Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn
Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn. http://www.ebook.edu.vn 1
Ch−¬ng VIII
B¶o vÖ chèng sÐt ®−êng d©y t¶i ®iÖn
§8-1. Yªu cÇu chung ®èi víi b¶o vÖ chèng sÐt ®−êng d©y:
§−êng d©y lµ phÇn tö dµi nhÊt trong l−íi nªn th−êng bÞ sÐt ®¸nh vµ chÞu t¸c
dông cña qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn.
Qu¸ ®iÖn ¸p kh«ng nh÷ng chØ g©y nªn phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn ®−êng d©y mµ
cßn truyÒn sãng vµo tr¹m biÕn ¸p g©y sù cè ph¸ ho¹i c¸ch ®iÖn trong tr¹m. Do ®ã khi
gi¶i quyÕt vÊn ®Ò b¶o vÖ chèng sÐt ®−êng d©y ph¶i cã quan ®iÓm tæng hîp nghÜa lµ ph¶i
cã kÕt hîp chÆt chÏ víi viÖc chèng sÐt ë tr¹m, ®Æc biÖt ë ®o¹n ®−êng d©y gÇn tr¹m (
®o¹n tíi tramk) ph¶i ®−îc b¶o vÖ cÈn thËn v× khi sÐt ®¸nh ë kh− vùc nµy sÏ ®−a vµo
tr¹m c¸c qu¸ ®iÖn ¸p víi tham sè lín, rÊt nguy hiÓm cho c¸ch ®iÖn cña tr¹m.
Qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn cã thÓ lµ do sÐt ®¸nh th¼ng lªn ®−êng d©y hoÆc sÐt ®¸nh
xuèng mÆt ®Êt gÇn ®ã vµ g©y nªn qu¸ ®iÖn ¸p c¶m øng trªn ®−êng d©y. Cã thÓ thÊy
tr−êng hîp ®µu nguy hiÓm nhÊt v× ®−êng d©y ph¶i chÞu ®ùng toµn bé n¨ng l−îng cña
phãng ®iÖn sÐt, do ®ã nã ®−îc chän ®Ó tÝnh to¸n chèng sÐt ®−êng d©y.
Nh− ®· tr×nh bµy trong phÇn c¸ch ®iÖn cña hÖ thèng, v× trÞ sè cña qu¸ ®iÖn ¸p
khÝ quyÓn rÊt lín nªn kh«ng thÓ chän møc c¸ch ®iÖn ®−êng d©y ®¸p øng ®−äc hoµn
toµn yªu cÇu cña qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn mµ chØ chän theo møc ®é hîp lý vÒ kinh tÕ vµ
kü thuËt. Do ®ã yªu cÇu ®èi víi b¶o vÖ chèng sÐt ®−êng d©y kh«ng ph¶i lµ lo¹i trõ hoµn
toµn kh¶ n¨ng sù cè do sÐt mµ chØ lµ gi¶m sù cè tíi giíi h¹n hîp lý ( xuÊt ph¸t tõ yªu
cÇu vµ s¬ ®å cung cÊp ®iÖn cña phô t¶i, sè lÇn c¾t dßng ®iÖn ng¾n m¹ch cho phÐp cña
m¸y c¾t ®iÖn, ®−êng d©y cã hoÆc kh«ng cã trang bÞ thiÕt bÞ tù ®éng ®ãng l¹i v.v...).
Trong ph¹m vi ch−¬ng nµy, sÏ tËp trung vµo c¸ch tÝnh to¸n sè lÇn c¾t ®iÖn do sÐt,
trªn c¬ së ®ã x¸c ®Þnh ®−îc ph−¬ng h−íng vµ biÖn ph¸p ®Ó gi¶m sè lÇn c¾t ®iÖn nãi
chung vµ cña mét sè lo¹i ®−êng d©y cô thÓ.
Víi ®é treo cao trung b×nh cña d©y trªn cïng ( d©y dÉn hoÆc d©y chèng sÐt) lµ h,
®−êng d©y sÏ thu hót vÒ phÝa m×nh c¸c phãng ®iÖn cña sÐt trªn gi¶i ®Êt cã chiÒu réng 6
h vµ chiªï dµi b»ng chiÒu dµi ®−êng d©y L. Tõ tÇn sè cã phãng ®iÖn sÐt xuèng ®Êt trªn
diÖn tÝch 1 km2 øng víi mét ngµy sÐt 0,1 ÷ 01,5 (ch−¬ngXVI) cã thÓ tÝnh ®−îc tæng sè
lÇn cã sÐt ®¸nh th¼ng lªn ®−êng d©y hµng n¨m:
()
NhLn
ng s
=÷ −
06 09 103
,,. .
. (8-1)
nng s.− sè ngµy sÐt hµng n¨m trong khu vùc cã ®−êng d©y ®i qua ( h tÝnh theo m vµ L
theo km).
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn
Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn. http://www.ebook.edu.vn 2
V× tham sè cña phãng ®iÖn sÐt - biªn ®é dßng ®iÖn I, vµ tèc ®é cña dßng ®iÖn
adi
dt
s
=−cã thÓ cã nhiÒu trÞ sè kh¸c nhau, do ®ã kh«ng ph¶i tÊt c¶ c¸c lÇn cã sÐt ®¸nh
lªn ®−êng d©y ®Òu dÉn ®Õn phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn. §Ó cã phãng ®iÖn, qu¸ ®iÖn ¸p
khÝ quyÓn ph¶i cã trÞ sè lín h¬n møc c¸ch ®iÖn xung kÝch cña ®−êng d©y, kh¶ n¨ng nµy
®−îc biÓu thÞ bëi x¸c suÊt phãng ®iÖn ( vpt ) vµ nh− vËy sè lÇn x¶y ra phãng ®iÖn trªn
c¸ch ®iÖn sÏ lµ:
()
NNv hnIv
pd pd ng s pd
==÷ −
06 09 103
,,.....
. (8-2)
§©y ch−a ph¶i lµ sè lÇn nh¶y m¸y c¾t ®iÖn do sÐt hµng n¨m v× thêi gian t¸c dông
cña qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn rÊt ng¾n, kho¶ng 100
μ
s, trong thêi gian lµm viÖc cña hÖ
thèng b¶o vÖ r¬le th−êng kh«ng bÐ qu¸ mét nöa chu kú tÇn sè c«ng nghiÖp tøc lµ 0,01s.
Do ®ã phãng ®iÖn xung kÝch chØ g©y nªn c¾t ®iÖn ®−êng d©y khi tia löa phãng
®iÖn xung kÝch trªn c¸ch ®iÖn chuyÓn thµnh hå quang duy tr× bëi ®iÖn ¸p lµm viÖc cña
l−íi ®iÖn. X¸c suÊt chuyÓn tõ tia löa phãng ®iÖn xung kÝch thµnh hå quang phô thuéc
vµo nhiÒu yÕu tè, trong ®ã cã yÕu tè quan träng nhÊt lµ gra®iÖn cña ®iÖn ¸p lµm viÖc
däc theo ®−êng phãng ®iÖn. TrÞ sè gra®iÖn cµng lín th× viÖc duy tr× ®iÖn dÉn trong khe
phãng ®iÖn vµ chuyÓn thµnh hå quang c¸ng thuËn lîi.
Sù phô thuéc cña x¸c suÊt chuyÓn thµnh hå quang
η
−
gäi t¾t lµ x¸c suÊt h×nh
thµnh hå quang - vµo gra®iÖn cña ®iÖn ¸p lµm viÖc däc theo ®−êng phãng ®iÖn cho b¶ng
8-1.
B¶ng 8-1.
X¸c suÊt h×nh thµnh hå quang
()
RU
lkV m
lv
lv
pd
=/)
50 30 20 10
η
( ®¬n vÞ t−¬ng ®èi) 0,6 0,45 0,25 0,1
Cuèi cïng tÝnh ®−îc sè lÇn c¾t ®iÖn do sÐt hµng n¨m cña ®−êng d©y:
()
NhLnv
cd ng s pd
=÷ −
06 09 103
,,...
.
η
(8-3)
§Ó so s¸nh kh¶ n¨ng chÞu sÐt cña c¸c ®−êng d©y cã tham sè kh¸c nhau, ®i qua
nh÷ng vïng cã c−êng ®é ho¹t ®éng cña sÐt kh¸c nhau th−êng tÝnh trÞ sè " suÊt c¾t
®−êng d©y " tøc lµ sè lÇn c¾t khi ®−êng d©y cã chiÒu dµi 100km.
()
nhnv
cd ng s pd
=
÷
06 09,,...
.
η
( 8-4)
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn
Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn. http://www.ebook.edu.vn 3
Tõ (21-4) thÊy r»ng cã hai h−íng kh¸c nhau trong viÖc gi¶m thÊp sè lÇn c¾t ®iÖn
do sÐt tøc lµ hoÆc gi¶m trÞ sè vpd hoÆc gi¶m
η
. ViÖc gi¶m x¸c suÊt phãng ®iÖn trªn
c¸ch ®iÖn ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch treo trªn d©y chèng sÐt vµ t¨ng c−êng c¸ch ®iÖn
®−êng d©y. Treo d©y chèng sÐt lµ biÖn ph¸p rÊt cã hiÖu qu¶ trong viÖc gi¶m sè lÇn c¾t
®iÖn ®−êng d©y, tuy nhiªn cÇn l−u ý mét sè vÊn ®Ò sau ®©y:
− D©y chèng sÐt lµm nhiÖm vô b¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh th¼ng cho d©y dÉn ( d©y
pha) nh−ng ch−a ph¶i lµ an toµn tuyÖt ®èi mµ vÉn cßn kh¶ n¨ng sÐt ®¸nh vµo d©y dÉn.
Trong thêi gian gÇn ®©y,
ë nhiÒu n−íc ngµy cµng sö dông réng r·i ®−êng d©y hai lé ®i trªn cïng cét ®iÖn, chiÒu
cao cét cã thÓ tíi 40 ÷50m. Kinh nghiÖm vËn hµnh cña cña c¸c ®−êng d©y nµy cho thÊy
x¸c suÊt sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn ( v
α
) kh«ng nh÷ng chØ phô thuéc
vµo gãc b¶o vÖ α mµ cßn t¨ng theo chiÒucao cét ®iÖn. X¸c suÊt nµy ®−îc biÓu thÞ bëi
c«ng thøc kinh nghiÖm:
lg vhc
α
α
=−
90 4 (8-5)
α − gãc b¶o vÖ cña d©y ch«ng sÐt ( ®é)
hc
−
chiÒu cao cét ®iÖn (m).
− Dï kh«ng xÐt ®Õn kh¶ n¨ng sÐt ®¸nh vßng qua day chèng sÐt vµo d©y dÉn th×
viÖc b¶o vÖ b»ng d©y chèng sÐt còng kh«ng thÓ ®¶m b¶o cã møc chÞu sÐt tuyÖt ®èi. KhÝ
sÐt ®¸nh vµo d©y chèng sÐt sÏ g©y nªn ®iÖn ¸p t¸c dông lªn c¸ch ®iÖn mµ phÇn chñ yÕu
cña nã lµ ®iÖn ¸p gi¸ng trªn bé phËn nèi ®Êt cét ®iÖn . NÕu dßng ®iÖn sÐt vµ ®iÖn trë nèi
®Êt cét ®iÖn lín th× ®iÖn ¸p t¸c dông lªn c¸ch ®iÖn cã kh¶ n¨ng v−ît qu¸ møc c¸ch ®iÖn
xung kÝch cña nã vµ g©y nªn phãng ®iÖn ng−îc tíi d©y dÉn. Nh− vËy d©y chèng sÐt
ph¸t huy t¸c dông ®−îc nhiÒu hay Ýt cßn tuú thuéc vµo t×nh h×nh nèi ®Êt cu¶ cét ®iÖn.
Trong c¸c vïng ®Êt xÊu (
()
ρ
≥105Ω.cm d©y chèng sÐt sÏ kh«ng cßn ph¸t huy t¸c dông
nªn cã thÓ kh«ng dïng nã ngay c¶ ë c¸c ®−êng d©y 110÷ 330kV [( quy tr×nh x©y l¾p
thiÕt bÞ ®iÖn Liªn x« - 1965 ( ®iÒu 115-72)].
Còng víi lý do trªn, ë nh÷ng ®−êng d©y ®iÖn ¸p thÊp ( tõ 35kV trë xuèng) còng
kh«ng dïng d©y chèng sÐt. C¸c ®−êng d©y nµy cã møc c¸ch ®iÖn kh«ng cao nªn khi sÐt
®¸nh vµo d©y chèng sÐt th−êng ®−a ®Õn phãng ®iÖn ng−îc tíi d©y dÉn.
Gi¸m x¸c suÊt h×nh thµnh hå qung η ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch gi¶m c−êng ®é
®iÖn tr−êng däc theo ®−êng phãng ®iÖn, nh− dïng cét xµ gç ®Ó t¨ng chiÒu dµi ®−êng
phãng ®iÖn... Trong tr−êng hîp nµy gra®iÖn ®iÖn ¸p lµm viÖc cã thÓ gi¶m tíi kho¶ng
c¸ch 0,1 ÷ 0,2 kV/m vµ x¸c suÊt h×nh thµnh hå quang chØ cßn 10 ÷ 20%. Dïng c¸ch
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn
Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn. http://www.ebook.edu.vn 4
®iÖn gç cßn cã t¸c dông lµm t¨ng møc c¸ch ®iÖn xung kÝch cña ®−êng d©y nªn x¸c suÊt
phãng ®iÖn
()
vpd còng ®−îc gi¶m thÊp.
§8-2. Qu¸ ®iÖn ¸p c¶m øng trªn ®−êng d©y.
Khi sÐt ®¸nh xuèng ®Êt gÇn khu vùc ®−êng d©y th× d−íi t¸c dông cña ®iÖn tõ
tr−êng cña dßng sÐt, trªn d©y dÉn sÏ xuÊt hiÖn ®iÖn ¸p c¶m øng.
(
)
(
)
(
)
uxt uxt uxt
cu cu
d
cu
t
,,,=+
Thµnh phÇn tõ cña ®iÖn ¸p c¶m øng
(
)
uxt
cu
t,quyÕt ®Þnh bëi tõ tr−êng ngoµi vµ cã
trÞ sè b»ng:
() ()
uxt Extdl
cu
tT
t
,,= (8-6)
Thµnh phÇn ®iÖn
()
uxt
cu
d,g©y nªn bëi
®iÖn tr−êng cña dßng sÐt vµ ®−îc x¸c ®Þnh
theo biÓu thøc:
(
)
)()
uxt xt uxt
cu
dd
,, ,=+
ϕ
(21-7)
(
)
ϕ
xt, lµ thÕ v« h−íng cña ®iÖn
tr−êng t¹i ®iÓm cÇn xÐt trªn ®−êng d©y ë
thêi ®iÓm t, cßn trÞ sè ud
()
xt,lµ ®iÖn ¸p g©y
bëi ®iÖn tÝch cña b¶n th©n ®−êng d©y
chuyÓn ®éng ë d¹ng sãng khi cã t¸c dông
cña ®iÖn tr−êng ngoµi. Sù chuyÓn ®éng nµy
chØ cã liªn quan ®Õn thµnh phÇn tr−êng cã
ph−¬ng trïng víi trôc cña ®−êng d©y ( thµnh
phÇn Ex
d trªn h×nh 8-1) vµ ®−îc x¸c ®Þnh bëi
ph−¬ng tr×nh ®iÖn tÝn cã vÕ ph¶i:
δ
δ
δ
δ
δ
δ
2
22
2
2
1u
xc
uE
x
dd
x
d
−= (8-8)
ë ®©y kh«ng ®i s©u vµo c¸c chi tiÕt
tÝnh to¸n mµ chØ ®−a ra kÕt qu¶ chung vÒ ®é lín cña ®iÖn ¸p c¶m øng t¹i ®iÓm gÇn ®é
lín cña ®iÖn ¸p c¶m øng t¹i gÇn n¬i sÐt ®¸nh:
H×nh 8-1
TÝnh to¸n qu¸ ®iÖn ¸p c¶m øng
khi sÐt ®¸nh gÇn ®−êng d©y
x
z
Ēx
x=0
x
b
h
d©
y
dÉn ®
Ēz
®
Ēy
®
Ēt Ēx
®
v
v
y
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn
Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn. http://www.ebook.edu.vn 5
UK
Ih
b
cu
s
max =0
60 ( 8-9)
trong ®ã: h− ®é treo cao trung b×nh cña
d©y dÉn (m).
b− Kho¶ng c¸ch tõ ®−êng d©y
tíi n¬i bÞ sÐt ®¸nh (m).
K0
−
HÖ sè phô thuéc vµo
tèc ®é cña phãng ®iÖn ng−îc, cho trªn
h×nh 21-2.
§−êng cong biÕn thiªn cña ®iÖn
¸p c¶m øng
(
)
Ut
cu 0, t¹i ®iÓm gÇn n¬i sÐt
®¸nh ®−îc biÓu thÞ trªn h×nh 8-3, ë ®Êy cã vÏ riªng c¸c thµnh phÇn ®iÖn vµ tõ. Khi tèc
®é phãng ®iÖn ng−îc t¨ng th× thµnh phÇn tõ t¨ng do tèc ®é biÕn thiªn cña tõ tr−êng lín.
Nh−ng thµnh phÇn ®iÖn th× ng−îc l¹i cã gi¶m chót Ýt v× trÞ sè dßng ®iÖn sÐt Iav
s
=
, gi÷
kh«ng ®æi, nÕu t¨ng tèc ®é cña phãng ®iÖn ng−îc sÏ lµm gi¶m mËt ®é 6 vµ lµm gi¶m
®iÖn tr−êng.
§a sè c¸c phãng ®iÖn ng−îc ®Òu cã tèc ®é kho¶ng 0,1 ÷ 0, 2 tèc ®é ¸nh s¸ng
(
β
=÷01 02,,)nªn hÖ sè K0 cã thÓ chän b»ng 0,5 vµ trÞ sè Ucu max ®−îc tÝnh theo:
UIh
b
cu
s
max =30 (8-10)
C«ng thøc (8-9), (8-10) chØ ®óng víi tr−êng hîp ®¬n gi¶n lµ khi dßng ®iÖn sÐt cã
d¹ng sãng vu«ng gãc. NÕu lµ d¹ng
sãng xiªn gãc th× tèc ®é biÕn thiªn
cña ®iÖn tõ tr−êng sÏ bÐ h¬n vµ trÞ
sè ®iÖn ¸p c¶m øng gi¶m thÊp, tuy
nhiªn sù gi¶m thÊp nµy chØ ®¸ng
kÓ khi sÐt ®¸nh gÇn tøc lµ khi
bv
ds
<
τ
.
§iÒu cÇn quan t©m nhÊt
kh«ng ph¶i lµ x¸c ®Þnh giíi h¹n vÒ
®é lín cña qu¸ ®iÖn ¸p c¶m øng
mµ lµ t×m ®−îc x¸c suÊt xuÊt hiÖn
qu¸ ®iÖn ¸p víi mét biªn ®é nµo
®Êy vÝ dô b»ng hoÆc lín h¬n møc
c¸ch ®iÖn ®−êng d©y
()
≥U50 %.
Khi xÐt gi¶i ®Êt ®Æt c¸ch ®−êng
d©y kho¶ng c¸ch b cã chiÒu réng
H×nh 8-2
Quan hÖ cña hÖ sè K0 víi tèc ®é
phãng ®iÖn ng−îc
H×nh 8-3
BiÕn thiªn cña ®iÖn ¸p c¶m øng
(
)
Ut
cu 0, t¹i ®iÓm
gÇn n¬i sÐt ®¸nh øng víi c¸c trÞ sè kh¸c nhau cña
tèc ®é phãng ®iÖn ng−îc
β
=c
v
1.0
0.8
0.6
0.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Uc− max
k0=
60Ih/b
β
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40
β=0.1
β=0.4
β=0.4
β=0.2
β=0.1
β=0.2
Uc−
60Ish