Đối với mạng trung tính không nối đất trực tiếp

D. Bố cục đề tài

3.3.2.1. Đối với mạng trung tính không nối đất trực tiếp

Mạng trung tính không nối đất trực tiếp có thể cung cấp điện liên tục cho phụ tải ở chế đô sự cố 1 pha chạm đất, đây là ưu điểm cơ bản của hệ thống có trung tính cách đất. Song ưu điểm đó có thể sử dụng mà không gây tổn thất tới tuổi thọ của cách điện chỉ trong trường hợp khi thiết bị làm việc ở trạng thái chạm đất trong một thời gian không lâu, cần thiết để loại trừ hư hỏng (khoảng 2 giờ).

 Phải thao tác đóng cắt nhiều lần cho các nhánh và các phần mạch của mạng phân phối. Điều đó là m mất điện của nhiều phụ tải.

 Các máy cắt phải thao tác nhiều lần, ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của máy cắt.

 Thời gian thao tác lâu vì hầu hết mạng phân phối của ta hiện nay đều sử dụng thao tác tại chỗ, nên cần phải có đội đi thao tác phân đoạn tìm sự cố.

 Trong thời gian tồn tại sự cố, điện lan truyền trên vật thể tiếp xúc với pha chạm đất, rất nguy hiểm cho ngườ i đi lại gần đó. Tình trạng này tuyệt đối không cho phép đối với mạng đô thị, vùng dân cư đông đúc.

Để khắc phục những nhược điểm của mạng trung t ính không nối đất trực tiếp ta có thể sử dụng dây dẫn bọc thay cho dây trần, dây bọc sẽ hạn chế được nhiều sự cố, giảm được hành lang an toàn. N hưng khi có xảy ra sự cố thì việc tìm điểm sự cố sẽ khó khăn hơn.

Ta có thể sử dụng bộ bảo vệ dòng điện Io cắt mạch có chạm đất. Bộ bảo vệ này có độ nhạy kém, dễ tác động sai dẫn tới làm tăng suất cắt các sự cố lên như mạng trung tính trực tiếp nối đất và ưu điểm của mạng trung tính nối đất không còn nữa.

3.3.2.2. Đối với mạng trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang:

Trong mạng có trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang, ngăn ngừa ngay từ đầu hư hỏng cách điện của các thiết bị khi NM tiến triển (ngăn ngừa đ ược 70–90%) điện áp ở nơi hư hỏng tăng tới U pha rất chậm, điều đó tạo khôi phục độ bền cách điện khi chạm đất ổn định.

Số lần cắt và mất điện ở hộ tiêu thụ là nhỏ nhất.

Vận hành hệ thống nối đất qua cuộn dập hồ quang phức tạp vì phải theo dõi thường xuyên trạng thái bù, khó khăn khi xác định điểm sự cố.

Có thể làm tăng điện áp các pha không sự cố l ớn hơn điện áp dây nếu chỉnh định không đúng vì hồ quang duy trì, như thế sẽ dẫn tới phá hỏng cách điện đường dây, ảnh hưởng lớn tới thiết bị điện.

3.3.2.3. Đối với mạng có trung tính nối đất trực tiếp:

tục cung cấp điện. Hiện tại mạng phân phối sử dụng nhiều thiết bị đóng cắt, cầu chì tự rơi. Do đó khó phối hợp đặc tính chọn lọc, nên thường gây nhảy vượt cấp về máy cắt đầu nguồn hoặc máy cắt phân đoạn. Các máy cắt này có số lần đóng cắt nhiều nên chu kỳ nên chu kỳ sửa chữa ngắn đi. Để khắc phục trong mạng phân phối nên sử dụng các rẽ nhánh và máy cắt phân đoạn, dùng nguồn thao tác xoay chiều kết hợp với thiết bị đóng lại (TĐL) để giảm cường độ mất điện cho phụ tải.

Khi xảy ra sự cố NM 1 pha, dòng lớn làm bảo vệ rơle loại trừ được sự cố, nên ít nguy hiểm tại vùng sự cố.

Việc tìm điểm sự cố dễ dàng hơn nhiều so với mạng trung tính không nối đất trực tiếp.

3.3.3. Chỉ tiêu về kinh tế:

3.3.3.1. Mạng trung tính không nối đất trực tiếp:

Cách điện của mạng và trạm biến áp phải chọn theo điện áp dây.

Trong mạng 6-22kV dự trữ cách điện lớn, quá điện áp do hồ quang cháy lập lòe không gây nguy hiểm. Tuy vậy đối với chúng không để trung tính cách điện đối với đất khi dòng điện dung lớn quá 30A. Còn mạng 2 2-35kV có dự trữ cách điện kém hơn thì không thể làm việc trung tính cách điện đối với đất khi dòng điện dung quá 7A. Khi dòng điện dung vượt quá trị số kể trên thì phải đặt cuộn dập hồ quang tại điểm trung tính để giảm dòng điện dung tại chỗ chạm đất.

Mạng trung tính không nối đất trực tiếp thường sử dụng loại 3 pha 3 dây. Rất ít gặp 1 pha 2 dây, vì MBA 1 pha trong mạng trung tính không nối đất trực tiế p rất hiếm. Điều này rất lãng phí trong mạng phân phối ở vùng mật độ phụ tải nhỏ.

Nếu sử dụng MBA 1 pha, cần dùng loại chịu điện áp dây. Do mức cho phép không đối xứng rất nhỏ, nên hạn chế việc dùng MBA 1 pha trong mạng không nối đất trực tiếp.

Với cùng công suất, trạm 3 pha có giá thành lớn hơn so với trạm một pha. Điều đó sẽ làm tăng giá thành xây dựng lên đáng kể, nhất là mạng điện nông thôn, miền núi.

3.3.3.2. Mạng trung tính nối đất trực tiếp :

trở nối đất các trạm phụ tải không có trị số đủ bé theo yêu cầu chế độ làm việc. Mạng phân phối đô thị thường dùng loại hỗn hợp trung hạ thế, nên cho phép dùng chung trung tính của hạ thế. Điều đó không làm tăng giá thành của mạng trung thế.

Mạng 3 pha 3 dây, sử dụng đất làm dây trung tính. Mạng này thích ứng cho vùng mật độ trung bình. Do phần hạ thế chỉ có ở khu dân cư nên đường vượt đồng đỡ phải tốn dây trung tính.

Mạng 1 pha 2 dây nối đất lặp lại, trong đó có dây trung tính . Mạng này thích ứng cho vùng mật độ phụ tải nhỏ như cao nguyên, miền núi.

Cách điện ở dây dẫn, trạm biến áp, trong mạng trung tính nối đất trực tiếp được chọn chịu điện áp pha.

Nếu cuộn dây trung thế ở trạm nguồn dùng kiểu đấu tam giác thì phải có thiết bị tạo trung tính. Cách thức hợp nhất là dùng MBA đấu Yo/∆, công suất từ 10,5–15% công suất trạm.

Mạng cho phép dùng MBA 1 pha. Khi thiết kế, cần tính toán để mức dịch chuyển trung tính không vượt quá mức cho phép (5 %).

Ta có thể sử dụng MBA 1 pha công suất nhỏ, nên mạng trung tính nối đất trực tiếp dễ đi sâu vào từng xóm ấp trang trại. Nhờ vậy mạng hạ thế ít phát triển, kết cấu mạng điện gọn nhẹ.

3.3.4. Tổng kết về các chế độ nối đất trung tí nh lưới điện trung áp phân phối :

Tóm lại từ các nghiên cứu trên cho ta thấy rằng các phương pháp nối đất khác nhau đều có những ưu điểm và khuyết điểm của chúng cho nên những trường hợp đặc biệt có thể quyết định ngay vấn đề này. Hơn nữa một vài điều kiện kết hợp gồm những phần tử quan trọng của HTĐ và vài tính tổng quát hóa có thể dùng cho các kết hợp này.

Trong vùng lân cận các thành phố lớn và khu công nghiệp, độ tin cậy cung cấp điện được xem như là chỉ tiêu quan trọng nên mạch nhiều đường dây và hai nguồn cung cấp trở nên bắt buộc. Trong những hệ thống điện như thế việc cắt tức thời D Z không gây mất điện bởi vì các mạch dự trữ là sẵn sàng cho tình trạng hư hỏng cơ

gian từ 0,15s đến 0,5s. Chúng thường nối tr ực tiếp với các DZ cùng cấp điện áp từ các nguồn khác nhau. Có một số lượng thiết bị nối trực tiếp trên DZ này và việc bảo vệ chống sét và hạn chế sự cố ở khu vực nhỏ là đáng kể. Đối với HT có đặc tính này nối đất hiệu quả dường như là thực tế nhất.

Ở vài khu vực khác sự hạn chế dòng chạm đất có thể cần thiết từ quan điểm khả năng cắt của MC hay ảnh hưởng cảm ứng nhưng điều này có thể thực hiện với tỉ số điện kháng < 3, lúc này cho phép sử dụng CSV với điện áp pha.

Trong vùng có mật độ dân cư thưa hơn, qu an hệ giữa phụ tải và DZ truyền tải thường chỉ có mạch đơn. Loại hệ thống này là lĩnh vực tốt cho việc áp dụng cuộn dập hồ quang ở dây trung tính. Số lần cắt điện giảm nhiều với chi phí cũng vừa phải. Trong khi CSV và MBA cần cách điện với điện áp dây, th ì phạm vi của trạm thường đủ để điều này không làm tăng thêm chi phí.

Trong một số trường hợp truyền tải công suất đi xa, giá thành tổng có thể giảm do dùng một mạch truyền tải ở cấp điện áp cao hơn so với việc dùng hai hay nhiều mạch ở cấp điện áp thấp hơn. Ở những nơi có nguồn dự phòng khi DZ cắt ra để s ửa chữa, bảo dưỡng, việc sử dụng D Z đơn với trung tính có cuộn dập hồ quang trở nên là cách thích hợp nhất để hạn chế vốn đầu tư. Giải pháp này được so sánh về kinh tế và các đặc điểm khác với giải phá p sử dụng MC có TĐL tốc độ cao.

Vấn đề hay gặp phải là số lượng điểm nối đất. Trong loại HT nối đất hiệu quả, không có lý do gì mà các điểm trung tính có sẵn lại không nối đất, cho đến chừng nào dòng NM 1 pha chưa đòi hỏi đến khả năng cắt lớn hơn. Đối vớ i lưới nối đất điện trở hay điện kháng, hay với lưới có cuộn dập hồ quang, thêm một điểm nối đất là tăng thêm giá thành tổng. Trong trường hợp này số lượng điểm nối đất sẽ được xét phần lớn theo khả năng đảm bảo an toàn thỏa mãn cho bảo vệ rơle TTK.

Trong những lưới khác với mạch hình tia, ít nhất là hai hay nhiều điểm nối đất thích hợp hơn để thỏa mãn được bảo vệ TTK có hướng.

Sự phân tích nối đất theo hướng hoàn thiện trong các nhánh khá c nhau của công việc chung. Bảo vệ rơle và MC đã được cải tiến đ ến mức độ cắt các NM các pha hay chạm đất với độ tin cậy và tốc độ cao so với những năm về trước. Phiền toái do hồ

quang và việc cắt điện áp thấp không cần thiết cũng tương ứng ít hơn. TĐL tốc độ cao sẵn sàng cho việc đóng trở lại DZ và cho được giải pháp để tránh mất điện do các sự cố thoáng qua ở pha và đất. Trong hầu hết trường hợp các yếu tố này chứng tỏ sự ưu việt HT nối đất hiệu quả.

Chương IV.

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC CHẾ ĐỘ NỐI ĐẤT TRUNG TÍNH ĐẾN BẢO VỆ AN TOÀN TRONG LƯỚI TRUNG ÁP .

4.1. Đối với mạng trung tính cách đất hoặc trung tính không nối đất trực tiếp:

Mạng trung tính không nối đất trực tiếp có thể cung cấp điện liên tục cho phụ tải ở chế đô sự cố 1 pha chạm đất, đây là ưu điểm cơ bản của hệ thống có trung tính cách đất. Song ưu điểm đó có thể sử dụng mà không gây tổn thất tới tuổi thọ của cách điện chỉ trong trường hợp khi thiết bị làm việc ở trạng thái chạm đất trong một thời gian không lâu, cần thiết để loại trừ hư hỏng (khoảng 02 giờ).

Lưới điện trung áp có dòng chạm đất bé sử dụng ở nước ta phần lớn là mạng 6-35kV có trung tính cách đất;

Khi chạm đất 1 pha, dòng chạm đất nhỏ , tùy theo mạng cụ thể mà dòng này có trị số từ 5-30A. Theo qui trình vận hành hiện tại có thể duy trì chạm đất 1 pha không quá 2 giờ trong quá trình xử lý sự cố. Thực tế vận hành lưới trung áp phân phối ở nhiều nơi cho thấy khi có chạm đất 1 pha mà không cắt chọn lọc máy ngắt đầu nguồn lộ sự cố sẽ có các nhược điểm sau:

- Quá điện áp nội bộ gây hư hỏng thiết bị :

Trong chế độ vận hành bình thường (không sự cố), điện áp pha so đất của các pha là:

fA

U = UfB =Ufc = U dây/ 3.

- Khi có chạm đất một pha (chạm đất ổn định) thì điện áp pha so đất của của 2 pha còn lại sẽ tăng lên 3 lần (bằng điện áp dây).

- Khi có sự cố chạm đất 1 pha không ổn định (hiện tượng chập chờn), tùy điện dung cụ thể của mạng mà điện áp của pha so với đất của 2 pha còn l ại có thể tăng lên tới 34 lần điện áp dây.

Như vậy khi chạm đất 1 pha ( ổn định hoặc chập chờn) sẽ gây hiện tượng quá điện áp nội bộ ở pha còn lại và hiện tượng quá áp này gây nên hư hỏng cách điện (của sứ cách điện, cáp, phểu cáp, máy biến áp hoặc hư hỏng máy ngắt điện).

- Nguy hiểm cho người :

Tại các khu vực có dân cư, đặc biệt là thành phố khi đứt dây (6 kV; 10kV; 22kV, 35kV) rơi xuống đất nếu duy trì một thời gian để phân đoạn dần điểm sự cố theo qui trình sẽ rất nguy hiểm cho tính mạng con người.

- Phạm vi và thời gian mất điện tăng.

Khi hệ thanh cái cấp các lộ phụ tải bị chạm đất 1 pha, theo qui trình hiện tại, điều độ viên lưới điện sẽ cho cắt lần lượt từng lộ để phân đoạn tìm lộ sự cố, tức là thời gian và phạm vi mất điện sẽ tăng, đặc biệt khi có chạm đất tại 2 điểm trên 2 lộ ở cùng một pha.

Trong HT này khi một pha chạm đất, sẽ dẫn tới :

- Gây nguy hiểm cho người bởi điện áp tiếp xúc tại điểm chạm đất.

- Có thể có hồ quang không ổn định. Hồ quang sẽ gây nên cộng hưởng năng lượng điện từ, làm cho điện áp các pha so với đất tăng lên khoảng (2,5 –3,5) Upha.

- Do điện áp của 2 pha không sự cố tăng lên 3Up mà dẫn đến chạm đất ở 1 pha khác.

Ví dụ: NM 2 pha chạm đất, đồng thời ở DZ và đường cáp ngầm. Nếu bỏ qua 2 điện kháng 1 pha của MBA, điện kháng của DZ, của đường cáp, của đất và điện trở tiếp đất của cáp ngầm thì dòng NM 2 pha chạm đất được xác định như sau:

2 . d d p chdat t U J R  (4-1) d U : điện áp dây td

R : điện trở tiếp đất tại cột của DZ. Theo quy phạm, R = 10  30 Ω

2 . 6 200 30 p chdat J   A (4-2)

Rõ ràng dòng NM 2 pha chạm đất có thể nguy hiểm cho người bởi điện á p bước. Nếu sơ đồ bảo vệ của DZ và cáp ngầm nối theo sơ đồ sao hoàn to àn và có thời gian làm việc như nhau thì chúng sẽ cắt cả DZ và cáp. Nếu sơ đồ bảo vệ có máy biến dòng điện nối theo sơ đồ sao khuyết thì DZ nào có dòng chạm đất rơi đúng vào pha không có biến dòng thì sẽ không bị cắt.

Do vậy trong HT này phải đặt bảo vệ chạm đất 1 pha.

Bảo vệ chạm đất 1 pha ở bất kỳ HT nào và dù theo nguyên lý nào, thì vẫn phải triệt tiêu điện áp của pha sự cố và tạo nên chạm đất ổn định .

Trong HT không điểm trung tính, muốn bảo vệ chạm đất 1 pha, theo nguyên lý dòng điện TTK, thì buộc phải tạo điểm trung tính và nối đất điểm này.

Thiết bị tạo điểm trung tính nối đất, cần phải đặt ở thanh cái 6 -35kV của MBA nguồn, để khi 1 DZ nào đó có chạm đất, nó sẽ phóng theo chiều từ thanh cái vào DZ đó một dòng điện đủ lớn, đảm bảo độ nhạy và độ chọn lọc cho bảo vệ cắt DZ sự cố ra khỏi lưới, tuy nhiên việc khắc phục sự cố có những trở ngại sau:

Phải thao tác đóng cắt nhiều lần cho các nhánh và các phần mạch của mạng phân phối. Các máy cắt phải thao tác nhiều lần, ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của máy cắt. Trong thời gian tồn tại sự cố, điện lan truyền trên vật thể tiếp xúc với pha chạm đất, rất nguy hiểm cho ngườ i đi lại gần đó. Tình trạng này tuyệt đối không cho phép đối với mạng đô thị, vùng dân cư đông đúc.

Ta có thể sử dụng bộ bảo vệ dòng điện IO cắt mạch có chạm đấ t. Tuy nhiên bộ bảo vệ này có độ nhạy kém, dễ tác động sai dẫn tới làm tăng suất cắt các sự cố