3.7.1 Thiết bị chống sét là gì?
Thiết bị chống sét là thiết bị được ghép song song với thiết bị điện để bảo vệ quá điện áp khí quyển. Khi xuất hiện quá điện áp nó sẽ phóng điện trước làm giảm trị số quá điện áp đặt lên cách điện của thiết bị và khi hết quá điện áp sẽ tự động dập tắt hồ quang của dòng điện xoay chiều, phục hồi trạng thái làm việc bình thường. Để làm được nhiệm vụ trên thiết bị chống sét cần đạ̣t các điều kiện sau đây:
Có đặc tính Vôn - giây (V-s) thấp hơn đặc tính V-s của cách điện
Đây là yêu cầu cơ bản nhất vì nó liên quan đến tác dụng và lí do tồn tại của thiết bị chống sét. Tuy nhiên thực hiện việc phối hợp đặc tính V-s như vậy không dễ dàng. Trong thiết kế và chế tạo thiết bị điện thường dùng các biện pháp làm đều điện trường để nâng cao cường độ cách điện và dải kết cấu của cách điện. Do cách điện thường có đặc tính V-s tương đối bằng phẳng và đặc tính V-s của thiết bị chống sét cũng phải bằng phẳng để không xảy ra giao chéo ở khoảng thời gian bé. Do kết cấu điện cực kiểu thanh- thanh nên trường giữa các điện cực phân bố rất không đều, điện áp phóng điện tăng cao khi thời gian phóng điện bé khiến đường đặc tính V-s dốc do đó không thể phối hợp tốt được với đặc tính V-s của các thiết bị trong trạm. Các thiết bị chống sét loại này thường chỉ dùng bảo vệ cho cách điện đường dây vì đặc tính xung kích của cách điện đường dây có dạng tương tự.
Có khả năng dập tắt nhanh chóng hồ quang của dòng xoay chiều
Khi quá điện áp, thiết bị chống sét làm việc (phóng điện) để tản dòng xuống đất đồng thời tạo nên ngắn mạch chạm đất. Khi hết quá điện áp phải nhanh chóng dập tắt hồ quang của dòng ngắn mạch chạm đất trước khi bộ phận bảo vệ rơ le làm việc để hệ thống điện được tiếp tục vận hành an toàn.
Tùy theo các nguyên tắc và biện pháp dập hồ quang khác nhau mà thiết bị chống sét được phân ra các loại chống sét ống, chống sét van, chống sét van - từ,... Loại khe hở bảo vệ không có bộ phận dập hồ quang nên khi nó làm việc nếu dòng điện ngắn mạch chạm đất của lưới điện lớn thì hồ quang sẽ không tự dập tắt và ngắn mạch chạm đất kéo dài. Do đó loại này chỉ dùng bảo vệ đường dây trong các lưới có dòng ngắn mạch chạm đất bé (lưới có trung tính cách điện hoặc nối đất qua cuộn dây hồ quang) hoặc khi có phối hợp với thiết bị tự động đóng lại (TĐL) để bảo đảm cung cấp điện liên tục.
Loại chống sét ống dựa vào các chất sinh khí để tự dập hồ quang (tương tự máy ngắt phụ tải).
Loại chống sét van có trang bị dập hồ quang hoàn chỉnh hơn dựa trên nguyên tắc chia cắt hồ quang thành nhiều đoạn ngắn và dùng điện trở phi tuyến để hạn chế trị số dòng điện hồ quang (dòng xoay chiều).
Loại chống sét van từ có bộ phận dập hồ quang phức tạp hơn chống sét van bởi nó dùng thêm từ trường để di chuyển hồ quang nên dập được hồ quang có trị số dòng điện lớn hơn nhiều.
SVTH: Lê Hoàng Nhân
Có mức điện áp dư thấp so với cách điện của thiết bị được bảo vệ Sau khi phóng điện, điện áp còn trên thiết bị chống sé
của thiết bị, nếu điện áp này lớn vẫn có thể gây nguy hiểm cho thiết bị điện
Với loại khe hở bảo vệ và chống sét ống giảm điện áp dư chủ yếu bằng cách giảm điện trở của bộ phận nối đất .
Ở chống sét van bên cạnh việc giảm trị điện trở không đường thẳng phải hạn chế dòng điện qua nó không lớn quá trị số quy định
Thiết bị chống sét không được làm việc Yêu cầu này thực hiện bằng cách điều chỉnh bị chống sét.[5]
Ngoài bốn yêu cầu trên với từng loại còn yêu cầu riêng chống sét trong trạm biến áp rất quan tr
xung kích của thiết bị, tức là liên quan đến kết cấu và giá thành thiết bị dụng của thiết bị chống sét không những phụ thuộc đặc điểm riêng của chú thuộc vào nhiều yếu tố như cải thiện bộ phận nối đất
đoạn tới trạm, vị trí đặt thiết bị chống sét
3.7.2 Thiết bị chống sét 3.7.2.1 Cấu tạo
Phần chính 1 của thiết bị là ống làm bằng vật liệu tự sinh khí với loại PT dẻo viniplast với lo
đầu kia hở và đặt điện cực hình xuy Khe hở S gọi là khe hở trong
có tác dụng cách li thân ống với đường dây để nó không bị hư hỏng do dòng dò
3.7.2.2 Nguyên lí
Khi có quá điện áp cả hai khe hở sẽ phóng điện dòng vào bộ phận nối đất. Sau khi hết dòng điện xung kích
(dòng ngắn mạch chạm đất) đi qua chống sét
mạch sinh ra chất sinh khí bị phát nóng sản sinh nhiều khí at, và thổi tắt hồ quang (thổi về phía đầu hở ống
lần đầu tiên).
Đặc tính V-s phụ thuộc vào khoảng cách khe h có dạng giống như khe hở bảo vệ
Có mức điện áp dư thấp so với cách điện của thiết bị được bảo vệ
điện áp còn trên thiết bị chống sét (áp dư) sẽ tác dụng lên cách điện nếu điện áp này lớn vẫn có thể gây nguy hiểm cho thiết bị điện
Với loại khe hở bảo vệ và chống sét ống giảm điện áp dư chủ yếu bằng cách giảm điện Ở chống sét van bên cạnh việc giảm trị điện trở không đường thẳng phải hạn chế dòng điện qua nó không lớn quá trị số quy định
Thiết bị chống sét không được làm việc (phóng điện) khi có quá điện áp nội bộ
Yêu cầu này thực hiện bằng cách điều chỉnh (khoảng cách) khe hở phóng điện của thiết Ngoài bốn yêu cầu trên với từng loại còn yêu cầu riêng, cần thêm rằng vai trò chống sét trong trạm biến áp rất quan trọng vì nó quyết định việc lựa chọn mức cách điện tức là liên quan đến kết cấu và giá thành thiết bị. Việc phát huy tác dụng của thiết bị chống sét không những phụ thuộc đặc điểm riêng của chú
thuộc vào nhiều yếu tố như cải thiện bộ phận nối đất, sơ đồ truyền sóng vị trí đặt thiết bị chống sét ,...
ng sét ống (PT)
ết bị là ống làm bằng vật liệu tự sinh khí, chất phibro i loại (PTB), một đầu nắp kim loại giữ điện c c hình xuyến
Khe hở S gọi là khe hở trong (hoặc khe hở dập hồ quang) còn S2 có tác dụng cách li thân ống với đường dây để nó không bị hư hỏng do dòng dò
Khi có quá điện áp cả hai khe hở sẽ phóng điện dòng điện sét qua chống sét đi Sau khi hết dòng điện xung kích, sẽ có dòng điện tần số công nghiệp đi qua chống sét. Dưới tác dụng của hồ quang do dòng ngắn h khí bị phát nóng sản sinh nhiều khí, áp suất khí tăng tới vài chục
thổi về phía đầu hở ống 3, ngay khi dòng xoay chiều qua trị số s phụ thuộc vào khoảng cách khe hở trong và ngoài của chống sét và có dạng giống như khe hở bảo vệ. Sau khi phóng điện điện áp dư trên chống sét là phần
Hình 3.3 Cấu tạo chống sét ống [18]
Trang 39
sẽ tác dụng lên cách điện nếu điện áp này lớn vẫn có thể gây nguy hiểm cho thiết bị điện.
Với loại khe hở bảo vệ và chống sét ống giảm điện áp dư chủ yếu bằng cách giảm điện Ở chống sét van bên cạnh việc giảm trị điện trở không đường thẳng phải hạn chế dòng
khi có quá điện áp nội bộ
khe hở phóng điện của thiết cần thêm rằng vai trò ọng vì nó quyết định việc lựa chọn mức cách điện Việc phát huy tác dụng của thiết bị chống sét không những phụ thuộc đặc điểm riêng của chúng mà còn phụ sơ đồ truyền sóng, phần bảo vệ
chất phibro-bakêlít n cực thanh còn 2 là khe hở ngoài có tác dụng cách li thân ống với đường dây để nó không bị hư hỏng do dòng dò.
điện sét qua chống sét đi sẽ có dòng điện tần số công nghiệp Dưới tác dụng của hồ quang do dòng ngắn áp suất khí tăng tới vài chục ngay khi dòng xoay chiều qua trị số 0 ở trong và ngoài của chống sét và Sau khi phóng điện điện áp dư trên chống sét là phần
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Lê Hoàng Nhân
điện áp giáng trên bộ phận nối đất do đó các nơi đặt chống sét ống cần nối đất tốt khe hở ngoài được chọn theo điều kiện phối hợp cách điện
thể điều chỉnh trong phạm vi nhất định
quang. Để dập được hồ quang trong ống cần đủ khí
quang, do vậy phải quy định giới hạn của dòng điện hồ quang
và đường kính trong của ống sinh khí sẽ làm thay đổi giới hạn dòng điện
sét ở bất kì điểm nào trong lưới điện cần phải kiểm tra dòng ngắn mạch nối đất tại điểm đó, để đảm bảo chống sét có thể tự dập tắt được hồ quang mà không bị hư hỏng chống sét làm việc nhiều lần,
không đủ để dập tắt hồ quang.
Khi làm việc, chống sét ống có thải khí bị ion hóa do đó khi lắp chống sét trên cột phải sao cho khí thoát ra không gây nên phóng điện giữa các pha hoặc phóng xuống đất, muốn thế trong phạm vi thoát khí của nó phải không có dây dẫn của pha khác không có kết cấu nối đất cũng như phạm vi thoát khí của chống sét ống ở pha khác Chống sét ống chủ yếu dùng bảo vệ các đườ
lớn nhất là phải đảm bảo trị số dòng điện ngắn mạch chạm đất tại điểm đặt chống sét nằm trong phạm vi giới hạn trên và dưới của dòng điện cắt
suất bé hoặc đặt chống sét ống với mật độ quá dày sẽ không đảm bảo về yêu cầu giới hạn dưới của dòng cắt. Ngược lại nếu hệ thống công suất lớn sẽ có thể vượt quá trị số giới hạn trên. Chế độ vận hành hệ thống thay đ
cầu trên. Các nhược điểm đó đã hạn chế việc ứng dụng chống sét ống rộng rãi thay bằng khe hở bảo vệ phối hợp với thiết bị tự động đóng lại để bảo vệ cho đường dây
3.7.3 Chống sét van 3.7.3.1 Khái niệm
Phần chính của chống sét van là chuỗi khe hở phóng điện ghép nối tiếp với các tấm điện trở không đường thẳng
bằng vật liệu vilit, có đặc điểm là có thể duy trì được mức điện áp dư tương đối ổn định khi dòng điện tăng.
3.7.3.2 Cấu tạo
Phần chính của chống tấm điện trở không đường thẳ tạo bằng vật liệu vilit, có đặc định khi dòng điện tăng
Hình 3.4 C
GVHD: Ths Lê Văn Nh điện áp giáng trên bộ phận nối đất do đó các nơi đặt chống sét ống cần nối đất tốt
ở ngoài được chọn theo điều kiện phối hợp cách điện (phối hợp đặc tính V
thể điều chỉnh trong phạm vi nhất định, còn khe hở trong quyết định bởi khả năng dập hồ Để dập được hồ quang trong ống cần đủ khí, điều này phụ thuộc vào dòng điện hồ do vậy phải quy định giới hạn của dòng điện hồ quang. Thay đổi khoảng cách S và đường kính trong của ống sinh khí sẽ làm thay đổi giới hạn dòng điện.
kì điểm nào trong lưới điện cần phải kiểm tra dòng ngắn mạch nối đất tại điểm để đảm bảo chống sét có thể tự dập tắt được hồ quang mà không bị hư hỏng
, chất sinh khí sẽ hao mòn, ống sẽ rỗng hơn lượng khí sẽ .
chống sét ống có thải khí bị ion hóa do đó khi lắp chống sét trên cột phải sao cho khí thoát ra không gây nên phóng điện giữa các pha hoặc phóng
muốn thế trong phạm vi thoát khí của nó phải không có dây dẫn của pha khác không có kết cấu nối đất cũng như phạm vi thoát khí của chống sét ống ở pha khác Chống sét ống chủ yếu dùng bảo vệ các đường dây không có dây chống sét
lớn nhất là phải đảm bảo trị số dòng điện ngắn mạch chạm đất tại điểm đặt chống sét nằm trong phạm vi giới hạn trên và dưới của dòng điện cắt. Khi dùng nó trong hệ thống công t bé hoặc đặt chống sét ống với mật độ quá dày sẽ không đảm bảo về yêu cầu giới hạn Ngược lại nếu hệ thống công suất lớn sẽ có thể vượt quá trị số giới Chế độ vận hành hệ thống thay đổi luôn làm dòng ngắn mạch khó đáp ứng yêu Các nhược điểm đó đã hạn chế việc ứng dụng chống sét ống rộng rãi
thay bằng khe hở bảo vệ phối hợp với thiết bị tự động đóng lại để bảo vệ cho đường dây
Phần chính của chống sét van là chuỗi khe hở phóng điện ghép nối tiếp với các tấm điện trở không đường thẳng (điện trở làm việc). Điện trở không đường thẳng chế tạo có đặc điểm là có thể duy trì được mức điện áp dư tương đối ổn định
ng sét van là chuỗi khe hở phóng điện ghép n ẳng (điện trở làm việc). Điện trở không đư c điểm là có thể duy trì được mức điện áp dư Hình 3.4 Cấu tạo chống sét van [18]
GVHD: Ths Lê Văn Nhạn
Trang 40
điện áp giáng trên bộ phận nối đất do đó các nơi đặt chống sét ống cần nối đất tốt. Độ dài phối hợp đặc tính V-s) và có còn khe hở trong quyết định bởi khả năng dập hồ điều này phụ thuộc vào dòng điện hồ Thay đổi khoảng cách S . Khi đặt chống kì điểm nào trong lưới điện cần phải kiểm tra dòng ngắn mạch nối đất tại điểm để đảm bảo chống sét có thể tự dập tắt được hồ quang mà không bị hư hỏng. Khi ống sẽ rỗng hơn lượng khí sẽ chống sét ống có thải khí bị ion hóa do đó khi lắp chống sét trên cột phải sao cho khí thoát ra không gây nên phóng điện giữa các pha hoặc phóng điện muốn thế trong phạm vi thoát khí của nó phải không có dây dẫn của pha khác, không có kết cấu nối đất cũng như phạm vi thoát khí của chống sét ống ở pha khác.
ng dây không có dây chống sét. Khó khăn lớn nhất là phải đảm bảo trị số dòng điện ngắn mạch chạm đất tại điểm đặt chống sét nằm Khi dùng nó trong hệ thống công t bé hoặc đặt chống sét ống với mật độ quá dày sẽ không đảm bảo về yêu cầu giới hạn Ngược lại nếu hệ thống công suất lớn sẽ có thể vượt quá trị số giới ổi luôn làm dòng ngắn mạch khó đáp ứng yêu Các nhược điểm đó đã hạn chế việc ứng dụng chống sét ống rộng rãi, thường thay bằng khe hở bảo vệ phối hợp với thiết bị tự động đóng lại để bảo vệ cho đường dây.
Phần chính của chống sét van là chuỗi khe hở phóng điện ghép nối tiếp với các Điện trở không đường thẳng chế tạo có đặc điểm là có thể duy trì được mức điện áp dư tương đối ổn định
nối tiếp với các đường thẳng chế dư tương đối ổn
SVTH: Lê Hoàng Nhân Trang 41
3.7.3.3 Nguyên lý
Sau khi tản dòng sét sẽ có dòng điện ngắn mạch duy trì bởi nguồn điện áp xoay chiều (ngắn mạch qua điện trở làm việc) đi qua chống sét van, dòng này gọi là dòng kế tục. Khi cho tác dụng điện trở rất bé do đó dòng sét được tản trong đất dễ dàng và nhanh chóng, ngược lại ở điện áp làm việc thì điện trở tăng cao do đó hạn chế trị số dòng kế tục (thường không quá 80A) tạo điều kiện thuận lợi cho việc dập hồ quang ở chuỗi khe hở. Chính do tính chất cho qua dòng điện lớn khi điện áp lớn và ngăn dòng điện khi điện áp bé nên loại chống sét này được gọi là chống sét van. Trị số điện áp cực đại ở tần số công nghiệp mà chống sét van có thể dập tắt hồ quang của dòng điện kế tục gọi là điện áp dập hồ quang, đó là một trong các tham số chủ yếu của chống sét van.
Các tham số của chống sét van: Ngoài điện áp dập hồ quang chống sét van còn các tham số sau:
Điện trở phi tuyến
Được chế tạo từ bột cacbôrun (SiC) mặt ngoài hạt cácborun có màng mỏng SiO2