Bài giảng kỹ thuật điện cao áp chương 6 thiết bị bảo vệ chống sét

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP CHƯƠ ƯƠNG : THIẾT BỊ BẢO O VỆ CHỐNG SÉT 6.1 Mở đầu 6.2 Phương ng tiện bảo vệ chống điện áp 6.3 Khe hở phóng điện 6.4 Chống sét ống 6.5 Chống sét van 6.5 Lắp đặt ặt chống sét van 3/31/2014 Page PHƯƠNG NG PHÁP BẢO VỆ CHỐNG SÉT Mức thứ : bảo vệ chống sét đánh trực tiếp tản dòng điện vào đất điểm sét đánh Mức bảo vệ chủ yếu áp dụng đối ối với cơng trình dễ bị sét đánh, tránh sét đánh trực tiếp vào cơng trình điện cách hướng ớng sét vào điểm định trước Định hướng sét cách chủ động có điều khiển vào điểm iểm xác mặt đất thực phương tiện sau : cột cột chống sét dựa nguyên tắc khoảng cách phóng điện : kim thu sét đặt độ cao cơng trình cần bảo vệ nối đất theo đường đư ngắn Có thể thấy bảo vệ xem la tốt vật cần bảo vệ nằm hình góc nghiêng 45o lưới ới lồng Faraday Đó mạng kín dẫn ngang dẫn dọc nối đất vào hệ thống nối đất Kích thước lưới cần nhỏ hơ ơn 15 m, dẫn đứng đặt vị trí nút lưới phần phía Phần phủ phía tương đương đươ với vơ số cột thu sét kiến kiến tạo chắn Dây chống sét thuộc loại Chúng hình thành bảo vệ an tồn chông sét đánh cho đường dây tải điện iện Nhiệm vụ thu hút phóng điện sét, mà theo mơ hình điện hình học có dịng điện lớn dòng điện iện tới hạn Bảo vệ chống sét cho đường dây xác định góc bảo vệ tối ưu opt Khi opt, "sự cố chắn" xảy Các cú sét có dịng điện lớn giá trị tới hạn gây phóng điện vào dây dẫn 3/31/2014 Page Mức thứ hai : Hạn chế điện áp dư biện pháp san phẳng Có Có nhiệm bảo vệ thiết bị trạm biến áp cơng trình điện chống q điện áp Một số thiết bị bảo vệ dùng đểể phân tán n lượng (đảm bảo mức cách điện xung kích - BIL Basic Impulse Level) thiết bị khác trạm biến áp (phối hợp cách điện) Nguyên Nguyên lý bảo vệ tạo mạch điện cho phép tản dòng điện sét cách gây phóng điện hoặ dẫn dịng điện iện xuống đất Hai loại thiết bị sử dụng để hạn chế điện áp khe hở phóng điện iện chống sét van Để hạn chế điện áp (biên độ thời gian) người ta tác động biện pháp sau Hạn chế điện áp (ví dụ xây dựng đường ờng dây trú sét ví dụ thung lũng) Chuyển hướng hậu điện iện áp (sử dụng dây chống sét để tránh sét đánh trực tiếp vào dây dẫn) Loại bĐ QđA A (bảo vệ trạm biến áp hệ thống cột chống sét) Suy yếu tự nhiên tổn hao hiệu ứng vầng quang Suy yếu khe hở phóng điện iện chống sét van tác động 3/31/2014 Page Để bảo vệ thiết bị cần thiết bị bảo vệ luôn láp đặt ặt song song với thiết bị cần bảo vệ Khi Khi QDA xuất hiện, thiết bị bảo vệ phải phải tác động trước tiên, phải hạn chế điện áp tác dụng lên thiết bị cần bảo vệ khi QĐA kết thúc, phải có khả cắt đư hồ quang dòng điện kế tục sinh ra, phục hồi trạng thái làm việc ban đầu yêu cầu trên, thiết bị bảo vệ cần thoả mãn điều kiện sau đường đặc tính điện áp - thời gian chậm trễ phóng điện (gọi đường đặc tính volt-giây V-S) phải nằm thấp đặc tính V-SS thiết bị cần bảo vệ phải có khả ng cắt nhanh hồ quang dòng điện kế tục gây nên Khi thiết bị bảo vệ tác động, tạo ngắn mạch xuống đất đểể tản dòng điện sét : hồ quang cần phải dập tắt trước máy cắt nhảy cần có điện áp dư bé mức cách điện iện thiết bị cần bảo vệ không tác động có điện iện áp nội 3/31/2014 Page Khe hở phóng điện Thiết bị bảo vệ chống sét cổ điển iển gồm hai điện cực mũi nhọn nối với dây dẫn điện cực nối đất § iƯn ¸ p T hêi gi an Khe hở phóng điện ợc dùng chủ yếu mạng điện áp thấp trung áp, láp đặt mạng thường xuyên xuất điện iện áp đoạn gần trạm biến áp trung áp Vai trò tạo điểm yếu cách điện ng mạng điện kiểm soát để phóng điện xảy trước hết 3/31/2014 Page Điện áp phóng điện thới gian trễ phóng điện iện khe hở phóng điện phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách hai điện cực, cực tính độộ dốc, bị ảnh hưởng h hình dạng cách bố trí điện cực khoảng cách giữâ điện iện cực vớí vật thể xung quanh nối với điện áp với đất Để cải tiến hoạt động ộng khe hở có điện áp với độ dốc lớn tạo đường đặc tinhs V-S phẳng, người ta sửa đổi ổi hình dáng điện cực mũi nhon - mũi nhọn Mơ hình thường ợc sử dụng loại chống sét sừng cho phép kéo dài hồ quang điện tạo điều kiện để dập tắt hồ quang 3/31/2014 Page để giảm số lần tác động số lần cắt điện, iện, cần phải chọn khoảng cách khe hở khơng khí lớn theo iốu kin bo v cỏch in Điện áp định møc Tham sè 3/31/2014 Page 10 20 35 110 220 500 Khoảng cách bảo vệ, mm 40 60 140 250 650 135 150 Khoảng cách phụ, mm 10 15 20 30 - - - Điện áp phóng điện tần số 50 Hz, kV 34 45 70 105 252 495 750 Điện áp phóng điện xung kích, kV Cực tính d-ơng Cực tính âm 51 53 66 68 121 134 195 220 466 510 735 817 106 119 đường cong đặc tính điện áp - thời gian phóng điện xung kích khe hở phóng điện thường có dạng uốn cong nhiều so với đặc ặc tính thiết bị cần bảo vệ nh máy biến áp cáp Do hình dạng uốn cong đường đặc ặc tính V-S, V khoảng cách bảo vệ tất điện áp thường bé, vài milimét 3/31/2014 Page Khe hở phóng điện khơng thể chấp nhận đư theo quan điểm cung cấp điện liên tục có mặt chúng làm tăng số lần cố Khi xảy phóng điện iện khe hở, q trình ion hố tiếp tục, hồ quang trì điện áp làm việc tạo dòng điện iện kế tục tần số cơng nghiệp, dịng điện xung kích chuyển thành hồ quang ổn định dẫn đến cắt điện iện thiết bị điện phần lưới điện Ngồi Ngồi cịn cần ý việc bố trí khe hở phóng điện pha chọn cho hạn chế nguy lan rộng hồ quang sang pha bên cạnh, biến cố pha thành cố ba pha Khoảng cách phóng điện iện thay đổi theo mức bảo vệ 3/31/2014 Page Người ta chế tạo khe hở phóng điện ới dạng chiêc sừng, dạng khe hở d tác động lực điện động dòng chuyển động ộng nhiệt khơng khí, hồ quang sinh bị kéo dài bị dập tắt Hồ quang tự dập tắt đối ối với loại chống sét nh dịng điện hồ quang khơng vượt q 300A Thiết bị bảo vệ khe hở phóng điện iện đơn giản, hiệu kinh tế có nhiều nhược điểm : thời gian phóng điện iện chậm trễ theo điện áp tới phóng điện iện nhạy cảm với yếu tố bên ngoài, điều kiện khí hậu xung quang tạo sóng cắt có độộ dốc đầu sóng lớn gây nguy hiểm cho cuộn dây máy điện dòng điện kế tục tần số 50Hz khe hở phóng điện ợc dùng phổ biến cho lưới l điện cấp điện áp thấp Đối với đường dây cao áp siêu cao áp, số biện pháp đặc biệt áp dụng nhằm hạn chế điện áp nội bộ, khe hở sử dụng đểể phối hợp bảo vệ với chống sét van, có tác dụng hạn chế biên độ sóng điện iện áp truyền vào trạm giảm dòng điện qua chống sét van 3/31/2014 Page 10 Các đặc tính chống sét van loại không khe hở dùng ZnO Điện áp định ịnh mức chống sét van (Maximum Rated Voltage) : trị số điện áp lớn giá trị hiệu dụng tần số công nghiệp cho phép đặt ặt lên chống sét van mà khơng gây phóng điện nguy hiểm (1,25 x MCOV) Điện áp làm việc lớn (MCOV - Maximum Continuous Operating Voltage) : điện áp lớn mà chống sét van chịu đựng (phải lớn điện iện áp lớn lưới l %) Điện áp dư (Residual Voltage) điện iện áp xuất phần tử phi tuyến chống sét van thời gian dòng điện phóng điện qua (thường ờng có trị số từ - 10 kA) gọi dòng phối hợp Điện áp dư chống sét van gần với điện iện áp phóng điện xung kích khe hở phóng điện phải nhỏ 20 - 25% trị số điện áp phóng điện iện xung kích cách điện cần bảo vệ (khoảng phối hợp cách điện) Điện áp phóng điện iện xung kích (BIL Basic Impulse Level) : mức cách điện xung kích thiết bị Dịng điện phóng điện định mức : dịng điện iện qua chống sét van sau phóng điện sóng điện áp lan truyền đường dây 3/31/2014 Page 44 3/31/2014 Page 45 3/31/2014 Page 46 Lựa chọn chống sét van Surge arresters are selected according to the following criteria: Rated voltage (gapped [siliconư carbide] surge arresters) Rated voltage, continuous operatưing ing voltage (metal-oxide (metal surge arưresters) Nominal discharge current Long-duration discharge current or energy absorption capacity Short-circuit current strength Altitude of installation Special requirements Rated voltage (gapped [siliconưcarbide] carbide] surge arresters) With gapped (silicon-carbide) carbide) surge arresters the maximum power-frequency power voltage at the terminais of the arrester must not exceed its rated voltage either in normal operation or when there is a fault in the system If the rated voltage is deliberately exeeded for certain appliưcations, appli it will be necessary to assess the degree of risk involved in overloadưing the arrester Rated voltage and continuous operating voltage (metal-oxide surge arresters) Metal-oxide oxide surge arresters are able to withstand higher voltages for short periưods peri than in normal continuous operưation ln such a situation the magnitude and duration of the temporary overvoltages anticipated at the arrester terminais must not exceed the values of the power-frequency power voltage/time characưteristic related to the rated voltage U r Under normal operating conditions the continuous voltage at the terminais of the arrester must not exceed the conưtinuous operating voltage U c 3/31/2014 Page 47 Surge arresters between phase and earth Surge arresters are most frequently inưstalled stalled between phase and earth Faults with earth occurring in the system give rise to temporary overvoltages on the arresters Since their magnitude and duration depend on the type of neutral earthing employed in the system, selecưtion selec of a suitable surge arrester must differentiate between systems with diưrect rect or impedance neutral earthing and systems with an isolated neutral or with earthearth fault neutralization Systems with direct or impedance earthing During normal operation, surge arrestư ers are continuously subjected to the normal phase-to-earth phase voltage U y At the maximum permitted value of conưtinuous tinuous operating voltage U m the maxiưmum maxi phase-to-earth voltage U Ym is as follows: U Ym = U m / 13 During an earth fault the voltage of the healthy phase-to-earth phase increases tempoưrarily by the earth fault factor to the voltage ULE until the earth fault is cleared IULE=8.UY The duration of this temporary overvoltưage age is