Giáo trình Cao áp - Chương 7

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

Chương 9 : Bảo vệ chống sét máy điện

9 Bảo vệ máy điện (máy phát, mô tơ) chống quá điện áp được thực hiện theo nguyên tắ bảo vệ trạm biến áp

9 Mức cách điện của máy điện thường thấp hơn nhiều so với mức cách điện củamáy biến áp, do đó bảo vệ chúng được quan tâm và cẩn thận hơn nhiều

9 Bảng sau đây thiết lập ví dụ về mức cách điệndes máy điện và máy biến áp

Mức cách điện xung kích hay BIL

(Basic Impulse Level)

Máy biến áp Máy điện

36,5

10

49,5

21

65 32,5

PBBM (*) PPM

14,5

12 9,5

27

23

18

45

38

30

9 Chúng ta thấy bảo vệ máy biến áp cấp điện áp từ 3 đến 10 kV bằng các chống sét van được bảo đảm bởi vì

điện áp dư của chống sét van thấp hơn đáng kể mức cách điện xung kích Nhưng điều này không có nghĩa là cũng như thế khi tiến hành bảo vệ máy điện chống qu điện áp

9 Đẻ đảm bảo độ tin cậy bảo vệ, cần phải hạn chế khả năng xyút hiện quá quá điện áp bằng cách không nối máy điện trực tiếp với đường dây trên không

9.2 Bảo vệ máy điện nối với đường dây qua máy biến áp

9 Các máy phát của các nhà máy điện lứon thường được nối với các đường dây trên không qua máy biến áp

~

9 ở phía điện áp cao, máy biến áp được bảo vệ bằng chống sét van như chúng ta thấy trong chương trước Quá

điện áp xuất hiện ở phía này thường không vượt quá điện áp thí nghiệm của máy biến áp Cách điện của máy

điện phải chịu một phần điện áp do sự truyền sóng qua cuộn dây phía điện áp cao của máy biến áp về phía cuộn dây điện áp thấp

9.2.1 Quá điện áp lan truyền qua điện dung

9 khi có quá điện áp, điện áp trong cuộn dây của máy biến áp được xác định bởi của cuộn dây và biến thiên với thời gian theo các giao động riêng Trong thời gian đầu sóng, phân bố điện áp tương tự như trường hợp khởi

đầu, do đó trong khoảng thời gian này ta có thể thay thế máy biến áp bằng điện dung đầu vào

9 Trong các máy biến áp hai cuộn dây K, ngoài điện dung ngang, cần phải ính đến điện dung C của các cuộn dây so với đất và giữa hai cuộn dây Các điện dung này là những điện dung phân bố rải, do đó sơ đồ tương

đương của máy biến áp có dạng

K 1

C 1

K 2

C 12

C 2

enroulement HT

enroulement BT

9 Nếu chúng ta cho rằng các điện dung ngang K2 của cuộn dây điện áp thấp của máy biến áp rất bé và có thể

bỏ qua, điện áp tại điểm bầt kỳ K xác định theo biểu thức sau :

12 2

12 1

C C

C x U x U

+

9 Trong thực tế, do sự tồn tại của các điện dung entre các phần tử của cuộn dây điện áp thấp K2, phân bố điện áp trong cuộn dây này có sự khác biệt phân bố trong cuộn dây điện áp cao Tuy nhiên các kết quả tính toán theo phương trình 9.1 cho các kết quả gần đúng

Phân bố điện áp dọc theo các cuộn dây này:

1,0

0,2

0

0,8 0,6 0,4

x/l

U m

u

1

2

3

1 - cuộn dây điện áp cao;

2 - cuộn dây điện áp thấp, được tính theo phương pháp chính xác;

3 - cuộn dây điện áp thấp tính theo 9.1 C1=2000pF; C2=6000pF; C12=300pF; K1=20ppF; K2=30pF

9 Các đường cong này có được trong trường hợp cuộn dây điện áp thấp để hở mạch Khi một máy điện được nối cuộn dây này, cần phải tính điện dung máy điện và thanh cái hoặc đường cáp Các điện dung được thể hiện bằng một điện dung phụ C ghép song song với điện dung C2 của cuộn dây điện áp thấp Nếu chúng ta coi rằng các điện dung C2 và C12 cũng là các tham số rải, ta sẽ có:

12 2

12 1

C C C

C x U x U

+ +

9 Phân bố thực tế của điện áp dọc theo cuộn dây nằm giữa hai trường hợp này Bây giờ chúng ta nghiên cứu bản chất phân bố điện áp trong một số trường hợp đặc biệt Giả thiết cuộn dây cao áp có 5 phần tử (n=5) và C=K (hình 8.16)

9 Thực tế, ảnh hưởng của điện dung phụ C còn rõ nét hơn Ví dụ với C=(C2+C12), điện áp U2 không giảm đến 2 lần mà ít nhất là 5-6 lần

9 Sơ đồ bảo vệ khi máy điện được nối với đường dây trên không qua máy biến áp, cần thiết phải láp đặt một

đoạn cáp ngắn (khoảng vài chục mét)

9.2.2 Quá điện áp lan truyền dọc theo cuộn dây máy biến áp

9 Truyền sóng điện áp qua các điện dung xác định phân bố điện áp ban đầu trong các cuộn dây Với truyền sóng qua con đường điện từ xảy ra trong quá trình quá độ mà các sóng hài bậc nhất là quan trọng nhất Để

nghiên cứu hiện tượng này, chúng ta sử dụng sơ đồ tương đương

L M

9 L1, L2 - điện cảm cuộn dây,

9 LM - điện cảm mạch từ,

9 C - điện dung tổng ở phía điện áp thấp máy điện,

9 Z - tổng trở sóng của cuộn dây máy điện

9 Nếu C=0 và khi có quá điện áp vuông gócq biên độ Um xuất hiện ở phía điện áp cao, điện áp trên cuộn dây

điện áp thấp với LM>>L1+L2 bằng :

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

ư

t

n

U

Z

L L

T = 1+ 2

9 Điện cảm của máy biến áp quy về phía điện áp thấp bằng :

P

U e L

4 , 31

% 2 2

U là điện áp định mức, kVP ; công suất định mức, kVA

9 Điện áp ở phía điện áp cao gồm điện áp dư của chống sét van xếp chồng lên thành phần giao động với chu kỳ giao động khoảng vài μs, có nghĩa là rất bé so với hằng số thời gian T Khi truyền sóng qua cuộn dây của máy biến áp, các giao động này sẽ giảm dần, do đó có thể lấy giá trị Um bằng điện áp dư của chống sét van

9 Với C≠0, tần số giao động riêng ω = C ( L1 + L2), giao động này xếp chồng lên thành phần Um/n Giới hạn

điện áp tác dụng lên máy điện có thể đạt trị số 2Um/n, nhưng do tổng trở sóng xủa cuộn dây, giao động này sẽ tắt dần rất nhanh Trong điều kiện :

C

L L

2

nó sẽ bị triệt tiêu

Ví dụ đối với máy biến áp 111/10 kV - 315000 kVA, ta có L 1 +L 2 =10 -3 H, vμ tổng trở sóng của máy điện có cùng công suất sẽ có giá trị khoảng 40 Ω, ta tìm được hằng số thời gian T=25μs

điều kiện để giao động triệt tiêu :

F Z

L L

40 4

1000

2

<

Trong thực tế điều kiện 9.5 dễ dμng thoả mãn, trừ trường hợp nếu điện dung thanh góp quá lớn vμ điện áp tăng cao

do giao động

Nếu các giao động trong mạch phụ bị triệt tiêu vμ nếu phía điện áp cao của máy biến áp được bảo vệ bởi chống sét van PBM Γ, thì không cần thiết bất kỳ bảo vệ nμo ở phía điện áp máy phát

máy biến áp 110/10 kV - 315000 kVA, được bảo vệ bằng chống sét van PBM Γ với mức điện áp dư U = 265 kV

Điện áp tác dụng lên cuộn dây máy phát bằng 265/11=24 kV, điều nμy không gây nguy hiểm cho cách điện máy điện

Kết luận : Khi máy điện được nối với đường dây trên không qua máy biến áp, thì không cần thiết bảo vệ chống quá điện áp khí quyển Chỉ trong trường hợp khi công suất của máy điện bé và điện dung của thanh cái rất

lớn thì cần bảo vệ bằng chống sét van

9.3 Bảo vệ máy điện nối trực tiếp với đường dây

9 Bảo vệ máy điện nối trực tiếp đường dây trên không chống quá điện áp tương tự như bảo vệ trạm biến áp : trên thanh góp của máy phát người ta đặt chống sét van và bảo vệ đạon gần trạm biến áp bằng các cột thu sét

9 Tuy vậy, sơ đồ bảo vệ có các đặc điểm sau:

+ sử dụng chống sét van có điện áp dư thấp, ví dụ như loại chống sét van PBMΓ thay vì dùng PBC + đoạn đường dây đến máy điện phải được bảo vệ chống sét đánh trực tiếp bằng cách xây dựng đường dây khuất tránh sét đánh trực tiếp ví dụ như lấp dưới các công trình cao, trong thung lũng Nếu không thì đoạn này được bảo vệ bằng dây chống sét, và dây chống sét cần được cazchs điện với

đường dây và nếu nó đước láp đặt trên các cột cùng với đường dây cần phải tránh phóng điện ngược bằng cách tăng mức cách điện đường dây

+ láp đặt các tụ điện trên thanh góp máy phát với trị số 0,5μF/pha để giảm độ dốc của sóng tới

9 Sơ đồ bảo vệ máy điện nối trực tiếp với đường dây trên không

~

Paratonnerres

ẫclateurs

C P

9 Để điện áp dư không vượt qua giá trị định mức, cần hạn chế dòng điện ở mức 5kA bằng cách giảm điện trở nối

đất của các khe hở phóng điện đặt ở đoạn vào trạm

9 Trong thực tế, máy điện nối với đường dây trên không qua một đoạn cáp Với sự có mặt của đoạn cáp này,

điều kiện bảo vệ máy điện chống quá điện khí quyển thuận lợi

~

ẫclateurs