Cấu tạo, ký hiệu và lĩnh vực sử dụng dây dẫn, dây cáp

Để dẫn điện người ta chế tạo 3 loại dây: dây bọc cách điện, gây cháy, dây dẫn trần và dây cáp.

Dây bọc cách điện dùng cho lưới điện hạ áp, chủ yếu là điện nội thất. Có loại dây bọc ruột đồng, dây bọc ruột nhôm, dây đơn hoặc dây đôi, cứng hoặc mềm, một sợi hoặc nhiều sợi được bọc bởi cách điện là PVC, PE, XLPE, giấy tẩm,…

Dây dẫn trần bao gồm dây đồng trần (M), dây nhôm trần (A) và dây nhôm lõi thép (AC), trong đó với dây AC phần nhôm làm nhiệm vụ dẫn điện, phần thép làm tăng độ bền cơ. Dây đồng trần có nhược điểm là đắt và nặng mặc dù dẫn điện tốt hơn nhôm vẫn chỉ được dùng ở những môi trường đặc biệt. Dây nhôm trần do khả năng chịu lực cơ kém nên chỉ được dùng trên lưới hạ áp. Dây nhôm lõi thép được dùng ở mọi cấp điện áp.

Dây cáp là loại dây dẫn đặc biệt. Người ta chế tạo cáp 1 lõi, 2 lõi, 3 lõi, 4 lõi. Lõi có thể bằng đồng hoặc bằng nhôm. Cáp được cách điện bằng PVC, PE, XLPE, cao su,… Cáp cách điện XLPE có lõi nhôm được gọi là cáp XLPE lõi nhôm. Người ta chế tạo ra nhiều loại cáp có đặc tính khác nhau thích ứng với môi trường sử dụng: cáp trong nhà, dưới đất, ngoài trời, cáp chịu chua mặn, chịu ăn mòn hóa chất, chịu lực cơ giới, chịu lửa,…

Ngoài ra còn có cáp chứa đầy dầu cách điện dùng cho các đường dây điện áp xoay chiều 110-765kV thường có một lõi. Trong những năm gần đây công nghệ chế tạo cáp ống (thanh dẫn) chứa đầy khí nén elegaz (SE6) đã đạt được thành tựu ở một số nước trên thế giới, ví dụ Mỹ, Nhật, Đức,… đã chế tạo được cáp 345, 420 và 500 kV.

Trong sơ đồ điện, dây dẫn và cáp được ký hiệu bằng các nét vẽ trên đó ghi đầy đủ các thông tin của chúng, bao gồm vật liệu làm dây (đối với dây bọc, dây trần), vật liệu cách điện (đối với cáp), số lượng và tiết diện dây dẫn pha, số lượng và tiết diện dây dẫn trung tính, số lộ đường dây (n). Cụ thể như sau:

– Kí hiệu dây dẫn cao áp

n.Vật liệu làm dây – Tiết diện dây.

Ví dụ: Đường dây trên không 1 lộ (lộ đơn) dây dẫn AC, tiết diện 35 mm2

           AC – 35

Đường dây trên không 2 lộ (lộ kép ) dây dẫn AC, tiết diện 120 mm2

                     

– Kí hiệu dây dẫn hạ áp

Với đường dây trên không

n.Vật liệu làm dây (m.F + 1.F0)

Trong đó: n- số lộ đường dây;

m- số dây pha;

F- tiết diện dây pha (mm2);

F0– tiết diện dây trung tính (mm2);

Tỉ lệ F0 so với F thường có trị số sau:

Với lưới 3 pha 4 dây  

Với lưới 1 pha, 2 pha F0 = F.

Ví dụ : đường dây trên không 1 lộ, dây dẫn nhôm tiết diện 25mm2 A(3.25+1.16). Đường dây trên không 2 lộ, dây nhôm lõi thép, tiết diện 50 mm2  . Đường dây trên không 1 pha, dây nhôm, tiết diện 16 mm2 A(1.16+1.16). Đường dây trên không 2 pha, dây nhôm, tiết diện 25 mm2   M(1.6)  A(2.25+1.25)

Với dây bọc

Vật liệu làm dây (m. F)

Ví dụ : dây đồng 2 lõi tiết diện 4 mm2  M(2.4)

Dây đồng 1 lõi, tiết diện 6 mm2   M(1.6)

– Ký hiệu cáp

Với cáp cao áp

n. Vật liệu cách điện (m.F)

Ví dụ : cáp PVC 3 lõi, tiết diện 16 mm2, lộ đơn

Cáp XLPE 3 lõi, tiết diện 50 mm2, lộ kép

3 cáp PVC 1 lõi, tiết diện 185 mm2

Với cáp hạ áp

n.Vật liệu cách điện (mF + 1.Fo)

Ví dụ: cáp PVC, 1 lộ, 4 lõi, tiết diện 120 mm2

Cáp XLPE, lộ kép, 4 lõi, tiết diện 70 mm2

Việc chọn mác dây dẫn, dây cáp theo sự chỉ dẫn mục đích sử dụng và điện áp làm việc; tính chất môi trường xung quanh trong đó đáng chú ý là môi trường cháy, nổ và ăn mòn.

Phòng cháy Trạm biến áp

Trạm biến áp có nguy cơ cháy nổ rất cao nếu không có biện pháp phòng cháy

Trạm biến áp có nguy cơ cháy nổ rất cao nếu không có biện pháp phòng cháy

Những thiết bị cơ bản của trạm biến áp

Trạm biến áp có những thiết bị cơ bản sau: máy biến áp, máy cắt (máy cắt không khí, máy cắt dầu, máy cắt phụ tải, máy cắt khí elegaz SF6), thiết bị tự động bảo vệ, dao cách ly, thiết bị báo cháy, chữa cháy tự động.

– Máy biến áp:

+ Cấu tạo:

Cấu tạo của máy biến áp gồm các bộ phận cơ bản sau: mạch từ (lõi thép và các chốt ép), cuộn dây, bình dầu dãn nở, ống dẫn dầu, van lọc xiphông, bộ lọc xiphông, bộ lọc khí, ống phòng nổ, ống chỉ mức dầu ở bình dãn nở dầu, sứ cao, hạ áp, đầu dây trung tính, bộ chuyển mạch, nhiệt kế (hình 2.16).

Hình 2.16. Sơ đồ máy biến áp 3 pha làm mát bằng dầu

  1. Van xả dầu; 2. Van lọc xiphông nhiệt; 3. Bộ lọc xiphông; 4. Bộ lọc khí; 5.Ống chỉ dầu; 6. Ống phòng nổ; 7. Bình giãn nở dầu; 8. Nắp máy; 9. Sứ hạ áp; 10. Sứ cao áp; 11.Đầu trung tính; 12. Bộ phận chuyển mạch; 13. Nhiệt kế; 14. Bánh xe; 15. Ống làm mát dầu.

+ Phương pháp làm mát máy biến áp: khi máy biến áp làm việc, tổn hao năng lượng trong mạch từ và trong các cuộn dây biến thành nhiệt năng đốt nóng các phần tử của chúng. Người ta sử dụng các phương pháp để hạ thấp nhiệt máy biến áp. Trên thế giới có một số phương pháp làm mát sau:

Làm mát tự nhiên:

Cuộn dây, lõi thép được làm mát do không khí môi trường xung quanh. Phương pháp này chỉ áp dụng với những máy biến áp không lớn hơn 750 kVA với điện áp thứ cấp 220/127 và 380/220V.

Làm mát bằng dầu:

– Làm mát máy biến áp bằng dầu tự nhiên: máy biến áp được làm mát bằng dầu cách điện tuần hoàn do đối lưu tự nhiên bên trong thùng (thùng có vỏ trơn, có gợn sóng, có ống dẫn hoặc có những bộ tản nhiệt). Công suất của các máy biến áp được làm mát kiểu này có thể đạt 10000- 16000 kVA.

– Làm mát máy biến áp bằng dầu tự nhiên có quạt gió: hệ thống làm mát kiểu này dựa trên cơ sở làm mát bằng dầu tự nhiên có đặt quạt để tăng cường độ tản nhiệt trên bề mặt làm mát. Công suất của các máy biến áp được làm mát kiểu này có thể đạt đến 80000 kVA.

– Làm mát bằng dầu và không khí tuần hoàn cưỡng bức: với các máy biến áp công suất lớn hơn 80000 kVA người ta sử dụng hệ thống với sự lưu thông cưỡng bức dầu và không khí. Số lượng quạt làm việc có thể thay đổi phụ thuộc tải và nhiệt độ của dầu máy biến áp.

– Làm mát bằng dầu kết hợp với nước lạnh: phương pháp này áp dụng với các máy biến áp công suất đặc biệt lớn, từ 250000 kVA. Dầu biến áp được làm mát bằng cách chảy qua đường ống dẫn dầu vào trong bộ phận làm mát luôn luôn có nước lạnh chảy qua nhờ hệ thống bơm nước lạnh tuần hoàn.

Sự nguy hiểm cháy, nổ của máy biến áp

Những trạm biến áp gần khu dân cư là rất nguy hiểm khi sảy ra cháy nổ

Những trạm biến áp gần khu dân cư là rất nguy hiểm khi sảy ra cháy nổ

Cở sở để đánh giá sự nguy hiểm cháy, nổ của máy biến áp trong quá trình vận hành được xác định bằng mức độ tồn tại chất cháy, sự tiếp xúc của chúng với không khí và nguồn nhiệt gây cháy.

+ Chất cháy:

Dầu biến áp là một sản phẩm của quá trình chưng cất dầu mỏ, có thành phần chủ yếu là: hydrocacbon naptepic (CnH2n), hydrocacbon parafinic (CnH2n+2), hydrocacbon aromatic (CnH2n-6) với n = 15÷ 18. Trong quá trình làm việc của máy biến áp, dầu biến áp bốc hơi, hơi này kết hợp với ôxy trong không khí tạo thành hỗn hợp có khả năng gây cháy, nổ.

Ngoài ra, khi dầu bị đốt nóng liên tục dẽ bị lão hóa, giảm tính cách điện dẫn đến đánh thủng cách điện cuộn dây. Do cung lửa tác dụng dầu biến áp tham gia phản ứng nhiệt, tạo thành hỗn hợp các khí CH4, H2, C2H2, C2H4. Các khí này kết hợp với ôxy không khí tạo thành môi trường nguy hiểm cháy, nổ.

+ Nguồn nhiệt:

Nhiệt độ máy biến áp tăng cao quá giới hạn cho phép do những nguyên nhân sau:

– Máy biến áp bị quá tải do dòng điện phụ tải máy biến áp lớn hơn dòng điện định mức của máy biến áp;

– Quá nhiệt do mức dầu hạ thấp hoặc do đối lưu dầu trong máy biến áp kém;

– Do ngắn mạch một số vòng dây của cùng một cuộn dây làm phát sinh tia lửa điện;

– Máy biến áp làm việc liên tục, vì vậy trong máy tạo thành dòng nhiệt có hướng chuyển động từ các bộ phận trong máy ra vỏ vào môi trường xung quanh.

Những nguyên nhân cơ bản gây cháy, nổ máy biến áp

Trong vận hành máy biến áp thường bị cháy là do các nguyên nhân chính sau:

Nhiệt độ của máy biến áp tăng quá mức cho phép do những hư hỏng trầm trọng xảy ra ở mạch từ.

– Cách điện giữa các lá thép bị hỏng do chúng bị già cỗi vì thời gian làm việc lâu vượt quá tuổi thọ của chúng hoặc do những hư hỏng cục bộ.

– Cháy trong các lá thép do hỏng cách điện của chốt ép tạo ra ngắn mạch hoặc hư hỏng cục bộ cách điện giữa các lá thép gây ngắn mạch giữa chúng.

– Ngắn mạch cục bộ các lá thép do có vật kim loại vật dẫn điện nào đó gây ngắn mạch.

– Do lực ép mạch từ yếu, chi tiết bắt chặt bị long ra các lá thép ngoài cũng bị tụt ở trụ quấn dây hoặc gông từ, hoặc do điện áp sơ cấp cao quá giá trị định mức từ đó dẫn đến máy bị rung và kêu tới mức không cho phép.

Do cuộn dây trong máy bị chập nhau gây cháy

– Hiện tượng chập cuộn dây là do cách điện của cuộn dây bị già cỗi hay quá tải bị kéo dài, chế độ làm mát không đảm bảo, do hư hỏng cơ giới của cách điện vòng dây khi sự cố. Cuộn dây bị nhô lên khỏi mặt dầu vì mức dầu thấp quá mức.

– Cuộn dây bị đánh thủng ra vỏ là do cách điện có vết nứt hoặc bị sứt mẻ.

– Ngắn mạch giữa các vòng dây của cuộn dây: nguyên nhân chủ yếu là cách điện bị phá hủy, dầu biến áp bị ẩm, dòng điện ngắn mạch chạy qua dầu ra vỏ gây ngắn mạch xuống đất hay ngắn mạch giữa các pha.

Hiện tượng các vòng dây bị chập chiếm 70% trong tổng số hư hỏng máy biến áp. Chất cách điện của cuộn dây trong máy bị hỏng nhanh khi máy biến áp làm việc liên tục ở nhiệt độ 1050C. Ngắn mạch giữa các cuộn dây, xuất hiện lực điện động của dòng điện ngắn mạch gây biến dạng cuộn dây và dịch chuyển theo hướng dọc trục. Thường hiện tượng này xảy ra cùng hiện tượng chạm vỏ của cuộn dây.

Ngắn mạch giữa các pha gây cháy

Nguyên nhân chủ yếu là cách điện giữa các pha bị hỏng. Dạng này ít xảy ra. Khi xảy ra thường kèm theo hiện tượng phụt dầu qua ống phòng nổ. Vì đây là dạng sự cố lớn, dầu bị sôi mạnh, áp suất trong máy rất lớn.

Đứt mạch giữa các pha của cuộn dây gây cháy

Nguyên nhân chủ yếu là do các đầu nối bị phá hủy bởi lực cơ học, lực điện động của dòng ngắn mạch, tiếp xúc không chặt. Khi đứt mạch xuất hiện hồ quang làm phân tích đầu, từ đó có thể gây ngắn mạch các pha và phóng điện ra vỏ.

Hư hỏng các sứ đầu vào của máy biến áp gây cháy

Do cách điện của sứ đầu vào bị hỏng gây chạm vỏ hay phóng điện giữa các pha. Sứ đầu vào bị nứt hay can dầu, mặt trong của sứ bị bẩn, chim thú sa vào, chạy trên mặt biến áp.

Sự phóng điện giữa các sứ đầu vào xuống vỏ tạo thành hồ quang dẫn điện dẫn đến chảy dầu, gây cháy nổ thiết bị điện. Hiện tượng này do ngoài sứ bị lớp bụi bẩn, ẩm dẫn điện. Ống cách điện bakêlít bẩn, nứt, dầu cách điện trong sứ bị phân tích thành ôxýt cacbon và axít.

Do những sai lầm của công nhân vận hành gây cháy

Do thao tác nhầm khi bảo dưỡng, sửa chữa máy biến áp; do sơ suất khi sử dụng lửa trong khi vận hành máy biến áp.

Do tác động của thiên nhiên gây cháy

Khi mưa giông máy biến áp có thể bị sét đánh thẳng nếu hệ thống thu lôi chống sét không đảm bảo độ tin cậy, khi có sét đánh trên đường dây tải điện, điện áp của sét theo đường dây chạy vào trong máy gây quá điện áp trong máy, nếu các thiết bị chống sét (kiểu van, ống tác động không kịp thời hay không tác động sẽ gây cháy máy).

Xem các bài viết trong chuyên đề Phòng cháy thiết bị điện: