4.1.4.1. Bảo vệ chống cỏc xung quỏ điện ỏp đầu súng dài
Vấn đề bảo vệ chống quỏ điện ỏp từ cỏc xung thao tỏc thường chỉ được xem xột đối với cỏc hệ thống điện cú điện ỏp định mức thuộc dải II vỡ biờn độ cỏc quỏ điện ỏp này bằng và thậm chớ cao hơn quỏ điện ỏp gõy ra do sột. Trị số đại diện của quỏ điện ỏp thao tỏc tại thiết bị được bảo vệ bằng chống sột van bằng chớnh trị số ngưỡng bảo vệ xung thao tỏc của chống sột van đú do cú thể bỏ qua hiệu ứng lan truyền súng, trừ trường hợp với cỏc đường dõy tải điện.
CSV khụng khe hở loại oxit kim loại thường rất hiệu quả khi bảo vệ chống cỏc xung quỏ điện ỏp cú thời gian đầu súng dài trong khi với loại cú khe hở, chỉ cú tỏc dụng sau khi xung quỏ ỏp gõy ra phúng điện chọc thủng khe hở cỏch điện. Nhỡn chung việc giới hạn trị số quỏ điện ỏp pha-đất vào khoảng 2 lần trị số điện ỏp pha hiệu dụng là hoàn toàn cú thể đối với CSV khụng khe hở, trong khi trị số này sẽ cao hơn đỏng kể khi sử dụng CSV cú khe hở. Điều đú cú nghĩa rằng CSV oxit kim loại rất thớch hợp để bảo vệ chống quỏ điện ỏp khi đúng và tự đúng lại đường dõy tải điện cũng như khi cắt dũng điện điện cảm và điện dung trị số bộ nhưng lại kộm hiệu quả đối với quỏ điện ỏp phỏt sinh do sự cố ngắn mạch chạm đất và quỏ trỡnh cắt giải trừ sự cố do biờn độ quỏ điện ỏp quỏ thấp.
Quỏ điện ỏp khi thao tỏc đúng và tự đúng lại đường dõy tải điện thường làm phỏt sinh quỏ dũng cỡ 0,5-2kA qua CSV, trị số chớnh xỏc dũng điện này thường khụng cần thiết xỏc định chớnh xỏc do đặc tớnh phi tuyến rất mạnh của cỏc điện trở oxit kim loại. Ngoài ra hiệu ứng dốc đầu súng của súng thao tỏc cũng cú thể bỏ qua. CSV thường được mắc giữa đường dõy pha và đất, và trong trường hợp sử dụng CSV loại oxit kim loại, trị số quỏ điện ỏp pha-pha thường vào khoảng 2 lần ngưỡng bảo vệ thao tỏc của CSV nối pha-đất. Quỏ điện ỏp pha-pha sẽ bao gồm 2 thành phần quỏ điện ỏp pha-đất và thường với tỉ lệ 1:1. Trong trường hợp cần giới hạn mức quỏ điện ỏp pha-pha xuống trị số nhỏ hơn nữa, sẽ cần thiết phải sử dụng thờm CSV mắc giữa cỏc dõy dẫn pha với nhau.
- 87 -
4.1.4.2. Bảo vệ chống quỏ điện ỏp sột
Khỏi niệm chung
Do độ dốc đầu súng của quỏ điện ỏp sột thường rất lớn nờn khụng thể bỏ qua hiệu ứng súng truyền giữa CSV và thiết bị được bảo vệ. Vỡ thế điện ỏp tại thiết bị được bảo vệ thường cao hơn trị số điện ỏp dư của CSV, đụi khi nếu khoảng cỏch đủ xa, trị số này cú thể vượt qua ngưỡng chịu đựng quỏ ỏp của thiết bị. Vỡ thế một nguyờn tắc cơ bản khi bảo vệ chống quỏ ỏp bằng CSV là bảo đảm khoảng cỏch CSV-thiết bị càng ngắn càng tốt. Trường hợp giới hạn là CSV đặt ngay tại vị trớ của thiết bị được bảo vệ. Tuy nhiờn thụng thường CSV cũng cú thể được sử dụng để bảo vệ nhiều thiết bị khỏc xung quanh nú trong phạm vi bảo vệ của mỡnh với điều kiện độ dốc đầu súng quỏ điện ỏp sột tràn vào trạm được giới hạn ở mức cần thiết bằng cỏch bố trớ cỏc hệ thống chống sột cho trạm và cỏc đường dõy vào trạm.
Yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới việc lựa chọn vị trớ đặt của CSV trong trạm chớnh là vấn đề bảo vệ chống sột cho đường dõy tải điện và TBA. Ngay cả trong trường hợp đường dõy khụng treo DCS thỡ việc bố trớ bảo vệ chống sột đỏnh trực tiếp cho TBA vẫn hoàn toàn cần thiết để giảm thiểu xỏc suất xuất hiện cỏc quỏ điện ỏp cú biờn độ rất lớn và đầu súng rất dốc xõm nhập vào trạm do bị sột đỏnh trực tiếp. Theo cỏc số liệu thống kờ được, thỡ phần lớn cỏc cỳ sột đỏnh xuống hệ thống điện là về phớa cỏc đường dõy tải điện, làm phỏt sinh quỏ điện ỏp lan truyền theo đường dõy đi về phớa TBA. Nếu đường dõy cú treo DCS thỡ một phần sẽ tản vào đất qua hệ thống nối đất chõn cột, phần súng quỏ điện ỏp lan truyền dọc theo dõy về trạm sẽ cú biờn độ và độ dốc giảm thiểu hơn nhiều so với trường hợp đường dõy khụng treo DCS. Do đú điện ỏp dư trờn CSV cú biờn độ thấp hơn và giảm thiểu nguy cơ gõy quỏ ỏp trờn đối tượng được bảo vệ trong trạm.
Trường hợp trạm chỉ cú một đường dõy đến khụng treo DCS, thiết bị chống sột nờn đặt càng gần thiết bị càng tốt. Đối với trạm cú nhiều đường dõy khụng treo DCS nối vào, biờn độ và độ dốc súng quỏ điện ỏp sẽ phõn chia giữa cỏc đường dõy làm giảm mức độ nguy hiểm, tuy nhiờn lại làm tăng xỏc suất sột đỏnh vào đường dõy và quỏ điện ỏp biờn độ cao lan truyền vào trạm. Ở đõy cần lưu ý tớnh toỏn tới
- 88 -
trường hợp trong một số phương thức vận hành, một hoặc một số đường dõy bị cắt ra khỏi lưới và cú khả năng quỏ điện ỏp sột xuất hiện vào những thời điểm này. Khi đú cú khả năng một số thiết bị bố trớ tại đầu vào đường dõy vào trạm hoặc một số thiết bị của trạm nằm ngoài phạm vi bảo vệ của CSV. Tất nhiờn sột đỏnh vào đường dõy tải điện bị cụ lập thường ớt khi gõy ra nguy hiểm đối với cỏch điện cột của nú mà chủ yếu với cỏch điện của cỏc thiết bị đi kốm như mỏy cắt, BU, BI phớa đường dõy. Trường hợp như vậy cần bố trớ thờm cỏc thiết bị chống sột ở đầu vào đường dõy tương ứng.
Do súng quỏ điện ỏp lan truyền từ phớa đường dõy cú treo DCS cú biờn độ và độ dốc suy giảm nờn cho phộp bố trớ một khoảng cỏch nhất định từ thiết bị chống sột tới đối tượng bảo vệ. Đối với trạm cú một đường dõy tới, chỉ cần bố trớ một bộ chống sột để bảo vệ cho tất cả cỏc thiết bị trong đú cần ưu tiờn bảo vệ MBA, cú thể sử dụng cụng thức (4.7) để xỏc định khoảng cỏch cực đại từ thiết bị chống sột đến MBA. Trường hợp trạm cú nhiều đường dõy cú treo DCS nối vào, khụng nhất thiết phải đặt mỗi MBA một bộ CSV mà cú thể phối hợp cỏc phạm vi bảo vệ của cỏc CSV để giảm thiểu số lượng CSV sử dụng. Cú thể sử dụng cụng thức (4.7) để xỏc định khoảng cỏch tối đa cho phộp. Đối với cỏc TBA cú cấu hỡnh phức tạp, cần thiết sử dụng cỏc chương trỡnh mỏy tớnh để mụ phỏng tớnh toỏn lan truyền quỏ điện ỏp.
Cú hai phương phỏp để tớnh toỏn bảo vệ chống sột của CSV:
+ Cho trước ngưỡng bảo vệ sột của CSV và khoảng cỏch CSV-thiết bị, xỏc định điện ỏp chịu đựng phối hợp xung sột của cỏch điện thiết bị. Trị số định mức điện ỏp chịu đựng xung sột của thiết bị cần cú được tớnh toỏn bằng cỏch nhõn giỏ trị trờn với hệ số dự phũng lấy bằng 1,15.
+ Cho trước ngưỡng bảo vệ xung sột và điện ỏp chịu đựng phối hợp của thiết bị, xỏc định khoảng cỏch tối đa giữa CSV- thiết bị. Trị số điện ỏp chịu đựng phối hợp của thiết bị cú được bằng cỏch lấy trị số định mức điện ỏp chịu đựng xung sột của thiết bị chia cho một hệ số 1,15.
- 89 -
Về nguyờn tắc, cả hai phương phỏp trờn yờu cầu phải biết trước dạng xung quỏ điện ỏp xuất hiện tại đầu cực thiết bị và trị số điện ỏp chịu đựng tương ứng với dạng xung quỏ điện ỏp này, tuy nhiờn, một cỏch gần đỳng, giả thiết rằng cỏc yờu cầu trờn luụn được thỏa món trong cỏc điều kiện sau đõy:
+Đối với CSV cú khe hở:
* Điện ỏp phúng điện chọc thủng đầu súng gần bằng với điện ỏp chịu đựng với xung cắt (chopped) của súng sột của đối tượng bảo vệ. Và/hoặc:
* Điện ỏp phúng điện chọc thủng xung sột tiờu chuẩn và điện ỏp dư ứng với dũng phúng điện danh định gần bằng với điện ỏp chịu đựng xung sột của đối tượng bảo vệ.
Với MBA cỏch điện bằng giấy tẩm dầu, cả hai phương phỏp tớnh toỏn trờn đều cho kết quả gần như nhau. Bờn cạnh đú, cỏc MBA lớn cú điện dung đầu vào lớn cũng cú tỏc dụng hạn chế độ dốc đầu súng và do đú bỏ qua khụng xem xột tới.
Trường hợp cỏc thiết bị phớa đường dõy đầu vào trạm cú mức điện ỏp chịu đựng xung cắt của súng sột nhỏ hơn 15% điện ỏp xung toàn súng thỡ cần thiết phải xem xột phối hợp cỏch điện bằng trị số phúng điện chọc thủng đầu súng.
Đối với trạm GIS, sự phản xạ và khỳc xạ của súng trong trạm làm giảm độ dốc đầu súng và khiến CSV phúng điện ở trị số thấp hơn nhiều điện ỏp phúng điện đầu súng. Do đú để đơn giản sẽ bỏ qua hiện tượng phúng điện đầu súng của CSV.
+ Đối với CSV khụng khe hở: Điện ỏp dư ứng với dũng phúng điện danh định và/hoặc xung dũng điện cực dốc (steep current impulse) gần bằng với điện ỏp chịu đựng xung sột của thiết bị.
Dũng phúng điện qua CSV khi sử dụng trị số quỏ điện ỏp đại diện (representative lightning overvoltage) để tớnh toỏn bảo vệ chống sột thường cú thời gian đầu súng gần với thời gian 1às (steep current impulse) hơn là 8 às (nominal discharge current). Do đú việc sử dụng trị số điện ỏp dư ứng với xung dũng điện cực dốc (steep current impulse) là hợp lý và trị số quỏ điện ỏp sẽ cao hơn khoảng
- 90 -
5% so với khi dựng trị số điện ỏp dư ứng với xung dũng phúng điện danh định (8/20 às).
Phƣơng phỏp đơn giản húa để tớnh toỏn bảo vệ chống sột Đối với TBA ngoài trời
Với cỏc giả thiết nờu ra ở trờn, trị số điện ỏp chịu đựng phối hợp xung sột của thiết bị cú thể được tớnh toỏn từ cụng thức kinh nghiệm sau:
(4.5) Trong đú là khoảng chiều dài đường dõy trước khi vào trạm cho suất cắt bằng với suất sự cố cho phộp, vế phải của phương trỡnh trờn được nhõn với tỉ số A/N đặc trưng cho độ dốc của súng quỏ điện ỏp đại diện (representative) truyền từ đường dõy vào trạm.
Ra-suất sự cố (số sự cố trờn một đơn vị thời gian) cho phộp của đối tượng bảo vệ.
r-suất cắt của đường dõy trờn khụng (số lần cắt/năm/đơn vị chiều dài đường dõy) ứng với từng loại cột trong khoảng 1km đầu tiờn của đường dõy trước khi vào trạm.
A-trị số điện ỏp ứng với bảng 4.2 về chỉ tiờu chịu sột của đường dõy trờn khụng nối vào trạm
N-số lượng ĐDK nối vào trạm (N=1 hoặc N=2) Ucw-trị số điện ỏp chịu đựng phối hợp đối với xung sột Upl-ngưỡng bảo vệ xung sột của CSV.
Lt-tổng chiều dài d+d1+d2+dA Lsp-chiều dài khoảng cột
Trị số suất sự cố cho phộp thụng thường của thiết bị vào khoảng 0,1%- 0,4%/năm. Đối với cỏc đường dõy ở lưới phõn phối, suất cắt thường khỏ lớn so với trị số suất sự cố cho phộp của thiết bị, tức là chiều dài đoạn dõy Lf rất nhỏ do đú cú thể bỏ qua và cụng thức tớnh toỏn trở thành
- 91 -
(4.6)
Hỡnh 4.2. Truyền súng trong trƣờng hợp trạm khụng cú lƣới nối đất (trạm treo)
Hỡnh 4.3. Truyền súng trong trƣờng hợp trạm cú lƣới nối đất
Trong đú d-khoảng cỏch giữa điện cực cao ỏp của thiết bị được bảo vệ và điểm đấu của chống sột.
d1-chiều dài thanh dẫn cao ỏp của chống sột d2-chiều dài dõy dẫn nối đất
dA-chiều dài chống sột Ze-tổng trở nối đất T-đối tượng bảo vệ
U-súng quỏ điện ỏp lan truyền vào trạm
Lƣu ý: Cụng thức gần đỳng trờn biểu diễn sụt ỏp trong hệ đơn vị tương đối
dựa trờn chỉ tiờu chống sột của đường dõy trờn khụng nối với thiết bị, cấu hỡnh trạm và suất sự cố cho phộp. Hằng số A được xõy dựng căn cứ vào những hiểu biết đó cú về chỉ tiờu chịu sột của đường dõy cũng như tỏc dụng của vầng quang trờn đường
- 92 -
dõy tải điện. Kết quả tớnh toỏn từ cụng thức tương đối phự hợp với cỏc phạm vi bảo vệ theo kinh nghiệm vận hành đường dõy và trạm. Cụng thức trờn chỉ đỳng trong
cỏc điều kiện đó chỉ ra trong mục 4.1.4.2, khụng ỏp dụng cho trƣờng hợp súng quỏ điện ỏp cú dạng khỏc dạng đó đề cập đến ở trờn.
Trường hợp đó biết trị số định mức điện ỏp chịu đựng phối hợp xung sột của thiết bị, phạm vi bảo vệ của chống sột được xỏc định dựa trờn cụng thức sau:
(4.7) Trong đú Lp-phạm vi bảo vệ
Urw-điện ỏp định mức chịu đựng xung sột của thiết bị được bảo vệ
Cụng thức trờn cũng đề xuất khả năng tăng phạm vi bảo vệ của chống sột, khi cỏc thụng số của trạm đó xỏc định, cú thể:
-Tăng độ chờnh lệch giữa trị số định mức điện ỏp chịu đựng xung sột của thiết bị và ngưỡng bảo vệ của chống sột.
-Giảm suất cắt của đoạn đường dõy dẫn vào trạm, tương ứng với việc tăng cường Lf , tức treo dõy chống sột ở một số đoạn đường dõy trước khi vào trạm và giảm điện trở nối đất chõn cột.
-Tăng suất sự cố cho phộp với thiết bị.
Bảng 4.3 trỡnh bày một số kết quả tớnh toỏn phạm vi bảo vệ của thiết bị chống sột trong đú cỏc số liệu cú gạch chõn là cỏc kết quả thường được sử dụng trong thực tế. Phạm vi bảo vệ 160m và 180m thường được sử dụng đối với cỏc trạm cú treo DCS ở một số đoạn trước trạm và sử dụng chống sột đặt ở MBA để bảo vệ chung cho cỏc thiết bị phớa đầu vào đường dõy.
- 93 -
Bảng 4.2: Hằng số điện ỏp A cho một số dạng đƣờng dõy trờn khụng
A kV Đƣờng dõy phõn phối (phúng điện pha-pha)
+Cú xà nối đất +Cột gỗ
Đƣờng dõy truyền tải (phúng điện pha-đất)
+Dõy đơn
+Dõy pha phõn đụi +Dõy pha phõn bốn +Dõy pha phõn 6 và 8 900 2700 4500 7000 11000 17000
Đối với trạm GIS
Với trạm biến ỏp kiểu kớn (GIS), nhỡn chung việc thực hiện bảo vệ chống quỏ điện ỏp sẽ thuận lợi hơn so với trạm biến ỏp ngoài trời do cú tổng trở súng nhỏ hơn nhiều so với đường dõy trờn khụng. Tuy nhiờn để đưa ra những quy tắc chung nhằm ước lượng mức độ cải thiện về độ an toàn giữa trạm GIS và trạm ngoài trời là rất khú khăn. Nếu vẫn sử dụng cụng thức tớnh toỏn trờn cho trạm ngoài trời sẽ dẫn tới kết quả tương đối “bi quan” so với cần thiết. Do đú cú thể giảm giỏ trị A trong bảng 4.2 đi 2 lần để sử dụng tớnh toỏn với trạm GIS.
Một quy tắc chung khi xem xột bảo vệ trạm GIS đú là phải bố trớ chống sột van tại đầu đường dõy nối vào trạm để bảo vệ trạm ngay cả trong trường hợp MC phớa đường dõy hở mạch. Ngoài ra cú thể bố trớ thờm CSV tại MBA trong trường hợp khoảng cỏch từ MBA tới CSV tại đầu vào quỏ xa hoặc cú khả năng xảy ra quỏ điện ỏp tại MBA trong trường hợp CSV đầu vào bị cắt ra. Để tăng cường khả năng bảo vệ đối với cỏc xung đầu súng ngắn, cần bố trớ thờm CSV trong trạm GIS để hạn chế tăng ỏp do truyền súng trong đoạn giữa CSV đặt bờn ngoài trạm và MBA.
Khi tớnh toỏn phạm vi bảo vệ bằng cụng thức xấp xỉ ở trờn và dẫn tới kết luận phải đặt thờm CSV trong trạm, lỳc đú thay vỡ ỏp dụng, phải thực hiện tớnh toỏn lại cụ thể quỏ trỡnh truyền súng trong trạm để tớnh toỏn cỏc thụng số lựa chọn CSV.
- 94 -
Vấn đề bảo vệ chống quỏ điện ỏp trạm GIS với đầu súng cực dốc thường