Mô phỏng sự phân bố nhiệt và điện trường trong khớp nối cáp HVDC sử dụng mô hình vĩ mô

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 18 55 
MÔ PHỎNG SỰ PHÂN BỐ NHIỆT VÀ ĐIỆN TRƯỜNG 
TRONG KHỚP NỐI CÁP HVDC SỬ DỤNG MÔ HÌNH VĨ MÔ 
MODELLING TEMPERATURE AND ELECTRIC FIELD DISTRIBUTION IN HVDC CABLE 
JOINTS USING MACROSCOPIC MODEL 
Vũ Thị Thu Nga, Trần Thanh Sơn, Trần Anh Tùng 
Trường Đại học Điện lực 
Ngày nhận bài: 28/8/2018, Ngày chấp nhận đăng: 20/12/2018, Phản biện: TS. Hoàng Mai Quyền 
Tóm tắt: 
Hệ thống truyền tải điện một chiều đang được phát triển mạnh hiện nay nhằm kết nối phụ tải với 
nguồn năng lượng phân tán với mục đích đồng bộ hóa giữa các mạng lưới HVAC khác nhau. Xu 
hướng cáp được sử dụng hiện nay cho hệ thống HVDC là cáp có cách điện tổng hợp dựa trên vật 
liệu polyetylen, nó dần thay thế cho cáp cách điện bằng giấy tẩm dầu do có một số lợi ích vượt trội. 
Tuy nhiên, một trong những vấn đề quan trọng với các vật liệu tổng hợp này là cần phải ngăn chặn 
sự tích lũy điện tích không gian là tác nhân gây ra các hỏng hóc sớm đối với hệ thống cáp. Đặc biệt 
với các phụ kiện như khớp nối cáp và các đầu nối chính là các điểm yếu trong hệ thống cáp, liên 
quan đến sự phân bố điện trường nguy hiểm do sự liên kết của các cách điện có tính chất khác 
nhau. Mục đích của nghiên cứu này là cung cấp phương pháp mô phỏng các hiện tượng trạng thái 
nhất thời và ổn định xảy ra trong các hệ thống cáp và thiết bị phụ kiện HVDC, với sự xem xét các 
điều kiện không cân bằng nhiệt trên cáp. Nghiên cứu dựa trên các dữ liệu thực nghiệm được mô 
hình hóa của vật liệu cách điện cấu thành lên cáp và thiết bị phụ kiện trên hệ thống được lấy từ 
trường hợp thực tế. Nghiên cứu sẽ cho phép dự đoán, phân bố nhiệt độ và biến dạng điện trường 
dưới các điều kiện ứng suất điện và nhiệt trong hệ thống cáp và thiết bị đấu nối. 
Từ khóa: 
Cáp HVDC, khớp nối cáp, phân bố điện trường, phân bố nhiệt độ. 
Abstract: 
Energy transport through High Voltage Direct Current links are currently being developed for the 
connection to distributed electrical energy sources for synchronization purpose among various HVAC 
networks. Oil-impregnated paper insulated cables represent reliable solutions and tend to be 
replaced by synthetic insulation based on polyethylene materials. One of the key issues with these 
synthetic materials is the need to prevent space charge accumulation, which represents an early 
failure mechanism for cables. Specifically, accessories like cable joints and terminations represent 
weak points in the cable, particularly as regards the hazardous field distribution resulting from the 
association of insulations of different nature. The aim of this research is to provide modelling 
approaches of transient and steady state phenomena occurring in HVDC cable systems, with 
consideration of non-equilibrium thermal conditions on the cables. The project is based on 
experimental data on insulating materials constituting the modelled accessories and system design 
taken from a real case study. It will enable to predict temperature distribution and associated field 
distortion as a function of stressing condition and thermal environment. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
56 Số 18 
Keywords: 
HVDC cable, cable joints, field distribution, temperature distribution. 
1. GIỚI THIỆU 
Thị trường cho kết nối cáp một chiều cao 
áp (HVDC) cách điện polymer đã tăng lên 
đáng kể trong thập kỷ qua, do sự phát 
triển của các nguồn điện phân tán và 
truyền tải điện đi xa [1]. Để đáp ứng công 
suất truyền tải cao hơn, điện áp hệ thống 
đã tăng dần từ 80 kV, lên các hệ thống 
HVDC 320 kV và hiện tại là hơn 500 kV 
[2]. Mức tăng điện áp làm tăng đáng kể về 
hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống cáp. 
Bên cạnh cáp, chất lượng của các phụ 
kiện như đầu mối và khớp nối đúc sẵn 
HVDC cũng đóng một vai trò quan trọng. 
Do có số lượng lớn các khớp nối cáp 
trong hệ thống HVDC nên việc thiết kế 
phải có hiệu quả về chi phí, trong đó chi 
phí do sửa chữa và thời gian ngừng hoạt 
động kéo dài là rất lớn, nó tăng lên đáng 
kể nếu các sự cố xảy ra trên biển. Vì 
những lý do này, sự chắc chắn trong thiết 
kế của các phụ kiện, khớp nối ngày càng 
trở nên vô cùng quan trọng và cần thiết để 
có thể chịu được áp lực điện gia tăng. 
Điện trường phải được điều khiển sao cho 
không vượt quá mức chịu đựng của vật 
liệu tương ứng trong bất kỳ phần tử nào 
của hệ thống. Trong các ứng dụng DC, 
phân loại điện trường tính chất điện trở là 
phổ biến, ngoài ra trong quá trình hoạt 
động điện trường trong thiết bị có thể 
được phân bố lại bằng cách điều khiển 
dòng điện rò [3]. Tuy nhiên, trong thực tế, 
phương pháp này có thể phức tạp vì điện 
trở suất của vật liệu phụ thuộc rất nhiều 
vào nhiệt độ và điện trường [4]. 
Trong nghiên cứu này, một thiết kế chung 
cho khớp nối cáp DC được mô phỏng. 
Các hiện tượng của khớp nối, với các 
thông số vật liệu thực tế, dưới các ứng lực 
khác nhau đã được xem xét. Khớp nối 
được mô phỏng trong các điều kiện ứng 
suất nhiệt và điện khác nhau để kiểm tra 
độ bền của nó. Như sẽ được mô tả dưới 
đây, mục đích chính của nghiên cứu này 
là xem xét sự phân bố nhiệt độ và điện 
trường ở các vị trí có sự tiếp giáp giữa các 
vật liệu khác nhau trong khối thiết bị nối 
cáp. Điện trường tại các vị trí này bị chi 
phối bởi các tính chất vật liệu xung quanh 
rất nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ 
và điện trường [5], có thể gây ra các vấn 
đề về độ bền nghiêm trọng. 
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 
2.1. Cấu trúc hình học 
(a) 
(b) 
Hình 1. Thiết kế chung được sử dụng trong mô 
phỏng: (a) mô hình mô phỏng, (b) cấu trúc 
chung của khớp nối cáp 
Vật liệu thiết bị đấu nối EPDM 
Cách điện cáp XLPE 
Vật liệu bán dẫn 
z 
r 
Cách điện cáp XLPE 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 18 57 
Tất cả mô phỏng được thực hiện trên phần 
mềm Comsol Multyphisics với cấu trúc 
hình học đối xứng trên 2D (hình 1a) lấy từ 
khối cấu trúc của khớp nối cáp cao áp từ 
nhà sản xuất Silec Cable (hình 1b: trục r 
thể hiện bán kính của khối khớp nối, trục 
z thể hiện chiều dài của khối khớp nối) 
[6]. 
Trong thiết kế này, khớp nối cáp tồn tại 
sự tiếp giáp giữa 2 vật liệu khác nhau 
XLPE/EPDM của cách điện cáp và vật 
liệu của khớp nối với độ dày của 2 lớp vật 
liệu tương ứng là 22,285/44,1 mm. Chiều 
dài của toàn bộ khớp nối trong cấu trúc 
được mô phỏng là 87,5 cm. Lõi cáp có 
bán kính là 22,285 mm (không thể hiện 
trong mô phỏng). 
2.2. Vật liệu 
Vật liệu được sử dụng trong cách điện cáp 
và khớp nối cáp tương ứng là XLPE và 
EPDM với tính chất của điện dẫn phụ 
thuộc vào nhiệt độ và điện trường theo 
công thức bán thực nghiệm 1 [7] [8]: 
  EETB
Tk
E
AET
B
a .).(sinh.exp.),( 
(1) 
Trong đó: 
A et α: hằng số; 
Ea: năng lượng hoạt động của điện dẫn; 
T: nhiệt độ; 
E: điện trường đặt; 
B = a.T + b: thông số phụ thuộc vào nhiệt 
độ để tính đến sự thay đổi của ngưỡng 
điện trường vào nhiệt độ. 
Dựa vào kết quả thực nghiệm đo dòng 
điện dưới các điều kiện khác nhau về 
nhiệt độ và điện trường đặt, các giá trị 
trong công thức 1 được xác định trong 
bảng 1 [9]. 
Bảng 1. Các hệ số trong công thức của điện dẫn 
cho XLPE và EPDM (điện dẫn 
được đo bằng S/m) 
 XLPE EPDM 
A (S.I) 1,55. 10
-3
 0,19 
Ea (eV) 1 0,44 
B (m/V) 
1,38.10
-7
với T 313 K 
4,8.10
-10
 T 
 5,1.10-7 -1,3.10-9 T + 5,45.10-7 
với T 313 K 
 1,15 0,42 
2.3. Phương pháp mô phỏng 
Trong nghiên cứu này, để tính toán sự 
phân bố nhiệt độ và điện trường ở các 
điều kiện khác nhau trong các khớp nối 
phân đoạn cáp cao áp, nhóm nghiên cứu 
đã sử dụng hai môđun trong phần mềm 
Comsol Multyphisics là: môđun truyền 
nhiệt (Heat Transfer) và môđun dòng điện 
(Electric Currents). 
Quá trình truyền nhiệt được mô tả là sự 
thay đổi năng lượng nhiệt do sự chênh 
lệch nhiệt độ. Quá trình trao đổi nhiệt 
diễn ra theo hướng chuyển nhiệt năng từ 
nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ 
thấp. Có ba cơ chế liên quan đến việc 
truyền nhiệt là: dẫn nhiệt, đối lưu và bức 
xạ. Mô hình toán học sử dụng cho truyền 
nhiệt theo cơ chế dẫn nhiệt trong 
Comsol® ứng dụng trong vật liệu rắn thể 
hiện bởi phương trình sau: 
𝜌. 𝐶𝑝
𝜕𝑇
𝜕𝑡
− 𝛻. (𝑘𝛻𝑇) = 𝑄 (2) 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
58 Số 18 
Trong đó: , Cp, T, t và k tương ứng là 
mật độ, công suất nhiệt, nhiệt độ, thời 
gian và độ dẫn nhiệt của vật liệu. Q là 
nguồn nhiệt. 
Các thông lượng nhiệt trao đổi bằng đối 
lưu bởi bề mặt của một chất rắn được đặt 
trong một chất lỏng được đưa ra bởi 
phương trình của Newton (công thức 2): 
𝑞0 = ℎ. (𝑇𝑒𝑥𝑡 − 𝑇𝑎) (3) 
Trong đó Text, Ta là nhiệt độ tương ứng ở 
bề mặt và ở xa phần tử làm nóng. H là hệ 
số đối lưu, hệ số này không phụ thuộc vào 
bản chất của bề mặt nhưng phụ thuộc vào 
các thuộc tính của chất lỏng và bản chất 
của dòng chảy. 
Các thông lượng nhiệt trao đổi bởi bức xạ 
được thể hiện bởi biểu thức 3: 
𝑞 = 𝜀𝑒𝑚.𝑆(𝑇𝑒𝑥𝑡
4 − 𝑇𝑎
4) (4) 
Ở đó S là hằng số Stefan-Boltzmann 
S = 5,67.10
-8
 W.m
-2
.K
-4
), em là hệ số 
phát xạ của bề mặt (em = 1 cho bề mặt 
đen, em<< 1 cho bề mặt sáng). Trong 
trường hợp của cáp điện, chúng tôi giả 
thiết rằng quá trình phát xạ của bề mặt lớp 
bán dẫn (semi-conductor) trong cáp là 0,8. 
Nguồn nhiệt lượng Q trong phương trình 
(2) thể hiện một năng lượng cho mỗi đơn 
vị thể tích. Trong trường hợp của các loại 
cáp điện, Q tương ứng là mật độ tiêu hao 
năng lượng bởi hiệu ứng Joule do dòng 
điện trong lõi cáp tạo ra. Do vậy mật độ 
tiêu hao năng lượng bởi hiệu ứng Joule 
trong lõi cáp có thể được thể hiện dưới 
công thức 5: 
𝑄𝑎𝑚𝑒 = 𝑅𝑇0(1 + 𝛼(𝑇𝑎𝑚𝑒 − 𝑇0)). 𝐼𝑎𝑚𝑒
2 /𝑆𝑎𝑚𝑒 (5) 
Trong đó: RT0 là điện trở trên một đơn vị 
chiều dài của dây dẫn ở nhiệt độ T0 
(3,87*10
-4 
W.m
-1
 cho đồng ở T0 = 20°C). 
Iame và Same tương ứng là dòng điện và tiết 
diện của lõi cáp. 
Trong quá trình làm việc của cáp điện, 
dưới tác động của các yếu tố điện áp và 
môi trường, sự tích điện sẽ hình thành và 
sự điện tích này ( ) phụ phuộc vào điện 
trường E theo phương trình Maxwell- 
Gauss: 
.(.E) = (6) 
Khi điện tích xuất hiện và thay đổi theo 
thời gian sẽ làm biến đổi mật độ dòng 
điện J, mối liên quan được thể hiện qua 
phương trình vi phân: 
 ∂ρ/∂t+∇.J=0 (7) 
Hơn nữa, theo định luật Ohm, mối liên hệ 
giữa điện trường, điện dẫn () và mật độ 
dòng điện được thể hiện theo công thức: 
J = . E (8) 
Sự không đồng nhất của điện dẫn phụ 
thuộc vào điện trường là một phần và liên 
kết các phương trình khác nhau làm cho 
chúng ta khó có thể giải được hệ phương 
trình này theo phương pháp toán học đơn 
thuần. Đó là lý do mà chúng tôi sử dụng 
phương pháp số để giải quyết vấn đề này 
(sử dụng phần mềm chuyên dụng để giải 
quyết). Môđun dòng điện được sử dụng 
trong mô phỏng với mục đích để giải một 
hệ phương trình gồm các phương trình 
khác nhau là (6), (7), (8). 
2.4. Điều kiện mô phỏng 
Mô phỏng được thực hiện trên vật liệu 
cách điện của cáp điện là XLPE và vật 
liệu của thiết bị đấu nối tiếp giáp với cáp 
điện là EPDM với sự phụ thuộc của điện 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 18 59 
dẫn vào điện trường và nhiệt độ theo 
phương trình 1. 
Giá trị đặt ban đầu: 
 Về điện áp: điện áp đặt vào cáp là 
Vđặt = 200 kV. 
 Về dòng điện: dòng điện làm việc đi 
trong lõi cáp là Ilv = 1000 A. 
 Nhiệt độ môi trường là 20oC. 
 Nhiệt độ ở thời điểm ban đầu là: 
T0 = 20
o
C. 
Sự phân bố nhiệt độ và điện trường trong 
thiết bị đấu nối được mô phỏng theo thời 
gian, từ t=0 s đến t=20000 s và ở chế độ 
xác lập. 
3. KẾT QUẢ 
3.1. Phân bố nhiệt độ 
Dưới tác động của dòng điện làm việc đi 
trong lõi cáp, theo hiệu ứng Joule sẽ có 
một lượng nhiệt phân bố trong cáp và 
lan truyền sang phần vật liệu của thiết bị 
đấu nối hình thành sự chênh lệch nhiệt 
độ trong khối thiết bị. Sự phân bố nhiệt 
độ theo thời gian đặt điện áp và dòng 
điện theo thang màu được thể hiện trong 
hình 2. 
Ta nhận thấy rằng, nhiệt độ trong khối 
thiết bị được làm nóng lên theo thời gian 
từ trong lõi của cáp truyền qua cách điện 
cáp sang vật liệu của thiết bị đấu nối ra 
ngoài vỏ. Tuy nhiên, quan sát trên thang 
màu của sự phân bố nhiệt độ, sự truyền 
nhiệt ở phía cách điện của cáp điện là 
nhanh hơn so với sự truyền nhiệt ở trong 
phần vật liệu của khớp nối. 
Hình 3 đưa ra một cách thể hiện khác về 
sự tiến triển của nhiệt độ dọc theo chiều 
dài của bán kính khối thiết bị kết nối với 
thời gian khác nhau và ở thời điểm hệ 
thống đạt trạng thái ổn định. 
(a) 
(b) 
Hình 2. Sự phân bố nhiệt độ trong khối thiết bị 
đấu nối cáp cao áp ở thời gian t = 100s (a), 
t=10000s (b) được thể hiện theo thang màu 
(2D phía dưới, 3D phía trên) 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
60 Số 18 
Hình 3. Đường đặc tính phân bố nhiệt độ ở 
phần tiếp giáp giữa XLPE/EPDM trong khớp nối 
cáp cao áp (z=76cm) ở các thời gian khác nhau 
và ở chế độ xác lập 
Ở thời điểm ban đầu, t=10 s đến t=1000 s, 
nhiệt độ tăng một lượng nhỏ từ 20 đến 
35
oC phía trong cách điện của cáp, nhiệt 
độ phía ngoài của khớp nối gần như 
không thay đổi, xấp xỉ với nhiệt độ của 
môi trường (20oC). Sau khoảng thời gian 
t = 20.000 s, nhiệt độ tăng lên tới 65oC 
phía trong cách điện cáp nhưng nhiệt độ 
phía ngoài phần vật liệu của thiết bị đấu 
nối chỉ thay đổi gần 10oC. Tuy nhiên sau 
thời gian 20.000 s (hơn 5 giờ), hệ thống 
chưa đạt được chế độ ổn định về sự phân 
bố nhiệt độ. Nhiệt độ ở phía trong cách 
điện cáp và ngoài khớp nối đạt được ở 
trạng thái ổn định tương ứng là 70 và 
30
oC, sinh ra độ chênh lệch nhiệt độ trong 
khối thiết bị đấu nối vào khoảng 40oC. 
Như vậy, ta cần 1 khoảng thời gian khá 
dài để đạt được sự ổn định về nhiệt độ 
trong khối thiết bị. 
Do vật liệu trong thiết bị đấu nối cáp có 
sự truyền nhiệt kém nên quá trình truyền 
nhiệt từ lõi cáp dưới tác dụng của hiệu 
ứng Joule không được nhanh chóng tản ra 
ngoài, tạo nên giá trị nhiệt độ rất cao phía 
trong lõi cáp, điều đó có thể là nguyên 
nhân ảnh hưởng đến sự tác động của nhiệt 
vào cách điện của cáp làm giảm tuổi thọ 
và hiệu suất làm việc. Do vậy, quá trình 
nghiên cứu vật liệu của thiết bị đấu nối 
cáp cao áp vẫn đang được đẩy mạnh trên 
thế giới để có loại vật liệu thay thế phù 
hợp tích hợp thêm khả năng khuếch tán 
nhiệt độ. 
3.2. Phân bố điện trường 
Tính toán sự phân bố điện trường trong 
chế độ ổn định được thực hiện với 2 điều 
kiện về nhiệt độ là ở nhiệt độ phòng 
(20
oC) và dưới sự chênh lệch nhiệt độ là 
40
o
C (trong lõi cáp 70
o
C và phía bên 
ngoài khớp nối là 30oC - đường đặc tính 
nhiệt độ ở chế độ xác lập trong hình 3) để 
thấy rõ được sự ảnh hưởng của nhiệt độ 
đối với phân bố điện trường trong khớp 
nối. Kết quả của sự phân bố điện trường 
được thể hiện trong hình 4. 
Ở nhiệt độ phòng, điện trường phân bố 
trong khối thiết bị có giá trị lớn hơn ở 
những vị trí có xu hướng gần với lõi cáp, 
tuy nhiên trong trường hợp có sự chênh 
lệch nhiệt độ, sự phân bố điện trường 
có sự thay đổi. Tại vị trí tiếp giáp 
XLPE/EPDM: ở nhiệt độ phòng, điện 
trường phân bố chủ yếu ở lớp cách điện 
cáp XLPE; khi có chênh lệch nhiệt độ sự 
phân bố của điện trường là tương đối đều 
trong cả 2 lớp vật liệu và tồn tại những 
điểm đạt giá trị điện trường lớn (màu đỏ 
thẫm). Điều này do sự tồn tại của chênh 
lệch nhiệt độ dẫn tới xuất hiện sự chênh 
lệch về điện dẫn trong vật liệu. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 18 61 
Hiệu ứng này có thể được quan sát rõ hơn 
trong hình 5, thể hiện sự phân bố điện 
trường tại vị trí có sự tiếp giáp 
XLPE/EPDM. 
(a) 
(b) 
Hình 4. Sự phân bố điện trường bên trong khối 
thiết bị đấu nối cáp ở 200kV, dưới nhiệt độ 20
o
C 
(a), T = 40
0
C (b). Thang màu được sử dụng là 
rainbow; từ đỏ đến xanh da trời tương ứng từ 
cao đến thấp 
Hình 5. Đường đặc tính phân bố điện trường 
bên trong khớp nối cáp tại vị trí tiếp giáp 
giữa XLPE/EPDM (z=76 cm, hình 4a) ở nhiệt độ 
phòng và dưới sự chênh lệch nhiệt độ 
Hình 6. Đường đặc tính phân bố điện trường 
bên trong khớp nối cáp tại vị trí tiếp giáp giữa 
XLPE/semiconductor/EPDM (z=60cm) ở nhiệt độ 
phòng và dưới sự chênh lệch nhiệt độ 
Ở nhiệt độ phòng, điện trường phân bố 
chủ yếu trong vật liệu XLPE và giảm dần 
từ 9,5 kV/mm xuống 7,2 kV/mm ở phía 
trong lõi cáp đến vị trí tiếp giáp giữa 2 vật 
liệu. Mặc dù vậy, giá trị điện trường đạt 
được trong lớp vật liệu EPDM là rất nhỏ, 
xấp xỉ bằng 0 ở phía ngoài khớp nối. Khi 
có sự chênh lệch nhiệt độ, điện trường ở 
lớp cách điện cáp XLPE có xu hướng tăng 
dần đến vi trị tiếp giáp giữa 2 vật liệu, 
đồng thời điện trường trong phía ngoài 
khớp nối đạt giá trị xấp xỉ 4 kV/mm. 
Ngoài ra, ta còn quan sát thấy trên thang 
màu (hình 3) sự phân bố điện trường còn 
có sự thay đổi ở vị trí có sự tiếp giáp giữa 
lớp bán dẫn và EPDM trong 2 trường hợp 
nhiệt độ phòng và có sự chênh lệch nhiệt 
độ. Ở nhiệt độ phòng, vị trí đạt điện 
trường cao hơn nằm tại phía tiếp giáp với 
vật liệu bán dẫn, trong khi dó khi có sự 
chênh lệch nhiệt độ, ở phía ngoài khớp 
z = 76cm 
z = 60cm 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
62 Số 18 
nối lại có giá trị điện trường cao hơn 
(hình 6). 
4. KẾT LUẬN 
Từ các thông số thực nghiệm của sự phụ 
thuộc giữa điện dẫn vào điện trường và 
nhiệt độ, tính chất điện dẫn của 2 loại vật 
liệu XLPE và EPDM được ứng dụng để 
mô phỏng cho sự phân bố điện trường và 
sự biến đổi nhiệt độ trong khối thiết bị 
đấu nối cáp cao áp. Sử dụng 2 môđun 
Dòng điện và Trao đổi nhiệt trong 
COMSOL Multiphisics, ta có được một 
cái nhìn trực quan về sự biến đổi nhiệt độ 
và điện trường tại các khớp nối cáp: sự 
truyền nhiệt diễn ra nhanh hơn trong vật 
liệu XLPE so với vật liệu EPDM và sự 
phân bố điện trường phụ thuộc rất nhiều 
vào sự chênh lệch nhiệt độ trong vật liệu. 
Từ những dự báo này, các nhà nghiên cứu 
sản xuất khớp nối cáp có thể thay thế các 
vật liệu thích hợp để giảm sự chênh lệch 
nhiệt độ xảy ra trong khối thiết bị là 
nguyên nhân gây ra sự thay đổi của điện 
trường, tác động đến tuổi thọ làm việc của 
hệ thống cáp cao áp. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Murata et al., “Development of High Voltage DC-XLPE Cable System,” SEI Tech. Rev., no. 76, pp. 
55–62, Apr. 2013. 
[2] W. Long and S. Nilsson, “HVDC transmission: Yesterday and Today,” IEEE Power Energy Mag., 
vol. 5, no. 2, pp. 22–31, Mar. 2007. 
[3] C.K. Eoll, “Theory of Stress Distribution in Insulation of High-Voltage DC Cables: Part I,” IEEE 
Trans. Electr. Insul., vol. EI-10, no. 1, pp. 27–35, 1975. 
[4] W. Choo, G. Chen and S. G. Swingler, “DC-field solid dielectric cable under transient thermal 
conditions,” IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 18, no. 2, pp. 596–606, 2011. 
[5] Y. Qin, N. Shang, M. Chi, and X. Wang, “Impacts of temperature on the distribution of electric-
field in HVDC cable joint,” IEEE 11th Int. Conf. Prop. Appl. Dielectr. Mater. ICPADM Syd. NSW, 
pp. 224–227, 2015. 
[6] Silec Cable, “One-piece premolded joint for extruded cables from 63 to 500kV.” . 
[7] R. Bodega, G.C. Montanari, and P.H.F. Morshuis, “Conduction Current measurements on XLPE 
and EPR insulation,” Rep. Conf. Electr. Insul. Dielectr. Phenom., pp. 101–105, 2004. 
[8] J. Fothergill, S.J. Dodd, L.A. Dissado, T. Liu, and U.H. Nilsson, “The Measurement of Very Low 
Conductivity and Dielectric Loss in XLPE Cables: A Possible Method to Detect Degradation Due to 
Thermal Aging,” IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. Vol. 18, no. No. 5;, p. 1544, Oct. 2011. 
[9] T.T.N. Vu, G. Teyssedre, B. Vissouvanadin, S. Le Ro, and C. Laurent, “Correlating Conductivity 
and Space Charge Measurements in Multi-dielectrics Under Various Electrical and Thermal 
Stresses,” IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 22, no. 1, pp. 117–127, 2015. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 18 63 
Giới thiệu tác giả: 
Tác giả Vũ Thị Thu Nga tốt nghiệp đại học ngành hệ thống điện năm 2004 và 
nhận bằng Thạc sĩ ngành kỹ thuật điện năm 2007 tại Trường Đại học Bách khoa 
Hà Nộ, nhận bằng Tiến sĩ ngành ỹ thuật điện tại Đại học Toulouse - Pháp năm 
2014. Hiện nay tác giả là giảng viên Trường Đại học Điện lực. 
Lĩnh vực nghiên cứu: tích điện không gian, HVDC, vật liệu cách điện, kỹ thuật điện 
cao áp, rơle và tự động hóa trạm. 
Tác giả Trần Thanh Sơn tốt nghiệp đại học tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nộii 
ngành hệ thống điện năm 2004, nhận bằng Thạc sĩ ngành kỹ thuật điện tại 
Trường Đại học Bách khoa Grenoble - Cộng hoà Pháp năm 2005, nhận bằng Tiến 
sĩ ngành kỹ thuật điện của Trường Đại học Joseph Fourier - Cộng hoà Pháp năm 
2008. Hiện nay tác giả là Trưởng khoa Kỹ thuật điện - Trường Đại học Điện lực. 
Lĩnh vực nghiên cứu: ứng dụng phương pháp số trong tính toán, mô phỏng 
trường điện từ; các bài toán tối ưu hoá trong thống điện. 
Tác giả Trần Anh Tùng tốt nghiệp đại học tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
ngành hệ thống điện năm 2007, bảo vệ luận án Tiến sỹ ngành kỹ thuật điện tại 
Đại học Paul Sabatier - Toulouse - Pháp năm 2011. Hiện nay tác giả là Trưởng Bộ 
môn Mạng và Hệ thống điện - Khoa Kỹ thuật điện - Trường Đại học Điện lực. 
Lĩnh vực nghiên cứu: lưới điện thông minh, tính toán khả năng tải của cáp ngầm 
cao thế, vật liệu cách điện polyme và nanocomposite. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
64 Số 18