đường dây vào trạm
4.1. Mở đầu
Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc đánh xuống mặt đất gần đường dây gây nên quá điện áp khí quyển tác dụng lên cách điện hệ thống. Những sóng xuất hiện bởi sét đánh vào đường dây hoặc gần đường dây không gây ra phóng điện mà truyền vào trạm sẽ gây ra nguy hiểm đối với các thiết bị. Nó có thể chọc thủng lớp điện môi gây phóng điện trên cách điện đưa đến sự cố trong hệ thống điện. Bởi vậy khi nghiên cứu biện pháp bảo vệ chống sét cho hệ thống điện cần phải dựa trên cơ sở của sự tính toán phân tích các quá trính truyền sóng trên đường dây.
Trong trạm biến áp có những thiết bị rất quan trọng, giá thành cao, cách điện của các thiết bị này lại rất yếu. Vì vậy bảo vệ quá điện áp do sét đánh từ đường dây truyền vào trạm có yêu cầu rất cao.
Để bảo vệ chống sóng truyền vào trạm người ta dùng chống sét ống, chống sét van tăng cường bảo vệ cho đoạn đường dây gần trạm hoặc sử dụng đường dây cáp, tụ điện, kháng điện...
Bảo vệ chống sóng truyền từ đường dây vào trạm nhằm đảm bảo các chỉ tiêu an toàn của cách điện với sóng quá điện áp. Với các trạm đơn giản thì việc tính toán các chỉ tiêu có thể thực hiện một cách tương đối dễ dàng. Còn đối với
Đồ án kỹ thuật điện cao áp
các trạm phức tạp thì khối lượng tính toán tương đối lớn và việc tính toán cũng rất khó khăn. Do đó khi tính toán sóng truyền vào trạm người ta đưa ra một số giả thiết để đơn giản hoá.
Để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của chống sét van ta cần hạn chế dòng qua chống sét van không quá 5÷10kA, dòng điện sét quá lớn sẽ gây nên điện áp dư tăng cao, ảnh hưởng tới cách điện trong nội bộ trạm và có thể làm hỏng chống sét van.
Trên cơ sở cấu trúc trạm xác định các chỉ tiêu bảo vệ chống sóng truyền vào trạm, đây là những số liệu quan trọng, nó cho phép đánh giá mức độ an toàn với sóng quá điện áp của trạm. Do tham số của sóng từ đường dây truyền vào trạm rất khác nhau (phụ thuộc vào tham số của dòng điện sét, vào kết cấu của đường dây, vị trí sét đánh ...), do đó việc tính toán quá điện áp trong trạm không phải với một hay một vài sóng nhất định mà phải tính với nhiều tham số khác nhau. Dựa vào đó tìm ra tham số tới hạn nguy hiểm của sóng sét truyền vào trạm, vượt quá trị số này sẽ xảy ra phóng điện ở ít nhất một thiết bị nào đó trong trạm.
Do trạm được bảo vệ với mức an toàn cao nên khi xét độ bền cách điện của các thiết bị không kể đến hiệu ứng tích luỹ và đặc tính cách điện được lấy với điện áp xung kích.
Thường sóng quá điện áp xuất hiện trên cách điện có độ dài sóng lớn: biên độ bằng điện áp dư trên chống sét vẫn xếp chồng với một điện áp nhảy vọt hoặc dao động. Vì thế phải lấy điện áp thí nghiệm phóng điện xung kích với sóng cắt và toàn sóng so sánh với toàn bộ đường cong sóng quá điện áp.
4.2. Phương pháp tính toán quá điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm. vào trạm.
Việc tính toán quá điện áp do sóng truyền vào trạm có thể được thực hiện trên các mô hình hoặc tính toán trực tiếp. Dùng phương pháp mô hình thì có thể cho phép xác định đường cong tính toán nguy hiểm cho bất kỳ một trạm có kết cấu phức tạp. Nó cho phép giải quyết vấn đề một cách chính xác và nhanh
Đồ án kỹ thuật điện cao áp
chóng. Phương pháp tính toán trực tiếp phức tạp hơn và chỉ dùng cho trạm có kết cấu đơn giản. Cơ sở của phương pháp tính toán trực tiếp là lập sơ đồ thay thế và dựa trên quy tắc sóng đẳng trị và phương pháp lập bảng của các sóng tới để lần lượt tính toán trị số điện áp tại các nút chính.
Ta biết rằng qua trình truyền sóng sẽ hoàn toàn xác định được nếu ta xác định được sự biến dạng của sóng khi truyền trên đường dây, xác định được sóng phản xạ và khúc xạ khi truyền tới các nút.
Do sóng truyền trong trạm trên những khoảng cách không lớn giữa các nút nên ta có thể coi quá trình truyền sóng là không biến dạng. Sóng được truyền đi với tốc độ không đổi v trên đường dây nên nếu có một sóng từ nút m nào đó tới nút x, tại
nút m sóng có dạng Umx(t), thì khi tới x sóng sẽ có dạng Umx' (t)=Umx(t−∆t) với
v l t= ∆ . U mx v l m x U' mx
Hình 4.1: Quá trình truyền sóng giữa hai nút.
Từ đó thấy rằng, nếu dùng phương pháp lập bảng, các giá trị của sóng phản xạ tại nút m được ghi trong một cột thì cột giá trị sóng đó tới nút x giống như cột sóng phản hồi tại nút m và chỉ lùi một khoảng thời gian.
Việc xác định sóng phản xạ và khúc xạ tại một nút dễ dàng giải được nhờ quy tắc sóng Petersen và nguyên lý sóng đẳng trị.
Theo quy tắc Petersen, một sóng truyền trên đường dây có tổng trở sóng Z đến một tổng trở tập trung Zx ở cuối đường dây thì sóng phản xạ và khúc xạ ở cuối đường dây có thể tính được nhờ sơ đồ tương đương với thông số tập trung như sau.