Bài giảng học phần Kỹ thuật cao áp: Chương 10 - TS. Nguyễn Văn Dũng

(BQ) Bài giảng môn học Kỹ thuật cao áp - Chương 10: Quá điện áp trong hệ thống điện cung cấp cho người học các kiến thức: Giới thiệu, quá điện áp do sét đánh, quá điện áp nội bộ, bảo vệ chống quá điện áp, quá trình sóng trên đường dây. Mời các bạn cùng tham khảo.

QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Khơng phép chép hay công bố rộng rãi hình thức NỘI DUNG  Giới thiệu  Quá điện áp sét đánh  Quá điện áp nội  Bảo vệ chống điện áp  Q trình sóng đường dây * Bài giảng có sử dụng số hình ảnh trích từ file tác giả khác TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Khơng phép chép hay cơng bố rộng rãi hình thức I GIỚI THIỆU  Hệ thống điện thường xuyên chịu tác động điện áp xảy thời gian ngắn  Nguồn gốc sinh điện áp: o Yếu tố bên ngoài: bị sét đánh  điện áp sét đánh o Yếu tố bên trong: thao tác vận hành (đóng, cắt đường dây thiết bị); cố (ngắn mạch, đứt dây…)  điện áp nội  Quá điện áp sét đánh không phụ thuộc vào giá trị điện áp hệ thống  Quá điện áp nội tỉ lệ thuận với giá trị điện áp hệ thống TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Không phép chép hay công bố rộng rãi hình thức  Uht 300 kV: thiết kế cách điện theo xung sét (lightning impulse)  300 < Uht < 765 kV: thiết kế cách điện theo xung sét đánh xung điện áp nội (Switching surge)  Uht 765 kV: thiết kế cách điện theo xung điện áp nội TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Không phép chép hay công bố rộng rãi hình thức II QUÁ ĐIỆN ÁP DO SÉT ĐÁNH Hiện tượng sét đánh  Sét dạng phóng điện tia lửa khí đám mây mang điện tích với đất đám mây mang điện tích trái dấu với  Các đám mây mang điện tích có độ cao trung bình vài km so với mặt đất  Điện đám mây đạt 10-100 MV TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Không phép chép hay công bố rộng rãi hình thức Hình ảnh sét đánh lên hệ thống điện! TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Khơng phép chép hay công bố rộng rãi hình thức Vị trí hay bị sét đánh  Vật thể có độ cao vật thể khác khu vực  Nơi tập trung điện tích  Nơi có khả tản dịng điện sét tốt (điện trở suất nhỏ) TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Khơng phép chép hay cơng bố rộng rãi hình thức Nguồn gốc hình thành phóng điện sét Hình thành đám mây mang điện tích với tâm điện tích âm phía dưới, tâm điện tích dương phía (có nhiều lý thuyết giải thích) Khơng khí ẩm ướt Tồn vật cao (tập trung điện tích) nơi có khả tản dịng tốt TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Không phép chép hay công bố rộng rãi hình thức * Các thông số sét: Chiều dài khe sét  km Điện 10  100 MV Vận tốc 3105 m/s Dịng điện 10 100 A Dịng phóng điện ngược  250 kA Nhiệt độ 15000  20000oC Thời gian  1s Năng lượng 55 kWh TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Khơng phép chép hay công bố rộng rãi hình thức Các giai đoạn phóng điện sét Giai đoạn  Đầu tiên, xuất phát từ đám mây dông kênh sáng mờ chứa điện tích âm (tiên đạo bậc-stepped leader) phát triển bước gián đoạn (50 mét, s) phía mặt đất TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Không phép chép hay công bố rộng rãi hình thức V QUÁ TRÌNH SĨNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY Sự truyền sóng điện từ đường dây không tổn hao  Khi xảy tượng điện áp, xuất sóng điện từ tần số cao lan truyền đường dây Sóng điện từ bị phản xạ ngược, truyền đi, méo dạng suy giảm tiêu tán hồn tồn lượng  Q trình truyền sóng điện từ đường dây kèm theo tổn hao điện trở đường dây (R), tổn hao dòng rò cách điện đường dây tổn hao vầng quang (G) TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Không phép chép hay công bố rộng rãi hình thức  Sơ đồ thay đường dây dài x x+dx TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Khơng phép chép hay công bố rộng rãi hình thức  Hệ phương trình vi phân biểu diễn q trình truyền sóng đường dây  Nếu đường dây khơng có tổn hao (R = 0, G = 0) TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Khơng phép chép hay cơng bố rộng rãi hình thức  Nghiệm tổng qt hệ phương trình truyền sóng khơng có tổn hao: Trong đó: f1: thành phần sóng tới f2: thành phần sóng phản xạ v: vận tốc truyền sóng Z: tổng trở sóng đường dây Z  L/C v  LC c r r Tốc độ ánh sáng Môi trường xung quanh TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Khơng phép chép hay công bố rộng rãi hình thức  Đối với đường dây không (r = 1, r = 1): v = c = 108 (m/s) 2hdd L  ln 10 7 H / m (Dây không phân pha) rdd 1 C  F /m c L 109  ln 2hdd rdd 2hdd Z  L / C  60 ln  rdd (Z  400 ) (Z không phụ thuộc chiều dài đường dây, phụ thuộc vào độ cao treo dây bán kính dây dẫn TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Không phép chép hay công bố rộng rãi hình thức  Đối với cáp ngầm (r = 1, r  4): v  c/2 = 1,5 108 (m/s) Z =  40  (nhỏ nhiều so với đường dây không cáp có C lớn L nhỏ TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Khơng phép chép hay công bố rộng rãi hình thức Hiện tượng phản xạ khúc xạ sóng: qui tắc Peterson  Giả sử có sóng tới ut lan truyền mơi trường có tổng trở sóng Z1 Đến điểm M, sóng chuyển sang mơi trường có tổng trở Z2  Z1 up TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Không phép chép hay công bố rộng rãi hình thức  Khi sóng truyền sang mơi trường xuất thành phần sóng khúc xạ uk đồng thời có thành phần sóng phản xạ up mơi trường cũ (Z1 >Z2) up  Phương trình điều kiện biên M: ut  u p  u k it  i p  ik TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Khơng phép chép hay cơng bố rộng rãi hình thức ut  u p  uk (1) it  i p  ik (2)  Z1it  Z1i p  Z1ik  ut  u p  Z1ik (3) (up = - Z ip) 1  3 : 2ut  ik Z1  uk 2ut Sơ đồ thay theo qui tắc Peterson (0  Z2  ) TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Khơng phép chép hay công bố rộng rãi hình thức  Từ sơ đồ, thành phần sóng khúc xạ xác định:  Từ sơ đồ, thành phần sóng phản xạ u p  uk  ut    1ut  ut TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Khơng phép chép hay công bố rộng rãi hình thức * Xét trường hợp Z2 = , đường dây hở mạch (không tải) Z       uk  2ut     1  1 u p  ut Hiện tượng gọi phản xạ dương áp toàn phần điện áp điểm cuối đường dây tăng gấp đôi Trường hợp xảy sét đánh vào đường dây dài khơng tải đóng cấp điện cho đường dây dài không tải TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Khơng phép chép hay công bố rộng rãi hình thức * Xét trường hợp Z2 = 0, đường dây dài bị ngắn mạch chạm đất Z      uk      1  1 u p  ut Hiện tượng gọi phản xạ âm áp toàn phần điện áp điểm cuối đường dây Trường hợp xảy sét đánh vào đường dây gây phóng điện sứ cách điện TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Không phép chép hay công bố rộng rãi hình thức * Xét trường hợp truyền sóng cuối đường dây có chống sét van a) Khi chống sét van chưa phóng điện  Sóng truyền từ Z1 đến Z2 =   Điện áp M tăng đến 2ut  u2=2ut TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Khơng phép chép hay công bố rộng rãi hình thức b) Khi chống sét van phóng điện  Đường cong u = 2ut cắt đặc tính Volt – giây khe hở phóng điện thời điểm CSV phóng điện thời điểm  Điện áp tác dụng lên CSV xác định theo qui tắc Peterson: 2ut t   u2 t   Z1icsv (t )  u2(t) thực chất điện áp tác dụng lên điện trở phi tuyến R CSV gọi udư CSV  u2(t) xác định theo phương pháp đồ thị TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Không phép chép hay công bố rộng rãi hình thức V-t khe hở Sụt áp đường dây Vế phải V-A CSV TS Nguyễn Văn Dũng 26/10/2015 Tài liệu có quyền Không phép chép hay công bố rộng rãi hình thức ... khe sét  km Điện 10  100 MV Vận tốc 3? ?105 m/s Dịng điện 10 ? ?100 A Dịng phóng điện ngược  250 kA Nhiệt độ 15000  20000oC Thời gian  1s Năng lượng 55 kWh TS Nguyễn Văn Dũng 26 /10/ 2015 Tài liệu... sét cao  Việt Nam có mật độ sét cao (2 0-5 0 lần/km2.năm) TS Nguyễn Văn Dũng 26 /10/ 2015 Tài liệu có quyền Khơng phép chép hay công bố rộng rãi hình thức  Bản đồ mật độ sét Việt Nam TS Nguyễn Văn. .. có độ cao ho TS Nguyễn Văn Dũng 26 /10/ 2015 Tài liệu có quyền Không phép chép hay công bố rộng rãi hình thức Phạm vi bảo vệ mặt chiếu đứng Phạm vi bảo vệ mặt chiếu TS Nguyễn Văn Dũng 26 /10/ 2015