Kỹ thuật cao áp - Chương số 8

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

84
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bảo vệ chống sét đ-ờng dây tải điện Đ8-1. Yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đ-ờng dây: Đ-ờng dây là phần tử dài nhất trong l-ới nên th-ờng bị sét đánh và chịu tác dụng của quá điện áp khí quyển. Quá điện áp không những chỉ gây nên phóng điện trên cách điện đ-ờng dây mà còn truyền sóng vào trạm biến áp gây sự cố phá hoại cách điện trong trạm. Do đó khi giải quyết vấn đề bảo vệ chống sét đ-ờng dây phải có quan điểm tổng hợp nghĩa là phải có...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật cao áp - Chương số 8

Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn 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: N = ( 0 ,6 ÷ 0 ,9 ) h .10 −3 L. nng .s (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). http://www.ebook.edu.vn 1 Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn.
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn V× tham sè cña phãng ®iÖn sÐt - biªn ®é dßng ®iÖn I, vµ tèc ®é cña dßng ®iÖn dis a= − cã thÓ cã nhiÒu trÞ sè kh¸c nhau, do ®ã kh«ng ph¶i tÊt c¶ c¸c lÇn cã sÐt ®¸nh dt 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 ( v pt ) vµ nh− vËy sè lÇn x¶y ra phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn sÏ lµ: N pd = Nvpd = ( 0,6 ÷ 0,9) h.nng.s .I ..vpd .10−3 (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 μs , 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 U lv 50 30 20 10 ( kV / m)) Rlv = lpd 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: N cd = ( 0,6 ÷ 0,9) hL.nng .s .vpd .η10−3 (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. ncd = ( 0,6 ÷ 0,9) h. nng .s . v pd .η ( 8-4) http://www.ebook.edu.vn 2 Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn.
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn 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 v pd 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 ( vα ) 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: α hc lg vα = −4 (8-5) 90 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 ≥ 105 Ω. 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 http://www.ebook.edu.vn 3 Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn.
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn ®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 ( v pd ) 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. ucu ( x , t ) = ucu ( x , t ) + ucu ( x , t ) d t Thµnh phÇn tõ cña ®iÖn ¸p c¶m øng ucu ( x , t ) quyÕt ®Þnh bëi tõ tr−êng ngoµi vµ cã t ucu ( x , t ) = E T ( x , t ) dl t t trÞ sè b»ng: (8-6) Thµnh phÇn ®iÖn ucu ( x , t ) g©y nªn bëi d y ®iÖn tr−êng cña dßng sÐt vµ ®−îc x¸c ®Þnh v x ® theo biÓu thøc: d©y dÉn Ēx ucu ( x , t ) = ϕ ( x , t ) + ud ( x , t ) d (21-7) ® Ēz ϕ ( x , t ) lµ thÕ v« h−íng cña ®iÖn t ® Ē b ® Ēx h Ēy x=0 tr−êng t¹i ®iÓm cÇn xÐt trªn ®−êng d©y ë thêi ®iÓm t, cßn trÞ sè u d ( x , t ) lµ ®iÖn ¸p g©y bëi ®iÖn tÝch cña b¶n th©n ®−êng d©y x chuyÓn ®éng ë d¹ng sãng khi cã t¸c dông z cña ®iÖn tr−êng ngoµi. Sù chuyÓn ®éng nµy v chØ cã liªn quan ®Õn thµnh phÇn tr−êng cã ph−¬ng trïng víi trôc cña ®−êng d©y ( thµnh phÇn Exd trªn h×nh 8-1) vµ ®−îc x¸c ®Þnh bëi ph−¬ng tr×nh ®iÖn tÝn cã vÕ ph¶i: H×nh 8-1 δ 2 u d 1 δ 2 u d δExd TÝnh to¸n qu¸ ®iÖn ¸p c¶m øng − = (8-8) δx 2 c2 δ 2 δx khi sÐt ®¸nh gÇn ®−êng d©y 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: http://www.ebook.edu.vn 4 Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn.
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn 60I s h U cu max = K0 ( 8-9) 1.0 b Uc− max k0= trong ®ã: h − ®é treo cao trung b×nh cña 60Ih/b 0.8 d©y dÉn (m). 0.6 b − Kho¶ng c¸ch tõ ®−êng d©y β tíi n¬i bÞ sÐt ®¸nh (m). 0.4 K0 − HÖ sè phô thuéc vµo 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 tèc ®é cña phãng ®iÖn ng−îc, cho trªn h×nh 21-2. H×nh 8-2 §−êng cong biÕn thiªn cña ®iÖn Quan hÖ cña hÖ sè K0 víi tèc ®é ¸p c¶m øng U cu ( 0, t ) t¹i ®iÓm gÇn n¬i sÐt phãng ®iÖn ng−îc ®¸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 I s = av , 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 = 0,1 ÷ 0,2 ) nªn hÖ sè K0 cã thÓ chän b»ng 0,5 vµ trÞ sè U cu max ®−îc tÝnh theo: 30I s h U cu max = (8-10) b 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 0.7 U c− sè ®iÖn ¸p c¶m øng gi¶m thÊp, tuy 60I h s 0.6 β=0.2 β=0.1 nhiªn sù gi¶m thÊp nµy chØ ®¸ng 0.5 kÓ khi sÐt ®¸nh gÇn tøc lµ khi 0.4 b < v τ ds . β=0.4 0.3 β=0.4 §iÒu cÇn quan t©m nhÊt 0.2 kh«ng ph¶i lµ x¸c ®Þnh giíi h¹n vÒ 0.1 β=0.2 β=0.1 ®é lín cña qu¸ ®iÖn ¸p c¶m øng mµ lµ t×m ®−îc x¸c suÊt xuÊt hiÖn 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 H×nh 8-3 qu¸ ®iÖn ¸p víi mét biªn ®é nµo BiÕn thiªn cña ®iÖn ¸p c¶m øng U cu ( 0, t ) t¹i ®iÓm ®Êy vÝ dô b»ng hoÆc lín h¬n møc c¸ch ®iÖn ®−êng d©y ( ≥ U 50 % ) . gÇn n¬i sÐt ®¸nh øng víi c¸c trÞ sè kh¸c nhau cña c tèc ®é phãng ®iÖn ng−îc β = Khi xÐt gi¶i ®Êt ®Æt c¸ch ®−êng v d©y kho¶ng c¸ch b cã chiÒu réng http://www.ebook.edu.vn 5 Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn.
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn db vµ chiÒu dµi 100km, tæng sè lÇn cã sÐt ®¸nh vµo gi¶i ®Êt nµy sÏ lµ: ( 0,1 ÷ 0,15)db.10−3 .100.Hng .s = ( 0,01 ÷ 0,015)nng .s db ( db tÝnh theo m) §Ó trÞ sè ®iÖn ¸p c¶m øng b»ng hoÆc v−ît qu¸ møc c¸ch ®iÖn ®−êng d©y U 50% dßng ®iÖn sÐt ph¶i cã biªn ®é: U 50% b Is ≥ 30h §©y còng lµ ®iÒu kiÖn ®Ó cã phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn ®−êng d©y vµ nh− vËy x¸c suÊt phãng ®iÖn cã trÞ sè b»ng: Is U 50% b − − v pd = e =e 26 ,1 780 h Sè lÇn sÐt ®¸nh trong r¶i ®Êt db cã t¹o nªn qu¸ ®iÖn ¸p c¶m øng ®ñ lín ®Ó g©y nªn phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn ®−êng d©y sÏ lµ : U 50% b dN pd = ( 0 ,01 ÷ 0 ,015) nng .s . db . e 780 h §Ó cã tæng sè ph¶i lÊy tÝch ph©n ®¼ng thøc trªn tõ giíi h¹n bmin = 3h tíi ∞ vµ cho c¶ hai phÝa ®−êng d©y: ∞ ∫ dN N pd = pd b m in ( lÊy trÞ sè bmin = 3h v× nh− ®· quy ®Þnh ë trªn, ®−êng d©y thu hót vÒ phÝa m×nh tÊt c¶ c¸c phãng ®iÖn sÐt trong gi¶i ®Êt réng 6h , cßn khi sÐt ®¸nh ë ngoµi gi¶i nµy sÏ xem nh− ®¸nh xuèng ®Êt vµ g©y nªn qu¸ ®iÖn ¸p c¶m øng). Cuèi cïng tÝnh ®−îc: (15,6 ÷ 23,4 ) n ng .s . h U 50% − N pd = e 260 (8-11) U 50% Trong c«ng thøc h tÝnh b»ng mÐt, U 50% tÝnh theo kV vµ Npd lµ sè lÇn phãng ®iÖn do qu¸ ®iÖn c¶m øng trªn chiÒu dµi 100km ®−êng d©y hµng n¨m. KÕt qu¶ tÝnh to¸n cho thÊy, khi ®−êng d©y cã ®é treo cao trung b×nh h = 10m vµ n»m trong vïng sÐt ho¹t ®éng m¹nh cã nng .s = 100 ngµy, sè lÇn xuÊt hiÖn qu¸ ®iÖn c¶m øng cã trÞ sè v−ît qu¸ møc c¸ch ®iÖn xung kÝch cña ®−êng d©y 35kV (U 50% ≈ 350kV ) lµ 10÷ 15 lÇn hµng n¨m, vµ ®−êng d©y 110kV (cã U 50% ≈ 700kV ) − kho¶ng 1,5 lÇn/n¨m. Nh− vËy ®èi víi ®−êng d©y 110kV trë lªn trong tÝnh to¸n chèng sÐt cã thÓ kh«ng xÐt ®Õn qu¸ ®iÖn ¸p c¶m øng v× sè lÇn phãng ®iÖn do nã g©y nªn rÊt nhá so víi khi cã sÐt ®¸nh th¼ng lªn ®−êng d©y. §èi víi c¸c ®−êng d©y 35 KV trë xuèng, ®−êng d©y ®iÖn ¸p cµng bÐ th× trÞ sè Npd cµng lín do ®ã cÇn ph¶i chó ý ®Õn qu¸ ®iÖn ¸p c¶m øng trong tÝnh to¸n còng nh− trong vËn hµnh. http://www.ebook.edu.vn 6 Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn.
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn §Æc ®iÓm cña qu¸ ®iÖn ¸p c¶m øng lµ xuÊt hiÖn ®ång thêi ë c¶ ba pha vµ trÞ sè gi÷a c¸c pha kh«ng chªnh lÖch nhau nhiÒu, do ®ã nguy hiÓm kh«ng ph¶i lµ ®èi víi c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c pha mµ lµ c¸ch ®iÖn ®èi víi ®Êt.... vµ ®èi víi c¸c lo¹i ®−êng d©y nµy biÖn ph¸p chèng qu¸ ®iÖn ¸p c¶m øng hîp lý lµ dïng cét gç. §8-3. SÐt ®¸nh trªn ®−êng d©y kh«ng theo d©y chèng sÐt. Khi d−êng d©y kh«ng treo d©y chèng sÐt, sÐt ®¸nh chñ yÕu lµ vµo d©y dÉn cßn kh¶ n¨ng ®¸nh th¼ng vµo cét rÊt Ýt vµ cã thÓ bá qua. Cã thÓ xem t¹i n¬i sÐt ®¸nh m¹ch cña khe sÐt ®−îc ghÐp nèi víi tæng trë sãng Zdd cña d©y dÉn cã trÞ sè b»ng ( day dÉn hai phÝa ghÐp song song). V× tæng trë cña d©y 2 dÉn Zdd kh¸ lín, kho¶ng 400 ÷ 500Ω, nªn dßng ®iÖn sÐt gi¶m ®i nhiÒu so víi khi sÐt ®¸nh vµo n¬i cã nèi ®Êt tèt. Theo c«ng thøc (16-2) dßng ®iÖn ë n¬i sÐt ®¸nh chØ cßn: Z0 I I = Is ≈s Z 2 Z 0 + dd 2 Is Do ë mçi bªn cña d©y dÉn sÏ truyÒn sãng dßng ®iÖn ( h×nh8-4) vµ t¹o nªn 4 ®iÖn ¸p trªn d©y dÉn. Is U dd = Zdd ≈ 100I (8-12) 4 §Ó tÝnh to¸n sè lÇn c¾t ®iÖn cÇn xÐt riªng cho c¸c lo¹i ®−êng d©y cét s¾ vµ cét gç v× chóng khac nhau rÊt nhiÒu. Khe sÐt 1. §−êng d©y cét s¾t (bª t«ng). Z0 Is Phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn ®−êng d©y sÏ Is Is 2 xÈy ra khi ®¹t ®−îc ®iÒu kiÖn: 4 H×nh 8-4 4 U dd = 100I s ≥ U 50% Ph©n Zd® dßng ®iÖn khi sÐt Zd® phèi U 50% lµ trÞ sè ®iÖn ¸p phãng ®iÖn xung kÝch ®¸nh vµo d©y dÉn bÐ nhÊt cña c¸ch ®iÖn ®−êng d©y. §iÒu kiÖn nµy øng víi khi dßng ®iÖn sÐt v−ît qu¸ møc chÞu sÐt ( møc b¶o vÖ) Ibv cña ®−êng d©y: U 50% I s = Ibv = (8-13) 100 Nh− vËy ®iÒu kiÖn phãng ®iÖn chØ phô thuéc vµo mét tham sè cña phãng ®iÖn sÐt - biªn ®é dßng ®iÖn - mµ kh«ng phô thuéc vµo ®é dèc dßng ®iÖn. X¸c suÊt phãng ®iÖn http://www.ebook.edu.vn 7 Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn.
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn sÏ lµ x¸c suÊt hiÖn dßng ®iÖn sÐt cã trÞ sè ≥ Ibv , x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (1-3) vµ tiÕp theo ®ã tÝnh ®−îc trÞ sè N pd theo c«ng thøc (8-2). Do t×nh h×nh sÐt th−êng chØ ®¸nh vµo mét pha ( pha trªn cïng khi d©y dÉn c¸c pha bè trÝ theo 3 ®Ønh tam gi¸c hoÆc pha bªn khi d©y dÉn bè trÝ trong cïng mÆt ph¼ng ngang) nªn tr−íc tiªn sÏ xÈy ra phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn cña pha ®ã vµ khi ®¹t ®−îc ®iÒu kiÖn duy tr× hå quang sÏ dÉn ®Õn ng¾n m¹ch ch¹m ®Êt mét pha. Nh− vËy viÖc c¾t ®iÖn do sÐt cßn phô thuéc vaß ph−¬ng thøc nèi ®Êt cña ®iÓm trung tÝnh. §èi víi l−íi ®iÖn cã ®iÓm trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt ( th−êng lµ c¸c l−íi ®iÖn ¸p 110kV trë lªn) khi cã ng¾n m¹ch ch¹m ®Êt hÖ thèng b¶o vÖ r¬le sÏ lµm nh¶y m¸y c¾t ®iÖn do ®ã trÞ sè ncd ®−îc tÝnh theo (8-4). VÝ dô ®−êng d©y 110kV cã U 50% ≈ 645kV ( chän theo cùc tÝnh ©m v× phÇn lín c¸c phãng ®iÖn sÐt ®Òu cã cùc tÝnh ©m) sÏ tÝnh ®−îc Ibv = 6,5kV vµ x¸c suÊt phãng ®iÖn v pd = 0,8 . Chuçi c¸ch ®iÖn treo 110kV cã chiÒu dµi kho¶ng 1,2m nªn gra®iÖn cña ®iÖn 110 = 53kV / m vµ x¸c ®Þnh d−îc x¸c suÊt h×nh thµnh hå quang ¸p lµm viÖc Elv 31,2 . η = 0,6 . SuÊt c¾t cña ®−êng d©y 110 kV cét s¾t cã ®é treo cao trung b×nh cña d©y dÉn trªn cïng h = 10m ®i trong vïng cã sè ngµy sÐt hµng n¨m lµ 100 ngµy sÏ cã trÞ sè b»ng ncd = ( 0,06 ÷ 0,09).10100.0,8.0,6 = 28,8 ÷ 43,3 . Sè lÇn c¾t ®iÖn do sÐt nh− vËy lµ qu¸ . lín, do ®ã ®−êng d©y 110 kV khi ®i trong vïng sÐt ho¹t ®éng m¹nh vµ trung b×nh cÇn ph¶i ®−îc b¶o vÖ b»ng ®−êng d©y chèng sÐt. Trong l−íi ®iÖn cã ®iÓm trung tÝnh c¸ch ®iÖn ®èi víi ®Êt ( hoÆc nèi ®Êt qua cuén d©y hå quang), th−êng lµ c¸c l−íi ®iÖn ¸p 35 kV trë xuèng, th× dï cã hå quang ch¹m ®Êt ë mét pha vÉn kh«ng ®−a ®Õn c¾t ®iÖn ®−êng d©y ( khi cã cuén dËp hå quang cã thÓ xem η = 0 ). C¾t ®iÖn do sÐt chØ x¶y ra khi cã phãng ®iÖn ë 2 hoÆc 3 pha vµ ®−a ®Õn ng¾n m¹ch gi÷a c¸c pha. Nghiªn cøu víi ®−êng d©y cã kÕt cÊu nh− ë h×nh 8-5, khi sÐt ®¸nh vµo d©y dÉn ngoµi cïng vµ x¶y ra phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn cña d©y ®ã, dßng ®iÖn sÐt ®−îc t¶n trong ®Êt th«ng qua bé phËn nèi ®Êt cña cét ®iÖn. tÝnh cho tr−êng hîp nguy hiÓm nhÊt lµ khi sÐt ®¸nh vµo d©y dÉn ë chç gÇn cét ®iÖn, lóc nµy khe phãng ®iÖn sÐt xem nh− bÞ ng¾n m¹ch qua ®iÖn trë nèi ®Êt R cña cét ®iÖn vµ dßng ®iÖn sÐt xam nh− bÞ ng¾n m¹ch qua ®iÖn trë nèi ®Êt R cña cét ®iÖn vµ dßng ®iÖn sÐt cã trÞ sè b»ng trÞ sè Is toµn bé I s ( mµ kh«ng ph¶i lµ ). 2 §iÖn ¸p gi¸ng trªn bé phËn nèi ®Êt cã trÞ sè b»ng I s R , ®ã còng lµ ®iÖn ¸p trªn d©y dÉn bÞ sÐt ®¸nh, ®iÖn ¸p trªn th©n vµ xµ cét ®iÖn.§ång thêi trªn c¸c pha kh«ng bÞ sÐt ®¸nh còng cã xuÊt hiÖn ®iÖn ¸p víi trÞ sè k d . I s R mµ k d lµ hÖ sè ngÉu hîp gi÷a d©y kh«ng bÞ sÐt ®¸nh vµ d©y bÞ sÐt ®¸nh khi cã sÐt ®Õn ¶nh h−ëng cña vÇng quang. http://www.ebook.edu.vn 8 Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn.
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn Nh− vËy c¸ch ®iÖn cña d©y dÉn thø hai sÏ ph¶i chÞu ®iÖn ¸p I s R(1 − k d ) vµ sÏ cã phãng ®iÖn trªn ®ã nÕu ®¹t ®iÒu kiÖn: U 50% I s ≥ I bv = ( 8-14) R (1 − k d ) TrÞ sè U 50% lµ møc c¸ch ®iÖn xung kÝch cña d©y dÉn thø hai chän theo cùc tÝnh d−¬ng. Tõ (21-14) cã thÓ thÊy râ t¸c dông quan träng cña nèi ®Êt trong b¶o vÖ chèng sÐt ®èi víi c¸c ®−êng d©y nµy. VÝ dô tÝnh to¸n víi ®−êng d©y 35kV cét s¾t cã trÞ sè U 50% = 350kV , dé cao h = 10m vµ ®i trong vïng sÐt cã nng .s = 100 ngµy/n¨m. §−êng d©y nµy cã hÖ sè ngÉu hîp k d = 0,3 vµ x¸c suÊt h×nh thµnh hå quang η = 0,52 . R = 10Ω NÕu tÝnh víi sÏ ®−îc Ibv = 50kA vµ x¸c suÊt phãng ®iÖn v pd = 0,15 . SuÊt c¾t cña ®−êng d©y trong tr−êng hîp nµy sÏ is b»ng: is ncd = ( 0,06 ÷ 0,09).10100.0,15.0,52 = 4 ,68 ÷ 7 ,02 is . 2 2 TrÞ sè nµy bÐ h¬n nhiÒu so víi so víi cña H×nh 8-5 ®−êng d©y 110kV. NÕu gi¶m ®iÖn trë nèi ®Êt cét ®iÖn tíi møc R = 5Ω th× suÊt c¾t chØ cßn SÐt ®¸nh vµo ®−êng d©y cét s¾t (bª t«ng) kh«ng treo d©y chèng ncd = 0,78 ÷ 0,17 nghÜa lµ gi¶m ®−îc 6 lÇn so víi sÐt trong l−íi ®iÖn cã ®iÓm trung khi R = 10Ω . tÝnh ®Æt c¸ch ®iÖn ( hoÆc nèi ®Êt qua cuén dËp hå quang) Cã thÓ cho r»ng, khi ®−êng d©y ®i qua c¸c vïng ®Êt dÉn ®iÖn tèt viÖc c¶i thiÖn nèi ®Êt ë cét ®iÖn lµ biÖn ph¸p cã hiÖu qu¶ vµ hîp lý nhÊt ®Ó gi¶m sè lÇn c¾t ®iÖn do sÐt g©y nªn. 2. §−êng d©y cét gç: http://www.ebook.edu.vn 9 Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn.
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn Khi sÐt ®¸nh trªn d©y dÉn cña ®−êng d©y cét gç sÏ cã hai kh¶ n¨ng phãng ®iÖn nh− nªu trªn h×nh 8-6. Phãng ®iÖn theo ®−êng a x¶y ra khi b ®¹t ®−îc ®iÒu kiÖn: U50% Is = Ibv = a ( 8-15) a 100 T−¬ng tù nh− vËy khi phãng ®iÖn theo ®−êng b: U 50% I s ≥ I bv = b (8-16) 100(1 − k d ) H×nh 8-6 C¸ch ®iÖn cña hai ®−êng d©y nµy ®Òu SÐt ®¸nh trªn d©y dÉn ®−êng d©y lµ c¸ch ®iÖn tæ hîp gi÷a kh«ng khÝ hoÆc c¸ch cét gç. ®iÖn ®−êng daay víi gç. NÕu tÝnh møc c¸ch ®iÖn xung kÝch cña gç theo 100 / kV / m vµ so s¸nh hai kh¶ n¨ng trªn sÏ thÊy ®−îc Ibv > Ibv nghÜa lµ phãng ®iÖn gi÷a c¸c pha th−êng x¶y ra tr−íc tiªn vµ chØ khi dßng ®iÖn a b sÐt ®ñ lín th× míi cã phãng ®iÖn tiÕp theo xuèng ®Êt. Ngoµi ra theo ®−êng a th× x¸c suÊt h×nh thµnh hå quang t−¬ng ®èi bÐ, vÝ dô ®−êng d©y 110kV cét gç cã chiÒu dµi ®−êng 110 gra®iÖn ®iÖn ¸p lµm viÖc Elv = = 6,4 kV / m nªn hÖ phãng ®iÖn ls kho¶ng 10m, 1043 sè η lb gÇn b»ng kh«ng trong khi ®ã chiÒu dµi kho¶ng 6,5 gra®iÖn 110 = 17kV / m vµ η = 0,2 . Nh− vËy dï cã x¶y ra phãng ®iÖn theo kh¶ n¨ng a Elv = 3.6,5 th× còng kh«ng thÓ ®−a ®Õn c¾t ®iÖn. Do ®ã ®èi víi ®−êng d©y cét gç ( kh«ng treo d©y chèng sÐt vµ kh«ng nèi ®Êt) sè lÇn c¾t ®iÖn do sÐt sÏ tÝnh to¸n theo kh¶ n¨ng phãng ®iÖn gi÷a c¸c pha x¸c ®Þnh bëi (21- 16). VÝ dô ®−êng d©y 110kV cét gç cã U 50% = 1690kV vµ k d = 0,3 th× Ibv = 24 kA vµ b b v pd = 0,4 , suÊt c¾t cña ®−êng d©y cã chiÒu cao h = 10m ®i trong vïng cã nng .s = 100 sÏ cã trÞ sè b»ng: ncd = ( 0,06 ÷ 0,09).10100.0,4.0,2 = 4,8 ÷ 7,2 . Tõ vÝ dô nµy thÊy r»ng, ®−êng d©y cét gç cã tÇn sè c¾t ®iÖn thÊp h¬n nhiÒu so víi ®−êng d©y cét s¾t kh«ng cã d©y chèng sÐt. Khi ®−êng d©y ®i qua vïng ®Êt xÊu, nèi ®Êt gÆp nhiÒu khã kh¨n th× viÖc dïng cét xµ gç lag hîp lý vÒ kinh tÕ kü thuËt v× kh«ng ph¶i ®Çu t− vµo phÇn nèi ®Êt mµ vÉn ®¹t ®−îc møc an toµn vËn hµnh kh¸ cao. §8-4. SÐt ®¸nh trªn ®−êng d©y cã treo d©y chèng sÐt Khi ®−êng d©y cã treo d©y chèng sÐt th× chñ yÕu sÐt sÏ ®¸nh vµo d©y chèng sÐt ngoµi ra cßn mét sè lÇn rÊt Ýt sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn, kh¶ n¨ng http://www.ebook.edu.vn 10 Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn.
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn nµy ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (8-5). Khi sÐt ®¸nh vµo d©y chèng sÐt cÇn ph©n biÖt tr−êng hîp sÐt ®¸nh ë ngay cét ®iÖn hoÆc khu vùc gÇn cét ®iÖn vµ tr−êng hîp sÐt ®¸nh trong kho¶ng v−ît. Trong tr−êng hîp ®Çu, c¸ch ®iÖn ®−êng d©y n»m trong vïng cã ®iÖn tõ tr−êng m¹nh cña khe phãng ®iÖn sÐt vµ ®i qua cét ®iÖn lµ toµn bé dßng ®iÖn sÐt, cßn trong tr−êng hîp sau do c¸ch ®iÖn ë xa nªn kh«ng xÐt ®Õn ¶nh h−ëng cña ®iÖn tõ tr−êng cña khe sÐt, ®ång thêi trÞ sè dßng ®iÖn sÐt còng gi¶m thÊp (»ng 1/2 so víi khi sÐt ®¸nh ë ®Ønh cét) vµ ph¶i chia lµm hai phÇn nh− ®Òu nhau ®i vµo c¸c cét ®iÖn ©n cËn. Gäi n lµ sè lÇn sÐt ®¸nh trªn ®−êng d©y x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (8-4), trÞ sè nµy sÏ ®−îc ph©n bè nh− sau: − Sè lÇn ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn Nα = N . Nα . − Sè lÇn ®¸nh vµo ®Ønh cét hoÆc khu vùc gÇn cét: hc h N c = ( N − N . vα ) =N c (1) l l trong ®ã: hc lµ chiÒu cao cét ®iÖn vµ l chiÒu dµi kho¶ng v−ît. − Sè lÇn sÐt ®¸nh trong kho¶ng v−ît: N1 = N − Nα − N c 1- SÐt ®¸nh vµo d©y chèng sÐt ë khu vùc gÇn cét ®iÖn. §Ó ®¬n gi¶n, xÐt tr−êng hîp sÐt ®¸nh ngay trªn ®Ønh cét ®iÖn ( h×nh 8-7). PhÇn lín dßng ®iÖn sÐt sÏ ®i vµo ®Êt qua bé phËn nèi ®Êt cét ®iÖn, phÇn cßn l¹i sÏ theo d©y ch«ng sÐt ®i vµo c¸c bé phËn nèi is(t) ®Êt cña c¸c cét ®iÖn l©n cËn. §iÖn ¸p t¸c dông lªn c¸ch ®iÖn l l ics ics ics~ 0 ®−êng d©y gåm c¸c thµnh phÇn sau ®©y: − §iÖn ¸p gi¸ng trªn bé phËn nèi ®Êt cét ®iÖn ic . R . ics« ic ics« ic ics − Thµnh phÇn tõ cña ®iÖn c¶m R R R øng, ý nghÜa cña nã gièng nh− khi cã sÐt H×nh 8-7 ®¸nh xuèng ®Êt. Trong tr−êng hîp nµy, SÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét ®iÖn ®−êng d©y cã treo d©y chèng sÐt. thµnh phÇn tõ cña ®iÖn ¸p c¶m øng ®−îc biÓu thÞ ë d¹ng tæng sè c¸c ®iÖn ¸p g©y ra bëi dßng ®iÖn ®i trong cét vµ trong khe phãng ®iÖn sÐt. dic di u cu ( t ) = Ldd . + M dd ( l ) s I (8-7) c dl dt HÖ sè Ldd lµ trÞ sè ®iÖn c¶m cña phÇn cét ®iÖn tõ mÆt ®Êt tíi møc treo d©y dÉn c cßn hµm sè M dd ( l) − hç c¶m gi÷a c¸c khe phãng ®iÖn sÐt víi m¹ch vßng " d©y dÉn - http://www.ebook.edu.vn 11 Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn.
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn ®Êt". TrÞ sè hç c¶m lµ hµm sè cña thêi gian v× chiÒu dµi khe sÐt t¨ng cïng víi sù ph¸t triÓn cña phãng ®iÖn ng−îc. − Thµnh phÇn ®iÖn cña ®iÖn ¸p c¶m øng g©y ra bëi ®iÖn tr−êng cña khe phãng ®iÖn sÐt. Thµnh phÇn nµy ®−îc x¸c ®Þnh gièng nh− ë tr−êng hîp sÐt ®¸nh xuèng ®Êt (§21-2) vµ ký hiÖu lµ ucu ( t ) d − §iÖn ¸p trªn d©y dÉn g©y ra bëi dßng ®iÖn ®i trong d©y chèng sÐt. NÕu ®iÖn ¸p trªn d©y chèng sÐt lµ ucs ( t ) th× thµnh phÇn nµy sÏ b»ng kucs ( t ) mµ k lµ hÖ sè ngÉu hîp gi÷a d©y dÉn víi d©y chèng sÐt hoÆc víi c¸c d©y chèng sÐt. Do qu¸ tr×nh ph¶n x¹ nhÒu lÇn cña sãng tõ c¸c cét l©n cËn lµm gi¶m ®iÖn ¸p trªn d©y chèng sÐt nªn hÖ sè ngÉu hîp cã thÓ lÊy theo trÞ sè h×nh häc mµ kh«ng cÉn xÐt ®Õn ¶nh h−ëng cña vÇng quang. − §iÖn ¸p lµm viÖc cña ®−êng d©y: 2 ulv = U ph.max ( 8-18) π trong ®ã : U ph .max - lµ biªn ®é ®iÖn ¸p pha cña ®−êng d©y. Ba thµnh phÇn ®Çu cña ®iÖn ¸p t¸c dông lªn c¸ch ®iÖn ®−êng d©y cã cïng dÊu vµ khi phãng ®iÖn sÐt cã cùc tãnh ©m th× chóng sÏ lµm cho d©y d·n cã ®iÖn thÕ d−¬ng so víi cét ®iÖn. Thµnh phÇn thø t− ng−îc dÊu nªn lµm gi¶m ®iÖn ¸p tæng trªn c¸ch ®iÖn, cßn thµnh phÇn cuèi cïng chän cïng dÊu víi ba thµnh phÇn ®Çu v× cÇn tÝnh theo ®iÒu kiÖn nguy hiÓm nhÊt. Tãm l¹i khi cã sÐt ®¸nh trªn day chèng sÐt ë khu vùc ®Ønh cét, ®iÖn ¸p trªn c¸ch ®iÖn x¸c ®Þnh ®−îc theo biÓu thøc: dic di + M dd [ l ] s + ucu ( t ) − kucs ( l ) + ulv ucd ( t ) = ic R + Lc d (8-19) dt dt D¹ng sãng tÝnh to¸n cña dßng ®iÖn sÐt lÊy theo d¹ng xiªn gãc is = at . U(t) Sau khi kÕt thóc ®Çu sãng c¸c thµnh c® phÇn c¶m øng gi¶m rÊt nhanh nªn ®iÖn ¸p 2 tæng trªn c¸ch ®iÖn cã d¹ng nh− trªn h×nh 8-8. Thêi gian phãng ®iÖn (ë tr¹m vi ®Çu 1 sãng) t p ®−îc x¸c ®Þnh bëi giao ®iÓm cña ®−êng cong ®iÖn ¸p tæng trªn c¸ch ®iÖn víi t tp ®Æc tÝnh " v«n - gi©y" cña nã. NÕu ®−êng τ®s τ®s cong ®iÖn ¸p trªn c¸ch ®iÖn øng víi ®é dèc H×nh 8-8 x¸c ®Þnh a = a1 th× chÝnh nã quyÕt ®Þnh biªn §iÖn ¸p trªn c¸ch ®iÖn ®−êng d©y øng víi c¸c trÞ sè kh¸c nhau cña ®é dµi ®é nguy hiÓm cña dßng ®iÖn sÐt I s1 = a1 . t p1 . ®Çu sãng dßng ®iÖn (τ ds 2 > τ ds1 ) . Nh− vËy tÊt c¶ c¸c phãng ®iÖn sÐt cã biªn ®é http://www.ebook.edu.vn 12 Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn.
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn dèc a ≥ a1 vµ biªn ®é I s ≥ I s1 ®Òu g©y nªn phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn ®−êng d©y. TiÕn hµnh t−¬ng tù víi c¸c ®é dèc kh¸c a2 , a3 ,... an cã thÓ tÝnh ®−îc c¸c trÞ sè dßng ®iÖn nguy hiÓm t−¬ng øng I s 2 , I s 3 ,... I sn vµ x©y dùng ®−îc " ®−êng cong th«ng sè nguy hiÓm" ( h×nh 8-9). TÊt c¶ c¸c phãng ®iÖn sÐt cã ®é dèc vµ biªn ®é n»m trong vïng cã g¹ch chÐo ®Òu dÉn ®Õn phãng ®iÖn & x¸c suÊt phãng ®iÖn v pd ®−îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së tÝnh to¸n x¸c suÊt phèi hîp gi÷a hai tham sè nµy. C¸c tÝnh to¸n cô thÓ sÏ ®−îc tr×nh bµy trong tµi liÖu h−íng dÉn ®å ¸n. Do tÝnh to¸n phøc t¹p nªn th−êng dïng ph−¬ng ph¸p tÝnh gÇn ®óng. KÕt qu¶ tÝnh to¸n theo (8-19) cho thÊy, ngay c¶ khi cét thÊp ®iÖn ¸p c¶m øng còng ®· v−ît qu¸ thµnh phÇn ®iÖn ¸p ng−îc dÊu g©y ra bëi dßng ®iÖn ®i trong d©y chèng sÐt khiÕn cho ®iÖn ¸p tæng trªn c¸ch ®iÖn bao giê còng lín h¬n ®iÖn ¸p gi¸ng trªn ®iÖn trë nèi ®Êt i c R vµ cßn lín h¬n c¶ trÞ sè is R . Nãi c¸ch kh¸c, sù tån t¹i cña ®iÖn ¸p c¶m øng vÒ mÆt to¸n häc t−¬ng ®−¬ng víi viÖc lµm t¨ng ®iÖn trë nèi ®Êt cét ®iÖn thªm ph©n l−îng ΔR mµ trÞ sè cña nã tû lÖ víi chiÒu cao cét ®iÖn: Δ R = δ hc §iÒu kiÖn phãng ®iÖn ®−îc tÝnh to¸n gÇn ®óng theo c«ng thøc: U 50% I s ≥ Ibv = (8-20) R + δhc ë ®©y: U 50% − §iÖn ¸p phãng ®iÖn xung kÝch bÐ nhÊt cña c¸ch ®iÖn pha. δ − hÖ sè, x¸c ®Þnh trªn c¬ së so s¸nh víi kÕt qu¶ tÝnh theo ph−¬ng ph¸p chÝnh x¸c, cã thÓ lÊy gÇn ®óng: δ = 0,15 khi ®−êng d©y cã hai d©y kA Is chèng sÐt. δ = 30 khi ®−êng d©y cã mét d©y chèng sÐt. b Quan hÖ cña δ víi sè d©y chèng a sÐt hoµn toµn phï hîp víi quy luËt: khi cã hai d©y chèng sÐt hÖ sè ngÉu hîp gi÷a d©y dÉn vµ c¸c d©y chèng sÐt t¨ng nªn thµnh phÇn ®iÖn ¸p kucs ( t ) t¨ng vµ do ®ã KA/μs lµm gi¶m ®iÖn ¸p trªn c¸ch ®iÖn, ngoµi ra trÞ sè tæng trë sãng vµ ®iÖn c¶m cña hÖ H×nh 8-9 hai d©y chèng sÐt gi¶m thÊp lµm cho §−êng cong th«ng sè nguy hiÓm dßng ®iÖn trong d©y chèng sÐt t¨ng vµ cña ®−êng d©y cã treo d©y chèng sÐt. §−êng a- Khi ®iÖn trë nèi ®Êt cét ®iÖnbÐ. dßng ®iÖn trong cét sÏ gi¶m t−¬ng øng... §−êng b- ®iÖn trë nèi ®Êt http://www.ebook.edu.vn 13 Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn.
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn do ®ã ®iÖn ¸p trªn c¸ch ®iÖn cµng ®−îc gi¶m thÊp. X¸c suÊt phãng ®iÖn ®−îc tÝnh to¸n theo (15-3) vµ tiÕp theo ®ã tÝnh ®−îc trÞ sè N pd theo (8-2) vµ ncd theo (8-4). 2. SÐt ®¸nh vµo d©y chèng sÐt ë trong kho¶ng v−ît: Khi sÐt ®¸nh vµo d©y chèng sÐt ë trong kho¶ng v−ît, ë n¬i sÐt ®¸nh còng ®−îc biÓu thÞ b»ng c¸ch ghÐp nèi tiÕp tæng trë sãng Zcs / 2 víi tæng trë sãng Z0 cña khe sÐt vµ trong thêi gian ®Çu ( khi ch−a cã ph¶n x¹ tõ c¸c cét l©n cËn trë vÒ) ®iÖn ¸p trªn d©y chèng sÐt ®−îc tÝnh theo c«ng t−¬ng tù nh− ( 8-12). i s ( t ). Z c s = 1 0 0 is (t ) u cs = (8-21) 4 ( Tæng trë sãng cña d©y ch«ng sÐt cã cïng trÞ sè víi cña d©y dÉn). Khi sãng ®iÖn ¸p truyÒn tíi c¸c cét l©n cËn, do ®iÖn trë nèi ®Êt cét ®iÖn rÊt bÐ so víi tæng trë sãng cña d©y chèng sÐt ( xem nh− bÞ ng¾n m¹ch) nªn sãng sÏ ph¶n x¹ ©m toµn phÇn. §Ó ®¬n gi¶n cho r»ng phãng ®iÖn dïng vµo gi÷a kho¶ng v−ît, nghÜa lµ c¸c sãng ph¶n x¹ cïng trë vÒ ®ång thêi tíi n¬i bÞ sÐt ®¸nh vµ ®iÖn ¸p t¹i ®iÓm nµy ®−îc x¸c ®Þnh gÇn ®óng theo s¬ ®å h×nh 8-10. V× Z cs tæng trë sãng Z0 cã trÞ sè gÇn b»ng 2 nªn t¹i n¬i sÐt ®¸nh sÏ kh«ng x¶y ra khóc ph¶n x¹( ®èi víi sãng tíi còng nh− sãng l/2 ph¶n x¹ tõ c¸c cét l©n cËn trë vÒ) do ®ã Z0 ≈ Zcs/2 Zcs/2 Ucs ®iÖn ¸p trªn d©y chèng sÐt sÏ thay ®æi theo thêi gian nh− trªn h×nh 8 - 11. §iÖn ¸p cùc ®¹i trªn d©y chèng sÐt H×nh 8-10 cã trÞ sè b»ng: S¬ ®å thay thÕ trong tr−êng hîp sÐt ®¸nh gi÷a kho¶ng v−ît a l U cs.max = Zcs 4 v http://www.ebook.edu.vn 14 Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn.
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn Nh− vËy ®iÖn ¸p nµy chØ phô thuéc is(t).Zcs vµo ®é dèc mµ kh«ng phô thuéc vµo biªn 4 ®é dßng ®iÖn sÐt. U D−íi t¸c dông cña truyÒn sãng däc theo d©y chèng sÐt trªn d©y dÉn sÏ xuÊt al Zcs Ucs hiÖn ®iÖn ¸p: 4v U dd = k d .U cs τ=l/v τ®s k d − hÖ sè ngÉu hîp gi÷a d©y dÉn Bãng ph¶n x¹ vµ d©y chèng sÐt ë gi÷a kho¶ng v−ît cã sÐt ®Õn ¶nh h−ëng cña vÇng quang. NÕu lÊy tæng trë sãng Zcs = 400Ω vµ tèc ®é truyÒn sãng v = 300m / μs th× ®iÖn H×nh 8-11 X¸c ®Þnh ®iÖn ¸p ë gi÷a kho¶ng v−ît ¸p t¸c dông lªn phÇn c¸ch ®iÖn kh«ng khÝ gi÷a d©y dÉn vµ d©y chèng sÐt sÏ b»ng: al U cd = (1 − k d ) ( 8-22) 3 LÊy c−êng ®é c¸ch ®iÖn xung kÝch cña khe hë khÝ ( trong ph¹m vi thêi gian ®Çu sãng) kho¶ng 750 kV/m vµ gäi s lµ kho¶ng c¸ch gi÷a d©y dÉn vµ d©y chèng sÐt th× ®iÒu kiÖn phãng ®iÖn ®−îc viÕt theo biÓu thøc: 2250s a≥ (8-23) (1 − k d )l Tõ ®ã cã thÓ tÝnh ®−îc x¸c suÊt phãng ®iÖn theo ( 1-4) vµ tÝnh c¸c trÞ sè N pd vµ ncd . Trong thiÕt kÕ vµ thi c«ng ®−êng d©y, th−êng chän kho¶ng c¸ch ®ñ lín ®Ó tr¸nh ch¹m d©y nªn kh¶ n¨ng phãng ®iÖn ë gi÷a kho¶ng v−ît rÊt Ýt x¶y ra vµ dï cã x¶y ra th× vi x¸c suÊt h×nh thµnh hå quang rÊt bÐ nªn kh¶ n¨ng lµm nh¶y m¸y c¾t ®iÖn kh«ng ®¸ng kÓ so víi tr−êng hîp sÐt ®¸nh vµo d©y chèng sÐt ë khu vùc ®Ønh cét. VÝ dô ®−êng d©y 220 220KV cã kho¶ng c¸ch s = 8m, gra®iªn ®iÖn ¸p lµm viÖc Elv = = 16kV / m sÏ x¸c 3.8 ®Þnh ®−îc η = 0,2 . NÕu chiÒu cao ®−êng d©y 25 m vµ chiÒu dµi kho¶ng v−ît l = 350m th× suÊt c¾t khi ®−êng d©y qua vïng cã sè ngµy sÐt 100 ngµy/n¨m chØ b»ng 0,075. NÕu chiÒu dµi kho¶ng v−ît gi¶m tíi 300m th× sè lÇn c¾t ®iÖn gi¶m ®i 5 lÇn. Kh¶ n¨ng phãng ®iÖn x¶y ra trªn c¸ch ®iÖn cña cét ( khi sÐt ®¸nh vµo d©y chèng sÐt ë trong kho¶ng v−ît) còng rÊt bÐ tuy r»ng c¸ch ®iÖn ë ®©y thÊp h¬n nhiÒu so víi cña khe hë khÝ ë gi÷a kho¶ng v−ît. Nguyªn nh©n chñ yÕu lµ do khi truyÒn vÕ tíi cét ®iÖn, sãng gÆp ph¶i ®iÖn trë nèi ®Êt bÐ nªn ®iÖn ¸p gi¶m thÊp. Nãi chung trong tÝnh to¸n cã thÓ bá qua kh¶ n¨ng nµy trõ tr−êng hîp cét ®iÖn cã trÞ sè ®iÖn trë nèi ®Êt. http://www.ebook.edu.vn 15 Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn.
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn 3. SuÊt c¾t cña ®−êng d©y cã d©y chèng sÐt. SuÊt c¾t cña ®−êng d©y cã treo d©y chèng sÐt ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ⎡ hc ⎤ ⎛ ⎞ hc ncd = ( 0,06 ÷ 0,09) hcs . nng .s ⎢ v pd 1η1 + ⎜ 1 − − vα ⎟ v pd 2η 2 + vα . v pd 3η1 ⎥ (8-24) ⎝ ⎠ ⎣l l ⎦ ë ®©y: hcs − ®é treo cao trung b×nh cña d©y chèng sÐt (m) l − chiÒu dµi kho¶ng v−ît (m) nng .s − sè ngµy cã gi«ng sÐt trong n¨m. v pd 1 − x¸c suÊt phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn khi sÐt ®¸nh trªn d©y chæng sÐt ë khu vùc cét ®iÖn, x¸c ®Þnh gÇn ®óng theo (8-20) vµ ( 1-3). η1 − x¸c suÊt h×nh thµnh hå quang trªn c¸ch ®iÖn ë cét ®iÖn. v pd 2 − x¸c suÊt phãng ®iÖn trong kho¶ng c¸ch kh«ng khÝ gi÷a d©y dÉn vµ d©y ch«ng sÐt ë gi÷a kho¶ng v−ît, x¸c ®Þnh theo (8-23) vµ (1-4). vα − x¸c suÊt sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn, x¸c ®Þnh theo ( 8-5). v pd 8 − x¸c suÊt phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn ( ë cét) khi sÐt ®¸nh vµo d©y dÉn, x¸c ®Þnh theo (8-13) vµ (1-3). §−êng d©y cã treo day chèng sÐt th−êng lµ c¸c ®−êng d©y ®iÖn ¸p tõ 110 KV trë lªn trong c¸c l−íi ®iÖn cã ®iÓm trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt, cét ®iÖn lµ cét s¾t hoÆc bª t«ng. §Ó gi¶m sè lÇn c¾t ®iÖn do sÐt cã thÓ dïng c¸c biÖn ph¸p sau ®©y: − Gi¶m x¸c suÊt phãng ®iÖn v pd 1 − b»ng c¸ch gi¶m ®iÖn trë nèi ®Êt cét ®iÖn vµ t¨ng c−êng c¸ch ®iÖn ®−êng d©y. − Gi¶m trÞ sè gãc b¶o vÖ α ®Ó gi¶m kh¶ n¨ng sÐt ®¸nh vµo d©y dÉn. Tr−êng hîp sÐt ®¸nh th¼ng vµo d©y dÉn ®−îc xem lµ nguy hiÓm nhÊt v× rÊt dÔ g©y nªn phãng ®iÖn, nh− ë ®−êng d©y 110kV x¸c suÊt phãng ®iÖn cã thÓ ®¹t tíi 80 % (§ 8-3), ë ®−êng d©y ®iÖn ¸p cao h¬n x¸c suÊt nµy vÉn cßn gi÷ c¸c trÞ sè kh¸ h¬n. Tuy nhiªn cÇn ph¶i so s¸nh vÒ kinh tÕ kü thuËt v× gi¶m gãc b¶o vÖ α sÏ yªu cÇu cét cao vµ lµm t¨ng gi¸ thµnh. §8-4. B¶o vÖ chèng SÐt ®−êng d©y c¸c cÊp ®iÖn ¸p kh¸c nhau: Trong vËn hµnh , sù cè c¾t ®iÖn do sÐt chiÕm tû lÖ lín trong toµnbé sù cè cña hÖ thèng vµ tËp trung trªn c¸c ®−êng d©y t¶i ®iÖn trªn kh«ng. Bëi vËy b¶o vÖ chèng sÐt ®−êng d©y cã tÇm quan träng rÊt lín trong viÖc b¶o ®¶m vËn hµnh an toµn vµ cung cÊp ®iÖn liªn tôc. Do lo¹i sù cè nµy lµ lo¹i sù cè t¹m thêi, sau khi ®· hÕt qu¸ ®iÖn ¸p cã thÓ ®ãng m¹ch l¹i ®Ó tiÕp tôc vËn hµnh, do ®ã viÖc sö dông thiÕt bÞ tù ®éng ®ãng l¹i rÊt thÝch hîp. Kinh nghiÖm vËn hµnh nhiÒu n¨m cho thÊy, ®ãi víi c¸c ®−êng d©y 110kV trë lªn x¸c suÊt thµnh c«ng cña thiÕt bÞ tù ®éng ®ãng l¹i ®Òu ®¹t ®−îc tõ 90% trë lªn lµm cho sè lÇn vµ thêi gian mÊt ®iÖn gi¶m ®i nhiÒu. http://www.ebook.edu.vn 16 Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn.
Kü thuËt cao ¸p. Bé m«n: N¨ng l−îng ®iÖn Trong l−íi ®iÖn cã ®iÓm trung tÝnh c¸ch ®iÖn, viÖc sö dông cuén dËp hå quang còng cã t¸c dông rÊt tèt trong viÖc gi¶m sè lÇn sù cè do sÐt v× nã cã thÓ tù ®éng dËp t¾t hå quang cña ng¾n m¹ch ch¹m ®Êt mét pha. HiÖn nay ë mét sè n−íc vÉn cã c¸c l−íi ®iÖn ¸p tíi 154kV cã ®iÓm trung tÝnh nèi ®Êt qua cuän dËp hå quang, trong c¸c l−íi ®iÖn nµy hÇu hÕt c¸c ng¾n m¹ch ch¹m ®Êt mét pha do sÐt ®Òu ®−îc lo¹i trõ nªn møc ®é an toµn vËn hµnh rÊt cao. B¶o vÖ chèng sÐt cho c¸c ®−êng d©y cét s¾t 35 kV trë lªn ®· ®−îc tr×nh bµy nhiÒu ë c¸c môc trªn, ë ®©y chØ th¶o luËn thªm ®èi víi ®−êng d©y cét gç. §−êng d©y cét gç do cã c−êng ®é c¸ch ®iÖn cao vµ x¸c suÊt h×nh thµnh hå quang bÐ nªn sè lÇn c¾t ®iÖn do sÐt bÐ h¬n nhiÒu so víi ®−êng d©y cét s¾t cã cïng ®iÖn ¸p, do ®ã kh«ng cÇn ph¶i cã c¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ chèng sÐt nµo kh¸c ngoµi viÖc treo d©y chèng sÐt ë ®o¹n tíi tr¹m vµ ®Æt chèng sÐt èng ë nh÷ng n¬i c¸ch ®iÖn yÕu cña ®−êng d©y ( c¸c cét s¾t c¸ biÖt cña ®−êng d©y cét gç, cét ho¸n vÞ thø tù pha, n¬i ®−êng day cã giao chÐo víi c¸c ®−êng d©y ®iÖn lùc, ®iÖn tho¹i v.v...) C¸c ®−êng d©y ®iÖn ¸p thÊp h¬n ( 3 ÷10kV) th−êng dïng cét gç nªn s½n cã kh¶ n¨ng b¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh th¼ng còng nh− chèng sÐt c¶m øng do ®ã còng kh«ng cÇn cã c¸c biÖn ph¸p ®Æc biÖt ngµou viÖc ®Æt chèng sÐt èng t¹i c¸c ®iÓm cã c¸ch ®iÖn yÕu vµ ë ®o¹n tíi tr¹m. http://www.ebook.edu.vn 17 Tr−êng §¹i häc Kü ThuËt c«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn.