Kỹ thuật cao áp (chương I)

Lịch sử phát triển điện áp truyền tải Các loại áp lực (stress) tác động lên hệ thống cách điện Áp lực điện áp Đặc tính chịu đựng điện áp

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU

 Lịch sử phát triển điện áp truyền tải

 Các loại áp lực (stress) tác động lên hệ thống cách điện

 Áp lực điện áp

 Đặc tính chịu đựng điện áp

Lịch sử phát triển điện áp truyền tải

 Cả AC và DC đều sử

dụng cho truyền tải

điện năng

 Giá trị điện áp truyền

tải tăng theo thời gian

SO SÁNH HVAC VÀ HVDC

 Khoảng cách truyền tải ≥ 600 -800 km: truyền tải DC có tính kinh tế hơn truyền tải AC

 Diện tích đất dành cho truyền tải nhỏ hơn khi truyền tải DC

 Lợi ích của việc truyền tải ở điện áp cao

o Tăng độ ổn định vận hành

o Giảm tổn thất khi truyền tải

 Công suất truyền tải lớn nhất của đường dây ac vận hành ổn định

L

Z

V P

ZL = / (đường dây không tổn thất)

 Tổn thất trên 1 đơn vị chiều dài đường dây (chỉ xem do điện trở

đường dây gây ra)

2 2

U

P r

rI

UM: điện áp tại đầu nhận

 Công suất tại đầu nhận của đường dây truyền tải ngắn không bù (≤ 80

G

UMI

M

X

U

U I

U

Giảm tổn thất bằng biện pháp nâng cao điện áp truyền tải

 Phân loại điện áp

 Các cấp điện áp ở Việt Nam

Loại Lưới Điện áp

Truyền tải 110, 220, 500 kV Phân phối Trung thế 6-35 kV

Hạ thế 380/220 V

 Phân loại điện áp theo qui định của EVN

Loại điện áp Điện áp

Hạ áp U < 1 kV Trung áp 1 ≤ U ≤ 35 kV Cao áp 35 < U ≤ 220 kV Siêu cao áp U > 220 kV

Áp lực tác động lên hệ thống cách điện

Thiết bị

điện-Hệ thống cách điện (khí, lỏng, rắn)

Áp lực hóa học (môi trường)

Nhiều loại áp lực tác động đồng thời lên hệ thống cách điện ⇒

gây thoái hóa cách điện hoặc

phóng điện

Phóng điện đánh thủng

Phóng điện cục

bộ

Water treeing

Vết rạn nứt

bề mặt

Thoái hóa hóa học Thoái hóa vật lý Rạn nứt

cách điện

⇒ Hệ thống cách điện phải được thiết kế để chịu được tất cả các loại áp lực có thể xảy ra trong quá trình chế tạo, thử nghiệm, vận chuyển, lắp đặt và vận hành với tuổi thọ mong muốn là 30 năm

⇒ Các yếu tố quyết định đến thiết kế thiết bị điện

 Các loại áp lực tác động

 Độ bền vật liệu

 Phối hợp cách điện

Phụ thuộc vào môi trường

* Quá điện áp có tính chất quá độ

 Do thiết bị điện luôn chịu tác động của quá điện áp trong suốt thời gian hoạt động ⇒ cách điện của thiết bị phải được thiết kế và thử nghiệm ở một mức điện áp lớn hơn điện áp vận hành của thiết bị theo tiêu chuẩn

Quá điện áp do sét đánh

 Nguồn gốc: do sét đánh

 Một chiều và tồn tại trong thời gian rất ngắn

 Tốc độ gia tăng điện áp lớn

 Biên độ và hình dạng xung không phụ thuộc điện áp hệ thống

 Trong phạm vi phòng thí nghiệm, xung sét đánh được tạo bởi máy phát xung (Marx generator)

Thời gian đầu sóng: T1Thời gian xung giảm còn

½ giá trị cực đại: T2

Xung tiêu chuẩn:

T1 = 1.2 µs

T2 = 50 µs

Quá điện áp nội bộ

 Nguồn gốc: do thao tác (vận hành) hoặc sự cố của hệ thống (chạm đất, ngắn mạch, đứt dây…)

 Tồn tại trong thời gian ngắn, có thể dao động lớn hoặc lưỡng cực

 Tốc độ gia tăng điện áp nhỏ hơn xung sét đánh

 Biên độ và hình dạng xung phụ thuộc điện áp hệ thống

 Trong phạm vi phòng thí nghiệm, xung quá điện áp nội bộ cũng được tạo bởi máy phát xung (Marx generator)

Thời gian đầu sóng: TPThời gian xung giảm còn

½ giá trị cực đại: T2

Xung tiêu chuẩn:

T1 = 250 µs

T2 = 2500 µs

Đặc tính chịu đựng điện áp của vật liệu

 Khi điện áp tác dụng lên hệ thống cách điện đủ lớn ⇒ phóng điện

(một phần hoặc toàn bộ chiều dày cách điện trở nên dẫn điện)

o Nếu chỉ một phần cách điện dẫn điện ⇒ phóng điện cục bộ

o Nếu toàn bộ chiều dày cách điện dẫn điện ⇒ phóng điện đánh thủng

 Nếu sự phóng điện diễn ra trên bề mặt cách điện rắn trong môi trường chất khí hay lỏng ⇒ phóng điện bề mặt

 Khả năng chịu đựng điện áp lớn nhất của cách điện mà không gây ra hiện tượng phóng điện đánh thủng hoặc bề mặt ⇒ độ bền điện

Hàm phân phối xác suất

 Giá trị điện áp phóng điện của một chiều dày cách điện nhất định là khác nhau khi lặp lại thí nghiệm đối với cùng điều kiện thí nghiệm

 Điện áp phóng điện được xem như phân bố theo một hàm phân phối xác xuất ⇒ Xác định giá trị U50 và độ lệch chuẩn

 Phân phối chuẩn hoặc phân phối Weibull được sử dụng để xác định

U50

dU U

U U

1 )

(

σ π

P

63

exp 1

) (

Hàm phân phối tích lũy

chuẩn

Hàm phân phối tích lũy

Weibull

Phân phối chuẩn

Phân phối chuẩn

Phân phối Weibull

 Tại vùng xác xuất cực nhỏ và cực lớn,

phân phối chuẩn không khớp dữ liệu,

phân phối Weibull khớp hoàn toàn ⇒

sử dụng phân phối Weibull

 Nếu chỉ cần xác định U50, cả hai loại phân phối cho kết quả như nhau ⇒ sử dụng

phân phối chuẩn hoặc Weibull

Sự phụ thuộc thời gian của điện áp phóng điện xung

 Giá trị điện áp phóng điện xung giảm khi thời gian quá điện áp tăng

 Thời gian phóng điện phụ thuộc vào tốc độ gia tăng điện áp

 Xây dựng được đặc tính điện áp – thời gian của một hệ thống cách

điện xác định ⇒ đặc trưng cho mỗi loại thiết bị cách điện hay cấu trúc

 Đặc tính điện áp- thời gian phụ thuộc vào hình dáng điện cực

 Điện cực cầu-cầu được sử dụng như thiết bị bảo vệ chống quá điện áp trong hệ thống điện

Dữ liệu tập trung cao

Dữ liệu phân tán

Phối hợp cách điện

 Để ngăn ngừa hư hỏng, mức cách điện của các thiết bị trong hệ thống điện phải lớn hơn biên độ quá điện áp

 Biên độ quá điện áp bị giới hạn ở mức bảo vệ bởi các thiết bị bảo vệ

 Mức cách điện của thiết bị phải lớn hơn mức bảo vệ khoảng 15-25%

Ví dụ điển hình về phối hợp cách điện cho đường dây và MBA

High voltage animation