Cấu tạo dây dẫn tải điện trên không

Để xây dựng các đường dây cao áp, hầu như dùng ưu tiên dây dẫn bằng nhôm vì lý do kinh tế và dễ thực hiện. Phần lớn các dây dẫn làm bằng nhôm lõi thép, almelec (hợp kim của nhôm) và bằng almelec lõi thép, ít khi dùng cáp bằng nhôm tinh chất.

Dây chống sét hoặc bằng thép mạ kẽm hoặc là bằng almelec lõi thép. Cáp gồm nhiều sợi dây thép có bọc nhôm bên ngoài (nhôm kéo trên thép) sử dụng tốt cho dây nối đất, dây này cũng thay cho lõi thép mạ của dây nhôm lõi thép, tuy nhiên giá thành còn đắt.

Tất cả dây nhôm được dùng dưới dạng cáp nhiều sợi vặn xoắn. Cáp đồng nhất được chế tạo bằng nhiều sợi có cùng đường kính. Chúng gồm một sợi dây trung tâm ở giữa bao bọc bên ngoài bằng nhiều lớp dây quấn vặn xoắn. Ngoài ra có một số các các loại cáp như sau:

Cấu tạo dây dẫn tải điện trên không

Các dây cáp phức hợp như cáp nhôm lõi thép (AC, ACSR) hay almelec–thép gồm các sợi có đường kính bằng nhau, tiết diện có thể đến 250 mm2 đến 300 mm2 (hình dưới). Tiết diện lớn hơn thường dùng cáp có sợi nhôm và sợi thép không cùng đường kính, cho phép thay đổi tỷ số giữa tiết diện phần nhôm với tiết diện phần thép để đảm bảo vừa sức bền cơ và tính dẫn điện của dây dẫn. Phần thép dùng tăng cường sức bền cơ khí, phần nhôm dùng để dẫn điện.

Dây nhôm lõi thép ACSR

Một số đường dây tải điện siêu cao áp do yêu cầu phải tăng đường kính dây dẫn để giảm tổn thất vầng quang và cảm kháng của đường dây nên có thể dùng dây rỗng (hình dưới), loại dây này ít được sử dụng vì lắp đặt khó và sức bền cơ cũng kém. Một dạng khác của dây dẫn đường dây siêu cao áp là mỗi pha của dây dẫn được phân làm nhiều dây đặt ở các đỉnh của một đa giác đều (tam giác, hình vuông, lục giác, …) gọi là dây phân pha.

Dây dẫn bằng đồng ít thấy dùng ở đường dây cao áp do đồng là kim loại màu quí hiếm, đắt tiền chỉ dùng ở đường dây hạ áp và trung áp nhưng dần dần cũng có khuynh hướng thay bằng dây nhôm.

Dây cáp rỗng

Ký hiệu dây dẫn

Dây Pháp

Dây hợp kim nhôm dùng ở Pháp có tên Almelec được tiêu chuẩn bằng ký hiệu AGS/L. Bảng dây cho biết các số liệu về tiết diện định mức của dây, số sợi nhôm và thép.

Dây Nga

Các loại dây dẫn được ký hiệu bằng chữ cái và chữ số:

Chữ cái dùng để chỉ vật liệu làm ra dây đó. Các chữ cái như sau: M: đồng ; A: nhôm ; AC: nhôm lõi thép ; ACY: nhôm lõi thép tăng cường ; ΠC: thép.

Chữ số chỉ tiết diện của dây (mm2).

Ví dụ: Dây AC–120 là dây nhôm lõi thép và tiết diện phần nhôm dẫn điện là 120 mm2

Muốn biết thêm chi tiết phải tra bảng.

Dân Mỹ

Vì đơn vị đo lường của Mỹ khác với đơn vị đo lường quốc tế nên sau đây giới thiệu một số đơn vị liên quan đến dây dẫn giúp người đọc có thể tham khảo các bảng dây sản xuất ở Mỹ.

Circular mil (cmil hay CM) được dùng làm đơn vị của tiết diện dây vì hầu hết các dây dẫn hay sợi dây của cáp có tiết diện tròn. Sau đây là các đơn vị về chiều dài:

ký hiệu dây dẫn

Về đơn vị tiết diện circular mil (CM) được định nghĩa là tiết diện tròn có đường kính bằng 1 mil hay 0,001 in. 1 CM = 5,067 × 10–4 mm2 ≈ 5 × 10–4 mm2

Bội số của CM là MCM:

1 MCM = 1000 CM ≈ 0,5 mm2

Ví dụ: Dây nhôm lõi thép tăng cường ACSR tiết diện 759.000 CM hay 759 MCM = 759× 0,5 = 379,5 mm2 tương đương với dây ACO-400 hay ACY-400 của Nga.

Các loại cáp ngầm

Cáp ngầm có một hay nhiều lõi có vỏ bọc bảo vệ (thường là vỏ chì hay vỏ nhôm). Các dây dẫn được cách điện với nhau và cách điện với vỏ.
Lõi cáp được làm bằng dây đồng hay nhôm nhiều sợi vặn xoắn. Cáp một lõi dây dẫn có tiết diện tròn, trong cáp nhiều lõi dây dẫn có tiết diện hình quạt (hay bầu dục) để tận dụng khoảng không gian bên trong vỏ cáp (Hình dưới).

một vài kiểu tiết diện dùng trong cáp ngầm

Dây dẫn rỗng ở giữa được dùng cho loại cáp đầy dầu. Cách điện được dùng là giấy tẩm dầu, cao su, vải tẩm verni, đối với cáp ngầm cao áp cách điện chủ yếu là giấy tẩm dầu.

Ở điện áp cao vừa phải (đến 30 kV) cách điện được dùng có kết cấu rắn chắc (Hình dưới), cách điện này là một băng giấy quấn thật chặt quanh lõi. Sau khi quấn giấy, cáp được tẩm chân không bằng dầu cách điện có độ nhớt cao. Vì cách điện rắn có khuynh hướng tồn tại các khe hở (chứa đầy hơi của chất tẩm cách điện) là nơi gây ra phóng điện trong chất khí (vầng quang) nên cách điện loại này không dùng cho điện áp cao.

Cáp một lõi, cách điện bằng giấy, vỏ chì

Ở cáp cao áp, hợp chất tẩm có độ nhớt cao được thay bằng chất có độ nhớt thấp (cáp đầy dầu) hoặc thay bằng khí trơ thường là khí nitơ (cáp đầy khí) được duy trì ở áp suất cao để lấp kín các khe hở nhằm tăng cường độ cách điện.

Cáp một lõi có dây dẫn đặt đồng trục bên trong vỏ chì, vỏ chì bao bọc bên ngoài lớp cách điện. Nếu cáp một lõi thuộc loại đầy dầu hay đầy khí (loại có áp suất thấp) thì dầu hay khí được dẫn vào từ bình chứa xuyên qua phần ruột rỗng của dây dẫn hay qua các đường ống đặt giữa lớp vỏ chì và giấy cách điện.

Các loại cách điện dùng trong chế tạo cáp điện:

Cách điện bằng giấy tẩm dầu

Giấy cách điện được sản xuất từ xơ gỗ đã sulfat hóa. Trong sản xuất dây cáp điện, giấy cách điện được làm thành băng và quấn nhiều lớp lên ruột dẫn điện. Các lớp quấn phải thấm được dầu cách điện. Giấy cách điện cho cáp thường được dùng cho loại cáp cao áp. Ngày nay ít dùng giấy để làm cách điện cho dây cáp vì tính chất cơ lý của giấy không cao và các chất cách điện cao phân tử đã được làm dễ dàng và giá thành rẻ.

Cách điện polyetylene (PE)

Polime tổng hợp từ etylen, công thức chung [–CH2–CH2–CH2]n. Polyetylen là chất nửa trong suốt, không màu. Tùy theo phương pháp điều chế mà nhiệt độ nóng chảy thay đổi từ 130 đến 1500C. Nếu tổng hợp dưới áp suất cao sẽ được polyetylen tỷ trọng thấp LDPE, nếu tổng hợp nhờ các chất xúc tác dưới áp lực thấp sẽ cho polyetylen tỷ trọng cao HDPE.

PE có cả tính bền kéo cao lẫn tính dẻo, cách điện tốt, bền đối với kiềm và axit hữu cơ, bị clor và fluor phân hủy. Ở nhiệt độ 80oC tan trong hydrocarbon, kể cả các dẫn xuất clor hóa. PE hầu như không bị phân hủy bởi các hóa chất ở nhiệt độ thường, bền dưới tác dụng của tia phóng xạ, vô hại về mặt sinh lý. Polyetylen là một trong các polyme rẻ tiền nhất, chiếm vị trí quan trọng trong sản xuất chất dẻo. Polyetylen có cấu tạo tinh thể không phân cực nên có đặc tính cách điện tốt.

Nhược điểm của PE là dễ bị nứt gảy dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Để khắc phục nhược điểm này người ta cho vào PE chất chống nứt gãy, chống tia cực tím.

Cách điện polyvynilclorit (PVC)

Polyme được tổng hợp từ vynil clorua, công thức chung [–CH2–CHCl–]n, là chất rắn màu trắng. Khi đun trên 100oC bị phân hủy rõ rệt. PVC tan trong dicloetan, nitrobenzen. PVC bền với tác dụng của hơi ẩm, axit, kiềm, dung dịch muối, hydrocarbon, dầu mỏ.

Tùy thuộc vào phương pháp chế tạo, lượng chất hóa dẻo, chất ổn định nhiệt và các loại chất độn thêm vào, tính chất cơ lý của PVC tăng lên, giá thành hạ. Nhựa PVC được dùng làm chất cách điện cho dây cáp điện nhờ có nhiều tính chất tốt như dễ gia công nhiệt để tạo dạng, bền về hóa học, dưới tác dụng của nhiệt độ cao nó tự phân hủy thành khí Cl, HCl có tác dụng dập tắt lửa …

Nhựa PVC có cấu tạo tinh thể dạng phân cực nên nó thường dùng được ở điện áp thấp và tần số công nghiệp.

Cách điện cao su

Cao su được dùng rất nhiều làm vật liệu cách điện nhất là cho các loại dây cần mềm dẻo. Tùy theo các phương pháp tổng hợp, các chất phụ gia thêm vào, các cách điện lưu hóa mà có những loại cao su khác nhau như cao su acrylat, cao su butadien, cao su butyl, cao su etylen– propylen. Trong sản xuất dây cáp điện ở Việt Nam, cao su thiên nhiên là loại được dùng nhiều chủ yếu. Cao su thiên nhiên được lưu hóa và trộn thêm nhiều hóa chất như chất hóa dẻo, chất độn, bột màu …

Cách điện polyetylen khâu mạch (XLPE)

XLPE là loại nhựa PE được tạo thêm liên kết ngang. Quá trình tạo thành liên kết ngang được thực hiện trên máy chuyên dụng và được kiểm soát các chế độ về nhiệt độ, tỷ lệ xúc tác, quá trình khâu mạch.

Về mặt hóa học, phân tử PE gồm các chuỗi carbon thẳng với hai nguyên tử hydro liên kết với hai nguyên tử carbon. Dưới tác dụng của năng lượng cao, một số nguyên tử hydro bị tách ra khỏi mạng nhờ chất peroxit làm chất xúc tác, khi ấy liên kết phân tử carbon với carbon theo hàng ngang được hình thành tạo ra liên kết ngang gọi là khâu mạch.

Nhờ liên kết ngang, nhựa XLPE có tính cơ, hóa học tốt: tính chịu va chạm cao, tính chịu mài mòn cao, tính bền mỏi cao, chịu tia cực tím tốt, không bị các loại dầu và hóa chất thông thường phá hoại. Độ chịu nhiệt cao, cho phép làm việc lâu dài ở 90C, nhiệt độ nung nóng chophép khi quá tải là 1300C không quá 4 giờ, nhiệt độ cực đại khi có dòng ngắn mạch đến 2500C với thời gian không quá 5 giây.

Màn chắn điện từ cho dây và cáp điện:

Trong cáp trung áp và cao áp, điện trường phân bố theo hàm bậc hai rất không đều trong phần cách điện. Để san bằng bớt phần điện trường quá cao (các mũi nhọn) người ta đưa vào lớp màn chắn điện từ (Hình dưới), bao gồm:

  • Màn chắn điện từ ruột là lớp bán dẫn ép sát ruột dẫn điện;
  • Màn chắn cách điện gồm hai lớp:
    • Màn chắn bán dẫn ôm sát lớp cách điện;
    • Màn chắn kim loại ôm ngoài lớp bán dẫn.

Màn chắn điện tử

Tùy theo loại chất cách điện (giấy cách điện giấy PE, PE, PVC, XLPE) người ta chế tạo các loại bán dẫn tương ứng. Thông thường các loại vật liệu bán dẫn được chế tạo bằng cách trộn thêm bột than vào chất cách điện.

Lớp màn chắn điện từ được áp dụng cho các loại dây cáp điện có điện áp truyền tải lớn hơn 6 kV.

Cáp ba lõi hay nhiều lõi có hai loại cơ bản:

Cáp có đai cách điện

Trong loại này, ba dây dẫn sau khi được bọc cách điện cho riêng mỗi dây, chúng được bện chung lại với nhau và các kẽ hở được lấp đầy bằng giấy cách điện để làm tròn mặt ngoài củaba dây được bện xoắn. Bên ngoài là một lớp đai cách điện bọc cả ba dây lại có độ dày và vật liệu giống như cách điện của mỗi dây dẫn. Cuối cùng bên ngoài là lớp vỏ chì bọc bảo vệ. Cáp có đai cách điện thuộc loại cáp rắn chắc

Cáp có đai cách điện

Cáp có đai kim loại

Loại này không dùng đai cách điện mà thay vào đó, lớp cách điện của mỗi dây dẫn được bọc bên ngoài bằng một băng bằng kim loại dẫn điện để loại trừ dòng điện xoáy. Các băng kim loại này được nối đất qua tiếp xúc với vỏ chì nhờ vậy sự phân bố điện trường bên trong lớp điện môi được đồng đều hơn ở loại cáp có đai cách điện. Loại cáp có đai kim loại thích hợp với điện áp cao.

Cáp có đai kim loại có thể rắn chắc, đầy dầu hay đầy khí. Dầu hay khí đi trong các ống lắp kín khoảng trống bên trong cáp

Cáp có đai kim loại

Một loại cáp nữa là cáp ống hay cáp đầy khí hoặc đầy dầu có áp suất cao thường dùng ở điện áp cao và có tiết diện lớn (Hình dưới). Cáp này gồm ba hay nhiều sợi cáp một lõi thường được bện chung lại với nhau và đặt trong một ống thép. Các dây cáp một ruột có cấu tạo như cáp một ruột thông thường nhưng thay vì bọc bằng vỏ chì thì vỏ bọc những sợi cáp này gồm các băng kim loại và dây quấn vòng quanh lớp cách điện. Kiểu vỏ bọc này có cùng tác dụng màn chắn như vỏ chì nhưng nó cho phép dầu hay khí tiếp xúc với chất cách điện của dây cáp, dầu hay khí bơm vào bên trong ống với áp suất cao (khoảng 150 N/cm2).

Các loại cáp áp lực có thuận lợi là bất kỳ chỗ nứt nào trên ống dẫn đều làm cho khí hay dầu xì ra ngoài mà không làm cho ẩm hay mốc thấm được vào bên trong.

Phần lớn các cáp được kéo đi trong hầm cáp, tuy vậy nếu cáp được chôn trực tiếp dưới đất thì vỏ chì được bảo vệ về mặt cơ học bằng lớp giáp sắt. Thường giáp sắt là các băng bằng thép quấn trên một lớp bằng sợi đai là lớp đệm quanh vỏ chì. Sau cùng lớp bằng thép cũng được bọc quanh ngoài cùng bằng một lớp sợi đai có tẩm chất chống rỉ.

Cáp dầu hay khí áp lực cao

Bạn có muốn nhận bộ tài liệu: Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC ?
Tải ngay: https://vnk.edu.vn/ebook-huong-dan-thiet-ke-lap-dat-dien-theo-iec/

Các đặc tính của dây dẫn
5 (100%) 2 votes