Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp - Chương 7: Bảo vệ chống sét đường dây

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp - Chương 7: Bảo vệ chống sét đường dây

1. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP CHƯƠNG 7 : BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY 7.1.Yêu cầu bảo vệ chống sét đường dây tải điện 7.2.Quá điện áp cảm ứng 7.3.Sét đánh vào dây dẫn 7.4. Sét đánh vào cột điện hoặc vào dây chống sét 7.5.Phương tiện bảo vệ chống sét 3/31/2014 Page 1
2. YÊU CẦU BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN Các đường dây tải điện, phần lớn là các đường dây trên không (chiều dài rất lớn, đi qua nhiều vùng), xác suất bị sét đánh tương đối cao, sự cố trong hệ thống điện do sét gây nên chủ yếu là xảy ra trên đường dây. Khi sét đánh vào các đường dây tải điện nó có thể gây phóng điện trên cách điện đường dây, cũng có thể gây ra sự cố ngắn mạch làm nhảy máy cắt dẫn đến ngừng cung cấp điện và có thể gây ra tổn thất nghiêm trọng Sóng quá điện áp khí quyển xuất hiện khi sét đánh lan truyền về phía trạm biến áp, do hiệu ứng vầng quang thường bị biến dạng (tổn hao do ion hoá không khí xung quanh). Vì thế có thể nói nếu sét đánh vào đường dây cách xa trạm do suy giảm sóng nên không gây nguy hiểm cho trạm. Quá điện áp khí quyển có thể xuất hiện do sét đánh trực tiếp hoặc do sét đánh gián tiếp vào khu vực lân cận đường dây. Trường hợp sét đánh trực tiếp luôn luôn là mối nguy hiểm bởi đường dây phải hứng chịu toàn bộ năng lượng của phóng điện sét, được chọn để tính toán bảo vệ đường dây, đặc biệt là các đường dây cao áp. Các đường dây điện áp thấp hơn cần quan tâm cả đến quá điện áp cảm ứng. 3/31/2014 Page 2
3. Vì vậy đường dây cần phải bảo vệ chống sét với mức độ an toàn cao và cần phải xem xét cả đến việc bảo vệ trạm biến áp, đặc biệt những đoạn đường dây gần trạm Để giảm bớt sự cố do sét gây ra, người ta dùng các biện pháp chống sét trên đường dây - đa phần những lần sét đánh lên đường dây được đưa xuống đất một cách an toàn. - chỉ có một số rất ít trường hợp (dòng điện sét quá lớn, sét đánh vòng qua dây chống sét) gây phóng điện - có thể tăng cường cách điện đường dây hoặc giảm trị số điện trở nối đất của bộ phận chống sét. Bảo vệ đường dây đến mức an toàn tuyệt đối thường không thể thực hiện được (vốn đầu tư quá lớn) - Tăng cường về cách điện đường dây, hoặc dùng các thiết bị bảo vệ chống sét phức tạp, đắt tiền - Do đó, phương hướng đúng đắn là việc tính toán mức độ bảo vệ chống sét của đường dây phải xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế, (một mặt làm cho số lần cắt điện đường dây do sét gây ra giảm đến mức thấp nhất, mặt khác đảm bảo tính chất kinh tế của biện pháp chống sét). - Điều này có nghĩa là phải tìm ra được phương thức bảo vệ đường dây sao cho tổn hại do sét gây ra là bé nhất 3/31/2014 Page 3
4. Tuy nhiên, việc đưa ra một chỉ tiêu kinh tế cho bảo vệ chống sét đường dây là một vấn đề phức tạp - Trước hết bài toán phụ thuộc quá nhiều yếu tố về kết cấu và yêu cầu cung cấp điện của lưới cũng như về các thiết bị bảo vệ chống sét của trạm, việc tính toán khá phức tạp và không thể đưa ra một chỉ tiêu chung. - Không có đủ số liệu về độ tin cậy, chỉ tiêu kinh tế cung cấp điện hoặc ảnh hưởng độ tin cậy đến tổ thất của phụ tải - Do đó trong tính toán của bảo vệ chống sét cho đường dây ta tính cho một năm sét (khoảng 75 đến 100 giờ sét) cho chiều dài 100 km đường dây Các số liệu này sử dụng để so sánh với chỉ tiêu chống sét của đường dây điển hình (đường dây có mức chịu sét hợp lý). Khi so sánh nếu thấy chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây thiết kế kém hơn nhiều so với đường dây điển hình trên thì phải tăng cường khả năng chịu sét của đường dây bằng cách: đặt thêm dây chống sét, giảm góc bảo vệ hay giảm điện trở nối đất của cột 3/31/2014 Page 4
5. Số lần sét đánh vào đường dây Mô hình cổ điển : Đường dây thu hút tất cả các phóng điện sét xuất hiện trên diện tích một dải đất có chiều rông 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây. Ns =0,10,15 : mật độ sét (lần/km2/ngày giông sét) 3 h : chiều cao của dây dẫn tính (m). N L 0,1 0,15 .6h.L.10 .N k lÇn/n¨m L : chiều dài đường dây tính (km). Nk : mức dông sét (ngày/năm). Mô hình điện hình học : tần suất hoạt động của sét được tính toán có xem xét đến diện tích thu hút phóng điện sét của phần tử cụ thể. Công thức kinh nghiệm dùng để xác định số lần sét đánh vào đường dây (cột và dây chống sét) có dạng N1 l L N L N k . . Nk : mức dông sét, 30 70 100 N1 : số lần sét đánh vào dây dẫn treo cao nhất l : bề rộng đường dây, (m); lÇn sÐt ®¸nh/n¨ m h : chiều cao của dây dẫn tính bằng (m). a : hệ số tính ảnh hưởng của cột và dây chống sét 0 1 2 3 Sè d©y chèng sÐt Sè lÇn sÐt ®¸nh Vµo cét (%) 55 35 20 10 Trong kho¶ng v­ît (%) 45 65 80 90 HÖ sè ¶nh h­íng 1,65 1,40 1,2 1,0 § é cao h (m) 0 5 3/31/2014 Page 5
6. Số lần sét đánh vào đường dây gây phóng điện Các tham số phóng điện sét (biên độ dòng điện sét If và độ dốc a=di/dt) có giá trị rất khác nhau và mang tính thống kê. Trong số các lần sét đánh, chỉ những cú sét mà biên độ quá điện áp vượt quá mức cách điện xung kích có thể gây ra phóng điện ngược. Khả năng này được biểu thị bởi xác suất phóng điện (a), số lần phóng điện bằng N a  a .N L Tuy vây Na không phải là số lần sự cố cắt điện do sét gây nên bởi vì thời gian phóng điện sét thông thường nhỏ hơn rất nhiếu so với thời gian tác động của các thiết bị bảo vệ rơ le Chỉ có những lần phóng điện mà hồ quang điện trở thành oỏn định và được duy trì bởi điện áp mạng mới có khả năng dẫn đến cắt điện. Xác suất hình thành hồ quang () phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó gradient điện trường dọc theo bề mặt cách điện có ý nghĩa quan trọng hơn cả. E=U/l 50 30 20 10 (kV/m)  0,6 0,45 0,2 0,1 3/31/2014 Page 6 5
7. Cuối cùng ta tính được số lần sự cố do sét nc Na N L . a . Để so sánh khả năng chống sét của đường dây, người ta dùng chỉ tiêu suất cắt : đó là số lần cắt điện do sét trong một năm và trên 100km đường dây N n c N . ..10 2 lÇn/100km/n¨m c 100 L a 3/31/2014 Page 7
8. Nếu sét đánh vào một vùng gần đường dây, liên hệ điện từ gây nên quá điện áp cảm ứng trên các dây pha : d t ucu x, t ucu x, t ucu x, t Thành phần từ của Ucu(x,t) điện áp cảm ứng um x,t E m(x,t)dt ind y d d Thành phần điện của điện áp cảm ứng ucu x, t x, t u (x, t) (x,t) - thế vô hướng của thế tại điểm nào đó trên dây dẫn và tại thời điểm t. uđ(x,t) - điện áp sinh ra do điện tích của dây dẫn dưới tác dụng của điện trường bên ngoài. sứ chyển động này chỉ có liên quan đến thành phần trường có phưởng trùng với trục của đường dây (thành phần Exd) vả được xác định bởi phương trình điện tín ở vế phải : 3/31/2014 Page 8
9. y x b 2 d 2 d d x d u 1 d u dEx h dx2 c2 dt 2 dx2 x=0 x z Độ lớn của điện áp cảm ứng tại điểm gần nơi sét đánh 60I h U K s cu max 0 b h - độ treo cao trung bình của dây dân (m) ; b- khoảng cách từ đường dây tới nơi bị sét đảnh (m) ; k - hệ số phụ thuộc vào tốc độ của phóng điện ngược. 3/31/2014 Page 9
10. Đường cong biến thiên của điện áp cảm ứng Ucư(0, t) tại điểm gần nơi sêt đảnh được biểu thị trên hình sau, ở đấy có vẽ riêng các thành phần điện và từ. Khi tốc độ phóng điện ngược tăng thì thánh phần từ tăng do tốc độ biến thiên của từ trường lớn. Nhưng thành phần điện thì ngược lại có giảm chút ít vì trị số dòng điện sét Is = ơv giữ không đổi, nếu tăng tốc độ phóng điện ngược sẽ làm giảm mật độ và làm giảm điện trường. Đa số các phóng điện ngược đều có tốc độ khoảng 0,1-:0,2 tốc độ ảnh sáng (=0,1- 0,2) nên hệ số Ko có thể chọn bằng 0, 5 và trị số Ucư a được tinh theo 30I h U s cu max b Các công thức trên chl đủng với trường hợp đơn giản là khi dông điện sét có dạng sóng vuông góc. Nếu là dạng sỏng xiên gỏc thi tốc độ biến thiên của điện từ trường sê bé hơn và trị số điện áp cảm ứng giảm thấp. Tuy nhiên sự giảm tháp này chl đảng kể khi sét dành gần tức là khi b < v.đs. 3/31/2014 Page 10
11. Số lằn cỏ sét đánh vào giải đất đặt cách đường dây khoảng cảch db, cỏ chlều rộng b và chiều đài 100km, 3 dN 0,1 0,15 db.10 .100.nngs 0,01 0,015 db.nngs Để trị số điện áp cảm ứng bằng hoặc vượt quá mức cách điện đường dây U50%, dòng điện sét phải có biên độ (điều kiện để có phóng điện trên cách điện của đường dây) U b I 50% s 30h xác suất xuất hiện quả điện áp với một biên độ nào đấy ví dụ bằng hoặc lớn hơn mức cách đíện đường dây (>U50%). xác suất phóng điện có trị số bằng I U b s 50% 26,1 780h v pd e e Số lần sét đánh trong giải đất db tạo nên QĐA cảm ứng đủ lớn đễ gây nên phóng điện trên cách điện đường dây U b 50% 780 h dN pd dN .v pd 0,01 0,015 db.nngs e 3/31/2014 Page 11
12. lấy tinh phân đẳng thức trên từ giới hạn bmin = 3h tới và cho cả hai phía đường dày (Đường dây thu hút về phía mình tất cả các phỏng điện sét trong giải đất rộng 6h, bmin = 3h còn khi sét đánh ở ngoải giải này sẽ xem như đảnh xuống đất và gây nên quá điện áp cảm ứng) U b U 50% 15,6 23,4 n h 50% N 2 dN 2 0,01 0,015 db.n e 780h N ngs e 260 pd pd ngs pd U bmin bmin 50% Kết quả tính toán cho thấy, khi đường dây cỏ độ treo cao trung bình h = 10 m và nằm trong vùng sét hoạt động mạnh có nngs=100 ngày, số lần xuất hiện quá điện cảm ứng cô trị số vượl quá mức cách diện xung kích hàng năm + của đường dây 35kV (U50% = 350 kV) là 10 - 15 lần + của đường dáy 110 kV (có U50% - 700kV) - khoảng l, 5 lần/năm. Như vậy đối với đường dáy 110kV trở lên trong tinh toán chống sét có thể không xét đến quá điện áp cảm ứng vì số lần phỏng điện do nó gáy nên rất nhỏ so với khi có sét đảnh trong lên đường dây. Đối với các đường dây 35kV trở xuống, đường dây điện áp càng bé thi trị số Npđ càng lớn do đó cần phải chú ý đến quá điện áp cảm ứng trong tinh toán cữllg như trong vận hành. Đặc điểm của quá điện áp cảm ứng là xuất hiện đồng thời ở cả ba pha và trị sồ giữa các pha không chênh lệch nhau nhiều, do đó nguy hiểm không phải là đối với cách điện giữa các pha mà là cách điện giữa pha đối với đất và đối với các loại đường dây này biện pháp chống quá điện áp cảm ứng hợp là là dùng cột gỗ 3/31/2014 Page 12
13. Quá điện áp do sét đánh vào dây dẫn Nếu đường dây không treo dây chống sét, thì sét sẽ đánh chủ yếu vào dây dẫn Kênh sét được xem như nguồn dòng có tổng trở bên trong rất lớn phát ra dòng điện sét i(t) tại điểm sét đánh. Dòng điện này sẽ chia theo hai từ điểm sét đánh và lan truyền dọc theo dây dẫn có tổng trở Z nằm trong khoảng 300 et 500 . canal de foudre khi sét đánh vào dây dẫn có thể xem tại điểm sét đánh, kênh sét Z0 (tổng trở của kênh sét Z0) được ghép nối tiếp với tổng trở xung kích Zc của dây dẫn. Sơ đồ thay thế dòng điện sét Zc Zc Do tổng trở xung kích Zc 300500, dòng điện sét sẽ giảm rất đáng kể so với trường hợp điện trở nối đất nhỏ. Dòng điện sét tại điểm sét đánh có giá trị bằng Z 0 I s I I s . Z 2 Z c 0 2 3/31/2014 Page 13
14. Dòng điện sét Is/2 sẽ phân tán tại điểm sét đánh về hai phía khác nhau và lan truyền dọc theo dây dẫn. Như vậy mỗi phía dòng điện sẽ có giá trị Is/4 I Dòng điện này gây nên sụt áp trên dây dẫn U s .Z c 4 c Tại một điểm cho trước trên dây dẫn, điện áp sẽ tăng đến giá trị đủ gây nên phóng điện khoảng cách cách điện đường dây (phóng điện bề mặt trên chuỗi cách điện). Với trường hợp cột điện kim loại, phóng điện bề mặt chuỗi sứ xảy ra khi I s 4.U 50% U 50% U c Z c U 50% I f I bv 4 Z c 100 Tại vị trí cột điện, sóng điện áp tiếp tục lan truyền I I toàn sóng có giá trị biên độ bằng U s max .Z s max .Z U c max 4 c 4 c 50% I sóng cắt với điện áp bằng điện áp phóng điện khi s max .Z U 4 c 50% 3/31/2014 Page 14
15. Mỗi loại cột có khoảng cách cách điện giữa dây pha đến các kết cấu sắt của cột, do vậy đối với mỗi cấp điện áp, sóng dòng điện sẽ có ngưỡng mà nếu nhỏ hơn giá trị này sẽ không xảy ra phóng điện. Dòng điện tới hạn bằng : Ic = 4. U50% / Zc 225 kV 400 kV 750 kV 1050 kV Ic , kA 5,5 8,5 19 25 TÇn suÊt 95 % 90 % 60 % 45%. Với các đường dây điện áp đến 20 kV, dòng điện tới hạn Ic có giá trị rất bé, điều đó có nghĩa là phóng điện xảy ra một cách rất hệ thống khi có sét đánh, còn đối với đường dây điện áp dưới 400 kV, phần lớn các cú sét đánh vào dây dẫn sẽ dẫn đến phóng điện (80%). Xác suất phóng điện được xác định bởi Is Is 60 26,1  I P I s Ibv 10 e Thông thường sét đánh vào các dây treo cao nhất và phóng điện thường xảy ra trên dây dẫn pha này. Khi có phóng điện sẽ dẫn đến hiện tượng chạm đất một pha. Như vậy sự cố mất điện do nhảy máy cắt phụ thuộc vào chế độ điểm trung tính và tuỳ thuộc đường dây có được trang bị các thiết bị bảo vệ tự động đóng lại hay không 3/31/2014 Page 15
16. Lưới điện trung tính nối đất trực tiếp (đường dây cao áp từ 110 kV trở lên) Khi có ngắn mạch một pha chạm đất, máy cắt bảo vệ đường dây trong vùng sự cố sẽ nhảy và số lần cắt điện do sét gây ra (số lần sự cố) được tính theo các công thức trên. Ví dụ đường dây 110 kV  cột sắt : cao 10 m.  cách điện : - chuồi gồm 7 bát cách điện - điện áp phóng điện U50% : 650 kV, cực tính âm. - Chiều cao của chuỗi sứ: 1,2m.  loại cột :  mức sét Nk : 100 ngày/năm áp dụng số : Ibv = 6,5 kA, va=0,8; nd 0,06  0,09 .10.100.0,8.0,6 28,8  43,2 lÇn/100km.n¨m Eser = 53 kV/ m; =0,6 Số lần cắt điện rất cao. Vì vậy các đường dây cao áp bắt buộc phải bảo vệ bằng treo dây chống sét trên toàn tuyến. 3/31/2014 Page 16
17. Lưới điện trung tính cách điện (đường dây điện áp tới 35 kV) Chạm đất một pha xảy ra khi có phóng điện chuỗi sứ trong mạng trung tính cách điện nói chung chưa thể gây ra nhảy máy cắt (cắt điện). Điều này chỉ xảy ra nếu đồng thời xảy ra phóng điện trên hai hoặc 3 pha. if/2 if/2 Rp Rp Trường hợp sét đánh vào dây dẫn gần cột điện là nguy hiểm nhất. Dòng điện sét tại điểm sét đánh có giá trị If (chứ không phải If/ 2). Điện áp xuất hiện trên điện trở nối đất R bằng IfR, còn trên các pha khác cũng xuất hiện điện áp bằng kcIfR (kc là hệ số ngẫu hợp giữa các dây pha). Như vậy trên cách điện của pha bên cạnh điện áp tác dụng sẽ là : (1-kc).IfR. U 50% Phóng điện pha này xảy ra nếu như : 1 kc .I s .R U 50% I s I bv 1 kc R 3/31/2014 Page 17
18. Ví dụ đường dây 35 kV cột sắt : h=10 m, R = 10 cách điện : điện áp phóng điện U50% : 350 kV, Chiều cao của chuỗi sứ: 1,2m. hệ số ngẫu hợp : kc =0,3 mức sét Nk : 100 ngày/năm áp dụng số ta có Ibv = 50 kA, va=0,15; =0,52; nd 0,06  0,09 .10.100.0,15.0,52 4,68  7,02 lÇn/100km/n¨m Số lần cắt điện bé hơn so với đường dây 110 kV trung tính nối đất trực tiếp. Nếu ta giảm điện trở xuống còn 5, thì số lần sự cố giảm còn 0,78-1,17. 3/31/2014 Page 18
19. Đường dây không treo dây chống sét thì có thể coi là sét đánh vào dây dẫn như chắc chắn vì vậy trong các trường hợp cần thiết người ta cần bảo vệ đường dây bằng treo dây chống sét. Khi đó thì phần lớn các cú sét sẽ đánh vào dây dẫn hoặc vào cột điện thay vì đánh vào dây dẫn. Dây chống sét không có khả năng bảo vệ dây dẫn tránh sét một cách tuyệt đối, nghĩa là vẫn có một số cú sét đánh vòng qua dây dẫn vào dây chống sét. Số lần sét đánh vào dây dẫn phụ thuộc vào góc bảo vệ xác định bởi : N N L trong đó v là xác suất sét đánh vòng. Xác suất này được xác định bằng công thức kinh nghiệm sau : H log c 4 90 với Hp : chiều cao cột chống sét đo bằng mét và : góc bảo vệ tính bằng độ. 3/31/2014 Page 19
20. Quá điện áp do sét đánh vào cột điện hoặc vào dây chống sét Khi sét đánh trực tiếp vào cột kim loại, dòng điện sét thoát xuống đất sẽ gây nên tăng thế của kết cấu kim loại. Điện áp xuất hiện trên chuỗi sứ cách điện đường dây phụ thuộc vào điện trở nối đât, liên hệ điện từ giữa mạch dòng điện sét với dây dẫn Nếu ta mô tả liên hệ này một cách đơn giản bởi tự cảm L của cột điện thì điện áp đặt lên chuỗi sứ có thể viết như sau Khi điện áp đạt ngưỡng phóng điện xung kích của chuỗi cách điện, phóng điện bề mặt chuỗi sứ xảy ra được gọi là phóng điện ngược hoặc "backflashover" (nếu dòng điện sét mang cực tính âm, điện áp xuất hiện trên đỉnh cột cũng mang cực tính âm, quá điện áp pha - đất đặt vào khoảng không khí có dấu dương, phóng điện do các cú sét đánh trực tiếp và phóng điện ngược, cực tính điện áp ngược dấu nhau). Khi có dây chống sét, sét được xem đánh chủ yếu vào dây này, giữa dây chống sét và các cột gần điểm sét đánh xuất hiện quá trình truyền và phản xạ phức tạp cuả sóng quá điện áp. dòng điện sẽ phân tán dòng điện sét vào đất trên nhiều cột điện, do vậy sẽ giảm được quá điện áp tác dụng lên cách điện đường dây. Một phần dòng điện sét sẽ lan truyền dọc theo pha hoặc các pha bị phóng điện về phía trạm biến áp hoặc hộ tiêu thụ 3/31/2014 Page 20
21. Trong các mạng điện siêu cao áp, mức cách điện rất cao nên khả năng phóng điện ngược xảy ra rất thấp. Chất lượng nối đất đóng vai trò quan trọng trong những trường hợp này. nếu điện trở nối đất xung kích bằng 15, phóng điện có khả năng xảy ra với đường dây cấp điện áp đến 150 kV và hầu như bằng không đối với các đường dây điện áp đến 750 kV. Nhưng nếu đường dây cấp điện áp dưới 90 kV, phóng điện ngược hầu như chắc chắn xảy ra dù điện trở nối đất xung kích có trị số bé (< 15 W), từ đó thấy rằng lợi ích của việc treo dây chống sét rất thấp (cắt điện thường xuyên xảy ra). Đối với các đường dây cấp điện áp này, không cần các bảo vệ trừ trường hợp nếu có khả năng đảm bảo điện trở nối đất cột điện rất thấp thường nhỏ hơn 5. Cũng cần nhấn mạnh rằng phóng điện ngược so với các cú sét đánh trực tiếp tạo điều kiện dẫn đến sự cố nhiều pha. Khi mà điện áp tại đỉnh cột không lớn lắm, pha bị sự cố chính là pha có điện áp tức thời ở tần số công nghiệp ngược dấu điện áp do dòng điiện sét gây ra. Ngược lại nếu điện áp này rất lớn vì có dòng điện sét lớn gây nên và/hoặc điện trở nối đất lớn nên hai thậm chí ba pha được đặt dưới điện áp cao và bị sự cố. Tương tự như vậy đối với đường dây hai mạch, xác suất để hai pha cùng chỉ số thời gian chịu phóng điện ngược đồng thời là không thể bỏ qua. Chính vì vậy tại sao các đường dây hai mạch vẫn còn là hão huyền nếu nối đất cột điện không được quan tâm đúng mức. Để tính điện áp xuất hiện trên chuỗi cách điện đường dây, người ta phân biệt hai trường hợp : khi sét đánh vào đỉnh cột điện hoặc vào dây chống sét gần đỉnh cột; khi sét đánh vào khoảng vượt Một cách gần đúng, người ta cho rằng một nửa số lần sét đánh vào đường dây sẽ rơi vào đỉnh cột N N N L điện hoặc vào dây chống sét gần đỉnh cột, còn nửa kia vào giữa khoảng vượt. p c 2 3/31/2014 Page 21
22. Sét đánh vào dây chống sét đỉnh cột và lân cận đỉnh cột if S g i Để đơn giản ta cho rằng sét đánh vào đúng đỉnh cột như trên vẽ. i 0 ig i 0 U c Giả thiết rằng toàn bộ năng lượng sét được tản vào trong đất ip ip ip qua điện trở nối đất R của cột điện, một phần dòng điện sét sẽ lp lp lan truyền theo dây chống sét về phía các cột điện bên cạnh. R p R p R p Điện áp xuất hiện trên cách điện đường dây gồm các thành phần sau : điện áp giáng trên điện trở nối đất của cột điện : UR= ip.Rp di di U t L c M c (t). s thành phần từ của điện áp cảm ứng do dòng điện sét cu c dt dt điện cảm của cột điện đến điểm treo dây dẫn hc : độ treo cao trung bình của dây dẫn so với mặt đất; Lc = hc.Lo Lo : điện cảm dài của cột điện Lo=0,50,6H/m vt H h H Mc(t) : hỗ cảm giữa kênh sét và dây dẫn M c (t) 0,2h c (ln ln 1) (1  )H 2h c h H =hp +hc, h=hp-hc;  : vận tốc tương đối phóng điện sét (=0,3), vận tốc ánh sáng (v = . c). 3/31/2014 Page 22
23. điện áp của dây chống sét Ug(t) tự cảm của cột điện đến điểm treo dây chống sét Lg=hg.Lo : hg : độ treo cao trung bình của dây chống sét so với mặt đất di p U t i t Z i R L a .M t dcs g cg p g dt g Lo : điện cảm dài của cột điện Lo=0,50,6H/m). ip: dòng điện đi trong thân cột xuống đất a : độ dốc của dòng điện sét Zcg : tổng trở xung kích của dây chống sét Mg(t): hỗ cảm giữa kênh sét và dây chống sét v.t 2h điện áp làm việc g p M (t) 0,2h p ln 1 2h p (1  ) 2 U U s ph max ba thành phần đầu của điện áp tác dụng lên cách điện của đường dây có cùng dấu và nếu dòng điện sét mang cực tính âm như trong hầu hết các trường hợp chúng cũng sẽ có dấu âm, điều này có nghĩa là quá điện áp trên dây dẫn sẽ có dấu dương. Thành phần thứ tư là điện áp trên dây chống sét sẽ có dấu ngược lại. Thành phần cuối cùng điện áp làm việc được lấy dấu dương ứng với trường hợp nguy hiểm nhất di di U (t) i .R L . p M c (t) f U e (t) K cU (t) U c p p c dt dt ind g s UR(t),Uind(t),Ug(t) phụ thuộc vào dạng dòng điện is và ip. Trong các tính toán chống sét thường chúng ta sử dụng dạng sóng xiên góc 3/31/2014 Page 23
24. Thời điểm ta xảy ra phóng điện ngược được xác định bởi giao điểm giữa Courbe tension -temps U (t) đường cong điện áp - thời gian (đặc tính V-S) của cách điện đường dây và c điện áp đựat lên cách điện khi sét đánh. Nếu thời gian đầu sóng (f1) quá ngắn, điện áp Uc(t) sẽ không cắt đường đặc tính V-S, phóng điện bề mặt 2 trên chuỗi sứ không xảy ra Đường cong điện áp Uc(t) tương ứng với một độ dốc cho trước a=a1, do đó chính nó sẽ xác định biên độ dòng điện sét nguy hiểm : If1= a1.tp1. t t1 Mọi cú sét có biên độ If If1 và độ dốc af af1 gây phóng điện ngược trên chuỗi cách điện đường dây Bằng các thực hiện các tính toán tương tự cho các độ dốc khác nhau chúng ta tính được biên độ dòng điện sét nguy hiểm và từ đó xây dựng được đường cong nguy hiểm giữa Is và độ dốc a như trên hình vẽ If, kA b Mọi cú sét mà biên độ dòng điện và độ dốc nằm trong vùng a gạch chéo sẽ dẫn đến phóng điện ngược. Do đó từ đường cong tham số nguy hiểm trên, ta có thể xác định xác suất phóng điện p a (kA/s) p=P{Uc(a,t) U50%(t)} 3/31/2014 Page 24
25. Quá điện áp do sét đánh dây chống sét trong khoảng vượt Khi sét đánh vào dây chống sét ở giữa khoảng vượt, dòng điện sét sẽ lan truyền về hai phía với dòng điện bằng a.t/2 i f S S i f / 2 i f / 2 U c i p = a t / 2 i p i p = a t / 2 l p R p R p Cột điện được thể hiện bởi điện cảm Lp, và điện trở nối đất Rpư. Điểm sét đánh có thể mô tả bằng một mạch điện gồm tổng trở Zo của kênh sét nối tiếp với tổng trở Zcg/2. Z /2 Zo Zcg/2 cg l/2  Sóng quá điện áp lan truyền theo dây chống sét và khi đến cột điện đầu tiên trên đường truyền sóng và do điện trở nối đất của cột điện nhỏ hơn so với Zcg (đường dây được xem như là ngắn mạch), sóng phản xạ trở về sẽ mang dấu âm. Để đơn giản ta giả thiết sét đánh vào chính giữa khoảng vượt giữa hai cột điện. Trong trường hợp này các sóng phản xạ sẽ đồng thời trở về điểm sét đánh. Bởi vì tổng trở Zo có giá trị gần tổng trở xung kích của dây chống sét do đó sẽ không có sóng phản xạ và sóng khúc xạ tiếp. Điện áp trên dây chống sét xác định như trên hình vẽ. 3/31/2014 Page 25
26. Điện áp cực đại xuất hiện trên dây chống sét có giá trị bằng U if(t).Zcg/4 U a Z l g max 4 cg v a l Z 4 v cg Ug t  và chỉ phụ thuộc vào độ dốc chứ không phải biên độ dòng điện sét =l/v Onde de réflexion Do sự truyền sóng và hiện tượng tương hợp điện từ trên dây pha xuất hiện f điện áp bằng : Uc = kc.Ug trong đó kc là hệ số ngẫu hợp giữa dây chống sét và dây dẫn có xét đến hiện tượng vầng quang điện áp tác dụng trên khe hở giữa dây dẫn và dây chống sét bằng a l Zcg 400 a.l U 1 k U 1 k Z 1 k c c c 4 cg v v 300m / s c 3 Điều kiện phóng điện có thể iết như sau nếu ta lây điện trường phóng điện của không khí bằng 750 kV/m 2250s a 1 kc l Khi thiết kế đường dây, người ta thường chọn khoảng cách giữa các dây dẫn đủ lớn, xác suất xảy ra phóng điện khoảng không khí giữa các dây dẫn hầu như bằng không 3/31/2014 Page 26