Giáo trình Cao áp - Chương 17

Phần III

Chơng 17 : Cách điện của đờng dây tải điện trên không v trạm
biến áp
1


Kỹ thuật điện áp cao PDF by
Chơng 17 : Cách điện của đờng dây tải điện trên không v trạm
biến áp

17.1. Cách điện của đờng dây tải điện trên không
17.1.1. Yêu cầu chung đối với cách điện của đờng dây trên không
9 Các dây dẫncủa đờng dây trên không phải cách điện với nhau (giữa các pha) và cách điện đối với đất (cách
điện giữa pha với đất). Để tyhực hiện sự cách điện đó dây dẫn đợc đặt hoặc treo trên cột bằng các cách điện
sứ hoặc thủy tinh còn ở trong khoảng vợt ỡe dựa vào cách điện của không khí. Khi xuất hìện qúa điện áp khi
quyển hoặc quá điện áp nội bộ các phóng điên trn cách điện của đờng dây dẫn đến sự cố ngắn mạch ờ cột
điện. Tại các cột, các phóng điện này sẽ xảy ra men của cách điện hoặc chọc thủng khoảng không khí giữa
dây dây dẫn tới các bộ phận khn loại của cột.
9 Để hạn chế hoặc loại trừ các phóng điện nói trên, cần phải nâng cao mức cách điện của đờng dây nh tăng
số cách điện trong chuỗi hoặc tăng khoảng cách không khí. Tuy nhiên việc tăng cờng cách điện sẽ làm tăng
giá thành dựng đờng dây do phải tăng kíh thớc cột và tăng số cách điện trong chuỗi.
9 Hiện nay ngoài biện pháp tăng cờng cách đện còn có các biện pháp nh dùng thiết bị chống sét để hạn chế
trị số quá điện áp hoặc các thiết bị tự động)cuộn dập hồ quang, tự động đóng lại) có khả năng loại trừ sự cố
nhanh chóng đảm bảo cung cấp điện liên tục.
9 Trong việc chọn cách điện của đờng dây trên không thờng xuất phát từ các yêu cầu sau đây :
* Cách điện của đờng dây phải chịu đợc tác dụng của đa số các loại quá diện áp nội bộ trừ một vài loại
có biên độ quá lớn nhng xác suất xuất biện bé. ĐốI với các đờng dây điện áp khác nhau dựa theo kết
quả tính toán và thí nghiệm đã quy định đợc trị số quá điện áp nội bộ tính toán và trên cơ sở đó tiến

hành chọn cách điện của đờng dây
* Đối với yêu cầu của quá điện áp khí quyển phải giải quyết sao cho đợc hợp lý về kinh tế và kỹ thuật. ở
các đờng dài 110 kV trở lên yêu cầu này đợc thỏa mãn dề dàng vì cách điện đờng dây khi chọn theo
yêu cầu của quá điện áp nội bộ đã có đợc mức cách điện xung kinh rất cao chỉ cần có các biện pháp
bảo vệ chống sét tơng đối đơn giản là đủ đảm bảo cho đờng dây có múc chịu sét cao.
9 Ngợc lại với các đờng dây 35 kV và điện áp thấp hơn để thỏa mãn yêu cầu của quá điện áp khí quyển cách
điện phải tăng rất cao và nh
vậy sẽ rất tốn kém. Bởi vậy câch điện của đờng dây chỉ cần chọn tới mức cần
thiết hợp lý kết hợp với một số biện pháp khác để hạn chế số lần sự cố do sét gây nên nh cải thiện nối đất cột
điện, dùng cuộn dập hồ quang v.v.
17.1.2. Cách điện của đờng dây tại cột điện
9 Các dây dẫn của đờng dây tải điện trên không phải đợc đặt cách điện đối với nhau và đối với đất. Để thực
hiện cách điện này ngời ta treo các dây dẫn tại các vị trí cột trên các cách điện sao cho đảm bảo khoảng cách
nhất định giữa các dây dẫn cũng nh giữa từng dây dẫn đối với đất. Nh vậy cách điện của đờng dây tải điện
trên không trong khoảng vợt đợc đảm bảo bằng khoảng cách trong không khí dây dẫn - dây dẫn, dây dẫn -
đất và dây dẫn - dây chống sét.
9 Tại cột điện cách điện đờng dây tải điện trên không bao gồm các cách điện và khoảng cách không khí. Nếu
cột sắt, đó là khoảng cách giữa dây dẫn (hoặc các phụ kiện bảo vệ của dây dẫn) với cột.


Phần III

Chơng 17 : Cách điện của đờng dây tải điện trên không v trạm
biến áp
1


Kỹ thuật điện áp cao PDF by

Cột điện của đờng dây tải điện trên không :
a) cột sắt đờng dây 750 kV.
b) Cột gỗ đờng dây 110 kV.
9 Cột bê tông cốt thép trong mối tơng quan cách điện cũng tơngtự nh là cột sắt vì các đai ốc để treo chuỗi
cách điện đợc nối với hệ thống nối đất của cột điện. Các đờng dây dùng cột gỗ thì ngoài các cácg điện cột
và xà gỗ đóng vai trò cách điện bổ sung.
9 Cách điện đờng dây gồm thành phần điện môi bộ phận kim loại (làm mũ và chân) và vật iệu gắn kết giữa điện
môi với bộ phận kim loại. Điện môi sử dụng để chế tạo cách điện của các đờng dây tải điện trên khôngphải có
đặc tính cơ giới cao vì chúng là các phần tử phải chịu các tải trọng cơ học rất lớn. Các cách điện của đờng dây
truyền tải điện phải chịu tác động của tải trọng của dây dẫn hàng tấn, đôi khi đến hàng chục tấn. Các cách
điện đở thanh góp tại các trạm phân phối chịu các lực cơ học điện động rất lớn xuất hiện khi xảy ra ngắn mạch.
Điện môi cũng phải có độ bền cách điện cao, cho phép chế tạo các cách điện có độ tin cậy làm việc cao và
kinh tế. Chúng cúng phải là những vật liệu không hút ẩm và không biến tính dới tác động của các yếu tố khí
hậu.
9 Sứ và thuỷ tinh đáp ứng hầu hết các yêu cầu trên. Cách điện chế tạo bằng sứ hoặc thủy tinh có cờng độ cách
điện cao, độ bền cơ giới lớn vâ chịu đựng đợc các tác động của môi trờng khí quyển.
9 Cờng độ cách điện của sứ trong điện trờng đồng nhất chiều dày của mẫu sứ 1,5mm có thể đạt tới 30- 40
kV/mm. Khi độ dày tăng, cờng độ cách điện có giảm và nếu là điện trờng không đồng nhất thi nó còn giảm
bé hơn nữa. Độ bền điện của thuỷ tinh trong điều kiện tơng tự đạt 45 kV/mm. Cờng độ cách diện xung kích
của sứ cao hơn so với trị số xoay chiều khoảng 50 - 70%.
9 Độ bền cơ giới của sứ và thuỷ tinh phụ thuộc vào dạng tải trọng cơ giới. Sứ làm việc rất tốt khi bị nén khi bị uốn
thì kém hơn và đặc biệt là khi bị kéo thi càng kém. Độ bền cơ giới của các mẫu sứ đờng kính 2-3 mm đạt 450
MPa khi nén, 70 MPa khi uốn nhng chỉ còn 30 MPa khi kéo.
9 Trong chế tạo độ dầy của sứ thờng khòng quá 30-40cm (trừ trờng hợp sứ thanh) vì nếu dày quá sẽ khòng
tránh đợc các bọt khí bên trong làm ảnh hởng đến đặc tính điện. Với độ dày đó nếu không đảm bảo đợc
yêu cầu về cách điện sẽ dùng kết cấu nối cấp (vi du cách điện 110 kV do 4 phần tử 35 kV ghép nối cấp).
9 Độ bền cơ giới của sứ còn phụ thuộc vào kết cấu của độ phận kim loại và cách gắn nó với sứ và bao giờ cũng
giảm khi tiết diện tăng.
9 Hiện nay cách điện thủy tinh ngày càng đ
ợc áp dụng rộng rãi vì rẻ tiền hơn nhiều so với cách điện sứ trong khi

các đặc íinh về điện và cơ giới không bị sút kém. Các đặc tinh này phụ thuộc vào thành phần hóa học của thủy
tinh mà chủ yểu là thành phần kiềm. Khi thành phũ kiềm nhiều (thủy tinh kiềm) thì còng độ cách điện thấp;
dới tác dụng của điện áp một chiều sẽ có hiện tợng điện phân xức tthúc đẩy quá trình lão hoá; có hệ số giãn
nở nhiệt cao nên dễ bị vỡ khi nhiệt độ thây đôỉ đột ngột.
* Do đó loại cách điện chế tạo bằng thủy tinh kiềm chỉ dùng cho điện áp xoay chiều và đặt trong nhà.
* Đối với loại cách điện dùng ngoài do có thành phần kiềm ít hơn nên có cờng độ cách điện (có thể đạt 49


Phần III

Chơng 17 : Cách điện của đờng dây tải điện trên không và trạm
biến áp

2


Kỹ thuật điện áp cao
kV/m) trong khi đó loại thủy tinh kiềm chỉ đạt 17,9 kV/mm) và có khả năng chịu xung nhiệt tốt hơn.
9 Các đặc tính điện và cơ giới của các loại điện môi sứ và thuỷ tinh
Đặc tính Sứ Thuỷ tinh

Sứ cách điện
truyền thống
Sứ cách điện
nhiều nhôm
Stéatite Sodo-
calcique
Sodo-calcique
postasique
Boro-silicate

Điện trở suất mặt
Hằng số điện môi 25
o
C, 50Hz 6 7,5 6,1 7,5 7,3 5,3
tg , 25
o
C, 50Hz
0,01 0,095 0,002 0,015 0,013 0,04
Điện trở suất 25
o
C, 50Hz, (.cm)
10
13
10
13
10
14
10
12,5
10
13
10
14

Cờng độ cách điện của mẫu 25
o
C,
50Hz (kV/cm)
170 160 180 230 250 290
Hệ số giãn nở nhiệt

Khối lợng riêng (g/cm
3
) 2,4 2,8 2,7 2,5 2,2
Độ bền kéo (daN/mm
2
) 3 6 4,5 2 10 4,5
Module đàn hồi (daN/mm
2
) 7700 10700 10000 7400 7200 6700
Hệ số giãn nở nhiệt 5,5.10
-6
6,5.10
-6
7,5.10
-6
9.10
-6
9,1.10
-6
3,2.10
-6

Nhiệt dẫn 100
o
C (cal/cm.s.
o
C) 0,004 0,007 0,006 0,0025 0,0025 0,0025

9 Để tăng độ bền cơ gới trong chế taọ thờng dùng phơng pháp tôi nóng ở nhiệt độ cao (650
o

C đối với thuỷ tinh
kiềm và 780
o
C đối với thuỷ tinh ít kiềm) sau đợc thổi bằng không khí lạnh. Lúc này lớp bên ngoài của thuỷ tinh
sẽ rắn lại và khi tiếp tục làm lạnh thì càc lớp bên trong do nguội dầ n nên giảm thể tich. Kết quả là lớp bên
ngoài sẽ chịu ứng suất nén và lớp bên trong chịu ứng suất kéo. Do đó khi có tải trọng kéo, cách điện chỉ bị h
hỏng khi lực kéo thắng đợc lực nén của lớp bên ngoài... vì vậy độ bền cơ giới của loại thuỷ tinh tôi cao hơn
nhiều so với phơng pháp nung. cách điện thuỷ tinh kiểu treo dùng trên các đờng dây tải địên đợc chế tạo
với tải trọng cơ giới đến 540 kN.
17.1.2.1. Loại cách điện có chân sắt
9 Đờng dây điện áp từ 35 kV trở xuống thờng dùng loại cách điện kiểu đỡ có chân sắt. Dây dẫn đợc đặt trên
cách điện. Điện áp càng caothì yêu cầu về đờng kính và chiều cao càng lớn nghĩa là độ dày của điện môi
càng phải lớn và nh vậy trong chế tạo rất khó đảm bảo chất lợng. Do đó đối với cách điện điện áp 35 kV đã
phải dùng 2-3 lớp ghép lại với nhau nh trên hình vẽ.

9 Chân sắt đợc dùng để cố định cách điện vào cột xà. Dây dẫn đặt vào khe lõm ở mặt trên hoặc bên cạnh của
cách điện. Chân sắt vặn ngang mức cổ cách điện để cho mô men uốn do lực căng của dây dẫn tác dụng lên
nó đợc bé nhất.
9 Điện áp phóng điện chọc thủng (tiến hành trong dầu) có trị số cao hơn điện áp phóng điện khô mặt ngoài 30-
40%. Khi bị ma phần ngoài của cách điện bị ớt hoàn toàn, chỉ còn phần dới vẫn khô ráo và nó phải chịu
đựmh toàn bộ điện áp. Do đó trị điện áp phóng điện ớt rất bé so với điện áp phóng điện khô. Để tăng trị số
điện âp phóng điện ớt thờng đặt thêm lá giữ cho mặt ngoài không bị ớt hoàn toàn. Loại này có kết cấu tạo


Phần III

Chơng 17 : Cách điện của đờng dây tải điện trên không và trạm
biến áp

3

Kỹ thuật điện áp cao
phức tạp hơn do trong quá trình chế tạo phải qua khâu tiện và hàn gắn các bộ phận với nhau.
9 Kích thớc v đặc tính của loại cách điện có chân sắt
Loại cách điện Kích thớc Độ bền cơ
giới khi uốn,
kg
Điện áp phóng điện, kV

H, mm D, mm
Tần số 50 Hz Xung kích tiêu chuẩn
Khô ớt
ở 2s
50%
IIIC6 94 126 1400 50 28 109 83
IIIC6 (thuỷ tinh) 91 126 1800 50 28 - -
IIID6 108 100 1300 50 32 108 75
IIIC10 110 147 1400 60 34 130 101
IIIC10 (thuỷ tinh) 110 150 1800 60 36 - -
IIID10 125 142 1900 62,5 38 117 90
IIID20 190 185 3500 68 64 170 132
IIID35 270 250 6000 129 95 270 179
17.1.2.2. Cách điện treo
9 Vì dây dẫn đợc treo trên chuỗi cách điện nên khi làm việc cách điện ở trạng thái bị kéo và nh vậy tận dụng
đợc u điểm về độ bền cơ giới của vật liệu. Cách điện treo đợc phân thành hai loại : loại đĩa và loại thanh.
a) Loại đĩa
9 Kết cấu đĩa cách điện treo trên vẽ.

9 Mũ và thanh kim loại đợc chế tạo bằng gang mềm và gắn vào điện môi bằng xi măng pooc-lăng mác cao 400

- 500 pha một nửa cát. Việc ghép các đĩa thành chuỗi đợc tiến hành bằng cách cho thanh kim Ioạị của đĩa
này khớp vào mũ của đĩa kia và dùng chốt hãm.
9 Các loại sứ đĩa (điện mói bâng sứ) đợc chế tạo theo hai kiểu khác nhau kiểu có đầu hình nón và đầu hình trụ.
ĐốI với kiểu có đầu hình íon mặt ngoài và mặt trong của đầu sứ đều tráng men láng nên không thề bám với xi
măng vi vậy có thể xảy ra sự chuyển dịch tơng hỗ giữa xi măng và sứ khi có tải trọng hoặc khi nhìệt độ thay
đỗi (hệ số ĩan nở nhiệt của xi măng lớn hơn của sứ) và tạo nên các ứng xuất phụ. Để ứng xuất không đạt tới
mức độ nguy hiểm thì góc nón phải không đợc ốe hơn 10 - 13
o
, nhng nh vậy sẽ phải tăng kịch thớc mũ sứ
và ảnh hởng không tốt đến đặc tính phóng điện của chuỗi. Đối với kiểu sứ có đầu hình trụ, để xi măng gắn với
sứ thì mặt trong cuả đầu sứ có bọc một lớp vụn sứ. Ngoài ra còn có cải tiến khác nh trên bề mặt cuả xi mằ ng
cũng nh của sứ cho quyết lớp bi tum để khử các ứng suất phụ gây nên bởi dãn ở nhiệt đầu thanh kim loại có
lỗ trồng để giảm ứng xuất cơ ở phía đầu thanh và do đờ kiểu sứ có đầu hình trụ có kích chớc vâ kết cấu gọn
nhẹ hơn so với kiểu có đầu hinh nón.
9 Kích thớc và hình dạng của phần đĩa ảnh hởng rất lớn đến đặc tính điện. Phải đảm bảo không cho phong


Phần III

Chơng 17 : Cách điện của đờng dây tải điện trên không và trạm
biến áp

4


Kỹ thuật điện áp cao
điện chọc thủng xảy ra trớc khi có phóng điện mặt ngoài cách điện bằng cách giữ tỷ giữa điện áp phóng điện
chọc thủng và điện áp phóng điện khô (mặt ngoài) khòng bé hò trị số 1,5. Thờng trị số điện áp phòng điện
khô khoảng 75 kV do đó để có điện áp phóng điện chọc thủng lớn gáp rỡi thì chiều dày của lớp sứ ở đầu sứ
phải từ 25-30mm. Mặt trên của đĩa sứ nghiêng một góc khoảng 5-10

o
để thoát nớc còn ở bên dới có gờ để
tăng chiều dài đờng rò điện và trị số điện áp phóng điện ớt.
9 Cách điện treo bằng thủy tinh có hình dáng kết cấu tơng tự với loại sứ đĩa sứ. Loại thủy tinh tôi nóng có kích
thớc và trọng lợng giảm đi rất nhiều so với IoạI sứ đĩa. Bất kỳ một sự h hỏng nào của thuỷ tinh đĩa cũng đều
làm cho nó vỡ tan nên các sự cố có cách điện dễ phát hiện Dùng thủy tinh làm điện môi cho phép cơ giới hóa
và tự động toàn bộ quá trình sản xuất do đó mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn và dẫn đến xu hớng sử dùng
ngày càng rộng rãi loại thủy tinh cách điện thay hế cho loại ú cách điện.
9 kích thớc và đặc tính của các loại cách điện treo (sản xuất ở Nga)
Loại cách điện Kích thớc Chiều dài
đờng rò
điện, mm
Hệ số sử
dụng
Điện áp xuất
hiện vầng
quang kV
Cờng độ
điện trờng
phóng điện
ớt trung bình
kV/cm
Ghi chú
H, mm D, mm
6-B
140 270 324 1,1 35 2,5 Sứ
16-A
173 280 365 1,2 - 2,4
20-A
194 350 420 1,1 - 2,4

C6-A
130 255 155 1,0 28 2,6 Thuỷ tinh
C12-A
140 260 325 1,2 35 2,3
C16-B
170 280 387 1,2 40 2,3
C22-A
200 320 390 1,1 40 2,3
C30-A
190 320 425 1,1 45 2,0
C40-A
190 330 445 1,1 50 2,0
5-A
194 250 450 - - - vùng ô nhiễm cao
6-A
198 270 455
8-A
214 300 470
C16-A
160 320 480
C22-A
185 370 570
- là ký hiệu của loại cách điện treo sứ; C- là ký hiệu của loại cách điện thuỷ tinh treo
- cách điện dùng trong vùng ô nhiễm cao


Phần III

Chơng 17 : Cách điện của đờng dây tải điện trên không v trạm
biến áp

1


Kỹ thuật điện áp cao PDF by
b) Loại thanh
9 kết cấu loại cách điện treo kiểu thanh thờng là loại sứ thanh.

9 Nó là thanh sứ dài có lá, hai đầu có mũ kim loại. Đờng kính của thanh chọn theo độ bền khi kéo. Dùng sứ
thanh sẽ tiết kiệm đợc nhiều kim loại và giảm nhẹ trọng lợng cách điện. Vi dụ chuỗi sứ 110 kV (gồm 7 đĩa sứ)
nặng 48 kg, trong khi đó nếu dùng sứ thanh thì chỉ nặng 23 kg, trọng lợng phần kim loại của chuỗi sứ là 15 kg,
còn ở sứ thanh chỉ còn 3,5 kg. Khuyết điểm của sứ là thanh là một khi bị h hỏng (do hồ quang hoặc do va
chạm cơ giới) thì phải thay thế toàn bộ. Về mặt chế tạo có phức tạp hơn vì yêu cầu phải có trình độ kỹ thuật
hiện đại.
17.1.2.3. Cách điện composite
a) Kết cấu
9 Cách điện composite đợc nghiên cứu và phát triển trong vòng vài chục năm gần đây là một kết cấu cách điện
có thiết kế khác hoàn toàn với các loại cách điện truyền thống bằng sứ và thuỷ tinh cách điện.
9 Cách điện composite cấu tạo từ một lõi bằng sợi thuỷ tinh tẩm trong một chất kết dính (nhựa epoxy) và phần vỏ
bên ngoài có tán để bảo vệ lõi.

9 Cách điện composte có thể sử dụng nh cách điện đờng dây hoặc nh cách điện ngăn cách các pha. Dù là
loại nào thì cách điện composite cũng bao gồm :
* vật liệu tổng hợp bọc bên ngoài bằng EPDM (Ethylène Propyèene Diène Méthylène) hoặc EPR (Ethylène
Propylène Ruber) hoặc PTFE (Polytétrafluora Ethyène) hoặc cao su silicon (Silicone Ruber).
* lõi bằng sợi thuỷ tinh tẩm nhựa epoxy (FRP - Fiber Renforced Plastic).
* Lõi có dạng hình trụ có đờng kính khác nhau tơng ứng với độ bền phá huỷ bé nhất của cách điện.
17.2.3. Chuỗi cách điện
9 Cách điện của đờng dáy 35 kV quan trọng và của các đờng dây điện áp cao hơn thòng đợc thực hiện
bằng chuỗi gồm nhiều đĩa cách điện. Số đĩa nhiều ít tuỳ thuộc vào yêu cầu cảu tnừg cấp cấp điện áp. Dọc
theo đờng dây, ở các cột trung gian chuỗi cách điện đặt theo đờng thẳng còn ở các cột néo đợc đặt hầu

nh nằm ngang và chịu lực căng của dây dân. Vì độ bền cơ giới của cả chúỗi cách điện cũng là độ bề cơ giới
của từng đĩa nên trong trờng hợp không đạt yêu cầu về độ bề cơ giới phải giải quyết bằng cách dùng nhìều
chuỗi ghép song song. Về điện áp phóng điện không thể tinh toán đơn giản bằng cách ấy điện áp phóng điện
của từng đĩa đem nhân với số đĩa trong chuỗi mà cần phải xét đến sự phân bố điện áp v á đặc điển của quá
trình phóng đién dọc theo chuỗi. Quá trình này có thể phát triển theo một trong ba đờng.


Phần III

Chơng 17 : Cách điện của đờng dây tải điện trên không v trạm
biến áp
1


Kỹ thuật điện áp cao PDF by


* Hoàn toàn dọc theo bề mặt cách đìện tức là theo đờng CBA hoặc CBA1

* Theo đờng CBD với chiều dài phóng điện nl
p
(n là số đĩa trong chuỗI).

* Theo đờng ngắn nhất EF mà chiều dài của nó gần bằng trị số L=nH.
9 Cờng độ cách điện theo đờng EF thực tế bằng cờng độ cách điện của khe hở khí giữa điện cực thanh -
thanh do đó thờng có trị số cao hơn so với cờng độ cách điên theo đờng CBD (tuy có nhiều dài phóng điện
dài hơn nhng do có một phần đi men theo mặt ngoài của điện môi nên điện áp phóng điện bé). Đó cũng là
giới hạn trên của trị số điện áp phóng điện của chuỗi và suy ra biện pháp nâng cao điện áp phóng điện là phải
tăng tỷ số l
p

/H sao cho cờng độ cách điện theo đờng CBD đạt đợc mức của đờng EF. Thực nghiệm cho
thấy khi tỷ số l
p
/H bằng khoảng 1,3 thì có thể đạt đợc yêu cầu trên và trong sản xuất tỷ số này thờng chọn
trang giới hạn 1,15-1,35.
9 Sự phân bố điên áp trên các đĩa của chuỗi cách điện cũng ảnh hởng đến trị số điện áp phóng điện


* C - điện dung của từng đĩa cách điện.
* C
1
- điện dung của từng đĩa cách điện đối với các
phần tử nối đất.
* C
2
- điện dung của từng đĩa cách điện đối với dây
dẫn, trị số của chúng phụ thuộc vào vị trị của từng
đia trong chuỗi.
9 Có thể ấy trung bình khoảng các điện dung trên nh sau : C=50-70 pF; C
1
=4-5 pF; C
2
=0,5-1 pF.
9 Nếu nh điện dung tổng của chuỗi cách điện C

=C/n (trong đó n là số đĩa trong chuỗi) lớn hơn rất nhều so với
các điện dung C
1
và C
2

thì phân bố điện áp dọc theo chuỗi cách điện gần nh đồng đều.

9 Sự tồn tại của các điện dung ký sinh làm cho
phân bố điện áp trên các phần tử của chuỗi
không đồng đều. Có thể tính toán sự phân bố
điện áp này với giả thiết là các trị số C, C1, C
không đổi dọc theo chuỗi cách điện và đợc thay
thế bằng tham số phân bố

H
C
C
H
C
CHCC ===
'
2
'
1
'
;;.
H - độ cao
của của đĩa cách điện.
dx
1
2
3
n
n-1
C

1
'
C
2
'
C
'
U
U
x



Phần III

Chơng 17 : Cách điện của đờng dây tải điện trên không và trạm
biến áp

2


Kỹ thuật điện áp cao
9 Phơng trình điện áp và dòng điện tại điểm trên
chuỗi cách điện cách xà nối đất khoảng x đợc
viết :




+ dtidx

C
udx
x
u
u
xx
x
x
'
1
(17.1)
9 Từ đó suy ra phơng trình điện áp tại điểm X :
'
Cj
I
dx
dU
xx

=
(17.2)
9 và phơng trình dòng điện tại nút X :
()
0=


+
xtxlx
x
x

iiidx
x
i
i
(17.3)













t
u
dxCi
t
uu
dxCi
x
x
x
x
'
11

'
22
)(
(17.4)
'
2
'
2
'
1
)(
t
uu
dxC
t
u
dxC
x
I
xxx


+


=


(17.5)
9 Chuyển sang dạng số phức ta có :

()
'
2
'
1
CjUUCjU
x
I
xx
x

+=


(17.6)
9 Vì sơ đồ thay thế giả thiết là thuần dung, do đó không
có sự lệch pha giữa điện áp vì vậy ta chỉ cần tính toán
dới dạng mô đun.
( )
'
'
2
'
'
2
'
1
'2
2
1

C
C
U
C
CCU
dx
dI
Cjdx
Ud
xx

+
==

(17.7)


9 Nghiệm của phơng trình trên có dạng :
BeAeAU
rxrx
xtr
++=

21
(17.8)
với
()
'
'
2

'
1
C
CC
r
+
=

9 Từ điều kiện ban đầu : x=0 U
x
=0; x=l U
x
=U
sẽ tìm đợc các hằng số :
()
()
shrLCC
eCCU
A
rL
'
2
'
1
'
2
'
1
1
2 +

+
=

()
()
shrLCC
eCCU
A
rL
'
2
'
1
'
2
'
1
1
2 +
+
=

''
'
2
'
1
C
CC
UB

+
=

9 Thay vào phơng trình sẽ đợc điện áp tại các điểm nút trên chuỗi cách điện :
()
()
()
()







+
+
=
rLsh
xLshr
C
rLsh
rxsh
CC
CC
U
U
lx
''
1

'
1
'
2
'
1
(17.9)
9 Điện áp giáng trên phần tử thứ k có chiều cao H=L/n bằng :
()
()()
[]
()
()()
[]
-










+
+
= xLshrHxLshr
rLsh
C

rxshHxshr
rLsh
C
CC
U
U
tl
x
'
2
'
1
''
(17.10)


Phần III

Chơng 17 : Cách điện của đờng dây tải điện trên không và trạm
biến áp

2


Kỹ thuật điện áp cao
9 Thay các trị số L=nH và
Hr
C
CC
a

.
21
=
+
=
vào phơng trình của U
x
theo các tham số tập trung ban đầu và từ
đó suy ra đợc kết quả sau đây :
9 Tỷ lệ phân bố điện áp trên từng đĩa cách điện, ví dụ trên đĩa thứ k (tính từ đầu nối đất) :

()
()
[]
() ( )
[]
{}
-
2
11
100
%100
1
'
2
'
1
+
+
=

knshrknshCkshashakC
shanCC
U
U
k
(17.11)
9 Quan hệ này đợc biểu thị trên hình vẽ ứng với chuỗi cách điện gồm 10 đĩa cách điện.
Sụt áp
0
11098765432
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22

Số thứ tự đĩa
cách điện
1000
1000
30
30
30
3850
ơXafđỡ
Dây dẫn
27
Đất
U
U
x

, %
sans
1
4
3
2

9 Các đĩa chịu phân bố điện áp không đồng đều. Trong trờng hợp không có đai bảo vệ, đĩa cách điện ở gần dây
dẫn phải chịu tới 21% điện áp tác dụng trên cách cả chuỗi.
9 - Điện áp tác dụng bé nhất đợc tính toán theo điều kiện
0
dx
ud
2

x
2
=
. Từ đó ta có








=
2
1
ln
2
1
A
A
r
x
(17.12)
với :
( )
()
()
rlshCC
eCUC
A

lt
rl
lt
''
''
1
2
+
+
=


( )
()
()
rlshCC
eCCU
A
lt
rl
lt
''
''
1
2
+
+
=

.

9 ứng với đĩa cách điện thứ k nhỏ nhất :








+
+
=

12
2
min
ln
2
1
CeC
CeC
a
k
an
an
(17.13)
9 Trong trờng hợp trên (chuỗi cách điện gồm 10 đĩa) tìm đợc : k
min
= 2,7 tức là bát thứ ba với tỷ lệ
%7,5

3
=

U
U
.
9 Sự phân bố điện áp không đều có thể dẫn đến việc phát sinh vầng quang ở các đĩa cách điện gần dây dẫn
ngay cả khi điện cả khi điện áp tác dụng lên chuỗi là điện áp làm việc gây nhiêu loạn vô tuyến điện và ăn mòn
các bộ phận kim loại. Cách điền gần dây dẫn nhất thờng chiụ điện áp giáng khoảng 20% điện áp toàn bộ và
nh vậy đối với đờng dây 150 kV và điện áp cao hơn thì nó phải chịu điện áp khoảng 20 - 25 kV trở lên, điện


Phần III

Chơng 17 : Cách điện của đờng dây tải điện trên không và trạm
biến áp

3


Kỹ thuật điện áp cao

áp này đủ lớn đề phát sinh vầng quang. Trong các trờng hợp đó phải tiến hành các biện pháp nhằm cải thiện
sự phân bố đìện áp trền chuỗi cách điện.
9 Từ sơ đồ thay thế chuỗi sứ, ta thấy nguyên nhân làm cho điện áp phân bố không đều là do ảnh hởng của điện
dung ký sinh C
1
, C
2
. Chúng có các ảnh hởng ngợc nhau đối với sự phân bố điện áp giáng trên đĩa cách

điện : nếu chỉ xét riêng tác dụng của điện dung C
1
thì điện áp giáng trên đĩa cách điện càng ở xa dây dẫn càng
bé đi và ngợc lại nếu chỉ xét riêng tác dụng của C
2
thì điện áp giáng ại có chiều hớng tăng khi cách điện ở xa
dây dẫn.

Phân bố điện áp trên chuỗi cách điện gồm 5 cách điện treo :
ảnh hởng của điện dung C
1;


b) ảnh hởng của điện dung C
2;


c) đờng phân bố điện áp.
9 Bởi vây biện pháp cải thiện sự phân bố điện áp chủ yếu và làm tăng điện dung của đĩa cách điện với dây dẫn.
Khí đờng dây dùng dây phân nhỏ, ngoài tác dụng làm giảm tổn hao do vầng quang dây phân nhỏ còn có tác
dụng làm tăng điện dung ký sinh ccủa cách điện đối với dây dẫn khiến cho điện áp phân bố đều hơn và do đó
không cần có cábiện pháp khác. Đai bảo vệ cũng có tác dụng tơng tự nh trên. Tác dụng của các loại đai bảo
vê khác nhau đối với việc cải thiện phân bố điện áp dọc theo chuỗi cách điện cho trên hình 17.6.
9 Sự phân bố điện áp nh trên là xét trong trờng hợp bề mặt cách điện cách điện sạch và khô ráo. Khí bị ớt và
và khi bề mặt bị bám bụi bẩn thì phân bố điện áp chủ yếu là do điện dẫn mặt và do đó phân bố điện áp sẽ đều
hơn. Điện áp phóng điện ớt của cả chuỗi cách điện hầu nh tỷ ệ với số đĩa và đợc tính toán theo công thức :
HnEU
uu
=
17.14

E
u
- cờng độ điện trờng phóng điện mặt trung bình, n - số đĩa cách điện trong chuỗi và H - độ cao của đĩa
cách điện.
17.1.4. Tính toán lựa chọn cách điện của đờng dây trên không
9 Trong mục 1 đã trình bày các nguyên tắc cơ bản để chọn cách điện của đờng dây trên không. Nói chung cách
điện đợc chọn theo yêu cầu của quá điện áp nội bộ còn đối với yêu cầu của quá đìện áp khí quyển đợc giải
quyết sao cho hợp ý về kinh tế kỹ thuật.
9 Do cách điện trong thời gian vận hành thbị bám bẩn bụi và bị ẩm khiến cho điện áp phóng điện bị giảm đáng
kể, còn tại các vị trí cột điện các dây dẫn nằm gần các kết cấu nối đất nhất, vì vậy cột điện đợc xem là nơi
cách điện yếu nhất. Độ tin cậy làm việc của cách điện đờng dây vì vậy phụ thuộc rất nhiều vào nguyên tắc lựa
chọn cách điện.
9 Nh vậy trớc hết cách điện phải đảm bảo có trị số điện áp phóng điện ớt cao hơn mức quá điện áp nội bộ
tính toán, nghĩa là :
qdanbu
UU
17.15
9 Hoặc viết U

= K U
qdan
với K > 1. Hệ số K > 1 là do chú ý đến khả năng lúc phát sinh quá điện áp nội bộ trị số