Tải bản đầy đủ

Luan van chống sét trong trạm biến áp

Luận văn Thạc sĩ

Chương mở đầu

GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
0.1 Tính cần thiết của đề tài
Trong thị trường cạnh tranh ngày nay, năng lượng điện luôn là một nhu cầu
thiết yếu. Thậm chí nay cả một sự cố nhỏ cũng có thể làm thất thoát hàng triệu đôla. Những sự cố do hiện tượng tự nhiên gây ra cũng ảnh hưởng đáng kể đến chất
lượng điện năng, điển hình là hiện tượng sét.
Sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất hay
giữa các đám mây mang các điện tích khác dấu. Số vụ và cường độ sét đánh thường
được xác định theo quy luật xác suất và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Bên cạnh
đó, hầu hết các công trình điện gồm đường dây và trạm biến áp đều được xây dựng
ngoài trời, kết cấu chủ yếu là kim loại và có chiều cao lớn, là một trong những
nguyên nhân làm tăng nguy cơ tiềm tàng gây ra sự cố bất khả kháng do sét. Sét
đánh vào đường dây làm vỡ sứ và đứt dây, đồng thời lan truyền vào trạm biến áp
gây cháy hỏng các thiết bị, trong đó chủ yếu là máy biến áp, làm gián đoạn cung
cấp điện và gây thiệt hại về kinh tế do phải chi phí cho sửa chữa, ngừng trệ trong
sản xuất và ảnh hưởng đến sinh hoạt của nhân dân.
Việc xác định chính xác khu vực sẽ bị sét đánh là rất khó và không thể đảm
bảo xác suất 100% hướng đi của sét đến hệ thống chống sét, và trên thực tế, do

nguồn kinh phí giới hạn nên cũng không thể lắp đặt thiết bị chống sét ở tất cả mọi
điểm theo dự đoán. Vì vậy, việc nghiên cứu để lựa chọn, áp dụng những biện pháp
hạn chế tác hại của sét đối với từng khu vực, từng đối tượng cụ thể sao cho đảm bảo
cả về kinh tế và kỹ thuật là rất cần thiết không chỉ đối với riêng ngành điện, mà còn
đối với nhiều ngành, nhiều lĩnh vực khác…
Trong thực tế, ở lưới phân phối thì máy biến áp thường được bảo vệ bằng thiết
bị chống sét van. Trong đó, khoảng cách giữa thiết bị chống sét van và đầu cực cao
thế của máy biến áp là hết sức quan trọng. Bởi vì chống sét van còn phải bảo vệ cho
toàn bộ cách điện của trạm, cho nên trong trường hợp tổng quát này giữa chống sét
van và đầu cực máy biến áp cần có một khoảng cách phân cách.

1


Luận văn Thạc sĩ

Xuất phát từ những thực tế trên, đề tài “Định vị trí đặt tối ưu chống sét van
trong lưới phân phối” đi sâu vào nghiên cứu tính toán và xây dựng chương trình
để xác định vị trí đặt chống sét van cấp trung thế dạng MOV cho nhiều loại cấu
hình trạm biến áp khác nhau.
0.2 Nhiệm vụ của luận văn
-

Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc, tính năng kỹ thuật và ưu nhược
điểm của chống sét van.

-

Tổng quan về các phương pháp bảo vệ máy biến áp mạng phân phối.

-

Nghiên cứu phương pháp cải tiến xác định vị trí đặt thiết bị chống sét van
bảo vệ máy biến áp trong mạng phân phối.

-

Áp dụng phương pháp cải tiến để tính toán vị trí đặt chống sét van trong
trạm biến áp.


0.3 Phạm vi nghiên cứu
-

Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý làm việc của chống sét van.

-

Các phương pháp bảo vệ quá áp do sét đối với máy biến áp phân phối và đề
xuất phương pháp cải tiến.

-

Áp dụng phương pháp cải tiến tính toán vị trí đặt chống sét van trong trạm
biến áp.

0.4 Các bước tiến hành
-

Thu thập các tài liệu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài.

-

Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý làm việc của chống sét van kiểu biến
trở ôxít kim loại (MOV).

-

Nghiên cứu các tiêu chuẩn lựa chọn chống sét trên lưới trung thế.

-

Nghiên cứu phương pháp cải tiến xác định vị trí đặt thiết bị chống sét
van bảo vệ máy biến áp trong mạng phân phối.

-

Nghiên cứu phần mềm hỗ trợ Matlab.

-

Xây dựng chương trình hổ trợ người sử dụng xác định vị trí đặt chống
sét van trạm biến áp phân phối

-

Đánh giá và kết luận.

2


Luận văn Thạc sĩ

0.5 Tính mới của đề tài
- Đề xuất phương pháp xác định vị trí lắp đặt hợp lý của chống sét van bảo vệ
trạm biến áp phân phối với các cấu hình khác nhau, đồng thời có xem xét đến
mật độ sét khu vực và các yếu tố ảnh hưởng.
-

Đề xuất phương pháp kiểm tra thời gian trung bình giữa các lần hư hỏng
của máy biến áp (MTBF) đối với cấu hình trạm có sẵn.

-

Xây dựng các phương trình đặc tuyến quan hệ giữa chiều cao vật thể che
chắn, khoảng cách từ đường dây đến vật thể che chắn và hệ số che chắn đối
với đường dây phân phối; các phương trình đặc tuyến quan hệ giữa MTBF, hệ
số che chắn và mật độ sét khu vực nhằm tạo điều kiện cho lập trình tính toán
tự động.

-

Xây dựng chương trình OPSOLA giúp người sử dụng thuận tiện trong
việc xác định khoảng cách phân cách hợp lý, đồng thời kiểm tra được MTBF
của máy biến áp đối với cấu hình trạm một máy biến áp cụ thể.

0.6 Tính thực tiễn đề tài
-

Giúp cho các công ty tư vấn thiết kế điện, các công ty điện lực xác định
vị trí lắp đặt chống sét van hợp lý khi thiết kế trạm biến áp mới

-

Kiểm tra giá trị MTBF của các trạm biến áp có sẵn nhằm đề xuất phương
án thay đổi vị trí lắp đặt chống sét van nếu cần thiết trong khi có xem xét đến
mật độ sét khu vực và các yếu tố ảnh hưởng.

0.7 Nội dung của luận văn
Chương 01: Tổng quan về chống sét van
Chương 02: Các phương pháp xác định vị trí lắp đặt chống sét van bảo vệ trạm
biến áp phân phối
Chương 03: Phương pháp cải tiến xác định vị trí đặt chống sét van bảo vệ trạm
biến áp phân phối
Chương 04: Xây dựng chương trình tính toán và một số bài toán áp dụng
Chương 05: Kết luận

3


Luận văn Thạc sĩ

Chương 01

TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT VAN
1.1. Đặt vấn đề
Mọi thiết bị điện khi lắp đặt đều được dự kiến đưa vào vận hành lâu dài ở một
cấp điện áp xác định và thường được lựa chọn dựa trên điện áp định mức của lưới
điện mà thiết bị đó được đấu nối vào. Tuy nhiên, trong thực tế vận hành, đôi lúc lại
xảy ra quá điện áp tạm thời do nhiều nguyên nhân gây ra, có thể là do các sự cố
chạm đất, do thao tác, do sét..v.v. Trong đó, quá điện áp do sét là nguy hiểm nhất,
bởi vì quá điện áp này rất lớn gây phóng điện đánh thủng cách điện và phá hủy thiết
bị.
Có ba yếu tố quan trọng như nhau có liên quan đến việc bảo vệ quá áp: thiết kế
tổng quan lưới điện, cấp độ cách điện xung cơ bản (BIL) của thiết bị (máy biến áp,
bộ điều áp, dàn tụ bù,.v.v.) trên lưới, thiết bị bảo vệ (chống sét van, dây chống sét).
Khả năng cách điện của hệ thống cơ bản được xác định bởi đặc tính kỹ thuật
của các bộ phận sử dụng (cực cách điện, dây dẫn, v.v..) cộng với cấu trúc, khoảng
cách và tất cả các hệ số khác bao gồm trong việc thiết kế hệ thống. Cách điện của
một hệ thống phải chịu được điện áp tần số nguồn liên tục trong nhiều năm với
nhiều điều kiện khí quyển. Để đảm bảo tính hợp nhất dài hạn của hệ thống, phải
thiết kế cho lưới điện chịu được điện áp cao hơn mức bình thường. Tuy nhiên, về
mặt kinh tế cũng khó thực hiện được lưới điện có khả năng chịu được điện áp cao
như khi có quá áp quá độ.
Tương tự cấp cách điện của thiết bị phân phối được thiết kế để chịu được điện
áp cao hơn bình thường. Phương pháp này có hiệu quả đến một mức nào đó, nhưng
sẽ nhanh chóng đến một giai đoạn mà không thể thêm chi phí để tạo cấp cách điện
BIL cao hơn được nữa vì không khả thi về kinh tế.
Cấp bảo vệ quá áp cần phải bổ sung bằng cách lắp đặt thiết bị bảo vệ để giới
hạn lượng điện áp mà một thiết bị (hay đoạn đường dây) phải chịu. Phương pháp
này còn cho phép giảm cấp độ cách điện của thiết bị, vì có thể dựa vào khả năng
quá áp nhỏ hơn, và nói chung tạo ra một sơ đồ bảo vệ quá áp tiết kiệm hơn. Các

4


Luận văn Thạc sĩ

công ty Điện lực đương nhiên cũng áp dụng các thực tế khác nhau nhưng đều phải
tính đến ba yếu tố cơ bản: phục vụ khách hàng, khả năng chịu đựng điện áp (đặc
biệt là quá áp do sét) và yếu tố kinh tế.
Không thể thiết kế một lưới điện có thể đáp ứng được yêu cầu là mọi quá điện
áp phải dưới mức chịu đựng của cách điện của các thiết bị, bởi vì như thế sẽ làm
cho chi phí vượt quá mức. Do vậy, khi thiết kế một lưới điện, cũng như tính chọn
thiết bị lắp đặt trên lưới là hạn chế tối thiểu các tác hại của quá áp, quy trình này
dựa trên cơ sở phối hợp các quá áp dự kiến và khả năng chịu đựng quá áp của các
thiết bị. Muốn đạt được điều này phải đáp ứng hai bước sau đây :
-

Thiết kế lưới điện thích hợp để kiểm soát và hạn chế tối thiểu các quá áp.

-

Sử dụng các thiết bị bảo vệ quá áp.

Tổng hợp hai bước trên được gọi là bảo vệ quá áp hay phối hợp cách điện.
Khi quá áp lớn quá mức sẽ dẫn đến phóng điện đánh thủng cách điện của thiết
bị, do vậy bảo vệ quá áp bao gồm: thiết kế được phối hợp lưới điện và việc lắp đặt
thích hợp các thiết bị bảo vệ tại các vị trí chiến lược nhằm mục đích hạn chế quá áp
và tránh hoặc giảm thiểu các hư hỏng cách điện.
Thiết kế được phối hợp bao gồm:
-

Hệ thống nối đất phải đảm bảo hiệu quả.

-

Dùng dây, kim thu sét.

-

Điều khiển góc thao tác các máy cắt.

-

Sử dụng các tụ điện xung.

Các thiết bị bảo vệ bao gồm :
-

Khe hở phóng điện.

-

Các loại van chống sét.

Mục tiêu cơ bản của các bảo vệ quá áp trong hệ thống điện là tránh các hư
hỏng cách điện, ngừng làm việc hoặc hư hỏng của thiết bị. Hiện tại, thông thường
sử dụng chống sét van MOV không khe hở để bảo vệ quá áp do sét trên lưới phân
phối.

5


Luận văn Thạc sĩ

1.2 Khái niệm về hiện tượng sét và tình hình dông sét ở Việt Nam
Khái niệm về hiện tượng sét
Hầu hết các nguyên nhân gây ra quá áp đều có tính quá độ, chỉ kéo dài vài
micrôgiây đến vài chu kỳ và có nguồn gốc từ hệ thống hay ngoài hệ thống. Nguồn
bên ngoài chủ yếu là dông sét, một hiện tượng khó dự đoán trước, tạo áp lực đối với
các hệ thống. Các nguồn gốc bên trong chủ yếu do thao tác đóng cắt mạch điện và
sự cố pha đất. Một nguồn phổ biến là đóng cắt cụm tụ điện nhưng những nguồn quá
áp này ít gây áp lực cho thiết bị so với dông sét. Như vậy, mặc dù sóng xung có thể
được phát sinh từ trong hệ thống (ví dụ do đóng cắt), nhưng rõ ràng dông sét vẫn là
nguyên nhân chính có nguy cơ gây ra quá áp có hại cho hệ thống.
Dông sét là nguồn gốc chính của quá áp có hại trên lưới phân phối, nó có thể
được sinh ra do sét đánh trực tiếp hay do cảm ứng. Xung điện áp sinh ra có thể thay
đổi từ tăng tương đối nhỏ đến lớn gấp mấy lần điện áp pha đất bình thường nếu cấp
cách điện của hệ thống cho phép.
Khi sét đánh vào đường dây, một vùng rộng lớn sẽ bị ảnh hưởng xung quanh
vị trí sét đánh, vì điện áp vượt hơn mức cách điện định mức của đường dây và hồ
quang của dòng sét sẽ chạy xuống đất ngay lập tức. Đồng thời, các sóng điện sét
cảm ứng trên dây dẫn sẽ lan truyền đi dọc theo đường dây. Những sóng điện sét này
gồm hai thành phần: điện áp và dòng điện. Biên độ điện áp bằng biên độ dòng điện
nhân với trở kháng sóng của đường dây, trị số này nhỏ hơn điện áp phóng điện hồ
quang của cách điện hệ thống. Các xung này lan truyền trên đường dây trên không
với tốc độ của ánh sáng.
Càng nắm được các đặc tính của sét thì việc lắp đặt các thiết bị bảo vệ càng
hiệu quả. Đây là một lĩnh vực mà các nhà khoa học đã có những bước nghiên cứu
nhiều tiến triển và các kỹ sư thiết kế có thể phân những xung sét thành những dạng
khác nhau dựa vào kích thước và phạm vi của xung quá điện áp. Một xung sét tiêu
biểu có xung đầu sóng rất dốc, có nghĩa là điện áp của nó tăng với tỷ lệ cả triệu vôn
trên một giây. Thực tế 15% các đỉnh của sét xảy ra dưới 1µs. Xung đầu dốc được
nối tiếp bởi một đuôi sóng ngắn, nghĩa là sau khi điện áp đạt đỉnh thì thời gian mà

6


Luận văn Thạc sĩ

sự cố điện áp đó giảm xuống còn một nửa giá trị điện áp đỉnh là trong khoảng thời
gian 200µs và hoàn toàn triệt tiêu trong khoảng 1000µs.
Tính không dự đoán của sét cho thấy rất khó xác định được biên độ các cú
đánh của sét, tuy nhiên thực tế là sẽ có nhiều cú sét đánh liên tục vào một vị trí. Kết
quả quan trắc cho thấy rằng một cơn sét gồm nhiều đợt phóng điện kế tiếp nhau,
trung bình là ba lần, nhiều nhất có thể đến vài chục lần. Các lần phóng điện sau có
dòng tiên đạo phát triển liên tục (không phải từng đợt như lần đầu), không phân
nhánh và theo đúng quỹ đạo của lần phóng điện đầu nhưng có tốc độ nhanh hơn
(2.106m/s). Mỗi lần phóng điện sẽ tạo nên một xung dòng sét. Các xung sét sau
thường có biên độ bé hơn, nhưng độ dốc đầu sóng cao hơn nhiều so với xung đầu
tiên. Một cơn sét có thể kéo dài 1,33s, điều này trái ngược với khái niệm là sét xảy
ra trong thời gian rất ngắn, mà do có nhiều lần phóng điện liên tiếp nên có thể xem
nó được kéo dài.
Tình hình dông sét ở Việt Nam
Việt Nam là một nước thuộc vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, cường độ hoạt
động của dông sét rất mạnh. Thực tế sét đã gây nhiều tác hại đời sống con người,
gây hư hỏng thiết bị, công trình. Là một trong những tác nhân gây sự cố trong vận
hành hệ thống điện và hoạt động của các ngành khác. Ở các vùng lãnh thổ với điều
kiện khí hậu, thời tiết và địa hình khác nhau thì đặt điểm về hoạt động dông sét khác
nhau, mặt khác điều kiện trang bị kỹ thuật khác nhau thì mức độ thiệt hại do sét gây
ra cũng khác nhau. Vì vậy, ngoài việc tiếp nhận các kết quả nghiên cứu của thế giới,
mỗi nước cần phải tự tiến hành điều tra, nghiên cứu về đặc tính hoạt động của dông
sét và các thông số phóng điện sét trên lãnh thổ của mình để từ đó đề ra những biện
pháp phòng, chống sét thích hợp và hiệu quả.
Từ các nguồn số liệu khác nhau về ngày dông, giờ dông của các đài trạm thuộc
các tỉnh thành (xem PHỤ LỤC – Đặc điểm dông sét của Việt Nam), qua xử lý tính
toán đã phân ra được 5 vùng đặt trưng về cường độ dông sét trên toàn bộ lãnh thổ
Việt Nam, bao gồm:
- Khu vực đồng bằng ven biển miền Bắc (khu vực A)

7


Luận văn Thạc sĩ

- Khu vực miền núi trung du miền Bắc (khu vực B)
- Khu vực miền núi trung du miền Trung (khu vực C)
- Khu vực ven biển miền Trung (khu vực D)
- Khu vực đồng bằng miền Nam (khu vực E)
Bảng 1.1 Cường độ dông sét tại các khu vực
Khu vực
A
B
C
D
E

Ngày dông TB

Giờ dông TB

Mật độ sét TB

(ngày/năm)
51,1
61,1
47,6
44,0
60,1

(giờ/năm)
219,1
215,6
95,2
89,32
126,21

(lần/km2.năm)
6,47
6,33
3,31
3,55
5,37

Kết luận:
Sét có điện áp vô cùng lớn thì dòng điện sét được đo đạt dựa trên ảnh hưởng
của nó trên thiết bị. Các thiết bị nhạy sét như MOV sẽ cho dòng sét chạy qua.
Chống sét van MOV có vật mang dòng điện với điện trở giảm rất thấp trong thời
gian sét xảy ra. Các thành phần chủ yếu về đặc tính bảo vệ chống sét được thể hiện
qua dòng xung phóng điện.
Nhiều thiết bị khoa học hiện đại được dùng để đo lường và ghi lại dòng sét, đã
cho thấy phạm vi thay đổi rất rộng của giá trị dòng điện từ: 1000A đến 200kA cho
thấy mức độ khó đoán của biên độ sét. Sự nghiên cứu phân tích cho thấy dòng chạy
qua chống sét van MOV chỉ khoảng 1/10 tổng giá trị của dòng điện sét nhưng đặc
biệt lưu ý là chỉ khoảng 5% số sét trên lưới điện phân phối vượt quá giá trị 10kA.
1.3 Một số thuật ngữ cơ bản
Có hai tiêu chuẩn được sử dụng phổ biến để thiết kế chống sét hiện nay là IEC
và ANSI, cần lưu ý có một số khác biệt nhỏ giữa hai tiêu chuẩn trong khi chọn
chống sét van, để tránh nhầm lẫn, sau đây sẽ giới thiệu các thuật ngữ cơ bản khi gặp
vấn đề này.

8


Luận văn Thạc sĩ

Điện áp định mức Ur (Rated Voltage)
Thông thường điện áp định mức của một thiết bị là giá trị điện áp được đặt liên
tục trên thiết bị mà thiết bị vẫn đảm bảo tính năng của nó, trong nhiều trường hợp
đối với chống sét van không phải là như vậy.
Theo IEC: Điện áp định mức của chống sét là giá trị hiệu dụng cho phép tối đa
của điện áp tần số công nghiệp đặt vào hai cực chống sét mà tại đó chống sét được
thiết kế để vận hành đúng ở các điều kiện được thiết lập trong các thí nghiệm chu
kỳ làm việc (Operating duty test).
Điện áp định mức được sử dụng như là một thông số tham khảo các đặc tính
vận hành của chống sét.
Theo IEC, một chống sét van đáp ứng tiêu chuẩn phải chịu đựng được điện áp
định mức của nó ít nhất trong 10 giây, sau khi đã được gia nhiệt trước đến 60 oC và
chịu tác động một xung dòng cao hay hai xung dòng trong thời gian dài và sau đó
được phối hợp kiểm tra độ ổn định nhiệt đối với điện áp vận hành liên tục
(Continuous Operating Voltage) trong khoảng thời gian 30 phút.
Chu trình thử nghiệm này khá phức tạp và hiển nhiên U r không phải là giá trị
đo trực tiếp trên chống sét.
Theo ANSI: Điện áp định mức chu kỳ làm việc (Duty Cycle Voltage Rating) là
thuật ngữ gần với Ur của IEC. Theo ANSI, điện áp chu kỳ làm việc cũng được định
nghĩa là một chu kỳ thử nghiệm khá phức tạp. Điện áp định mức chu kỳ làm việc là
điện áp mà tại giá trị này các mẫu thử nghiệm được nạp điện mà không gia nhiệt
trước. Điện áp thử nghiệm này được giữ khoảng 20 phút, trong thời gian đó 20 xung
dòng phân loại (thí dụ 10kA, 8/20 µs) được sử dụng với khoảng thời gian giữa các
lần thao tác là 50 giây đến 60 giây.
Hiển nhiên, sự xác định định mức chống sét theo ANSI không thể đo trực tiếp
trên chống sét, cũng không liên quan đến các điều kiện làm việc gắn chặt với các
đánh giá thử nghiệm.
Mặc dù các thử nghiệm là khác nhau giữa IEC và ANSI, trong thực tế các định
mức được xác định bởi các nhà sản xuất khác nhau, đối với các đặc tính chính thì

9


Luận văn Thạc sĩ

hầu như tương tự dù là được xác định theo IEC hay ANSI. Lý do là trong thực tế
điện áp định mức được sử dụng như là một thông số tham khảo các đặc tính khác
của chống sét mà sẽ được xác định từ hệ thống hay các yêu cầu thử nghiệm. Do vậy,
trong lựa chọn thiết bị chống sét, điều quan trọng quyết định là các thông số đo
được, chẳng hạn như các mức bảo vệ tuyệt đối.
Dòng điện quy chuẩn Iref (Reference current)
Theo IEC: Dòng điện quy chuẩn là giá trị đỉnh (giá trị đỉnh của hai cực sẽ cao
hơn nếu dòng điện bất đối xứng) của thành phần điện trở ở dòng điện tần số công
nghiệp được sử dụng để xác định điện áp quy chuẩn của chống sét. Dòng điện quy
chuẩn phải đủ lớn để có thể bỏ qua các ảnh hưởng của điện dung tản của chống sét
tại giá trị điện áp quy chuẩn đo được và được quy định bởi nhà sản xuất.
Theo tiêu chuẩn IEC 99 - 4 thì dòng điện quy chuẩn cho phép khi đặt điện áp
xoay chiều tần số công nghiệp vào hai cực của chống sét là tương ứng với mật độ
dòng điện khoảng (0,05mA÷ 1,0mA)/cm2 của tiết diện đĩa MOV của các chống sét
loại một trụ.
Theo ANSI: Dòng điện quy chuẩn là giá trị đỉnh của thành phần điện trở của
dòng điện tần số công nghiệp đủ lớn để có thể bỏ qua các ảnh hưởng của các điện
dung tản của chống sét. Mức dòng điện này do nhà sản xuất quy định.
Theo tiêu chuẩn ANSI C62 - 11 thì khi nâng điện áp lên 1,25 lần điện áp làm
việc liên tục lớn nhất MCOV (Maximum Continuous Operating Voltage) vào hai
cực của chống sét thì dòng điện qua chống sét là dòng điện quy chuẩn.
Dòng điện quy chuẩn cho phép theo tiêu chuẩn này là (0,05 mA ÷ 1,0
mA)/cm2 của tiết diện đĩa MOV.
Điện áp quy chuẩn Uref (Reference Voltage)
Theo IEC: Điện áp quy chuẩn là giá trị đỉnh của điện áp tần số công nghiệp
chia cho

2 được sử dụng cho chống sét để đạt dòng điện quy chuẩn. Điện áp quy

chuẩn của một tổ hợp gồm nhiều chống sét ghép lại là tổng số của các điện áp quy
chuẩn thành phần.

10


Luận văn Thạc sĩ

Theo ANSI: Điện áp quy chuẩn là giá trị đỉnh thấp nhất của điện áp tần số công
nghiệp của cực độc lập chia cho

2 , được yêu cầu tạo ra thành phần điện trở của

dòng điện bằng dòng quy chuẩn của chống sét. Điện áp quy chuẩn của một tổ hợp
gồm nhiều chống sét ghép nối tiếp là tổng số của các điện áp quy chuẩn của từng
thành phần. Mức điện áp này do nhà sản xuất quy định.
Điện áp vận hành liên tục Uc (Continuous Operating Voltage - COV)
Theo IEC: Uc (COV) là giá trị hiệu dụng của điện áp tần số công nghiệp tối đa
được thiết kế mà điện áp này có thể sử dụng liên tục giữa hai cực của chống sét.
Khi so sánh COV của các chống sét các nhà sản xuất khác nhau cần lưu ý là
không phải khi một chống sét có COV lớn hơn là đặc tính chống sét tốt hơn. Bởi vì
giá trị COV được thiết kế là có thể khác nhau giữa các nhà sản xuất, nó phụ thuộc
vào các thông số sau đây:
-

Sự phân bố điện áp phi tuyến đặc biệt là các chống sét có thân dài.

-

Các ứng suất xung thao tác và xung sét.

-

Đặc tính lão hóa.

-

Đặc tính ô nhiễm.

-

Các quá áp tạm thời.

COV cao hơn không tương ứng đối với điện áp điểm ngưỡng (Knee point
voltage) cao hơn, không cải thiện đặc tính ô nhiễm hoặc khả năng chịu đựng quá áp
tạm thời (TOV: Temporary OverVoltage).
Do vậy, tốt nhất là cần quy định COV, TOV và các thông số khác riêng lẻ dựa
trên yêu cầu thực tế của lưới điện và theo đó lựa chọn chống sét thích hợp.
Theo ANSI: Thuật ngữ MCOV (Maximum Continuous Operating Voltage) là
giá trị hiệu dụng của điện áp tần số công nghiệp tối đa có thể áp đặt liên tục vào hai
cực của chống sét.
Theo tiêu chuẩn ANSI tất cả các định mức chống sét đều được liệt kê trong
một bảng có MCOV tương ứng cho mỗi định mức điện áp chu kỳ làm việc.
Trong trường hợp này, có một sự quan hệ cố định giữa MCOV và định mức
chu kỳ làm việc và không xem xét đến việc áp dụng thực tế. Do vậy, MCOV được

11


Luận văn Thạc sĩ

sử dụng như là điện áp thí nghiệm trong các thí nghiệm chủng loại (type test) theo
tiêu chuẩn ANSI. Không có xem xét sự phân bố điện áp không tuyến tính làm cho
các thử nghiệm theo ANSI ít khắc nghiệt so với các thử nghiệm theo IEC.
Hơn nữa, các thuận lợi trong việc lựa chọn một điện áp định mức cao hơn cho
một áp dụng riêng biệt không được chỉ ra ở các thí nghiệm như thế, như các thí
nghiệm nhiễm bẩn và các phối kiểm TOV. Bất kỳ khi nào có sự lựa chọn hai định
mức chống sét cho áp dụng giống nhau, điều hiển nhiên là các thử nghiệm phải
được thực hiện với điện áp công tác tối đa thực tế để đạt được một giá trị thích
đáng.
Các định nghĩa cho COV và MCOV ở các tiêu chuẩn là tương đương. Tuy
nhiên, khi xem xét đến sự phân bố điện áp không đồng nhất không có ở tiêu chuẩn
ANSI. Do vậy, MCOV chỉ được xem như là giá trị điện áp liên tục tối đa được sử
dụng trong thử nghiệm phân loại, được chia theo tỉ lệ cho các đĩa trong một chống
sét van, không phải của chống sét hoàn chỉnh.
Quá điện áp tạm thời TOV (Temporary Over Voltage)
Quá điện áp với tần số vài Hz đến vài trăm Hz, thời gian kéo dài từ vài ms đến
hàng giờ. Các nguyên nhân của quá áp tạm thời có thể là chạm đất một pha, hai pha,
cộng hưởng sắt từ trong lưới điện, sa thải phụ tải. Thông thường xung này không
được quá 3 pu và không gây nguy hiểm trong vận hành lưới điện. Tuy nhiên, nó là
yếu tố quyết định đến kích cỡ của chống sét.
Hệ số bền chịu đựng quá áp tạm thời T
TOV là một hàm số theo thời gian t ở nhiệt độ môi trường t = 60 oC (nhiệt độ
không khí bên ngoài chống sét). Đường đặc tuyến ở trên không mang tải trước,
đường đặc tuyến phía dưới có mang tải trước, t là khoảng thời gian quá áp tần số
công nghiệp.
Hệ số độ bền chịu đựng quá áp tạm thời T là khả năng chịu đựng TOV của
chống sét van được định nghĩa như sau :
T=

TOV
UC

12


Luận văn Thạc sĩ

Hình 1.1 Hệ số quá áp T = TOV/Uc quan hệ với quá áp tạm thời
Để thể hiện khả năng chịu quá áp tạm thời của chống sét MOV, các nhà sản
xuất thường cung cấp kèm theo chống sét đặc tính khả năng quá áp tạm thời theo
thời gian.
Cần lưu ý có hai cách thể hiện:
a. Cách 1: Cách này thường gặp ở các nhà sản xuất Châu Âu và theo tiêu

chuẩn IEC.
Trong Hình 1.1, đường đặc tuyến ở phía trên có giá trị đối với các chống sét
không có mang tải trước đáng kể. Vì lý do ổn định nhiệt nên nhiệt độ MOV không
thể vượt quá một giá trị xác định, năng lượng do chống sét hấp thụ cũng bị giới hạn.
Với lý do đó, tải cho phép trong khoảng thời gian t sẽ giảm theo giá trị của T đáp
ứng với TOV. Đường đặc tuyến phía dưới có giá trị đối với chống sét khi ở thời
điểm t = 0 đã mang tải trước là Uc, có năng lượng E. Dĩ nhiên đường đặc tuyến này
nằm bên dưới đường đặc tuyến chưa mang tải bởi vì trong từng trường hợp, năng
lượng hấp thụ vào chống sét van trong khoảng thời gian t của đường đặc tuyến
mang tải phải nhỏ hơn.
b. Cách 2: Cách này thường gặp ở các nhà sản xuất Châu Mỹ theo tiêu chuẩn

ANSI.

13


Luận văn Thạc sĩ

Hình 1.2 Khả năng quá áp tạm thời của CSV McGraw - Edison
VariSTAR loại AZL8
Đường cong được thiết lập bằng cách sử dụng điện áp tần số công nghiệp để
gia nhiệt trước (đến 60oC) mẫu thử nghiệm, trên định mức chu kỳ làm việc của
chống sét cho nhiều lần từ 0,1 đến 10 4 giây. Một thí nghiệm quá áp được giảm đến
giá trị MCOV trong vòng 200 ms trước khi bị hỏng do nhiệt. Khu vực bên dưới
đường cong là đặc tính điện áp – thời gian mà ở đó các mẫu thử đã được xác định
ổn định nhiệt trong khoảng thời gian chu kỳ sau 30 phút với tổn thất công suất bằng
hay ít hơn giá trị gốc. Mặc dù điều này không phải là một thí nghiệm được bắt buộc
hay được mô tả bởi tiêu chuẩn ANSI hay IEC. Không phải vì nó là một thí nghiệm
ít quan trọng để thiết lập một đường cong điện áp tần số công nghiệp - thời gian
nhằm xác định khả năng của một chống sét đáp ứng dòng điện phóng mà theo kinh
nghiệm sự quá áp ở tần số công nghiệp không bị quá nhiệt. Cần lưu ý là ở tiêu
chuẩn ANSI thử nghiệm mang tải trước để có đường cong Prior Duty chỉ yêu cầu áp
dụng đối với các chống sét loại trạm (Station class) và loại trung gian
(Intermediated class).

14


Luận văn Thạc sĩ

Điện áp kẹp, điện áp dư Ures (Residual voltage)
Điện áp dư Ures là điện áp xuất hiện giữa hai cực chống sét trong quá trình
dòng điện phóng chạy qua chống sét. Nó phụ thuộc vào biên độ cũng như dạng sóng
của dòng điện phóng và được biểu thị ở giá trị đỉnh. Đối với các biên độ và dạng
sóng khác với dòng điện phóng định mức, điện áp dư thường được biểu thị bằng %
so với điện áp phóng ở dòng điện định mức.
Hệ số sự cố chạm đất Ke (Earth fault factor)
Hệ số chạm đất Ke là tỷ số của điện áp ở các pha không bị sự cố trong quá trình
sự cố đối với điện áp trước khi bị sự cố chạm đất (Bảng 1.2).
Bảng 1.2 Độ gia tăng điện áp pha – đất (TOV) trên pha không bị sự cố đối với các
cấu hình khác nhau của lưới điện.
Phương thức nối đất của lưới điện
Hệ thống 4 dây nối đất lặp lại
Cáp (4 dây)
Hệ thống 3 dây nối đất tổng trở nhỏ
Hệ thống 3 dây nối đất tổng trở cao
Hệ thống 3 dây nối delta

Ke
1,25 – 1,35
1,50
1,40
1,73
1,73

Năng lượng định mức
Dung lượng năng lượng của các chống sét MOV phụ thuộc vào nhiều thông số
như khoảng thời gian phóng năng lượng, biên độ dòng và số lần phóng điện.
Nói chung, chống sét không được dùng để bảo vệ các thiết bị điện để ngăn
ngừa TOV vì như vậy sẽ đòi hỏi một số lượng lớn các chống sét nối song song.
Những áp dụng có thể được xem xét chỉ trong trường hợp để hạn chế hay loại trừ
TOV cộng hưởng. Trong trường hợp này, cần phải nghiên cứu một cách cẩn thận để
chọn lựa chống sét có dung lượng thích hợp.
Tổng trở ngắn mạch nhìn từ thiết bị chống sét trong quá trình xảy ra TOV đóng
vai trò quan trọng để xác định yêu cầu năng lượng, các yếu tố khác ảnh hưởng đến
dung lượng TOV là năng lượng hấp thụ như nhiệt độ ban đầu của các thớt của bộ
chống sét khi có TOV và điện áp đưa vào sau TOV. Đối với các TOV có tần số cao
hơn tần số công nghiệp có thể giả thiết ở cùng một biên độ điện áp thì khoảng thời

15


Luận văn Thạc sĩ

gian chịu đựng của chống sét trong hai trường hợp này được xem như nhau nếu quá
trình này ngắn hơn 10s. Đối với các trường hợp khác thì phải tham khảo ý kiến nhà
sản xuất.
Theo IEC là các thử nghiệm chịu đựng xung dòng thời gian dài (Long duration
current impulse withstand test). Và theo ANSI là các thí nghiệm chịu đựng dòng
phóng (Discharge current withstand test) đó là các xung dòng chữ nhật dài 2-3,2ms,
biên độ 200 – 1000A và số xung là 18 hay 20. Nói chung, các yêu cầu của IEC là
khắc nghiệt hơn yêu cầu của ANSI do năng lượng mỗi xung là cao hơn. Thông
thường các chống sét MOV chịu đựng mức năng lượng cao hơn ở các dòng thấp có
thời gian dài (như các ứng suất tần số công nghiệp) so với các dòng cao có thời gian
ngắn (như dòng phóng của tụ điện). Khi đề cập đến dung lượng năng lượng phải
kèm theo chu trình thử nghiệm nếu không thì không có nghĩa. Cũng cần lưu ý các
số liệu cho bởi các nhà sản xuất thường khác nhau và khó so sánh trừ phi chúng
cũng được tiến hành với các chu trình thử nghiệm tương đương. Các số liệu có thể
được giới thiệu bằng nhiều cách chẳng hạn như kJ/kV MCOV hay kJ/kV định mức.
Có thể xem sự khác nhau là 25% định mức là khoảng 1,25 lần MCOV.
1.4 Thiết bị chống sét van MOV không khe hở
Cấu tạo chống sét MOV (Metal Oxide Varistor)
MOV tổng hợp gồm nhiều kim loại. Các đặc tính điện yêu cầu của sản phẩm
cuối cùng là hoàn toàn không có ở các nguyên liệu được sử dụng. Do vậy, các đặc
tính điện của MOV được hình thành khi sản xuất, oxit kim loại được dùng để chế
tạo MOV thường là oxit kẽm.
Biến trở oxit kẽm (ZnO) bao gồm chủ yếu là oxit kẽm (khoảng 90% trọng
lượng) và một lượng nhỏ các oxit kim loại khác còn được gọi là phụ gia như:
bismuth, cobalt, antimany và oxit măng gan.

16


Luận văn Thạc sĩ

Đặc tính của MOV

Hình 1.3 Đặc tính điện trở phi tuyến của chống sét van MOV
Như ở hình trên, điện trở của phần tử MOV là một hàm theo điện áp đặt tại đầu
cực. Ở điện áp vận hành bình thường, điện trở của phần tử ZnO có trị số rất lớn và
được xem như là cách ly với hệ thống.
Trong điều kiện có quá điện áp, điện trở của MOV giảm xuống rất thấp và dẫn
dòng điện xung chạy qua, như vậy sẽ bảo vệ được các thiết bị khỏi bị phá hỏng khi
có quá điện áp xảy ra. Dòng điện chạy qua chống sét van là dòng phóng điện và
điện áp giữa hai cực của nó được gọi là điện áp dư. Như vậy, tổng của điện áp dư
của chống sét van với điện áp rơi trên dây nối là điện áp đặt lên thiết bị được bảo vệ
trong thời gian xảy ra phóng điện.
Sau khi cho dòng điện phóng qua, và điện áp hệ thống trở lại điện áp vận hành
bình thường thì điện trở của chống sét van MOV lại tăng cao và trở về chế độ làm
việc như một thiết bị cách ly.
1.5 Lựa chọn thiết bị chống sét van theo thông số hệ thống
Theo kinh nghiệm, một số tài liệu kiến nghị khi thiếu các thông tin về vị trí lắp
đặt thiết bị chống sét, có thể sử dụng các số liệu sau đây để chọn thiết bị chống sét
áp dụng cho MOV không khe hở thì điện áp định mức của chống sét được chọn như
sau:
-

1,25 x điện áp pha-đất định mức với hệ thống 4 dây, trung tính nối đất lặp
lại.

17


Luận văn Thạc sĩ

-

0,8 x điện áp dây định mức đối với hệ thống 3 dây, trung tính trực tiếp nối
đất.

-

1,05 x điện áp dây đối với hệ thống cách đất.
Tuy nhiên, để đảm bảo các biên hạn bảo vệ và phát huy tốt chức năng bảo vệ

quá áp của thiết bị chống sét việc lựa chọn chống sét cần tiến hành các bước sau:


Bước 1: Xác định môi trường lắp đặt của chống sét
Ở bước này cần xác định yếu tố môi trường bên ngoài nơi chống sét sẽ được

lắp đặt như: CSV được lắp đặt trong nhà hay ngoài trời, mức độ ô nhiễm để xác
định chiều dài đường rò của vỏ bọc cách điện.
Ngoài ra cũng cần chú ý đến điều kiện làm việc không bình thường sau đây để
liên hệ với nhà sản xuất để được tư vấn:
-

Nhiệt độ môi trường xung quanh lớn hơn +400C hay thấp hơn -400C.

-

Độ cao nơi lắp đặt so với mực nước biển lớn hơn 1000m (các CSV
chế tạo theo tiêu chuẩn ANSI độ cao này là h > 1800 m (6000 feet).

-

Hơi hay hơi nước có thể gây hư hỏng bề mặt của cách điện ngoài.

-

Sự nhiễm bẩn quá mức gây ra bởi khói, bụi, hơi muối hay các vật
liệu dẫn điện khác.

-

Lắp đặt những nơi mà có các yếu tố quá mức như hơi nước, độ ẩm,
nước chảy thành dòng.

-

Lau chùi chống sét van mà không cắt điện.

-

Sự pha trộn các khả năng phát nổ như bụi, khí hay hơi.

-

Các điều kiện cơ học không bình thường (động đất, rung động, tốc
độ gió cao, băng đóng dày).

-

Lưu kho hay vận chuyển không bình thường.

-

Tần số dưới 48Hz hay trên 62Hz.

-

Nguồn nhiệt lắp đặt gần nơi chống sét van.



Bước 2: Xác định các thông số của hệ thống

18


Luận văn Thạc sĩ

a.

Xác định điện áp vận hành cực đại của hệ thống Um

Điện áp cực đại của hệ thống là giá trị hiệu dụng cao nhất của điện áp dây xảy
ra trong điều kiện vận hành bình thường ở một thời điểm và vị trí nào đó trong hệ
thống.
Nếu chỉ có điện áp định mức Ur hệ thống thì chọn: Um = (1,05 ÷ 1,1)Ur.
b.

Xác định hệ số chạm đất Ke

Hệ số Ke phụ thuộc vào phương thức nối đất của điểm trung tính, tham khảo số
liệu Ke ở Bảng 1.2
c.

Xác định giá trị quá điện áp tạm thời

Thông thường giá trị UTOV được hiểu là điện áp ở sự cố chạm đất một pha. Biên
độ UTOV được xác định như sau:
UTOV löôùi = K e x

Um
3

Cần lựa chọn: UTOV chống sét van ≥ UTOV lưới
Bước 3: Kiểm tra các lý do khác xảy ra TOV



Thông thường TOV xuất hiện khi có sự cố chạm đất, hoặc do sa thải phụ tải,
tuy nhiên ở một số kết cấu lưới nào đó có thể xảy ra quá điện áp cộng hưởng, điều
này cũng có thể xảy ra khi các cực máy cắt tác động không đồng thời. Quá điện áp
cộng hưởng không được dùng làm cơ sở để tính chọn TOV của chống sét.
Trong một vài trường hợp vận hành, để giảm dòng sự cố, người ta chỉ chọn nối
đất trung tính của một số biến áp. Trong trường hợp này có thể xảy ra khả năng một
số bộ phận của hệ thống có thể trở thành mất tác dụng phần nối đất (ví dụ như tăng
giá trị Ke), trong một số giai đoạn khi mà một hoặc nhiều máy biến áp có trung tính
được tách ra không nối đất. Nếu không dự phòng cho việc này thì một số sự cố
chạm đất xảy ra trong những giai đoạn này có thể dẫn đến TOV cao hơn và làm
hỏng chống sét.
Tuy nhiên, hiếm khi xảy ra trường hợp này, do vậy người ta chấp nhận nguy cơ
hỏng chống sét thay vì chọn một chống sét van có TOV cao hơn.

19


Luận văn Thạc sĩ

Bước 4: Xác định điện áp vận hành liên tục của chống sét U c



(Continuous Operating Voltage - COV)
COV hay MCOV là trị số hiệu dụng của điện áp tần số công nghiệp cho phép
đã được thiết kế cho chống sét mà có thể áp dụng liên tục vào hai cực của chống sét.
Lưu ý: Uc của bộ chống sét có thể nhỏ hơn tổng các U c của từng phần tử khi điện áp
phân bố dọc theo chống sét không hoàn toàn đồng nhất.
UC ≥

Um
3

 Bước 5: Xác định thời gian chịu quá áp điện áp nội bộ (có chạm đất 1 pha)

Thời gian này phụ thuộc vào yêu cầu thời gian giải trừ sự cố, một số quy định
như sau:
Đối với lưới trung tính cách đất t ≥ 2 giờ (theo quy trình vận

a.

hành hiện nay ở Việt Nam, cho phép thời gian tách điểm sự cố txl ≤ 2 giờ).
b.

Đối với các lưới trung tính trực tiếp nối đất, nên chọn t = 10s,

giá trị này phù hợp với thực trạng bảo vệ rơle hiện nay ở Việt Nam.
Hai giá trị đề xuất ở a và b dùng để kiểm tra chống sét dự kiến chọn có phù
hợp với yêu cầu cấu hình lưới điện hay không.
1.6 Kết luận
Chương này đã trình bày được hiện tượng sét và các thông số của sét, các định
nghĩa cơ bản một số thuật ngữ theo hai tiêu chuẩn ANSI và IEC. Đồng thời trình
bày được cấu tạo và cách lựa chọn thiết bị chống sét van theo thông số hệ thống.
Ưu điểm của chống sét van là cải thiện đặc tính bảo vệ xung sét tốt hơn cho
các thiết bị phân phối, đặc biệt là đối với các hệ thống có cách điện rắn như cáp
ngầm và máy biến áp phân phối. Điện áp phóng thấp không những cải thiện biên
hạn bảo vệ giữa chống sét và điện áp xung mà còn làm giảm sự hư hỏng cách điện
và tuổi thọ thiết bị được kéo dài. Khả năng chịu quá áp tạm thời tốt hơn sẽ đưa đến
độ tin cậy được cải thiện trong các trường hợp quá áp bất thường xảy ra.
Muốn cho chống sét van bảo vệ được máy biến áp thì tốt nhất chống sét van
phải đặt tại đầu cực máy biến áp, nhưng chống sét van còn phải bảo vệ cho toàn bộ

20


Luận văn Thạc sĩ

cách điện của trạm, cho nên trong trường hợp tổng quát giữa chống sét van và đầu
cực máy biến áp cần có một khoảng cách phân cách. Việc xác khoảng cách phân
cách này đã và đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Chương 2 giới thiệu một
số phương pháp xác định khoảng cách phân cách, có xem xét đến các ưu, nhược
điểm của từng phương pháp và hướng nghiên cứu nhằm khắc phục phần nào các
nhược điểm này.

Chương 02

CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ LẮP ĐẶT
CHỐNG SÉT VAN BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP PHÂN PHỐI
2.1 Phương pháp xác định vị trí chống sét van dựa trên mô hình Petersen [2]
Phương pháp này giả thiết chống sét van đặt tại đầu cực máy biến áp cần bảo
vệ (Hình 2.1). Vì vậy không quan tâm đến sóng phản xạ.
Transformer

Ut
Z
Arrester

Up

Hình 2.1 Sơ đồ bảo vệ trạm để xét dòng qua chống sét van
Trường hợp này dòng định mức chống sét van được chọn theo điều kiện:
I CSV ≥

2.U t − U p
Z

(2.1)

Ở đây: Ut là biên độ sóng quá áp truyền đến trạm, kV; Z là tổng sóng đường
dây, Ω; Up là mức bảo vệ của chống sét van, kV.
Trong đó: Ut lấy bằng với mức cách điện xung của cách điện đường dây, phụ
thuộc vào loại cột (cột gỗ, cột thép hoặc cột bê tông cốt thép).
Kết luận:
Ưu điểm: Phương pháp này đơn giản.

21


Luận văn Thạc sĩ

Nhược điểm: Không sử dụng được khi chống sét van không đặt tại đầu cực thiết
bị cần bảo vệ.
2.2 Phương pháp D.Fulchiron [18]
Xét cấu hình trạm biến áp một máy biến áp kết nối với đường dây trên không
(Hình 2.2).
SJ

D,C

Transformer

J
Arrester

Up

Hình 2.2 Sơ đồ bảo vệ trạm để xét đến khoảng cách phân cách
Phương pháp này dựa trên sự chênh lệch mức cách điện xung cơ bản của máy
biến áp và mức bảo vệ của chống sét van để xác định được khoảng cách phân cách
tối đa D cho phép:
D≤

C
BIL 
 Up −
S
2 ÷


(2.2)

Ở đây: BIL là mức cách điện xung cơ bản của máy biến áp, kV; S là độ dốc
đầu sóng, kV; C là tốc độ truyền sóng trên đường dây, C = 300 m/µs.
Kết luận: Phương pháp này có ưu điểm là có xét đến khoảng cách phân cách cho
phép giữa chống sét van và đầu cực máy biến áp. Tuy nhiên vẫn chưa tính đến thời
gian đầu sóng và sóng phản xạ.
2.3 Phương pháp Benoît de Metz-Noblat [19]
Phương pháp này có xét đến độ dốc đầu sóng (T), sóng phản xạ trong các
trường hợp khác nhau. Sét xung quá điện áp lan truyền theo đường dây đi vào trạm
biến áp được bảo vệ bằng chống sét van (Hình 2.3)
Đường dây

Z

CSV

Z

22
MBA

D, C,
τ


Luận văn Thạc sĩ

Hình 2.3 Sơ đồ mạch (đường dây và trạm biến áp) dùng trong nghiên cứu
truyền sóng quá điện áp sét
Những thành phần trong Hình 2.3 bao gồm:
a. Đường dây: Z là tổng trở sóng đường dây, Ω
C là tốc độ truyền sóng trên đường dây, m/µs
D là khoảng cách giữa chống sét van và đầu cực máy biến áp, m
τ = D/C là thời gian truyền sóng giữa hai điểm A và B
b. Chống sét van: Up là mức bảo vệ của chống sét van, kV
Đặc tuyến bảo vệ phi tuyến lý tưởng.
c. Hệ thống nối đất: Có tổng trở gần bằng không
d. Dây nối: Giữa đường dây và chống sét van, chống sét van đến đất không đáng kể.
e. Máy biến áp: Có tổng trở đầu vào lớn hơn nhiều so với tổng trở đường dây Z
f. Sóng quá điện áp: Độ dốc đầu sóng S = du/dt; Thời gian sóng quá điện áp tăng từ
giá trị 0 đến giá trị Up là T = Up/S.
Giá trị quá điện áp cực đại trên đầu cực máy biến áp được xem xét trong 3
trường hợp tương ứng với quan hệ của giá trị T theo τ (Bảng 2.1)
Bảng 2.1 Điện áp cực đại trên máy biến áp được bảo vệ bằng chống sét van
TT

1

Trường hợp
D>

Điện áp cực

2Up

Sóng với độ dốc S, khoảng cách D lớn. Khoảng
cách phân cách D không ảnh hưởng đến điện áp
cực đại trên máy biến áp. Chống sét van hạn
chế điện áp này ở mức 2Up

2.S.D
C
2.τ
= Up + Up
T

Sóng với độ dốc S, khoảng cách D lớn. Khoảng
cách phân cách D có ảnh hưởng đến điện áp cực
đại trên máy biến áp. Chống sét van hạn chế
điện áp cực đại trên máy biến áp: điện áp trên

C.U p
2.S

hay T < 2τ

2

D<

C.U p
2.S

hay T > 2τ

Giải thích

đại trên MBA

Up +

23


Luận văn Thạc sĩ


= U p 1+

2.τ 



3

D=

÷
T 

máy biến áp tăng một lượng bằng

2.S.D
C
2.τ
= Up + Up

2.τ
T

Up

Up +

C.U p
2.S

Giữa trường hợp 1 và trường hợp 2

T

hay T = 2τ

= Up + Up
= 2Up

Ở Hình 2.4 trình bày sóng tới và sóng phản xạ khi trạm biến áp có trang bị
chống sét van
Hướng truyền sóng quá điện áp
Thời điểm T0

Điện áp

T1
Điện áp lớn nhất bằng 2U0 ở thời điểm T1
là thời điểm nguy hiểm nhất
Mức bảo vệ của chống sét van Up
Điện áp U0 là sóng tới chống sét van vào
thời điểm T0
Điện áp u là sóng phản xạ về tới chống sét
van vào thời điểm T0
(U0 + U = Up => bắt đầu dẫn điện) D

Vị trí

CSV
(thiết bị bảo vệ)

MBA
(thiết bị cần bảo vệ)

Hình 2.4 Sóng tới và sóng phản xạ khi trạm biến áp có chống sét van
Quan hệ điện áp của các điểm trên đường dây được bảo vệ theo thời gian được
trình bày ở Hình 2.5

24


Luận văn Thạc sĩ

D, C, τ

Đường dây

Máy biến áp

Chống sét van

Trường hợp 1 (T<2τ)

Trường hợp 2 (T > 2τ)

T

25
T


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×