Đồ án môn học Đề tài nghiên cứu về chống sét van

Khái niệm chung về khí cụ điện 1.L.1 Đừnh nghĩa Khí cụ điện KCĐ là những thiết bị dùng để đóng, cắt, điều khiến, điều chỉnh và bảo vệ các lưới điện, mạch điện, máy điện và các máy móc sả

TRUONG DAI HQC HAI PHONG KHOA DIEN - CO

====oo====

ĐỎ ÁN MÔN HỌC

DE TAL NGHIEN CUU VE CHONG SET VAN

Giáo viên hướng dẫn : Th§ Đoàn Đức Trọng

Nhóm sv thực hiện

Bui Hoang Khanh Dương Đồng Văn Quân Nguyễn Văn Đạt Lê Văn Đức

Phạm Tiến Công

Hải Phòng, ngày 6 tháng 1Ì năm 2024

MUC LUC

CHƯƠNG 1: KHAI QUAT CHUNG VE KHI CU DIEN.ioeocecccecccccscccessseseeseeseseeseeeen 1

1.1.2 Các yêu cầu cơ bản đối với khí cụ điện - 5 St S1 E1 1111211 117212121121 E12 1e 1

1.2.1 Phân loại theo công dụng - .- 2 2 12211211121 1121 1211111111111 2121101110111 18211 kg 1 1.2.2 Phân loại theo tính chất dòng điện 12 11201121 11211211121111111 158111182112 xe 3 1.2.3 Phân loại theo nguyên lý làm vIiỆc 2 2 011211211121 1122111111111 12 111 key 3 1.2.4 Phân loại theo điều kiện làm việc 2 2S Sn S121 S1 1511111515511 15112555 21511551 sre 3

1.3 Các yêu cầu khí cụ điện s-s- s11 1112121151 2112111121112211 111111110 rung 3

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ CHÓNG SÉT VAN 2c 222222122 4

„cổ nan ố.ố ố ốẽố ẽố ẽ ố ố 4

2.3 Phân loại chỗng "0 5 2.4 Nguyên lý hoạt động của chống sét van 5 s21 S221 2121121211211 22815 xe 7 2.5 Ưu nhược điểm của chống “u00 ăằằằằ 8 2.6.Ung dung ctia chong sét Vath .ccccccccccccccssessseseessesscssseseseeseessestesevssessessissesseressrees 9 KET LUAN ococcccccccscsccscsssssseseseesesesescessesesessecstsssseavstessssstsssseseavstsresssvstevivivivissvstesseees 12

CHUONG 1:

KHAI QUAT CHUNG VE KHi CU DIEN

1.1 Khái niệm chung về khí cụ điện 1.L.1 Đừnh nghĩa

Khí cụ điện (KCĐ) là những thiết bị dùng để đóng, cắt, điều khiến, điều chỉnh

và bảo vệ các lưới điện, mạch điện, máy điện và các máy móc sản xuất Ngoài ra nó còn được dùng để kiểm tra và điều chỉnh các quá trình không điện khác

1.1.2 Các yêu cầu cơ bản đổi với khí cụ điện Khí cụ điện phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

+ Khí cụ điện phải đảm bảo sử dụng lâu dài với các thông số kỹ thuật ở định mức Nói cách khác dòng điện qua vật dẫn không được vượt quá trị số cho phép vỉ nếu

không sẽ làm nóng khí cụ điện và nhanh hỏng

+ Khí cụ điện ôn định nhiệt và ôn định điện động Vật liệu phải chịu nóng tốt và

có cường độ cơ khí cao vì khi quá tải hay ngắn mạch, dòng điện lớn có thể làm khí cụ điện hư hỏng hoặc biến dạng

+ Vật liệu cách điện phải tốt để khi xây ra quá điện áp trong phạm vi cho phép khí cụ điện không bị chọc thủng

+ Khí cụ điện phải đảm bảo làm việc được chính xác, an toàn song phải gọn nhẹ, rẻ tiền, dé gia công, dễ lắp ráp, kiểm tra và sữa chữa

+ Ngoài ra khí cụ điện phải làm việc ôn định ở các điều kiện và môi trường yêu cầu

1.2, Phân loại khí cụ điện 1.2.1 Phân loại theo công dụng

¢ Nhom khí cụ điện khống chế: dùng đề đóng cắt, điều chỉnh tốc độ chiều quay của các máy phát điện, động cơ điện (như cầu dao, MCCB, MCB, Contactor)

« _ Nhóm khí cụ điện bảo vệ: làm nhiệm vụ bảo vệ các động cơ, máy phát điện, lưới điện khi có quá tải, ngắn mạch, sụt áp, (như Relay, cầu chỉ, máy cắt, .}

Hình 1.1: Nhóm khí cụ điện bảo vệ

1

¢ Nhom khi cu dién ty dong diéu khién từ xa: làm nhiệm vụ thu nhận phân tích

va khống chế sự hoạt động của các mạch điện, như khởi động từ

« Nhóm khí cụ điện hạn chế dòng điện ngắn mạch (như điện trở phụ, cuộn

khang, .)

Hình 1.2.: Phụ kiện biến tần điện trở hãm

Fuji Electric BRU-4.8KW va cuộn kháng

¢ Nhom khí cụ điện làm nhiệm vụ duy trì ôn định các tham số điện (như ôn áp,

bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát )

Hình 1.3: Máy biến áp

«_ Nhóm khí cụ điện làm nhiệm vụ đo lường (như máy biến dòng điện, biến áp

$0

đo lường )

=

= Viti kep chi =a view a

Hình 1.4: Hợp bộ biến động đo lường — biến ap do lwong ba pha 24kV (MOF 24)

1.2.2 Phân loại theo tính chất dòng điện

« _ Nhóm khí cụ điện dùng trong mạch điện một chiều

« _ Nhóm khí cụ điện dùng trong mạch điện xoay chiều

1.2.3 Phâm loại theo nguyên lý làm việc Khí cụ điện được chia các nhóm với nguyên lý điện cơ, điện từ, từ điện, điện động, nhiệt, có tiếp xúc và không có tiếp xúc

1.2.4 Phân loại theo điều kiện làm việc

Loại làm việc vùng nhiệt đới khí hậu nómg âm, loại làm việc ở vùng ôn đới, có loại chỗng được khí cháy nô, loại chịu rung động

1.2.5 Phân loại theo cấp điện áp

« - Khí cụ điện hạ áp có điện áp dưới 3 kV

« Khí cụ điện trung áp có điện áp từ 3 kV đến 36 kV

¢ Khicu điện cao áp có điện áp từ 36 kV đến nhỏ hơn 400 kV

« _ Khí cụ điện siêu cao áp có điện áp từ 400 kV trở lên

1.3 Các yêu cầu khí cụ điện

«_ Khí cụ điện phải đảm bảo sử dụng lâu dài với các thông số kỹ thuật ở định mức Dòng điện qua vật dẫn không được vượt quá trị số cho phép, vì nếu không sẽ làm nóng khí cụ điện và chóng hỏng

¢ Khi cu điện phải ổn định nhiệt và ôn định điện động Vật liệu phải chịu nóng

tốt và có cường độ cơ khí cao vì khi quá tải hay ngắn mạch, dòng điện lớn có thể làm

khí cụ điện bị hư hỏng hay biến dạng

«_ Vật liệu cách điện phải tốt, để khi xảy ra quá điện áp trong phạm vi cho phép, khí cụ điện không bị chọc thủng

« Khí cụ điện phải đảm bảo làm việc được chính xác, an toàn, sọn nhẹ, dễ gia công, đễ lắp rap, dé kiém tra và sửa chữa

« Ngoài ra còn yêu cầu phải làm việc ôn định ở điều kiện khí hậu môi trường

mà khi thiết kế cho phép

CHƯƠNG 2:

NGHIÊN CỨU VỀ CHÓNG SÉT VAN

2.1 Chống sét van là gì?

Chống sét van là thiết bị bảo vệ điện được sử dung trong hệ thống điện và lưới điện để bảo vệ các thiết bị điện khỏi hiện tượng quá áp do sét đánh hoặc các xung đột biến khác

`

Hinh 2.1: Chống sét van Cau tao cua chống sét van bao gồm các vật liệu có khả năng dẫn điện khi điện

áp vượt ngưỡng giới hạn, giúp đưa dòng điện sét hoặc xung đột biến xuống đất và ngăn không cho nó đi vào hệ thông điện

2.2 Cau tao chống sét van Chống sét van có cầu tạo gồm ba phần chính:

1 Thân van và vỏ cách điện

hoặc composite, để bảo vệ bên trong và chống chịu các tác động của môi trường bên ngoài (mưa, gió, nhiệt độ)

«ồ - Vỏ cách điện: Bọc bên ngoài chống sét van, đảm bảo an toàn khi lắp đặt và sử dụng

2 Khối điện trở phi tuyến (varistor oxit kẽm)

‹ - Điện trở oxit kẽm (ZnO) là thành phân cốt lõi, đóng vai trò quan trọng trong việc giam dòng điện khi có hiện tượng quá áp

- - Nguyên lý hoạt động: Ở điều kiện điện áp bình thường, điện trở phi tuyến có trở kháng rất cao, ngăn dòng điện đi qua Khi có hiện tượng quá áp, điện trở giảm mạnh, cho phép dòng điện sét đi qua và dẫn xuống đất Sau khi qua đợt xung áp, điện trở phi tuyến tự động quay lại trạng thái ban đầu với điện trở cao, đảm bảo cách điện bình thường

3 Cực đắt và tiếp địa

đất, tránh cho dòng điện sét lan truyền vào hệ thống

chóng phân tán vả tiêu tan trong dat

Cực đấu dây

Lò so nén khe hở phóng điện Hình vẽ

Điện trở phi tuyên chống sét van (làm băng vi lít)

Thân bằng sứ -

Đê kim loại được tiếp địa

s tinh ani 3 5 Hinh anh ở chống sét trung thế và chống sét hạ thế _chống sét cao thế từ 36kV đến 500kV

Hình 2.2: Cấu tạo chống sét van

2.3 Phân loại chống sét van Chống sét van được phân loại dựa trên cấu tạo và ứng dụng trong hệ thông điện,

cụ thể như sau:

1 Chống sét van oxit kém (Metal Oxide Arrester - MOA)

điện trở phi tuyến

động ổn định

Ứng dụng: Phô biến trong các hệ thống truyền tải và phân phối điện, từ điện áp thấp đến rất cao

2, Chống sét van kiểu khe hở phóng điện (Gap Arrester)

Sử dụng các khe hở phóng điện để tạo ra khoảng cách cách điện ở trạng thái bình thường Khi có quá áp, khe hở sẽ phóng điện để dẫn dòng sét xuống đất

Ưu điểm: Đơn giản, chỉ phí thấp

Nhược điêm: Độ bền không cao, khó hồi phục sau phóng điện

Ứng dụng: Ít phố biến hơn, thường dùng trong các hệ thống có điện áp thấp và cân chỉ phí thấp

3 Chống sét van có dién tré silicon carbide (SiC Arrester)

Su dung vat ligu silicon carbide (SiC) lam dién tro phi tuyén, két hop voi cac

khe hở phóng điện

Ưu điểm: Hoạt động tốt ở một số mức điện áp trung bình

Nhược điểm: Silicon carbide kém hiệu quả hơn oxit kẽm, dễ bị suy giảm hiệu năng sau nhiều lần phóng điện

Ứng dụng: Thường được dùng ở các hệ thống điện áp trung bình trong quá khứ nhưng hiện nay dần được thay thế bằng chống sét oxit kẽm

4 Chống sét van đường dây truyền tải Được thiết kế chuyên biệt cho các đường dây cao thé

Ưu điểm: Khả năng chịu được dòng sét lớn và bảo vệ hệ thống truyền tải dài Ứng dụng: Sử dụng chủ yếu trong các trạm biến áp và trên các đường dây cao

thế

5 Chống sét van bảo vệ cho các thiết bị điện tử và viễn thông Loại này thiết kế đề bảo vệ thiết bị nhạy cảm với xung điện áp như các thiết bị viễn thông, thiết bị điện tử công nghiệp, và hệ thống máy tính

Ưu điểm: Thiết kế nhỏ sọn, độ nhạy cao, bảo vệ tốt các thiết bị có mức điện áp thấp

Ứng dụng: Các hệ thống điện tử, mạng viễn thông, và trung tâm dữ liệu

6 Chống sét van trung áp và hạ áp Chống sét van trung áp: Sử dụng trong các hệ thống phân phối điện với điện áp trung bình, thường trong khoảng từ I kV đến 35 kV

¢ Chống sét van hạ áp: Dùng cho hệ thống điện hạ áp, bảo vệ các thiết bị gia dụng và công nghiệp nhỏ khỏi hiện tượng qua ap

i

METAL ORIGE ARTRESTER

(4

SILCON GRIDE ARRESTER TRINSNSIONCAREIDE ARRESTER SILCON CARBDE ARRESTER

2.4 Nguyên lý hoạt động của chống sét van Nguyên lý hoạt động của chống sét van dựa trên cơ chế giảm trở kháng khi có quá áp và tự động cách điện khi điện áp bình thường Dưới đây là chi tiết các bước hoạt động:

1 Trạng thái bình thường (Điện áp thấp) Khi điện áp trong hệ thông ở mức bình thường, chống sét van có tro khang rat cao và hoạt động như một cách điện Điều này ngăn dòng điện đi qua, bảo vệ các thiết bị phía sau chống sét van khỏi dòng điện

2 Khi có hiện tượng quá áp (Do sét đánh hoặc xung điện đột ngột) Khi có hiện tượng sét đánh hoặc xung điện, điện áp tăng đột ngột vượt ngưỡng giới hạn của chống sét van

Khối điện trở phi tuyến (chủ yếu là vật liệu oxit kẽm trong chống sét MOA) sẽ giảm trở kháng rất nhanh khi gặp quá áp Nhờ đó, dòng điện sét hoặc xung đột biến được dẫn xuống đất thay vì đi qua hệ thống điện

3 Dẫn dòng điện xuống đất Khi trở kháng giảm, dòng điện sét sẽ đi qua chống sét van và được dẫn xuống đất qua hệ thông tiếp địa

Quá trình nảy bảo vệ hệ thống điện khỏi tác động của dòng điện sét, ngăn ngừa

hư hỏng thiết bị và sự cố

4 Phục hồi sau khi quá áp kết thúc Sau khi xung áp (sét hoặc quá áp) kết thúc, điện áp trở lại mức bình thường Khối điện trở phi tuyến sẽ tăng trở kháng trở lại về mức cao như ban đầu, cách

ly chống sét van khỏi dòng điện thông thường trong hệ thống

Chống sét van lúc nảy quay lại trạng thái chờ, sẵn sàng bảo vệ hệ thống nếu có hiện tượng quá áp tiếp theo

2.5 Ưu nhược điểm của chống sét van a) Ưu điểm của chống sét van

Bảo vệ hiệu quả khỏi quá áp và sét: Chống sét van giúp bảo vệ hệ thống điện và

các thiết bị khỏi các hiện tượng quá áp đột ngột, đặc biệt là sét đánh, giảm thiểu rủi ro hư hại và pián đoạn hoạt động

Khả năng tự phục hồi: Loại chống sét van hiện đại như oxit kẽm (MOA) có khả năng tự phục hỗi sau khi dòng sét đi qua, giúp duy trì tuổi thọ và hoạt động ôn định mà không cần thay thế thường xuyên

Độ bên cao: Chống sét van được thiết kế với vật liệu chịu nhiệt và chịu lực tốt, giúp thiết bị hoạt động bên bỉ trong các điều kiện thời tiết và môi trường khắc

nghiệt

4 Dễ dàng lắp đặt và bảo trì: Cấu tạo đơn giản giúp chống sét van dễ dàng được lắp đặt, kiểm tra và bảo trì, đảm bảo hệ thống điện luôn được bảo vệ

5 Ứng dụng rộng rãi: Có nhiều loại chống sét van, từ hạ áp đến cao áp, đáp ứng nhiều nhu cầu khác nhau trong các hệ thông điện từ gia đình đến công nghiệp

và lưới điện quốc gia

b) Nhược điểm của chống sét van

1 Chị phí đầu tư ban đầu cao: Các loại chỗng sét van chất lượng cao như chống sét oxIt kẽm có chi phi đầu tư cao, đặc biệt trong các hệ thông điện lớn, khiến

việc triển khai trên điện rộng đòi hỏi ngân sách lớn

2 Giới hạn dòng điện tối đa: Mỗi loại chỗng sét van chỉ có thể chịu được dòng điện quá áp đến một mức giới hạn nhất định Trong trường hợp có xung điện quá lớn, chống sét van có thể bị hư hại và cần phải thay thé

3 Khả năng giảm hiệu suất theo thời gian: Sau nhiều lần dẫn dòng sét hoặc xung điện, chống sét van có thể bị giảm hiệu suất và không còn bảo vệ tốt như ban đầu, đặc biệt là loại dung dién tro silicon carbide (SiC)

4 Yéu cau hé thong tiếp địa chất lượng cao: Chống sét van cần có hệ thống tiếp địa hiệu quả để phân tán dòng điện sét xuống đất Hệ thống tiếp địa không tốt

có thể gây nguy hiểm, làm giảm hiệu quả bảo vệ

5 Phụ thuộc vào môi trường lắp đặt: Trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, như

độ âm cao hoặc môi trường có hóa chất ăn mòn, chống sét van có thể nhanh

chóng bị hư hại hoặc mắt khả năng hoạt động hiệu quả

2.6 Ứng dụng của chống sét van

Chống sét van có nhiều ứng dụng quan trọng trong các hệ thống điện và thiết bị điện tử, nhằm bảo vệ chúng khỏi hư hại do sét đánh hoặc hiện tượng quá áp Dưới đây

là các ứng dụng phổ biến của chống sét van:

1 Báo vệ lưới điện cao áp

bảo vệ hệ thông truyền tải điện khỏi tác động của sét và các xung quá áp

« _ Chỗng sét van giúp ngăn chặn hư hại cho máy biến áp, đường dây, và các thiết

bị quan trọng khác trong hệ thông điện quốc gia, đảm bảo nguồn điện ổn định

2 Bảo vệ hệ thống phân phối điện trung và hạ áp