Bài giảng Kỹ thuật cao áp: Chương 6 Bảo vệ chống sét cho hệ thống điện

Khi treo dây chống sét trên đz tải điện phải luôn luôn kết hợp với nối đất tốt bởi vì nếu điện trở nối đất ở các cột điện có giá trị lớn thì việc treo dây chống sét là vô nghĩa. Bởi [r]

Chương 6: Bảo vệ chống sét cho Hệ thống điện

I) Bảo vệ chống sét cho đường dây:

1.Cơng thức tính suất cắt điện (n):

Suất cắt điện số lần cắt diện sét gây nên chiều dài 100 km đường dây năm



.

.

v

pd

N

n



N_ số lần sét đánh lên chiều dài 100Km đường dây năm

)

3

2

(

h

max

f

h

tb





Trong đó: ms = 0,1 – 0,15 mật độ sét, số lần sét đánh km2 mặt đất ngày sét

100

10

3

 m s n ngayset h tb

vpđ _ xác suất phóng điện qua chuỗi sứ đường dây Như vậy, vpđ xác suất xảy tượng điện áp

phóng điện sét đặt lên chuỗi sứ lớn điện áp phóng điện xung kích chuỗi sứ



u ( t ) u ( t )



P

v pd  td  pd

η - xác suất chuyển từ dạng phóng điện tia lửa xung kích sét sang dạng hồ quang ngắn mạch xoay chiều (Uf) Giá trị η xác định thực nghiệm Đối với đz tải điện 220kV η = 0,7, cịn đz 330kV trở lên lấy η =1

cs dm

cs f lv

lv

l

U

l

U

E

E

f

3

),

(











.

.

.

)

09

,

0

06

,

0

(

h

tb

n

ngay set

v

pd

n





Do độ treo cao dây dẫn tăng lên khó cần vốn đầu tư lớn, để giảm suất cắt điện n đường dây ta giảm vpđ η:

Elv (KV/m) 50 30 20 10

η 0,6 0,45 0,25 0,1

Bảng tra giá trị η:

2) Biện pháp giảm suất cắt đường dây:

Từ cơng thức tính suất cắt đz, ta có:

-giảm vpđ cách treo dcs (đ/v đz treo dcs giảm điện trở nối đất Rxk giảm góc bảo vệ α dcs

3) Bảo vệ chống sét cho đường dây có Uđm≥110 KV:

Đối với đz có Uđm≥110KV thường có TTTTNĐ Khi sét đánh lên đz gây dạng N(1) dẫn đến cắt điện

Khi treo dây chống sét đz tải điện phải luôn kết hợp với nối đất tốt điện trở nối đất cột điện có giá trị lớn việc treo dây chống sét vô nghĩa (Rc= 10,15,20,30 Ω)

Is/2

Is/4 Is/4

1 Xét đz 110kV khơng treo dây chống sét, sét đánh, sét đánh trực tiếp vào dây dẫn Dòng điện sét xác định sau:

Vì ta có cơng thức:

R Z

Z I

Is Z s z

    0 ) ( ) (

Thường coi Zdd = 400Ω, Zdd/2 = 200Ω

Chọn Z0 = 200Ω

Thay vào công thức ta tính dịng điện sét đánh vào dây dẫn là: Is/2

Điện áp đặt vào dây dẫn là: Utd Is Zdd

4 

Chọn Zdd = 400Ω Utd = 100.Is

2 Xét đz 110kV có treo dây chống sét Xét trường hợp nguy hiểm sét đánh vào đỉnh cột Dòng điện sét chảy xuống điện trở nối đất Is:

Rcột Is

Rcột Udd Ucs

Điện áp đặt lên xà cột dcs là:

Ucs = Is.Rc = 10.Is

(Với giả sử Rc = 10Ω) Điện áp cảm ứng từ dây chống sét sang dây dẫn: Udd = k.Ucs với k=Z12/Z22 Điện áp tác dụng lên chuỗi sứ: Utd = Ucs-Udd = Ucs(1-k) ~ Ucs

Mặc dù đường dây có treo dây chống sét cịn có khả sét đánh vòng qua dcs vào dây dẫn Đặc biệt đường dây siêu cao áp có Uđm > 220KV, độ treo cao đz lớn nên xác suất đánh vòng lớn

Bằng thực nghiệm người ta xác định xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn :

4

90

lg

V







h

c



_ xác suất sét đánh vòng



V

_ góc bảo vệ dây chống sét dây dẫn



_độ cao cột điện

c

h

Để giảm suất cắt điện: -giảm Rc

4) Bảo vệ chống sét cho dường dây có Uđm ≤ 35 kV:

Biện pháp hiệu để bảo vệ chống sét cho đường dây không treo dây chống sét toàn tuyến

đường dây mà chủ yếu phải giảm điện trở Rc cột điện

Khi giảm Rc giảm U tác dụng lên cách điện pha không cố từ giảm đựơc suất cắt điện

Xét đz 35KV không treo dcs Giả sử sét đánh vào pha A, gây phóng điện qua chuỗi sứ pha A Do xuất điện áp rơi tác dụng lên chuỗi sứ pha B (hoặc C) là:

Ucs = Is.Rc _ điện áp pha A vào lúc

Điện áp cảm ứng từ pha A sang dây dẫn pha B là:

UddB = k.UA =k Is.Rcvới k=ZAB/ZBB Điện áp tác dụng lên chuỗi sứ pha B là: Utd = UA-UddB = Ucs(1-k)

Is

Rcột

A B

C

Nếu Utd ≥U50% cách điện pha B gây phóng điện qua pha B Khi đz bị cắt điện Giá trị dịng điện sét mà ứng với giá trị gây phóng

điện qua pha B là:

)

.(

% 50

k R

U I

c sgh

Như vậy, ứng với giá trị điện trở Rc cho trước, xác suất cắt điện đz 35KV xác suất xuất dịng điện sét có biên độ:

1 , 26 ) ( % 50 % 50

)

1

(

k R U c pd c

e

k

R

U

Is

P

V

 





















Để giảm Vpđ ta giảm Rc

Xem ví dụ trang 161/ SGK TS Hoàng Việt-Tập

)

1

.(

% 50

k

R

U

I

c s





Xác suất phóng điện xác định theo công thức:

II) Bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp:

Phóng điện trạm gây cố trầm trọng HTĐ, phá hủy nhiều thiết bị đắt tiền, gây ngắn mạch góp có hệ thống BVRL đại Vì vậy, yêu cầu việc bảo vệ chống sét cho trạm cao nhiều so với đz

TBA phải bảo vệ với độ an toàn cao, gồm phần: - BV chống sét đánh thẳng trực tiếp vào trạm (dùng cột dây thu sét)

Tuy nhiên, chủ yếu lý kinh tế mà người ta khơng thể đầu tư nhằm loại trừ hồn tồn khả xảy cố trạm sóng truyền theo đz vào mà hạn chế tới mức hợp lý kinh tế kỹ thuật

n

M



1

(trong đó: điện, lần/năm)n suất cắt

Mức độ an toàn chịu sét trạm đặc trưng tiêu chống sét trạm Nó định nghĩa số năm trung bình vận hành an toàn Với phương tiện bảo vệ ngày hoàn thiện, tiêu chống sét trạm đạt đến hàng trăm năm

Theo yêu cầu phối hợp cách điện, để đảm bảo yêu cầu kinh tế, mức cách điện trạm chọn thấp mức cách điện đz Vì vậy, trạm chỗ yếu cách điện hệ thống sóng điện áp truyền theo đz vào trạm gây nguy hiểm cho cách điện trạm

Biện pháp chủ yếu để bảo vệ chống sóng q điện áp khí truyền từ đz vào TBA dùng thiết bị CSO, CSV thiết bị hạn chế điện áp đấu vào góp trạm đấu trực tiếp đầu vào MBA

Nguyên lý bảo vệ: Muốn cho CSV bảo vệ thiết

bị đặc tính Volt-giây nó, kể phần tản mạn phải nằm toàn đặc tính Volt-giây thiết bị bảo vệ điện áp dư CSV phải nhỏ điện áp thử

Tuy nhiên, điện áp dư CSV lại phụ thuộc vào dịng điện xung qua Ngoài ra, điện áp tác dụng lên cách điện thiết bị bảo vệ phụ thuộc vào vị trí đặt CSV Do việc bảo vệ CSV cho thiết bị an toàn thực điều kiện sau đây:

- Khoảng cách CSV thiết bị bảo vệ phải nằm giới hạn cho phép

Việc đảm bảo dịng điện xung qua CSV khơng lớn dịng định mức điều kiện đảm bảo cho CSV vận hành bình thường.Vì I > Iđm có

thể gây hỏng CSV , ngồi cịn làm cho Udư tăng cao ảnh hưởng đến việc phối hợp cách điện nội trạm

Udư

(đm)

U

Iđm I

Udư>Udư (đm)

Để xét điều kiện làm việc an toàn CSV sét đánh vào đz Ta xét trường hợp sau đây:

(1-2) km

(2) (1)

CSV

1 Xét trường hợp sét đánh lên đz cách xa trạm từ (1-2) km

Đối với trường hợp này, ta xét giống tượng truyền sóng đường dây tải điện vào trạm

Tương ứng với trường hợp ta có sơ đồ thay theo qui tắc Petersen sau:

Sơ đồ thay sóng truyền theo đz vào trạm

Zdd

2ut

Đối với đường dây 110 kV ta có: chuỗi sứ có U50%= 650 kV CSV 110kV có: Udư = 367 kV, Iđm = 10 kA

,

7

,

36





csv

R

Z

dd



400



kA

kA

R

Z

U

I

csv dd t

csv

3

10

7

,

36

400

650

.

2

2













CSV không hỏng

Zdd

2ut

Rcsv Udư

Từ sơ đồ thay ta xác định thông số

2 Xét trường hợp sét đánh lên đz khu vực đầu trạm (đánh cột gần đầu trạm)

Sơ đồ thay thế

Is Rcsv Icsv Ic Rc kA R R R I I csv c c s csv 10 , 36 10 10 100      CSV hỏng

Nếu CSV khơng hỏng Udư tăng cao , ảnh hưởng đến thiết bị bảo vệ

Khi bảo vệ chống sóng truyền vào trạm thiết bị CSV phải loại trừ khả sét đánh vào khu vực đầu trạm Bảo vệ không cho sét đánh vào khu vực đầu trạm gọi