L ỜI CẢM ƠN
1.7.3 Môi trường truyền tín hiệu và nhiễu
1.7.3.1 Dây dẫn phụ hoặc cáp thông tin
Dây dẫn phụ hoặc cáp thông tin điện lực thường được đặt cùng rãnh với cáp cao áp hoặc trong rãnh cáp riêng hay bằng dây trần trên cột. Vì các dây dẫn phụ hoặc cáp thông tin được đặt song song với đường dây tải điện nên có sức điện động cảm ứng. Điện áp cảm ứng tần số công nghiệp thường được tính toán sao cho các thiết bị thứ cấp có thể chịu đựng được.
Để hạn chế điện áp cảm ứng dùng các van chống quá điện áp để nối tắt các dây dẫn phụ trong trường hợp điện áp tăng cao (khi xuất hiện quá trình quá độ), nhưng nó có thể làm cho bảo vệ không tác động trong trường hợp quá điện áp gây nên bởi sự cố chính mà bảo vệ phải tác động. Các thiết bị thứ cấp phải chịu đựng nổi điện áp cảm ứng khi có sét đánh hoặc khi đóng cắt bên phía sơ cấp của hệ thống điện.
Dây dẫn phụ và cáp thông tin dùng cho bảo vệ được sử dụng từ đầu thế kỷ 20, tuy nhiên phạm vi sử dụng bị hạn chế vì độ tin cậy thấp và giá chi phí tương đối cao. Đối với các hệ thống điện tập trung, khoảng cách giữa các đầu phát và thu tín hiệu không lớn, có thể dùng dây phụ hoặc cáp thông tin riêng.
Nếu dùng kênh truyền tin của hệ thống viễn thông thì khả năng quá điện áp ở phía thứ cấp có thể thấp hơn vì lộ trình của kênh thông tin khác với lộ trình đường dây tải điện, tuy nhiên các thiết bị phía thứ cấp cũng phải có khả năng chịu một mức độ quá điện áp nhất định.
Trong một số trường hợp sự cố chạm đất, thế ở điểm nối đất của nhà máy điện và trạm biến áp có thể khá cao, vì vậy cần phải dùng biến áp phân cách để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị của hệ thống bưu chính viễn thông. Các biến áp phân cách phải chịu đựng được điện áp khá cao (đến 15kV).
Dây dẫn phụ và cáp thông tin làm việc với tín hiệu truyền dẫn từ một chiều đến 200Hz xoay chiều, với bán kính 11km, thích hợp với bảo vệ so lệch.
Trong lưới 110kV thường không yêu cầu thời gian tác động của bảo vệ thật nhanh, các kênh thuê bao có thể dùng chung cho điện thoại, đo lường và bảo vệ do đó chi phí thuê bao tương đối thấp.
Với lưới điện 220 ÷ 500kV, yêu cầu về thời gian của bảo vệ phải nhanh hơn và kênh truyền phải có độ tin cậy cao hơn nên phải thuê bao riêng các kênh truyền dùng cho bảo vệ.
1.7.3.2 Các kênh tải ba (PLC)
Đối với những đường dây dài hoặc đi qua những địa hình phức tạp việc lắp đặt dây dẫn phụ gặp nhiều khó khăn và tốn kém. Trong trường hợp này sử dụng dây dẫn của chính đường dây tải điện để truyền tín hiệu cao tần dùng cho bảo vệ và thông tin liên lạc. Ưu điểm là dây dẫn chắc chắn hơn, tổn hao trong truyền tín hiệu sẽ thấp hơn, kênh truyền hoàn toàn nằm dưới quyền kiểm soát của công ty điện lực.
Có thể sử dụng một hay hai pha của đường dây tải điện bằng cách đặt các bộ chắn ở hai đầu đường dây được bảo vệ. Các bộ chắn này có tổng trở rất bé đối với dòng điện tần số công nghiệp nhưng rất lớn đối với tín hiệu cao tần dùng cho thông tin bảo vệ để các tín hiệu này không lan truyền ra ngoài phạm vi đường dây bảo vệ.
Sơ đồ hai pha tuy có tốn kém hơn so với sơ đồ pha - đất, nhưng mức tổn hao khi truyền tín hiệu sẽ thấp hơn và không bị phụ thuộc vào điện trở đất cũng như nối đất vì vậy được dùng rộng rãi. Tổn hao tín hiệu trên đường dây ít phụ thuộc vào mưa ẩm.
Công suất đầu ra của thiết bị phát cao tần thường từ 2 ÷ 100W (+50dBm) tuỳ từng tương quan giữa tín hiệu – nhiễu.
Mức tín hiệu truyền cao nhất hoặc thời gian truyền tín hiệu dài nhất tuỳ thuộc vào từng quốc gia để không ảnh hưởng đến hệ thống thông tin và truyền thông toàn quốc.
Khi có sét đánh vào đường dây hoặc đường dây bị sự cố hay thao tác dóng cắt, có thể gây nhiễu mạnh đến kênh thông tin. Mặc dù những nhiễu này chỉ xảy ra trong thời gian ngắn (khoảng vài ms) nhưng nó có thể làm cho thiết bị thu cao tần bị quá tải. Các thiết bị thuộc hệ thống cắt liên động phải được chỉnh định để không xảy ra tác động nhầm.
Cần chú ý trường hợp dùng nguyên lý truyền tín hiệu cho phép vì tín hiệu cho phép được truyền qua đoạn đường dây bị sự cố. Mức độ tắt dần của tín hiệu cao tần truyền qua kenh dẫn phụ thuộc vào loại sự cố, tuy nhiên thường chọn trong giới hạn giữa 20 đến 30dB.
1.7.3.3 Các kênh vô tuyến vi ba
Các kênh vi ba cho phép truyền tín hiệu trong một dải khá rộng và sử dụng các modem với năng lực truyền rất lớn. Tín hiệu bảo vệ và điều khiển có thể truyền nối tiếp với độ dài đủ lớn và độ mã hoá phức tạp để đảm bảo độ tin cậy của truyền tin nhưng vẫn phải giã được tốc độ truyền rất cao. Trên thực tế, có thể dùng chung các thiết bị vô tuyến tiêu chuẩn trong thông tin vào mục đích truyền tín hiệu bảo vệ và điều khiển trong hệ thống điện.
Thường các thiết bị vi ba làm việc với tần số từ 0,2 ÷ 10GHz vì các thiết bị vi ba làm việc có định hướng và dải tần số đã được định trước nên ít bị nhiễu, cho phép sử dụng đồng thời nhiều kênh thông tin và mở rộng dải tần số của tín hiệu truyền để dùng cho cả mục đích thông tin (thoại) lẫn truyền dữ liệu.
Hệ thống truyền tín hiệu bằng kênh vô tuyến siêu cao tần (vi ba) được sử dụng rộng rãi để liên hệ các trung tâm điều khiển với nhau. Khi lộ trình của các kênh vi ba trùng hợp với lộ trình của đường dây tải điện, có thể sử dụng các kênh vi ba vào mục đích truyền tín hiệu bảo vệ. Trên thực tế các trạm vi ba không trùng hợp với các trạm đầu và cuối của đường dây tải điện nên khả năng sử dụng các kênh vi ba trực tiếp để truyền tín hiệu bảo vệ thấp hơn so với các kênh tải ba của hệ thống.
Mức độ tắt dần của tín hiệu vi ba không phụ thuộc sự cố trên đường dây tải điện nhưng bị ảnh hưởng của nhiễu vô tuyến, nhiễu này thường do bản thân các thiết bị vô tuyến gây nên. Chiều cao của các cột ăng ten vi ba được hạn chế để ảnh hưởng của gió bão và thay đổi nhiệt không tác động nhiều đến sự làm việc của ăng ten.
1.7.3.4 Các kênh cáp quang
Cáp quang là những sợi thuỷ tinh nhỏ có khả năng truyền ánh sáng đi xa. Trong hệ thống điện cáp quang thường được chế tạo kết hợp bên trong dây nhôm lõi thép để làm nhiệm vụ chống sét trên các đường dây tải điện.
So với cáp thông tin dùng tín hiệu điện, cáp quang có ưu điểm là năng lực truyền tải rất lớn và không bị nhiễu bởi sóng điện từ. Tín hiệu quang sau khi được mã hoá, được truyền theo sợi quang đến đầu nhận, tại đây sẽ phải giải mã để chuyển thành những thông tin cần thiết.
Thiết bị để mã hoá và giải mã thường được sử dụng có tần số tương ứng với bước sóng 850, 1300, 1550 nanomet. Khoảng cách có thể truyền tín hiệu quang trực tiếp phụ thuộc vào mức độ suy giảm và tán xạ của tín hiệu trong hệ truyền dẫn ánh sáng, phụ thuộc vào chủng loại, chất lượng của sợi quang và bước sóng của nguồn phát tín hiệu.
Với các kênh truyền tín hiệu quang ở tần số hàng trăm megahec khoảng cách truyền hàng chục kilomet, khi khoảng cách lớn hơn cần có những trạm lặp trung gian. Các kênh truyền bằng cáp quang hiện đại có khả năng truyền tải lớn các tín hiệu thoại, đo lường, điều khiển và bảo vệ.
Hiện nay cáp quang được chế tạo kết hợp với cáp lực để giảm giá thành và tăng tính bền vững, an toàn của tuyến cáp quang và được sử dụng rộng rãi không những trong các hệ truyền tải cao áp và siêu cao áp mà còn được dùng đối với lưới điện trung áp và hạ áp.