Bài giảng Kỹ thuật cao áp: Chương 3 Quá trình sóng trên đường dây tải điện

Đường dây là 1 phần tử chiếm 1 khoảng không gian rộng lớn trong hệ thống điện do đó khả năng sét đánh vào dây dẫn rất lớn.[r]

Chương 3: Quá trình sóng trên đường dây tải điện

I) Hệ phương trình truyền sóng:

Đường dây là 1 phần tử chiếm 1 khoảng không gian rộng lớn trong hệ thống điện do đó khả năng sét đánh vào dây dẫn rất lớn Khi sét đánh lên đường dây sản sinh ra sóng điện từ lan truyền dọc theo đường dây vào TBA hoặc NMĐ và gây nên quá điện áp tác dụng nên cách điện của hệ thống, làm phá huỷ cách điện

Sơ đồ thay thế của đường dây dài:

R0

C0 G0

C0 G0

L0

i L

i

R x

u













Hệ phương trình vi phân biểu diễn quá trình truyền sóng trên đường dây:

t

u C

u

G x

i













Nếu đường dây không có tổn hao (R=0, G=0) ta

có:

t

i L

x

u











t

u C

x

i











2

2 0

0 2

2

t

u C

L x

u













2

2 0

0 2

2

t

i C

L x

i













hay:

Nghiệm tổng quát của hệ phương trình trên dưới dạng sóng chạy như sau:

) (

)

f

1

2

f Z

Phương trình trên là phương trình truyền sóng không

có tổn hao

F /

10

9 4

1

9



 

m

H /

10



LC

v  1  1  3 10 8 /



) 400



C

L Z

là vận tốc truyền sóng

là tổng trở sóng

II) Truyền sóng giữa 2 môi trường:

Z1

uf

M

ut

Z2

uk

Đến điểm M nó chuyển sang môi trường có tổng trở sóng

Phương trình điều kiện bờ tại M:

ut + uf = uk (1)

It - If = Ik (2)

Lấy phương trình (2) nhân

ut - uf = Ik .Z1 (3)

Lấy (1) + (3)

2 ut = uk + Ik .Z1 (4)

Z1

Ik

M

Từ sơ đồ này ta xác định được các thành phần :

-Thành phần sóng khúc xạ :

t t

t

Z Z

Z Z

Z Z

u

2 1

2 2

2 1













-Hệ số khúc xạ

-Hệ số phản xạ

2 1

2

2

Z Z

Z







2 1

1 2

) 1

(

Z Z

Z

Z









 



Thành phần sóng phản xạ

t t

t k

u    (   1 )  

1) Xét các trường giới hạn:

2







2

2ut

1 )

1 (  

 



t

f u

u 

Hiện tượng này gọi là hiện tượng phản xạ dương áp toàn phần

Trường hợp này gặp ở đâu ?





0

2 

Z

* Trường hợp 2:

Z

1

1 )

1 (   

 



t

Hiện tượng này gọi là hiện tượng

phản xạ âm áp toàn phần

 Dòng điện sét đánh vào sẽ có biên

độ rất lớn

Trường hợp này gặp

ở đâu ?

0

; u k 

Rcột<< Z1

Z1

2) Truyền sóng giữa 2 môi trường có ghép C song song:

Sơ đồ thay thế theo qui tắc Petersen

Z1

C

Giải theo phương pháp toán tử Laplace

pC

p

Xc ( )  1 ut  u0  const

p

u p

ut  t

 ( )

) 1

(

1

2

) (

2 )

(

2 1

2 2

1 2

1

2 2

c t

t

pT p

Z Z

Z u

Z Z

Z CpZ p

Z

u p

u













2 1

2 1

Z Z

Z

CZ

Tc



qua điện dung C

c

T t

c

e pT

p







1 (

1

) 1

.(

)

(

2

c

T

t

t e u

t u





Như vậy ta có thể chọn giâ trị C như thế nào đó để giảm

độ dốc sóng truyền sang môi trường mới đến mức độ cần thiết không gây hỏng cách điện dọc

1

CZ

u dt

t



3) Truyền sóng giữa 2 môi

trường có ghép L nối tiếp:

Giải theo phương pháp toán tử Laplace

pL p

góc ,độ dài sóng vô hạn:

const u

ut  0 

2 U2(t)

p

u p

ut  t

) 1

(

1

2

) (

2 )

(

2 1

2

2 1

2 2

L t

t

pT p

Z Z

Z u

Z Z

pL p

Z

u p

u













Trong đó:

2

Z

L

TL





) 1

.(

)

(

2

L

T

t

t e u

t u





: hằng số thời gian truyền sóng qua điện cảm L

Như vậy ta có thể chọn giá trị L như thế nào đó để giảm

độ dốc sóng truyền sang môi trường mới đến mức độ cần thiết không gây hỏng cách điện dọc

L

Z

u dt

t

du2 ( ) 2 t 2



4) Truyền sóng cuối đường dây có ghép chống sét van:

Chia làm 2 trường hợp:

a) Khi chống sét van chưa phóng điện

M

Z1

ut

U2(t)

Z1

M

2ut

Rcsv

b) Khi chống sét van phóng điện:

nào thì CSV phóng điện tại thời điểm đó

Lúc này điện trở phi tuyến R được ghép nối vào mạch ; điện áp tác dụng lên chống sét van được xác định theo quy tắc Petersen:

2ut=u2 +Z1.Icsv = ucsv +Z1.Icsv

(Hình trang sau)

trở phi tuyến R của chống sét van thường được gọi là

Trình bày cách xác định u2(t), icsv(t):

Z1 .icsv

t

U2 (icsv)

i

Z1 icsv + V-A 2Ut(t)

i

u

a1

a2

a3

U2 (t)

Icsv (t)

5) Quy tắc sóng đẳng trị:

Z 1 ux1

Z x

u1x Z2 ux2

u2x

Z3

ux3

u3x

Zm

uxm

umx

Zn

uxn

unx

- Xét khi sóng điện

áp truyền từ nhiều

đường dây vào TBA

- Giả thiết các đường

dây không phát sinh

ngẫu hợp từ với nhau

Viết phương trình áp và dòng tại nút:

x xm









n m

xm mx

x i i

i

1

) (

ut + uf = uk (1)

It - If = Ik (2)

5) Quy tắc sóng đẳng trị:

Khai triển ix :















n

xm n

mx x

Z

u Z

u i

1 1













n

x

n

mx x

Z

u Z

u i

1 1

1 2

x n

m m

n

m m

mx n

m m

Z Z

u Z











1 1

1

1

2 1

1

Đặt :

tri dang n

m m

Z Z





1

1 1

dt n

m m

n

m m

mx

u

Z Z

u

2 1

1

2

1 1











dt x

dt

u  2 