Bài giảng Kỹ thuật cao áp: Chương 3 Quá trình sóng trên đường dây tải điện

Đường dây là 1 phần tử chiếm 1 khoảng không gian rộng lớn trong hệ thống điện do đó khả năng sét đánh vào dây dẫn rất lớn.[r]

Chương 3: Q trình sóng đường dây tải điện

I) Hệ phương trình truyền sóng:

Đường dây phần tử chiếm khoảng khơng gian rộng lớn hệ thống điện khả sét đánh vào dây dẫn lớn Khi sét đánh lên đường dây sản sinh sóng điện từ lan truyền dọc theo đường dây vào TBA NMĐ gây nên điện áp tác dụng nên cách điện hệ thống, làm phá huỷ cách điện

Sơ đồ thay đường dây dài:

R0

C0 G

0

L0 R0

C0 G

0

t i L i R x u      

 0 0

Hệ phương trình vi phân biểu diễn q trình truyền sóng đường dây:

t u C u G x i      

 0 0

Nghiệm tổng quát hệ phương trình dạng sóng chạy sau:

) (

)

( 2

1 x vt f x vt

f

u    

 ( ) ( )

1

2

1 x vt f x vt

f Z

i    

Phương trình phương trình truyền sóng khơng có tổn hao

Trong đó: f1_ thành phần sóng tới

m F /

10 .

9 . 4

1

9



 

m H /

10 .

4 7

  

Với : m s

LC

v  1  1  3.10 /



) 400

( 



C L Z

là vận tốc truyền sóng

II) Truyền sóng mơi trường:

Giả sử có sóng tới ut lan truyền mơi trường có tổng

trở sóng Z1

Z1

uf

M ut

Z2 uk

Đến điểm M chuyển sang mơi trường có tổng trở sóng

là Z2 Khi sóng truyền sang mơi trường xuất

hiện thành phần sóng khúc xạ uk đồng thời có thành phần

sóng phản xạ uf mơi trường cũ

Phương trình điều kiện bờ M:

Lấy phương trình (2) nhân

với Z1 có:

ut - uf = Ik .Z1 (3)

Lấy (1) + (3)

2 ut = uk + Ik .Z1 (4)

Z1

Ik

M

2ut Z2 uk

Từ sơ đồ ta xác định thành phần : -Thành phần sóng khúc xạ :

t t

t

k u u

Z Z

Z Z

Z Z

u

u 2 . 2 . .

2

2

2



 

 

-Hệ số khúc xạ

-Hệ số phản xạ

2

2

2

Z Z

Z  



2

1

) 1 (

Z Z

Z Z

  



 



Thành phần sóng phản xạ

t t

t k

f u u u u

1) Xét trường giới hạn:

2







2

Z Z1

2ut

2ut uk

1 )

1

(    



t f u

u 

Hiện tượng gọi tượng phản xạ dương áp toàn phần

0





0

2 

Z

* Trường hợp 2:

Z

1

2ut Uk=0

1 )

1

(   

 



t

f u

u  

Hiện tượng gọi tượng phản xạ âm áp toàn phần

 Dịng điện sét đánh vào có biên

độ lớn

Trường hợp gặp đâu ?

0 ; u k 

2) Truyền sóng mơi trường có ghép C song song:

Sơ đồ thay theo qui tắc Petersen

Z1

C

2ut Z2 u

2(t)

Giải theo phương pháp toán tử Laplace pC

p

Xc ( )  1 ut  u0  const

p u p

) ( ) ( ) ( 2 2 2 c t t pT p Z Z Z u Z Z Z CpZ p Z u p u       2 Z Z Z CZ Tc 

 : số thời gian truyền sóng

qua điện dung C

c T t c e pT p   

 ) 1 1

(

) 1

.( .

) (

2

c

T t

t e

u t

u





 

Như ta chọn giâ trị C để giảm độ dốc sóng truyền sang mơi trường đến mức độ cần thiết không gây hỏng cách điện dọc

1

2 ( ) 2

CZ u dt

t

du t

3) Truyền sóng mơi trường có ghép L nối tiếp:

Giải theo phương pháp toán tử Laplace

pL p

X L ( ) 

Giả thiết sóng truyền theo đường dây Z1 có dạng vng

góc ,độ dài sóng vơ hạn:

const u

ut  0 

Z1 Z2

Z1 L M

2ut Z

2 U2(t)

p u p

ut  t

) 1 ( 1 . 2 . ) ( 2 ) ( 2 2 L t t pT p Z Z Z u Z Z pL p Z u p u       Trong đó: Z Z L TL   ) 1 .( . ) ( L T t t e u t u    

: số thời gian truyền sóng qua điện cảm L

Như ta chọn giá trị L để giảm độ dốc sóng truyền sang mơi trường đến mức độ cần thiết không gây hỏng cách điện dọc

L Z u

dt t

du2 ( ) 2 t 2

4) Truyền sóng cuối đường dây có ghép chống sét van:

Chia làm trường hợp:

a) Khi chống sét van chưa phóng điện

(Sóng truyền từ Z1 đến Z2 = )

Lúc điện áp tai M tăng đến 2ut

M Z1

ut

U2(t) Z1

M

2ut

b) Khi chống sét van phóng điện:

Đường 2ut cắt đặc tính Volt -Giây thời điểm

nào CSV phóng điện thời điểm

Lúc điện trở phi tuyến R ghép nối vào mạch ; điện áp tác dụng lên chống sét van xác định theo quy tắc Petersen:

2ut=u2 +Z1.Icsv = ucsv +Z1.Icsv

(Hình trang sau)

u2 (t) thực chất điện áp tác dụng lên điện

trở phi tuyến R chống sét van thường gọi

Trình bày cách xác định u2(t), icsv(t):

Z1 .icsv

t

U2 (icsv)

i

Z1 icsv + V-A 2Ut(t)

i

u

a1 a2

a3

U2 (t)

5) Quy tắc sóng đẳng trị:

Z1 ux1

Zx

u1x Z2 u x2

u2x

Z3

ux3 u3x

Zm uxm

umx

Zn uxn

unx - Xét sóng điện

áp truyền từ nhiều đường dây vào TBA - Giả thiết đường dây không phát sinh ngẫu hợp từ với

Viết phương trình áp dịng nút:

x xm

mx u u

u  





 

n

m

xm mx

x i i

i

1

) (

5) Quy tắc sóng đẳng trị: Khai triển ix :

 

 

 



n

m m xm n

m m mx x

Z u Z

u i

1

Thay : u xm  u x  u mx

 

 

 

n

m m x

n

m m mx x

Z u

Z u i

1

x n m m n m m mx n m m x u Z Z u Z

i  

      1 1 1 . 2 1 1 . Đặt : tri dang n m m Z Z   1 1 1 dt n m m n m m mx u Z Z u 2 1 1 . 2 1      dt x dt

x u i Z