Kỹ thuật điện cao áp - Phần 2. Tập 2: Quá điện áp trong hệ thống điện

Trong caùc traïm phaân phoái, do soá löôïng choáng seùt van ñaët coù haïn neân thöïc teá theo höôùng truyeàn soùng thöôøng coù moät phaàn caùc thieát bò ñöôïc baûo veä naèm tröôùc choá[r]

Chương 6 THIẾT BỊ CHỐNG SÉT

6.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Trạm phân phối trời, nhà máy điện, thiết bị đặt tập trung, bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cách an toàn cột thu sét (chương 3) Nhưng việc truyền tải công suất từ nhà máy trạm phân phối đến phụ tải xa, chủ yếu đường dây không, tồn khả sóng q điện áp khí quyển, xuất đường dây truyền vào trạm hay nhà máy tác dụng lên thiết bị đặt Mà cách điện thiết bị điện có độ bền xung nhỏ độ bền điện xung cách điện đường dây, sóng điện áp khí truyền theo đường dây vào có khả gây phóng điện xuyên thủng cách điện thiết bị điện Do đó, cần phải có thiết bị bảo vệ thích hợp - thiết bị chống sét - đặt vị trí hợp lý để giảm sóng điện áp truyền từ đường dây vào trạm vào nhà máy điện xuống trị số nguy hiểm cho cách điện thiết bị điện đặt

Để làm nhiệm vụ trên, thiết bị chống sét phải thỏa mãn yêu cầu sau:

- Do đặc tính Volt-giây cách điện MBA điện áp cao, thiết bị quan trọng đắt tiền trạm, tương đối phẳng nên đặc tính Volt-giây thiết bị chống sét phải tương đối phẳng nằm toàn đặc tính Volt-giây thiết bị điện bảo vệ, với độ dự trữ khoảng 15÷25% Nhưng mặt khác, điện áp phóng điện thiết bị chống sét không nhỏ dẫn đến tác động nhầm có điện áp nội (yêu cầu chống sét van có khe hở điện trở làm việc vilit)

áp chấm dứt mà hồ quang không bị dập tắt kịp thời, có nghĩa kéo dài tình trạng chạm đất phận bảo vệ rơle làm việc cắt điện đường dây (Yêu cầu đặt loại chống sét van có khe hở)

- Thiết bị chống sét phải có điện áp dư thấp mức cách điện xung thiết bị điện bảo vệ Khi thiết bị chống sét làm việc, dòng điện sét qua điện trở làm việc điện trở nối đất nó, gây nên điện áp giáng, gọi điện áp dư thiết bị chống sét Chính điện áp dư tác dụng lên cách điện thiết bị điện bảo vệ Do đó, để khơng xảy phóng điện xuyên thủng cách điện thiết bị, điện áp dư thiết bị chống sét phải thấp mức cách điện xung thiết bị điện với độ dự trữ khoảng 20÷30% (Yêu cầu đặt loại chống sét van)

- Thiết bị chống sét phải làm việc ổn định điều kiện thời tiết tức điện áp phóng điện chúng khơng q tản mạn, gây khó khăn cho phối hợp cách điện (Yêu cầu cho loại chống sét van có khe hở)

Theo cấu tạo nguyên lý làm việc, từ đơn giản đến phức tạp, chia bốn loại thiết bị chống sét sau:

- Khe hở bảo vệ

- Thiết bị chống sét kiểu ống

- Thiết bị chống sét kiểu van có khe hở

- Thiết bị chống sét kiểu van khơng có khe hở, hay gọi thiết bị hạn chế điện áp

6.2 KHE HỞ BẢO VỆ

Khe hở khơng khí điện cực dạng thanh, sừng, hình xuyến, hình cầu loại thiết bị chống sét đơn giản Nó đấu song song với thiết bị cần bảo vệ: cực nối với dây dẫn đầu vào thiết bị, cực nối đất (H.6.2)

Khe hở bảo vệ có ưu điểm cấu tạo đơn giản rẻ tiền không đáp ứng phần lớn yêu cầu kỹ thuật nhược điểm sau

Hình 6.1: Đặc tính V - S cách điện bảo vệ (1) khe hở (2)

Hình 6.2: a) Khe hở kiểu thanh; b) Khe hở kiểu sừng

Khe hở bảo vệ khơng có khả tự dập tắt hồ quang lưới có dịng điện ngắn mạch vừa lớn trường hợp dẫn đến cắt điện đường dây, khơng bảo đảm tính liên tục cung cấp điện

Ngoài thay đổi điều kiện thời tiết có ảnh hưởng đến trị số điện áp phóng điện khe hở bảo vệ, có nghĩa điện áp phóng điện tản mạn, đặc tính bảo vệ không ổn định

Do nhược điểm kể trên, khe hở phóng điện khơng dùng để bảo vệ cách điện thiết bị trạm, mà dùng để bảo vệ cách điện đường dây, cách điện thiết bị, nơi cách điện yếu hệ thống có dịng ngắn mạch chạm đất bé (hệ thống có trung tính cách điện nối đất qua cuộn dập hồ quang) phối hợp với thiết bị tự đóng lại để bảo đảm cung cấp điện liên tục

6.3 THIẾT BỊ CHỐNG SÉT KIỂU ỐNG

Hình 6.3

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo chống sét ống

Hình 6.4

Điện áp dư chống sét ống Chống sét ống cấu tạo gồm khe hở phóng điện (st) gọi khe hở trong, đặt ống cách điện Đầu ống bịt kín nắp kim loại giữ điện cực thanh, đầu ống gắn với điện cực hình xuyến để hở nối đất Ống cách điện làm vật liệu rắn hữu phirobakelit chất dẻo viniplast chất sinh khí mạnh tiếp xúc với hồ quang Đầu bịt kín đặt cách dây dẫn khoảng khơng khí Sn - gọi khe hở ngồi

Khi biên độ sóng q điện áp khí truyền đến chỗ đặt chống sét ống vượt điện áp phóng điện khe hở ngồi khe hở (St +Sn) khe hở bị phóng điện dẫn dịng điện sét tản vào đất Khi điện áp chấm dứt, hồ quang trì dịng điện tần số cơng nghiệp kèm theo, làm cho chất sinh khí bị nung nóng, sản sinh lượng khí lớn làm cho áp suất ống tăng cao (hàng chục at), hồ quang bị thổi phía đầu hở ống bị dập tắt dịng điện kèm theo qua trị số khơng

Khoảng cách khe hở (St) chọn theo điều kiện dập tắt hồ quang (vì cịn gọi khe hở dập hồ quang) khơng điều chỉnh Cịn khoảng cách khe hở (Sn) chọn theo điều kiện bảo vệ cách điện, tức cho đặc tính Volt-giây khe hở phải nằm hoàn toàn đặc tính Volt-giây cách điện bảo vệ, có tính đến khả có điện áp nội chống sét ống khơng tác động Ngồi ra, khe hở ngồi cịn có tác dụng cách ly chống sét ống với điện áp làm việc để tránh hình thành dịng điện rị tác dụng thường xuyên lên cách điện chống sét ống Khe hở ngồi điều chỉnh phạm vi định

Chống sét ống làm việc đảm bảo phạm vi định dòng điện kèm theo (tức trị số dòng điện ngắn mạch chạm đất qua chỗ đặt chống sét ống) Nếu dịng điện kèm theo q bé, lượng khí sinh q ít, áp suất khơng đủ để thổi tắt nhanh chóng hồ quang, làm kéo dài tình trạng ngắn mạch chạm đất Ngược lại, dòng điện kèm theo q lớn lượng khí sinh q nhiều, áp suất ống tăng cao làm nổ chống sét ống

Giới hạn dòng điện kèm theo phụ thuộc vào cấu tạo chống sét ống: đường kính ống vật liệu sinh khi, chiều dài khoảng cách (St) độ bền chống sét ống Giảm chiều dài khoảng cách trong, tăng đường kính ống cách điện làm tăng hai giới hạn dòng điện cắt Chống sét ống chế tạo cho phạm vi khác dòng điện kèm theo Điều quan trọng phải đảm bảo dòng điện ngắn mạch chạm đất nơi đặt chống sét ống nằm phạm vi hai giới hạn dòng điện cắt cho phép loại chống sét ống chọn

Khi chống sét ống làm việc nhiều lần, chất sinh khí bị tiêu hao dần, đường kính ống tăng lên làm thay đổi giới hạn dịng điện cắt Do đó, đường kính tăng khoảng 20 đến 25% so với trị số ban đầu (sau khoảng đến 10 lần làm việc) phải thay chống sét ống

được dùng làm thiết bị bảo vệ cho trạm Tuy nhiên, cấu tạo tương đối đơn giản rẻ tiền, chống sét ống dùng biện pháp hỗ trợ bảo vệ trạm (đặt khoảng vượt tới trạm để hạn chế dòng sét qua chống sét van), để bảo vệ cho trạm cơng suất bé, quan trọng bảo vệ nơi cách điện yếu đường dây tải điện (như nơi bắt buộc phải đặt dây chống sét nối đất dây chống sét cột điện đường dây cột gỗ )

Nhược điểm quan trọng chống sét ống phải tuân thủ nghiêm ngặt giới hạn dòng điện cắt Như mặt phải chế tạo nhiều loại chống sét ống cho giới hạn dòng cắt khác nhau, điều làm phức tạp cho việc chế tạo; mặt khác cần phải kiểm tra định kỳ đường kính ống vật liệu sinh khí, điều gây khó khăn cho việc vận hành

Để bổ khuyết nhược điểm trên, người ta nghiên cứu chế tạo loại chống sét ống khơng có giới hạn dịng cắt Ngun lý cấu tạo loại chống sét ống sau: đặt khít vào khe hở chống sét ống, điện cực ống đệm loại vật liệu sinh khí vách chống sét ống Dịng sét thời gian trì ngắn qua dễ dàng toàn khe hở ống đệm vách chống sét ống, sinh khí mãnh liệt thể tích bé làm cản trở qua dòng điện kèm theo Như vậy, hao mòn ống vật liệu sinh khí giảm nhiều, chống sét ống đặt điểm cần thiết lưới, khơng phụ thuộc vào trị số dịng điện ngắn mạch

Hình 6.5 Chống sét ống loại phibrơ-bakêlit

Hình 6.6 Chống sét ống loại viniplast

Trong thời gian có dịng điện qua, áp suất khí buồng tăng cao, dịng điện kèm theo qua trị số khơng, cường độ sinh khí giảm, khí từ buồng sinh khí với tốc độ cao làm cho hồ quang bị cắt đứt dập tắt dễ dàng Đầu hở ống cịn có lưỡi gà kim loại, dập hồ quang luồng khí đồng thời làm bật lưỡi gà ra, báo hiệu chống sét ống làm việc

Loại chống sét ống viniplast dùng vật liệu sinh khí nhựa viniplast-chlorvinil, có khả sinh khí tốt hơn, độ bền cao khơng hút ẩm, có cấu tạo đơn giản (H.6.6) không cần lớp giấy tẩm bakêlit, không cần quét sơn chống ẩm không cần buồng trữ khí Việc tăng áp suất khí thực khe hở điện cực vách ống Loại chống sét ống phibrơâ-bakêlit có khả dập hồ quang dòng điện kèm theo lớn 10kA, loại chống sét ống viniplast cắt dòng điện đến 15kA Với việc tăng cường độ bền ống viniplast cách quấn vải thủy tinh tẩm nhựa epoxy chịu tác dụng điều kiện khí quyển, người ta chế tạo loại chống sét ống viniplast tăng cường có giới hạn dịng điện cắt đến 30kA

6.4 THIẾT BỊ CHỐNG SÉT VAN (CSV)

Hình 6.7 Nguyên lý cấu tạo CVS

Việc bảo vệ chống q điện áp (QĐA) lưới điện cao áp thực tổ hợp nhiều biện pháp, biện pháp đặt chống sét van trạm để hạn chế biên độ điện áp, bảo vệ thiết bị điện trạm chống sóng điện áp truyền theo đường dây tải điện vào trạm

Phần chống sét van gồm chuỗi nhiều khe hở nhỏ nối tiếp ghép nối tiếp với chồng nhiều đĩa điện trở khơng đường thẳng, cịn gọi điện trở làm việc

Tất đặt kín ống vỏ sứ bảo vệ

Khi sóng điện áp truyền đến chỗ đặt chống sét van có biên độ vượt trị số điện áp xuyên thủng xung chuỗi khe hở, xảy phóng điện dịng điện xung chạy qua điện trở khơng đường thẳng R, qua phận nối đất tản vào đất Dịng điện xung gây nên điện trở khơng đường thẳng điện áp giáng gọi điện áp dư chống sét van Chính điện áp dư tác dụng lên cách điện thiết bị bảo vệ, nên trị số phải nhỏ mức cách điện xung thiết bị với độ dự trữ định (20÷30%) để ý đến gia tăng điện áp khoảng cách truyền sóng nơi đặt chống sét van nơi đặt thiết bị bảo vệ

mà khe hở dập tắt hồ quang dễ dàng Mặt khác, khe hở tạo nên nhiều khe hở nhỏ nối tiếp nhau, nhờ hồ quang dịng điện kèm theo bị chia thành nhiều đoạn ngắn tiếp xúc với nhiều điện cực, nguội nhanh nên dòng điện kèm theo qua trị số 0, điện cực khe hở nhỏ trình khử ion thuận lợi làm cho khả cách điện khe hở phục hồi nhanh chóng, tạo điều kiện dễ dàng cho việc dập tắt hồ quang

6.4.2 Các đặc tính CSV phương hướng cải tiến

Trị số lớn điện áp tần số cơng nghiệp mà dịng điện kèm theo bị cắt đứt cách an toàn, gọi điện áp dập tắt Ut dòng điện kèm theo tương ứng gọi dòng điện dập tắt It

Sự dập tắt hồ quang dòng điện kèm theo xảy điều kiện ngắn mạch chạm đất pha, thời gian dơng xảy phóng điện cách điện pha gây tác động CSV hai pha khác Như vậy, điện áp dập tắt Ut phải điện áp pha không cố có chạm đất pha

t đm

U =KU (6.1)

trong đó: K - hệ số phụ thuộc phương thức làm việc điểm trung tính lưới (K = 0,8 lưới có trung tính nối đất trực tiếp K = 1,1 lưới có trung tính cách điện)

đm

U - điện áp dây định mức

Tác dụng dập tắt hồ quang chuỗi khe hở CSV đặc trưng hệ số tắt Kt tác dụng bảo vệ điện trở không đường thẳng hệ số bảo vệ Kbv sau:

pñ t

t U K

U

= : (6.2)

2 dö bv

t U K

U

= (6.3)

với Upđ: điện áp phóng điện xuyên thủng chuỗi khe hở tần số công nghiệp

Hình 6.8 Đặc tính V-A CSV biện pháp giảm Udư

Cách 1: Tạo đặc tính Volt-Ampe (V-A) phẳng (đường 2) cách tăng tính khơng đường thẳng điện trở làm việc CSV

Cách 2: Nâng cao dòng dập tắt It cách cải thiện tính chất dập hồ quang khe hở, nhờ hạ thấp đặc tính V-A tồn phạm vi dịng điện (đường 3)

CSV có khả cho qua dòng điện định, tức trị số giới hạn dịng mà CSV cho chạy qua nhiều lần mà không làm thay đổi tính chất điện Khả cho qua dịng CSV phụ thuộc vào tính chịu nhiệt điện trở không đường thẳng Trước khả cho qua dịng nên CSV khơng làm việc có QĐANB, tức điện áp xuyên thủng phải cao trị số QĐANB xảy CSV dùng để hạn chế QĐAKQ Nghiên cứu chế tạo điện trở khơng đường thẳng có đặc tính V-A dốc có khả cho qua dịng đủ cao nghiên cứu áp dụng nguyên tắc dập tắt hồ quang dòng điện kèm theo, chế tạo loại CSV vừa có tác dụng hạn chế QĐAKQ vừa có tác dụng hạn chế QĐANB có thời gian trì lâu Điều mở triển vọng tiếp tục giảm thấp mức cách điện trang thiết bị điện nâng cao tiêu kinh tế chúng

6.4.3 Khe hở phóng điện

Sự làm việc CSV bắt đầu phóng điện xuyên thủng kết thúc dập tắt hồ quang dòng điện kèm theo khe hở Mỗi giai đoạn làm việc có yêu cầu riêng khe hở

trong khoảng thời gian rộng - từ micro - giây đến mili - giây - tản mạn Ngồi Upđx khơng thay đổi sau nhiều lần cho qua dòng xung dịng kèm theo định mức, có dao động nhiệt độ, chịu tác dụng xóc lắc va đập rung động Khe hở phóng điện phải dập tắt hồ quang dịng điện kèm theo qua trị số không lần

Để thỏa mãn yêu cầu loại CSV dùng chuỗi nhiều khe hở nhỏ nối tiếp Do ảnh hưởng điện dung ký sinh chúng đất làm cho điện áp xung phân bố khe hở không nhau, lớn phía cực cao áp, điều dẫn đến phóng điện dây chuyền (tức từ đầu cao áp trở đi) toàn khe hở nhỏ trị số điện áp bé tổng điện áp phóng điện xung khe hở nhỏ riêng rẽ Ở điện áp làm việc tần số công nghiệp lớn cho phép khe hở chịu tác dụng lượng điện áp từ 1,0÷1,7 kV (trị số hiệu dụng)

Trong giai đoạn dập tắt hồ quang, dòng điện kèm theo qua trị số khơng, q trình ion hóa khe hở bị đình chỉ, trình khử ion tăng cường Nếu khả cách điện khe hở phục hồi nhanh tốc độ phục hồi điện áp làm việc hồ quang khơng bị cháy lại Chính nhờ điện trở tác dụng lớn nối song song với nhóm khe hở tạo điều kiện cho phục hồi điện áp đặn khe hở, loại trừ khả hồ quang cháy lại

Các loại CSV thông dụng có khe hở với nguyên tắc dập hồ quang khác sau:

- Với hồ quang dòng điện kèm theo đứng yên chỗ khe hở bị phóng điện xuyên thủng bị dập tắt (tương ứng loại PBC Nga)

- Với hồ quang chạy quanh khe hở hình xuyến điện cực tác dụng từ trường, loại PBM (3÷35kV), PBM∆ (110÷500kV) Nga

- Với hồ quang kéo dài chuyển dịch điện cực tác dụng từ trường, chiều dài hồ quang tăng lên đáng kể (đến hàng trăm lần) loại PBT PBPΕ Nga

a) Khe hở nhỏ có hồ quang đứng yên tạo nên hai điện cực đối diện (H.6.9) dạng tang trống (1) đồng thau, ngăn cách vịng đệm hình xuyến (2) mica (hoặc cacton điện) có bề dày

0 6, , mm

1- Điện cực dạng tang trống; 2- Vịng đệm mica Hình 6.9: Khe hở nhỏ có hồ quang đứng yên xảy

phóng điện xuyên thủng

Với dạng điện cực vậy, điện trường khe hở nhỏ tương đối đồng nhất; mặt khác lớp khí mỏng tồn vòng đệm mica điện cực chịu cường độ điện trường cao nhiều so với cường độ trường vòng đệm mica (do hệ số điện mơi khơng khí nhỏ nhiều so với mica), nên q trình ion hóa lớp khí sớm, cung cấp điện tử cho khe hở khí đảm bảo cho phóng điện khe hở với thời gian chậm trễ thống kê bé, với hệ số xung gần đơn vị

Như vậy, ưu điểm loại khe hở cấu tạo tương đối đơn giản trường khu vực phóng điện đồng Nhược điểm dập tắt hồ quang khe hở sở vào phục hồi tự nhiên độ bền điện điện cực, giới hạn dòng điện kèm theo dập tắt đảm bảo tương đối bé, vào khoảng It =80 100÷ A Trong tăng dịng điện dập tắt cho phép giảm bớt trị số điện trở không đường thẳng (giảm bớt số đĩa điện trở), cải thiện đặc tính bảo vệ CSV (giảm

) dö

U mở khả giảm mức cách điện xung trang thiết bị điện

b)Khe hở nhỏ có hồ quang di chuyển cho phép nâng cao giới hạn dòng điện dập tắt đảm bảo lên đến 250A (được ứng dụng chế tạo loại CSV xêri PBMΓ PBM Nga) Nguyên lý cấu tạo loại khe hở cho hình 6.10

Một điện cực đĩa trịn (4) điện cực hình xuyến lệch tâm (2) tạo nên khe hở không đồng nơi hẹp δ, toàn nằm từ trường nam châm vĩnh cửu (5)

Nhờ dập tắt dòng điện kèm theo cao nên cho phép giảm số đĩa điện trở khơng đường thẳng, giảm Udư CSV cải thiện rõ rệt hệ số bảo vệ CSV (6.3)

Hình 6.10: Khe hở với hồ quang quay

Đối với CSV xêri PBC (khe hở với hồ quang tĩnh) Kbv=2 7, ÷ , CSV xêri PBMΓ (khe hở với hồ quang quay) Kbv =2 có nghĩa điện áp dập tắt Ut, điện áp dư loại CSV sau giảm từ 20÷26%

c)Khe hở với hồ quang bị kéo dàiMột bước giảm nhỏ hệ số bảo vệc Kbv=1 7, đạt nhờ áp dụng loại khe hở phóng điện hạn chế dịng với hồ quang dòng điện kèm theo bị kéo dài nhờ tác dụng từ trường dẫn vào rãnh hẹp bị khử ion mãnh liệt Nguyên lý làm việc loại khe hở trình bày hình 6.11

Hai điện cực nằm vách buồng dập hồ quang từ trường nam châm vĩnh cửu (hoặc cuộn cảm) Khi khe hở S hai điện cực bị phóng điện xuyên thủng, lực F từ trường tác dụng lên hồ quang làm cho di chuyển bị kéo dài dần từ vị trí D1 cho

1- Các cực đệm 2- Cực hình xuyến 3- Đệm cách điện 4- Cực đĩa tròn 5- Nam châm

đến vị trí cuối D3 len lỏi vách cách điện buồng dập hồ quang, bị nguội bị khử ion mãnh liệt Lúc điện trở khe hồ quang tăng lên, điện áp giáng ∆U khe hở phóng điện trở nên đủ cao Trong điều kiện điện trở khơng đường thẳng phải hạn chế dịng điện kèm theo đến trị số It điện áp Ut − ∆U

Hình 6.11 Khe hở với hồ quang bị kéo dài

Dòng điện kèm theo pha với điện áp làm việc CSV Vì sau dòng điện kèm theo bị cắt qua trị số khơng điện áp khe hở từ trị số khơng phục hồi dần theo dạng hình sin tần số công nghiệp chậm nhiều so với phục hồi độ bền điện khe hở Ở cần nhắc lại vai trò quan trọng q trình dập hồ quang dịng điện kèm theo phục hồi điện áp đặn tất khe hở nhỏ nối tiếp Để đạt phân bố điện áp đặn nhờ điện trở cao nối tắt nhóm khe hở trình bày hình 6.7

6.4.4 Điện trở không đường thẳng

Như nêu trên, chức chồng đĩa điện trở nối tiếp với chuỗi khe hở là, mặt phải có trị số điện trở bé, qua dịng xung lớn cho phép để cho điện áp dư CSV không vượt mức cho

phép cách điện thiết bị bảo vệ, mặt khác QĐA kết thúc, qua dịng điện kèm theo phải có trị số điện trở lớn để hạn chế dòng điện kèm theo đến trị số đủ bé để khe hở dập tắt hồ quang Như vậy, điện trở phải có đặc tính tính Volt-Ampe khơng đường thẳng (H.6.12) Ngồi phải có khả cho qua nhiều lần dòng điện xung dòng điện kèm theo, tức phải có khả chịu nhiệt đủ cao

Hình 6.12 Đặc tính Volt-Ampe điện trở làm việc CSV

Để tạo điện trở không đường thẳng thường dùng vật liệu bán dẫn rắn có điện dẫn tăng nhanh tăng điện áp tác dụng Trước chưa lâu, vật liệu sử dụng vào mục đích cacbua silic SiC (cacborunđum) Hạt SiC có điện trở suất khoảng 10−2Ω.m ổn định Khi đun nóng bề mặt hạt SiC phủ lớp oxid silic SiO2, dày khoảng

5

10− cm, có điện trở suất phụ thuộc khơng đường thẳng vào cường độ điện trường Khi điện áp tác dụng bé, cường độ điện trường thấp điện trở suất màng mỏng SiO2 vào khoảng 104÷106Ω.mvà thực tế tồn điện áp đặt lên màng mỏng đó, cường độ điện trường tăng cao, tức chịu tác dụng QĐA điện dẫn màng mỏng tăng mạnh trị số điện trở làm việc xác định điện trở thân hạt SiC

đối với phần lớn loại điện áp nội bộ, mà thời gian trì kéo dài nhiều chu kỳ tần số công nghiệp Một bước cải thiện điện trở làm việc chế tạo đĩa téc-vit (dùng CSV loại PBMΓ PBM) cách trộn hạt SiC với chất kết dính hỗn hợp thủy tinh lỏng oxid nhôm (Al O2 3) nung nóng lên đến 1000°C Ở nhiệt độ cao phần màng mỏng SiO2 bị bốc hơi, điều làm xấu nhiều tính khơng đường thẳng vật liệu, lại nâng cao nhiều khả cho qua dịng điện, ví dụ đĩa tecvit đường kính 70mm cho qua dịng điện tần số công nghiệp lên đến 750A 2mS đĩa tecvit đường kính 115mm cho qua dịng điện 1500A 2mS Do CSV với đĩa tecvit dùng vừa để bảo vệ chống QĐAKQ vừa để hạn chế QĐANB Đặc tính V-A đĩa vilit hay tecvit biểu diễn cách gần theo quan hệ

U =CIα (6.4)

hoặc dạng lôgarit:

lgU =lgC+ αlgI (6.5)

với: C - hằèng số, tùy thuộc tính chất vật liệu kích thước đĩa điện trở có trị số điện áp giáng điện trở dịng qua 1A

α - hệ số không đường thẳng vật liệu, có giá trị khác phạm vi dịng điện bé lớn Hình 6.13 trình bày đặc tính V-A hệ tọa độ lơgarít: đoạn A tương ứng với phạm vi dịng điện bé - dòng điện kèm theo phần lớn dòng QĐA thao tác Hệ số α đoạn vilit 0,28÷0,3, tecvit 0,35÷0,38 Đoạn B tương ứng với dòng lớn qua CSV QĐAKQ Hệ số α đoạn vilit 0,1÷0,2 cịn tecvit 0,15÷0,25

Hình 6.13 Đặc tính V-A điện trở khơng đường thẳng gốc SiC

quá cao, hệ số khơng đường thẳng lớn, CSV khó đảm bảo bảo vệ cách điện Để khắc phục nhược điểm người ta thay đổi cấu trúc mạch CSV sau (H.6.14)

Hình 6.14: Sơ đồ mạch phức hợp (a) đặc tính V-A loại CSV phức hợp tương ứng (b) cấp U = 500kV

Điện trở không đường thẳng chia thành hai nhóm R1 R2 Khe hở K1 đấu nối tiếp với R1

Khe hở K2 đấu song song với R2

Điện áp phóng điện CSV định K1 Khi có QĐANB,

K làm việc dịng qua CSV thường vượt 2000A, R1 R2 tham gia hạn chế dòng nên điện áp dư CSV giữ giới hạn cho phép Điện áp phóng điện xuyên thủng khe hở K2 chọn cao điện áp dư R2 K2 khơng phóng điện tác dụng QĐANB

Nhưng có QĐAKQ, dịng qua CSV cao, điện áp giáng nhóm điện trở R2 vượt điện áp phóng điện xung khe hở K2 làm cho khe hở phóng điện nối tắt R2 Điện áp dư CSV xác định nhóm điện trở R1 nên có trị số thấp đảm bảo yêu cầu bảo vệ cách điện (đường 2, H.6.14)

6.5 THIẾT BỊ HẠN CHẾ QĐA HAY CSV KHƠNG CĨ KHE HỞ Sự nâng cao điện áp định mức lưới chuyển tải cần thiết phải giảm mức cách điện thiết bị điện địi hỏi phải có biện pháp hạn chế QĐA nhiều Trong đó, với việc dùng thiết bị CSV có điện trở khơng đường thẳng sở cacbua silic, nhược điểm tính khơng đường thẳng vật liệu, khơng thể giảm mức QĐA xuống thấp 2Up Muốn giảm thấp cần phải giảm điện trở không đường thẳng, điều dẫn đến tăng đáng kể dòng điện kèm theo, vượt khả dập tắt hồ quang khe hở phóng điện Với vật liệu cacbua silic khơng thể bỏ khe hở phóng điện được, tác dụng trực tiếp điện áp làm việc pha, dịng tần số cơng nghiệp qua điện trở khơng đường thẳng lớn, mặt gây tổn thất điện lớn, mặt khác chóng phá hủy điện trở Mà dùng khe hở, biết, có nhiều khó khăn gắn liền với cần thiết phải giảm dòng điện kèm theo đến trị số mà khe hở dập hồ quang cách chắn, phải cấu tạo khe hở cho đặc tính Volt-giây phẳng

Kết hàng loạt cơng trình nghiên cứu nhà khoa học vật liệu vào cuối thập kỷ 70 đầu thập kỷ 80 thay vật liệu bán dẫn gốc cacbua silic vật liệu bán dẫn gốc oxid kim loại, chủ yếu oxid kẽm ZnO, vừa có đặc tính Volt-Ampe dốc phạm vi dòng bé tương đối phẳng phạm vi biến đổi rộng dịng điện lớn, vừa có khả cho qua dòng đủ cao Với việc sử dụng ZnO làm điện trở khơng đường thẳng cho phép loại bỏ khe hở phóng điện, làm cho cấu tạo thiết bị trở nên đơn giản hơn, gọn nhẹ hơn; quan trọng thiết bị vừa dùng để bảo vệ chống QĐAKQ vừa dùng để hạn chế QĐANB, gọi thiết bị hạn chế QĐA

Ví dụ, Liên Xô cũ, chế tạo điện trở không đường thẳng gốc ZnO dạng đĩa đường kính 28mm, dày 8mm (rất gọn, nhỏ so với đĩa vilit tecvit) đặc tính Volt-Ampe cho hình 6.15, điện áp cho theo đơn vị tương đối, với giá trị sở điện áp dư điện trở dịng qua 100A

Hệ số khơng đường thẳng điện trở làm ZnO bé, 015 04, ,

α = ÷ bao trùm phạm vi dòng điện rộng từ

Hình 6.15 Đặc tính V-A điện trở khơng đường thẳng ZnO dịng chiều xung (a) dòng xoay chiều tần số 50Hz (b)

Dòng qua điện trở vượt 500A làm tăng hệ số không đường thẳng lên nhiều (α ≥0 1, ) tức làm xấu đặc tính bảo vệ điện trở, điều khơng mong muốn Sự phụ thuộc α C (xem cơng thức (6.4)) vào dịng qua điện trở khơng đường thẳng cho bảng 6.1

Bảng 6.1 Trị số trung bình tham số C α điện trở ZnO i, A 10−4 10−3 10−2 10−1 10 100 500 1500 U/U100 0,7 0,74 0,78 0,82 0,86 0,91 1,1 1,3

α 0,02 0,03 0,04 0,06 0,1

C/U100 0,86 0,9 0,93 0,26

Đặc tính V-A điện trở ZnO (H.6.15) cho phép ghép trực tiếp thiết bị hạn chế QĐA vào dây dẫn mà khơng qua khe hở phóng điện Tuy nhiên khơng có khe hở nên thường xun chạy qua điện trở khơng đường thẳng dịng điện tần số công nghiệp điện áp làm việc, trị số dịng vượt q giới hạn làm cho điện trở nóng dẫn đến hư hỏng Chính nhược điểm loại thiết bị hạn chế điện áp việc nghiên cứu nâng cao khả chống già cỗi loại vật liệu bán dẫn vấn đề thời

đường thẳng khoảng 1mA, chủ yếu dòng điện dẫn

Khả cho qua dòng thiết bị hạn chế QĐA phụ thuộc vào biên độ thời gian trì dịng qua Vói xung dịng ngắn 8/20µS, đặc trưng cho QĐAKQ, điện trở khơng bị phá hủy dịng xung tác dụng có biên độ đến 1000÷1500A

Nhưng dịng xung có độ dài sóng lớn hơn, đặc trưng cho tác dụng QĐA thao tác điện trở bị nung nóng lên nhiều Biên độ dịng xung dạng dẫn đến hư hỏng điện trở, giảm xuống rõ rệt vào khoảng 80÷120A

Thiết bị hạn chế QĐA có khả hạn chế QĐA thao tác ngắn hạn đến mức 8, Up hạn chế QĐAKQ đến mức (2÷2,4)Up Để cải thiện đặc tính bảo vệ thiết bị hạn chế QĐA, tức giảm mức QĐA thao tác xuống thấp (1,7÷1,8)Up áp dụng biện pháp sau:

- Làm mát cưỡng điện trở không đường thẳng

- Dùng khe hở phóng điện để nối tắt phần điện trở không đường thẳng QĐA vượt mức QĐA thao tác Trong trường hợp chế độ làm việc lâu dài có QĐA thao tác, dịng xác định tồn đĩa điện trở khơng đường thẳng, cịn mức hạn chế QĐA tức điện áp dư xác định phần điện trở không bị nối tắt

- Đấu thiết bị hạn chế QĐA pha thành hình điểm trung tính hình đất lắp khe hở phóng điện Trong trường hợp này, dòng qua điện trở khơng đường thẳng khơng chứa sóng hài tần số cao, nhờ giảm biên độ thành phần dòng điện tác dụng 30%, cải thiện điều kiện làm việc nâng cao thời gian phục vụ điện trở không đường thẳng

Chương 7

BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM PHÂN PHỐI ĐIỆN

7.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Phóng điện cách điện trạm nhiều trường hợp dẫn đến cố trầm trọng hệ thống, phá hủy nhiều thiết bị đắt tiền, gây ngắn mạch góp có hệ thống rơle bảo vệ đại Vì vậy, yêu cầu việc bảo vệ chống sét cho trạm cao nhiều so với đường dây

Trạm phải bảo vệ với độ an toàn cao, chống sét đánh thẳng hệ thống thu sét (cột dây thu sét) trình bày chương Ngồi trạm cịn phải bảo vệ chống sóng điện áp sét gây đường dây truyền vào trạm Mức độ bảo vệ tăng cường biện pháp đặc biệt so với bảo vệ chống sét cho đường dây Tuy nhiên, chủ yếu lý kinh tế khơng thể loại trừ hoàn toàn khả xảy cố trạm sóng truyền theo đường dây vào, mà hạn chế tới mức hợp lý kinh tế kỹ thuật Mức độ an toàn chịu sét trạm đặc trưng tiêu chống sét trạm - định nghĩa số năm trung bình vận hành an tồn, khơng xuất điện áp nguy hiểm cách điện trạm, với phương tiện bảo vệ ngày hoàn thiện, tiêu chống sét trạm đến hàng trăm năm Để có ý niệm đầy đủ số đó, ta nên nhớ hệ thống điện phát triển, số trạm phân phối, số nhà máy điện đến hàng trăm, số máy biến áp (MBA) lên đến hàng ngàn, khả hư hỏng MBA thiết bị toàn hệ thống sét gây nên, có trị số đáng kể

Như trình bày chương cách điện trạm, (chương 11 - Kỹ thuật điện cao áp 1) theo yêu cầu phối hợp cách điện, để đảm bảo yêu cầu kinh tế, mức cách điện trạm chọn thấp mức cách điện đường dây Vì vậy, trạm chỗ yếu cách điện hệ thống sóng điện áp khí truyền theo đường dây vào gây nguy hiểm cho cách điện trạm, biên độ chúng thường lớn mức cách điện xung trạm Ví dụ, cách điện MBA 110kV có điện áp thử nghiệm xung khoảng 460kV, trị số điện áp phóng điện xung bé chuỗi sứ đường dây 110kV cột thép tới 650kV tức 40% cao hơn, đường dây 110kV dùng cột xà gỗ mức cách điện xung đường dây 1800kV tức cao nhiều lần so với mức cách điện xung trạm

Biện pháp chủ yếu để bảo vệ trạm chống sóng điện áp khí truyền từ đường dây vào dùng thiết bị chống sét van thiết bị hạn chế điện áp đấu vào góp trạm đấu trực tiếp đầu vào MBA công suất, phối hợp với việc tăng cường bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho đoạn đường dây trước đến trạm để giảm độ dốc sóng truyền vào trạm giảm dòng xung qua chống sét van

Nguyên lý bảo vệ sau: Muốn cho chống sét van bảo vệ thiết bị đặc tính Volt-giây nó, kể phạm vi tản mạn phải nằm tồn đặc tính Volt-giây thiết bị bảo vệ điện áp dư chống sét van thiết bị hạn chế điện áp phải nhỏ điện áp thử nghiệm xung cách điện thiết bị bảo vệ

Nhưng điện áp tác dụng lên cách điện thiết bị bảo vệ cịn phụ thuộc vào vị trí đặt chống sét van điện áp dư chống sét van lại phụ thuộc vào dòng điện xung qua Do đó, việc bảo vệ CSV an toàn thực hai điều kiện sau:

- Khoảng cách chống sét van thiết bị bảo vệ phải nằm giới hạn cho phép muốn mở rộng phạm vi bảo vệ chống sét van phải có biện pháp giảm nhỏ độ dốc sóng truyền vào trạm

- Trị số dịng điện xung chạy qua chống sét van khơng vượt trị số định mức tức dòng điện phối hợp (từ 5÷14kA tùy cấp điện áp tùy loại

chống sét van)

7.2.1 Ảnh hưởng khoảng cách chống sét van thiết bị bảo vệ đến điện áp tác dụng lên cách điện

Volt-giây chống sét van nên cách điện bảo vệ an toàn Nhưng trạm, chống sét van phải bảo vệ cho toàn cách điện trạm, trường hợp tổng quát chống sét van thiết bị cần bảo vệ có khoảng cách đó, cách điện cịn chịu tác dụng lượng điện áp gia tăng ∆U

Quan hệ ∆U với thông số sơ đồ trạm sóng khảo

sát qua ví dụ đơn giản (H.7.1a): sơ đồ bảo vệ trạm cụt (để có trường hợp nguy hiểm nhất), khoảng cách chống sét van thiết bị cần bảo vệ (MBA) l

Hình 7.1 Sơ đồ bảo vệ trạm cụt

a) Trước CSV phóng điện; b) Sau CSV phóng điện

Giả thiết sóng tới có dạng xiên góc U = at với thời gian đầu sóng đs

T độ dốc đầu sóng o

đs

U a=

T (Uo =U50% cách điện đường dây

đoạn gần trạm)

Chọn gốc thời gian sóng đến chống sét van (điểm A) lần Trong thực tế thường đs 2

l v

> =

T T (2T thời gian sóng từ A đến B

phản xạ từ B đến A) nên chống sét van làm việc điện áp phóng điện Up chống sét van tổng sóng tới sóng phản xạ

biểu thị biểu thức sau:

2

( )

p p p

Từ (7.1) suy thời gian từ lúc sóng tới đến vị trí chống sét van chống sét van làm việc bằng:

2 p p U a t a + τ = (7.2)

Bởi thời điểm tp chống sét van làm việc cắt sóng tới trị số p

at từ phía sau chống sét van sóng có biên độ atp(H-7.1b) Vì

trạm cụt truyền đến MBA, sóng điện áp tăng lên gấp đôi (do phản xạ dương toàn phần), điện áp lớn tác dụng lên cách điện MBA bằng:

2

max

cđ p p dư

l

U at U a U U

v

= = + ≈ + ∆ (7.3)

Từ (7.3) thấy rõ điện áp tác dụng cách điện MBA (Ucđ) lớn

hơn điện áp làm việc chống sét van (Up) lượng U 2al v

∆ =

(Up ≈Udư đặc tính Volt-Ampe CSV tương đối phẳng)

Khoảng cách l độ dốc đầu sóng a lớn lượng điện áp gia tăng

∆U cao, điện áp tác dụng lên cách điện bảo vệ lớn Nhưng

trong trường hợp, để bảo vệ an toàn, điện áp xung lớn tác dụng lên cách điện thiết bị bảo vệ không vượt trị số điện áp thử nghiệm xung Ucđmax ≤Utnx Áp dụng vào (7.3) suy

khoảng cách lớn cho phép chống sét van thiết bị bảo vệ:

+2 ≤

max

cñ tnx

l

U a U

v

suy ra:

2

( tnx p)

cp

U U v

l

a

−

≤ (7.4)

với Utnx điện áp thử nghiệm xung cách điện thiết bị bảo vệ

Từ (7.4) thấy rõ rằng, trị số khoảng cách lớn cho phép lcp tỉ lệ

nghịch với độ dốc sóng tới: muốn tăng phạm vi bảo vệ cho phép lcp

chống sét van cần phải giảm độ dốc sóng truyền vào trạm Để thực điều cần phải có biện pháp hạn chế xuất dây dẫn đường dây gần trạm điện áp với biên độ độ dốc lớn Cụ thể là:

- Đối với đường dây bảo vệ chống sét đánh thẳng dây chống sét tồn tuyến khoảng cách từ 1÷3 km (tùy cấp điện áp) trước

tiếp vào dây dẫn giảm điện trở nối đất cột điện để giảm xác suất xuất phóng điện ngược cách điện đường dây, sét đánh vào cột dây chống sét

- Đối với đường dây khơng có dây chống sét tồn tuyến khoảng cách từ 1÷3 km trước tới trạm, phải đặt dây chống sét bảo vệ

chống sét đánh thẳng vào đường dây cách an toàn, đồng thời thực nối đất cột điện tốt để tránh phóng điện ngược từ dây chống sét đến dây dẫn sét đánh vào cột dây chống sét Như sóng điện áp phần lớn trường hợp truyền từ đường dây vào trạm sau chạy qua khoảng cách tăng cường bảo vệ đó, tác dụng vầng quang xung, đầu sóng bị kéo dài, tức độ dốc giảm nhỏ khơng cịn nguy hiểm cho cách điện trạm

7.2.2 Ảnh hưởng dòng điện xung qua chống sét van đến trị số điện áp dư

Để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường chống sét van, trình bày chương “Thiết bị chống sét”, cần phải hạn chế dịng điện sét qua khơng vượt q dịng điện phối hợp (5÷14 kA tùy cấp điện áp tùy

loại chống sét van) Dòng điện xung qua chống sét van lớn quá, mặt gây nên điện trở làm việc chống sét van nhiệt vượt giới hạn cho phép phá hủy chống sét van, mặt khác làm cho điện áp dư chống sét van tăng cao, nguy hiểm cho cách điện thiết bị bảo vệ

Xét sơ đồ bảo vệ trạm (H.7.2)

- Sóng tới Ut sét đánh đoạn tăng cường bảo vệ truyền vào trạm

theo đường dây có tổng trở sóng Z, góp trạm có đặt chống sét van để bảo vệ cho máy biến áp (H.7.2a)

Khi chống sét van làm việc, sơ đồ thay theo quy tắc Petersen (H.7.2b) cho phương trình điện áp sau:

2Ut = ICSVZ U+ dư (7.5) đó: Ut - biên độ sóng q điện áp truyền tới trạm

dư

U - điện áp dư chống sét van dòng điện xung

qua trị số dịng điện phối hợp (5÷14 kA)

CSV

I - dòng điện xung qua chống sét van Z - tổng trở sóng đường dây

Từ (7.5) suy trị số dòng điện xung qua chống sét van:

2 t dö

CSV

U U

I

Z

− =

(7.6)

Ví dụ: đặt trạm 110kV chống sét van loại PBC-110 có Udư =335kV , tương ứng với dịng điện xung qua trị số dịng phối hợp: 5kA Tổng trở sóng đường dây giả thiết Z=400Ω Biên độ sóng tới lấy mức

cách điện xung cách điện đường dây Với đường dây cột thép điện áp phóng điện xung bé chuỗi sứ U50% =650kV Từ suy dịng

điện qua chống sét van:

2 650 335

2 413

400 ,

CSV

I = × − = kA < kA

Như hoàn toàn cho phép

Nếu đường dây dùng cột gỗ mà đoạn tới trạm không đặt dây chống sét nối đất dây chống sét cột điện mức cách điện xung

50% 1700

U = kV

(xem chương 5, mục 5.3) Như vậy:

× −

=

= > =

2 1700 335 400

7 663,

CSV

ph

I

kA kA I

Dòng điện qua chống sét van vượt trị số dòng phối hợp

chống sét nối đất dây chống sét cột U50% ≈850kV,

dòng điện qua chống sét van bằng:

2 850 335

3 413

400 ,

CSV

I = × − = kA< kA

Qua thấy rõ cần thiết phải có khoảng cách tăng cường bảo vệ trước đến trạm Nếu đường dây không tăng cường bảo vệ đoạn tới trạm sét đánh vào cột, nơi đặt chống sét van, dòng điện sét phân bố điện trở nối đất Rc cột bị sét đánh qua chống sét van sau

(H.7.3):

dö CSV s

c

U

I I

R

= −

Ví dụ: Với PBC – 110 Udư =367kV tương ứng Iph=10kA Nếu Is =100kA, Rc =10Ω

100 367 63 10

10 ,

CSV ph

I = − = kA ? I = kA

Như vậy, dòng điện qua chống sét van vượt xa giới hạn dòng điện phối hợp Hư hỏng chống sét van điều khó tránh khỏi

7.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ BẢO VỆ TRẠM

1- Đối với đường dây cột xà gỗ điện áp từ 35÷110kV, đoạn tới trạm từ

1÷2km phải đặt dây chống sét nối đất cột điện Mức cách điện xung

a) Đ/v ĐD không bảo vệ DCS toàn tuyến

b) Đ/v ĐD bảo vệ DCS toàn tuyến

Hình 7.4 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ trạm

Điện áp dây dẫn sau chống sét ống làm việc xác định DD csơ csơ

U =I ⋅R Icsơ dịng điện qua CSƠ1 Rcsơ điện trở

tản xung nối đất Để hạn chế trị số UDD cần phải giảm thấp trị số điện trở nối đất csô-1 Theo quy phạm bảo vệ chống sét cho trạm thì:

10

csô

R < Ω điện trở suất đất ρ ≤103Ωm

15

csoâ

R ≤ Ω ρ >103Ωm

Bộ chống sét ống đặt cuối đường dây có nhiệm vụ bảo vệ máy cắt điện đường dây trường hợp máy trạng thái cắt mà đường dây có điện áp Trường hợp xảy ra:

Khi sét đánh lần thứ vào đường dây có khả gây nên ngắn mạch chạm đất Bảo vệ rơle làm việc mở máy cắt (MC) đường dây hở mạch Nếu sét đánh lần vào đường dây, sóng điện áp truyền đến cuối đường dây hở mạch phản xạ dương tồn phần, điện áp tăng gấp đơi xuyên thủng khoảng cách điện cực máy cắt, dao cách ly cách điện tụ điện thông tin (phục vụ cho thông tin vi ba) Đường dây tình trạng hở mạch làm nhiệm vụ dự trữ cố, sét đánh vào đường dây xảy nguy hiểm

nên cố ngắn mạch góp loại cố trầm trọng

2- Đường dây cột thép (hoặc bêtơng cốt thép) khơng treo dây chống sét tồn tuyến, ví dụ đường dây 35kV có sơ đồ bảo vệ đoạn tới trạm tương tự trường hợp trên, song khơng đặt CSƠ-1, biên độ sóng truyền vào giới hạn mức cách điện xung chuỗi sứ, cần giảm trị số điện trở nối đất cột tới mức cần thiết theo qui phạm

3- Đối với đường dây cột thép (hoặc bê tông cốt thép) bảo vệ dây chống sét tồn tuyến cần tăng mức an tồn đoạn tới trạm cách giảm góc bảo vệ α (bé 20°) giảm trị số điện trở nối

đất tới mức cần thiết (H.7.4b)

7.4 THAM SỐ TÍNH TỐN CỦA SĨNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM VÀ CÁCH TÍNH CHỈ TIÊU CHỊU SÉT CỦA TRẠM

7.4.1 Tham số sóng truyền vào trạm

Để tính tốn bảo vệ chống sét cho trạm cần phải biết dạng sóng truyền vào trạm, tức biết tham số chủ yếu nó: biên độ độ dốc đầu sóng - Biên độ sóng truyền vào trạm lấy mức cách điện xung cách điện đường dây khoảng cách tăng cường bảo vệ: Uo=U50%

- Độ dốc đầu sóng chọn theo khả nguy hiểm xảy sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn với độ dốc lớn sét đánh vào cột vào dây chống sét gây phóng điện ngược tới dây dẫn Như qui ước độ dốc đầu sóng tính tốn sau:

Tại nơi sét đánh, sóng có dạng nguy hiểm nhất: đầu sóng vng góc đến trạm độ dốc sóng giảm thấp tác dụng vầng quang xung trình truyền qua khoảng cách tăng cường bảo vệ Có nghĩa sau truyền qua khoảng cách trên, thời gian đầu sóng trạm (xem mục 2.6)

ñs BUo x c

và độ dốc đầu sóng: a = o đs

U c

Bx

=

τ (7.9)

trong đó: B - hệ số biến dạng đầu sóng tác dụng vầng quang xung, tính theo 1/kV (xem hình 2.34)

o

U - biên độ sóng, U50% cách điện đường dây

khoảng cách tăng cường bảo vệ, tính theo kV x - khoảng cách nơi bị sét đánh trạm, km

c = 0,3 km/µs, tốc độ ánh sáng; a - độ dốc đầu sóng, kV/µs

7.4.2 Tínhchỉ tiêu chống sét trạm sóng truyền vào

Giả thiết với trạm phân phối cho, xác định vị trí đặt chống sét van, tức biết khoảng cách l từ chống sét van đến thiết bị cần bảo vệ, tính tốn hay nghiên cứu mơ hình xác định độ dốc đầu sóng cho phép acp Theo biểu thức (7.9) xác định chiều dài tới

hạn khoảng cách tới trạm phải tăng cường bảo vệ: th

cp

c x

a B

=

⋅ (7.10)

Nếu sét đánh ngồi khoảng cách tới hạn, sau truyền qua khoảng cách xth vào trạm, sóng bị vầng quang xung làm giảm độ dốc đầu sóng

khơng cịn nguy hiểm cho cách điện thiết bị trạm Còn trường hợp sét đánh làm xuất điện áp dây dẫn khoảng cách tới hạn xem nguy hiểm đưa vào trạm sóng có độ dốc vượt trị số acp, tức là:

1- Nếu đường dây bảo vệ dây chống sét toàn tuyến chiều dài phần đường dây bảo vệ dây chống sét lớn

( )

th th

x x>x , điện áp nguy hiểm cho trạm xuất có sét

đánh vịng qua dây chống sét vào dây dẫn có phóng điện ngược từ cột tới dây dẫn sét đánh vào cột vào dây chống sét phạm vi xth

Khả xuất điện áp dây dẫn trường hợp đặc trưng số lần phóng điện cách điện đường dây đoạn xth

3

2

4

6 10 { (1 )[ c (1 c)( )]}

pñ cs th p p p

kV kV

h h

N h m n x v v v v v

l l

−

α α

= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + − + − +

(7.11) với hcs - độ cao treo trung bình dây chống sét, m

c

h - độ cao cột, m; lkV - chiều dài khoảng vượt, m m - mật độ sét trung bình khu vực đặt trạm, 1/km2.ngày sét

n - số ngày sét năm khu vực đặt trạm th

x - độ dài tới hạn khoảng cách tới trạm, km

vα - xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

2 p

v - xác suất phóng điện chuỗi sứ sét đánh vào đỉnh cột

3 p

v - xác suất phóng điện khoảng cách khơng khí sét đánh

vào dây chống sét khoảng vượt

p

v - xác suất phóng điện chuỗi sứ sét đánh đánh vào

dây chống sét khoảng vượt

2- Nếu đường dây bảo vệ dây chống sét đoạn có chiều dài x<xth trước đến trạm, số lần sét đánh nguy hiểm cho trạm

ngồi số lần tính theo cơng thức (7.11) cho đoạn x, phải kể đến trường hợp sét đánh vào dây dẫn đoạn xth−x:

3

2

4

6 10 { (1 )[ c (1 c)( )]}

pñ cs th p p p

kV kV

h h

N h m n x v v v v v

l l

−

α α

= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + − + − +

( )

6hDD m n xth x 10−

+ ⋅ ⋅ − (7.12)

trong hDD - độ treo cao trung bình dây dẫn đặt cao (khi dây dẫn

không mặt phẳng ngang) phần đường dây khơng có dây chống sét

Chỉ tiêu chịu sét theo khả điện áp sóng truyền vào trạm trạm đấu với m đường dây xác định theo:

với M số năm bình quân xảy lần điện áp sóng truyền vào nguy hiểm cho cách điện trạm

7.5 ĐIỆN ÁP TRÊN CÁCH ĐIỆN CỦA TRẠM

Các sơ đồ bảo vệ trạm thực tế khác phức tạp Việc phân tích sơ đồ thường thực mơ hình máy tính Ở giới thiệu phương pháp phân tích sơ đồ bản, đơn giản, từ rút quy luật chung

Trong trạm phân phối, số lượng chống sét van đặt có hạn nên thực tế theo hướng truyền sóng thường có phần thiết bị bảo vệ nằm trước chống sét van (ví dụ dao cách ly, máy cắt đường dây) phần nằm sau chống sét van (ví dụ MBA), tương ứng với sơ đồ hình 7.5a,b, thiết bị cần bảo vệ thay điện dung đầu vào chúng (vì khảo sát phân bố điện áp ban đầu q trình sóng trường hợp điện áp tác dụng lên cách điện thiết bị lớn nhất)

Hình 7.5 Vị trí tương đối CSV thiết bị cần bảo vệ

Việc khảo sát sơ đồ đơn giản cho thấy ảnh hưởng khoảng cách chống sét van - thiết bị bảo vệ, độ dốc sóng đến điện áp tác dụng lên cách điện thiết bị bảo vệ

Vì đặc tính Volt-giây Volt-Ampe chống sét van không đường thẳng nên để đơn giản dùng phương pháp đồ thị để khảo sát sơ đồ

7.5.1 Giới thiệu phương pháp đồ thị

tổng trở sóng Z2 Đặc tính Volt-giây Ucsv =f t( ) đặc tính Volt-Ampe

( )

CSV csv

U =f I biết, tương ứng với chống sét van chọn Sóng tới Ut

trong trường hợp tổng quát có dạng cho Khi chuỗi khe hở chống sét van phóng điện, theo sơ đồ thay (H.7.6b) viết phương trình cân điện áp:

1

2 ( csv )

t csv csv

U

U U I Z

Z

= + + ⋅

hoặc biến đổi dạng:

2

1 2

2

t csv csv

Z Z Z

U U I

Z +Z = + Z +Z (7.14)

và giải phương pháp đồ thị sau:

Hình 7.6 a) Sơ đồ truyền sóng vào trạm; b) Sơ đồ thay thế

Hình 7.7 Phương pháp đồ thị xác định Ucsv = f t( ) Icsv = f t( )

Trong góc thứ I vẽ đặc tính Volt-giây chống sét van (Ucsv =f t( ))

đường cong 1

2Z U

Z +Z biểu diễn vế trái (7.14)

Trong góc thứ II vẽ đường thẳng 2 csv

Z Z I

Z +Z vaø đặc tính

Volt-Ampe chống sét van (UCSV = f I( csv)) sau cộng tung độ hai

đường cong với ta đường cong

( ) 2

csv csv

Z Z

U I U I

Z Z

= +

+ , đường cong biểu diễn vế phải (7.14)

Trước khe hở chống sét van phóng điện, tức trước đường cong

1

2

t

Z U

Z +Z cắt đặc tính Volt-giây chống sét van, đường biểu diễn

điện áp điểm A trùng với đường cong 2

2

t

Z U

Z +Z , tức điện áp khúc xạ

tại điểm A với hệ số khúc xạ: 12 2Z Z Z α = +

Khi đường cong 2

2

t

Z U

Z +Z cắt đặc tính Volt-giây, tức khe hở

- Ứng với thời điểm t1, có điểm a1 đường cong

1

2

t

Z U

Z +Z (phaàn

bên đặc tính Volt-giây chống sét van) Từ điểm a1 vẽ đường ngang,

nó cắt đường cong ( ) 2

csv csv

Z Z

U I U I

Z Z

= +

+ điểm b1 Từ b1 vẽ

đường thẳng đứng cắt đặc tính Volt-Ampe chống sét van điểm c1

Từ c1vẽ đường ngang, cắt đường thẳng đứng qua điểm a1 điểm d1

Điểm d1 lời giải phương trình (7.14): tung độ d1 cho giá trị

của Ucsv thời điểm t1

Trong góc IV vẽ đường ngang có tung độ Icsv (hồnh độ điểm

1

C ) cắt đường thẳng đứng qua a1 điểm i1, dòng điện qua

chống sét van thời điểm t1

Cứ tiếp tục tương tự cho nhiều thời điểm khác xây dựng tồn đường cong điện áp tác dụng lên chống sét van theo thời gian

( )

csv

U = f t dòng điện qua chống sét van theo thời gian Icsv =f t( )

Do đặc tính Volt-Ampe chống sét van tương đối phẳng nên điện áp dư chống sét van thực tế không đổi phạm vị rộng trị số dòng điện qua chống sét van thay đổi nhiều

7.5.2 Trường hợp chống sét van nằm sau thiết bị bảo vệ (H.7.5a)

Trước tiên giả thiết C = tổng trở sóng đoạn góp chiều dài

l thiết bị chống sét van tổng trở sóng đường dây Z1=Z2 =Z

Sóng tới có dạng xiên góc Ut =at với τđs =U0 5, /a U0 5, điện áp

phóng điện xung bé cách điện đường dây có sóng truyền vào trạm

Hình 7.7a Sơ đồ thay CSV làm việc

thành phần sóng tới thành phần sóng phản xạ từ B trở Bằng phương pháp đồ thị xác định cách dễ dàng điện áp điểm B tức Ucsv( )t Điện áp phản xạ từ B trở xác định theo: Up =Ucsv−Ut

(H.7.8a)

Hình 7.8 Dạng điện áp CSV (a) cách điện (b) C =

Sóng phản xạ đến điểm A sau thời gian 2τ =2al v/ Cộng

tung độ đường sóng tới điểm A sóng phản xạ từ B đến A dạng điện áp tác dụng lên cách điện thiết bị A (H.7.8b)

• Nếu 2τ < τđs: trường hợp xảy thực tế, điện áp cực

đại cách điện có trị số bằng:

2 2

max ( )

cñ p p p p

U = a t + τ +at = a t⋅ + aτ = U + aτ (7.15)

với: tp - thời điểm phóng điện chống sét van

2

p p

U = a t⋅ - điện áp phóng điện chống sét van

Như vậy, trị số điện áp cực đại cách điện thiết bị vượt trị số điện áp phóng điện chống sét van lượng ∆U =2aτ =2a l v⋅ / , tức

tỉ lệ với khoảng cách l với độ dốc đầu sóng a

• Nếu 2τ > τđs: trị số cực đại điện áp tác dụng lên cách điện

baèng:

0 2

max ,

p

cñ ñs p

U

U = aτ +at = U +

Trường hợp xảy sơ đồ thực tế biên độ sóng tới U0 5, (bằng mức cách điện xung đường dây) khơng thể nhỏ

Hình 7.9 Điện áp CSV (a) cách điện (b) khi kể đến điện dung C

Nếu điện dung C≠ sóng qua điện dung độ dốc bị kéo dài, điện

áp cực đại giảm nhiều (H.7.9), nhiên xác định gần theo biểu thức (7.15)

7.5.3 Trường hợp chống sét van nằm trước thiết bị bảo vệ (H.7.5b)

Phương pháp giải đồ thị nguyên tắc tương tự trường hợp Song đây, chống sét van làm việc có phản xạ nhiều lần điểm A B nên cách tiến hành có phức tạp

Khi C = 0, sóng áp phản xạ từ B, dương tồn phần (cùng dấu biên độ sóng tới) lại đến điểm A nơi đặt chống sét van sau khoảng thời gian 2τ =2l v/ Tại điển A chống sét van làm việc sóng áp phản xạ từ

A phía B ngược dấu (H.7.10) Tuy nhiên, đặc tính Volt-Ampe chống sét van phẳng nên điện áp tác dụng lên khơng thay đổi ảnh hưởng phản xạ nhiều lần

Điện áp cách điện có dạng dao động xung quanh trị số điện áp dư chống sét van với chu kỳ T= τ =4 4l v/ Điện áp cực đại cách điện có trị số

bằng:

2 max

cđ p

Hình 7.10 Điện áp CSV cách điện

Điện dung C có tác dụng, tương tự trường hợp trên, làm giảm độ dốc sóng mài nhẵn đỉnh nhọn chúng

Trong tính tốn điện áp tác dụng lên cách điện, để đơn giản thay dạng sóng tác dụng lên chống sét van sóng xiên góc có độ dốc đầu sóng a điện áp cực đại điện áp dư chống sét van dòng điện xung qua trị số định mức Như thời gian đầu sóng tính tốn bằng:

/

đs Udư a

τ = Thay đoạn góp chiều dài l sơ đồ thay hình π

với điện cảm Ltg =Zl v Z/ = τ điện dung nhánh:

2 2

tg

C l

Z v Z

τ

= ⋅ =

⋅

Nhánh điện dung song song với chống sét van bỏ qua chống sét van làm việc điện dung nối tắt điện trở làm việc bé chống sét van Điện dung nhánh cuối xếp chồng lên điện dung C

Hình 7.11 Thay đoạn góp sơ đồ hình Π

Như ta có mạch dao động L-C với tần số dao động riêng:

1

2

( )

tg tñ tg

tg

L C C

L C

ω = =

⋅

+

và chu kỳ dao động:

2 2

2 2

( tg) ( ) ( )

tg c

C

T L C Z C T

Z

τ τ

= π ⋅ + = π ⋅ τ + = π ⋅ τ + (7.18)

với Tc =ZC số thời gian q trình tích điện điện dung C thiết bị

Bài toán sóng xiên góc tác dụng lên mạch dao động giải theo tích phân Duyhamen với kết có dạng:

Khi: [1 (1 ) ]

ds t

T T

p ds cđ dư

ds

T

t U U e e

τ −

≥ τ ⇒ = + −

τ thực tế xảy ra (7.19)

/ [ (1 )]

t T p ds cd dö ds

t < τ ⇒ U = U τ t T− −e− (7.20)

Tóm lại từ việc khảo sát hai dạng sơ đồ với vị trí tương đối chống sét van thiết bị bảo vệ khác theo chiều truyền sóng rút kết luận tổng quát sau:

- Về trị số: điện áp cực đại cách điện hai trường hợp tỉ lệ với độ dốc đầu sóng khoảng cách l chống sét van thiết bị bảo vệ

- Về dạng sóng: chống sét van nằm sau thiết bị, điện áp tác dụng lên cách điện có dạng xung ngắn khoảng 1-3µs xếp chồng lên điện áp dư

- Tác dụng điện dung C thiết bị bảo vệ làm giảm đôi chút trị số cực đại điện áp trường hợp chống sét van nằm sau thiết bị, ngược lại làm tăng nhiều trị số điện áp cực đại cách điện trường hợp chống sét van nằm trước thiết bị, không vượt hai lần điện áp dư chống sét van

- Nếu trạm đấu với n đường dây, sóng truyền theo đường dây vào trạm tổng trở sóng Z2 =Z n/( −1) song song với chống sét van, có tác

Chương 8

BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO MÁY ĐIỆN QUAY

8.1 BẢO VỆ CÁCH ĐIỆN MÁY ĐIỆN QUAY CHỐNG SĨNG SÉT TRUYỀN VÀO THEO ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG Cũng giống bảo vệ cách điện trạm, biện pháp chủ yếu để bảo vệ cho cách điện máy điện quay dùng chống sét van Nhưng mức cách điện xung máy điện quay không cao cách điện trạm nên phải dùng loại chống sét van đặc biệt có đặc tính bảo vệ tốt Đó loại chống sét van có khe hở cấu tạo hình xuyến, dập hồ quang theo kiểu thổi từ, nhóm khe hở nối song song với điện dung điện trở để cải thiện điều kiện làm việc khe hở, có điện trở khơng đường thẳng vilit phẩm chất cao (loại PBM) tecvit có khả cho qua dịng điện cao (loại PBT) Bảng 8.1 cho ta ý niệm so sánh mức cách điện xung cách điện chủ yếu máy điện quay máy biến áp điện áp dư loại chống sét van cấp điện áp dùng bảo vệ máy điện

Baûng 8.1

ĐẠI LƯỢNG THIẾT BỊ ĐIỆN ÁP ĐỊNH MỨC, kV

3 11

Độ bền xung đảm bảo cách điện chủ yếu, (kV)

Máy biến áp 44 60 80 Máy điện quay 7,6 15,2 25,2 Điện áp dư chống sét van

dòng điện xung kA (kV)

Loại PBM 17 28

Loại PBT 14 23,5

Do khó khăn phối hợp đặc tính bảo vệ chống sét van với độ bền xung cách điện máy điện quay nên không cho phép đấu trực tiếp máy phát điện công suất lớn 15000 kVA máy bù đồng công suất lớn 20000 kVAr vào đường dây khơng

Ngồi tác dụng lên cách điện chủ yếu, q điện áp khí cịn tác dụng lên cách điện dọc (giữa vòng dây) máy điện cách điện trung tính, để bảo vệ cách điện dọc cần có biện pháp giảm độ dốc sóng tới khơng q trị số 5ữ6kV/às, v nu bo v c cho cỏch in trung tính máy phát điện (trong trường hợp điểm trung tính đưa ngồi máy) phải giảm độ dốc sóng tới xuống 2kV/µs

Để giảm độ dốc sóng tới cần đấu gần máy điện, song song với chống sét van tụ điện có điện dung C t 0,25ữ0,5 àF trờn mi pha Nu trung tớnh máy điện đưa ngồi việc bảo vệ cách điện thực cách đấu vào chống sét van song song với chống sột van mt in dung khong 0,25ữ0,5 àF hn chế độ dốc sóng cắt Trong trường hợp để hạn chế độ dốc sóng tới cần tính theo điều kiện bảo vệ cách điện dọc nên cần đặt góp (hoặc cực) máy điện trờn mi pha mt in dung t 0,1ữ0,25 àF

Bảo vệ đoạn đường dây không trước tới máy điện

Trên chiều dài khoảng 500-600m, trước tới góp máy phát, đường dây khơng phải bảo vệ tuyệt đối an tồn chống sét đánh thẳng vào dây dẫn Mục đích việc tăng cường bảo vệ đoạn đường dây tới máy điện là:

- Loại trừ sét đánh trực tiếp vào dây dẫn gần máy điện

- Hạn chế dòng điện qua chống sét van bảo vệ máy phát điện trị số dòng điện phối hợp kA, tốt 1,5 kA, để đảm bảo dự trữ an toàn điện áp dư chống sét van điện áp tác dụng cho phép cách điện máy điện quay

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ máy điện quay cho hình 8.1

Trên đoạn đường dây này, thường dùng cột thu sét đặt hai bên đường dây để chống sét đánh thẳng Cũng dùng dây chống sét, khơng đặt dây chống sét trực tiếp cột điện nhằm tránh tượng phóng điện ngược đoạn

đánh thẳng, xác suất sét đánh thẳng vào đường dây trường hợp bé

Hình 8.1Các sơ đồ bảo vệ cho cách điện máy điện quay đấu vào đường dây không

Ở đầu đoạn đường dây đặt chống sét ống có điện trở nối đất nhỏ tốt (dưới 5Ω) để hạn chế dòng điện qua chống sét van không vượt kA Nếu không thực nối đất nhỏ cột đặt thêm CSƠ2 (H.8.1a)

Trong thực tế, nhiều máy điện nối vào đường dây không qua đoạn cáp dài từ 50 - 100 m Sự có mặt đoạn cáp tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo vệ điện áp cho máy điện (H.8.1b)

có đoạn cáp có độ an tồn bảo vệ cao chống sét ống (CSÔ1) làm việc tin cậy, đảm bảo Tuy nhiên, điều kiện ln ln thực hệ số khúc xạ điểm chuyển tiếp đường dây không đoạn cáp bé, vào khoảng 0,1 (tổng trở sóng đường dây khoảng 400÷500Ω, cáp từ 5÷40Ω) Vì chống sét ống (CSƠ1) làm việc đảm bảo (phóng điện) sét đánh trực tiếp vào đường dây, hay sóng truyền từ đường dây khơng có biên độ cao (400÷500kV) Để đảm bảo cho CSƠ1 phóng điện cần dời CSƠ1 phía trước đặt thêm trước nó, cách khoảng vượt, CSÔ2 Dùng hai chống sét ống CSÔ1 CSÔ2 nâng cao độ an toàn sơ đồ

Nếu sơ đồ dấu dây có đặt cuộn cảm để hạn chế dịng điện ngắn mạch, cuộn cảm có tác dụng cải thiện điều kiện bảo vệ sơ đồ chống sét cho máy điện (H.8.1c)

Cuộn cảm làm giảm độ dốc đầu sóng phía cuộn dây máy điện tăng cao điện áp phía đường dây tạo điều kiện dễ dàng cho CSÔ2 hay CSV2 phóng điện (dùng CSV2 trường hợp khơng chọn CSƠ có khả cắt dịng điện ngắn mạch lớn góp trạm)

Khi đồng thời dùng đoạn cáp cuộn cảm khả bảo vệ chống sét sơ đồ cao

Nói chung, việc thực sơ đồ chống sét với độ an tồn cao gặp nhiều khó khăn tốn kém, nên máy phát điện có cơng suất lớn không cho phép nối trực tiếp vào đường dây không Trong trường hợp không tránh khỏi phải truyền tải công suất cấp điện áp máy phát dùng cáp máy phát đấu vào đường dây khơng qua máy biến áp chống sét có tỉ số biến đổi 1/1

8.2 BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO MÁY ĐIỆN QUAY ĐẤU VAØO ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG QUA MÁY BIẾN ÁP

Máy phát điện công suất lớn, đặc biệt sơ đồ bộ, thường nối vào đường dây không qua máy biến áp Về phía cao áp, máy biến áp bảo vệ trình bày chương nên sóng điện áp xuất cuộn cao áp khơng vượt q mức cách điện xung (trong tính tốn lấy Udư chống sét van có dịng xung dịng phối hợp qua)

8.2.1 Sự truyền sóng qua điện dung

Khi chịu tác dụng điện áp xung, phân bố điện áp ban đầu dọc theo cuộn dây tương ứng với sơ đồ thay điện dung cuộn dây Phân bố điện áp sóng đạt trị số cực đại (sau vài ba µs) gần giống ban đầu, khoảng thời gian đầu sóng, dùng sơ đồ thay gồm chuỗi điện dung để khảo sát phân bố điện áp cuộn dây máy biến áp máy điện quay Sơ đồ thay máy biến áp hai dây quấn trình bày hình 8.2

Hình 8.2 Hình 8.3 Phân bố điện áp dọc

cuộn dây MBA

Trong K1', K2' điện dung dọc (giữa phần tử cuộn dây) cuộn cao áp cuộn hạ áp 2; C1' C2' điện dung đất cuộn 2; C12' điện dung hai cuộn dây (các tham số cho theo đơn vị chiều dài cuộn dây)

Nếu bỏ qua điện dung dọc K2' cuộn hạ áp cuộn hạ áp hở mạch, điện áp điểm xác định theo quan hệ sau:

U2(x) = U1(x). 12 1 12

2 12 12

( )

' '

' ' x ' '

C C l

U

C +C = C l C l+ (8.1) Thực tế điện dung dọc K2' vẫn tồn nên phân bố điện áp dọc theo

cuộn hạ áp có khác chút so với phân bố cuộn cao áp, nên biểu thức cho phân bố gần

U2 = U1 12

12

/

'

' '

t T

C l e C l C l C

−

+ +

(8.2) U1 lấy điện áp dư chống sét van bảo vệ cuộn dây điện áp cao máy biến áp, bỏ qua dao động cao tần xếp chồng lên điện áp dư chu kỳ dao động bé nhiều so với số thời gian T sơ đồ, nói cách khác, dao động cao tần không truyền qua cuộn dây máy biến áp:

T = (C12' l + C2' .l + C)Z

với Z tổng trở sóng cuộn dây máy phát

U2 tính theo cơng thức cho kết lớn thực tế, phân bố điện áp ban đầu (theo điện dung) không đồng nhất, điện áp giảm nhanh xa đầu vào cuộn dây (nên coi có phần nhỏ điện dung C12' C2' tham gia vào việc truyền sóng) Hình 8.3 cho thấy điện áp

có giá trị đáng kể khoảng 1/5 cuộn dây tính từ đầu vào, có nghĩa thực tế khoảng 1/5 trị số C12' + C2' tham gia vào trình truyền sóng Do

ảnh hưởng điện dung C đến việc giảm trị số U2 lớn theo cơng thức Ví dụ: C = C12 + C2 U2 khơng phải giảm hai lần theo công thức mà thực tế giảm gần 5-6 lần Do loại sơ đồ cần nối vào cực máy phát đoạn cáp ngắn khoảng vài ba chục mét U2 giảm tới trị số tuyệt đối an toàn cho cách điện máy phát điện

Trong trường hợp máy phát đấu vào máy biến áp qua đoạn đường dây không bảo vệ an tồn chống sét đánh thẳng, cịn tồn khả nguy hiểm cho cách điện máy phát điện áp cảm ứng Để giảm điện áp cảm ứng trường hợp này, người ta đấu song song với máy phát điện tụ điện với điện dung từ 0,1-0,5µF, điện dung có tác dụng giảm điện áp truyền theo đường điện dung

8.2.2 Sự truyền sóng qua cuộn hạ áp theo đường điện từ

Hình 8.4 Sơ đồ thay để phân tích q trình truyền thống sóng theo đường điện từ qua cuộn dây MBA

Như vậy, sơ đồ thay thế, điện cảm cuộn dây thông số chủ yếu Trong đó,

L1và L2 điện cảm tản cuộn áp cao áp thấp Lµ - điện cảm từ hóa (Lµ? L1 + L2)

K1 - hệ số biến đổi cuộn dây máy biến áp

C - điện dung tổng phía áp thấp gồm điện dung C2 cuộn áp thấp mạch

Z - tổng trở sóng cuộn dây máy phát điện đoạn dây nối máy phát điện máy biến áp

r - điện trở tác dụng, để tính đến tổn hao sơ đồ

Nếu điện dung C = phía sơ cấp có sóng vng góc biên độ U1 tác dụng cuộn thứ cấp xuất điện áp:

U2 = K1.U1 (1 – e–t/T) với: T = L1 L2

Z +

U1 - lấy điện áp dư chống sét van, lý trình bày phần

Điện cảm tản máy biến áp tính đổi phía hạ áp theo: L1 + L2 =

31 %

,

K dm dm

e U

I ×

với: eK% - điện áp ngắn mạch %; Uđm - điện áp định mức, kV Pđm - công suất định mức, kVA

áp đầu vào cuộn áp cao máy biến áp lấy Udư chống sét van bảo vệ trạm

Thực tế, C ≠ nên có dao động riêng với tần số

1

1

(L L C)

ω =

+ xếp chồng lên thành phần K1U1 Điện áp lớn theo lý thuyết đạt tới 2K1U1 Tuy nhiên thực tế dao động riêng tắt nhanh Z <

1

1

L L C

+ dao động riêng bị triệt tiêu hồn tồn Trong ví dụ điều kiện thực khi:

C <

2

10

4 16 10

L L Z

+ =

ì ì = 0,15 àF

Trong thực tế, phần lớn trường hợp, điều kiện thỏa mãn dễ dàng, điện dung góp điện áp máy phát lớn dao động phát triển điện áp cực máy phát điện có trị số cao Như thường điện áp truyền theo đường điện từ xuất cực máy phát vượt K1U1

Nếu dao động riêng cuộn hạ áp bị triệt tiêu hồn tồn cần bảo vệ phía cao áp máy biến áp chống sét van thích hợp, cịn phía máy phát khơng cần loại bảo vệ Ví dụ máy biến áp 121/11 kV có K1= 1/11 phía cao áp bảo vệ chống sét van từ có Udư = 265 kV điện áp cực đại xuất cuộn dây máy phát U2max = K1Udư= 265/11 = 24 kV Điện áp không gây nguy hiểm cho cách điện máy phát điện

Chương 9

QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ -

NHỮNG TÍNH CHẤT CHUNG CỦA QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ TRONG HỆ

THỐNG ĐIỆN

9.1 PHÂN LOẠI Q ĐIỆN ÁP NỘI BỘ

Quá điện áp nội xảy có thay đổi chế độ làm việc hệ thống điện Sự chuyển từ chế độ làm việc sang chế độ làm việc khác gắn liền với phân bố lại lượng điện trường từ trường tích luỹ điện dung điện cảm mạch, kèm theo trình dao động độ gây nên điện áp

Nguyên nhân trực tiếp làm phát sinh điện áp nội thao tác đóng cắt phần tử hệ thống chế độ làm việc bình thường (như đóng cắt đường dây không tải, cắt máy biến áp không tải), thân tình trạng cố khác hệ thống điện chạm đất, ngắn mạch, đứt dây

Theo điều kiện làm việc cách điện, thường chia q điện áp nội thành hai nhóm

Nhóm I: Quá điện áp thao tác

Xảy đóng cắt phần tử hệ thống chế độ làm việc bình thường sau cố xảy chạm đất hồ quang Nói chung, loại điện áp có kèm theo xuất hồ quang Thuộc nhóm I có:

2- Quá điện áp đóng đường dây dài, đặc biệt máy cắt có phận tự động đóng lại

3- Quá điện áp cắt dòng điện điện cảm bé, đặc biệt cắt máy biến áp không tải, động không đồng máy bù

4- Quá điện áp chạm đất hồ quang khơng ổn định lưới có trung tính cách điện trung tính nối đất cộng hưởng

Nhóm II: Quá điện áp cộng hưởng

Gây nên dao động cộng hưởng hệ thống Thuộc nhóm II có: 1- Quá điện áp cộng hưởng tần số làm việc (cộng hưởng điều hòa)

2- Quá điện áp cộng hưởng tần số cao

3- Quá điện áp cộng hưởng tần số thấp tần số nguồn

4- Quá điện áp cộng hưởng tham số xảy thay đổi chu kỳ tham số mạch

Quá điện áp nội đặc trưng tham số sau:

- Trị số cực đại, đặc trưng bội số biên độ điện áp pha định mức

- Thời gian trì điện áp (thay đổi phạm vi rộng từ vài trăm micro giây (quá điện áp thao tác) đến hàng giây, chí hàng phút (quá điện áp cộng hưởng)

- Tính lặp lại mức độ lan truyền: cục phần tử cố hay lan truyền tồn hệ thống

Nói chung, q điện áp nội trì tương đối lâu nên cách điện trang thiết bị điện khơng nguy hiểm so với xung điện áp khí thời gian ngắn, đặc biệt cách điện hệ thống siêu cao áp (330÷750 kV) mà mức cách điện vào

khoảng (2,5÷2)Up

- Quá điện áp nội kiện mà xuất diễn biến chịu chi phối nhiều yếu tố ngẫu nhiên, nên thơng số mang tính chất thống kê

Phương thức làm việc điểm trung tính hệ thống ảnh hưởng đến trị số điện áp nội

trường hợp không phá họai làm việc hệ thống, điện áp hai pha không chạm đất tăng lên điện áp dây Quá điện áp nội bộ, đó, có hệ số bội cao so với trường hợp lưới có trung tính trực tiếp nối đất

Quá điện áp nội có ý nghĩa quan trọng việc lựa chọn mức cách điện đường dây, thiết bị trạm phân phối phối hợp cách điện với đặc tính chống sét van bảo vệ

9.2 VẤN ĐỀ NỐI ĐẤT ĐIỂM TRUNG TÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

Hệ thống điện làm việc với điểm trung tính máy biến áp, máy phát điện cách điện với đất nối đất qua cuộn điện cảm lớn (nối đất cộng hưởng) nối đất trựïc tiếp

Việc lựa chọn phương thức nối đất điểm trung tính phụ thuộc chủ yếu vào tình trạng hệ thống có chạm đất pha - loại cố thường xảy

1- Trong hệ thống có điểm trung tính nối đất trực tiếp, chạm đất pha ngắn mạch pha (H.9.1) với dòng điện ngắn mạch lớn, phận rơle bảo vệ tác động mở máy cắt điện, cách ly phần tử bị cố khỏi hệ thống Vì bị cắt nhanh nên ngắn mạch pha chạm đất không chuyển thành ngắn mạch hai ba pha, tác hại có tính chất cục bộ, không lan rộng hệ thống Và phần lớn trường hợp, phần tử bị cố đóng lại để làm việc nhờ thiết bị tự động đóng lại

Hình 9.1 Chạm đất pha lưới có trung tính nối đất trực tiếp

Khi chạm đất pha, lưới có điểm trung tính trực tiếp nối đất, điện áp pha không cố không vượt 0,8Udm, lưới có điểm trung tính cách điện, trị số lên đến 1,15Udm

thể chọn theo điện áp làm việc lớn 0,8Udm, cịn lưới có trung tính

cách điện phải xuất phát từ điện áp làm việc lớn 1,15Uđm Như biết, trị số điện áp làm việc lớn có ảnh hưởng trực tiếp đến trị số điện áp dư chống sét van, tức đến mức cách điện trang thiết bị điện

Từ điều kiện dập tắt hồ quang dòng điện kèm theo tần số công nghiệp chống sét van viết:

Ucp = kt C Iα

trong Ucp - điện áp làm việc lớn cho phép

Ikt - dòng điện kèm theo tần số công nghiệp qua điện trở không đường thẳng CSV

1

α - hệ số không đường thẳng điện trở làm việc CSV

phạm vi dòng điện bé, tần số cơng nghiệp Từ C =

1 cp kt U

Iα

Điện áp dư CSV 2 X

dư x cp

kt I

U CI U

I α α

α

= = ⋅

với α2 hệ số không đường thẳng điện trở làm việc CSV

phạm vi dịng điện xung trị số lớn

Có nghĩa với điện áp làm việc lớn cho phép thấp điện áp dư CSV (Udư) bé, giảm nhẹ mức cách điện trang bị điện

Nhược điểm lưới có điểm trung tính trực tiếp nối đất phận có ngắn mạch pha, dòng ngắn mạch lớn, điều kiện làm việc máy cắt nặng nề lực điện động cuộn dây máy biến áp lớn làm hư hỏng cuộn dây máy biến áp, dòng chạm đất lớn gây nhiễu mạnh đường dây thông tin gần

Hình 9.2 Chạm đất pha hệ thống có trung tính cách điện

Khi dịng điện dung khơng lớn (tức lưới có cơng suất bé) hồ quang chỗ chạm đất tự dập tắt dễ dàng nhanh chóng dịng điện chạm đất qua trị số không Như lưới công suất nhỏ có trung tính cách điện, chạm đất pha, chế độ làm việc bình thường khơng bị phá hoại Trong lưới cơng suất lớn dịng điện điện dung lớn (hàng chục, chí hàng trăm ampe), hồ quang chạm đất cháy lặp lặp lại gây nên điện áp đáng kể (xem mục 10.2, chương 10) làm hư hỏng cách điện

Ngoài ra, hồ quang chạm đất kéo dài đường dây tải điện khơng lan sang pha khác, dẫn đến ngắn mạch hai ba pha, bắt buộc hệ thống rơle bảo vệ phải cắt đường dây Ở đường dây cáp, hồ quang lõi vỏ kéo dài dẫn đến hư hỏng cách điện gây ngắn mạch pha

Có thể loại trừ nguyên nhân gây hồ quang chạm đất kéo dài cách nối đất trung tính máy biến áp qua cuộn điện cảm lớn (nối đất cộng hưởng) để khử dòng điện điện dung Như nối đất cộng hưởng bảo đảm làm việc an tồn cho lưới có cơng suất tương đối lớn với dòng điện điện dung hàng chục đến hàng trăm ampe Tuy nhiên lưới công suất lớn, khử hồn tồn dịng điện chạm đất dập tắt hồ quang trở nên khó khăn, việc cắt chọn lọc phần tử cố khó

ba pha

Các lưới 35kV trở xuống làm việc với điểm trung tính cách điện nối đất cộng hưởng Ở việc khử dòng điện điện dung chạm đất pha tương đối đơn giản, chạm đất pha, lưới làm việc bình thường Việc nâng cao mức cách điện cấp điện áp không gây tốn nhiều lưới cấp điện áp cao

Các lưới 35kV trở xuống có dịng chạm đất pha bé, hồ quang chạm đất tự dập tắt nên không cần phải đặt cuộn dập hồ quang Kinh nghiệm vận hành cho thấy, dòng điện chạm đất thoả yêu cầu sau điểm trung tính hệ thống đặt cách điện với đất

Điện áp, kV 6÷10 20÷35 35÷60

Dịng chạm đất, A < 30 < 10 < 5÷10

Chương 10

Q ĐIỆN ÁP KHI CHẠM ĐẤT MỘT PHA BẰNG HỒ QUANG TRONG LƯỚI CĨ TRUNG TÍNH

CÁCH ĐIỆN 10.1 CHẠM ĐẤT MỘT PHA ỔN ĐỊNH

Loại cố thường xảy đường dây chạm đất pha Xét hệ thống gồm MBA có điểm trung tính cách điện đường dây (H.10.1)

Hình 10.1 Chạm đất pha lưới có trung tính cách điện (a) đồ thị véc tơ (b)

Trong chế độ làm việc bình thường, điện dây dẫn đất điện áp pha Khi pha chạm đất đối xứng điện áp khơng cịn Đồ thị vectơ điện áp dịng điện (H.10.1b) cho thấy điện pha chạm đất (pha A theo hình vẽ) tình trạng xác lập cố trở nên khơng cịn điện pha không cố tăng lên điện áp dây Dòng điện chạy qua chỗ chạm đất tổng hình học dịng điện điện dung pha khơng cố (tức dịng điện qua điện dung CB CC):

ñ B C

I• = I• + I• (10.1)

Trị số tuyệt đối dịng điện điện dung bằng:

IB = IC = UpωC (10.2)

trong Up điện áp pha

Như trị số tuyệt đối dòng điện chạm đất bằng:

Iñ = IB cos30o = 3

2

p

U ωC⋅

Iñ = 3Upω C (10.3)

Do hệ thống có điện dung điện cảm, nên trình chuyển từ trạng thái ban dầu (chế độ làm việc bình thường) sang trạng thái xác lập cố q trình dao động q độ, điện pha không

chạm đất vượt trị số lúc xác lập ( 3Up) Trong hệ thống ba pha,

điện áp chạm đất pha hồ quang ổn định có dạng xung cao tần (chu kỳ ngắn), với biên độ vào khoảng (2,1÷2,2)Up

Quá trình trở nên phức tạp chạm đất hồ quang khơng ổn định, có nghĩa hồ quang cháy tắt chập chờn Khi q trình dao động độ kéo dài trị số điện áp phụ thuộc vào tương quan tốc độ phục hồi điện áp pha cố tốc độ phục hồi khả cách điện khe phóng điện, dịng điện chạm đất qua trị số khơng (khi hồ quang tắt)

10.2 DIỄN BIẾN CỦA QUÁ TRÌNH CHẠM ĐẤT MỘT PHA

10.2.1 Hồ quang cháy lần thứ

Để có trường hợp xấu nhất, tức điện áp có trị số lớn nhất, giả thiết hồ quang chạm đất pha A xảy vào lúc điện áp pha có trị số cực đại, lấy trị số âm UA = – Up

Tại thời điểm đó, trị số tức thời điện áp pha B pha C 0,5Up (H.10.2a) điện áp pha có trị số tức thời bằng:

UAB = UAC = 1,5Up

Hình 10.2 Đồ thị véctơ điện áp (a) sơ đồ thay (b) vào thời điểm chạm đất pha A

Vì pha B pha C lúc điều kiện hoàn toàn giống nên sơ đồ thay (H.10.2b) chúng ghép song song Như vậy, lúc xảy chạm đất, điện dung 2C chịu điện áp 0,5Up, điện dung 2CAB chịu điện áp 1,5Up Như nói trên, trạng thái xác lập cố, điện áp pha B pha C tức điện áp điện dung 2C tăng lên điện áp dây, tức 1,5Up

Nhưng để tiến tới trạng thái ổn định phải kinh qua q trình q độ, trình gồm hai giai đoạn:

Giai đoạn thứ nhất (t1) tức thời xuất hồ quang chạm đất, xảy

1

( )

o

U = 0 5

2

, ,

( )

AB

p p AB

U C U C

C C

+

+ (10.4)

1

( )

o

U = 0,5Up + kUp

với k = AB AB

C C C+

1

( )

o

U - điện áp ban đầu (o) pha không cố lúc hồ quang cháy

lần thứ (1)

Như tức thời lúc xảy chạm đất pha A, điện áp pha không cố (B C) nhảy vọt từ trị số 0,5Up lên:

1

( )

o

U = 0,5Up+ k.Up

Đối với lưới 110 kV trở lên, thường C≈ 4CAB⇒k = 0,2 nên điện áp pha không cố tức thời nâng lên đến trị số ( )1

o

U = 0,7Up, lưới

35kV thường C≈ CAB⇒ k = 0,25, nên pha không cố đạt đến trị số ( )1

o

U = 0,75Up

Giai đoạn thứ hai trình dao động độ điện áp pha

không cố (B,C) từ trị số ban đầu ( )1

o

U đến trị số xác lập cố trị số điện áp dây (trong trường hợp 1,5Up)

Biên độ dao động xác định hiệu số trị số điện áp lúc ổn định lúc ban đầu:

1

( )

gđ

U = Uô.đ –Ubđ = 1,5Up – U( )o1

1

( )

gñ

U = 1,5Up – (0,5Up + kUp) = (1 – k)Up (10.5)

Tần số dao động xác định theo thông số mạch dao động (sơ đồ thay hình 10.2b):

ω1 = o o

L C

với: Lo = 1,5L , Co = (C + CAB)

L - điện cảm tản cuộn dây MBA

ω1 =

(Tần số dao động tự lớn tần số công nghiệp hàng chục lần)

Sự biến thiên theo thời gian điện áp pha không cố (B,C) biểu thị phương trình (H.10.3a):

1

( ) , ( )

B c

U t = 1,5U

p – (1 – k)Upcosω1t.e-αt (10.7)

trong α hệ số tắt dần, có tổn hao dây dẫn MBA

α= thiết kế hệ thống phải ý cho tổn hao bé có

thể

(b) dòng điện pha chạm đất (c)

Điện áp đạt trị số cực đại vào chu kỳ dao động tự do, tức lúc: (ω1t = π)

t = t2 = 1

T π

= ω

Vì ω1? ω nên điện áp UAB UBC thời điểm (t2) thực tế không

thay đổi đáng kể, coi giá trị lúc xảy chạm đất, tức 1,5Up

nếu thay αt = απ/ω =1 d với ý α= tức απ/ω =1 d= tính

tốn gần thay e-d = 1 – d Do ( )1

, max

B c

U = 1,5Up + (1 – k) (1 – d)Up (10.8)

Trị số điện áp lớn pha khơng cố B,C đạt đến 2,22Up (ứng với k = 0,2; d = 0,1) lần cháy hồ quang

Dòng điện chạy qua chỗ chạm đất gồm hai thành phần xếp chồng lên (H.10.3c)

- Thành phần xác lập (cưỡng bức) Ic = 3ωCUp sinωt

- Thành phần dao động tự Igđ= 2ω1(C + CAB)Upsinω1t

Vì ω1? ω nên biên độ Igd? Ic , thành phần dao động tự dòng điện chạm đất qua trị số không gần vào lúc điện áp pha không cố đạt trị số cực đại ( )1

max

U (lúc t = t2 trênhình 10.3, dịng điện điện dung nên vượt

trước điện áp 90o) Khi dòng điện chạm đất qua trị số hồ quang có khả

năng bị dập tắt tốc độ phục hồi cách điện khe hồ quang (tức trình khử ion khe hồ quang đủ mạnh) nhanh tốc độ phục hồi điện áp pha cố (pha A)

Trường hợp hồ quang bị dập tắt

Nếu hồ quang tắt dòng điện dao động tự qua trị số khơng lần thứ nhất, lúc điện dung 2C pha khơng cố tồn điện tích 2C ( )1

max

U Trong điện dung C pha cố điện tích

bằng khơng, có phân bố lại điện tích chúng làm cho điện dung ba pha xuất lượng gia tăng điện áp ∆U(1), xếp

∆U(1) = Umax( )1 2

2

( ) max

C

U

C C+ = (10.9)

Hình 10.4 Sơ đồ thay hồ quang tắt (khóa K mở)

Điều tương đương với xê dịch điện điểm trung tính hệ thống lượng ∆U(1)

Sự chuyển dịch điện tích từ điện dung pha không cố sang điện dung pha cố qua điện cảm cuộn dây MBA, gây dao động với tần số

ω2 =

3

( AB)

L C+ C ω

? (10.10)

ω2 xác định thông số sơ đồ thứ tự thuận, hồ quang tắt sơ

đồ trở lại đối xứng, ω2 lớn gần gấp đôi so với ω1

Khi hồ quang cháy, điện áp pha chạm đất (A) khơng, hồ quang tắt đạt tình trạng xác lập thì:

UA = – Up + ∆U(1) = – Up +

1

( ) max

U (10.11)

Như biên độ dao động điện áp pha A bằng: '

gñ

U = – Up +

3

( ) max

U – O (10.12)

2U'gñ = 2(–Up + 2

1

( ) max

U ) (10.13)

thường gọi đỉnh tắt

Tóm lại, giả sử hồ quang tắt lúc dòng điện dao động tự qua trị số khơng điện áp pha cố (A) phục hồi đến trị số 2U'gđ với độ dốc lớn (do ω2 lớn) tức với tốc độ nhanh, điều nói lên hồ

quang khó bị dập tắt thời điểm

Điện áp pha không cố (B,C) hồ quang tắt có trị số xác lập bằng:

UB,C = 0,5Up + 2

1

( ) max

U (10.14)

Như vậy, tình trạng xác lập sau hồ quang tắt, điện áp pha gồm hai thành phần:

- Thành phần điện áp cung cấp sức điện động nguồn (thay đổi theo tần số nguồn)

- Thành phần điện áp gia tăng ∆U(1) do phân bố lại điện tích điện

dung pha không cố (2C) điện dung pha cố (C) Thành phần không thay đổi hồ quang cháy lại

10.2.2 Hồ quang cháy lần thứ hai

Hình 10.5 Đồ thị vectơ thành phần điện áp nguồn sau nửa chu kỳ tần số nguồn (tại thời điểm t4)

UA = UP +

3

( ) max

U (10.15)

UB,C = – 0,5UP +

3

( ) max

U (10.16)

Điện áp pha A lớn, hồ quang có khả cháy lại Khi hồ quang cháy lại, sơ đồ thay tương tự hình 10.2, tức khắc có phân bố lại điện tích điện dung pha không cố với điện tích điện dung pha Điện áp điện dung (2C 2CAB) cân tức khắc đạt trị số:

1

2

2 5

3 ( ) max ( ) ( , ) ( , ) ( ) AB P o AB

C Up U C U

U

C C

− + + −

=

+

= –0,5UP – kUP +

3(1 – k)

1

( ) ( ) max o

U <U (10.17)

= –(0,5+ k)UP + 1,17UP ≈0 47, Up<0 75, Up

với k = 0,2

Điện áp pha không chạm đất xuất phát từ trị số ban đầu ( )2

o

U để đến trị số xác lập –1,5Upsau trình dao động với biên độ:

( )2

gñ

U = –1,5Up – Uo( )2 = – (Up + 2/3Umax( )1 ).(1– k) > U( )gñ1 (10.18)

tần số dao động ω1

Trị số cực đại điện áp pha không chạm đất (B,C) bằng:

( ) max

U = –1,5Up + U( )gñ2 (1 – d)

= –1,5Up – (1,5Up + Uo( )2 )(1 – d) > Umax( )1 (10.19)

Do ( )2

o

U < ( )1

o

U ⇒ U( )gñ2 > ( )1

gđ

U nên Umax( )2 > ( )1

max

U

tức hồ quang cháy lần thứ hai, điện áp pha không cố lớn hồ quang cháy lần thứ

Như khái quát hóa là, điện áp hồ quang cháy lần sau lớn cháy lần trước

phải san sẻ cho điện dung C pha cố, để hồ quang cháy lại, điện dung C pha cố bị nối tắt, điện tích theo khe hồ quang đất Khi hai lượng điện tích gia tăng cân điện áp đạt trị số giới hạn

10.2.3 Giới hạn điện áp

Giả thiết hồ quang lần thứ (n–1) vừa tắt, điện áp pha có giá trị:

UA = – Up + ∆U(n–1)

UB = + 0,5Up + ∆U(n–1)

với ∆U(n-1) lượng điện áp gia tăng phân bố lại điện tích điện dung C

của pha hồ quang lần thứ (n–1) vừa tắt ∆U(n–1) = 2/3 ( 1)

maxn

U − )

Như vậy, sau nửa chu kỳ nguồn, điện áp pha là:

UA = Up + 2

1

( ) maxn

U −

( 1)

, , max

n

B C p

U = − U + U −

Khi hồ quang cháy lại (lần thứ n) có phân phối lại điện tích điện dung 2C 2CAB , làm cho điện áp chúng cân tức khắc đạt trị số:

( )n o

U =

1

0 5

2 ( ) max ( , / ) , ( ) n

p p AB

AB

U U C U C

C C −

− + −

+

Xuất phát từ trị số ban đầu này, điện áp pha không cố dao động với tần số ω1 biên độ:

( )n gñ

U = –1,5Up – Uo( )n = –(Up +

2

1

( ) maxn

U − )(1 – k)

và trị số cực đại điện áp pha không cố bằng:

( ) maxn

U = –1,5Up + U( )gñn (1 – d)

= –1,5Up – (1 – k).(1 – d) (Up +

3

( ) maxn

( ) maxn

U = Umax(n−1) Từ suy ra: ( )

maxn

U = Up 1

2

1 1

3

, ( )( ) ( ) ( )

k d

k d

+ − −

− − −

(10.20)

với k = 0,2÷0,25, d = 0,1÷0,3 trị số lớn điện áp pha không

sự cố nằm phạm vi: Umax = (3,5÷4,3)Up

Trị số đo thực tế bé so với kết tính tốn vào

khoảng từ (3÷3,5)Upvì tính tốn chọn giả thiết theo điều

kiện nặng nề

Tóm lại, q điện áp chạm đất pha hồ quang không ổn định lưới có trung tính cách điện có đặc điểm sau:

- Về biên độ, trị số đo thông thường vào khoảng 3Up,

bằng 3,5Up

- Về dạng sóng dạng dao động cao tần xếp chồng lên điện áp nguồn tần số cơng nghiệp (50Hz)

Thời gian trì điện áp thời gian tồn hồ quang khơng ổn định

Trong lưới có điểm trung tính cách điện, bảo vệ rơle khơng cắt chạm đất pha nên thời gian trì điện áp kéo dài hàng chục giây đến hàng phút Do đó, điện áp lan truyền rộng lưới có liên quan điện gây nên phóng điện cách điện pha không cố nơi có cách điện yếu tức xuất chạm đất hai pha hai nơi khác nhau, gây khó khăn cho làm việc chọn lọc hệ thống rơle bảo vệ

Vì vậy, khả phá hoại cách điện loại điện áp chạm đất pha hồ quang không ổn định lớn

Để hạn chế trị số điện áp thời gian trì nó, biện pháp hợp lý giảm dòng điện chạm đất giảm tốc độ phục hồi điện áp pha cố cách nối vào trung tính máy biến áp hay máy phát điện cuộn điện kháng Cuộn điện kháng thường gọi cuộn dập hồ quang theo chức nó, cuộn Petersen theo tên gọi người phát minh (kỹ sư Petersen - người Đức)

QUANG

10.3.1 Tác dụng giảm dòng điện chạm đất

Như biết hệ thống đối xứng, điện dung đất pha điện điểm trung tính chế độ bình thường khơng, khơng có dịng chạy qua cuộn dây, có ngắn mạch chạm đất pha điện điểm trung tính điện áp thứ tự không, Up, cuộn dây xuất dòng điện

P o

2 o

r

= j

+ j L P[( ) L ]

K

o o o

U I U r L • • • ≅ − ω ω ω

vì ro= ωLo nên dòng chạy qua cuộn dây gần bằng:

K P

I• ≅ U• [ 2 ]

( ) K K K r j L

L − ω

ω (10.21)

với: Lo - điện cảm thứ tự không, thực tế LK:

3

o K K

L

L = L + ≅ L

ro - điện trở tác dụng thứ tự không, thực tế rK:

3

o K K

r

r = r + ≅ r

dòng điện chạm đất Iđ thực tế gồm dòng điện điện dung dòng điện

tác dụng, có tổn hao rị điện cách điện, tổn hao vầng quang đường dây không tổn hao điện môi đường dây cáp

3

( )

ñ P

I U g j C

• •

= + ω (10.22)

Như dòng điện tổng qua chỗ chạm đất bằng:

o

I• = Iđ

•

+ IK

•

=UP

•

[ (g + 2 (3 )

( ) K K K r j C L

L + ω −ω

ω ] (10.23)

= Ia

•

+ j (Ic

•

– IL

• )

Io = Ia2 (Ic IL)2

•

với Ia = Up (g + 2); ;

( ) K

K

L p C p

K

r

I U I U C

L

L = ω = ω

ω

Hình 10.6 Chạm đất pha lưới có trung tính nối đất qua cuộn điện kháng Để có khái niệm so sánh dòng điện qua chỗ chạm đất Io có cuộn dập hồ quang IC chưa có cuộn dập hồ quang điểm trung tính, viết biểu thức dòng điện qua chỗ chạm đất dạng:

o

I• = jIc

•

(1 - L ) c(1 )

c c

I Ia

j jI q j

I − I = − − δ (10.24)

với q = 21 22

3

/ o

L K

c K

I L

I C L C

ω ω

= = =

ω ω ω hệ số bù (10.25)

ωo =

3L CK tần số góc dao động riêng lưới có cuộn cảm điểm trung tính

δ =

2

3

( )

K

a K K K

c K K

r g

I L g r r

I C C L L

+ ω

= ≈ + ≈

ω ω ω ω (10.26)

Io = Ia2+Ic2(1−q)2 (10.27)

- Khi q < tức IL < IC, dòng điện qua chỗ chạm đất có tính chất điện dung, gọi chế độ bù thiếu (ωo < ω)

- Khi q > tức IL > IC dòng điện qua chỗ chạm đất có tính chất điện cảm, gọi chế độ bù thừa (ωo > ω)

dòng điện qua chỗ chạm đất bé thành phần tác dụng:

/ k

o a c c

k

L

I I I I

r

ω

= = ⋅ δ ≅

Hình 10.7 Các chế độ bù: a) Biểu diễn quan hệ Io = f(q) b) Đồ thị vectơ dòng điện ứng với chế độ bù khác

Như vậy, cuộn dập hồ quang làm giảm dòng điện chạm đất pha

được (ωL rK/K) lần so với khơng có cuộn dập hồ quang Ví dụ, hệ

thống 35kV, cuộn dập hồ quang thường có ωLK = 20rK, trung tính

được nối đất qua cuộn dập hồ quang, dòng điện chạm đất pha giảm 20 lần, tạo điều kiện dễ dàng cho dập tắt hồ quang

Điều kiện dòng điện chạm dất bé điều kiện cộng hưởng dịng điện ωo = 3/ L CK = ω Vì thế, nối đất qua cuộn dập hồ

quang gọi nối đất cộng hưởng

Trong điều kiện vận hành khơng phải ln ln đạt bù xác, dịng điện chạm đất trường hợp bù lệch chút so với chế độ bù xác khơng khác nhiều so với thành phần tác dụng Ia Ia (Ic – IL) dạng tổng bình phương

10.3.2 Tác dụng giảm tốc độ phục hồi điện áp pha chạm đất

Như trình bày trên, thành phần cao tần dòng điện chạm đất qua trị số không, hồ quang tắt Lập tức có phân bố điện tích từ điện dung 2C pha không cố cho điện dung C pha cố, tạo nên

pha (và trung tính) lượng gia tăng điện áp ∆U(1) xếp chồng lên điện áp

nguoàn

Khi khơng có cuộn dập hồ quang, điện áp pha cố (A) sau nửa chu kỳ tần số công nghiệp

UA = Up + ∆U(1) = Up +

1

( ) max

U ≈ Up +

3×2,2Up ≈ 2,5Up tức sau khoảng thời gian

2

T(0,01

s), điện áp phục hồi pha cố (A) cao 2Up (H.10.8), hồ quang dễ dàng cháy trở lại

Hình 10.8 Sự phục hồi điện áp pha cố (a) khơng có cuộn cảm trung tính Khi có cuộn dập hồ quang điểm trung tính, điện tích phân bố lại điện dung C qua cuộn cảm gây nên dao động tắt dần với tần số riêng:

ωo = 1

3 3

(Lk +L/ ) C ≈ L Ck

tức xấp xỉ tần số nguồn chế độ bù xác, nói khác đi, lượng gia tăng điện áp ∆U(1) trường hợp dao động tắt dần với tần số xấp xỉ tần số

1-Dao động tự do; 2- Điện áp nguồn; 3- Điện áp tổng pha cố

Hình 10.9 Đường cong phục hồi điện áp pha cố hồ quang tắt lúc dòng cao tần qua trị số không

Như sau hàng loạt nửa chu kỳ, điện áp pha cố (A) phục hồi đến trị số Up, thời gian khả cách điện khe phóng điện phục hồi, hồ quang khơng cịn có khả cháy lại

Khi bù khơng xác (q ≠ 1) điện áp phục hồi có dạng phách với

tần số đường bao bằng:

Ω = 1 2

2 4

| | ( ) | | ( )

, ( )

o q q q

T T

−

ω ω ω − ω − π − π

= ≈ = ω =

và chu kỳ dao động: TΩ =

2 T q π = Ω −

Như vậy, điện áp phục hồi đạt trị số cực đại sau thời gian gần

4

TΩ tức sau

1

q− chu kỳ tần số công nghiệp Lúc dao động tự

đã tắt phần trị số cực đại điện áp phục hồi gần bằng:

Umax ≅ Up[1 + exp

2 ( )] ( ) t q − δω

− = Up[1 + exp(q 1)]

− δπ

− (10.29)

Như vậy, bù không xác thời gian đạt đến điện áp phục hồi cực đại ngắn, tức làm tăng tốc độ phục hồi điện áp biên độ nó, tăng xác suất hồ quang cháy lại

Tuy nhiên, trường hợp tốc độ phục hồi điện áp chậm khơng có cuộn dập hồ quang

Nhờ có tác dụng giảm tốc độ phục hồi điện áp pha cố, cuộn dập hồ quang dập tắt dịng điện lớn nhiều so với dòng điện chạm đất hệ thống có điểm trung tính cách điện Thực nghiệm cho thấy, chỉnh định cuộn điện cảm gần mức bù xác dập tắt

dòng điện tác dụng tới 100 A hệ thống 220 kV Bù khơng xác

dập hồ quang có trang bị phận điều chỉnh tự động để đảm bảo trạng thái

bù gần xác (chênh lệch khoảng 5÷10%)

10.3.3 Tình trạng làm việc khơng đối xứng hệ thống có cuộn dập hồ quang

Trước để đơn giản tính tốn ta giả thiết hệ thống hoàn toàn đối xứng, tức điện dung pha đất Do đó, điện điểm trung tính khơng so với đất Trong thực tế nhiều điện dung

các pha có khác nhau: CA ≠ CB ≠ CC. Như vậy, điện điểm trung tính

đối với đất có lệch chút Độ lệch điện tính theo cơng thức:

i i A A B B C C

o

i A B C

U y U y U y U y

U

y y y y

• • • •

• Σ + +

= =

Σ + + (10.30)

Ví dụ ba pha đường dây nằm mặt phẳng ngang

điện dung pha nhỏ hai pha bên khoảng 10% nên Uo = 0,035Up

Trong số trường hợp cố, độ lệch cịn lớn hơn, ví dụ pha đứt C1 = C2 cịn C3 = Uo đến 0,5Up

Khi có cuộn dập hồ quang, độ lệch điện điểm trung tính tăng lên nhiều xác định theo:

' A A B B C C

o

A B C K

U y U y U y

U

y y y y

• • •

• + +

=

+ + + (10.31)

với: yK = 2

( ) K K K r j L

L − ω

ω Đặt yA + yB + yC = 3Y

U•'o = Uo

•

3 k

Y

Y +y (10.32)

Công thức tương đương với sơ đồ thay (H.10.10) gồm sức điện động Uo đặt vào

một mạch gồm điện dẫn 3Y ghép nối tiếp với điện dẫn yK Thực

chất mạch ghép nối tiếp gồm điện dung đường dây với điện cảm cuộn dập hồ quang Mạch dao động khiến cho độ lệch điện trung

Hình 10.10 Sơ đồ thay xác định độ lệch trung tính có

tính U•'ovượt q nhiều so với Uo

•

cuộn dập hồ quang

Để tính tốn gần đúng, ta thay điện dung pha trị số trung bình chúng: C =

3

A B C

C +C +C

Như vậy, độ lệch điểm trung tính có trị số gần bằng:

'o

U• = Uo

• 3 ( ) K K K

g j C

r

g j C j

L L + ω + ω + − ω ω (10.33)

Bỏ qua g tử số, chia tử số mẫu số cho 3jωC ta có:

'o

U• = Uo

• 2 1 3 ( ) K K K r g L j C L C + ω − − ω ω (10.34)

Biết

2

1

3 ( )

o k L C ω = ω

ω = q vaø

2 ( ) K K r g L C + ω = δ ω

vậy U•'o = Uo

•

1

( −q) − δj (10.35)

Như vậy, bù xác (cộng hưởng) q = trị số tuyệt đối độ

lệch trung tính bằng: U’o = Uo1 o k

k L U r ω ≅ δ

tức có cuộn dập hồ quang chế độ bù cộng hưởng, độ lệch điện điểm trung tính tăng gấp (ωLK)/rK lần

Tóm lại, ở chế độ bù cộng hưởng cuộn dập hồ quang có tác dụng làm giảm dịng điện chạm đất (ωLK)/rK lần làm tăng điện

điểm trung tính lên nhiêu lần

Khi hệ thống làm việc bình thường độ lệch trung tính khơng gây nguy hiểm trực tiếp cho cách điện, ví dụ với Uo = 0,035Up; (ωLK)/rK = 20

Vì vậy, hệ thống có cuộn dập hồ quang phải đặc biệt ý đến cân điện dung pha đất, cách hoán vị dây dẫn 10.3.4 Cách chọn chế độ làm việc cuộn dập hồ quang

Do làm việc chế độ bù cộng hưởng (q = 1) điện điểm trung tính tăng lên nhiều, nên người ta thường chỉnh định điện cảm cuộn dây

theo chế độ bù thừa q > khơng q 5÷10% Khơng chọn theo

chế độ bù thiếu có khả xảy cộng hưởng, vận hành cần thiết phải cắt vài đường dây lưới, làm cho dòng điện điện dung giảm

Cuối cùng, cần nhấn mạnh thêm rằng, dùng cuộn dập hồ quang cho hệ thống siêu cao áp (330kV trở lên) hệ thống

220kV chiều dài đường dây 300km Trong hệ thống dòng điện

vầng quang lớn Dòng điện vầng quang pha với điện áp nên không bù, hồ quang khó dập tắt

Chương 11 QUÁ ĐIỆN ÁP CỘNG HƯỞNG 11.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Hệ thống điện chứa nhiều phần tử có điện cảm lớn (như máy phát điện, máy biến áp, cuộn cảm ) điện dung lớn (như đường dây cáp tải điện, tụ điện ) phần tử tạo thành hàng loạt mạch vòng dao động phức tạp Trong chế độ làm việc bình thường hệ thống, mạch vịng nối tắt phụ tải lớn nối vào nguồn công suất lớn nên dao động tự phát triển Nhưng có cố thao tác định khiến cho phần mạch vịng bị tách khỏi phụ tải phần mạch xuất dao động lượng có phân bố lại lượng điện từ trường điện dung điện cảm mạch Những dao động điều kiện định phát sinh tượng cộng hưởng Dao động trạng thái cộng hưởng đưa đến điện áp gọi điện áp cộng hưởng

Do phần lớn điện cảm hệ thống điện cuộn dây máy biến áp, cuộn kháng điện có lõi thép với đặc tính từ hố (đặc tính Volt-Ampe) khơng đường thẳng nên q trình dao động phức tạp xảy dao động cộng hưởng nhiều tần số khác

So với loại điện áp nội khác q điện áp cộng hưởng có đặc điểm tồn lâu, tần số cộng hưởng tần số nguồn bội số hay ước số tần số nguồn

Theo tần số cộng hưởng phân loại sau:

- Cộng hưởng tần số nguồn, gọi cộng hưởng điều hòa - Cộng hưởng cao tần, thường tần số 2ω, 5ω (ω tần số nguồn)

Khơng có cộng hưởng tần số 3ω chúng bị triệt tiêu cuộn dây

- Cộng hưởng tần số thấp, thường xảy tần số ω/3 (khoảng 17 Hz)

mạch có tham số L, C lớn, tức hệ thống có cơng suất lớn

- Cộng hưởng tham số xảy mạch có tham số L, C tự thay đổi, ví dụ điện kháng máy phát thủy điện biến thiên từ Xđ đến Xq Nếu biến thiên tham số phù hợp với tần số nguồn (không thiết

phải bằng) phát sinh cộng hưởng tham số

Trong chương đề cập đến loại cộng hưởng điều hịa tính chất điển hình phổ biến

11.2 CỘNG HƯỞNG ĐIỀU HỊA

Cộng hưởng điều hịa xuất xảy dạng cố thao tác đóng cắt khơng đồng pha phần tử hệ thống điện Đó trường hợp tiếp điểm pha máy cắt làm việc không đồng bộ, cầu chì hay hai pha bị cháy, dây dẫn đường dây bị đứt dây dẫn chạm đất Trước hết, ta bắt đầu nghiên cứu tượng dao động cộng hưởng sơ đồ pha gồm điện dung C, điện cảm không đường thẳng L điện trở tác dụng R đấu vào nguồn điện áp U Các sơ đồ ba pha hệ thống tình trạng thao tác cố không đối xứng kể thay sơ đồ pha đẳng trị

Trong cộng hưởng điều hòa, tần số riêng mạch dao động tần số nguồn, sóng điều hịa đóng vai trị chủ yếu đường cong điện áp dịng điện Do cho phép tính tốn coi điện áp dịng điện phần tử mạch có dạng hình sin dùng phương pháp ký hiệu thông thường

Vấn đề đặt cần xác định biến thiên điện áp điện cảm (uL), điện áp nguồn thay đổi điện dung C mạch thay đổi

11.2.1 Giả thiết bỏ qua điện trở tác dụng mạch (R = 0)

Hình 11.1 Sơ đồ đẳng trị mạch dao động với điện cảm không đường thẳng

Phương trình cân điện áp mạch dao động có dạng: U• =

L

U• + UC

•

(11.1) với: U - điện áp nguồn

UL - điện áp điện cảm L, đặc trưng đường cong từ hóa: UL = f(I)

UC = I

C

ω - điện áp điện dung; I - dòng điện mạch

Vì điện áp điện cảm UL điện dung UC ngược pha nhau,

nên sơ đồ viết dạng trị số tuyệt đối:

±U = UL – UC hay UL = f(I) = ± U + I

C

ω (11.2)

trong dấu (+) ứng với trường hợp UL > UC tức dịng điện mạch có

tính chất điện cảm Dấu (–) ứng với trường hợp UL < UC tức dịng điện

mạch có tính chất điện dung

Do đường cong từ hố UL = f(I) không đường thẳng nên dùng phương

Hình 11.2 Phương pháp đồ thị để xác định điện áp UL

với giả thiết R = 0

Đường cong từ hoá UL = f(I) cắt đường thẳng ± U + I/ωC ba

điểm A, B C (H.11.2) tung độ chúng cho điện áp điện cảm UL

các trạng thái khác nhau, tức ba nghiệm toán Nhưng ba trạng thái làm việc có hai trạng thái ổn định ứng với điểm A B Còn trạng thái ứng với điểm C khơng ổn định Có thể nhận thấy dễ dàng điều cho dòng điện mạch thay đổi lượng nhỏ ∆I hệ thống sau

kích thích trở trạng thái xuất phát trạng thái ổn định Ví dụ, xét điểm B trạng thái UL > UC: dịng điện mạch có

tính chất điện cảm (chậm pha so với U) Điện áp nguồn U pha với UC

Khi cho I tăng lượng nhỏ ∆I, UL tăng nhanh UC Như U < UL – UC

nên dòng điện giảm, hệ thống trở lại tình trạng xuất phát (điểm B) (thoả mãn phương trình (11.2)) Tình hình xảy tương tự điểm A, có khác trạng thái UC > UL, dòng điện mạch có tính chất điện dung Ở

điểm C, ứng với trường hợp UL > UC, dòng điện mạch có tính chất điện

cảm Khi cho dòng điện tăng UC tăng nhanh UL⇒ UL – UC < U làm

cho dòng điện tiếp tục tăng UC = UL + U + ∆U, hệ thống bị cân

và chuyển sang trạng thái A Còn giảm dòng điện UL – UC > U, làm

cho dòng điện tiếp tục giảm, hệ thống chuyển sang điểm B

đầu: trị số tức thời điện áp nguồn (U) lúc xảy cố điện áp ban đầu điện dung

Hình 11.3 Sự thay đồi UL UC điện áp nguồn U thay đổi

Khi tăng điện áp nguồn U dòng điện mạch ULvà UC

đều tăng (H.11.3) Khi U = Uth đường thẳng U + UCtiếp xúc với đường cong

từ hóa UL = f(I) điểm C’ Một thay đổi nhỏ chế độ làm việc

đều chuyển trạng thái A, có nghĩa dịng điện tăng cách đột ngột thay đổi pha 180o, tức có tượng đảo pha dòng điện Đồng

thời điện áp điện cảm, UL điện dung, UC tăng lên nhiều, có

nghóa xuất điện aùp

Sự đảo pha dòng xảy nửa chu kỳ điện áp nguồn U U > |Uth| Trị số dòng điện điện áp lớn U lớn (và

điện trở tác dụng R mạch bé)

Khi thay đổi trị số điện dung C, độ dốc đường thẳng

±U+I/ωC thay đổi (H.11.4a) tương ứng đồ trị xác định trạng thái làm việc hệ thống Hình 11.4b cho quan hệ điện áp điện cảm UL theo C nhánh a ứng với tính chất điện dung dòng

điện làm việc, nhánh b ứng với tính chất điện cảm nhánh c ứng với trạng thái không ổn định Khi C < Cth (xác định độ dốc đường tiếp tuyến với

số vượt xa điện áp nguồn xảy phạm vi biến thiên rộng điện dung C mạch

Hình 11.4 Sự thay đồi UL UC theo điện dung C

11.2.2 Nếu kể đến ảnh hưởng điện trở tác dụng (R ≠≠≠≠ 0)

Phương trình điện áp mạch có dạng:

L C R

U• = U• + U• +U• (11.3)

Vì U• =I R• lệch pha với UL

•

và UC

•

một góc 90o nên viết (11.3)

dưới dạng trị số sau: U2 = (U

L – UC)2 + (IR)2 (11.4)

hay UL = f(I) = ± U2 (IR)2 I

C

− +

ω (11.5)

Phương trình (11.5) giải đồ thị (H.11.5)

Vế phải biểu diễn đường cong tạo nên cách cộng tung độ đường thẳng I/ωC với nửa hình êlip ± U2 −(IR)2 có tâm gốc tọa độ

các nửa trục U I = U R/ Giao điểm đường cong ± U2 −(IR)2 + /ωI C với đường cong từ hóa UL = f(I) cho nghiệm

Hình 11.5 Phương pháp đồ thị để xác định quá điện áp UL R ≠

Từ đồ thị hình 11.5 thấy R nhỏ, trục ngang elip bị kéo dài điện áp lớn trường hợp giới hạn R = 0, đường elip biến thành hai đường song song ±U mà xét Khi R lớn, trục

lớn elip co lại, điện áp giảm R lớn khơng có q điện áp Hình 11.6 cho quan hệ UL = f(c) ứng với trị số khác

điện trở tác dụng R

Khi thay đổi C, điện áp điện cảm UL thay đổi theo (H.11.6)

Hình 11.6 Quan hệ UL = f(c) ứng với trị số khác R

Để minh họa cho phương pháp xác định điện áp cộng hưởng điều hịa trình bày, ta xét trường hợp thực tế sau

11.2.3 Dây dẫn pha bị đứt đoạn dây phía nguồn bị chạm đất hệ thống có điểm trung tính cách điện

Để có trường hợp nguy hiểm nhất, giả thiết pha A bị đứt dây vào lúc UA

có trị cực đại Up Như trị số tức thời điện áp pha không

có cố - 0,5Up điện áp nguồn đẳng trị 1,5Up

Chiều dòng điện hình 11.7a: dịng điện pha A chạy qua đầu dây bị chạm đất, trở dây dẫn qua điện dung Co(điện dung đất

của pha A, tính từ chỗ bị đứt phía phụ tải) sau chia làm hai nhánh vào hình điện dung C pha hình cuộn dây máy biến áp phụ tải Và trước tiên để có cố trầm trọng nhất, giả thiết máy biến áp (phụ tải) tình trạng khơng tải, tức bỏ qua điện trở tác dụng

Sơ đồ pha đẳng trị (H.11.7c) khác với mạch dao động đơn giản (H.11.1) chỗ điện cảm không đường thẳng L’ = 1,5LT ghép song

song với điện dung C’ = 3/ C Nếu đặt IL thành phần dòng điện chạy qua

điện cảm L’ = 1,5LT IC thành phần dòng điện chạy qua điện dung C’=

2 3/ C trị số điện áp đặt điện dung Co baèng:

UCo = –

'

L c L L

o o

I I I C U

C C

+ − ω

= −

UCo = –

'

L

L

o o

I C

U

C + C

ω

Hình 11.7 Sơ đồ thay ba pha pha đẳng trị cho trường hợp pha A bị đứt dây

Theo sơ đồ thay (H.11.7c) phương trình điện áp sơ đồ đẳng trị:

± U = o

C

U + UL = – L ' L L

o o

I C

U U

C + C +

ω

± U = –

'

( )

L

L

o o

I C

U

C + +C

ω

hay UL = fL(I) = ±

1

' '

( )

L

o

o o

I U

C C

C

C C

+

+ ω +

(11.6)

thay U trị số tức thời 1,5Upvà C’=

2

3C= 3(C −Co) với C1, Co điện

UL = fL(I) = ± 1 2 1 3 , ( ) p L o o o o o U I

C C C C

C

C C

+

− −

+ ω +

UL = fL(I) = ±

1 1 2 1 3 , ( ) ( ) p L o o o U I

C C C

C C

+ ω

+ +

(11.7) Quá điện áp phụ thuộc vào đường cong từ hóa máy biến áp (phụ tải) trị số điện dung C1 Co

Bài toán đưa dạng tổng quát tương tự phương trình (11.2) Điều cần ý đường dây tải điện, điện dung Cothường biến thiên

phaïm vi

2

C <

Co < C1

Các trường hợp giới hạn Co = C1 thì: UL = fL(I) = ± 1,5UP +

1

L

I C

ω = ±1,5UP + ILXC1 Khi Co =

2

C

UL = f(I) = ± 0,9Up + 1,2 XC1IL

Người ta thường biểu thị trị số C1 thông qua tỷ số XC1/XT

XT điện kháng không tải máy biến áp Quá điện áp phụ thuộc vào tỷ soá

1

C T

X

X dung kháng đường dây (XC1=

1

1

C

ω ) cảm kháng không tải

máy biến áp (XT)

XT = 105

2

%

ñm

o ñm

U

i S (Ω)

với: io% - dòng điện khơng tải máy biến áp tính theo phần trăm

Sđm - công xuất định mức máy biến áp, kVA Uđm- điện áp định mức, kV

Kết tính tốn cho thấy XC1/XT > q điện áp khơng vượt q trị số Up Để thoả mãn điều kiện đường dây không dài

quá giới hạn sau:

lgh = 2

1 1 188 % o dm T dm i S

C x = C U

C1 - điện dung thứ tự thuận 1km chiều dài đường dây Nếu lấy

trung bình io% = 5%, C1 = 0,009µF/km thì: lgh ≈ đm2

đm

S

U (11.9)

Ví dụ, máy biến áp có cơng xuất Sđm = 3200 kVA, cấp điện áp Udm =

35kV lgh = km, cịn Udm= 110 kV lgh= 0,8 km. Điều chứng tỏ việc hạn

chế điện áp cách giới hạn chiều dài đường dây không thực tế Đối với đường dây dài, điện áp vượt trị số 3Up gây

nguy hiểm cho cách điện Mặt khác thời gian tồn điện áp kéo dài, nên chống sét van làm việc bị cháy Ngồi ra, q điện áp cộng hưởng dẫn đến tượng đảo pha điện áp phía phụ tải gây nguy hiểm cho thiết bị người phục vụ

Hình 11.8 Đồ thị véc tơ mơ tả tượng đảo pha

Về phía nguồn (tức hệ thống) điện áp pha theo thứ tự

, ,

A B C

U• U• U• ngược chiều kim đồng hồ (H.11.8) Dịng điện pha B C dòng điện dung, tương ứng chúng vượt trước UB

•

UC

•

góc 90o Về phía phụ tải, điện áp '

A

U& là dòng điện I•A = I•B+ I•C gây nên

điện dung Co , U&'A chậm IA

•

góc 90o, điện áp '

B

U&

phía phụ tải bị đảo: U'A,U UB' , C' ,theo chiều kim đồng hồ

Hiện tượng làm cho động công suất lớn bị hãm lại động công suất bé quay ngược chiều, gây nguy hiểm cho thiết bị người phục vụ

Trong trường hợp đường dây dài giảm xác suất xuất điện áp cách hạn chế thao tác cắt pha không đồng thời, không dùng cầu chì, khơng dùng máy cắt điện có phận truyền động riêng pha Ngoài cần hạn chế trường hợp vận hành máy biến áp không tải hay non tải

11.2.4 Quá điện áp cộng hưởng sắt từ thao tác không đồng pha trung tính máy biến áp phụ tải cách điện

Nguồn cung cấp (hệ thống) có cơng suất vô lớn so với máy biến áp tiêu thụ Trong sơ đồ C lo' 1 C lo' đặc trưng cho điện dung đất dây dẫn trước sau chỗ xảy cố, C’l1và C’l điện dung

pha l l1 chiều dài hai đoạn đường dây hai phía nơi xảy

cố

Điểm trung tính hệ thống máy biến áp tiêu thụ nối đất trực tiếp cách điện

Để việc phân tích q trình q điện áp dễ dàng thường biến sơ đồ ba pha không đối xứng thành sơ đồ pha đẳng trị Khảo sát sơ đồ hình 11.9b có phụ tải không đối xứng ZA, ZB ZC Để xác định dịng áp

trong pha A thay pha B C mạch đẳng trị pha, sức điện động nguồn điện trở tương ứng sau:

2

, B B C C B C

B C

B C

E Y E Y E E

E

Y Y

• • • •

• + +

= =

+ (11.10)

2

, B C

B C

B C

Z Z Z

Z

Z Z

= =

Hình 11.9 Sơ đồ để nghiên cứu điện áp cộng hưởng thao tác cố không đồng pha (a) biến đổi từ sơ đồ ba pha (b) sang sơ đồ pha đẳng trị (c)

Sức điện động tổng nguồn đẳng trị

1

2 ,

B C

ñt A E E A

E E E

• •

• • + •

= − = (11.12)

Điện trở đẳng trị phụ tải Zđt = ZA +

2

Z (11.13)

Đấy thông số mạch đẳng trị pha tương ứng với hình 11.9c Hình 11.10 cho sơ đồ đặc trưng cho tình trạng cố không đồng pha Sức điện động nguồn đẳng trị pha xác định cách thay vào (11.10) trị số sau:

- Đối với sơ đồ hình 11.10a

2

; B ; c

A p p p

E U E a U E aU

• • •

= = =

0 5, ( ) 0 5, 1 5,

p p p p p p

Hình 11.10 Sơ đồ thay pha cho chế độ không đồng pha MBA phụ tải có trung tính cách ly

- Đối với sơ đồ hình 11.10b

EA=0 (đứt pha A); E=0 5, Up (11.15)

- Đối với sơ đồ hình 11.10c

EA=Up; EB =0; Ec =0 (đứt pha B C); E U= p (11.16)

Trên sơ đồ có mũi tên chiều dòng điện chạy mạch Trên sơ đồ hình 11.10a,b, dịng điện chạy từ nguồn qua điện cảm đấu song song máy biến áp pha khơng cố (Lµ/2), điện cảm Lµ điện dung Col pha cố Trong sơ đồ hình 11.10c dịng điện từ nguồn qua điện

cảm pha không cố qua điện cảm điện dung đấu song song pha bị đứt dây (thực mạch từ không đường thẳng nên dịng điện khác chạy qua điện cảm cuộn dây máy biến áp khác Vì cho điện cảm hai pha đấu song song nửa điện cảm pha lại khơng xác Tuy nhiên, sai số phạm vi chấp nhận khơng có ảnh hưởng đến kết định tính q trình)

Điện cảm từ hóa tổng máy biến áp sơ đồ thay hình 11.10d nối tắt điện dung pha cố pha không cố Điện dung Col

của pha không cố tính đến chúng đấu song song với nguồn công suất lớn (vô tận)

điện cảm coi phụ tải Theo lý thuyết này, sức điện động đẳng trị Eđt

trong sơ đồ hình 11.10e điện áp điểm M N khơng có phụ tải cịn tổng trở đẳng trị tổng trở điểm M N nối tắt nguồn cắt phụ tải Như sơ đồ tối giản hình 11.10e có thơng số sau:

- Đối với sơ đồ cố khơng đối xứng hình 11.10a b

2 o ñt

o

C

E E

C C

=

+ ; Cñt = (Co + 2C)l (11.17)

- Đối với sơ đồ cố hình 11.10c

2

2

o o

ñt

o o

C C

E E E

C C C C

= =

+ +

Cñt = (Co + C)l (11.16)

Như vậy, sơ đồ cố khơng đối xứng đưa mạch dao động không đường thẳng hình 11.11

Để xác định điện áp điện dung dùng phương pháp phân tích đồ thị trình bày

Hình 11.11 biểu diễn đồ thị tương ứng với trường hợp điện dung pha C = 0,25Co

Các đường thẳng tương ứng với trường hợp C = Từ biểu thức (11.16) đồ thị suy điện dung pha C làm giảm Eđt so với

1,5Up đồng thời làm giảm độ dốc đường thẳng U ± Eđt

Đối với giá trị C, trục cắt trục hồnh điểm có trị số bằng:

±EωCñt = ±E

2 o o

C

Hình 11.11 Xác định đồ thị điện áp theo sơ đồ 11.10a có ý đến điện dung giữa pha

Hình 11.12 Sự phụ thuộc điện ápUL và UC vào tỉ số Xµ/XC theo sơ đồ 11.10a

11.10a

Xµ cảm kháng từ hóa máy biến áp điện áp định mức, xác định theo

Xµ =

2

ñm kt

U

Si , Ω

với: Uđm - điện áp định mức, kV; S - cơng suất máy biến áp, MVA Ikt- dịng điện không tải, đơn vị tương đối, %

Xc - dung kháng đường dây tính theo: XC =

( )

12

10

2 ,

o

C C l Ω

ω +

trong C Co tính theo pF/km l tính theo km

Như vậy: 2đm ( 2 )10 12

o

c kt

X U

C C

X Si

µ = ω + −

Các đường cong cho hình 11.12 xây dựng với thông số: Uđm=35kV; Ikt= 0,05; Co=5200pF/km; C=1200pF/km

Trong trường hợp X Xµ/ c = 0,058l/S Điện áp điện dung (tức

trên cách điện đường dây) xác định cách thêm 1,5Up vào điện áp

trên điện cảm UL (hoặc trừ bớt)

Với trị số UL < 1,5Up điện áp điện dung có dấu âm

(đường cong 1)

Với đồ thị hình 11.12 xác định điện áp điện dung pha cố điều kiện khác

Ví dụ: S=3200 kVA, l=30 km⇒Xµ/Xc = 0,058×30/3,2 = 0,55 xác định

được theo đường cong Uc = 3Up Cũng với chiều dài đường dây l = 30km

công suất máy biến áp baống S = 560 kVA Xà/Xc = 0,058ì30/0,56 = 3,1

thì Uc = 4Up Trị số vượt mức cách điện đường dây

CÁC CÂU HỎI ÔN TẬP MÔN HỌC “QUÁ ĐIỆN ÁP” CHƯƠNG 1: SÉT - CÁC THAM SỐ CỦA SÉT

1.1 Các giai đoạn phóng điện sét

1.2 Phân biệt giai đoạn tiên đạo cú sét với cú sét 1.3 Giải thích tượng có nhiều cú sét sét

1.4 Giải thích tính chọn lọc vị trí sét đánh mặt đất Ứng dụng tính chất đâu?

1.5 Các tham số quan trọng sét

CHƯƠNG 2: BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP

2.1 Giải thích tác dụng bảo vệ cột thu sét (hoặc dây chống sét) 2.2 Phương pháp xác định phạm vi bảo vệ CTS DCS 2.3 Phạm vi bảo vệ CTS DCS (theo mơ hình Akopian) 2.4 Tác dụng nối đất CTS (DCS) đến nhiệm vụ CTS (DCS)

2.5 Các yêu cầu kỹ thuật - kinh tế cần phải ý đến thiết kế bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm phân phối điện

2.6 Khi cho phép lợi dụng kết cấu cơng trình trạm để đặt hệ thống thu sét Các yêu cầu kĩ thuật kèm theo Mối quan hệ nối đất chống sét nối đất an toàn trường hợp

2.7 Khi dùng hệ thống thu sét độc lập để bảo vệ trạm cần phải thoả mãn yêu cầu kĩ thuật gì? Mối quan hệ NĐCS NĐAT trường hợp

CHƯƠNG 3: NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

3.1 Phân biệt điện trở nối đất tần số công nghiệp điện trở nối đất xung Giải thích khác

3.2 Phân biệt nối đất tập trung nối đất phân bố Trong thực tế gặp dạng nối đất đâu

3.3 Các bước tính tốn điện trở tản xung nối đất tập trung

3.5 Hệ số xung α gì, phụ thuộc vào nhân tố Phân biệt hệ số

xung nối đất tập trung với hệ số xung nối đất phân bố

3.6 Đặc điểm phân bố dòng điện cực nối đất tản dịng tần số cơng nghiệp (hay dịng chiều) tản dòng xung dạng nối đất tập trung nối đất phân bố

3.7 Vẽ giải thích đồ thị Zo(x, t) (tổng trở xung thay đổi theo thời gian

chiều dài điện cực) bỏ qua tượng phóng điện tia lửa đất 3.8 Vẽ giải thích đồ thị U(x, t) (phân bố theo chiều dài điện cực x tương

ứng với điện cực có chiều dài khác l1 < l2 < l3 )

3.9 Khi tản dịng sét có biên độ lớn đặc điểm biến thiên tổng trở tản theo chiều dài điện cực nào, theo biên độ dịng sét (trình bày cách định tính qua đồ thị) Từ rút kết luận gì, có ý nghĩa thực tế nào?

3.10 Các yêu cầu kỹ thuật - kinh tế thiết kế nối đất cho trạm phân phối điện áp cao, trời

3.11 Mối quan hệ nối đất an toàn nối đất chống sét trạm lợi dụng kết cấu cơng trình để đặt hệ thống chống sét đặt hệ thống chống sét độc lập Trong trường hợp có yêu cầu kỹ thuật kèm theo nào?

3.12 Giải thích qui phạm chống sét yêu cầu chân CTS DCS nối vào trạm phải đặt nối đất bổ sung khoảng cách từ điểm nối đất chúng vào lưới nối đất trạm phải cách xa điểm nối đất trung tính MBA 15m theo mạch dẫn? (khi đặt hệ thống thu sét kết cấu cơng trình trạm)

3.13 Giải thích thay đổi hệ số mùa Km theo loại nối đất yếu tố ảnh hưởng

CHƯƠNG 4: Q TRÌNH SĨNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY

4.1 Các thông số đường dây không tổn hao Phương trình điện báo mơ tả q trình truyền sóng đường dây khơng tổn hao Quan hệ thông số đường dây không tổn hao

4.2 Đặc điểm truyền sóng đường dây không tổn hao

4.4 Các loại tổn hao đường dây, chúng đặc trưng thơng số Các thơng số có phải số không, trường hợp số phụ thuộc vào yếu tố

4.5 Áp dụng qui tắc Petersen để tính điện áp nút A B sơ

đồ sau, cho biết sóng tới dạng vng góc, độ dài vô hạn, tức là:

Ut(t) = Uo = const

Nhận xét dạng sóng khúc xạ sang môi trường Z2. Ứng dụng đâu

trong sơ đồ bảo vệ chống sét

4.6 Xác định biến thiên điện áp nút A B theo thời gian với Z1, Z2, Zo, cho, chiều dài lo vận tốc truyền sóng Vo môi trường Zo

biết, giả thiết sóng tới dạng vng góc, độ dài sóng vơ hạn Ut = Uo = const Lập sơ đồ hành trình sóng, xác định hệ số khúc xạ phản xạ nút Vẽ đồ thị UA(t), UB(t) cho trường hợp:

Z1, Z2 < Zo ; Z1, Z2 > Zo ; Z1 <Zo <Z2 ; Z1 >Zo >Z2

Nhận xét dạng sóng trường hợp (thay số theo tập số 3, trang 248)

4.7 Cũng toán trên, thay đoạn dây có tổng trở Zo (chiều dài lo, vận tốc

truyền sóng Vo) điện dung điện cảm tương đương giải theo

phương pháp toán tử Laplace (thay số theo tập số 3, trang 248) 4.8 Dùng phương pháp đồ thị để xác định Ucsv(t) Icsv(t) theo sơ đồ sau

4.9 Dùng phương pháp tiếp tuyến để xác định điện áp tác dụng lên điện dung C cuối đường dây Dạng sóng tới cho

4.10 Sóng áp dạng vng góc, biên độ Uo = 600 kV truyền đường dây

có tổng trở sóng Z = 500Ω Cuối đường dây nối đất qua điện trở

R

Bằng phương pháp đồ thị xác định điện áp R(UR), dòng qua R(iR)

điện áp phản xạ từ cuối đường dây (điểm B) trở Up, trường

hợp sau:

R = R1 = 50 Ω; R = R2 = 500 Ω; R = R3 = 5000 Ω

Nhận xét kết quả, rút kết luận trường hợp điện áp nguy hiểm

Kiểm nghiệm lại kết phương pháp giải tích 4.11 Những đặc điểm vầng quang xung đường dây tải điện

4.12 Ảnh hưởng vầng quang xung đến q trình truyền sóng đường dây tải điện cao áp (dạng sóng, biên độ, tốc độ truyền sóng, tổng trở sóng đường dây, hệ số ngẫu hợp)

4.13 Phương pháp gần (đồ thị) để xác định biến dạng sóng tác dụng vầng quang xung

trên pha Xác định dòng pha

4.15 So sánh hệ số ngẫu hợp dây dẫn pha A với dây chống sét trường hợp:

- Đường dây có dây chống sét - Đường dây có hai dây chống sét

Từ suy điện áp tác dụng lên cách điện (chuỗi sứ) dây dẫn pha A Trên quan điểm chống điện áp khí trường hợp thuận lợi

CHƯƠNG 5: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN CAO ÁP TRÊN KHÔNG

5.1 Chỉ tiêu chống sét đường dây gì? Đường lối tổng quát để xác định tiêu chống sét đường dây

- Cách xác định số lần sét đánh vào đường dây

- Cách xác định xác suất phóng điện cách điện đường dây - Cách xác định suất cắt điện đường dây

5.2 Các biện pháp nhằm nâng cao mức cách điện xung đường dây

Các biện pháp nhằm giảm nhỏ điện áp tác dụng lên cách điện đường dây xuất điện áp khí đường dây Giải thích (phụ thuộc chế độ làm việc trung tính lưới điện)

5.3 Khi đường dây bị cắt điện Xác suất chuyển từ phóng điện tia lửa xung thành hồ quang ổn định trì điện áp làm việc η phụ thuộc

vào nhân tố chủ yếu Các biện pháp nhằm giảm nhỏ xác suất chuyển thành hồ quang ổn định, giải thích

5.4 Đường cong thơng số nguy hiểm Cách xác định đường cong Khi giảm nhỏ điện trở nối đất cột điện đường cong thông số nguy hiểm thay đổi nào? Vì sao?

5.5 Phương thức làm việc điểm trung tính lưới điện có ảnh hưởng

như đến suất cắt điện đường dây, giải thích

5.6 Các biện pháp nhằm nâng cao tính liên tục làm việc đường dây, giải thích?

5.7 Bản chất vật lý thành phần điện áp tác dụng lên cách điện đường dây trường hợp sét đánh vào đường dây

CHƯƠNG 6: THIẾT BỊ CHỐNG SÉT

6.2 Nguyên lý cấu tạo, nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm phạm vi sử dụng của:

- Khe hở (khoảng cách), khơng khí bảo vệ - Chống sét ống

- Chống sét van

6.3 Các đặc tính CSV có ảnh hưởng đến mức cách điện trạm biến áp nào?

6.4 Chống sét van có điện trở làm việc oxid kẽm (ZnO) khác với chống sét van có điện trở làm việc carbid-silic (SiC) nào?

6.5 Các biện pháp cải thiện đặc tính CSV (khe khở, điện trở làm việc)

CHƯƠNG 7: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP

7.1 Yêu cầu bảo vệ chống sét cho trạm phân phối có khác so với u cầu bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện, sao?

7.2 Thiết bị để bảo vệ chống sét cho trạm phân phối gì? Các yêu cầu chung đặc tính thiết bị bảo vệ

7.3 Tác dụng đoạn đường dây tăng cường bảo vệ trước đến trạm điều kiện bảo vệ trạm Cách xác định chiều dài tới hạn khoảng cách tăng cường bảo vệ

7.4 Điện áp tác dụng lên cách điện cần bảo vệ có phải ln ln điện áp dư chống sét van khơng? sao? dịng xung qua chống sét van ảnh hưởng đến điều kiện bảo vệ nào?

7.5 Điện áp tác dụng lên cách điện thiết bị bảo vệ CSV đặt trước đặt sau khác nào?

CHƯƠNG 8: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO MÁY ĐIỆN QUAY

8.1 Phân tích sơ đồ bảo vệ đoạn đường dây không trước tới máy điện quay

8.2 Các thiết bị dùng để bảo vệ chống sét cho máy điện quay, tác dụng chúng

8.3 Khi máy điện quay đấu qua máy biến áp, phía cao áp máy biến áp bảo vệ tốt, góp máy điện có cần biện pháp để bảo vệ cho máy điện khơng ? sao?

8.4 Trình bày truyền sóng từ cuộn dây cao áp sang cuộn dây hạ áp (theo đưởng tĩnh điện điện từ)

9.1 Phân tích ưu nhược điểm phạm vi sử dụng phương thức làm việc điểm trung tính

9.2 Bằng sơ đồ thay hồ quang cháy hồ quang tắt, giải thích hồ quang cháy lại điện áp pha không cố tăng cao thêm, cuối tiến đến giới hạn định 9.3 Tác hại điện áp chạm đất pha khơng ổn định lưới có

trung tính cách điện biện pháp để hạn chế điện áp 9.4 Tác dụng cuộn dập hồ quang việc hạn chế điện áp

9.5 Tác dụng tăng cao độ lệch điểm trung tính có cuộn dập hồ quang 9.6 Chọn chế độ bù hợp lý

BÀI TẬP

1. Một sóng điện áp: đầu sóng vng góc, độ dài sóng vơ hạn, biên độ Uo =

600 kV truyền đoạn đường dây có chiều dài l = 300m với vận tốc V

= 3.108m/s Cuối đường dây nối đất qua điện trở R = 10

Ω

a) Bằng phương pháp đồ thị xác định biến thiên điện áp tác dụng lên R

và biến thiên dòng điện qua R theo thời gian t b) Xác định áp dòng tác dụng lên R lúc t = µs

c) Kiểm nghiệm lại tính tốn giải tích

2. Một sóng điện áp đầu sóng vng góc, độ dài sóng vơ hạn, biên độ Uo = 600 kV truyền đường dây có tổng trở sóng Z = 500Ω Cuối đường dây

được nối đất qua điện trở R

a) Bằng phương pháp đồ thị xác định điện áp R(UR), dòng qua R(iR)

và điện áp phản xạ từ cuối đường dây (nút B) trở (UP)

trường hợp:

R = R1= 50 Ω; R = R2= 500 Ω; R = R3 = 5000 Ω

Nhận xét kết để rút kết luận trường hợp điện áp nguy hiểm

3 Một sóng áp đầu sóng vng góc, độ dài sóng vơ hạn, biên độ Uo = 1000 kV truyền qua ba môi trường Z1, Zo, Z2 nối tiếp Xác định

biến thiên điện áp điểm nút A B theo thời gian UA(t), UB (t), điện áp giới hạn t→ ∞

- Bằng phương pháp đường đặc tính

- Bằng phương pháp giải tích gần (thay đoạn đường dây Zo bằng:

hoặc điện cảm, điện dung, điện cảm + điện dung tương đương cách thích hợp)

Cho trường hợp sau:

Trường hợp Z1 (Ω) Z2 (Ω) Zo (Ω) lo(m) Vo (m/ sµ )

a 400 200 40 300 150

b 40 20 400 1500 300

c 40 200 400 1500 300

d 2000 40 400 1500 300

- Xác định hệ số khúc xạ phản xạ

- Vẽ sơ đồ hành trình sóng (Bergeron)

4 Tương tự số sóng tới có dạng xiên góc

5. Để thực nối đất cột thu sét, người ta dùng 36m thép tròn, đường kính d = 20mm theo bốn phương án sau (có hệ số sử dụng xung kèm theo:

a) Dạng tia x =

b) Dạng hai tia thẳng hàng x =

c) Dạng ba tia đối xứng x = 0,8

d) Daïng bốn tia vuông góc x = 0,65

Biết điện trở suất đất đo vào lúc đất khô ρđo = 250 Ωm, biên độ dòng sét

đầu vào phận nối đất Is =100kA, độ

chôn sâu to = 0,8m (chôn ngang), hệ số xung

tính gần theo quan hệ sau:

( )( )

1500

320 45

t tt t

l I

α ≈

 ρ + + 

 

với: lt - chiều dài tia (m),

1

36

m t

l = m

∑

ρtt - điện trở suất tính tốn đất (Ωm) It - trị số dịng sét qua tia (kA)

Tính điện trở tản xung phương án

Phương án phương án tốt giải thích phương án tốt

Hướng dẫn

- Điện trở tản ổn định tia tính theo cơng thức

2

~ tt ln t

t

t t o l R

l d t

ρ =

- Chọn hệ số mùa Km theo nối đất chống sét, cực chôn sâu to = 0,8m, lúc đất khô

6 Xác định điện trở tản xung nối đất cột thu sét có dạng hai tia thẳng hàng, tia có hai cọc hình vẽ

- Mỗi tia dài lt = 12m thép dẹt 40×4mm2 (b = 40mm)

- Mỗi cọc dài lc= 3m thép ống, đường kính ngồi dc = 50mm

- Độ chơn sâu to= 0,8m

- Điện trở suất đất tình trạng ẩm ướt đo ρđo = 300Ωm

- Biên độ dòng sét đầu vào hệ thống nối đất Is = 100kA

Hướng dẫn

a) Cơng thức tính điện trở tản ổn định tia (thanh ngang)

2

~ t ln t

t o l Rt l bt ρ = π

Mỗi cọc: RC~=

4

2

2 (ln 2ln4 )

c c c

c c c

t l l

l d t l

+ ρ

+

π −

với: ρt = Kt ρđo; ρc = KC.ρđo;

2

o o

l t=t +

Phải chọn hệ số mùa Kt KC tương ứng với loại nối

đất chống sét tình trạng đất ẩm ướt đo ρđo

b) Hệ số sử dụng: với số cọc tia n=2 tỉ số

c a l =

8

3≈3 → ηC ~ = 0,93 vaø ηt ~ = 0,95

c) Hệ số xung cọc αc αt ; phải xác định phân bố

dòng sét qua cọc, tia điện trở suất tính tốn đất cọc ρc

và tia ρt, phương pháp nội suy xác định αcvà αt: αc = 0,584;

d) Hệ số sử dụng xung dạng nối đất cho ηx≈ 0,9

7. Nối đất cột thu sét dạng ba tia, tia ba cọc (như hình vẽ) Điện trở suất đất đo vào lúc đất khơ bằng:

ρđo = 350Ω.m

Xác định điện trở tản xung phận nối đất tương ứng với dòng sét đầu vào Is= 90kA

Kích thước điện cực sau: chiều dài tia lt = 15m Thanh

theùp mạ kẽm Φ20 (dτ= 20 mm) chôn sâu to = 0.8 m cọc thép tròn

Φ30 (dc = 30 mm), đỉnh cọc chôn cách mặt đất to = 0,8m, chiều dài cọc

bằng lc = 3m, khoảng cách hai cọc liên tiếp a = 6m Is = 90 kA

m = (soá tia)

lτ = 15m (chiều dài tia) Số cọc: n/tia = ba cọc (số cọc tia)

Hướng dẫn

với

c a

l = = η~c = 0,87 nc = η~τ = 0,91

Rc~ =

2 (ln 2ln4 )

tc c c

c c c

l t l

l d t l

ρ +

+

π −

Rt~ =

2

tt t n t t o

l l l d t

ρ π

với: ρtc - điện trở suất tính tốn đất cọc

ρtc = ρño Kmc

ρtt = ρño Kmt

Kmc, Kmt hệ số mùa cọc,

Tài liệu tham khảo

1 Sirotinski L I., Hochspannungstechnik, VEB Verlag, Technik, Berlin,

1958

2 Rasevig D V., Kỹ thuật điện cao áp, Nhà xuất Năng lượng,

Moskva, 1976

3 Stephanov K S., Kỹ thuật điện cao áp, Nhà xuất Năng lượng,

Moskva, 1976

4 Kostenko M V., Kỹ thuật điện cao áp, Nhà xuất Đại học, Moskva,

1973

5 Dolginob A I., Kỹ thuật điện cao áp, Nhà xuất Năng lượng,

Moskva, 1968

6 Bazutkin V V., Larionov V L., Pintal V S., Kỹ thuật điện cao áp, Nhà

xuất Năng lượng nguyên tử, Moskva, 1984

7 Beyer M., Boeck W., Möller K., Zaengl W., Hochspannungstechnik, Springer

Verlag Berlin Heidelberg, 1986

8 Mosch W., Pilling J., Hausschild W., Einführung in die

Hochspannungstechnik, Lehrbrief der TV Oresden, 1975

9 Aguet M., Ianoz M., Hante tension, OUNOD, 1987

10 Naidu M S., Kamaraju V., High Voltage Engineering, Tata Mc Graw

Hill, 1995