Hướng dẫn chọn dây cáp điện cho tuabin điện gió

Dây và cáp được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau để cung cấp các sản phẩm hỗ trợ cho các ngành công nghiệp khác nhau như xây dựng quốc phòng và các công trình xây dựng lớn, bao gồm ngành điện gió. Năng lượng điện gió được tạo ra hoặc ở trên bờ hoặc ở ngoài khơi. Các tuabin gió được cấu tạo từ ba phần chính là Nacelle, trụ tháp và nền móng.

• Loại cáp điện bên trong tuabin gió dùng để truyền tải điện áp từ điện áp thấp đến trung bình cho máy phát điện, cáp lắp đặt cố định cho cảm biến, điều khiển, và cáp quang.
• Cáp được sử dụng trong nacelle sẽ được kết nối với trụ tháp. Cáp phần trên cùng cho phép tuabin quay theo những hướng khác của gió, truyền tải điện xuống phần dưới của tháp và cuối cùng kết nối vào lưới điện.

Cáp điện cho điện gió cũng thường bao gồm dây dẫn, lớp cách điện, vỏ bọc…, trong đó dây dẫn vẫn là chất dẫn điện thông thường như gồm đồng và nhôm. Về cơ bản thì nó chủ yếu được sử dụng để kết nối các bộ phận khác nhau trong tuabin như tháp, máy phát điện, hệ thống điều khiển… và để truyền năng lượng do tuabin gió vào máy biến áp, sau đó hòa vào lưới điện. Tóm lại, cáp điện gió không chỉ có nhiệm vụ truyền tải điện mà còn có nhiệm vụ truyền tín hiệu, dữ liệu điều khiển để đảm bảo hệ thống phát điện gió hoạt động bình thường và có thể giám sát từ xa.

I. Phân loại cáp điện năng lượng gió

1. Phân loại theo mục đích sử dụng

Cáp điện gió có thể được chia thành cáp bên trong trang trại gió và cáp bên ngoài trang trại gió tùy theo mục đích sử dụng của chúng. Cáp bên trong trang trại gió chủ yếu được sử dụng để kết nối các bộ phận khác nhau bên trong tuabin; cáp bên ngoài trang trại gió được sử dụng để truyền năng lượng điện do máy phát điện tạo ra lên lưới điện.

1. Cáp điện dùng để truyền tải dòng điện lớn và nối các tua-bin với lưới điện.
2. Cáp điều khiển dùng trong máy tính điện tử và hệ thống điều khiển thiết bị bên trong tuabin.
3. Cáp dữ liệu được sử dụng trong cabin và hệ thống điều khiển bus bar để truyền tín hiệu điều khiển tự động hóa hai chiều, nối tiếp, hoàn toàn bằng kỹ thuật số.
4. Cáp nối đất dùng cho hệ thống nối đất tuabin có điện áp định mức 0,6/1kv.
5. Cáp điều khiển có vỏ bọc dùng trong máy tính điện tử và hệ thống điều khiển thiết bị bên trong tuabin.
6. Cáp Fieldbus được sử dụng trong cabin và hệ thống điều khiển fieldbus để truyền tín hiệu điều khiển tự động hóa hai chiều, nối tiếp, hoàn toàn bằng kỹ thuật số.

2. Phân loại theo cấu trúc

Cáp năng lượng gió có thể được chia thành cáp một lõi và cáp đa lõi theo cấu trúc của chúng. Cáp một lõi có nghĩa là chỉ có một dây dẫn bên trong; trong khi cáp nhiều lõi có nghĩa là có nhiều dây dẫn bên trong và được sắp xếp, cách điện theo các quy tắc nhất định.

3. Phân loại theo vật liệu cách điện

Có hai loại vật liệu cách điện cho cáp năng lượng gió: XLPE và EPR. Cáp cách điện XLPE vượt trội hơn cáp cách điện EPR về hiệu suất điện và tuổi thọ sử dụng nên được sử dụng rộng rãi hơn trong cáp năng lượng gió.

II. Yêu cầu chung cho cáp điện gió

1. Khả năng chống chịu thời tiết: Do cáp tuabin gió chủ yếu được sử dụng ở những vùng có điều kiện khí hậu khắc nghiệt như ngoài biển, chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm lớn. Vì vậy, cáp điện gió cần có khả năng chịu nhiệt độ thấp, chống tia cực tím, chống xói mòn do gió, mưa…
2. Hiệu suất chống xoắn ở nhiệt độ thấp: Do máy phát điện tua bin gió cần xoay trục theo sự thay đổi hướng gió trong quá trình phát điện nên các dây cáp cũng phải có khả năng chống xoắn ở nhiệt độ thấp.
3. Khả năng chịu áp lực gió: Do các trang trại gió thường nằm ở khu vực có gió mạnh nên dây cáp điện gió cần có khả năng chịu được độ rung và tác động do gió mạnh gây ra.
4. Khả năng chống dầu: Bên trong tuabin gió, nhiều bộ phận phải duy trì bôi trơn, dầu hộp số thường xuyên rò rỉ và chảy xuống cáp nên cáp phải có khả năng chống dầu tốt.
5. Tính chất cơ học như khả năng chống mài mòn, độ bền kéo và khả năng chống uốn để thích ứng với các điều kiện lắp đặt và sử dụng khác nhau.
6. Chống ăn mòn nước biển: Tua bin gió ngoài khơi đòi hỏi dây cáp phải có khả năng chống ăn mòn nước biển hoặc ăn mòn phun muối.
7. Đặc tính chống địa chấn và chống bức xạ: Cáp năng lượng gió cũng cần có đặc tính chống địa chấn và chống bức xạ để đảm bảo hoạt động ổn định trong môi trường phức tạp.

II. Hướng dẫn chọn cáp điện trong nacelle của tuabin gió

Các loại cáp điện phổ biến nhất được áp dụng trong nacelle là cáp hạ thế và trung thế. Các dòng cáp này phải đáp ứng các yêu cầu sau khi lắp đặt trong nacelle của trụ tuabin gió:

• Có độ linh hoạt cao (bán kính uốn cong phải tốt): Lý do cần loại cáp có độ linh hoạt cao là do cáp điện từ máy phát điện thả xuống dưới vài mét bên dưới nacelle sẽ cho phép nacelle quay mà không làm cáp bị quá cuộn hoặc kéo căng;
• Không chứa halogen, chống cháy, chống dầu: Thỉnh thoảng cáp điện phải tiếp xúc với dầu thủy lực, và nhiều khả năng là tiếp xúc với dầu hộp số. Lớp cách điện của cáp khi đó có thể cứng lại hoặc phồng lên nếu lớp cách điện làm từ các vật liệu không chống dầu;
• Chịu được nhiệt độ cao lên đến 90ºC và nhiệt độ thấp xuống -40ºC: Những loại cáp cho tuabin gió cũng phải có khả năng chịu được nhiệt độ chênh lệch cực cao / cực thấp do đó lớp cách điện và vỏ bọc thường bằng cao su đặc biệt hoặc các hợp chất có tính năng vật lý tương tự (cao su có độ dẻo, linh hoạt rất cao).

Việc sử dụng cáp hạ thế hay trung thế trong tuabin phụ thuộc vào loại máy phát điện và thiết kế của chúng và vị trí đặt máy biến áp (bên trong nacelle, ở giữa hay dưới cùng của trụ tháp), trong một số trường hợp máy biến áp nằm bên ngoài trụ tháp.

• Nếu máy biến áp nằm trong nacelle: Cáp bên trong tuabin thường là cáp trung thế được sử dụng để kết nối máy biến áp với điểm phân phối ở chân tháp.
• Nếu máy biến áp nawefm ở giữa / dưới cùng của trụ tháp: Cáp trong tuabin thường là cáp hạ thế được sử dụng để kết nối máy phát LC trong nacelle đến máy biến áp. Đôi khi, cả 2 đều được sử dụng.

Các loại cáp điện khác

• Cáp điều khiển cần có độ mềm dẻo, có màn chắn kim loại (để ngăn nhiễu điện từ), được sử dụng để mang dòng điện nhỏ và tín hiệu tần số thấp để điều khiển bộ truyền động động cơ, hệ thống phanh của máy phát điện, định vị nano và tối ưu hóa tốc độ roto.
• Cáp điện tử và truyền dữ liệu được sử dụng để điều khiển tất cả các thiết bị điện tử và cơ khí. Chúng được sử dụng để đo tốc độ gió, nhiệt độ và các thông số hoạt động. Tất cả các cáp nên được bảo vệ bằng điện từ (EMC).
• Cáp quang được sử dụng để đảm bảo khả năng truyền dữ liệu cao cho việc giám sát và điều khiển.