BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Phạm Thành Chung

NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI HỖN
HỢP ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG VÀ CÁP

Ngành:

Kỹ thuật điện

Mã số:

9520201

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội - 2023


Cơng trình được hồn thành tại:
Đại học Bách khoa Hà Nội

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS Trần Văn Tớp
2. TS Phạm Hồng Thịnh

Phản biện 1: PGS. TS. Trần Bách
Phản biện 2: TSKH. Trần Kỳ Phúc
Phản biện 3: TS. Lê Xuân Thành

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án
tiến sĩ cấp Đại học Bách Khoa Hà Nội họp tại Đại học
Bách khoa Hà Nội
Vào hồi 8 giờ 30, ngày 06 tháng 10 năm 2023

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam


MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết của đề tài

Mức độ tăng trưởng của phụ tải kèm theo sự xuất hiện
các trung tâm phụ tải mới cũng như sự đa dạng về cơ
cấu nguồn điện là động lực chính của việc mở rộng hệ
thống truyền tải Việt Nam trong những thập kỷ qua. Lưới
truyền tải ngày càng được mở rộng cả về quy mô lẫn độ
phức tạp với chiều dài đường dây tăng trung bình 20%
trong mỗi 5 năm kể từ năm 2015 [1]. Tuy nhiên, việc mở
rộng và xây mới đường dây truyền tải trên khơng ngày
càng khó khăn do hạn chế về quỹ đất, giải phóng mặt
bằng, các quan ngại về sức khỏe do tiếng ồn, điện từ
trường xung quanh đường dây cũng như hạn chế về cảnh
quan và môi trường. Chính vì vậy, hạ ngầm một phần lưới
truyền tải đang là lựa chọn tất yếu ở Việt Nam cũng như
các hệ thống điện trên thế giới.

Tuy nhiên, thay thế đường dây trên không bằng cáp
ngầm trên diện rộng ở lưới truyền tải trong tương lai chỉ
có thể tiến hành từng bước bởi hai lý do. Thứ nhất là chi
phí xây dựng một đường dây cáp đắt hơn đường dây trên
không có cùng cơng suất truyền tải nhiều lần [4]. Thứ hai
là hiểu biết và kinh nghiệm vận hành cáp ở lưới truyền
tải còn rất hạn chế do cáp ngầm chỉ chiếm một tỉ lệ rất
khiêm tốn về chiều dài (dưới 2%) ở lưới truyền tải từ 220
kV trở lên [5]. Do đó tương lai gần của lưới truyền tải sẽ
là kết hợp giữa đường dây trên không và cáp để trở
thành các đường dây truyền tải hỗn hợp, trong đó cáp
ngầm sẽ được sử dụng ở khu đông dân cư hoặc khu vực
không thể sử dụng đường dây trên không do quy định về
cảnh quan và môi trường [9].
Khi thay thế đường dây trên không bằng cáp để trở
thành đường dây truyền tải hỗn hợp đặt ra hai vấn đề về
quá điện áp. Thứ nhất là quá điện áp trên cách điện cáp
(bao gồm cách điện chính của cáp và cách điện vỏ cáp)
do tác động của các hiện tượng quá độ tần số cao ở
1


đường dây trên không hoặc trạm biến áp lan truyền vào
cáp như sét hoặc đóng cắt. Trong trường hợp này mặc dù
cáp không chịu trực tiếp các hiện tượng quá độ đó nhưng
cấu tạo khác biệt của cáp dẫn đến quá điện áp trên cách
điện cáp trở nên nghiêm trọng hơn so với các thiết bị ở
đường dây trên không và trạm. Thứ hai là quá điện áp
trên các thiết bị khác do sự có mặt của cáp. Điện dung
lớn của cáp làm cho các hiện tượng cộng hưởng trên lưới

truyền tải dịch chuyển xuống khu vực tần số thấp. Quá
điện áp do các hiện tượng này xảy ra ở tần số thấp hơn
nhiều so với tần số của sét và đóng cắt dẫn đến quá điện
áp trên các thiết bị lân cận của cáp. Trái lại với trường
hợp thứ nhất, trong trường hợp này cáp lại trở thành một
tác nhân gây quá điện áp ngược lại với các thiết bị khác
và xảy ra ở tần số thấp hơn. Do đó nghiên cứu quá điện
áp cho đường dây truyền tải hỗn hợp cần phải được tiến
hành trên toàn bộ miền tần số, không chỉ cho cách điện
của cáp mà cả đối với cách điện của các thiết bị lân cận
với cáp.
2.

Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước

Đường dây truyền tải hỗn hợp chỉ mới xuất hiện gần
đây nên các nghiên cứu về chúng thường chỉ tập trung
vào khía cạnh khả thi về mặt kỹ thuật của đường dây
truyền tải hỗn hợp ở một cấp điện áp cụ thể [9], [10],
[14]. Cụ thể hơn các nghiên cứu tập trung vào một vấn
đề cho một cấp điện áp như quá điện áp do sét, quá điện
áp thao tác [15]–[18], quá điện áp khi đóng kháng vào
đường dây hỗn hợp [13], [19-20]. Tính tốn q điện áp
để lựa chọn cách điện chính hoặc bảo vệ cho cách điện
chính chỉ thực hiện cho cáp ở cấp 380 kV của lưới điện
châu Âu [21-22]. Quá điện áp trên cả cách điện chính và
cách điện vỏ được tính tốn cho cáp dầu với cấp điện áp
điển hình của 150 kV của Bắc Mỹ [23] hoặc 110 kV và
132 kV của Nhật Bản [24-25]. Các hiện tượng khác ở
đường dây hỗn hợp như mất điểm không ở máy cắt trong

khi đóng cắt luân phiên kháng bù ngang ở hai đầu đường
2


dây cũng chỉ xét cho lưới 380 kV [26-30]. Tính đặc thù
này cịn có thể kể đến các nghiên cứu khác về tính tốn
q điện áp sét cho đường dây truyền tải hỗn hợp một
chiều (HVDC) ở cấp điện áp 525 kV của Đức [31-32] hoặc
500 kV của Mỹ [33-34]. Tính tốn q nhiệt đối với cách
điện của cáp trong các mơi trường đặt cáp khác nhau
[35]–[38]. Tính tốn lựa chọn thiết bị bảo vệ cho cách
điện của cáp ở lưới trung áp [39]–[42]. Đối với Việt Nam,
hầu như chưa có bất kỳ nghiên cứu nào về các hiện
tượng quá điện áp cho một đường dây có cấu trúc hỗn
hợp trong các điều kiện đặc thù về vận hành của lưới
truyền tải Việt Nam.
3.
cứu

Những vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên

- Các nghiên cứu chỉ tập trung vào một dải tần số mà
chưa xét đến ảnh hưởng của cáp trong đường dây hỗn
hợp trên toàn bộ miền tần số, từ tần số của quá điện áp
tạm thời đến quá điện áp sét.
- Các nghiên cứu chủ yếu xét đến quá điện áp trên lõi
cáp mà ít quan tâm đến quá điện áp trên vỏ cáp cho nên
cách lựa chọn thiết bị hạn chế điện áp vỏ cáp (SVL) rất sơ
sài và cũng không xét đến môi trường đặt cáp cũng như
hiện tượng truyền sóng trên vỏ cáp.

Để khắc phục các vấn đề còn tồn tại trên, nghiên cứu
của luận án sẽ tập trung vào các hướng sau:
- Nghiên cứu tính tốn q điện áp trên cách điện của
lõi và vỏ cáp khi có q điện áp khí quyển lan truyền từ
đường dây trên không vào cáp xét đến ảnh hưởng của
cấu trúc cáp cũng như môi trường đặt cáp. Phân bố điện
áp trên cáp, lựa chọn thiết bị bảo vệ vỏ cáp và ảnh
hưởng của các nguồn sóng hài đến quá điện áp cộng
hưởng.

3


4.
Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi
nghiên cứu
- Nghiên cứu hiện tượng quá điện áp trên cáp sử dụng
trong đường dây truyền tải hỗn hợp trong dải tần số từ
tần số quá điện áp tạm thời đến quá điện áp sét để từ đó
xác định phương thức nối vỏ và bảo vệ cách điện phù
hợp với các thông số đầu vào là của lưới điện truyền tải
Việt Nam.
- Đối tượng nghiên cứu là đường dây truyền tải hỗn
hợp cáp HVAC và đường dây trên không 220 kV Việt
Nam.
- Phạm vi nghiên cứu đường dây truyền tải hỗn hợp
220 kV của lưới điện Việt Nam.
- Kiểm chứng tính hiệu quả các tinh tốn được đề xuất
thơng qua kết quả mô phỏng.
5.


Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

Làm sáng tỏ hiện tượng quá độ điện từ trong đường
truyền tải hỗn hợp, đặc biệt là đối với lưới truyền tải Việt
Nam. Kết quả nghiên cứu nhằm xây dựng cơ sở bổ sung
vào quy phạm liên quan đến hệ thống cáp truyền tải của
lưới điện Việt Nam.
6.

Các đóng góp mới của luận án

- Luận án đã tổng hợp các loại cáp phổ biến sử dụng ở cấp truyền tải,
trình bày phương pháp xác định thông số cáp và phương pháp tính tốn
xác định q điện áp trên lõi cáp và vỏ cáp dựa trên phương trình truyền
sóng.
- Q điện áp trên cách điện của lõi và đặc biệt là của vỏ cáp phụ
thuộc vào cấu trúc của cáp và môi trường đặt cáp, việc tính tốn bảo vệ
vỏ cáp phải xét đến toàn bộ phương thức đặt cáp, điện trở tiếp địa tại
các vị trí nối đất vỏ cáp và cách nó nối với đường dây trên khơng.
- Phương thức nối đất vỏ cáp và thông số của thiết bị hạn chế điện áp
vỏ cáp (SVL) phải được thiết kế, tính tốn lựa chọn phù hợp tùy thuộc
vào đặc trưng của hệ thống truyền tải (thông qua công suất ngắn mạch),
4


chiều dài cáp, dòng điện sét và điện trở nối đất vỏ cáp cũng như cấu
hình của cáp.
- Truyền sóng trong lõi cáp và vỏ cáp của đường dây hỗn hợp phụ
thuộc vào trạng thái làm việc của chống sét van (CSV) và SVL. Điện áp

lớn nhất không nhất thiết xảy ra ở đầu cáp mà có thể xuất hiện cách vị
trí đầu cáp một khoảng phụ thuộc vào trạng thái làm việc của điện trở
phi tuyến dùng trong thiết bị bảo vệ quá điện áp, chiều dài cáp và
phương thức nối đất vỏ cáp.
- Cáp trong đường dây hỗn hợp không chỉ chịu đựng các loại quá
điện áp ở tần số cao như sét, đóng cắt mà nó cịn là tác nhân gây ra quá
điện áp ở tần số thấp để tác dụng ngược trở lại cách điện của các thiết bị
khác trong hệ thống truyền tải. Thay thế đường dây trên không bằng cáp
ngầm làm cho tần số cộng hưởng của tổng trở điều hịa dịch chuyển về
phía tần số thấp dẫn đến quá điện áp cộng hưởng gây nguy hiểm cho
cách điện của các thiết bị ở gần cáp và các chống sét van sử dụng để
bảo vệ chúng.
7.

Cấu trúc nội dung của luận án

Chương 1: Truyền sóng trên đường dây truyền
tải hỗn hợp
Giới thiệu các loại cáp truyền tải và một số loại sự cố
điển hình trong cáp. Tính tốn q trình truyền sóng
trong cáp.
Chương 2: Ảnh hưởng của môi trường đặt cáp
đến quá điện áp trên đường dây truyền tải hỗn
hợp.
Trình bày các thơng số trong q trình truyền sóng
trên lõi và vỏ cáp. Các kết quả tính tốn q điện áp trên
lõi và vỏ cáp trong các môi trường đặt cáp và cách sắp
xếp cáp khác nhau.
Chương 3: Bảo vệ cách điện vỏ cáp
Trình bày kết quả tính tốn dịng điện và điện áp cảm

ứng trên vỏ cáp. Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường

5


đặt cáp, công suất ngắn mạch, phương pháp nối vỏ đến
quá điện áp cảm ứng trên vỏ cáp.
Chương 4: Tính tốn phân bố điện áp dọc theo
chiều dài cáp
Trình bày kết quả tính tốn q trình truyền sóng từ
đường dây trên không vào vào lõi và vỏ cáp để từ đó xác
định vị trí xuất hiện điện áp lớn nhất trên lõi và vỏ cáp.
Chương 5: Quá điện áp cộng hưởng do sóng hài
Tính tốn tổng trở điều hịa trong hệ thống truyền tải
điện và quá
điện áp cộng hưởng tương ứng với sóng hài đặc trưng
cho từng nguồn hài cụ thể tính tốn cho lưới điện 220 kV
khu vực Hà Nội.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Đánh giá tổng hợp các kết quả đã đạt được và so sánh
với mục tiêu nghiên cứu đã đề ra; đồng thời đề xuất các
hướng nghiên cứu trong tương lai để khắc phục các hạn
chế còn tồn tại trong luận án.
CHƯƠNG 1. TRUYỀN SÓNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY
TRUYỀN TẢI HỖN HỢP
1.1 Mở đầu
Nội dung chương giới thiệu cấu tạo của một số cáp
truyền tải thông dụng với trọng tâm là cáp truyền tải sử
dụng cách điện rắn XLPE, loại cáp truyền tải duy nhất
được sử dụng ở lưới điện Việt Nam và được dùng làm đối

tượng mơ phỏng trong tồn bộ luận án.
1.2 Các loại cáp ngầm
1.2.1. Cáp dầu
1.2.2. Cáp siêu dẫn
Cáp siêu dẫn sử dụng tính chất siêu dẫn của kim loại
làm lõi cáp khi duy trì ở nhiệt độ rất thấp, khi đó điện trở
6


của cáp gần như bằng không và về nguyên tắc có thể
mang được dịng điện vơ cùng lớn.
1.2.3. Cáp cách điện rắn XLPE
Do tính chất phổ biến của cáp XLPE, loại cáp này sẽ
dược dùng cho tất cả các nghiên cứu mơ phỏng trong
luận án. Các thành phần chính của một sợi cáp XLPE
được trình bày chi tiết.
1.2.4. Cáp vượt biển HVAC
1.2.5. Một số sự cố điển hình trong cáp truyền tải
Ngoài những nguyên nhân do sai kỹ thuật lắp đặt và
va chạm cơ khí. Quá điện áp khí quyển hoặc quá điện áp
thao tác gây điện áp cảm ứng trên vỏ cáp lớn hơn điện
áp chịu đựng của lớp cách điện vỏ cáp.
1.3 Truyền sóng trong cáp truyền tải
1.3.1

Phương trình truyền sóng trong cáp

Phương trình truyền sóng với một sợi cáp với sơ đồ
tương đương như trong hình 1.7.


Hình 1.7. Sơ đồ tương đương của một sợi cáp

V ( x , t )−V ( x+ dx , dt )=Rdx . I ( x ,t ) + Ldx
I ( x , t )−I ( x+ dx , dt )=Gdx . V ( x , t )+Cdx

∂ I (x,t)
( 1.2 )
∂t

∂V (x,t)
(1.3)
∂t

Nghiệm của hệ phương trình này trong miền thời gian:

V ( x , t )=e γxx f 1 ( t ) +e−γxx f 2 ( t ) ( 1.8 )
7


I ( x , t )=

−1 γxx
[e f 1 ( t )−e−γxx f 2 ( t ) ](1.9) Nghiệm
Z

dạng

tổng

quát theo điện áp và dòng điện trong miền tần số là:

−γxx

V ( x , ω )=V 0+¿ e

γxx

−¿e ¿

+V 0

+ ¿e

I ( x, ω ) =I 0

¿

−γxx

−¿ e

+I 0

γxx

¿

¿

(1.14)


1.3.2 Biểu diễn phương trình truyền sóng trong
miền modal
Để hiểu rõ cách biến đổi từ miền tần số sang miền
modal, ta viết lại hệ phương trình (1.12) với ký hiệu Vph,
Iph là điện áp và dòng điện ở miền tần số:

δ 2 V ph
=[ Z ph ][ Y ph ] [ V ph ]
δ x2
( 1.33 )
δ 2 I ph
=[ Y ph ][ Z ph ] [ I ph ]
2
δx
Đối với một hệ cáp 3 pha sử dụng 3 cáp đơn kể trên
trong miền tần số, sau khi chuyển về miền modal, dòng
điện và điện áp sẽ tương ứng với 6 chế độ (mode):
• 3 chế độ đồng trục (coaxial mode) trong đó dòng
điện đi từ lõi của mỗi cáp và trở về hồn tồn trên vỏ của
chính nó.
• 2 chế độ liên vỏ (intersheath mode) trong đó dịng
điện đi từ vỏ của cáp này và trở về trên vỏ của 1 trong 2
cáp (hoặc cả 2 cáp) cịn lại mà khơng đi trong lõi cáp.
• 1 chế độ đất (ground mode) trong đó dịng đi trên
vỏ của cả 3 pha và trở về trong đất mà không đi qua lõi.

8


1.4 Tính tốn truyền sóng bằng phần mềm EMTP/

ATP
1.4.1

Giới thiệu phần mềm ATP/EMTP

1.4.2

Mơ hình mơ phỏng cho cáp

Cáp trong mơ hình Bergeron được mơ phỏng bằng mơ
hình phân bố khơng tổn thất với tổng trở sóng Z 0, vận tốc
truyền sóng c nối tiếp với điện trở R ở hai đầu để mơ
phỏng hiện tượng suy giảm (hình 1.9).

Hình 1.9. Mơ hình Bergeron cho mơ phỏng cáp trong tính tốn
q độ

Trong mơ hình này thơng số của cáp được giả thiết
khơng phụ thuộc vào tần số vì thế được tính toán ở một
tần số cố định, là tần số mà ở đó hiện tượng quá độ
tương ứng (sét, đóng cắt) xảy ra. Trong luận án này khi
sử dụng mơ hình Bergeron cho tính tốn q độ, thơng
số của cáp được tính tốn ở tần số đặc trưng f=150 kHz.
1.4.3

Mơ hình đường dây trên khơng

1.4.4

Các mơ hình khác


1.5 Kết luận
Trong chương này, cấu tạo của một số loại cáp truyền
tải phổ biến được trình bày trong đó cáp cách điện rắn
XLPE được mơ tả chi tiết nhất, đây cũng chính là loại cáp
được sử dụng trong tính tốn mơ phỏng trong tồn bộ
luận án.
Phương trình truyền sóng trong cáp cho trường hợp đối
với cáp một lõi và các tham số của bản thân cáp như
tổng trở nối tiếp và tổng dẫn shunt được trình bày rõ
theo phương pháp hai dịng điện vịng. Phân tích này cho
phép làm rõ ảnh hưởng của cấu tạo cáp và thành phần
9


dòng điện trở về trong đất (tổng trở đất) đến thơng số
của cáp. Phương pháp biến đổi dịng điện và điện áp từ
miền tần số sang miền modal, tương ứng với các chế độ
truyền sóng được giới thiệu để làm cơ sở cho các phân
tích về dạng dịng điện và điện áp trong các tính tốn mơ
phỏng. Cuối cùng, phương pháp mơ phỏng EMTP và mơ
hình các phần tử cơ bản trong EMTP trên các dải tần số
khác nhau cho một đường dây hỗn hợp được trình bày
chi tiết để làm cơ sở cho các tính tốn trong các chương
tiếp theo.
CHƯƠNG 2. ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG
ĐẶT CÁP ĐẾN QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƯỜNG DÂY
TRUYỀN TẢI HỖN HỢP
2.1. Đặt vấn đề
Tùy vào địa hình và cấp điện áp, cáp ngầm có thể

được đặt trong các mơi trường khác nhau như chôn trực
tiếp trong đất, đặt trong ống, đặt trong hầm cáp hoặc đi
trên không (đi dưới cầu ở các đoạn vượt sông). Môi
trường xung quanh cáp sẽ quyết định giá trị tổng trở đối
với dòng điện trở về trong đất và qua dó ảnh hưởng đến
điện áp trên vỏ cũng như trên lõi cáp khi hiện tượng quá
độ xảy ra.
2.2. Mơ hình mơ phỏng
Mơ hình đường dây mạch kép 220 kV có cấu trúc hỗn
hợp như minh họa trên hình 2.1.

Hình 2.1. Mơ hình đường dây truyền tải điện có cấu trúc hỗn hợp
10


2.3. Ảnh hưởng của môi trường đặt cáp
2.3.1. Cáp ngầm toàn bộ
Điện áp lớn nhất trên vỏ cáp ở vị trí đảo vỏ thứ hai thấp hơn ở vị trí
đảo vỏ thứ nhất khoảng 24% so với vị trí đảo vỏ thứ nhất do tổn hao
trên vỏ cáp gây ra. Tại thời điểm 97,6 s, quá điện áp lớn nhất trên vỏ
tại pha C1 có thể đạt tới trị số V max= 42,7 kV, trị số này vượt quá mức
cách điện xung BIL (40 kV) của vỏ cáp 220 kV. Kết quả này chỉ ra rằng
đối với các vị trí đảo vỏ gần nơi có dịng điện sét đi vào cần phải tính
tốn cụ thể trị số điện áp cảm ứng nhằm sử dụng SVL cho phù hợp .
2.3.2. Cáp đi trên không - nằm ngang
Điện áp trên vỏ cáp trong trường hợp cáp đi trên không ở các vị trí
đảo vỏ tăng gấp 1,6 lần so với trường hợp cáp đi ngầm toàn bộ, với điện
áp lớn nhất ở vỏ pha C tăng từ 42,8 kV (cáp ngầm) lên 67,7 kV (cáp đi
trên không)
2.3.3. Cáp đi trên cầu bê tông

Điện áp lớn nhất trên vỏ luôn xuất hiện tại pha C1 với
giá trị Vmax= 45,1 kV. Trị số này nhỏ hơn trường hợp cáp
đi trên không (67,7 kV) và lớn hơn trường hợp cáp đi
ngầm (42,8 kV).
2.3.4. Cáp đi trên cầu kim loại
Điện áp trên vỏ cáp tại các vị trí đảo vỏ và thời gian đạt đỉnh được
trình bày trên hình 2.11 và trong bảng 2.4. Điện áp lớn nhất trên vỏ luôn
xuất hiện tại pha C1 với giá trị Vmax= 43 kV. Trị số này nhỏ hơn trường
hợp cáp đi cầu bê tông (45,1 kV) và lớn hơn trường hợp cáp đi ngầm
(40,7 kV). Nguyên nhân là do sự tương hỗ giữa cáp và dây dẫn được
mô phỏng bằng khung dẫn của cầu sắt.
2.4. Ảnh hưởng của cách sắp xếp cáp
2.4.1. Cáp ngầm
Điện áp lớn nhất trên vỏ khi cáp bố trí tam giác cũng xuất hiện tại
pha C1, điện áp vỏ có giá trị Vmax= 36,9 kV. Tuy nhiên ta nhận thấy trị
số điện áp lớn nhất trên vỏ trong trường hợp bố trí tam giác nhỏ hơn
đáng kể so với trường hợp bố trí nằm ngang (42,8 kV).
11


2.4.2. Đối với cáp đi trên không
Trường hợp cáp đi trên không - thẳng đứng, điện áp trên vỏ cáp ở cả
3 pha đều vượt quá mức cách điện của vỏ cáp có thể chịu đựng được
với điện áp lớn nhất trên pha C1 là V max= 67,8 kV. Ta nhận thấy trị số
điện áp vỏ trong trường hợp cáp đi trên không- nằm ngang và thẳng
đứng không khác nhau nhiều.
2.5. Kết luận
Môi trường đặt cáp, cụ thể là môi trường để dòng điện
trở về trong đất, ảnh hưởng rõ ràng đến điện áp trên
cách điện vỏ. Trong chương này, điện áp trên các vị trí

đảo vỏ của một đoạn cáp của đường dây truyền tải có
cấu trúc hỗn hợp được tính tốn với 3 mơi trường đặt cáp
khác nhau; cáp ngầm tồn bộ, cáp đi trên khơng, một
phần ngầm và một phần đi trên khơng, được tính tốn
khi có dòng điện sét chạy trong lõi cáp do lan truyền từ
đường dây trên không.
Trong tất cả các trường hợp, điện áp trên vỏ cáp ở vị
trí đảo vỏ đầu tiên ln lớn nhất và giảm ở vị trí đảo vỏ
tiếp theo trên tất cả các pha. Điện áp lớn nhất trên vỏ
nguy hiểm nhất trong trường hợp toàn bộ cáp đi trên
không do kết hợp giữa hiện tượng dao động cộng hưởng
của phần cáp đi trên không với sự gia tăng của tổng trở
sóng vỏ cáp do đi trên khơng. Trong trường hợp cáp đi
trên không, điện áp cảm ứng lớn nhất trên vỏ có thể lớn
hơn 1,6 lần so với trường hợp cáp hoàn toàn đi ngầm. Giá
trị điện áp cảm ứng này có thể gây nguy hiểm cho cách
điện vỏ cáp và gây ra phóng điện trên vỏ cáp, dẫn đến
phá hủy dần dần của cáp. Cách bố trí cáp cũng ảnh
hưởng mạnh đến điện áp cảm ứng trên vỏ cáp. Trong
trường hợp cáp đi ngầm, cấu hình đặt cáp dạng tam giác
làm giảm điện áp trên vỏ khoảng 10% so với trường hợp
cáp được đặt trên mặt phẳng. Trong trường hợp cáp đi
trên không, điện áp lớn nhất trên vỏ cáp khơng bị ảnh
hưởng bởi cấu hình đặt cáp nằm ngang hay chiều thẳng
đứng. Hiện tượng cảm ứng khi cáp chạy trên cầu kim loại
cũng làm cho điện áp trên vỏ cáp giảm so với trường hợp
12


cáp đi trên cầu bê tông. Trái lại, điện áp trên lõi không bị

ảnh hưởng bởi đổi môi trường đặt cáp cũng như cách sắp
xếp cáp do chế độ truyền sóng đồng trục khơng bị ảnh
hưởng bởi các yếu tố này.
Như vậy, khi thay đổi môi trường đặt cáp như chuyển
từ đi ngầm sang đi trên không, thiết bị bảo vệ vỏ cáp
(SVL) cũng như điện trở tiếp địa của vỏ cáp cần được tính
tốn lại để phù hợp cho cách điện vỏ đối với đoạn cáp đi
trên không. Tuy nhiên, cách sắp xếp cáp không ảnh
hưởng nhiều đến điện áp trên vỏ khi có dịng điện sét lan
truyền vào cáp từ đường dây trên không.
CHƯƠNG 3. BẢO VỆ CÁCH ĐIỆN VỎ CÁP
3.1. Đặt vấn đề
Đối với đường dây truyền tải hỗn hợp, quá điện áp trên
vỏ phải tính cả đến trường hợp do dòng điện sét do
đường dây truyền tải trên không thường xuyên bị sét
đánh và gây sự cố. Kết quả tính tốn ở chương 2 cho
thấy dịng điện sét chạy trong lõi cáp ở những trường hợp
cụ thể đó có thể gây ra quá điện áp vượt quá mức chịu
đựng của cách điện vỏ cáp. Những lý do kể trên có thể là nguyên
nhân gây ra số lần sự cố trong cáp do sét ở đường dây cấu trúc hỗn hợp
lớn hơn nhiều so với cáp ngầm toàn bộ và chủ yếu xuất phát từ sự cố
cách điện của vỏ cáp [26] [51]. Chính vì vậy bảo vệ cách điện cho vỏ
cáp trong đường dây hỗn hợp là một trong những nội dung quan trọng
nhất đối với bảo vệ chống quá điện áp cho cáp.
3.2. Các loại CSV dùng trong truyền tải
Lắp đặt CSV ở hai đầu cáp chỉ có nhiệm vụ bảo vệ cách điện chính
của cáp khi có sóng sét hoặc sóng đóng cắt lan truyền từ phía đường
dây trên khơng vào cáp. Cách điện của vỏ phải được bảo vệ chống quá
điện áp bằng một loại chống sét van khác gọi là thiết bị hạn chế điện áp
vỏ SVL. Việc lựa chọn SVL cho cáp dùng trong đường dây truyền tải

hỗn hợp khác cơ bản so với lựa chọn SVL cho đường dây toàn bộ cáp
ngầm do phải tính đến các thơng số của sét nơi đường dây trên không đi
qua và trị số điện trở nối đất của cột.
13


3.3. Các phương pháp nối đất vỏ cáp
3.3.1. Nối cứng (Solid boding)

Hình 3.2 Nối cứng

3.3.2. Nối đất một đầu (Single boding)

Hình 3.3 Nối đất 1 đầuKiểu 1

Hình 3.4 Nối đất 1 đầu Kiểu 2

3.3.3. Nối chéo (Cross boding)

Hình 3.5 Nối chéo (3 phân đoạn) với SVL nối hình sao.

3.3. Mơ hình tính tốn và các giả thiết
3.5. Phương pháp lựa chọn SVL cho bảo vệ vỏ
cáp
3.5.1. Lựa chọn điện áp định mức của SVL
Xem xét lựa chọn điện áp định mức của SVL theo công suất ngắn
mạch và chiều dài 1 phân đoạn thay đổi.

14



Hình 3.9 Điện áp cảm ứng do
ngắn mạch lớn nhất trên vỏ cáp
theo cơng suất ngắn mạch của
hệ thống

Hình 3.17 Điện áp cảm ứng
do ngắn mạch lớn nhất trên vỏ
cáp theo cơng suất ngắn mạch
của hệ thống

3.4.2. Tính tốn thơng số SVL khi có dịng điện sét

Hình 3.14 Điện áp lớn nhất
trên vỏ cáp theo điện trở nối
đất vỏ.

Hình 3.17 Điện áp cảm ứng
lớn nhất trên vỏ cáp sử dụng
loại SVL 7.5 kV.

3.4.3. Tính tốn thơng số của SVL theo mơi trường
đặt cáp

Hình 3.22 Điện áp lớn nhất
trên vỏ cáp tại vị trí SG112 với

Hình 3.17 Năng lượng hấp
15



nối đất một đầu và nối chéo.

thụ của các SVL

3.5. Kết luận
Việc lựa chọn phương pháp nối đất vỏ cáp của cáp
truyền tải phụ thuộc vào quy định về điện áp an toàn
trên vỏ và mức độ phức tạp của nối vỏ. Vỏ cáp nối chéo
có ưu điểm nổi bật về điện áp an toàn so với nối đất một
đầu nhưng lại làm cho vỏ cáp bị chia nhỏ làm nhiều đoạn
dẫn đến phức tạp hơn về bảo dưỡng. Tính tốn thơng số
SVL phù hợp cho mỗi loại cáp là một q trình phức tạp
trong đó phương thức nối vỏ phải được xét đến đầu tiên
để SVL được lựa chọn đảm bảo an tồn trong q trình
vận hành.
Tính tốn cho thấy vỏ nối chéo với đoạn cáp 3 phân
đoạn cho phép chọn loại SVL có điện áp định mức thấp
nhất mà vẫn đảm bảo điện áp trên vỏ cũng như năng
lượng hấp thụ của SVL khi sử dụng các loại CSV của lưới
phân phối. Tuy nhiên với mỗi chiều dài cáp cụ thể cũng
như biên độ dòng điện sét, điện trở nối đất cột tại nơi
tiếp giáp giữa đường dây trên khơng và cáp phải được
duy trì ở dưới một giá trị cụ thể để đảm bảo SVL được lựa
chọn có thể bảo vệ được vỏ cáp.
Nếu như đoạn cáp quá ngắn để chia làm 3 đoạn hoặc
cáp đi trong môi trường mà việc chia đoạn là bất khả thi
(cáp vượt sông, cáp đi qua cầu…), việc nối chéo không
thể thực hiện được thì nối đất một đầu kiểu 1 có lợi thế
hơn. Mặc dù vậy, các thơng số của SVL được lựa chọn

(điện áp định mức và năng lượng hấp thụ) trong nối đất
kiểu 1 phải được tính tốn theo công suất ngắn mạch của
hệ thống, chiều dài của phân đoạn cáp, điện trở tiếp địa
của cột, trị số dịng điện sét lớn nhất của khu vực có
đường dây đi qua và mơi trường đặt cáp. Chú ý rằng,
dịng điện sét lớn nhất chạy trong cáp có thể thay đổi
được bằng cách lựa chọn góc bảo vệ của đường dây trên
không, điện trở tiếp địa của cột và mức cách điện của
đường dây trên không.
16


Kết quả mơ phỏng cũng cho thấy cách tính tốn lựa
chọn thông số cho SVL dùng cho cáp ngầm không cịn
phù hợp khi cáp được sử dụng trên khơng đối với bất kể
kiểu nối vỏ nào. Chính vì vậy, khi cáp thay đổi mơi trường
làm việc từ đi ngầm hồn tồn sang đi trên khơng, các
tính tốn lựa chọn SVL cho vỏ cáp phải được thực hiện lại
để đảm bảo SVL vận hành an tồn.
CHƯƠNG 4. TÍNH TỐN PHÂN BỐ ĐIỆN ÁP
DỌC THEO CHIỀU DÀI CÁP
4.1. Đặt vấn đề
Đối với đường dây hỗn hợp, sự khác nhau về tổng trở
sóng giữa đường dây trên không và cáp gây ra phản xạ
dương từ cuối cáp quay trở lại đầu cáp. Sóng phản xạ
này sẽ xếp chồng với sóng tới từ đường dây trên không
dẫn tới hệ quả là điện áp lớn nhất có thể xảy ra ở bất kỳ
vị trí nào trong cáp.Vị trí xuất hiện điện áp lớn nhất tùy
thuộc vào chiều dài của cáp và thời gian sóng sét đạt trị
số lớn nhất (thời gian đầu sóng). Xác định được điện áp

lớn nhất này và vị trí tương ứng của nó trong cáp sẽ cho
phép thiết kế hạn chế dịng điện sét từ đường dây trên
khơng lan truyền vào cáp để đảm bảo an tồn cho cáp.

Hình 4.1. Dịng điện sét lan truyền vào lớp vỏ khi CSV ở cả hai đầu
cáp đều làm việc

4.2. Phương pháp tính tốn
Nếu giá trị đỉnh của hai sóng này ở điểm B cách nhau
một khoảng thời gian t thì tổng của chúng sẽ lớn nhất ở
một vị trí trong cáp nơi tổng của chúng là cực đại và cách
B một đoạn x tính bằng:
17


∆ x=v .

∆t
( 4.3 )
2

Giá trị t được tính tốn chi tiết như sau. Trước tiên,
phương trình dịng điện đi qua CSV ở điểm B được xác
định bởi:

i CSV ( t )=

2. v+ ¿ (l , t )
ZC


−

v ( l ,t ) v ( l, t )
−
( 4.4 ) ¿
ZC
ZL

Với v+(l,t) là sóng tới từ điểm A, cịn v(l,t) là điện áp tại
điểm B

v ( x ,t )=v +¿ ( x ,t )+ v

−¿ ( x,t )( 4.5) ¿

¿

18