Dựa trên đồ thị điện áp cảm ứng LIOV mô phỏng trên đường dây phân phối. Ta có bảng tổng hợp kết quả như sau:
60m 65m 70m 75 m 80m 105m 110m 31kA 233,125 kV 219,235 kV 206,233 kV 196,422 kV 186,455 kV 150,124 kV 145,122 kV
3.5 Nhận xét kết quả tính tốn IEEE-1410 và kết quả mơ phỏng phần mềm LIOV
Kết quả tính tốn điện áp cảm ứng và mô phonge LIOV được tổng hợp theo bảng sau:
Khoảng cách
58
Khoảng cách
Kết quả tính theo IEEE-1410 (bỏ qua
điện trở suất của đất) Kết quả tính Umax tính điện trở suất của đất Kết quả mơ phỏng LIOV
Io (kA) Y (m) Umax(kV) Umax(kV) Umax(kV)
31 60 192,593 234,464 233,125 65 177,778 219,095 219,235 70 165,079 205,828 206,233 75 154,075 194,253 196,422 80 144,445 184,057 184,455 105 110,053 147,034 150,124 110 105,050 141,552 145,122
Dựa trên kết quả tính tốn theo tiêu chuẩn và kết quả mơ phỏng có độ chênh lệch về kết quả không lớn.
Sai số so với kết quả mơ phỏng với kết quả tính tốn theo tiêu chuẩn: % sai số = − 1 100 = ,, − 1 100 ≈ 2,017%
Sai số so với kết quả tính tốn khá nhỏ (< 5%). Do đó, mơ hình được mơ phỏng cùng với lời giải theo phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn IEEE 14010 là phù hợp với kết quả mô phỏng theo thông số thực tế.
Kết quả tính tốn theo tiêu chuẩn IEEE 1410 và kết quả phần mềm LIOV đều có thể áp dụng qua lại, tùy theo mục đích sử dụng và nhiệm vụ của người sử dụng để có thể áp dụng tối đa các ứng dụng của phương pháp. Cụ thể như, với vai trò là một người làm trong lĩnh vực tư vấn thiết kế có thể sử dụng kết quả của phần mềm LIOV để nghiên cứu và mô phỏng.
Để nhận xét một cách tổng quát hơn ta khảo sát vị trí sét đánh xa hơn và thay đổi giá trị điện trở suất của đất. Khi đó, ta có biểu đồ tương ứng để nhận xét như sau:
59
Hình 3. 13: Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa khoảng cách cú sét và điện áp cảm ứng sét
Khi khoảng cách từ vị trí cú sét đánh đến đường dây càng xa thì điện áp cảm ứng ảnh hưởng đến đường dây phân phối càng giảm. Trường hợp khoảng cách của sét đến đường dây phân phối từ 60m đến 77m (trường hợp bỏ qua điện trở suất của đất) thì giá trị điện áp cảm ứng từ 202kV xuống còn khoảng 150kV. Khi giá trị điện áp cảm ứng đạt khoảng 150kV thì lúc này giá trị lớn nhất của điện áp cảm ứng bằng với độ bền xung cách điện của Sứ, khơng gây ra hiện tượng phóng điện qua chuỗi sứ. Khi khoảng cách của vị trí cú sét lớn hơn Ymax hay giá trị điện áp cảm ứng nhỏ hơn 150kV thì lúc này điện áp cảm ứng tác động lên đường dây phân phối không đáng kể, có thể bỏ qua.
60
Hình 3. 14: Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa điện trở suất và điện áp cảm ứng
Dựa vào biểu đồ vể mối quan hệ giữa điện trở suất và giá trị điện áp cảm ứng, ta thấy khi giá trị điện trở suất càng cao (thường là những vùng có địa hình dốc, đá) thì giá trị điện áp cảm ứng cũng tăng.
Khi giá trị dịng điện sét càng cao thì kéo theo giá trị điện áp cảm ứng cũng tăng. Sự xuất hiện của dòng sét phụ thuộc vào tùy đặc điểm địa hình và khí hậu nên có cách chọn thiết bị phù hợp để giảm rủi ro trong trường hợp này. Ngoài ra, khi ta thay đổi vận tốc hành trình của dịng sét càng nhanh thì giá trị điện áp cảm ứng càng tăng, nhưng giá trị điện áp cảm ứng thay đổi không nhiều.
Tương tự, ta khảo sát ở cùng 1 vị trí sét và ghi nhận các giá trị điện áp trên 1/2 đường dây bằng phần mềm LIOV, ta có kết quả mơ phỏng như sau:
62
Hình 3. 15: Kết quả mô phỏng Điện áp sét cảm ứng ở các vị trí trên 1/2 đường dây
Dựa vào kết quả mô phỏng, ta thấy khi sét đánh ở vị trí cách đường dây phân phối 60m và cách đều 2 đầu của đường dây, thì giá trị điện áp cảm ứng ở giữa đường dây là cao nhất và giảm dần về hai phía cuối đường dây.
Nguyên nhân từ điện áp cảm ứng sét tác động lên đường dây phân phối cũng là một trong những lý do làm hỏng hoặc sự cố cho thiết bị trên lưới phân phối.
63
CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP 4.1 Đề xuất giải pháp
Từ các nhận xét và kết luận trên cho thấy, khi khoảng cách từ vị trí sét đến đường dây phân phối trong phạm vi lớn hơn hoặc bằng với ymin thì sẽ xuất hiện một giá trị điện áp cảm ứng trên đường dây phân phối. Giá trị điện áp cảm ứng này nếu nhỏ hơn giới hạn chịu đựng điện áp xung của cách điện đường dây thì cách điện của đường dây không bị đánh thủng (đường dây khơng bị sự cố). Vì vậy, cần phải có giải pháp để làm giảm đi giá trị điện áp cảm ứng trên đường dây phân phối, để đảm bảo giá trị điện áp cảm ứng trên đường dây nhỏ hơn giá trị giới hạn chịu đựng điện áp xung của cách điện đường dây, khi đó cách điện của đường dây không bị đánh thủng (đường dây không bị sự cố).
Tham khảo IEEE 1243 “IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Transmission Lines” [17], các phương pháp cải thiện hiệu suất sét lên đường dây như: lắp bổ sung thêm dây chống sét, có hệ thống nối đất chống sét riêng biệt với hệ thống nối đất lặp lại của đường dây phân phối, lắp đặt chống sét van tăng cường trên đường dây, lắp kim thu sét tại các cột điện quan trọng, thiết kế đường dây nhiều mạch hoặc nhiều dây dẫn,... để nâng cao hiệu quả trong quá trình vận hành hệ thống điện.
4.2 Phân tích giải pháp.
Hiện nay, lưới điện phân phối 22kV tại TP.HCM đã áp dụng nhiều giải pháp để giảm ảnh hưởng do sét đánh cảm ứng trên đường dây, như tính tốn hệ thống nối đất sao cho đạt yêu cầu và lắp đặt chống sét van tại đầu phát tuyến, tại vị trí có gắn thiết bị đóng cắt bảo vệ (máy cắt tự đóng lại, máy cắt phụ tải, tụ bù, tủ RMU), trạm biến thế, trạm ngắt, đầu cáp ngầm... Đồng thời lắp đặt thêm dây chống sét cho đường dây trên không. Qua tính tốn ở chương 3 và các sự cố ghi nhận tại tuyến dây 22kV Phú Thuận thuộc Công ty Điện lực Củ Chi quản lý vận hành, thì sự cố do cảm ứng sét đa số xảy ra trên các nhánh rẽ của tuyến dây – những vị trí có điểm hở và ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình vận hành cũng như cung cấp điện trong hệ thống điện. Để có
64
cơ sở khoa học đề xuất giải pháp cụ thể cho từng trường hợp, ta xem xét đặc điểm của các giải pháp trên như sau:
Đối với lắp đặt hệ thống Chống sét van
Hệ thống Chống sét van (thiết bị nhằm hạn chế sự quá áp đột biến lan truyền trên đường dây) trên đường dây giúp tăng tốc độ hấp thụ sét và tản dòng sét vào đất. Các thiết bị phi tuyến trong chống sét van để hạn chế điện áp tăng, chẳng hạn như còi hồ quang, khe hở thanh hoặc ống và bộ chống sét lan truyền có lỗ hoặc khơng có khe hở đã được áp dụng với một số thành công cho các đường dây phân phối và đường dây tải điện. Các bộ chống sét lan truyền ở mọi vị trí cách điện là giải pháp thay thế cho việc lắp đặt dây nối đất cho cả việc xây dựng mới và cải tiến cho các đường dây không được che chắn cũ khi yêu cầu cải thiện hiệu suất chống sét. Đối với các vị trí đặc biệt như băng qua sơng và trên một mạch của đường dây mạch kép, bộ chống sét đường dây được áp dụng đúng cách cũng có thể mang lại những lợi ích cụ thể như giảm tỷ lệ mất điện mạch kép.
Bộ chống sét van đã được sử dụng thành công trên nhiều đường truyền. Đặc biệt băng qua các rặng núi có điện trở suất trên mặt đất cao (thường là đá) và khả năng tiếp xúc với sét cao, dẫn đến thường xun xảy ra phóng điện chớp nhống và hư hỏng chất cách điện. Các địa phương này rất khó tiếp cận bởi các đội dịch vụ, khiến cho việc bảo trì trở nên khó khăn. Ngồi ra, điện trở suất mặt đất cao và lớp đất mỏng làm cho việc lắp đặt các thanh chống hoặc các thanh nối đất mang lại ít lợi ích nên trường hợp này lợi ích của bộ chống sét van được thể hiện cụ thể nhất.
Từ những thông số kỹ thuật khác nhau giữa các loại chống sét van và tùy thuộc vào vị trí địa lý những tuyến dây cụ thể. Mỗi trường hợp sẽ có cách lựa chọn và đánh giá phù hợp để đưa ra được phương pháp bảo vệ sự cố do sét một cách tối ưu nhất. Đồng thời, hạn chế được sự cố đường dây và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối nói riêng và hệ thống điện nói chung.
65
Theo IEEE Std C62.22 2009, nếu lắp Chống sét van trên phân đoạn có điện trở nối đất cao thì cần lắp thêm chống sét van tối thiểu trên 1 hoặc 2 cột kế tiếp,ưu tiên đặt chống sét van tại các cột có nối đất (lặp lại) cho dây trung tính.
Đối với lắp đặt dây chống sét
Kể từ giữa những năm 1910, người ta đã công nhận rằng lắp bổ sung dây chống sét trên một đường dây tải điện làm giảm điện áp sét. Điều này cung cấp sự phù hợp hợp lý với hiệu suất sét quan sát rõ ở nhiều đường dây điện áp cao và siêu cao áp. Mức giảm điện áp này xảy ra theo ba cách sau:
- Bằng cách ngăn chặn các cú đánh có thể chạm vào các dây dẫn pha
- Bằng cách loại bỏ một phần của dịng điện có thể chạy qua trở kháng chân - Bằng cách tăng sự kết hợp của điện áp tăng trên các dây lá chắn với dây pha, giảm điện trở nối đất, thêm phản ứng, tăng cách điện.
66
Hình 4. 1: Hình ảnh lắp đặt dây chống sét trên đường dây phân phối ở Củ Chi
- Cách xác định độ cao dây chống sét: 6 . 0x x b h h (4.1)
Trong đó: bx = 1.2m bán kính bảo vệ pha bìa dùng đà 2.4m.
hx = 10.2m chiều cao đầu trụ 12m sau khi chôn sâu 1.8m. Ta được kết quả, h = 12.2m
Tuy nhiên, Đường dây phân phối ở TP.HCM thường có độ cao tính từ mặt đất lên tới đầu trụ là 10.2m. Nên khi chọn giải pháp lắp dây chống sét cho đường dây phân phối thì cần phải tháp thêm cây sắt (dài 2m) để lắp dây chống sét như hình
67
Bên cạnh đó, hiệu quả của dây chống sét trong việc làm giảm điện áp cảm ứng trên đường dây phân phối chịu ảnh hưởng bởi:
- Cấu hình đường dây phân phối - Điện áp pha – đất
- Ảnh hưởng của điện trở nối đất và điện trở suất của đất
- Ảnh hưởng của khoảng cách từ vị trí sét đến đường dây phân phối - Ảnh hưởng của khoảng cách giữa nối đất lặp lại
68
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận 5.1 Kết luận
Nội dung luận văn “Nghiên Cứu Về Điện Áp Cảm Ứng Sét Trên Dây Phân
Phối” đã trình bày được lý thuyết về hiện tượng cảm ứng sét trên lưới phân phối và
phương pháp tính tốn giá trị điện áp cảm ứng, từ đó xem xét các giải pháp đối với hiện tượng cảm ứng sét. Bên cạnh đó, biện pháp bảo vệ đưa ra có khả năng áp dụng đối với việc thiết kế trong việc lựa chọn các thiết bị bảo vệ phù hợp đối với đường dây phân phối Các sự cố tại tuyến dây Phú Thuận 22kV – Củ Chi cho thấy điện áp cảm ứng sét gây ra sự cố mất điện đối với tuyến dây phân phối, đặt biệt là sự cố phóng điện chống sét van khi mưa dông xảy ra. Kết quả mô phỏng và kết quả phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn IEEE-1410 đã tính tốn được điện áp cảm ứng sét ảnh hưởng đến đường dây phân phối theo khoảng cách khác nhau từ vị trí sét đến đường dây, điện trở suất của đất và một số thông số khác.
Từ các sự cố thực tế và kết quả đề xuất được đề cập ở trên, đề xuất khi thiết kế đường dây phân phối ta có thể bổ sung chống sét van hợp lý theo đặc thù địa hình và lắp đặt bổ sung dây chống sét để có hiệu quả tối ưu nhất. Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và giảm thiệt hại khi xảy ra sự cố.
5.2 Hướng phát triển của luận văn
Tính tốn, mơ phỏng mơ hình về giải pháp để giảm thiểu ảnh hưởng của hiện tượng cảm ứng sét lên cả 3 pha của đường dây phân phối, luận văn chỉ phân tích đề xuất giải pháp lắp đặt chống sét van hợp lý và lắp bổ sung dây chống sét. Ngoài giải pháp trên, một số giải pháp khác như dùng xà cột gỗ, tính tốn hệ thống nối đất qua cuộn dập hồ quang,.. chưa được đề cập. Đồng thời, mô phỏng thêm các hiện tượng quá độ khác liên quan đến hiện tượng sét đánh như phóng điện ngược, quá điện áp tạm thời ...v/v và hiện tượng đứt dây đồng trần trên lưới phân phối.
69
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] N. H. Việt, Kỹ Thuật Điện Cao Áp, t p 2. Tp.HCM: Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.HCM, 2007.
[2] T. Gill, “Initial Steps in the Development of a Comprehensive Lightning Climatology of South Africa,” Master’s thesis, School of Geography,
Archaeology and Environmental Studies: Climatology Research Group, 2009. [Online]. Available: https://core.ac.uk/download/pdf/39666083.pdf
[3] V. A. Rakov and M. A. Uman, Lightning: Physics anh Effects, Cambridge:
Universtity Press, 2006. [Online]. Available:
https://books.google.co.za/books?id= TuMa5lAa3RAC.
[4] E. R. Jayaratne and C. P. R. Saunders, “Thunderstorm electrification: The effect
of cloud droplets,” Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 1985.
[Online]. Available:
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/JD090iD07p13063 [5] C. P. R. Saunders, H. Bax-norman, C. Emersic, E. E. Avila, and N. E.
Castellano, “Laboratory studies of the effect of cloud conditions on graupel/
crystal charge transfer in thunderstorm electrification,” Quarterly Journal of
the Royal Meteorological Society, 2007. [Online]. Available: https://
rmets.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1256/qj.05.218
[6] D. J. Malan, “Physics of lightning,” Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 1964. [Online]. Available: https://rmets.
onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/j.1477-8696.1964.tb02110.x
[7] D. E. Proctor, “Regions where lightning flashes began,” Journal of Geophysical
Research, 1991. [Online]. Available: https:
70
[8] V. Cooray, “Energy dissipation in lightning flashes,”Journal of Geophysical Research: Atmospheres, vol. 102, no. D17, pp. 21 401–21 410, 1997. [Online]. [9] “IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Electric Power Overhead Distribution Lines.” IEEE Std 1410-2010 (Revision of IEEE Std
1410-2004), New York, January 28, 2011.
[10] "Sử dụng trang thông tin thời tiết: Tổng công ty Điện lực Miền Trung." Internet: https://weather.nldc.evn.vn, March. 20, 2022.
[11] Engineering,"International research collaboration involving the University of Bologna (Department of Electrical). "LIOV code." Internet: http://www.liov.ing.unibo.it/tutorial.html, March. 20, 2022.
[12] M. Paolone, E. Perez, A. Borghetti, C.A. Nucci, F. Rachidi and H. Torres, "Comparison of Two Computational Programs for the Calculation of Lightning- Induced Voltages on," Procceedings of the International Conference on Power
Systems Transients, January 2005.
[13] R. T. Nixon, and J. Ken., "Developing an Approximation to the Heidler
Function - With an Analytical Transformation into the Frequency Domain,"
Internation conference on Lightning Protection (ICLP), Shanghai, China,
2014.
[14] X. Li, J. Chen, C. Zhao, and S. J. S. R. Gu, "Study of Lightning Damage Risk Assessment Method for Power Grid," Energy and Power Engineering, vol. 5, pp.1478-1483, 2013.
[15] "LIOV Toolbox." Internet: https://www.emtp.com/products/liov-toolbox, March. 1, 2022.
71
[16] Tiêu chuẩn quốc gia, "B o v ch ng sét." TCVN 9888-1 : 2013 (IEC 62305-1 : 2010), Việt Nam, 2013. Available: https://vanbanphapluat.co/tcvn-9888-1 -2013-bao-ve-chong-set-nguyen-tac-chung
[17] I. W. G. J. I. Std, "IEEE guide for improving the lightning performance of transmission lines," IEEE Std 1410-1997, Dec.31, 1997.
[18] P. Kannu, M. J. I. P.-G. Thomas, "Transmission and Distribution, Lightning induced voltages on multiconductor power distribution line, Generation, Transmission and Distribution," IEE Proceedings, vol. 152, no. 6, pp.
72
PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG