Tập 2: Quá điện áp trong hệ thống điện - Kỹ thuật điện cao áp: Phần 2

Chia sẻ: Hoa La Hoa | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:103

Thêm vào BST

Báo xấu

467
lượt xem 112
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 Tài liệu Kỹ thuật điện cao áp (Tập 2: Quá điện áp trong hệ thống điện) của Hoàng Việt gồm các chương sau: Thiết bị chống sét, bảo vệ chống sét truyền vào trạm phân phối điện, bảo vệ chống sét cho máy điện quay, quá điện áp nội bộ - những tính chất chung của quá điện áp nội bộ trong hệ thống điện, quá điện áp khi chạm đất một pha bằng hồ quang trong lưới có trung tính cách điện, quá điện áp cộng hưởng, các câu hỏi ôn tập môn học “quá điện áp”.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tập 2: Quá điện áp trong hệ thống điện - Kỹ thuật điện cao áp: Phần 2

170 Chöông 6 THIEÁT BÒ CHOÁNG SEÙT 6.1 KHAÙI NIEÄM CHUNG Traïm phaân phoái ngoaøi trôøi, nhaø maùy ñieän, hoaëc caùc thieát bò ñaët taäp trung, coù theå ñöôïc baûo veä choáng seùt ñaùnh tröïc tieáp moät caùch khaù an toaøn baèng caùc coät thu seùt (chöông 3). Nhöng vieäc truyeàn taûi coâng suaát töø caùc nhaø maùy vaø caùc traïm phaân phoái ñeán caùc phuï taûi ôû xa, chuû yeáu laø baèng caùc ñöôøng daây treân khoâng, cho neân vaãn toàn taïi khaû naêng soùng quaù ñieän aùp khí quyeån, xuaát hieän treân caùc ñöôøng daây naøy truyeàn vaøo traïm hay nhaø maùy vaø taùc duïng leân caùc thieát bò ñaët trong ñoù. Maø caùch ñieän trong cuûa caùc thieát bò ñieän coù ñoä beàn xung nhoû hôn ñoä beàn ñieän xung cuûa caùch ñieän ñöôøng daây, cho neân soùng quaù ñieän aùp khí quyeån truyeàn theo ñöôøng daây vaøo coù khaû naêng gaây phoùng ñieän xuyeân thuûng caùch ñieän trong cuûa caùc thieát bò ñieän. Do ñoù, caàn phaûi coù nhöõng thieát bò baûo veä thích hôïp - thieát bò choáng seùt - ñaët ôû nhöõng vò trí hôïp lyù ñeå giaûm soùng quaù ñieän aùp truyeàn töø ñöôøng daây vaøo traïm hoaëc vaøo nhaø maùy ñieän xuoáng döôùi trò soá nguy hieåm cho caùch ñieän cuûa thieát bò ñieän ñaët trong ñoù. Ñeå coù theå laøm ñöôïc nhieäm vuï treân, thieát bò choáng seùt phaûi thoûa maõn caùc yeâu caàu sau: - Do ñaëc tính Volt-giaây cuûa caùch ñieän cuûa MBA ñieän aùp cao, thieát bò quan troïng nhaát vaø ñaét tieàn nhaát cuûa traïm, töông ñoái baèng phaúng neân ñaëc tính Volt- giaây cuûa thieát bò choáng seùt cuõng phaûi töông ñoái baèng phaúng vaø naèm toaøn boä döôùi ñaëc tính Volt-giaây cuûa thieát bò ñieän ñöôïc baûo veä, vôùi ñoä döï tröõ khoaûng 15÷25%. Nhöng maët khaùc, ñieän aùp phoùng ñieän cuûa thieát bò choáng seùt cuõng khoâng ñöôïc nhoû quaù daãn ñeán taùc ñoäng nhaàm khi coù quaù ñieän aùp noäi boä (yeâu caàu naøy ñoái vôùi choáng seùt van coù khe hôû vaø ñieän trôû laøm vieäc baèng vilit). - Thieát bò choáng seùt phaûi coù khaû naêng töï daäp taét nhanh choùng hoà quang cuûa doøng ñieän taàn soá coâng nghieäp keøm theo, tröôùc khi rôle baûo veä taùc ñoäng. Khi coù quaù ñieän aùp khí quyeån, thieát bò choáng seùt laøm vieäc ñeå taûn doøng ñieän seùt xuoáng ñaát, nhö vaäy chaïy qua hoà quang ñoàng thôøi vôùi doøng ñieän seùt laø doøng ñieän taàn soá coâng nghieäp, taïo neân ngaén maïch chaïm ñaát moät pha. Neáu quaù ñieän
171 aùp ñaõ chaám döùt maø hoà quang khoâng bò daäp taét kòp thôøi, coù nghóa laø keùo daøi tình traïng chaïm ñaát thì boä phaän baûo veä rôle seõ laøm vieäc vaø caét ñieän ñöôøng daây. (Yeâu caàu naøy cuõng ñaët ra ñoái vôùi loaïi choáng seùt van coù khe hôû). - Thieát bò choáng seùt phaûi coù ñieän aùp dö thaáp hôn möùc caùch ñieän xung cuûa thieát bò ñieän ñöôïc baûo veä. Khi thieát bò choáng seùt laøm vieäc, doøng ñieän seùt ñi qua ñieän trôû laøm vieäc vaø ñieän trôû noái ñaát cuûa noù, gaây neân treân ñoù moät ñieän aùp giaùng, ñöôïc goïi laø ñieän aùp dö cuûa thieát bò choáng seùt. Chính ñieän aùp dö naøy seõ taùc duïng leân caùch ñieän cuûa thieát bò ñieän ñöôïc baûo veä. Do ñoù, ñeå khoâng xaûy ra phoùng ñieän xuyeân thuûng caùch ñieän cuûa thieát bò, ñieän aùp dö cuûa thieát bò choáng seùt phaûi thaáp hôn möùc caùch ñieän xung cuûa thieát bò ñieän vôùi moät ñoä döï tröõ khoaûng 20÷30%. (Yeâu caàu naøy ñöôïc ñaët ra ñoái vôùi moïi loaïi choáng seùt van). - Thieát bò choáng seùt phaûi laøm vieäc oån ñònh trong moïi ñieàu kieän thôøi tieát töùc laø ñieän aùp phoùng ñieän cuûa chuùng khoâng ñöôïc quaù taûn maïn, gaây khoù khaên cho söï phoái hôïp caùch ñieän. (Yeâu caàu naøy cho loaïi choáng seùt van coù khe hôû). Theo caáu taïo vaø nguyeân lyù laøm vieäc, töø ñôn giaûn ñeán phöùc taïp, coù theå chia ra boán loaïi thieát bò choáng seùt nhö sau: - Khe hôû baûo veä - Thieát bò choáng seùt kieåu oáng - Thieát bò choáng seùt kieåu van coù khe hôû - Thieát bò choáng seùt kieåu van khoâng coù khe hôû, hay coøn goïi laø thieát bò haïn cheá quaù ñieän aùp. 6.2 KHE HÔÛ BAÛO VEÄ Khe hôû khoâng khí giöõa caùc ñieän cöïc daïng thanh, söøng, hình xuyeán, hình caàu... laø loaïi thieát bò choáng seùt ñôn giaûn nhaát. Noù ñöôïc ñaáu song song vôùi thieát bò caàn baûo veä: moät cöïc noái vôùi daây daãn hoaëc ñaàu vaøo cuûa thieát bò, coøn cöïc kia noái ñaát (H.6.2). Khe hôû baûo veä coù öu ñieåm laø caáu taïo ñôn giaûn vaø reû tieàn nhöng khoâng ñaùp öùng ñöôïc phaàn lôùn caùc yeâu caàu kyõ thuaät do caùc nhöôïc ñieåm sau. Tröôùc heát, do ñieän tröôøng giöõa caùc ñieän cöïc khoâng ñoàng nhaát, ñaëc tính Volt-giaây cuûa khe hôû baûo veä raát doáâc trong phaïm vi thôøi gian beù. Trong khi ñoù, ñaëc tính Volt-giaây cuûa caùch ñieän trong cuûa thieát bò ñieän thöôøng töông ñoái baèng phaúng. Nhö vaäy khi soùng quaù ñieän aùp khí quyeån truyeàn vaøo traïm coù bieân ñoä vaø ñoä doác lôùn coù khaû naêng gaây phoùng ñieän xuyeân thuûng caùch ñieän cuûa thieát bò ñöôïc baûo veä trong giai ñoaïn ñaàu soùng (H.6.1).
172 Hình 6.1: Ñaëc tính V - S cuûa caùch ñieän ñöôïc Hình 6.2: a) Khe hôû kieåu thanh; baûo veä (1) vaø cuûa khe hôû (2) b) Khe hôû kieåu söøng Khe hôû baûo veä khoâng coù khaû naêng töï daäp taét hoà quang cuûa löôùi coù doøng ñieän ngaén maïch vöøa vaø lôùn vaø trong tröôøng hôïp ñoù seõ daãn ñeán caét ñieän ñöôøng daây, khoâng baûo ñaûm tính lieân tuïc cung caáp ñieän. Ngoaøi ra söï thay ñoåi ñieàu kieän thôøi tieát coù aûnh höôûng ñeán trò soá ñieän aùp phoùng ñieän cuûa khe hôû baûo veä, coù nghóa laø ñieän aùp phoùng ñieän cuûa noù taûn maïn, ñaëc tính baûo veä khoâng oån ñònh. Do nhöõng nhöôïc ñieåm cô baûn keå treân, khe hôû phoùng ñieän khoâng ñöôïc duøng ñeå baûo veä caùch ñieän trong cuûa caùc thieát bò trong traïm, maø chæ duøng ñeå baûo veä caùch ñieän ñöôøng daây, caùch ñieän ngoaøi cuûa thieát bò, ôû nhöõng nôi caùch ñieän yeáu trong heä thoáng coù doøng ngaén maïch chaïm ñaát beù (heä thoáng coù trung tính caùch ñieän hoaëc noái ñaát qua cuoän daäp hoà quang) hoaëc khi phoái hôïp vôùi caùc thieát bò töï ñoùng laïi ñeå baûo ñaûm cung caáp ñieän lieân tuïc. 6.3 THIEÁT BÒ CHOÁNG SEÙT KIEÅU OÁNG Sô ñoà nguyeân lyù caáu taïo vaø laép ñaët cuûa choáng seùt oáng ñöôïc trình baøy ôû hình 6.3.
173 Hình 6.3 Hình 6.4 Sô ñoà nguyeân lyù Ñieän aùp dö treân choáng seùt oáng caáu taïo cuûa choáng seùt oáng Choáng seùt oáng ñöôïc caáu taïo goàm moät khe hôû phoùng ñieän (st) ñöôïc goïi laø khe hôû trong, ñaët trong moät oáng caùch ñieän. Ñaàu treân cuûa oáng ñöôïc bòt kín bôûi naép kim loaïi giöõ ñieän cöïc thanh, ñaàu döôùi cuûa oáng ñöôïc gaén vôùi ñieän cöïc hình xuyeán ñeå hôû vaø ñöôïc noái ñaát. OÁng caùch ñieän ñöôïc laøm baèng vaät lieäu raén höõu cô nhö phirobakelit hoaëc baèng chaát deûo viniplast laø nhöõng chaát sinh khí maïnh khi tieáp xuùc vôùi hoà quang. Ñaàu bòt kín ñaët caùch daây daãn moät khoaûng khoâng khí Sn - goïi laø khe hôû ngoaøi. Khi bieân ñoä cuûa soùng quaù ñieän aùp khí quyeån truyeàn ñeán choã ñaët choáng seùt oáng vöôït quaù ñieän aùp phoùng ñieän cuûa khe hôû ngoaøi vaø khe hôû trong ( St + Sn ) thì caùc khe hôû naøy bò phoùng ñieän vaø daãn doøng ñieän seùt taûn vaøo ñaát. Khi quaù ñieän aùp chaám döùt, hoà quang duy trì bôûi doøng ñieän taàn soá coâng nghieäp keøm theo, laøm cho chaát sinh khí bò nung noùng, saûn sinh moät löôïng khí lôùn laøm cho aùp suaát trong oáng taêng cao (haøng chuïc at), hoà quang bò thoåi phuït veà phía ñaàu hôû cuûa oáng vaø bò daäp taét khi doøng ñieän keøm theo ñi qua trò soá khoâng. Khi choáng seùt oáng laøm vieäc, doøng ñieän seùt ñöôïc daãn qua boä phaän noái ñaát cuûa noù vaø gaây neân treân ñoù moät ñieän aùp giaùng, ñoù chính laø ñieän aùp dö cuûa choáng seùt oáng, noù taùc duïng leân caùch ñieän cuûa thieát bò ñöôïc baûo veä, do ñoù choáng seùt oáng phaûi ñöôïc noái ñaát toát.
174 Khoaûng caùch cuûa khe hôû trong (St) ñöôïc choïn theo ñieàu kieän daäp taét hoà quang (vì vaäy coøn goïi laø khe hôû daäp hoà quang) vaø khoâng ñieàu chænh ñöôïc. Coøn khoaûng caùch cuûa khe hôû ngoaøi (Sn) ñöôïc choïn theo ñieàu kieän baûo veä caùch ñieän, töùc laø sao cho ñaëc tính Volt-giaây cuûa khe hôû ngoaøi phaûi naèm hoaøn toaøn döôùi ñaëc tính Volt-giaây cuûa caùch ñieän ñöôïc baûo veä, coù tính ñeán khaû naêng laø khi coù quaù ñieän aùp noäi boä thì choáng seùt oáng khoâng ñöôïc taùc ñoäng. Ngoaøi ra, khe hôû ngoaøi coøn coù taùc duïng laø caùch ly choáng seùt oáng vôùi ñieän aùp laøm vieäc ñeå traùnh söï hình thaønh doøng ñieän roø taùc duïng thöôøng xuyeân leân caùch ñieän cuûa choáng seùt oáng. Khe hôû ngoaøi coù theå ñieàu chænh trong moät phaïm vi nhaát ñònh. Choáng seùt oáng chæ laøm vieäc ñaûm baûo trong moät phaïm vi nhaát ñònh cuûa doøng ñieän keøm theo (töùc trò soá cuûa doøng ñieän ngaén maïch chaïm ñaát ñi qua choã ñaët choáng seùt oáng). Neáu doøng ñieän keøm theo quaù beù, löôïng khí sinh ra quaù ít, aùp suaát cuûa noù khoâng ñuû ñeå thoåi taét nhanh choùng hoà quang, laøm keùo daøi tình traïng ngaén maïch chaïm ñaát. Ngöôïc laïi, doøng ñieän keøm theo quaù lôùn thì löôïng khí sinh ra quaù nhieàu, aùp suaát trong oáng taêng cao coù theå laøm noå choáng seùt oáng. Giôùi haïn treân vaø döôùi cuûa doøng ñieän keøm theo phuï thuoäc vaøo caáu taïo cuûa choáng seùt oáng: ñöôøng kính trong cuûa oáng baèng vaät lieäu sinh khi, chieàu daøi cuûa khoaûng caùch trong (St) vaø ñoä beàn cô cuûa choáng seùt oáng. Giaûm chieàu daøi cuûa khoaûng caùch trong, taêng ñöôøng kính cuûa oáng caùch ñieän ñeàu laøm taêng caû hai giôùi haïn cuûa doøng ñieän caét. Choáng seùt oáng ñöôïc cheá taïo cho nhöõng phaïm vi khaùc nhau cuûa doøng ñieän keøm theo. Ñieàu quan troïng laø phaûi ñaûm baûo doøng ñieän ngaén maïch chaïm ñaát taïi nôi ñaët choáng seùt oáng naèm trong phaïm vi giöõa hai giôùi haïn treân vaø döôùi cuûa doøng ñieän caét cho pheùp ñoái vôùi loaïi choáng seùt oáng ñöôïc choïn. Khi choáng seùt oáng laøm vieäc nhieàu laàn, chaát sinh khí bò tieâu hao daàn, ñöôøng kính trong cuûa oáng taêng leân laøm thay ñoåi giôùi haïn cuûa doøng ñieän caét. Do ñoù, khi ñöôøng kính trong taêng khoaûng 20 ñeán 25% so vôùi trò soá ban ñaàu (sau khoaûng 8 ñeán 10 laàn laøm vieäc) thì phaûi thay choáng seùt oáng. Khi laøm vieäc, choáng seùt oáng thaûi ra chaát khí bò ion hoùa, do ñoù khi laép choáng seùt oáng treân coät phaûi chuù yù sao cho khí thoaùt ra khoâng gaây neân phoùng ñieän giöõa caùc pha hoaëc phoùng ñieän ñeán caùc boä phaän noái ñaát. Muoán theá, trong phaïm vi thoaùt khí cuûa choáng seùt oáng phaûi khoâng coù daây daãn cuûa caùc pha khaùc, khoâng coù daây daãn noái ñaát vaø khoâng giao cheùo vôùi phaïm vi thoaùt khí cuûa choáng seùt oáng ñaët ôû caùc pha khaùc. Choáng seùt oáng coù ñaëc tính Volt-giaây töông töï nhö cuûa khe hôû, nghóa laø raát doác trong phaïm vi thôøi gian beù. Do nhöôïc ñieåm ñoù cuõng nhö do khoù baûo ñaûm giôùi haïn doøng ñieän caét, neân choáng seùt oáng khoâng
175 ñöôïc duøng laøm thieát bò baûo veä chính cho traïm. Tuy nhieân, do caáu taïo töông ñoái ñôn giaûn vaø reû tieàn, choáng seùt oáng ñöôïc duøng nhö laø bieän phaùp hoã trôï trong baûo veä traïm (ñaët trong caùc khoaûng vöôït tôùi traïm ñeå haïn cheá doøng seùt qua choáng seùt van), hoaëc ñeå baûo veä cho nhöõng traïm coâng suaát beù, ít quan troïng vaø baûo veä nhöõng nôi caùch ñieän yeáu cuûa ñöôøng daây taûi ñieän (nhö nhöõng nôi baét buoäc phaûi ñaët daây choáng seùt vaø noái ñaát daây choáng seùt taïi caùc coät ñieän treân ñöôøng daây coät goã...). Nhöôïc ñieåm quan troïng cuûa choáng seùt oáng laø phaûi tuaân thuû nghieâm ngaët caùc giôùi haïn cuûa doøng ñieän caét. Nhö vaäy moät maët phaûi cheá taïo nhieàu loaïi choáng seùt oáng cho caùc giôùi haïn doøng caét khaùc nhau, ñieàu naøy laøm phöùc taïp cho vieäc cheá taïo; maët khaùc caàn phaûi kieåm tra ñònh kyø ñöôøng kính trong cuûa oáng vaät lieäu sinh khí, ñieàu naøy gaây khoù khaên cho vieäc vaän haønh. Ñeå boå khuyeát nhöôïc ñieåm treân, ngöôøi ta ñaõ nghieân cöùu cheá taïo loaïi choáng seùt oáng khoâng coù giôùi haïn cuûa doøng caét. Nguyeân lyù caáu taïo cuûa loaïi choáng seùt oáng naøy nhö sau: ñaët khít vaøo khe hôû trong cuûa choáng seùt oáng, giöõa caùc ñieän cöïc moät oáng ñeäm baèng cuøng loaïi vaät lieäu sinh khí nhö vaùch cuûa choáng seùt oáng. Doøng seùt do thôøi gian duy trì ngaén seõ ñi qua deã daøng trong toaøn boä khe hôû giöõa oáng ñeäm vaø vaùch choáng seùt oáng, trong khi ñoù söï sinh khí maõnh lieät trong theå tích raát beù naøy laøm caûn trôû söï ñi qua doøng ñieän keøm theo. Nhö vaäy, söï hao moøn cuûa oáng vaät lieäu sinh khí giaûm raát nhieàu, vaø choáng seùt oáng coù theå ñöôïc ñaët baát kì ôû ñieåm naøo caàn thieát cuûa löôùi, khoâng phuï thuoäc vaøo trò soá cuûa doøng ñieän ngaén maïch. Loaïi choáng seùt oáng phibroââ-bakeâlit duøng vaät lieäu sinh khí laø phibroââ. Ñeå taêng cöôøng ñoä beàn cô, beân ngoaøi oáng phibroââ ñöôïc quaán giaáy taåm bakeâlit vaø ôû maët ngoaøi ñöôïc queùt sôn choáng aåm. Ñaëc ñieåm cuûa loaïi choáng seùt phibroâ- bakeâlit laø ôû ñaàu bòt kín cuûa oáng coù buoàng tröõ khí (H.6.5).
176 Hình 6.5 Choáng seùt oáng loaïi Hình 6.6 Choáng seùt oáng loaïi phibroâ-bakeâlit viniplast Trong thôøi gian coù doøng ñieän ñi qua, aùp suaát khí trong buoàng taêng cao, khi doøng ñieän keøm theo qua trò soá khoâng, cöôøng ñoä sinh khí giaûm, khí töø buoàng sinh khí seõ phuït ra vôùi toác ñoä cao laøm cho hoà quang bò caét ñöùt vaø daäp taét deã daøng. Ñaàu hôû cuûa oáng coøn coù moät löôõi gaø baèng laù kim loaïi, khi daäp hoà quang luoàng khí ñoàng thôøi laøm baät löôõi gaø ra, baùo hieäu choáng seùt oáng ñaõ laøm vieäc. Loaïi choáng seùt oáng viniplast duøng vaät lieäu sinh khí laø nhöïa viniplast- chlorvinil, coù khaû naêng sinh khí toát hôn, ñoä beàn cô cao hôn vaø khoâng huùt aåm, do ñoù coù caáu taïo ñôn giaûn hôn (H.6.6) khoâng caàn lôùp giaáy taåm bakeâlit, khoâng caàn queùt sôn choáng aåm vaø cuõng khoâng caàn buoàng tröõ khí. Vieäc taêng aùp suaát khí ñöôïc thöïc hieän ngay taïi khe hôû giöõa ñieän cöïc thanh vaø vaùch trong cuûa oáng. Loaïi choáng seùt oáng phibroââ-bakeâlit coù khaû naêng daäp hoà quang doøng ñieän keøm theo lôùn nhaát laø 10kA, loaïi choáng seùt oáng viniplast coù theå caét ñöôïc doøng ñieän ñeán 15kA. Vôùi vieäc taêng cöôøng ñoä beàn cô cuûa oáng viniplast baèng caùch quaán vaûi thuûy tinh taåm nhöïa epoxy chòu ñöôïc taùc duïng cuûa ñieàu kieän khí quyeån, ngöôøi ta ñaõ cheá taïo ñöôïc loaïi choáng seùt oáng viniplast taêng cöôøng coù giôùi haïn cuûa doøng ñieän caét ñeán 30kA. 6.4 THIEÁT BÒ CHOÁNG SEÙT VAN (CSV) 6.4.1 Nguyeân lyù caáu taïo vaø nguyeân lyù laøm vieäc cuûa CSV
177 Hình 6.7 Nguyeân lyù caáu taïo CVS Vieäc baûo veä choáng quaù ñieän aùp (QÑA) trong löôùi ñieän cao aùp ñöôïc thöïc hieän bôûi moät toå hôïp nhieàu bieän phaùp, moät trong caùc bieän phaùp ñoù laø ñaët choáng seùt van taïi traïm ñeå haïn cheá bieân ñoä cuûa quaù ñieän aùp, baûo veä caùc thieát bò ñieän trong traïm choáng soùng quaù ñieän aùp truyeàn theo ñöôøng daây taûi ñieän vaøo traïm. Phaàn chính cuûa choáng seùt van goàm moät chuoãi nhieàu khe hôû nhoû noái tieáp nhau vaø gheùp noái tieáp vôùi moät choàng nhieàu ñóa ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng, coøn goïi laø ñieän trôû laøm vieäc. Taát caû ñaët kín trong moät oáng voû söù baûo veä. Khi soùng quaù ñieän aùp truyeàn ñeán choã ñaët choáng seùt van coù bieân ñoä vöôït quaù trò soá ñieän aùp xuyeân thuûng xung cuûa chuoãi khe hôû, thì taïi ñaây seõ xaûy ra phoùng ñieän vaø doøng ñieän xung chaïy qua ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng R, qua boä phaän noái ñaát taûn vaøo ñaát. Doøng ñieän xung naøy gaây neân treân ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng moät ñieän aùp giaùng goïi laø ñieän aùp dö cuûa choáng seùt van. Chính laø ñieän aùp dö naøy taùc duïng leân caùch ñieän cuûa thieát bò ñöôïc baûo veä, neân trò soá cuûa noù phaûi nhoû hôn möùc caùch ñieän xung cuûa thieát bò vôùi moät ñoä döï tröõ nhaát ñònh (20÷30%) ñeå chuù yù ñeán söï gia taêng ñieän aùp do khoaûng caùch truyeàn soùng giöõa nôi ñaët choáng seùt van vaø nôi ñaët thieát bò ñöôïc baûo veä. Khi doøng ñieän xung ñaõ keát thuùc töùc laø khi quaù ñieän aùp ñaõ chaám döùt thì chaïy qua choáng seùt van laø doøng ñieän keøm theo gaây neân bôûi ñieän aùp laøm vieäc taàn soá coâng nghieäp, baûn thaân laø doøng ñieän ngaén maïch chaïm ñaát moät pha. Hoà quang cuûa doøng ñieän naøy phaûi ñöôïc daäp taét khi noù ñi qua trò soá khoâng ñaàu tieân. Ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng, luùc naøy coù trò soá taêng raát cao do ñieän aùp taùc duïng leân CSV ñaõ giaûm nhoû, nhôø ñoù giaûm doøng ñieän keøm theo ñeán giôùi haïn
178 maø khe hôû coù theå daäp taét hoà quang deã daøng. Maët khaùc, khe hôû ñöôïc taïo neân bôûi nhieàu khe hôû nhoû noái tieáp nhau, nhôø ñoù hoà quang cuûa doøng ñieän keøm theo bò chia thaønh nhieàu ñoaïn ngaén tieáp xuùc vôùi nhieàu ñieän cöïc, nguoäi nhanh neân khi doøng ñieän keøm theo qua trò soá 0, taïi caùc ñieän cöïc cuûa khe hôû nhoû quaù trình khöû ion ñöôïc thuaän lôïi laøm cho khaû naêng caùch ñieän cuûa khe hôû ñöôïc phuïc hoài nhanh choùng, taïo ñieàu kieän deã daøng cho vieäc daäp taét hoà quang. 6.4.2 Caùc ñaëc tính cô baûn cuûa CSV vaø phöông höôùng caûi tieán Trò soá lôùn nhaát cuûa ñieän aùp taàn soá coâng nghieäp maø taïi ñoù doøng ñieän keøm theo bò caét ñöùt moät caùch an toaøn, ñöôïc goïi laø ñieän aùp daäp taét U t vaø doøng ñieän keøm theo töông öùng ñöôïc goïi laø doøng ñieän daäp taét It . Söï daäp taét hoà quang cuûa doøng ñieän keøm theo coù theå xaûy ra trong ñieàu kieän ngaén maïch chaïm ñaát moät pha, bôûi vì trong thôøi gian cuøng moät côn doâng coù theå xaûy ra phoùng ñieän treân caùch ñieän cuûa moät pha vaø gaây taùc ñoäng CSV ôû hai pha khaùc. Nhö vaäy, ñieän aùp daäp taét U t phaûi baèng ñieän aùp treân pha khoâng söï coá khi coù chaïm ñaát moät pha. U t = KU ñm (6.1) trong ñoù: K - heä soá phuï thuoäc phöông thöùc laøm vieäc cuûa ñieåm trung tính cuûa löôùi (K = 0,8 ñoái vôùi löôùi coù trung tính noái ñaát tröïc tieáp vaø K = 1,1 ñoái vôùi löôùi coù trung tính caùch ñieän) U ñm - ñieän aùp daây ñònh möùc. Taùc duïng daäp taét hoà quang cuûa chuoãi khe hôû cuûa CSV ñöôïc ñaëc tröng bôûi heä soá taét K t vaø taùc duïng baûo veä cuûa ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng bôûi heä soá baûo veä K bv nhö sau: U pñ: Kt = (6.2) Ut U dö K bv = (6.3) 2U t vôùi U pñ: laø ñieän aùp phoùng ñieän xuyeân thuûng chuoãi khe hôû ôû taàn soá coâng nghieäp. Ñeå caûi thieän taùc duïng baûo veä choáng seùt phaûi giaûm heä soá baûo veä K bv , ñieàu naøy coù theå ñaït ñöôïc theo hai caùch sau (H.6.8):
179 Hình 6.8 Ñaëc tính V-A cuûa CSV vaø caùc bieän phaùp giaûm U dö Caùch 1: Taïo ñöôïc ñaëc tính Volt-Ampe (V-A) baèng phaúng hôn (ñöôøng 2) baèng caùch taêng tính khoâng ñöôøng thaúng cuûa ñieän trôû laøm vieäc cuûa CSV. Caùch 2: Naâng cao ñöôïc doøng daäp taét It baèng caùch caûi thieän tính chaát daäp hoà quang cuûa caùc khe hôû, nhôø ñoù haï thaáp ñaëc tính V-A treân toaøn boä phaïm vi doøng ñieän (ñöôøng 3). CSV coù moät khaû naêng cho qua doøng ñieän nhaát ñònh, töùc laø trò soá giôùi haïn cuûa doøng maø CSV coù theå cho chaïy qua nhieàu laàn maø khoâng laøm thay ñoåi tính chaát ñieän cuûa noù. Khaû naêng cho qua doøng cuûa CSV phuï thuoäc vaøo tính chòu nhieät cuûa ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng. Tröôùc ñaây do khaû naêng cho qua doøng keùm neân CSV khoâng ñöôïc laøm vieäc khi coù QÑANB, töùc laø ñieän aùp xuyeân thuûng phaûi cao hôn trò soá QÑANB coù theå xaûy ra vaø CSV chæ ñöôïc duøng ñeå haïn cheá QÑAKQ. Nghieân cöùu cheá taïo ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng coù ñaëc tính V-A raát doác vaø coù khaû naêng cho qua doøng ñuû cao cuõng nhö nghieân cöùu aùp duïng nhöõng nguyeân taéc môùi daäp taét hoà quang cuûa doøng ñieän keøm theo, hieän nay ñaõ cheá taïo ñöôïc nhöõng loaïi CSV vöøa coù taùc duïng haïn cheá QÑAKQ vöøa coù taùc duïng haïn cheá QÑANB coù thôøi gian duy trì laâu hôn. Ñieàu ñoù môû ra moät trieån voïng tieáp tuïc giaûm thaáp möùc caùch ñieän cuûa trang thieát bò ñieän vaø naâng cao chæ tieâu kinh teá cuûa chuùng. 6.4.3 Khe hôû phoùng ñieän Söï laøm vieäc cuûa CSV baét ñaàu baèng söï phoùng ñieän xuyeân thuûng vaø keát thuùc baèng söï daäp taét hoà quang cuûa doøng ñieän keøm theo taïi ngay caùc khe hôû. Moãi giai ñoaïn laøm vieäc coù nhöõng yeâu caàu rieâng ñoái vôùi khe hôû. Giai ñoaïn phoùng ñieän ñoøi hoûi khe hôû phaûi coù ñaëc tính Volt - giaây töông ñoái baèng phaúng, coù nghóa laø ñieän aùp xung xuyeân thuûng U pñx ít bieán thieân
180 trong moät khoaûng thôøi gian roäng - töø micro - giaây ñeán mili - giaây - vaø ít taûn maïn. Ngoaøi ra U pñx khoâng ñöôïc thay ñoåi sau nhieàu laàn cho qua doøng xung vaø doøng keøm theo ñònh möùc, cuõng nhö khi coù dao ñoäng nhieät ñoä, hoaëc chòu nhöõng taùc duïng cô nhö xoùc laéc va ñaäp vaø rung ñoäng. Khe hôû phoùng ñieän phaûi daäp taét hoà quang cuûa doøng ñieän keøm theo khi qua trò soá khoâng laàn ñaàu tieân. Ñeå thoûa maõn caùc yeâu caàu naøy trong loaïi CSV ñaàu tieân duøng moät chuoãi nhieàu khe hôû nhoû noái tieáp nhau. Do aûnh höôûng cuûa ñieän dung kyù sinh cuûa chuùng ñoái vôùi ñaát laøm cho ñieän aùp xung phaân boá treân caùc khe hôû khoâng ñeàu nhau, raát lôùn ôû veà phía cöïc cao aùp, ñieàu ñoù daãn ñeán söï phoùng ñieän daây chuyeàn (töùc laø laàn löôït keá tieáp nhau töø ñaàu cao aùp trôû ñi) cuûa toaøn boä caùc khe hôû nhoû ôû moät trò soá ñieän aùp beù hôn toång ñieän aùp phoùng ñieän xung cuûa töøng khe hôû nhoû rieâng reõ. ÔÛ ñieän aùp laøm vieäc taàn soá coâng nghieäp lôùn nhaát cho pheùp moãi khe hôû chòu taùc duïng cuûa moät löôïng ñieän aùp töø 1,0÷1,7 kV (trò soá hieäu duïng). Trong giai ñoaïn daäp taét hoà quang, khi doøng ñieän keøm theo qua trò soá khoâng, quaù trình ion hoùa trong caùc khe hôû bò ñình chæ, quaù trình khöû ion ñöôïc taêng cöôøng. Neáu khaû naêng caùch ñieän cuûa khe hôû ñöôïc phuïc hoài nhanh hôn laø toác ñoä phuïc hoài ñieän aùp laøm vieäc thì hoà quang seõ khoâng bò chaùy laïi. Chính laø nhôø caùc ñieän trôû taùc duïng lôùn noái song song vôùi töøng nhoùm khe hôû taïo ñieàu kieän cho söï phuïc hoài ñieän aùp ñeàu ñaën treân caùc khe hôû, loaïi tröø khaû naêng hoà quang chaùy laïi. Caùc loaïi CSV thoâng duïng hieän nay coù khe hôû vôùi caùc nguyeân taéc daäp hoà quang khaùc nhau nhö sau: - Vôùi hoà quang cuûa doøng ñieän keøm theo ñöùng yeân ngay taïi choã khe hôû bò phoùng ñieän xuyeân thuûng cho ñeán khi bò daäp taét (töông öùng loaïi PBC cuûa Nga) - Vôùi hoà quang chaïy quanh trong moät khe hôû hình xuyeán giöõa caùc ñieän cöïc döôùi taùc duïng cuûa töø tröôøng, nhö loaïi PBM (3÷35kV), PBM∆ (110÷500kV) cuûa Nga. - Vôùi hoà quang ñöôïc keùo daøi chuyeån dòch giöõa caùc ñieän cöïc döôùi taùc duïng cuûa töø tröôøng, chieàu daøi cuûa hoà quang taêng leân ñaùng keå (ñeán haøng traêm laàn) nhö loaïi PBT vaø PBPΕ cuûa Nga. a) Khe hôû nhoû coù hoà quang ñöùng yeân ñöôïc taïo neân giöõa hai ñieän cöïc ñoái dieän (H.6.9) daïng tang troáng (1) baèng ñoàng thau, ngaên caùch nhau bôûi moät voøng ñeäm hình xuyeán (2) baèng mica (hoaëc cacton ñieän) coù beà daøy δ = 0, 5 ÷ 0, 6mm .
181 1- Ñieän cöïc daïng tang troáng; 2- Voøng ñeäm mica Hình 6.9: Khe hôû nhoû coù hoà quang ñöùng yeân khi xaûy ra phoùng ñieän xuyeân thuûng Vôùi daïng ñieän cöïc nhö vaäy, ñieän tröôøng trong khe hôû nhoû töông ñoái ñoàng nhaát; maët khaùc lôùp khí moûng toàn taïi giöõa voøng ñeäm mica vaø caùc ñieän cöïc chòu moät cöôøng ñoä ñieän tröôøng cao hôn nhieàu so vôùi cöôøng ñoä tröôøng treân voøng ñeäm mica (do heä soá ñieän moâi cuûa khoâng khí nhoû hôn nhieàu so vôùi mica), neân quaù trình ion hoùa lôùp khí sôùm, cung caáp ñieän töû cho khe hôû khí ñaûm baûo cho söï phoùng ñieän cuûa khe hôû vôùi thôøi gian chaäm treã thoáng keâ beù, vôùi heä soá xung gaàn baèng ñôn vò. Nhö vaäy, öu ñieåm cuûa loaïi khe hôû naøy laø caáu taïo töông ñoái ñôn giaûn vaø tröôøng trong khu vöïc phoùng ñieän ñoàng nhaát. Nhöôïc ñieåm cuûa noù laø söï daäp taét hoà quang trong khe hôû cô sôû vaøo söï phuïc hoài töï nhieân ñoä beàn ñieän giöõa caùc ñieän cöïc, do ñoù giôùi haïn cuûa doøng ñieän keøm theo ñöôïc daäp taét ñaûm baûo töông ñoái beù, chæ vaøo khoaûng It = 80 ÷ 100 A . Trong khi ñoù thì neáu taêng ñöôïc doøng ñieän daäp taét seõ cho pheùp giaûm bôùt trò soá cuûa ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng (giaûm bôùt soá ñóa ñieän trôû), caûi thieän ñöôïc ñaëc tính baûo veä cuûa CSV (giaûm ñöôïc U dö ) vaø môû ra khaû naêng giaûm ñöôïc möùc caùch ñieän xung cuûa trang thieát bò ñieän. b) Khe hôû nhoû coù hoà quang di chuyeån ñaõ cho pheùp naâng cao ñöôïc giôùi haïn cuûa doøng ñieän daäp taét ñaûm baûo leân ñeán 250A (ñöôïc öùng duïng cheá taïo caùc loaïi CSV xeâri PBMΓ vaø PBM cuûa Nga). Nguyeân lyù caáu taïo cuûa loaïi khe hôû naøy cho trong hình 6.10. Moät ñieän cöïc ñóa troøn (4) vaø moät ñieän cöïc hình xuyeán leäch taâm (2) taïo neân moät khe hôû khoâng ñoàng ñeàu nôi heïp nhaát baèng δ , toaøn boä naèm trong töø tröôøng cuûa moät nam chaâm vónh cöûu (5). Khi khe hôû phoùng ñieän döôùi taùc duïng cuûa löïc F taïo ra bôûi töø tröôøng, hoà quang bò ñaåy chaïy troøn trong khe hôû vôùi toác ñoä cao vaø bò laøm nguoäi maõnh lieät, nhôø ñoù khi doøng ñieän keøm theo qua trò soá khoâng ñaàu tieân thì hoà quang bò daäp taét deã daøng vaø khe hôû ñöôïc phuïc hoài ñoä beàn ñieän nhanh hôn nhieàu so vôùi loaïi khe hôû coù hoà quang tónh ñaõ neâu treân.
182 Nhôø daäp taét ñöôïc doøng ñieän keøm theo cao hôn neân cho pheùp giaûm soá ñóa ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng, do ñoù giaûm ñöôïc U dö treân CSV vaø caûi thieän roõ reät heä soá baûo veä cuûa CSV (6.3). 1- Caùc cöïc ñeäm 2- Cöïc hình xuyeán 3- Ñeäm caùch ñieän 4- Cöïc ñóa troøn 5- Nam chaâm δ- Khoaûng caùch beù nhaát giöõa caùc ñieän cöïc Hình 6.10: Khe hôû vôùi hoà quang quay Ñoái vôùi CSV xeâri PBC (khe hôû vôùi hoà quang tónh) K bv = 2, 5 ÷ 2, 7 coøn ñoái vôùi CSV xeâri PBMΓ (khe hôû vôùi hoà quang quay) K bv = 2 coù nghóa laø ôû cuøng moät ñieän aùp daäp taét U t , ñieän aùp dö cuûa loaïi CSV sau giaûm töø 20÷26%. c) Khe hôû vôùi hoà quang bò keùo daøiMoät böôùc tieáp theo giaûm nhoû heä soá baûo veäc coøn K bv = 1, 7 ñaõ ñaït ñöôïc nhôø aùp duïng loaïi khe hôû phoùng ñieän haïn cheá doøng vôùi hoà quang cuûa doøng ñieän keøm theo bò keùo daøi vaø nhôø taùc duïng cuûa töø tröôøng daãn noù vaøo trong nhöõng raõnh heïp vaø bò khöû ion maõnh lieät. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa loaïi khe hôû naøy ñöôïc trình baøy ôû hình 6.11. Hai ñieän cöïc 1 naèm giöõa caùc vaùch cuûa moät buoàng daäp hoà quang 2 vaø trong töø tröôøng cuûa moät nam chaâm vónh cöûu (hoaëc cuûa moät cuoän caûm). Khi khe hôû S giöõa hai ñieän cöïc bò phoùng ñieän xuyeân thuûng, löïc F cuûa töø tröôøng taùc duïng leân hoà quang laøm cho noù di chuyeån vaø bò keùo daøi daàn ra töø vò trí D1 cho
183 ñeán vò trí cuoái cuøng D3 len loûi giöõa nhöõng taám vaùch caùch ñieän 3 cuûa buoàng daäp hoà quang, bò nguoäi ñi vaø bò khöû ion maõnh lieät taïi ñoù. Luùc naøy ñieän trôû cuûa khe hoà quang taêng leân, ñieän aùp giaùng ∆U treân khe hôû phoùng ñieän trôû neân ñuû cao. Trong ñieàu kieän ñoù ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng phaûi haïn cheá doøng ñieän keøm theo ñeán trò soá It khi ñieän aùp baèng U t − ∆U . 1- Caùc ñieän cöïc 2- Buoàng daäp hoà quang 3- Caùc vaùch caùch ñieän cuûa buoàng daäp hoà quang Hình 6.11 Khe hôû vôùi hoà quang bò keùo daøi Doøng ñieän keøm theo cuøng pha vôùi ñieän aùp laøm vieäc cuûa CSV. Vì vaäy sau khi doøng ñieän keøm theo bò caét khi qua trò soá khoâng thì ñieän aùp treân khe hôû cuõng töø trò soá khoâng phuïc hoài daàn theo daïng hình sin taàn soá coâng nghieäp vaø nhö vaäy chaäm hôn raát nhieàu so vôùi söï phuïc hoài ñoä beàn ñieän cuûa khe hôû. ÔÛ ñaây caàn nhaéc laïi vai troø quan troïng trong quaù trình daäp hoà quang cuûa doøng ñieän keøm theo laø söï phuïc hoài ñieän aùp ñeàu ñaën treân taát caû caùc khe hôû nhoû noái tieáp nhau. Ñeå ñaït ñöôïc söï phaân boá ñieän aùp ñeàu ñaën naøy laø nhôø caùc ñieän trôû cao noái taét caùc nhoùm khe hôû nhö ñaõ trình baøy ôû hình 6.7. 6.4.4 Ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng Nhö ñaõ neâu ôû treân, chöùc naêng cuûa choàng ñóa ñieän trôû noái tieáp vôùi chuoãi khe hôû laø, moät maët phaûi coù moät trò soá ñieän trôû raát beù, khi qua noù laø doøng xung lôùn nhaát cho pheùp ñeå sao cho ñieän aùp dö cuûa CSV khoâng vöôït quaù möùc cho
184 pheùp ñoái vôùi caùch ñieän cuûa thieát bò ñöôïc baûo veä, maët khaùc khi QÑA ñaõ keát thuùc, qua noù laø doøng ñieän keøm theo thì noù phaûi coù moät trò soá ñieän trôû raát lôùn ñeå haïn cheá doøng ñieän keøm theo ñeán trò soá ñuû beù ñeå khe hôû coù theå daäp taét ñöôïc hoà quang. Nhö vaäy, ñieän trôû naøy phaûi coù ñaëc tính tính Volt-Ampe khoâng ñöôøng thaúng (H.6.12). Ngoaøi ra noù phaûi coù khaû naêng cho qua nhieàu laàn doøng ñieän xung vaø doøng ñieän keøm theo, töùc laø phaûi coù khaû naêng chòu nhieät ñuû cao. Hình 6.12 Ñaëc tính Volt-Ampe cuûa ñieän trôû laøm vieäc cuûa CSV Ñeå taïo ñöôïc ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng thöôøng duøng caùc vaät lieäu baùn daãn raén coù ñieän daãn taêng raát nhanh khi taêng ñieän aùp taùc duïng. Tröôùc ñaây chöa laâu, vaät lieäu ñöôïc söû duïng vaøo muïc ñích naøy laø cacbua silic SiC (cacborunñum). Haït SiC coù ñieän trôû suaát khoaûng 10−2 Ω.m vaø oån ñònh. Khi ñöôïc ñun noùng treân beà maët haït SiC phuû moät lôùp oxid silic SiO2 , daøy khoaûng 10−5 cm , coù ñieän trôû suaát phuï thuoäc khoâng ñöôøng thaúng vaøo cöôøng ñoä ñieän tröôøng. Khi ñieän aùp taùc duïng beù, cöôøng ñoä ñieän tröôøng thaáp thì ñieän trôû suaát cuûa maøng moûng SiO2 vaøo khoaûng 104 ÷ 106 Ω.m vaø thöïc teá toaøn boä ñieän aùp ñaët leân maøng moûng ñoù, nhöng khi cöôøng ñoä ñieän tröôøng taêng cao, töùc khi chòu taùc duïng cuûa QÑA thì ñieän daãn cuûa maøng moûng taêng raát maïnh vaø trò soá cuûa ñieän trôû laøm vieäc ñöôïc xaùc ñònh chæ bôûi ñieän trôû baûn thaân haït SiC. Ñeå cheá taïo ñóa vilit (duøng cho PBC) ngöôøi ta troän haït SiC vôùi chaát keát dính laø thuûy tinh loûng roài neùn laïi thaønh ñóa vaø nung ñeán nhieät ñoä khoaûng 300°C . Tính chòu nhieät cuûa vilit keùm, neân khi doøng ñieän lôùn ñi qua trong moät thôøi gian daøi thì lôùp maøng moûng SiO2 coù theå bò phaù huûy. Do ñoù caàn quy ñònh giôùi haïn lôùn nhaát cho pheùp cuõng nhö thôøi gian duy trì doøng ñieän. Ví duï, ñoái vôùi ñóa vilit ñöôøng kính 100mm, neáu doøng xung daïng soùng 20/40 S ñi qua thì giôùi haïn cho pheùp laø 10kA, coøn ñoái vôùi doøng ñieän taàn soá coâng nghieäp vôùi thôøi gian duy trì laø nöûa chu kyø thì giôùi haïn cho pheùp khoâng quaù 100A. Ñieàu ñoù chöùng toû CSV coù ñieän trôû laøm vieäc baèng chaát vilit (PBC) khoâng theå laøm vieäc
185 ñoái vôùi phaàn lôùn caùc loaïi quaù ñieän aùp noäi boä, maø thôøi gian duy trì cuûa noù coù theå keùo daøi trong nhieàu chu kyø taàn soá coâng nghieäp. Moät böôùc caûi thieän ñieän trôû laøm vieäc laø cheá taïo ñóa teùc-vit (duøng trong CSV caùc loaïi PBMΓ vaø PBM) baèng caùch troän haït SiC vôùi chaát keát dính laø hoãn hôïp thuûy tinh loûng vaø oxid nhoâm ( Al2O3 ) vaø nung noùng leân ñeán treân 1000°C . ÔÛ nhieät ñoä cao naøy moät phaàn cuûa caùc maøng moûng SiO2 bò boác hôi, ñieàu ñoù laøm xaáu ñi ít nhieàu tính khoâng ñöôøng thaúng cuûa vaät lieäu, nhöng laïi naâng cao raát nhieàu khaû naêng cho qua doøng ñieän, ví duï ñóa tecvit ñöôøng kính 70mm coù theå cho qua doøng ñieän taàn soá coâng nghieäp leân ñeán 750A trong 2mS vaø ñóa tecvit ñöôøng kính 115mm cho qua doøng ñieän 1500A trong 2mS. Do ñoù CSV vôùi ñóa tecvit coù theå duøng vöøa ñeå baûo veä choáng QÑAKQ vöøa ñeå haïn cheá QÑANB. Ñaëc tính V-A cuûa moät ñóa vilit hay tecvit coù theå bieåu dieãn moät caùch gaàn ñuùng theo quan heä. U = CI α (6.4) hoaëc döôùi daïng loâgarit: lg U = lg C + α lg I (6.5) vôùi: C - haèèng soá, tuøy thuoäc tính chaát cuûa vaät lieäu vaø kích thöôùc cuûa ñóa ñieän trôû coù trò soá baèng ñieän aùp giaùng treân ñieän trôû khi doøng qua noù baèng 1A α - heä soá khoâng ñöôøng thaúng cuûa vaät lieäu, coù giaù trò khaùc nhau trong caùc phaïm vi doøng ñieän beù vaø lôùn. Hình 6.13 trình baøy ñaëc tính V-A trong heä toïa ñoä loâgarít: trong ñoù ñoaïn A töông öùng vôùi phaïm vi doøng ñieän beù - doøng ñieän keøm theo vaø phaàn lôùn doøng cuûa QÑA thao taùc. Heä soá α cuûa ñoaïn naøy ñoái vôùi vilit baèng 0,28÷0,3, ñoái vôùi tecvit baèng 0,35÷0,38. Ñoaïn B töông öùng vôùi doøng lôùn qua CSV do QÑAKQ. Heä soá α cuûa ñoaïn naøy ñoái vôùi vilit baèng 0,1÷0,2 coøn ñoái vôùi tecvit baèng 0,15÷0,25. Hình 6.13 Ñaëc tính V-A cuûa ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng goác SiC Nhö ñaõ thaáy tecvit coù theå baûo veä choáng QÑANB khi doøng qua CSV coù theå ñeán 1,5kA thì khi QÑAKQ neáu doøng xung qua CSV ñeán 10kA thì ñieän aùp dö
186 quaù cao, do heä soá khoâng ñöôøng thaúng lôùn, CSV khoù coù theå ñaûm baûo baûo veä ñöôïc caùch ñieän. Ñeå khaéc phuïc nhöôïc ñieåm naøy ngöôøi ta thay ñoåi caáu truùc maïch cuûa CSV nhö sau (H.6.14). Hình 6.14: Sô ñoà maïch phöùc hôïp (a) vaø ñaëc tính V-A cuûa loaïi CSV phöùc hôïp töông öùng (b) caáp U = 500kV Ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng ñöôïc chia thaønh hai nhoùm R1 vaø R2 . Khe hôû K1 ñaáu noái tieáp vôùi R1 Khe hôû K 2 ñaáu song song vôùi R2 Ñieän aùp phoùng ñieän cuûa CSV ñöôïc quyeát ñònh bôûi K1 . Khi coù QÑANB, K1 laøm vieäc doøng qua CSV thöôøng ít khi vöôït quaù 2000A, caû R1 vaø R2 tham gia haïn cheá doøng neân ñieän aùp dö treân CSV ñöôïc giöõ trong giôùi haïn cho pheùp. Ñieän aùp phoùng ñieän xuyeân thuûng cuûa khe hôû K 2 ñöôïc choïn cao hôn ñieän aùp dö treân R2 do ñoù K 2 khoâng phoùng ñieän döôùi taùc duïng cuûa QÑANB. Nhöng khi coù QÑAKQ, doøng qua CSV cao, ñieän aùp giaùng treân nhoùm ñieän trôû R2 vöôït quaù ñieän aùp phoùng ñieän xung cuûa khe hôû K 2 laøm cho khe hôû naøy phoùng ñieän vaø noái taét R2 . Ñieän aùp dö treân CSV do ñoù ñöôïc xaùc ñònh chæ bôûi nhoùm ñieän trôû R1 neân coù trò soá thaáp ñaûm baûo ñöôïc yeâu caàu baûo veä caùch ñieän (ñöôøng 2, H.6.14). Caáu truùc phöùc hôïp naøy ñöôïc aùp duïng cho loaïi CSV xeâri PBMK (cuûa Nga) thöôøng duøng trong löôùi sieâu cao aùp, nôi CSV caàn coù khaû naêng cho qua doøng cao.
187 6.5 THIEÁT BÒ HAÏN CHEÁ QÑA HAY CSV KHOÂNG COÙ KHE HÔÛ Söï naâng cao ñieän aùp ñònh möùc cuûa löôùi chuyeån taûi vaø söï caàn thieát phaûi giaûm möùc caùch ñieän cuûa trong thieát bò ñieän ñoøi hoûi phaûi coù bieän phaùp haïn cheá QÑA nhieàu hôn nöõa. Trong khi ñoù, cho ñeán nay vôùi vieäc duøng caùc thieát bò CSV coù ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng treân cô sôû cacbua silic, do nhöôïc ñieåm cuûa tính khoâng ñöôøng thaúng cuûa vaät lieäu, khoâng theå giaûm möùc QÑA xuoáng thaáp hôn 2U p . Muoán giaûm thaáp hôn nöõa caàn phaûi giaûm ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng, ñieàu naøy daãn ñeán söï taêng ñaùng keå doøng ñieän keøm theo, vöôït quaù khaû naêng daäp taét hoà quang cuûa khe hôû phoùng ñieän. Vôùi vaät lieäu cacbua silic thì khoâng theå boû khe hôû phoùng ñieän ñöôïc, vì döôùi taùc duïng tröïc tieáp cuûa ñieän aùp laøm vieäc pha, doøng taàn soá coâng nghieäp qua ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng quaù lôùn, moät maët gaây toån thaát ñieän naêng lôùn, maët khaùc choùng phaù huûy ñieän trôû. Maø duøng khe hôû, thì nhö ñaõ bieát, coù nhieàu khoù khaên gaén lieàn vôùi söï caàn thieát phaûi giaûm doøng ñieän keøm theo ñeán trò soá maø khe hôû coù theå daäp ñöôïc hoà quang moät caùch chaéc chaén, cuõng nhö phaûi caáu taïo khe hôû sao cho ñaëc tính Volt-giaây cuûa noù baèng phaúng. Keát quaû cuûa haøng loaït coâng trình nghieân cöùu cuûa caùc nhaø khoa hoïc vaät lieäu vaøo cuoái thaäp kyû 70 vaø ñaàu thaäp kyû 80 ñaõ thay theá vaät lieäu baùn daãn goác cacbua silic baèng vaät lieäu baùn daãn goác oxid kim loaïi, chuû yeáu laø oxid keõm ZnO, vöøa coù ñaëc tính Volt-Ampe raát doác trong phaïm vi doøng beù vaø töông ñoái baèng phaúng trong moät phaïm vi bieán ñoåi roäng cuûa doøng ñieän lôùn, vöøa coù khaû naêng cho qua doøng ñuû cao. Vôùi vieäc söû duïng ZnO laøm ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng ñaõ coù theå cho pheùp loaïi boû khe hôû phoùng ñieän, laøm cho caáu taïo thieát bò trôû neân ñôn giaûn hôn, goïn nheï hôn; vaø quan troïng hôn caû laø thieát bò vöøa coù theå duøng ñeå baûo veä choáng QÑAKQ vöøa coù theå duøng ñeå haïn cheá QÑANB, do ñoù noù ñöôïc goïi laø thieát bò haïn cheá QÑA. Ví duï, ôû Lieân Xoâ cuõ, ñaõ cheá taïo ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng goác ZnO döôùi daïng ñóa ñöôøng kính 28mm, daøy 8mm (raát goïn, nhoû so vôùi ñóa vilit vaø tecvit) ñaëc tính Volt-Ampe cuûa noù cho ôû hình 6.15, trong ñoù ñieän aùp cho theo ñôn vò töông ñoái, vôùi giaù trò cô sôû baèng ñieän aùp dö treân ñieän trôû khi doøng qua noù baèng 100A. Heä soá khoâng ñöôøng thaúng cuûa ñieän trôû laøm baèng ZnO raát beù, α = 0, 015 ÷ 0, 04 bao truøm moät phaïm vi doøng ñieän raát roäng töø 10−6 ÷ 102 A (H.6.15a).
188 Hình 6.15 Ñaëc tính V-A cuûa ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng ZnO ôû doøng moät chieàu vaø xung (a) vaø ôû doøng xoay chieàu taàn soá 50Hz (b) Doøng qua ñieän trôû vöôït quaù 500A seõ laøm taêng heä soá khoâng ñöôøng thaúng leân raát nhieàu ( α ≥ 0,1) töùc laøm xaáu ñaëc tính baûo veä cuûa ñieän trôû, laø ñieàu khoâng mong muoán. Söï phuï thuoäc cuûa α vaø C (xem coâng thöùc (6.4)) vaøo doøng qua ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng cho trong baûng 6.1. Baûng 6.1 Trò soá trung bình cuûa caùc tham soá C vaø α cuûa ñieän trôû ZnO i, A 10−4 10−3 10−2 10−1 1 10 100 500 1500 U/U100 0,7 0,74 0,78 0,82 0,86 0,91 1 1,1 1,3 α 0,02 0,03 0,04 0,06 0,1 C/U100 0,86 0,9 0,93 0,26 Ñaëc tính V-A cuûa ñieän trôû ZnO (H.6.15) cho pheùp gheùp tröïc tieáp thieát bò haïn cheá QÑA vaøo daây daãn maø khoâng qua khe hôû phoùng ñieän. Tuy nhieân do khoâng coù khe hôû neân thöôøng xuyeân chaïy qua ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng doøng ñieän taàn soá coâng nghieäp ôû ñieän aùp laøm vieäc, neáu trò soá doøng naøy vöôït quaù moät giôùi haïn naøo ñoù thì seõ laøm cho ñieän trôû quaù noùng coù theå daãn ñeán hö hoûng. Chính ñaây laø nhöôïc ñieåm cuûa loaïi thieát bò haïn cheá quaù ñieän aùp vaø vieäc nghieân cöùu naâng cao khaû naêng choáng giaø coãi cuûa loaïi vaät lieäu baùn daãn vaãn ñang coøn laø vaán ñeà thôøi söï. Doøng chaïy qua thieát bò haïn cheá QÑA ôû cheá ñoä bình thöôøng goàm coù thaønh phaàn ñieän dung vaø thaønh phaàn taùc duïng, khi ñieän aùp chöa vöôït quaù 0, 7U100 thì thaønh phaàn doøng ñieän dung troäi hôn (H.6.15b) khoâng laøm noùng ñieän trôû. Luùc naøy töông öùng vôùi gradient ñieän aùp 1kV/cm. Khi gradient ñieän aùp taêng nhanh laøm taêng ñieän daãn khoâng ñöôøng thaúng vaø thaønh phaàn doøng taùc duïng, do ñoù ñieän trôû ZnO bò noùng leân ñaùng keå. Trò soá tôùi haïn cuûa gradient ñieän aùp laøm vieäc 1,0 kV/cm töông öùng vôùi trò soá doøng lôùn nhaát cho pheùp qua ñieän trôû khoâng
189 ñöôøng thaúng khoaûng 1mA, chuû yeáu laø doøng ñieän daãn. Khaû naêng cho qua doøng cuûa thieát bò haïn cheá QÑA phuï thuoäc vaøo bieân ñoä vaø thôøi gian duy trì doøng qua noù. Voùi xung doøng ngaén 8/20 µS , ñaëc tröng cho QÑAKQ, thì ñieän trôû khoâng bò phaù huûy ngay caû khi doøng xung taùc duïng coù bieân ñoä ñeán 1000÷1500A. Nhöng khi doøng xung coù ñoä daøi soùng lôùn hôn, ñaëc tröng cho taùc duïng cuûa QÑA thao taùc thì ñieän trôû bò nung noùng leân nhieàu. Bieân ñoä cuûa doøng xung daïng naøy coù theå daãn ñeán hö hoûng ñieän trôû, giaûm xuoáng roõ reät vaøo khoaûng 80÷120A. Thieát bò haïn cheá QÑA coù khaû naêng haïn cheá QÑA thao taùc ngaén haïn ñeán möùc 1, 8U p vaø haïn cheá QÑAKQ ñeán möùc (2÷2,4) U p . Ñeå caûi thieän hôn nöõa ñaëc tính baûo veä cuûa thieát bò haïn cheá QÑA, töùc laø giaûm möùc QÑA thao taùc xuoáng thaáp hôn (1,7÷1,8) U p coù theå aùp duïng caùc bieän phaùp sau: - Laøm maùt cöôõng böùc ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng - Duøng khe hôû phoùng ñieän ñeå noái taét moät phaàn cuûa ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng khi QÑA vöôït quaù möùc QÑA thao taùc. Trong tröôøng hôïp naøy trong cheá ñoä laøm vieäc laâu daøi vaø khi coù QÑA thao taùc, doøng ñöôïc xaùc ñònh bôûi toaøn boä caùc ñóa ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng, coøn möùc haïn cheá QÑA töùc laø ñieän aùp dö ñöôïc xaùc ñònh chæ bôûi phaàn caùc ñieän trôû khoâng bò noái taét - Ñaáu thieát bò haïn cheá QÑA caùc pha thaønh hình sao vaø giöõa ñieåm trung tính cuûa hình sao vaø ñaát laép moät khe hôû phoùng ñieän. Trong tröôøng hôïp naøy, doøng ñi qua caùc ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng khoâng chöùa nhöõng soùng haøi taàn soá cao, nhôø ñoù giaûm ñöôïc bieân ñoä cuûa thaønh phaàn doøng ñieän taùc duïng treân 30%, caûi thieän ñöôïc ñieàu kieän laøm vieäc vaø naâng cao thôøi gian phuïc vuï cuûa ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng. Toùm laïi, vôùi vieäc söû duïng thieát bò haïn cheá QÑA cho pheùp giaûm möùc caùch ñieän cuûa trang thieát bò ñieän, giaûm ñöôïc giaù thaønh xaây döïng löôùi ñieän.