BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO MÁY ĐIỆN QUAY
8.1 BẢO VỆ CÁCH ĐIỆN MÁY ĐIỆN QUAY CHỐNG SÓNG SÉT TRUYỀN VAØO THEO ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG
SÉT TRUYỀN VAØO THEO ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG
Cũng giống như bảo vệ cách điện trạm, biện pháp chủ yếu để bảo vệ cho cách điện máy điện quay là dùng chống sét van. Nhưng vì mức cách điện xung của máy điện quay không cao như cách điện trạm nên phải dùng loại chống sét van đặc biệt có đặc tính bảo vệ tốt hơn. Đó là loại chống sét van có khe hở cấu tạo hình xuyến, dập hồ quang theo kiểu thổi từ, từng nhóm khe hở được nối song song với những điện dung và điện trở để cải thiện điều kiện làm việc của khe hở, có điện trở không đường thẳng bằng vilit phẩm chất cao (loại PBM) hoặc bằng tecvit có khả năng cho qua dòng điện cao hơn (loại PBT). Bảng 8.1 cho ta ý niệm so sánh về mức cách điện xung của cách điện chủ yếu của máy điện quay và của máy biến áp cũng như điện áp dư của các loại chống sét van cùng cấp điện áp dùng bảo vệ máy điện.
Bảng 8.1 ĐẠI LƯỢNG THIẾT BỊ ĐIỆN ÁP ĐỊNH MỨC, kV
3 6 11
Độ bền xung đảm bảo của cách điện chủ yếu, (kV)
Máy biến áp 44 60 80 Máy điện quay 7,6 15,2 25,2 Điện áp dư của chống sét van khi
dòng điện xung bằng 3 kA (kV)
Loại PBM 9 17 28
Loại PBT 7 14 23,5
Có thể thấy dễ dàng là trong trường hợp này, chỉ có chống sét van loại PBT (với dòng điện phối hợp bằng 3kA) mới có điện áp dư thấp hơn mức cách điện xung của máy điện quay, nhưng cũng với độ dự trữ rất thấp, dưới 10%.
Do khó khăn trên về sự phối hợp giữa đặc tính bảo vệ của chống sét van với độ bền xung của cách điện máy điện quay nên không cho phép đấu trực tiếp máy phát điện công suất lớn hơn 15000 kVA và máy bù đồng bộ công suất lớn hơn 20000 kVAr vào đường dây trên không.
Ngoài tác dụng lên cách điện chủ yếu, quá điện áp khí quyển còn tác dụng lên cách điện dọc (giữa các vòng dây) của máy điện và cách điện của trung tính, do đó để bảo vệ cách điện dọc cần có biện pháp giảm độ dốc sóng tới không quá trị số 5÷6kV/µs, và nếu để bảo vệ cả cho cách điện của trung tính của máy phát điện (trong trường hợp điểm trung tính đưa ra ngoài máy) phải giảm độ dốc sóng tới xuống dưới 2kV/µs.
Để giảm độ dốc sóng tới cần đấu gần máy điện, song song với chống sét van những tụ điện có điện dung C từ 0,25÷0,5 µF trên mỗi pha. Nếu trung tính máy điện đưa ra ngoài thì việc bảo vệ cách điện của nó được thực hiện bằng cách đấu vào đó một chống sét van và song song với chống sét van một điện dung khoảng 0,25÷0,5 µF để hạn chế độ dốc của sóng cắt. Trong trường hợp này để hạn chế độ dốc sóng tới chỉ cần tính theo điều kiện bảo vệ cách điện dọc nên chỉ cần đặt ở thanh góp (hoặc ở cực) máy điện trên mỗi pha một điện dung từ 0,1÷0,25 µF.
Bảo vệ đoạn đường dây trên không trước khi tới máy điện
Trên một chiều dài khoảng 500-600m, trước khi tới thanh góp máy phát, đường dây trên không phải được bảo vệ tuyệt đối an toàn chống sét đánh thẳng vào dây dẫn. Mục đích việc tăng cường bảo vệ đoạn đường dây tới máy điện là:
- Loại trừ sét đánh trực tiếp vào dây dẫn gần máy điện.
- Hạn chế dòng điện qua chống sét van bảo vệ máy phát điện dưới trị số dòng điện phối hợp 3 kA, tốt nhất là dưới 1,5 kA, để đảm bảo dự trữ an toàn giữa điện áp dư của chống sét van và điện áp tác dụng cho phép trên cách điện của máy điện quay.
Sơ đồ nguyên lý bảo vệ máy điện quay cho ở hình 8.1.
Trên đoạn đường dây này, thường dùng cột thu sét đặt hai bên đường dây để chống sét đánh thẳng. Cũng có thể dùng dây chống sét, nhưng không được đặt dây chống sét trực tiếp trên cột điện nhằm tránh hiện tượng phóng điện ngược trong đoạn này.
Nếu đường dây đi men theo các công trình kiến trúc hoặc đường dây tải điện khác cao hơn, thì có thể không cần thêm biện pháp nào khác để chống sét
đánh thẳng, vì xác suất sét đánh thẳng vào đường dây trong trường hợp này rất bé.
Hình 8.1Các sơ đồ bảo vệ cho cách điện của máy điện quay đấu vào đường dây trên không
Ở đầu đoạn đường dây này đặt một bộ chống sét ống có điện trở nối đất càng nhỏ càng tốt (dưới 5Ω) để hạn chế dòng điện qua chống sét van không vượt quá 3 kA. Nếu không thực hiện được nối đất nhỏ như vậy thì ở cột kế tiếp đặt thêm một bộ CSÔ2 nữa (H.8.1a).
Trong thực tế, nhiều khi máy điện được nối vào đường dây trên không qua một đoạn cáp dài từ 50 - 100 m. Sự có mặt đoạn cáp này tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo vệ quá điện áp cho máy điện (H.8.1b).
Ở nơi chuyển tiếp từ đường dây trên không sang đoạn cáp đặt một bộ chống sét ống (CSÔ1). Vỏ cáp nối liền với nối đất của chống sét ống và đầu kia vào nối đất của chống sét van và nối đất của nhà máy. Khi chống sét ống làm việc, lõi cáp và vỏ cáp nối với nhau nên chúng có cùng một điện thế đối với đất. Do hiệu ứng bề mặt, dòng điện sét truyền đi chủ yếu ngoài vỏ cáp. Nếu cáp đặt trực tiếp trong đất thì một phần dòng điện sét sẽ từ vỏ cáp tản vào đất trên đường truyền đến máy điện, phần còn lại sẽ được nối tắt qua mạch vòng nối đất của nhà máy điện. Về phía máy điện, điện áp giữa lõi cáp (nối với cuộn dây máy điện) và vỏ cáp (nối với vỏ máy điện và mạch vòng nối đất của nhà máy) sẽ bằng điện áp giáng trên điện trở tác dụng của vỏ cáp, có trị số thấp hơn nhiều so với mức cách điện xung của máy điện. Sơ đồ
có đoạn cáp có độ an toàn bảo vệ cao nếu chống sét ống (CSÔ1) làm việc tin cậy, đảm bảo. Tuy nhiên, điều kiện này không phải luôn luôn được thực hiện vì hệ số khúc xạ ở điểm chuyển tiếp giữa đường dây trên không và đoạn cáp rất bé, vào khoảng 0,1 (tổng trở sóng đường dây khoảng 400÷500Ω, của cáp từ 5÷40Ω). Vì vậy chống sét ống (CSÔ1) chỉ có thể làm việc đảm bảo (phóng điện) khi sét đánh trực tiếp vào đường dây, hay khi sóng truyền từ đường dây trên không có biên độ cao (400÷500kV). Để đảm bảo cho CSÔ1 phóng điện cần dời CSÔ1 về phía trước hoặc đặt thêm trước nó, cách một khoảng vượt, một bộ CSÔ2. Dùng hai bộ chống sét ống CSÔ1 và CSÔ2 nâng cao độ an toàn của sơ đồ.
Nếu trong sơ đồ dấu dây có đặt cuộn cảm để hạn chế dòng điện ngắn mạch, thì cuộn cảm cũng có tác dụng cải thiện điều kiện bảo vệ của sơ đồ chống sét cho máy điện (H.8.1c).
Cuộn cảm làm giảm độ dốc đầu sóng về phía cuộn dây máy điện và tăng cao điện áp về phía đường dây tạo điều kiện dễ dàng cho CSÔ2 hay CSV2
phóng điện (dùng CSV2 trong trường hợp khi không chọn được CSÔ có khả năng cắt dòng điện ngắn mạch lớn ở thanh góp trạm).
Khi đồng thời dùng cả đoạn cáp và cuộn cảm thì khả năng bảo vệ chống sét của sơ đồ cao nhất.
Nói chung, do việc thực hiện sơ đồ chống sét với độ an toàn cao gặp nhiều khó khăn và tốn kém, nên đối với máy phát điện có công suất lớn không cho phép nối trực tiếp vào đường dây trên không. Trong trường hợp không tránh khỏi phải truyền tải công suất ở cấp điện áp máy phát sẽ dùng