CHƯƠNG 4: QUÁ ĐỘ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
4.3. Quá độ điện áp
Theo tiêu chuẩn IEEE 1159-1995, quá độ là các hiện tƣợng hay đại lƣợng chuyển giữa hai trạng thái xác lập trong thời gian rất ngắn so với đơn vị thời gian xem xét.
Quá điện áp là bất kỳ điện áp nào giữa một dây dẫn pha với đất hoặc giữa hai dây dẫn pha có trị số cực đại vƣợt quá trị số cực đại của điện áp thiết bị điện. Các thông số đặc trƣng cho quá điện áp là biên độ, thời gian tồn tại và phổ tần số.
Theo tiêu chuẩn IEC60071-1, quá độ điện áp là hiện tƣợng quá điện áp ngắn hạn với thời gian tồn tại cỡ vài giây hoặc ngắn hơn, dao động hoặc không giao động.
Hiện tƣợng quá độ điện áp trong hệ thống điện có thể xem là sự phản ứng của hệ thống điện (ứng với hình dạng sơ đồ, số các phần tử và trạng thái vận hành nhất định) đối với các quá độ dòng điện. Do đó, việc mô tả quá độ điện áp trên hệ thống điện luôn đi liền với quá độ dòng điện.
Các hiện tƣợng quá độ điện áp đƣợc chia làm hai loại là quá độ dao động và quá độ xung kích (không dao động):
4.3.1. Quá độ xung kích
Quá độ xung kích là quá điện áp trong đó biên độ điện áp thay đổi đơn cực (một chiều, âm hoặc dương), đột ngột, không ở tần số lưới, của điện áp xác lập.
Hình 4.1 minh họa dạng sóng quá độ xung kích. Các tham số đặc trƣng của quá độ xung kích bao gồm thời gian đầu sóng TP – khoảng thời gian trị số điện áp tăng từ 0 đến trị số cực đại Umax và độ dài sóng T – khoảng thời gian từ lúc bắt đầu xuất hiện điện áp đến lúc điện áp giảm còn 50% trị số cực đại.
Hình 4.1. Dạng sóng quá độ xung kích [3]
Nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tƣợng quá độ xung kích là do quá trình phóng điện khí quyển (atmospheric discharge) hay còn gọi là phóng điện sét (lightning strike) lên các thành phần của hệ thống điện. Một bộ phận lớn các công trình điện trong hệ thống điện là đường dây trên không và các trạm điện ngoài trời sẽ chịu tác động bởi quá trình phóng điện sét sinh ra khi giông bão. Sóng dòng điện sét là sóng đơn cực (một chiều), biên độ thường từ 20-100kA, nhưng có thể lên đến 200kA. Quá độ điện áp xung kích trên hệ thống điện thông thường được hình thành theo hai cách là do sét đánh vào đỉnh cột hoặc vào khoảng vượt đường dây chống sét và sét đánh trực tiếp vào dây dẫn.
Hình 4.2. Sét đánh vào đỉnh cột điện
4.3.2. Quá độ dao động
Quá độ dao động là hiện tượng thay đổi đột ngột, không ở tần số lưới, của điện áp xác lập; trong đó biên độ có thể nhận cả hai giá trị cực tính âm và dương (dao động). Nguyên nhân của hiện tượng quá điện áp dao động thông thường là do thao tác đóng cắt các mạch điện trong hệ thống điện.
Hình 4.3. Dạng sóng quá độ dao động [3]
Các trường hợp gây quá độ dao động đáng kể do thao tác trên lưới điện đó là:
- Sa thải phụ tải lớn: Khi đó do mất cân bằng công suất, máy phát tại nguồn sẽ tăng tốc và điện áp đặt lên đường dây tăng.
Hình 4.4. Mô hình tương đương khi sa thải phụ tải lớn [3]
- Đóng tụ bù: Tụ bù đƣợc dùng ở hầu hết các vị trí trong hệ thống điện với nhiều mục đích khác nhau nhƣ: bù công suất phản kháng nâng cao hệ số cosφ, điều chỉnh điện áp, giảm tổn thất điện năng... Trong vận hành lưới điện, các tụ bù có thể được đóng vào lưới điện theo những nguyên tắc điều khiển nhất định và việc đóng cắt tụ điện sẽ tạo ra quá độ dao động điện áp do
môt lượng lớn công suất phản kháng được bơm vào lưới điện và trị số điện dung của tụ điện sẽ tạo một mạch dao động với điện kháng của lưới điện.
Hình 4.5. Mô hình tương đương khi đóng tụ bù và hình dạng sóng điện áp [3]
- Đóng điện không tải đường dây cao áp: khi đường dây không tải, điện áp cuối đường dây là điện áp trên điện dung đường dây Uc. Mạch điện khi đó chỉ bao gồm tổng trở và tổng dẫn đường dây.
Hình 4.6. Mô hình tương đương khi đóng điện không tải đường dây cao áp [3]