liệu vỏ thân thiện với môi trường để chống lại thiệt hại sinh học do mối mọt và động vật gặm nhấm, đảm bảo độ tin cậy lâu dài trong môi trường khắc nghiệt dưới lòng đất hoặc trên cao. Chọn từ biện pháp bảo vệ chống mối mọt, chống gặm nhấm hoặc kết hợp. Xem sản phẩm →

Hướng dẫn cài đặt và bảo vệ

Ngay cả một ngôi nhà được xây dựng tốt cáp ngầm cao thế có thể thất bại nhanh chóng nếu nó được cài đặt kém. Việc cài đặt đáng tin cậy nhất tuân theo một số thực hành cơ bản:

• Đặt cáp vào rãnh ổn định có đáy nhẵn, có lưới chắn.
• Sử dụng vật liệu lót nền có điện trở suất nhiệt thấp, chẳng hạn như cát hoặc bê tông nạc.
• Duy trì bán kính uốn tối thiểu cần thiết khi kéo mắt và khớp.
• Hạn chế lực kéo bằng tay kéo và con lăn cáp thích hợp.
• Che mạch bằng gạch bảo vệ, băng cảnh báo hoặc cả hai.
• Ghi lại lộ trình và độ sâu chính xác cho việc khai quật trong tương lai.

Các biện pháp như vậy hạn chế ứng suất cơ học, cải thiện khả năng tản nhiệt và giảm nguy cơ hư hỏng do bên thứ ba đào bới, vốn vẫn là nguyên nhân hàng đầu gây ra sự cố cáp ngầm trong nhiều mạng.

Kiểm tra và đảm bảo chất lượng

Việc kiểm tra bắt đầu tại nhà máy và tiếp tục cho đến khi cáp được cấp điện. Đối với cáp ngầm điện áp cao có cách điện XLPE, phạm vi thử nghiệm bao gồm thử nghiệm thường xuyên trên mỗi chiều dài sản xuất, thử nghiệm mẫu trên một tỷ lệ nhỏ của đơn đặt hàng và thử nghiệm điển hình để chứng minh thiết kế. Phép đo phóng điện cục bộ đặc biệt quan trọng vì ngay cả những khoảng trống nhỏ trong lớp cách điện cũng có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành.

Sau khi lắp đặt, có thể cần phải kiểm tra khả năng chịu đựng VLF hoặc DC. Thử nghiệm VLF được ưa chuộng hơn đối với cáp XLPE hiện đại vì nó nhấn mạnh lớp cách điện theo cách gần với điều kiện sử dụng hơn mà không làm hỏng cáp âm thanh. Kiểm tra tại chỗ thường mở rộng đến các khớp nối và các đầu cuối, vì những phụ kiện này thường là những điểm yếu.

Chủ sở hữu và nhà thầu nên yêu cầu ghi lại kết quả kiểm tra và kiểm tra xem nhà sản xuất cáp có chứng nhận liên quan hay không. Bên thứ ba chứng nhận sản phẩm và chứng nhận hệ thống như ISO 9001 là cơ sở hữu ích để đánh giá các nhà cung cấp.

Chọn đúng cáp và nhà cung cấp

Lựa chọn cáp ngầm cao thế là một biện pháp quản lý rủi ro. Bước đầu tiên là thu thập các thông số hệ thống: điện áp danh định, mức sự cố, tải dự kiến, nhiệt độ đất xung quanh, điện trở nhiệt và chiều dài tuyến đường. Sau đó so sánh các tùy chọn vật liệu dây dẫn: đồng tăng cường độ khuếch đại cho cùng một đường kính nhưng làm tăng thêm chi phí; nhôm nhẹ hơn và chi phí thấp hơn nhưng cần tiết diện lớn hơn cho cùng một công suất.

Các yếu tố khác bao gồm vật liệu vỏ bọc, sự hiện diện của các lớp chặn nước, bao bì cáp và chiều dài tang trống cũng như khả năng của nhà sản xuất trong việc cung cấp các chiều dài liên tục dài để giảm thiểu các mối nối. Cáp có ít khớp nối hơn có thể giảm thời gian lắp đặt và các điểm hỏng hóc trong tương lai. Bạn cũng muốn xác nhận rằng nhà cung cấp có thể cung cấp tệp truy xuất nguồn gốc hoàn chỉnh: chứng chỉ vật liệu, báo cáo kiểm tra định kỳ và hướng dẫn lắp đặt.

Quyết định mua hàng phải dựa trên chi phí vòng đời và hiệu suất kỹ thuật chứ không chỉ dựa trên giá ban đầu. Để biết thêm chi tiết về sự cân bằng giữa điện và cơ, hãy xem hướng dẫn ngắn gọn này về lựa chọn cáp điện bao gồm những điểm chính.

Các mạch cáp ngầm điện áp cao đáng tin cậy không được tạo ra bởi một thành phần thông minh duy nhất; chúng đến từ sự tương tác giữa thiết kế cáp gọn gàng, sản xuất chất lượng cao, cấp điện áp chính xác và lắp đặt được kiểm soát. Bắt đầu với điện áp và tải của hệ thống, sau đó chọn lớp cách điện và vỏ bọc cho tuyến, rồi kết thúc bằng các thử nghiệm và tài liệu chứng minh cáp đã sẵn sàng hoạt động. Bằng cách cân bằng tất cả các yếu tố đó, chủ sở hữu mạng lưới có thể tạo ra các đường cấp điện ngầm hoạt động an toàn trong nhiều thập kỷ.