Kỹ thuật cao áp (chương I)

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU

Lịch sử phát triển điện áp truyền tải

Các loại áp lực (stress) tác động lên hệ thống cách điện

Áp lực điện áp

Đặc tính chịu đựng điện áp
Lịch sử phát triển điện áp truyền tải

Cả AC và DC đều sử
dụng cho truyền tải
điện năng

Giá trị điện áp truyền
tải tăng theo thời gian
SO SÁNH HVAC VÀ HVDC

Khoảng cách truyền tải ≥ 600
-800 km: truyền tải DC có tính
kinh tế hơn truyền tải AC

Diện tích đất dành cho truyền tải nhỏ hơn khi truyền tải DC

Lợi ích của việc truyền tải ở điện áp cao
o
Tăng độ ổn định vận hành
o
Giảm tổn thất khi truyền tải


Công suất truyền tải lớn nhất của đường dây ac vận hành ổn
định
L
Z
V
P
2
=
V: điện áp vận hành
Z
L
: tổng trở xung (∼250Ω)
V (kV) 400 700 1000 1200 1500
P (MW) 640 2000 4000 5800 9000
CLZ
L
/=
(đường dây không tổn thất)

Tổn thất trên 1 đơn vị chiều dài đường dây (chỉ xem do điện trở
đường dây gây ra)
2
2
cos







==
ϕ
M
M
L
U
P
rrIP
P
M
: công suất tại đầu nhận
U
M
: điện áp tại đầu nhận

Công suất tại đầu nhận của đường dây truyền tải ngắn không bù (≤ 80
km)
U
G
U
M
I
IX
L
ϕ
δ
ϕ
δϕ
sincos
L

MG
MM
X
UU
IUP ==
Giảm tổn thất bằng biện pháp nâng cao điện áp truyền tải

Phân loại điện áp

Các cấp điện áp ở Việt Nam
Loại Lưới Điện áp
 
  
 

Phân loại điện áp theo qui định của EVN
Loại điện áp Điện áp
 
!<
  "!"
#$%  &!"
'()$%  !*
Áp lực tác động lên hệ thống cách điện
Thiết bị điện-
Hệ thống cách điện
(khí, lỏng, rắn)
Áp lực hóa học
(môi trường)

Áp lực cơ
Áp lực nhiệt
Điện áp thử
nghiệm
Điện áp vận
hành
Quá điện áp
Chống sét van
Dây chống sét
Nhiều loại áp lực tác động đồng
thời lên hệ thống cách điện ⇒
gây thoái hóa cách điện hoặc
phóng điện
Phóng điện
đánh thủng
Quá điện áp
Điện áp thử
nghiệm
Điện áp vận
hành
Phóng điện bề
mặt
Giảm đặc tính
điện
Giảm độ bền cơ
“Kết thúc tuổi
thọ”
Áp lực hóa học
Áp lực nhiệt
Áp lực cơ

Phóng điện cục
bộ
Electrical
treeing
Gia nhiệt
Phóng điện cục
bộ
Water
treeing
Vết rạn nứt
bề mặt
Thoái hóa
hóa học
Thoái hóa
vật lý
Rạn nứt
cách điện
⇒
Hệ thống cách điện phải được thiết kế để chịu được tất cả các
loại áp lực có thể xảy ra trong quá trình chế tạo, thử nghiệm, vận
chuyển, lắp đặt và vận hành với tuổi thọ mong muốn là 30 năm
⇒
Các yếu tố quyết định đến thiết kế thiết bị điện

Các loại áp lực tác động

Độ bền vật liệu

Phối hợp cách điện
Áp lực điện áp


Điện áp vận hành

Quá điện áp do sét đánh

Quá điện áp do thao tác (vận hành)
hệ thống

Quá điện áp do sự cố

Quá điện áp nội bộ (do hệ
thống sinh ra và phụ thuộc
vào thiết kế hệ thống)
Phụ thuộc vào môi trường
* Quá điện áp có tính chất quá độ

Do thiết bị điện luôn chịu tác
động của quá điện áp trong suốt
thời gian hoạt động ⇒ cách điện
của thiết bị phải được thiết kế và
thử nghiệm ở một mức điện áp
lớn hơn điện áp vận hành của
thiết bị theo tiêu chuẩn
Quá điện áp do sét đánh

Nguồn gốc: do sét đánh

Một chiều và tồn tại trong thời gian rất ngắn

Tốc độ gia tăng điện áp lớn


Biên độ và hình dạng xung không phụ thuộc điện áp hệ thống

Trong phạm vi phòng thí nghiệm, xung sét đánh được tạo bởi máy phát xung
(Marx generator)
+$,-./0

+$12)3
4 5)6),0

78()90


:;<.


:<.
Quá điện áp nội bộ

Nguồn gốc: do thao tác (vận hành) hoặc sự cố của hệ thống (chạm đất, ngắn
mạch, đứt dây…)

Tồn tại trong thời gian ngắn, có thể dao động lớn hoặc lưỡng cực

Tốc độ gia tăng điện áp nhỏ hơn xung sét đánh

Biên độ và hình dạng xung phụ thuộc điện áp hệ thống

Trong phạm vi phòng thí nghiệm, xung quá điện áp nội bộ cũng được tạo bởi
máy phát xung (Marx generator)

+$,-./0

+$12)3
4 5)6),0

78()90


:<.


:<.
Đặc tính chịu đựng điện áp của vật liệu

Khi điện áp tác dụng lên hệ thống cách điện đủ lớn ⇒ phóng điện
(một phần hoặc toàn bộ chiều dày cách điện trở nên dẫn điện)
o
Nếu chỉ một phần cách điện dẫn điện ⇒ phóng điện cục bộ
o
Nếu toàn bộ chiều dày cách điện dẫn điện ⇒ phóng điện đánh thủng

Nếu sự phóng điện diễn ra trên bề mặt cách điện rắn trong môi trường
chất khí hay lỏng ⇒ phóng điện bề mặt

Khả năng chịu đựng điện áp lớn nhất của cách điện mà không gây ra
hiện tượng phóng điện đánh thủng hoặc bề mặt ⇒ độ bền điện
Hàm phân phối xác suất

Giá trị điện áp phóng điện của một chiều dày cách điện nhất định là
khác nhau khi lặp lại thí nghiệm đối với cùng điều kiện thí nghiệm


Điện áp phóng điện được xem như phân bố theo một hàm phân phối
xác xuất ⇒ Xác định giá trị U
50
và độ lệch chuẩn

Phân phối chuẩn hoặc phân phối Weibull được sử dụng để xác định
U
50
dU
UU
UP
U































−
−=
∫
∞−
−
2
2
1
exp
2
1
)(
σ
πσ

















−−=
b
U
U
UP
63
exp1)(
Hàm phân phối tích lũy
chuẩn
Hàm phân phối tích lũy
Weibull
Phân phối
chuẩn
Phân phối
chuẩn
Phân phối
Weibull


Tại vùng xác xuất cực nhỏ và cực lớn,
phân phối chuẩn không khớp dữ liệu,
phân phối Weibull khớp hoàn toàn ⇒
sử dụng phân phối Weibull

Nếu chỉ cần xác định U
50
, cả hai loại phân phối cho kết quả như nhau ⇒ sử dụng
phân phối chuẩn hoặc Weibull
Sự phụ thuộc thời gian của điện áp phóng điện xung

Giá trị điện áp phóng điện xung giảm khi thời gian quá điện áp tăng

Thời gian phóng điện phụ thuộc vào tốc độ gia tăng điện áp

Xây dựng được đặc tính điện áp – thời gian của một hệ thống cách
điện xác định ⇒ đặc trưng cho mỗi loại thiết bị cách điện hay cấu trúc

Đặc tính điện áp- thời gian phụ thuộc vào hình dáng điện cực

Điện cực cầu-cầu được sử dụng như thiết bị bảo vệ chống quá điện áp
trong hệ thống điện
Dữ liệu tập
trung cao
Dữ liệu
phân tán
Phối hợp cách điện

Để ngăn ngừa hư hỏng, mức cách điện của các thiết bị trong hệ thống

điện phải lớn hơn biên độ quá điện áp

Biên độ quá điện áp bị giới hạn ở mức bảo vệ bởi các thiết bị bảo vệ

Mức cách điện của thiết bị phải lớn hơn mức bảo vệ khoảng 15-25%
Ví dụ điển hình về phối hợp cách điện cho đường dây và MBA
High voltage animation