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 IX
B¶o vÖ chèng sÐt tr¹m biÕn ¸p
§9-1. Kh¸i niÖm chung:
B¶o vÖ chèng sÐt ®èi víi tr¹m biÕn ¸p cã yªu cÇu cao h¬n nhiÒu so víi ®−êng d©y.
Tr−íc tiªn, phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn trong tr¹m t−¬ng ®−¬ng víi ng¾n m¹ch trªn thanh gãp
vµ ngay c¶ khi cã c¸c ph−¬ng tiÖn b¶o vÖ hiÖn ®¹i còng vÉn ®−a ®Õn sù cè trÇm träng nhÊt
trong hÖ thèng. Ngoµi ra mÆc dï trong kÕt cÊu c¸ch ®iÖn cña thiÕt bÞ th−êng cè g¾ng sao cho
møc c¸ch ®iÖn trong lín h¬n c¸ch ®iÖn ngoµi nh−ng trong vËn hµnh do qu¸ tr×nh giµ cçi cña
c¸ch ®iÖn trong m¹nh h¬n nhiÒu nªn sù phèi hîp cã thÓ bÞ ph¸ ho¹i vµ d−íi t¸c dông cña qu¸
®iÖn ¸p, cã kh¶ n¨ng x¶y ra chäc thñng ®iÖn m«i vµ kh«ng ph¶i chØ lµ phãng ®iÖn men theo
bÒ mÆt cña c¸ch ®iÖn ngoµi. Tuy kh«ng thÓ ®¹t ®−îc møc an toµn tuyÖt ®èi nh−ng khi tÝnh
to¸n chän c¸c biÖn ph¸p chèng sÐt ph¶i cè g¾ng gi¶m x¸c suÊt sù cè tíi giíi h¹n thÊp nhÊt vµ
" chØ tiªu chÞu sÐt cña tr¹m" − sè n¨m vËn hµnh an toµn kh«ng cã xuÊt hiÖn ®iÖn ¸p nguy
hiÓm ®èi víi c¸ch ®iÖn cña tr¹m − ph¶i ®¹t møc hµng tr¨m hoÆc hµng ngµn n¨m.
Néi dung cña b¶o vÖ chèng sÐt tr¹m biÕn ¸p bao gåm b¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh th¼ng vµ
b¶o vÒ chèng sÐt tõ ®−êng d©y truyÒn vµo tr¹m. B¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh th¼ng cho tr¹m ®−îc
thùc hiÖn b»ng cét thu sÐt, d©y thu sÐt nh− ®· tr×nh bµy ë c¸c ch−¬ng XVIII vµ XIX. Trong
ph¹m vi ch−¬ng nµy sÏ dµnh riªng ®Ó nghiªn cøu vÒ chèng sÐt truyÒn tõ ®−êng d©y vµo tr¹m.
Néi dung b¶o vÖ chèng sÐt tr¹m biÕn ¸p bao gåm b¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh th¼ng vµ b¶o
vÖ chèng sÐt tõ ®−êng d©y truyÒn vµo tr¹m. b¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh th¼ng cho tr¹m ®−îc thùc
hiÖn b»ng cét thu sÐt, d©y thu sÐt nh− ®· tr×nh bµy ë c¸c ch−¬ng XVIII vµ XIX. Trong ph¹m
vi ch−¬ng nµy sÏ dµnh riªng ®Ó nghiªn cøu vÒ chèng sÐt truyÒn tõ ®−êng d©y vµo tr¹m.
Møc c¸ch ®iÖn xung kÝch cña tr¹m ®−îc chän theo trÞ sè ®iÖn ¸p d− cña chèng sÐt van
vµ cã chiÒu h−íng ngµy cµng gi¶m thÊp do chÊt l−îng cña lo¹i thiÕt bÞ nµy ®−îc n©ng cao.
Bëi vËy møc c¸ch ®iÖn cña tr¹m kh«ng phô thuéc vµo møc c¸ch ®iÖn ®−êng d©y vµ cßn thÊp
h¬n nhiÒu. VÝ dô tr¹m 110kV cã ®iÖn ¸p thÝ nghiÖm xung kÝch kho¶ng 460 KV trong khi ®ã
trÞ sè ®iÖn ¸p phãng ®iÖn xung kÝch bÐ nhÊt cña chuçi sø ®−êng d©y cét s¾t tíi 650kV tøc lµ
cao h¬n 40% vµ nÕu ®−êng d©y dïng cét xµ gç th× møc c¸ch ®iÖn cña ®−êng d©y tíi 1840kV
nghÜa lµ cao h¬n nhiÒu lÇn so víi c¸ch ®iÖn cña tr¹m.
Qu¸ ®iÖn ¸p do sÐt ®¸nh th¼ng vµo d©y dÉn hoÆc vµo d©y chèng sÐt vµ g©y phãng ®iÖn
ng−îc tíi d©y dÉn hoÆc d−íi h×nh thøc c¶m øng khi sÐt ®¸nh gÇn ®−êng d©y sÏ lan truyÒn tõ
n¬i bÞ sÐt ®¸nh däc theo ®−êng d©y vµo tr¹m biÕn ¸p. Trong qu¸ tr×nh ®ã nÕu biªn ®é cßn gi÷
trÞ sè lín h¬n so víi møc c¸ch ®iÖn ®−êng d©y th× sÏ cã phãng ®iÖn xuèng ®Êt, nghÜa lµ biªn
®é cña sãng qu¸ ®iÖn ¸p khi truyÒn vµo tr¹m ®−îc gi¶m dÇn tíi møc c¸ch ®iÖn ®−êng d©y
()
U50% .
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
§Ó ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn lµm viÖc b×nh th−êng cña chèng sÐt van nh− ®· tr×nh bµy ë
ch−¬ng XX cÇn ph¶ih¹n chÕ dßng ®iÖn sÐt qua nã kh«ng v−ît qu¸ giíi h¹n 5 ÷10kA,
dßng ®iÖn qu¸ lín sÏ lµm cho ®iÖn ¸p d− t¨ng cao ¶nh h−ëng ®Õn sù phèi hîp c¸ch ®iÖn
trong néi bé tr¹m vµ cßn cã thÓ lµm háng chèng sÐt.
Khi sÐt ®¸nh ë xa tr¹m ( c¸ch xa tõ vµi km trë lªn) ®ãng ®iÖn qua chèng sÐt van cã trÞ
sè 2U
Z
t =250%
U
Z mµ U50% lµ møc c¸ch ®iÖn ®−êng d©y vµ Z lµ tæng trë sãng cña nã. Víi
®−êng d©y 110kV sÏ tÝnh ®−îc IKA
csv ==
2650
400 325
.,,
nh−u vËy lµ hoµn toµn cho phÐp. TÝnh
to¸n víi c¸c ®−êng d©y ®iÖn ¸p cao h¬n hoÆc víi ®−êng d©y cét gç cho thÊy yªu cÇu trªn ®Òu
®−îc tho¶ m·n. Khi sÐt ®¸nh gÇn tr¹m do ph¶n x¹ nhiÒu lÇn tõ n¬i sÐt ®¸nh tíi thanh gãp cña
tr¹m nªn dßng ®iÖn sÐt sÏ ph©n bæ tû lÖ nghÞch víi ®iÖn trë nèi ®Êt cét ®iÖn R ë n¬i sÐt ®¸nh
vµ ®iÖn trë cña chèng sÐt van Rcsv ( h×nh 9-1).
II
R
RR
csv s
csv
=+ (9-1).
§iÖn trë cña chèng sÐt van lµ tû sè gi÷a ®iÖn ¸p d−
víi giíi h¹n dßng ®iÖn sÐt th«ng qua nã, VÝ dô ®iÖn trë cña
chèng sÐt van 110kV cã trÞ sè b»ng Rcsv ==
367
10 36 7,Ω.
NÕu nèi ®Êt cét ®iÖn cã trÞ sè 10Ω vµ dßng ®iÖn sÐt tÝnh
theo 150kA th× phÇn dßng ®iÖn qua chèng sÐt van sÏ cã trÞ
sè:
IkA
csv =+=150 10
10 36 7 32 11.,,
nh− vËy lµ v−ît qu¸ giíi h¹n cho phÐp. §Ó dßng ®iÖn kh«ng
v−ît qu¸ giíi h¹n cho phÐp th× nèi ®Êt ë mäi cét ®iÖn trong ®o¹n gÇn tr¹m ph¶i ®¹t ®−îc trÞ
sè rÊt bÐ, nh− trong vÝ dô cña tr¹m 110kV, trÞ sè R ph¶i gi¶m tíi møc < 2,62Ω. NÕu kh«ng
thùc hiÖn ®−îc nèi ®Êt tèt nh− vËy th× cÇn ph¶i lo¹i trõ kh¶ n¨ng sÐt ®¸nh th¼ng vµo d©y dÉn
ë ®o¹n gÇn tr¹m. Víi môc ®Ých ®ã, ®o¹n ®−êng d©y 1 ÷ 2km dÉn ®Õn tr¹m th−êng ®−îc b¶o
vÖ b»ng d©y chèng sÐt hoÆc cét thu sÐt.
ViÖc b¶o vÖ ë ®o¹n tíi tr¹m kh«ng nh÷ng chØ cã t¸c dông ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn lµm viÖc
b×nh th−êng cu¶ chèng sÐt van mµ cßn cã t¸c dông gi¶m ®é dèc sãng truyÒn vµo tr¹m. ë
tr¹m biÕn ¸p, chèng sÐt van ®Æt ë thanh gãp nªn gi÷a nã tíi c¸c thiÕt bÞ lu«n cã mét kho¶ng
c¸ch nhÊt ®Þnh. §iÖn c¶m cña ®o¹n d©y nèi tõ chèng sÐt van tíi thiÕt bÞ vµ ®iÖn dung cña
c¸ch ®iÖn thiÕt bÞ sÏ h×nh thµnh m¹ch dao ®éng L - C lµm cho ®iÖn ¸p ®Æt trªn thiÕt bÞ cã
thÓ v−ît qu¸ trÞ sè ®iÖn ¸p d− cña chèng sÐt van. §é chªnh lÖch nµy cµng lín th× chèng sÐt
van ®Æt cµng xa thiÕt bÞ vµ sãng truyÒn vµo tr¹m cã ®é dèc lín. §Ó cã thÓ dïng sè Ýt chèng
H×nh 9-1
TÝnh to¸n dßng ®iÖn
qua chèng sÐt van
RCSV
ICSV
I
R
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
sÐt van mµ vÉn b¶o vÖ ®−îc toµn bé c¸c thiÕt bÞ trong tr¹m, ph¶i h¹n chÕ ®é dèc sãng b»ng
c¸ch tr−íc khi vµo tr¹m sãng ph¶i ®i qua mét ®o¹n ®−êng cã chiÒu dµi nhÊt ®Þnh, vÇng quang
trªn ®o¹n nµy sÏ lµm gi¶m ®é dèc sãng (xem ch−¬ng 4).
Khi dßng ®iÖn sÐt ®ñ lín ®Ó cã thÓ g©y phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn ®−êng d©y, ®iÖn ¸p
truyÒn vµo tr¹m sÏ cã d¹ng nh− ë h×nh 9-2b. §Ønh nhän ®Çu tiªn cña ®iÖn ¸p kh«ng ¶nh
h−ëng g× v× nã ®−îc mµi mßn d−íi t¸c dông cña vÇng quang trong qu¸ tr×nh truyÒn tíi tr¹m.
§iÓm cùc ®¹i thø hai lµ trÞ sè ®iÖn ¸p gi¸ng trªn ®iÖn trë nèi ®Êt I, R. Vµ nÕu dßng ®iÖn cßn
lín h¬n tøc lµ khi
()
IR 1- k
s ≥U50% cña c¸ch ®iÖn ®−êng d©y th× sÏ xÈy ra phãng ®iÖn trªn
c¸ch ®iÖn pha thø hai vµ ®iÖn ¸p treen nã ®−îc biÓu thÞ nh− trªn h×nh 9-2c − ®iÖn ¸p nh¶y vät
tíi giíi h¹n U50% c¶u ®−êng d©y vµ cã tèc ®é dèc th¼ng ®øng.
Tr−êng hîp sÐt ®¸nh th¼ng vµo cét hoÆc vµo d©y chèng sÐt vµ cã g©y phãng ®iÖn
ng−îc tíi d©y dÉn th× ®iÖn ¸p trªn d©y dÉn còng sÏ cã d¹ng ®Çu sãng vu«ng gãc nh− trªn
h×nh 9-2c cßn biªn ®é cña nã trong qu¸ tr×nh truyÒn vµo tr¹m sÏ gi¶m dÇn tíi møc c¸ch ®iÖn
cña ®−êng d©y.
Tæng hîp c¸c h×nh thøc trªn, cã thÓ chän c¸c tham sè sãng truyÒn vµo tr¹m nh− sau:
− Biªn ®é sãng b»ng møc c¸ch ®iÖn xung kÝch cña ®−êng d©y U50% .
− T¹i n¬i sÐt ®¸nh sãng cã ®é dèc th¼ng ®øng vµ khi truyÒn vµo tr¹m ®é dèc sÏ gi¶m
thÊp d−íi t¸c dông cña vÇng quang ( xem § 4-8 ch−¬ng 4). §é dèc nµy ®−îc x¸c ®Þnh theo
c«ng thøc:
aU
t
U
x
==
50% 50%
Δ
λ
(9-2)
Trong ®ã: U50% −møc c¸ch ®iÖn xung kÝch ®−êng d©y.
x
−®é dµi truyÒn sãng.
λ
−hÖ sè cã trÞ sè b»ng 1
−
β
β
c víi
β
x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (4-54).
Cã thÓ ®¹t møc an toµn tuyÖt ®èi nÕu ®o¹n tíi tr¹m ®−îc b¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh th¼ng
b»ng cét thu sÐt v× nã lo¹i trõ hoµn toµn kh¶ n¨ng sÐt ®¸nh vµo d©y dÉn hoÆc phãng ®iÖn
ng−îc tíi d©y dÉn. Tuy nhiªn b¶o vÖ b»ng cét thu sÐt ®Æt c¸ch ly víi ®−êng d©y sÏ rÊt tèn
kÐm vµ gÆp nhiÒu khã kh¨n nªn ®o¹n tíi tr¹m th−êng ®−îc b¶o vÖ b»ng d©y chèng sÐt víi
c¸c yªu cÇu vÒ nèi ®Êt vµ gãc b¶o vÖ α chÆt chÏ h¬n so víi khi dïng b¶o vÖ ®−êng d©y. ChiÒu
dµi ®o¹n tíi tr¹m ( ®−îc b¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh th¼ng) chän trong kho¶ng 1 ÷ 2 km theo yªu
cÇu truyÒn sãng nh− ®· ph©n tÝch ë trªn.
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
H×nh 9-2
C¸c tr−êng hîp truyÒn sãng vµo tr¹m biÕn ¸p
1. §iÖn ¸p trªn d©y dÉn bÞ sÐt ®¸nh ; 2. §iÖn ¸p trªn d©y dÉn l©n cËn; 3. §Æc tÝnh V«n -gi©y
cña c¸ch ®iÖn ®−êng d©y; 4. §Æc tÝnh V«n -gi©y cã nh©n thªm hÖ sè 1
1−k
S¬ ®å nguyªn lý cña b¶o vÖ tr¹m cho ë h×nh 9-3.
S¬ ®å a øng víi tr−êng hîp ®−êng d©y dïng cét gç, trong s¬ ®å nµy chØ ®Æt d©y
chèng sÐt ë ®o¹n tíi tr¹m. Møc c¸ch ®iÖn ë cét trong ®o¹n nµy gi¶m ®i rÊt nhiÒu, v× th©n cét
gç ®· bÞ nèi t¾t bëi d©y nèi ®Êt cña d©y chèng sÐt. VÝ dô cho ®−êng d©y 110kV, khi treo d©y
chèng sÐt c¸ch ®iÖn chØ cßn phÇn cuèi sø vµ ®o¹n xµ gç 2m vµ cã trÞ sè kho¶ng 850 -900kV
trong khi ®ã ë c¸c cét kh«ng treo d©y chèng sÐt c¸ch ®iÖn cã thÓ ®¹t tíi møc 1840kV. Do ®ã
®oan tíi tr¹m ®−îc xem lµ n¬i c¸ch ®iÖn yÕu cña ®−êng d©y vµ ë ®Çu ®o¹n tíi tr¹m ph¶i ®−îc
b¶o vÖ b»ng chèng sÐt èng PT1. ë phÝa tr¹m cßn ®Æt thªm chèng sÐt èng PT2 lµm nhiÖm vô
b¶o vÖ c¸ch ®iÖn cña m¸y c¾t ®−êng d©y khi nã hë m¹ch ( ®iÖn ¸p t¨ng cao do ph¶n x¹ ë n¬i
hë m¹ch). ChØ dïng PT2 trong tr−êng hîp m¸y c¾t th−êng xuyªn cã chÕ ®é vËn hµnh hë m¹ch
vµ ®Çu kia vÉn cßn ®iÖn ¸p (cung cÊp ®ienÑ hai chiÒu) v× viÖc sö dông nã bÞ h¹n chÕ bëi c¸c
lý do sau ®©y:
Umax=IsR≤U50 % U50% t
U
U
=100IS
3
1 Umax=IsR≥
k
U
−1
%50
4
3
1 2
1 2
=100IS
U
t
a)
b) c)
Umax=100Is
≤
U50%
av t
1
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
−−PT2 kh«ng ®−îc lµm viÖc khi m¸y c¾t ®ãng m¹ch nªn khe hë ngoµi ph¶i chØnh
®Þnh ë kho¶ng c¸ch lín. NÕu PT2 ®éng t¸c nhÇm (phãng ®iÖn khi m¸y c¾t vÉn ®ãng m¹ch)
th× sÏ rÊt nguy hiÓm v× nã ®−a sãng c¾t cã tèc ®é rÊt lín vµo tr¹m ®ång thêi cßn g©y nªn sù
cè ng¾n m¹ch ë thanh gãp lµ mét trong c¸c lo¹i sù cè trÇm träng nhÊt cña hÖ thèng.
− Do PT2 kh«ng ®−îc lµm viÖc khi m¸y c¾t ®ãng m¹ch nghÜa lµ nã ph¶i n»m trong
ph¹m vi b¶o vÖ cña chèng sÐt van. Th−êng PT2 ®Æt ë cét cuèi cña ®−êng d©y, kho¶ng c¸ch tõ
nã tíi chèng sÐt van kh¸ xa nªn yªu cÇu trªn rÊt khã
thùc hiÖn.
§−êng d©y cét s¾t kh«ng treo d©y chèng sÐt
trªn toµn tuyÕn cã s¬ ®å b¶o vÖ ë ®o¹n tíi tr¹m t−¬ng
tù víi s¬ ®å a nh−ng cã thÓ kh«ng ®Æt PT1 v× møc
c¸ch ®iÖn cña cét khi treo d©y chèng sÐt sÏ kh«ng bÞ
gi¶m thÊp nh− trong tr−êng hîp cét gç.
§èi víi ®−êng d©y cét s¾t ®−îc b¶o vÖ b»ng
d©y chèng sÐt toµn tuyÕn th× s¬ ®å b¶o vÖ ë ®o¹n tíi
tr¹m nh− trªn h×nh 9-3b, ë ®©y kh«ng cÇn ®Æt thªm
chèng sÐt èng ngoµi viÖc t¨ng c−êng nèi ®Êt vµ gi¶m
gãc b¶o vÖ α.
ViÖc b¶o vÖ ë ®o¹n tíi tr¹m b»ng d©y chèng
sÐt kh«ng thÓ lo¹i trõ hoµn toµn kh¶ n¨ng sÐt ®¸nh
vµo d©y dÉn ë gÇn tr¹m vµ do ®ã vÉn cã thÓ ®−a vµo
tr¹m sãng cã ®é dèc lín do c¸c phãng ®iÖn ng−îc tõ
d©y chèng sÐt tíi d©y dÉn. Trong tÝnh to¸n chØ tiªu
chÞu sÐt cña tr¹m, c¸c tr−êng hîp ®−îc xem lµ nguy hiÓm ®èi víi c¸ch ®iÖn lµ khi sãng
truyÒn vµo tr¹m cã ®é dèc v −ît qu¸ giíi h¹n an toµn, giíi h¹n nµy x¸c ®Þnh bëi ®Æc tÝnh
xung kÝch cña c¸ch ®iÖn vµ kho¶ng c¸ch tõ ®ã tíi n¬i ®Æt chèng sÐt van ( môc § 9-4). Tõ giíi
h¹n vÒ ®é dèc an toµn sÏ tÝnh ®−îc ®é dµi truyÒn sãng cÇn thiÕt ( xth ) theo c«ng thøc (9-2),
mäi tr−êng hîp cã xuÊt hiÖn ®iÖn ¸p trªn d©y dÉn trong ®o¹n nµy ®Òu xem nh− nguy hiÓm v×
cã thÓ ®−a v¸o tr¹m sãng cã ®é dèc lín.
NÕu ®−êng d©y ®−îc b¶o vÖ b»ng d©y chèng sÐt toµn tuyÕn hoÆc chiÒu dµi phÇn ®−êng
d©y ®−îc b¶o vÖ b»ng d©y chèng sÐt lx
th
≥ th× nguy hiÓm ®èi víi tr¹m chØ x¶y ra khi cã sÐt
®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn vµ khi cã phãng ®iÖn ng−îc tõ d©y chèng sÐt tíi
d©y dÉn trong ph¹m vi ®o¹n xth . Sè c¸c tr−êng hîp nµy hµng n¨m sÏ b»ng:
()
Nhn
xvh
lvv h
lv
cs ng s
th c
pd
c
pd121
006 009 100 1=÷ +−−
⎛
⎝
⎜⎞
⎠
⎟+
⎡
⎣
⎢⎤
⎦
⎥
,,..
.
αα
(9-3)
H×nh 9-3
S¬ ®å nguyªn lý cña b¶o vÖ
chèng sÐt tr¹m biÕn ¸p
a)§−êng d©y cét gç cã treo d©y chèng sÐtë ®o¹n tíi
tr¹m
b)§−êng d©y cã treo d©y chãng sÐt trªn toµn tuyÕn
P
T
1 P
T
2 PB
PB
a)
b)
§o¹n tíi tr¹m ®−îc b¶o vÖ