Đề cương kỹ thuật điện cao áp

ĐỀ CƯƠNG KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP – MXM Lý thuyết Chương 1 Tổng quan về quá điện áp khí quyển Câu 1 Khái niệm quá điện áp khí quyển Phương án bảo vệ chống quá điện áp khí quyển lan truyền trên đường dây l.

ĐỀ CƯƠNG KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP – MXM

Lý thuyết

Chương 1: Tổng quan về quá điện áp khí quyển

Câu 1: Khái niệm quá điện áp khí quyển Phương án bảo vệ chống quá điện áp khí quyển lan truyền trên đường dây là gì?

- Quá điện áp khí quyển là hiện tượng điện áp lớn hơn Uđm phát sinh do hiện tượng sét

- Phương án: Dùng thiết bị chống sét như chống sét van, chống sét ống, …

Câu 2: Trình bày tóm tắt diễn biến của 1 lần phóng điện sét

- Đám mây tích điện đủ lớn sẽ phóng tia tiên đạo : v=1,5.107~2.108 cm/s Khu vực phía trên điểm tập trung điện tích trái dấu, sự ion hoá xảy ra nhiều nên hình thành khu vực ion hoá mãnh liệt Khu vực ion hoá mãnh liệt được nâng dân lên (do ion hoá hết thì ion hoá tầng tiếp theo) tạo ra dòng điện tích phát triển từ mặt đất lên trên gọi là dòng phóng điện ngược

có v=1,5.109~1,5.1010 cm/s Khi TTĐ và dòng phóng điện ngược va chạm nhau sẽ tạo ra 1 khe sét ( đường dẫn điện) xuyên suốt từ đám mấy xuống mặt đất Toàn bộ điện tích của đám mây sẽ chuyển xuống và trung hoà với mặt đất

Câu 3: Qua hiện tượng sét, có thể rút ra kết luận gì?

- Dòng sét có dạng xung

- Vị trí sét đánh có khả năng dự đoán trước ( Như nhà cao tầng, đường dây truyền tải, sông suối ao hồ miền núi…)

Câu 4: Vẽ hình và giải thích các thông số của 1 xung sét tiêu chuẩn ( xung

- Khu vực ion hoá mãnh liệt được nâng dân lên (do ion hoá hết thì ion hoá tầng tiếp theo) tạo ra dòng điện tích phát triển từ mặt đất lên trên gọi là dòng phóng điện ngược có v=1,5.109~1,5.1010 cm/s

Câu 7: Nêu công thức tính xác suất xuất hiện 1 tia sét có biên độ lớn hơn hoặc bằng 1 giá trị nào đó? Áp dụng tính xác suất xuất hiện 1 tia sét có biên

độ tối thiểu là 25kA

V=10^(-25/60)=0,38

Câu 8: Nêu công thức tính xác suất xuất hiện 1 tia sét có độ dốc đầu sóng lớn hơn hoặc bằng 1 giá trị nào đó? Áp dụng tính xác suất xuất hiện 1 tia sét có độ dốc đầu sóng tối thiểu là 2kA/us

V=10^(-2/25)=0,83

Câu 9: Khái niệm: mật độ sét, số ngày sét Giải thích nguyên nhân sét thường đánh vào các cây cao trên cánh đồng Biện pháp xử lý tình huống khi gặp cơn giông khi đứng trên cánh đồng? Ở Việt Nam, việc bảo vệ chống sét có cần chú trọng không vì sao?

- Mật độ sét là số lần sét đánh xuống 1km2 mặt đất trong 1 ngày sét

- Số ngày sét là số ngày có hoạt động giông sét trong năm

- Sét thường đánh vào cây cao trên cánh đồng vì tại đó cây là ví trí cao nhất,

do cây ẩm ( điện trở thấp) nên dẫn điện tốt, vô tình trở thành một cột thu sét

- Biện pháp xử lý: Ngồi thấp xuống 2 tay che đầu thu nhỏ diện tích tiếp xúc,tránh xa những chỗ có kim loại

- Ở VN, cần chú trọng việc bảo vệ chống sét do VN thuộc vùng nhiệt đới nên hoạt đông giông sét nhiều khoảng 75-100 ngày/năm

Câu 10: Khái niệm độ dốc đầu sóng sét Công thức tính sóng sét dạng xiên góc?

- Độ dốc đầu sóng sét biểu thị tốc độ biến thiên của dòng sét ở thời điểm đầu sóng

Chương 2: Truyền sóng trên hệ nhiều dây

=

U1=I1.Z11+I2.Z12

U2=I1.Z21+I2.Z22

Dây bị sét đánh/phóng điện: U,I bằng thông số nguồn

Dây không bị sét đánh/ko bị phóng điện:

3 Quy tắc sóng đẳng trị: Áp dụng cho trường hợp có nhiều phần tử cùng nối vào điểm nút

Pt CBĐA: 2Ut=U2+ICSV.Z1

Nội dung phương pháp:

- Ở góc phần tư thứ nhất với hệ trục toạ độ u,i: Vẽ đường đặc tính của CSVU2 và đường biểu diễn điện áp giáng trên tổng trở Z1 là Z1.I Cộng 2 đồ thị ( cộng tung độ t sẽ có đường cong U2+Z1.I

- Ở góc phần tư thứ 2: Vẽ đường đặc tính 2Ut

- Tại thời điểm t1 bất kỳ xác định đc điểm a trên đường 2Ut, từ a kẻ đườngsong song với trục hoành sẽ xác định đc điểm b trên đường cong

5 Phương pháp tiếp tuyến liên tiếp: Điện dung ở cuối đường dây

Nội dung phương pháp:

- Vẽ đường 2Ut

- Ở trục toạ độ khác lệch với trục toạ độ ban đầu(Uc,t’) 1 khoảng T=cz Chia

T thành nhiều delta t bằng nhau, ở trục toạ độ (Ut,t) cũng chia tương tự

- Giả sử tại thời điểm ban đầu (t=0) ta có Uco Nối Uco với 2Uto cắt 1’ ta được Uc1 Nối Uc1 với 2Ut1 cắt 2’ ta được Uc2……

- Quá trình cứ tiếp tục như vậy ta được đường gãy khúc qua các điểm đó chính là đường Uc(t) cần tìm

Câu 1: Trong trạng thái sóng truyền, các phần tử trong trạm được thay thế bằng thiết bị gì? Trạng thái nguy hiểm nhất khi có sóng quá điện áp truyền

từ đường dây vào trạm là?

- Thay thế bằng điện dung

- Khi trạm vận hành MBA độc lập, với một lộ đường dây

Chương 3: Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp

Câu 1: Hệ thống thu sét gồm các bộ phận chủ yếu nào?

Gồm:

- Bộ phận thu sét ( kim,dây)

- Bộ phận nối đất

- Các dây dẫn liên hệ 2 bộ phận trên

Câu 2: Theo thí nghiệm của A.Copian, phạm vi bảo vệ của cột thu sét có dạng hình gì? Xác định bởi phương trình nào? Trong thực tế tính toán, phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét được xác định như thế nào, nêu các bước

vẽ PVBV của 1 cột thu sét?

- Dạng hình nón tròn xoay có đường sinh dạng hypebol, xác định bởi phương trình:

-Câu 3: Tất cả các tia tiên đạo nằm cách dây thu sét 1 khoảng bao nhiêu thì đều phóng điện vào dây thu sét Nếu các tia tiên đạo nằm ngoài khoảng cách đó có thể phóng điện vào dây thu sét hoặc xuống đất, các lần phóng điện xuống đất đều cách tâm 1 khoảng bằng bao nhiêu?

- Tất cả các tia tiên đạo nằm cách dây thu sét 1 khoảng 2h thì đều phóng điện vào dây thu sét

- Nếu các tia tiên đạo nằm ngoài khoảng cách đó có thể phóng điện vào dây thu sét hoặc xuống đất, các lần phóng điện xuống đất đều cách tâm 1 khoảng bằng 1,2h

Câu 4: Thế nào là góc bảo vệ và góc bảo vệ tới hạn? Đường dây truyền tải điện có sử dụng dây chống sét, đường dây được bảo vệ an toàn nếu góc bảo

vệ của đường dây nằm trong giới hạn nào?

- Góc bảo vệ là góc tạo bởi đường thẳng đứng đi qua dây thu sét và đường thẳng nối liền giữa dây thu sét và dây dẵn

- Góc bảo vệ giới hạn là góc bảo vệ lớn nhất của dây chống sét mà dây dẫnđược bảo vệ

- <31 độ thông thường chọn trong khoảng 20~25 độ

Câu 5: Độ cao định hướng là gì?

- Là độ cao mà tại đó tia tiên đạo bắt đầu có xu hướng phóng về CTS/DTS

+ Nếu hx ≤

2 3

h thì

1,5 (1 ) p

0,8

x x

h h

Chương 4: Nối đất trong hệ thống điện

Câu 1: Nối đất là gì? Trong HTĐ có những loại nối đất nào, nêu nhiệm vụ

và ví dụ từng loại?

- Nối đất là hệ thống các kết cấu kim loại chôn trong đất để giữ mức điện thế thấp trên các vật được nối đất

- Có 3 dạng nối đất:

Nối đất làm việc: để đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị hoặc

của một số bộ phận thiết bi theo chế độ làm việc đã qui định sẵn

VD: nối đất của điểm trung tính MBA trong mạng có TTNĐTT, nối đất của máy biến áp đo lường (CT, VT)

Nối đất an toàn: để đảm bảo an toàn cho người khi cách điện bị hư

hỏng Nối đất tất cả các bộ phận bằng kim loại bình thường không mang

VD: nối đất của các vỏ máy, vỏ động cơ, trụ đỡ, xà đỡ.

Nối đất chống sét: để tản dòng điện sét vào đất để giữ cho điện thế tại

mọi điểm trên than cột không quá lớn để tránh phóng điện ngược lên công trình lân cận

VD: nối đất của cột cs, dây cs, cột điện, trạm biến áp, công trình cao tầng

Câu 2: Các biện pháp giảm điện trở suất của đất?

- Sử dụng chất phân ly( dd muối…): phải làm thường xuyên

- Thay 1 lớp đất khác có điện trở suất thấp

Câu 3: Tại sao khi tính toán nối đất người ta không dùng luôn giá trị điện trở suất đo (pdo) mà phải nhân với hệ số mùa?

- Vì pdo là giá trị đo tại 1 thời điểm, mà hệ thống nối đất thì sử dụng quanhnăm, điện trở suất của đất thực tế thì thay đổi do thời tiết, độ ẩm, do đó giá trị đo không chính xác hết cho cả năm

Câu 4: Điện trở tản của nối đất phụ thuộc vào các yếu tố nào?

- Phụ thuộc vào: Kích thước hình học, cách bố trí điện cực, đặc tính điện của đất biểu thị bởi trị số điện trở suất của nó

Câu 5: Hệ số K mùa phụ thuộc vào các yếu tố nào? Khi đo nếu thấy đất khô thì lấy Kmua nào? Và khi đất ẩm thì ntn?

- K mùa phụ thuộc vào: loại nối đất, hình thức nối đất, Độ chôn sâu

- Nếu đất khô lấy K mùa theo giới hạn dưới, đất ẩm thì theo giưới hạn trên

Câu 6: Hệ số Kmua của nối đất an toàn và nối đất chống sét cái nào lớn hơn ?

- K mùa nối đất an toàn lớn hơn

Câu 7: Khi hệ thống thanh nối có hình dạng đặc biệt, làm cách nào để xác định hệ số hình dáng?

- Biển đổi đa giác về hình chữ nhật có cùng chu vi, diện tích

Câu 8: Hệ số sử dụng phụ thuộc vào yếu tố nào?

- Phụ thuộc vào tỷ số a/l và số cọc trong 1 dãy

Câu 9 : Điều kiện lựa chọn phương án cho nối đất an toàn và nối đất chống sét?

a Nối đất an toàn, nối đất làm việc

- Thiết bị có trung tính nối đất trực tiếp : R < 0,5 Ω

- Thiết bị có trung tính cách điện:

+ R < 250/I nếu dùng riêng cho cao áp

+ R < 125/I nếu dùng chung cho CA & HA nhưng không quá 10ΩI: Dòng điện được tính theo từng trường hợp.

- Đối với nối đất cho TBA: qui định như sau:

Ud = Zxk(0,τ) Is < U50% (Máy biến áp)

Nếu dùng sắt góc: d=0,95b( b là chiều rộng sắt góc)

d=0,5b

- Có khả năng tự dập tắt nhanh chóng hồ quang của dòng điện xoay chiều: Khi hết quá điện áp ( dòng điện sét), xuất hiện dòng kế tục xoay chiều hình thành hồquang ở khe hở do đó TBCS phải tự động dập tắt hồ quang của dđ xc, khôi phục trạng thái làm việc bình thường cho thiết bị và chính nó

- Có mức điện áp dư thấp hơn so với mức cách điện của thiết bị điện được nó bảo vệ: Có điện áp dư còn sót lại nếu U dư lớn sẽ gâp nguy hiểm cho tb nó bảo

vệ do đó U dư càng nhỏ càng tốt

- Thiết bị chống sét không được làm việc (phóng điện) khi có quá điện áp

nội bộ: Quá điện áp nội bộ xuất hiện khá thường xuyên nếu tbcs cũng làm việc

sẽ gây giảm tuối thọ

Câu 2: Trình bày cấu trúc của chống sét ống Nguyên lý làm việc của chống sét ống Cách điều chỉnh giới hạn dòng điện của chống sét ống?

- Cấu trúc: Phần chính là ống làm bằng vật liệu sinh khí, một đầu có lắp kim loại giữ điện cực thanh, còn đầu kia hở và đặt điện cực hình xuyến Điện cực thanh nối xuống đất, điện cực hính xuyến nối lên đường dây qua khe hở

- Nguyên lý: Khi có quá điện áp đủ lớn, cả hai khe hở sẽ phóng điện, dòng điện sét được tháo xuống hệ thống nối đất Sau khi hết dòng điện sét (dòng xung kích) sẽ có dòng điện chạm đất đi qua chống sét ống Dòng chạm đất có giá trị lớn sẽ phát sinh hồ quang và sinh nhiệt Lượng nhiệt sinh ra đốt nóng chất sinh khí làm phát sinh nhiều khí Luồng khí tạo ra

thổi hồ quang về phía đầu hở của chống sét ống và dập tắt dòng điện chạm đất

- Điều chỉnh khe hở trong

Câu 3: Vai trò của lớp vật liệu tự sinh khí trong khe hở chính Tại sao khi đường kính trong của ống tăng khoảng 25% so với giá trị đầu thì CSO lại cần được thay thế?

- Khi bị đốt nóng sẽ sinh khí , khí sinh ra sẽ thổi dập tắt hồ quang ở khe hởtrong

- Vì khi đường kính trong của ống tăng thi lượng khí sinh ra se không đủ

áp lực gây khó khăn khi dập tắt hồ quang, mặt khác đường kính tăng thì chất sinh khí bị bào mòn làm lượng khí sinh ra bị ít đi

Câu 4: Trong quá trình làm việc của CSO, hồ quang điện sẽ được dập tắt ở

bộ phận nào?

- Ở khe hở trong S1

Câu 5: Trong cấu tạo của chống sét ống, khe hở ngoài có tác dụng gì? Tại sao khi lắp CSO cần điều chỉnh khoảng cách của khe hở ngoài phù hợp với từng cấp điện áp?

- Khe hở ngoài có tác dụng cách ly thân ống với đường dây, làm cho

đường dây làm việc bthg khi không có sét Tạo ra đường đặc tính

V-S phù hợp ( thấp hơn vs V-S của tb cần bảo vệ)

- Vì khe hở ngoài sẽ tạo ra vị trí của đặc tính V-S khe hở càng lớn thì vị trí càng cao Thiết bị có cấp điện áp càng lớn thì càng phải điều chỉnh khe

hỏ càng lớn để nâng cao đặc tính V-S Tránh trường hợp khe hở nhỏ quá

có thể phóng điện ngay với điện áp làm việc hay quá điện áp nội bộ

Câu 6: Trình bày Cấu tạo và nguyên lý làm việc của chống sét van không khe hở Hiện nay, điện trở phi tuyến của CSV thường làm bằng chất liệu gì?

- Cấu tạo: Gồm điện trở phi tuyến ghép nối tiếp

- Bình thường với dòng và áp làm việc, CSV thể hiện là 1 cách điện nên cách ly đường dây với đất Khi có quá điện áp đặt lên CSV, điện trở của CSV giảm mạnh nên CSV trở thành dẫn điện Sau khi hết quá điện áp, xuất hiện dòng điện tần số công nghiệp qua CSV (dòng điện kế tục) thì CSV lại phục hồi tính chất cách điện

- Điện trở phi tuyến làm bằng tấm vilit : Cấu tạo : chất bên trong là bột cacborun(SiC) là chất dẫn điện, vỏ ngoài là SiO2 cách điện Hiện nay sử dụng chất bán dẫn ZnO

Chương 6: Bảo vệ chống sét máy điện

Câu 1: So sánh mức cách điện xung của MBA và máy điện quay? Việc sử dụng chống sét van để bảo vệ chống sét cho máy điện cần phải lưu ý gì?

- Mức cách điện xung của máy điện quay thấp hơn nhiều so với MBA ví dụ: ở mưc điện áp 11kV thì mức cách điện xung của MBA là 80kV trong khi của máy điện quay là 25,2 kV

- Cần lưu ý cho CSV có điện áp dư thấp để phù hợp với mức cách điện củamáy điện ví dụ ở mức điện áp 11kV, nếu chọn CSV loại PBM cho máy điện quay thì không được do có Ud=28 lớn hơn mức cách điện của máy điện quay, nên cần chọn CSV PBT có Ud=23,5

Câu 2: Khi máy phát công suất lớn được nối với MBA tạo thành sơ đồ bộ MF-MBA thì có cần bảo vệ chống sét riêng cho máy phát không?

- Không vì MBA đã đc bảo vệ chống sét nên nếu có quá điện áp truyền vàothì điện áp đặt trên cuộn cao của MBA thường bằng U dư của CSV U dư

đó truyền sang cuộn hạ của MBA sẽ truyền qua 2 đường là điện cảm , điện dung thì U đặt trên cuộn hạ và đặt trên máy điện quay thường nhỏ nên an toàn với máy điện quay

- Khi mf công suất nhỏ và C thanh góp điện áp MF lớn thì cần bảo vệ bằngCSV thích hợp

Câu 3: Trong sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy phát điện nối trực tiếp với đường dây truyền tải trên không, ngoài sử dụng chống sét van và chống sét ống, người ta thường lắp thêm 1 tụ điện nhằm mục đích gì?

- Nhằm giảm độ dốc đầu sóng, đảm bảo an toàn cho máy phát điện vì lắp

tụ C, áp dụng quy tắc pertecxen sẽ tính được điện áp khúc xạ sang môi trường thứ 2 chính là điện áp đặt lên đầu cực mf sẽ có biến thiên tăng từ

từ từ 0 đến biên độ thay vì tăng ngay đến giá trị lớn nhất alphaU

Câu 4: Trong sơ đồ MF-MBA, khi có sóng quá điện áp truyền vào thì sóng quá điện áp truyền tới MF thông qua những hình thức nào?

- Thông qua điện dung và điện cảm

BÀI TẬP

1 Giả sử có 5 sóng tới có biên độ U1 = U2 = U3 = 2000kV; U4 = U5 =

1000kV trên 5 đường dây có tổng trở sóng Z1 = Z2 = 100Ω; Z3 = Z4 = Z5 = 200Ω truyền về 1 điểm nút x Tại nút x có tổng trở sóng tập trung là 300Ω Tính tổng trở sóng đẳng trị và điện áp đẳng trị và Tính điện áp tại điểm nút x

2 Cho một căn nhà có kích thước như hình vẽ Người ta đặt tại 2 điểm A và

B hai cột thu sét bằng nhau và bằng 5m Viết điều kiện để hệ thống 2 cột thu sét bảo vệ được toàn bộ căn nhà Xác định bán kính bảo vệ r_x của cột thu sét?

3 Cho 1 hệ thống truyền sóng gồm 2 dây dẫn cùng treo ở độ cao 17m và cách nhau 5m, có tổng trở riêng là Z11 = 100Ω, Z22 = 200Ω Giả sử các dây đều được nối với nguồn có giá trị điện áp U0 = 1000kV Tính giá trị dòng điện trên các dây.

4 Công trình có mặt bằng là hình chữ nhật với kích thước 55mx30m, độ caocủa công trình là 7m Hệ thống thu sét gồm 4 kim thu sét được đặt tại 4 góc củacông trình Xác định chiều cao tối thiểu của CTS để công trình được bảo vệ hoàn toàn? Nếu tăng độ cao công trình lên 2m thì độ cao của kim thu sét phải tăng lên tối thiểu bao nhiêu để bảo vệ được toàn bộ công trình?

5 Cho 2 sóng vuông có biên độ 1500kV và 3000kV truyền trên 2 đường dây

có tổng trở sóng là Z1 =Z2= 500Ω cùng tới điểm x Tại nút x có tổng trở tập

trung là 1 điện trở phi tuyến có đặc tính U = 280.I^(0,025) Tính tổng trở đẳng trị và điện áp đẳng trị? Dựa vào sơ đồ thay thế Pertecxen và tính Ix, Ux?

6 Cho 1 sóng vuông có biên độ 1000kV truyền trên đường dây có tổng trở sóng Z=400 Ω tới điểm x Tại nút x có tổng trở tập trung là 1 điện trở phi tuyến

có đặc tính U = 250.I^(0,025)