Mạng Truyền tải Điện – Đường dây Trung áp và Cao áp
Mạng Truyền tải Điện và Đường dây Trung áp
Trong hệ thống điện, Điện áp Cực cao (EHV, với điện áp V≥150 kV) và Điện áp Cao (HV, với 60 kV ≤ V <150 kV) thường được sử dụng để truyền năng lượng. Việc sử dụng các mức điện áp cao này nhằm giảm dòng điện chạy qua đường dây truyền tải. Theo định luật Joule, W=RI2t=UIt, trong đó W đại diện cho năng lượng tiêu tán dưới dạng nhiệt, R là độ kháng của dây dẫn, I là dòng điện, t là thời gian, và U là điện áp. Bằng cách giảm dòng điện, có thể giảm kích thước mặt cắt của dây dẫn, từ đó cũng giảm thiểu tổn thất công suất do hiệu ứng Joule.
Mạng truyền tải thường bắt nguồn từ nhà máy điện và trạm biến áp. Mặc dù đường dây trung áp là thành phần chủ yếu ở nhiều khu vực, nhưng trong các khu đô thị, cáp ngầm được cách điện thường là cần thiết do hạn chế về không gian và cân nhắc về thẩm mỹ.
Đường dây EHV và HV chủ yếu bao gồm các yếu tố chính sau:
Thiết bị truyền tải điện được thiết kế với mục tiêu giảm thiểu sự hình thành xả corona. Vòng corona, như được mô tả trong Hình 1, đóng vai trò quan trọng trong vấn đề này. Bằng cách phân tán trường điện trên một diện tích lớn hơn, chúng giảm độ dốc trường dưới ngưỡng corona, hiệu quả ngăn chặn xả corona. Điều này không chỉ giúp ngăn chặn tổn thất công suất do corona mà còn giảm tiếng ồn có thể nghe thấy và nhiễu điện từ, góp phần vào hiệu quả và độ tin cậy tổng thể của hệ thống truyền tải.
Bảo vệ chống sét cho đường dây trung áp và vai trò của cáp OPGW
Một trong những mối đe dọa lớn nhất đối với đường dây trung áp là sét. Những đường dây này chịu rủi ro bị sét đánh dọc theo toàn bộ chiều dài, điều này có nghĩa là bảo vệ chỉ bằng các thiết bị triệt sét tại trạm biến áp là không đủ. Các biện pháp bảo vệ bổ sung là cần thiết để đảm bảo độ tin cậy và an toàn của hệ thống truyền tải.
Để giải quyết vấn đề này, "dây bảo vệ chống sét trên không" được lắp đặt dọc theo toàn bộ tuyến đường dây trung áp. Trong số đó, cáp Optical Power Ground Wire (OPGW) được sử dụng rộng rãi nhờ tính năng kép của nó. Một cáp OPGW có cấu trúc ống chứa một hoặc nhiều sợi quang đơn chế độ ở trung tâm. Bộ phận sợi quang trung tâm này sau đó được bao quanh bởi nhiều lớp dây thép và nhôm.
Các lớp ngoài dẫn điện của cáp OPGW có vai trò quan trọng trong bảo vệ điện. Chúng kết nối các tháp truyền tải liền kề với đất, tạo ra đường dẫn có độ kháng thấp cho dòng điện sét. Bằng cách làm vậy, chúng hiệu quả che chắn các dây dẫn điện chính khỏi các tia sét trực tiếp, giảm khả năng hư hỏng các đường dây truyền tải chính.
Cùng lúc, các sợi quang trong cáp OPGW mang lại lợi ích truyền thông đáng kể. Các sợi quang này có thể được sử dụng để truyền dữ liệu tốc độ cao, đáp ứng các nhu cầu khác nhau trong ngành điện. Chúng được sử dụng cho các ứng dụng nội bộ như bảo vệ và kiểm soát đường dây truyền tải, cho phép theo dõi thực tế và phản ứng nhanh chóng trước các vấn đề tiềm ẩn. Ngoài ra, chúng hỗ trợ yêu cầu truyền thông thoại và dữ liệu, tạo điều kiện phối hợp liền mạch giữa các phần khác nhau của lưới điện.
Các sợi quang tự thân có tính chất cách điện xuất sắc, cung cấp bảo vệ tự nhiên chống lại cảm ứng điện từ các đường dây truyền tải điện và sét. Chúng cũng rất bền với nhiễu bên ngoài và nhiễu chéo, đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu được truyền. Hơn nữa, sợi quang có tổn thất truyền dẫn cực kỳ thấp, làm cho chúng lý tưởng cho việc truyền dữ liệu tốc độ cao và xa mà không có suy hao tín hiệu đáng kể.
Hình 2 minh họa một ví dụ điển hình về cáp OPGW, nổi bật cấu trúc độc đáo và cách nó kết hợp bảo vệ điện và khả năng truyền thông, làm cho nó trở thành thành phần không thể thiếu trong các hệ thống đường dây trung áp hiện đại.
Ở một số quốc gia, đối với các đường dây trung áp cũ hoạt động ở mức điện áp 72.5 kV, một phương pháp bảo vệ chống sét cụ thể từng được sử dụng. Lịch sử, chỉ có bốn hoặc năm đoạn đầu tiên gần trạm biến áp được trang bị các biện pháp bảo vệ, và dây dẫn nhôm cốt thép (ACSR) được sử dụng cho mục đích này. Tuy nhiên, giải pháp này đã được pha lê. Cáp Optical Power Ground Wire (OPGW) đã trở thành lựa chọn ưu tiên, vì nó không chỉ cung cấp bảo vệ chống sét hiệu quả mà còn cho phép truyền thông dữ liệu giữa các trạm biến áp, cung cấp giải pháp toàn diện và linh hoạt hơn.
Các cáp cách điện thường có lớp cách điện polyetylen liên kết chéo (XLPE). Các cáp này thường có dây dẫn nhôm và được thiết kế cho các ứng dụng một pha. Việc sử dụng lớp cách điện XLPE cung cấp các đặc tính điện xuất sắc, sức mạnh cơ học và độ bền, phù hợp cho truyền tải điện.
Mạng truyền tải Điện áp Cực cao (EHV) và Điện áp Cao (HV) thường áp dụng cấu hình "vòng". Như được mô tả trong Hình 3, cấu hình này có độ phức tạp đáng kể. Cấu hình vòng cung cấp độ tin cậy và linh hoạt tăng cường trong phân phối điện, cho phép chia sẻ tải tốt hơn và dễ dàng bảo trì và vận hành mạng. Nó cho phép chuyển hướng điện nếu có sự cố hoặc công việc bảo trì, giảm thiểu gián đoạn cung cấp điện và đảm bảo hệ thống truyền tải ổn định và hiệu quả hơn.
