Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp - Chương 8: Bảo vệ chống sét trạm biến áp

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp - Chương 8: Bảo vệ chống sét trạm biến áp

1. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP CHƯƠNG 8 : BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRẠM BIẾN ÁP 8.1. Mở đấu 8.2. Nghiên cứu bảo vệ chống sét trạm biến áp theo sơ đồ đơn giản 8.3. Truyền sóng vào trạm qua đoạn cáp 8.4. Bảo vệ trạm 8.5. Ví dụ bảo vệ chống sét trạm biến áp 8.6. Phân bố điện áp trong cuộn dây máy biến áp 3/31/2014 Page 1
2. Yêu cầu bảo vệ chống sét trạm biến áp Trạm biến áp trung gian là trạm biến áp loại lớn. * Một trạm điển hình có diện tích khoảng 0,1km2. * Với mật độ sét là 4 lần trong 1 năm và trên km2 với cường độ hoạt động 10-30 ngày/năm, số lần trạm biến áp bị sét đánh trung bình một lần trong 2 đến 5 năm Nếu như sét đánh trực tiếp vào phần thiết bị của trạm được nối với nhiều đường dây bên ngoài : dòng điện sét có thể truyền ra phía ngoài trạm và quá điện áp trên thanh cái được xác định Z u(t) c i(t) n Quá điện áp có thể đạt giá trị 800 kV với dòng điện sét rất bé khoảng 2kA. Sẽ xảy ra phóng điện và dẫn đến sự cố trong trạm. Nếu có các thiết bị bảo vệ như khe hở phóng điện hoặc chống sét van, chúng có thể bảo vệ các thiết bị đầu tiên trong trạm Nếu sét đánh vào phần làm việc của trạm cách ly với lưới điện bên ngoài thì vào thời điểm này phần bị sét đánh có thể mô tả bằng một điện dung và quá điện áp có tri số bằng i(t) u(t) C Dạng quá điện áp này đặc trưng bởi độ dốc và biên độ khá lớn. Trong trường hợp này khoảng khe hở khí có thời gian phóng điện rất lớn nên cả chống sét van và khe hở không thể bảo vệ được các thiết bị 3/31/2014 Page 2
3. Phân tích trên đây cho thấy rằng việc bảo vệ tất cả các phần làm việc của trạm chống sét đánh trực tiếp là không thể thiếu Vấn đề bảo vệ chống sét đánh trực tiếp : các trạm biến áp lớn được bảo vệ chống sét đánh thẳng bằng dây chống sét (treo phía trên các thiết bị và các xà đỡ dây, thanh cái) hoặc các cột chống sét kiểu Franklin. Nếu như sét đánh vào những phần không mang điện áp của trạm như các xà, cột và nếu tổng trở nối đất của trạm rất thấp thì sét không gây nguy hiểm cho trạm : Phóng điện ngược trên cách điện không thể xảy ra nếu chúng ta thực hiện nối đất tốt và có biện pháp tạo ra mạng lưới nối đât. Vấn đề ở đây là cần nghiên cứu bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm, đôi khi điểm bị sét đánh có thể nằm khá xa trạm. Khi sét đánh vào đường dây sẽ dẫn đến quá điện áp khí quyển lan truyền từ điểm sét đánh dọc theo đường dây về phía trạm biến áp nối với đường dây. Trong quá trình truyền sóng nếu biên độ sóng điện áp vẫn còn lớn hơn mức cách điện đường dây thì vẫn còn sóng quá cắt (do phóng điện trên chuỗi cách điện đường dây) tiếp tục lan truyền về phía trạm. Bảo vệ chống quá điện áp do sét đánh từ đường dây truyền vào trạm có yêu cầu rất cao vì trong trạm có những thiết bị quan trọng như MBA máy cắt điện Cách điện của các thiết bị này lại yếu hơn nhiều so với cách điện của đường dây. Do đó những sóng xuất hiện bởi sét sẽ gây nguy hiểm đối với thiết bị 3/31/2014 Page 3
4. Bảo vệ trạm chống sóng quá điện áp khí quyển Bảo vệ chống quá điện áp do sét đánh từ đường dây truyền vào trạm có yêu cầu rất cao vì trong trạm có những thiết bị quan trọng như MBA máy cắt điện Cách điện của các thiết bị này lại yếu hơn nhiều so với cách điện của đường dây. Chỉ tiêu bảo vệ chống sóng truyền vào trạm là một số liệu quan trọng nó cho phép đánh giá mức độ an toàn với sóng quá điện áp của trạm. Tuy nhiên việc tính toán khá phức tạp, khối lượng tính toán lớn, do tham số của sóng truyền từ đường dây vào trạm rất khác nhau (phụ thuộc vào dòng điện sét, kết cấu đường dây, vị trí sét đánh). Do đó việc tính toán chống sóng truyền phải tính với nhiều tham số khác nhau và dựa vào đó tìm ra tham số tới hạn nguy hiểm của sóng truyền vào trạm. Với trị số tới hạn của tham số sóng sét, biết phân bố xác suất của chúng có thể tính được chỉ tiêu bảo vệ chống sét truyền vào trạm Phương pháp bảo vệ chống sóng truyền vào trạm là tìm cách "san bằng" quá điện áp truyền tới, với mục đích đưa chúng về các trị số tương thích với mức chịu đựng của các thiết bị điện : cần đảm bảo rằng mức cách điện xung kích BIL (Basic Impulse Level) của tất cả các thiết bị trong trạm không bị vượt quá (phối hợp cách điện). Nguyên tắc bảo vệ là tạo ra một mạch điện tản dòng điện sét vào đất do phóng điện hoặc do dãn điện. Hai laọi thiết bị được dùng để bảo vệ chống sóng truyền là khe hở phóng điện và chống sét van. Việc sử dụng các chống sét van hoặc khe hở phóng điện chỉ có hiệu quả trong các trường hợp bố trí đúng thiết bị bảo vệ, đặc biệt là khoảng cách từ thiết bị bảo vệ đến thiết bị cần bảo vệ và tình hình nối đất của trạm. Từ đó đẫn đến khái niệm "khoảng cách bảo vệ". 3/31/2014 Page 4
5. bảo vệ đoạn đường dây dẫn ở đoạn gần tới trạm Cũng cần lưu ý rằng chống sét van chỉ có thể thông thoát dòng điện có biên độ và độ dài nhất định không bị phá huỷ. Đặc tính này là nền tảng để phân loại các chống sét van, mà tham số chính là dòng điện phóng điện được sử dụng trong các thí nghiệm. Thông thường dòng điện này có giá trị từ 5kA đến 10kA . Dòng điện qua chống sét van khi có sét đánh vào đường dây cách xa trạm (vài kilomét) 2U p 2U * U50% là mức cách điện I 50% Z c Z c Zc là tổng trở xung kích của đường dây. * Đối với đường dây điện áp 110 kV: U50%=650 kV, Zc=400, ta tính được I=3,25kA Nếu sét đánh vào gần trạm, do phản xạ nhiều lần từ điểm sét đánh, dòng điện qua chống sét van có trị số R I I s * R là điện trở nối đất xung kích của cột R Rcsv * Rcsv là điện trở của chống sét van Với chống sét van 110 kV, Ucsv=365 kV, điện trở của chống sét van ở dòng điện 10kA bằng 36,5. Nếu nối đất có trị số điện trở nối đất R=10 và dòng điện sét tính theo 150kA, ta tính được phần dòng điện qua chống sét van bằng 32,11kA. Trị số này lớn hơn nhiều khả năng chịu của chống sét van 3/31/2014 Page 5
6. Để dòng điện qua chống sét van không vượt quá giới hạn cho phép thì trở nối đất của mọi cột điện trong đoạn gần tới trạm phải đạt trị số rất bé (trong ví dụ trên, R cần phải nhỏ hơn 2,62). Nếu không thực hiện được nối đất tốt như vậy thì cần phải loại trừ khả năng sét đánh trực tiếp vào đoạn đường dây dẫn ở đoạn gần tới tới trạm. Với mục đích đó, đoạn đường dây 1 đến 2 km dẫn đến trạm thường được bảo vệ bằng cách treo dây chống sét hoặc cột thu sét Việc bảo vệ đoạn đường dây dẫn ở đoạn gần tới trạm không chỉ có tác dụng đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của chống sét van mà còn có tác dụng giảm độ dốc của sóng truyền vào trạm. ở trạm biến áp, chống sét van có thể được đặt ở thanh góp nên giữa nó tới thiết bị luôn có một khoảng cách nhất định. Điện cảm của dây nối từ chống sét van đến thiết bị và điện dung của cách điện thiết bị sẽ hình thành mạch giao động L-C làm cho điện áp đặt trên thiết bị có thể vượt quá trị số điện áp dư của chống sét van. Độ chênh lệch càng lớn khi chống sét van đặt càng xa thiết bị và sóng truyền vào trạm có độ dốc càng lớn. Để có thể dùng số ít chống sét van mà vẫn bảo vệ được toàn bộ các thiết bị trong trạm, phải hạn chế độ dốc sóng bằng cách trước khi vào trạm sóng phải truyền qua một đoạn đường có chiều dài nhất định. Vầng quang xuất hiện trên đoạn này sẽ làm giẩm độ dốc của sóng 3/31/2014 Page 6
7. Dạng sóng tính toán Z c Khi sét đánh vào dây dẫn thì biên độ điện áp xuất hiện trên dây dẫn bằng U dd I s 100I s 4 Với dòng điện sét bé, điện áp Udd<U50%, dạng sóng lặp lại dạng dòng điện (toàn U sóng) 3 U U=Z I /4 3 c f 1 Umax=ZcIf/4<U50% t Khi dòng điện sét đủ lớn, điện áp Uc có thể vượt quá U50%, dẫn đến phóng 1 điện trên một hoặc nhiều chuỗi sứ, do đó dạng sóng có dạng Umax=RIf<U50% t U U=ZcIf/4 Nếu sét đánh vào dây chống sét hoặc sét đánh vào đỉnh cột và gây phóng điện 4 ngược sang dây dẫn, dạng sóng quá điện áp lặp lại dạng dòng điện sét 1 3 Cac tham số của sóng sét với các sau Umax=RIf U50% t tại điểm sét đánh, sóng dốc thẳng đứng U 50% U 50% 1  khi truyền sóng do vầng quang, độ dốc giảm còn a  t l  Trong tính toán thường sử dụng sóng xiên góc : đầu sóng có độ dốc a= dU/dt không đổi và điện áp bằng hằng số ở phần đuôi sóng với T = Up/a là thời gian đầu sóng điện áp tăng từ 0 đến Up 3/31/2014 Page 7
8. Khái niệm "khoảng cách bảo vệ" sóng quá điện áp lan truyền dọc theo đường dây về phía trạm biến áp gồm một máy biến áp được bảo vệ bởi một chống sét van + tổng trở xung kích : Zc. + vận tốc truyền sóng : v. + khoảng cách chống sét van - máy biến áp : D + thời gian truyền sóng giữa hai điểm A và B : t = D/v. CSV có đặc tính phi tuyến lý tưởng : khi điện áp vượt quá ngưỡng Up, nó dẫn điện tức thì và điện áp giới hạn bằng Up. tổng trở nối đất bằng không; dây nối đường dây - chống sét van, chống sét van - đất ngắn bằng không máy biến áp : ở tần số công nghiệp, tổng trở đầu vào lớn hơn Zc rất nhiều, và khi sóng điện áp tới máy biến áp hầu như nó sẽ phản xạ toàn phần (điện áp tăng gấp hai lần tại điểm phản xạ). 3/31/2014 Page 8
9. Quá điện áp lớn nhất trên máy biến áp Trường Tiêu chuẩn Quá điện áp lớn nhất trên máy biến Nhận xét hợp áp 1 với T 2 r .D  Đầu sóng r chậm, khoảng cách D rất ngắn U p 2 U p 1 2 v T CSV có tác dụng hạn chế điện áp lớn nhất trên máy biến áp theo hiệu vU p D r .D  ứng khoảng cách D. 2 U p 2 2 r v T Khái niệm khoảng cách bảo vệ 3 với T=2 r.D Nằm giữa hai trường hợp U p 2 U p U p 2U p vU p v D 2 r a.D Nếu điện áp xung kích lớn nhất có thể chấp nhận đối với máy biến áp được cố định bằng 1,3 1,3U p U p 2 lần Up, ta có v U .v D 0,15 p 0,15.T.v khoảng cách chống sét van - máy biến áp a VÝ dô víi Up = 1200 kV, v = 300 m/s, a = 2 000 kV/s D 27 m dây nối của chống sét van với thiết bị và với đất; đặc tính thức tế của chống sét van; kết cấu của mạng với các điểm gián đoạn ttống trở và vận tốc truyền sóng các phần tử mang tính chất điện dung trong đó có máy biến áp 3/31/2014 Page 9
10. Giản đồ truyền sóng điện áp ứng với trường hợp 1 (đầu sóng chậm) 3/31/2014 Page 10
11. Giản đồ truyền sóng điện áp ứng với trường hợp 1 (đầu sóng chậm) Sự phân bố theo thời gian của điện áp trên mạch bảo vệ bằng chống sét van 3/31/2014 Page 11
12. Giản đồ truyền sóng điện áp ứng với trường hợp 2 (đầu sóng chậm) 3/31/2014 Page 12
13. Giản đồ truyền sóng điện áp ứng với trường hợp 2 (đầu sóng chậm) Biểu đồ qúa điện áp lớn nhất trên máy biến áp (điểm B) theo hàm của T với t cho trước (trường hợp ) Sự phân bố theo thời gian của điện áp trên mạch bảo vệ bằng chống sét van 3/31/2014 Page 13
14. Nghiên cứu bảo vệ chống sét trạm biến áp theo sơ đồ đơn giản A U l B sóng quá điện áp lan truyền dọc theo đường dây về p phía TBA gồm một MBA được bảo vệ bởi một CSV có f khe hở, MBA đặt trước CSV C Trường hợp thứ nhất : không xét ảnh hưởng của điện dung C Up A l B f Do điện áp trên chống sét van hầu như không đổi khi điện áp thay đổi khá lớn nên ta có thể coi nó như một nguồn dòng với điện áp bằng điện áp dư. 3/31/2014 Page 14
15. U 2 U p U p Điện áp tại điểm A bao gồm sóng điện áp tới Up và sóng phản xạ từ đầu cuối trở về. U CSV U i U d U i /2 t t Tại điểm B, sóng phản xạ được xác định theo biểu thức : p U r = U CSV - U p U r 2U CSV U p Khi sóng này về tới điểm A, nó chậm một khoảng thời gian 2 so với sóng tới Up, khoảng thời gian này bằng : 2 2 l v U U p t p + 2  ' . U i U i U im a x Chúng ta xếp chồng sóng phản xạ từ điểm B trở về lên U d t sóng tới Up. 2  U r  f Do đó điện áp lớn nhất trên cách điện của thiết bị cần bảo vệ có giá trị bằng : U i max a t p 2 at p a 2t p 2 U a 2a 3/31/2014 Page 15
16. 2 t  Trong trường hợp với p f Như vậy điện áp lớn nhất trên cách điện tại điểm A vượt quá điện áp trên CSV một lượng 2a 2a l v tỉ lệ với độ dốc a và khoảng cách l giữa thiết bị cần bảo vệ và chống sét van với. 2 t  Trong trường hợp ngược lại với p f Ua ta có : U U i max p max 2 Trường hợp này rõ ràng không thể được sử dụng vì sóng quá điện áp lớn hơn mức cách điện của trạm, chống sét van không có khả năng bảo vệ thiết bị chống sóng quá điện áp lan truyền tới. 3/31/2014 Page 16
17. Khi sóng lan truyền qua điện dung C, độ dốc của sóng giảm đôi chút điện áp trên chống sét van điện áp trên cách điện U Up 1 U 2Up Up '' ' U i 1 U i Ui Uparaf Uresiduelle t t 4 3 b) 1 : sóng tới điểm B; 3 : sóng phản xạ từ; 4 : sóng phản xạ về tới điểm A. 3/31/2014 Page 17
18. Nghiên cứu bảo vệ chống sét trạm biến áp theo sơ đồ đơn giản A B sóng quá điện áp lan truyền dọc theo đường dây về phía Up l TBA gồm một MBA được bảo vệ bởi một CSV có khe hở, f CSV đặt trước MBA C Trường hợp thứ nhất : không xét ảnh hưởng của điện dung C Trong trường hợp này, tính toán điện áp trên máy biến áp và trên chống sét van có phần phức tạp hơn bởi vì chúng ta cần xét phản xạ nhiều lần của sóng tới trên đoạn AB. Với C=0 (đường dây hở mạch), tại điểm B sóng phản xạ lặp lại biên độ và dạng sóng tới (phản xạ dương toàn phần) và tại điểm A sóng phản xạ có tể xác định theo phương pháp đồ thị Do tính chất phi tuyến của CSV, điện áp trên các đầu kẹp của nó vẫn hầu như giữ nguyên khi có dòng điện sét đi qua. Có thể coi nó như một nguồn áp không đổi. Dạng điện áp trên cách điện cuả thiết bị cần bảo vệ có dạng giao động quanh điện áp dư của CSV Chu kỳ giao động được xác định bằng cách tương tự như khi cuối đường dây hở T 4 4 l v mạch 3/31/2014 Page 18
19. Phóng điện các khe hở của chống sét van xảy ra khi điện áp phản xạ từ điểm U U 2a B về tới điểm A với tp>2. Điện áp lớn nhất trên cách điện có trị số bằng i max a U 2U Còn nếu phóng điện xảy ra trước khi sóng phản xạ trở về (tp<2), thì i max a Trường hợp 2 : xem xét ảnh hưởng của điện dung C. Cũng giống như trên sơ đồ không có điện dung C, điện áp trên chống sét van hầu như giữ không đổi nên chúng ta có thể coi nó như nguồn điện áp với dạng sóng xiên góc như sóng tới. Với tính toán gần đúng, có thể thay thế phần sơ đồ chứa đoạn l và điện  1 1 LC CZ  dung C bằng mạch giao động L-C với tần số giao động riêng bằng: c T Chu kỳ giao động T 2 2 CZ  2  C  c  T Điện áp lớn nhất trên điện dung C phụ thuộc vào tỉ số  f U  Trong trường hợp trên  résiduelle T f a ta có : T C 2a   U f résiduelle 3/31/2014 Page 19
20. Kết luận Từ các phân tích hai trường hợp trên đây, chúng ta có các kết luận sau : nếu chống sét van đặt sau máy biến áp (thiết bị cần bảo vệ), điện áp lớn nhất tác dụng lên cách điện phụ thuộc vào độ dốc của sóng tới và có thể lớn hơn điện áp phóng điện (hoặc điện áp dư) của chống sét van tới hai lần. Điện dung có thể làm cho điện áp này giảm đôi chút. nếu chống sét van đặt trước thiết bị cần bảo vệ, điện áp trên cách điện có dạng giao động tắt dần xung quanh điện áp dư của chống sét van. tăng điẹen dung C có thể làm tăng điện áp trên cách điện nhưng không thể vượt quá hai lần điện áp dư của chống sét van. 3/31/2014 Page 20
21. Truyền sóng vào trạm qua đoạn cáp lc Up l 1 Zc 2 Z 3 Tại các nhà máy thuỷ điện người ta thường dùng đoạn  f 0 cáp để nối máy biến áp tăng áp với trạm biến áp phân phối. Tính toán điện áp phức tạp hơn do phản xạ - khúc xạ nhiều lần của sóng tới từ đường dây l và từ đoạn cáp l. Trước hết ta phân tích quá trình phản xạ trước khi chống sét van hoạt động. ở trạng thái sóng, máy biến áp là phụ tải công suất vừa phải, có thể coi là cuối đoạn cáp hở mạch. U i Up 2ip Up 1,0 Kết quả tính toán với tỉ lệ Zo/Zc=0,5; f=0,5c và  = 0,1c (<Z và Z tổng trở xung kích của đường dây và của đoạn o c 0,8 cáp; f thời gian đầu sóng tới Up: c và  là thời gian 3 0,6 truyền sóng trên đoạn lc) : Zo = 25 và Zc=500, f =2s, 2 lc =600m c =600/300 =2s, l =120m =0,4s. 0,4 t 0,2  c 2 4 6 8 10 12 14 3/31/2014 Page 21
22. Nhận xét điện áp tại hai đầu cáp hầu như không đổi chỉ tăng chút ít điện áp trên các cực của chống sét van ban đầu có giá trị như điện áp của sóng tới và khi có sóng phản xạ từ đoạn cáp trở về nó giữ nguyên hằng số cho đến tận cuối thời gian đầu sóng và cuối cùng sẽ giảm rất nhanh đến trị số điện áp ở đầu đoạn cáp. phóng điện các khe hở chống sét van chỉ xảy ra trong thời gian đầu sóng hoặc sau vài lần phản xạ khi điện áp tại các nút 1, 2, 3 trở nên bằng nhau. a a l U Để chống sét van phóng điện trong khoảng thời gian này, cần thoả mãn điều kiện v a v. .U U f p p l Thay a ta có : U  a f Với trạm biến áp 110 kV, Up= U50%=650 kV, Ua =285 kV, f=1,2s l 160m. Trong thực tế, chống sét van chỉ bắt đầu làm việc sau khi đoạn cáp được nạp đầy điện tích (điện áp trên đoạn caps này bằng điện áp trên các cực của chống sét van) với thời gian phóng điện tp>>c. Bởi vì đoạn cáp được nối giữa hai môi trường có tổng trở xung kích lớn hơn tổng trở của nó rất nhiều, đặc biệt tổng trở của máy biến áp có thể coi là vô cùng lớn, ta có thể thay thế đoạn cáp này bởi điện dung tập trung Cc : l  C c c c v .Z Z 3/31/2014 Page 22 c o o
23. Sơ đồ tương đương được trình bày trên hình vẽ(phía máy biến áp hở mạch) l=Z  l c Up Sau khi phóng điện, điện áp trên các cực của CSV giữ  Zc f Io nguyên bằng điện áp dư của nó. Nếu coi CSV như một Cc Cc >> nguồn áp điện áp xung vuông góc (sử dụng sóng vuông góc nhằm mục đích đơn giản hoá tính toán vì điện áp tại a) b) hai đầu đoạn cáp không có bị ảnh hưởng nhiều vì độ dốc cảu sóng). Sơ đồ tương đương hình b là mạch giao động đã biết với điều kiện là vào lúc đóng mạch điện (khi khe hở phóng điện của CSV bị phóng điện đánh thủng), tụ điện C đã được nạp đến điện áp ban đầu Uo. Vì Ua Uo Uo Ud do đó có dòng điện Io 0 trong mạch. có thể xác định trị số Io bằng đường cong, nếu như đến tận thời điểm phóng điện 2U p U d của CSV, không có sóng phản xạ từ điểm sét đánh hoặc tính một cách gần đúng : I o Z c LI 2 2C .U 2 thành phần giao động của điện áp trên đoạn cáp từ phương trình cân bằng năng lượng: 0 c i 2 2 L Từ đó tính được điện áp của đoạn cáp (điện áp trên cách điện của thiết bị bảo vệ) U c U i U d Lo sin tt Cc 2U p U  L LZ c U i max U d U d 2U p U d Giá trị lớn nhất của điện áp này bằng : Z c Cc 2lc .Cc 3/31/2014 Page 23
24. Ta thấy rằng điện áp Ui max phụ thuộc rất lớn vào biên độ sóng tới và tổng trở xung kích của đường dây. Ui khi khoảng cách l tăng nhưng khi ta tăng chiều dài đoạn cáp lc thì lại làm giảm điện áp trên cách điện bởi vì khi đó điện dung C của đoạn cáp tăng sẽ kéo theo giảm biên độ dao động. Ngoài ra, điện áp Ui còn phu thuộc vào thời gian tồn tại của sóng tới. Với sóng tới rất ngắn, CSV có thể không kịp làm việc. Do đó điện áp trên cách điện có thể thấp hơn điện áp trên các cực của CSV. 3/31/2014 Page 24
25. Bảo vệ trạm Đối với trạm phức tạp, việc xác định điện áp trên thiết bị cần bảo vệ phức tạp hơn nhiều, phải xem xét quá trình phản xạ nhiều lần của sóng giữa nhiều nút khác nhau, do đó cần xác định điện áp tại tất cả các nút. Trong trường hợp này, người ta thay thế các sơ đồ thực bằng sơ đồ thay thế trạng thái sóng. Khi thiết lập sơ đồ thay thế chúng ta dựa trên các giả thiết sau : sóng lan truyền không hề bị suy giảm vân tốc truyền sóng bằng vận tốc ánh sáng; tổng trở xung kích của đường dây và thanh cái bằng nhau và băng 400. Trong sơ đồ này, các thiết bị được thay thế bằng các điện dung tập trung tương đương của nó. ThiÕt bÞ §Æc tÝnh §iÖn dung, pF Giíi h¹n Trung b×nh M¸y biÕn ¸p Cã bï ®iÖn dung, c«ng suÊt lín 10003000 1500 Kh«ng bï ®iÖn dung, c«ng suÊt cÐ 30001000 500 M¸y biÕn ¸p ®o l­êng 200500 300 M¸y c¾t à tr¹ng th¸i ®ãng 300800 500 à tr¹ng th¸i më 200500 300 CÇu dao c¸ch ly à tr¹ng th¸i ®ãng 4060 60 à tr¹ng th¸i më 3060 40 C¸ch ®iÖn xuyªn kiÓu tô ®iÖn 150300 200 c¸c kiÓu kh¸c 100200 150 3/31/2014 Page 25
26. Đường dây thanh góp được thay thế bằng các phần tử hình , mỗi phần tử gồm một đoạn thanh cái dài từ 5 đến 10m, đoạn đường dây có tổng trở sóng, tốc độ truyền sóng lấy bằng 300m/s. Điện cảm và điện dung của phần tử hình  được chọn theo tổng trở xung kích. Z Z L' c H/m et C ' c pF/m v Zcv Sơ đồ xuất phát thường rất phức tạp do đó để quá trình tính toán đơn giản, có thể giảm bớt khối lượng tính toán bằng cách xác định trạng thái vận hành nguy hiểm nhất về mặt bảo vệ sóng truyền vào trạm và và giảm số nút tính toán trên cơ sở lựa chọn xác định những nút quan trọng nhất khi thành lập sơ đồ tính toán. Điều đó đảm bảo cho khả năng mức độ bảo vệ an toàn nhất. Căn cứ vào sơ đồ đầy đủ đã lập với các chiều dài đoạn đường dây, thanh góp đã biết, phân tích sơ bộ tìm ra trạng thái vận hành bất lợi nhất. Tr Quá trình lan truyền sóng trên đường dây ít qua các nút có điện dung tập trung và nhiều đường dây rẽ nhánh. Tiến hành đơn giản hóa sơ đồ theo nguyên tắc các nút gần nhau như điểm nút nối vào thanh góp có thể nhập chung thành 1 nút. 3/31/2014 Page 26
27. Pour atténuer le calcul, il faut simplifier le schéma  choisir le cas le plus défavorable pour l'isolement choisir les nœuds principaux 1 2 3 cs C C1 v 2 3/31/2014 Page 27
28. Ví dụ bảo vệ chống sét trạm biến áp Nghiên cứu được trình bày một trạm biến kiểu kín GIS cao áp, cần đảm bảo mức điện áp chịu đựng của tất cả các phần tử của hệ thống. Các phần tử này có mức cách điện xung kích BIL rất khác nhau và do đó vấn đề đặt ra là cần thiết phải bổ sung chống sét van và xác định vị trí lắp đặt chúng. Phương pháp tính Phương pháp này xử lý và bổ sung một số vấn đề sau : tính toán theo thuyết quyết định cho phép ước lượng các quá điện áp với các tham số ảnh hưởng khác nhau : dạng sét, cường độ, điểm sét đánh, có trang bị thiết bị bảo vệ chống sét hay không, điện trở nối đất; từ các số liệu thống kê về sét, tính toán tần suất sét đánh và số lần nguy hiểm do sét; tính kết quả bảo vệ trạm theo số liệu xác suất. Tính toán bảo vệ mô hình hoá trạm biến áp : hoạt động của từng phần tử trong trạm được mô tả bằng các phương trình được thiết lập trên cơ sở các định luật điện học. Mô phóng trạm như thế này cần thiết phân tích ban đầu để khỏi phải mô tả những vấn đề đại diện. Lời giải của hệ các phương trình này trên máy tính được thực hiện với các chương trình chuyên dung, ví dụ "EMTP" (Electromagnetic Transient Program). mô phóng các sóng dòng điện sét và điện áp cho mỗi lời giải. Giải các phương trình này từng bước một cho phép chúng ta biểu diễn một cách liên tục tiến triển của các biến dòng/áp tại mỗi vị trí của trạm theo thời gian. Mô phóng này vì thế tái thể hiện một cách tương tự điều xảy ra trong thực tế. Sét được mô tả bởi một nguồn dòng phát ra xung vuông góc hoặc xung hàm mũ kép có thể điều chỉnh được điện 3/31/2014 áp,Page thời 28 gian đầu sóng và thân sóng.
29. Các giả thiết chung sét đánh vào dây chống sét, gây ra phóng điện ngược chuỗi cách điện tại cột bên cạnh sóng sét đánh vào dây chống sét có các tham số sau • giá trị biên độ : 200 kA. • dạng sóng vuông góc : 2/50 s. chiều dài đường dây bị sét đánh giới hạn bằng L = 1,5 km kể từ trạm pha bị phóng điện : pha nằm xa dây chống sét nhất bị sét đánh. bỏ qua điện áp tần số công nghiệp. kết cấu được xem xét: sơ đồ vận hành trạm GIS với hệ thống thanh cái dài nhất. tần số mô phóng : 1 MHz. 3/31/2014 Page 29
30. đường dây 500 kV : 4 dây dẫn phân nhỏ trên 1 pha, treo 2 dây chống sét. ma trận tổng trở: Z1 300 ; Z0 500. cột điện : tổng trở xung kích: 120 . độ cao cột : 43 m. điện trở nối đất : 25  cách điện : chuỗi cách điện gồm 29 bát sứ. điện áp phóng điện : 2 600 kV. thời gian chậm phóng điện theo đường đặc tính V-S. trạm GIS : tổng trở xung lích: 70 . tổng trở nối đất của trạm: < 1 . điện dung : máy biến áp công suất : 7 nF. máy biến áp đo lường : 4 nF. chống sét van : đặc tính U = f(I). tất cả các liên kết (trừ đường dây) : 1 H/m dài. 3/31/2014 Page 30
31. Mô phóng theo thuyết quyết định Mô phóng được thực hiện với các phương án khác nhau: co hoặc không có chống sét van đặt trước trạm GIS và trên cực máy biến áp, đặc tính riêng khác nhau của chống sét van. Và với mỗi trường hợp điện áp lớn nhất được phát triển tại máy biến áp đo lường, trạm GIS, máy biến áp lực. Các trị số quá điện áp này được so sánh với giá trị BIL có thể. Kết quả chỉ ra rằng với BIL 1550 kV, cần đặt ít nhất 2 chống sét van (máy biến áp đo lường, máy biến áp lực). Bảng và đường cong tương ứng với trường hợp an toàn nhất khi dùng 3 chống sét van (n° 1, 2 và 3). 3/31/2014 Page 31
32. Hiệu quả của bảo vệ chống sét cho trạm biến áp Hiệu quả của bảo vệ chống sét cho trạm biến áp được thể hiện bằng số lần gây phóng điện trên cách điện của trạm. Người ta phân biệt số lần phóng điện khi bị sét đánh vòng vào khu vực bảo vệ 1, số lần phóng điện ngược sang dây dẫn khi sét đánh vào cột thu sét 2 và số lần phóng điện khi sóng quá điện áp sét lan truyền từ đường dây tới 3. chỉ tiêu chống sét của trạm chính là só lần gây phóng điện trên cách điện của trạm bởi vì mỗi lần phóng điện tại trạm đều tương đương với ngắn mạch kèm theo dòng điện rất lớn và hồ quang rất mạnh. Chỉ tiêu bảo vệ chống sét của trạm được định nghĩa là số năm vận hành an toàn không cs sự cố v 1 M 1  2  3 Xác định 1 Số lần phóng điện trung bình trong một năm do sét đánh vòng qua cột thu D  n .P .P . r sét hoặc dây chống sét vào vùng bảo vệ được xác định theo công thức 1 ug v pd 100 nyg : số lần sét đánh xuống trạm trong một năm trong 100 giờ sét, 6 n yg 6,7 A 4H . B 7H .10 với A, B là chiều dài và chiều rộng của trạm (m), H – chiều cao của cột thu sét (m), 6,7 là số lần sét đánh trên 1 km2 trong 00 giờ dông sét 6,7 A 4H . B 7H .10 6 là diện tích thu hút sét của trạm, km2 Pv là xác suất sét đánh vòng qua cột thu sét vào vùng bảo vệ 2U P P I I ; I 50% Ppd là xác suất phóng điện khi sét đánh vào dây dẫn pd th th Z 3/31/2014 Page 32 Dr là cường độ hoạt động của dông sét trong vùng biểu thị bởi số giờ dông sét trong năm
33. Xác định 2 Số lần phóng điện ngược trung bình trong một năm D  n . 1 P . r do sét đánh vào cột thu sét hoặc dây chống sét 1 yg pdng 100 Trong đó xác suất phóng điện ngược khi sét đánh vào cột thu sét xác định bởi dòng điện sét tới hạn Ith. Đó là giá trị dòng điện sét gây phóng điện ngược từ dây dẫn dòng điện sét theo chuỗi sữ treo trong xà trạm sang dây dẫn. Dòng điện sét tới hạn được xác định từ đẳng thức điện thế của của cột thu sét ở độ cao treo chuỗi sứ khi sét đánh vào cột thu sét với điện áp phóng điện U50% của chuỗi sứ Với Rxk - điện trở tản xung kích của nối đất trạm I .R 50.h U th xk 50% h - độ cao của cộ (xà) đến điểm treo của chuối sừ Xác định 3 Sóng xung kích quá điện áp nguy hiểm truyền từ đường dây vào trạm có thể xuất hiện do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn hoặc do phóng điện ngược trên cách điện đường dây khi sét đanhs vào đỉnh cột điện hoặc khi sét đánh vào dây thu sét Số lần phóng điện trung bình trong một năm do sóng quá điện áp truyền vào trạm hcs : độ treo cao trung bình của dây chống sét P là xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn Pc là xác suất phóng điện khi sét đánh vào đỉnh cột 4hc 4hc  Dr mlbv 3 4.hcs . P 1 P Pc 1 Pcs . . l l  100 100 Pc là xác suất phóng điện khi sét đánh vào dây chống sét ở giữa khoảng vượt l là khoảng vượt m là số đường dây trên không dẫn tới trạm lbv chiều dầi của đoạn bảo vệ tới trạm 3/31/2014 Page 33
34. Phương pháp đánh giá độ tin cậy của bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 3/31/2014 Page 34