Bảo vệ chống sét truyền vào trạm phân phối điện pot

1
Chương 7:
BẢO VỆ CHỐNG SÉT
TRUYỀN VÀO TRẠM
PHÂN PHỐI ĐIỆN
2
7.1 KHÁI NIỆM CHUNG
Trạm được bảo vệ với độ an toàn rất cao, chống sét đánh thẳng bẳng
hệ thống thu sét (cột hoặc dây chóng sét). Ngoài ra trạm còn được bảo
vệ chống sóng quá điện áp do sét gây ra trên đường dây truyền vào
trạm.Vì mức cách điện xung của đường dây lớn hơn mức cách điện
xung của trạm.
Trạm Biến Áp
3
7.2 BIỆN PHÁP VÀ YÊU CẦU
Biện Pháp:
Dùng CSV hoặc thiết bị hạn chế quá điện áp đấu vào thanh
góp của trạm hoặc đấu trực tiếp ngay đầu vào của MBA.
Phối hợp với việc tăng cường bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
cho đoạn đường dây trước khi đến trạm.
Nguyên lý:
Đặc tính vôn-giây của thiết bị bảo vệ phải nằm toàn bộ dưới
(có khoảng dự trữ) đặc tính vôn-giây của thiết bị cần được bảo vệ.
Và điện áp dư phải nhỏ hơn diện áp thử nghiệm xung của cách điện
trong của thiết bị cần được bảo vệ.

Điện áp tác dụng lên cách điện của thiết bị được bảo vệ phụ thuộc
vào vị trí đặt CSV. Điện áp dư của CSV phụ thuộc vào dòng điện
xung qua nó
4


Nếu CSV đặt trực tiếp tại đầu vào của thiết bị được bảo vệ thì
điện áp tác dụng lên cách điện cũng bằng điện áp dư trên CSV.
Nhưng tại trạm, CSV còn bảo vệ cho các thiết bị khác nên giữa CSV
và thiết bị cần được bảo vệ có một khoảng cách nào đó. Do đó, cách
điện còn chịu tác dụng một lượng điện áp gia tăng ΔU.
Sơ đồ bảo vệ một tạm cụt (để có trường hợp nghuy hiểm nhất)
csv
A
B
C
U
0
u = at
l, v, τ = l / v
τ
đs

7.2.1 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa chống sét van và thiết bị
được bảo vệ đến điện áp tác dụng lên cách điện.
7.2 BIỆN PHÁP VÀ YÊU CẦU
5

Chọn gốc thời gian khi sóng đến CSV đầu tiên (A), trong thực tế
thường τ
đs
> τ = 2l / v. Khi CSV làm việc, thì điện áp phóng điện U
p

của CSV sẽ bằng tổng sóng tới và sóng phản xạ.
U

p
= at
p
+ a(t
p
-2τ) = 2at
p
– 2aτ
Suy ra, thời gian từ lúc sóng tới đến vị trí CSV cho đến khi CSV
làm việc:

Tại thời điểm t
p
CSV làm việc cắt sóng tới ở trị số bằng at
p
cho
nên từ phía sau CSV sóng có biên độ at
p
. Vì là trạm cụt nên sóng
quá điện áp sẽ tăng lên gấp đôi. Điện áp lớn nhất tác dụng lên cách
điện MBA:
2
2
p
p
U a
t
a
τ
+

=
max x
2 2
cd p p du tn
l
U at U a U U U
v
= = + ≈ + ∆ ≤
7.2 BIỆN PHÁP VÀ YÊU CẦU
6

Khoảng cách l và độ dốc a càng lớn thì lượng điện áp tăng ΔU
càng cao. Khoảng cách lớn nhất cho phép giữa CSV và thiết bị được
bảo vệ:
( )
x
2
tn p
cp
U U v
l
a
−
≤

Muốn tăng phạm vi bảo vệ cho phép của CSV cần phải giảm độ
dốc của sóng truyền vào trạm. Bằng cách không cho (hạn chế) sét
đánh trực tiếp hoặc phóng điện ngược vào dây dẫn trong đoạn gần
trạm.
U

tnx
:điện áp thử nghiệm xung của cách điện cuathiết bị được bảo vệ
Cụ thể: tăng cường chống sét ( giảm nhỏ góc bảo vệ α ) trên đoạn
đường dây trước khi vào trạm (1 đến 3 km) trong tường hợp có bảo
vệ chống sét trên toàn tuyến. Nếu đường dây không có bảo vệ chống
sét thì phải bảo vệ chống sét trên đoạn đường dây trước khi vào trạm.
Và cả hai trường hợp phải giảm điện trở nối đất của cột điện trên
đoạn đường dây đó.
7.2 BIỆN PHÁP VÀ YÊU CẦU
7
Như vậy sóng chỉ có thể truyền từ đường dây vào trạm sau khi đã
chạy qua khoảng cách được tăng cường bảo vệ đó, và dưới tác dụng
của vầng quang xung làm giảm độ dốc sóng truyền vào trạm.
7.2 BIỆN PHÁP VÀ YÊU CẦU
8
Xét sơ đồ bảo vệ trạm:
csv
Z
i
CSV
U
dư
2u
t
SV
2
t du
C
U U
I

Z
−
=
7.2.2 Ảnh hưởng của dòng điện xung qua CSV đến trị số điện áp dư
của nó.
7.2 BIỆN PHÁP VÀ YÊU CẦU
U
t
: biên độ sóng quá điện áp truyền tới trạm
U
dư
: điện áp dư trên CSV khi dòng điện xung
qua nó bằng trị số dòng điện phối hợp
9
Nếu đường dây không được tăng cường bảo vệ ở đoạn tới trạm thì
khi sét đánh vào cột, nơi đặt CSV.
SV
du
C s
c
U
I I
R
= −
csv
U
du
R
c
I

s
i
CSV
7.2 BIỆN PHÁP VÀ YÊU CẦU
Ví dụ: Với PBC-110 thì U
dư
= 376kV tương
ứng I
ph
= 10kA
Nếu I
s
= 100kA, R
c
= 10Ω thì
I
CSV
= 100 – 367/10 = 63,3kA » I
ph
= 10kA

Như vậy, dòng điện qua CSV vượt quá xa giới hạn của
dòng điện phối hợp. Hư hỏng CSV là điều khó tránh khỏi.
10
7.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ BẢO VỆ TRẠM

CSÔ
2
có nhiệm vụ bảo vệ máy cắt điện đường dây trong trường
hợp máy cắt đã ở trạng thái cắt mà đường dây vẫn còn quá điện áp.

1- Đối với đường dây cột xà gỗ
csô
1
csô
2
MC
csv
MC
csv
a)
b)

CSÔ
1
dùng để hạn chế biên độ của sóng truyền vào trạm và bảo
vệ cách điện đường dây. Điện áp trên dây dẫn sau khi CSÔ
1
làm việc
U
DD
= I
csô
.R
csô
11
7.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ BẢO VỆ TRẠM
2- Đối với đường dây cột thép ( hoặc bê tông cốt thép) không treo
dây chống sét trên toàn tuyến, có sơ đồ bảo vệ ở đoạn gần tới trạm
tương tự như đường dây cột gỗ. Nhưng không đặt CSÔ
1

, biên độ của
sóng truyền vào được giới hạn bởi mức cách điện xung của chuỗi sứ.
3- Đối với đường dây cột thép ( hoặc bê tông cốt thép) được bảo vệ
bằng dây chống sét trên toàn tuyến thì chỉ cần tăng mức an toàn trong
đoạn tới trạm bằng cách giảm góc bảo vệ α (<20
0
) và giảm trị số điện
trở nối đất tới mức cần thiết.
12
7.4 THAM SỐ TÍNH TOÁN CỦA SÓNG SÉT TRUYỀN VÀO
TRẠM VÀ CÁCH TÍNH CHỈ TIÊU CHỊU SÉT CỦA TRẠM
7.4.1 Tham số của sóng truyền vào trạm
7.4
csv
x
A
B
τ
đs
a
U
0

Biên độ lấy bằng mức cách
điện xung của cách điện điện
đường dây trong khoảng cách
được tăng cường bảo vệ U
0
=
U

0,5
.

Độ dốc đầu sóng chọn theo khả năng nguy hiểm nhất có thể. Tại
nơi sét đánh (A) sóng có dạng nguy hiểm nhất: đầu sóng vuông góc.
Khi truyền đến trạm, dưới tác dụng của vầng quang xung nên độ dốc
của sóng giảm.
13
7.4.1 Tham số của sóng truyền vào trạm
s 0d
x
BU
c
τ
=
Thời gian đầu sóng tại trạm (B)
0
s

x
d
U
c
a
B
τ
⇒ = =
Độ dốc đầu sóng
B - hệ số biến dạng đầu sóng dưới tác dụng của vầng quang xung,
tính theo 1/kV.

x - khoảng cách giữa nơi bị sét đánh và trạm, km
c = 0.3km/μs - khoảng cách giữa nơi bị sét đánh và trạm, km
14
7.4.2 Tính chỉ tiêu chống sét của trạm do sóng truyền vào.

Với một trạm phân phối đã cho, xác định được vị trí đặt CSV, tức
là biết khoảng cách từ CSV đến thiết bị bảo vệ. Từ đó xác định được
độ dốc đầu sóng cho phép a
cp
.
Suy ra chiều dài tới hạn của khoảng cách tới trạm phải được tăng
cường bảo vệ:
th
cp
c
x
a B
=
csv
x
th
A
B
τ
đs
a
cp
U
0


Nếu sét đánh ngoài x
th
thì sóng sau khi truyền qua x
th
vào trạm,
không còn nguy hiểm cho trạm vì độ dốc đầu sóng < a
cp
. Ngược lại,
sét đánh trong x
th
đều xem như nguy hiểm ( > a
cp
).
15
7.4.2 Tính chỉ tiêu chống sét của trạm do sóng truyền vào.
1- Nếu đường dây được bảo vệ bằng dây chống sét trên toàn tuyến
hoặc chiều dài của phần đường dây được bảo vệ bằng dây chống sét
lớn hơn x
th
. Khả năng xuất hiện quá điện áp được đặc trưng bởi số lần
phóng điện trên cách điện đường dây trong đoạn x
th
trong một năm.
( )
( )
3
s 2 3 4
4 4
6 10 1 1
c c

pd c th p p p
kv kv
h h
N h m n x v v v v v
l l
α α
−
 
 
 
 
= × × × × + − + − +
 
 
 ÷
 
 
 
 
2- Nếu đường dây chỉ được bảo vệ bằng dây chống sét trên một đoạn
có chiều dài x < x
th
trước khi đến trạm, thì số lần sét đánh nguy hiểm
trong đoạn x
th
còn phải kể thêm mọi trường hợp sét đánh vào dây dẫn
trong đoạn x
th
– x.
( )

( )
( )
3
s 2 3 4
3
DD
4 4
6 10 1 1
6 10
c c
pd c th p p p
kv kv
th
h h
N h m n x v v v v v
l l
h m n x x
α α
−
−
 
 
 
 
= × × × × + − + − +
 
 
 ÷
 
 

 
 
+ × × −
16
7.4.2 Tính chỉ tiêu chống sét của trạm do sóng truyền vào.
Vậy chỉ tiêu chịu sét theo khả năng quá điện áp do sóng tuyền vào
trạm đấu với m đường dây được xác định theo:
1
1
m
pdi
i
M
N
=
=
∑
M là số năm bình quân xảy ra một lần quá điện áp do sóng truyền vào
nguy hiểm cho cách điện trạm.