KỸ THUẬT CAO ÁPQUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

CHƯƠNG I:HIỆN TƯỢNG PHĨNG ĐIỆN SÉT Sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa đám mây dông mang điện tích với đất hoặc giữa các đám mây dông mang điện tích trái dấu nhau.. Giai đo

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG

Engineering ( 3rd edition) – Rakosh Das Begamudre

 NGUỒN GỐC, ĐẶC ĐIỂM VÀ TÁC HẠI CỦA CÁC DẠNG QUÁ ĐIỆN ÁP XẢY

RA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

HẠN CHẾ TÁC HẠI CỦA QUÁ ĐIỆN ÁP ĐỐI VỚI CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ

THỐNG ĐIỆN

QUÁ ĐIỆN ÁP(OVERVOLTAGE) ?

LÀ THÀNH PHẦN ĐIỆN ÁP CÓ THỜI

VÀ BIÊN ĐỘ LỚN

ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG

ĐIỆN?

HIỆN TƯỢNG PHÓNG ĐIỆN SÉT

QUÁ TRÌNH ĐÓNG CẮT CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

CÁC SỰ CỐ XẢY RA TRONG HỆ THỐNG

CHƯƠNG I:

HIỆN TƯỢNG PHĨNG ĐIỆN SÉT

Sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa đám mây dông mang điện tích với đất hoặc giữa các đám mây dông mang điện tích trái dấu nhau Điện áp giữa mây dông và đất có thể đạt tới trị số hàng chục, thậm chí hàng trăm triệu volt Chiều dài trung bình của khe sét khoảng 3 – 5 km, phần lớn chiều dài đó phát triển trong các đám mây dông.

Giai đoạn 1

Thoạt tiên xuất phát từ mây dông một dãy sáng mờkéo dài từng đợt gián đoạn về phía mặt đất với tốc độtrung bình khoảng 105 – 107 m/s Đây là giai đoạnphóng điện tiên đạo từng đợt được gọi là tiên đạobậc

Giai đoạn 1

Kênh tiên đạo là một dòng plasma mật độ điệntích không cao lắm, khoảng 1013 – 1014 ion/m3.Một phần điện tích âm tràn vào kênh và phânbố tương đối đều dọc theo chiều dài của nó

Giai đoạn 1

Dưới tác dụng của điện trường của điện tích âm trênđám mây và trong kênh tiên đạo, vùng đất bên dướisẽ có sự tập trung các điện tích cảm ứng trái dấu

Vị trí tập trung điện tích cảm ứng có thể ngay bêndưới đám mây, hay ở những nơi có điện dẫn cao

Giai đoạn 1

Trong giai đoạn đầu, hướng phát triển của các tia tiênđạo là ngẫu nhiên tuân thủ theo nguyên tắc là pháttriển theo hướng có cường độ điện trường cao nhất

Giai đoạn 1

Khi kênh tiên đạo đạt đến một độ cao nhất định,gọi là độ cao định hướng, thì hướng phát triển củatia tiên đạo sẽ chịu ảnh hưởng của các vật bêndưới mặt đất, nơi có sự tập trung điện tích cảmứng cao

Do đó, vị trí đổ bộ của dòng sét có tính chọn lọc

Giai đoạn 1

Ở các vị trí tập trung điện tích trái dấu vớimật độ cao, cường độ điện trường cục bộtrong không khí tại đó cao làm xuất hiện sựion hóa không khí, tạo nên dòng tiên đạo pháttriển từ bên dưới hướng lên đám mây, chiềudài của kênh tiên đạo ngược này có thể lênđến vài trăm m Đây chính là quá trình phóngđiện đón sét, tạo điều kiện định hướng dòngsét vào vị trí đó

Giai đoạn 2

Giai đoạn phóng điện chính, hay phóng điệnngược

Khi kênh tiên đạo xuất phát từ đám mây dông

tiếp cận mặt đất hay kênh tiên đạo ngược,cường độ điện trường trong khoảng cách khítăng cao gây ion hóa mãnh liệt không khí dẫnđến sự hình thành dòng plasma mới, có mật độđiện tích tăng cao hơn nhiều so với ban đầu

1016 đến 1019 ion/m3

Giai đoạn 2

Các điện tích cảm ứng dưới mặt

tích trong kênh tiên đạo từ đámmây

Các điện tích cảm ứng này tiếptục đi theo đường của phóng điệntiên đạo ban đầu, tiếp tục hướnglên đám mây, hình thành nên

kênh phóng điện chính

Giai đoạn 2

Mật độ điện tích trong kênhphóng điện chính rất cao, làm đốtnóng mãnh liệt kênh phóng điện

chục ngàn độ C(gấp 3 lần nhiệt độbề mặt mặt trời) Chính vì vậy,kênh phóng điện chính sáng chóichang, mà ta thấy dưới dạng các

tia chớp

Giai đoạn 2

Với lượng nhiệt khổng lồ này, lớpkhông khí xung quanh kênh phóngđiện chính bị đốt nóng, giản nởđột ngột tạo ra những đợt sóng âmmãnh liệt, mà ta gọi là sấm

Giai đoạn 2

Khi kênh phóng điện chính lênđến đám mây dông, dòng sét cógiá trị lớn nhất, đây chính là dòngngắn mạch khoảng cách khí giữamây và đất, có giá trị trongkhoảng từ 1kA đến hàng trăm kA

Giai đoạn 3

Giai đoạn kết thúc

Khi kênh phóng điện chính lên

đến đám mây dông, các điện tích

cảm ứng từ mặt đất lên theo, tràn

vào và trung hòa các điện tích trái

dấu trên đám mây, các điện tích

(âm) còn thừa trên đám mây sẽ

theo kênh phóng điện chạy xuống

mặt đất

Dòng sét có trị giảm dần

Biểu thức toán học được viết như sau

Trong đó : I : hằng số có thứ nguyên là dòng điện (kA)

I

m ds



Độ dốc đầu sóng của dòng sét

Xác suất xuất hiện dòng sét có biên độ lớn hơn Im(kA)

26

13

, ,

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Xác suất xuất hiện dòng sét có độ dốc đầu sóng a(kA/ µs)

15,7

7,82

, ,

Cường độ hoạt động của sét là số ngày có dông sét

trung bình trong năm: n (ngày sét/năm)

Vùng cực: 2-3, ôn đới: 30-50, nhiệt đới: 75-100, xíchđạo 100-150 (ngày sét/năm)

Mật độ sét là số lần sét đánh trung bình trên 1 đơn vịdiện tích mặt đất trong 1 ngày có dông sét: m

Mật độ sét trung bình trong năm:

Việt Nam (2007)

Việt Nam (2007)

Việt Nam (2007)

Việt Nam (2007)

9/9/2011 2

CHƯƠNG II

BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC

TIẾP CHO HỆ THỐNG ĐIỆN

/ / / / / / / / / / / /

2

34

Bằng thực nghiệm trên mô hình và xử lý dữ liệu theo

h

R=3,5h

Khu vực có xác suất 100% sét đánh vào cột

thu sét: R=3,5h

Phương pháp thực nghiệm trên mô hình này đã đưa

ra được công thức xác định phạm vi bảo vệ của cột thu sét sẽ được trình

bày ở phần sau

I CÁCH XÁC ĐỊNH PHẠM VI BẢO VỆ CỦA CTS

1 Phạm vi bảo vệ của một CTS(<60m)

Phạm vi bảo vệ của một CTS là hình chóp tròn xoay có đường sinh dạng hyperbol Ở độ cao hx , rx được xác định như sau:

CTS

Vật được bảo vệ

Vật không được bảo vệ

1 Phạm vi bảo vệ của một CTS (<60m)

Phạm vi bảo vệ của một CTS là hình chóp tròn xoay có đường sinh dạng hyperbol Ở độ cao hx , rx được xác định như sau:

Với:

-rx bán kính phạm vi bảo vệ.

-h chiều cao của CTS.

-hx chiều cao của vật được bảo vệ.

-p hệ số phụ thuộc vào h.

ha = h – hx: độ cao hiệu dụng của cột thu sét.

1,5 (1 )

0,8

x x

I CÁCH XÁC ĐỊNH PHẠM VI BẢO VỆ CỦA CTS

1 Phạm vi bảo vệ của một CTS (<60m)

Trong thiết kế,

để đơn giản người ta

hyperbol giới hạn

khu vực bảo vệ bởi 2

đoạn thẳng.

2/3h

h

I CÁCH XÁC ĐỊNH PHẠM VI BẢO VỆ CỦA CTS

1 Phạm vi bảo vệ của một CTS: (>60m)

Sét khơng những đánh vào đỉnh mà cịn đánh vào phần thân cột gần đỉnh

0,5( 60)

h h

Đối với cột thu sét cĩ chiều cao từ 60m đến 100m:

Đối với cột thu sét cĩ chiều cao từ 100m đến 250m:

a p

rx

p

7ah

h 0  

R Cột thu sét Cột thu sét

0,75h 1.5h 0,75h

Nếu hai cột thu sét có độ cao khác nhau, ví dụ h1 < h2 thì phạm

vi bảo vệ của chúng được xác định như sau

- Phạm vi bảo vệ phía ngoài hai cột thu sét giống như phạm vibảo vệ của từng cột riêng lẻ

- Phạm vi bảo vệ giữa hai cột thu sét có được bằng cách quađỉnh cột thấp (h1) vẽ một đường thẳng ngang, nó cắt đường sinhcủa phạm vi bảo vệ của cột cao h2 ở một điểm , điểm này được coinhư đỉnh của cột thu sét giả tưởng h’ = h1 và khu vực bảo vệ giữacột thấp h’ và h1 cách nhau khoảng a như giữa hai cột có độ caobằng nhau

Khi công trình cần bảo vệ chiếm một diện tích rộng lớn thìngười ta thường dùng một hệ thống nhiều cột thu sét để bảovệ Để xác định phạm vi bảo vệ, người ta chia hệ thống cộtthu sét thành từng nhóm 3 hoặc 4 cột thu sét Bên ngoài diệntích của đa giác đi qua chân các cột thu sét ( hình tam giáchoặc hình chữ nhật ) phạm vi bảo vệ được xác định như giữatừng đôi cột thu sét với nhau Còn tất cả các thiết bị có độ caolớn nhất hx đặt trong diện tích của đa giác sẽ được bảo vệ antoàn nếu điều kiện sau được thỏa mãn :

D ≤ 8 (h – hx ) pTrong đó:

h : độ cao của cột thu sét

hx : độ cao lớn nhất của cao trình

D : đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác

RÃNH CÁP LỰC 22 KV RÃNH CÁP ĐIỀU KHIỂN

PHÒNG THIẾT BỊ PHÂN PHỐI 22 KV PHÒNG VẬN HÀNH

2T

60 MVA 1T

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

RÃNH CÁP LỰC 22 KV RÃNH CÁP ĐIỀU KHIỂN

PHÒNG THIẾT BỊ PHÂN PHỐI 22 KV

PHÒNG VẬN HÀNH

5,9

2 m

4 ,09 m

Vùng bảo vệ cao độ 8m Vùng bảo vệ cao độ 11m

6 7

4,125 m

2,4 m

0,6375 m

36,18 m 32,56 m

GVHD

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MƠN HỆ THỐNG ĐIỆN

Ngày 12/11/2006 Bản vẽ số : 3

Vũ Phan Tú

ĐỒ ÁN MƠN HỌC CAO ÁP

PHẠM VI BẢO VỆ CỦA KIM THU SÉT TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV

Người vẽ Đặng Như Tấn MSSV:402HT039

Cột anten

Cột đèn chiếu sáng Cột đèn

chiếu sáng

CHÚ THÍCH :

- CB : MÁY CẮT SF6

- DS : DAO CÁCH LY

- ES : DAO NỐI ĐẤT

- BI : MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN

- BU : MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP

- LA : CHỐNG SÉT VAN

1500 3000 1000 2500 1000 3000

BU BU BU LA

DS/ES BI

CB DS/ES DS/ES DS/ES

7000

ĐỒ ÁN MƠN HỌC CAO ÁP

MẶT CẮT TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV

GVHD

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MƠN HỆ THỐNG ĐIỆN

Ngày 12/11/2006 Bản vẽ số : 2

Người vẽ Đặng Như Tấn

ĐỒ ÁN MƠN HỌC CAO ÁP

CỦA DCS:

1. Phạm vi bảo vệ của một DCS:

DCS

DD không được bảo vệ

DD được bảo vệ

II CÁCH XÁC ĐỊNH PHẠM VI BẢO VỆ

CỦA DCS:

1. Phạm vi bảo vệ của một DCS:

a) Trường hợp DCS có độ treo cao (h) nhỏ hơn 30m :

x x

CỦA DCS (tt):

1 Phạm vi bảo vệ của một DCS:

b) Trường hợp DCS có độ treo cao (h) lớn hơn 30m :

Phạm vi bảo vệ theo chiều

cao (mặt cắt đứng) giảm một

khoảng tính từ đỉnh:

II CÁCH XÁC ĐỊNH PHẠM VI BẢO VỆ

CỦA DCS (tt):

2 Phạm vi bảo vệ của hai DCS:

Khi hai dây chống sét đặt cách nhau S = 2B = 4h thì mọi điểm trên mặt đất nằm giữa hai dây chống sét sẽ được bảo vệ an toàn Nếu S < 4h thì giữa hai dây chống sét có thể bảo vệ được độ cao:

CỦA DCS (tt):

2 Phạm vi bảo vệ của hai DCS:

Khi dây dẫn 3 pha của đường dây tải điện cùng nằm trênmột mặt phẳng ngang thì điều kiện để dây dẫn giữa hai cộtđược bảo vệ là khoảng cách S giữa hai dây chống sét phảithỏa mãn điều kiện:

II CÁCH XÁC ĐỊNH PHẠM VI BẢO VỆ

CỦA DCS (tt):

2 Phạm vi bảo vệ của hai DCS:

CỦA DCS (tt):

3 Cách xác định phạm vi bảo vệ của dây

chống sét của đường dây tải điện cao áp:

0 31

gh

 

c α

KHI DÙNG HỆ THỐNG CTS ĐỂ BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNH CHO TRẠM

BIẾN ÁP VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN:

Cột thu sét có thể đặt ngay trên các kết cấu công trình (cột xà, ống khói, cột đèn pha…) của TBA

và NMĐ khi thỏa một số điều kiện nhất định Việc đặt CTS trên kết cấu trạm chỉ cho phép khi trạm

có mức cách điện xung lớn và điện trở nối đất bé.VD:

-TBA 110kV trở lên dễ dàng thỏa mãn được yêu cầu này

-TBA 35kV chỉ cho phép đặt CTS trên kết cấu trạm khi Rnđ  4 Ohms

KHI DÙNG HỆ THỐNG CTS ĐỂ BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNH CHO TRẠM

BIẾN ÁP VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN:

Chân kết cấu đặt CTS phải được nối theo đường ngắn nhất vào HT Nối đất an toàn của trạm tại điểm giao của các thanh cân bằng thế, đồng thời tăng cường thêm các nối đất bổ sung (các thanh, cọc tăng cường)

KHI DÙNG HỆ THỐNG CTS ĐỂ BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNH CHO TRẠM

BIẾN ÁP VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN:

Khi các điều kiện trên không thỏa mãn thì CTS phải đặt cách ly với các kết cấu trong trạm và nối đất của CTS phải được tách riêng khỏi nối đất an toàn của trạm.

Khoảng cách trong không khí giữa CTS và các vật cần bảo vệ trong trạm phải đủ lớn.

Tương tự, khoảng cách trong đất giữa nối đất CTS và nối đất an toàn trạm cũng phải đủ lớn.

KHI DÙNG HỆ THỐNG CTS ĐỂ BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNH CHO TRẠM

BIẾN ÁP VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN:

Chương 3:

NỐI ĐẤT TRONG HỆ

THỐNG ĐIỆN

3.1 KHÁI NIỆM

thẳng xuống mặt đất ở độ sâu từ 0,5m đến 0,8m

Đất

Không khí

độ chôn sâu t 0

dây dẫn dòng

sự cố, dòng sét

Cọc nối đất bằng đồng hay thép mạ kẽm

trong đất ở độ sâu từ 0,5m đến 0,8m

Đất

Không khí

độ chôn sâu t 0

dây dẫn dòng

sự cố, dòng sét

Thanh nối đất bằng đồng hay thép mạ kẽm

3.1 KHÁI NIỆM

Lưới nối đất : do nhiều cọc hay thanh

ghép nối với nhau, chôn trong đất ở

độ sâu 0,5m đến 0,8m

các thanh nối đất hay dây cáp kết nối thành

lưới

Cọc nối đất đóng ven chu vi (học dọc theo đường chéo)

6Các mối ghép kỹ thuật

3.1 KHÁI NIỆM

 Nối đất làm việc: là nối đất điểm trung

tính của máy phát, máy biến áp công suất,

TI, TU…Đảm bảo sự làm việc của trang

thiết bị điện lúc bình thường và sự cố

 Nối đất an toàn: là nối đất vỏ trang thiết

bị điện hoặc kết cấu kim loại Đảm bảo an

toàn cho người vận hành khi có sự cố rò

Muốn điện áp tại N = 0

Rđ

Rđ

KTS

Cấu tạo của nối đất: thông thường được thực hiện bằng một hệ thống những cọc bằng thép hoặc đồng ( có thể tròn hoặc dẹt) đóng vào đất, hoặc những thanh ngang chôn vào đất Hoặc cọc và thanh nối liền với nhau và chôn vào đất

Trạm phân phối: 3 hệ thống nối đất phải được nối riêng lẻ

Trạm truyền tải ( >=110 kV): 3 hệ thống nối đất được dùng chung

Điện trở nối đất Rđ là tỉ số giữa điện áp trên cực

Uđ và dòng điện qua nó Iđ Điện trở Rđ bao gồm

điện trở của bản thân điện cực và điện trở tản trong

 Khi tản dòng sét, quá trình truyền sóng trên cực nối đất tương tự như trên đường dây tải điện Do có điện cảm cản trở dòng điện đi sâu vào chiều dài điện cực nên điện thế phân bố không đều trên điện cực

T=L 0 .g 0 .l 2

T đs

3.1 KHÁI NIỆM

Hình : Quá điện áp tại các vị trí trên các thanh nối 20 m và 100m

 Khi tản dòng sét, ngoài ảnh hưởng của điện cảm L làm giảm

hiện tượng phóng điện tia lửa trong đất khi dòng sét có biên độ lớn Vùng đất quanh điện cực trở nên dẫn điện tốt, làm tăng khả

3.1 KHÁI NIỆM

Hình: Bán kính của các phân đoạn trên thanh tại các thời điểm a) 0.2 μs và b) 0.5μs

14 Hình: Quá điện áp tại vị trí vào dòng sét và vị trí cuối trên thanh từ a) FEM và b) FDTD

3.1 KHÁI NIỆM

 Đối với nối đất chống sét cần phân biệt điện trở tản xung Rx với điện trở tản ổn định R∞ R∞ cũng chính là điện trở tản dòng xoay chiều ( R~ ) hay dòng một chiều

x x

R R

l U

l I d



 

Phương pháp Driven Rod

 Khi dòng điện xoay chiều chạy qua điện cực tản vào đất, tạo

nên trong đất quanh nó một điện trường Mỗi điểm trong điện

trường đó kể cả trên mặt đất có một điện thế nhất định

Uđ

φr/Uđ

 Giảm điện áp trên điện cực Uđhay giảm điện trở tiếp đất

 Đối với điện cực nối đất đơn giản: công thức xác định điện trở

tản ở tần số công nghiệp của một số dạng điện cực thường dùng

(Bảng 4.1, 4.2)

4 ln 2

tt c

l R

tt t

l R

tt V

tt t

kL R

dang góc d=0,95b

dang dẹp d=0,5b

 Đối với điện trở nối đất của tổ hợp nhiều điện cực:

đẳng thế giữa hai điện cực, làm giảm khả năng tản của hệ thống nối đất

Để đặc trưng cho hiệu ứng màn che, người ta dùng hệ số η ~ η ~ là hệ số sử dụng khi tản dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp Đây là đại lượng toán học thể hiện bản chất vật lý là hiệu ứng màn che

R R

  

Hệ số sử dụng phụ thuộc vào vào loại điện cực, số lượng và cách

bố trí chúng Nó có thể tra cứu trong các bảng số hoặc các đường

cong cho trong các tài liệu hướng dẫn(SBT PL 4 đến PL 7)

Xét tổ hợp thanh và cọc

…

cọc n

Rc, Rt: điện trở của từng cọc riêng lẻ và thanh

ηc,ηt hệ số sử dụng của cọc và thanh trong tổ hợp

c t c t t c

c t

R R

n R R R

R R R R n n

3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT

3.3.1 Điện trở tản xung của dạng nối đất tập trung

 Kích thước thật của điện cực có thể thay thế bằng kích thước của khu vực phóng điện tia lửa

R x = α x R ~ (α x < 1 )

 α x = f(I s , ρ đ ): đặc trưng cho phóng điện trong đất và giản nở điện cực nối đất.

 Khi chiều dài của điện cực tăng lên thì α x tăng lên do ảnh hưởng của điện cảm.

Trình tự tính toán điện trở tản xung của một tổ hợp nối đất tập trung

B1: Chọn km (nối đất chống sét) ρtt = km.ρđo

B2: Tính R~ của từng loại điện cực riêng lẻ (R ~ c, R ~t)

B3: Tính R x của từng loại điện cực rriêng lẻ (R xc, R xt)

- Tính dòng sét phân bố qua mỗi điện cực riêng lẻ

- Tính α x : có thể tra bảng hoặc tính bằng công thức

R

R R n R

R n

3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT

BT 1: Chúng ta có một thanh sắt tròn dài

40 m đường kính 20 mm Hỏi dạng

nối đất nào sau đây, có điện trở tản

xoay chiều nhỏ nhất? Biết nối đất

được chôn sâu 0.8 m trong đất Đất

có điện trở suất đo vào mùa mưa là

nằm sâu trong đất 0.8 m có điện trở suất

đo lúc khô ráo là 120 Ωm Bỏ qua hiệu

ứng màn che Tính điện trở tản xoay

chiều của tổ hợp