MỘT PHA BẰNG HỒ QUANG TRONG LƯỚI CÓ TRUNG TÍNH
CÁCH ĐIỆN
10.1 CHẠM ĐẤT MỘT PHA ỔN ĐỊNH
Loại sự cố thường xảy ra nhất trên đường dây là chạm đất một pha. Xét một hệ thống gồm một MBA có điểm trung tính cách điện và một đường dây (H.10.1).
Hình 10.1 Chạm đất một pha trong lưới có trung tính cách điện (a) và đồ thị véc tơ (b)
Để đơn giản cho tính toán, giả thiết là hệ thống đối xứng nên điện dung của các pha đối với đất bằng nhau CA = CB = CC = C và điện dung giữa các pha cũng bằng nhau CAB = CBC = CCA.
Trong chế độ làm việc bình thường, điện thế của các dây dẫn đối với đất bằng điện áp pha. Khi một pha chạm đất thì sự đối xứng của điện áp không còn nữa. Đồ thị vectơ điện áp và dòng điện (H.10.1b) cho thấy điện thế của pha chạm đất (pha A theo hình vẽ) ở tình trạng xác lập của sự cố trở nên bằng không còn điện thế của các pha không sự cố tăng lên bằng điện áp dây. Dòng điện chạy qua chỗ chạm đất bằng tổng hình học của dòng điện điện dung của các pha không sự cố (tức là các dòng điện qua điện dung CB và CC):
đ B C
I• = I• + I• (10.1)
Trị số tuyệt đối của các dòng điện điện dung đó bằng:
IB = IC = 3 UpωC (10.2) trong đó Up là điện áp pha.
Như vậy trị số tuyệt đối của dòng điện chạm đất bằng:
Iđ = 2 IB cos30o = 2 3 3 2
p
U ωC⋅
Iđ = 3Upω C (10.3)
Do trong hệ thống có điện dung và điện cảm, nên quá trình chuyển từ trạng thái ban dầu (chế độ làm việc bình thường) sang trạng thái xác lập của sự cố là một quá trình dao động quá độ, trong đó điện thế các pha không chạm đất vượt quá trị số lúc xác lập ( 3Up). Trong hệ thống ba pha, quá điện áp do chạm đất một pha bằng hồ quang ổn định có dạng những xung cao tần (chu kỳ ngắn), với biên độ vào khoảng (2,1÷2,2)Up.
Quá trình sẽ trở nên phức tạp nếu chạm đất bằng hồ quang không ổn định, có nghĩa là hồ quang cháy tắt chập chờn. Khi đó quá trình dao động quá độ sẽ kéo dài và trị số quá điện áp phụ thuộc vào tương quan giữa tốc độ phục hồi điện áp ở pha sự cố và tốc độ phục hồi khả năng cách điện của khe phóng điện, khi dòng điện chạm đất qua trị số không (khi hồ quang tắt).
10.2 DIỄN BIẾN CỦA QUÁ TRÌNH CHẠM ĐẤT MỘT PHA
10.2.1 Hồ quang cháy lần thứ nhất
Để có trường hợp xấu nhất, tức quá điện áp có trị số lớn nhất, giả thiết hồ quang chạm đất pha A xảy ra vào lúc điện áp pha có trị số cực đại, ở đây lấy trị số âm UA = – Up
Tại thời điểm đó, trị số tức thời của điện áp pha B và pha C bằng nhau và bằng 0,5Up (H.10.2a) còn điện áp giữa các pha có trị số tức thời bằng:
UAB = UAC = 1,5Up
Hình 10.2 Đồ thị véctơ điện áp (a) và sơ đồ thay thế (b) vào thời điểm chạm đất pha A
Vì pha B và pha C lúc đó ở điều kiện hoàn toàn giống nhau nên trong sơ đồ thay thế (H.10.2b) chúng được ghép song song nhau. Như vậy, lúc xảy ra chạm đất, điện dung 2C chịu một điện áp bằng 0,5Up, còn điện dung 2CAB chịu điện áp bằng 1,5Up. Như đã nói ở trên, ở trạng thái xác lập của sự cố, điện áp trên pha B và pha C tức điện áp trên điện dung 2C sẽ tăng lên bằng điện áp dây, tức bằng 1,5Up.
Nhưng để tiến tới trạng thái ổn định đó phải kinh qua một quá trình quá độ, quá trình này gồm hai giai đoạn:
Giai đoạn thứ nhất (t1) tức thời khi xuất hiện hồ quang chạm đất, xảy ra sự phân bố lại điện tích giữa các điện dung 2C và 2CAB, lúc này đã song song với nhau (H.10.2b). Do đó điện áp trên các điện dung này được cân bằng ngay tức khắc và đạt trị số:
1( ) ( ) o U = 0 5 2 1 5 2 2 , . , . ( ) AB p p AB U C U C C C + + (10.4) 1 ( ) o U = 0,5Up + kUp với k = AB AB C C C+ 1 ( ) o
U - điện áp ban đầu (o) trên các pha không sự cố lúc hồ quang cháy lần thứ nhất (1)
Như vậy tức thời lúc xảy ra chạm đất ở pha A, điện áp trên các pha không sự cố (B và C) nhảy vọt từ trị số 0,5Up lên:
1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
( )
o
U = 0,5Up + k.Up
Đối với lưới 110 kV trở lên, thường C≈ 4CAB⇒k = 0,2 nên điện áp trên pha không sự cố tức thời được nâng lên đến trị số ( )1
o
U = 0,7Up, còn trong lưới 35kV thường C≈ 3 CAB ⇒ k = 0,25, nên trên các pha không sự cố có thể đạt đến trị số ( )1
o
U = 0,75Up.
Giai đoạn thứ hai là quá trình dao động quá độ của điện áp trên các pha không sự cố (B,C) từ trị số ban đầu ( )1
o
U đến trị số xác lập của sự cố là trị số điện áp dây (trong trường hợp này là 1,5Up).
Biên độ của dao động được xác định bằng hiệu số của trị số điện áp lúc ổn định và lúc ban đầu: 1 ( ) gđ U = Uô.đ –Ubđ = 1,5Up – ( )1 o U 1 ( ) gđ
U = 1,5Up – (0,5Up + kUp) = (1 – k)Up (10.5)
Tần số dao động được xác định theo các thông số của mạch dao động (sơ đồ thay thế hình 10.2b):
ω1 = 1
o oL C L C
với: Lo = 1,5L , Co = 2 (C + CAB)