Sét là hiện tượng phổ biến trong tự nhiên và cảm ứng do sét là một trong các nguyên nhân gây quá điện áp trong mạng lưới điện. Điều này đặc biệt đáng lưu tâm đối với mạng hạ áp nơi mà các thiết bị điện, điện tử có điện áp danh định thấp và mức cách điện không cao nên tác hại của quá điện áp cảm ứng có thể rất lớn. Vấn đề đặt ra là cần phải ước lượng được trị số quá điện áp này. Tuy nhiên ở Việt Nam gần như chưa có một nghiên cứu cụ thể nào về vấn đề đó. Đồ án này được thực hiện với mục đích làm rõ phần nào hiện tượng quá điện áp cảm ứng do sét và mô phỏng dạng quá điện áp cảm ứng trên đường dây phân phối trên không 0,4kV bằng phần mềm EMTP ATP. Phương pháp mô phỏng này dựa theo mô hình của Rusck, đường dây được chia thành các đoạn x, trên mỗi đoạn nguồn cảm ứng do sét được thay thế bằng hai nguồn dòng đặc trưng cho thế vô hướng và thế vector. Trên cơ sở đó ta xem xét ảnh hưởng của một số yếu tố đến biên độ và dạng sóng quá điện áp cảm ứng như: biên độ dòng sét, khoảng cách từ vị trí sét đánh đến đường dây, giá trị điện trở nối đất của phụ tải, ảnh hưởng của nối đất lặp lại dây trung tính và tác dụng của chống sét van.
Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp MC LỤC Nội dung Trang Lời mở đầu Chương 1: Tổng quan điện áp cảm ứng sét mạng hạ áp 1.1 Q trình phóng điện sét 1.2 Hiện tượng điện áp cảm ứng sét 1.3 Một số nghiên cứu điện áp cảm ứng sét 1.4 Tác hại điện áp cảm ứng lưới hạ áp 1.5 Kết luận chương 11 Chương 2: Các phương pháp tính tốn q điện áp cảm ứng 12 2.1 Tính tốn Rusck 13 2.1.1 Trường điện từ gây sét 13 2.1.2 Tính tốn điện áp cảm ứng 19 2.1.3 Mô tả điện áp cảm ứng sơ đồ mạch tương đương 21 2.2 Một số mơ hình tính tốn điện áp cảm ứng khác 24 2.2.1 Mơ hình Taylor 24 2.2.2 Mơ hình Agrawal 25 2.2.3 Mơ hình Rachidi 27 2.3 Kết luận chương 28 Chương 3: Mô điện áp cảm ứng mạng hạ áp 29 3.1 Thông số đường dây mô 29 3.2 Các mô hình sử dụng mơ 35 3.2.1 Mơ hình nguồn dịng 35 3.2.2 Mơ hình thay máy biến áp 35 3.2.3 Mơ hình thay phụ tải 38 3.2.4 Mơ hình thay chống sét van 39 3.3 Kết mô 42 3.3.1 Ảnh hưởng khoảng cách sét đánh d 42 3.3.2 Ảnh hưởng biên độ sét 45 3.3.3 Tác dụng chống sét van 46 Phạm Thùy Nhung Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 3.3.4 Thay i giỏ trị điện trở nối đất phụ tải 48 3.3.5 Ảnh hưởng nối đất lặp lại cho dây trung tính 51 3.4 Kết luận 52 Một số hướng phát triển 54 Phụ lục 55 Tài liệu tham khảo 57 Phạm Thùy Nhung Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp LI M U Sột l tượng phổ biến tự nhiên cảm ứng sét nguyên nhân gây điện áp mạng lưới điện Điều đặc biệt đáng lưu tâm mạng hạ áp - nơi mà thiết bị điện, điện tử có điện áp danh định thấp mức cách điện không cao nên tác hại điện áp cảm ứng lớn Vấn đề đặt cần phải ước lượng trị số điện áp Tuy nhiên Việt Nam gần chưa có nghiên cứu cụ thể vấn đề Đồ án thực với mục đích làm rõ phần tượng điện áp cảm ứng sét mô dạng điện áp cảm ứng đường dây phân phối không 0,4kV phần mềm EMTP - ATP Phương pháp mô dựa theo mô hình Rusck, đường dây chia thành đoạn ∆ x, đoạn nguồn cảm ứng sét thay hai nguồn dòng đặc trưng cho vơ hướng vector Trên sở ta xem xét ảnh hưởng số yếu tố đến biên độ dạng sóng điện áp cảm ứng như: biên độ dòng sét, khoảng cách từ vị trí sét đánh đến đường dây, giá trị điện trở nối đất phụ tải, ảnh hưởng nối đất lặp lại dây trung tính tác dụng chống sét van Đồ án trình bày với chương: - Chương 1: Tổng quan điện áp cảm ứng sét mạng hạ áp - Chương 2: Các phương tính tốn q điện áp cảm ứng - Chương 3: Mô điện áp cảm ứng mạng hạ áp Do hạn chế thời gian giới hạn kiến thức thân em nên kết thu chưa nhiều Em kính mong nhận bảo thầy cô Qua em chân thành cảm ơn thầy Phạm Hồng Thịnh tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này! Sinh viên: Phm Thựy Nhung Phạm Thùy Nhung Lớp HTĐ1-K49 Đồ ¸n Tèt nghiƯp Kü tht ®iƯn cao ¸p CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP CẢM ỨNG DO SÉT TRONG MẠNG HẠ ÁP 1.1 Q trình phóng điện sét Do tượng gió bão tự nhiên hình thành nên đám mây sét với khu vực điện tích âm, dương tách biệt Khi phân cực đủ lớn xảy phóng điện, có trường hợp: phóng điện hai đám mây, phóng điện đám mây phóng điện đám mây với đất Ở ta quan tâm đến trường hợp thứ Cường độ trường đủ lớn tạo dịng phát triển phía mặt đất khoảng 80% số trường hợp phóng điện sét xuống đất, dịng có cực tính âm Giai đoạn gọi giai đoạn phóng điện tiên đạo dịng gọi tia tiên đạo Trong đợt sét đánh có nhiều lần phóng điện nhau, điều giải thích lớp mây điện hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng phóng điện xuống đất Tốc độ di chuyển trung bình tia tiên đạo lần phóng điện khoảng 1,5.10 cm/s, lần sau nhanh đạt tới 2.108 cm/s [1] Tia tiên đạo mơi trường plasma có điện dẫn lớn Đầu tia nối với trung tâm điện tích lớp mây điện nên phần điện tích trung tâm vào tia tiên đạo phân bố xem gần dọc theo chiều dài tia Dưới tác dụng điện trường tia tiên đạo, có tập trung điện tích khác dấu mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện đất Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển phóng in sột Phạm Thùy Nhung Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Khi tia tiờn đạo phát triển tới gần mặt đất trường khoảng không gian điện cực đầu tia tiên đạo mặt đất có trị số lớn bắt đầu q trình ion hóa mãnh liệt dẫn đến hình thành dịng plasma với mật độ ion lớn nhiều so với tia tiên đạo Dòng plasma kéo dài di chuyển ngược lên phía trên, giai đoạn gọi giai đoạn phóng điện ngược Các điện tích âm lớp mây theo dịng plasma chuyển phía mặt đất bị trung hịa dần điện tích dương tạo nên dịng điện nơi sét đánh 1.2 Hiện tượng điện áp cảm ứng sét Ta biết sét đánh xuống đất hay vật gần đường dây truyền tải điện cảm ứng điện áp dây dẫn điện áp sinh tượng phá hỏng cách điện Điện áp cảm ứng sinh biến thiên điện từ trường khe sét gây nên phụ thuộc vào nhiều yếu tố: biên độ dòng điện sét, độ dốc dòng điện sét, tốc độ giai đoạn phóng điện ngược, dạng dịng điện sét, khoảng cách từ chỗ sét đánh đến dây dẫn, độ cao treo dây Hình 1.2 Các dây dẫn chịu ảnh hưởng điện từ trường sinh cú sét gần đường dây Từ vài nghiên cứu, tận năm 1930 người ta tin thiết kế đường dây cần xem xét cú sét gián tiếp đánh gần đường dây (tức vấn đề điện áp cảm ứng) Bởi lẽ nhà thiết kế cho khả sét đánh trực tiếp vào đường dây hãn hữu có xảy sét đánh vào đường dây hu nh Phạm Thùy Nhung Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp khụng th ngn chặn việc đánh thủng cách điện đường dây Nhưng khoảng năm 1930, lý thuyết sét đánh trực tiếp xuất quan điểm khơng cịn đắn Từ trở tất thiết kế đường dây điện áp cao thiết kế dựa việc sét đánh trực tiếp vào đường dây Điện áp cảm ứng đường dây phóng điện sét gần đường dây tạo nên từ bốn yếu tố [3]: - Đám mây tích điện phía đường dây cảm ứng vùng điện tích q đường dây: Hình 1.3 Đường dây bị cảm ứng điện tích đám mây tích điện Khi đám mây phóng điện điện tích giải phóng di chuyển hai phía đường dây với vận tốc xấp xỉ vận tốc ánh sáng tạo sóng dịng điện điện áp di chuyển dọc đường dây Ph¹m Thùy Nhung Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Hỡnh 1.4 - S di chuyn điện tích cảm ứng đám mây phóng điện - Các điện tích tập trung tiên đạo sét cảm ứng đường dây vùng điện tích trái dấu tiên đạo sét trung hòa dịng phóng ngược từ đất điện tích giải phóng di chuyển tạo trình tương tự trường hợp - Các điện tích chưa bị trung hịa q’ giai đoạn phóng điện ngược sinh trường tĩnh điện khu vực lân cận đường dây gây điện áp cảm ứng đường dây q' Phóng điện ngược Hình 1.5 Hình ảnh kênh sét với phần dịng phóng điện ngược phần điện tích chưa bị trung hịa tia tiên đạo Phạm Thùy Nhung Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp - Tc bin thiờn dịng phóng điện ngược lớn sinh điện từ trường biến thiên gây điện áp cảm ứng đường dây Trong bốn trường hợp độ lớn điện áp cảm ứng sinh hai trường hợp đầu nhỏ nhiều so với điện áp cảm ứng sinh phóng điện ngược [3] Vì nghiên cứu sau ta xem xét thành phần điện từ cảm ứng phóng điện ngược Các tính tốn ban đầu thực với giả thiết phân bố điện tích dọc tiên đạo sét đồng dịng phóng điện ngược có dạng sóng vng Ngồi kênh sét giả thiết thẳng góc với mặt đất, đường dây khơng tổn thất đất xem dẫn điện hoàn hảo 1.3 Một số nghiên cứu điện áp cảm ứng sét K.W Wagner [8] đưa nghiên cứu lý thuyết điện áp cảm ứng sét đường dây truyền tải điện Ông giả thiết điều kiện sau Một đám mây sét tích điện phía đường dây cảm ứng điện tích với cực tính đối lập đường dây Các điện tích tự di chuyển dây dẫn đất qua điện trở rò đường dây suốt thời gian trường xác lập Khi trường cảm ứng biến (do phóng điện sét), điện tích cảm ứng giải phóng di chuyển trở đất nhờ lượng tỉ lệ với tích chiều cao đường dây với cường độ điện trường cảm ứng trước phóng điện sét Sự di chuyển điện tích tạo sóng dịng áp chạy đường dây hình dạng sóng phụ thuộc vào biến đổi dọc đường dây cường độ trường cảm ứng Theo kết nghiên cứu K.W Wagner điện áp cảm ứng sinh tượng khơng q lớn hình dạng sóng dốc Tuy nhiên sau C.F Wagner McCann [9] cơng bố tài liệu trình bày quan điểm chất điện áp cảm ứng, khác hẳn với K.W Wagner Trong tài liệu này, ảnh hưởng điện tích dịng điện kênh sét suốt giai đoạn phóng điện ngược trình bày hai ông trường khe sét vượt trội so với trường đám mây dông (trong K.W Wagner xem xét điện áp cảm ứng gây trường đám mây) Do điện áp cảm ứng sinh chủ yếu biến thiên trng ca khe sột Phạm Thùy Nhung Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp S.Rusck [10] trình bày biểu thức tính tốn tương đối hoàn chỉnh trường điện từ điện áp cảm ứng sét Ông giả thiết điều kiện: kênh sét thẳng góc, dây dẫn đơn khơng tổn thất, dài vơ hạn đất có tính dẫn tuyệt đối Để tính tốn điện áp cảm ứng dọc đường dây, Rucsk tách làm hai thành phần: thành phần điện áp → cảm ứng ứng với vector A thành phần điện áp cảm ứng gây vô hướng Φ Giá trị cực đại điện áp cảm ứng điểm gần vị trí sét đánh ước lượng J.P Silva, A.E.A Araújo J.O.S Paulino [5] dựa phương thức tính tốn Rusck nghiên cứu ảnh hưởng thông số sét điện áp cảm ứng Họ khảo sát biến đổi độ lớn hình dạng sóng điện áp cảm ứng cho thay đổi thông số phóng điện sét như: vận tốc lan truyền v, giá trị biên độ I 0, thời gian đầu sóng Tf Kết nghiên cứu sau: v ảnh hưởng đến thời gian đầu sóng biên độ điện áp cảm ứng I0 Tf ảnh hưởng đến biên độ điện áp cảm ứng Khi v tăng thời gian đầu sóng biên độ điện áp cảm ứng giảm, I tăng 1kA điện áp cảm ứng tăng khoảng 2kV cịn Tf tăng 0,25 µs điện áp cảm ứng giảm từ ÷ kV P Durai Kannu M Joy Thomas [11] trình bày nghiên cứu ảnh hưởng thành phần điện trường sét biên độ dạng sóng điện áp cảm ứng đường dây phân phối điện Điện trường sét phân tích thành hai phương dọc ngang Cả điện trường dọc ngang bao gồm ba thành phần thành phần tĩnh (dừng), thành phần cảm ứng thành phần xạ Để hiểu rõ chế cảm ứng điện áp việc nghiên cứu vai trò thành phần trường cần thiết Hiệu ứng tính dẫn hữu hạn đất xem xét việc tính tốn trường điện từ tương tác trường đến đường dây Tính dẫn điện đất ảnh hưởng đến điện từ trường sét lan truyền sóng dọc đường dây Thành phần xạ điện trường ngang bị ảnh hưởng nhiều tính dẫn hữu hạn đất nguyên nhân xung âm ban đầu thể điện áp cảm ứng tổng cuối đường dây Trong giai đoạn đầu, thành phần xạ điện trường lớn ngược lại sau thành phần tĩnh lại đóng vai trò chủ đạo điện áp cảm ứng tổng Khi gi Phạm Thùy Nhung Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp thit tớnh dn hữu hạn đất, từ kết mô nghiên cứu mình, P Durai Kannu M Joy Thomas quan sát thấy điện áp giảm cuối đường dây tăng đường dây 1.4 Tác hại điện áp cảm ứng lưới hạ áp Trên thực tế có độ dài ngắn, độ cao treo dây thấp nên đường dây hạ áp bảo vệ khỏi sét đánh trực tiếp cơng trình lân cận Tuy nhiên, chúng lại khơng thể tránh khỏi tác động cảm ứng sét Trong mạng hạ áp, thiết bị điện - điện tử làm việc với điện áp danh định thấp mức cách điện không cao (bảng 1.1) nên tác hại điện áp cảm ứng lớn Đặc biệt thiết bị điện tử với mức tín hiệu thấp độ nhạy cao việc yêu cầu cung cấp điện ổn định (thời gian cung cấp liên tục, tần số độ lớn điện áp giới hạn cho phép) cần thiết Hư hại thân thiết bị sóng sét cảm ứng phần nhỏ mà nghiêm trọng hậu kéo theo hư hại Ví dụ nhà máy ngừng hoạt động hệ thống máy tính sụp đổ, gián đoạn vận hành kéo dài làm việc sai thiết bị đo hệ thống điều khiển, thiệt hại đặc biệt nghiêm trọng thiết bị y khoa hay thiết bị điều khiển lò phản ứng hạt nhân, … Theo số liệu thống kê cố sét nhiều năm Áo ra: thiệt hại cố sóng sét cảm ứng cao gấp lần thiệt hại gây sét đánh trực tiếp [4] Hình 1.6 - Bán kính nguy hiểm quanh điểm sét đánh Ph¹m Thïy Nhung 10 Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao ¸p Ở phụ tải thay điện cảm L túy nên hiệu điện cảm ứng đặt lên phụ tải U(3-4) có dạng dao động tắt dần Trong trường hợp hiệu điện cực đại đặt lên phụ tải U(3-4)max = 4,858kV (trị số cao gấp 1,94 lần giá trị điện áp chịu đựng cách điện phụ tải nói chung theo tiều chuẩn IEC 364 2,5kV) t = µs tắt dần sau 20 µs Tổng kết giá trị cực đại điện áp cảm ứng cho trường khoảng cách sét đánh khác bảng 3.8 Bảng 3.8 Giá trị điện áp cảm ứng phụ thuộc vào vị trí sét đánh d [m] Umax [kV] U (1) U (2) U(3) U(3-4) 100 24,525 148,490 10,769 4,858 150 22,611 101,380 10,378 4,681 300 16,973 51,717 8,835 3,985 800 8,017 19,537 4,934 2,225 2000 3,347 7,823 2,166 0,976 Từ ta vẽ đường cong quan hệ Umax d sau: Hình 3.12 Biến thiên hiệu điện cảm ứng cực đại đặt lên phụ tải theo khoảng cỏch sột ỏnh Phạm Thùy Nhung 47 Lớp HTĐ1-K49 Đồ ¸n Tèt nghiƯp Kü tht ®iƯn cao ¸p Điện áp cảm ứng lớn khoảng cách sét đánh gần Tuy nhiên phụ thuộc không đều, độ tăng (giảm) trị số điện áp cảm ứng khác khoảng cách sét đánh giảm (tăng) phạm vi khác Cụ thể, hình 3.12 ta thấy: d < 1000m, độ dốc đường cong lớn có nghĩa hiệu điện đặt lên phụ tải U(3) - (4) tăng mạnh d giảm phạm vi này; với d > 1000m, độ dốc tương đối nhỏ có nghĩa U(3) - (4) tăng không nhiều d giảm phạm vi Ngoại suy đường cong ta ước lượng hiệu điện cực đại đặt lên phụ tải sét đánh gần đường dây (d ≈ 0) U(3) - (4)max ≈ 5,7 kV (trị số so với tiêu chuẩn IEC 364 cao gấp 2,28 lần) 3.3.2 Ảnh hưởng biên độ sét Ta thay đổi giá trị khác biên độ sét I trường hợp khoảng cách sét đánh d = 300m, trung tính máy biến áp nối đất qua điện trở Ω , điện trở nối đất phụ tải 10 Ω không đặt chống sét van cuối đường dây Kết giá trị cực đại điện áp cảm ứng tổng kết bảng 3.9 Bảng 3.9 Giá trị điện áp cảm ứng phụ thuộc vào biên độ sét I0 [kA] Umax [kV] U (1) U (2) U(3) U(3-4) 10 24,525 148,490 10,769 4,858 15 25,460 77,575 13,252 5,978 19 32,249 98,262 16,786 7,572 23 39,038 118,950 20,320 9,166 37 62,800 191,350 32,689 14,745 Từ ta vẽ đường cong quan hệ Umax v I0 nh sau: Phạm Thùy Nhung 48 Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Hỡnh 3.13 Biến thiên hiệu điện cảm ứng cực đại đặt lên phụ tải theo biên độ dòng sét Từ hình 3.13 ta thấy đặc tuyến phụ thuộc U (3) - (4)max theo I0 gần tuyến tính Điều có nghĩa hiệu điện cảm ứng đặt lên phụ tải tăng biên độ sét tăng dần 3.3.3 Tác dụng chống sét van Đặt chống sét van cuối đường dây (đặc tính chống sét van hình 3.7) so sánh với trường hợp khơng có chống sét van Hình 3.14 Điện áp cảm ứng điểm khảo sát Ph¹m Thùy Nhung 49 Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp vi d = 100m, I0 = 10kA có chống sét van Từ hình 3.14 ta thấy chống sét van cuối đường dây làm thay đổi biên độ hình dạng sóng q điện áp cuối đường dây, cịn vị trí khác sóng điện áp giống trường hợp khơng có chống sét van có chống sét van Khơng có chống sét van Hình 3.15 So sánh điện áp cảm ứng cuối đường dây U(3) hai trường hợp có khơng có chống sét van với d = 100m, I0 = 10kA có chống sét van khơng có chống sét van Hình 3.16 So sánh hiệu điện cảm ứng đặt lên phụ tải U(3) - (4) hai trường hợp có khơng có chống sét van với d = 100m, I0 = 10kA Ta thấy khác biệt điện áp cảm ứng hai trường hợp có khơng có chống sét van thể rõ khoảng µs đầu tiên: biên độ độ dao động giảm rõ rệt Sau µs điện áp cảm ứng hai trường hợp nh Phạm Thùy Nhung 50 Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Bng 3.10 So sánh giá trị điện áp cảm ứng hai trường hợp có khơng có chống sét van Umax [kV] Khơng có chống sét van Có chống sét van U(1) 24,525 24,525 U(2) 148,490 148,490 U(3) 10,769 7,609 U(3-4) 4,858 1,115 Như chống sét van đặt cuối đường dây có tác dụng làm giảm trị số điện áp cảm ứng phụ tải, khơng có tác dụng giảm trị số điện áp cảm ứng vị trí khác Với loại chống sét van sử dụng, hiệu điện cảm ứng đặt lên phụ tải giảm từ 4,858kV xuống 1,115kV (tức giảm tới 77% mức điện áp) Và điều đáng nói trị số 1,115kV nhỏ mức giới hạn chịu đựng cách điện phụ tải nói chung theo tiêu chuẩn IEC 364 2,5kV, trị số 4,858kV cao gấp 1,94 lần giới hạn chịu đựng Từ khẳng định hiệu sử dụng chống sét van nhằm giảm mức áp cảm ứng cao Tùy thiết bị cụ thể ta cần lựa chọn loại chống sét van phù hợp để đảm bảo yêu cầu cách điện thiết bị 3.3.4 Thay đổi giá trị điện trở nối đất phụ tải Để xét ảnh hưởng điện trở nối đất phụ tải, ta thay đổi giá trị điện trở từ ÷ 25 Ω (trong trường hợp: I0 = 10kA, v = 100m/ µs , d = 100m) a Trường hợp khơng có chống sét van Ph¹m Thïy Nhung 51 Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao ¸p rđ = 10 rđ = 15 Ω Ω Hình 3.17 So sánh điện áp cảm ứng cuối đường dây U(3) hai trường hợp trị số điện trở nối đất khác rđ = 25 Ω rđ = 10 Ω Hình 3.18 So sánh hiệu điện cảm ứng đặt lên phụ tải U(3) - (4) hai trường hợp trị số điện trở nối đất khác Ta thấy hình dạng sóng q điện áp hai trường hợp gần giống nhau, thay đổi trị số điện trở nối đất phụ tải làm thay đổi biên độ điện áp cảm ứng khu vực phụ tải Kết tổng kết bảng 3.11 Bảng 3.11 Giá trị điện áp cảm ứng phụ thuộc vào điện trở nối đất phụ tải rđ [] Umax [kV] Ph¹m Thïy Nhung U (1) U (2) U(3) U(3-4) 24,525 148,490 9,057 5,629 52 Líp HT§1-K49 §å ¸n Tèt nghiƯp Kü tht ®iƯn cao ¸p 10 24,525 148,490 10,769 4,858 15 24,525 148,490 12,068 4,273 20 24,525 148,490 13,086 3,814 25 24,525 148,490 13,906 3,444 Từ ta vẽ đường cong phụ thuộc U(3) U(3-4) theo r đ hình 3.19 3.20 Hình 3.19 Biên thiên điện áp cảm ứng U(3)max theo giá trị điện trở nối đất phụ tải Hình 3.20 Biến thiên hiệu điện cảm ứng cực đại đặt lên phụ tải theo giá trị điện trở nối đât Như điện trở nối đất phụ tải làm thay đổi trị số điện áp cảm ứng khu vực phụ tải Từ hình 3.19, 3.20 ta thấy đặc tuyến phụ thuộc U(3) U(3-4) theo rđ gần tuyến tính với r > 15 Ω ; với r < 15 Ω độ dốc đường đặc tuyến có tăng khơng nhiều Nhìn chung trị số điện áp cảm ứng biến đổi chậm theo r đ: rđ tăng, Ph¹m Thïy Nhung 53 Líp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp U(3) tăng dần U(3-4) lại giảm dần Một điều khác thường giá trị điện trở nối đất cao lại tốt cho thiết bị phụ tải nhìn hình 3.20 ta thấy điện trở nối đất rđ cao hiệu điện cảm ứng đặt lên phụ tải U(3-4) giảm Tuy nhiên sử dụng cách để đảm bảo yêu cầu cách điện khơng hiệu r đ tăng từ Ω đến 25 Ω U(3-4)max giảm từ 5,629kV xuống 3,444kV, trị số cao 38% so với tiêu chuẩn IEC 364 b Trường hợp có chống sét van rđ = 25 Ω rđ = 10 Ω Hình 3.21 So sánh hiệu điện cảm ứng đặt lên phụ tải U(3) - (4) hai trường hợp trị số điện trở nối đất khác có chống sét van Từ hình 3.21 ta thấy có chống sét van cuối đường dây, việc thay đổi trị số điện trở nối đất phụ tải làm thay đổi đáng kể hình dạng sóng q điện áp cảm ứng Giá trị điện áp dương cực đại hai trường hợp nhau, giá trị điện áp âm cực đại trường hợp rđ = 10 Ω cao nhiều trường hợp rđ = 25 Ω Việc tăng trị số điện trở nối đất phụ tải kết hợp với việc sử dụng chống sét van làm cho tốc độ biến thiên điện áp cảm ứng đặt lên phụ tải giảm, sóng điện áp trơn đặc biệt kể từ sau µs 3.3.5 Ảnh hưởng nối đất lặp lại cho dõy trung tớnh Phạm Thùy Nhung 54 Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Thc tế chiều dài đường dây mơ L = 700m không dài để cần thiết nối đất lặp lại cho dây trung tính Tuy nhiên để xem xét ảnh hưởng việc nối đất lặp lại dây trung tính trị số điện áp cảm ứng, ta giả sử dây trung tính nối đất hai vị trí (hình 3.22) với điện trở r đl = 50 Ω Ta xét trường hợp dịng sét có biên độ I0 = 10kA, v = 100m/ µs , d = 100m khơng có chống sét van Dây pha 22/0,4 Ztải Dây trung tính rđB= 2 rđl rđT = 10 rđl 280m 280m Hình 3.22 Nối đất lặp lại cho dây trung tính So sánh trị số điện áp cảm ứng hai trường hợp có khơng có nối đất lặp lại bảng 3.12 Bảng 3.12 So sánh giá trị điện áp cảm ứng hai trường hợp có khơng có nối đất lặp lại Umax [kV] Khơng có nối đất lặp lại Có nối đất lặp lại U(1) 24,525 24,525 U(2) 148,490 148,490 U(3) 10,769 10,768 U(3-4) 4,8577 4,8583 Như việc nối đất lặp lại cho dây trung tính làm thay đổi trị số điện áp cảm ứng phụ tải: U(3) giảm U(3-4) tăng Tuy nhiên thay đổi không đáng kể, với vị trí giá trị rđl chọn U(3) giảm 0,009% cịn U(3-4) tăng 0,12% Ph¹m Thïy Nhung 55 Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao ¸p 3.4 Kết luận Trong chương ta mô mạng hạ áp máy biến áp 22/0,4kV có cơng suất 160kVA, cấp điện qua đường dây dài 700m tới phụ tải Đường dây chia thành đoạn ∆ x = 70m, đoạn nguồn cảm ứng sét thay hai nguồn dịng Ie (tương ứng với vơ hướng Φ ) Iv (tương ứng với vector A) Phụ tải thay gần điện cảm L = 10 µ H (thay chấp nhận miền tần số cao - cỡ MHz sóng sét) Đề tài quan tâm đến điện áp cảm ứng mạng hạ áp, không xem xét phần lưới phía trước máy biến áp (phía 22kV) nên phần lưới thay tổng trở sóng Giá trị tổng trở sóng thường khoảng 300 ÷ 500 Ω , ta chọn giá trị 400 Ω Điện trở nối đất trung tính máy biến áp (phía 0,4kV) Ω , điện trở nối đất khu vực phụ tải 10 Ω Ở đơn xét ảnh hưởng điện áp cảm ứng sét, không xếp chồng nguồn xoay chiều Quá điện áp cảm ứng sét bị ảnh hưởng nhiều yếu tố Kết mô ra: - Khi khoảng cách sét đánh d giảm dần giới hạn 1000m trị số điện áp cảm ứng tăng nhanh cịn d thay đổi ngồi phạm vi 1000m trị số điện áp cảm ứng thay đổi theo quan hệ tỉ lệ nghịch nhiên chậm - Trị số điện áp cảm ứng thay đổi đồng biến theo biên độ sét đặc tuyến phụ thuộc gần tuyến tính - Chống sét van đặt cuối đường dây có tác dụng giảm trị số cực đại độ dao động điện áp cảm ứng vị trí Kết mơ hiệu đáng kể việc sử dụng chống sét van nhằm giảm mức điện áp cảm ứng phụ tải - Điện trở nối đất phụ tải rđ làm thay đổi trị số điện áp cảm ứng khu vực phụ tải Hiệu điện cảm ứng đặt lên phụ tải U(3-4) tỉ lệ nghịch với độ lớn điện trở nối đất, nhiên thay đổi U(3-4) theo r đ chậm Việc tăng giá trị điện trở nối đất phụ tải kết hợp với sử dụng chống sét van cuối đường dây vừa giúp giảm biên độ điện áp cảm ứng tới mức an toàn vừa làm giảm độ dao động sóng q điện áp cảm ứng Ph¹m Thïy Nhung 56 Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao ¸p - Việc nối đất lặp lại cho dây trung tính gần khơng ảnh hưởng đến trị số hình dạng sóng q điện áp cảm ứng MỘT SỐ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Đề tài mô mạng hạ áp trường hợp sử dụng dây dẫn trần không cấp điện cho phụ tải tập trung Ta mơ mạng hạ áp phức tạp gồm nhiều nhánh nhiều phụ tải rải rác Thực tế ngày nay, đặc biệt khu vực đô thị, người ta không cấp điện hạ áp dây trần không mà thường sử dụng cáp vặn xoắn Do hướng nghiên cứu vạch xem xét biểu thức tính tốn trường điện từ điện áp cảm ứng trường hợp dây cáp, cáp khơng ngầm đất Các tính tốn trình bày luận văn thực với giả thiết đất dẫn điện hồn hảo Một hướng mở rộng xác hóa tính tốn trường hợp có xét đến ảnh hưởng tính dẫn điện hữu hạn đất Ngồi ta mở rộng sơ đồ mơ sang phía cao áp máy biến áp việc thay mơ hình máy biến áp tn s cao Phạm Thùy Nhung 57 Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp PH LỤC Model cho nguồn dòng Ie MODEL ng_Ie CONST v {val:1.e8} Io {val:10} exi {val:885.e-14} muy {val:125.e-8} c {val:3.e8} Zc {val:400} DATA r,z,dtX OUTPUT Ie VAR Ie,qo,ga,TG1,TG2 FUNCTION sqr(x):=x*x EXEC qo:=Io/v ga:=c/sqrt(c*c-v*v) TG1:=sqrt(sqr(v*t-z)+sqr(r/ga)) TG2:=sqrt(sqr(v*t+z)+sqr(r/ga)) Ie:= qo*dtX*(1/TG1-1/TG2)/(4*pi*exi*Zc) ENDEXEC ENDMODEL Model cho nguồn dịng Iv Ph¹m Thïy Nhung 58 Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao ¸p MODEL ng_Iv CONST v {val:1.e8} Io {val:10} exi {val:885.e-14} muy {val:125.e-8} c {val:3.e8} Zc {val:400} DATA z,r,dtX OUTPUT Iv VAR Iv,qo,ga,TG1,TG2 FUNCTION sqr(x):=x*x EXEC qo:=Io/v ga:=c/sqrt(c*c-v*v) TG1:=sqrt(sqr(v*t-z)+sqr(r/ga)) TG2:=sqrt(sqr(v*t+z)+sqr(r/ga)) Iv:=-z*muy*Io*v*(1/TG1+1/TG2)/(4*pi) ENDEXEC ENDMODEL Phạm Thùy Nhung 59 Lớp HTĐ1-K49 Đồ ¸n Tèt nghiƯp Kü tht ®iƯn cao ¸p TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Võ Viết Đạn, “Giáo trình kỹ thuật điện cao áp”, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1972 [2] Trần Bách, “Lưới điện hệ thống điện”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật TIẾNG ANH [3] Leonard L Grigsby, Power System Transients, The Electric Power Engineering Handbook [4] Peter Hasse, Overvoltage protection of low voltage systems, IEE Power and Energy series 33 [5] A.E.A Araujo, J.O.S Paulino, J.P Silva, H.W Dommel, “Calculation of lightning-induced voltages with RUSCK’s method in EMTP”, IEEE, Electric Power Systems Research, Volume 60, Issue 1, November 2001 [6] Montano, R.2006, “The effects of lightning on low voltage power network”, Acta Universitatis Upsaliensis, Digital comprehensive summaries of Uppsala Dissertations from the Faculty of Science and Technology 131 [7] Hans Kristian Høidalen, “Lightning-induced voltages in low-voltage systems and its dependency on overhead line terminations”, SINTEF Energy Research, Norway [8] K W Wagner, “Electromagnetic balancing process in power lines and wires”, in German 1908 Phạm Thùy Nhung 60 Lớp HTĐ1-K49 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp [9] C.F Wagner, G.D Mc Cann, “Induced Voltages on Transmission Lines”, AIEE Transactions, Vol 61, pp 916- 930, 1942 [10] S Rusck, “Induced Lightning over-voltages on power transmission lines with special reference to the overvoltage protection of lowvoltage networks”, Trans Royal Inst of Tech., no 120, pp 1-118, 1958 [11] P Durai Kannu, M Joy Thomas, “Influence of lightning electric field components on the induced voltages on a power distribution line”, IEEE, Electric Power Systems Research, Volume 64, 2003 [12] Alternative Transients Program (ATP) – Rule Book, Canadian/American EMTP User Group, 1987-1998 [13] Mario Paolone, “Modeling of lightning-induced voltages on distribution networks for the solution of power quality problems, and relevant implementation in a transient progam”, University of Bologna, Department of Electrical Engineering Ph¹m Thïy Nhung 61 Líp HT§1-K49 ... sở ta xem xét ảnh hưởng số yếu tố đến biên độ dạng sóng điện áp cảm ứng như: biên độ dòng sét, khoảng cách từ vị trí sét đánh đến đường dây, giá trị điện trở nối đất phụ tải, ảnh hưởng nối đất... trung hịa dần điện tích dương tạo nên dòng điện nơi sét đánh 1.2 Hiện tượng điện áp cảm ứng sét Ta biết sét đánh xuống đất hay vật gần đường dây truyền tải điện cảm ứng điện áp dây dẫn điện áp sinh... tính tốn trường điện từ tương tác trường đến đường dây Tính dẫn điện đất ảnh hưởng đến điện từ trường sét lan truyền sóng dọc đường dây Thành phần xạ điện trường ngang bị ảnh hưởng nhiều tính