Tải bản đầy đủ

Bài giảng , bài tập có lời giải , đề thi môn kĩ thuật điện cao áp.

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
HIGH VOLTAGE ENGINEERING
Biên soạn và trình bày: TS. Nguyễn Đức Tường


MỘT SỐ CÂU HỎI GỢI MỞ
1. Phân biệt các loại điện áp sau đây:
Điện áp danh định, định mức, lớn nhất, nhỏ nhất và quá điện áp.
2. Sét đánh vào các phần tử, thiết bị điện trong HTĐ có nguy hiểm không?
3. Làm thế nào để tránh hoặc hạn chế sét đánh vào các phần tử HTĐ?
4. Các nguyên nhân gây ra quá điện áp trong HTĐ?
5. Quá điện áp ảnh hưởng gì tới HTĐ?
6. Làm thế nào để hạn chế số lần và biên độ của quá điện áp?
7. Ngắn mạch trong HTĐ do những nguyên nhân nào?
8. Các dây dẫn pha có cần cách điện với nhau và cách điện với đất không?
9. Cách điện đường dây, cách điện trong trạm biến áp phải tính chọn như thế nào
để có thể làm việc lâu dài và kinh tế nhất?


GIỚI THIỆU HỌC PHẦN KTĐCA


1. Tổng quan về kỹ thuật điện cao áp
2. Phóng điện sét và tham số của phóng điện sét
3. Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp (cấp 1)
4. Quá trình truyền sóng
5. Bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện
6. Bảo vệ quá điện áp cho trạm biến áp và nhà máy điện (cấp 2)
7. Quá điện áp quá độ và các biện pháp hạn chế QAQĐ
8. Tính chọn và phối hợp cách điện trong Hệ thống điện


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản.
2. Cách điện và các thông số cơ bản của cách điện.

3. Điện áp tiêu chuẩn thử nghiệm cách điện.
4. Máy phát cao áp và thử nghiệm cách điện.
5. Phương thức nối đất và lựa chọn phương thức nối đất trong HTĐ.
6. Tính toán nối đất.


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CÁC TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG:
IEC - International Electrical Committy
BSS - Bristan Standard System
IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ANSI - American National Standards Institute

AIEE - The American Institute of Electrical Engineers
CHỮ VIẾT TẮT
BIL - Basic Lightning Impulse Level.

BSL (BSIL) - Basic Switching Impulse Level.
CFO – Cirtical Flashover.


1.1. ĐỊNH NGHĨA và KHÁI NIỆM CƠ BẢN



ĐIỆN ÁP VÀ QUÁ ĐIỆN ÁP_IEC 60038, IEC 60071


Điện áp của Hệ thống


Điện áp danh định Un (Nominal voltage Un): là điện áp dùng để xác nhận một hệ thống [1].
VD: 3 kV; 6 kV; 10 kV; 20 kV; 110 kV; 220 kV; 380 kV; 500 kV…



Điện áp lớn nhất của hệ thống (Highest system voltage US)


Điện áp làm việc lớn nhất giữa các pha (giá trị hiệu dụng RMS) trong điều kiện làm việc bình
thường. Có thể xảy ra bất kỳ thời điểm nào và vị trí nào trong hệ thống [2].

VD: 3,6 kV; 7,2 kV; 12 kV; 24 kV; 123 kV; 245 kV; 420 kV; 550 kV (IEC 60038)


Điện áp nhỏ nhất của hệ thống (Lowest system voltage UL)


Điện áp làm việc nhỏ nhất giữa các pha (giá trị hiệu dụng RMS) trong điều kiện làm việc bình
thường. Có thể xảy ra bất kỳ thời điểm nào và vị trí nào trong hệ thống [2].

Điện áp lớn nhất và nhỏ nhất của hệ thống không bao gồm chế độ quá độ và điều kiện làm
việc bất thường của hệ thống.


ĐIỆN ÁP VÀ QUÁ ĐIỆN ÁP_IEC 60038, IEC 60071


Điện áp của thiết bị


Điện áp định mức Uđm (Rated voltage UR): là điện áp cho bởi nhà sản xuất, để xác định điều
kiện làm việc của một bộ phận hay của thiết bị.



Điện áp lớn nhất của thiết bị (Highest voltage for equipment Um): là điện áp lớn nhất của thiết
bị điện được quy định liên quan đến:


Cách điện,



Các đặc tính khác liên quan đến điện áp lớn nhất được khuyến cáo.

Điện áp lớn nhất của thiết bị là trị số cực đại của điện áp lớn nhất của hệ thống.
VD: 3,6 kV; 7,2 kV; 12 kV; 24 kV; 123 kV; 245 kV; 420 kV…. (IEC 60071-1)

[1]. IEC Std 60038, ‘IEC standard voltages’, vol.6, 2002.
[2]. IEC 60071.1, “INSULATION CO-ORDINATION. PART 1 DEFINITIONS, PRINCIPLES AND RULES”, 2006.


ĐIỆN ÁP VÀ QUÁ ĐIỆN ÁP_IEC 60038, IEC 60071
Quá điện áp (overvoltage)


-

Điện áp bất kỳ giữa dây dẫn pha và đất hoặc dọc theo chiều dài của cách điện, có biên độ (trị
số đỉnh) lớn hơn biên độ điện áp pha lớn nhất của hệ thống [2].
Thường được xác định bằng bội số quá áp Ku (p.u), với:

-

Ku 

2US
3

Hoặc điện áp bất kỳ giữa các dây dẫn pha có biên độ lớn hơn điện áp lớn nhất của hệ thống.
Nguyên nhân gây ra quá điện áp trong HTĐ:
- Chạm đất 1 pha bằng hồ quang,
- Đóng, cắt các phần tử như MBA, ĐZK, Tụ điện…
- Sét đánh gần, trực tiếp vào ĐZK, TBA hay NMĐ.

[1]. IEC Std 60038, ‘IEC standard voltages’, vol.6, 2002.
[2]. IEC 60071.1, “INSULATION CO-ORDINATION. PART 1 DEFINITIONS, PRINCIPLES AND RULES”, 2006.


ĐIỆN ÁP VÀ QUÁ ĐIỆN ÁP_IEC 60038, IEC 60071

Tác hại đối với HTĐ:
- Phóng điện trên cách điện đường dây,
- Lan truyền vào trạm biến áp và nhà máy điện gây nguy hiểm cho cách điện,
- Suy giảm tuổi thọ cách điện,
- Gây ra sự cố ngắn mạch,
- Làm giảm độ tin cậy cung cấp điện,

- Gây mất ổn định HTĐ…


ĐIỆN ÁP VÀ QUÁ ĐIỆN ÁP_IEC 60038, IEC 60071


Phân loại quá điện áp


Quá áp tạm thời (temporary overvoltage_TOV)

Là quá điện áp ở tần số công nghiệp có thời gian tác động tương đối dài (từ 30 ms tới 3600 s).


Quá áp quá độ (transient overvoltage)

Thời gian quá áp ngắn vài mini giây hoặc ngắn hơn, dao động hoặc không dao động, thông
thường gây ra thiệt hại lớn:
-

Quá áp đầu sóng ít dốc (slow-front overvoltage_SFO):

Một chiều, thời gian đỉnh từ 20 s đến 5000 s và thời gian sóng tới 20 ms.
-

Quá áp đầu sóng dốc (fast-front overvoltage_FFO):
Một chiều, thời gian đỉnh từ 0,1 s đến 20 s và thời gian sóng tới 300 s.

-

Quá áp đầu sóng rất dốc (very fast-front overvoltage_VFFO):
Một chiều, thời gian đỉnh tới 0,1 s, có hoặc không có dao động ở tần số từ 30 kHz tới
100 MHz.


PHÂN LOẠI VÀ THAM SỐ CỦA QUÁ ĐIỆN ÁP THEO IEC 60071-1:


ĐIỆN ÁP VÀ QUÁ ĐIỆN ÁP_IEC 60038, IEC 60071


Các loại điện áp sử dụng trong phối hợp cách điện
 Quá điện áp đại diện (Representative Overvoltage)
Quá điện áp đại diện là quá điện áp giả thiết, tạo ra cùng hiệu ứng điện môi trên cách điện với
quá điện áp xảy ra trong điều kiện làm việc thực tế.
 Điện áp chịu đựng_Uw (Withstand Voltage)
Là điện áp chịu đựng của cách điện, được xác định trong điều kiện thử nghiệm mà không xẩy
ra phóng điện (hay còn gọi là Cường độ cách điện).
 Điện áp chịu đựng yêu cầu_Urw (Required Withstand Voltage)
Là điện áp chịu đựng của cách điện trong điều kiện thí nghiệm để chắc chắn rằng cách điện
phải chịu đựng được các loại quá điện áp thực tế trong vận hành.

 Điện áp chịu đựng phối hợp_Ucw (Co-ordination Withstand Voltage)
Là điện áp chịu đựng của mỗi một loại điện áp, ứng với cấu trúc cách điện trong thực tế.


ĐIỆN ÁP VÀ QUÁ ĐIỆN ÁP_IEC 60038, IEC 60071


Các loại điện áp sử dụng trong phối hợp cách điện
 Điện áp chịu đựng định mức (Rate Withstand Voltage)
Là giá trị điện áp thử nghiệm áp dụng một loại điện áp chịu đựng tiêu chuẩn nào đó để chứng minh rằng
cách điện phù hợp với một hoặc nhiều loại điện áp yêu cầu. Điện áp này là một giá trị định mức của
cách điện cho một thiết bị điện.

 Điện áp chịu đựng định mức tiêu chuẩn (Standard Rate Withstand Voltage)
Là điện áp chịu đựng mức được tiêu chuẩn hóa. Ví dụ như trị số điện áp chịu đựng xung định mức tiêu
chuẩn ghi trong bảng


1.2. CÁCH ĐIỆN và THÔNG SỐ CỦA CÁCH ĐIỆN


1.2 CÁCH ĐIỆN VÀ THÔNG SỐ CỦA CÁCH ĐIỆN

 Nhiệm vụ:
o Cách ly các phần dẫn điện với nhau,
o Cách ly các bộ phận có điện áp với phần không có điện áp,
o Cách ly bộ phận có điện áp với đất,
 Phân loại cách điện:
oTheo vị trí:
 Cách điện ngoài (external insulation)
Là cách điện đặt trong không khí hoặc dọc theo bề mặt của cách điện rắn tiếp xúc với
không khí và chịu tác động trực tiếp từ môi trường khí quyển như ô nhiễm, độ ẩm, áp
suất...
 Cách điện trong (internal insulation)
Là phần cách điện rắn, lỏng, khí của thiết bị điện được bảo vệ bằng vỏ kín, tránh sự tác
động của khí quyển và các tác động khác..


1.2 CÁCH ĐIỆN VÀ THÔNG SỐ CỦA CÁCH ĐIỆN

 Phân loại cách điện:
oTheo tính chất:
 Cách điện tự phục hồi (self-restoring insulation)
Tự khôi phục hoàn toàn tính chất cách điện sau phóng điện (hoặc phóng điện bề mặt)
gây ra bởi điện áp hoặc sau một thử nghiệm phóng điện chọc thủng trong khoảng thời
gian ngắn. Loại cách điện này thông thường là cách điện ngoài.
 Cách điện không tự phục hồi (non self-restoring insulation)

Mất tính chất cách điện hoặc không có khả năng phục hồi hoàn toàn tính chất cách điện
sau phóng điện hoặc sau thử nghiệm phóng điện chọc thủng. Loại cách điện này thường
là cách điện trong.
oTheo trạng thái vật chất:
 Khí (không khí, SF6, N…)
 Lỏng (dầu, benzene, Nitrogen lỏng, Silicon lỏng…)
 Rắn (giấy tẩm dầu, gốm, sứ, thủy tinh, silicon, polime…)


1.2 CÁCH ĐIỆN VÀ THÔNG SỐ CỦA CÁCH ĐIỆN

THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CÁCH ĐIỆN
 Đặc điểm:
Chất lượng của một loại cách điện được đánh giá qua cường độ cách điện và độ bền
cách điện theo thời gian làm việc.
 Cường độ cách điện đặc trưng bởi (IEEE 1313):
o Mức cách điện xung sét cơ bản BIL (Basic Lightning Impulse Level)
o Mức cách điện xung đóng cắt cơ bản BSL (Basic Switching impulse Level)

o Điện áp phóng điện tới hạn CFO (Cirtical Flashover Voltage).
 Cường độ cách điện đặc trưng bởi (IEC 60071):
o Điện áp chịu đựng xung sét U90% (Lightning Impulse Withstand Voltage)

o Điện áp chịu đựng xung đóng cắt U90% (Switching impulse Withstand Voltage)
o Điện áp phóng điện trung bình U50% (Cirtical Flasshover Voltage).
o Đặc tính Vôn-giây V-S


1.2 CÁCH ĐIỆN VÀ THÔNG SỐ CỦA CÁCH ĐIỆN

XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CÁCH ĐIỆN

-

Phương pháp tiêu chuẩn (ước định): BIL và BSL là một trị số điện áp (kV) bằng với giá trị
đỉnh của điện áp tiêu chuẩn mà ở đó xác suất phóng điện bằng không (hay trị số điện áp mà
có tổng số lần xẩy ra phóng điện bằng không, tương ứng với xác suất chịu đựng điện áp là
100%), thường được gọi là Điện áp chịu đựng ước định.

-

Phương pháp thống kê: BIL, BSL là trị số điện áp (kV) mà ở đó xác xuất chịu đựng điện áp
là 90% (hay trị số điện áp mà xác suất xảy ra phóng điện trên cách điện băng 10%), thường
được gọi là Điện áp chịu đựng thống kê. BIL và BSL thường sử dụng hàm phân bố tích lũy
Gauss (IEEE) hoặc Weibull (IEC).

-

Điều kiện môi trường để thử nghiệm cách điện:
• Nhiệt độ môi trường 20 oC,
• Áp suất khí quyển 101,3 kPa hoặc 1 at,
• Độ ẩm tuyệt đối 11 gram nước/m3 không khí,

• Thử nghiệm cách điện ướt từ 1 tới 1,5 mm nước/phút.


1.2 CÁCH ĐIỆN VÀ THÔNG SỐ CỦA CÁCH ĐIỆN

XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CÁCH ĐIỆN
Khi biết CFO có thể xác định được BIL hoặc BSL theo biểu thức sau (IEEE):
Hàm Gauss

Hàm Weibull
2

f ( U) 

Trong đó:

f là độ lệch chuẩn của CFO, đặc trưng cho mức
độ phân tán của điện áp phóng điện.

f/CFO = 2%3% cho quá áp khí quyển,
f/CFO = 5% quá áp đóng cắt tính cho cách điện
đường dây,

f/CFO = 7% quá áp đóng cắt tính cho cách điện
trạm biến áp.

1

Z Z
e 2



2  

dU

f ( U)

Z
 (ln 2).( 1)5
4
 1 e

Z
( 1)5
 1  0,5 4


1.2 CÁCH ĐIỆN VÀ THÔNG SỐ CỦA CÁCH ĐIỆN

XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CÁCH ĐIỆN
Khi biết CFO có thể xác định được BIL hoặc BSL theo biểu thức sau (IEC):

U 90%  U 50%  1,3. f
hay

BIL  CFO  1,3. f
BSL  CFO  1,3. f

Với độ lệch chuẩn được xác định theo biểu thức:

f  U 50%  U16%
Trong đó: U16% là điện áp phóng điện ứng với xác suất 16% số lần xẩy ra phóng điện.


1.2 CÁCH ĐIỆN VÀ THÔNG SỐ CỦA CÁCH ĐIỆN

XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CÁCH ĐIỆN
Xây dựng đặc tính Volt-giây (V-S)

Đặc tính V-S của chuỗi cách điện


1.2 CÁCH ĐIỆN VÀ THÔNG SỐ CỦA CÁCH ĐIỆN

XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CÁCH ĐIỆN
Ví dụ: Xác định mức cách điện xung đóng cắt cơ bản của 1 loại cách điện đường dây. Biết
các lần phóng điện cho ở bảng sau:

BSL


1.2 CÁCH ĐIỆN VÀ THÔNG SỐ CỦA CÁCH ĐIỆN

CƯỜNG ĐỘ CÁCH ĐIỆN TIÊU CHUẨN-BIL, BSL
Cường độ cách điện được tiêu chuẩn hóa theo IEC 60071.1, ANSI C92 hoặc IEEE 1313.
Điện áp chịu đựng tiêu chuẩn cho dải I (1 kV < U ≤ 245 kV)_IEC 60071.1.
Chú thích: Nếu giá trị trong ngoặc đơn không đủ đáp ứng các yêu cầu điện áp cách điện pha- pha, thì cần tăng điện áp cách điện lên
mức lớn hơn.
Điện áp lớn nhất _Um
(giá trị hiệu dụng kV)

Điện áp chịu đựng định mức TC tần số công nghiệp
(giá trị hiệu dụng kV)

3,6

10

7,2

20

12

28

24

50

36

70

123

245

(185)
230
(275)
(325)
360
395

Điện áp chịu đựng định mức tiêu chuẩn xung sét_BIL
(giá trị đỉnh kV)
20
40
40
60
60
75
95
95
125
145
145
170
(450)
550
(650)
(750)
850
950


1.2 CÁCH ĐIỆN VÀ THÔNG SỐ CỦA CÁCH ĐIỆN

CƯỜNG ĐỘ CÁCH ĐIỆN TIÊU CHUẨN-BIL, BSL
Điện áp chịu đựng tiêu chuẩn cho dải II (U > 245 kV)_IEC-60071-1.
Chú thích:
* Giá trị đỉnh của điện áp xung thử nghiệm kết hợp với điện áp pha lớn nhất của nguồn nhưng ngược cực tính (Um×√2 / √3).
** Sử dụng cho cách điện pha-đất hoặc pha-pha. Đối với cách điện dọc thì bằng 0,7 điện áp pha lớn nhất của nguồn nhưng ngược cực tính
(0,7×Um×√2/√3).
Điện áp lớn nhất_Um
(giá trị hiệu dụng kV)

Điện áp chịu đựng định mức tiêu chuẩn xung đóng cắt (BSL)
Cách điện dọc*
(giá trị đỉnh kV)

Pha-đất
(giá trị đỉnh kV)

Pha-pha
(Tỉ lệ giá trị đỉnh pha-đất)

850

850

1,5

850

950

1,5

850

850

1,6

950

950

1,5

950

1050

1,5

950

950

1,7

950

1050

1,6

950
1050

1175

1,5

1175

1300

1,7

1175

1425

1,7

1175
1300

1550

1,6

362

420

550

800

Điện áp chịu đựng định mức tiêu
chuẩn xung sét**
(giá trị đỉnh kV)
950
1050
1050
1175
1050
1175
1175
1300
1300
1425
1175
1300
1300
1425
1425
1550
1675
1800
1800
1950
1950
2100


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×