BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO MÁY ĐIỆN QUAY
8.2.2 Sự truyền sóng qua cuộn hạ áp theo đường điện từ
trong đó U1 lấy bằng điện áp dư của chống sét van bảo vệ cuộn dây điện áp cao của máy biến áp, bỏ qua dao động cao tần xếp chồng lên điện áp dư vì chu kỳ dao động bé hơn nhiều so với hằng số thời gian T của sơ đồ, nói một cách khác, dao động cao tần này không truyền qua cuộn dây máy biến áp:
T = (C12' .l + C2' .l + C)Z
với Z là tổng trở sóng của cuộn dây máy phát.
U2 tính theo công thức này cho kết quả lớn hơn trong thực tế, do phân bố điện áp ban đầu (theo điện dung) rất không đồng nhất, điện áp giảm rất nhanh khi càng xa đầu vào của cuộn dây (nên có thể coi như chỉ có một phần nhỏ của điện dung C12' và C2' tham gia vào việc truyền sóng). Hình 8.3 cho thấy điện áp chỉ có giá trị đáng kể trên khoảng 1/5 cuộn dây tính từ đầu vào, có nghĩa là thực tế chỉ khoảng 1/5 trị số của C12' + C2' tham gia vào quá trình truyền sóng. Do đó ảnh hưởng của điện dung C đến việc giảm trị số U2 lớn hơn theo công thức trên.
Ví dụ: nếu C = C12 + C2 thì U2 không phải chỉ giảm đi hai lần theo như công thức trên mà thực tế giảm đi gần 5-6 lần. Do đó trong loại sơ đồ này chỉ cần nối vào cực máy phát một đoạn cáp ngắn khoảng vài ba chục mét thì U2
đã có thể giảm tới trị số tuyệt đối an toàn cho cách điện của máy phát điện. Trong trường hợp máy phát đấu vào máy biến áp qua một đoạn đường dây trên không đã được bảo vệ an toàn chống sét đánh thẳng, thì vẫn còn tồn tại khả năng nguy hiểm cho cách điện máy phát do quá điện áp cảm ứng. Để giảm quá điện áp cảm ứng trong trường hợp này, người ta đấu song song với máy phát điện một tụ điện với điện dung từ 0,1-0,5µF, điện dung này có tác dụng giảm điện áp truyền theo đường điện dung.
8.2.2 Sự truyền sóng qua cuộn hạ áp theo đường điện từ
Sự truyền sóng theo đường điện dung quyết định sự phân bố điện áp dọc theo cuộn dây lúc ban đầu. Sau khoảng vài ba micro giây thì xuất hiện quá trình dao động riêng trong cuộn dây điện áp cao và tương ứng bên cuộn dây điện áp thấp sẽ xuất hiện điện áp do hiện tượng hỗ cảm giữa các cuộn dây, trong đó sóng điều hòa bậc một đóng vai trò chủ yếu.
Hình 8.4 Sơ đồ thay thế để phân tích quá trình truyền thống sóng theo đường điện từ qua các cuộn dây MBA
Như vậy, trong sơ đồ thay thế, điện cảm các cuộn dây là các thông số chủ yếu. Trong đó,
L1và L2 là điện cảm tản của các cuộn áp cao và áp thấp.
Lµ - điện cảm từ hóa (Lµ? L1 + L2)
K1 - hệ số biến đổi của các cuộn dây của máy biến áp
C - điện dung tổng phía áp thấp gồm cả điện dung C2 của cuộn áp thấp và của mạch ngoài.
Z - tổng trở sóng của cuộn dây máy phát điện và của đoạn dây nối giữa máy phát điện và máy biến áp.
r - điện trở tác dụng, để tính đến các tổn hao trong sơ đồ.
Nếu điện dung C = 0 thì khi ở phía sơ cấp có sóng vuông góc biên độ U1
tác dụng thì trên cuộn thứ cấp xuất hiện điện áp: U2 = K1.U1 (1 – e–t/T)
với: T = L1 L2
Z
+
U1 - cũng được lấy bằng điện áp dư của chống sét van, lý do như đã trình bày ở phần trên.
Điện cảm tản của máy biến áp tính đổi về phía hạ áp theo:
L1 + L2 = 31 4 31 4 % . , K dm dm e U I ×
với: eK% - điện áp ngắn mạch %; Uđm - điện áp định mức, kV Pđm - công suất định mức, kVA.
Ví dụ: máy biến áp: 121/11kV; Pđm=31500kVA, có L1 + L2 =10-3H. Tổng trở sóng của máy phát điện cùng công suất Z≈40Ω, do đó tính được T=25µs. Điện
áp ở đầu vào cuộn áp cao của máy biến áp lấy bằng Udư của chống sét van bảo vệ trạm.
Thực tế, C≠ 0 nên sẽ có dao động riêng với tần số
1 2
1
(L L C)
ω =
+ xếp
chồng lên thành phần K1U1. Điện áp lớn nhất theo lý thuyết có thể đạt tới 2K1U1. Tuy nhiên trong thực tế dao động riêng này tắt rất nhanh và nếu Z <
1 2
1 2
L L
C
+ thì dao động riêng sẽ bị triệt tiêu hoàn toàn. Trong ví dụ trên điều kiện này được thực hiện khi:
C < 1 2 3 2 2 10 4 4 16 10 L L Z − + = × × = 0,15 µF
Trong thực tế, phần lớn các trường hợp, điều kiện này được thỏa mãn dễ dàng, chỉ khi điện dung ở thanh góp điện áp máy phát quá lớn thì dao động mới phát triển và điện áp trên cực máy phát điện có trị số cao. Như vậy thường điện áp truyền theo đường điện từ xuất hiện trên cực máy phát ít khi vượt quá K1U1 .
Nếu dao động riêng trong cuộn hạ áp bị triệt tiêu hoàn toàn thì chỉ cần bảo vệ phía cao áp của máy biến áp bằng chống sét van thích hợp, còn phía máy phát không cần bất kỳ loại bảo vệ nào. Ví dụ máy biến áp 121/11 kV có
K1= 1/11 nếu phía cao áp được bảo vệ bằng chống sét van từ có Udư = 265 kV
thì điện áp cực đại xuất hiện ở cuộn dây máy phát U2max = K1Udư = 265/11 = 24
kV. Điện áp này không gây nguy hiểm cho cách điện máy phát điện.
Tóm lại, khi máy phát điện liên hệ với đường dây trên không qua máy biến áp, thì có thể không cần một biện pháp bảo vệ chống quá điện áp khí quyển riêng cho máy phát điện, trừ trường hợp máy phát điện có công suất bé (Z lớn) và điện dung thanh góp điện áp máy phát lớn mới cần bảo vệ bằng chống sét van thích hợp.
Chương 9