NGHIÊN CỨU THỰC ĐỊA VỀ PHÁT SINH SAI SÓT TRONG ĐƯỜNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN DO HIỆN TƯỢNG SÉT GÂY RA Tóm tắt Độ ổn định trong cung cấp điện là một vấn đề có tầm quan trọng lớn đối với xã hội định hướng thông tin và các công ty điện. Bài viết này tập trung vào các tác động của sét trên đường truyền tải điện.
Tiểu luận tương thích điện từ NGHIÊN CỨU THỰC ĐỊA VỀ PHÁT SINH SAI SÓT TRONG ĐƯỜNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN DO HIỆN TƯỢNG SÉT GÂY RA Teru Miyazaki, Member, IEEE, and Shigemitsu Okabe, Member, IEEE Tóm tắt - Độ ổn định cung cấp điện vấn đề có tầm quan trọng lớn xã hội định hướng thông tin công ty điện Bài viết tập trung vào tác động sét đường truyền tải điện Nghiên cứu thực địa tiến hành miền phía bắc đồng Kanto Nhật Bản, dạng sóng điện áp dòng điện đường truyền tải điện gây sét đánh quan sát từ năm 1996 Hiện có 284 liệu, bao gồm liệu 62 lần đánh trực tiếp vào đường dây Nghiên cứu cho thấy đường dây truyền tải điện bảo vệ chống lại sét đánh trực tiếp Trong số trường hợp, khơng có dòng áp (power follow current) phát sinh sau có phóng điện liên tiếp, phân tích thống kế tiến hành để xem xét yêu tó ảnh hưởng đến sản sinh dịng q áp Những kết có giá trị việc làm rõ cấu hoạt động bên việc phát sinh lỗi đường truyền tải điện gây sét Chỉ dẫn Thuật ngữ: sét đánh trực tiếp, đường truyền tải điện, phóng điện, sét đánh gián tiếp, chắn sét, dòng áp I GIỚI THIỆU Những lỗi truyền tải điện sét đánh gián tiếp gần đường truyền tải điện đánh trực tiếp lên đường dây mức độ cách điện thấp chúng [1] Các công ty điện lực lắp đặt thiết bị chống sét, chẳng hạn dây chống sét chống sét, để giảm tỷ lệ lỗi đường truyền, thiết bị góp phần nâng cao độ ổn định đường truyền so với đường khơng có thiết bị bảo vệ[2], [3] Nghiên cứu thực nghiệm đường dây truyền điện chống sét đánh trực tiếp cách xếp chống sét dây chống sét cách thích hợp [4] - [6], nhờ chức thiết bị ngăn chặn hình thành xung sét phóng điện bề mặt tần số điện hồ quang [3] Tuy nhiên, lỗi đường dây truyền điện Nhật Bản, , chủ yếu sét, sét ảnh hưởng đến đường dây vấn đề gây tranh luận Những nghiên cứu thực địa tác động sét, đặc biệt chế hình thành lỗi đường truyền tải, điều cốt yếu yếu để thiết kế biện pháp chống sét thích hợp cho đường dây tải điện.1 Bản thảo gửi ngày 17 tháng 12 năm 2009; sửa đổi ngày 08 tháng năm 2010; duyệt ngày 09 tháng năm 2010 Ngày công bố 10 tháng 12 năm 2010, ngày 16 tháng năm 2011 đưa phiên Các tác giả với Tập đoàn điện áp cách điện cao, Trung tâm R & D, Công ty Điện lực Tokyo, Yokohama 230-8510, Nhật Bản (e-mail: miyazaki.teru @ tepco.co.jp; okabe.s @ tepco.co.jp) Mã số nhận dạng 10.1109/TEMC.2010.2068301 GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ Hình1.Cấu trúc đường dây phân phối điện máy quan sát (a) Cấu hình cảm biến dịng (b) điểm đo cảm biến điện áp Theo phần khái quát trên, Công ty Điện lực Tokyo tiến hành nghiên cứu thực địa tượng kèm sét đánh lên hệ thống phân phối điện 6,6 kV từ năm 1996, điện áp dòng điện đường dây phân phối đo trực tiếp, quan sát hiệu ứng sét trực tiếp gián tiếp hệ thống camera nhạy với sét [7] - [9] Kết hợp dạng sóng sét hình ảnh cho kết quan sát tồn diện có sét hiệu ứng gây Trong nghiên cứu trước đây, liệu quan trắc đưa chi tiết [9] Nhưng tài liệu tập trung nghiên cứu chế gây lỗi đường phân phối điện tiến hành phân tích thống kê liệu quan sát nhằm xác định số lượng yếu tố ảnh hưởng đến việc gây lỗi đường truyền tải GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ điện sét Kết làm sáng tỏ tác động thiết bị chống sét phần tử ZnO việc tạo thành phóng điện hay dịng q áp đường truyền tải điện, xem tài liệu có giá trị phục vụ cho việc thiết kế vị trí thiết bị đường dây phân phối II HỆ THỐNG QUAN SÁT A Khu vực quan sát cấu trúc đường truyền tải điện Vùng có mật độ sét mặt đất cao chọn làm khu vực quan sát đồng Kanto [7] - [9] Nghiên cứu thực địa tiến hành từ năm 1996 Cấu trúc đường truyền tải điện thể hình Thơng thường, nhũng khu vực này, dây chống sét lắp đỉnh hầu hết cột bê tông Nhưng số khu vực, chúng không lắp đặt để phục vụ việc quan sát Dây chống sét nối đất thông qua dây nối đất thông thường kim loại Nói đến phối hợp cách điện, thiết bị cách điện hỗ trợ dây điện áp (voltage wires) có cấp độ cách điện cao đường dây phân phối cố đường dây gây hư hỏng lớn diện rộng Mặt khác, máy biến áp có cấp độ thấp Nhưng chúng lắp kèm phần tử ZnO Điều có nghĩa máy biến áp bảo vệ khỏi sét B Cấu hình hệ thống Thiết bị quan sát đồng thời cung cấp hình ảnh dạng sóng lần sét [7] - [9] Với camera thiết bị đo dạng sóng, thời gian ghi lại cách sử dụng hệ thống định vị tồn cầu (GPS), ghi kèm với vị trí sét liệu hệ thống theo dấu (LPATS) [10], [11] Hệ thống camera giám sát khu vực thực địa để thu thập lần sét đánh Các camera lắp đặt 63 vị trí khu vực quan sát thiết kế để tự động chụp hình cách kiểm sốt trập theo cường độ sét bên ngồi Có hai loại cảm biến sử dụng để quan sát dạng sóng sét: cảm biến dịng điện cảm biến điện áp Các cảm biến điện áp dòng điện đo điện áp cách điện dạng sóng dịng điện dây nối đất Các cảm biến lắp 103 vị trí khu vực Hình cho nhìn tổng quan điểm đo cảm biến Băng tần cảm biến 250 Hz-250 kHz III QUAN SÁT Trong suốt 11 năm từ 1996 đến 2006, có 284 lần sét đánh ghi nhận (62 lần trực tiếp 222 lần gián tiếp), tất trường hợp quan sát mùa hè Vì vậy, nội dung thảo luận tài liệu giới hạn sét đánh vào mùa hè Tỷ lệ phóng điện tích cực thời gian khoảng 1% A Lỗi đường dây sét đánh trực tiếp gián tiếp GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ Tất trường hợp quan sát được phân loại thành trực tiếp gián tiếp dựa hình ảnh tia chớp Các hình ảnh ghi nhận sét đánh trực tiếp biểu thị tia sét đánh đến thiết bị phân phối bao gồm dây chống sét, đường dây tải điện, cột bê tơng cốt thép, đó, sét đánh vào phần khác hệ thống phân phối coi sét đánh gián tiếp Hình mơ tả mối quan hệ số lượng tia chớp trực tiếp gián tiếp lỗi đường dây xảy thời gian đó, ngun nhân khiến rơle q dịng trạm biến áp hoạt động Khảo sát rơle dịng hoạt động hay khơng thời điểm quan sát ảnh GPS Những kết xác nhận sét đánh trực tiếp gây 83% lỗi, theo nhận định sét đánh trực tiếp nguyên nhân gây lỗi đường dây, liệu cho thấy 48% số lần sét đánh trực tiếp gây hư hỏng, có 3% số lần sét đánh gián tiếp gây hư hại Nói cách khác, khoảng nửa số sét đánh trực tiếp khơng gây lỗi đường dây, có nghĩa đường dây bảo vệ khỏi sét đánh trực tiếp – cho chắn gây tổn hại đường truyền Các tác giả tập trung vào vấn đề này, phân tích liệu quan sát từ số lần sét đánh trực tiếp Hình Mối quan hệ số lần sét đánh quan sát lỗi liên quan (1996– 2006) Bảng – Điểm sét đánh hệ thống phân phối (a) đường dây phân phối có dây chống sét (b) đường dây phân phối khơng có dây chống sét GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ Mơ hình (1) (2) (3) Vị trí sét đánh Đỉnh cột Dây nối đất Dây điện Vị trí khác Tỏng cộng 24 14 43 Số lần sét đánh (56%) (33%) (5%) (7%) (100%) (a) Mơ hình (4) (5) Vị trí sét đánh Đỉnh cột Dây điện Vị trí khác Tỏng cộng Số lần sét đánh 18 (95%) (5%) (0%) 19 (100%) (b) B Các điểm sét đánh trực tiếp Dựa ảnh chụp tia chớp trực tiếp, điểm sét đánh ước tính phân loại thành năm mẫu Tất kết suy tóm tắt Bảng Sét đánh đến đỉnh cột ghi nhận với tỷ lệ cao dù có hay khơng có dây chống sét (xem Bảng (a) (b)) sét đánh vào đường dây điện khơng có dây chống sét GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ chiếm có 5% Một báo cáo thử nghiệm cho thấy sét có khả cơng dây trần cao so với dây có vỏ bọc phóng điện theo hướng lên bị hạn chế chất cách điện [12] Kết khoảng cách sét đánh dây dẫn cách điện nhỏ so với dây trần Trong số trường hợp khơng có dây chống sét, Bảng 1(b), mũ kim loại trang bị đầu cột bê tơng cốt thép - ảnh hưởng đến tỷ lệ sét trực tiếp tới đường dây điện Trong khu vực quan sát này, độ dài đường dây có dây chống sét gấp 10 lần khơng có dây chống sét Hình cho thấy ví dụ hình ảnh sét đánh đỉnh cột khơng có dây chống sét Hình Sét đánh trực tiếp đến đỉnh cột khơng có dây chống sét C Phân tích trường hợp sét đánh trực tiếp Việc quan sát dạng sóng tăng đột biến sét đánh trực tiếp - nguyên nhân lỗi đường dây, thực cách sử dụng chương trình độ điện từ (EMTP) để dự đốn việc có hay khơng có phóng điện Trong nghiên cứu trước chúng tơi [8], có đưa ví dụ sét đánh trực tiếp đỉnh cột điện để so sánh dạng sóng quan sát tính tốn Hình ví dụ điện áp lớp cách điện theo tính tốn theo kết quan sát, mơ hình phân tích chi tiết tham khảo tạo tài liệu [8], [13] Khoảng cách điểm đo khu vực bị sét đánh 57 m Điện áp tính cách sử dụng mơ hình phóng điện bề mặt cho thấy sai lệch đỉnh sóng bắt đầu vào khoảng μs sau xảy GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ tượng phóng điện bề mặt [xem hình 4(b)], điều khẳng định quan sát [xem hình 4(a)] [8] Trong nghiên cứu này, dạng sóng tính tốn mà khơng cần mơ hình thành phóng điện bề mặt Như thể hình 4(b), dạng sóng tính tốn khơng mơ hình thành phóng điện bề mặt khơng cho thấy sai lệch mức đỉnh, điều phù hợp với dạng sóng đột biến quan sát, cho thấy đảo cực đầu sóng phóng điện bề mặt hình thành IV KHẢO SÁT THỰC ĐỊA CÁC LỖI ĐƯỜNG TRUYỀN Việc hình thành phóng điện dịng q áp nghiên cứu để làm rõ chế gây lỗi đường dây phân phối điện dựa liệu quan sát sét đánh trực tiếp A Mơ hình dạng sóng sét Đường đặc tính dạng sóng điện áp sét giúp cho việc nghiên cứu phóng điện dịng q áp có hình thành hay khơng (Hình 4a) GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ (Hình 4b) Hình So sánh dạng sóng điện áp cách điện quan sát quan sát theo tính tốn (a) Dạng sóng quan sát (b) Dạng sóng theo tính tốn 1) Hình thành phóng điện bề mặt: Việc hình thành phóng điện bề mặt đánh giá dựa đặc điểm dạng sóng điện áp cách điện mơ tả trước Dạng sóng đảo cực nhanh phía đầu sóng cho thấy có hình thành phóng điện bề mặt, dạng sóng khơng đảo cực phía đầu sóng có nghĩa khơng hình thành phóng điện bề mặt Nếu điện áp độ đo xa, đầu cuối dây tiếp sóng, đường phản xạ sóng chạy kết nối khác kênh ngang máy biến áp kỳ vọng làm thay đổi dạng sóng làm cho phân tích trở nên khó khăn 2) Hình thành dịng q áp: Việc hình thành dòng áp đánh giá dựa việc quan sát dạng sóng điện áp cách điện khoảng thời gian lên đến 20 ms - chu kỳ tần số điện áp (50 Hz) Điện áp điểm không thời gian hai ba pha chứng tỏ hình thành dịng q áp – nguyên nhân rơle dòng hoạt động trạm biến áp GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ B Tỷ lệ phóng điện bề mặt Trong số 62 liệu quan sát trực tiếp camera, 56 lần sét đánh với dạng sóng điện áp lựa chọn làm liệu cho phân tích để dự đốn có hình thành phóng điện bề mặt không Các kết thể Bảng 2, sét đánh gây phóng điện bề mặt 42 trường hợp (75%) số 56 trường hợp, phóng điện bề mặt ba pha chiếm tỷ lệ cao (55%) Trong trường hợp phóng điện hai pha, xảy pha R T, có lẽ điện áp pha S bị chặn so với giai đoạn khác hiệu lực liên kết Người ta ghi nhận 25% lần sét trực tiếp không gây phóng điện bề mặt, vấn đề đáng ý trước người ta cho sét trực tiếp chắn gây phóng điện bề mặt mức độ cách điện thấp Bảng - Số lượng phóng điện bề mặt sét đánh trực tiếp quan sát Số pha có phóng điện bề mặt pha pha pha Pha phóng điện R, S, T R, S S, T R, T R S T Số phóng điện quan sát (%) 31 (55%) (0%) (0%) (9%) (7%) (4%) (0%) Tỷ lệ (%) 55% 9% 11% Khơng có phóng 14 (25%) 25% điện bề mặt Tổng cộng 56 (100%) 100% Ghi chú: R – Pha R; S – Pha S; T – Pha T Bảng - Số lượng dòng áp ghi nhận sau xảy phóng điện bề mặt sét đánh trực tiếp Số pha có phóng Pha phóng điện bề mặt điện pha R, S, T pha R, T pha R T Pha điện Số liệu Tỷ lệ (%) áp dòng (% tổng) Số lượng (% tổng) R, S, T (18%) R, S (8%) 20 (67%) S, T (3%) R, T (23%) Khơng có 10 (25%) điện q áp R, T (3%) (20%) Khơng có (10%) điện q áp Khơng có (8%) điện q áp Khơng có (5%) GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ 10 điện áp Tổng cộng 40 100% 21 (53%) C Tỷ lệ dòng áp Hiện tượng dòng áp sau phóng điện nhiều pha gây tượng chuyển mạch trạm biến áp Sự hình thành dịng điện 40 trường hợp xem xét, kèm dạng sóng sét đo lên đến 20 ms, dịng áp ghi nhận 42 trường hợp, tập hợp liệu sét đánh trực tiếp có phóng điện bề mặt ghi nhận bảng Phỏng đoán nguyên nhân thu kết khác với dây dẫn khác nhau, pha S dường pha bảo vệ tốt ba pha tương thích điện từ với dây che chắn có chiều dài ngắn Kết thể Bảng Khơng có dịng q áp xảy sau có phóng điện pha Nguyên nhân có lẽ sau: hầu hết đường dây điện Nhật Bản sử dụng hệ thống dây trung tính cách điện Nếu phóng điện bề mặt xảy pha, dòng áp bị triệt tiêu cách tự nhiên dòng nối đất Dòng áp ghi nhận sau có phóng điện bề mặt hai ba pha, cụ thể tỷ lệ dịng q áp sau phóng điện pha (20%), nhỏ tỉ lệ dịng q áp sau phóng điện pha (67%) Ngay dòng áp tạo sau phóng điện bề mặt pha (20 trường hợp), 13 trường hợp dòng điện tạo pha Trong 77% (= 23 / 30) trường hợp gây phóng điện bề mặt ba pha, hồ quang phóng điện bề mặt bị triệt tiêu pha Xem xét tất trường hợp, tổng tỷ lệ sinh điện dẫn dịng 53% Thực tế có 53% trường hợp có phóng điện bề mặt nguyên nhân gây dịng q áp cung cấp nhìn sâu sắc chế dịng lỗi đưa việc cải thiện phương pháp tính tỷ lệ ngừng truyền điện sét đánh, phóng điện bề mặt nhiều pha coi nguyên nhân gây lỗi đường truyền theo nghiên cứu nay, bao gồm tính tốn lỗi đường dây sét Hoạt động chuyển mạch dòng gây phóng điện bề mặt dịng q áp Vì vậy, "phóng điện bề mặt" xác định "lỗi" GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ 11 Hình Phân bố tần số tích lũy dịng điện đỉnh sét dựa liệu LPATS cho mơ hình quan sát phóng điện bề mặt (xác suất tích lũy tính cho loại) V NHỮNG YẾU TỔ CÓ ẢNH HƯỞNG ĐẾN LỖI ĐƯỜNG TRUYỀN Trong phần IV, tần số hình thành phóng điện bề mặt kéo theo hình thành dịng q áp ước tính cách sử dụng dạng sóng sét Trong số trường hợp, phóng điện bề mặt nhiều pha gây dịng q áp Phải lưu ý hình thành phóng điện bề mặt dịng q áp bị ảnh hưởng số yếu tố dây che chắn, chống sét, trở kháng dây góc pha điện áp nguồn xoay chiều (power-frequency voltages) v.v… Những nghiên cứu chi tiết tiến hành để đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến tượng phóng điện bề mặt dòng áp gây sét đánh trực tiếp lên hệ thống truyền tải điện A Ảnh hưởng dòng điện sét GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ 12 Hình Phân phối tần số tích lũy dòng điện đỉnh sét dựa liệu LPATS cho mơ hình quan sát dịng q áp sau phóng điện pha (xác suất tích lũy tính cho trường hợp) Biên độ dịng sét liên quan đến áp sét ảnh hưởng đến xác suất xảy lỗi đường dây Hình cho thấy tần số tích lũy biên độ dịng điện ước tính liệu LPATS loại phóng điện bề mặt Hình cho thấy tần số tích lũy dịng q áp lần sét đánh trực tiếp quan sát Các loại phóng điện bề mặt ước tính dựa dạng sóng điện áp liên quan Trong hình trên, tập hợp phân phối vẽ cách chọn dòng sét liên quan tới trường hợp cụ thể phóng điện bề mặt dịng q áp Khơng có liệu vượt q 60 kA, phân phối cho mức trung bình 25 kA, cho thấy khơng có khác biệt đặc trưng so với nghiên cứu trước [14], [15] Trong hình 5, có trường hợp phóng điện bề mặt pha Vì vậy, chúng cần thu thập phân tích để tìm dòng điện sét tương quan, điện áp cao cách rõ ràng tương lai Cần lưu ý đến tính khơng chắn liệu LPATS Một nghiên cứu thực nghiệm cho thấy cú đánh mang điện tích âm ước tính LPATS có xu hướng nhỏ so với giá trị cao đo đặc biệt trường hợp dòng điện có cường độ lớn 40 kA [10], [11] Nhìn vào hình 5, biên độ dịng sét suy hệ thống LPATS đánh giá thấp giá trị thực tế Một nghiên cứu báo cáo biến đổi trung bình dịng sét suy hệ thống định vị sét (LLS) ước tính từ 20% đến 30% [16] Khoảng "20% -30%" độ bất định dịng đỉnh ước tính [16] cho GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ 13 cú sét tiếp sau mang điện âm kênh sẵn có Độ bất định lớn trường hợp cú sét Độ xác dịng sét ước tính hệ thống LLS tương đương với độ xác tính qua LPATS nghiên cứu chúng tơi Vì vậy, người ta cho Hình đánh giá với độ xác nói B Tác động dây che chắn Hình cho thấy mối liên hệ với số lượng sét trực tiếp, phóng điện bề mặt nhiều pha lỗi đường dây với tồn dây che chắn điểm bị sét đánh Khi dây che chắn lắp đặt đường dây, tỷ lệ xảy phóng điện bề mặt nhiều pha 56% (= 22/39), tỉ lệ thấp so với giá trị 82% (14/17) trường hợp khơng có dây che chắn điểm bị sét đánh Mặt khác, tỷ lệ lỗi đường dây sau có phóng điện nhiều pha trường hợp có dây che chắn 59% (= 13/22), gần tỉ lệ 57% (14/08) trường hợp khơng có dây che chắn Thực tế cho thấy diện dây che chắn điểm bị đánh đóng vai trị quan trọng việc hình thành phóng điện bề mặt nhiều pha việc hình thành dịng q áp Hình Mối quan hệ số lượng đợt sét đánh trực tiếp quan sát với phóng điện nhiều pha lỗi đường dây C Ảnh hưởng góc pha điện áp nguồn xoay chiều GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ 14 Các góc pha điện áp nguồn xoay chiều xảy phóng điện bề mặt ước tính dựa dạng sóng sét quan sát sét đánh trực tiếp Các góc pha ghi nhận dạng sóng 52 lần sét đánh trực tiếp, hình cho thấy góc pha điện áp đường dây, phóng điện bề mặt hai ba pha tạo ra, không cho thấy tác động đặc trưng việc tạo phóng điện bề mặt Hình cho thấy góc pha điện áp đường dây dòng áp tạo có phóng điện bề mặt ba pha Khi dòng áp tạo pha, hầu hết góc pha tập trung xung quanh giá trị tối đa điện áp nguồn xoay chiều [xem hình (a)] Những tượng cho thấy góc pha điện áp nguồn xoay chiều có ảnh hưởng đến việc sinh dịng q áp, dẫn đến lỗi đường dây Trong trường hợp dòng áp pha, góc pha phân tán khơng có mối quan hệ góc điện theo dịng, thể hình (b) D Ảnh hưởng trở kháng trạm biến áp địa điểm bị sét đánh Trở kháng dây trạm biến áp điểm bị sét đánh nghiên cứu trở kháng ảnh hưởng đến dòng ngắn mạch khoảng thời gian xảy dịng q áp Trở kháng tính chiều dài cáp từ trạm biến áp đến điểm sét đánh cách sử dụng giá trị trở kháng m thể chi tiết kỹ thuật Hình 10 cho thấy phân bố tần số tích lũy trở kháng trường hợp có khơng có phóng điện bề mặt, trở kháng tính tốn sở 10 MVA Đồ thị hai trường hợp gần giống Hình 11 thể phân bố tần số tích lũy trở kháng theo mơ hình dịng q áp sau xảy phóng điện bề mặt pha, trường hợp cho thấy phân bố tương ứng Mối tương quan trở kháng việc hình thành phóng điện bề mặt dịng q áp dự đoán yếu đường dây GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ 15 Hình 8.Góc pha điện áp dịng phóng điện bề mặt hình thành (dữ liệu vẽ cho loại) (a) phóng điện bề mặt pha (b) phóng điện bề mặt pha GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ 16 E Ảnh hưởng khoảng cách phần tử ZnO vị trí sét đánh Phân tích khoảng cách cực với phần tử ZnO, chẳng hạn cột thu lôi điểm bị sét đánh Hình 12 cho thấy phân bố tần số tích lũy khoảng cách phần tử ZnO điểm sét đánh Trường hợp khơng có tượng phóng điện có khoảng cách ngắn so với trường hợp có tượng phóng điện Giá trị 50% tương ứng với khoảng cách 64 m trường hợp có phóng điện 30 m khơng có phóng điện Hình.13 cho thấy phân bố tần số tích lũy khoảng cách tới dạng dòng điện áp sau xảy tượng phóng điện pha Khoảng cách có giá trị thấp trường hợp khơng có dịng áp so với trường hợp xuất dòng áp, khoảng cách dòng điện pha lớn dòng điện pha Những kết cho thấy khoảng cách phần tử ZnO điểm sét đánh đóng vai trị định việc bảo vệ đường dây điện chống lại sét đánh trực tiếp, ảnh hưởng đến xuất hiện tượng phóng điện dịng q áp Tuy nhiên, khoảng cách đo Hình 11 12 dường bao gồm sai số kỳ vọng, nhiều 10 m, cách đo từ hai nhiều hướng F Đánh giá kết Có thể xem xét lại kết thời gian ngắn Trong phần V, số yếu tố, chẳng hạn ảnh hưởng phần tử ZnO cho tác động đến xuất hiện tượng phóng điện dịng q áp sét đánh trực tiếp Các kết tóm tắt Bảng IV 1) Sự hình thành phóng điện: Qua quan sát thấy hai yếu tố có ảnh hưởng tới việc sinh tượng phóng điện là: Có hay khơng sử dụng dây chống sét, khoảng cách phần tử ZnO điểm sét đánh 2) Sự hình thành dịng q áp: khoảng cách phần tử ZnO điểm sét đánh ảnh hưởng đến hình thành dịng q áp tượng phóng điện, ngồi cịn có ảnh hưởng góc pha tần số lưới điện-điện áp việc hình thành dịng q áp pha sau xảy tượng phóng điện pha GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ 17 Hình Góc pha điện áp dây dịng q áp sinh sau tượng phóng điện pha (dữ liệu mơ tả cho loại) (a) Dịng áp pha (b) Dòng áp pha GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ 18 Hình 10 Sự phân bố tần số tích lũy theo trở kháng đường dây trạm biến áp điểm sét đánh trường hợp có khơng có phóng điện (xác suất tích lũy tính cho loại) Hình11.Sự phân bố tần số tích lũy theo trở kháng đường dây trạm biến áp điểm sét đánh theo mơ hình dịng q áp sau xảy phóng điện pha (xác suất tích lũy tính cho loại) GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ 19 Hình 12 Sự phân bố tần số tích lũy theo khoảng cách phần tử ZnO điểm sét đánh trường hợp có khơng có phóng điện (xác suất tích lũy tính cho loại) Hình 13 Phân phối tần số tích lũy theo khoảng cách phần tử ZnO điểm sét đánh theo mơ hình dịng q áp sau có phóng điện pha (xác suất tích lũy tính cho loại) GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ 20 VI THIẾT BỊ CHỐNG SÉT TRONG CÁC HỆ THỐNG PHÂN PHỐI ĐIỆN Các phân tích phần tử ZnO có chức ngăn chặn hình thành việc phóng điện dịng q áp cực khơng có phần tử ZnO Bảng 4: Đánh giá yếu tố gây ảnh hưởng tới việc hình thành phóng điện bề mặt dịng q áp Ảnh hưởng tới phóng điện Ảnh hưởng tới Dòng áp Dòng sét đánh Chưa chứng thực Chưa chứng thực Dây che chắn Có ảnh hưởng Chưa chứng thực Phóng điện pha Chưa chứng thực - Phóng điện pha Chưa chứng thực Có ảnh hưởng Trở kháng trạm biến áp vị trí bị sét đánh Chưa chứng thực Chưa chứng thực Khoảng cách phần tử ZnO vị trí bị sét đánh Có ảnh hưởng Có ảnh hưởng Yếu tố Góc pha tần số điện áp đường dây Chúng ta dành chút thời gian để xem xét vấn đề từ quan điểm việc lan truyền dạng sóng sét Một xung sét lan truyền qua dây tiếp địa (hoặc dây che chắn) đến phần tử ZnO gần nhất, dòng điện chạy tới điện cực nối đất Sau đó, điện áp cách điện cực bị sét đánh bị chọc thủng sau có phản xạ điện áp sét truyền trở lại cực bị sét đánh Như vậy, phần tử ZnO cực khác gây ảnh hưởng cực bị sét đánh sau khoảng thời gian trễ, nguyên nhân giải thích khoảng cách phần tử ZnO điểm bị sét đánh ảnh hưởng tới dòng áp tượng phóng điện Schoene et al [17] thu liệu thực nghiệm từ trình kiểm tra dịng điện sét rocket-triggered, đánh giá chống sét làm giảm điện sét để chống lại tia sét đánh trực tiếp với thời gian trễ Mặt khác, dây che chắn có ảnh hưởng đến hình thành phóng điện Có thể lời giải thích dây che chắn làm giảm điện áp cách điện sau sét đánh vào cực dẫn dòng vào sợi dây Tiếp theo xem xét tới yếu tố khác Các kết khẳng định dịng điện sét trở kháng khơng chịu ảnh hưởng trạm biến áp điểm bị sét đánh Liên quan đến hình thành dịng q áp, mối tương quan góc pha tần số điện áp xác nhận trường hợp hình thành dòng áp GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ 21 pha sau pha phóng điện Các liệu cho thấy thiết bị chống sét, chẳng hạn dây che chắn phần tử ZnO đóng vai trị định việc chống lại sét đánh so với yếu tố khác đường dây xem xét hệ thống phân phối với số thiết bị chống sét Tuy nhiên, chống sét mức (ví dụ, cột) bảo vệ đường truyền tải điện Lưu ý việc chống sét bị hỏng gây tần suất tắt điện nghiêm trọng nhiều so với việc phóng điện thơng thường [18] Về hiệu sử dựng chống sét, tác giả khẳng định hầu hết điện áp cách điện có xu hướng tập trung 36 kV, điện áp giới hạn phần tử ZnO trạm biến áp [8] Những kết điện áp sét không tăng tương ứng với dịng điện sét, nguyên nhân giải thích dịng điện sét khơng ảnh hưởng đến hình thành lỗi đường dây được trình bày VII KẾT LUẬN Tài liệu tập trung nghiên cứu trường hợp sét đánh trực tiếp lên đường truyền tải điện, tiến hành phân tích để làm rõ yếu tố ảnh hưởng đến việc hình thành phóng điện dòng áp sét đánh trực tiếp Các kết khẳng định hai yếu tố gây ảnh hưởng đến phóng điện: tồn dây che chắn điểm sét đánh, khoảng cách phần tử ZnO điểm sét đánh Việc hình thành dịng q áp phóng điện đánh giá dựa khoảng cách phần tử ZnO vị trí bị sét đánh, xác nhận ảnh hưởng góc pha tần số điện áp việc hình thành dịng q áp pha sau có tượng phóng điện pha, khơng có mối liên hệ góc pha dòng áp xác nhận trường hợp khác Kết luận đưa là, từ vấn đề trình bày đây, số yếu tố ảnh hưởng đến việc hình thành lỗi đường truyền tải điện thiết bị chống sét, chẳng hạn van chống sét dây che chắn có hiệu để bảo vệ đường dây phân phối điện chống lại sét đánh trực tiếp Trong tương lai, nhóm tác giả tiếp tục nghiên cứu thiết kế thiết bị chống sét cho đường dây phân phối điện cách phân tích nhiều kiện quan sát hồn thiện phương pháp tính toán lỗi xảy đường dây phân phối VIII LỜI CẢM ƠN Tác giả chân thành cảm ơn S Amemiya Tổng công ty Điện lực Tokyo, người hợp tác hỗ trợ nhiều trình thực nghiên cứu Đồng thời gửi lời cảm ơn tới hỗ trợ hợp tác phòng ban liên quan, phận phân phối điện công ty GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P D Kannu and M J Thomas, “Lightning induced voltages on multiconductor power distribution line,” Inst Elect Eng (IEE) Proc Gener Transm Distrib., vol 152, no 6, pp 855–863, Nov 2005 [2] M Paolone, C A Nucci, E Petrache, and F Rachidi, “Mitigation of lightninginduced overvoltages in medium voltage distribution lines by means of periodical grounding of shielding wires and of surge arresters: Modeling and experimental validation,” IEEE Trans Power Del., vol 19, no 1, pp 423–431, Jan 2004 [3] J He, S Gu, S Chen, R Zeng, and W Chen, “Discussion on measures against lightning breakage of covered conductors on distribution lines,” IEEE Trans Power Del., vol 23, no 2, pp 693–702, Apr 2008 [4] S.Yokoyama, “Lightning protection of overhead power distribution lines,” Inst Elect Eng Jpn (IEEJ) Trans Power Del., vol 22, no 4, pp 2236– 2244, 2007 [5] P Barker, “Photography helps solve distribution lightning problems,” IEEE Power Eng Rev., vol 13, no 6, pp 23–26, Jun 1993 [6] H Taniguchi, H Sugimoto, and S Yokoyama, “Observation of lightning performance on power distribution line by still camera,” in Proc 23 rd Int Conf Lightning Protection, 1996, vol 1, pp 119–124 [7] T Takao, S Okabe, T Miyazaki, and K Aiba, “Analysis of lightning phenomena observed in distribution lines,” in Proc 28th Int Conf on Lightning Protection, no VI-2, Sep 2006 [8] T Miyazaki, S Okabe, and S Sekioka, “An experimental validation of lightning performance in distribution lines,” IEEE Trans Power Del.,vol 23, no 4, pp 2182– 2190, Oct 2008 [9] T.Miyazaki and S Okabe, “Detailed field study of lightning stroke effects on distribution lines,” IEEE Trans Power Del., vol 24, no 1, pp 352–359, Jan 2009 [10] T Shioda, T Narita, E Zaima, and M Ishii, “Performance evaluation of LPATST at TEPCO,” in Proc 25th Int Conf on Lightning Protection, 2000, pp 170–175 [11] T Shioda, N Fukiyama, A Mochizuki, E Zaima, M Ishii, and K Cummins, “Performance evaluation of new generation LPATS at TEPCO,” in Proc 24th Int Conf on Lightning Protection, 1998, pp 162–167 [12] Y Hashimoto, S Yokoyama, T Yokota, and A Asakawa, “Studies on characteristics of lightning stroke distance to power distribution linesdischarge GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ 23 characteristics of open wire and insulated wire,” Trans Inst Elect Eng., Jpn, vol 115B, no 12, pp 1508–1514, Dec 1996 [13] S Sekioka, “Lightning-surge analysis model of reinforced concrete pole and grounding lead conductor in distribution line,” presented at the Int Workshop High Voltage Eng., Sapporo, Japan, 2004 [14] R B Anderson and A J Eriksson, “Lightning parameters for engineering Application,” Int Conf on Large Electric High-Tension Systems (CIGRE) Electra, no 69, pp 65–102, Mar 1980 [15] K Berger, R B Anderson, and H Kroeninger, “Parameters of Lightning flashes,” Int Conf on Large Electric High-Tension Systems (CIGRE) Electra, vol 41, pp 23– 27, Jul., 1975 [16] K L Cummins, M J Murphy, E A Bardo, W L Hiscox, R B Pyle, and A E Piper, “A combined TOA/MDF technology upgrade of the U S national lightning detection network,” J Geophysical Research, vol 103, no D8, pp 9035–9044 [17] J Schoene, M Uman, V Rakov, A Mata, C Mata, K Rambo, J Jerauld, D Jordan, and G Schnetzer, “Direct lightning strikes to test power distribution lines— Part I: Experiment and overall results,” IEEE Trans Power Del., vol 22, no 4, pp 2236–2244, Oct 2007 [18] T E McDermot, T A Short, and J G Anderson, “Lightning protection of distribution lines,” IEEE Trans Power Del., vol 9, no 1, pp 138–152, Jan 1994 Teru Miyazaki (M’07) công nhận cử nhân, thạc sỹ kỹ thuật điện từ chương trình đào tạo tiếng Anh trường Đại học Điện tử viễn thông, Tokyo, Japan, năm tương ứng 1995, 1997 Ông bảo vệ tiến sỹ năm 2008 Viện công nghệ Shonan, Kanagawa, Japan Năm 1997, ông làm việc Công ty Điện lực Tokyo, Tokyo, Japan, trở thành thành viên nhóm điện áp cao cách điện, thuộc trung tâm nghiên cứu phát triển Lĩnh vực nghiên cứu Teru Miyazaki thiết kế bảo vệ chống sét cho đường dây phân phối điện GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ 24 Shigemitsu Okabe (M’98) công nhận cử nhân, thạc sỹ, bảo vệ tiến sỹ kỹ thuật điện từ chương trình đào tạo tiếng Anh trường Đại học Tokyo, Tokyo, Japan, năm tương ứng 1981, 1983, 1986 Ông làm việc với Công ty Điện lực Tokyo từ năm 1986, ơng Trưởng nhóm Nhóm Điện áp cao cách điện, Trung tâm R & D Năm 1992, ông nhà khoa học thỉnh giảng Đại học Kỹ thuật Munich Ông mời làm giáo sư Đại học Doshisha từ năm 2005, Đại học Nagoya từ năm 2006, giảng viên thỉnh giảng Đại học Tokyo Ông thư ký /Thành viên WG/MT CIGRE IEC Tiến sĩ Okabe biên tập viên cộng tác IEEE chuyên vấn đề chất điện môi cách điện GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương ... viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện từ điện sét Kết làm sáng tỏ tác động thiết bị chống sét phần tử ZnO việc tạo thành phóng điện hay dịng q áp đường truyền tải điện, xem tài liệu có... đến tượng phóng điện bề mặt dòng áp gây sét đánh trực tiếp lên hệ thống truyền tải điện A Ảnh hưởng dòng điện sét GVHD: PGS-TS Đào Ngọc Chiến Học viên: Đinh Thùy Hương Tiểu luận tương thích điện. .. phóng điện dịng q áp nghiên cứu để làm rõ chế gây lỗi đường dây phân phối điện dựa liệu quan sát sét đánh trực tiếp A Mơ hình dạng sóng sét Đường đặc tính dạng sóng điện áp sét giúp cho việc nghiên