- Thành phần điện áp giáng trên cột Để tính được phần này ta cần tính i c (a,t),
Chương 4: Bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm
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 của 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 và ngay cả khi có phương tiện bảo vệ hiện đại cũng vẫn đưa đến sự cố trầm trọng nhất trong hệ thống điện.
• Tính toán sóng truyền vào trạm nhằm :
- 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.
- Xác định chỉ tiêu bảo vệ sóng truyền vào trạm ( số 5 làm việc an toàn của trạm với sóng quá điện áp ) sau khi dự kiến đặt thiết bị.
- Xác định chiều dài cần thiết của đoạn tới trạm cần bảo vệ.
- Trên cơ sở những số liệu cần tính toán theo chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, xác định số lượng, vị trí đặt chống sét van và các thiết bị bảo vệ khác một cách hợp lý.
Chỉ tiêu bảo vệ chống sóng truyền vào trạm là một số liệu quan trọng, nó cho phép đánh giá mức độ an toàn với sóng quá điện áp của trạm. Tuy nhiên việc tính toán khá phức tạp, khối lượng tính toán lớn. Trước hết do tham số sóng truyền vào trạm có số liệu rất khác nhau ( phụ thuộc vào tham số của dòng điện sét, vào kết cấu đường dây, vị trí sét đánh...). Do đó việc tính toán quá điện áp trong phạm vi không phải là một hay vài sóng nhất định mà phải tính toán với nhiều tham số khác nhau. Dựa vào đó tìm ra tham số giới hạn nguy hiểm của sóng truyền vào trạm, vượt quá giá trị này sẽ xảy ra phóng điện ở ít nhất một thiết bị nào đó trong trạm. Với trị số tới hạn của tham số sóng sét, biết phân bố xác suất của chúng ta có thể tính được chỉ tiêu sóng truyền vào trạm.
Tuy nhiên không giống tham số của dòng điện sét, tham số sóng truyền vào trạm không có phân bố xác suất chung cho các sóng truyền đến trạmvì nó rất khác nhau trong từng lưới điện và trạm cụ thể. Việc xác định phân bố nà, đối với từng trạm cũng rất phức tạp nên người ta sử dụng một số giả thuyết đơn giản hoá.
toán lớn. Trước hết bài toán truyền sóng trong trạm với một số sóng có tham số cho trước truyền vào từ đường dây đã khá phức tạp ( mạng nhiều nút và phải tính toán rất nhiều ). Thực tế người ta sử dụng phương pháp đo đạc trực tiếp hay trên mô hình máy tính điện tử. Với những trạm đơn giản người ta có thể tính toán bằng phương pháp lập bảng và việc tính toán các chỉ tiêu có thể thực hiện một cách dễ dàng. Còn đối với 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.
4.2. Các yêu cầu kỹ thuật
-Trong trạm biến áp có các thiết bị rất quan trọng, giá thành cao, cách điện của các thiết bị này lại rất yếu. Vì vậy bảo vệ của 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 .. .
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 đến 10 KA, dòng điện sét quá lớn sẽ gây nên điện áp dư quá 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 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.
Trong tính toán thiết kế tốt nghiệp do hạn chế thời gian thường cho phép xác định quá điện áp xuất hiện trên cách điện của các thiết bị theo một hoặc vài sóng truyền vào trạm cho trước. So sánh quá điện áp này với đặc tính phóng điện của thiết bị tương ứng để đánh giá khả năng phóng điện. Coi rằng trạm an toàn nếu tất cả các đường điện áp xuất hiện trên cách điện đều nằm dưới đặc tính V-S của chúng.
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 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.
4.3. Lý thuyết tính điện áp trên cách điện khi có sóng truyền4.3.1. Khái niệm 4.3.1. Khái niệm
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 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 giả thiết vấn đề một cách chính xác và nhanh chóng. Phương pháp tính toán trực tiếp phức tạp là lập sơ đồ thay thế và dựa trên quy tắc sóng đẳng trị, phương pháp lập bảng của các sóng tới để lần lượt tính toán trị số điện áp tại các nút chính.
Ta biết rằng quá trình truyền sóng sẽ hoàn toàn xác định được nết 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 U’ mx(t) = Umx(t -∆t)với∆t = v 1 Umx v Umx l Hình 4-1. By Giangdt
được ghi trong một cột thì cột giá trị sóng đó tới nút x giống như cột sóng phản xạ hồi tại nút m và chỉ lùi một khoảng thời gian.
Việc xác định song phản xạ và khúc xạ tại một nút dễ dàng giải được nhờ quy tắc sóng Peterson và nguyên lý sóng đẳng trị.
Theo quy tắc Peterson một sóng truyền trên đường dây có tổng trở sóng Z đến một tổng trở tập chung Zx Ut Z x Zx 2Ut Z x Zx Ux Hình 4-2.
Với sơ đồ này, sóng khúc xạ UX được tính như điện áp trên phần tử ZX còn sóng phản xạ được tính theo công thức :
Uxm= Ux– Ut ( 4.1 )với Utlà sóng tới nút x
+ Nếu Z và Zxlà các thông số tuyến tính, Utlà hàm thời gian có ảnh phức tạp hoặc toán tử thì có thể tìm Uxbằng phương pháp toán tử.
+ Nếu Zxlà điện dung tập chung và Utcó dạng đường cong bất kỳ Uxđược xác định bằng một trong những phương pháp giải gần đúng, ví dụ như phương pháp tiếp tuyến.
+ Zxlà phi tuyến ( chẳng hạn như tổng trở của chống sét van ) thì phải xác định Ux bằng phương pháp đồ thị.
Trường hợp nút x có nhiều đường dây đi tới thì có thể lập sơ đồ Peterson bằng cách áp dụng quy tắc sóng đẳng trị. ở đây sơ đồ tương đương vẫn giống như khi chỉ có một đường dây chỉ khác trị số nguồn phải lấy là 2Uđt và tổng trở sóng phải lấy là Zđtvới 2Uđt và Zđtxác định theo các công thức sau :
2Uđt= ∑ = n m mx mxU t 1 ) ( ' . ( 4.2 ) Trong đó :
U’mx(t) : sóng tới x từ nút m ( ở đây phải tính trị số của sóng khi đã tới x ) α : hệ số khúc xạ
αmx=
mx
Z ( 4.3 )
Zmx: tổng trở sóng của đường dây nối nút m và nút x
Zđt= = ∑ = n m1Zmx 1 1 Z1x// Z2x// Z3x. . Znx( 4.4 )
Sóng khúc xạ Ux cũng được tính bằng các phương pháp như đối với trường hợp có một đường dây theo tính chất của Zx.
2 1 n m Zx x Hình 4-3.
4.3.2. Xác định điện áp tại điểm nút bằng phương pháp đồ thị
Nếu như điểm nút có ghép điện cảm, điện dung hoặc phần tử phi tuyến và sóng tới có dạng bất kỳ thì việc xác định điện áp điểm nút bằng phương pháp toán học thường rất phức tạp. Trong các trường hợp này người ta dùng phương pháp đồ thị.