Kỹ thuật cao áp : Bảo vệ chống sét trạm biến áp part 2 ppt

Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện
Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.

10
và chu kì
TCZ
TC
==22



Nh vậy sẽ trở về trờng hợp đã đợc nghiên cứu trong mục
Đ 4-5, điện áp cực đại trên điện
dung phụ thuộc vào tỷ lệ
T
ds

(công thức 4-34).
Trong trờng hợp này vì độ dài đầu sóng

ds
du
U
a
= nên:
dựa vào hình 17-9 để xác lập quan hệ giữa điện
áp cực đại trên cách điện
U
U
cd
du

.max
theo
2a
U
du

ứng
với các trị số khác nhau của
T
C
/

(hình 9-8).
Nh đã trình bày ở trên, sơ đồ thay thế này
chỉ đợc dùng khi
T
C
/

> 2 còn khi T
C
/

<2 thì
điện áp trên cách điện sẽ gần bằng trị số nh
trong trờng hợp
C
=
0
và xác định theo (9-7).

So sánh kết quả thu đợc trên hai sơ đồ có
vị trí chống sét và thiết bị đổi chỗ cho nhau thấy
rằng, khi thiết bị đặt trớc chống sét van thì điện
áp trên cách điện sẽ là một đỉnh nhỏ xếp chồng
lên điện áp d của chống sét van.
Điện áp cực đại trên cách điện phụ thuộc vào độ dốc sóng tới và có thể vợt quá hai
lần trị số điện áp chọc thủng (hoặc điện áp d) của chống sét van. Tăng trị số điện dung của
cách điện sẽ làm giảm điện áp nhng không nhiều.
Khi vật đợc bảo vệ đặt phía sau chống sét van, điện áp trên cách điện có dạng dao
động tắt dần quanh trị số điện áp d. Tăng điện dung sẽ làm tăng điện áp trên cách điện
nhng nó không vợt quá hai lần trị số điện áp d của chống sét van.


Đ9-3. Điện áp trên cách điện trong sơ đồ có cáp ở đoạn tới trạm.












Hình 9-8
Quan hệ
U
U

a
U
cd
du du
.max
2







ứng với các
trị số khác nhau của
TC /

( theo sơ đồ
bảo vệ hình 22-4b). Khi xây dựng đờng
cong ứng với
TC
C

==00() đã giả thiết
UU
ct du
=
du
Cd
U

U
max

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0


0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

0
T
=8
4 2 1 0

Udu
a

2
Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện
Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.

11
ở các nhà máy thuỷ điện thờng dùng đoạn cáp dài hàng trăm mét nối từ trạm biến áp
tới trạm phân phối ngoài trời (hình 9-9).
Trong trờng hợp này sẽ xảy ra phản xạ
nhiều lần của sóng trong đoạn dây
l
cũng nh trong đoạn cáp
l
cs
do đó quá
trình tính toán sẽ rất phức tạp. Trớc hết
hãy nghiên cứu sự phản xạ nhiều lần khi
chống sét van cha phóng điện. Vì ở
trạng thái sóng máy biến áp là một phụ
tải không lớn nên cuối đoạn cáp đợc
xem nh hở mạch và dùng phơng pháp
đặc tính để tính toán về phản xạ nhiều
lần.
Hình 9-10 cho kết quả tính toán khi
Z
Z
c
ds c
==005 05,, ,

và


= 01,
c

. Các quan
hệ này ứng với các số liệu thờng gặp trong thực tế
ZZ slm
cdsc
=
==
=
25 500 2 600

,,,



và
l
m= 120 .
Từ hình vẽ cho thấy, điện áp ở đầu và cuối cáp thực tế bằng nhau và tăng rất
chậm. Điện áp nơi đặt chống sét van lúc đầu bằng điện áp sóng tới, khi có phản xạ từ cáp trở
về thì nó giữ không đổi cho tới khi kết thúc giai đoạn đầu sóng ( của sóng tới) và sau đó sẽ
giảm rất nhat tới mức điện áp ở đầu cáp.
Do đó chống sét van chỉ có thể phóng điện hoặc ngay ở giai đoạn đầu sóng ( của
sóng tới) hoặc sau một số lớn các lần phản xạ - lúc mà điện áp tại các điểm 1, 2, 3 thực tế
bằng nhau.
Để chống sét van phóng điện ngay trong giai đoạn đầu phải đạt điều kiện
a
al
v
U
ct

=> . Thay trị số
a
U
t
ds
=

sẽ đợc:









Hình 9-9
Sơ đồ trạm biến áp có đặt cáp
ở đoạn tới trạm

l
l
C
Z
Z
C

3
1

U
t

Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện
Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.

12

l
vU
U
ds t
ct
>


(9-10)
Với trạm 110kV có
UkVU kV
tct
=
=650 285, và khi chiều
dài đoạn tới trạm > 1km có


ds
s> 12,
, nh vậy sẽ tính đợc
l
m> 160 .

Trờng hợp này ít gặp trong thực tế,
thờng chống sét van chỉ làm việc sau
khi cáp đã đợc nạp điện ( điện áp trên
nó và chống sét van bằng nhau) với thời
gian
t
pc
>

. Do cáp đặt giữa hai môi
trờng có tổng trở sóng lớn hơn của nó
rất nhiều, đặc biệt một trong chúng (
của máy biến áp) có thể xem nh lớn
vô cùng nên có thể thay thế cáp bằng
điện dung có trị số:

C
l
vZ Z
c
c
cc
c
c
==


Sơ đồ thay thế có dạng nh trên hình 9-
11a (phía máy biến áp để hở mạch). Sau khi

phóng điện, điện áp trên chống sét van giữ
không đổi và bằng trị số điện áp d do đó có thể
xem chống sét van nh nguồn điện áp dạng sóng
vuông góc ( lấy theo dạng sóng vuông góc vì
điện áp ở đầu và cuối cuả cáp không có liên
quan nhiều đến độ dốc sóng tới - nghĩa là có thể
dùng dạng sóng bất kỳ sao cho tính toán đợc
đơn giản).
Sơ đồ tình toán hình 9-11b là mạch dao
động quen thuộc với điều kiện là khi đóng
nguồn (lúc chống sét phóng điện) điện áp ban
đầu
U
0
trên dung đã đạt tới mức
UU
ct du

nên
UU
du0

đồng thời dòng điện trong mạch có trị
số
I
0
0 .

Hình 9-10
Điện áp trên các điểm của sơ đồ hình 9-9
và dòng điện trên đờng dây.














Hình 9-11

Sơ đồ thay thế của sơ đồ
trạm biến áp hình 9-9

0 2 4 6 8 10 12 14 16
1,0

0,8

0,6

0,4

0,2
U
C
t

I
0
1 3
2
U
t
i
t

Z
U
t

t
U
U

t
i
i
2
t
p

t/

0

C
0
=
C
C
z


l
Z
C
C
pB

U

t
I
0
U
0
a)
b)
L
=Z


Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện
Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.

13
Có thể từ đờng cong của hình 9-10 để xác định trị số
I
0
nếu cho tới lúc chống sét van
phóng điện cha có xuất hiện sóng phản xạ từ nơi bị sét đánh ( địa điểm bị sét đánh khá xa
nơi đặt chống sét van), hoặc tính gần đúng trị số
I
0
theo công thức :

I
UU
Z
tdu
0

2
=

(9-11)

U
t
là trị số điện áp sóng tới lúc chống sét van phóng điện.
Có thể xác định thành phần dao động của điện áp trên điệndung từ phơng trình cân
bằng năng lợng:

LI
CU
gd
0
2
2
22
=

Do đó điện áp tổng trên điện dung và cũng là trên cách điện sẽ có trị số:

UU U I
L
C
l
ccddu
c
=++
0

sin

( 9-12)
Trị số điện áp cực đại trên cách điện:

()
UU
UU L
C
UUU
LZ
lZ
cd du
tdu
c
du t du
c
s
.max

.
.
+

=+
2
2
2
2
( 9-13)

( ở đây lấy
v
v
c

2
)

Điện áp trên cách điện phụ thuộc nhiều vào biên độ sóng tới và tổng trở sóng của
đờng dây vì chúng ảnh hởng đến trị số dòng điện và biên độ điện áp của dao động. Điện áp
trên cách điện tăng khi tăng chiều dài đoạn dây nối
l
.

Tăng chiều dài của cáp ngợc lại sẽ làm giảm điện áp trên cách điện vì điện dung C
c

tăng sẽ làm giảm biên độ dao động.
Điện áp trên cách điện còn phụ thuộc vào độ dài của sóng tới vì trong (9-13) U
t
là trị
số tức thời của sóng tới khi chống sét van phóng điện.
Khi có sóng cực ngắn, chống sét có thể không làm việc và điện áp trên cách điện sẽ bé
hơn so với trị số
U
du
của chống sét van.

Đ9-4. Nghiên cứu bảo vệ chống sét ở các trạm thực tế.

ở các mục trên ( chủ yếu là mục Đ9-2 ) đã nghiên cứu quá trình sóng và điện áp trên
cách điện trong trạm đơn giản. Đối với các trạm phức tạp có sơ đồ nối dây khác nhau, việc
xác định điện áp trên cách điện ứng với các trị số khác nhau của độ dốc sóng tới ( biên độ
sóng tới lấy bằng mức cách điện xung kích của đờng dây) đợc tiến hành bằng phơng pháp
tính toán dựa theo quy tắc sóng đẳng trị (mục
Đ4-7) hoặc tiến hành nghiên cứu trên mô hình.
Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện
Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.

14
Trong các trờng hợp này sơ đồ trạm thực tế đợc thay thế bằng sơ đồ đẳng trị ở trạng
thái sóng, mọi thiết bị điện trong trạm đợc biểu thị bởi các điện dung tập trung cho ở bảng
9-1.


Bảng 9-1
Điện dung tơng đơng của thiết bị điện 35 ữ 220kV.
Tên thiết bị Đặc tính thiết bị Điệndung (pF)
Giới hạn Trị số trung bình
Máy biến áp điện
lực
Có bù điện dung, công
suất lớn.
Không bù điện dung,
công suất bé

1000 ữ 3000

300 ữ 1000

1500

500
Máy biến áp đo
lờng
Máy cắt điện

ở trạng thái đóng
ở trạng thái mở
200 ữ 500
300 ữ 800
200 ữ 500
300
500
300
Dao cách ly
ở trạng thái đóng
ở trạng thái mở
40 ữ 80
30 ữ 60
60
40
Cách điện xuyên
tổn hao
Kiểu tụ điện
Kiểu khác
150 ữ 300
100 ữ 200
200
150

Thanh góp và dây nối trong trạm đợc thay thế bằng mạch gồm nhiều phần tử dạng
hình , mỗi phần tử ứng với đoạn thanh góp ( dây nối) dài 5 hoặc 10m. Điện cảm và điện
dung của phần tử hình đợc chọn theo trị số của tổng trở sóng. Trong tính toán thờng lấy
Z = 400 ,
vm
s
= 300 /

nên điện cảm và điện dung trên đơn vị dài sẽ bằng:

L
Z
v
Hm',/==133



C
Z
pF m
l
',/
.'
==
1
833

Sơ đồ đẳng trị cản đợc đơn giản hoá theo các nguyên tắc sau đây:
Chọn theo điều kiện tính toán nguy hiểm nhất, nặng nề nhất đối với cách điện của

trạm. Ví dụ trạm có nối với hai đờng dây thì giả thiết sóng đi vào một đờng còn đờng kia
hở mạch.
Tập trung điện dung vào các điểm nút chính cần xét nh điểm đặt dao cách ly
đờng dây, thanh góp, điểm đặt máy biến áp, chống sét van v.v. Điện dung đợc phân bổ
Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện
Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.

15
về các điểm nút gần nhất theo định luật mômen tức là phân làm hai phần tỷ lệ ngợc với
khoảng cách tới các điểm nút gần đó.

Hình 9-12
Lập sơ đồ toán tính truyền sóng trong trạm biến áp

Hình a sơ đồ nối dây của trạm.
Hình b sơ đồ đẳng trị ở trạng thái sóng.
Hình c, d sơ đồ tính toán, ứng với trờng hợp sóng vào trạm
từ một đờng dây (1 hoặc 2) của đờng dây kia hở mạch.


Hình 9-12 cho ví dụ về cách lập sơ đồ đẳng trị của trạm 110kV để dùng cho tính toán
hoặc nghiên cứu trên mô hình. Hình a và b là sơ đồ nối dây của trạm và sơ đồ đẳng trị ở trạng
thái sóng. Hình c và d là sơ đồ đã đợc đơn giản hoá và chọn theo điều kiện tính toán nặng
nề nhất ( sóng vào từ một đờng dây còn đờng kia hở mạch).
Mục đích của tính toán cũng nh thực nghiệm trên mô hình là để kiểm tra an toàn đối
với cách điện của trạm biến áp ( theo sơ đồ cụ thể của nó) khi sóng tới có độ dốc xác định
hoặc khi cho độ dốc thay đổi để tìm giới hạn về độ dốc an toàn đối với cách điện của trạm, từ
đó tính toán chỉ tiêu chịu sét nh đã nêu ở
Đ9-1.

Việc kiểm tra an toàn đối với cách điện của trạm đợc tiến hành bằng cách so sánh
điện áp ở tất cả các điểm cần xét vơí các giới hạn cho phép. Vì trạm đợc bảo vệ với dộ an
pB
T
l
1

l
2

l

1
I 7 7 10 II 10 6 4 III

60 500 60 60 300 p9
IV
10 7 7 10 V
10
10

60 500 60 1500
l2 VI 7 7 10

60 500 60
l
1
I 24 II 44 V

750
450 20 1920

III

280
p
B
l2

VI 34 IV 34 V

500

500 30 1810

340
p
B
b)
c)
d)
a)
Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện
Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.

16
toàn rất cao (chỉ tiêu chịu sét đạt hàng trăm hoặc hàng ngàn năm) nên suốt trong thời gian sử
dụng thiết bị, quá điện áp nguy hiểm chỉ xuất hiện khoảng vài ba lần. Do đó có thể không
cần xét đến hiệu ứng tích luỹ của quá điện áp và có thể lấy trị số điện áp thí nghiệm xung
kích để biểu thị giới hạn cho phép của cách điện.
Phân tích kết quả tính toán ở các mục
Đ9-2 và Đ9-3 cho thấy, điện độ trên cách điện là
một sóng dài, biên áp bằng điện áp d của chống sét van trên đó có chồng hoặc dao động tần
tắt dần hoặc đỉnh xung ngắn. Do đó phải so sánh với trị số điện áp thí nghiệm cả khi toàn
sóng cũng nh khi sóng tắt.
Đối với máy biến áp, dựa trên kết quả thực nghiệm đã xây dựng đợc đờng cong
chịu điện áp nh trên hình 9-13. Để cách điện
của máy biến áp đợc an toàn, đờng cong
điện áp tác dụng lên nó phải hoàn toàn nằm
dới đờng cong chịu điện áp. Hình 9-14 cho
ví dụ kiểm tra đối với máy biến áp 220kV. Từ
các đờng cong này thấy rằng; đối với sơ đồ
hình 9-4 chỉ cần so sánh điện áp trên cách

điện với điện áp thí nghiệm khi sóng cắt còn sơ
đồ hình 9-9 thì so sánh với điện áp thí nghiệm
khi toàn sóng.
Đối với cách điện ngoài cần phải so
sánh điện áp trên cách điện với cờng độ xung
kích đảm bảo vì còn phải xét đến sự khác nhau
về điều kiện khí hậu trong thí nghiệm và vận
hành. Nh đã trình này ở chơng X, cờng độ
xung kích đảm bảo của cách điện ngoài thờng
lớn hơn điện áp thí nghiệm xung kích của máy
biến áp nên điều kiện an toàn đối với cách điện ngoài thờng đợc thoả mãn dễ dàng.










Hình 9-14

Hình 9-13
Đờng cong chịu điện áp của các máy
biến áp có điện áp định mức khác nhau.
1. UkVU kV
dm
==220 1000,.
max

2.
UkVU kV
dm
==110 550,.
max

3.
UkVU kV
dm
==35 225,.
max


2 4 6 8 10 s
t
max
U
U
1,2

0,8

0,4

0
3
1,2
2,3
1
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 s
1000

800

600

400

200

U
d

kv
1
3
2
4
Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện
Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.

17
Kiểm tra an toàn đối với cách điện máy biến áp 220kV.
Đờng cong chịu điện áp ; 2. Điện áp trên cách điện theo
sơ đồ hình 9-4a ; 3. Điện áp trên cách điện theo sơ đồ hình 9-4b;
4. Điện áp trên cách điện theo sơ đồ hình 9-9.