Giáo trình Cao áp - Mở đầu

Giáo trình Cao áp Trường: BÁCH KHOA HÀ NỘI Giảng viên: TRẦN VĂN TỚP

Mở đầu : Quá điện áp vμ vấn đề bảo vệ

Tổng chiều dài các đường dây tải điện cao áp của nước ta hiện nay

9 điện áp từ 35 - 220 kV nghìn km

9 đường dây siêu cao áp (500 kV) nghìn km

Dự báo đến năm 2020,

9 điện áp từ 35 - 220 kV nghìn km

9 đường dây siêu cao áp (500 kV) l nghìn km

Công suất đặt của các nhà máy điện cũng tăng rất nhanh

Kỹ thuật điện áp cao đóng vai trò rất quan trọng trong việc truyền tải điện năng đi xa

Công suất tại một số nhà máy lớn độ tin cậy của các đường dây tải điện cao áp và toàn bộ các thiết bị

có ý nghĩa quan trọng Trong đó, việc giải quyết vấn đề tin cậy của cách điện với điện áp làm việc tác dụng

thường xuyên lên cách điện hoặc các loại quá điện xuất hiện ngắn hạn

Quá điện áp là :

9 các nhiễu loạn trong hệ thống điện,

9 các nhiễu loạn này xếp chồng lên điện áp định mức của mạng điện

Các quá điện áp này có thể xuất hiên do các nguyên nhân sau:

9 giữa các pha hoặc giữa các mạch

9 giữa dây dẫn pha và mạch nối đất

Quá điện áp

9 biến thiên và có tính bấp bênh

9 việc xác định rõ các đặc tính rất khó khăn

9 chỉ có thể thiết lập một tiếp cận thống kê các đặc tính (thời gian, biên độ )

Các đặc tính chủ yếu của các dạng quá điện áp

Dạng quá điện áp hệ số

quá áp

Tần số

Tắt dần

QĐA tần số công nghiệp

(sự cố hư hỏng cách điện ≤ 3 lâu dài, > 1 ms Tần số công nghiệp chậm

QĐA nội bộ (đóng cắt) 2 - 4 ngắn hạn, 1 ms Trung bình,

1 - 200 kHz

trung bình

1 - 10μs

rất dốc

1000 kV/μs

rất mạnh

Nhiễu loạn có thể dẫn đến :

9 gián đoạn tạm thời (tự động đóng lại trong các lưới điện phân phối trung áp

9 gián đoạn lâu dài (cắt điện để thay thê cách điện bị hư hỏng hoặc thay thế thiết bị

Các loại quá điện áp

A Quá điện áp khí quyển

Giông sét là một hiện tượng thiên nhiên rất ly kỳ và nguy hiểm : trên toàn cầu trung bình 1000 cơn giông hàng ngày

Theo thống kê của nước Pháp, hàng năm

9 giông sét gây ra 10% hoả hoạn,

9 40 người và khoảng 20 000 động vật bị chết,

9 50000 lần cắt đường dây điện và điện thoại các đường dây tải điện trên không

Đặc thù của các phóng điện sét là cực tính của dòng điện sét :

9 ~ 10% cú sét mang cực tính dương nhưng thường lại dữ dội và mãnh liệt nhất

9 thời gian đầu sóng của xung sét rất ngắn (quy định 1,2 μs đối điện áp và 8 μs đối dòng

B Quá điện áp tần số công nghiệp

Tất cả các loại quá điện áp có tần số thấp hơn 500 Hz là qúa điện áp tần số công nghiêp

C Quá điện áp thao tác

Sự thay đổi dột ngột cấu trúc của lưới điện làm xuất hiện hiện tượng quá độ (sóng quá điện áp hoặc của một chuỗi các sóng cao tần không tuần hoàn hoặc hoặc giao động tắt dần nhanh)

D Các hiện tượng thiên nhiên tác động đến hệ thống điện

Hieọn tửụùng thieõn nhieõn (seựt vaứ baừo tử) coự aỷnh hửụỷng nghieõm troùng ủeỏn oồồn ủũnh heọ thoỏng ủieọn Noự coự theồ :

9 laứm ngửứng cung caỏp ủieọn,

9 phaự hoaùi caực thieỏt bũ,

9 coõng trỡnh xaõy dửùng

9 gaõy nguy haùi ủeỏn tớnh maùng con ngửụứi

* ẹoỏi vụựi baừo tửứ : (hieọn tửụùng beà maởt cuỷa maỹt trụứi buứng noồ dửừ doọi phoựng ra caực haùt proton vaứ

electron vaứo khoaỷng khoõng vuừ tru)

Chu kyứ cuỷa baừo xaỏp xổ 11 naờm ù

Khi tụựi traựi ủaỏt, chuứm haùt ủieọn tớch naứy tửụng taực vụựi tửứ trửụứng traựi ủaỏt, caỷm ửựng caực doứng ủieọn Doứng caỷm ửựng ủũa cửùc naứy laùi caỷm ửựng ra caực xung doứng treõn caực ủửụứng daõy taỷi ủieọn (gaõy baừo hoứa nửỷa chu kyứ caực maựy bieỏn aựp, soựng ủieàu hoứa coự bieõn ủoọ lụựn do maựy bieỏn aựp bũ baừo hoứa sinh ra coự theồ laứm roỏi loaùn vaọn haứnh heọ thoỏng, laứm hử haùi caực maựy phaựt ủieọn, caực maựy bieỏn aựp vaứ caực trang bũ ủieọn khaực ủoàng thụứi gaõy ra caực hieọn tửụùng nhaỷy maựy caột khoõng caàn thieỏt)

Ngaứy nay do caực heọ thoỏng vaứ lửụựi truyeàn taỷi ủửụùc hụùp nhaỏt daàõy ủaởc hụn, neõn chuựng coự theồ deó bũ

hử hoỷng nhieàu hụn

ẹeồ ủoỏi phoự vụựi baừo tửứ khi coự baừo tửứ xaỷy ra laứ

9 giaỷm taỷi lửụựi,

9 ủoựng theõm caực tuù ủieọn dửù phoứng

Muoỏn laứm ủửụùc ủieàu naứy coự hieọu quaỷ thỡ caực traùm dửù baựo khớ tửụùng phaỷi cung caỏp sụựm nhaỏt caực thoõng tin veà baừo tửứ cho caực nhaõn vieõn vaọn haứnh heọ thoỏng moọt caựch chớnh xaực, coự ủoọ tin caọy cao vaứ ủaày ủuỷ ủeồ hoù coự caực bieọn phaựp xửỷ lyự toỏt nhaỏt

* ẹoỏi vụựi seựt :

Hiện tượng phoựng ủieọn tia lửỷa khi khoaỷng caựch giửừa caực ủieọn cửùc raỏt lụựn

Seựt ủaựnh vaứo caực coõng trỡnh theo nhieàu con ủửụứng khaực nhau, coự khi ủaựnh caỷ vaứo nhửừng coõng trỡnh ủửụùc baỷo veọ khaự chu ủaựo

Ngửụứi ta taùm thụứi chia seựt thaứnh hai loaùi chớnh laứ seựt daõy vaứ seựt hoứn

Seựt daõy laứ caực cuự phoựng ủieọn giửừa maõy vaứ maõy hoaởc giửừa maõy vaứ ủaỏõt (quan saựt dửụựi daùng daõy) Seựt hoứn bieồu hieọn dửụựi daùng caàu, ớt phoồ bieỏn (coự nhieàu caựch giaỷi thớch sửù hỡnh thaứnh, toàn taùi)

ễỷ ủaõy chổ chuỷ yeỏu ủeà caọp ủeỏn vaỏn ủeà veà seựt daõy

E Phân loại cách điện

Cách điện của các trang bị điện được chia thành hai loại là :

Cách điện bên ngoμi gồm khoảng không khí cách điện (ví dụ, cách điện giữa các dây dẫn của các

đường dây tải điện trên không), bề mặt ngoài của cách điện rắn (cách điện đường dây), khoảng cách cách

điện giữa các tiếp điểm của dao cách ly,

Độ bền cách điện phụ thuộc rất lớn vào điều kiện bên ngoài ( áp suất, nhiệt độ, độ ẩm của không khí,

mức độ ô nhiễm của môi trường)

Cách điện bên trong gồm cách điện các cuộn dây máy biến áp, máy điện, cáp điện, các sứ xuyên,

giữa các tiếp điểm của máy cắt (thường được phối hợp các lọai vật liệu cách điện khác )

Độ bền cách điện của các cách điện bên trong hầu như không phụ thuộc vào các yếu tố khí quyển bên

ngoài Đặc điểm của loại cách điện này là sự lão hoá (sự suy giảm các tính chất cách điện trong vận hành),

hiện tượng phóng điện cục bộ trong các cách điện thể rắn

Do tổn hao điện môi, cách điện còn có thể bị nóng lên Nếu chiều dày cách điện lớn, làm cho việc tản nhiệt khó khăn, sự nung nóng cách điện quá mức sẽ dẫn đến phóng điện nhiệt

Cách điện bên ngoài (không khí) có thể phục hồi tính chất cách điện sau khi phóng điện nhưng phóng

điện đánh thủng cách điện bên trong quá trình không thuận nghịch, dẫn đến hư hỏng cách điện vĩnh viễn Vì thế tình trạng cách điện bên trong cần phải được kiểm soát trong thời gian vận hành nhằm phát hiện các khuyết tật xuất hiện và ngăn ng các sự cố của các thiết bị

Cách điện thường xuyên phải chịu tác dụng :

9 điện áp làm việc,

9 quá điện áp nội bộ,

9 quá điện áp khí quyển xuất hiện do sét

Khi bị sét đánh, trên cách điện của đường dây trênkhông xuất hiện quá điện áp rất lớn, phóng điện mặt ngoài của chuỗi cách điện sẽ chuyển thành phóng điện hồ quang

Phương pháp hiệu quả để khắc phục chạm đất một pha do phóng điện trên cách điện :

9 đường dây 3 - 35 kV : sử dụng cuộn dập hồ quang (dòng điện dung chạm đất được bù và gián

đoạn cung cấp năng lượng, hồ quang không thể kéo dài và bị dập tắt)

9 đường dây 110 kV trở lên xuất (trung tính nối đất trực tiếp) : thiết bị tự động đóng lại, sử dụng các dây chống sét (phối hợp sử dụng dây chống sét và TĐL giảm tối thiểu số lần cắt điện do)

Sét đánh vào đường dây làm xuất hiện quá điện áp lan truyền dọc đường dây đến các trạm biến áp

Quá điện áp khí quyển xuất hiện phụ thuộc vào

9 cường độ dòng điện sét

9 đặc điểm của các công trình bị sét đánh

Quá điện áp nội bộ xuất hiện phụ thuộc

9 dạng thao tác

9 đặc tính của mạng và của các thiết bị đóng cắt

(mỗi lần đóng cắt xuất hiện quá điện áp khác nhau)

Để hạn chế quá điện áp sử dụng các thiết bị bảo vệ như là chống sét ống và chống sét van

Phối hợp điện áp tác động lên cách điện, đặc tính của thiết bị bảo vệ và của cách điện đảm bảo sự làm

việc tin cậy của thiết bị là bài toán kinh tế kỹ thuật quan trọng và được gọi là phối hợp cách điện

9 Mục đích của môn học kỹ thuật điện cao áp là

9 xem xét các đặc tính cách điện của cả cách điện bên ngoài và cách điện trong,

9 xem xét quá trính vận hành của cách điện ở điện áp làm việc và các loại quá điện áp,

9 tìm các biện pháp hạn chế quá điện áp và bảo vệ thiết bị bắng phối hợp cách điện

9 ph−¬ng ph¸p thÝ nghiÖm c¸ch ®iÖn vµ c¸c kÕt cÊu c¸ch ®iÖn

Nội dung môn học và tài liệu

Phần 1

Chương 1 : Hiện tượng phóng điện sét Chương 2 : Phóng điện xung kích Chương 3 : Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Chương 4 : Truyền sóng quá điện áp trên các đường dây tải điện Chương 5 : Nối đất chống sét

Chương 6 : Thiết bị bảo vệ chống sét Chương 7 : Bảo vệ chống sét đường dây tải điện Chương 8 : Bảo vệ chống sét trạm biến áp Chương 9 : Bảo vệ chống sét máy điện

Phần 2

Chương 10 : Quá điện áp thao tác Chương 11 : Quá điện áp xác lập

Phần 3

Chương 12 : Các quá trình điện lý trong điện môi Chương 13 : Tính chất cơ bản và đặc tính của cách điện bên ngoài Chương 14 : Cách điện bên trong và đặc tính chủ yếu

Chương 15 : Vận hành kết cấu cách điện ở điện áp làm việc bình thường Chương 16 : Cách điện của hệ thống điện

Chương 17 : Cách điện của đường dây tải điện trên không và trạm biến áp Chương 18 : Đường dây cáp cao áp

Chương 19 : Cách điện của máy biến áp Chương 20 : Cách điện của máy điện Chương 21 : Cách điện của các thiết bị phân phối

Tμi liệu tham khảo

Tiếng Việt

GS TS Võ Viết Đạn, Giáo trình Kỹ thuật điện cao áp, Hanoi, 1972

TS Nguyễn Thị Minh Chước, Hướng dẫn Thiết kế tốt nghiệp

Tiếng Anh-Pháp-Nga

E Kuffel , W Zaengl, High Voltage Engineering, Pergamon Press

Aguet, Michel, Lanoz, Michel , "Haute tension", Lausanne, Presses polytechniques et universitaires

romandes , 1990 Traitộ d'ộlectricitộ ; v 20 425 p

Gary, Claude , "La foudre : histoire des connaissances, nature du phộnomốne, risques et mesures de

protection", Paris, Masson , 1999, 224 p

Le Roy, Georges , Gary, Claude , Hultzler Bearnard, Lalot Jacques, Dubaton Christian, " Les Propriộtộs diộlectriques de l'air et les trốs hautes tensions", Editions Eyrolles, Paris, 1984, 611 p

Gary, Claude; Moreau, Marcel , " L'effet de couronne en tension alternative", Eyrolles Paris , 1976, 440 p

Schmitt, Alain; Deflandre, Thierry , " Les surtensions et les transitoires rapides de tension, en milieux industriel et tertiaire", Paris , Eyrolles , 1997, 399 p

Uman, Martin A., "Lightning", New York, Dover Publications , c1984, 298 p

Golde, R.H., "Lightning", New York, Academic Press, 1977, 2 volumes, anglais

Lagonotte, Patrick , "Les installations ộlectriques", Paris, Hermốs Science Publications , 2000, 381 p

Morrison, Ralph ; Lewis, Warren H., "Grounding and shielding in facilities", New York ; Toronto, J Wiley , 1990, 228 p

Escanộ, Jean Marie , "Rộseaux d'ộnergie ộlectrique modộlisation : lignes, cõbles", Paris, Eyrolles , 1997, Supộlec ; 12, 232 p

Mauduit, Alexandre Maurice Julien , "Installations ộlectriques a haute et basse tension", Paris, Dunod , 1964,

3 volumes

Ivanov-Smolenski, A., "Machines ộlectriques" Moscou : Editions Mir , 1983, volume 1, 2, 567p