Caïch âiãûn cuía âæåìng dáy trãn khäng gäöm coï 2 pháön: caïch âiãûn trong vaì caïch âiãûn ngoaìi Caïch âiãûn ngoaìi: bao gäöm mäüt loaût caïc khoaíng caïch khäng khê thuáön tuyï giæîa [r]
(1)S1 S2
S6 S7
Chæång 12
THỰC HIỆN CÁCH ĐIỆN CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN TRÊN KHÔNG I Khái niệm chung
1.1 Yêu cầu chung cách điện đường dây không: -Phải chịu tác dụng đa số loại điện áp nội
- Đối với điện áp khí , phải giải cho hợp lý mặt kinh tế kĩ thuật + Đối với cấp điện áp >110kV: chọn theo điều kiện điện áp nội bộ, kết hợp với treo dây chống sét toàn tuyến để tăng khả chịu áp khí đường dây + Đối với cấp điện áp <110kV: chọn theo q áp khí tốn kinh tế Nên chọn đến mức hợp lý kết hợp với biện pháp giảm suất cắt đường dây: cải thiện nối đất cuộn dập hồ quang
1.2 Cách điện đường dây không
Cách điện đường dây không gồm có phần: cách điện cách điện ngồi Cách điện ngoài: bao gồm loạt khoảng cách khơng khí t dây dẫn với nhau, dây dẫn với đất, cột, khoảng cách khơng khí men theo bề mặt cách điện rắn dùng để treo đỡ dây dẫn Cách điện anỳ tuỳ thuộc vào kết cấu cột xà Cách điện trong: cách điện bên thiết bị
Thực cách điện đường dây không xác định khoảng cách khơng khí vật liệu làm cách điện làm cách điện đỡ, treo dây
II Cách điện ngồi:
Cột thép bê tơng cốt thép:
Cách điện bao gồm: chuỗi sứ, khoảng ccáh khơng khí pha, dây dẫn cột Phóng điện xuyên thủng xảy ở: khoảng cách khơng khí dây dẫn thân cột (S1), men theo bề mặt chuỗi sứ, phóng điện pha với Nếu có dây chống sét có khả phóng điện dây dẫn dây chống sét qua khoảng cách khơng khí Ở cột xà gỗ:
Cách điện gồm chuỗi cách điện, thân xà cột làm nhiệm vụ cách điện S4
(2)Nếu đường dây có treo dây chống sét: đường phóng điện xảy theo đường a-a' a-b
Nếu đường dây khơng có treo dây chống sét: Phóng điện xảy men theo bề mặt chuỗi sứ pha đoạn xà chuỗi sứ phóng xun thủng khoảng cách khơng khí từ chuỗi sứ đến thân cột men theo thân cột xuống đất
III Các loại cách điện đường dây:
-Vật liệu cách điện sử dụng chủ yếu nay: Sứ kĩ thuật điện, thuỷ tinh kiềm, vật liệu compsit ( nhựa epoxy có triển vọng nhất) chúng có độ bền điện cao, độ bền nén cao, không già cõi, chịu tác dụng môi trường khí
-Các phụ kiện kim loại làm sắt thép, gang
-Vật liệu gắn kết phụ kiện kim loại với điện môi: xi măng, chất kết dính khác có độ bền cao
Về mặt cấu tạo, cách điện đường dây không chia làm loại: Cách điện đỡ cách điện treo
3.1 Cách điện đỡ:
S7
S7 S8
a b
a'
c
a a'
b
D
H
H
(3)Dây dẫn buộc chặt vào đầu nách cách điện Chân sắt cấu tạo cho trục dây dẫn trục chân nằm mặt phẳng để tránh mômen xoắn Rãnh trôn ốc để vặn vào chân sắt phải làm sâu vào thân cách điện mômen uốn tác dụng vào thân cách điện bé
Khi mưa, mặt vật liệu cách điện bị ướt lại mặt rãnh cách điện khô chịu tác dụng toàn điện áp Do đường kính D thân cách điện thiết kế phải đủ lớn D≥1,3H
3.3.2 Cách điện treo:
Cách điện treo dùng chủ yếu cho đường dây có điện áp 35kV trở lên
Ưu điểm: cách điện chịu tác dụng lực dọc trục mà không chịu tác dụng lực uốn Theo cấu tạo hình dáng chia làm loại: Kiểu đĩa kiểu
3.3.2.1 Cách điện kiểu đĩa: Vật liệu chế tạo sứ thuỷ tinh có dạng hình vẽ
Ưu điểm: Ở trạng thái làm việc, mũ chốt chịu tác dụng lực kéo Lực truyền qua lớp xi măng tạo thành lực nén tác dụng lên đầu vật cách điện, sứ thuỷ tinh chịu đựng tốt
Nhược điểm: Do góc α tương đối lớn nên kích thước đầu vật liệu mũ gang lớn ảnh hưởng khơng tốt đến đặc tính điện
-Với loại có đầu hình trụ: Có kích thước bé qui trình chế tạo phức tạp phải trán men bề mặt vị trí định
-Cách điện treo kiểu đĩa: dùng dạng bụi bẩn có hình dạng phức tạp hơn, có chiều dài rò điện lớn
-Với vật liệu cách điện làm thuỷ tinh cho kích thước trọng lượng bé hơn, đặc tính điện tơt hơn.Ngồi ra, rạn nứt làm vỡ thuỷ tinh dễ phát phần tử bị hư hỏng
(4)thêm vài phần tử bị xun thủng dẫn đến phóng điện điện áp làm việc lúc trời mưa
3.3.2.2 Cách điện kiểu thanh: (hình vẽ) Ưu điểm:
Tiết kiệm nhiều kim loại, trọng lượng bé
Đặc tính điện tốt bề mặt làm bỡi mưa gió Nhược điểm:
Khi bị hư hỏng phải thay toàn hư hỏng dễ rớt dây chạm đất
Độ bền không cao công nghệ chế tạo phức tạp Cách điện thích hợp cho vùng bụi bẩn
3.3.2.3 Chuỗi cách điện:
- Dễ lắp ghép, linh hoạt, có khả chịu uốn khá, tải trọng mõi phần tử có gió to đứt dây giảm nhẹ
- Độ bền chuỗi độ bền mõi phần tử
- Đặc tính điện chuỗi khác nhiều so với đặc tính điện mõi phần tử Phóng điện chuỗi phát triển theo đường sau:
+Men theo bề mặt: xảy mưa chuỗi cách điện ngắn Chiều dài phóng điện L1=n.l1 với n số đĩa
+Một phần men theo bề mặt phần khơng khí L2=n l2
+Theo đường AB xảy bề mặt khơ sạch, chiều dài đường phóng điện L=n.H Đioện áp phóng điện trường hợp lớn Để đạt giới hạn phải tăng rãnh mặt đờng kính D để Updư=Updk
3.4 Sự phân bố điện áp chuỗi cách điện:
Điện áp phóng điện chuỗi phụ thuộc vào bề mặt cách điện thời tiết
3.4.1 Khi bề mặt cách điện khô sạch: Phân bố điện áp chuỗi sứ theo dòng điện dung sơ đồ hình vẽ: (hình vẽ)
C: điện dung đĩa
Cđ: điện dung đĩa so với đất Cdd: điện dung đĩa dây dẫn
Trong tính tốn cách điện, giả thuyết điện dung không dổi dọc theo chiều dài chuỗi sứ thay điện dung đơn vị chiều dài
C’=C.H
C’â=Câ/H
C’dd=Cdd/H
150 75
H
u
x
U
Câ Cdd
(5)Tại điểm x cách điểm nối đất chuỗi, áp dịng biểu diễn bỡi phương trình sau:
⎪ ⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎨ ⎧ − + = = dd x d x x x x C j U U C j U dx di C j i dx dU ' ) ( ' ' ω ω ω
-> Ux =k1.eγ.x+k2.e−γ.x+k3
Xác định k1, k2, k3 từ điều kiện biên: Khi x=0 thỡ Ux=0
Khi x=l thỗ Ux=U
⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ + = + + − = + + = − dd d dd dd d l dd d dd d l dd d C C C U k l sh C C e C C U k l sh C C e C C U k ) ( ) ( γ γ γ γ với C C C H C C
Cd+ dd = d + dd
=
' ' '
γ
Điện áp giáng phần tử (chiều dài H) cách đầu nối đất đoạn x:
[ ] [ ] ⎭ ⎬ ⎫ ⎩ ⎨ ⎧ − − − − − − + + = − =
∆ ( ) sh (l x H) sh (l x)
l sh C x sh H x sh l sh C C C C U U U
U d dd
dd d
dd x
x γ γ γ γ γ γ
Ta âàt n dd d dd d H C C C H C C C γ
γ
' ' ' = + = + =
x=(k-1).H; x+H=k.H; l=n.H Trong k đĩa thứ k tính từ đầu nối đất [ ] [ ]⎪⎪ ⎭ ⎪⎪ ⎬ ⎫ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎨ ⎧ + − − − − − − + = − = ∆ n n n dd n n n d dd d x x k n sh k n sh n sh C k sh k sh n sh C C C U U U U γ γ γ γ γ γ ) ( ) (( ) ( ) ( ) ( ) (
Từ đạo hàm 2
2 = dx U d x ta xaïc
định đĩa thứ k= )
ln( n n n dd d n dd d
n C C e
e C C γ γ γ + − + + U C x
Câ=0 Cdd≠ Câ=0 Cdd= Cdd=0
(6)Các nguyên nhân gây phân bố điện áp không tồn điện dung Cd Cdd Cd: làm cho điện áp giáng phần tử gần dây dẫn cao giảm dần phía đất Cdd: Làm cho điện áp gần xà cao giảm dần phía dây dẫn
Do Cd>>Cdd nên phân bố điện áp hình vẽ
Do phân bố điện áp không đĩa cách điện, đĩa gần dây dẫn xuất vầng quang Vì vây, với cấp điện áp cao Uđm>110kV người ta tìm cách tăng Cdd để cải thiện phân bố điện áp Người ta dùng biện pháp sau:
Ghi chú: đai kim loại tác dụng làm cho phân bố điện áp chuỗi cách điện cịn có tác dụng lái dòng hồ quang xa bề mặt chuỗi cách điện, tránh hư hỏng lớp men cách điện
3.4.2 Khi bề mặt ẩm ướt:
Trong trường hợp này, phân bố điện áp theo chiều dài chuỗi đặn chủ yếu theo điện dẫn bề mặt phần tử
Uư = Eư.n.H n: số đĩa chuỗi
: Cường độ phóng điện ướt trung bình H: Chiều cao đĩa cách điện
Với loại sứ loại π -4,5; π -7; π -8,5; Eư ≈2,15(kV/cm)
M-4,5 thỗ Eổ 2,7(kV/cm)
IV Cỏch chn số lượng đĩa cách điện khoảng cách không khí nhỏ cho phép:
4.1 Số lượng đĩa: số lượng đĩa phụ thuộc vào cấp điện áp, loại cách điện, vị trí chuỗi cách điện, vật liệu làm cột
-Số lượng đĩa chuỗi phải đảm bảo cho điện áp Uư>Uqanb ứng với hệ số dự trử định
Uư=Eư.n.H≥k1.Uqanb với k1>1;
3 2 . U . k U
. k
Uqanb = cp phamax = cp âm
Trong tính tốn lấy k1=1,1
->Như số đĩa ứng với cột thép bê tơng cốt thép tính
H E
2 U k , H E
U , n
æ âm cp æ
qanb = ≥
Số đĩa thực tế làm tròn lên cộng với cấp điện áp 35÷220kV Đối với cấp điện áp lớn 330kV cộng thêm Đặc biệt cột néo, cột góc, cột đầu, cột cuối cấp điện áp 35÷110kV phải cộng thêm đĩa so với cột đỡ Ở cấp điện áp lớn 150kV, số lượng đĩa chuỗi lớn đĩa khơng có khác biệt số lượng đĩa cột đỡ cột néo
Đối với đường dây cột xà gỗ từ 35÷220kV số lượng đĩa cách điện so với đường dây cột sắt
(7)Đối với đường dây cột sắt sử dụng sứ loại π -4,5 cấp điện áp khác nhau:
Điện áp định mức kV 35 110 220
Điện áp làm việc lớn cho phép lâu dài(kV) 40,5 126 252
Trị số q điện áp nội tính tốn (kV) 77 204 381
Hệ số bội cho phép kcp 3,5 3,0 3,0
Trị điện áp nội tính toán (kV) 110 256 475
Số lượng đĩa sứ 13
Điện áp xung phóng điện bé U0,5kV 380 660 1140
Khoảng cách khơng khí bé (cm) cho phép cột
45 115 210
4.2 Khoảng cách khơng khí nhỏ cho phép:
-Nếu đường dây qua vùng có sét khoảng cách chọn theo điện áp phóng điện ướt chuỗi cách điện chọn theo điều kiện điện áp nội
-Nếu đường dây qua vùng có nhiều sét khoảng cách có độ lớn cho độ bền xung nhỏ phải lớn U0,5 chuỗi cách điện cực tính dương
Riêng đường dây qua vùng bụi bẩn phải thực biện pháp sau để tăng tăng độ an toàn cho đường dây
+ Tăng mức cách điện đường dây cách tăng số đĩa cách điện chuỗi sứ
+ Dùng loại cách điện đặc biệt cho vùng bụi bẩn ( có chiều dài rị điện lớn so với loại vật liệu cách điện thông thường)
+ Định kỳ làm bề mặt cách điện