Giáo trình Cao áp Trường: BÁCH KHOA HÀ NỘI Giảng viên: TRẦN VĂN TỚP
Phần I Chơng mở đầu : Quá điện áp v vấn đề bảo vệ HTĐ Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn 1Mở đầu : Quá điện áp v vấn đề bảo vệ Tổng chiều dài các đờng dây tải điện cao áp của nớc ta hiện nay 9 điện áp từ 35 - 220 kV nghìn km 9 đờng dây siêu cao áp (500 kV) nghìn km. Dự báo đến năm 2020, 9 điện áp từ 35 - 220 kV nghìn km 9 đờng dây siêu cao áp (500 kV) l nghìn km. Công suất đặt của các nhà máy điện cũng tăng rất nhanh. Kỹ thuật điện áp cao đóng vai trò rất quan trọng trong việc truyền tải điện năng đi xa. Công suất tại một số nhà máy lớn độ tin cậy của các đờng dây tải điện cao áp và toàn bộ các thiết bị có ý nghĩa quan trọng. Trong đó, việc giải quyết vấn đề tin cậy của cách điện với điện áp làm việc tác dụng thờng xuyên lên cách điện hoặc các loại quá điện xuất hiện ngắn hạn. Quá điện áp là : 9 các nhiễu loạn trong hệ thống điện, 9 các nhiễu loạn này xếp chồng lên điện áp định mức của mạng điện. Các quá điện áp này có thể xuất hiên do các nguyên nhân sau: 9 giữa các pha hoặc giữa các mạch 9 giữa dây dẫn pha và mạch nối đất Quá điện áp 9 biến thiên và có tính bấp bênh 9 việc xác định rõ các đặc tính rất khó khăn 9 chỉ có thể thiết lập một tiếp cận thống kê các đặc tính (thời gian, biên độ ). Các đặc tính chủ yếu của các dạng quá điện áp. Dạng quá điện áp hệ số quá ápThời gian Độ dốc Tần số Tắt dần QĐA tần số công nghiệp (sự cố h hỏng cách điện 3lâu dài, > 1 ms Tần số công nghiệp chậm QĐA nội bộ (đóng cắt) 2 - 4 ngắn hạn, 1 ms Trung bình, 1 - 200 kHz trung bìnhQĐA khí quyển > 4 rất ngắn 1 - 10s rất dốc 1000 kV/s rất mạnh Nhiễu loạn có thể dẫn đến : 9 gián đoạn tạm thời (tự động đóng lại trong các lới điện phân phối trung áp 9 gián đoạn lâu dài (cắt điện để thay thê cách điện bị h hỏng hoặc thay thế thiết bị. PhÇn I Ch−¬ng më ®Çu : Qu¸ ®iƯn ¸p vμ vÊn ®Ị b¶o vƯ HT§ Kü tht ®iƯn ¸p cao PDF by http://www.ebook.edu.vn 2C¸c lo¹i qu¸ ®iƯn ¸p A. Qu¸ ®iƯn ¸p khÝ qun Gi«ng sÐt lµ mét hiƯn t−ỵng thiªn nhiªn rÊt ly kú vµ nguy hiĨm : trªn toµn cÇu trung b×nh 1000 c¬n gi«ng hµng ngµy Theo thèng kª cđa n−íc Ph¸p, hµng n¨m 9 gi«ng sÐt g©y ra 10% ho¶ ho¹n, 9 40 ng−êi vµ kho¶ng 20 000 ®éng vËt bÞ chÕt, 9 50000 lÇn c¾t ®−êng d©y ®iƯn vµ ®iƯn tho¹i. c¸c ®−êng d©y t¶i ®iƯn trªn kh«ng §Ỉc thï cđa c¸c phãng ®iƯn sÐt lµ cùc tÝnh cđa dßng ®iƯn sÐt : 9 ~ 10% có sÐt mang cùc tÝnh d−¬ng nh−ng th−êng l¹i d÷ déi vµ m·nh liƯt nhÊt. 9 thêi gian ®Çu sãng cđa xung sÐt rÊt ng¾n (quy ®Þnh 1,2 μs ®èi ®iƯn ¸p vµ 8 μs ®èi dßng B. Qu¸ ®iƯn ¸p tÇn sè c«ng nghiƯp TÊt c¶ c¸c lo¹i qu¸ ®iƯn ¸p cã tÇn sè thÊp h¬n 500 Hz lµ qóa ®iƯn ¸p tÇn sè c«ng nghiªp. B.1. Qu¸ ®iƯn ¸p do h− háng c¸ch ®iƯn B.2. Qu¸ ®iƯn ¸p trªn ®−êng d©y dµi hë m¹ch B.3. Qu¸ ®iƯn ¸p céng h−ëng C. Qu¸ ®iƯn ¸p thao t¸c Sù thay ®ỉi dét ngét cÊu tróc cđa l−íi ®iƯn lµm xt hiƯn hiƯn t−ỵng qu¸ ®é (sãng qu¸ ®iƯn ¸p hc cđa mét chi c¸c sãng cao tÇn kh«ng tn hoµn hc hc giao ®éng t¾t dÇn nhanh). C.1. Qu¸ ®iƯn ¸p khi ®ãng c¾t cã t¶i C.2. Qu¸ ®iƯn ¸p g©y bëi ®ãng c¾t dßng ®iƯn c¶m bÐ C.3. Qu¸ ®iƯn ¸p g©y bëi thao t¸c ®ãng c¾t m¹ch ®iƯn dung D. C¸c hiƯn t−ỵng thiªn nhiªn t¸c ®éng ®Õn hƯ thèng ®iƯn Hiện tượng thiên nhiên (sét và bão tư) có ảnh hưởng nghiêm trọng đến ổån đònh hệ thống điện. Nó có thể : 9 làm ngừng cung cấp điện, 9 phá hoại các thiết bò, 9 công trình xây dựng. 9 gây nguy hại đến tính mạng con người. * Đối với bão từ : (hiện tượng bề mặt của mẵt trời bùng nổ dữ dội phóng ra các hạt proton và electron vào khoảng không vũ tru) Chu kỳ của bão xấp xỉ 11 năm ï. PhÇn I Ch−¬ng më ®Çu : Qu¸ ®iƯn ¸p vμ vÊn ®Ị b¶o vƯ HT§ Kü tht ®iƯn ¸p cao PDF by http://www.ebook.edu.vn 3Khi tới trái đất, chùm hạt điện tích này tương tác với từ trường trái đất, cảm ứng các dòng điện Dòng cảm ứng đòa cực này lại cảm ứng ra các xung dòng trên các đường dây tải điện (gây bão hòa nửa chu kỳ các máy biến áp, sóng điều hòa có biên độ lớn do máy biến áp bò bão hòa sinh ra có thể làm rối loạn vận hành hệ thống, làm hư hại các máy phát điện, các máy biến áp và các trang bò điện khác đồng thời gây ra các hiện tượng nhảy máy cắt không cần thiết). Ngày nay do các hệ thống và lưới truyền tải được hợp nhất dầây đặc hơn, nên chúng có thể dễ bò hư hỏng nhiều hơn. Để đối phó với bão từ khi có bão từ xảy ra là 9 giảm tải lưới, 9 đóng thêm các tụ điện dự phòng. Muốn làm được điều này có hiệu quả thì các trạm dự báo khí tượng phải cung cấp sớm nhất các thông tin về bão từ cho các nhân viên vận hành hệ thống một cách chính xác, có độ tin cậy cao và đầy đủ để họ có các biện pháp xử lý tốt nhất. * Đối với sét : HiƯn t−ỵng phóng điện tia lửa khi khoảng cách giữa các điện cực rất lớn Sét đánh vào các công trình theo nhiều con đường khác nhau, có khi đánh cả vào những công trình được bảo vệ khá chu đáo Người ta tạm thời chia sét thành hai loại chính là sét dây và sét hòn. Sét dây là các cú phóng điện giữa mây và mây hoặc giữa mây và đấât (quan sát dưới dạng dây). Sét hòn biểu hiện dưới dạng cầu, ít phổ biến (có nhiều cách giải thích sự hình thành, tồn tại) đây chỉ chủ yếu đề cập đến vấn đề về sét dây. E. Ph©n lo¹i c¸ch ®iƯn C¸ch ®iƯn cđa c¸c trang bÞ ®iƯn ®−ỵc chia thµnh hai lo¹i lµ : C¸ch ®iƯn bªn ngoμi gåm kho¶ng kh«ng khÝ c¸ch ®iƯn (vÝ dơ, c¸ch ®iƯn gi÷a c¸c d©y dÉn cđa c¸c ®−êng d©y t¶i ®iƯn trªn kh«ng), bỊ mỈt ngoµi cđa c¸ch ®iƯn r¾n (c¸ch ®iƯn ®−êng d©y), kho¶ng c¸ch c¸ch ®iƯn gi÷a c¸c tiÕp ®iĨm cđa dao c¸ch ly, . §é bỊn c¸ch ®iƯn phơ thc rÊt lín vµo ®iỊu kiƯn bªn ngoµi ( ¸p st, nhiƯt ®é, ®é Èm cđa kh«ng khÝ, møc ®é « nhiƠm cđa m«i tr−êng). C¸ch ®iƯn bªn trong gåm c¸ch ®iƯn c¸c cn d©y m¸y biÕn ¸p, m¸y ®iƯn, c¸p ®iƯn, c¸c sø xuyªn, gi÷a c¸c tiÕp ®iĨm cđa m¸y c¾t (th−êng ®−ỵc phèi hỵp c¸c läai vËt liƯu c¸ch ®iƯn kh¸c ). §é bỊn c¸ch ®iƯn cđa c¸c c¸ch ®iƯn bªn trong hÇu nh− kh«ng phơ thc vµo c¸c u tè khÝ qun bªn ngoµi. §Ỉc ®iĨm cđa lo¹i c¸ch ®iƯn nµy lµ sù l·o ho¸ (sù suy gi¶m c¸c tÝnh chÊt c¸ch ®iƯn trong vËn hµnh), Phần I Chơng mở đầu : Quá điện áp v vấn đề bảo vệ HTĐ Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn 4hiện tợng phóng điện cục bộ trong các cách điện thể rắn. Do tổn hao điện môi, cách điện còn có thể bị nóng lên. Nếu chiều dày cách điện lớn, làm cho việc tản nhiệt khó khăn, sự nung nóng cách điện quá mức sẽ dẫn đến phóng điện nhiệt. Cách điện bên ngoài (không khí) có thể phục hồi tính chất cách điện sau khi phóng điện nhng phóng điện đánh thủng cách điện bên trong quá trình không thuận nghịch, dẫn đến h hỏng cách điện vĩnh viễn. Vì thế tình trạng cách điện bên trong cần phải đợc kiểm soát trong thời gian vận hành nhằm phát hiện các khuyết tật xuất hiện và ngăn ng các sự cố của các thiết bị. Cách điện thờng xuyên phải chịu tác dụng : 9 điện áp làm việc, 9 quá điện áp nội bộ, 9 quá điện áp khí quyển xuất hiện do sét. Khi bị sét đánh, trên cách điện của đờng dây trênkhông xuất hiện quá điện áp rất lớn, phóng điện mặt ngoài của chuỗi cách điện sẽ chuyển thành phóng điện hồ quang Phơng pháp hiệu quả để khắc phục chạm đất một pha do phóng điện trên cách điện : 9 đờng dây 3 - 35 kV : sử dụng cuộn dập hồ quang (dòng điện dung chạm đất đợc bù và gián đoạn cung cấp năng lợng, hồ quang không thể kéo dài và bị dập tắt). 9 đờng dây 110 kV trở lên xuất (trung tính nối đất trực tiếp) : thiết bị tự động đóng lại, sử dụng các dây chống sét (phối hợp sử dụng dây chống sét và TĐL giảm tối thiểu số lần cắt điện do). Sét đánh vào đờng dây làm xuất hiện quá điện áp lan truyền dọc đờng dây đến các trạm biến áp. Quá điện áp khí quyển xuất hiện phụ thuộc vào 9 cờng độ dòng điện sét 9 đặc điểm của các công trình bị sét đánh Quá điện áp nội bộ xuất hiện phụ thuộc 9 dạng thao tác 9 đặc tính của mạng và của các thiết bị đóng cắt. (mỗi lần đóng cắt xuất hiện quá điện áp khác nhau). Để hạn chế quá điện áp sử dụng các thiết bị bảo vệ nh là chống sét ống và chống sét van. Phối hợp điện áp tác động lên cách điện, đặc tính của thiết bị bảo vệ và của cách điện đảm bảo sự làm việc tin cậy của thiết bị là bài toán kinh tế kỹ thuật quan trọng và đợc gọi là phối hợp cách điện. 9 Mục đích của môn học kỹ thuật điện cao áp là 9 xem xét các đặc tính cách điện của cả cách điện bên ngoài và cách điện trong, 9 xem xét quá trính vận hành của cách điện ở điện áp làm việc và các loại quá điện áp, 9 tìm các biện pháp hạn chế quá điện áp và bảo vệ thiết bị bắng phối hợp cách điện. Phần I Chơng mở đầu : Quá điện áp v vấn đề bảo vệ HTĐ Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn 59 phơng pháp thí nghiệm cách điện và các kết cấu cách điện Phần I Chơng mở đầu : Quá điện áp v vấn đề bảo vệ HTĐ Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn 6Nội dung môn học và tài liệu Phần 1 Chơng 1 : Hiện tợng phóng điện sét Chơng 2 : Phóng điện xung kích Chơng 3 : Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Chơng 4 : Truyền sóng quá điện áp trên các đờng dây tải điện Chơng 5 : Nối đất chống sét Chơng 6 : Thiết bị bảo vệ chống sét Chơng 7 : Bảo vệ chống sét đờng dây tải điện Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp Chơng 9 : Bảo vệ chống sét máy điện Phần 2 Chơng 10 : Quá điện áp thao tác Chơng 11 : Quá điện áp xác lập Phần 3 Chơng 12 : Các quá trình điện lý trong điện môi Chơng 13 : Tính chất cơ bản và đặc tính của cách điện bên ngoài Chơng 14 : Cách điện bên trong và đặc tính chủ yếu Chơng 15 : Vận hành kết cấu cách điện ở điện áp làm việc bình thờng Chơng 16 : Cách điện của hệ thống điện Chơng 17 : Cách điện của đờng dây tải điện trên không và trạm biến áp Chơng 18 : Đờng dây cáp cao áp Chơng 19 : Cách điện của máy biến áp Chơng 20 : Cách điện của máy điện Chơng 21 : Cách điện của các thiết bị phân phối Ti liệu tham khảo Tiếng Việt GS. TS. Võ Viết Đạn, Giáo trình Kỹ thuật điện cao áp, Hanoi, 1972. TS. Nguyễn Thị Minh Chớc, Hớng dẫn Thiết kế tốt nghiệp Tiếng Anh-Pháp-Nga E. Kuffel , W. Zaengl, High Voltage Engineering, Pergamon Press Aguet, Michel, Lanoz, Michel , "Haute tension", Lausanne, Presses polytechniques et universitaires romandes , 1990 Traitộ d'ộlectricitộ ; v. 20. 425 p. Gary, Claude , "La foudre : histoire des connaissances, nature du phộnomốne, risques et mesures de protection", Paris, Masson , 1999, 224 p. Le Roy, Georges , Gary, Claude , Hultzler Bearnard, Lalot Jacques, Dubaton Christian, " Les Propriộtộs diộlectriques de l'air et les trốs hautes tensions", Editions Eyrolles, Paris, 1984, 611 p. Gary, Claude; Moreau, Marcel , " L'effet de couronne en tension alternative", Eyrolles Paris , 1976, 440 p. Schmitt, Alain; Deflandre, Thierry , " Les surtensions et les transitoires rapides de tension, en milieux industriel et tertiaire", Paris , Eyrolles , 1997, 399 p. Uman, Martin A., "Lightning", New York, Dover Publications , c1984, 298 p Golde, R.H., "Lightning", New York, Academic Press, 1977, 2 volumes, anglais. Lagonotte, Patrick , "Les installations ộlectriques", Paris, Hermốs Science Publications , 2000, 381 p. Morrison, Ralph ; Lewis, Warren H., "Grounding and shielding in facilities", New York ; Toronto, J. Wiley , 1990, 228 p. Escanộ, Jean Marie , "Rộseaux d'ộnergie ộlectrique modộlisation : lignes, cõbles", Paris, Eyrolles , 1997, Supộlec ; 12, 232 p. Mauduit, Alexandre Maurice Julien , "Installations ộlectriques a haute et basse tension", Paris, Dunod , 1964, 3 volumes. Ivanov-Smolenski, A., "Machines ộlectriques" Moscou : Editions Mir , 1983, volume 1, 2, 567p. . Phần I Chơng mở đầu : Quá điện áp v vấn đề bảo vệ HTĐ Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn 1Mở đầu : Quá điện áp v vấn đề bảo vệ. điện cao áp của nớc ta hiện nay 9 điện áp từ 35 - 220 kV .... nghìn km 9 đờng dây siêu cao áp (500 kV) .... nghìn km. Dự báo đến năm 2020, 9 điện áp