Nghiên cứu ảnh hưởng của đường dây điện lực sang đường dây thông tin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGHIẤN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC SANG ĐƯỜNG DÂY THỄNG TIN PHẠM DUY PHONG HÀ NỘI - 2007 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGHIẤN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC SANG ĐƯỜNG DÂY THỄNG TIN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: PHẠM DUY PHONG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN NAM QUÂN HÀ NỘI - 2007 CHƯƠNG 1: Tổng quan ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin Ảnh hưởng đường dây điện lực đường dây thông tin thường biết đến trường hợp sau: - Các đường dây điện lực vận hành bình thường xảy cố (ví dụ, ngắn mạch pha) tạo trường tĩnh điện trường điện từ Các trường tạo sức điện động dòng điện cảm ứng đường dây thông tin gần, gây ảnh hưởng nguy hiểm đến người làm việc với cáp thông tin (khi lắp đặt, bảo dưỡng, sửa chữa ), đồng thời làm ảnh hưởng đến hoạt động bình thường mạng thông tin - Tại khu vực trạm biện áp cột điện đường dây cao áp thường xảy tượng tăng đất Khi hệ thống điện lực có cố, xuất dịng điện chảy vào đất thơng qua hệ thống tiếp đất điện lực (ví dụ, hệ thống tiếp đất trạm biến áp cột điện cao áp) Dòng điện làm tăng điện hệ thống tiếp đất so với đất xa thời gian xảy cố đường dây điện lực Các ảnh hưởng nói sinh thông qua chế ghép điện, ghép từ ghép dẫn Chương nàyểtình bày tổng quan ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin phương pháp chung để hạn chế ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin 1.1 Các chế ghép điện Hiện tượng ghép điện hệ thống điện lực hệ thống thông tin xuất dạng ghép Thông thường kết hợp loại ghép: ghép điện dẫn, ghép điện dung ghép điện cảm Nhưng ln có dạng ghép chiếm ưu thế, dễ dàng phân tích ảnh hưởng sở kết hợp dạng ghép điện khác 1.1.1 Ghép điện dung Hiện tượng ghép điện dung xảy đường dây điện lực đường dây thơng tin song song có chiều dài tương đối lớn so với khoảng cách hai đường dây, đường kính dây Do tượng ghép điện dung, điện trường sinh điện áp đường dây điện lực tạo điện áp đường dây thông tin Hiện tượng ghép điện dung biểu diễn cách đơn giản hình vẽ 1.1 Đường dây điện lực Mạch Nguồn tín hiệu Mạch ~ CPT CPG Ztải ZPT CTG Z0 Hình 1.1 Ghép điện dung đường dây điện lực đường dây thông tin Theo chế ghép này, điện dung CPT xuất hai đường dây có trị số thay đổi theo khoảng cách hai mạch (điện lực - mạch thông tin - mạch 2) - giá trị lớn khoảng cách ngắn ngược lại Mức điện áp xuất đường dây thông tin phụ thuộc vào độ lớn trị số điện dung phụ thuộc vào trở kháng đường dây thông tin đường dây điện lực (ZPT), trở kháng đường dây thông tin đất (Z0) Để hạn chế điện áp nhiễu ghép điện dung, phải giảm nhỏ giá trị điện dung CPT tăng giá trị trở kháng ZPT, Z0 Để giảm giá trị điện dung CPT, áp dụng biện pháp che chắn cho cáp Ngoài ra, yếu tố điện dung đường dây điện lực đất (CPG), điện dung đường dây thông tin đất (CTG) trở kháng đường dây điện lực đường dây thơng tin (ZPT) (xem hình 1.1) góp phần làm tăng điện áp cảm ứng ghép điện dung hai đường dây 1.1.2 Ghép điện dẫn (ghép Galvanic) Hiện tượng ghép điện dẫn xảy hai mạch có nhánh chung biểu diễn cách đơn giản hình 1.2 Nhánh chung Z1 Z2 V1 V2 Z12 Mạch Mạch Hình 1.2 Ghép điện dẫn đường dây điện lực đường dây thơng tin Ghép điện dẫn chia làm loại: - Tiếp xúc điện Đây trường hợp trang thiết bị thông tin tiếp xúc với dây dẫn điện lực Hiện tượng thường xảy cáp, đường dây thông tin treo chung cột điện lực vị trí hai đường dây giao chéo - Tăng đất Đối với hệ thống điện có cố ngắn mạch xuống đất dịng chạy đất làm tăng đất, so với đất xa (đất chuẩn), vị trí dịng điện vào khỏi đất Ví dụ, mạng có trung tính nối đất trực tiếp xuất dịng ngắn mạch hàng ngàn ampe, dịng tạo chênh lệch điện hàng ngàn vôn so với đất xa Trong trường hợp này, phận hệ thống thông tin nằm gần hệ thống đất có điện cao Do vậy, điện trở thành phần thông tin nhỏ xuất chênh lệch điện gây nguy hiểm Gía trị điện phụ thuộc vào phương pháp vận hành mạng, loại cố, giá trị dòng điện ngắn mạch, vị trí hệ thống thơng tin cơng trình điện trị số điện trở suất đất Để xác định phạm vi vùng nguy hiểm xảy ra, cần xem xét xác suất xảy cố khoảng thời gian cố 1.1.3 Ghép điện cảm Hiện tượng ghép điện cảm xảy hỗ cảm hai mạch biểu diễn cách đơn giản hình 1.3 Khi dịng điện chạy mạch có tải kết cuối, tạo từ trường xung quanh dây dẫn Độ lớn từ trường thay đổi tỉ lệ thuận với dòng điện tỉ lệ nghịch với khoảng cách hai mạch Từ trường làm xuất điện áp nhiễu cảm ứng mạch lân cận, điện áp tạo dòng điện mạch bị ảnh hưởng Giá trị hỗ cảm phụ thuộc vào cấu hình dây dẫn, vị trí tương đối đường dây Ngoài ra, tượng ghép điện cảm phụ thuộc vào yếu tố quan trọng khác, mơi trường xung quanh hai đường dây Khi cáp thông tin đặt ống kim loại giá cáp, tác dụng che chắn ống giá cáp làm suy giảm phân tán nguồn nhiễu Lhỗ cảm Đường dây điện lực Mạch Nguồn tín hiệu Mạch M Lhỗ cảm ~ Ztải VM Z0 Hình 1.3 Ghép điện cảm đường dây điện lực đường dây thông tin Trong loại ghép nêu trên, ghép điện cảm có xác suất xảy nhiều gây nhiễu điều kiện hoạt động bình thường điều kiện cố hệ thống điện lực Nhiễu liên tục thường xuất cân điện cân cấu hình hệ thống điện lực, nhiễu đột biến sinh có cố xung đột biến đóng ngắt hệ thống điện lực - Ghép điện cảm cân hệ thống điện lực Ngay đường dây điện lực đạt cân điện cấu hình, khác khoảng cách dây pha đường dây điện lực với đường dây thông tin gây tượng ghép mức độ khác Nếu đường dây điện lực đường dây thông tin đặt cách khoảng cách đủ lớn so với khoảng cách dây pha, bỏ qua ảnh hưởng ghép điện cảm cân cấu hình Sự cân tải yếu tố quan trọng hoạt động hệ thống điện lực Trong mạch truyền tải, cân tải đạt tương đối dễ dàng, lại khó đạt cân cấu hình, thực đảo vị trí dây pha Trong mạch phân phối ngược lại Mặc dù tất thiết bị phụ, đường dây nhánh bố trí cho tải cân nguồn (ví dụ máy biến áp phân phối), có rẽ nhánh nên tải điểm xa so với nguồn thường cân mức độ cao - Ghép điện cảm cố hệ thống điện lực Sự cố nghiêm trọng thường xuyên xảy nhất, gây điện áp cảm ứng cố ngắn mạch pha - đất Đối với mạng điện có điểm trung tính cách ly với đất khơng có điểm trung tính (các mạch tam giác), cố ngắn mạch pha- đất tạo dòng rò nhỏ (dịng qua đất), đường trở nguồn qua điện dung phân phối so với đất pha khơng bị rị Do trị số dịng rị nhỏ nên khơng gây nguy hiểm tác động đáng kể đến thành phần cách điện pha không bị cố thực tế khó phát khắc phục cố Trường hợp cố ngắn mạch hai pha vị trí riêng biệt với đất (rị đất kép), dịng rị đáng kể có khả gây ghép điện cảm đủ để ảnh hưởng đến đường dây thơng tin Các mạng điện lực trung tính nối đất có điểm nối đất nhiều điểm nối đất Dòng rò pha - đất mạng có trung tính nối đất điểm nhỏ so với dịng rị mạng trung tính nối đất nhiều điểm Do vậy, đường dây điện lực trung tính nối đất điểm bị rị ngắt chậm mạng dây trung tính nối đất nhiều điểm Các mạng điện nhiều điểm nối đất có dịng rị phađất lớn có trở kháng tiếp đất nhỏ Nếu cơng trình thơng tin tiếp đất tốt cách nối với trung tính điện lực, làm giảm ảnh hưởng nguy hiểm 1.2 Vùng giới hạn xem xét ảnh hưởng đường dây điện lực Trong thực tế, ảnh hưởng ghép điện từ đường dây điện lực sang đường dây thông tin gần đáng kể phạm vi định Phạm vi quy ước xác định tuỳ theo chế ghép phụ thuộc vào độ lớn điện áp mang đường dây điện lực, chiều dài đường dây bị ảnh hưởng điện trở suất đất 1.2.1 Vùng giới hạn ảnh hưởng ghép điện cảm Trong hầu hết trường hợp ghép điện cảm, vùng ảnh hưởng giới hạn dải có độ rộng = km phía đường dây điện lực (xem hình 1.4) Trong số trường hợp đặc biệt, ví dụ điện trở suất đất lớn và/ chiều dài bị ảnh hưởng lớn, vùng ảnh hưởng xác định cho trường hợp cụ thể Với trường hợp này, vùng ảnh hưởng xác định theo hướng dẫn hình 1.5 Hình 1.4 Vùng giới hạn ảnh hưởng ghép điện cảm Các đường V/km.kA đến 60 V/ km.kA hình 1.5 tương ứng với điện áp cho phép xuất đường dây thông tin với dòng điện ảnh hưởng kA chiều dài gần km Trong tính tốn ảnh hưởng thường chọn tiêu chuẩn 10 V/ km.kA Ta nhận thấy rằng, điện trở suất đất lớn khoảng cách tới hạn (vùng xem xét ảnh hưởng) tăng 105 104 Hình 1.5 Khoảng cách tối thiểu đường dây điện lực thông tin 1.2.2 Giới hạn ảnh hưởng ghép điện dung Trong trường hợp ghép điện dung đường dây điện lực ba pha đường dây thông tin, vùng ảnh hưởng giới hạn hai đường song song, cách đường dây điện lực khoảng cách ac Khoảng cách phụ thuộc vào giá trị điện áp đưòng dây điện lực chiều dài bị ảnh hưởng Giá trị ac xác định qua đồ thị hình 1.6 10 ( f = 50 Hz) Un : điện áp danh định (V) l : chiều dài ảnh hưởng (km) Hình 1.6 Xác định vùng giới hạn ảnh hưởng ghép điện dung i đ dâ b h đ dâ hô i 1.2.3 Vùng giới hạn ảnh hưởng ghép điện dẫn a) Đối với cột cao áp Với hệ thống điện lực có trung tính nối đất trực tiếp qua trở kháng thấp, ảnh hưởng ghép điện dẫn hệ thống tiếp đất cột cao áp đường dây điện lực xem xét khoảng cách chân cột cao áp đường dây thông tin nhỏ 20 m Trong trường hợp điện trở suất đất lớn (vài nghìn Ωm), vùng ảnh hưởng xác định riêng tình cụ thể b) Đối với trạm phát điện trạm biến 66 CHƯƠNG 5: ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC SANG ĐƯỜNG DÂY THÔNG TIN Từ phân tích tính tốn ảnh hưởng nêu trên, để hạn chế ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin, cần phải áp dụng biện pháp bảo vệ Các biện pháp phòng chống ảnh hưởng phải áp dụng cho phía thơng tin phía Điện lực 5.1 Các biện pháp bảo vệ áp dụng phía thơng tin Một số biện pháp bảo vệ áp dụng trước xây dựng tuyến cáp (ví dụ, chọn tuyến thích hợp cho cáp thơng tin, sử dụng loại cáp đặc biệt sử dụng phương tiện truyền dẫn khác không bị ảnh hưởng nhiễu đường dây điện lực gây ra, ) Một số biện pháp khác biện pháp xử lý bổ sung để làm giảm ảnh hưởng (ví dụ, sử dụng thiết bị bảo vệ) Việc lựa chọn biện pháp bảo vệ phụ thuộc vào hoàn cảnh cụ thể, điều kiện kỹ thuật điều kiện kinh tế 5.1.1 Tăng khoảng cách đường dây thông tin đường dây điện lực Khi thiết kế tuyến cáp thông tin mới, cần phải chọn tuyến cách xa đường dây điện lực tốt Tuy nhiên, lý địa lý kinh tế nên thực tế xây dựng tuyến cáp thông tin, tránh khỏi ảnh hưởng đường dây điện lực Việc xác định xác khoảng cách tối thiểu cáp thông tin đường dây điện lực phụ thuộc vào cường độ dòng điện cảm ứng điện trở suất đất khu vực Theo kinh nghiệm tính tốn thực tế cho thấy, khu vực có điện trở suất đất thấp (dưới 50 Ω.m), với khoảng cách 500 m khu vực thành thị 2000 m khu vực nơng thơn khơng cần tính tốn nhiễu hay điện áp nguy hiểm, không cần xem xét biện pháp bảo vệ Để tránh ảnh hưởng từ hệ thống tiếp đất cơng trình điện lực sang cáp thơng tin, hai hệ thống phải có cách ly định Kinh nghiệm cho thấy 67 rằng, cố không phát sinh hệ thống cách 10 m, điện trở suất đất khơng q vài trăm Ω.m khơng có điều kiện đặc biệt khác 5.1.2 Sử dụng cáp thông tin thay đoạn cáp thông tin bị ảnh hưởng đường dây điện lực cáp có hiệu che chắn tốt Để bảo vệ cáp thông tin khỏi bị nhiễu tượng ghép cảm ứng từ đường dây điện lực, sử dụng loại cáp có cấu trúc che chắn đặc biệt, có hệ số che chắn tốt Hệ số che chắn định nghĩa tỷ số điện áp cảm ứng dọc điện áp cảm ứng khơng có lớp vỏ kim loại, hệ số thường nhỏ Với tần số âm tần tần số nguồn, hệ số che chắn cáp xác định cơng thức: k= R R + jϖ L (5.1) Trong đó: k - hệ số che chắn, R - điện trở chiều vỏ cáp, Ω/ km; L - lượng tự cảm lớp vỏ so với mạch đất, h/ km; ϖ - tần số góc dịng điện cảm ứng, rad Hệ số che chắn nhỏ điện trở lớp vỏ cáp nhỏ Cáp có lớp vỏ nhơm có hệ số che chắn tốt Hệ số che chắn tăng lên cách thêm băng thép có từ tính đặc biệt, làm tăng độ tự cảm vỏ cáp Khi sử dụng băng thép, hệ số che chắn phụ thuộc vào dòng điện vỏ cáp phụ thuộc vào điện áp cảm ứng dọc Khi điện áp lớp vỏ tăng có hệ số che chắn tốt Hệ số che chắn đạt tới giá trị tối ưu, sau bắt đầu giảm băng thép xảy tượng bão hoà từ Hiệu ứng suy giảm hàm điện áp dọc xác định xác phép đo thích hợp Đối với cáp có vỏ polyethylene nhơm tấm, hệ số che chắn cải thiện cách thêm dây đồng nhôm cần sử dụng băng thép đặt lớp vỏ cáp 68 Hình 5.1 cho thấy hệ số che chắn số loại cáp có thêm dây nhôm băng thép phụ thuộc chúng vào điện áp cảm ứng dọc tần số Đường kính cáp (mm) Điện trở chiều (Ω/km) vỏ cáp cho đường dây hình vẽ 30 0,35 0,25 0,16 0,10 40 0,28 0,20 0,13 0,08 50 0,24 0,17 0,12 0,07 60 0,21 0,15 0,10 0,06 Hình 5.1 Các ví dụ hệ số che chắn tần số 50 Hz cho cấu trúc vỏ khác Với cáp có lớp vỏ thép gợn sóng lớp che chắn thêm vào nằm lõi cáp lớp vỏ thép nhăn Đối với cáp kim loại, lớp che chắn phải nối liên tục toàn chiều dài cáp Để hệ số che chắn phát huy hết hiệu quả, vỏ cáp lớp che chắn phải nối đất đầu cáp với hệ thống tiếp đất có điện trở tiếp đất đủ nhỏ Trong trường hợp vỏ cáp cách ly với đất, tổng trở hệ thống tiếp đất phải nhỏ điện trở vỏ tuyến cáp (thường khoảng vài Ω) Phía tổng đài 69 thường có điện trở tiếp đất thấp nên khơng có vấn đề gì, điều lại khó đạt phía nhà thuê bao điểm khác đường dây thuê bao (ví dụ, hộp cáp hay tủ cáp) Cáp có hệ số che chắn tốt sử dụng để bảo vệ điểm nối đường cáp Với dây thuê bao, loại cáp hiệu điện trở tiếp đất nhà th bao thấp Việc tính tốn hệ số che chắn phụ thuộc vào trường hợp cụ thể (cấu trúc cáp, kết nối đất, ) Cáp có hệ số che chắn tốt dùng để bảo vệ chống lại điện áp cảm ứng thời gian ngắn thời gian dài 5.1.3 Sử dụng cáp quang Cáp quang phi kim loại không bị ảnh hưởng điện từ trường (ảnh hưởng cảm ứng hay tiếp xúc trực tiếp), nên chúng bảo vệ hoàn toàn điều kiện nguy hiểm Tuy nhiên, cáp quang có nhiều thành phần kim loại sau: - Thành phần gia cường để giữ lực kéo tránh hư hỏng lắp đặt; - Lá nhôm (một phần vỏ cáp nhiều lớp) để chống nước; - Các băng thép để chống gặm nhấm; - Dây đồng dùng làm mạch điện thoại lắp đặt sửa chữa cáp quang; - Dây đồng cung cấp nguồn cho lặp Với tuyên thông tin ngắn khơng cần trạm lặp trung gian, sử dụng cáp quang hồn tồn khơng có thành phần kim loại Loại cáp có hiệu bảo vệ cao nhiều trường hợp phức tạp gần trạm điện có lượng tăng đất lớn trạm vô tuyến hay bị sét đánh Cáp quang có thành phần kim loại bị thiệt hại bị sét đánh trực tiếp hay gần với cáp Do nên đặt tuyến cáp quang xa cấu trúc kim loại cáp thông thường chúng thường dễ bị sét đánh; an tồn sử dụng cáp quang có lớp che chắn tốt Tóm lại, cáp quang có thành phần kim loại coi cáp thông thường quan điểm bảo vệ Tuy nhiên, đánh thủng lớp cách điện gây hư hỏng vật lý cáp quang 70 5.1.4 Sử dụng dây che chắn Các dây che chắn dây nối đất chạy song song với cáp thơng tin Dịng điện dây điện lực cảm ứng vào cáp thơng tin dây che chắn Bởi dây che chắn nối đất nên dòng điện chạy chúng cảm ứng điện áp lên cáp thông tin Điện áp ngược chiều với điện áp cáp thông tin bị cảm ứng từ đường dây điện lực điện áp cảm ứng tổng giảm Sự giảm điện áp cảm ứng nhờ dây che chắn đặc trưng hệ số che chắn Các cấu trúc sau hoạt động dây che chắn: - Vỏ kim loại cáp thông tin cáp điện lực; - Dây nối đất cáp thông tin đường điện cao áp; - Hàng rào, đường ray xe lửa; - ống nước; - Các cấu trúc kim loại khác có độ cao thích hợp Các kết cấu kim có hiệu che chắn lớn, đặc biệt thành phố lớn khu đô thị Hiệu che chắn đặc trưng hệ số che chắn kx Từ kinh nghiệm thực tế, ta lấy giá trị kx trường hợp sau: - Các thành phố lớn: kx = 0,1 - 0,2 - Các khu đô thị : kx = 0,4 - 0,6 - Vùng nông thôn: kx = 0,8 - 1,0 5.1.5 Sử dụng thiết bị bảo vệ a) Thiết bị bảo vệ chống áp Các cố hệ thống điện lực gây dịng điện khơng cân lớn, gây điện áp cảm ứng áp lên đường dây thông tin gần Điện áp áp cảm ứng tăng đến vài kV kéo dài từ 100 đến 1000 ms (thậm chí lâu hơn) tuỳ theo khả khắc phục cố đường dây điện lực 71 Để bảo vệ cáp thiết bị thông tin chống lại điện áp cảm ứng cố đường dây điện lực, sử dụng bảo vệ chống áp Các thiết bị bảo vệ áp giải pháp kinh tế so với biện pháp khác sử dụng cáp có hệ số che chắn tốt cáp có nhiều lớp vỏ bảo vệ có lớp cách ly có độ bền cao Tuy nhiên, với thiết bị bảo vệ áp, chắn phải chịu chi phí bảo dưỡng; đó, sử dụng cáp đặc biệt, ngồi chi phí ban đầu, khơng phải chịu chi phí Một số yêu cầu hạn chế thiết bị bảo vệ áp sau: - Thiết bị bảo vệ q áp phải nối đất, phải có hệ thống tiếp đất có điện trở tiếp đất đủ nhỏ, và/ kết nối tất hệ thống tiếp đất, đất tín hiệu trung tính điện lực với (có thể kết nối trực tiếp dùng khe phóng điện) - Việc bảo vệ có hiệu thiết bị bảo vệ hoạt động tốt Vì vậy, chúng cần kiểm tra định kỳ thay hỏng, lắp đặt cho dễ dàng thao tác, tháo bỏ thay - Sự có mặt thiết bị bảo vệ áp làm tăng suy hao đáng kể làm tăng độ cân mạch so với đất - Phải có điện áp ngưỡng thích hợp với vị trí bảo vệ - Hoạt động thiết bị bảo vệ áp làm giảm đáng kể trở kháng tương đương đường dây so với trở kháng thiết bị nối với nó, dịng điện chạy qua gây nguy hiểm cho người thiết bị - Các phần tử thiết bị bảo vệ phải thiết kế lắp đặt cho hoạt động, nhiệt độ tăng không làm hỏng thiết bị gây nguy hiểm cho người Sau số loại dụng cụ chống áp dùng: - Phóng điện khe hở khơng khí carbon; - ống phóng điện có khí (Gas discharge tube - GDT); 72 - Các phần tử bán dẫn giới hạn điện áp: Các phần tử bảo vệ bán dẫn thông dụng bao gồm điện trở phụ thuộc điện áp (varistor), Diode Zener, Thyristor b) Thiết bị chống dòng - Cầu chì (Fuse); - Điện trở nhiệt có hệ số nhiệt dương (PTC - Positive Temperature Coeffient Thermistor); - Rơ le; - Bộ ngắt mạch c) Các thiết bị bảo vệ hỗn hợp Các thiết bị bảo vệ hỗn hợp thiết bị bảo vệ kết hợp phần tử bảo vệ phần tử chống áp, phần tử chống dòng, phần tử bán dẫn để kết hợp ưu điểm phần tử này, giúp cho việc bảo vệ hiệu Các thiết bị bảo vệ bảo vệ hỗn hợp thông dụng khuyến nghị nên dùng loại Để bảo vệ tổng đài, thiết bị bảo vệ kết hợp lắp phía đường dây giá MDF, dây phải chịu ảnh hưởng đường dây điện lực sét Thông thường, thiết bị thường kèm tổng đài Ví dụ, việc bảo vệ đường dây tín hiệu dựa sở sử dụng ống phóng điện có khí (GDT) chịu dịng lớn, điện áp cao (chịu mức lượng lớn) diode chống sét có thời gian đáp ứng nhanh, điện áp dòng điện thấp để việc điều khiển nhanh xác Hai phần tử thường cách ly với trở kháng nối tiếp (được lựa chọn theo yêu cầu hoạt động cụ thể) Khi hoạt động, diode ghim điện áp cịn trở kháng có nhiệm vụ hạn chế dòng điện xung kéo dài Loại dụng cụ thường có khả tự khởi tạo lại (có nghĩa là, sau hoạt động lại tự khởi tạo lại để tiếp tục hoạt động bảo vệ cho thiết bị) không cần bảo dưỡng thường xuyên 73 Các dụng cụ thiết bị bảo vệ xung đường điện lưới ac thường sử dụng MOV MOV kết hợp với cầu chì Các dụng cụ thiết bị bảo vệ đường dây thông tin, truyền số liệu thường sử dụng kết hợp GDT để chống áp cầu chì điện trở hệ số nhiệt dương (PTC) để chống dòng So sánh phần tử bảo vệ bảng 5.1 Bảng 5.1 So sánh phần tử bảo vệ Thời gian đáp ứng Mức bảo vệ (độ nhạy) Khả mang lượng Độ ổn định Nhanh (µs) Trung bình Lớn Trung bình Nhanh Kém Lớn Kém Chậm (ms) Tốt Lớn Tốt Nhanh Kém Lớn Kém Diode Zener Rất nhanh (ps) Rất tốt Nhỏ Rất tốt Bộ ngắt mạch Chậm Trung bình Lớn Trung bình Cầu chì Rất chậm Tốt Lớn Trung bình MOV Rất nhanh Trung bình Lớn Kém Phần tử bảo vệ Phóng điện có khí Phóng điện khe hở khơng khí Rơ le Phóng điện khe hở Carbon 5.1.6 Các biện pháp phòng tránh ảnh hưởng tượng tăng đất Phương pháp để tránh tượng tăng đất tăng khoảng cách cáp thông tin cột, trạm biến áp điện lực (chính hệ thống tiếp đất điện lực) Trong trường hợp không tăng khoảng cách đến hệ thống tiếp đất điện lực phải sử dụng biện pháp bảo vệ cách điện cho cáp (ví dụ, cho cáp vào ống nhựa) Nếu lượng tăng đất cao, vùng ảnh hưởng lớn nên dùng biện pháp sử dụng cáp quang thông tin vô tuyến chuyển tiếp (viba) a) Cáp thông tin phục vụ nhà máy điện trạm biến áp Tất phận kim loại tiếp cận cơng trình thơng tin (vỏ kim loại, khung giá treo cáp, hộp cáp ) phải nối với hệ thống tiếp đất nhà máy điện trạm biến áp Như tránh tượng chênh lệch điện tất phận tiếp cận khu vực 74 - Bảo vệ chống ảnh hưởng dòng điện chạy vỏ cáp: Trong điều kiện có cố điện lực, để tránh vỏ cáp khơng bị nóng chảy, phải hạn chế dịng điện chạy qua vỏ cáp độ lớn thời gian Ví dụ, với loại cáp thơng tin có đường kính nhỏ, tuyến cáp bảo vệ tốt (trong cố giải vòng 0,2 s đến 0, 5s); dịng điện khoảng 500 A chạy vỏ cáp có khả gây chảy vỏ cáp cáp lắp đặt để tránh lan truyền dịng điện vỏ cáp mơi trường xung quanh Kinh nghiệm cho thấy, dịng điện chạy qua vỏ cáp không đạt đến mức điện trở tiếp đất nhà máy điện trạm biến áp 0,15 Ω dòng rò 10.000 A Dòng điện chạy qua vỏ cáp phụ thuộc vào đặc tính điện kết cấu vỏ cáp khả lưu chuyển dòng điện vỏ cáp đất Trong trường hợp vỏ kim loại có lớp bọc ngồi cách điện khơng nối đất hai đầu, dịng khơng q lớn; lớp vỏ nối đất hai đầu, dòng phụ thuộc vào trở kháng mạch tạo vỏ kim loại cáp đường qua đất Trong trường hợp vỏ kim loại khơng có lớp bọc cách điện, dòng chạy qua vỏ phụ thuộc nhiều vào độ dẫn điện đất Để hạn chế dòng chạy qua vỏ cáp, thực biện pháp sau đây: + Thay cáp vỏ kim loại cáp vỏ plastic đoạn bị ảnh hưởng Nếu cáp có lớp chắn kim loại, lớp chắn phải nối với vỏ kim loại đoạn cáp nối với hệ thống tiếp đất nhà máy điện/ trạm biến thế; + Có thể bọc vỏ kim loại cáp lớp bọc cách điện cho đoạn bị ảnh hưởng lắp măng sông cách ly điểm ranh giới để nối vỏ kim loại cáp phía gần trạm điện vỏ kim loại cáp phía xa, đuợc nối trực tiếp với đất - Bảo vệ chống nguy hiểm chênh lệch điện thế: Nhìn chung, nên dùng loại thiết bị bảo vệ cho tất sợi cáp để làm giảm khả xảy chênh lệch điện sợi cáp với để đảm bảo an toàn cho người làm việc 75 Ta hạn chế loại bỏ chênh lệch điện xuất sợi cáp, vỏ cáp hệ thống tiếp đất nhà máy điện/ trạm biến số điểm định nhờ sử dụng số biện pháp sau: - Dùng cáp có hệ số che chắn tốt: cách hạn chế chênh lệch điện sợi cáp vỏ cáp Trong trường hợp này, vỏ cáp phải nối với hệ thống tiếp đất phải đảm bảo tính dẫn điện liên tục; - Dùng cáp vừa có lớp vỏ cách điện bên ngồi, vừa có lớp điện mơi độ bền lớn sợi vỏ kim loại Lớp vỏ kim loại phải cách ly cẩn thận với hệ thống tiếp đất nhà máy điện/ trạm biến thế; - Dùng cáp khơng có lớp vỏ vỏ kim loại lớp vỏ bọc sắt Nên dùng loại cáp ranh giới vùng bị ảnh hưởng hệ thống tiếp đất; - Dùng GDT kết hợp GDT với dụng cụ bảo vệ khác Nên tránh đặt điểm kết cuối cáp nối cáp vùng bị ảnh hưởng hệ thống tiếp đất nhà máy điện/ trạm biến b) Cáp thông tin qua vùng bị ảnh hưởng hệ thống tiếp đất trạm biến áp nhà máy điện Không cần thực biện pháp bảo vệ đặc biệt trì khoảng cách tối thiểu cáp thông tin hệ thống tiếp đất điện lực Nếu không đảm bảo khoảng cách tối thiểu, phải cách ly cáp thông tin khỏi vùng đất xung quanh hệ thống tiếp đất điện lực chiều dài đủ lớn (ví dụ, cho cáp ống nhựa) Cũng sử dụng dây che chắn để bảo vệ cáp thông tin, lưu ý dây che chắn không nối vào hệ thống tiếp đất trạm điện lực qua chúng c) Cáp thông tin gần cột điện cao áp Trong trường hợp này, sử dụng biện pháp cáp thông tin qua hệ thống tiếp đất trạm biến áp 76 Cần ý rằng, hệ thống tiếp đất cột điện lực dùng để dẫn dòng sét xuống đất Để tránh nguy hiểm cho cáp thông tin, cần phải trì khoảng cách đủ lớn cáp thông tin phận hệ thống tiếp đất cột Trong trường hợp hệ thống tiếp đất cột có thành phần chơn toả rộng đất (thường có dạng tia nhiều hướng), phải đặc biệt ý để đảm bảo phần tử hệ thống tiếp đất không gần với cáp thông tin 77 5.2 Các biện pháp bảo vệ áp dụng phía điện lực 5.2.1 Sử dụng dây đất cho đường dây điện lực treo Các dây đất đường dây điện lực treo đóng vai trị dây che chắn, nêu 5.1.4 Nếu dây đất có độ dẫn điện lớn, hiệu che chắn tốt Hệ số che chắn dây đất tính theo cơng thức sau: k e0 = Re + j ( X e − X ep ) Re + ϖµ (5.2) + jX s Trong đó: Re điện trở dây đất đơn vị độ dài, Ω/km; Xe điện kháng dây đất đơn vị độ dài, Ω/km; Xep điện kháng tuơng hỗ dây đất và dây pha dòng qua đất dơn vị độ dài, Ω/km; ω = 2πf µ0 tần số mạch; độ thấm từ không gian tự Với dây đất thép, tần số 50/ 60 Hz, hệ số che chắn đạt giá trị khoảng 0,9 < ke0 < 5.2.2 Dùng cáp có hệ số che chắn tốt Tương tự cáp thông tin, hệ số che chắn cáp điện lực giảm nếu: - Dùng vỏ nhơm kích thước thay cho vỏ chì; - Có lớp vỏ thép bao quanh cáp Hệ số che chắn đạt giá trị cực thấp ta dùng loại cáp điện lực ống thép Vỏ cáp, che chắn cáp, ống cáp phải tiếp đất hai đầu cáp để tăng cường hệ số che chắn cáp 78 5.2.3 Dùng dây bù gần đường dây điện lực Trong nhiều trường hợp, người ta dùng dây dẫn thứ (dây bù) đường dây điện lực đường dây thông tin để tạo hiệu che chắn a1 a3 đường dây điện lực đường dây viễn thơng dây bù Hình 5.2 Bố trí dây bù để bảo vệ đường dây thơng tin Giả thiết dây dẫn thứ tiếp đất hai đầu đoạn bị ảnh hưởng điện trở tiếp đất nhỏ so với trở kháng vòng dây dẫn thứ với đường đất, giả thiết dây dẫn nằm mặt phẳng, hệ số che chắn dây bù tính cơng thức: k = 1− Z 23 Z 31 Z 12 Z 23 (5.3) Trong đó: Z12 trở kháng tương hỗ dây dây 2, Ω; Z31 trở kháng tương hỗ dây dây 3, Ω ; Z23 trở kháng tương hỗ dây dây 3, Ω ; Z33 trở kháng tương hỗ dây đất, Ω 5.2.4 Hạn chế dòng gây cảm ứng hệ thống xoay chiều pha Biện pháp áp dụng có cố Sức điện động dọc cảm ứng tỉ lệ thuận với 3I0 - tổng thành phần thứ tự dòng pha, để giảm sức điện động dọc cảm ứng, ta hạn chế dịng gây cảm ứng cách tăng trở kháng thứ tự nhờ biện pháp sau: 79 - Không nối đất số dây trung tính cuộn dây biến thế; - Tiếp đất cho cuộn dây biến có trở kháng thứ tự lớn; - Tiếp đất dây trung tính cuộn biến qua điện trở hạn chế dòng 5.2.5 Hạn chế hài Để hạn chế ảnh hưởng nhiễu cho đường dây thông tin, hạn chế xuất sóng hài biện pháp sau: - Tăng số xung trạm chỉnh lưu (pulse number of the rectifier station); - Dùng lọc; 5.2.6 Tăng cường độ an toàn hệ thống đường dây điện lực a) Tránh tiếp xúc trực tiếp Để tránh xảy tiếp xúc trực tiếp với dây pha cao áp, phía Điện lực cần phải lưu ý: - Khoảng cách tối thiểu cơng trình thơng tin điện lực; - Củng cố kết cấu đường dây điện lực điểm giao chéo để hạn chế nguy đứt cáp, gẫy cột b) Lắp đặt đường dây có độ tin cậy cao 5.2.7 Đảo dây pha đường dây điện lực không Đảo dây pha làm cân điện dung điện cảm đường dây treo Ngoài ra, đảo dây pha khu vực đường dây thông tin bị ảnh hưởng cảm ứng làm giảm tác dụng tượng cảm ứng từ điều kiện hoạt động bình thường 80 Kết luận Để bảo vệ đường dây thông tin khỏi ảnh hưởng từ đường dây điện lực gần, hai phía thơng tin Điện lực cần phải cân nhắc áp dụng biện pháp bảo vệ hợp lý, từ giai đoạn thiết kế Về phía thơng tin, áp dụng biện pháp sau: - Tăng khoảng cách hai đường dây; - Tăng khả phòng chống ảnh hưởng điện lực đường dây thơng tin: sử dụng cáp có hiệu che chắn tốt, sử dụng cáp quang, sử dụng dây che chắn cho đường dây thông tin; - Sử dụng thiết bị bảo vệ; - Hạn chế ảnh hưởng tăng đất Về phía điện lực, áp dụng biện pháp sau: - Tăng khả che chắn cáp điện lực cách sử dụng dây đất dùng cáp có hệ số che chắn tốt; - Dùng dây bù gần đường dây điện lực; - Hạn chế dòng ngắn mạch có cố; - Hạn chế hài phát sinh; - Đảo dây pha đường dây điện lực không, ... tiếp hiữa đường dây điện lực đường dây thông tin đường dây thông tin giao chéo đường dây điện lực - Khoảng cách thẳng đứng dây điện lực thấp đỉnh cột thơng tin, đường dây điện lực có điện áp đến... tính tốn ảnh hưởng 3.2.1 Các số liệu đường dây điện lực đường dây thông tin 3.2.1.1 Các sỐ liỆu vỀ đường dây điỆn lỰc Các số liệu đường dây điện lực gồm có: - Điện áp dây đường dây điện lực 34... CHƯƠNG 1: Tổng quan ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin Ảnh hưởng đường dây điện lực đường dây thông tin thường biết đến trường hợp sau: - Các đường dây điện lực vận hành bình thường