Kü thuËt cao ¸p Bé m«n N¨ng l−îng
Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn. http://www.ebook.edu.vn 1
Ch−¬ng XXIII
B¶o vÖ chèng sÐt m¸y ®iÖn
§23-1. Kh¸i niÖm chung:
B¶o vÖ ch«ng sÐt cho m¸y ®iÖn (m¸y ph¸t ®iÖn, ®éng c¬ ®iÖn) vÒ c¬ b¶n còng thùc hiÖn nh−
®èi víi tr¹m biÕn ¸p nh−ng cã yªu cÇu cao h¬n v× c¸ch ®iÖn cña m¸y ®iÖn thÊp h¬n nhiÒu so víi
cña m¸y biÕn ¸p cïng cÊp ®iÖn ¸p. §Ó so s¸nh, b¶ng 23-1 cho trÞ sè c−êng ®é xung kÝch ®¶m b¶o
≈
⎛
⎝
⎜⎞
⎠
⎟
Utn
115,cña c¸ch ®iÖn m¸y ph¸t ®iÖn m¸y biÕn ¸p vµ trÞ sè ®iÖn ¸p d− cña lo¹i chèng sÐt van th«ng
th−êng vµ cña lo¹i chèng sÐt van tõ khi dßng ®iÖn 5000A.
B¶ng 23-1
Phèi hîp c¸ch ®iÖn cña m¸y biÕn ¸p vµ m¸y ®iÖn ®iÖn ¸p 3 ÷10kV
ChØ tiªu ThiÕt bÞ §iÖn ¸p ®Þnh møc, kV
3 6 10
C−êng ®é xung kÝch
®¶m b¶o, kV ma x
M¸y biÕn ¸p
M¸y ph¸t ®iÖn
36,5
10
45,5
21
65
32,5
§iÖn ¸p d− cña chèng
sÐt van, kV ma x
PPC
PBBM(*)
PBM
14,5
12
0,5
27
23
18
45
38
30
Tõ b¶ng sè thÊy r»ng,b¶o vÖ m¸y biÕn ¸p 3 ÷10kV b»ng c¸c chèng sÐt van th«ng th−êng rÊt
lµ ®¶m b¶o v× ®iÖn ¸p d− cña chèng sÐt thÊp h¬n nhiÒu so víi c−êng ®é xung kÝch ®¶m b¶o cña
c¸ch ®iÖn.
B¶o vÖ cho m¸y biÕn ¸p kh«ng ®−îc thuËn lîi nh− vËy, lo¹i chèng sÐt PBBM chÕ t¹o tr−íc
®©y kh«ng ®ñ ®¶m b¶o an toµn cho m¸y ®iÖn v× trÞ sè ®iÖn ¸p d− v−ît qu¸ c−êng ®é xung kÝch ®¶m
b¶o. Ngay c¶ lo¹i chèng sÐt van tõ míi s¶n xuÊt còng chØ cã ®é dù tr÷ an toµn 5 ÷10%.
Do ®ã ®Ó t¨ng c−êng an toµn cÇn ph¶i h¹n chÕ sù xuÊt hiÖn cña qu¸ ®iÖn ¸p b»ng c¸ch
kh«ng cho m¸y ®iÖn nèi trùc tiÕp víi c¸c ®−êng d©y trªn kh«ng.
§23-2. B¶o vÖ chèng sÐt cho m¸y ph¸t ®iÖn liªn hÖ víi ®−êng d©y
trªn kh«ng qua m¸y biÕn ¸p.
Kü thuËt cao ¸p Bé m«n N¨ng l−îng
Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn. http://www.ebook.edu.vn 2
M¸y ph¸t ®iÖn ë c¸c nhµ m¸y ®iÖn lín, ®Æc biÖt trong c¸c s¬ ®å hé, th−êng ®−îc liªn hÖ víi
®−êng d©y trªn kh«ng qua m¸y biÕn ¸p (h×nh
23-1). PhÝa cao ¸p m¸y biÕn ¸p ®−îc b¶o vÖ nh−
ë ch−¬ng XXII nªn qua ®iÖn ¸p xuÊt hiÖn ë phÝa
cao ¸p sÏ kh«ng v−ît qu¸ trÞ sè ®iÖn ¸p thÝ
nghiÖm cña m¸y biÕn ¸p. C¸ch ®iÖn cña m¸y
®iÖn sÏ chÞu t¸c dông cña mét phÇn ®iÖn ¸p do
®ã truyÒn sãng tõ cuén cao ¸p sang cuén h¹ ¸p.
1. TruyÒn ®iÖn ¸p qua ®iÖn dung.
Nh− ®· tr×nh bµy ë c¸c ch−¬ng trªn, khi
sãng xung kÝch t¸c dông lªn m¸y biÕn ¸p, sù
ph©n bè ®iÖn ¸p trong cuén d©y quyÕt ®Þnh bëi ®iÖn dung cña cuén d©y vµ sù ph©n bè nµy thay ®æi
theo thêi gian do ph¸t triÓn cña dao ®éng riªng. Nh−ng trong qóa tr×nh ®iÖn ¸p t¨ng tíi trÞ sè cùc
®¹i, ®iÖn ¸p ph©n bè vÉn gÇn gièng nh− lóc ban ®Çu, nh− vËy trong kho¶ng thêi gian nµy cã thÓ
thay thÕ m¸y biÕn ¸p b»ng ®iÖn dung ®Çu vµo cña nã.
Trong m¸y biÕn ¸p hai d©y quÊn ngoµi ®iÖn
dung däc vµ ®iÖn dung cña cuén d©y ®èi víi ®Êt
cßn cã ®iÖn dung gi÷a c¸c cuén d©y. §iÖn dung
nµy còng cã ®Æc tÝnh ph©n bè nªn s¬ ®å thay thÕ
cña m¸y biÕn ¸p cã d¹ng nh− ë h×nh 23-2.
NÕu ®iÖn dung däc K2 cña cuén d©y h¹ ¸p
nhá cã thÓ bá qua ®−îc th× ®iÖn ¸p t¹i ®iÓm bÊt kú
cña nã ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
() ()
Ux Ux C
CC
21
12
212
=+ (23-1)
Trong thùc tÕ do cã tån t¹i ®iÖn dung gi÷a
c¸c phÇn tö cña cuén d©y h¹ ¸p (K2) nªn sù ph©n
bè ®iÖn ¸p trong cuén d©y nµy cã kh¸c so víi cuén
cao ¸p, tuy vËy tÝnh to¸n theo (23-1) vÉn cã thÓ cho
®−îc kh¸i niÖm vÒ l−îng t−¬ng ®èi chÝnh x¸c. H×nh 23-3 cho c¸c ®−êng ph©n bè ®iÖn ¸p däc theo
c¶ hai cuén d©y m¸y biÕn ¸p. Tõ c¸c ®−êng cong nµy thÊy r»ng, tÝnh to¸n theo (23-1) cho c¸c trÞ
sè ®iÖn ¸p cao h¬n ë phÇn ®Çu cuén d©y vµ ng−îc l¹i ë phÇn cuèi cuén d©y l¹i cho c¸c trÞ sè bÐ
h¬n.
Twenty-two points, plus triple-word-score,
plus fifty points for using all my letters.
Game's over. I'm outta here.
H×nh 23-2
S¬ ®å thay thÕ cña m¸y biÕn ¸p
hai d©y quÊn
Trong h×nh vÏ:
1− ký hiÖu thuéc cuén cao ¸p;
2− ký hiÖu thuéc cuén h¹ ¸p.
C2
k1 C1
C12
k2
U0
Kü thuËt cao ¸p Bé m«n N¨ng l−îng
Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn. http://www.ebook.edu.vn 3
C«ng thøc (23-1) còng nh− c¸c ®−êng cong trªn h×nh (23-3) lµ øng víi khi cuén h¹ ¸p hë
m¹ch. Khi cuén h¹ ¸p cã nèi víi m¸y ®iÖn tøc
lµ cã thªm ®iÖn dung cña m¸y ®iÖn vµ cña
thanh gãp hoÆc ®−êng c¸p cã liªn quan ( biÓu
thÞ b»ng ®iÖn dung phô C) ghÐp song song víi
®iÖn dung C2 vµ nÕu xem ®iÖn dung C2 vµ C12
nh− c¸c tham sè tËp trung th× ®iÖn ¸p ë ®Çu
m¸y ph¸t sÏ cã trÞ sè:
UU C
CCC
21
12
12 2
=++
(23-2)
Trong thùc tÕ ¶nh h−ëng cña ®iÖn dung
phô cßn lín h¬n nhiÒu. Tõ h×nh 23-3 thÊy
r»ng, ë cuén d©y h¹ ¸p chØ xuÊt hiÖn trªn 1/5
cuén d©y nghÜa lµ kh«ng ph¶i toµn bé ®iÖn
dung C12 vµ C2 mµ chØ lµ 1/5 trÞ sè cña chóng
tham gia truyÒn sãng ®iÖn ¸p. VÝ dô khi cã
()
CCC=+
212
th× ®iÖn ¸p U2 kh«ng ph¶i chØ gi¶m ®i hai lÇn nh− tÝnh to¸n theo (23-2) , mµ Ýt nhÊt
sÏ gi¶m 5 ÷ 6 lÇn. Do ®ã trong lo¹i s¬ ®å nµy chØ cÇn ®Æt ®o¹n c¸p ng¾n ( kho¶ng vµi chôc mÐt) ®·
cã thÓ gi¶m ®iÖn ¸p tíi trÞ sè tuyÖt ®èi an toµn cho c¸ch ®iÖn m¸y ph¸t ®iÖn.
2. TruyÒn ®iÖn ¸p qua cuén d©y m¸y biÕn ¸p theo ®−êng ®iÖn tõ.
NÕu c¸ch truyÒn ®iÖn ¸p qua ®iÖn dung quyÕt
®Þnh sù ph©n bè ®iÖn ¸p lóc ban ®Çu th× c¸ch truyÒn
theo ®−êng ®iÖn tõ sÏ xÈy ra trong qu¸ tr×nh dao ®éng
cña cuén d©y trong ®ã sãng ®iÒu hoµ bËc mét ®ãng vai
trß chñ yÕu. §iÒu nµy gi¶i thÝch t¹i sao khi ph©n tÝch
gÇn ®óng cã thÓ sö dông s¬ ®å thay thÕ th«ng th−êng
cu¶ m¸y biÕn ¸p nh− trªn h×nh (23-4) víi c¸c tham sè:
LL
12
−
®iÖn c¶m rß cña cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp.
LM
−
®iÖn c¶m m¹ch tõ ho¸.
C
−
®iÖn dung tæng nèi phÝa h¹ ¸p (kÓ c¶ ®iÖn
dung C2 cña cuén d©y);
Z
−
Tæng trë sãng cña cuén d©y m¸y ®iÖn.
NÕu ®iÖn dung C = 0 th× khi ë phÝa s¬ cÊp cã sãng vu«ng gãc biªn ®é U0, ®iÖn ¸p trªn cuén
thø cÊp khi LLL
M≥+
12
sÏ b»ng:
UU
n
e
T
l
2
01=−
⎛
⎝
⎜⎞
⎠
⎟
− (23-3)
H×nh 23-3
Ph©n bè ®iÖn ¸p däc theo c¸c cuén d©y m¸y biÕn ¸p (
C1 = 2000pF; C2 = 6000pF;
C12 = 300pF; K1 = 20; K2 = 30pF).
1. Cuén cao ¸p; 2. Cuén h¹ ¸p tÝnh theo ph−¬ng ph¸p chÝnh
x¸c; 3. Cuén h¹ ¸p t×nh theo (23-1)
H×nh 23-4
S¬ ®å thay thÕ dïng ph©n tÝch
c¸ch truyÒn ®iÖn ¸p qua cuén d©y
m¸y biÕn ¸p theo ®−êng ®iÖn tõ.
U0
U
U0
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
1
3
2 x
l
l1 l2
lM C Z
U
U0
Kü thuËt cao ¸p Bé m«n N¨ng l−îng
Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn. http://www.ebook.edu.vn 4
víi TLL
Z
=+
12
vµ n lµ tû sè biÕn ®æi cña m¸y biÕn ¸p.
§iÖn c¶m rß cña m¸y biÕn ¸p tÝnh ®æi vÒ phÝa h¹ ¸p:
LL eU
P
Kdm
dm
12
2
31 4
+=%
.,
trong ®ã : Udm −®iÖn ¸p ®Þnh møc, kV.
P
dm − c«ng suÊt ®Þnh møc, kVA.
VÝ dô víi m¸y biÕn ¸p 121/10kV c«ng suÊt 31500kVA cã LL H
12
3
10+=
−, tæng trë sãng
cña m¸y ®iÖn cïng c«ng suÊt cã trÞ sè kho¶ng 40Ω,sÏ tÝnh ®−îc b»ng sè thêi gian
T
s
=
25
μ
. §iÖn
¸p ë ®Çu cao ¸p m¸y biÕn ¸p gåm thµnh phÇn ®iÖn ¸p d− cña chèng sÐt van vµ xÕp chèng lªn ®ã
thµnh phÇn dao ®éng cã chu kú kho¶ng vµi μs, rÊt ng¾n so víi thêi gian T. Do ®ã khi truyÒn qua
cuén d©y m¸y biÕn ¸p c¸c dao ®éng nµy sÏ bÞ san b»ng ®i nhiÒu vµ cã thÓ lÊy U0 b»ng trÞ sè ®iÖn
¸p d− cña chèng sÐt van.
Khi ®iÖn dung C≠0 sÏ cã dao ®éng riªng víi tÇn sè
()
ω
=+
1
12
CL
xÕp chång lªn thµnh
phÇn U
n
0. §iÖn ¸p giíi h¹n trªn m¸y ®iÖn cã thÓ ®¹t tíi 20
U
n nh−ng do t¸c dông cña tæng trë sãng
cña cuén d©y, dao ®éng nµy t¾t rÊt nhanh vµ nÕu ®¹t ®−îc ®iÒu kiÖn:
ZLL
C
<+1
2
12
(23-4)
th× nã sÏ bÞ triÖt tiªu hoµn toµn.
Trong vÝ dô ®ang xÐt, ®iÒu kiÖn trªn ®−îc thùc hiÖn khi:
CLL
Z
F
<+==
12
2
4
1000
4 1600 015
.,
μ
Th−êng bÊt ®¼ng thøc trªn ®−îc tho¶ m·n dÔ dµng, chØ khi ®iÖn dung ë thanh gãp ®iÖn ¸p
m¸y ph¶i qu¸ lín th× dao ®éng míi ph¸t triÓn vµ ®iÖn ¸p t¨ng cao.
NÕu dao ®éng riªng trong m¹ch thø cÊp bÞ triÖt tiªu th× khi phÝa cao ¸p m¸y biÕn ¸p ®ùîc
b¶o vÖ b»ng lo¹i chèng sÐt van tõ (PBMΓ), sÏ kh«ng cÇn bÊt kú b¶o vÖ nµo ë phÝa ®iÖn ¸p m¸y
ph¸t. Cã thÓ lÊy vÝ dô cô thÓ ®Ó chøng minh ®iÒu ®ã; m¸y biÕn ¸p 121/11kV cã n
=
11, nÕu phÝa
cao ¸p ®Æt chèng sÐt van tõ th× trÞ sè ®iÖn ¸p d− UkV
du
=
265 vµ t×nh ®−îc ®iÖn ¸p t¸c dông lªn
cuén d©y m¸y ®iÖn b»ng UkV
2
265
11 24
max ,== −
®iÖn ¸p nµy kh«ng g©y nguy hiÓm cho c¸ch ®iÖn
m¸y ®iÖn (xem b¶ng 23-1).
Kü thuËt cao ¸p Bé m«n N¨ng l−îng
Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn. http://www.ebook.edu.vn 5
Do ®ã khi m¸y ®iÖn liªn hÖ víi ®−êng d©y trªn kh«ng qua m¸y biÕn ¸p th× cã thÓ kh«ng cÇn
tiÕn hµnh b¶o vÖ chèng qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn cho m¸y ®iÖn. ChØ khi m¸y ®iÖn c«ng suÊt bÐ vµ
®iÖn dung trªn thanh gãp ®iÖn ¸p m¸y ph¸t qu¸ lín míi cÇn b¶o vÖ b»ng chèng sÐt van.
§23-2. B¶o vÖ chèng sÐt cho m¸y ®iÖn nèi trùc tiÕp víi ®−êng d©y
trªn kh«ng.
B¶o vÖ chèng sÐt cho m¸y ®iÖn nèi trùc tiÕp víi ®−êng d©y trªn kh«ng ®−îc thùc hiÖn t−¬ng
tù nh− ®èi víi tr¹m biÕn ¸p: trªn thanh gãp ®iÖn ¸p m¸y ph¸t cã ®Æt chèng sÐt van vµ cã b¶o vÖ ë
®o¹n tíi tr¹m. Tuy nhiªn s¬ ®å b¶o vÖ m¸y ®iÖn cã ®Æc ®iÓm riªng:
− NÕu dïng lo¹i chèng sÐt van tõ thay thÕ cho lo¹i chèng sÐt van th«ng th−íng ®Ó cã chÊt
l−îng tèt h¬n.
− §o¹n tíi m¸y ®iÖn nªn ®i men theo c¸c c«ng tr×nh kiÕn tróc ®Ó ®−êng d©y ®−îc bao che,
nÕu kh«ng ®o¹n nµy ph¶i ®−îc b¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh th¼ng b»ng cét thu sÐt hoÆc d©y chèng sÐt.
D©y chèng sÐt nªn ®Æt c¸ch ly víi ®−êng d©y, nÕu treo chung trªn cét ®iÖn th× ph¶i t¨ng c−êng
c¸ch ®iÖn ®−êng d©y ®Ó kh«ng xÈy ra c¸c phãng ®iÖn ng−îc tíi d©y dÉn.
− §Æt thªm tô ®iÖn trªn thanh gãp ®iÖn ¸p m¸y ph¸t víi trÞ sè ®iÖn dung kho¶ng 0,5 μs/pha
®Ó ®¶m b¶o ®é dèc sãng tíi, ®¶m b¶o an toµn cho c¸ch ®iÖn däc cña m¸y ®iÖn.
S¬ ®å nguyªn lý cña b¶o vÖ cho trªn h×nh 23-5. §iÖn ¸p d− cña chèng sÐt van kh«ng v−ît
qu¸ trÞ sè b×nh th−êng, ph¶i h¹n chÕ dßng ®iÖn sÐt th«ng qua nã kh«ng qu¸ giíi h¹n 5kA b»ng
c¸ch gi¶m ®iÖn trë nèi ®Êt cña chèng sÐt èng ®Æt ë ®Çu ®o¹n tíi m¸y ®iÖn tíi møc ®é thËt bÐ - d−íi
1Ω. NÕu kh«ng thùc hiÖn ®−îc nèi ®Êt nh− vËy
sÏ gi¶i quyÕt b»ng c¸ch ®Æt hai hoÆc ba bé
chèng sÐt èng víi ®iÖn trë nèi ®Êt taÞ c¸c n¬i
®Æt chèng sÐt kho¶ng 3Ω. C¸c yªu cÇu vÒ nèi
®Êt nh− trªn chØ ®−îc thùc hiÖn dÔ dµng ë c¸c
vïng ®Êt tèt. ë c¸c n¬i nèi ®Êt xÊu h¬n th× ®é
an toµn cña s¬ ®å sÏ gi¶m ®i rÊt nhiÒu. §Æt
nhiÒu bé chèng sÐt èng cã thÓ dÉn ®Õn t×nh
tr¹ng lµ khi chóng cïng lµm viÖc dßng ®iÖn
ng¾n m¹ch ch¹m ®Êt trong tõng chèng sÐt èng
bÞ ph©n nhá, sÏ g©y khã kh¨n cho viÖc dËp t¾t
hå quang xoay chiÒu. Ng−îc l¹i nÕu chØ cã mét
trong chóng lµm viÖc th× chØ cã mét bé phËn nèi ®Êt tham gia viÖc t¶n dßng ®iÖn sÐt vµ nh− vËy sÏ
kh«ng h¹n chÕ ®−îc dßng ®iÖn qua chèng sÐt van tíi giíi h¹n cho phÐp.
Ngoµi biÖn ph¸p ®Æt chèng sÐt èng víi ®iÖn trë nèi ®Êt bÐ cßn cã thÓ gi¶i quyÕt b»ng c¸ch
t¨ng chiÒu dµi ®o¹n tíi m¸y ®iÖn. §o¹n nµy ph¶i dµi hµng km nghÜa lµ dµi b»ng toµn bé chiÒu dµi
®−êng d©y. §iÒu nµy kh«ng thÓ thùc hiÖn ®−îc v× sÏ rÊt tèn kÐm.
H×nh 23-5
B¶o vÖ chèng sÐt m¸y ®iÖn nèi
trùc tiÕp víi ®−êng d©y trªn kh«ng
~
Cét thu sÐt
PT1 PT2
C pBBM