Kü thuËt cao ¸p Bé m«n N¨ng l−îng
Tr−êng §¹i häc Kü thuËt C«ng nghiÖp http://www.ebook.edu.vn
Ch−¬ng XII
C¸ch ®iÖn cña ®−êng d©y trªn kh«ng
§ 12-1. Yªu cÇu chung ®èi víi C¸ch ®iÖn ®−êng d©y trªn
kh«ng.
C¸c d©y dÉn cña ®−êng d©y trªn kh«ng ph¶i c¸ch ®iÖn víi nhau (c¸ch ®iÖn
gi÷a c¸c pha) vµ c¸ch ®iÖn ®èi víi ®Êt(c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c pha víi ®Êt). §Ó thùc hiÖn
sù c¸ch ®iÖn ®ã, d©y dÉn ®−îc ®Æt hoÆc treo trªn cét b»ng c¸ch ®iÖn sø hoÆc thuû
tinh cßn ë trong kho¶ng v−ît sÏ dùa vµo c¸ch ®iÖn cña kh«ng khÝ. Khi xuÊt hiÖn qu¸
®iÖn ¸p khÝ quyÓn hoÆc qu¸ ®iÖn ¸p néi bé, c¸c phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn cña ®−êng
d©y sÏ dÉn ®Õn c¸c sù cè ng¾n m¹ch. ë cét ®iÖn, c¸c phãng ®iÖn nµy th−êng x¶y ra
men theo bÒ mÆt cña c¸ch ®iÖn hoÆc chäc thñng kho¶ng kh«ng khi gi÷a d©y dÉn tíi
c¸c bé phËn kim lo¹i cña cét . H×nh 9-1a, 9-1b cho vÝ dô vÒ c¸c kh¶ n¨ng phãng
®iÖn khi ®−êng d©y dïng cét s¾t vµ cét
bª t«ng: ®−êng mk - phãng ®iÖn theo
bÒ mÆt c¸ch ®iÖn, ®−êng mm hoÆc m -
phãng ®iÖn chäc thñng kh«ng khÝ.
H×nh 9-1c øng víi ®−êng d©y cét
xµ gç, ë ®©y cã thÓ xuÊt hiÖn c¸c kh¶
n¨ng phãng ®iÖn gi÷a pha - pha
(®−êng mk - km) hoÆc phãng ®iÖn
gi÷a pha - ®Êt (®−êng nns). ë trong
kho¶ng v−ît phãng ®iÖn x¶y ra d−íi
h×nh thøc phãng ®iÖn chäc thñng
kho¶ng kh«ng khÝ gi÷a c¸c pha hoÆc
gi÷a pha víi ®Êt (d©y chèng sÐt). §Ó
h¹n chÕ hoÆc lo¹i trõ c¸c phãng ®iÖn
nãi trªn cÇn ph¶i n©ng cao møc c¸ch
®iÖn cña ®−êng d©y nh− t¨ng thªm sè
c¸ch ®iÖn trong chuçi hoÆc t¨ng
kho¶ng c¸ch kh«ng khÝ. Tuy nhiªn
viÖc t¨ng c−êng c¸ch ®iÖn sÏ lµm t¨ng
gi¸ thµnh x©y dùng ®−êng d©y do
ph¶i t¨ng kÝch th−íc cét vµ t¨ng sè
H×nh 9-1
C¸c kh¶ n¨ng phãng ®iÖn trªn cét ®iÖn
a)Cét s¾t; b) Cét bª t«ng; c) Cét gç kh«ng cã d©y chèng sÐt
Kü thuËt cao ¸p Bé m«n N¨ng l−îng
Tr−êng §¹i häc Kü thuËt C«ng nghiÖp http://www.ebook.edu.vn
c¸ch ®iÖn trong chuçi. HiÖn nay ngoµi biÖn ph¸p t¨ng c−êng c¸ch ®iÖn cßn cã c¸c
biÖn ph¸p kh¸c nh− dïng c¸c thiÕt bÞ sè qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn hoÆc c¸c thiÕt bÞ tù
®éng (cuén dËp hå quang, thiÕt bÞ tù ®éng ®ãng l¹i T§L...) cã kh¶ n¨ng lo¹i trõ sù
cè nhanh chãng, ®¶m b¶o cung cÊp ®iÖn liªn tôc.
Trong viÖc chän c¸ch ®iÖn cña ®−êng d©y trªn kh«ng, th−êng xuÊt ph¸t tõ c¸c
yªu cÇu sau ®©y:
1. C¸ch ®iÖn cña ®−êng d©y ph¶i chÞu ®−îc t¸c dông cña ®a sè c¸c lo¹i qu¸
®iÖn ¸p néi bé, trõ mét vµi lo¹i cã biªn ®é qu¸ lín nh−ng x¸c suÊt xuÊt hiÖn bÐ.
2. §èi víi yªu cÇu cña qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn, ph¶i gi¶i quyÕt sao cho ®−îc
hîp lý vÒ kinh tÕ kü thuËt. ë c¸c ®−êng d©y 110 kV trë lªn yªu cÇu nµy ®−îc tho¶
m·n dÔ dµng v× c¸ch ®iÖn ®−êng d©y khi chän theo yªu cÇu cña qu¸ ®iÖn ¸p néi bé
®· cã ®−îc møc c¸ch ®iÖn xung kÝch rÊt cao, chØ cÇn cã c¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ chèng
sÐt t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n lµ ®ñ ®¶m b¶o cho ®−êng d©y cã møc chÞu sÐt cao.
Ng−îc l¹i víi ®−êng d©y 3 kV vµ ®iÖn ¸p thÊp h¬n, ®Ó tho¶ m·n yªu cÇu cña
qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn c¸ch ®iÖn ph¶i t¨ng rÊt cao vµ nh− vËy sÏ rÊt tèn kÐm. Bëi vËy
c¸ch ®iÖn ®−êng d©y chØ cÇn chän tíi møc cÇn thiÕt hîp lý kÕt hîp víi mét sè biÖn
ph¸p kh¸c ®Ó h¹n chÕ sè lÇn sù cè g©y nªn nh− c¶i thiÖn nèi ®Êt cét ®iÖn, dïng cuén
dËp hå quang v.v...
C¸ch ®iÖn cña ®−êng d©y trªn kh«ng ngoµi c¸c c¸ch ®iÖn thÓ r¾n (sø, thuû
tinh) cßn dïng c¸ch ®iÖn kh«ng khÝ cña cña gç.
C−êng ®é c¸ch ®iÖn xung kÝch cña gç rÊt t¶n m¹n, phô thuéc vµo t×nh h×nh
Èm cña gç vµ c¸c yÕu tè cã liªn quan ®Õn sù bè trÝ vµ kÝch th−íc cña nã trong c¸ch
®iÖn tæ hîp( c¸ch ®iÖn gç phèi hîp víi c¸ch ®iÖn thÓ r¾n). Trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ
cã thÓ lÊy trÞ sè gÇn ®óng k ho¶ng 100kV/m (®iÖn ¸p phãng ®iÖn xung kÝch bÐ nhÊt
−U05% ). Nh− trªn h×nh 9-1c, cã thÓ tÝnh ®−îc møc c¸ch ®iÖn theo ®−êng mk - mk :
UU l kV
ch kk50% 50%
2 100 2 645 100 4 1690=
+
=
+
=
... .
trong ®ã
UkV
ch.50% 645=lµ ®iÖn ¸p phãng ®iÖn xung kÝch 50 % cña chuçi
gåm 7 sø treo II - 4,5.
lm
kk =
−
4chiÒu dµi cña ®o¹n xµ gç k - k.
Vµ theo ®−êng nns:
UU l kV
nn kk50% 50% 100 720 10011 2 1840=
+
=
+
=
.., .
UkV
ch.50% 720= lµ ®iÖn ¸p phãng ®iÖn xung kÝch 50 % cña kho¶ng c¸ch
kh«ng khÝ n - n dµi 115cm.
lcm
ns =11 2, lµ ®é dµi ®o¹n ns cña th©n cét gç.
Kü thuËt cao ¸p Bé m«n N¨ng l−îng
Tr−êng §¹i häc Kü thuËt C«ng nghiÖp http://www.ebook.edu.vn
§ 12-3. Nghiªn cøu vÒ chuçi c¸ch ®iÖn.
C¸ch ®iÖn cña ®−êng d©y 35 kV quan träng vµ cña c¸c d©y
®iÖn ¸p cao h¬n th−êng ®−îc thùc hiÖn b»ng chuçi gåm
nhiÒu ®Üa c¸ch ®iÖn , sè ®Üa nhiÒu hay Ýt tuú thuéc vµo yªu
cÇu cña tõng cÊp ®iÖn ¸p. Däc theo ®−êng d©y, ë c¸c cét
trung gian chuçi c¸ch ®iÖn ®Æt theo ®−êng th¼ng ®øng cßn
ë c¸c cét nÐo nã ®−îc ®Æt hÇu nh− n»m ngang vµ chÞu lùc
c¨ng cña d©y dÉn. V× ®é bÒn c¬ giíi cña tõng ®Üa nªn trong
tr−êng hîp kh«ng ®¹t yªu cÇu ( vÒ ®é bÒn c¬ giíi) ph¶i gi¶i
quyÕt b»ng c¸ch dïng nhiÒu chuçi ghÐp song song. VÒ ®iÖn
¸p phãng ®iÖn, kh«ng thÓ tÝnh to¸n ®¬n gi¶n b»ng c¸ch lÊy
®iÖn ¸p phãng ®iÖn cña tõng ®Üa ®em nh©n víi sè ®Üa trong
chuçi mµ cÇn ph¶i xÐt ®Õn sù ph©n bè ®iÖn ¸p vµ ®Æc ®iÓm
cña qu¸ tr×nh phãng ®iÖn däc theo chuçi. Qu¸ tr×nh nµy cã
thÓ ph¸t triÓn theo mét trong ba ®−êng (h×nh 9-7).
−
Hoµn toµn däc theo bÒ mÆt c¸ch ®iÖn tøc lµ theo
®−êng CBA hoÆcCBA1.
−
Theo ®−êng CBD víi chiÒu dµi phãng ®iÖn nlp ( n
lµ sè ®Üa trong chuçi).
−
Theo h−íng ng¾n nhÊt EF mµ chiÒu dµi cña nã
gÇn b»ng trÞ sè L = nH. C−êng ®é c¸ch ®iÖn theo ®êng EF thùc tÕ b»ng c−êng ®é
c¸ch ®iÖn cña khe hë khi gi÷a 2 ®iÖn cùc " thanh - thanh", do ®ã th−êng cã trÞ sè cao
h¬n so víi c−êng ®é c¸ch ®iÖn dµi h¬n nh−ng do cã mét phÇn ®i men theo mÆt ngoµi
cña ®iÖn m«i nªn ®iÖn ¸p phãng ®iÖn bÐ). §ã còng lµ giíi h¹n trªn cña trÞ sè ®iÖn ¸p
phãng ®iÖn cña chuçi vµ suy ra biÖn ph¸p n©ng cao ®iÖn ¸p lµ ph¶i t¨ng tû sè lp/H
sao cho c−êng ®é c¸ch ®iÖn theo ®−êng CBD ®¹t ®−îc møc cña ®−êng EF. Thùc
nghiÖm cho thÊy khi tû sè lp/H b»ng kho¶ng 1,3 th× cã thÓ ®¹t ®−îc yªu cÇu trªn vµ
trong s¶n xuÊt, tû sè nµy th−êng chän trong giíi h¹n 1,15 ÷ 1,35.
H×nh 9-7
Phãng ®iÖn däc
theo chuçi c¸ch ®iÖn
L
H
E
C
A
D
D1
C1
D
F
B
P
P
Kü thuËt cao ¸p Bé m«n N¨ng l−îng
Tr−êng §¹i häc Kü thuËt C«ng nghiÖp http://www.ebook.edu.vn
Sù ph©n bè ®iÖn ¸p trªn c¸c ®Üa cña chuçi
c¸ch ®iÖn còng ¶nh h−ëng ®Õn trÞ sè ®iÖn ¸p phãng
®iÖn. H×nh 9-8 cho s¬ ®å thay thÕ cña chuçi.
C
−®iÖn dung cña tõng ®Üa c¸ch ®iÖn, cã trÞ
sè 50 ÷ 70
μμ
F ( 10-6
μ
F )
CC
12
,−®iÖn dung cña tõng ®Üa c¸ch ®iÖn ®èi
víi ®Êt vµ d©y dÉn, trÞ sè cña chóng phô thuéc vµo
vÞ trÝ cña tõng ®Üa trong chuçi, cã thÓ lÊy trung b×nh
kho¶ng.
,F54C1
μ
μ÷≈ ,F15,0C1
μ
μ
÷
≈ F ( 10
-6
μ
F )
Sù tån t¹i cña c¸c ®iÖn dung ký sinh lµm cho
ph©n bè ®iÖn ¸p trªn c¸c phÇn tö cña chuçi kh«ng
®ång ®Òu.
Cã thÓ tÝnh to¸n sù ph©n bè ®iÖn ¸p nµy gi¶ thiÕt lµ c¸c trÞ sè C, C1, C2 kh«ng ®æi
däc theo chuçi c¸ch ®iÖn vµ ®−îc thay thÕ b»ng c¸c tham sè ph©n bè sau ®©y:
CC
H
',= CC
H
'1
1
=, CC
H
'2
2
=
trong ®ã
H
−®é cao cña ®Üa c¸ch ®iÖn.
Ph−¬ng tr×nh ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn t¹i ®iÓm trªn chuçi c¸ch ®iÖn c¸ch xµ nèi
®Êt kho¶ng c¸ch x ®−îc viÕt :
dU
dx j C
x=1
ω
' (9-1)
()
dl
dx Uj C U Uj C
xx
=+−
ωω
''
12
(9-2)
Tõ c¸c ph−¬ng tr×nh trªn suy ra:
(
)
dU
dx j C
dl
dx
UC C
CUC
C
xx
2
2
12 2
1
==
+−
ω
'
''
'
'
'
vµ ®−îc nghiÖm cña nã.
UAe Ae B
x
ax ax
=+ +
−
12
11
víi trÞ sè aCC
C
1
12
=+''
'
Tõ ®iÒu kiÖn ban ®Çu:
x
=
0 Ux
=
0
x
L
=
UU
x
=
H×nh 9-8
S¬ ®å thay thÕ cña
chuçi c¸ch ®iÖn.
C1
C1
C1
C1
C1
C
C
C
C
C
C2
C2
C2
C2
C2
L
H
x
U
Kü thuËt cao ¸p Bé m«n N¨ng l−îng
Tr−êng §¹i häc Kü thuËt C«ng nghiÖp http://www.ebook.edu.vn
sÏ t×m ®−îc c¸c h»ng sè A1, A2 vµ B:
(
)
()
Lsha'C'C2
e'C'UC
A
121
L
1
a
21
1+
+
=
−
(
)
()
Lsha'C'C2
e'C'CU
A
121
L
1
a
21
21 +
+
=
−
BU C
CC
=+
'
''
2
12
Thay vµo ph−¬ng tr×nh sÏ ®−îc ®iÖn ¸p t¹i c¸c ®iÓm (trªn chuçi c¸ch ®iÖn):
(
)
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧−
−+
+
=Lsha
xLcha
'C
Lsha
xsha
'C'C
'C'C
U
U
1
1
2
1
1
11
21
x (9-3)
Thay thÕ c¸c trÞ sè:
Ln
H
=
aCC
CaH=+=
12
1
vµo (9-3) sÏ ®−îc ph−¬ng tr×nh cña Ux theo c¸c tham sè tËp trung ban ®Çu vµ
tõ ®ã suy ra ®−îc c¸c kÕt qu¶ sau ®©y:
− Tû lÖ ph©n bè ®iÖn ¸p trªn tõng ®Üa c¸ch ®iÖn, vÝ dô ë ®Üa thø k (tÝnh tõ ®Çu
nèi ®Êt):