4.1.3.1. Thụng số đặc tớnh của CSV khụng khe hở sử dụng oxit kim loại
Tổng quỏt
Thụng số đặc tớnh cơ bản của CSV khụng khe hở oxit kim loại bao gồm: điện ỏp làm việc lõu dài, điện ỏp định mức, dũng điện phúng điện danh định và điện ỏp dư của CSV khi thụng thoỏt dũng phúng điện danh định (xung 8/20 às), xung dũng điện thao tỏc (xung cú thời gian đầu súng dài hơn 30às nhưng khụng lớn hơn 100
- 79 -
às, thời gian đuụi súng xấp xỉ bằng 2 lần thời gian đầu súng) và xung dũng điện cú đầu súng dốc (xung 1±0,1às/≤20às).
Với cựng điện ỏp làm việc lõu dài và điện ỏp định mức, CSV khỏc chủng loại nhau sẽ cú cỏc ngưỡng bảo vệ khỏc nhau.
Ngoài ra cỏc thụng số khỏc cú thể cần thiết sử dụng tới là: cấp phúng điện đường dõy, cấp giải trừ ỏp suất, khả năng làm việc trong mụi trường ụ nhiễm, khả năng vệ sinh trờn lưới (live washing) và cỏc đặc tớnh cơ học khỏc.
Điện ỏp làm việc lõu dài
Điện ỏp làm việc lõu dài là trị số điện ỏp hiệu dụng cực đại cho phộp đặt lõu dài lờn cỏc cực của CSV mà khụng làm cho nú bị hư hỏng.
Điện ỏp định mức
Điện ỏp định mức là giỏ trị điện ỏp hiệu dụng tần số cụng nghiệp được sử dụng trong khi thử nghiệm vận hành của CSV (operating duty test) trong khoảng thời gian 10s (xem chi tiết mục 2.8 trong tiờu chuẩn IEC 60099-4). Bờn cạnh đú đõy cũng là thụng số tham chiếu sử dụng để xõy dựng đường đặc tớnh Vụn giõy tần số cụng nghiệp của CSV và xỏc định cỏc yờu cầu đối với thử nghiệm phúng điện đường dõy (line discharge test).
Dũng điện phúng điện danh định
Dũng điện phúng điện danh định được sử dụng để phõn loại chống sột van, là tham số xỏc định cỏc đặc tớnh bảo vệ và khả năng thụng thoỏt năng lượng của nú.
Ngƣỡng bảo vệ
Ngưỡng bảo vệ sột của CSV là giỏ trị điện ỏp dư cực đại trờn CSV khi thụng thoỏt dũng phúng điện danh định, được sử dụng trong bảo vệ thiết bị trước cỏc xung quỏ điện ỏp đầu súng ngắn.
Ngưỡng bảo vệ xung thao tỏc của CSV là giỏ trị điện ỏp dư cực đại trờn CSV khi thụng thoỏt dũng điện xung thao tỏc, được sử dụng trong bảo vệ thiết bị trước cỏc xung quỏ điện ỏp đầu súng dài (so với xung sột).
- 80 -
Là chỉ số đặc trưng cho khả năng thụng thoỏt năng lượng của CSV loại 10kA và 20kA khi chịu phúng điện từ phớa đường dõy truyền tải chiều dài lớn. Cú 5 cấp phúng điện đường dõy của CSV loại khụng khe hở theo tiờu chuẩn IEC 60099-4, trong đú chỉ số càng tăng thỡ khả năng thụng thoỏt của CSV càng cao.
Cấp giải trừ ỏp suất
Là chỉ số đặc trưng cho khả năng chịu đựng của CSV đối với dũng sự cố bờn trong mà khụng gõy tăng ỏp suất quỏ mức dẫn tới gõy phỏ hủy cỏch điện ngoài.
Khả năng làm việc trong mụi trƣờng ụ nhiễm
Đỏnh giỏ khả năng chịu đựng ụ nhiễm của CSV bao gồm 3 nội dung sau đõy:
a> Cỏch điện ngoài phải cú khả năng chịu đựng ụ nhiễm mà khụng dẫn tới phúng điện bề mặt cỏch điện. Do đú cần kiểm tra theo tiờu chuẩn IEC 60507 hoặc đảm bảo thiết kế phự hợp theo tiờu chuẩn IEC 60815.
b> CSV phải cú khả năng chịu đựng với sự tăng nhiệt cục bộ do sự thay đổi phõn bố điện ỏp do cỏc hoạt động ụ nhiễm trờn bề mặt cỏch điện. Bờn cạnh đú cần đỏnh giỏ ngưỡng ụ nhiễm, tần suất và biờn độ của cỏc quỏ điện ỏp gõy ra do sự cố và thao tỏc tự động đúng trở lại khi làm việc trong mụi trường ụ nhiễm.
c> Khả năng chịu đựng phúng điện cục bộ phỏt sinh cho ụ nhiễm làm thay đổi phõn bố thế mà khụng làm hư hỏng cỏc điện trở phi tuyến và cỏc phần tử khỏc bờn trong CSV.
Khả năng vệ sinh trờn lƣới (live washing)
Kiểm tra khả năng vệ sinh CSV khi đang làm việc trờn lưới mà khụng dẫn tới phúng điện bề mặt cỏch điện hoặc gõy tăng nhiệt cục bộ của cỏc điện trở phi tuyến lờn quỏ ngưỡng cho phộp của CSV.
4.1.3.2. Lựa chọn CSV khụng khe hở sử dụng oxit kim loại nối giữa pha và đất
- 81 -
Điện ỏp làm việc lõu dài của CSV được lựa chọn phải cú giỏ trị cao hơn giỏ trị hiệu dụng cực đại của điện ỏp lưới điện tại nơi đấu nối, trong đú trị số điện ỏp hiệu dụng cực đại của lưới điện được nhõn thờm một hệ số an toàn 1,05 do cú tớnh tới khả năng tăng ỏp do tỏc dụng của cỏc điện ỏp hài. Tổng quỏt, trị số điện ỏp làm việc lõu dài của CSV cú thể lựa chọn theo cỏc quy tắc sau đõy:
+ Trong hệ thống điện cú trang bị bảo vệ chống chạm đất, trị số này cú thể chọn bằng hoặc cao hơn trị số cực đại của điện ỏp pha chia cho
+ Trong lưới điện cú trung tớnh cỏch điện hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang và khụng trang bị bảo vệ chống chạm đất, chọn trị số bằng hoặc cao hơn trị số điện ỏp dõy cực đại tại nơi đấu nối.
Trường hợp trị số điện ỏp dõy cực đại tại nơi đấu nối CSV khụng thể cú được chớnh xỏc, cú thể sử dụng trị số điện ỏp dõy cực đại của lưới điện hoặc trị số điện ỏp định mức của thiết bị.
Điện ỏp định mức
Điện ỏp định mức của CSV được lựa chọn dựa trờn quỏ điện ỏp tạm thời xảy ra tại nơi đấu CSV cú xem xột tới biờn độ và thời gian tồn tại của quỏ điện ỏp tạm thời. Điện ỏp định mức được biểu diễn dưới dạng đường đặc tớnh Vụn-giõy ở tần số cụng nghiệp. Đường đặc tớnh này được chọn sao cho nú nằm trờn hoàn toàn so với đường đặc tớnh của Vụn-giõy của biờn độ quỏ điện ỏp tạm thời cực đại với thời gian loại trừ sự cố, cú tớnh toỏn tới hệ số dự phũng do ụ nhiễm và khả năng vệ sinh trờn lưới của CSV.
Một số nguyờn nhõn gõy ra quỏ điện ỏp tạm thời cần xem xột như sau:
- Cỏc sự cố ngắn mạch chạm đất: quỏ điện ỏp xảy ra trờn một phần lớn của lưới điện, thời gian tồn tại phụ thuộc vào thời gian giải trừ sự cố, khoảng dưới 1s đối với lưới điện nối đất trực tiếp, vài chục giõy với lưới điện nối đất qua cuộn dập hồ quang và cú thể kộo dài tới hàng giờ trong lưới điện cú trung tớnh cỏch điện.
- Sa thải phụ tải: khi sa thải phụ tải cú thể sẽ xảy ra quỏ điện ỏp ở điện cực phớa nguồn cấp của mỏy cắt thực hiện thao tỏc đúng cắt. Biờn độ quỏ ỏp phụ thuộc
- 82 -
vào tớnh chất phụ tải và cụng suất ngắn mạch của trạm biến ỏp nguồn. Trị số này đặc biệt cao trong trường hợp sa thải phụ tải hoàn toàn ở đầu cực bộ mỏy phỏt- MBA, tựy thuộc trị mức độ bóo hũa từ và mức độ lồng tốc của rụ to mỏy phỏt. Bội số quỏ ỏp do sa thải phụ tải thường khụng phải là hằng số trong thời gian tồn tại của nú, việc tớnh toỏn chớnh xỏc cần thiết phải sử dụng rất nhiều tham số.
Tuy vậy cú thể đưa ra một số trị số định hướng như sau:
+ Đối với hệ thống điện cỡ trung bỡnh, khi mất tải đột ngột 100% cú khả năng sẽ gõy ra quỏ điện ỏp pha- đất với biờn độ khụng lớn hơn 1,2 p.u. Thời gian tồn tại quỏ điện ỏp phụ thuộc vào hiệu quả làm việc của thiết bị tự động điều chỉnh điện ỏp, cú thể kộo dài tới vài phỳt.
+ Với hệ thống điện cỡ lớn, hậu quả của mất tải 100% cú thể gõy ra quỏ điện ỏp với biờn độ tới 1,5 p.u và thậm chớ cao hơn khi xảy ra hiệu ứng Ferranti hay hiện tượng cộng hưởng. Thời gian tồn tại cú thể kộo dài vài giõy.
+ Đối với trường hợp mất tải đầu cực bộ mỏy phỏt- MBA, biờn độ quỏ điện ỏp cú thể tới 1,4 p.u với mỏy phỏt thủy điện và 1,5 p.u với mỏy phỏt nhiệt điện. Thời gian tồn tại vào khoảng 3 giõy.
Ngoài ra, trong một số trường hợp cần nghiờn cứu hiện tượng quỏ điện ỏp tạm thời phỏt sinh do:
+ Hiện tưởng cộng hưởng (đúng đường dõy khụng tải,…)
+ Hiệu ứng Ferranti (điện ỏp thay đổi dọc theo chiều dài đường dõy dài cao ỏp và siờu cao ỏp)
+ Quỏ điện ỏp súng hài, vớ dụ đúng cắt mỏy biến ỏp.
+ Hiện tượng bị cấp nguồn ngược (backfeeding) với cỏc MBA cú cỏc cuộn dõy đấu chung (vớ dụ trường hợp hai MBA giảm ỏp cú cuộn thứ cấp mắc chung vào cựng một thanh cỏi và một MBA bị cắt nguồn phớa sơ cấp do sự cố hoặc trường hợp MBA 3 pha tải thứ cấp khụng đối xứng bị cắt 1 pha)
Bờn cạnh đú cũng cần xem xột tới khả năng sự cố xếp chồng của cỏc nguyờn nhõn gõy quỏ ỏp tạm thời, chẳng hạn việc sa thải phụ tải nối tiếp do cắt ngắn mạch.
- 83 -
Trong những trường hợp như vậy, cần nghiờn cứu chi tiết lượng phụ tải bị cắt ứng với cỏc điểm ngắn mạch khỏc nhau và vị trớ đặt của CSV.
Đặc tớnh V-s điện ỏp định mức của CSV phải nằm hoàn toàn ở phớa trờn đường đặc tớnh biờn độ cực đại của quỏ điện ỏp tạm thời với thời gian tồn tại của nú (nằm trong khoảng từ 0,1 s đến 100 s). Để thuận tiện trong việc so sỏnh với kết quả thu được từ thử nghiệm vận hành (operating duty test) (tiến hành trong 10s), người ta thực hiện quy đổi đặc tớnh V-s này về trị số biờn độ quỏ ỏp tạm thời tương đương Ueq trong thời gian 10s:
(4.1) Trong đú Ut-biờn độ của quỏ điện ỏp tạm thời
Tt-thời gian tồn tại quỏ điện ỏp tạm thời [s]
Ueq-biờn độ của quỏ điện ỏp tạm thời quy đổi trong thời gian 10s
m-hệ số đặc trưng sự biến thiờn điện ỏp tần số cụng nghiệp theo thời gian của CSV. Trị số này khỏc nhau với cỏc CSV cú thiết kế khỏc nhau và nằm trong khoảng từ 0,018 tới 0,022. Trường hợp khụng cú trị số cụ thể, cú thể lấy giỏ trị trung bỡnh 0,02.
Điện ỏp định mức của CSV phải lớn hơn trị số lớn nhất của quỏ điện ỏp tạm thời quy đổi tớnh toỏn ở trờn.
Chỳ ý:
+ Thụng thường người ta sử dụng một phạm vi an toàn 5%-15% giữa điện ỏp định mức của CSV với trị số quỏ điện ỏp quy đổi để hạn chế sai số mắc phải trong việc tớnh toỏn biờn độ quỏ ỏp tạm thời.
+ Trong trường hợp đường đặc tớnh bảo vệ của loại CSV được lựa chọn cao hơn so với yờu cầu, cú thể cho phộp lựa chọn loại cú điện ỏp định mức thấp hơn trị số quỏ điện ỏp tạm thời 10s quy đổi với điều kiện CSV phải cú khả năng thụng thoỏt năng lượng phỏt sinh từ cỏc loại quỏ điện ỏp xuất hiện trong lưới. Khi đú phải tớnh toỏn mụ phỏng cỏc tỡnh huống vận hành của lưới để tớnh toỏn năng lượng thụng
- 84 -
thoỏt qua CSV. Bờn cạnh đú cần lưu ý tới đặc tớnh tản mỏc của đường đặc tớnh V-A của CSV.
Dũng điện phúng điện danh định và cấp phúng điện đƣờng dõy Dũng điện phúng điện danh định
Dũng điện phúng điện danh định được lựa chọn căn cứ vào dũng điện phúng điện sột cú khả năng xuất hiện tại CSV. Cỏc nội dung cần nghiờn cứu khi lựa chọn trị số dũng phúng điện danh định cho CSV loại khụng khe hở cũng tiến hành tương tự như đối với CSV cú khe hở đó trỡnh bày ở mục 2.2.2 và cũng cú thể sử dụng cỏc giỏ trị định hướng như vậy để lựa chọn loại CSV cần sử dụng.
Khả năng thụng thoỏt năng lƣợng
CSV kiểu oxit kim loại phải cú khả năng tản phần năng lượng phỏt sinh do cỏc xung quỏ điện ỏp quỏ độ trong hệ thống điện. Cỏc quỏ điện ỏp quỏ độ nguy hiểm nhất trong hệ thống điện phỏt sinh do cỏc nguyờn nhõn sau đõy:
+ Đúng và tự đúng lại đường dõy tải điện khoảng cỏch lớn.
+ Hiện tượng phúng điện trở lại (restriking) khi cắt cỏc bộ tụ điện hoặc cỏc đường dõy cỏp.
+ Sột đỏnh trực tiếp vào dõy dẫn trờn khụng cú mức cỏch điện xung (BIL) lớn hoặc xảy ra phúng điện ngược gần với vị trớ đặt CSV.
Với cỏc ngƣỡng bảo vệ đó biết của CSV, cú thể ƣớc lƣợng đƣợc năng lƣợng mà CSV phải thụng thoỏt bằng cỏc cụng thức sau đõy:
+ Đúng và tự đúng lại đường dõy:
(4.2) Trong đú W-năng lượng hấp thụ của CSV
Ups-ngưỡng bảo vệ xung thao tỏc của CSV
Ue-biờn độ quỏ điện ỏp, được tớnh toỏn theo tiờu chuẩn IEC 60071-2 Z-tổng trở súng của đường dõy
- 85 -
TW-thời gian truyền súng dọc đường dõy (bằng chiều dài đường dõy chia cho vận tốc truyền súng trờn dõy)
+ Đúng cắt đường dõy cỏp và bộ tụ (4.3) Trong đú C-điện dung của bộ tụ hoặc đường dõy cỏp
U0-giỏ trị đỉnh của điện ỏp pha lưới Ur-điện ỏp định mức hiệu dụng của CSV
Phần năng lượng hấp thụ cú thể tản song song qua cỏc CSV đấu cựng pha với nhau. Tỉ lệ hấp thụ giữa cỏc CSV cần thiết phải nghiờn cứu tớnh toỏn cụ thể.
+ Phúng điện sột
(4.4) Trong đú Upl-ngưỡng bảo vệ sột của CSV
Uf-trị số điện ỏp phúng điện cực tớnh õm của cỏch điện đường dõy Z-tổng trở súng của đường dõy
N-số đường dõy cựng nối vào CSV tại thời điểm CSV phúng điện Tl-thời gian tồn tại tương đương của phúng điện sột (bao gồm cỳ sột đầu tiờn và cỏc cỳ sột thành phần tiếp theo). Cú thể sử dụng giỏ trị điển hỡnh 3.10-4 s.
Ngoài cỏc nguyờn nhõn trỡnh bày ở trờn, một số ớt trường hợp vận hành khỏc cũng cú thể gõy ra tỡnh huống CSV phải thụng thoỏt một lượng năng lượng lớn. Vớ dụ tiờu biểu là việc chọn cầu chỡ cú trị số dũng chảy cao hơn nhiều so với trị số yờu cầu bảo vệ của xuất tuyến hoặc việc chọn CSV cú ngưỡng bảo vệ quỏ thấp.
Cấp giải trừ ỏp suất
CSV lựa chọn phải cú trị số dũng chịu đựng ngắn mạch cao hơn trị số dũng ngắn mạch cú khả năng xuất hiện tại điểm đấu CSV để bảo đảm khi sự cố, ỏp suất trong CSV khụng tăng quỏ mức dẫn tới nổ cỏch điện ngoài của nú.
- 86 -