ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MƠN HỆ THỐNG ĐIỆN Nhóm môn học: CAO ÁP – VẬT LIỆU Mơn học KỸ THUẬT CAO ÁP Q ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Trao đổi trực tuyến tại: http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html Tài liệu tham khảo  Kỹ thuật cao áp II – TS HỒNG VIỆT  Bài tập KTCA – TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG  Extra High Voltage AC Transmission Engineering ( 3rd edition) – Rakosh Das Begamudre MỤC TIÊU CỦA MƠN HỌC  NGUỒN GỐC, ĐẶC ĐIỂM VÀ TÁC HẠI CỦA CÁC DẠNG Q ĐIỆN ÁP XẢY RA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN  CÁC BIỆN PHÁP ĐỂ NGĂN NGỪA, HẠN CHẾ TÁC HẠI CỦA Q ĐIỆN ÁP ĐỐI VỚI CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Q ĐIỆN ÁP(OVERVOLTAGE) ? LÀ THÀNH PHẦN ĐIỆN ÁP CĨ THỜI GIAN BIẾN THIÊN RẤT NGẮN ( 10-6 s) VÀ BIÊN ĐỘ LỚN NGUỒN GỐC SINH RA Q ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN? HIỆN TƯỢNG PHĨNG ĐIỆN SÉT Q TRÌNH ĐĨNG CẮT CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CÁC SỰ CỐ XẢY RA TRONG HỆ THỐNG CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG PHĨNG ĐIỆN SÉT Sét tượng phóng điện khí đám mây dông mang điện tích với đất đám mây dông mang điện tích trái dấu Điện áp mây dông đất đạt tới trò số hàng chục, chí hàng trăm triệu volt Chiều dài trung bình khe sét khoảng – km, phần lớn chiều dài phát triển đám mây dông 1.1 NGUỒN GỐC SINH RA PHĨNG ĐIỆN SÉT 1.2 CÁC DẠNG PHĨNG ĐIỆN SÉT Phóng điện bên đám mây Phóng điện sét mây-đất Phóng điện mây-mây 3.1 KHÁI NIỆM a) b) Hình: Q điện áp vị trí vào dòng sét vị trí cuối từ a) FEM b) FDTD 14 3.1 KHÁI NIỆM  Đối với nối đất chống sét cần phân biệt điện trở tản xung Rx với điện trở tản ổn định R∞ R∞ điện trở tản dòng xoay chiều ( R~ ) hay dòng chiều Rx x  R Nối đất tập trung: αx < 1, ảnh hưởng phóng điện tia lữa chiếm ưu Nối đất kéo dài: αx ≥ 1, ảnh hưởng điện cảm dọc theo chiều dài dẫn HTNĐ chiếm ưu 15 3.1 KHÁI NIỆM  Một số phương pháp đo điện trở suất đất U   2 a I Phương pháp Wenner  2 l U 4l I ln d Phương pháp Driven Rod 16 3.2 ĐIỆN TRỞ TẢN DỊNG XOAY CHIỀU R~  Khi dòng điện xoay chiều chạy qua điện cực tản vào đất, tạo nên đất quanh điện trường Mỗi điểm điện trường kể mặt đất có điện định φr/Uđ Utx Ub Giảm Utx , Ub Uđ  Trên mặt đất khu vực nối đất rải lớp sỏi đá để giảm chên lệch điện  Giảm điện áp điện cực Uđ hay giảm điện trở tiếp đất 17 3.2 ĐIỆN TRỞ TẢN DỊNG XOAY CHIỀU R~  Đối với điện cực nối đất đơn giản: cơng thức xác định điện trở tản tần số cơng nghiệp số dạng điện cực thường dùng (Bảng 4.1, 4.2) tt  km do Điện trở suất tính tốn đất: d tt 4l Rc  ln Cọc chơn nổi: dang tròn 2 l d tt 2l 4t  l R  (ln  ln ) c b Cọc chơn chìm: 2 l d 4t  l b t  t0  l 2 dang góc  l tt d=0,95b Thanh chơn chìm: Rt  ln 2 l dt0 Thanh hình xuyến chơn chìm: tt 8D D RV  (ln  ln ) 2  D d 4t0  kL tt Thanh có hình dáng đặc biệt: R  ln t 2 L dt0 dang dẹp d=0,5b 18 3.2 ĐIỆN TRỞ TẢN DỊNG XOAY CHIỀU R~  Đối với điện trở nối đất tổ hợp nhiều điện cực:  Hiệu ứng che làm méo dạng vùng đẳng hai điện cực, làm giảm khả tản hệ thống nối đất Để đặc trưng cho hiệu ứng che, người ta dùng hệ số η~ η~ hệ số sử dụng tản dòng điện xoay chiều tần số cơng nghiệp Đây đại lượng tốn học thể chất vật lý hiệu ứng che R1 R2 R3  Bỏ qua hiệu ứng che Rtđ = R1//R2//R3  Xét đến hiệu ứng che Rth~=Rtđ/η~ > Rtđ ~  Rtd 1 Rth ~ 19 3.2 ĐIỆN TRỞ TẢN DỊNG XOAY CHIỀU R~ Hệ số sử dụng phụ thuộc vào vào loại điện cực, số lượng cách bố trí chúng Nó tra cứu bảng số đường cong cho tài liệu hướng dẫn(SBT PL đến PL 7) Xét tổ hợp cọc … cọc n Rc Rt  nc t Rc  Rt Rth   Rc Rt Rct  Rt  n c  nc t Rc, Rt: điện trở cọc riêng lẻ ηc,ηt hệ số sử dụng cọc tổ hợp 3m VD 12 m ηc = 0.7 , ηt = 0.74 20 3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT 3.3.1 Điện trở tản xung dạng nối đất tập trung  Kích thước thật điện cực IS Biên độ lớn Phóng điện đất thay kích thước khu vực E > Epđ(đ) phóng điện tia lửa Rx = αx R~ (αx < )  αx= f(Is , ρđ ): đặc trưng cho phóng điện đất giản nở điện cực nối đất  Khi chiều dài điện cực tăng lên E = Epđ(đ) ρđ αx tăng lên ảnh hưởng điện cảm  Nếu nối đất tổ hợp Rthx = Rtđx/ηx > Rtđx ηx: thể hiệu ứng che tổ hợp tản dòng điện xung 21 3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT Trình tự tính tốn điện trở tản xung tổ hợp nối đất tập trung B1: Chọn km (nối đất chống sét) ρtt = km.ρđo B2: Tính R~ loại điện cực riêng lẻ (R~c, R~t) B3: Tính Rx loại điện cực rriêng lẻ (Rxc, Rxt) - Tính dòng sét phân bố qua điện cực riêng lẻ - Tính αx : tra bảng tính cơng thức Rxc = αxcR~c ; Rxt = αxtR~t B4: Điện trở tản xung tổ hợp Rxc  Rxt Rxc  Rxt 1 n Rth     Rxc  Rxt  x Rxc  n  Rxt  x n n : số cọc ηx : hệ số sử dụng xung tổ hợp ( ηx < η~ ) 22 3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT BT 1: Chúng ta có sắt tròn dài 40 m đường kính 20 mm Hỏi dạng nối đất sau đây, có điện trở tản xoay chiều nhỏ nhất? Biết nối đất chơn sâu 0.8 m đất Đất có điện trở suất đo vào mùa mưa 100 Ωm BT 2: Cho hệ tổ hợp phức hình gồm cọc, cọc dài m, đường kính 30 mm, đóng cọc dọc theo dạng tròn đường kính 20 mm dài 12 m Cả tổ hợp nằm sâu đất 0.8 m có điện trở suất đo lúc khơ 120 Ωm Bỏ qua hiệu ứng che Tính điện trở tản xoay chiều tổ hợp b) a) l2 = 2l1 l1 c) 23 3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT BT 3: Cho hệ tổ hợp phức hình gồm cọc, cọc dài m, đường kính 25 mm, đóng cọc dọc theo dạng tròn đường kính 15 mm dài 12 m Cả tổ hợp nằm sâu đất 0.5 m có điện trở suất đo lúc khơ 150 Ωm Tính điện trở tản xoay chiều tản xung tổ hợp Is = 100kA BT 4: Xác định điện trở xoay chiều xung kích ba nối đất làm thép dẹt 4x40 mm2, dài 15 m chơn sâu đất 0.8 m Điện trở suất đất đo vào mùa ẩm 200 Ωm Giả sử dòng sét chạy qua hệ thống nối đất 120 kA Is  It 1500lt  tt  320  It  45 24 3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT 3.3.2 Điện trở tản xung nối đất kéo dài ngang a Khi bỏ qua q trình phóng điện đất (ρ lớn, is nhỏ) is is U(l) U(0) l  l  L0  0.2  ln  0.31  H / m  r  g0  1/ m R~ l g0 L0 L0 L0 g0 g0 L0 g0 g0 Phương trình truyền sóng qua điện cực có dạng:         u i  L0 x t i  g 0u t  Dòng sét có độ dốc đầu sóng khơng đổi is(0,t) = at 25 3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT 3.3.2 Điện trở tản xung nối đất kéo dài ngang a Khi bỏ qua q trình phóng điện đất (ρ lớn, is nhỏ)  Điện áp vị trí theo thời gian t: t   a   u ( x, t )  t  2T1  1  e Tk  g 0l  k 1 k     k x    cos    l     t   a    u (0, t )  t  2T1  1  e Tk  g 0l  k 1 k        Tổng trở tản xung đầu vào thời điểm t: t  u (0, t )  2T1   Tk Z (0, t )    e 1    is (0, t ) g0l  t k 1 k   T1  L0 g0l  ; Tk  T1 k2     Hằng số thời gian q trình truyền sóng điều hòa bậc bậc k 26 3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT 3.3.2 Điện trở tản xung nối đất kéo dài ngang a Khi bỏ qua q trình phóng điện đất (ρ lớn, is nhỏ)  Một cách gần dòng sét đạt trị số cực đại (t = Tđs) tổng trở xung dầu vào có trị số lớn Tds     2T 1 1   1  e Tk Z (0, Tds )  g0l  Tds k 1 k        Trường hợp Tđs/T1 >  T1   2T1   Z (0, Tds )   R 1   1   2 g 0l  Tds k 1 k  T ds   L0l Z (0, Tds )  R  3Tds 27 3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT 3.3.2 Điện trở tản xung nối đất kéo dài ngang b Khi xét đến q trình phóng điện đất  Phóng điện dọc theo chiều dài làm cho khu vực phóng điện thu hẹp dần, dẫn đến điện dẫn tản xung khơng số Hệ phương trình truyền sóng trở nên khơng tuyến tính giải phương pháp gần phương pháp số  Ứng với trị số ρ Is định có trị số giới hạn chiều dài điện cực mà vượt q giới hạn đó, tổng trở xung khơng giảm tăng chiều dài điện cực 28