1) Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp.
Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các trang thiết bị điện và các công trình khác đặt trong trạm biến áp thực hiện bằng cột thu lôI (thu sét). Cột thu sét gồm kim thu sét bằng kim loại dựng cao hơn vật đợc bảo vệ
để thu sét và một dây dẫn sét xuống đất cùng vơí trang bị nối đất.
Khoảng không gian gồm cột thu lôI mà nếu vật bảo vệ đặt trong đó rất ít khả năng bị sét
đánh gọi là phạm vi bảo vệ của cột thu lôi.
4/
a h =
∆
a
α α
α α
h
hx Rx
Cực nối đất
Hình 12 4 – Góc bảo vệ và phạm vi bảo vệ của dây chống sét
h
1,5 h Rx
Hình 12 5 – Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu lôi
hx hhd
1,5 h
Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôI (hình 12-5) là hình nín cong tròn xoay có tiết diện ngang là những hình tròn, ở độ cao hx có bán kính Rx . Trị số của bán kính bảo vệ Rx xác
định theo công thức.
h p h h
R
hd x x
. 1
6 , . 1
= + (12 -14)
Trong đó:
hhd = h – hx - Chiều cao hiệu dụng của một cột thu lôI, tức là phần cao hơn của một cột thu lôI so với mốc
®ang xÐt.
P - hệ số, với h ≤ 30 m thì p = 1 Víi h > 30 m th× p = 5,5/ h.
Để bảo vệ chống sét cho trạm biến áp lớn có thể dùng hai, ba cột thu lôI hoặc nhiều hơn nữa.
Trong đó Rx đợc xác định theo công thức (12-14) còn bx bề ngang hẹp nhất của phạm vi bảo vệ ở
độ cao hx , xác định bởi công thức:
a h
a R h
b
hd x hd
x −
= −
. 14
. . 7 .
4 (12-15)
Thí nghiệm cho thấy rằng khu vực có xác suất 100% phóng điện vào cột thu lôI có bán kính R = 3,5h. Nh vậy khi hai cột đặt cách nhau a = 2R = 7h thì bất kỳ điểm nào nằm trên mặt đất trong khoảng giữa hai cột sẽ không bị sét đánh. Từ đó suy ra với hai cột thu lôI cách nhau a< 7h thì sẽ bảo vệ đợc độ cao hx
xác định bởi biểu thức:
h – hx = a/7 hay
hx = h - a/7 Khi h < 30m th× hx = h – a/7p
Trờng hợp trạm đặt nhiều cột thu lôI thì các phần ngoàI của khu vực bảo vệ cũng xác định theo công thức (12-14); (12-15). Cần kiểm tra điều kiện bảo vệ an cho toàn bộ diện tích cần bảo vệ. Vật có độ cao hx nằm trong trạm sẽ đợc bảo vệ nếu thoả m n điều kiện. ã
Hình 12 6 – Phạm vi bảo vệ của cột thu lôi R2
Rx
hhd hx
R4 bx
Hình 12 7 – Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu lôi a2
D bx2
a1
D ≤ 8.(h – hx) víi h ≤ 30 m D ≤ (h – hx).p víi h > 30 m
Nếu có một cột thu lôI cao hơn các cột khác thì
phần cao hơn của nó coi nh một cột thu lôI
đơn,
2) Bảo vệ chống sét từ đ ờng dây truyền vào trạm:
Các đờng dây trên không dù có đợc bảo vệ chống sét hay không thì các thiết bị điện có nối với chúng đều phảI chịu tác dụng của sóng sét chạy từ đờng dây đến. Biên độ của quá điện áp khí quyển có thể lớn hơn điện áp cách điện của thiết bị điện dẫn đến chọc thủng cách điện, phá hoại thiết bị và mạch điện cắt ra. Vì vậy bảo vệ trạm biến áp cần phảI đặt các thiết bị chống sét. Nh vậy thiết bị chống sét và thiết bị bảo vệ chống quá điện áp cho thiết bị điện bằng cách hạ thấp biên độ sóng quá điện áp đến trị số an toàn cho cách điện cần đợc bảo vệ (cách điện của máy biến áp và các thiết bị khác đặt trong trạm).
Thiết bị chống sét chủ yếu cho trạm biến áp là chống sét van CSV kết hợp với chống sét ống CSO và khe hở phóng điện.
Khe hở phóng điện là cáI thu lôI đơn giản nhất gồm hai điện cực, trong đó một điện cực nối với mạch điện còn điện cực kia nối đất (Hình 12-8). Khi làm việc bình thờng khe hở cách ly những phần tử của
Chống sét ống CSO có sơ đồ nguyên lý cấu tạo nh hình vẽ (Hình 12-9).
Chống sét ống chủ yếu dùng để bảo vệ chống sét cho các đờng dây không treo dây chống sét cũng nh dùng làm phần tử phụ trong các sơ đồ bảo vệ trạm biến áp.
Chống sét van CSV bao gồm hai phần tử chính là khe hở phóng điện và điện trở làm việc. Khe hở phóng điện gồm một chuỗi khe hở nhỏ có nhiệm vụ nh đ xét ở trên, còn điện trơ phi tuyến dùng để hạn chếã trị số dòng điện kế tục (là dòng ngắn mạch chạm đất qua chống sét van khi sóng quá điện áp chọc thủng các khe hở phóng điện, dòng điện này đợc duy trì bởi điện áp định mức của mạng điện).
Cần phảI hạn chế dòng điện kế tục để dập tắt dễ dàng hồ quang trong khe hở phóng điện sau khí chống set van làm việc. Nếu tăng điện trở làm việc thì sẽ làm dòng điện kế tục giảm xuống. Nh ng lại cần chú ý là, khi sóng quá điện áp tác dụng lên chống sét, dòng xung kích có thể đến mấy ngàn ampe đI qua
điện trở làm việc, tạo trên điện trở đó một điện áp xung kích gọi là điện áp d của chống sét. Để bảo vệ cách
điện cần phảI giảm điện áp d, do đó cần phảI giảm điện trở làm việc.
Nh vậy trị số của điện trở làm việc cần thoả m n hai nhu cầu tráI ngã ợc nhau, cần phảI có trị số lớn
để hạn chế dòng kế tục, lại cần có trị số nhỏ để hạn chế điện áp d.
Chất vilít đợc dùng làm điện trở của chống sét van vì điện trở của nó giảm xuống khi tăng điện áp
đặt vào.
Bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền vào trạm biến áp đạt đợc bằng cách đặt chống sét van và thực hiện các biện pháp bảo vệ đoạn dây gần trạm. (Hình 12-10) giới thiệu một sơ đồ bảo vệ thờng dùng cho trạm 35 – 110 kV.
H×nh 12 8– Khe hở phóng điện
Dây dẫn mạng điện (dây dẫn) với đất.
Khi có sóng quá điện áp chạy trên đờng dây khe hở phóng điện sẽ phóng điện qua và truyền xuống đất.
Ưu điểm nổi bật của loại thiết bị này là đơn giản, rẻ tiền. Song vì nó không có bộ phận dập hồ quang nên khi nó làm việc bảo vệ rơ-le sẽ tác động cắt mạch điện. Vì vậy khe hở phóng điện thờng chỉ đợc dùng làm biện pháp bảo vệ phụ (ví dụ để bảo vệ các máy biến dòng) cũng nh làm một bộ phận trong các loại chống sét khác.
D©y dÉn
Hình 12-9 Sơ đồ cấu tạo chống sét ống S2
S1
CSO gồm hai khe hở phóng điện S1; S2 trong đó S2 đợc đặt trong ống làm bằng vật liệu sinh khí nh fibrôbakêlit hoặc vinipơlat. Khi có dòng quá áp điện áp cả S1 và S2 đều phóng điện. Dới tác dụng của hồ quang chất sinh khí phát nóng và sản sinh ra nhiều khí làm cho áp suất trong ống lên tới hàng chucj ata và thổi tắt hồ quang.
Khả năng dập hồ quang của CSO rất hạn chế với một trị số dòng điện giới hạn nhất định. Nếu dòng điện lớn hơn thì hồ quang không bị dập tắt và rơle tác động cắt mạch điện nh trong trờng hợp dùng khe hở phóng điện.
D©y dÉn DCS
CSO1 CSO2
Thiết bị phân phối
MC BA
CSV
Hình 12-10 Sơ đồ bảo vệ trạm 35 – 110 kV
Đoạn gần trạm khoảng 1-2 km đợc bảo vệ bằng dây chống sét để ngăn ngừa sét
đánh trực tiếp vào đờng dây. CSO1 đặt ở đầu
đoạn đờng dây gần trạm nhằm hạn chế biên độ sóng sét. Nếu đờng dây đợc bảo vệ bằng DCS toàn tuyến thì không cần đặt CSO1. Chống sét ống CSO2 dùng để bảo vệ máy cắt khi nó ở vị trí cắt.
Với các trạm 3-10 kV đợc bảo vệ đơn giản hơn. Không cần đặt DCS ở đoạn gần trạm.
Chỉ cần đặt CSO cách trạm khoảng 200 m trớc khi vào trạm, trên các thanh góp hay sát máy biến áp đặt CSV.
NgoàI ra để bảo vệ chống quá điện áp cho trạm cần phối hợp cách điện của trạm biến áp.
Các đặc tính chủ yếu của cách điện đợc bảo vệ chống quá điện áp là điện áp thí nghiệm. Điện áp d trên CSV ứng với dòng xung kích cho phép (5.3 – 5 kA) là trị số chủ yếu để làm thí nghiệm xác định mức cách điện xung kích của cách điện.
Mức đảm bảo độ bền về điện của cách điện lấy bằng:
Udb = (1,1 + 1,15) Ud
Điện áp thực nghiệm, tức khả năng cách điện lấy các trị số nh sau: Đối với cách điện của máy biến
áp Utn = 1,15Udb , đối với cách điện của sứ, khe hở phóng điện Utn = (1,15 – 1,2)Udb.
Sự phối hợp đặc tính của cách điện đợc bảo vệ với các đặc tính của CSV thông qua việc qui định một khoảng cách cần thiéet giữa chúng gọi là sự phân phối hợp cách điện.
Nối đất chống sét cho trạm cần đảm bảo qui định sau:
Với trạm có trung tính nối đất điện áp từ 110 kV trở lên thì điện trở nối đất cho phép là 0,5 Ω, với trạm có trung tính cách điện điện áp dới 110 kV là 4 Ω, với trạm có công suất bé (dới 100 kVA) là 10 Ω.