Hướng dẫn ứng dụng này nhằm mục đích sử dụng cho các kỹ sư lập kế hoạch hệ thống điện, chuyên gia tư vấn và những người trong các lĩnh vực liên quan, để hiểu rõ hơn về các ứng dụng cáp siêu dẫn nhiệt độ cao (High Temperature Superconducting) cho các ứng dụng trên các hệ thống điện quy mô lớn.
Các đặc điểm chính của cáp HTS từ góc độ mô hình hóa hệ thống điện là những khác biệt so với các loại cáp đồng hoặc nhôm truyền thống là:
- Độ khuếch đại cao;
- Trở kháng bằng không;
- Điện cảm thấp;
- Giới hạn dòng điện sự cố.
Đặc điểm chính của cáp siêu dẫn là khả năng tải điện rất cao do chất siêu dẫn trong cáp có điện trở bằng không. Nhiều điện lực cho rằng cáp siêu dẫn có ngưỡng dòng điện tối đa 3000A, vì đó là định mức tối đa của bộ ngắt mạch họ thường mua, nhưng thiết kế cáp siêu dẫn tải 5000A đã thành công.
Hướng dẫn ứng dụng cáp siêu dẫn
Ứng dụng chính của cáp siêu dẫn hiện tại là làm đường dây phân phối thay thế cho cáp điện thông thường truyền tải trong các khu đô thị (hoặc các khu vực hạn chế về không gian). Điều này là do trong nhiều trường hợp, cáp siêu dẫn ở mức điện áp phân phối vẫn có thể tải công suất cao như ở mức điện áp truyền tải.
Công suất truyền tải ở điện áp phân phối: Tận dụng khả năng tải dòng điện ở định mức cao nên dù chỉ ở mức điện áp phân phối, tổng công suất tải vẫn ngang bằng với mức công suất như khi ở mức điện áp truyền tải.
1. Cải thiện độ tin cậy & khả năng ổn định hệ thống
Cáp HTS giúp tăng độ tin cậy và khả năng phục hồi, ổn định lại hệ thống diện cho một hoặc nhiều trạm biến áp trong mạng lưới đô thị, bằng cách “kết nối vòng tròn” các trạm biến áp cùng với cáp HTS ở cấp điện áp phân phối sao cho cáp HTS hoạt động như một phương án “dự phòng” cho hệ thống truyền tải. Ví dụ:
Cách tiếp cận này có hiệu quả vì trong trường hợp N-1 đến N-4 bị mất đường truyền hoặc mất biến áp phụ tải tại một hoặc nhiều trạm, điện năng có thể được vận chuyển từ trạm biến áp còn hoạt động này sang trạm biến áp khác thông qua hệ thống cáp HTS.
Cần lưu ý rằng vì cách tiếp cận này sử dụng cáp HTS để làm phương án “dự phòng”, có nghĩa là cáp có thể không hoạt động trong thời gian “hệ thống ổn định”. Điều này có thể được khuyến khích ngay cả trong các tình huống không có nguy cơ sự cố về dòng điện lỗi vì cáp có thể gây ra “dòng điện vòng tròn” không mong muốn.
Tóm lại có thể ứng dụng cáp siêu dẫn cho mạng lưới phân phối khu đô thị như một giải pháp dự phòng để cải thiện độ tin cậy và khả năng phục hồi hệ thống sau sự cố.
2. Dự phòng/ thay thế cáp HPFF
Cáp siêu dẫn HTS có thể được ứng dụng để hỗ trợ quá trình chuyển đổi mạng lưới từ hệ thống cáp HPFF cũ. Công nghệ cáp HPFF đang trở nên lỗi thời trong hệ thống điện công nghiệp chủ yếu do các nguy cơ môi trường tiềm ẩn mà chúng tạo ra (sự cố tràn dầu), hoặc chủ trương thay thế dần hệ thống này bằng cáp XLPE và tương tự.
Có thể ứng dụng theo 2 cách như sau:
- Một là trực tiếp thay thế cáp HPFF bằng cáp HTS, vẫn tận dụng các ống dẫn của HPFF hiện có.
- Một ứng dụng khác là lắp đặt mạng lưới cáp siêu dẫn song song với đường dây cũ. Cách tiếp cận này cho phép cáp HTS hoạt động như một mạch phân phối điện áp (mức công suất tải tương đương) và là “dự phòng” cho mạch cáp hiện có giống như trên. Cách tiếp cận này cho phép xây dựng và lắp đặt diễn ra mà không cần loại bỏ hoàn toàn cáp HPFF, ít gây gián đoạn tải điện hơn so với việc thay thế toàn bộ cáp HPFF.
