Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng lîng ®iÖn
Trêng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn. http://www.ebook.edu.vn 1
PhÇn hai
C¸ch ®iÖn dïng trong hÖ thèng ®iÖn
Ch¬ng XI
C¸ch ®iÖn cña hÖ thèng ®iÖn
§ 11-1. C¸c ®Æc tÝnh ®iÖn vμ c¬ së c¸ch ®iÖn.
1. §Æc tÝnh ®iÖn.
C¸ch ®iÖn dïng trong hÖ thèng thêng gÆp lµ c¸c lo¹i ®iÖn m«i thÓ khÝ (kh«ng khÝ
) thÓ r¾n (sø, thuû tinh...) vµ thÓ láng (dÇu c¸ch ®iÖn dïng trong m¸y biÕn ¸p, c¸p, tô
®iÖn...). §èi víi c¸ch ®iÖn thÓ r¾n, ®Æc tÝnh c¸ch ®iÖn cña nã cã thÓ bÞ ph¸ huû theo mét
trong hai kh¶ n¨ng sau ®©y:
Chäc thñng nghÜa lµ khi phãng ®iÖn x¶y ra trong néi bé thÓ tÝch cña ®iÖn m«i.
Trêng hîp nµy xem nh bÞ h háng hoµn toµn v× tÝnh chÊt c¸ch ®iÖn kh«ng thÓ phôc
håi l¹i ®îc ®ång thêi cßn kÌm theo c¸c ph¸ ho¹i vÒ c¬ khÝ.
Phãng ®iÖn theo bÒ mÆt c¸ch ®iÖn. Khi xÈy ra phãng ®iÖn theo bÒ mÆt chØ cÇn
chó ý ®Õn t×nh tr¹ng mÆt ngoµi bÞ ®èt ch¸y díi t¸c dông cña tia löa ®iÖn. NÕu phãng
®iÖn ®îc lo¹i trõ nhanh chãng(nh khi cã r¬le b¶o vÖ c¾t m¹ch ®iÖn ¸p...) trong ®a sè
c¸c trêng hîp c¸ch ®iÖn vÉn cã thÓ tiÕp tôc lµm viÖc. Do ®ã trong chÕ t¹o c¸ch ®iÖn
thÓ r¾n ®· chän sao cho ®iÖn ¸p phãng ®iÖn mÆt ngoµi bÐ h¬n ®iÖn ¸p chäc thñng mét
c¸ch ®¸ng kÓ, ®¶m b¶o chØ ®Ó x¶y ra phãng ®iÖn theo bÒ mÆt...
§Æc tÝnh ®iÖn cña c¸ch ®iÖn ®îc ®Æc trng bëi c¸c trÞ sè sau ®©y:
§iÖn ¸p phãng ®iÖn tÇn sè c«ng nghiÖp khi bÒ mÆt c¸ch ®iÖn kh« vµ ít. TrÞ sè
nµy dïng ®Ó tÝnh to¸n chän c¸ch ®iÖn theo yªu cÇu cña ®iÖn ¸p néi bé.
§Æc tÝnh v«n - gi©y dïng ®Ó chän c¸ch ®iÖn theo yªu cÇu cña qu¸ ®iÖn ¸p khÝ
quyÓn.
a) §iÖn ¸p phãng ®iÖn tÇn sè c«ng nghiÖp.
§èi víi c¸ch ®iÖn lµm viÖc trong nhµ dïng ®iÖn ¸p phãng ®iÖn kh« cßn víi c¸ch
®iÖn lµm viÖc ngoµi trêi dïng ®iÖn ¸p phãng ®iÖn ít. §iÖn ¸p phãng ®iÖn kh« ®îc x¸c
®Þnh khi mÆt ngoµi cña c¸ch ®iÖn s¹ch sÏ kh« r¸o vµ cã hiÖu chØnh vÒ ®iÒu kiÖn khÝ h©ô
vµ ®é Èm tuyÖt ®èi tiªu chuÈn cña m«i trêng kh«ng khÝ
TrÞ sè ®iÖn ¸p phãng ®iÖn ít øng víi trêng hîp mÆt ngoµi c¸ch ®iÖn bÞ ma ít,
trÞ sè nµy phô thuéc rÊt nhiÒu vµo t×nh h×nh ma ( cêng ®é ma, ph¬ng vµ d¹ng cña
tia níc vµ ®iÖn dÉn cña níc ma...) cho nªn cã thÓ so s¸nh tríc tiªn cÇn ph¶i " tiªu
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng lîng ®iÖn
Trêng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn. http://www.ebook.edu.vn 2
chuÈn ho¸" ma. VÝ dô Liªn x« khi x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm ®iÖn ¸p phãng ®iÖn ít
cña c¸ch ®iÖn lµm viÖc ngoµi trêi, dïng ma nh©n t¹o cã cêng ®é ma 3 mm/ phót,
®iÖn trë suÊt níc ma kho¶ng 104 Ω cm (ë nhiÖt ®é t = 20oC) ph¬ng ma theo gãc
tíi 45o so víi ®êng trôc cña c¸ch ®iÖn, tia níc ma cã kÕt cÊu tõng h¹t... §iÖn ¸p
phãng ®iÖn ít còng ph¶i hiÖu chØnh vÒ ®iÒu kiÖn khÝ hËu tiªu chuÈn nhng chØ cÇn
hiÖu chØnh theo ¸p suÊt cßn nhiÖt ®é th× kh«ng cã ¶nh hëng ®¸ng kÓ. Sù hiÖu chØnh
nµy xuÊt ph¸t tõ hiÖn tîng lµ ®êng phãng ®iÖn ít cã mét phÇn ®i men theo mÆt
ngoµi cña c¸ch ®iÖn cßn mét phÇn chäc thñng qua khe hë khÝ. NÕu phÇn ®i qua khe hë
khÝ chiÕm tû lÖ lín th× ¶nh hëng cña ¸p suÊt ®èi víi ®iÖn ¸p phãng ®iÖn ít cµng
m¹nh. §Ó ®îc ®¬n gi¶n, thêng gi¶ thiÕt lµ khe hë khÝ chiÕm mét nöa ®êng phãng
®iÖn, nh vËy viÖc hiÖu chØnh theo ¸p suÊt sÏ tÝnh to¸n theo c«ng thøc:
UU p
u
=+
05 1 760
, (11-1)
Trong ®ã:
U
u
trÞ sè ®iÖn ¸p phãng ®iÖn ít ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt tiªu chuÈn.
U
®iÖn ¸p phãng ®iÖn ít khi ¸p suÊt kh¸c víi ¸p suÊt tiªu chuÈn.
p
¸p suÊt cña kh«ng khÝ. mm Hg.
b) §Æc tÝnh v«n - gi©y.
§Æc tÝnh v«n - gi©y biÓu thÞ møc c¸ch ®iÖn xung kÝch cña c¸ch ®iÖn. Nã ®îc x¸c
®Þnh víi d¹ng sãng tiªu chuÈn ± 1,5/40 μs ë c¶ hai cùc tÝnh d¬ng vµ ©m. Thêng chØ
x©y dùng ®Æc tuyÕn v«n - gi©y khi mÆt ngoµi c¸ch ®iÖn kh« vµ s¹ch, c¸ch ®iÖn bÞ ít cã
lµm gi¶m ®iÖn ¸p phãng ®iÖn nhng kh«ng ®¸ng kÓ (chØ kho¶ng 2 ÷ 3%).
Trêng hîp kh«ng x©y dùng ®îc hoÆc kh«ng cã ®êng ®Æc tÝnh v«n - gi©y, cã thÓ
dïng trÞ sè ®iÖn ¸p phãng ®iÖn bÐ nhÊt U50% ®Ó biÓu thÞ møc c¸ch ®iÖn xung kÝch cña
c¸ch ®iÖn.
C¸c lu ®n ¸p phãng ®iÖn xung kÝch còng ph¶i hiÖu chØnh vÒ ®iÒu kiÖn khÝ
hËu tiªu chuÈn .
Ngoµi c¸c ®Æc tÝnh phãng ®iÖn nãi trªn, ®èi víi c¸ch ®iÖn cßn quy ®Þnh thªm vÒ
®iÖn ¸p thÝ nghiÖm tÇn sè c«ng nghiÖp vµ xung kÝch. TrÞ sè cña chóng ®îc quy ®Þnh
trong trêng hîp cô thÓ. Yªu cÇu ®èi víi c¸ch ®iÖn lµ ph¶i chÞu ®ùng ®îc c¸c møc
®iÖn ¸p nµy mµ kh«ng bÞ phãng ®iÖn hay h háng.
§iÖn ¸p thÝ nghiÖm tÇn sè c«ng nghiÖp lµ ®iÖn ¸p mµ c¸ch ®iÖn ph¶i chÞu ®îc
trong thêi gian mét phót khi mÆt ngoµi cña nã kh« vµ s¹ch. §iÖn ¸p thÝ nghiÖm xung
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng lîng ®iÖn
Trêng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn. http://www.ebook.edu.vn 3
kÝch tiÕn hµnh víi d¹ng sãng tiªu chuÈn khi toµn sãng vµ sãng c¾t ë 2μs ( c¾t b»ng khe
hë cña hai qu¶ cÇu). C¸ch ®iÖn ph¶i chÞu ®ùng ®îc ba lÇn t¸c dông cña ®iÖn ¸p thÝ
nghiÖm xung kÝch toµn sãng vµ sau ®ã chÞu t¸c dông cña ba lÇn ®iÖn ¸p thÝ nghiÖm
xung kÝch sãng c¾t.
2. §Æc tÝnh c¬.
ë tr¹ng th¸i lµm viÖc b×nh thêng còng nh khi cã sù cè c¸ch ®iÖn ®Òu ph¶i chÞu
t¸c dông cña nh÷ng lùc c¬ häc rÊt lín, vÝ dô lo¹i c¸ch ®iÖn treo trªn ®êng d©y chÞu lùc
kÐo, lo¹i c¸ch ®iÖn ®ì chÞu lùc uèn v.v...
§Æc tÝnh c¬ chñ yÕu cña c¸ch ®iÖn lµ " ®é bÒn c¬ giíi ®¶m b¶o", ®ã lµ t¶i träng nhá
nhÊt cã thÓ ph¸ ho¹i c¸ch ®iÖn víi ®iÒu kiÖn lµ t¶i träng ®ã t¨ng dÇn vµ ®ªï. Tuy vËy
kh¸i niÖm cã tÝnh chÊt thuÇn tuý c¬ giíi nµy kh«ng thÓ ®¸nh gi¸ toµn diÖn vÒ chÊt lîng
cña c¸ch ®iÖn v× ngay ë t¶i träng nhá h¬n ®é bÒn c¬ giíi ®¶m b¶o ®· cã nh÷ng vÕt r¹n
nøt nhá, vÝ dô c¸c vÕt r¹n nøt ph¸i díi mò kim lo¹i cña c¸ch ®iÖn treo, chóng cã thÓ
g©y ¶nh hëng xÊu ®Õn ®Æc tÝnh ®iÖn thËm chÝ cßn cã thÓ lµm mÊt h¼n kh¶ n¨ng c¸ch
®iÖn. Do ®ã ®èi víi lo¹i c¸ch ®iÖn nµy ph¶i tiÕn hµnh thÝ nghiÖm phèi hîp víi c¶ hai
lo¹i phô t¶i c¬ ®iÖn: §ång thêi víi viÖc t¨ng dÇn t¶i träng c¬ giíi cßn cho t¸c dông ®iÖn
¸p b»ng 75 ÷ 80 % trÞ sè ®iÖn ¸p phãng ®iÖn kh«. C¸c h háng nhá sÏ ®îc ph¸t hiÖn
do c¸ch ®iÖn bÞ chäc thñng vµ trÞ sè t¶i c¬ häc øng víi lóc nµy ®îc gäi lµ " ®é bÒn c¬
®iÖn".
Trong vËn hµnh cßn quy ®Þnh thªm vÒ " t¶i träng thÝ nghiÖm mét giê", cã trÞ sè
b»ng kho¶ng 75% ®é bÒn c¬ ®iÖn. C¸ch ®iÖn ph¶i chÞu ®îc t¶i träng nµy trong suèt
mét giê mµ kh«ng bÞ h háng ( vÉn cho t¸c dông ®iÖn ¸p b»ng 75 ÷ 80 % trÞ sè ®iÖn ¸p
phãng ®iÖn kh«).
TrÞ sè " t¶i träng cùc ®¹i cho phÐp" cña lo¹i c¸ch ®iÖn treo ®îc lÊy b»ng mét nöa
t¶i träng thÝ nghiÖm mét giê.
§ 11-2. C¸c ®iÒu kiÖn ®Ó lùa chän møc c¸ch ®iÖn cña hÖ thèng.
Møc c¸ch ®iÖn cña hÖ thèng thêng chän theo c¸c ®iÒu kiÖn sau ®©y:
1. TrÞ sè ®iÖn ¸p lµm viÖc lín nhÊt cho phÐp trong thêi gian dµi.
2. TrÞ sè cña qu¸ ®iÖn ¸p néi bé.
3. TrÞ sè cña qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn.
§iÖn ¸p lµm viÖc lín nhÊt trong thêi gian l©u dµi cã thÓ ®a ®Õn kh¶ n¨ng chäc
thñng c¸ch ®iÖn do nhiÖt, hoÆc lµm xÊu c¸ch ®iÖn do c¸c hiÖu øng cã tÝnh chÊt tÝch
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng lîng ®iÖn
Trêng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn. http://www.ebook.edu.vn 4
luü..., vµ trong mét sè thiÕt bÞ ®iÖn còng nh thiÕt bÞ b¶o vÖ, ®iÖn ¸p lµm viÖc lín nhÊt
quyÕt ®Þnh ®iÒu kiÖn dËp t¾t hå quang.
TrÞ sè ®iÖn ¸p lµm viÖc lín nhÊt phô thuéc vµo ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña hÖ thèng vµ
ph¬ng thøc nèi ®Êt cña ®iÓm trung tÝnh.
Trong hÖ thèng do yªu cÇu ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p, ®iÖn ¸p d©y ®îc chän cao h¬n trÞ
sè ®Þnh møc kho¶ng 15 % nghÜa lµ:
dmd U15,1U = (11-2)
Khi ®iÓm trung tÝnh cña hÖ thèng trùc tiÕp nèi ®Êt, trÞ sè ®iÖn ¸p lµm viÖc lín nhÊt
sÏ lÊy theo ®iÖn ¸p pha vµ cã trÞ sè b»ng 115
3
,Udm Cßn khi ®iÓm trung tÝnh c¸ch ®iÖn (
hoÆc nèi ®Êt qua cuén d©y hå quang) sÏ lÊy theo ®iÖn ¸p d©y vµ b»ng 1,15 Udm .
Trong vËn hµnh, qu¸ ®iÖn ¸p t¸c dông lªn c¸ch ®iÖn gåm cã hai lo¹i: qu¸ ®iÖn ¸p
khÝ quyÓn vµ qu¸ ®iÖn ¸p néi bé.
Qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn lµ do khi cã sÐt ®¸nh th¼ng vµo ®êng d©y hoÆc khi sÐt ®¸nh
gÇn vµ g©y c¶m øng trªn ®êng d©y. Trêng hîp ®Çu nguy hiÓm nhÊt vµ ®îc chän lµm
®iÒu kiÖn tÝnh to¸n chän c¸ch ®iÖn vµ x¸c ®Þnh trÞ sè ®iÖn ¸p thÝ nghiÖm xung kÝch. TrÞ
§èi víi ®êng d©y cã d©y chèng sÐt, qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn t¸c dông lªn c¸ch ®iÖn
®êng d©y lµ phãng ®iÖn ngîc tõ c¸c bé phËn nèi ®Êt cña cét ®iÖn ( d©y chèng sÐt,
xµ... ) tíi d©y dÉn vµ cã kh¶ n¨ng ®a ®Õn ng¾n m¹ch lµm nh¶y m¸y c¾t ®iÖn. Dßng
®iÖn sÐt tíi h¹n ®Ó cã thÓ g©y nªn phãng ®iÖn ngîc nãi trªn ®îc gäi lµ " møc chÞu
sÐt" cña ®êng d©y, nã phô thuéc vµo kh¶ n¨ng c¸ch ®iÖn vµ trÞ sè ®iÖn trë nèi dÊt cña
cét ®iÖn. Khi c¸ch ®iÖn cña ®êng d©y cã d©y chèng sÐt ®îc chän theo ®iÒu kiÖn qu¸
®iÖn ¸p néi bé vµ nèi ®Êt cét ®iÖn thùc hiÖn ®óng theo c¸c yªu cÇu kü thuËt trong c¸c
quy tr×nh, quy ph¹m hiÖn hµnh th× cã thÓ ®¹t ®îc møc chÞu sÐt rÊt cao. VÝ dô khi ®i
trong vïng dÊt cã ρ 104 Ωcm møc chÞu sÐt cña ®êng d©y cã thÓ ®¹t tíi:
120 kA ®èi víi ®êng d©y 110 kV.
150 kA ®èi víi ®êng d©y 154 kV.
200 kA ®èi víi ®êng d©y 220 kV.
X¸c suÊt xuÊt hiÖn dßng ®iÖn sÐt cã c¸c trÞ sè trªn rÊt bÐ nhá, ®iÒu ®ã chøng tá ®êng
d©y cã ®iÖn ¸p ®Þnh møc cµng cao th× yªu cÇu ®èi víi viÖc b¶o vÖ chèng qu¸ ®iÖn ¸p khÝ
quyÓn cµng ®îc gi¶m nhÑ, nãi c¸ch kh¸c khi c¸ch ®iÖn chän theo ®iÒu kiÖn cña qu¸ ®iÖn
¸p néi bé ®· cã thÓ tho¶ m·n phÇn lín yªu cÇu cña qu¸ tr×nh ®iÖn ¸p khÝ quyÓn.
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng lîng ®iÖn
Trêng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn. http://www.ebook.edu.vn 5
Khi ®êng d©y kh«ng cã d©y chèng sÐt, qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn trªn d©y dÉn cã t
sè b»ng U= s
I
ZI 100
4
. ( Z- tæng trë sãng cña ®êng d©y, kho¶ng 400Ω). Tõ c«ng
thøc nhËn thÊy. Víi dßng ®iÖn sÐt kh«ng lín ®· cã thÓ g©y nªn phãng ®iÖn trªn c¸ch
®iÖn, nh vËy møc chÞu sÐt cña ®êng d©y khi kh«ng cã d©y ch«ng sÐt rÊt thÊp. T¨ng
cêng c¸ch ®iÖn ®Ó ®¹t møc chÞu sÐt cao sÏ rÊt tèn kÐm. Trong tÝnh trÞ sè dßng ®iÖn sÐt
thêng lÊy kho¶ng 100 ÷ 150 kA, do ®ã ®Ó kh«ng xÈy ra phãng ®iÖn ®êng d©y ph¶i
®¹t ®îc møc c¸ch ®iÖn xung kÝch tíi 10000 ÷ 15000 kVA. §iÒu ®ã kh«ng thÓ thùc
hiÖn ®îc vµ nh vËy cã nghÜa lµ kh«ng thÓ tr¸nh ®îc c¸c phãng ®iÖn x¶y ra trªn c¸ch
®iÖn mµ chØ cã thÓ gi¶i quyÕt b»ng c¸ch h¹n chÕ hËu qu¶ cña c¸c phãng ®iÖn ®ã nh
gi¶m x¸c suÊt chuyÓn tõ h×nh thøc phãng ®iÖn tia löa sang h×nh thøc hå quang æn ®Þnh
hoÆc nÕu cã hå quang th× ph¶i dËp t¾t nhanh chãng ®Ó kh«ng lµm nh¶y m¸y c¾t ®iÖn.
§èi víi ®êng d©y cét gç, do gç còng thÓ hiÖn nh mét lo¹i vËt liÖu ®iÖn khi cã
®iÖn ¸p xung kÝch ( cêng ®é c¸ch ®iÖn kho¶ng 100kV ma x/m) nªn møc chÞu sÐt cña
®êng d©y ®îc n©ng cao lªn rÊt nhiÒu so víi ®êng d©y cét s¾t ( bª t«ng) cïng cÊp
®iÖn ¸p. Nhng ®Æc ®iÓm næi bËt cu¶ gç lµ ë chç lµm t¨ng chiÒu dµi cña khe phãng ®iÖn
gi÷a c¸c pha còng nh gi÷a pha víi ®Êt nªn gra®iÖn ®iÖn ¸p lµm viÖc ph©n bè däc theo
khe phãng ®iÖn bÐ, lµm gi¶m x¸c suÊt thµnh hå quang ng¾n m¹ch èn ®Þnh, do ®ã phÇn
lín c¸c tia löa cña phãng ®iÖn sÐt ®îc dËp t¾t ngay vµ ®êng d©y vÉn tiÕp tôc vËn hµnh
b×nh thêng. §èi víi ®iÖn ¸p xoay chiÒu, gç kh«ng ph¶i lµ ®iÖn m«i vµ cã ®iÖn dÉn kh¸
lín. Dßng ®iÖn cã thÓ lµm cho gç bÞ ch¸y nªn ë c¸c ®êng d©y nµy vÉn cÇn cã c¸ch
®iÖn thÓ r¾n nh sø hoÆc thuû tinh tuy sè lîng c¸ch ®iÖnÝt h¬n so víi ®êng d©y
cét s¾t (thêng Ýt h¬n mét ®Üa). Khi ®êng d©y ®i trong vïng cã bôi bÈn viÖc dïng gç bÞ
h¹n chÕ, ®Æc biÖt kh«ng nªn dïng xµ gç v× xµ thêng bÞ ch¸y do rß ®iÖn gi÷a c¸c pha.
§èi víi ®êng d©y cét s¾t, kh«ng thÓ gi¶i quyÕt b»ng c¸ch gi¶m x¸c suÊt h×nh
thµnh hå quang ng¾n m¹ch æn ®Þnh mµ chñ yÕu lµ nhanh chãng dËp t¾t nã. §iÒu nµy
cßn phô thuéc vµo ph¬ng thøc nèi ®Êt cña ®iÓm trung tÝnh hÖ thèng. Khi ®iÓm trung
tÝnh c¸ch ®iÖn hoÆc nèi ®Êt qua cuén dËp hå quang, nÕu dßng ®iÖn sÐt kh«ng lín l¾m
th× chØ cã thÓ g©y nªn ng¾n m¹ch (æn ®Þnh) mét pha. Hå quang sÏ ®îc dËp t¾t do t¸c
dông cña cuén dËp hå quang, nÕu kh«ng hÖ thèng vÉn cã thÓ tiÕp tôc vËn hµnh trong
mét thêi gian nhÊt ®Þnh. Khi dßng ®iÖn sÐt lín sÏ dÉn ®Õn ng¾n m¹ch gi÷a c¸c pha vµ
lµm nh¶y m¸y c¾t ®iÖn, nhng kh¶ n¨ng nµy phô thuéc rÊt nhiÒu vµo t×nh h×nh nèi ®Êt
cét ®iÖn. NÕu cã ®iÒu kiÖn gi¶m cµng thÊp trÞ sè ®iÖn trë nèi ®Êt (nh ë c¸c vïng ®ång
b»ng) th× sè lÇn nh¶y m¸y c¾t ®iÖn cµng Ýt . Khi ®iÓm trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt, c¸c