Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp Tập 2 - Quá điện áp trong hệ thống điện (Phần 2)

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp Tập 2 - Quá điện áp trong hệ thống điện (Phần 2)

1. 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
2. 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).
3. 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.
4. 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 (s t) 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+ S n ) 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.
5. 174 Khoaûng caùch cuûa khe hôû trong (S t) 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 (S n) 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 (S t) 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
6. 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).
7. 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 10 kA , loaïi choáng seùt oáng viniplast coù theå caét ñöôïc doøng ñieän ñeán 15 kA . 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 30 kA . 6.4 THIEÁT BÒ CHOÁNG SEÙT VAN (CSV) 6.4.1 Nguyeân lyù caáu taïo vaø nguyeân lyù laøm vieäc cuûa CSV
8. 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
9. 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 Ut 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 Ut phaûi baèng ñieän aùp treân pha khoâng söï coá khi coù chaïm ñaát moät pha. Ut= 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) Uñm - ñieän aùp daây ñònh möùc. Taùc duïng daäp taét hoà quang cuûa chuoãi khe hôû cuûa CSV ñöôïc ñaëc tröng bôûi heä soá taét Kt vaø taùc duïng baûo veä cuûa ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng bôûi heä soá baûo veä Kbv nhö sau: U pñ : Kt = (6.2) Ut Udö Kbv = (6.3) 2Ut 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 Kbv , ñieàu naøy coù theå ñaït ñöôïc theo hai caùch sau (H.6.8):
10. 179 Hình 6.8 Ñaëc tính V-A cuûa CSV vaø caùc bieän phaùp giaûm Udö 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
11. 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 ÷35 kV ), PBM ∆ (110 ÷500 kV ) 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 PBP Ε 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 =05, ÷ 06 , mm .
12. 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 Udö ) 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 250 A (ñöôïc öùng duïng cheá taïo caùc loaïi CSV xeâri PBM Γ 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.
13. 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 Udö 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) Kbv =25, ÷ 27 , coøn ñoái vôùi CSV xeâri PBM Γ (khe hôû vôùi hoà quang quay) Kbv = 2 coù nghóa laø ôû cuøng moät ñieän aùp daäp taét Ut , ñieän aùp dö cuûa loaïi CSV sau giaûm töø 20 ÷26%. c) Khe hôû vôùi hoà quang bò keùo daøi Moät böôùc tieáp theo giaûm nhoû heä soá baûo veäc coøn Kbv = 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
14. 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 Ut − ∆ 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
15. 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 SiO 2 , 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 4 6 cuûa maøng moûng SiO 2 vaøo khoaûng 10÷ 10 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 SiO 2 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 100 mm , neáu doøng xung daïng soùng 20/40lS ñi qua thì giôùi haïn cho pheùp laø 10 kA , 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 100 A. Ñieàu ñoù chöùng toû CSV coù ñieän trôû laøm vieäc baèng chaát vilit (PBC) khoâng theå laøm vieäc
16. 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 PBM Γ vaø PBM) baèng caùch troän haït SiC vôùi chaát keát dính laø hoãn hôïp thuûy tinh loûng vaø oxid nhoâm (Al2 O 3 ) vaø nung noùng leân ñeán treân 1000 °C . ÔÛ nhieät ñoä cao naøy moät phaàn cuûa caùc maøng moûng SiO 2 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 70 mm coù theå cho qua doøng ñieän taàn soá coâng nghieäp leân ñeán 750 A trong 2 mS vaø ñóa tecvit ñöôøng kính 115 mm cho qua doøng ñieän 1500A trong 2 mS . 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: lgU= 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 1 A 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 1,5 kA thì khi QÑAKQ neáu doøng xung qua CSV ñeán 10 kA thì ñieän aùp dö
17. 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 K2 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 2000 A, 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 K2 ñöôïc choïn cao hôn ñieän aùp dö treân R2 do ñoù K2 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 K2 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.
18. 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 28 mm , daøy 8 mm (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 100 A. 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 ÷10 2 A (H.6.15a).
19. 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, 7 U100 thì thaønh phaàn doøng ñieän dung troäi hôn (H.6.15b) khoâng laøm noùng ñieän trôû. Luùc naøy töông öùng vôùi gradient ñieän aùp 1 kV /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
20. 189 ñöôøng thaúng khoaûng 1 mA , 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 ÷1500 A. 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 ÷120 A. Thieát bò haïn cheá QÑA coù khaû naêng haïn cheá QÑA thao taùc ngaén haïn ñeán möùc 1, 8 U 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.
21. 190 Chöông 7 BAÛO VEÄ CHOÁNG SEÙT TRUYEÀN VAØO TRAÏM PHAÂN PHOÁI ÑIEÄN 7.1 KHAÙI NIEÄM CHUNG Phoùng ñieän ôû caùch ñieän trong traïm trong nhieàu tröôøng hôïp daãn ñeán söï coá traàm troïng trong heä thoáng, noù coù theå phaù huûy nhieàu thieát bò ñaét tieàn, gaây ngaén maïch treân thanh goùp ngay caû khi coù heä thoáng rôle baûo veä hieän ñaïi. Vì vaäy, yeâu caàu ñoái vôùi vieäc baûo veä choáng seùt cho traïm cao hôn nhieàu so vôùi ñöôøng daây. Traïm phaûi ñöôïc baûo veä vôùi ñoä an toaøn raát cao, choáng seùt ñaùnh thaúng baèng heä thoáng thu seùt (coät hoaëc daây thu seùt) nhö ñaõ trình baøy trong chöông 3. Ngoaøi ra traïm coøn phaûi ñöôïc baûo veä choáng soùng quaù ñieän aùp do seùt gaây ra treân ñöôøng daây truyeàn vaøo traïm. Möùc ñoä baûo veä ôû ñaây ñöôïc taêng cöôøng baèng nhöõng bieän phaùp ñaëc bieät so vôùi baûo veä choáng seùt cho ñöôøng daây. Tuy nhieân, chuû yeáu vì lyù do kinh teá khoâng theå loaïi tröø hoaøn toaøn khaû naêng xaûy ra söï coá ôû traïm do soùng truyeàn theo ñöôøng daây vaøo, maø chæ coù theå haïn cheá tôùi möùc hôïp lyù veà kinh teá vaø kyõ thuaät. Möùc ñoä an toaøn chòu seùt cuûa traïm ñöôïc ñaëc tröng bôûi chæ tieâu choáng seùt cuûa traïm - noù ñöôïc ñònh nghóa baèng soá naêm trung bình vaän haønh an toaøn, khoâng xuaát hieän quaù ñieän aùp nguy hieåm ñoái vôùi caùch ñieän traïm, vôùi phöông tieän baûo veä ngaøy caøng hoaøn thieän, chæ tieâu choáng seùt cuûa traïm coù theå ñeán haøng traêm naêm. Ñeå coù moät yù nieäm ñaày ñuû veà con soá ñoù, ta neân nhôù raèng trong nhöõng heä thoáng ñieän phaùt trieån, soá traïm phaân phoái, soá nhaø maùy ñieän coù theå ñeán haøng traêm, soá maùy bieán aùp (MBA) leân ñeán haøng ngaøn, khaû naêng hö hoûng MBA vaø thieát bò trong toaøn heä thoáng do seùt gaây neân, do ñoù coù nhöõng trò soá ñaùng keå. 7.2 BIEÄN PHAÙP VAØ YEÂU CAÀU ÑOÁI VÔÙI VIEÄC BAÛO VEÄ CHOÁNG SEÙT TRUYEÀN VAØO TRAÏM
22. 191 Nhö ñaõ trình baøy trong chöông caùch ñieän cuûa traïm, (chöông 11 - Kyõ thuaät ñieän cao aùp 1) theo yeâu caàu cuûa phoái hôïp caùch ñieän, ñeå ñaûm baûo yeâu caàu kinh teá, möùc caùch ñieän cuûa traïm ñöôïc choïn thaáp hôn möùc caùch ñieän cuûa ñöôøng daây. Vì vaäy, traïm laø choã yeáu trong caùch ñieän cuûa heä thoáng vaø soùng quaù ñieän aùp khí quyeån truyeàn theo ñöôøng daây vaøo coù theå gaây nguy hieåm cho caùch ñieän cuûa traïm, vì bieân ñoä cuûa chuùng thöôøng lôùn hôn möùc caùch ñieän xung cuûa traïm. Ví duï, caùch ñieän trong cuûa MBA 110 kV coù ñieän aùp thöû nghieäm xung khoaûng 460 kV , trong khi ñoù trò soá ñieän aùp phoùng ñieän xung beù nhaát cuûa chuoãi söù ñöôøng daây 110 kV coät theùp tôùi 650 kV töùc laø 40% cao hôn, neáu ñöôøng daây 110 kV duøng coät xaø goã thì möùc caùch ñieän xung cuûa ñöôøng daây treân 1800 kV töùc laø cao hôn nhieàu laàn so vôùi möùc caùch ñieän xung cuûa traïm. Bieän phaùp chuû yeáu ñeå baûo veä traïm choáng soùng quaù ñieän aùp khí quyeån truyeàn töø ñöôøng daây vaøo laø duøng caùc thieát bò choáng seùt van hoaëc thieát bò haïn cheá quaù ñieän aùp ñaáu vaøo thanh goùp cuûa traïm hoaëc ñaáu tröïc tieáp ngay ñaàu vaøo cuûa MBA coâng suaát, phoái hôïp vôùi vieäc taêng cöôøng baûo veä choáng seùt ñaùnh tröïc tieáp cho ñoaïn ñöôøng daây tröôùc khi ñeán traïm ñeå giaûm ñoä doác cuûa soùng truyeàn vaøo traïm vaø giaûm doøng xung qua choáng seùt van. Nguyeân lyù baûo veä nhö sau: Muoán cho choáng seùt van baûo veä ñöôïc moät thieát bò naøo ñoù thì ñaëc tính Volt-giaây cuûa noù, keå caû phaïm vi taûn maïn phaûi naèm toaøn boä döôùi ñaëc tính Volt-giaây cuûa thieát bò ñöôïc baûo veä vaø ñieän aùp dö treân choáng seùt van hoaëc treân thieát bò haïn cheá quaù ñieän aùp phaûi nhoû hôn ñieän aùp thöû nghieäm xung cuûa caùch ñieän trong cuûa thieát bò ñöôïc baûo veä. Nhöng ñieän aùp taùc duïng leân caùch ñieän cuûa thieát bò ñöôïc baûo veä coøn phuï thuoäc vaøo vò trí ñaët choáng seùt van vaø ñieän aùp dö treân choáng seùt van laïi phuï thuoäc vaøo doøng ñieän xung qua noù. Do ñoù, vieäc baûo veä baèng CSV chæ an toaøn khi thöïc hieän ñöôïc hai ñieàu kieän sau: - Khoaûng caùch giöõa choáng seùt van vaø thieát bò ñöôïc baûo veä phaûi naèm trong giôùi haïn cho pheùp vaø muoán môû roäng phaïm vi baûo veä cuûa choáng seùt van phaûi coù bieän phaùp giaûm nhoû ñoä doác cuûa soùng truyeàn vaøo traïm. - Trò soá doøng ñieän xung chaïy qua choáng seùt van khoâng ñöôïc vöôït trò soá ñònh möùc töùc doøng ñieän phoái hôïp (töø 5 ÷14 kA tuøy caáp ñieän aùp vaø tuøy loaïi choáng seùt van) cuûa noù. 7.2.1 AÛnh höôûng cuûa khoaûng caùch giöõa choáng seùt van vaø thieát bò ñöôïc baûo veä ñeán ñieän aùp taùc duïng leân caùch ñieän Neáu choáng seùt van ñaët tröïc tieáp taïi ñaàu vaøo cuûa thieát bò ñöôïc baûo veä thì ñieän aùp taùc duïng leân caùch ñieän cuõng baèng ñieän aùp dö treân choáng seùt van. Do ñaëc tính Volt-giaây cuûa caùch ñieän cuûa thieát bò ñöôïc baûo veä naèm treân ñaëc tính
23. 192 Volt-giaây cuûa choáng seùt van neân caùch ñieän ñöôïc baûo veä an toaøn. Nhöng taïi traïm, choáng seùt van coøn phaûi baûo veä cho toaøn boä caùch ñieän cuûa traïm, cho neân trong tröôøng hôïp toång quaùt naøy giöõa choáng seùt van vaø thieát bò caàn baûo veä coù moät khoaûng caùch naøo ñoù, do ñoù caùch ñieän coøn chòu taùc duïng moät löôïng ñieän aùp gia taêng ∆U. Quan heä giöõa ∆U vôùi caùc thoâng soá cuûa sô ñoà traïm vaø cuûa soùng ñöôïc khaûo saùt qua moät ví duï ñôn giaûn (H.7.1a): sô ñoà baûo veä moät traïm cuït (ñeå coù tröôøng hôïp nguy hieåm nhaát), trong ñoù khoaûng caùch giöõa choáng seùt van vaø thieát bò caàn baûo veä (MBA) baèng l. Hình 7.1 Sô ñoà baûo veä moät traïm cuït a) Tröôùc khi CSV phoùng ñieän; b) Sau khi CSV phoùng ñieän Giaû thieát soùng tôùi coù daïng xieân goùc U = at vôùi thôøi gian ñaàu soùng baèng T Uo ñs vaø ñoä doác ñaàu soùng a =T (Uo = U 50 % cuûa caùch ñieän ñöôøng daây trong ñs ñoaïn gaàn traïm). Choïn goác thôøi gian laø khi soùng ñeán choáng seùt van (ñieåm A) laàn ñaàu tieân. 2l Trong thöïc teá thöôøng T>2 T = (2T laø thôøi gian soùng ñi töø A ñeán B vaø ñs v phaûn xaï töø B veà ñeán A) neân khi choáng seùt van laøm vieäc thì ñieän aùp phoùng ñieän U p cuûa choáng seùt van seõ baèng toång soùng tôùi vaø soùng phaûn xaï vaø ñöôïc bieåu thò bôûi bieåu thöùc sau: Up= at p + a( t p −τ2 ) = 2atp − 2 a τ (7.1)
24. 193 Töø (7.1) suy ra ñöôïc thôøi gian töø luùc soùng tôùi ñeán vò trí choáng seùt van cho ñeán khi choáng seùt van laøm vieäc baèng: U+2 a τ t = p (7.2) p 2a Bôûi vì taïi thôøi ñieåm tp choáng seùt van laøm vieäc caét soùng tôùi ôû trò soá baèng at p cho neân töø phía sau choáng seùt van soùng coù bieân ñoä at p (H-7.1b). Vì laø traïm cuït cho neân khi truyeàn ñeán MBA, soùng quaù ñieän aùp seõ taêng leân gaáp ñoâi (do phaûn xaï döông toaøn phaàn), nhö vaäy ñieän aùp lôùn nhaát taùc duïng leân caùch ñieän cuûa MBA seõ baèng: l U=2 at = Ua + 2 ≈ U +∆ U (7.3) cñmax p pv dö Töø (7.3) thaáy roõ laø ñieän aùp taùc duïng treân caùch ñieän cuûa MBA (Ucñ ) lôùn l hôn ñieän aùp laøm vieäc cuûa choáng seùt van (U ) moät löôïng baèng ∆U = 2 a . p v (Up≈ U dö do ñaëc tính Volt-Ampe cuûa CSV töông ñoái baèng phaúng). Khoaûng caùch l vaø ñoä doác ñaàu soùng a caøng lôùn thì löôïng ñieän aùp gia taêng ∆U caøng cao, ñieän aùp taùc duïng leân caùch ñieän ñöôïc baûo veä caøng lôùn. Nhöng trong moïi tröôøng hôïp, ñeå baûo veä an toaøn, ñieän aùp xung lôùn nhaát taùc duïng leân caùch ñieän cuûa thieát bò ñöôïc baûo veä khoâng ñöôïc vöôït quaù trò soá ñieän aùp thöû nghieäm xung cuûa noù Ucñmax ≤ U tnx . AÙp duïng vaøo (7.3) seõ suy ra ñöôïc khoaûng caùch lôùn nhaát cho pheùp giöõa choáng seùt van vaø thieát bò ñöôïc baûo veä: l U+2 a ≤ U cñmax v tnx (U− U ) v suy ra: l ≤ tnx p (7.4) cp 2a vôùi Utnx laø ñieän aùp thöû nghieäm xung cuûa caùch ñieän cuûa thieát bò ñöôïc baûo veä. Töø (7.4) thaáy roõ raèng, trò soá cuûa khoaûng caùch lôùn nhaát cho pheùp lcp tæ leä nghòch vôùi ñoä doác cuûa soùng tôùi: muoán taêng phaïm vi baûo veä cho pheùp lcp cuûa choáng seùt van caàn phaûi giaûm ñoä doác cuûa soùng truyeàn vaøo traïm. Ñeå thöïc hieän ñöôïc ñieàu naøy thì caàn phaûi coù bieän phaùp haïn cheá söï xuaát hieän treân daây daãn cuûa ñöôøng daây ôû gaàn traïm quaù ñieän aùp vôùi bieân ñoä vaø ñoä doác lôùn. Cuï theå laø: - Ñoái vôùi ñöôøng daây ñöôïc baûo veä choáng seùt ñaùnh thaúng baèng daây choáng seùt treân toaøn tuyeán thì trong khoaûng caùch töø 1 ÷3 km (tuøy caáp ñieän aùp) tröôùc khi ñeán traïm, phaûi giaûm nhoû goùc baûo veä α ñeå haïn cheá khaû naêng seùt ñaùnh tröïc
25. 194 tieáp vaøo daây daãn vaø giaûm ñieän trôû noái ñaát cuûa coät ñieän ñeå giaûm xaùc suaát xuaát hieän phoùng ñieän ngöôïc treân caùch ñieän ñöôøng daây, do seùt ñaùnh vaøo coät hoaëc daây choáng seùt. - Ñoái vôùi ñöôøng daây khoâng coù daây choáng seùt treân toaøn tuyeán thì trong khoaûng caùch töø 1 ÷3 km tröôùc khi tôùi traïm, phaûi ñaët daây choáng seùt baûo veä choáng seùt ñaùnh thaúng vaøo ñöôøng daây moät caùch an toaøn, ñoàng thôøi thöïc hieän noái ñaát coät ñieän toát ñeå traùnh phoùng ñieän ngöôïc töø daây choáng seùt ñeán daây daãn khi seùt ñaùnh vaøo coät hoaëc daây choáng seùt. Nhö vaäy soùng quaù ñieän aùp trong phaàn lôùn caùc tröôøng hôïp chæ coù theå truyeàn töø ñöôøng daây vaøo traïm sau khi ñaõ chaïy qua khoaûng caùch ñöôïc taêng cöôøng baûo veä ñoù, vaø döôùi taùc duïng cuûa vaàng quang xung, ñaàu soùng seõ bò keùo daøi, töùc ñoä doác cuûa noù seõ giaûm nhoû khoâng coøn nguy hieåm cho caùch ñieän cuûa traïm nöõa. 7.2.2 AÛnh höôûng cuûa doøng ñieän xung qua choáng seùt van ñeán trò soá ñieän aùp dö cuûa noù Ñeå ñaûm baûo ñieàu kieän laøm vieäc bình thöôøng cuûa choáng seùt van, nhö ñaõ trình baøy trong chöông “Thieát bò choáng seùt”, caàn phaûi haïn cheá doøng ñieän seùt qua noù khoâng vöôït quaù doøng ñieän phoái hôïp (5÷14 kA tuøy caáp ñieän aùp vaø tuøy loaïi choáng seùt van). Doøng ñieän xung qua choáng seùt van lôùn quaù, moät maët gaây neân treân ñieän trôû laøm vieäc cuûa choáng seùt van moät nhieät naêng vöôït quaù giôùi haïn cho pheùp vaø coù theå phaù huûy choáng seùt van, maët khaùc seõ laøm cho ñieän aùp dö cuûa choáng seùt van taêng cao, nguy hieåm cho caùch ñieän cuûa thieát bò ñöôïc baûo veä. Xeùt sô ñoà baûo veä traïm (H.7.2). - Soùng tôùi Ut do seùt ñaùnh ngoaøi ñoaïn taêng cöôøng baûo veä truyeàn vaøo traïm theo ñöôøng daây coù toång trôû soùng Z, taïi thanh goùp cuûa traïm coù ñaët boä choáng seùt van ñeå baûo veä cho maùy bieán aùp (H.7.2a). Hình 7.2 Sô ñoà baûo veä traïm ñeå xeùt doøng qua CSV
26. 195 Khi choáng seùt van laøm vieäc, sô ñoà thay theá theo quy taéc Petersen (H.7.2b) cho phöông trình ñieän aùp sau: 2Ut= I CSV ZU + dö (7.5) trong ñoù: Ut - bieân ñoä soùng quaù ñieän aùp truyeàn tôùi traïm Udö - ñieän aùp dö treân choáng seùt van khi doøng ñieän xung qua noù baèng trò soá doøng ñieän phoái hôïp (5 ÷14 kA ) ICSV - doøng ñieän xung qua choáng seùt van Z - toång trôû soùng ñöôøng daây. Töø (7.5) suy ra trò soá doøng ñieän xung qua choáng seùt van: 2Ut− U dö ICSV = Z (7.6) Ví duï: ñaët ôû traïm 110 kV choáng seùt van loaïi PBC-110 coù Udö = 335 kV , töông öùng vôùi doøng ñieän xung qua noù baèng trò soá doøng phoái hôïp: 5 kA . Toång trôû soùng cuûa ñöôøng daây giaû thieát baèng Z =400 Ω . Bieân ñoä soùng tôùi laáy baèng möùc caùch ñieän xung cuûa caùch ñieän ñöôøng daây. Vôùi ñöôøng daây coät theùp thì ñieän aùp phoùng ñieän xung beù nhaát cuûa chuoãi söù U50 % = 650 kV . Töø ñoù suy ra doøng ñieän qua choáng seùt van: 2× 650 − 335 I= =2, 413 kAkA 5 kA = I ph Doøng ñieän qua choáng seùt van ñaõ vöôït quaù trò soá doøng phoái hôïp. Tuy nhieân, cuõng vôùi ñöôøng daây coät goã ñoù, neáu treân khoaûng töø 1 ÷2km ñeán traïm ñaët daây
27. 196 choáng seùt vaø noái ñaát daây choáng seùt taïi coät thì U50 % ≈ 850 kV , vaø nhö vaäy doøng ñieän qua choáng seùt van seõ baèng: 2× 850 − 335 I= =3, 413 kA < 5 kA CSV 400 Qua ñoù thaáy roõ söï caàn thieát phaûi coù khoaûng caùch ñöôïc taêng cöôøng baûo veä tröôùc khi ñeán traïm. Neáu ñöôøng daây khoâng ñöôïc taêng cöôøng baûo veä ôû ñoaïn tôùi traïm thì khi seùt ñaùnh vaøo coät, nôi ñaët choáng seùt van, doøng ñieän seùt phaân boá giöõa ñieän trôû noái ñaát Rc cuûa coät bò seùt ñaùnh vaø qua choáng seùt van nhö sau (H.7.3): Udö ICSV= I s − Rc Ví duï: Vôùi PBC – 110 thì Udö = 367 kV töông öùng Iph = 10 kA Neáu Is = 100 kA , Rc =10 Ω thì 367 I=−=100 63, 3 kAI? = 10 kA CSV 10 ph Nhö vaäy, doøng ñieän qua choáng seùt van vöôït quaù xa giôùi haïn cuûa doøng ñieän phoái hôïp. Hö hoûng choáng seùt van laø ñieàu khoù traùnh khoûi. 7.3 SÔ ÑOÀ NGUYEÂN LYÙ BAÛO VEÄ TRAÏM 1- Ñoái vôùi ñöôøng daây coät xaø goã ñieän aùp töø 35 ÷110kV , ôû ñoaïn tôùi traïm töø 1÷2km phaûi ñaët daây choáng seùt vaø noái ñaát taïi caùc coät ñieän. Möùc caùch ñieän xung trong ñoaïn naøy giaûm ñi raát nhieàu vì coät goã ñaõ bò noái taét bôûi daây noái ñaát cuûa daây choáng seùt. Ví duï, ñöôøng daây 110 kV khi treo daây choáng seùt, caùch ñieän pha goàm chuoãi söù vaø 2 m xaø goã, möùc caùch ñieän xung baèng khoaûng 850 kV , trong khi ñoù ôû phaàn ñöôøng daây khoâng treo daây choáng seùt, caùch ñieän pha coøn goàm caû phaàn lôùn thaân coät, möùc caùch ñieän xung coù theå vöôït 1700 kV . Do ñoù ñoaïn tôùi traïm laø nôi caùch ñieän yeáu cuûa ñöôøng daây. Ñeå haïn cheá bieân ñoä cuûa soùng truyeàn vaøo traïm vaø baûo veä cho caùch ñieän ñöôøng daây phaûi ñaët moät boä choáng seùt oáng (CSOÂ-1) ôû ñaàu ñoaïn tôùi traïm (treân coät ñaàu tieân ñaët DSC) (H.7.4a).
28. 197 a) Ñ/v ÑD khoâng ñöôïc baûo veä baèng b) Ñ/v ÑD ñöôïc baûo veä baèng DCS treân DCS treân toaøn tuyeán toaøn tuyeán Hình 7.4 Sô ñoà nguyeân lyù baûo veä traïm Ñieän aùp treân daây daãn sau khi choáng seùt oáng 1 laøm vieäc ñöôïc xaùc ñònh bôûi UDD= I csoâ ⋅ R csoâ trong ñoù Icsoâ laø doøng ñieän qua CSOÂ1 vaø Rcsoâ laø ñieän trôû taûn xung noái ñaát cuûa noù. Ñeå haïn cheá trò soá cuûa UDD caàn phaûi giaûm thaáp trò soá ñieän trôû noái ñaát cuûa csoâ-1. Theo quy phaïm baûo veä choáng seùt cho traïm thì: 3 Rcsoâ 10 Ω m . Boä choáng seùt oáng 2 ñaët ôû cuoái ñöôøng daây coù nhieäm vuï baûo veä maùy caét ñieän ñöôøng daây trong tröôøng hôïp maùy ñaõ ôû traïng thaùi caét maø ñöôøng daây vaãn coù quaù ñieän aùp. Tröôøng hôïp naøy coù theå xaûy ra: Khi seùt ñaùnh laàn thöù nhaát vaøo ñöôøng daây coù khaû naêng gaây neân ngaén maïch chaïm ñaát. Baûo veä rôle laøm vieäc môû maùy caét (MC) vaø ñöôøng daây hôû maïch. Neáu seùt ñaùnh laàn nöõa vaøo ñöôøng daây, soùng ñieän aùp truyeàn ñeán cuoái ñöôøng daây hôû maïch seõ phaûn xaï döông toaøn phaàn, ñieän aùp taêng gaáp ñoâi coù theå xuyeân thuûng khoaûng caùch giöõa caùc ñieän cöïc cuûa maùy caét, cuûa dao caùch ly hoaëc caùch ñieän cuûa tuï ñieän thoâng tin (phuïc vuï cho thoâng tin vi ba). Ñöôøng daây cuõng coù theå ôû tình traïng hôû maïch khi noù laøm nhieäm vuï döï tröõ söï coá, neáu seùt ñaùnh vaøo ñöôøng daây thì cuõng xaûy ra nguy hieåm nhö treân. Phaûi chænh ñònh khoaûng caùch ngoaøi sao cho choáng seùt oáng 2 (CSOÂ-2) khoâng ñöôïc laøm vieäc khi maùy caét ñoùng maïch. Neáu CSOÂ-2 laøm vieäc nhaàm (phoùng ñieän khi maùy caét ñoùng maïch) thì noù ñöa soùng caét coù ñoä doác raát lôùn vaøo traïm, nguy hieåm cho caùch ñieän doïc cuûa maùy bieán aùp, ñoàng thôøi coù theå gaây
29. 198 neân söï coá ngaén maïch ôû thanh goùp laø moät loaïi söï coá traàm troïng. 2- Ñöôøng daây coät theùp (hoaëc beâtoâng coát theùp) khoâng treo daây choáng seùt treân toaøn tuyeán, ví duï ñöôøng daây 35 kV coù sô ñoà baûo veä ôû ñoaïn tôùi traïm töông töï nhö tröôøng hôïp treân, song khoâng ñaët boä CSOÂ-1, bieân ñoä cuûa soùng truyeàn vaøo ñöôïc giôùi haïn bôûi möùc caùch ñieän xung cuûa chuoãi söù, chæ caàn giaûm trò soá ñieän trôû noái ñaát cuûa coät tôùi möùc caàn thieát theo qui phaïm. 3- Ñoái vôùi ñöôøng daây coät theùp (hoaëc beâ toâng coát theùp) ñöôïc baûo veä baèng daây choáng seùt treân toaøn tuyeán thì chæ caàn taêng möùc an toaøn trong ñoaïn tôùi traïm baèng caùch giaûm goùc baûo veä α (beù hôn 20 °) vaø giaûm trò soá ñieän trôû noái ñaát tôùi möùc caàn thieát (H.7.4b). 7.4 THAM SOÁ TÍNH TOAÙN CUÛA SOÙNG SEÙT TRUYEÀN VAØO TRAÏM VAØ CAÙCH TÍNH CHÆ TIEÂU CHÒU SEÙT CUÛA TRAÏM 7.4.1 Tham soá cuûa soùng truyeàn vaøo traïm Ñeå tính toaùn baûo veä choáng seùt cho traïm caàn phaûi bieát daïng soùng truyeàn vaøo traïm, töùc laø bieát caùc tham soá chuû yeáu cuûa noù: bieân ñoä vaø ñoä doác ñaàu soùng. - Bieân ñoä cuûa soùng truyeàn vaøo traïm laáy baèng möùc caùch ñieän xung cuûa caùch ñieän ñöôøng daây trong khoaûng caùch ñöôïc taêng cöôøng baûo veä: Uo = U 50 % - Ñoä doác ñaàu soùng choïn theo khaû naêng nguy hieåm nhaát coù theå xaûy ra nhö laø khi seùt ñaùnh voøng qua daây choáng seùt vaøo daây daãn vôùi ñoä doác lôùn hoaëc khi seùt ñaùnh vaøo coät hoaëc vaøo daây choáng seùt vaø gaây phoùng ñieän ngöôïc tôùi daây daãn. Nhö vaäy qui öôùc ñoä doác ñaàu soùng tính toaùn nhö sau: Taïi nôi seùt ñaùnh, soùng coù daïng nguy hieåm nhaát: ñaàu soùng vuoâng goùc nhöng khi ñeán traïm ñoä doác cuûa soùng ñaõ giaûm thaáp do taùc duïng cuûa vaàng quang xung trong quaù trình truyeàn qua khoaûng caùch ñöôïc taêng cöôøng baûo veä. Coù nghóa laø sau khi truyeàn qua khoaûng caùch treân, thôøi gian ñaàu soùng taïi traïm baèng (xem muïc 2.6) x τ = BU (7.8) ñs o c
30. 199 U c vaø ñoä doác ñaàu soùng: a = o = (7.9) τñs Bx trong ñoù: B - heä soá bieán daïng ñaàu soùng döôùi taùc duïng cuûa vaàng quang xung, tính theo 1/ kV (xem hình 2.34) Uo - bieân ñoä cuûa soùng, baèng U50 % cuûa caùch ñieän ñöôøng daây trong khoaûng caùch ñöôïc taêng cöôøng baûo veä, tính theo kV x - khoaûng caùch giöõa nôi bò seùt ñaùnh vaø traïm, km c = 0,3 km /µs, toác ñoä aùnh saùng; a - ñoä doác ñaàu soùng, kV /µs. 7.4.2 Tính chæ tieâu choáng seùt cuûa traïm do soùng truyeàn vaøo Giaû thieát vôùi moät traïm phaân phoái ñaõ cho, ñaõ xaùc ñònh ñöôïc vò trí ñaët choáng seùt van, töùc laø ñaõ bieát khoaûng caùch l töø choáng seùt van ñeán thieát bò caàn baûo veä, baèng tính toaùn hay baèng nghieân cöùu treân moâ hình ñaõ xaùc ñònh ñöôïc ñoä doác ñaàu soùng cho pheùp acp . Theo bieåu thöùc (7.9) xaùc ñònh ñöôïc chieàu daøi tôùi haïn cuûa khoaûng caùch tôùi traïm phaûi ñöôïc taêng cöôøng baûo veä: c xth = (7.10) acp ⋅ B Neáu seùt ñaùnh ngoaøi khoaûng caùch tôùi haïn, thì sau khi truyeàn qua khoaûng caùch xth vaøo traïm, soùng ñaõ bò vaàng quang xung laøm giaûm ñoä doác ñaàu soùng vaø khoâng coøn nguy hieåm cho caùch ñieän cuûa thieát bò trong traïm nöõa. Coøn moïi tröôøng hôïp seùt ñaùnh laøm xuaát hieän quaù ñieän aùp treân daây daãn trong khoaûng caùch tôùi haïn naøy ñeàu xem nhö nguy hieåm vì noù ñöa vaøo traïm soùng coù ñoä doác vöôït trò soá acp , töùc laø: 1- Neáu ñöôøng daây ñöôïc baûo veä baèng daây choáng seùt treân toaøn tuyeán hoaëc chieàu daøi cuûa phaàn ñöôøng daây ñöôïc baûo veä baèng daây choáng seùt lôùn hôn xth( x> x th ) , thì quaù ñieän aùp nguy hieåm cho traïm chæ xuaát hieän khi coù seùt ñaùnh voøng qua daây choáng seùt vaøo daây daãn vaø khi coù phoùng ñieän ngöôïc töø coät tôùi daây daãn khi seùt ñaùnh vaøo coät hoaëc vaøo daây choáng seùt trong phaïm vi xth . Khaû naêng xuaát hieän quaù ñieän aùp treân daây daãn trong nhöõng tröôøng hôïp ñoù ñöôïc ñaëc tröng bôûi soá laàn phoùng ñieän treân caùch ñieän ñöôøng daây trong ñoaïn xth trong moät naêm, töông töï caùch tính toaùn soá laàn phoùng ñieän treân caùch ñieän ñöôøng daây (chöông 5) nhö sau:
31. 200 −3 4hc 4 h c Nhmnxpñ=⋅⋅⋅⋅6 cs th 101{ vα +− ( v α )[ v p2 +− ( 1 )( vv p 3 + p 4 )]} lkV l kV (7.11) vôùi hcs - ñoä cao treo trung bình cuûa daây choáng seùt, m hc - ñoä cao cuûa coät, m; lkV - chieàu daøi khoaûng vöôït, m m - maät ñoä seùt trung bình ôû khu vöïc ñaët traïm, 1/km 2 .ngaøy seùt n - soá ngaøy seùt trong naêm ôû khu vöïc ñaët traïm xth - ñoä daøi tôùi haïn cuûa khoaûng caùch tôùi traïm, km vα - xaùc suaát seùt ñaùnh voøng qua daây choáng seùt vaøo daây daãn vp2 - xaùc suaát phoùng ñieän treân chuoãi söù khi seùt ñaùnh vaøo ñænh coät vp3 - xaùc suaát phoùng ñieän treân khoaûng caùch khoâng khí khi seùt ñaùnh vaøo daây choáng seùt giöõa khoaûng vöôït vp4 - xaùc suaát phoùng ñieän treân chuoãi söù khi seùt ñaùnh ñaùnh vaøo daây choáng seùt giöõa khoaûng vöôït. 2- Neáu ñöôøng daây chæ ñöôïc baûo veä baèng daây choáng seùt treân moät ñoaïn coù chieàu daøi x< x th tröôùc khi ñeán traïm, thì soá laàn seùt ñaùnh nguy hieåm cho traïm ngoaøi soá laàn tính theo coâng thöùc (7.11) cho ñoaïn x, coøn phaûi keå ñeán moïi tröôøng hôïp seùt ñaùnh vaøo daây daãn trong ñoaïn xth − x : −3 4hc 4 h c Nhmnxpñ=⋅⋅⋅⋅6 cs th 101{ vα +− ( v α )[ v p2 +− ( 1 )( vv p 3 + p 4 )]} lkV l kV −3 +6hDD ⋅⋅ mnx() th − x 10 (7.12) trong ñoù hDD - ñoä treo cao trung bình cuûa daây daãn ñaët cao nhaát (khi daây daãn khoâng cuøng trong moät maët phaúng ngang) trong phaàn ñöôøng daây khoâng coù daây choáng seùt. Chæ tieâu chòu seùt theo khaû naêng quaù ñieän aùp do soùng truyeàn vaøo traïm cuûa traïm ñaáu vôùi m ñöôøng daây ñöôïc xaùc ñònh theo: 1 M = (7.13) m ∑ Npñi i=1
32. 201 vôùi M laø soá naêm bình quaân xaûy ra moät laàn quaù ñieän aùp do soùng truyeàn vaøo nguy hieåm cho caùch ñieän cuûa traïm. 7.5 ÑIEÄN AÙP TREÂN CAÙCH ÑIEÄN CUÛA TRAÏM Caùc sô ñoà baûo veä cuûa traïm thöïc teá raát khaùc nhau vaø phöùc taïp. Vieäc phaân tích caùc sô ñoà ñoù thöôøng ñöôïc thöïc hieän treân moâ hình hoaëc baèng maùy tính. ÔÛ ñaây chæ giôùi thieäu phöông phaùp phaân tích 2 sô ñoà cô baûn, ñôn giaûn, töø ñoù ruùt ra nhöõng quy luaät chung nhaát. Trong caùc traïm phaân phoái, do soá löôïng choáng seùt van ñaët coù haïn neân thöïc teá theo höôùng truyeàn soùng thöôøng coù moät phaàn caùc thieát bò ñöôïc baûo veä naèm tröôùc choáng seùt van (ví duï dao caùch ly, maùy caét ñöôøng daây) coøn moät phaàn naèm sau choáng seùt van (ví duï MBA), töông öùng vôùi caùc sô ñoà hình 7.5a,b, trong ñoù caùc thieát bò caàn baûo veä ñöôïc thay theá baèng ñieän dung ñaàu vaøo cuûa chuùng (vì chæ khaûo saùt söï phaân boá ñieän aùp ban ñaàu cuûa quaù trình soùng laø tröôøng hôïp ñieän aùp taùc duïng leân caùch ñieän cuûa thieát bò lôùn nhaát). Hình 7.5 Vò trí töông ñoái giöõa CSV vaø thieát bò caàn baûo veä Vieäc khaûo saùt caùc sô ñoà ñôn giaûn naøy seõ cho thaáy aûnh höôûng cuûa khoaûng caùch giöõa choáng seùt van - thieát bò ñöôïc baûo veä, vaø ñoä doác cuûa soùng ñeán ñieän aùp taùc duïng leân caùch ñieän cuûa thieát bò ñöôïc baûo veä. Vì ñaëc tính Volt-giaây vaø Volt-Ampe cuûa choáng seùt van laø khoâng ñöôøng thaúng neân ñeå ñôn giaûn seõ duøng phöông phaùp ñoà thò ñeå khaûo saùt caùc sô ñoà. 7.5.1 Giôùi thieäu phöông phaùp ñoà thò Trong caùc sô ñoà noùi treân, giaû thieát ñöôøng daây ñöa soùng vaøo traïm coù toång trôû soùng Z1 . Ñoaïn thanh goùp giöõa nôi ñaët choáng seùt van vaø thieát bò coù chieàu daøi l,
33. 202 toång trôû soùng Z2 . Ñaëc tính Volt-giaây Ucsv = f( t ) vaø ñaëc tính Volt-Ampe UCSV= f( I csv ) ñaõ bieát, töông öùng vôùi choáng seùt van ñaõ choïn. Soùng tôùi Ut trong tröôøng hôïp toång quaùt coù daïng baát kyø ñaõ cho. Khi chuoãi khe hôû cuûa choáng seùt van phoùng ñieän, theo sô ñoà thay theá (H.7.6b) vieát ñöôïc phöông trình caân baèng ñieän aùp: Ucsv 2UUt= csv +( +⋅ IZ csv ) 1 Z2 hoaëc bieán ñoåi döôùi daïng: 2Z2 Z 1 Z 2 Ut= U csv + I csv (7.14) ZZ12+ ZZ 12 + vaø giaûi baèng phöông phaùp ñoà thò nhö sau: Hình 7.6 a) Sô ñoà truyeàn soùng vaøo traïm; b) Sô ñoà thay theá Chia maët phaúng thaønh 4 phaàn baèng heä thoáng truïc thaúng goùc. ÔÛ goùc thöù I veõ truïc ( U, t ), ôû goùc thöù II veõ truïc ( U, I ) vaø goùc IV veõ truïc ( I, t ) (H.7.7).
34. 203 Hình 7.7 Phöông phaùp ñoà thò xaùc ñònh Ucsv = f( t ) vaø Icsv = f( t ) Trong goùc thöù I veõ ñaëc tính Volt-giaây cuûa choáng seùt van (Ucsv = f( t )) vaø 2Z2 ñöôøng cong U1 bieåu dieãn veá traùi cuûa (7.14). Z1+ Z 2 Z1 Z 2 Trong goùc thöù II veõ ñöôøng thaúng Icsv vaø ñaëc tính Z1+ Z 2 Volt-Ampe cuûa choáng seùt van (UCSV= f( I csv ) ) sau ñoù coäng tung ñoä cuûa hai ñöôøng cong naøy vôùi nhau ta ñöôïc ñöôøng cong Z1 Z 2 UIU() =csv + I csv , ñöôøng cong naøy bieåu dieãn veá phaûi cuûa (7.14). Z1+ Z 2 Tröôùc khi khe hôû cuûa choáng seùt van phoùng ñieän, töùc laø tröôùc khi ñöôøng 2Z2 cong Ut caét ñaëc tính Volt-giaây cuûa choáng seùt van, ñöôøng bieåu dieãn Z1+ Z 2 2Z2 ñieän aùp taïi ñieåm A truøng vôùi ñöôøng cong Ut , töùc laø ñieän aùp khuùc xaï Z1+ Z 2 2Z2 taïi ñieåm A vôùi heä soá khuùc xaï: α12 = . Z1+ Z 2 2Z2 Khi ñöôøng cong Ut caét ñaëc tính Volt-giaây, töùc laø khi khe hôû cuûa Z1+ Z 2 choáng seùt van phoùng ñieän, ñieän aùp taïi ñieåm A ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình (7.14). Caùch xaùc ñònh nhö sau:
35. 204 2Z2 - ÖÙng vôùi thôøi ñieåm t1 , coù ñieåm a1 treân ñöôøng cong Ut (phaàn Z1+ Z 2 beân treân ñaëc tính Volt-giaây cuûa choáng seùt van). Töø ñieåm a1 veõ ñöôøng ngang, Z1 Z 2 noù seõ caét ñöôøng cong UIU() =csv + I csv taïi ñieåm b1 . Töø b1 veõ Z1+ Z 2 ñöôøng thaúng ñöùng noù caét ñaëc tính Volt-Ampe cuûa choáng seùt van taïi ñieåm c1 . Töø c1 veõ ñöôøng ngang, noù caét ñöôøng thaúng ñöùng qua ñieåm a1 taïi ñieåm d1 . Ñieåm d1 chính laø lôøi giaûi cuûa phöông trình (7.14): tung ñoä cuûa d1 cho giaù trò cuûa Ucsv taïi thôøi ñieåm t1 . Trong goùc IV veõ ñöôøng ngang coù tung ñoä baèng Icsv (hoaønh ñoä cuûa ñieåm C1 ) noù caét ñöôøng thaúng ñöùng qua a1 taïi ñieåm i1 , ñoù chính laø doøng ñieän qua choáng seùt van taïi thôøi ñieåm t1 . Cöù tieáp tuïc töông töï nhö vaäy cho nhieàu thôøi ñieåm khaùc nhau coù theå xaây döïng toaøn boä ñöôøng cong ñieän aùp taùc duïng leân choáng seùt van theo thôøi gian Ucsv = f( t ) vaø doøng ñieän qua choáng seùt van theo thôøi gian Icsv = f( t ) . Do ñaëc tính Volt-Ampe cuûa choáng seùt van töông ñoái baèng phaúng neân ñieän aùp dö treân choáng seùt van thöïc teá khoâng ñoåi trong moät phaïm vò roäng trong khi trò soá doøng ñieän qua choáng seùt van thay ñoåi raát nhieàu. 7.5.2 Tröôøng hôïp choáng seùt van naèm sau thieát bò ñöôïc baûo veä (H.7.5a) Tröôùc tieân giaû thieát C = 0 vaø toång trôû soùng cuûa ñoaïn thanh goùp chieàu daøi l giöõa thieát bò vaø choáng seùt van baèng toång trôû soùng ñöôøng daây Z1= Z 2 = Z . Soùng tôùi coù daïng xieân goùc Ut = at vôùi τñs = U0, 5 / a vaø U0, 5 laø ñieän aùp phoùng ñieän xung beù nhaát cuûa caùch ñieän ñöôøng daây coù soùng truyeàn vaøo traïm. Hình 7.7a Sô ñoà thay theá khi CSV laøm vieäc Ñieän aùp taïi ñieåm A - ñieåm ñaët thieát bò, taïi moät thôøi ñieåm baát kyø goàm
36. 205 thaønh phaàn soùng tôùi vaø thaønh phaàn soùng phaûn xaï töø B trôû veà. Baèng phöông phaùp ñoà thò nhö treân coù theå xaùc ñònh moät caùch deã daøng ñieän aùp taïi ñieåm B töùc laø Ucsv ( t ) . Ñieän aùp phaûn xaï töø B trôû veà ñöôïc xaùc ñònh theo: Up= U csv − U t (H.7.8a). Hình 7.8 Daïng ñieän aùp treân CSV (a) vaø treân caùch ñieän (b) khi C = 0 Soùng phaûn xaï naøy veà ñeán ñieåm A sau moät thôøi gian 2τ = 2 al/ v . Coäng tung ñoä caùc ñöôøng soùng tôùi taïi ñieåm A vaø soùng phaûn xaï töø B veà ñeán A seõ ñöôïc daïng ñieän aùp taùc duïng leân caùch ñieän cuûa thieát bò taïi A (H.7.8b). • Neáu 2τ τ ñs : thì trò soá cöïc ñaïi cuûa ñieän aùp taùc duïng leân caùch ñieän baèng: U U=τ+ a at = U + p cñmax ñs p 0 , 5 2 Tröôøng hôïp naøy khoâng theå xaûy ra trong caùc sô ñoà thöïc teá vì bieân ñoä cuûa soùng tôùi U0, 5 (baèng möùc caùch ñieän xung cuûa ñöôøng daây) khoâng theå nhoû hôn ñieän aùp taùc duïng leân caùch ñieän cuûa traïm.
37. 206 Hình 7.9 Ñieän aùp treân CSV (a) vaø treân caùch ñieän (b) khi keå ñeán ñieän dung C Neáu ñieän dung C ≠ 0 thì soùng ñi qua ñieän dung ñoä doác seõ bò keùo daøi, ñieän aùp cöïc ñaïi giaûm ít nhieàu (H.7.9), tuy nhieân vaãn coù theå xaùc ñònh gaàn ñuùng theo bieåu thöùc (7.15). 7.5.3 Tröôøng hôïp choáng seùt van naèm tröôùc thieát bò ñöôïc baûo veä (H.7.5b) Phöông phaùp giaûi ñoà thò veà nguyeân taéc cuõng töông töï nhö tröôøng hôïp treân. Song ôû ñaây, khi choáng seùt van laøm vieäc coù söï phaûn xaï nhieàu laàn taïi caùc ñieåm A vaø B neân caùch tieán haønh coù phöùc taïp hôn. Khi C = 0, soùng aùp phaûn xaï töø B, döông toaøn phaàn (cuøng daáu vaø baèng bieân ñoä soùng tôùi) vaø veà laïi ñeán ñieåm A nôi ñaët choáng seùt van sau moät khoaûng thôøi gian 2τ = 2 l/ v . Taïi ñieån A khi choáng seùt van laøm vieäc soùng aùp phaûn xaï töø A veà phía B ngöôïc daáu (H.7.10). Tuy nhieân, do ñaëc tính Volt-Ampe cuûa choáng seùt van baèng phaúng neân ñieän aùp taùc duïng leân noù haàu nhö khoâng thay ñoåi bao nhieâu do aûnh höôûng cuûa söï phaûn xaï nhieàu laàn naøy. Ñieän aùp treân caùch ñieän coù daïng dao ñoäng xung quanh trò soá ñieän aùp dö cuûa choáng seùt van vôùi chu kyø T=4 τ = 4 l/ v . Ñieän aùp cöïc ñaïi treân caùch ñieän coù trò soá baèng: Ucñmax = U p +2 a τ (7.16)
38. 207 Hình 7.10 Ñieän aùp treân CSV vaø treân caùch ñieän Ñieän dung C cuõng coù taùc duïng, töông töï nhö tröôøng hôïp treân, laøm giaûm ñoä doác cuûa soùng vaø maøi nhaün caùc ñænh nhoïn cuûa chuùng. Trong tính toaùn ñieän aùp taùc duïng leân caùch ñieän, ñeå ñôn giaûn coù theå thay daïng soùng taùc duïng leân choáng seùt van baèng soùng xieân goùc coù ñoä doác ñaàu soùng a vaø ñieän aùp cöïc ñaïi baèng ñieän aùp dö treân choáng seùt van khi doøng ñieän xung qua noù baèng trò soá ñònh möùc. Nhö vaäy thôøi gian ñaàu soùng tính toaùn baèng: τñs = U dö / a . Thay theá ñoaïn thanh goùp chieàu daøi l baèng sô ñoà thay theá hình π vôùi ñieän caûm Ltg = Zlv/ = Z τ vaø ñieän dung moãi nhaùnh: C l 1 τ tg = ⋅ = 2Z⋅ v 2 2 Z Nhaùnh ñieän dung song song vôùi choáng seùt van coù theå boû qua vì khi choáng seùt van laøm vieäc ñieän dung naøy ñöôïc noái taét bôûi ñieän trôû laøm vieäc raát beù cuûa choáng seùt van. Ñieän dung cuûa nhaùnh cuoái ñöôïc xeáp choàng leân ñieän dung C cuûa thieát bò ñöôïc baûo veä (H.7.11).
39. 208 Hình 7.11 Thay theá ñoaïn thanh goùp baèng sô ñoà hình Π Nhö vaäy ta coù moät maïch dao ñoäng L-C vôùi taàn soá dao ñoäng rieâng: 1 1 ω = = L⋅ C C tg tñL( C + tg ) tg 2 vaø chu kyø dao ñoäng: C τ τ TLC=π⋅2() +tg =π⋅ 2 ZC τ+ () =π⋅τ 2 () T + (7.18) tg 2 2Z c 2 vôùi Tc = ZC laø haèng soá thôøi gian cuûa quaù trình tích ñieän cuûa ñieän dung C cuûa thieát bò. Baøi toaùn veà soùng xieân goùc taùc duïng leân maïch dao ñoäng ñöôïc giaûi theo tích phaân Duyhamen vôùi keát quaû coù daïng: τds −t T T T Khi: tp≥ τ ds⇒ UU cñ=2 dö [ 1 + ( 1 − ee )] thöïc teá ít xaûy ra (7.19) τds t − T tp< τ ds⇒ UU cd=2 dö/ τ−− ds [ tTe ( 1 )] (7.20) Toùm laïi töø vieäc khaûo saùt hai daïng sô ñoà cô baûn vôùi vò trí töông ñoái giöõa choáng seùt van vaø thieát bò ñöôïc baûo veä khaùc nhau theo chieàu truyeàn soùng coù theå ruùt ra caùc keát luaän toång quaùt sau: - Veà trò soá: ñieän aùp cöïc ñaïi treân caùch ñieän trong caû hai tröôøng hôïp ñeàu tæ leä vôùi ñoä doác ñaàu soùng vaø khoaûng caùch l giöõa choáng seùt van vaø thieát bò ñöôïc baûo veä. - Veà daïng soùng: khi choáng seùt van naèm sau thieát bò, ñieän aùp taùc duïng leân caùch ñieän coù daïng moät xung ngaén khoaûng 1-3µs xeáp choàng leân ñieän aùp dö cuûa choáng seùt van. Coøn khi choáng seùt van naèm tröôùc thieát bò thì ñieän aùp taùc duïng leân caùch ñieän cuûa thieát bò coù daïng moät dao ñoäng taét daàn quanh ñieän aùp dö cuûa choáng seùt van.
40. 209 - Taùc duïng cuûa ñieän dung C cuûa thieát bò ñöôïc baûo veä laøm giaûm ñoâi chuùt trò soá cöïc ñaïi cuûa ñieän aùp trong tröôøng hôïp choáng seùt van naèm sau thieát bò, ngöôïc laïi laøm taêng ít nhieàu trò soá ñieän aùp cöïc ñaïi treân caùch ñieän trong tröôøng hôïp choáng seùt van naèm tröôùc thieát bò, nhöng khoâng vöôït quaù hai laàn ñieän aùp dö cuûa choáng seùt van. - Neáu traïm ñaáu vôùi n ñöôøng daây , trong ñoù soùng truyeàn theo moät ñöôøng daây vaøo traïm thì toång trôû soùng Z2 = Z/( n − 1 ) song song vôùi choáng seùt van, coù taùc duïng laøm giaûm ñieän aùp taùc duïng leân caùch ñieän cuûa thieát bò cuûa traïm trong caû hai tröôøng hôïp. Ñoù laø moät nhaân toá thuaän lôïi trong vieäc haïn cheá quaù ñieän aùp cho traïm.
41. 210 Chöông 8 BAÛO VEÄ CHOÁNG SEÙT CHO MAÙY ÑIEÄN QUAY 8.1 BAÛO VEÄ CAÙCH ÑIEÄN MAÙY ÑIEÄN QUAY CHOÁNG SOÙNG SEÙT TRUYEÀN VAØO THEO ÑÖÔØNG DAÂY TREÂN KHOÂNG Cuõng gioáng nhö baûo veä caùch ñieän traïm, bieän phaùp chuû yeáu ñeå baûo veä cho caùch ñieän maùy ñieän quay laø duøng choáng seùt van. Nhöng vì möùc caùch ñieän xung cuûa maùy ñieän quay khoâng cao nhö caùch ñieän traïm neân phaûi duøng loaïi choáng seùt van ñaëc bieät coù ñaëc tính baûo veä toát hôn. Ñoù laø loaïi choáng seùt van coù khe hôû caáu taïo hình xuyeán, daäp hoà quang theo kieåu thoåi töø, töøng nhoùm khe hôû ñöôïc noái song song vôùi nhöõng ñieän dung vaø ñieän trôû ñeå caûi thieän ñieàu kieän laøm vieäc cuûa khe hôû, coù ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng baèng vilit phaåm chaát cao (loaïi PBM) hoaëc baèng tecvit coù khaû naêng cho qua doøng ñieän cao hôn (loaïi PBT). Baûng 8.1 cho ta yù nieäm so saùnh veà möùc caùch ñieän xung cuûa caùch ñieän chuû yeáu cuûa maùy ñieän quay vaø cuûa maùy bieán aùp cuõng nhö ñieän aùp dö cuûa caùc loaïi choáng seùt van cuøng caáp ñieän aùp duøng baûo veä maùy ñieän. Baûng 8.1 ÑIEÄN AÙP ÑÒNH MÖÙC, kV ÑAÏI LÖÔÏNG THIEÁT BÒ 3 6 11 Ñoä beàn xung ñaûm baûo cuûa caùch Maùy bieán aùp 44 60 80 ñieän chuû yeáu, ( kV ) Maùy ñieän quay 7,6 15,2 25,2 Ñieän aùp dö cuûa choáng seùt van khi Loaïi PBM 9 17 28 doøng ñieän xung baèng 3 kA (kV ) Loaïi PBT 7 14 23,5 Coù theå thaáy deã daøng laø trong tröôøng hôïp naøy, chæ coù choáng seùt van loaïi PBT (vôùi doøng ñieän phoái hôïp baèng 3 kA) môùi coù ñieän aùp dö thaáp hôn möùc caùch ñieän xung cuûa maùy ñieän quay, nhöng cuõng vôùi ñoä döï tröõ raát thaáp, döôùi 10%.
42. 211 Do khoù khaên treân veà söï phoái hôïp giöõa ñaëc tính baûo veä cuûa choáng seùt van vôùi ñoä beàn xung cuûa caùch ñieän maùy ñieän quay neân khoâng cho pheùp ñaáu tröïc tieáp maùy phaùt ñieän coâng suaát lôùn hôn 15000 kV A vaø maùy buø ñoàng boä coâng suaát lôùn hôn 20000 kV Ar vaøo ñöôøng daây treân khoâng. Ngoaøi taùc duïng leân caùch ñieän chuû yeáu, quaù ñieän aùp khí quyeån coøn taùc duïng leân caùch ñieän doïc (giöõa caùc voøng daây) cuûa maùy ñieän vaø caùch ñieän cuûa trung tính, do ñoù ñeå baûo veä caùch ñieän doïc caàn coù bieän phaùp giaûm ñoä doác soùng tôùi khoâng quaù trò soá 5 ÷6kV /µs, vaø neáu ñeå baûo veä caû cho caùch ñieän cuûa trung tính cuûa maùy phaùt ñieän (trong tröôøng hôïp ñieåm trung tính ñöa ra ngoaøi maùy) phaûi giaûm ñoä doác soùng tôùi xuoáng döôùi 2 kV /µs. Ñeå giaûm ñoä doác soùng tôùi caàn ñaáu gaàn maùy ñieän, song song vôùi choáng seùt van nhöõng tuï ñieän coù ñieän dung C töø 0,25 ÷0,5 µF treân moãi pha. Neáu trung tính maùy ñieän ñöa ra ngoaøi thì vieäc baûo veä caùch ñieän cuûa noù ñöôïc thöïc hieän baèng caùch ñaáu vaøo ñoù moät choáng seùt van vaø song song vôùi choáng seùt van moät ñieän dung khoaûng 0,25 ÷0,5 µF ñeå haïn cheá ñoä doác cuûa soùng caét. Trong tröôøng hôïp naøy ñeå haïn cheá ñoä doác soùng tôùi chæ caàn tính theo ñieàu kieän baûo veä caùch ñieän doïc neân chæ caàn ñaët ôû thanh goùp (hoaëc ôû cöïc) maùy ñieän treân moãi pha moät ñieän dung töø 0,1 ÷0,25 µF. Baûo veä ñoaïn ñöôøng daây treân khoâng tröôùc khi tôùi maùy ñieän Treân moät chieàu daøi khoaûng 500-600m, tröôùc khi tôùi thanh goùp maùy phaùt, ñöôøng daây treân khoâng phaûi ñöôïc baûo veä tuyeät ñoái an toaøn choáng seùt ñaùnh thaúng vaøo daây daãn. Muïc ñích vieäc taêng cöôøng baûo veä ñoaïn ñöôøng daây tôùi maùy ñieän laø: - Loaïi tröø seùt ñaùnh tröïc tieáp vaøo daây daãn gaàn maùy ñieän. - Haïn cheá doøng ñieän qua choáng seùt van baûo veä maùy phaùt ñieän döôùi trò soá doøng ñieän phoái hôïp 3 kA , toát nhaát laø döôùi 1,5 kA , ñeå ñaûm baûo döï tröõ an toaøn giöõa ñieän aùp dö cuûa choáng seùt van vaø ñieän aùp taùc duïng cho pheùp treân caùch ñieän cuûa maùy ñieän quay. Sô ñoà nguyeân lyù baûo veä maùy ñieän quay cho ôû hình 8.1. Treân ñoaïn ñöôøng daây naøy, thöôøng duøng coät thu seùt ñaët hai beân ñöôøng daây ñeå choáng seùt ñaùnh thaúng. Cuõng coù theå duøng daây choáng seùt, nhöng khoâng ñöôïc ñaët daây choáng seùt tröïc tieáp treân coät ñieän nhaèm traùnh hieän töôïng phoùng ñieän ngöôïc trong ñoaïn naøy. Neáu ñöôøng daây ñi men theo caùc coâng trình kieán truùc hoaëc ñöôøng daây taûi ñieän khaùc cao hôn, thì coù theå khoâng caàn theâm bieän phaùp naøo khaùc ñeå choáng seùt
43. 212 ñaùnh thaúng, vì xaùc suaát seùt ñaùnh thaúng vaøo ñöôøng daây trong tröôøng hôïp naøy raát beù. Hình 8.1 Caùc sô ñoà baûo veä cho caùch ñieän cuûa maùy ñieän quay ñaáu vaøo ñöôøng daây treân khoâng ÔÛ ñaàu ñoaïn ñöôøng daây naøy ñaët moät boä choáng seùt oáng coù ñieän trôû noái ñaát caøng nhoû caøng toát (döôùi 5 Ω) ñeå haïn cheá doøng ñieän qua choáng seùt van khoâng vöôït quaù 3 kA . Neáu khoâng thöïc hieän ñöôïc noái ñaát nhoû nhö vaäy thì ôû coät keá tieáp ñaët theâm moät boä CSOÂ2 nöõa (H.8.1a). Trong thöïc teá, nhieàu khi maùy ñieän ñöôïc noái vaøo ñöôøng daây treân khoâng qua moät ñoaïn caùp daøi töø 50 - 100 m. Söï coù maët ñoaïn caùp naøy taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho vieäc baûo veä quaù ñieän aùp cho maùy ñieän (H.8.1b). ÔÛ nôi chuyeån tieáp töø ñöôøng daây treân khoâng sang ñoaïn caùp ñaët moät boä choáng seùt oáng (CSOÂ1). Voû caùp noái lieàn vôùi noái ñaát cuûa choáng seùt oáng vaø ñaàu kia vaøo noái ñaát cuûa choáng seùt van vaø noái ñaát cuûa nhaø maùy. Khi choáng seùt oáng laøm vieäc, loõi caùp vaø voû caùp noái vôùi nhau neân chuùng coù cuøng moät ñieän theá ñoái vôùi ñaát. Do hieäu öùng beà maët, doøng ñieän seùt truyeàn ñi chuû yeáu ngoaøi voû caùp. Neáu caùp ñaët tröïc tieáp trong ñaát thì moät phaàn doøng ñieän seùt seõ töø voû caùp taûn vaøo ñaát treân ñöôøng truyeàn ñeán maùy ñieän, phaàn coøn laïi seõ ñöôïc noái taét qua maïch voøng noái ñaát cuûa nhaø maùy ñieän. Veà phía maùy ñieän, ñieän aùp giöõa loõi caùp (noái vôùi cuoän daây maùy ñieän) vaø voû caùp (noái vôùi voû maùy ñieän vaø maïch voøng noái ñaát cuûa nhaø maùy) seõ baèng ñieän aùp giaùng treân ñieän trôû taùc duïng cuûa voû caùp, coù trò soá thaáp hôn nhieàu so vôùi möùc caùch ñieän xung cuûa maùy ñieän. Sô ñoà
44. 213 coù ñoaïn caùp coù ñoä an toaøn baûo veä cao neáu choáng seùt oáng (CSOÂ1) laøm vieäc tin caäy, ñaûm baûo. Tuy nhieân, ñieàu kieän naøy khoâng phaûi luoân luoân ñöôïc thöïc hieän vì heä soá khuùc xaï ôû ñieåm chuyeån tieáp giöõa ñöôøng daây treân khoâng vaø ñoaïn caùp raát beù, vaøo khoaûng 0,1 (toång trôû soùng ñöôøng daây khoaûng 400 ÷500 Ω, cuûa caùp töø 5 ÷40 Ω). Vì vaäy choáng seùt oáng (CSOÂ1) chæ coù theå laøm vieäc ñaûm baûo (phoùng ñieän) khi seùt ñaùnh tröïc tieáp vaøo ñöôøng daây, hay khi soùng truyeàn töø ñöôøng daây treân khoâng coù bieân ñoä cao (400 ÷500 kV ). Ñeå ñaûm baûo cho CSOÂ1 phoùng ñieän caàn dôøi CSOÂ1 veà phía tröôùc hoaëc ñaët theâm tröôùc noù, caùch moät khoaûng vöôït, moät boä CSOÂ2. Duøng hai boä choáng seùt oáng CSOÂ1 vaø CSOÂ2 naâng cao ñoä an toaøn cuûa sô ñoà. Neáu trong sô ñoà daáu daây coù ñaët cuoän caûm ñeå haïn cheá doøng ñieän ngaén maïch, thì cuoän caûm cuõng coù taùc duïng caûi thieän ñieàu kieän baûo veä cuûa sô ñoà choáng seùt cho maùy ñieän (H.8.1c). Cuoän caûm laøm giaûm ñoä doác ñaàu soùng veà phía cuoän daây maùy ñieän vaø taêng cao ñieän aùp veà phía ñöôøng daây taïo ñieàu kieän deã daøng cho CSOÂ2 hay CSV 2 phoùng ñieän (duøng CSV 2 trong tröôøng hôïp khi khoâng choïn ñöôïc CSOÂ coù khaû naêng caét doøng ñieän ngaén maïch lôùn ôû thanh goùp traïm). Khi ñoàng thôøi duøng caû ñoaïn caùp vaø cuoän caûm thì khaû naêng baûo veä choáng seùt cuûa sô ñoà cao nhaát. Noùi chung, do vieäc thöïc hieän sô ñoà choáng seùt vôùi ñoä an toaøn cao gaëp nhieàu khoù khaên vaø toán keùm, neân ñoái vôùi maùy phaùt ñieän coù coâng suaát lôùn khoâng cho pheùp noái tröïc tieáp vaøo ñöôøng daây treân khoâng. Trong tröôøng hôïp khoâng traùnh khoûi phaûi truyeàn taûi coâng suaát ôû caáp ñieän aùp maùy phaùt seõ duøng caùp hoaëc maùy phaùt ñaáu vaøo ñöôøng daây treân khoâng qua maùy bieán aùp choáng seùt coù tæ soá bieán ñoåi 1/1. 8.2 BAÛO VEÄ CHOÁNG SEÙT CHO MAÙY ÑIEÄN QUAY ÑAÁU VAØO ÑÖÔØNG DAÂY TREÂN KHOÂNG QUA MAÙY BIEÁN AÙP Maùy phaùt ñieän coâng suaát lôùn, ñaëc bieät trong caùc sô ñoà boä, thöôøng ñöôïc noái vaøo ñöôøng daây treân khoâng qua maùy bieán aùp. Veà phía cao aùp, maùy bieán aùp ñöôïc baûo veä nhö ñaõ trình baøy ôû chöông 7 neân soùng quaù ñieän aùp xuaát hieän ôû cuoän cao aùp khoâng vöôït quaù möùc caùch ñieän xung cuûa noù (trong tính toaùn laáy baèng Udö cuûa choáng seùt van khi coù doøng xung baèng doøng phoái hôïp ñi qua). Khi beân cuoän cao aùp coù soùng taùc duïng thì beân cuoän haï aùp cuõng seõ xuaát hieän ñieän aùp do giöõa hai cuoän daây coù lieân heä veà ñieän (ñieän dung) vaø lieân heä veà töø (ñieän caûm) vôùi nhau, ñoù laø söï truyeàn soùng theo ñieän dung vaø theo ñieän caûm.
45. 214 8.2.1 Söï truyeàn soùng qua ñieän dung Khi chòu taùc duïng cuûa ñieän aùp xung, söï phaân boá ñieän aùp ban ñaàu doïc theo cuoän daây töông öùng vôùi sô ñoà thay theá baèng ñieän dung cuûa cuoän daây. Phaân boá ñieän aùp cho ñeán khi soùng ñaït trò soá cöïc ñaïi (sau vaøi ba µs) vaãn gaàn gioáng nhö ban ñaàu, do vaäy trong khoaûng thôøi gian ñaàu soùng, coù theå duøng sô ñoà thay theá goàm caùc chuoãi ñieän dung ñeå khaûo saùt söï phaân boá ñieän aùp trong caùc cuoän daây cuûa maùy bieán aùp vaø maùy ñieän quay. Sô ñoà thay theá cuûa maùy bieán aùp hai daây quaán trình baøy ôû hình 8.2. Hình 8.2 Hình 8.3 Phaân boá ñieän aùp doïc caùc cuoän daây MBA ' ' Trong ñoù K1 , K2 laø ñieän dung doïc (giöõa caùc phaàn töû cuûa cuøng moät cuoän ' ' daây) cuûa cuoän cao aùp 1 vaø cuoän haï aùp 2; C1 vaø C2 laø ñieän dung ñoái vôùi ñaát ' cuûa cuoän 1 vaø 2; C12 laø ñieän dung giöõa hai cuoän daây (caùc tham soá naøy cho theo ñôn vò chieàu daøi cuûa cuoän daây). ' Neáu boû qua ñieän dung doïc K2 cuûa cuoän haï aùp thì khi cuoän haï aùp hôû maïch, ñieän aùp taïi moät ñieåm baát kyø cuûa noù coù theå xaùc ñònh theo quan heä sau: ' ' C12 C 12 l U2(x) = U 1(x). = U ( ) . (8.1) ''1 x '' CC2+ 12 ClCl 2 + 12 ' Thöïc teá ñieän dung doïc K2 vaãn toàn taïi neân phaân boá ñieän aùp doïc theo cuoän haï aùp 2 coù khaùc chuùt ít so vôùi phaân boá trong cuoän cao aùp, neân bieåu thöùc treân cho moät phaân boá gaàn ñuùng. Khi cuoän haï aùp 2 noái lieàn vôùi cuoän daây cuûa maùy phaùt ñieän, töùc laø song song vôùi C2 coù ñieän dung C cuûa cuoän daây maùy phaùt vaø cuûa thanh goùp (hoaëc cuûa ñöôøng caùp) noái lieàn vôùi maùy bieán aùp thì trong tröôøng hôïp naøy ñieän aùp ôû ñaàu vaøo cuûa maùy phaùt baèng:
46. 215 ' C12 l −t/ T U2 = U 1. e (8.2) ' ' C12 l+ Cl 2 + C trong ñoù U1 laáy baèng ñieän aùp dö cuûa choáng seùt van baûo veä cuoän daây ñieän aùp cao cuûa maùy bieán aùp, boû qua dao ñoäng cao taàn xeáp choàng leân ñieän aùp dö vì chu kyø dao ñoäng beù hôn nhieàu so vôùi haèng soá thôøi gian T cuûa sô ñoà, noùi moät caùch khaùc, dao ñoäng cao taàn naøy khoâng truyeàn qua cuoän daây maùy bieán aùp: ' ' T = ( C12 . l + C2 .l + C)Z vôùi Z laø toång trôû soùng cuûa cuoän daây maùy phaùt. U2 tính theo coâng thöùc naøy cho keát quaû lôùn hôn trong thöïc teá, do phaân boá ñieän aùp ban ñaàu (theo ñieän dung) raát khoâng ñoàng nhaát, ñieän aùp giaûm raát nhanh khi caøng xa ñaàu vaøo cuûa cuoän daây (neân coù theå coi nhö chæ coù moät phaàn nhoû cuûa ñieän ' ' dung C12 vaø C2 tham gia vaøo vieäc truyeàn soùng). Hình 8.3 cho thaáy ñieän aùp chæ coù giaù trò ñaùng keå treân khoaûng 1/5 cuoän daây tính töø ñaàu vaøo, coù nghóa laø thöïc teá ' ' chæ khoaûng 1/5 trò soá cuûa C12 + C2 tham gia vaøo quaù trình truyeàn soùng. Do ñoù aûnh höôûng cuûa ñieän dung C ñeán vieäc giaûm trò soá U2 lôùn hôn theo coâng thöùc treân. Ví duï: neáu C = C 12 + C 2 thì U2 khoâng phaûi chæ giaûm ñi hai laàn theo nhö coâng thöùc treân maø thöïc teá giaûm ñi gaàn 5-6 laàn. Do ñoù trong loaïi sô ñoà naøy chæ caàn noái vaøo cöïc maùy phaùt moät ñoaïn caùp ngaén khoaûng vaøi ba chuïc meùt thì U2 ñaõ coù theå giaûm tôùi trò soá tuyeät ñoái an toaøn cho caùch ñieän cuûa maùy phaùt ñieän. Trong tröôøng hôïp maùy phaùt ñaáu vaøo maùy bieán aùp qua moät ñoaïn ñöôøng daây treân khoâng ñaõ ñöôïc baûo veä an toaøn choáng seùt ñaùnh thaúng, thì vaãn coøn toàn taïi khaû naêng nguy hieåm cho caùch ñieän maùy phaùt do quaù ñieän aùp caûm öùng. Ñeå giaûm quaù ñieän aùp caûm öùng trong tröôøng hôïp naøy, ngöôøi ta ñaáu song song vôùi maùy phaùt ñieän moät tuï ñieän vôùi ñieän dung töø 0,1-0,5 µF, ñieän dung naøy coù taùc duïng giaûm ñieän aùp truyeàn theo ñöôøng ñieän dung. 8.2.2 Söï truyeàn soùng qua cuoän haï aùp theo ñöôøng ñieän töø Söï truyeàn soùng theo ñöôøng ñieän dung quyeát ñònh söï phaân boá ñieän aùp doïc theo cuoän daây luùc ban ñaàu. Sau khoaûng vaøi ba micro giaây thì xuaát hieän quaù trình dao ñoäng rieâng trong cuoän daây ñieän aùp cao vaø töông öùng beân cuoän daây ñieän aùp thaáp seõ xuaát hieän ñieän aùp do hieän töôïng hoã caûm giöõa caùc cuoän daây, trong ñoù soùng ñieàu hoøa baäc moät ñoùng vai troø chuû yeáu.
47. 216 Hình 8.4 Sô ñoà thay theá ñeå phaân tích quaù trình truyeàn thoáng soùng theo ñöôøng ñieän töø qua caùc cuoän daây MBA Nhö vaäy, trong sô ñoà thay theá, ñieän caûm caùc cuoän daây laø caùc thoâng soá chuû yeáu. Trong ñoù, L1 vaø L2 laø ñieän caûm taûn cuûa caùc cuoän aùp cao vaø aùp thaáp. Lµ - ñieän caûm töø hoùa ( Lµ? L1 + L 2) K1 - heä soá bieán ñoåi cuûa caùc cuoän daây cuûa maùy bieán aùp C - ñieän dung toång phía aùp thaáp goàm caû ñieän dung C 2 cuûa cuoän aùp thaáp vaø cuûa maïch ngoaøi. Z - toång trôû soùng cuûa cuoän daây maùy phaùt ñieän vaø cuûa ñoaïn daây noái giöõa maùy phaùt ñieän vaø maùy bieán aùp. r - ñieän trôû taùc duïng, ñeå tính ñeán caùc toån hao trong sô ñoà. Neáu ñieän dung C = 0 thì khi ôû phía sô caáp coù soùng vuoâng goùc bieân ñoä U1 taùc duïng thì treân cuoän thöù caáp xuaát hieän ñieän aùp: –t/T U2 = K 1.U 1 (1 – e ) L+ L vôùi: T = 1 2 Z U1 - cuõng ñöôïc laáy baèng ñieän aùp dö cuûa choáng seùt van, lyù do nhö ñaõ trình baøy ôû phaàn treân. Ñieän caûm taûn cuûa maùy bieán aùp tính ñoåi veà phía haï aùp theo: eK% × U dm L1 + L 2 = Idm .31 , 4 vôùi: eK% - ñieän aùp ngaén maïch %; Uñm - ñieän aùp ñònh möùc, kV Pñm - coâng suaát ñònh möùc, kV A. -3 Ví duï: maùy bieán aùp: 121/11 kV ; Pñm =31500 kV A, coù L1 + L 2 =10 H. Toång trôû soùng cuûa maùy phaùt ñieän cuøng coâng suaát Z ≈40 Ω, do ñoù tính ñöôïc T=25 µs. Ñieän
48. 217 aùp ôû ñaàu vaøo cuoän aùp cao cuûa maùy bieán aùp laáy baèng Udö cuûa choáng seùt van baûo veä traïm. 1 Thöïc teá, C ≠ 0 neân seõ coù dao ñoäng rieâng vôùi taàn soá ω = xeáp (L1+ L 2 ) C choàng leân thaønh phaàn K1U1. Ñieän aùp lôùn nhaát theo lyù thuyeát coù theå ñaït tôùi 2K1U1. Tuy nhieân trong thöïc teá dao ñoäng rieâng naøy taét raát nhanh vaø neáu Z < 1 L+ L 1 2 thì dao ñoäng rieâng seõ bò trieät tieâu hoaøn toaøn. Trong ví duï treân 2 C ñieàu kieän naøy ñöôïc thöïc hieän khi: L+ L 10 −3 C < 1 2 = = 0,15 µF 4Z2 41610× × 2 Trong thöïc teá, phaàn lôùn caùc tröôøng hôïp, ñieàu kieän naøy ñöôïc thoûa maõn deã daøng, chæ khi ñieän dung ôû thanh goùp ñieän aùp maùy phaùt quaù lôùn thì dao ñoäng môùi phaùt trieån vaø ñieän aùp treân cöïc maùy phaùt ñieän coù trò soá cao. Nhö vaäy thöôøng ñieän aùp truyeàn theo ñöôøng ñieän töø xuaát hieän treân cöïc maùy phaùt ít khi vöôït quaù K1U1 . Neáu dao ñoäng rieâng trong cuoän haï aùp bò trieät tieâu hoaøn toaøn thì chæ caàn baûo veä phía cao aùp cuûa maùy bieán aùp baèng choáng seùt van thích hôïp, coøn phía maùy phaùt khoâng caàn baát kyø loaïi baûo veä naøo. Ví duï maùy bieán aùp 121/11 kV coù K1 = 1/11 neáu phía cao aùp ñöôïc baûo veä baèng choáng seùt van töø coù Udö = 265 kV thì ñieän aùp cöïc ñaïi xuaát hieän ôû cuoän daây maùy phaùt U2max = K 1Udö = 265/11 = 24 kV . Ñieän aùp naøy khoâng gaây nguy hieåm cho caùch ñieän maùy phaùt ñieän. Toùm laïi, khi maùy phaùt ñieän lieân heä vôùi ñöôøng daây treân khoâng qua maùy bieán aùp, thì coù theå khoâng caàn moät bieän phaùp baûo veä choáng quaù ñieän aùp khí quyeån rieâng cho maùy phaùt ñieän, tröø tröôøng hôïp maùy phaùt ñieän coù coâng suaát beù (Z lôùn) vaø ñieän dung thanh goùp ñieän aùp maùy phaùt lôùn môùi caàn baûo veä baèng choáng seùt van thích hôïp.
49. 218 Chöông 9 QUAÙ ÑIEÄN AÙP NOÄI BOÄ - NHÖÕNG TÍNH CHAÁT CHUNG CUÛA QUAÙ ÑIEÄN AÙP NOÄI BOÄ TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 9.1 PHAÂN LOAÏI QUAÙ ÑIEÄN AÙP NOÄI BOÄ Quaù ñieän aùp noäi boä xaûy ra khi coù söï thay ñoåi cheá ñoä laøm vieäc trong heä thoáng ñieän. Söï chuyeån töø moät cheá ñoä laøm vieäc naøy sang moät cheá ñoä laøm vieäc khaùc gaén lieàn vôùi söï phaân boá laïi naêng löôïng ñieän tröôøng vaø töø tröôøng tích luyõ trong caùc ñieän dung vaø ñieän caûm cuûa maïch, keøm theo quaù trình dao ñoäng quaù ñoä vaø gaây neân quaù ñieän aùp. Nguyeân nhaân tröïc tieáp laøm phaùt sinh quaù ñieän aùp noäi boä coù theå laø nhöõng thao taùc ñoùng caét caùc phaàn töû cuûa heä thoáng trong cheá ñoä laøm vieäc bình thöôøng (nhö ñoùng caét moät ñöôøng daây khoâng taûi, caét moät maùy bieán aùp khoâng taûi), nhöng cuõng coù theå laø do baûn thaân cuûa nhöõng tình traïng söï coá khaùc nhau trong heä thoáng ñieän nhö chaïm ñaát, ngaén maïch, ñöùt daây Theo ñieàu kieän laøm vieäc cuûa caùch ñieän, thöôøng coù theå chia quaù ñieän aùp noäi boä thaønh hai nhoùm chính. Nhoùm I: Quaù ñieän aùp thao taùc Xaûy ra khi ñoùng caét caùc phaàn töû cuûa heä thoáng trong cheá ñoä laøm vieäc bình thöôøng vaø sau söï coá cuõng nhö khi xaûy ra chaïm ñaát baèng hoà quang. Noùi chung, loaïi quaù ñieän aùp naøy ñeàu coù keøm theo söï xuaát hieän hoà quang. Thuoäc nhoùm I coù: 1- Quaù ñieän aùp khi caét phuï taûi ñieän dung nhö caét ñöôøng daây daøi khoâng taûi, caét boä tuï ñieän buø.
50. 219 2- Quaù ñieän aùp khi ñoùng ñöôøng daây daøi, ñaëc bieät ôû caùc maùy caét coù boä phaän töï ñoäng ñoùng laïi . 3- Quaù ñieän aùp khi caét nhöõng doøng ñieän ñieän caûm beù, ñaëc bieät khi caét maùy bieán aùp khoâng taûi, ñoäng cô khoâng ñoàng boä vaø maùy buø. 4- Quaù ñieän aùp khi chaïm ñaát baèng hoà quang khoâng oån ñònh trong löôùi coù trung tính caùch ñieän vaø trung tính noái ñaát coäng höôûng. Nhoùm II: Quaù ñieän aùp coäng höôûng Gaây neân bôûi nhöõng dao ñoäng coäng höôûng trong heä thoáng. Thuoäc nhoùm II coù: 1- Quaù ñieän aùp coäng höôûng ôû taàn soá laøm vieäc (coäng höôûng ñieàu hoøa) 2- Quaù ñieän aùp coäng höôûng ôû taàn soá cao 3- Quaù ñieän aùp coäng höôûng ôû taàn soá thaáp hôn taàn soá nguoàn 4- Quaù ñieän aùp coäng höôûng tham soá xaûy ra do söï thay ñoåi chu kyø tham soá cuûa maïch. Quaù ñieän aùp noäi boä ñöôïc ñaëc tröng bôûi caùc tham soá sau : - Trò soá cöïc ñaïi, ñöôïc ñaëc tröng bôûi boäi soá cuûa bieân ñoä ñieän aùp pha ñònh möùc - Thôøi gian duy trì cuûa quaù ñieän aùp (thay ñoåi trong moät phaïm vi roäng töø moät vaøi traêm micro giaây (quaù ñieän aùp thao taùc) ñeán haøng giaây, thaäm chí haøng phuùt (quaù ñieän aùp coäng höôûng). - Tính laëp laïi vaø möùc ñoä lan truyeàn: cuïc boä trong phaàn töû söï coá hay lan truyeàn toaøn heä thoáng. Noùi chung, quaù ñieän aùp noäi boä coù theå duy trì töông ñoái laâu neân ñoái vôùi caùch ñieän cuûa caùc trang thieát bò ñieän noù cuõng khoâng keùm nguy hieåm so vôùi caùc xung quaù ñieän aùp khí quyeån trong thôøi gian raát ngaén, ñaëc bieät laø ñoái vôùi caùch ñieän cuûa caùc heä thoáng sieâu cao aùp (330 ÷750 kV ) maø ôû ñoù möùc caùch ñieän chæ vaøo khoaûng (2,5 ÷2) Up - Quaù ñieän aùp noäi boä laø nhöõng söï kieän maø söï xuaát hieän vaø dieãn bieán cuûa noù chòu söï chi phoái cuûa nhieàu yeáu toá ngaãu nhieân, neân caùc thoâng soá cuûa noù mang tính chaát thoáng keâ. Phöông thöùc laøm vieäc cuûa ñieåm trung tính cuûa heä thoáng aûnh höôûng ñeán trò soá cuûa quaù ñieän aùp noäi boä. Trong löôùi coù trung tính caùch ñieän, chaïm ñaát moät pha trong phaàn lôùn caùc
51. 220 tröôøng hôïp khoâng phaù hoïai söï laøm vieäc cuûa heä thoáng, nhöng ñieän aùp cuûa hai pha khoâng chaïm ñaát taêng leân ñieän aùp daây. Quaù ñieän aùp noäi boä, do ñoù, coù heä soá boäi cao hôn so vôùi tröôøng hôïp löôùi coù trung tính tröïc tieáp noái ñaát. Quaù ñieän aùp noäi boä coù yù nghóa quan troïng trong vieäc löïa choïn möùc caùch ñieän cuûa ñöôøng daây, cuûa caùc thieát bò trong traïm phaân phoái vaø trong söï phoái hôïp caùch ñieän vôùi caùc ñaëc tính cuûa choáng seùt van baûo veä. 9.2 VAÁN ÑEÀ NOÁI ÑAÁT ÑIEÅM TRUNG TÍNH CUÛA HEÄ THOÁNG ÑIEÄN Heä thoáng ñieän coù theå laøm vieäc vôùi caùc ñieåm trung tính cuûa maùy bieán aùp, maùy phaùt ñieän ñöôïc caùch ñieän vôùi ñaát hoaëc ñöôïc noái ñaát qua moät cuoän ñieän caûm lôùn (noái ñaát coäng höôûng) hoaëc ñöôïc noái ñaát tröïïc tieáp. Vieäc löïa choïn phöông thöùc noái ñaát ñieåm trung tính phuï thuoäc chuû yeáu vaøo tình traïng cuûa heä thoáng khi coù chaïm ñaát moät pha - laø loaïi söï coá thöôøng xaûy ra nhaát. 1- Trong heä thoáng coù ñieåm trung tính noái ñaát tröïc tieáp, chaïm ñaát moät pha laø ngaén maïch moät pha (H.9.1) vôùi doøng ñieän ngaén maïch lôùn, boä phaän rôle baûo veä taùc ñoäng môû maùy caét ñieän, caùch ly phaàn töû bò söï coá ra khoûi heä thoáng. Vì bò caét nhanh neân ôû ñaây ngaén maïch moät pha chaïm ñaát khoâng chuyeån thaønh ngaén maïch hai hoaëc ba pha, taùc haïi coù tính chaát cuïc boä, khoâng lan roäng trong heä thoáng. Vaø trong phaàn lôùn caùc tröôøng hôïp, phaàn töû bò söï coá coù theå ñöôïc ñoùng laïi ñeå laøm vieäc nhôø thieát bò töï ñoäng ñoùng laïi. Hình 9.1 Chaïm ñaát moät pha trong löôùi coù trung tính noái ñaát tröïc tieáp Khi chaïm ñaát moät pha, trong löôùi coù ñieåm trung tính tröïc tieáp noái ñaát, ñieän aùp treân caùc pha khoâng söï coá khoâng vöôït quaù 0,8 Udm , trong khi ôû löôùi coù ñieåm trung tính caùch ñieän, trò soá ñoù coù theå leân ñeán 1,15 Udm . Nhö vaäy trong löôùi coù ñieåm trung tính tröïc tieáp noái ñaát, choáng seùt van coù
52. 221 theå choïn theo ñieän aùp laøm vieäc lôùn nhaát baèng 0,8U dm , coøn ôû löôùi coù trung tính caùch ñieän phaûi xuaát phaùt töø ñieän aùp laøm vieäc lôùn nhaát baèng 1,15 Uñm . Nhö ñaõ bieát, trò soá ñieän aùp laøm vieäc lôùn nhaát coù aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán trò soá ñieän aùp dö treân choáng seùt van, töùc laø ñeán möùc caùch ñieän cuûa trang thieát bò ñieän. Töø ñieàu kieän daäp taét hoà quang cuûa doøng ñieän keøm theo taàn soá coâng nghieäp trong choáng seùt van coù theå vieát: α1 Ucp = C I kt trong ñoù Ucp - ñieän aùp laøm vieäc lôùn nhaát cho pheùp Ikt - doøng ñieän keøm theo taàn soá coâng nghieäp qua ñieän trôû khoâng ñöôøng thaúng cuûa CSV α1 - heä soá khoâng ñöôøng thaúng cuûa ñieän trôû laøm vieäc cuûa CSV trong phaïm vi doøng ñieän beù, taàn soá coâng nghieäp. U Töø ñoù C = cp α1 Ikt Iα2 α2 X Ñieän aùp dö treân CSV baèng Udö= CI x = U cp ⋅ α1 Ikt vôùi α2 laø heä soá khoâng ñöôøng thaúng cuûa ñieän trôû laøm vieäc cuûa CSV trong phaïm vi doøng ñieän xung trò soá lôùn. Coù nghóa laø vôùi ñieän aùp laøm vieäc lôùn nhaát cho pheùp thaáp thì ñieän aùp dö cuûa CSV ( Udö ) beù, do ñoù giaûm nheï ñöôïc möùc caùch ñieän cuûa trang bò ñieän. Nhöôïc ñieåm cuûa löôùi coù ñieåm trung tính tröïc tieáp noái ñaát laø trong boä phaän coù ngaén maïch moät pha, do doøng ngaén maïch lôùn, ñieàu kieän laøm vieäc cuûa maùy caét naëng neà hôn vaø löïc ñieän ñoäng trong cuoän daây maùy bieán aùp lôùn coù theå laøm hö hoûng cuoän daây maùy bieán aùp, ngoaøi ra doøng chaïm ñaát lôùn coøn gaây nhieãu maïnh ñoái vôùi ñöôøng daây thoâng tin ôû gaàn. 2- Ñoái vôùi löôùi coù ñieåm trung tính caùch ñieän thì chaïm ñaát moät pha chöa phaûi laø ngaén maïch vaø trong nhieàu tröôøng hôïp khoâng yeâu caàu phaûi caét ngay boä phaän coù söï coá. Doøng ñieän ñieän dung chaïy qua choã chaïm ñaát (H.9.2) coù trò soá ñöôïc xaùc ñònh bôûi ñieän aùp laøm vieäc pha cuûa löôùi vaø ñieän dung ñoái vôùi ñaát cuûa caùc pha khoâng söï coá: Iñ = 3 ωCu p.
53. 222 Hình 9.2 Chaïm ñaát moät pha trong heä thoáng coù trung tính caùch ñieän Khi doøng ñieän dung khoâng lôùn (töùc löôùi coù coâng suaát beù) thì hoà quang taïi choã chaïm ñaát töï daäp taét deã daøng vaø nhanh choùng khi doøng ñieän chaïm ñaát qua trò soá khoâng ñaàu tieân. Nhö vaäy trong löôùi coâng suaát nhoû coù trung tính caùch ñieän, khi chaïm ñaát moät pha, cheá ñoä laøm vieäc bình thöôøng khoâng bò phaù hoaïi. Trong löôùi coâng suaát lôùn thì doøng ñieän ñieän dung lôùn (haøng chuïc, thaäm chí haøng traêm ampe), hoà quang chaïm ñaát coù theå chaùy laëp ñi laëp laïi gaây neân quaù ñieän aùp ñaùng keå (xem muïc 10.2, chöông 10) vaø coù theå laøm hö hoûng caùch ñieän. Ngoaøi ra, hoà quang chaïm ñaát keùo daøi ôû caùc ñöôøng daây taûi ñieän treân khoâng coù theå lan sang pha khaùc, daãn ñeán ngaén maïch hai hoaëc ba pha, baét buoäc heä thoáng rôle baûo veä phaûi caét ñöôøng daây. ÔÛ caùc ñöôøng daây caùp, hoà quang giöõa loõi vaø voû keùo daøi daãn ñeán hö hoûng caùch ñieän vaø gaây ngaén maïch giöõa caùc pha. Coù theå loaïi tröø nguyeân nhaân gaây hoà quang chaïm ñaát keùo daøi baèng caùch noái ñaát trung tính cuûa maùy bieán aùp qua moät cuoän ñieän caûm lôùn (noái ñaát coäng höôûng) ñeå khöû doøng ñieän ñieän dung. Nhö vaäy noái ñaát coäng höôûng baûo ñaûm söï laøm vieäc an toaøn cho löôùi coù coâng suaát töông ñoái lôùn vôùi doøng ñieän ñieän dung haøng chuïc ñeán haøng traêm ampe. Tuy nhieân trong nhöõng löôùi coâng suaát lôùn, söï khöû hoaøn toaøn doøng ñieän chaïm ñaát vaø daäp taét hoà quang trôû neân khoù khaên, hôn nöõa vieäc caét choïn loïc phaàn töû söï coá cuõng raát khoù. Noùi chung, löôùi 110 kV trôû leân thöôøng ñöôïc baûo veä choáng seùt toát, phoùng ñieän treân caùch ñieän ñöôøng daây daãn ñeán chaïm ñaát moät pha cuõng khoâng thöôøng xuyeân xaûy ra, neân ñieåm trung tính ñöôïc noái ñaát tröïc tieáp. ÔÛ ñaây taän duïng ñöôïc caùc öu ñieåm cuûa noái ñaát tröïc tieáp ñieåm trung tính laø, giaûm nheï ñöôïc möùc caùch ñieän, nhanh choùng coâ laäp phaàn töû bò söï coá, giaûm ñöôïc soá laàn ngaén maïch hai vaø
54. 223 ba pha. Caùc löôùi 35 kV trôû xuoáng laøm vieäc vôùi ñieåm trung tính caùch ñieän hoaëc noái ñaát coäng höôûng. ÔÛ ñaây vieäc khöû doøng ñieän ñieän dung cuûa chaïm ñaát moät pha töông ñoái ñôn giaûn, do ñoù khi chaïm ñaát moät pha, löôùi vaãn laøm vieäc bình thöôøng. Vieäc naâng cao möùc caùch ñieän ôû caùc caáp ñieän aùp naøy khoâng gaây ra toán keùm nhieàu nhö ôû caùc löôùi caáp ñieän aùp cao hôn. Caùc löôùi 35 kV trôû xuoáng coù doøng chaïm ñaát moät pha beù, hoà quang chaïm ñaát coù theå töï daäp taét neân khoâng caàn phaûi ñaët cuoän daäp hoà quang. Kinh nghieäm vaän haønh cho thaáy, khi doøng ñieän chaïm ñaát thoaû yeâu caàu sau ñaây thì ñieåm trung tính cuûa heä thoáng coù theå ñaët caùch ñieän vôùi ñaát. Ñieän aùp , kV 6÷10 20 ÷35 35 ÷60 Doøng chaïm ñaát , A < 30 < 10 < 5 ÷10 Ñaëc bieät vôùi löôùi ñieän aùp maùy phaùt, khi doøng ñieän chaïm ñaát treân 5 A cuõng phaûi ñaët cuoän caûm taïi ñieåm trung tính cuûa maùy ñieän vì doøng ñieän quaù lôùn seõ ñoát chaùy loõi theùp maùy ñieän.