Sửa chữa vỏ kim loại của cáp điện áp cao

I. Chức năng của vỏ kim loại và tầm quan trọng của việc sửa chữa

Vỏ kim loại của cáp điện áp cao là một cấu trúc bảo vệ bằng kim loại được đặt bên ngoài lớp cách điện, bao gồm các loại như vỏ chì, vỏ nhôm và vỏ thép bọc sợi. Các chức năng cốt lõi của nó bao gồm bảo vệ cơ học (chống lại va đập và nén từ bên ngoài), bảo vệ chống ăn mòn điện hóa (cách ly độ ẩm và chất ô nhiễm trong đất), che chắn điện từ (giảm nhiễu điện từ đối với môi trường) và cung cấp đường nối đất (đảm bảo xả an toàn dòng điện lỗi). Một khi bị hỏng, vỏ kim loại có thể dẫn đến hiện tượng thấm nước vào lớp cách điện, biến dạng cục bộ trường điện, hoặc thậm chí là tai nạn nghiêm trọng như sự cố cháy nổ và chập mạch. Do đó, việc sửa chữa chính xác theo từng loại hư hại là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động an toàn lâu dài của hệ thống cáp.

II. Chẩn đoán và đánh giá lỗi trước khi sửa chữa

(A) Xác định các loại hư hại

• Hư hại cơ học: Đặc trưng bởi vết lõm, nứt hoặc thủng trên vỏ, thường do lăn cơ khí hoặc vật nhọn xuyên qua trong quá trình lắp đặt, hoặc do rạn nứt do nền móng chìm lâu ngày.

• Ăn mòn điện hóa: Dòng điện lạc trong đất hoặc môi trường axit/kiềm có thể gây ra ăn mòn điện hóa vỏ, biểu hiện bằng sự phồng cục bộ, gỉ, thủng và sản phẩm ăn mòn màu trắng/xanh (vỏ nhôm) hoặc sulfide đen (vỏ chì).

• Hư hại do lão hóa nhiệt: Việc vận hành quá tải lâu dài làm cho vật liệu vỏ trở nên giòn, dẫn đến nứt và bong tróc, thường gặp ở các mối nối hoặc khu vực tản nhiệt kém.

(B) Áp dụng công nghệ phát hiện

• Kiểm tra trực quan: Sử dụng nội soi hoặc máy ảnh nhiệt hồng ngoại để quan sát bề mặt vỏ, tập trung vào việc xác định các điểm hư hại rõ ràng và điểm nóng.

• Thử nghiệm chịu điện áp vỏ: Áp dụng điện áp DC chịu đựng (10 kV trong 1 phút) để kiểm tra tính nguyên vẹn cách điện của vỏ. Tăng bất thường của dòng rò (>10 μA) cho thấy có hư hại.

• Phát hiện phóng điện cục bộ: Sử dụng cảm biến dòng điện tần số cao (HFCT) để bắt tín hiệu phóng điện cục bộ tại điểm hư hại, với độ chính xác vị trí ±0,5 m.

• Đánh giá khả năng ăn mòn của đất: Thu thập mẫu đất từ môi trường đặt cáp để kiểm tra pH, nồng độ ion clorua và mật độ dòng điện lạc, cung cấp cơ sở để chọn vật liệu sửa chữa.

III. Lựa chọn vật liệu và công cụ sửa chữa

(A) Vật liệu sửa chữa chính

• Vật liệu thay thế vỏ kim loại:

• Ống siết nhôm hợp kim: Phù hợp để sửa chữa vỏ nhôm, có độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn tốt. Phải phù hợp với đường kính ngoài của cáp (sai số ≤ ±0,5 mm).

• Dây băng hợp kim chì-thiếc: Dùng để sửa chữa vỏ chì, có điểm nóng chảy thấp (~183°C), dễ hàn nhiệt, đáp ứng yêu cầu độ tinh khiết theo GB/T 12706.2 (nội dung chì ≥ 99,9%).

• Ống gợn sóng thép không gỉ: Đối với hư hại vỏ thép, làm bằng thép không gỉ 304, độ dày thành ≥ 0,8 mm, có khả năng chịu lực va đập và ứng suất đất.

• Vật liệu cách điện và niêm phong:

• Ống co nhiệt polyetylen liên kết chéo (XLPE): Co lại ở 120–140°C, tỷ lệ co ≥ 2:1, sức bền điện phá hủy ≥ 25 kV/mm, yêu cầu keo nóng chảy để niêm phong.

• Ống co lạnh cao su silicone: Dựa vào khả năng phục hồi đàn hồi để niêm phong, không cần gia nhiệt, phù hợp cho không gian hạn chế, độ cứng Shore 60 ± 5 Shore A, tanδ ≤ 0,003 (20°C, 50 Hz).

• Dây băng niêm phong cao su butyl: Dùng làm lớp niêm phong phụ trợ, sức căng ≥ 3 MPa, độ giãn dài khi đứt ≥ 400%, khả năng chống lão hóa giữ ≥ 80% hiệu suất sau 100°C × 168 giờ lão hóa nhiệt.

• Vật liệu bảo vệ chống ăn mòn:

• Anôt hy sinh hợp kim kẽm-nhôm: Đối với môi trường đất ăn mòn cao, độ tinh khiết anôt ≥ 99,5%, mật độ dòng ≥ 15 mA/m², tuổi thọ thiết kế ≥ 20 năm.

• Dây băng chống ăn mòn polyvinyl clorua (PVC): Độ dày ≥ 0,4 mm, sức căng ≥ 18 MPa, khả năng chống nứt do ứng suất môi trường (ESCR) ≥ 1000 giờ.

(B) Công cụ chuyên dụng

• Công cụ chuẩn bị: Máy mài góc (với bánh mài alumin oxit 80 hạt), bàn chải dây, dung dịch cồn etylic khô, dao cạo thép không gỉ (để loại bỏ sản phẩm ăn mòn).

• Công cụ tạo hình: Dụng cụ ép thủy lực (phạm vi ép 60–200 mm²), máy sấy nhiệt (phạm vi nhiệt 50–600°C), đuốc hàn chuyên dụng (nhiệt độ ngọn lửa ≤ 300°C).

• Công cụ kiểm tra: Đồng hồ megohm (2500 V, phạm vi 0–10000 MΩ), cầu đôi cánh (đo điện trở tiếp xúc, độ chính xác ±0,1 μΩ), đồng hồ đo độ dày siêu âm (độ phân giải 0,01 mm).

IV. Thủ tục sửa chữa chi tiết theo loại hư hại

(A) Sửa chữa hư hại cơ học (ví dụ vỏ nhôm)

• Chuẩn bị khu vực hư hại

• Sử dụng máy mài góc để cắt mở vỏ hư hại theo chiều dọc, với chiều dài cắt 5 lần đường kính hư hại (tối thiểu ≥ 100 mm), để lộ lớp màn chắn cách điện sạch.

• Loại bỏ gờ trên mép vỏ bằng dao cạo thép không gỉ, mài đến độ bóng kim loại, làm sạch dầu bằng etylic, và sấy khô trong ≥ 15 phút.

• Khôi phục vỏ kim loại

• Chọn ống siết nhôm hợp kim có đường kính trong lớn hơn 1 mm so với đường kính ngoài của cáp, phủ đều lớp mỡ dẫn điện (chất điền nickel, điện trở thể tích ≤ 5×10⁻⁴ Ω·cm) lên tường trong.

• Trượt ống qua khu vực hư hại, sử dụng phương pháp ép chồng, ép từ giữa ra hai đầu. Sau khi ép, sai lệch phía đối diện hình lục giác ≤ ±0,1 mm, điện trở tiếp xúc ≤ 20 μΩ.

• Niêm phong và xử lý chống ăn mòn

• Quấn băng niêm phong cao su butyl với độ chồng 50%, tạo thành lớp niêm phong ≥ 3 mm, kéo dài ≥ 50 mm ra khỏi vỏ chưa hư hại ở cả hai đầu.

• Lắp ống co nhiệt, sấy từ từ từ giữa ra hai đầu (120°C → 140°C) để tránh bọt khí. Sau khi làm mát, kiểm tra độ co đều (độ dày thành sau co ≥ 2 mm).

• Quấn băng chống ăn mòn PVC bên ngoài theo hình xoắn ốc nửa chồng, cố định các đầu bằng dây đai thép không gỉ (lực xiết 15–20 N·m).

(B) Sửa chữa ăn mòn điện hóa (vỏ thép + vỏ chì ghép)

• Loại bỏ sản phẩm ăn mòn

• Sử dụng phun cát (cát thạch anh 80–120 lưới, áp lực 0,4–0,6 MPa) để loại bỏ gỉ trên vỏ thép, để lộ bề mặt kim loại màu xám trắng, độ nhám bề mặt Sa2.5.

• Cắt tỉa vùng ăn mòn vỏ chì bằng máy phẳng chì, tạo thành chuyển tiếp mịn với độ dốc ≥ 1:5 để tránh tập trung ứng suất.

• Bảo vệ bằng anôt hy sinh

• Lắp đặt đối xứng 2 anôt hợp kim kẽm-nhôm (100 mm × 50 mm × 10 mm) ở hai bên phần sửa chữa, kết nối với vỏ thép thông qua dây bện đồng (diện tích mặt cắt ≥ 16 mm²), hàn (chiều dài chồng ≥ 30 mm, cường độ hàn 120–150 A).

• Điền đầy khoảng trống giữa anôt và vỏ cáp bằng vaseline, bọc bên ngoài bằng vỏ HDPE để đảm bảo tiếp xúc hoàn toàn với đất.

• Cấu trúc niêm phong kép

• Lớp trong: ống co lạnh cao su silicone, tường trong phủ gel chặn nước bán dẫn (điện trở thể tích 10–100 Ω·cm). Giữ ở nhiệt độ phòng 24 giờ sau khi phục hồi để đóng rắn.

• Lớp ngoài: đổ nhựa epoxy (loại E-51, chất đông tụ T-31, tỷ lệ 100:25), khuôn niêm phong dưới áp lực 0,2 MPa, đóng rắn ≥ 48 giờ ở 25°C. Độ cứng Shore sau đóng rắn ≥ 85 Shore D.

(C) Sửa chữa nứt do lão hóa nhiệt (cáp cách điện XLPE)

• Cường hóa khu vực nứt

• Cắt rãnh V theo hướng nứt (chiều sâu 1/3 độ dày vỏ, góc 60°), điền bằng cao su silicone chịu nhiệt (độ chịu nhiệt ≥ 180°C, sức mạnh xé ≥ 15 kN/m), làm phẳng bằng dao cạo, đóng rắn ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ.

• Quấn vải sợi thủy tinh (0,2 mm dày, 16×16 sợi/cm), ngâm trong nhựa epoxy (nội dung rắn ≥ 70%) để tạo thành lớp cường hóa. Sức căng ≥ 200 MPa sau khi đóng rắn.

• Tối ưu hóa tản nhiệt

• Lắp đặt tản nhiệt nhôm (1,5 mm dày, khoảng cách cánh 5 mm) bên ngoài phần sửa chữa, gắn với vỏ bằng mỡ nhiệt (độ dẫn nhiệt ≥ 1,5 W/(m·K)) để giảm nhiệt độ cục bộ (≤ 5°C).

• Theo dõi nhiệt độ hoạt động bằng máy ảnh nhiệt hồng ngoại, đảm bảo chênh lệch nhiệt độ so với phần chưa hư hại ≤ 2°C.

V. Kiểm soát chất lượng và tiêu chuẩn chấp nhận

(A) Thử nghiệm các tham số chính

• Hiệu suất điện: Điện trở cách điện vỏ ≥ 1000 MΩ (đồng hồ megohm 2500 V), phóng điện cục bộ ≤ 5 pC (ở điện áp 1,73U₀).

• Hiệu suất cơ học: Kháng va đập của phần sửa chữa ≥ 10 J (ở -30°C), bán kính uốn ≥ 20 lần đường kính ngoài của cáp (không có biến dạng rõ ràng).

• Hiệu suất niêm phong: Sau thử nghiệm ngâm (nhiệt độ phòng, 24 giờ), tốc độ thay đổi dòng rò vỏ ≤ 10%, không có bọt khí hoặc thấm nước.

(B) Xác minh độ tin cậy lâu dài

• Thử nghiệm lão hóa tăng tốc: Đặt mẫu sửa chữa trong buồng lão hóa nhiệt (135°C × 1000 giờ), sau khi lấy ra, tỷ lệ giữ điện trở cách điện ≥ 80%, giảm sức căng kéo ≤ 20%.

• Thử nghiệm chôn dưới đất: Mô phỏng môi trường đặt thực tế, chôn sâu 1 m, thời gian 1 năm, kiểm tra không có thủng do ăn mòn hoặc thất bại niêm phong.

VI. Quy định an toàn trong vận hành

• Yêu cầu làm việc khi tắt điện: Tuân theo quy trình "tắt điện - thử điện áp - lắp dây nối đất" trước khi sửa chữa. Treo biển cảnh báo "Không đóng điện" ở các đầu cáp, đặt hàng rào an toàn (khoảng cách ≥ 8 m) trong bán kính làm việc.

• Quản lý công việc nóng: Khi sử dụng đuốc hoặc hàn, trang bị bình chữa cháy bột khô (loại ABC, dung tích ≥ 4 kg), dọn dẹp vật liệu dễ cháy trong vòng 3 m, chỉ định người giám sát chuyên trách.

• Trang bị bảo hộ cá nhân (PPE): Mặc găng tay cách điện (định mức 35 kV), kính bảo hộ, quần áo làm việc chống cháy. Sử dụng dây an toàn (lực thử tĩnh 2205 N, giữ 3 phút không gãy) cho công việc ở độ cao (≥ 2 m).