nghiên cứu các sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện

1 1.2 - Bảo vệ chống sét cho máy điện nối trực tiếp vào đường dây không.. Nội dung chính và đóng góp mới: Với định hướng như trên, nội dung chính của luận văn bao gồm: - CHƯƠNG I: TỔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS NGUYỄN MINH CHƯỚC

Hà Nội – 2012

MỤC LỤC

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Danh sách hình vẽ

Danh sách bảng

Lời mở đầu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO MÁY ĐIỆN 1

1.1 - Nguyên lý bảo vệ chống sét cho máy điện 1

1.2 - Bảo vệ chống sét cho máy điện nối trực tiếp vào đường dây không 4

1.3 - Các giả thiết và phương pháp tính khi giải bài toán tính toán sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện 8

1.4 - Nhiệm vụ tính toán .11

1.5 - Các đơn vị được lấy thống nhất trong tính toán .13

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ ĐƠN GIẢN BẢO VỆ CHỐNG SÉT MÁY ĐIỆN 14

2.1 - Sơ đồ đơn giản không có kháng điện .14

2.2 - Sơ đồ nguyên lý .14

2.3 - Tính điện cảm một pha khi quá điện áp sét xuất hiện ở cả 3 pha .15

2.4 - Sơ đồ có kháng .26

2.5 - Tính toán sơ đồ hình 2-9 .27

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ CÓ TREO DÂY ĐẤT 37

3.1 - Sơ đồ nguyên lý .37

3.2 - Tính dòng điện sét qua chống sét van .38

3.3 - Tính dòng điện sét qua chống sét van bằng phương pháp sai phân .48

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ CÓ CÁP 53

I - Sơ đồ nguyên lý và các giả thiết 53

4.1 - Sơ đồ nguyên lý và các giả thiết .53

4.2 - Các giả thiết…… .53

4.3 - Các thông số cho trước… 54

II - Tính toán sơ đồ mạch 55

CHƯƠNG V: SO SÁNH LỰA CHỌN CÁC SƠ ĐỒ 63

5.1 - Sơ đồ đơn giản bảo vệ máy điện 63

5.2 - Sơ đồ có treo dây đất 64

5.3 - Sơ đồ có cáp 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các

số liệu, kết quả tính toán đã nêu đây là chính xác trung thực và chưa từng được ai

công bố trên các công trình nghiên cứu khoa học nào khác

Hà Nội, ngày 22 tháng 03 năm 2012 Học viên

Phạm Văn Hiệu

LỜI CẢM ƠN

Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trường Đại học

bách khoa Hà Nội đã truyền đạt những kiến thức quý báu để em có thể hoàn thành

đề tài luận văn này

Đặc biệt, em xin cảm ơn cô giáo TS Nguyễn Minh Chước đã tận tình hướng

dẫn, động viên em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Xin được gửi lời biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã tạo mọi điều kiện

thuận lợi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Vì thời gian có hạn và vấn đề nghiên cứu các sơ đồ bảo vệ chống sét cho

máy điện không thể tránh khỏi những thiết sót, kinh nghiệm và hiểu biết của em

còn giới hạn em kính mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô,

đồng nghiệp và bạn bè quan tâm!

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 22.03.2012 Học viên

Phạm Văn Hiệu

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

QĐAS Quá điện áp sét

tpđ Thời gian phóng điện

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1-1: Sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện có kháng 4

Hình 1-2: Sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện qua cáp 5

Hình 1-3: Sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện qua cáp và kháng 5

Hình 1-4: Sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện sử dụng dây đất 6

Hình 1-5: Sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện 6

Hình 1-6: Đồ thị dạng sóng sét 9

Hình 1-7: Đặc tính V-A 10

Hình 1-8: Quan hệ giữa điện áp đặt lên CSV và thời gian t (µs) 10

Hình 1-9: Sơ đồ đơn giản bảo vệ chống sét máy điện 11

Hình 1-10: Sơ đồ đơn giản có kháng 11

Hình 1-11: Sơ đồ đơn giản có dây đất 12

Hình 1-12: Sơ đồ đơn giản có cáp tới máy điện 12

Hình 2-1: Sơ đồ đơn giản bảo vệ máy điện 14

Hình 2-2: Chiều cao cột và khoảng cách giữa các dây dẫn 15

Hình 2-3: Xét sự ảnh hưởng của đất đến tổng trở sóng đường dây 16

Hình 2-4: Sơ đồ mạch thay thế sau khi phóng điện 18

Hình 2-5: Sơ đồ thay thế không xét đến điện dung C 22

Hình 2-6: Quan hệ giữa điện áp chọc thủng Uc (kV) và thời gian t (µs) 24

Hình 2-7: Quan hệ giữa dòng qua CSV icsv (kA) và t (µs) 24

Hình 2-8: Quan hệ giữa iCSV max và điện trở R và chiều dài đoạn bảo vệ L 25

Hình 2-9: Sơ đồ đơn giản có kháng vào đường dây 27

Hình 2-10: Sơ đồ thay thế sau khi phóng điện khi có kháng 27

Hình 2-11: Sơ đồ thay thế không có tụ C khi có kháng 30

Hình 2-12: Quan hệ giữa iCSV max (kA) và R, Lkđ khi L biến thiên 31

Hình 2-13: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, Lkđ khi L = 50m 32

Hình 2-14: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, Lkđ khi L = 80m 32

Hình 2-15: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, Lkđ khi L = 100m 33

Hình 2-16: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, Lkđ khi L = 150m 33

Hình 2-17: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, L 34

Hình 3-1: Sơ đồ đơn giản có treo dây đất 37

Hình 3-2: Chiều cao cột, chiều cao dây đất và khoảng cách dây dẫn 38

Hình 3-3: Sơ đồ thay thế ba pha 39

Hình 3-4: Sơ đồ ba pha với L1 = LA + 2MAB 41

Hình 3-5: Sơ đồ thay thế một pha 41

Hình 3-6: Sự ảnh hưởng của đất đối với dây đất và dây dẫn 44

Hình 3-7: Sơ đồ thay thế ba pha không có tụ C 46

Hình 3-8: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, Lkđ khi L = 50m 48

Hình 3-9: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, Lkđ khi L = 80m 49

Hình 3-10: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, Lkđ khi L = 100m 49

Hình 3-11: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, Lkđ khi L = 150m 50

Hình 3-12: Quan hệ giữa iCSV max (kA) và R, Lkđ khi L biến thiên 50

Hình 3-13: Quan hệ giữa iCSV max (kA) và t (µs) khi R (=1, 2, 3 Ω) 51

Hình 4-1: Sơ đồ đơn giản có cáp nối với máy điện 53

Hình 4-2: Cấu tạo lõi cáp 54

Hình 4-3: Sơ đồ thay thế trước khi CSV phóng điện 55

Hình 4-4: Sơ đồ thay thế sau khi CSV phóng điện 58

Hình 4-5: Quan hệ giữa iCSV (kA) và t (µs) ứng với R = 4  60

Hình 4-6: Quan hệ giữa iCSV max(kA) và R, L 61

Hình 4-7: Quan hệ giữa R (Ω) và L (m) 61

Hình 5-1: Sơ đồ bảo vệ chống sét đơn giản 63

Hình 5-2: Sơ đồ bảo vệ chống sét sử dụng kháng điện 64

Hình 5-3: Sơ đồ bảo vệ chống sét sử dụng dây đất 65

Hình 5-4: Sơ đồ chống sét sử dụng cáp 66

Hình 5-5: Sơ đồ bảo vệ chống sét sử dụng cáp và kháng điện 66

DANH SÁCH BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 1-1: Các giá trị điện áp định mức, Uđm(kV), Ucp (kV), MBA Ucp (kV) 1

Bảng 1-2: Đặc trưng cơ bản của chống sét van từ bảo vệ máy điện 2

Bảng 1-3: Giá trị dòng điện Ik qua chống sét van với điều kiện Udư = Ucp 4

Bảng 1-4: Tổng trở sóng 3 pha của máy điện công suất bé hơn 500kW có điện áp định mức 10kV 8

Bảng 2-1: Các giá trị tpđ của chống sét van 21

Bảng 2-2: Ảnh hưởng của R và L đến giá trị iCSV max .25

Bảng 2-3: Các giá trị của tpđ - Lkđ = 50 (MH) 29

Bảng 2-4: Các giá trị tpđ, khi Lkđ = 100 MH 29

Bảng 2-5: Các giá trị tpđ, khi Lkđ = 150 MH 29

Bảng 2-6: Các giá trị tpđ, khi Lkđ = 200 MH 30

Bảng 2-7: Các giá trị icsv max khi Lkđ = 50 µH 35

Bảng 2-8: Các giá trị icsv max khi Lkđ = 100 µH 35

Bảng 2-9: Các giá trị icsv max khi Lkđ = 150 µH 35

Bảng 2-10: Các giá trị icsv max khi Lkđ = 200 µH 36

Bảng 2-11: Giá trị của R(Lkđ, L) để icsv max = 1,5 kA 36

Bảng 3-1: Các giá trị tpt của chống sét van .45

Bảng 3-2: Các giá trị icsv max 51

Bảng 3-3: Các giá trị R để trị icsvmax = 1,5 kA 52

Bảng 4-1: Các giá trị tpt của chống sét van .58

Bảng 4-2: Các giá trị icsv max ứng với các giá trị khác nhau của R và L2 (Lcáp = L1 = 100m) 60

Bảng 2-A-1: Các giá trị Uc của sơ đồ đơn giản không có kháng 69

Bảng 2-B-1: Các giá trị icsv(kA) của sơ đồ đơn giản không có kháng 70

Bảng 2-A-2: Các giá trị Uc của sơ đồ đơn giản có kháng LKĐ = 50 (µH) 71

Bảng 2-B-2: Các giá trị Icsv của sơ đồ đơn giản có kháng LKĐ=50(µH) 73

Bảng 2-A-3: Các giá trị Uc của sơ đồ đơn giản có kháng LKĐ = 100 (µH) 74

Bảng 2-B-3: Các giá trị Icsvcủa sơ đồ đơn giản có kháng LKĐ = 100(µH) 75

Bảng 2-A-4: Các giá trị Uc của sơ đồ đơn giản có kháng LKĐ =150 (µH) 76

Bảng 2-B-4: Các giá trị Icsv của sơ đồ đơn giản có kháng LKĐ = 150(µH) 77

Bảng 2-A-5: Các giá trị Uc của sơ đồ đơn giản có kháng LKĐ = 200 (µH) 78

Bảng 2-B-5: Các giá trị Icsvcủa sơ đồ đơn giản có kháng LKĐ = 200(µH) 79

Bảng 3-A: Các giá trị Uc của sơ đồ có treo dây đất 80

Bảng 3-B: Các giá trị Icsv của sơ đồ có treo dây đất 81

Bảng 4-A: Các giá trị Uc của sơ đồ dùng cáp 82

Bảng 4-B-1: Các giá trị Icsv của sơ đồ dùng cáp (R = 4 ÷ 7 (Ω) .83

Bảng 4-B-2: Các giá trị Icsv của sơ đồ có treo dây đất (R = 8 ÷ 10 (Ω) 84

LỜI MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Trong sự nghiệp phát triển ngành điện, việc ứng dụng kỹ thuật điện đóng vai

trò hết sức quan trọng cho việc truyền tải điện năng và phân phối trong đó có những

vấn đề liên quan đến bảo vệ chống sét cho máy điện

Mọi thiết bị điện khi lắp đặt đều được dự kiến đưa vào vận hành lâu dài ở

một cấp điện áp nào đó và thường được lựa chọn dựa trên điện áp định mức của

lưới điện mà thiết bị đó được đấu nối vào Tuy nhiên, trong thực tế vận hành,

đôi lúc lại xảy ra quá điện áp tạm thời do nhiều nguyên nhân gây ra: có thể là

do các sự cố chạm đất, do thao tác đóng cắt, do sét đánh trực tiếp và sét cảm ứng

Trong đó, quá điện áp do sét là nguy hiểm nhất, bởi vì quá điện áp này rất lớn gây

phóng điện đánh thủng cách điện và phá hủy thiết bị

2 Lịch sử nghiên cứu:

Trên cơ sở nghiên cứu những và ứng dụng trong hệ thống điện từ những báo

cáo, tài liệu đã công bố

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu các sơ đồ bảo vệ chống sét và các thiết bị bảo vệ chống quá điện áp,

trong khuôn khổ luận văn chỉ nghiên cứu một số sơ đồ bảo vệ chống sét đơn giản,

sơ đồ có treo dây đất và sơ đồ có cáp

4 Nội dung chính và đóng góp mới:

Với định hướng như trên, nội dung chính của luận văn bao gồm:

- CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO MÁY ĐIỆN

- CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ ĐƠN GIẢN BẢO VỆ CHỐNG SÉT

MÁY ĐIỆN

- CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ CÓ TREO DÂY ĐẤT

- CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ CÓ CÁP

- CHƯƠNG V: SO SÁNH LỰA CHỌN CÁC SƠ ĐỒ

5 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn được thực hiện dựa trên cơ sở tìm hiểu, đánh giá những nghiên

cứu, lý thuyết và tài liệu tham khảo đã công bố

Tiến hành áp dụng cho một số sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện, lựa

chọn các sơ đồ bảo vệ chống sét hợp lý cho máy điện

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO MÁY ĐIỆN

1.1 - Nguyên lý bảo vệ chống sét cho máy điện

Độ bền cách điện của máy điện vượt khoảng 8 ÷ 10 lần điện áp làm việc cho

phép lớn nhất, với hệ số xung kích của cách điện là 1,3 ÷ 1,6 Tuy nhiên, trong quá

trình vận hành độ bền cách điện giảm sút nhanh chóng do rung động, do vầng

quang, do tác động cơ học, do bụi bẩn và do ứng suất nhiệt và cơ, giá trị hệ số xung

kích giảm tới 0,7 ÷ 1,0 và thấp hơn nữa

Trong một đến hai năm cách điện phải đuợc thử nghiệm lại một lần,với điện áp

xoay chiều là (1,5 ÷ 1,7) Uđm , với điện áp một chiều là (2,5 ÷ 3) Uđm , ở đây Uđm là

điện áp định mức của máy điện

Đối với cách điện chủ yếu của cuộn dây máy điện, biên độ cho phép của quá

điện áp sét khi hệ số xung kích bằng 1 sẽ có trị số là Ucp = (1,5 ÷ 1,7) 2.Uđm =

46 59,2 77,0

111

132

232

Từ bảng 1.1 cho thấy Ucp đối với cách điện của máy điện thấp hơn từ 3 ÷ 7

lần so với máy biến áp có cùng cấp điện áp Điều này cho thấy không thể cải tạo

được điều kiện bảo vệ máy điện bằng các loại chống sét van có phẩm chất dù tốt

đến đâu

Đối chiếu bảng 1.2 và bảng 1.3 cho thấy điện áp chọc thủng Uct và điện áp

dư Udư của chống sét van ở dòng điện 3 kA, cao hơn từ 20 ÷ 30% vượt quá điện áp

cho phép của máy điện (Ucp)

Ví dụ: ở cấp điện áp 10kV có Ucp = 22,5 ÷ 25,5(kV) còn Uctcsv=23,5kV và Udưcsv

= 28kV

Điều này có nghĩa là để đảm bảo điều kiện Udư ≤ Ucp thì dòng điện qua

chống sét van cần phải nhỏ hơn các giá trị cho ở bảng 1.3 Cần lưu ý rằng lúc này

điều kiện Uct ≤ Ucp vẫn không được đảm bảo Gọi dòng điện ở bảng 1.3 là dòng điện

Ulvln(kV)

Điện áp xung chọc thủng của chống sét Uct (kV)

Điện áp dư trên chống sét ở độ dài sóng 10

19

25 31,7

7 15,5 23,5

57

74 80,5

Khi không có biện pháp bổ sung dòng qua chống sét van có thể vượt quá giá

trị chỉ ra ở bảng 4 và do đó sẽ không đảm bảo được độ tin cậy của bảo vệ chống sét

máy điện Để có một bảo vệ tin cậy cho máy điện trước hết cần thiết giảm Uct và

không cho phép xuất hiện thành phần dao động của điện áp trên đầu vào máy điện

Ngoài ra, còn yêu cầu hạn chế dòng qua chống sét van sao cho không vượt quá

giá trị được nêu ở bảng 1.3

Yêu cầu thứ nhất được giải quyết bằng cách đặt thiết bị chống quá điện áp hay

là chống sét van nối trực tiếp vào thanh góp ở đầu vào máy điện và còn ghép thêm

tụ điện có điện dung lớn (khoảng 0,5 µF mỗi pha) vào thanh góp điện áp máy phát

Phương pháp đơn giản nhất để giải quyết vấn đề thứ hai là nối máy điện vào

lưới điện đường dây trên không qua máy biến áp

Tuy nhiên, trong hàng loạt trường hợp không thể đáp ứng được yêu cầu trên và

máy điện phải liên hệ trực tiếp với đường dây trên không Lúc này để hạn chế dòng

qua chống sét van sẽ sử dụng các phương pháp sau:

a Đặt thêm chống sét van hay chống sét ống trên đoạn tới trạm phát điện Tác

dụng bảo vệ của biện pháp này giống như trong sơ đồ bảo vệ ở đoạn tới trạm biến

áp

b Đặt cáp ngầm ở đoạn tới máy điện

c Sử dụng kháng điện đường dây

Ví dụ: ở cấp điện áp định mức 10,5 kV của máy điện thì dòng điện qua chống sét

van từ tương ứng với điều kiện Udư = Ucp là 0,6 ÷ 1,5(kV)

Bảng 1.3: Giá trị dòng điện Ik qua chống sét van với điều kiện Udư = Ucp

0,75 1,3 1,5 0,75 1,3 1,3

1.2 - Bảo vệ chống sét cho máy điện nối trực tiếp vào đường dây

Đối với máy phát có công suất nhỏ, cũng như máy bù đồng bộ và động cơ

điện, điện áp cao thì việc sử dụng máy biến áp trung gian nối giữa máy điện và

đường dây không sẽ không hợp lý về kinh tế kỹ thuật

Sơ đồ bảo vệ máy điện nối trực tiếp vào đường dây thông thường có các biện

pháp sau: chống sét van và tụ, đoạn bảo vệ tới trạm có chiều dài Ln , chống sét ống

và chống sét van trên đoạn tới trạm, kháng điện đường dây và đoạn cáp tới trạm

Dưới đây là hình vẽ các loại sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện

Hình 1-1: Sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện có kháng

Hình 1-5: Sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện

Chống sét ống CSÔ1 và chống sét van CSVÔ2 có tác dụng phân nhánh một

phần dòng điện sét vào đất và do đó sẽ hạn chế dòng điện qua chống sét van đặt ở

đầu vào máy điện Hiệu quả bảo vệ của chúng phụ thuộc vào các giá trị của điện trở

nối đất và với độ tin cậy thực tế chấp nhận được phải đảm bảo điều kiện Rz ≤ 10,

độ dài tối ưu của đoạn tới trạm Ln sẽ sử dụng dây chống sét Kháng điện K trong sơ

nhẹ điều kiện khởi động của chống sét van

Điện dung C trên thanh góp trước hết là để loại trừ dao động điện áp ở đầu

vào máy điện Thông thường độ dài đầu sóng T của quá điện áp sét xuất hiện ở

máy điện do có điện dung C sẽ tăng đến 20  50 µs Đủ đảm bảo an toàn cho cách

điện giữa các vòng dây của máy điện

Sự nghiên cứu của các nhà khoa học đã chỉ ra rằng độ tin cậy của sơ đồ bảo

vệ chống sét máy điện theo hình 1.1

Trong hình 2.2, thành phần mới là cáp lắp ở đoạn cuối đường dây không tới

thanh góp máy phát Vai trò bảo vệ của nó không những có tác dụng như tụ làm

giảm độ dốc đầu sóng, mà còn tác dụng dẫn một phần đáng kể dòng điện sét vào đất

ngoài bộ chống sét van ở thanh góp

Khi chống sét van CSV ở đầu đoạn cáp khởi động, thì lõi cáp và vỏ cáp được

nối song song (qua điện trở động của CSV) Do sự thay đổi của sóng điện áp sét với

tốc độ lớn, khi chuyển động dọc theo cáp sinh ra hiệu ứng bề mặt Dòng điện sét

truyền từ lõi ra vỏ cáp, mà vỏ cáp có tiếp xúc vào đất và dẫn dòng điện sét vào đất

Tuy nhiên tổng trở sóng của cáp bé có thể dẫn đến làm xấu sự làm việc

của chống sét van CSV Điều này được giải thích như sau: Đường dây ở cấp điện

áp 6  10 kV do cách điện yếu nên khi xét đánh vào xảy ra phóng điện giữa các

dây dẫn và đất Lúc này trên chống sét van CSV1 sóng quá điện áp sét giảm theo

cả 3 pha Khi khởi động chống sét van CSV1 của một trong các pha, ví dụ pha a,

thì sóng quá điện áp sét trên hai pha b, c còn lại giảm xuống do sự ngẫu hợp

sóng điện từ giữa các pha

Ngoài ra, dòng điện sét qua chống sét van CSV1 của pha a, gây ra một điện

áp giáng trên điện trở nối đất Rđ của nó Điều này dẫn đến làm giảm điện áp sét đặt

vào chống sét van của pha b và c, và có thể làm xấu điều kiện khởi động của các

chống sét van này Sóng phản xạ có dấu ngược từ thanh góp trở về đầu cáp làm

giảm điện áp sét trên CSV1 và làm xấu đi điều kiện khởi động của chống sét van

Để đạt được độ tin cậy thực tế yêu cầu chiều dài đoạn cáp Lk không được bé hơn

300m, còn chiều dài đoạn bảo vệ tới trạm Ln1  Ln2 không bé hơn 100m Lúc này

các điện trở nối đất Rz1, Rz2 và Rz3 không vượt quá 5  10 

Thực tế người ta hay sử dụng sơ đồ c, sơ đồ này có cả kháng điện và cả đoạn

cáp Lúc này độ tin cậy bảo vệ chống sét cho máy điện nối trực tiếp vào đường dây

không là lớn nhất, nếu như độ dài đoạn cáp không bé hơn 50m, và điện trở nối đất

của chống sét ống CSV1 không lớn hơn 5 

Trong tất cả các sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện trực tiếp vào đường

dây không, chiều dài của đoạn bảo vệ tới trạm Ln cần phải chọn theo điều kiện hạn

chế dòng điện sét qua chống sét van IPB max ≤ Ik

Ở đây : Ik là dòng điện phối hợp ở bảng 4

: IPbmax là dũng điện cho phép lớn nhất qua chống sét van đặt ở thanh góp

1.3 - Các giả thiết và phương pháp tính khi giải bài toán tính toán sơ đồ bảo vệ

chống sét cho máy điện

a Tính toán bảo vệ chống sét cho máy điện có công suất bé hơn 500kW, có

tổng trở sóng lớn (như ở bảng 1.4), nên trong tính toán sơ đồ bảo vệ chống sét

không xét đến tổng trở sóng

b Điện dung C trên thanh góp máy điện đó được cho trước khoảng 0,5µF/1

pha, với giá trị này đảm bảo điều kiện giảm độ dốc sóng truyền vào máy điện tới a

= 2  5 kV/µs an toàn cho cách điện giữa các vòng dây của máy điện Vậy trong

tính toán sẽ không đề cập đến vấn đề này

c Giả thiết sét đánh trực tiếp vào cột điện ở đầu đoạn bảo vệ tới trạm và gây

nên điện áp giáng i R trên điện trở nối đất của cột điện

d Dạng sóng sét mà ta nghiên cứu là dạng sóng chuẩn theo tiêu chuẩn của

Liên Xô là dạng sóng 1,5/40

Dạng sóng này được mô tả bởi hàm số iS A.(e-t _ e-t )

Trong đó các thông số A, ,  được xác định từ các thông số I, T , Ts

Kết quả tính toán cho ta với T = 1,5 s và Ts = 40 s, thì:

e Quá điện áp sét xuất hiện ở cả 3 pha

Do cách điện ở lưới trung áp thấp nên khi có sét đánh vào một pha nào đó thì

sẽ có phóng điện ngược qua cách điện tới các pha khác và gây nên quá điện áp sét ở

cả ba pha

f Trong tính toán sơ đồ bảo vệ chống sét máy điện gặp sơ đồ mạch điện có

phần tử phi tuyến là chống sét van Đặc tính (V-A) của chống sét van được biểu thị

bởi hàm số csv = kµ i

Từ số liệu của chống sét van ta xác định được:

Dùng phương pháp sai phân giải bài toán mạch điện có phần tử phi tuyến thực

hiện trên máy tính điện tử

1.4 - Nhiệm vụ tính toán

Tính toán một số trường hợp điển hình của sơ đồ bảo vệ chống sét máy điện

công suất bé (<500 kW) có nối trực tiếp với đường dây không

1.5 - Các đơn vị được lấy thống nhất trong tính toán

- Điện áp tính ở đơn vị (kV)

- Dòng điện tính ở đơn vị (kA)

- Thời gian tính ở đơn vị (µs)

- Chiều dài tính ở đơn vị (m)

- Điện cảm tính ở đơn vị (µH)

- Điện dung tính ở đơn vị (µF)

- Điện trở, tổng trở tính ở đơn vị ()

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ ĐƠN GIẢN BẢO VỆ CHỐNG SÉT MÁY ĐIỆN

2.1 - Sơ đồ đơn giản không có kháng điện

Vì mức cách điện ở lưới 10kV thấp nên khi có sét đánh vào một pha nào đó thì

sẽ xuất hiện sóng quá điện áp sét ở cả ba pha do phóng điện ngược qua cách điện

Sóng quá điện áp sét trên pha bằng nhau Như vậy sẽ tính toán truyền sóng trong hệ

thống ba dây đều nối với nguồn

2.2 - Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ bảo vệ gồm một bộ chống sét ống mắc ở đoạn bảo vệ tới trạm, một bộ

chống sét van và tụ mắc ở thanh góp máy điện

~

L 10kV

isR

CSOÂ

MF

Hình 2-1: Sơ đồ đơn giản bảo vệ máy điện

Các thông số: Lưới 10kV dùng dây AC-35 treo trên cột ở độ cao 8,5m,

khoảng cách giữa các pha là 0,8m

8.5m

Hình 2-2: Chiều cao cột và khoảng cách giữa các dây dẫn

2.3 -Tính điện cảm một pha khi quá điện áp sét xuất hiện ở cả ba pha

Dùng hệ phương trình Maxuell cho hệ thống 3 dây

U = I1Z11 + I2 Z12 + I3 Z13 (2-1) U = I1Z21 + I2 Z22 + I3 Z23

U = I1Z11 + I2 Z32 + I3 Z33

Ở đây Zii, Zif là tổng trở sóng riêng và tổng trở sóng tương hỗ Vì ba dây dẫn như

nhau bố trí trên cùng mặt phẳng ngang nên Z11 = Z22 = Z33 và Z12 = Z23  Z13

Giải hệ phương trình (2-1) ta được

Do tổng trở sóng tương hỗ giữa các pha chênh lệch không nhiều nên trong tính

toán đưa về tính toán sơ đồ một pha có Z1 ph  3 Z3 ph

Điện cảm một pha bằng Lo = Z 1 ph

c (mH/m), c: tốc độ ánh sáng Tính các tổng trở sóng riêng và tổng trở sóng tương hỗ

Z11 tổng trở sóng riêng của pha A

Z22 tổng trở sóng riêng của pha B

Z33 tổng trở sóng riêng của pha C

Z12 tổng trở sóng tương hỗ giữa pha A và pha B

Z13 tổng trở sóng tương hỗ giữa pha A và pha C

Z23 tổng trở sóng tương hỗ giữa pha B và pha C

Dây AC - 35 có R = 4,2mm = 4,2.10-3m

Độ treo cao của dây h1 = 8,5m

Khoảng cách giữa các pha d12 = 0,8m

Hình 2-3: Xét sự ảnh hưởng của đất đến tổng trở sóng đường dây

Điện cảm một pha: Loph = Z 1 ph

c = 2,78 (mH/m) Chống sét van có đặc điểm khi điện áp đặt lên chống sét van thấp thì chống sét

van sẽ không làm việc chỉ khi điện áp đặt lên chống sét van đạt trị số bằng điện áp

chọc thủng thì chống sét van phóng điện

Khi giải bài toán mạch điện có phần tử chống sét van ta chia làm hai trường hợp:

a Trước khi chống sét van phóng điện

b Sau khi chống sét van phóng điện

Giải bài toán a, mục đích để thời gian xác định thời gian phóng điện (tpđ) của

Như đã trình bày ở chương I

a Trước khi chống sét van phóng điện

b Sơ đồ thay thế

c Xử lý kết quả, xác định thời điểm phóng điện của chống sét van

Chương trình tính Uc(t) ứng với các giá trị khác nhau của R và L Kết quả

tính được ghi ở bảng số

Điện áp đặt lên tụ C cũng chính là điện áp đặt lên chống sét van và chống sét

van phóng điện khi điện áp đặt lên nó đạt giá trị bằng điện áp chọc thủng

Ví dụ: Giá trị của Uc(t) khi R = 1() và L = 100 (m)

t (MS) 5 6 7 8 9 10 11

Uc(kV) 0,446 1,577 3,031 4,789 6,834 9,146 11,701

t (MS) 12 13 14 15 16 17

Uc(kV) 14,477 17,477 20,585 23,863 27,253 30,724

Vẽ quan hệ Uc(t) ở hình vẽ (2-4), tại giá trị Uc(t) = 23,5 (kV) =  tpđ = 14,9 µs

Bảng 2.1: Các giá trị tpđ của chống sét van

- Bảng 2.1 cho kết quả về tpđ khi R = 13 () và L = 50 150 (m)

B Sau khi chống sét van phóng điện

a Sơ đồ thay thế

Trong sơ đồ thay thế có phần tử chống sét van Từ đặc tính V-A của chống sét

van ta viết được quan hệ dưới dạng hàm sau:

csv = Ku i Ku: hệ số điện trở không đường thẳng khi dòng điện qua chống sét van bằng

hơn giá trị Uc = 23,5 (kV) nên điện dung c vẫn được nạp điện thêm với dòng nạp bé

mà không có trường hợp dòng điện từ tụ C phóng qua chống sét van Trong tính

toán gần đúng ta bỏ qua không xét

L

isR K i

u



Hình 2-5: Sơ đồ thay thế không xét đến điện dung C

b Phương trình toán học tính icsv

Tại thời điểm chống sét van phóng điện

icsv(tpđ ) = icsv + icsv(tpđ - t)

icsv(tpđ) = icsv

Do iscv = Ris (tpđ - t) t

L

Nên icsv(tpđ) = Ris (tpđ - t) t

L

Tại thời điểm (tpđ + t):

icsv(tpđ + t) = icsv(tpđ) + icsv

icsv = Ris(tpđ) - Ku[icsv(tpđ)]0,2 t

L

Khi giải bằng phương pháp sai phân thì t càng bé càng chính xác Lợi dụng

khả năng tính của MTĐT, ta lập thuật toán bằng ngôn ngữ BASIC trên máy vi tính

Trong tính toán lấy t = 0,1 (s), có một vài trường hợp lấy t = 0,2; 0,3, với giá trị

này rất bé so với tpđ; và cách 20 bước lấy kết quả in một lần

C Xử lý kết quả, xác định dòng điện lớn nhất qua chống sét van

Chương trình đã tính với các giá trị khác nhau của R và L

Các số liệu nhập vào chương trình là:

R, L, tpđ, t, các số liệu này đã xác định được ở bảng 1 phần A,

Kết quả tính toán được ghi ở bảng mục lục số (2-B-1)

Từ các kết quả này ta vẽ các quan hệ icsv (t) để xác định icsv max ứng với các

giá trị khác nhau của R và L

Ví dụ: Khi R = 1(); L= 100(mH) các số liệu như sau:

t (MS) 14,9 16,9 18,9 20,9 22,9 24,9

icsv(KA) 0,014 0,193 0,338 0,463 0,571 0,665

t (MS) 26,9 28,9 30,9 32,9 34,9 36,9

icsv(KA) 0,747 0,817 0,877 0,927 0,968 1,001

Hình 2-6: Quan hệ giữa điện áp chọc thủng U c (kV) và thời gian t (µs)

Hình 2-7: Quan hệ giữa dòng qua CSV i csv (kA) và t (µs)

Hình 2-8: Quan hệ giữa i CSV max và điện trở R và chiều dài đoạn bảo vệ L

Từ kết quả này vẽ quan hệ icsv max (L, R) biểu diễn ở hình 2-8

Để đảm bảo bảo vệ tin cậy cho máy điện đưa ra quy định giá trị của dòng

điện sét qua chống sét van không được vượt quá giá trị chỉ ra ở bảng 1.3 của

chương I

Cụ thể ta tính toán bảo vệ chống sét cho máy điện ở cấp điện áp 10kV quy định giá

trị là : 0,6  1,5 kA Do qui định giá trị 0,6 kA rất khó thực hiện nên trong tính toán

ta lấy giá trị qui định là 1,5 kA mỗi pha

Theo giá trị của R và L để icsv max = 1,5 kA

L(m) 80 100 150

R() 1,04 1,15 1,32

Vậy ta đưa ra yêu cầu về R và L khi tiến hành bảo vệ chống sét cho máy điện

1 Điện trở nối đất của chống sét ống (R) không được lớn quá 1,32 ()

2 Chiều dài đoạn bảo vệ tới trạm không được ngắn hơn 150 (m)

Yêu cầu R  1,32 () là rất khó thi công và tốn kém

Ví dụ: Một cọc tiếp địa dài 3m có điện trở là 26 ()

Nên ta phải tìm biện pháp bổ sung như đặt thêm kháng điện đường dây với hi vọng

tăng được giá trị điện trở nối đất lên ( > 1,32 )

2.4 - Sơ đồ có kháng

a Sơ đồ nguyên lý

Giống sơ đồ đơn giản ở mục 2-1 ở sơ đồ này đưa vào phần tử mới là kháng

điện đường dây

Hình 2-9: Sơ đồ đơn giản có kháng vào đường dây

Trong tính toán sẽ cho các kháng điện có điện cảm Lkđ thay đổi từ 50  200 µH

2.5 - Tính toán sơ đồ hình 2-9

Giống như tính toán đã trình bày ở sơ đồ đơn giản mục 2-1 bài toán được chia

làm hai trường hợp:

a Trước khi chống sét van phóng điện

b Sau khi chống sét van phóng điện

A Trước khi chống sét van phóng điện

Ta có: Isr = L1 di 1 idt

dt c (2-20) Giải phương trình (2-20) giống như giải phương trình (2-4) ở mục 2-1, ở đây

giái trị điện cảm được tăng lên một lượng là Lkđ

Viết thuật toán tính giá trị của Uc(t) với kháng điện lấy các giá trị 50, 100, 150,

200 (MH); R = 1,2,3 (); L = 50, 80, 100, 150 (m) Kết quả tính được ghi ở bảng số

2- B -2  5