ky thuat dien cao ap t 2 qua dien ap trong he thong dien p2 5976

170 Chương THIẾT BỊ CHỐNG SÉT 6.1 KHÁI NIỆM CHUNG Trạm phân phối trời, nhà máy điện, thiết bị đặt tập trung, bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cách an toàn cột thu sét (chương 3) Nhưng việc truyền tải công suất từ nhà máy trạm phân phối đến phụ tải xa, chủ yếu đường dây không, tồn khả sóng điện áp khí quyển, xuất đường dây truyền vào trạm hay nhà máy tác dụng lên thiết bị đặt Mà cách điện thiết bị điện có độ bền xung nhỏ độ bền điện xung cách điện đường dây, sóng điện áp khí truyền theo đường dây vào có khả gây phóng điện xuyên thủng cách điện thiết bị điện Do đó, cần phải có thiết bị bảo vệ thích hợp - thiết bị chống sét - đặt vị trí hợp lý để giảm sóng điện áp truyền từ đường dây vào trạm vào nhà máy điện xuống trị số nguy hiểm cho cách điện thiết bị điện đặt Để làm nhiệm vụ trên, thiết bị chống sét phải thỏa mãn yêu cầu sau: - Do đặc tính Volt-giây cách điện MBA điện áp cao, thiết bị quan trọng đắt tiền trạm, tương đối phẳng nên đặc tính Voltgiây thiết bị chống sét phải tương đối phẳng nằm toàn đặc tính Volt-giây thiết bị điện bảo vệ, với độ dự trữ khoảng 15÷25% Nhưng mặt khác, điện áp phóng điện thiết bị chống sét không nhỏ dẫn đến tác động nhầm có điện áp nội (yêu cầu chống sét van có khe hở điện trở làm việc vilit) - Thiết bị chống sét phải có khả tự dập tắt nhanh chóng hồ quang dòng điện tần số công nghiệp kèm theo, trước rơle bảo vệ tác động Khi có điện áp khí quyển, thiết bị chống sét làm việc để tản dòng điện sét xuống đất, chạy qua hồ quang đồng thời với dòng điện sét dòng điện tần số công nghiệp, tạo nên ngắn mạch chạm đất pha Nếu điện 171 áp chấm dứt mà hồ quang không bị dập tắt kịp thời, có nghóa kéo dài tình trạng chạm đất phận bảo vệ rơle làm việc cắt điện đường dây (Yêu cầu đặt loại chống sét van có khe hở) - Thiết bị chống sét phải có điện áp dư thấp mức cách điện xung thiết bị điện bảo vệ Khi thiết bị chống sét làm việc, dòng điện sét qua điện trở làm việc điện trở nối đất nó, gây nên điện áp giáng, gọi điện áp dư thiết bị chống sét Chính điện áp dư tác dụng lên cách điện thiết bị điện bảo vệ Do đó, để không xảy phóng điện xuyên thủng cách điện thiết bị, điện áp dư thiết bị chống sét phải thấp mức cách điện xung thiết bị điện với độ dự trữ khoảng 20÷30% (Yêu cầu đặt loại chống sét van) - Thiết bị chống sét phải làm việc ổn định điều kiện thời tiết tức điện áp phóng điện chúng không tản mạn, gây khó khăn cho phối hợp cách điện (Yêu cầu cho loại chống sét van có khe hở) Theo cấu tạo nguyên lý làm việc, từ đơn giản đến phức tạp, chia bốn loại thiết bị chống sét sau: - Khe hở bảo vệ - Thiết bị chống sét kiểu ống - Thiết bị chống sét kiểu van có khe hở - Thiết bị chống sét kiểu van khe hở, hay gọi thiết bị hạn chế điện áp 6.2 KHE HỞ BẢO VỆ Khe hở không khí điện cực dạng thanh, sừng, hình xuyến, hình cầu loại thiết bị chống sét đơn giản Nó đấu song song với thiết bị cần bảo vệ: cực nối với dây dẫn đầu vào thiết bị, cực nối đất (H.6.2) Khe hở bảo vệ có ưu điểm cấu tạo đơn giản rẻ tiền không đáp ứng phần lớn yêu cầu kỹ thuật nhược điểm sau Trước hết, điện trường điện cực không đồng nhất, đặc tính Volt-giây khe hở bảo vệ dốâc phạm vi thời gian bé Trong đó, đặc tính Volt-giây cách điện thiết bị điện thường tương đối phẳng Như sóng điện áp khí truyền vào trạm có biên độ độ dốc lớn có khả gây phóng điện xuyên thủng cách điện thiết bị bảo vệ giai đoạn đầu sóng (H.6.1) 172 Hình 6.1: Đặc tính V - S cách điện bảo vệ (1) khe hở (2) Hình 6.2: a) Khe hở kiểu thanh; b) Khe hở kiểu sừng Khe hở bảo vệ khả tự dập tắt hồ quang lưới có dòng điện ngắn mạch vừa lớn trường hợp dẫn đến cắt điện đường dây, không bảo đảm tính liên tục cung cấp điện Ngoài thay đổi điều kiện thời tiết có ảnh hưởng đến trị số điện áp phóng điện khe hở bảo vệ, có nghóa điện áp phóng điện tản mạn, đặc tính bảo vệ không ổn định Do nhược điểm kể trên, khe hở phóng điện không dùng để bảo vệ cách điện thiết bị trạm, mà dùng để bảo vệ cách điện đường dây, cách điện thiết bị, nơi cách điện yếu hệ thống có dòng ngắn mạch chạm đất bé (hệ thống có trung tính cách điện nối đất qua cuộn dập hồ quang) phối hợp với thiết bị tự đóng lại để bảo đảm cung cấp điện liên tục 6.3 THIẾT BỊ CHỐNG SÉT KIỂU ỐNG Sơ đồ nguyên lý cấu tạo lắp đặt chống sét ống trình bày hình 6.3 173 Hình 6.3 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo chống sét ống Hình 6.4 Điện áp dư chống sét ống Chống sét ống cấu tạo gồm khe hở phóng điện (st) gọi khe hở trong, đặt ống cách điện Đầu ống bịt kín nắp kim loại giữ điện cực thanh, đầu ống gắn với điện cực hình xuyến để hở nối đất Ống cách điện làm vật liệu rắn hữu phirobakelit chất dẻo viniplast chất sinh khí mạnh tiếp xúc với hồ quang Đầu bịt kín đặt cách dây dẫn khoảng không khí Sn - gọi khe hở Khi biên độ sóng điện áp khí truyền đến chỗ đặt chống sét ống vượt điện áp phóng điện khe hở khe hở ( St + Sn ) khe hở bị phóng điện dẫn dòng điện sét tản vào đất Khi điện áp chấm dứt, hồ quang trì dòng điện tần số công nghiệp kèm theo, làm cho chất sinh khí bị nung nóng, sản sinh lượng khí lớn làm cho áp suất ống tăng cao (hàng chục at), hồ quang bị thổi phía đầu hở ống bị dập tắt dòng điện kèm theo qua trị số không Khi chống sét ống làm việc, dòng điện sét dẫn qua phận nối đất gây nên điện áp giáng, điện áp dư chống sét ống, tác dụng lên cách điện thiết bị bảo vệ, chống sét ống phải nối đất tốt 174 Khoảng cách khe hở (St) chọn theo điều kiện dập tắt hồ quang (vì gọi khe hở dập hồ quang) không điều chỉnh Còn khoảng cách khe hở (Sn) chọn theo điều kiện bảo vệ cách điện, tức cho đặc tính Volt-giây khe hở phải nằm hoàn toàn đặc tính Volt-giây cách điện bảo vệ, có tính đến khả có điện áp nội chống sét ống không tác động Ngoài ra, khe hở có tác dụng cách ly chống sét ống với điện áp làm việc để tránh hình thành dòng điện rò tác dụng thường xuyên lên cách điện chống sét ống Khe hở điều chỉnh phạm vi định Chống sét ống làm việc đảm bảo phạm vi định dòng điện kèm theo (tức trị số dòng điện ngắn mạch chạm đất qua chỗ đặt chống sét ống) Nếu dòng điện kèm theo bé, lượng khí sinh ít, áp suất không đủ để thổi tắt nhanh chóng hồ quang, làm kéo dài tình trạng ngắn mạch chạm đất Ngược lại, dòng điện kèm theo lớn lượng khí sinh nhiều, áp suất ống tăng cao làm nổ chống sét ống Giới hạn dòng điện kèm theo phụ thuộc vào cấu tạo chống sét ống: đường kính ống vật liệu sinh khi, chiều dài khoảng cách (St) độ bền chống sét ống Giảm chiều dài khoảng cách trong, tăng đường kính ống cách điện làm tăng hai giới hạn dòng điện cắt Chống sét ống chế tạo cho phạm vi khác dòng điện kèm theo Điều quan trọng phải đảm bảo dòng điện ngắn mạch chạm đất nơi đặt chống sét ống nằm phạm vi hai giới hạn dòng điện cắt cho phép loại chống sét ống chọn Khi chống sét ống làm việc nhiều lần, chất sinh khí bị tiêu hao dần, đường kính ống tăng lên làm thay đổi giới hạn dòng điện cắt Do đó, đường kính tăng khoảng 20 đến 25% so với trị số ban đầu (sau khoảng đến 10 lần làm việc) phải thay chống sét ống Khi làm việc, chống sét ống thải chất khí bị ion hóa, lắp chống sét ống cột phải ý cho khí thoát không gây nên phóng điện pha phóng điện đến phận nối đất Muốn thế, phạm vi thoát khí chống sét ống phải dây dẫn pha khác, dây dẫn nối đất không giao chéo với phạm vi thoát khí chống sét ống đặt pha khác Chống sét ống có đặc tính Volt-giây tương tự khe hở, nghóa dốc phạm vi thời gian bé Do nhược điểm khó bảo đảm giới hạn dòng điện cắt, nên chống sét ống không 175 dùng làm thiết bị bảo vệ cho trạm Tuy nhiên, cấu tạo tương đối đơn giản rẻ tiền, chống sét ống dùng biện pháp hỗ trợ bảo vệ trạm (đặt khoảng vượt tới trạm để hạn chế dòng sét qua chống sét van), để bảo vệ cho trạm công suất bé, quan trọng bảo vệ nơi cách điện yếu đường dây tải điện (như nơi bắt buộc phải đặt dây chống sét nối đất dây chống sét cột điện đường dây cột gỗ ) Nhược điểm quan trọng chống sét ống phải tuân thủ nghiêm ngặt giới hạn dòng điện cắt Như mặt phải chế tạo nhiều loại chống sét ống cho giới hạn dòng cắt khác nhau, điều làm phức tạp cho việc chế tạo; mặt khác cần phải kiểm tra định kỳ đường kính ống vật liệu sinh khí, điều gây khó khăn cho việc vận hành Để bổ khuyết nhược điểm trên, người ta nghiên cứu chế tạo loại chống sét ống giới hạn dòng cắt Nguyên lý cấu tạo loại chống sét ống sau: đặt khít vào khe hở chống sét ống, điện cực ống đệm loại vật liệu sinh khí vách chống sét ống Dòng sét thời gian trì ngắn qua dễ dàng toàn khe hở ống đệm vách chống sét ống, sinh khí mãnh liệt thể tích bé làm cản trở qua dòng điện kèm theo Như vậy, hao mòn ống vật liệu sinh khí giảm nhiều, chống sét ống đặt điểm cần thiết lưới, không phụ thuộc vào trị số dòng điện ngắn mạch Loại chống sét ống phibrôâ-bakêlit dùng vật liệu sinh khí phibrôâ Để tăng cường độ bền cơ, bên ống phibrôâ quấn giấy tẩm bakêlit mặt quét sơn chống ẩm Đặc điểm loại chống sét phibrôbakêlit đầu bịt kín ống có buồng trữ khí (H.6.5) 176 Hình 6.5 Chống sét ống loại phibrô-bakêlit Hình 6.6 Chống sét ống loại viniplast Trong thời gian có dòng điện qua, áp suất khí buồng tăng cao, dòng điện kèm theo qua trị số không, cường độ sinh khí giảm, khí từ buồng sinh khí với tốc độ cao làm cho hồ quang bị cắt đứt dập tắt dễ dàng Đầu hở ống có lưỡi gà kim loại, dập hồ quang luồng khí đồng thời làm bật lưỡi gà ra, báo hiệu chống sét ống làm việc Loại chống sét ống viniplast dùng vật liệu sinh khí nhựa viniplastchlorvinil, có khả sinh khí tốt hơn, độ bền cao không hút ẩm, có cấu tạo đơn giản (H.6.6) không cần lớp giấy tẩm bakêlit, không cần quét sơn chống ẩm không cần buồng trữ khí Việc tăng áp suất khí thực khe hở điện cực vách ống Loại chống sét ống phibrôâ-bakêlit có khả dập hồ quang dòng điện kèm theo lớn 10kA, loại chống sét ống viniplast cắt dòng điện đến 15kA Với việc tăng cường độ bền ống viniplast cách quấn vải thủy tinh tẩm nhựa epoxy chịu tác dụng điều kiện khí quyển, người ta chế tạo loại chống sét ống viniplast tăng cường có giới hạn dòng điện cắt đến 30kA 6.4 THIẾT BỊ CHỐNG SÉT VAN (CSV) 6.4.1 Nguyên lý cấu tạo nguyên lý làm việc CSV 177 Hình 6.7 Nguyên lý cấu tạo CVS Việc bảo vệ chống điện áp (QĐA) lưới điện cao áp thực tổ hợp nhiều biện pháp, biện pháp đặt chống sét van trạm để hạn chế biên độ điện áp, bảo vệ thiết bị điện trạm chống sóng điện áp truyền theo đường dây tải điện vào trạm Phần chống sét van gồm chuỗi nhiều khe hở nhỏ nối tiếp ghép nối tiếp với chồng nhiều đóa điện trở không đường thẳng, gọi điện trở làm việc Tất đặt kín ống vỏ sứ bảo vệ Khi sóng điện áp truyền đến chỗ đặt chống sét van có biên độ vượt trị số điện áp xuyên thủng xung chuỗi khe hở, xảy phóng điện dòng điện xung chạy qua điện trở không đường thẳng R, qua phận nối đất tản vào đất Dòng điện xung gây nên điện trở không đường thẳng điện áp giáng gọi điện áp dư chống sét van Chính điện áp dư tác dụng lên cách điện thiết bị bảo vệ, nên trị số phải nhỏ mức cách điện xung thiết bị với độ dự trữ định (20÷30%) để ý đến gia tăng điện áp khoảng cách truyền sóng nơi đặt chống sét van nơi đặt thiết bị bảo vệ Khi dòng điện xung kết thúc tức điện áp chấm dứt chạy qua chống sét van dòng điện kèm theo gây nên điện áp làm việc tần số công nghiệp, thân dòng điện ngắn mạch chạm đất pha Hồ quang dòng điện phải dập tắt qua trị số không Điện trở không đường thẳng, lúc có trị số tăng cao điện áp tác dụng lên CSV giảm nhỏ, nhờ giảm dòng điện kèm theo đến giới hạn 178 mà khe hở dập tắt hồ quang dễ dàng Mặt khác, khe hở tạo nên nhiều khe hở nhỏ nối tiếp nhau, nhờ hồ quang dòng điện kèm theo bị chia thành nhiều đoạn ngắn tiếp xúc với nhiều điện cực, nguội nhanh nên dòng điện kèm theo qua trị số 0, điện cực khe hở nhỏ trình khử ion thuận lợi làm cho khả cách điện khe hở phục hồi nhanh chóng, tạo điều kiện dễ dàng cho việc dập tắt hồ quang 6.4.2 Các đặc tính CSV phương hướng cải tiến Trị số lớn điện áp tần số công nghiệp mà dòng điện kèm theo bị cắt đứt cách an toàn, gọi điện áp dập tắt U t dòng điện kèm theo tương ứng gọi dòng điện dập tắt It Sự dập tắt hồ quang dòng điện kèm theo xảy điều kiện ngắn mạch chạm đất pha, thời gian dông xảy phóng điện cách điện pha gây tác động CSV hai pha khác Như vậy, điện áp dập tắt U t phải điện áp pha không cố có chạm đất pha U t = KU đm (6.1) đó: K - hệ số phụ thuộc phương thức làm việc điểm trung tính lưới (K = 0,8 lưới có trung tính nối đất trực tiếp K = 1,1 lưới có trung tính cách điện) U đm - điện áp dây định mức Tác dụng dập tắt hồ quang chuỗi khe hở CSV đặc trưng hệ số tắt K t tác dụng bảo vệ điện trở không đường thẳng hệ số bảo vệ K bv sau: Kt = U pđ: K bv = Ut U dư 2U t (6.2) (6.3) với U pđ: điện áp phóng điện xuyên thủng chuỗi khe hở tần số công nghiệp Để cải thiện tác dụng bảo vệ chống sét phải giảm hệ số bảo vệ K bv , điều đạt theo hai cách sau (H.6.8): 179 Hình 6.8 Đặc tính V-A CSV biện pháp giảm U dư Cách 1: Tạo đặc tính Volt-Ampe (V-A) phẳng (đường 2) cách tăng tính không đường thẳng điện trở làm việc CSV Cách 2: Nâng cao dòng dập tắt It cách cải thiện tính chất dập hồ quang khe hở, nhờ hạ thấp đặc tính V-A toàn phạm vi dòng điện (đường 3) CSV có khả cho qua dòng điện định, tức trị số giới hạn dòng mà CSV cho chạy qua nhiều lần mà không làm thay đổi tính chất điện Khả cho qua dòng CSV phụ thuộc vào tính chịu nhiệt điện trở không đường thẳng Trước khả cho qua dòng nên CSV không làm việc có QĐANB, tức điện áp xuyên thủng phải cao trị số QĐANB xảy CSV dùng để hạn chế QĐAKQ Nghiên cứu chế tạo điện trở không đường thẳng có đặc tính V-A dốc có khả cho qua dòng đủ cao nghiên cứu áp dụng nguyên tắc dập tắt hồ quang dòng điện kèm theo, chế tạo loại CSV vừa có tác dụng hạn chế QĐAKQ vừa có tác dụng hạn chế QĐANB có thời gian trì lâu Điều mở triển vọng tiếp tục giảm thấp mức cách điện trang thiết bị điện nâng cao tiêu kinh tế chúng 6.4.3 Khe hở phóng điện Sự làm việc CSV bắt đầu phóng điện xuyên thủng kết thúc dập tắt hồ quang dòng điện kèm theo khe hở Mỗi giai đoạn làm việc có yêu cầu riêng khe hở Giai đoạn phóng điện đòi hỏi khe hở phải có đặc tính Volt - giây tương đối phẳng, có nghóa điện áp xung xuyên thủng U pđx biến thiên 180 khoảng thời gian rộng - từ micro - giây đến mili - giây - tản mạn Ngoài U pđx không thay đổi sau nhiều lần cho qua dòng xung dòng kèm theo định mức, có dao động nhiệt độ, chịu tác dụng xóc lắc va đập rung động Khe hở phóng điện phải dập tắt hồ quang dòng điện kèm theo qua trị số không lần Để thỏa mãn yêu cầu loại CSV dùng chuỗi nhiều khe hở nhỏ nối tiếp Do ảnh hưởng điện dung ký sinh chúng đất làm cho điện áp xung phân bố khe hở không nhau, lớn phía cực cao áp, điều dẫn đến phóng điện dây chuyền (tức từ đầu cao áp trở đi) toàn khe hở nhỏ trị số điện áp bé tổng điện áp phóng điện xung khe hở nhỏ riêng rẽ Ở điện áp làm việc tần số công nghiệp lớn cho phép khe hở chịu tác dụng lượng điện áp từ 1,0÷1,7 kV (trị số hiệu dụng) Trong giai đoạn dập tắt hồ quang, dòng điện kèm theo qua trị số không, trình ion hóa khe hở bị đình chỉ, trình khử ion tăng cường Nếu khả cách điện khe hở phục hồi nhanh tốc độ phục hồi điện áp làm việc hồ quang không bị cháy lại Chính nhờ điện trở tác dụng lớn nối song song với nhóm khe hở tạo điều kiện cho phục hồi điện áp đặn khe hở, loại trừ khả hồ quang cháy lại Các loại CSV thông dụng có khe hở với nguyên tắc dập hồ quang khác sau: - Với hồ quang dòng điện kèm theo đứng yên chỗ khe hở bị phóng điện xuyên thủng bị dập tắt (tương ứng loại PBC Nga) - Với hồ quang chạy quanh khe hở hình xuyến điện cực tác dụng từ trường, loại PBM (3÷35kV), PBM∆ (110÷500kV) Nga - Với hồ quang kéo dài chuyển dịch điện cực tác dụng từ trường, chiều dài hồ quang tăng lên đáng kể (đến hàng trăm lần) loại PBT PBPΕ Nga a) Khe hở nhỏ có hồ quang đứng yên tạo nên hai điện cực đối diện (H.6.9) dạng tang trống (1) đồng thau, ngăn cách vòng đệm hình xuyến (2) mica (hoặc cacton điện) có bề dày δ = 0, ÷ 0, 6mm 181 1- Điện cực dạng tang trống; 2- Vòng đệm mica Hình 6.9: Khe hở nhỏ có hồ quang đứng yên xảy phóng điện xuyên thủng Với dạng điện cực vậy, điện trường khe hở nhỏ tương đối đồng nhất; mặt khác lớp khí mỏng tồn vòng đệm mica điện cực chịu cường độ điện trường cao nhiều so với cường độ trường vòng đệm mica (do hệ số điện môi không khí nhỏ nhiều so với mica), nên trình ion hóa lớp khí sớm, cung cấp điện tử cho khe hở khí đảm bảo cho phóng điện khe hở với thời gian chậm trễ thống kê bé, với hệ số xung gần đơn vị Như vậy, ưu điểm loại khe hở cấu tạo tương đối đơn giản trường khu vực phóng điện đồng Nhược điểm dập tắt hồ quang khe hở sở vào phục hồi tự nhiên độ bền điện điện cực, giới hạn dòng điện kèm theo dập tắt đảm bảo tương đối bé, vào khoảng It = 80 ÷ 100 A Trong tăng dòng điện dập tắt cho phép giảm bớt trị số điện trở không đường thẳng (giảm bớt số đóa điện trở), cải thiện đặc tính bảo vệ CSV (giảm U dư ) mở khả giảm mức cách điện xung trang thiết bị điện b) Khe hở nhỏ có hồ quang di chuyển cho phép nâng cao giới hạn dòng điện dập tắt đảm bảo lên đến 250A (được ứng dụng chế tạo loại CSV xêri PBMΓ PBM Nga) Nguyên lý cấu tạo loại khe hở cho hình 6.10 Một điện cực đóa tròn (4) điện cực hình xuyến lệch tâm (2) tạo nên khe hở không đồng nơi hẹp δ , toàn nằm từ trường nam châm vónh cửu (5) Khi khe hở phóng điện tác dụng lực F tạo từ trường, hồ quang bị đẩy chạy tròn khe hở với tốc độ cao bị làm nguội mãnh liệt, nhờ dòng điện kèm theo qua trị số không hồ quang bị dập tắt dễ dàng khe hở phục hồi độ bền điện nhanh nhiều so với loại khe hở có hồ quang tónh nêu 182 Nhờ dập tắt dòng điện kèm theo cao nên cho phép giảm số đóa điện trở không đường thẳng, giảm U dư CSV cải thiện rõ rệt hệ số bảo vệ CSV (6.3) 1- Các cực đệm 2- Cực hình xuyến 3- Đệm cách điện 4- Cực đóa tròn 5- Nam châm δ- Khoảng cách bé điện cực Hình 6.10: Khe hở với hồ quang quay Đối với CSV xêri PBC (khe hở với hồ quang tónh) K bv = 2, ÷ 2, CSV xêri PBMΓ (khe hở với hồ quang quay) K bv = có nghóa điện áp dập tắt U t , điện áp dư loại CSV sau giảm từ 20÷26% c) Khe hở với hồ quang bị kéo dàiMột bước giảm nhỏ hệ số bảo vệc K bv = 1, đạt nhờ áp dụng loại khe hở phóng điện hạn chế dòng với hồ quang dòng điện kèm theo bị kéo dài nhờ tác dụng từ trường dẫn vào rãnh hẹp bị khử ion mãnh liệt Nguyên lý làm việc loại khe hở trình bày hình 6.11 Hai điện cực nằm vách buồng dập hồ quang từ trường nam châm vónh cửu (hoặc cuộn cảm) Khi khe hở S hai điện cực bị phóng điện xuyên thủng, lực F từ trường tác dụng lên hồ quang làm cho di chuyển bị kéo dài dần từ vị trí D1 cho 183 đến vị trí cuối D3 len lỏi vách cách điện buồng dập hồ quang, bị nguội bị khử ion mãnh liệt Lúc điện trở khe hồ quang tăng lên, điện áp giáng ∆U khe hở phóng điện trở nên đủ cao Trong điều kiện điện trở không đường thẳng phải hạn chế dòng điện kèm theo đến trị số It điện áp U t − ∆U 1- Các điện cực 2- Buồng dập hồ quang 3- Các vách cách điện buồng dập hồ quang Hình 6.11 Khe hở với hồ quang bị kéo dài Dòng điện kèm theo pha với điện áp làm việc CSV Vì sau dòng điện kèm theo bị cắt qua trị số không điện áp khe hở từ trị số không phục hồi dần theo dạng hình sin tần số công nghiệp chậm nhiều so với phục hồi độ bền điện khe hở Ở cần nhắc lại vai trò quan trọng trình dập hồ quang dòng điện kèm theo phục hồi điện áp đặn tất khe hở nhỏ nối tiếp Để đạt phân bố điện áp đặn nhờ điện trở cao nối tắt nhóm khe hở trình bày hình 6.7 6.4.4 Điện trở không đường thẳng Như nêu trên, chức chồng đóa điện trở nối tiếp với chuỗi khe hở là, mặt phải có trị số điện trở bé, qua dòng xung lớn cho phép để cho điện áp dư CSV không vượt mức cho 184 phép cách điện thiết bị bảo vệ, mặt khác QĐA kết thúc, qua dòng điện kèm theo phải có trị số điện trở lớn để hạn chế dòng điện kèm theo đến trị số đủ bé để khe hở dập tắt hồ quang Như vậy, điện trở phải có đặc tính tính Volt-Ampe không đường thẳng (H.6.12) Ngoài phải có khả cho qua nhiều lần dòng điện xung dòng điện kèm theo, tức phải có khả chịu nhiệt đủ cao Hình 6.12 Đặc tính Volt-Ampe điện trở làm việc CSV Để tạo điện trở không đường thẳng thường dùng vật liệu bán dẫn rắn có điện dẫn tăng nhanh tăng điện áp tác dụng Trước chưa lâu, vật liệu sử dụng vào mục đích cacbua silic SiC (cacborunđum) Hạt SiC có điện trở suất khoảng 10−2 Ω.m ổn định Khi đun nóng bề mặt hạt SiC phủ lớp oxid silic SiO2 , dày khoảng 10−5 cm , có điện trở suất phụ thuộc không đường thẳng vào cường độ điện trường Khi điện áp tác dụng bé, cường độ điện trường thấp điện trở suất màng mỏng SiO2 vào khoảng 104 ÷ 106 Ω.m thực tế toàn điện áp đặt lên màng mỏng đó, cường độ điện trường tăng cao, tức chịu tác dụng QĐA điện dẫn màng mỏng tăng mạnh trị số điện trở làm việc xác định điện trở thân hạt SiC Để chế tạo đóa vilit (dùng cho PBC) người ta trộn hạt SiC với chất kết dính thủy tinh lỏng nén lại thành đóa nung đến nhiệt độ khoảng 300°C Tính chịu nhiệt vilit kém, nên dòng điện lớn qua thời gian dài lớp màng mỏng SiO2 bị phá hủy Do cần quy định giới hạn lớn cho phép thời gian trì dòng điện Ví dụ, đóa vilit đường kính 100mm, dòng xung dạng sóng 20/40 S qua giới hạn cho phép 10kA, dòng điện tần số công nghiệp với thời gian trì nửa chu kỳ giới hạn cho phép không 100A Điều chứng tỏ CSV có điện trở làm việc chất vilit (PBC) làm việc 185 phần lớn loại điện áp nội bộ, mà thời gian trì kéo dài nhiều chu kỳ tần số công nghiệp Một bước cải thiện điện trở làm việc chế tạo đóa téc-vit (dùng CSV loại PBMΓ PBM) cách trộn hạt SiC với chất kết dính hỗn hợp thủy tinh lỏng oxid nhôm ( Al2O3 ) nung nóng lên đến 1000°C Ở nhiệt độ cao phần màng mỏng SiO2 bị bốc hơi, điều làm xấu nhiều tính không đường thẳng vật liệu, lại nâng cao nhiều khả cho qua dòng điện, ví dụ đóa tecvit đường kính 70mm cho qua dòng điện tần số công nghiệp lên đến 750A 2mS đóa tecvit đường kính 115mm cho qua dòng điện 1500A 2mS Do CSV với đóa tecvit dùng vừa để bảo vệ chống QĐAKQ vừa để hạn chế QĐANB Đặc tính V-A đóa vilit hay tecvit biểu diễn cách gần theo quan hệ U = CI α (6.4) dạng lôgarit: lg U = lg C + α lg I (6.5) với: C - hằèng số, tùy thuộc tính chất vật liệu kích thước đóa điện trở có trị số điện áp giáng điện trở dòng qua 1A α - hệ số không đường thẳng vật liệu, có giá trị khác phạm vi dòng điện bé lớn Hình 6.13 trình bày đặc tính V-A hệ tọa độ lôgarít: đoạn A tương ứng với phạm vi dòng điện bé - dòng điện kèm theo phần lớn dòng QĐA thao tác Hệ số α đoạn vilit 0,28÷0,3, tecvit 0,35÷0,38 Đoạn B tương ứng với dòng lớn qua CSV QĐAKQ Hệ số α đoạn vilit 0,1÷0,2 tecvit 0,15÷0,25 Hình 6.13 Đặc tính V-A điện trở không đường thẳng gốc SiC Như thấy tecvit bảo vệ chống QĐANB dòng qua CSV đến 1,5kA QĐAKQ dòng xung qua CSV đến 10kA điện áp dư 186 cao, hệ số không đường thẳng lớn, CSV khó đảm bảo bảo vệ cách điện Để khắc phục nhược điểm người ta thay đổi cấu trúc mạch CSV sau (H.6.14) Hình 6.14: Sơ đồ mạch phức hợp (a) đặc tính V-A loại CSV phức hợp tương ứng (b) cấp U = 500kV Điện trở không đường thẳng chia thành hai nhóm R1 R2 Khe hở K1 đấu nối tiếp với R1 Khe hở K đấu song song với R2 Điện áp phóng điện CSV định K1 Khi có QĐANB, K1 làm việc dòng qua CSV thường vượt 2000A, R1 R2 tham gia hạn chế dòng nên điện áp dư CSV giữ giới hạn cho phép Điện áp phóng điện xuyên thủng khe hở K chọn cao điện áp dư R2 K không phóng điện tác dụng QĐANB Nhưng có QĐAKQ, dòng qua CSV cao, điện áp giáng nhóm điện trở R2 vượt điện áp phóng điện xung khe hở K làm cho khe hở phóng điện nối tắt R2 Điện áp dư CSV xác định nhóm điện trở R1 nên có trị số thấp đảm bảo yêu cầu bảo vệ cách điện (đường 2, H.6.14) Cấu trúc phức hợp áp dụng cho loại CSV xêri PBMK (của Nga) thường dùng lưới siêu cao áp, nơi CSV cần có khả cho qua dòng cao 187 6.5 THIẾT BỊ HẠN CHẾ QĐA HAY CSV KHÔNG CÓ KHE HỞ Sự nâng cao điện áp định mức lưới chuyển tải cần thiết phải giảm mức cách điện thiết bị điện đòi hỏi phải có biện pháp hạn chế QĐA nhiều Trong đó, với việc dùng thiết bị CSV có điện trở không đường thẳng sở cacbua silic, nhược điểm tính không đường thẳng vật liệu, giảm mức QĐA xuống thấp 2U p Muốn giảm thấp cần phải giảm điện trở không đường thẳng, điều dẫn đến tăng đáng kể dòng điện kèm theo, vượt khả dập tắt hồ quang khe hở phóng điện Với vật liệu cacbua silic bỏ khe hở phóng điện được, tác dụng trực tiếp điện áp làm việc pha, dòng tần số công nghiệp qua điện trở không đường thẳng lớn, mặt gây tổn thất điện lớn, mặt khác chóng phá hủy điện trở Mà dùng khe hở, biết, có nhiều khó khăn gắn liền với cần thiết phải giảm dòng điện kèm theo đến trị số mà khe hở dập hồ quang cách chắn, phải cấu tạo khe hở cho đặc tính Volt-giây phẳng Kết hàng loạt công trình nghiên cứu nhà khoa học vật liệu vào cuối thập kỷ 70 đầu thập kỷ 80 thay vật liệu bán dẫn gốc cacbua silic vật liệu bán dẫn gốc oxid kim loại, chủ yếu oxid kẽm ZnO, vừa có đặc tính Volt-Ampe dốc phạm vi dòng bé tương đối phẳng phạm vi biến đổi rộng dòng điện lớn, vừa có khả cho qua dòng đủ cao Với việc sử dụng ZnO làm điện trở không đường thẳng cho phép loại bỏ khe hở phóng điện, làm cho cấu tạo thiết bị trở nên đơn giản hơn, gọn nhẹ hơn; quan trọng thiết bị vừa dùng để bảo vệ chống QĐAKQ vừa dùng để hạn chế QĐANB, gọi thiết bị hạn chế QĐA Ví dụ, Liên Xô cũ, chế tạo điện trở không đường thẳng gốc ZnO dạng đóa đường kính 28mm, dày 8mm (rất gọn, nhỏ so với đóa vilit tecvit) đặc tính Volt-Ampe cho hình 6.15, điện áp cho theo đơn vị tương đối, với giá trị sở điện áp dư điện trở dòng qua 100A Hệ số không đường thẳng điện trở làm ZnO bé, α = 0, 015 ÷ 0, 04 bao trùm phạm vi dòng điện rộng từ 10−6 ÷ 102 A (H.6.15a) 188 Hình 6.15 Đặc tính V-A điện trở không đường thẳng ZnO dòng chiều xung (a) dòng xoay chiều tần số 50Hz (b) Dòng qua điện trở vượt 500A làm tăng hệ số không đường thẳng lên nhiều ( α ≥ 0,1) tức làm xấu đặc tính bảo vệ điện trở, điều không mong muốn Sự phụ thuộc α C (xem công thức (6.4)) vào dòng qua điện trở không đường thẳng cho bảng 6.1 Bảng 6.1 Trị số trung bình tham số C α điện trở ZnO i, A 10−4 10−3 10−2 10−1 U/U100 0,7 0,74 0,78 0,82 0,86 0,03 α C/U100 0,02 0,86 10 0,91 0,04 0,9 100 500 1,1 0,06 0,93 1500 1,3 0,1 0,26 Đặc tính V-A điện trở ZnO (H.6.15) cho phép ghép trực tiếp thiết bị hạn chế QĐA vào dây dẫn mà không qua khe hở phóng điện Tuy nhiên khe hở nên thường xuyên chạy qua điện trở không đường thẳng dòng điện tần số công nghiệp điện áp làm việc, trị số dòng vượt giới hạn làm cho điện trở nóng dẫn đến hư hỏng Chính nhược điểm loại thiết bị hạn chế điện áp việc nghiên cứu nâng cao khả chống già cỗi loại vật liệu bán dẫn vấn đề thời Dòng chạy qua thiết bị hạn chế QĐA chế độ bình thường gồm có thành phần điện dung thành phần tác dụng, điện áp chưa vượt 0, 7U100 thành phần dòng điện dung trội (H.6.15b) không làm nóng điện trở Lúc tương ứng với gradient điện áp 1kV/cm Khi gradient điện áp tăng nhanh làm tăng điện dẫn không đường thẳng thành phần dòng tác dụng, điện trở ZnO bị nóng lên đáng kể Trị số tới hạn gradient điện áp làm việc 1,0 kV/cm tương ứng với trị số dòng lớn cho phép qua điện trở không 189 đường thẳng khoảng 1mA, chủ yếu dòng điện dẫn Khả cho qua dòng thiết bị hạn chế QĐA phụ thuộc vào biên độ thời gian trì dòng qua Vói xung dòng ngắn 8/20 µS , đặc trưng cho QĐAKQ, điện trở không bị phá hủy dòng xung tác dụng có biên độ đến 1000÷1500A Nhưng dòng xung có độ dài sóng lớn hơn, đặc trưng cho tác dụng QĐA thao tác điện trở bị nung nóng lên nhiều Biên độ dòng xung dạng dẫn đến hư hỏng điện trở, giảm xuống rõ rệt vào khoảng 80÷120A Thiết bị hạn chế QĐA có khả hạn chế QĐA thao tác ngắn hạn đến mức 1, 8U p hạn chế QĐAKQ đến mức (2÷2,4) U p Để cải thiện đặc tính bảo vệ thiết bị hạn chế QĐA, tức giảm mức QĐA thao tác xuống thấp (1,7÷1,8) U p áp dụng biện pháp sau: - Làm mát cưỡng điện trở không đường thẳng - Dùng khe hở phóng điện để nối tắt phần điện trở không đường thẳng QĐA vượt mức QĐA thao tác Trong trường hợp chế độ làm việc lâu dài có QĐA thao tác, dòng xác định toàn đóa điện trở không đường thẳng, mức hạn chế QĐA tức điện áp dư xác định phần điện trở không bị nối tắt - Đấu thiết bị hạn chế QĐA pha thành hình điểm trung tính hình đất lắp khe hở phóng điện Trong trường hợp này, dòng qua điện trở không đường thẳng không chứa sóng hài tần số cao, nhờ giảm biên độ thành phần dòng điện tác dụng 30%, cải thiện điều kiện làm việc nâng cao thời gian phục vụ điện trở không đường thẳng Tóm lại, với việc sử dụng thiết bị hạn chế QĐA cho phép giảm mức cách điện trang thiết bị điện, giảm giá thành xây dựng lưới điện  ... cải tiến Trị số lớn điện áp t? ??n số công nghiệp mà dòng điện kèm theo bị c? ?t đ? ?t cách an toàn, gọi điện áp dập t? ? ?t U t dòng điện kèm theo t? ?ơng ứng gọi dòng điện dập t? ? ?t It Sự dập t? ? ?t hồ quang... đặc t? ?nh Volt-Ampe (V-A) phẳng (đường 2) cách t? ?ng t? ?nh không đường thẳng điện trở làm việc CSV Cách 2: Nâng cao dòng dập t? ? ?t It cách cải thiện t? ?nh ch? ?t dập hồ quang khe hở, nhờ hạ thấp đặc t? ?nh... cách điện thi? ?t bị bảo vệ, m? ?t khác QĐA k? ?t thúc, qua dòng điện kèm theo phải có trị số điện trở lớn để hạn chế dòng điện kèm theo đến trị số đủ bé để khe hở dập t? ? ?t hồ quang Như vậy, điện trở phải