Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp - Chương 9: Bảo vệ chống sét máy điện

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp - Chương 9: Bảo vệ chống sét máy điện

1. BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP CHƯƠNG 9 : BẢO VỆ CHỐNG SÉT MÁY ĐIỆN 9.1. Mở đầu 9.2. Bảo vệ máy điện nối với đường dây qua máy biến áp 9.3. Bảo vệ máy điện nối trực tiếp với đường dây 3/31/2014 Page 1
2. Mở đầu  Bảo vệ máy điện (máy phát, mô tơ) chống quá điện áp được thực hiện theo nguyên tắc bảo vệ trạm biến áp.  Mức cách điện của máy điện thường thấp hơn nhiều so với mức cách điện củamáy biến áp, do đó bảo vệ chúng được quan tâm và cẩn thận hơn nhiều. Tham số Thiết bị Điện áp định mức, kV 3 kV 6 kV 10 kV Mức cách điện xung kích hay Máy biến áp 36,5 49,5 65 BIL (Basic Impulse Level) Máy điện 10 21 32,5 Điện áp dư PPC 14,5 27 45 PBBM (*) 12 23 38 PPM 9,5 18 30 Chúng ta thấy bảo vệ máy biến áp cấp điện áp từ 3 đến 10 kV bằng các chống sét van được bảo đảm bởi vì điện áp dư của chống sét van thấp hơn đáng kể mức cách điện xung kích. Nhưng điều này không có nghĩa là cũng như thế khi tiến hành bảo vệ máy điện chống quá điện áp. Đẻ đảm bảo độ tin cậy bảo vệ, cần phải hạn chế khả năng xúất hiện quá quá điện áp bằng cách không nối máy điện trực tiếp với đường dây trên không. 3/31/2014 Page 2
3. Bảo vệ máy điện nối với đường dây qua máy biến áp Các máy phát của các nhà máy điện lớn thường được nối với các đường dây trên không qua máy biến áp. ở phía điện áp cao, máy biến áp được bảo vệ bằng chống sét van như chúng ta thấy trong chương trước. Quá điện áp xuất hiện ở phía này thường không vượt quá điện áp thí nghiệm của máy biến áp. Cách điện của máy điện phải chịu một phần điện áp do sự truyền sóng qua cuộn dây phía điện áp cao của máy biến áp về phía cuộn dây điện áp thấp. ~ 3/31/2014 Page 3
4. Quá điện áp lan truyền qua điện dung khi có quá điện áp, điện áp trong cuộn dây của máy biến áp được xác định bởi của cuộn dây và biến thiên với thời gian theo các giao động riêng. Trong thời gian đầu sóng, phân bố điện áp tương tự như trường hợp khởi đầu, do đó trong khoảng thời gian này ta có thể thay thế máy biến áp bằng điện dung đầu vào. Cuén CA C1 K1 C12 K2 C2 Cuén HA Trong các máy biến áp hai cuộn dây K, ngoài điện dung ngang, cần phải ính đến điện dung C của các cuộn dây so với đất và giữa hai cuộn dây. Các điện dung này là những điện dung phân bố rải, do đó sơ đồ tương đương của máy biến áp có dạng 3/31/2014 Page 4
5. Nếu cho rằng các điện dung ngang K2 của cuộn dây điện áp thấp của máy biến áp rất bé và có thể bỏ qua, điện áp tại điểm bầt kỳ K xác định theo biểu thức sau C12 U 2 (x) U1 (x) C2 C12  Trong thực tế, do sự tồn tại của các điện dung giữa các phần tử của cuộn dây điện áp thấp K2, phân bố điện áp trong cuộn dây này có sự khác biệt phân bố trong cuộn dây điện áp cao. Các đường cong này có được trong trường hợp cuộn dây điện áp thấp để hở mạch. Khi một máy điện được nối cuộn dây này, cần phải tính điện dung máy điện và thanh cái hoặc đường cáp. Các điện dung được thể hiện bằng một điện dung phụ C ghép song song với điện dung C2 của cuộn dây điện áp thấp. Nếu chúng ta coi rằng các điện dung C2 và C12 cũng là các tham số rải, ta sẽ có: C12 U 2 (x) U1 (x) C2 C C12 3/31/2014 Page 5
6. u 1,0 Um 0,8 1 0,6 2 0,4 3 0,2 0 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 x/l 1 - cuộn dây điện áp cao; 2 - cuộn dây điện áp thấp, tính theo phương pháp chính xác; 3 - cuộn dây điện áp thấp tính gần đúng C1=2000pF; C2=6000pF; C12=300pF; K1=20ppF; K2=30pF 3/31/2014 Page 6
7. Phân bố thực tế của điện áp dọc theo cuộn dây nằm giữa hai trường hợp này. Bây giờ chúng ta nghiên cứu bản chất phân bố điện áp trong một số trường hợp đặc biệt. Giả thiết cuộn dây cao áp có 5 phần tử (n=5) và C=K Thực tế, ảnh hưởng của điện dung phụ C còn rõ nét hơn. Ví dụ với C=(C2+C12), điện áp U2 không giảm đến 2 lần mà ít nhất là 5-6 lần. Sơ đồ bảo vệ khi máy điện được nối với đường dây trên không qua máy biến áp, cần thiết phải láp đặt một đoạn cáp ngắn (khoảng vài chục mét). 3/31/2014 Page 7
8. Quá điện áp lan truyền dọc theo cuộn dây máy biến áp Truyền sóng điện áp qua các điện dung xác định phân bố điện áp ban đầu trong các cuộn dây. Với truyền sóng qua con đường điện từ xảy ra trong quá trình quá độ mà các sóng hài bậc nhất là quan trọng nhất. Để nghiên cứu hiện tượng này, chúng ta sử dụng sơ đồ tương đương L1 L2 L1, L2 - điện cảm cuộn dây, LM - điện cảm mạch từ, L C - điện dung tổng ở phía điện áp thấp máy điện, M C Z Z - tổng trở sóng của cuộn dây máy điện Nếu C=0 và khi có quá điện áp vuông gócq biên độ Um xuất hiện ở phía điện áp cao, điện áp trên cuộn dây điện áp thấp với LM>>L1+L2 bằng t U U m 1 e T L L 2 n T 1 2 Z 3/31/2014 Page 8
9. Điện cảm của máy biến áp quy về phía điện áp thấp bằng e %.U 2 L L k 1 2 31,4P U là điện áp định mức, kVP ; công suất định mức, kVA Điện áp ở phía điện áp cao gồm điện áp dư của chống sét van xếp chồng lên thành phần giao động với chu kỳ giao động khoảng vài s, có nghĩa là rất bé so với hằng số thời gian T. Khi truyền sóng qua cuộn dây của máy biến áp, các giao động này sẽ giảm dần, do đó có thể lấy giá trị Um bằng điện áp dư của chống sét van 3/31/2014 Page 9
10. Với C 0, tần số giao động riêng ,  C L L 1 2 giao động này xếp chồng lên thành phần Um/n. Giới hạn điện áp tác dụng lên máy điện có thể đạt trị số 2Um/n, nhưng do tổng trở sóng xủa cuộn dây, giao động này sẽ tắt dần rất nhanh. 1 L L Trong điều kiện Z 1 2 nó sẽ bị triệt tiêu 2 C Nếu các giao động trong mạch phụ bị triệt tiêu và nếu phía điện áp cao của máy biến áp được bảo vệ bởi chống sét van PBM, thì không cần thiết bất kỳ bảo vệ nào ở phía điện áp máy phát. máy biến áp 110/10 kV - 315000 kVA, được bảo vệ bằng chống sét van PBM với mức điện áp dư U = 265 kV. Điện áp tác dụng lên cuộn dây máy phát bằng 265/11=24 kV, điều này không gây nguy hiểm cho cách điện máy điện. Kết luận : Khi máy điện được nối với đường dây trên không qua máy biến áp, thì không cần thiết bảo vệ chống quá điện áp khí quyển. Chỉ trong trường hợp khi công suất của máy điện bé và điện dung của thanh cái rất lớn thì cần bảo vệ bằng chống sét van 3/31/2014 Page 10
11. Bảo vệ máy điện nối trực tiếp với đường dây Bảo vệ máy điện nối trực tiếp đường dây trên không chống quá điện áp tương tự như bảo vệ trạm biến áp : trên thanh góp của máy phát người ta đặt chống sét van và bảo vệ đạon gần trạm biến áp bằng các cột thu sét. Tuy vậy, sơ đồ bảo vệ có các đặc điểm sau: sử dụng chống sét van có điện áp dư thấp, ví dụ như loại chống sét van PBM thay vì dùng PBC đoạn đường dây đến máy điện phải được bảo vệ chống sét đánh trực tiếp bằng cách xây dựng đường dây khuất tránh sét đánh trực tiếp ví dụ như lấp dưới các công trình cao, trong thung lũng Nếu không thì đoạn này được bảo vệ bằng dây chống sét, và dây chống sét cần được cách điện với đường dây và nếu nó được láp đặt trên các cột cùng với đường dây cần phải tránh phóng điện ngược bằng cách tăng mức cách điện đường dây. láp đặt các tụ điện trên thanh góp máy phát với trị số 0,5F/pha để giảm độ dốc của sóng tới. Sơ đồ bảo vệ máy điện nối trực tiếp với đường dây trên không. Để điện áp dư không vượt qua giá trị định mức, cần hạn chế dòng điện ở mức 5kA bằng cách giảm điện trở nối đất của các khe hở phóng điện đặt ở đoạn vào trạm. Trong thực tế, máy điện nối với đường dây trên không qua một đoạn cáp. Với sự có mặt của đoạn cáp này, điều kiện bảo vệ máy điện chống quá điện khí quyển thuận lợi. 3/31/2014 Page 11
12. Paratonnerres ~ Éclateurs C P ~ Éclateurs 3/31/2014 Page 12