- 71 -
4.1.1.3.Khả năng chịu ụ nhiễm của cỏch điện CSV
Cỏc lớp bỏm bẩn trờn bề mặt cỏch điện ngoài của CSV cú thể làm phỏt sinh phúng điện bề mặt, hoặc làm tăng nhiệt quỏ mức trờn cỏc phần tử điều chỉnh đặc tớnh (điện trở, tụ điện) với loại cú khe hở hay trờn cỏc đĩa điện trở phi tuyến đối với loại khụng khe hở. Để hạn chế CSV bị sự cố khi làm việc trong cỏc điều kiện mụi trường ụ nhiễm, cần thiết phải lựa chọn loại CSV được thiết kế sẵn để làm việc trong cỏc điều kiện như vậy. Mặc dự khụng cú yờu cầu cụ thể trong tiờu chuẩn IEC 60099-1 (tiờu chuẩn cho CSV loại cú khe hở) và IEC 60099-4 (tiờu chuẩn cho CSV loại khụng khe hở), CSV trong điều kiện làm việc bỡnh thường cần thiết cú khả năng chịu ụ nhiễm tới mức 2 theo tiờu chuẩn IEC 60071-2. Nếu CSV làm việc trong điều kiện mụi trường ụ nhiễm cao hơn quy định cho phộp sẽ làm giảm hiệu quả làm việc của nú. Trường hợp vẫn bắt buộc phải sử dụng (làm việc trong mụi trường ụ nhiễm đạt tới mức 3, thậm chớ mức 4), cần thiết phải cú biện phỏp tổ chức làm vệ sinh định kỳ để làm giảm độ ụ nhiễm trờn cỏch điện của CSV xuống dưới mức độ cho phộp, khi đú cần sử dụng loại CSV được thiết kế đặc biệt cho phộp thực hiện vệ sinh khi CSV vẫn làm việc trờn lưới.
4.1.2. Lựa chọn CSV cú khe hở sử dụng điện trở phi tuyến (SiC)
4.1.2.1. Cỏc thụng số kỹ thuật của CSV cú khe hở
Khỏi niệm chung
Cỏc thụng số kỹ thuật cơ bản của CSV cú khe hở bao gồm: điện ỏp định mức, điện ỏp phúng điện chọc thủng, dũng điện phúng điện danh định và điện ỏp dư tương ứng.
Khả năng bảo vệ của CSV được đặc trưng bởi giỏ trị điện ỏp chọc thủng ở phần đầu súng của xung điện ỏp sột và, khi cú thể, với xung quỏ điện ỏp thao tỏc; bờn cạnh đú cũng được đặc trưng bởi giỏ trị điện ỏp dư khi thụng thoỏt dũng phúng điện danh định, và xung quỏ dũng điện thao tỏc. Cựng một trị số điện ỏp định mức, cỏc CSV chủng loại khỏc nhau cú khả năng bảo vệ khụng giống nhau.
- 72 -
Bờn cạnh cỏc thụng số cơ bản trờn, một số thụng số khỏc cũng thường được xem xột là: điện ỏp làm việc liờn tục lõu dài, cấp phúng điện thời gian dài (long- duration), cấp giải trừ điện ỏp, cấp chịu ụ nhiễm, khả năng vệ sinh trờn lưới (live washing) và cỏc đặc tớnh cơ học đặc biệt khỏc.
Điện ỏp định mức
Điện ỏp định mức của CSV là giỏ trị điện ỏp hiệu dụng cực đại tần số cụng nghiệp cho phộp đặt lờn cỏc cực của CSV, tại đú nú được chế tạo để làm việc bỡnh thường. Trị số này được xỏc định từ thớ nghiệm vận hành (operating duty test) . Điện ỏp định mức được sử dụng như 1 thụng số tham chiếu cho đặc tớnh làm việc của CSV.
Trong một số cỏc thớ nghiệm, chẳng hạn tiờu chuẩn IEC 60099-3 về thử nghiệm ụ nhiễm, cần thiết cú trị số điện ỏp hiệu dụng cực đại cú thể đặt lõu dài lờn cỏc cực của CSV (gọi là điện ỏp làm việc liờn tục lõu dài- COV - Continuous Operating Voltage). Đối với cỏc CSV thuộc dải I, trị số này cú thể bằng với điện ỏp định mức, với CSV thuộc dải II, trị số này thường thấp hơn. Lưu ý trong tiờu chuẩn IEC 60099-1 khụng chỉ rừ một quy trỡnh thử nghiệm cụ thể để xỏc định trị số này, do đú trị số này cần thiết phải được cung cấp bởi nhà sản xuất.
Ngƣỡng bảo vệ
Ngưỡng bảo vệ của CSV đối với xung điện ỏp sột là giỏ trị cao hơn của 2 giỏ trị sau đõy:
+ Điện ỏp phúng điện chọc thủng của xung điện ỏp sột tiờu chuẩn (1,2/50 às)
+ Điện ỏp dư khi thụng thoỏt dũng điện phúng điện danh định
Ngưỡng bảo vệ của CSV với xung điện ỏp thao tỏc đặc trưng cho khả năng bảo vệ của CSV với những xung quỏ điện ỏp cú thời gian đầu súng dài, là giỏ trị lớn hơn giữa trị số điện ỏp chọc thủng và điện ỏp dư trờn CSV khi thử nghiệm với xung dũng điện thao tỏc.
- 73 -
Chỳ ý: trường hợp khụng cú số liệu về giỏ trị điện ỏp chọc thủng với xung
quỏ điện ỏp thao tỏc, cú thể ngoại suy từ giỏ trị điện ỏp chọc thủng tần số cụng nghiệp của CSV.
Dũng điện phúng điện danh định
Dũng điện phúng điện danh định là giỏ trị cực đại của xung dũng điện 8/20às mà CSV cú thể thụng thoỏt, được sử dụng để phõn loại CSV. Dũng điện này cũng được dựng để kớch thớch phỏt sinh dũng kế tục trong thử nghiệm làm việc của CSV và xỏc định ngưỡng bảo vệ sột của nú.
Cấp phúng điện thời gian dài (long duration)
Là chỉ số chỉ khả năng thụng thoỏt năng lượng của CSV đối với cỏc đường dõy dài. Cấp càng cao, CSV càng cú khả năng làm việc với hệ thống cú điện ỏp càng cao, chiều dài đường dõy càng lớn, trong khi đú tổng trở súng và bội số quỏ điện ỏp càng giảm.
Cấp giải trừ ỏp suất
Là chỉ số đặc trưng cho khả năng chịu đựng dũng điện sự cố nội bộ do hư hỏng của CSV mà khụng dẫn tới làm nổ hay phỏ hủy cỏch điện bờn ngoài.
Đặc tớnh chịu ụ nhiễm
Đối với CSV làm việc trong mụi trường ụ nhiễm tới cấp độ 3 hoặc 4 theo tiờu chuẩn IEC 60071-2, cần thiết phải thực hiện thử nghiệm làm việc trong điều kiện ụ nhiễm theo tiờu chuẩn IEC 60093-3. Từ thử nghiệm này, cũng sẽ xỏc định được trị số điện ỏp phúng điện chọc thủng. Khả năng chống phúng điện bề mặt của cỏch điện ngoài sẽ được kiểm tra theo tiờu chuẩn IEC 60507.
Khả năng vệ sinh trờn lƣới (live washing)
CSV cho phộp vệ sinh khi đang làm việc trờn lưới yờu cầu cú những thiết kế đặc biệt hơn so với loại thụng thường và cần thiết quy định cỏc quy trỡnh thử nghiệm cụ thể cho CSV loại này.
Trong khi xem xột cỏc thiết kế đối với cỏc thiết bị vệ sinh CSV, cần lưu ý cỏc điểm sau:
- 74 -
+ Nước sử dụng để vệ sinh cần đảm bảo cú điện trở suất phự hợp
+ Cần chế tạo bộ phận lau rửa cú thiết kế hợp lý để thấm ướt đồng đều và đồng thời toàn bộ bề mặt cỏch điện ngoài của CSV, trỏnh gõy phỏt sinh phúng điện trờn bề mặt cỏch điện. Bờn cạnh đú cũng cần quan tõm tới trị số tốc độ giú tối đa cho phộp.
4.1.2.2. Lựa chọn CSV cú khe hở nối giữa pha và đất
Điện ỏp định mức
Thụng thường chỳng ta hay chọn giỏ trị điện ỏp định mức của CSV theo giỏ trị của trị số quỏ điện ỏp tạm thời trong trường hợp xảy ra sự cố chạm đất một pha và gõy ra quỏ điện ỏp trờn cỏc pha lành cũn lại. Tuy nhiờn như vậy là chưa đầy đủ vỡ cũn nhiều nguyờn nhõn khỏc gõy ra quỏ điện ỏp tạm thời. Rất cần thiết phải tớnh toỏn trị số quỏ điện ỏp tạm thời do cỏc nguyờn nhõn đú, và trị số điện ỏp định mức của CSV được lựa chọn trờn cơ sở cú được trị số lớn nhất của quỏ điện ỏp tạm thời tớnh toỏn được. Trong nhiều trường hợp cũn cần thiết phải tớnh toỏn tới tỡnh huống xếp chồng sự cố của cỏc dạng khỏc nhau, chẳng hạn chạm đất một pha đồng thời với hiện tượng sa thải phụ tải đột ngột, tớnh toỏn bội số quỏ điện ỏp cú tớnh tới xỏc suất xảy ra của nú.
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 rộng 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 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.
- 75 -
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)
CSV sử dụng trong lưới trung tớnh cỏch điện hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang nhưng khụng cú bảo vệ chống sự cố chạm đất, cần thiết phải chịu đựng được điện ỏp dõy của mạng do cú khả năng sự cố bị duy trỡ kộo dài cho tới khi nhõn viờn vận hành tỡm kiếm và khắc phục. Ngược lại, với hệ thống cú trang bị tự động cắt loại trừ sự cố chạm đất, điện ỏp định mức của CSV chỉ cần chọn bằng với điện ỏp định mức pha-đất của hệ thống.
- 76 -
Dũng điện phúng điện danh định
Khi lựa chọn dũng phúng điện danh định cho CSV, cần nghiờn cứu cỏc vấn đề sau đõy:
+ Yờu cầu về mức độ bảo vệ đối với cụng trỡnh. CSV cú ngưỡng bảo vệ với biờn độ dũng điện càng cao và tốc độ tăng đầu súng càng lớn thỡ độ tin cậy càng lớn.
+ Số lượng đường dõy nối tới CSV khi phúng điện do ảnh hưởng của hiện tượng phản xạ và khỳc xạ của súng tới biờn độ quỏ điện ỏp.
+ Cỏch điện đường dõy: cỏch điện càng cao thỡ biờn độ súng quỏ điện ỏp tràn vào trạm càng lớn, trừ trường hợp sột đỏnh trực tiếp vào vị trớ đặt chống sột van khiến CSV hứng trọn gần như toàn bộ năng lượng của cỳ sột. Đối với trạm cú cỏc đường dõy vào trạm sử dụng cột gỗ trong đú xà (gỗ) và sứ ko được nối đất thỡ tối thiểu tại cột cuối cựng trước khi vào trạm, cần thiết nối đất xà và sứ của cột với điện trở nối đất bộ. Trường hợp ở nơi cú điện trở suất đất lớn, yờu cầu thực hiện nối đất xà sứ trong phạm vi 5 khoảng cột đường dõy trước khi vào trạm.
+ Xỏc suất xuất hiện cỏc cỳ sột cú biờn độ lớn, giỏ trị này phụ thuộc khu vực địa lý (mật độ sột).
+ Chỉ tiờu chống sột của đường dõy. Biờn độ dũng điện phúng điện qua CSV là hàm số của phúng điện ngược trờn cỏch điện đường dõy và xỏc suất sột đỏnh vũng qua dõy chống sột vào đường dõy. Xỏc suất sột đỏnh vũng càng cao thỡ biờn độ và độ dốc đầu súng của dũng qua CSV càng lớn.
Đối với cỏc trị số dũng điện phúng điện danh định tiờu chuẩn quy định trong tiờu chuẩn IEC 60099-1, kinh nghiệm vận hành cho thấy sẽ thu được mức độ bảo vệ chấp nhận được trong trường hợp xem xột sử dụng cỏc khuyến nghị sau đõy:
+ Dải điện ỏp I (từ 1kV đến 245kV): 5kA hoặc 10kA
trong lưới điện cú điện ỏp định mức thuộc dải I, khi khoảng cỏch giữa cỏc bộ chống sột lắp đặt trờn đường dõy ngắn (dưới 5km), CSV lắp đặt tại MBA phõn
- 77 -
phối chỉ cần chọn loại 5kA là đỏp ứng yờu cầu bảo vệ, ngay cả trong trường hợp MBA nối trực tiếp với đường dõy cột gỗ khụng thực hiện nối đất với xà (gỗ).
Lưới điện cú điện ỏp tới 72,5kV, CSV loại 5kA cú thể sử dụng đối với trạm đặt tại nơi cú mật độ sột thấp và cú bố trớ dõy chống sột che chắn phớa trờn cỏc đường dõy vào trạm và thực hiện nối đất tốt tại chõn cột. Đối với cỏc cụng trỡnh quan trọng, yờu cầu mức độ an toàn cao, hoặc tại cỏc khu vực cú mật độ sột hoặc điện trở suất đất lớn, lỳc đú nờn dựng CSV loại 10kA.
Lưới điện cú điện ỏp trờn 72,5kV thụng thường nờn sử dụng CSV loại 10kA.
+Dải điện ỏp II (trờn 245kV): 10kA hoặc 20kA
Với lưới điện cú điện ỏp từ 245kV tới 420kV, CSV cú dũng phúng điện danh định 10kV thụng thường đó đỏp ứng đủ yờu cầu bảo vệ.
Với lưới điện cú điện ỏp cao hơn 420kV, cú thể cần thiết sử dụng loại CSV 20kA.
Khả năng phúng điện thời gian dài (long duration)
Trong trường hợp trạm biến ỏp cú nối với đường dõy tải điện, cỏp điện chiều dài lớn hoặc phần tử điện dung lớn, CSV đặt trong trạm phải cú khả năng thụng thoỏt dũng điện và năng lượng do cỏc súng quỏ điện ỏp xuất hiện do thao tỏc đúng cắt trong lưới. Chống sột van loại “heavy duty” thường được sử dụng bảo vệ thiết bị cú điện ỏp định mức thuộc dải II. Với thiết bị thuộc dải I, CSV loại “heavy duty” được sử dụng tại những trạm quan trọng, yờu cầu cú ngưỡng bảo vệ thấp hoặc trong trường hợp cú đường dõy trờn khụng, cỏp chiều dài lớn hoặc bộ tụ kết nối vào thanh cỏi trạm. Đối với cỏc trường hợp khỏc, vớ dụ trường hợp đường dõy ngắn (100km trở lại) thụng thường sử dụng CSV loại 5 và 10kA là đỏp ứng đủ yờu cầu.
Cấp giải trừ ỏp suất
Việc bố trớ thiết bị giải trừ ỏp suất nhằm mục đớch trong trường hợp CSV bị sự cố, dũng sự cố trong nội bộ CSV khụng gõy tăng ỏp suất tới mức làm nổ cỏch điện bảo vệ bờn ngoài của CSV. Vỡ thế dũng điện ngắn mạch chịu đựng của CSV khụng được nhỏ hơn giỏ trị dũng sự cố cực đại qua CSV tại điểm lắp đặt nú.
- 78 -
Bảng 4.1: Giỏ trị dũng điện quy định với thớ nghiệm ngắn mạch CSV (thời gian tồn tại ngắn mạch khoảng 1/6 chu kỳ điện ỏp tần số CN)
Loại CSV (dũng phúng điện danh định) A Dũng điện ngắn mạch định mức A Dũng điện ngắn mạch giảm nhẹ A Dũng điện ngắn mạch trị số nhỏ,thời gian tồn tại 1s* A 20 000 hoặc 10 000 80 000 50 000 25 000 600 ± 200 20 000 hoặc 10 000 63 000 25 000 12 000 600 ± 200 20 000 hoặc 10 000 50 000 25 000 12 000 600 ± 200 20 000 hoặc 10 000 40 000 25 000 12 000 600 ± 200 20 000 hoặc 10 000 31 500 12 000 6 000 600 ± 200 20 000, 10 000 hoặc 5 000 20 000 12 000 6 000 600 ± 200