Bài giảng Kỹ thuật cao áp: Chương 6 Bảo vệ chống sét cho hệ thống điện

Khi treo dây chống sét trên đz tải điện phải luôn luôn kết hợp với nối đất tốt bởi vì nếu điện trở nối đất ở các cột điện có giá trị lớn thì việc treo dây chống sét là vô nghĩa. Bởi [r]

Chương 6: Bảo vệ chống sét cho Hệ thống điện

I) Bảo vệ chống sét cho đường dây:

1.Công thức tính suất cắt điện (n):

Suất cắt điện là số lần cắt diện do sét gây nên trên chiều

dài 100 km đường dây trong 1 năm

 vpd N

n 

N_ số lần sét đánh lên chiều dài của 100Km đường dây trong 1 năm

) 3

2

Trong đó: ms = 0,1 – 0,15 là mật độ sét, hoặc đó là số lần sét đánh trên 1 km2 mặt đất trong 1 ngày sét

100

10 6

 m s n ngayset h tb

vpđ _ xác suất phóng điện qua chuỗi sứ của đường dây

Như vậy, vpđ là xác suất xảy ra hiện tượng điện áp

phóng điện sét đặt lên chuỗi sứ lớn hơn điện áp phóng điện xung kích của chuỗi sứ

u ( t ) u ( t ) 

P

η - xác suất chuyển từ dạng phóng điện tia lửa xung kích

do sét sang dạng hồ quang ngắn mạch xoay chiều (Uf)

Giá trị η được xác định bằng thực nghiệm Đối với đz tải điện 220kV thì η = 0,7, còn đối với đz 330kV trở lên thì

có thể lấy η =1.

cs

dm cs

f lv

lv

l

U l

U E

E

f

3

),





E lv là cường độ điện trường phân bố dọc theo chiều dài của chuỗi sứ

.

)

09 ,

0 06

, 0 ( htb n ngay set v pd

Do độ treo cao của dây dẫn tăng lên rất khó và cần vốn đầu tư lớn, vì thế để giảm suất cắt điện n của đường dây

ta chỉ có thể giảm vpđ và η:

Bảng tra các giá trị η:

2) Biện pháp giảm suất cắt đường dây:

Từ công thức tính suất cắt đz, ta có:

-giảm vpđ bằng cách treo dcs (đ/v đz đã treo dcs thì giảm

điện trở nối đất Rxk và giảm góc bảo vệ của α dcs

- giảm η: tăng chiều dài chuỗi sứ, dùng cột, xà gỗ

3) Bảo vệ chống sét cho đường dây có Uđm≥110 KV:

Đối với các đz có Uđm≥110KV thì thường có TTTTNĐ Khi sét đánh lên đz thì có thể gây ra dạng N(1) và dẫn

đến cắt điện

Khi treo dây chống sét trên đz tải điện phải luôn luôn kết hợp với nối đất tốt bởi vì nếu điện trở nối đất ở các cột điện có giá trị lớn thì việc treo dây chống sét là vô nghĩa (Rc= 10,15,20,30 Ω)

Biện pháp hiệu quả nhất để bảo vệ chống sét cho đường dây là treo dây chống sét trên toàn tuyến đường dây Bởi

vì khi treo dây chống sét trên đường dây thì chúng ta sẽ giảm điện áp tác dụng lên cách điện của hệ thống điện

và từ đó giảm được suất cắt điện

Is/4 Is/4

1 Xét đz 110kV không treo dây chống sét, vậy thì khi

sét đánh, sét sẽ đánh trực tiếp vào dây dẫn Dòng điện

sét được xác định như sau:

Vì ta có công thức:

R Z

Z I

I s Z s z





0

0 )

0 ( )

0

Thường coi Zdd = 400Ω,

do đó Zdd/2 = 200Ω

Chọn Z0 = 200Ω Thay vào công thức ta tính được dòng điện sét đánh vào dây dẫn là: Is/2

Điện áp đặt vào dây dẫn là: U td I s Z dd

4



Chọn Zdd = 400Ω thì Utd = 100.Is

Để thấy rõ hiệu quả của việc treo dcs cho đz 110kv, ta xét

2 trường hợp:

2 Xét đz 110kV có treo dây chống sét Xét trường hợp

nguy hiểm nhất là sét đánh vào ngay đỉnh cột Dòng điện sét chảy xuống điện trở nối đất là Is:

Rcột

Is

Rcột

Udd

Ucs

Điện áp đặt lên xà cột hoặc dcs là:

Ucs = Is.Rc = 10.Is (Với giả sử Rc = 10Ω)

Điện áp cảm ứng từ dây chống sét sang dây dẫn:

Udd = k.Ucs với k=Z12/Z22

Điện áp tác dụng lên chuỗi sứ: Utd = Ucs-Udd = Ucs(1-k) ~ Ucs Kết luận: Trường hợp có treo dcs thì điện áp tác dụng đặt lên chuỗi sứ nhỏ hơn, do đó ít gây phóng điện hơn

Mặc dù các đường dây có treo dây chống sét thì vẫn còn

có khả năng sét đánh vòng qua dcs vào dây dẫn Đặc biệt đối với các đường dây siêu cao áp có Uđm > 220KV, do độ treo cao của đz lớn nên xác suất đánh vòng rất lớn

Bằng thực nghiệm người ta xác định được xác suất sét

đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn :

4 90



_ xác suất sét đánh vòng



V

_ góc bảo vệ dây chống sét và dây dẫn



_độ cao của cột điện

c

h

Để giảm suất cắt điện:

-giảm Rc

-giảm 

4) Bảo vệ chống sét cho dường dây có Uđm ≤ 35 kV:

Biện pháp hiệu quả nhất để bảo vệ chống sét cho đường dây này là không treo dây chống sét trên toàn tuyến

đường dây mà chủ yếu là phải giảm điện trở Rc ở các cột điện

Khi giảm Rc thì chúng ta sẽ giảm U tác dụng lên cách điện của các pha không sự cố và từ đó giảm đựơc suất cắt điện

Đối với các đz có cấp điện áp Uđm ≤ 35 kV thì thường

có TTCĐ hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang Khi sét

đánh trên đz sẽ gây ra hiện tượng chạm đất 1 pha và tình trạng sự cố này vẫn cho phép làm việc trong một khoảng thời gian nhất định nào đó

Xét đz 35KV không treo dcs Giả sử sét đánh vào pha A,

sẽ gây phóng điện qua chuỗi sứ pha A Do đó xuất hiện

một điện áp rơi tác dụng lên chuỗi sứ pha B (hoặc C) là:

Ucs = Is.Rc _ đây cũng chính là điện áp pha A vào lúc này

Điện áp cảm ứng từ pha A sang dây dẫn pha B là:

UddB = k.UA =k Is.Rcvới k=ZAB/ZBB Điện áp tác dụng lên chuỗi sứ pha

B là: Utd = UA-UddB = Ucs(1-k)

Is

Rcột

A B

C

Nếu Utd ≥U50% của cách điện pha B thì sẽ gây phóng điện qua pha B Khi đó đz sẽ bị cắt điện Giá trị dòng điện sét mà ứng với giá trị đó sẽ gây phóng

điện qua pha B là:

) 1

.(

% 50

k R

U I

c

sgh





Như vậy, ứng với một giá trị điện trở Rc cho trước, xác suất cắt điện của đz 35KV chính là xác suất xuất hiện

dòng điện sét có biên độ:

1 , 26 ).

1 (

% 50

% 50

) 1

(

k R

U

c pd

c

e k

R

U Is

P























Để giảm Vpđ ta giảm Rc

Xem ví dụ trang 161/ SGK của TS Hoàng Việt-Tập 2

) 1

.(

% 50

k R

U I

c

s





Xác suất phóng điện sẽ được xác định theo công thức:

Bởi vì khi Rc giảm, dòng Is gây cắt điện đz 35KV tăng Xác suất xuất hiện dòng Is lớn sẽ giảm Do đó giảm đươc xác suất phóng điện vpđ, giảm suất cắt đz

II) Bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp:

Phóng điện trong trạm gây ra sự cố rất trầm trọng trong HTĐ, nó có thể phá hủy nhiều thiết bị đắt tiền, gây ngắn

mạch trên thanh góp ngay cả khi có hệ thống BVRL hiện

đại Vì vậy, yêu cầu đối với việc bảo vệ chống sét cho trạm cao hơn nhiều so với đz

TBA phải được bảo vệ với độ an toàn rất cao, gồm 2 phần:

- BV chống sét đánh thẳng trực tiếp vào trạm (dùng cột hoặc dây thu sét)

- BVchống sóng quá điện áp do sét gây ra trên đz truyền vào trạm (dùng CSO, CSV, mỏ phóng điện, )

Tuy nhiên, chủ yếu vì lý do kinh tế mà người ta không thể đầu tư nhằm loại trừ hoàn toàn khả năng xảy ra sự cố ở trạm

do sóng truyền theo đz vào mà chỉ có thể hạn chế tới mức hợp lý về kinh tế và kỹ thuật

n

M  1 (trong đó: n là suất cắt điện, lần/năm)

Mức độ an toàn chịu sét của trạm được đặc trưng bởi chỉ tiêu chống sét của trạm Nó được định nghĩa bằng số năm trung bình vận hành an toàn Với phương tiện bảo vệ ngày

càng hoàn thiện, chỉ tiêu chống sét của trạm đạt đến hàng

trăm năm.

Với yêu cầu M = 100 năm thì n = 0,01 lần/năm.

Theo yêu cầu của phối hợp cách điện, để đảm bảo yêu cầu

về kinh tế, mức cách điện của trạm được chọn thấp hơn mức cách điện của đz Vì vậy, trạm là chỗ yếu trong cách điện của

hệ thống và sóng quá điện áp truyền theo đz vào trạm có thể gây nguy hiểm cho cách điện của trạm

Ví dụ: cách điện trong của MBA 110KV có điện áp thử

nghiệm xung U50% = 460KV, trong khi đó chuỗi sứ của đz

110KV cột thép có U50% = 650KV, cột gỗ có U50%=1800KV

Biện pháp chủ yếu để bảo vệ chống sóng quá điện áp khí quyển truyền từ đz vào TBA là dùng các thiết bị CSO, CSV hoặc các thiết bị hạn chế quá điện áp đấu vào thanh góp của trạm hoặc đấu trực tiếp ngay đầu vào của MBA

bị nào đó thì đặc tính Volt-giây của nó, kể cả phần tản mạn phải nằm toàn bộ dưới đặc tính Volt-giây của thiết bị được bảo vệ và điện áp dư trên CSV phải nhỏ hơn điện áp thử

nghiệm xung U50% của cách điện trong thiết bị được bảo vệ

Tuy nhiên, điện áp dư trên CSV lại phụ thuộc vào dòng điện xung qua nó Ngoài ra, điện áp tác dụng lên cách điện của thiết bị được bảo vệ còn phụ thuộc vào vị trí đặt CSV

Do đó việc bảo vệ bằng CSV cho thiết bị chỉ an toàn khi

thực hiện được 2 điều kiện sau đây:

- Khoảng cách giữa CSV và thiết bị được bảo vệ phải nằm trong giới hạn cho phép

- Trị số dòng điện xung chạy qua CSV không được vượt quá trị số dòng định mức của nó Tùy cấp điện áp và loại

CSV mà dòng định mức của nó từ 5 đến 14kA

Việc đảm bảo dòng điện xung đi qua CSV không được lớn hơn dòng định mức của nó cũng là điều kiện đảm bảo cho CSV vận hành được bình thường.Vì nếu I > Iđm sẽ có thể gây hỏng CSV , ngoài ra còn làm cho Udư tăng cao ảnh hưởng đến việc phối hợp cách điện trong nội bộ của trạm

Udư

(đm)

U

Iđm I

Udư>Udư (đm)

Đặc tính Volt-Ampe của CSV

Để xét điều kiện làm việc an toàn của CSV khi sét đánh vào đz Ta xét 2 trường hợp sau đây:

(1-2) km

(2) (1)

CSV

MBA

ut

1 Xét trường hợp khi sét đánh lên đz cách xa trạm

từ (1-2) km

Đối với trường hợp này, ta xét giống như hiện tượng truyền sóng trên đường dây tải điện vào trạm

Tương ứng với trường hợp này ta có sơ đồ thay thế theo qui tắc Petersen như sau:

Sơ đồ thay thế sóng truyền theo đz vào trạm

Zdd

2u t

Rcsv Udư

Đối với đường dây 110 kV ta có: chuỗi sứ có U50%= 650 kV

và CSV 110kV có: Udư = 367 kV, Iđm = 10 kA

, 7 ,

36 



csv

R Zdd  400 

kA

kA R

Z

U I

csv dd

t

7 , 36 400

650

2

2













CSV không hỏng

Zdd

2u t

Rcsv Udư

Từ sơ đồ thay thế ta xác định các thông số

Sóng tới truyền vào trạm bằng điện

áp thử nghiệm xung u50% của đz Điện trở của CSV là điện trở phi tuyến, điện trở của CSV nhỏ nhất (Rcsv = Rđm) khi dòng điện chạy qua là Iđm

2 Xét trường hợp khi sét đánh lên đz khu vực đầu trạm (đánh ngay trên cột gần nhất ở đầu trạm)

Sơ đồ thay thế

Is

Rcsv

Icsv

Ic

Rc

kA R

R

R

I I

csv c

c s

7 , 36 10

10 100











CSV hỏng

Nếu CSV không hỏng thì Udư tăng cao , ảnh hưởng đến thiết bị nó bảo vệ

Khi bảo vệ chống sóng truyền vào trạm bằng thiết bị là CSV thì chúng ta phải loại trừ khả năng sét đánh vào khu vực đầu trạm Bảo vệ không cho sét đánh vào khu vực đầu trạm được gọi là

BẢO VỆ ĐOẠN TỚI TRẠM