Giáo trình Cao áp Trường: BÁCH KHOA HÀ NỘI Giảng viên: TRẦN VĂN TỚP
Phần I Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 1 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 8.1. Mở đấu 8.1.1. Yêu cầu bảo vệ chống sét trạm biến áp Phần này trình bày việc nghiên cứu bảo vệ chống sét trạm biến áp, hớng chủ yếu vào bảo vệ các thiết cao áp và trung áp. a) Bảo vệ trạm biến áp chống sét đánh trực tiếp 9 Trạm biến áp trung gian là trạm biến áp loại lớn. * Một trạm điển hình có diện tích khoảng 0,1km2. * Giả thiết mật độ sét là 4 lần trong 1 năm và trên km2 vớicờng độ hoạt động 10-30 ngày/năm, * Tính đợc số lần trạm biến áp bị sét đánh trung bình một lần trong 2 đến 5 năm. 9 Nếu nh sét đánh trực tiếp vào phần thiết bị của trạm đợc nối với nhiều đờng dây bên ngoài : dòng điện sét có thể truyền ra phía ngoài trạm và quá điện áp trên thanh cái đợc xác định : )t(inZ)t(uc= (8. 1) * Zc là tổng trở xung kích của đờng dây (400), * n số đờng dây vào thời điểm này đợc nối với phần bị sét đánh. Trờng hợp nguy hiểm nhất khi n=1. * Quá điện áp có thể đạt giá trị 800 kV với dòng điện sét rất bé khoảng 2kA. 9 Sẽ xảy ra phóng điện và dẫn đến sự cố trong trạm. Nếu có các thiết bị bảo vệ nh khe hở phóng điện hoặc chống sét van, chúng có thể bảo vệ các thiết bị đầu tiên trong trạm. 9 Nếu sét đánh vào phần làm việc của trạm cách ly với lới điện bên ngoài thì vào thời điểm này phần bị sét đánh có thể mô tả bằng một điện dung và quá điện áp có tri số bằng : C)t(i)t(u= (8. 2) Dạng quá điện áp này đặc trng bởi độ dốc và biên độ khá lớn (với C=1000pF, có thể đạt độ dốc trung bình hàng trăm MV/s). 9 Trong trờng hợp này khoảng khe hở khí có thời gian phóng điện rất lớn nên cả chống sét van và khe hở không thể bảo vệ đợc các thiết bị. 9 Phân tích đơn giản trên đây cho thấy rằng việc bảo vệ tất cả các phần làm việc của trạm chống sét đánh trực tiếp là không thể thiếu. 9 Vấn đề bảo vệ chống sét đánh trực tiếp : các trạm biến áp lớn đợc bảo vệ chống sét đánh thẳng bằng dây chống sét (treo phía trên các thiết bị và các xà đỡ dây, thanh cái) hoặc các cột chống sét kiểu Franklin. 9 Nếu nh sét đánh vào những phần không mang điện áp của trạm nh các xà, cột và nếu tổng trở nối đất của trạm rất thấp khoảng vài ohm hoặc vài phần ohm thì sét không gây nguy hiểm cho trạm. Phóng điện ngợc trên cách điện không thể xảy ra nếu chúng ta thực hiện nối đất tốt và có biện pháp tạo ra mạng lới nối đât. 9 Vấn đề ở đây là cần nghiên cứu bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đờng dây vào trạm, đôi khi điểm bị sét đánh có thể nằm khá xa trạm. b) Bảo vệ trạm chống quá điện áp khí quyển 9 Khi sét đánh vào đờng dây sẽ dẫn đến quá điện áp khí quyển lan truyền từ điểm sét đánh dọc theo đờng dây về phía trạm biến áp nối với đờng dây. Trong quá trình truyền sóng nếu biên độ sóng điện áp vẫn còn lớn hơn Phần I Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 2 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn mức cách điện đờng dây thì vẫn còn sóng quá cắt (do phóng điện trên chuỗi cách điện đờng dây) tiếp tục lan truyền về phía trạm. 9 Bảo vệ chống quá điện áp do sét đánh từ đờng dây truyền vào trạm có yêu cầu rất cao vì trong trạm có những thiết bị quan trọng nh MBA máy cắt điện . Cách điện của các thiết bị này lại yếu hơn nhiều so với cách điện của đờng dây. Do đó những sóng xuất hiện bởi sét sẽ gây nguy hiểm đối với thiết bị. 9 Để bảo vệ chống sóng truyền vào trạm ngời ta dùng chống sét ống, chống van để tăng cờng bảo vệ. 9 Chỉ tiêu bảo vệ chống sóng truyền vào trạm là một số liệu quan trọng nó cho phép đánh giá mức độ an toàn với sóng quá điện áp của trạm. Tuy nhiên việc tính toán khá phức tạp, khối lợng tính toán lớn, do tham số của sóng truyền từ đờng dây vào trạm rất khác nhau (phụ thuộc vào dòng điện sét, kết cấu đờng dây, vị trí sét đánh). Do đó việc tính toán chống sóng truyền phải tính với nhiều tham số khác nhau và dựa vào đó tìm ra tham số tới hạn nguy hiểm của sóng truyền vào trạm. Với trị số tới hạn của tham số sóng sét, biết phân bố xác suất của chúng có thể tính đợc chỉ tiêu bảo vệ chống sét truyền vào trạm. 9 Phơng pháp bảo vệ chống sóng truyền vào trạm là tìm cách "san bằng" quá điện áp truyền tới, với mục đích đa chúng về các trị số tơng thích với mức chịu đựng của các thiết bị điện : cần đảm bảo rằng mức cách điện xung kích BIL (Basic Impulse Level) của tất cả các thiết bị trong trạm không bị vợt quá (phối hợp cách điện). Nguyên tắc bảo vệ là tạo ra một mạch điện tản dòng điện sét vào đất do phóng điện hoặc do dãn điện. Hai laọi thiết bị đợc dùng để bảo vệ chống sóng truyền là khe hở phóng điện và chống sét van. 9 Việc sử dụng các chống sét van hoặc khe hở phóng điện chỉ có hiệu quả trong các trờng hợp bố trí đúng thiết bị bảo vệ, đặc biệt là khoảng cách từ thiết bị bảo vệ đến thiết bị cần bảo vệ và tình hình nối đất của trạm. Từ đó đẫn đến khái niệm "khoảng cách bảo vệ". 9 Cũng cần lu ý rằng chống sét van chỉ có thể thông thoát dòng điện có biên độ và độ dài nhất định không bị phá huỷ. Đặc tính này là nền tảng để phân loại các chống sét van, mà tham số chính là dòng điện phóng điện đợc sử dụng trong các thí nghiệm. Thông thờng dòng điện này có giá trị từ 5kA đến 10kA. 9 Dòng điện qua chống sét van khi có sét đánh vào đờng dây cách xa trạm (vài kilomét), có thể tính nh sau : ccpZUZUI%5022== (8. 3) * U50% là mức cách điện và Zc là tổng trở xung kích của đờng dây. * Đối với đờng dây điện áp 110 kV: U50%=650 kV, Zc=400, ta tính đợc I=3,25kA. 9 Nếu sét đánh vào gần trạm, do phản xạ nhiều lần từ điểm sét đánh, dòng điện qua chống sét van có trị số : csvsRRRII+= (8. 4) * R là điện trở nối đất xung kích của cột, * Rcsv là điện trở của chống sét van ứng với điện áp d và dòng điện thông qua nó. Với chống sét van 110 kV, Ucsv=365 kV, điện trở của chống sét van ở dòng điện 10kA bằng 36,5. Nếu nối đất có trị số điện trở nối đất R=10 và dòng điện sét tính theo 150kA, ta tính đợc phần dòng điện qua chống sét van bằng 32,11kA. Trị số này lớn hơn nhiều khả năng chịu của chống sét van. 9 Để dòng điện qua chống sét van không vợt quá giới hạn cho phép thì trở nối đất của mọi cột điện trong đoạn gần tới trạm phải đạt trị số rất bé (trong ví dụ trên, R cần phải nhỏ hơn 2,62). 9 Nếu không thực hiện đợc nối đất tốt nh vậy thì cần phải loại trừ khả năng sét đánh trực tiếp vào đoạn đờng dây dẫn ở đoạn gần tới tới trạm. Với mục đích đó, đoạn đờng dây 1 đến 2 km dẫn đến trạm thờng đợc bảo vệ bằng cách treo dây chống sét hoặc cột thu sét. Phần I Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 3 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn 9 Việc bảo vệ đoạn đờng dây dẫn ở đoạn gần tới trạm không chỉ có tác dụng đảm bảo điều kiện làm việc bình thờng của chống sét van mà còn có tác dụng giảm độ dốc của sóng truyền vào trạm. 9 ở trạm biến áp, chống sét van có thể đợc đặt ở thanh góp nên giữa nó tới thiết bị luôn có một khoảng cách nhất định. Điện cảm của dây nối từ chống sét van đến thiết bị và điện dung của cách điện thiết bị sẽ hình thành mạch giao động L-C làm cho điện áp đặt trên thiết bị có thể vợt quá trị số điện áp d của chống sét van. Độ chênh lệch càng lớn khi chống sét van đặt càng xa thiết bị và sóng truyền vào trạm có độ dốc càng lớn. Để có thể dùng số ít chống sét van mà vẫn bảo vệ đợc toàn bộ các thiết bị trong trạm, phải hạn chế độ dốc sóng bằng cách trớc khi vào trạm sóng phải truyền qua một đoạn đờng có chiều dài nhất định. Vầng quang xuất hiện trên đoạn này sẽ làm giẩm độ dốc của sóng. 8.1.3. Dạng sóng tính toán 9 Khi sét đánh vào dây dẫn thì biên độ điện áp xuất hiện trên dây dẫn bằng : sscddIIZU 1004= (8. 5) a) Với dòng điện sét bé, điện áp Udd<U50%, dạng sóng lặp lại dạng dòng điện (toàn sóng) b) Khi dòng điện sét đủ lớn, điện áp Uc có thể vợt quá U50%, dẫn đến phóng điện trên một hoặc nhiều chuỗi sứ, do đó dạng sóng có dạng c) Nếu sét đánh vào dây chống sét hoặc sét đánh vào đỉnh cột và gây phóng điện ngợc sang dây dẫn, dạng sóng quá điện áp lặp lại dạng dòng điện sét. U Umax=ZcIf/4<U50% t a) Ut c)UUmax=RIf<U50%tb)U=ZcIf/43 1 31U=ZcIf/43 1Umax=RIfU50%4 Cac tham số của sóng sét với các sau : * tại điểm sét đánh, sóng dốc thẳng đứng và khi truyền sóng do vầng quang, độ dốc giảm còn: lUtUa%50%50== (8. 6) =1 và l là khoảng cách truyền sóng * biên độ bằng điện áp U50% của cách điện đờng dây 9 Trong tính toán thờng sử dụng sóng xiên góc : đầu sóng có độ dốc a= dU/dt không đổi và điện áp bằng hằng số ở phần đuôi sóng với T = Up/a là thời gian đầu sóng điện áp tăng từ 0 đến Up. 8.1.3. Khoảng cách bảo vệ Khái niệm "khoáng cách bảo vệ" 9 sóng quá điện áp lan truyền dọc theo đờng dây về phía trạm biến áp gồm một máy biến áp đợc bảo vệ bởi một chống sét van. + tổng trở xung kích : Zc, + vận tốc truyền sóng : v, + khoảng cách chống sét van - máy biến áp : D + thời gian truyền sóng giữa hai điểm A và B : = D/v, Phần I Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 1 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn 9 chống sét van có đặc tính phi tuyến lý tởng : khi điện áp vợt quá ngỡng Up, nó dẫn điện tức thì và điện áp giới hạn bằng Up, 9 tổng trở nối đất bằng không; 9 dây nối đờng dây - chống sét van, chống sét van - đất ngắn bằng không 9 máy biến áp : ở tần số công nghiệp, tổng trở đầu vào lớn hơn Zc rất nhiều, và khi sóng điện áp tới máy biến áp hầu nh nó sẽ phản xạ toàn phần (điện áp tăng gấp hai lần tại điểm phản xạ). Quá điện áp lớn nhất trên máy biến áp. Trờng hợp Tiêu chuẩn Quá điện áp lớn nhất trên máy biến áp Nhận xét 1 rvUDp2> với T<2 2Up Đầu sóng r dốc, khoảng cách D lớn Không có ảnh hởng khoảng cách D tứ CSV đến điện áp lớn nhất trên máy biến áp. CSV hạn chế điện áp ở mức 2Up. 2 rvUDp2< với T>2 =+=+TUvDrTUvDrUppp2.221.2 Đầu sóng r chậm, khoảng cách D rất ngắn CSV có tác dụng hạn chế điện áp lớn nhất trên máy biến áp theo hiệu ứng khoảng cách D. Khái niệm khoảng cách bảo vệ 3 rvUDp2= với T=2 ppppUUUvDrU2.2 =+=+ Nằm giữa hai trờng hợp 9 Nếu điện áp xung kích lớn nhất có thể chấp nhận đối với máy biến áp đợc cố định bằng 1,3 lần Up, ta có vDaUUpp.23,1 + (8. 7) 9 Từ đó khoảng cách chống sét van - máy biến áp không đợc vợt quá : vTavUDp 15,0.15,0 = (8. 8) Ví dụ với Up = 1200 kV, v = 300 m/s, a = 2 000 kV/s D 27 m. Trong thức tế còn phải tính đến : ắ các dây nối của chống sét van với thiết bị và với đất; ắ đặc tính thức tế của chống sét van; ắ kết cấu của mạng với các điểm gián đoạn ttống trở và vận tốc truyền sóng ắ các phần tử mang tính chất điện dung trong đó có máy biến áp Phần I Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 2 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn Up Up Up Up Up Up Up Up Up 2Up Up 2Up Up Up Up 2Up 2Up -Up Up Up Up Up Up Up -Up -Up -Up -Up -Up Up Up Up -Up -Up Giản đồ truyền sóng điện áp ứng với trờng hợp 1 (đầu sóng dốc) và trờng hợp 2 (đầu sóng chậm) 2Up Up 2Up Up Sự phân bố theo thời gian của điện áp trên mạch bảo vệ bằng chống sét van trờng hợp 1 (đầu sóng rất dốc); trờng hợp 2 (sóng dài). 2UpUp Biểu đồ qúa điện áp lớn nhất trên máy biến áp (điểm B) theo hàm của T với cho trớc (trờng hợp ) Phần I Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 1 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn 8.2. Nghiên cứu bảo vệ chống sét trạm biến áp theo sơ đồ đơn giản Chúng ta nghiên cứu bảo vệ trạm đơn giản theo sơ đồ gồm một đờng dây, một chống sét van bảo vệ một máy biến áp C lUp A BC lf Upa) b)fAB a) Trờng hợp máy biến áp đặt trớc chống sét van * Không xét ảnh hởng của điện dung C + điện dung của máy biến áp C=0 + tổng trở của đoạn dây nối l bằng chính tổng trở xung kích của đờng dây. + điện áp xuất hiện trên chống sét van và trên máy biến áp đợc tính với sóng tới dạng xiên góc. Ur = UCSV - UptpUUCSVUp2UptUdUi/2Uia)2ftp+2UrUUiUptUdUimaxb)U'iClUpA Bf 9 Do điện áp trên chống sét van hầu nh không đổi khi điện áp thay đổi khá lơn nên ta có thể coi nó nh một nguồn dòng với điện áp bằng điện áp d. 9 Điện áp tại điểm A bao gồm sóng điện áp tới Up và sóng phản xạ từ đầu cuối trở về. Tại điểm B, lsóng phản xạ đợc xác định theo biểu thức : pCSVrUUU = 2. Khi sóng này về tới điểm A, nó chậm một khoảng thời gian 2 so với sóng tới Up, khoảng thời gian này bằng : vl22= 9 Chúng ta xếp chồng sóng phản xạ từ điểm B trở về lên sóng tới Up. Do đó điện áp lớn nhất trên cách điện của thiết bị cần bảo vệ có giá trị bằng : ( ) ( )aUtaattaUapppi2222max+=+=++= (8. 9) a là độ dốc của sóng tới ; tp : thời gian phóng điện và Ua : điện áp phóng điện xung kích của chống sét van Nh vậy điện áp lớn nhất trên cách điện tại điểm A vợt quá điện áp trên chống sét van một lợng bằng vla2a2=, tỉ lệ với độ dốc a và khoảng cách l giữa thiết bị cần bảo vệ và chống sét van. Biểu thức trên chỉ đúng với fpt2<+. Trong trờng hợp ngợc lại với fpt2>+, ta có :2maxmaxUaUUpi+= (8. 10) Trờng hợp này rõ ràng không thể đợc sử dụng vì sóng quá điện áp lớn hơn mức cách điện của trạm, chống sét van không có khả năng bảo vệ thiết bị chống sóng quá điện áp lan truyền tới. Phần I Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 2 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn Xét đến ảnh hởng của điện dung C Khi sóng lan truyền qua điện dung C, độ dốc của sóng giảm đôi chút Uparaf Uresiduell e 1UiU'i U Up 2Up t a) U Up 3 t b) 4 U''i 1 Điện áp trên cách điện và trên chống sét van khi xét đến điện dung C : a) điện áp trên chống sét van b) điện áp trên cách điện; 1 : sóng tới điểm B; 3 : sóng phản xạ từ; 4 : sóng phản xạ về tới điểm A. b) Trờng hợp chống sét van đặt trớc thiết bị cần bảo vệ Giống nh trờng hợp trên trớc hết ta cũng giả thiết điện dung C=0. Trong trờng hợp này, tính toán điện áp trên máy biến áp và trên chống sét van có phần phức tạp hơn bởi vì chúng ta cần xét phản xạ nhiều lần của sóng tới trên đoạn AB. Với C=0 (đờng dây hở mạch), tại điểm B sóng phản xạ lặp lại biên độ và dạng sóng tới (phản xạ dơng toàn phần) và tại điểm A sóng phản xạ có tể xác định theo phơng pháp đồ thị. Do tính chất phi tuyến của các điện trở phi tuyến dùng cho chống sét van, điện áp trên các đầu kẹp của nó vẫn hầu nh giữ nguyên khi có dòng điện sét đi qua. Do vậy ta cũng có thể coi nó nh một nguồn áp không đổi. Dạng điện áp trên ccáh điện cảu thiết bị cần bảo vệ phụ thuộc vào dạng giao động quanh điện áp d dd. Chu kỳ giao động đợc xác định bằng cách tơng tự nh khi cuối đờng dây hở mạch : vl44T== Phóng điện các khe hở của chống sét van xảy ra khi điện áp phản xạ từ điểm B về tới điểm A với tp>2. Điện áp lớn nhất trên cách điện có trị số bằng: a2UUamaxi+= Còn nếu phóng điện xảy ra trớc khi sóng phản xạ trở về (tp<2), thì amaxiU2U =. Bây giò ta sẽ xem xét ảnh hởng của điện dung C. Cũng giống nh trên sơ đồ không có điện dung C, điện áp trên chống sét van hầu nh giữ không đổi nên chúng ta có thể coi nó nh nguồn điện áp với dạng sóng xiên góc nh sóng tới. Với tính toán gần đúng, chúng ta có thể thay thế phần sơ đồ chứa đoạn l và điện dung C bằng mạch giao động L-C với tần số giao động riêng bằng: Phần I Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 3 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn cCZ1LC1== (8. 11) Chu kỳ giao động CcT2CZ22T ===. Chúng ta gặp lại vấn đề đã giải quyết trong chơng 4. Điện áp lớn nhất trên điện dung C phụ thuộc vào tỉ số fT. Trong trờng hợp trên aUrộsiduellef=, ta có : rộsiduelleCfUa2TT= (8. 12) c) Kết luận Từ các phân tích hai trờng hợp trên đây, chúng ta có các kết luận sau : 9 nếu chống sét van đặt sau máy biến áp (thiết bị cần bảo vệ), điện áp lớ nhất tác dụng lên cách điện phụ thuộc vào độ dốc của sóng tới và có thể lớn hơn điện áp phóng điện (hoặc điện áp d) của chống sét van tới hai lần. Điện dung có thể làm cho điện áp này giảm đôi chút. 9 nếu chống sét van đặt trớc thiết bị cần bảo vệ, điện áp trên cách điện có dạng giao động tắt dần xung quanh điện áp d của chống sét van. tăng điẹen dung C có thể làm tăng điện áp trên cách điện nhng không thể vợt quá hai lần điện áp d của chống sét van. 8.3. Truyền sóng vào trạm qua đoạn cáp Tại các nhà máy thuỷ điện ngời ta thờng dùng đoạn cáp để nối máy biến áp tăng áp với trạm biến áp phân phối. lcf Up 2l1 3ZcZ0 Tính toán điện áp rất phức tạp do phản xạ - khúc xạ nhiều lần của sóng tới từ đờng dây l cũng nh đoạn cáp l. Trớc hết ta phân tích quá trình phản xạ trớc khi chống sét van hoạt động. ở trạng thái sóng, máy biến áp là phụ tải công suất vừa phải, do đó ta có thể coi là cuối đoạn cáp hở mạch. Kết quả tính toán với tỉ lệ Zo/Zc=0,5; f=0,5c và = 0,1c (<Zo và Zc tổng trở xung kích của đờng dây và của đoạn cáp; f thời gian đầu sóng tới Up: c và là thời gian truyền sóng trên đoạn lc) : Zo = 25 và Zc=500, f =2s, lc =600m c =600/300 =2s, l =120m =0,4s. Phần I Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 4 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn U UpUp i 2ipt c2 0,2 6 8 10 12 144 0,8 0,6 0,4 1,0 3 2 Nhận xét 9 điện áp tại hai đầu cáp hầu nh không đổi chỉ tăng chút ít 9 điện áp trên các cực của chống sét van ban đầu có giá trị nh điện áp của sóng tới và khi có sóng phản xạ từ đoạn cáp trở về nó giữ nguyên hằng số cho đến tận cuối thời gian đầu sóng và cuối cùng sẽ giảm rất nhanh đến trị số điện áp ở đầu đoạn cáp. Do vậy, phóng điện các jhe hở chống sét van chỉ xảy ra trong thời gian đầu sóng hoặc sau vài lần phản xạ khi điện áp tại các nút 1, 2, 3 trở nên bằng nhau. Để chống sét van phóng điện trong khoảng thời gian này, cần thoả mãn điều kiện sau: aUvlaa = (8. 13) Thay fpUa=, ta có : apfUU vl (8. 14) Với trạm biến áp 110 kV, Up= U50%=650 kV, Ua =285 kV, f=1,2s l160m. Trong thực tế, chống sét van chỉ bắt đầu làm việc sau khi đoạn cáp đợc nạp đầy điện tích (điện áp trên đoạn caps này bằng điện áp trên các cực của chống sét van) với thời gian phóng điện tp>>c. Bởi vì đoạn cáp đợc nối giữa hai môi trờng có tổng trở xung kích lớn hơn tổng trở của nó rất nhiều, đặc biệt tổng trở của máy biến áp có thể coi là vô cùng lớn, ta có thể thay thế đoạn cáp này bởi điện dung tập trung Cc : ococccZZ.vlC== (8. 15) Sơ đồ tơng đơng đợc trình bày trên hình vẽ(phía máy biến áp hở mạch) f Up lZca) Io l=Zc Cc >> b) Cc Trạm biến áp nối với đờng dây qua đoạn cáp Phần I Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 5 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn Sau khi phóng điện, điện áp trên các cực của chống sét van giữ nguyên bằng điện áp d của nó. Nếu ta coi chống sét van nh một nguồn áp điện áp xung vuông góc (chúng ta sử dụng sóng vuông góc nhằm mục đích đơn giản hoá tính toán vì điện áp tại hai đầu đoạn cáp không có bị ảnh hởng nhiều vì độ dốc cảu sóng). Sơ đồ tơng đơng hình 8-14b là mạch giao động đã biết với điều kiện là vào lúc đóng mạch điện (khi khe hở phóng điện của chông sét van bị phóng điện đánh thủng),tụ điện C đã đợc naph đến điện áp ban đầu Uo. Vì UaUoUoUrộsisuelle do đó có dòng đ Io0 trong mạch. Ta có thể xác định trị số Io bằng đờng cong trên hình 8-11, nếu nh đến tận thời điểm phóng điện của chống sét van, không có sóng phản xạ từ điểm sét đánh hoặc tính một cách gần đúng theo biểu thức sau: cdpoZUUI2 (8. 16) Ta cũng có thê rtính thành phần giao động của điện áp trên đoạn cáp từ phơng trình cân bằng năng lợng: 2U.C22LI2ic20 (8. 17) Từ đó tính đợc điện áp của đoạn cáp cũng chính là điện áp trên cách điện của thiết bị bảo vệ bằng : ttCLLUUUcodicsin+== (8. 18) Giá trị lớn nhất của điện áp này bằng : ()cccdpdccpdiClLZUUUCLZUUUU.222max+=+đ (8. 19) Ta thấy rằng điện áp Ui max phụ thuộc rất lớn vào biên độ sóng tới và tổng trở xung kích của đờng dây. Ui tăng với khoảng cách l tăng nhng khi ta tăng chiều dài đoạn cáp lc thì lại làm giảm điện áp trên cách điện bởi vì khi đó điện dung C của đoạn cáp tăng sẽ kéo theo giảm biên độ dao động. Ngoài ra, điện áp Ui còn phu thuộc vào thời gian tồn tại của sóng tới. Với sóng tới rất ngắn, chống sét van có thể không kịp làm việc. Do đó điện áp trên cách điện có thể thấp hơn điện áp trên các cực của chống sét van. 8.4. Bảo vệ trạm Trong mục trên chúng ta nghiên cứu bảo vệ chống sét trạm biến áp đơn giản. Đối với trạm phức tạp, việc xác định điện áp trên thiết bị cần bảo vệ phức tạp hơn nhiều, phải xem xét quá trình phản xạ nhiều lần của sóng giữa nhiều nút khác nhau, do đó cần xác định điện áp tại tất cả các nút. Có thể giải quyết vấn đề này bằng phơng pháp sơ đồ tơng đơng mô tả trong chơng 4. Trong trờng hợp này, ngời ta thay thế các sơ đồ thực bằng sơ đồ thay thế trạng thái sóng. Khi thiết lập sơ đồ thay thế chúng ta dựa trên các giả thiết sau : 9 sóng lan truyền không hề bị suy giảm 9 vân tốc truyền sóng bằng vận tốc ánh sáng; 9 tổng trở xung kích của đờng dây và thanh cái bằng nhau và băng 400. Sơ đồ xuất phát thờng rất phức tạp do đó để quá trình tính toán đơn giản, có thể giảm bớt khối lợng tính toán bằng cách xác định trạng thái vận hành nguy hiểm nhất về mặt bảo vệ sóng truyền vào trạm và và giảm số nút tính toán trên cơ sở lựa chọn xác định những nút quan trọng nhất khi thành lập sơ đồ tính toán. Điều đó đảm bảo cho khả năng mức độ bảo vệ an toàn nhất. Trong sơ đồ này, các thiết bị đợc thay thế bằng các điện dung tập trung tơng đơng của nó. Các giá trị điện dung tơng đơng này có đợc nhờ tra bảng. [...]... I Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 1 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 8. 1. Mở đấu 8. 1.1. Yêu cầu bảo vệ chống sét trạm biến áp Phần này trình bày việc nghiên cứu bảo vệ chống sét trạm biến áp, hớng chủ yếu vào bảo vệ các thiết cao áp và trung áp. a) Bảo vệ trạm biến áp chống sét đánh trực tiếp 9 Trạm biến áp trung gian... phân tích trình tự nghiên cứu sét và chỉ ra c¸ch thøc d¸nh gi¸ nguy hiĨm do sÐt. Phần I Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 2 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn trên cực máy biến áp, đặc tính riêng khác nhau của chống sét van. Và với mỗi trờng hợp điện áp lớn nhất đợc phát triển tại máy biến áp đo lờng, trạm GIS, máy biến áp lực. Các trị số quá điện áp này đợc... Quá điện áp và hệ số an toàn (%)=(BIL-U max )/U max Gần biến điện áp Trớc trạm Trớc máy biến áp lực Biến điện áp GIS Biến áp lực BIL 1550 kV BIL 180 0 kV BIL 1550 kV BIL 1550 kV BIL 180 0 kV Cã Cã Cã 1096 kV 1103 kV 1004 kV 41,4% 64,2 % 40,5 % 54,2 % 79,3 % Cã Non Cã 1263 kV 1235 kV 1044 kV 22,7% 42,5 % 25,5 % 48, 5 % 72,4 % Cã Cã Non 1096 kV 1103 kV 1560 kV 41,4 % 64,2 % 40,5 % -0 ,6% 15,4... sóng điện áp tới máy biến áp hầu nh nó sẽ phản xạ toàn phần (điện áp tăng gấp hai lần tại điểm phản xạ). Quá điện áp lớn nhất trên máy biến áp. Trờng hợp Tiêu chuẩn Quá điện áp lớn nhất trên máy biến áp Nhận xét 1 r vU D p 2 > với T<2 2U p Đầu sóng r dốc, khoảng cách D lớn Không có ảnh hởng khoảng cách D tứ CSV đến điện áp lớn nhất trên máy biến áp. CSV hạn chế điện áp ở mức 2U p .... Phần I Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 1 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn 9 chống sét van có đặc tính phi tuyến lý tởng : khi điện áp vợt quá ngỡng U p , nó dẫn điện tức thì và điện áp giới hạn bằng U p , 9 tổng trở nối đất bằng không; 9 dây nối đờng dây - chống sét van, chống sét van - đất ngắn bằng không 9 máy biến áp : ở tần số công nghiệp, tổng... có tác dụng hạn chế điện áp lớn nhất trên máy biến áp theo hiệu ứng khoảng cách D. Khái niệm khoảng cách bảo vệ 3 r vU D p 2 = với T=2 pppp UUU v Dr U 2 . 2 =+=+ Nằm giữa hai trờng hợp 9 Nếu điện áp xung kích lớn nhất có thể chấp nhận đối với máy biến áp đợc cố định bằng 1,3 lần Up, ta có v Da UU pp . 23,1 + (8. 7) 9 Từ đó khoảng cách chống sét van - máy biến áp không đợc vợt quá : vT a vU D p ... bằng điện áp U 50% của cách điện đờng dây 9 Trong tính toán thờng sử dụng sóng xiên góc : đầu sóng có độ dốc a= dU/dt không đổi và điện áp bằng hằng số ở phần đuôi sóng với T = U p /a là thời gian đầu sóng điện áp tăng từ 0 đến Up. 8. 1.3. Khoảng cách bảo vệ Khái niệm "khoáng cách bảo vệ" 9 sóng quá điện áp lan truyền dọc theo đờng dây về phía trạm biến áp gồm một máy biến áp đợc... truyền sóng nếu biên độ sóng điện áp vẫn còn lớn hơn Phần I Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 3 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn 9 Việc bảo vệ đoạn đờng dây dẫn ở đoạn gần tới trạm không chỉ có tác dụng đảm bảo điều kiện làm việc bình thờng của chống sét van mà còn có tác dụng giảm độ dốc của sóng truyền vào trạm. 9 ở trạm biến áp, chống sét van có thể đợc đặt... van (máy biến áp đo lờng, máy biến áp lực). Bảng và đờng cong tơng ứng với trờng hợp an toàn nhất khi dùng 3 chèng sÐt van (n ° 1, 2 vµ 3). 8. 5.5. Tính tần suất sét đánh và nguy hiểm do sét Tần suất trung bình sét đánh vào đờng dây đợc tính theo công thức trong chơng 7 : )/1(03,1 100 . 7030 1 namN Ll N NN L kL = += (8. 21) Kết quả các đờng cong theo mô phỏng quá điện áp sét. Vị... Vầng quang xuất hiện trên đoạn này sẽ làm giẩm độ dốc của sóng. 8. 1.3. Dạng sóng tính toán 9 Khi sét đánh vào dây dẫn thì biên độ điện áp xuất hiện trên dây dẫn bằng : ss c dd II Z U 100 4 = (8. 5) a) Với dòng điện sét bé, điện áp U dd <U 50% , dạng sóng lặp lại dạng dòng điện (toàn sóng) b) Khi dòng điện sét đủ lớn, điện áp U c có thể vợt quá U 50% , dẫn đến phóng điện trên một hoặc nhiều . Up Up 2Up Up 2Up Up Up Up 2Up 2Up -Up Up Up Up Up Up Up -Up -Up -Up -Up -Up Up Up Up -Up -Up Giản đồ truyền sóng điện áp ứng với trờng hợp 1 (đầu sóng. Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 1 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn Chơng 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp 8. 1. Mở đấu 8. 1.1.