7. Nội dung luận văn
1.4. Cơng nghệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp
1.4.1 Khe hở phĩng điện (Spark Gap và Triggered Spark Gap)
Khe phĩng điện được cấu tạo bởi hai bản kim loại cứng cố định ở một khoảng cách định trước. Một điện cực được nối với mạng điện, cịn điện cực kia được nối với đất. Khơng khí giữa hai cực sẽ bị ion hĩa tại một điện áp khe hở giữa hai điện cực. Hiện tượng khơng khí bị ion hĩa tạo ra một trở kháng thấp giữa hai bản cực.
Điện áp đánh thủng phụ thuộc vào độ ẩm của khơng khí cho nên khe phĩng điện được sử dụng chính ở mạng điện cĩ điện áp cao mà ở đĩ khơng địi hỏi độ chính xác cao. Khe phĩng điện cĩ vỏ bọc là thủy tinh hoặc kim loại, bởi vì khơng khí bị ion hĩa địi hỏi phải cĩ thời gian nên thực tế điện áp phĩng điện của khe hở phụ thuộc vào sự biến thiên của điện áp. Chẳng hạn, một thiết bị điện được thiết kế với cấp điện áp là 120V thì cĩ thể hoạt động ở điện áp 2200V. Khe phĩng điện cĩ khả năng tản sét cao, đến hàng 100kA.
Tổng quan hiện tượng quá độ và các thiết bị bảo vệ quá áp trên đường nguồn hạ áp
Trang 13
Khi cĩ xung sét chạy trên đường dây gây nên sự chênh lệch điện áp giữa hai điện cực đủ lớn làm cho khe hở phĩng điện hoạt động và truyền dẫn năng lượng xuống đất.
Khe phĩng điện cĩ ưu điểm vượt trội về khả năng tản sét và giá thành. Tuy nhiên, nhược điểm chính của khe phĩng điện là điện áp ngưỡng, điện áp dư cao và thời gian tác động chậm.
Để tăng cường khả năng dập tắt hồ quang và tốc độ tự hồi phục, khe phĩng điện cải tiến cĩ cấu tạo hỗn hợp gồm khe nối tiếp với điện trở phi tuyến và được đặt trong vỏ kín. Tuy nhiên, do khả năng chịu dịng của điện trở phi tuyến là cĩ hạn nên sẽ giới hạn khả năng tản dịng sét biên độ lớn, vốn vẫn là ưu điểm của khe phĩng điện so với các thiết bị chống sét loại khác.
Cơng nghệ này cho phép chế tạo các khe phĩng điện, đạt yêu cầu về năng lượng tản sét và điện áp dư thấp khi hồ quang được thành lập. Tuy nhiên, chúng cũng cịn cĩ hai nhược điểm:
- Điện áp kích hoạt cao và giảm khơng đáng kể khi thay đổi khoảng cách giữa các điện cực. Giá trị điện áp kích hoạt của khe phĩng điện vào khoảng 2500 – 3500V, sẽ gây ra các vấn đề cho các thiết bị bảo vệ thứ cấp nằm ở phía tải. Thiết bị bảo vệ thứ cấp thường là loại cĩ điện áp kẹp thấp hơn điện áp phĩng điện của khe và khả năng tản sét nhỏ. Điều này sẽ giữ cho khe phĩng điện khơng vận hành, thiết bị thứ cấp nhanh chống bị phá hủy và hầu hết năng lượng đi vào tịa nhà.
- Khe phĩng điện cĩ dịng tự duy trì cao, mặc dù điều này đã được chú ý và từng bước cải thiện trong tương lai. Dịng tự duy trì cao gây cho điện cực mau hư hỏng và làm giảm tuổi thọ của khe hở phĩng điện. Trong thiết kế, các thơng số của khe phĩng điện điện áp thấp, vấn đề điện cực được quan tâm đặc biệt. Khe phĩng điện được thiết kế để cĩ thể làm việc từ 10 đến 30 lần trong một năm.
Gần đây xuất hiện loại khe hở phĩng điện tự kích TSG (Triggered Spark Gap). Đây là loại khe hở phĩng điện tiên tiến nhất hiện nay, với các tính năng vượt trội như sau:
Tổng quan hiện tượng quá độ và các thiết bị bảo vệ quá áp trên đường nguồn hạ áp
Trang 14
trên cơ sở các MOV, nhưng cĩ khả năng tản sét cao hơn.
- Khắc phục được nhược điểm điện áp phĩng điện khởi đầu cao, điện áp dư lớn và dịng tự duy trì kéo dài ở khe phĩng điện truyền thống.
- Điện áp kích hoạt thấp (khoảng 500V) cho phép TSG vận hành với rất nhiều xung đột biến, bao gồm cả các xung do đĩng cắt mạch.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TSG (Hình 1.10) bao gồm: - Sừng phĩng điện đảm bảo khả năng tản dịng sét cường độ cao.
- Bộ phận dịng cĩ cấu tạo gồm các phiếm sắp lớp tạo thành các khe. Khi hồ quang phĩng điện đi vào các khe, hồ quang bị phân nhỏ và dễ dàng bị dập tắt.
Hệ thống kích bao gồm mạch kích và cực kích. Hệ thống này cĩ chức năng kích hoạt phĩng điện chính bằng cách tạo ra phĩng điện mồi khi cảm nhận xung quá áp ngang qua mạch kích vượt quá 500V. Phĩng điện mồi sẽ phát triển thành phĩng điện chính giữa hai sừng phĩng điện và xung quá áp bị kẹp bởi phĩng điện hồ quang.
Hình 1.10. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TSG