I. Đặt vấn đề
Trong hệ thống điện việc cải tạo và nâng công suất hệ thống là một nhu cầu luôn luôn phải thường xuyên thực hiện để theo kịp với sự phát triển của phụ tải. Trong lưới điện truyền tải các đường dây luôn phải điều chỉnh vận hành không cho quá tải vẫn thường xuyên xảy ra, nếu để xảy ra quá tải lâu dài khi đó có thể sẽ dẫn đến tụt lèo, tụt mối nối, phát nhiệt, tăng độ võng gây đe dọa sự cố cho hệ thống. Việc đầu tư nâng công suất truyền tải các tuyến đường dây hiện hữu mà vẫn giữ nguyên cấp điện áp có ba cách sau: Cách 1 lắp đặt thêm dàn tụ bù dọc thay đổi thông số đường dây, với cách này phải trang bị thêm dàn tụ kèm với thiết bị bảo vệ đắt tiền; Cách 2: tăng tiết diện dây dẫn; Cách 3: thay thế dây dẫn bằng dây công nghệ mới có khả năng mang tải cao hơn với dây dẫn cũ. Với cách 2 tăng tiết diện dây dẫn hoặc nhân phân pha sẽ làm khoảng cách pha- pha và pha- đất không đảm bảo, hơn nữa tải trọng dây tăng lên phải tính toán lại khả năng chịu tải của hệ thống cột trong tuyến, phải thay thế lại móng cột và cột, đó là một việc làm rất tốn kém và không khả thi. Với cách 3: sử dụng công nghệ vật liệu mới: chỉ cần thay dây với tiết diện như cũ nhưng khả năng mang tải tăng gấp 1,6-2,0 lần so với dây hiện hữu, không cần thay thế các kết cấu đã có sẵn (móng cột, cột..).
Trên thế giới, từ rất lâu (1970) đã có nhiều nhà sản xuất dây dẫn công nghệ mới này, như Hitachi (Nhật Bản), LS cable (Hàn Quốc), ZTT (Trung Quốc), Trefinasa (Tây Ban Nha) …. Thời gian gần đây, các sản phẩm này đã xuất hiện và được sử dụng tại Viêt Nam thông qua các văn phòng đại diện (văn phòng Hitachi, ZTT..) hoặc các Nhà phân phối chính thức (Trefinasa được phân phối bởi Công ty TNHH phát triển kỹ thuật Việt Nam (VTD)…
|
Hình 1. Dây dẫn Black conductor
|
II. Công nghệ dây dẫn mới
Trong các loại dây công nghệ mới có nhiều loại như: Loại dây dẫn chịu nhiệt độ cao HTC (High Temperature Conductor) trong nó nhôm chiếm tỷ lệ cao 99,7% trong thành phần của oxit nhôm, còn các thành phần khác chiếm tỷ lệ rất bé và nó có thể vận hành liên tục tới 150OC và khả năng mang tải tăng 50% so với dây dẫn cổ điển (ACSR) cùng tiết diện. Trong dây dẫn này, người ta sử dụng vật liệu nhôm kháng nhiệt-temperature resistant aluminium (TAL). Loại thứ hai là dây dẫn đen (Black Conductor) trên bề mặt của từng sợi cấu thành dây dẫn người ta phủ một lớp polyurethane có màu đen (black polyurethane). Chính màu đen này có khả năng tỏa nhiệt ra không khí rất cao, khi mang tải cao làm tăng nhiệt độ và nhiệt độ của nó được tỏa nhiệt ra xung quanh cũng rất nhanh dẫn đến khả năng mang tải của nó cũng tăng lên 70% so với dây dẫn cổ điển (ACSR).
Loại thứ 3 là dây dẫn sử dụng lõi Composite; Loại thứ 4 là loại dây dẫn để chế tạo từ vật liệu gốm dẫn điện; Loại thứ 5 là dây dẫn sử dụng công nghệ na nô…. Trong các loại trên, hiện nay đang thông dụng loại 1 và loại 2 và 3, trong đó loại 1 đang được sử dụng nhiều hơn và được gọi chung là dây dẫn siêu nhiệt.
III. Giới thiệu dây dẫn siêu nhiệt
1. Phân loại
Dây dẫn siêu nhiệt được chia ra thành nhiều loại: Loại dây có khe hở: ở nhiệt độ cao độ võng chỉ bằng 1/5 so với dây ACSR; loại dây lõi bằng ôxit Invar: ở nhiệt độ cao, độ võng bằng 1/2 so với dây ACSR; Loại dây toàn bằng nhôm tôi mềm: ở nhiệt độ cao độ võng bằng 1/2 so với dây ACSR….
|
Hình 2. Dây siêu nhiệt TREFINASA
|
|
Hình 3. Dây dẫn lõi Composite
|
2. Cấu trúc
Cấu trúc thường có cấu trúc sợi tròn không có khe hở giữa lõi và lớp vỏ dẫn điện, cấu trúc sợi hình thang hoặc cấu trúc cả sợi tròn lẫn sợi hình thang có khe hở giữa lõi và vỏ.
3. Đặc điểm
Khi dây dẫn mang dòng tải cao quá dòng định mức sẽ làm nó phát nhiệt và làm tăng độ võng của dây gây nguy cơ phóng điện pha đất. Với dây ACSR khi nhiệt độ dây đạt tới 70-900C thì độ võng của dây là rất lớn gây sự cố chạm đất. Thông thường, dây dẫn siêu nhiệt của một số nhà sản xuất khi nhiệt độ gia tăng thì độ võng của dây cũng tăng tuyến tính theo, tới khi nhiệt độ đạt khoảng 100OC thì độ võng của dây bắt đầu uốn ngang và tăng chậm theo nhiệt độ tới 210oC, khi đó độ võng đạt xấp xỷ độ võng của dây ACSR ở nhiệt độ 1150C.
Đối với dây dẫn siêu nhiệt do Trefinasa chế tạo, khi nhiệt độ dây dẫn đạt tới 600C thì độ võng của dây bắt đầu uốn ngang và tăng chậm theo nhiệt độ tới 210oC, khi đó độ võng đạt xấp xỷ độ võng của dây ACSR ở nhiệt độ 85oC.
Sở dĩ, dây siêu nhiệt của Trenifasa có được đặc tuyến độ võng tốt như vậy là do hãng đã tự phát triển công nghệ sản xuất dây thép bọc nhôm (ACS), được sử dụng làm lõi dây siêu nhiệt, theo cách riêng của mình. Dây ACS của hãng có các ưu điểm sau:
- Lực căng của dây gấp 8 lần so với dây nhôm thông thường có cùng đường kính.
- Trọng lượng nhỏ hơn 15% so với dây thép mạ có cùng đường kính và cùng đặc tính.
- Duy trì được đặc tính cơ khí do được bảo vệ bởi các lớp nhôm.
- Giảm ăn mòn điện hóa.
- Dẫn điện tốt gấp 3 lần dây thép mạ.
- Với các ứng dụng tần số cao, nơi “hiệu ứng bề mặt” là nhân tố quan trọng, độ dẫn điện ACS bằng 100% của dây nhôm do mật độ dòng điện tập trung ở mặt ngoài của dây dẫn
Dòng sản phẩm dây siêu nhiệt của Trefinasa có hai loại cơ bản: loại dây dẫn kháng nhiệt TAL và loại dây dẫn siêu kháng nhiệt ZTACIR. Dây dẫn TAL có vỏ bằng nhôm kháng nhiệt và lõi thép bằng dây thép bọc nhôm có khả năng chịu cơ khí và mài mòn cao. Trong nhóm này còn có loại GTAL là loại có khe hở giữa lõi và lớp nhôm. Giữa 2 lớp được điền đầy bằng một loại mỡ chịu nhiệt rất cao. Nhiệt độ vận hành của TAL tới 150OC. Sự khác biệt lớn nhất của ZTACIR với TAL là sự thay lõi thép của dây dẫn bằng một vật liệu mới siêu kháng nhiệt vận hành tới 210oC, độ bền cơ khí cao và có độ giãn nở nhiệt rất thấp đó là oxit Invar, thành phần của nó có chứa 36% Nickel. Cũng như GTAL còn có GZTAL giữa lõi và lớp vỏ ngoài có khe hở. Lõi và lớp dẫn điện chuyển dịch tự do với nhau qua khe hở và được hỗ trợ bằng lớp mỡ chịu nhiệt và chịu mài mòn cơ khí cao.
So với dây dẫn ACSR cùng kích cỡ thì hầu hết các thông số của dây dẫn siêu nhiệt đều xấp xỷ nhau về khối lượng riêng/km, tải trọng cơ khí, điện trở riêng/ km..vvv duy nhất chỉ có sự tăng lên về nhiệt độ vận hành và khả năng mang tải cao hơn. Đây cũng chính là những đặc điểm nổi bật giúp cho dây siêu nhiệt hiện nay đang dần trở thành phương án tối ưu khi xem xét thay thế cho các đường dây hiện hữu.
4.Thi công lắp đặt
Do có cấu trúc khác với dây ACSR, do vậy khi thi công cũng đòi hỏi trình tự thao tác mới phù hợp với kết cấu của dây như: thi công ghép nối phần lõi chịu cơ học trước, sau đó tước phần nhôm dẫn điện và tiến hành ghép nối sau, việc lấy độ võng cũng phải thực hiện theo hai bước, thông thường kéo lần một bằng 70% độ võng, lần 2 lấy độ võng như thiết kế để tránh làm biến dạng, hỏng lớp nhôm tròn phía ngoài cùng.
Để khắc phục nhược điểm này, hiện nay các hãng đã có những cải tiến nhất định về phương pháp thi công. Đặc biệt, với các dự án đường dây lớn, hãng Trefinasa cam kết cung cấp kèm máy và dụng cụ cần thiết giúp cho việc thi công dây siêu nhiệt thuận lợi như dây ACSR.
IV. Kết luận
Đối với một Quốc gia đang phát triển như Việt Nam, nhu cầu điện năng luôn đe dọa đến việc vận hành đầy tải và quá tải của các tuyến đường dây cũng như khả năng quá tải của các trạm biến áp. Việc sử dụng dây dẫn kháng nhiệt và dây dẫn siêu nhiệt có độ võng thấp, dòng mang tải cao tiện lợi cho việc cải tạo và thay thế cho các đường dây và lèo ngăn lộ cũ là một việc rất phù hợp và kinh tế. Nó làm tăng công suất truyền tải của đường dây lên gấp 1,6-2,0 lần, tăng khả năng cung cấp điện cho phụ tải. Tiện ích với đường dây cũ vẫn giữ nguyên hệ thống móng và cột cũ, không phải thay thế mới. Đối với trạm biến áp nó còn có tác dụng cho việc cải tạo nâng công suất thanh cái mà không phải thay thế cấu trúc trụ xà cũ. Đối với một tuyến đường dây mới hoặc công trình mới cũng cần xem xét nghiên cứu việc sử dụng công nghệ dây dẫn mới để giảm tải trọng cột dẫn đến giảm chi phí đầu tư móng và cột mà lại tăng công suất truyền tải hoặc có hệ số dự trữ công suất cho tương lai.