Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 110/35 kV

ña mét cäc lµ: RC = 30,38W. X¸c ®Þnh sè cäc ph¶i ®ãng: n= Trong ®ã: n- Sè cäc ph¶i ®ãng. hc- HÖ sè sö dông cäc. V× nªn tra b¶ng phô lôc 6.6 s¸ch “HÖ thèng cung cÊp ®iÖn …” ta ®­îc hc =0,73. R0- §iÖn trë cña thiÕt bÞ nèi ®Êt theo quy ®Þnh (R0 =10W) VËy: n = VËy sè cäc cÇn ®ãng lµ 5 cäc. TÝnh ®iÖn trë cña thanh ngang gåm cã 5 cäc nªn cã chiÒu dµi lµ L = 5.4 = 20m nªn cã: RT = Khi ®ã: Trong ®ã: + Rc : lµ ®iÖn trë t¶n nèi ®Êt cña cäc (W). + RT : lµ ®iÖn trë t¶n nèi ®Êt cña thanh. + n : lµ sè cäc sö dông trong hÖ thèng nèi ®Êt. + hT vµ hc : t­¬ng øng lµ hÖ sè sö dông thanh, hÖ sè sö dông cäc phô thuéc vµo sè cäc vµ tû sè a/l. Víi a/l = 2 nªn ta cã: Tra b¶ng phô lôc s¸ch “Kü thuËt ®iÖn cao ¸p ...” ta ®­îc hc = 0,73; ht = 0,48. VËy: Rn® = V× Rnd = 5,52 W < RYC = 6 W nªn hÖ thèng nèi ®Êt cho cét nh­ ®· tÝnh ®¹t yªu cÇu. VËy tho¶ m·n ®iÒu kiÖn chèng sÐt.Ch­¬ng 3 B¶o vÖ chèng sÐt ®­êng d©y t¶i ®iÖn I.C¸c yªu cÇu chung 1. §Æt vÊn ®Ò Trong hÖ thèng ®iÖn th× c¸c tr¹m biÕn ¸p ®­îc b¶o vÖ víi ®é tin cËy rÊt cao nªn sù cè tr¹m sÐt ®¸nh trùc tiÕp lµ rÊt bÐ. Trong khi ®ã ®­êng d©y t¶i ®iÖn lµ phÇn tö dµi rÊt lín vµ ®i qua c¸c vïng cã c­êng ®é sÐt ho¹t ®éng kh¸c do vËy kh¶ n¨ng sÐt ®¸nh vµo ®­êng d©y lín h¬n rÊt nhiÒu so víi tr¹m biÕn ¸p. V× vËy cã thÓ coi sù cè do sÐt chñ yÕu lµ ®èi víi ®­êng d©y t¶i ®iÖn. Qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn g©y nªn phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn vµ truyÒn sãng qu¸ ®iÖn ¸p vµo tr¹m g©y nªn sù cè ph¸ ho¹i c¸ch ®iÖn cña tr¹m (®iÒu nµy ®Æc biÖt nguy hiÓm khi sÐt ®¸nh gÇn tr¹m do vËy c¸c ®o¹n ®­êng d©y gÇn tr¹m ph¶i ®­îc t¨ng c­êng c¸ch ®iÖn). Qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn cã thÓ xuÊt hiÖn do sÐt ®¸nh vµo ®­êng d©y hoÆc do sÐt ®¸nh xuèng mÆt ®Êt gÇn ®ã g©y nªn qu¸ ®iÖn ¸p c¶m øng trªn ®­êng d©y. Tr­êng hîp nguy hiÓm nhÊt lµ sÐt ®¸nh th¼ng vµo d©y dÉn v× ®­êng d©y ph¶i chÞu toµn bé n¨ng l­îng cña dßng sÐt v× vËy tr­êng hîp nµy ®­îc chän ®Ó tÝnh to¸n cho ®­êng d©y t¶i ®iÖn. Do qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn cã trÞ sè rÊt lín nªn kh«ng thÓ chän møc c¸ch ®iÖn cña ®­êng d©y ®¸p øng hoµn toµn yªu cÇu cña qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn. Trong thùc tÕ th­êng chän c¸ch ®iÖn víi theo yªu cÇu kinh tÕ nh­ng suÊt c¾t do sÐt n»m trong kho¶ng cho phÐp. ViÖc b¶o vÖ chèng sÐt ®­êng d©y th­êng kh«ng thÓ ®¹t tuyÖt ®èi ®­îc do vèn ®Çu t­ qu¸ lín cho t¨ng c­êng vÒ c¸ch ®iÖn ®­êng d©y, hoÆc dïng c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ chèng sÐt phøc t¹p, ®¾t tiÒn... Do ®ã ph­¬ng h­íng ®óng ®¾n lµ viÖc tÝnh to¸n møc ®é b¶o vÖ chèng sÐt cña ®­êng d©y ph¶i xuÊt ph¸t tõ chØ tiªu kinh tÕ, nghÜa lµ mét mÆt lµm cho sè lÇn c¾t ®iÖn ®­êng d©y do sÐt g©y ra gi¶m ®Õn møc thÊp nhÊt cã thÓ, mét mÆt ®¶m b¶o tÝnh chÊt kinh tÕ cña biÖn ph¸p chèng sÐt. §iÒu nµy cã nghÜa lµ ta ph¶i t×m ra ®­îc ph­¬ng thøc b¶o vÖ ®­êng d©y t­¬ng øng víi tr­êng hîp tæn h¹i do sÐt g©y ra lµ lín nhÊt. 2. TÝnh to¸n sè lÇn c¾t ®iÖn do sÐt Víi ®é treo cao cña d©y trªn cïng lµ h th× ®­êng d©y sÏ thu hót vÒ phÝa m×nh c¸c phãng ®iÖn sÐt trªn d¶i ®Êt réng 6h vµ chiÒu dµi L. Sè lÇn cã phãng ®iÖn xuèng ®Êt trªn diÖn tÝch 1km2 øng víi mét ngµy sÐt lµ (0,10,15). VËy sè lÇn sÐt ®¸nh th¼ng trong mét n¨m lµ: Trong ®ã: + ms lµ sè lÇn phãng ®iÖn sÐt xuèng ®Êt trªn diÖn tÝch 1km2 øng víi mét ngµy sÐt. + h lµ chiÒu cao trung b×nh cña d©y dÉn cao nhÊt. + nngs sè ngµy sÐt h»ng n¨m n¬i cã ®­êng d©y ®i qua. nngs = 75 ngµy Trong dßng ®iÖn sÐt th× hai tham sè quan träng nhÊt lµ biªn ®é vµ ®é dèc cña dßng ®iÖn sÐt. C¸c tham sè cña dßng ®iÖn sÐt ph©n bè t¶n m¹n, kh«ng ph¶i tÊt c¶ c¸c lÇn cã sÐt ®¸nh vµo ®­êng d©y ®Òu g©y nªn phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn ®­êng d©y mµ chØ cã nh÷ng có sÐt cã biªn ®é lín h¬n møc c¸ch ®iÖn cña ®­êng d©y th× míi g©y nªn phãng ®iÖn. Kh¶ n¨ng phãng ®iÖn ®­îc ®Æc tr­ng bëi sè x¸c suÊt phãng ®iÖn Vp®. Sè lÇn x¶y ra phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn trong mét n¨m: (3-2) Tuy nhiªn kh«ng ph¶i sè lÇn m¸y c¾t nh¶y b»ng sè lÇn cã phãng ®iÖn v× thêi gian t¸c dông cña qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn rÊt ng¾n kho¶ng 100μs trong khi thêi gian lµm viÖc cña b¶o vÖ r¬ le th­êng kh«ng bÐ h¬n mét n÷a chu k× tÇn sè c«ng nghiÖp (b»ng 0,01s). Phãng ®iÖn xung kÝch chØ g©y nªn c¾t m¸y c¾t khi nã h×nh thµnh hå quang duy tr× bëi ®iÖn ¸p cña l­íi ®iÖn. X¸c suÊt h×nh thµnh hå quang phô thuéc nhiÒu yÕu tè trong ®ã yÕu tè quan träng nhÊt lµ gradien cña ®iÖn ¸p lµm viÖc däc theo ®­êng phãng ®iÖn. (3-3) Trong ®ã: +η x¸c suÊt chuyÓn tõ phãng ®iÖn tia löa thµnh hå quang duy tr×. + Elv c­êng ®é ®iÖn tr­êng trªn c¸ch ®iÖn cña ®­êng d©y. + Ulv ®iÖn ¸p lµm viÖc cña ®­êng d©y. + lp® lµ chiÒu dµi phãng ®iÖn. H×nh 3.1: Quan hÖ h = f(Elv) Sè lÇn c¾t ®iÖn trong mét n¨m lµ: (3-4) §Ó so s¸nh kh¶ n¨ng chÞu sÐt cña c¸c ®­êng d©y cã tham sè kh¸c nhau ®i qua nh÷ng vïng cã c­êng ®é sÐt kh¸c nhau ng­êi ta tÝnh trÞ sè suÊt c¾t cña ®­êng d©y tÝnh cho ®­êng d©y cã chiÒu dµi 100km. (lÇn/100km/n¨m) (3-5) Tõ c«ng thøc (3-5) ta thÊy ®Ó gi¶m sè lÇn c¾t cña m¸y c¾t do sÐt th× gi¶m trÞ sè cña Vp®, η. ViÖc gi¶m trÞ sè Vp® ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch treo d©y chèng sÐt vµ t¨ng c­êng c¸ch ®iÖn( thªm b¸t sø) cña ®­êng d©y. ViÖc treo d©y chèng sÐt trong thùc tÕ cho thÊy lµ biÖn ph¸p h÷u hiÖu gi¶m ®­îc sè lÇn c¾t cña m¸y c¾t ®iÖn ®­êng d©y tuy nhiªn cã c¸c l­u ý sau: + D©y chèng sÐt lµm nhiÖm vô chèng sÐt ®¸nh th¼ng vµo ®­êng d©y. + ViÖc treo d©y chèng sÐt kh«ng thÓ ®¶m b¶o cã møc chÞu sÐt tuyÖt ®èi (kÓ c¶ tr­êng hîp kh«ng tÝnh sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt). Bëi v× khi sÐt ®¸nh vµo d©y chèng sÐt th× nã sÏ cã mét ®iÖn ¸p gi¸ng trªn toµn bé nèi ®Êt cét ®iÖn, nÕu ®iÖn trë nèi ®Êt cã gi¸ trÞ lín th× ®iÖn ¸p gi¸ng lín vµ cã thÓ g©y nªn phãng ®iÖn ng­îc tíi d©y dÉn. Nh­ vËy t¸c dông cña d©y chèng sÐt cßn phô thuéc vµo t×nh h×nh nèi ®Êt cña cét ®iÖn. T¹i nh÷ng vïng ®Êt xÊu cã ®iÖn trë suÊt cao lín h¬n 5.104W.cm th× d©y chèng sÐt sÏ kh«ng ph¸t huy t¸c dông mµ th­êng ng­êi ta th­êng cè g¾ng gi¶m trÞ sè h. Gi¶m h (x¸c suÊt h×nh thµnh hå quang duy tr×) khi gi¶m ®­îc c­êng ®é ®iÖn tr­êng däc theo ®­êng phãng ®iÖn b»ng c¸ch t¨ng chiÒu dµi cña ®­êng phãng ®iÖn (vÝ dô nh­ dïng xµ gç hoÆc t¨ng chiÒu dµi chuçi sø….). II. C¸c tham sè cña ®­êng d©y 110kV vµ c¸c sè liÖu tÝnh to¸n 1. C¸c tham sè cña ®­êng d©y 110kV lé ®¬n - D©y dÉn lo¹i AC-150 cã d = 17mm. - D©y chèng sÐt lo¹i AC-70 cã d = 11,4mm treo cao 21m. - Chuçi sø gåm 7 b¸t P- 4,5 cã chiÒu cao cña mçi b¸t lµ 170mm ChiÒu dµi cña chuçi sø: l = 7.170 = 119(cm) = 1,19(m) - Kho¶ng v­ît ®­êng d©y lµ l = 200m. - §é vâng: f = 3m - §é vâng cña d©y dÉn: f = 5m H×nh 3.2: Cét trung gian. c) ChiÒu cao cña d©y dÉn: b»ng c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n vÒ ®é dµi chuçi sø ta tÝnh ®­îc ®é cao cña c¸c pha nh­ sau: + ChiÒu cao cña d©y chèng sÐt: 20m + Xµ pha A: 17,2m + Xµ pha B: 13,7m + Xµ pha C: 13,7m + ChiÒu dµi cña xµ pha A: 1,7m + ChiÒu dµi cña xµ pha B, C: 2,5m Tõ ®ã ta tÝnh ®­îc ®é cao cña c¸c d©y treo: + D©y pha A: hA = 17,2 -1,2 =16(m) + D©y pha B,C : hB = hC = 13,7 -1,2 =12,5(m) 2) C¸c sè liÖu tÝnh to¸n a) §é cao trung b×nh cña d©y dÉn + §é cao trung b×nh cña pha A: + §é cao trung b×nh cña pha B, C: b) §é cao trung b×nh cña d©y chèng sÐt c) Tæng trë sãng cña d©y dÉn Tæng trë sãng cña d©y dÉn ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau : (3-7) Trong ®ã: + h lµ ®é cao trung b×nh cña d©y dÉn. + r lµ b¸n kÝnh cña d©y dÉn. + Tæng trë sãng cña d©y thu sÐt + Tæng trë sãng pha A: + Tæng trë sãng pha B, C: d) Gãc b¶o vÖ + TÝnh gãc b¶o vÖ pha A: + TÝnh gãc b¶o vÖ pha B, C: NhËn xÐt: ta thÊy c¸c gãc b¶o vÖ a < 310 vËy nªn tho¶ m·n yªu cÇu vÒ chèng sÐt. e) HÖ sè ngÉu hîp gi÷a d©y dÉn vµ d©y chèng sÐt HÖ sè ngÉu hîp gi÷a d©y dÉn vµ d©y chèng sÐt ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: (3-8) Trong ®ã:+h2 lµ ®é treo cao cña d©y chèng sÐt. + r2 lµ b¸n kÝnh cña d©y dÉn. +d12 lµ kho¶ng c¸ch gi÷a d©y chèng sÐt vµ d©y dÉn pha A. +D12 lµ kho¶ng c¸ch gi÷a d©y chèng sÐt vµ ¶nh cña d©y dÉn pha H×nh 3.3: D©y dÉn vµ ¶nh cña nã. + HÖ sè ngÉu hîp gi÷a pha A vµ d©y chèng sÐt: - Khi ch­a tÝnh ®Õn vÇng quang th× hÖ sè ngÉu hîp pha A vµ d©y chèng sÐt ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: Ta cã: + hcstb = 18m + + - Khi tÝnh ®Õn vÇng quang: + HÖ sè ngÉu hîp gi÷a pha B, C vµ d©y chèng sÐt: - Khi ch­a tÝnh ®Õn vÇng quang th× hÖ sè ngÉu hîp pha B, C vµ d©y chèng sÐt ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: Ta cã: + hcstb = 18m + + - Khi tÝnh ®Õn vÇng quang: NhËn xÐt: tõ kÕt qu¶ tÝnh to¸n ta thÊy hÖ sè ngÉu hîp gi÷a pha A vµ d©y chèng sÐt lµ lín nhÊt, gãc b¶o vÖ cña pha A còng lín nhÊt do vËy: + §Ó tÝnh suÊt c¾t do sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn th× ta chØ xÐt cho pha A _lµ pha cã gãc b¶o vÖ lín nhÊt. + §Ó tÝnh suÊt c¾t do sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît cña d©y chèng sÐt ta tÝnh cho pha cã qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn ®Æt lªn lín nhÊt hay pha cã hÖ sè ngÉu hîp bÐ nhÊt ®ã lµ pha B, C. + §Ó tÝnh suÊt c¾t do sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét ta ph¶i x¸c ®Þnh qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn ®Æt lªn c¸c pha vµ ta tÝnh tr­êng hîp nguy hiÓm nhÊt tøc lµ pha cã Uc®(a,t) lín nhÊt. III. TÝnh to¸n c¸c tham sè sÐt ®¸nh vµo ®­êng d©y 1. Sè lÇn sÐt ®¸nh vµo ®­êng d©y Khi sÐt ®¸nh vµo d©y dÉn th× cã c¸c kh¶ n¨ng sau: + SÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn (Na). + SÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét vµ l©n cËn ®Ønh cét (N®c). + SÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît (Nkv). N = Na + Nc + Nkv (3-9) a) TÝnh sè lÇn sÐt vßng qua d©y dÉn vµo kho¶ng v­ît X¸c suÊt sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng vµo d©y dÉn lµ: Va (3-10) Trong ®ã:+ a lµ gãc b¶o vÖ pha A (aA = 23,020) + h lµ chiÒu cao cét ®iÖn (h = 20m). Thay sè vµo c«ng thøc trªn ta tÝnh ®­îc: Sè lÇn sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo pha B lµ: (lÇn/100km.n¨m) b) Sè lÇn sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét vµ kho¶ng v­ît 2. SuÊt c¾t do sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn - SuÊt c¾t do sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: ndd = Na.Vp®.h (3-11) Trong ®ã: + Vp® lµ x¸c suÊt phãng ®iÖn do qu¸ ®iÖn ¸p ®­êng d©y khi cã sÐt ®¸nh vµo ®­êng d©y dÉn, tham sè nµy ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: (3-12) Víi: + Zdd lµ tæng trë sãng cña d©y dÉn pha B. +U50% lµ ®iÖn ¸p phãng ®iÖn xung kÝch cña c¸c ®iÖn ®­êng d©y. U50% = 660kV Tõ ®ã ta x¸c ®Þnh ®­îc: +h lµ x¸c suÊt h×nh thµnh hå quang. X¸c suÊt h×nh thµnh hå quang phô thuéc chñ yÕu vµo gradien ®iÖn ¸p lµm viÖc däc ®­êng phãng ®iÖn. h = f(Elv) = f(Ulv/lp®) Víi :+Ulv lµ ®iÖn ¸p lµm vÞªc b»ng gi¸ trÞ ®iÖn ¸p pha. +lp® lµ chiÒu dµi phãng ®iÖn, lÊy b»ng chiÒu dµi chuçi sø (lp® = 1,19m). Tõ ®ã ta cã: B»ng c¸ch tra ®å thÞ h×nh 1.2 ta cã øng víi Elv = 48,067 cã h = 0,58. Tõ c¸c tham sè ®· tÝnh ®­îc ta thay vµo c«ng thøc tÝnh suÊt c¾t do sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn. ndd = Na.Vp®.h = 0,1701.0,8076.0,58 = 0,08 (lÇn/100km/n¨m) NhËn xÐt: tõ kÕt qu¶ tÝnh ®­îc ta thÊy ®Ó gi¶m ndd b»ng c¸ch gi¶m h (t¨ng chiÒu dµi chuçi sø) hoÆc gi¶m gãc b¶o vÖ a (t¨ng ®é cao cét thu sÐt) hoÆc t¨ng chiÒu cao cét. 3.TÝnh to¸n suÊt c¾t do sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît H×nh 3.4: Tr­êng hîp sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît Khi sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît d©y chèng sÐt, ®Ó cho ®¬n gi¶n ta gi¶ thiÕt t¹i vÞ trÝ sÐt ®¸nh dßng ®iÖn sÐt sÏ chia ®Òu hai bªn nh­ h×nh vÏ. Trong mçi cét ®iÖn dßng ®iÖn sÐt cã gi¸ trÞ lµ a.t/2. Ta gi¶ thiÕt r»ng dßng ®iÖn sÐt cã d¹ng xiªn gãc, ph­¬ng tr×nh cña dßng ®iÖn sÐt lµ: Is = Khi tÝnh to¸n ta sÏ ph¶i tÝnh víi c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau cña dßng ®iÖn sÐt. Cô thÓ ta tÝnh víi: a = 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100 kA/ms t = 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10ms Ta sÏ tÝnh to¸n víi c¸c gi¸ trÞ cña R = 15 W Khi ®­êng d©y t¶i ®iÖn bÞ sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît cña d©y chèng sÐt th× sÏ sinh ra c¸c ®iÖn ¸p lµ: ®iÖn ¸p t¸c dông lªn c¸ch ®iÖn kh«ng khÝ gi÷a d©y dÉn vµ d©y chèng sÐt, ®iÖn ¸p t¸c dông lªn c¸ch ®iÖn cña chuçi sø. Khi c¸c gi¸ trÞ nµy dñ lín th× sÏ g©y ra phãng trªn c¸ch ®iÖn ®­êng d©y g©y nªn sù cè mÊt ®iÖn. Ta sÏ lÇn l­ît xÐt tõng lo¹i ®iÖn ¸p. Thµnh phÇn ®iÖn ¸p t¸c dông lªn c¸ch ®iÖn kh«ng khÝ sÏ ®­îc tÝnh b»ng c«ng thøc: (3-12) Trong ®ã: +kd lµ hÖ sè ngÉu hîp gi÷ d©y dÉn vµ d©y chèng sÐt +a lµ ®é dèc dßng ®iÖn sÐt. +l lµ kho¶ng v­ît ®­êng d©y. Nh­ vËy ®iÖn ¸p t¸c dông lªn c¸ch ®iÖn kh«ng khÝ sÏ phô thuéc vµo a vµ l. Trong thiÕt kÕ vµ x©y dùng ®­êng d©y ng­êi ta th­êng chän kho¶ng c¸ch l ®ñ lín ®Ó tr¸nh ch¹m d©y, nªn kh¶ n¨ng xÈy ra phãng ®iÖn ë gi÷a kho¶ng v­ît lµ rÊt nhá, cho nªn kh¶ n¨ng c¾t ®iÖn ®­êng d©y lµ kh«ng ®¸ng kÓ. Do ®ã sÏ bá qua kh«ng tÝnh to¸n lo¹i ®iÖn ¸p nµy mµ chØ t×m hiÓu vÒ ®iÖn ¸p t¸c dông lªn c¸ch ®iÖn chuçi sø. a) §iÖn ¸p c¸ch ®iÖn ®Æt lªn chuçi sø Uc®. §iÖn ¸p t¸c dông lªn chuçi sø khi sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît cña d©y chèng sÐt lµ: (3-13) Dßng ®iÖn sÐt cã d¹ng is(t) = a.t do ®ã ta tÝnh ®­îc: (3-14) §iÖn ¸p lµm viÖc ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: §iÖn ¸p t¹i ®Ønh cét ®iÖn khi sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît cã sÐt ®Õn ¶nh h­ëng cña vÇng quang. C«ng thøc tÝnh to¸n: (3-15) Trong ®ã:+ a lµ ®é dèc cña dßng ®iÖn sÐt. +Lcsc lµ ®iÖn c¶m cña th©n cét ®iÖn tÝnh tõ mÆt ®Êt tíi ®iÓm treo d©y chèng sÐt. Gi¸ trÞ cña Lcsc®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: Lcsc = l0.hc. (3-16) l0 lµ ®iÖn c¶m ®¬n vÞ cña th©n cét (l0 = 0,6mH/m) hc chiÒu cao cña cét. Do ®ã ta tÝnh ®­îc: Lcsc = 0,6.20 = 12 (mH). +RC lµ ®iÖn trë nèi ®Êt cña cét ®­êng d©y. + K lµ hÖ sè ngÉu hîp cña d©y chèng sÐt ®èi víi d©y dÉn cã sÐt ®Õn ¶nh h­ëng cña vÇng quang. HÖ sè ngÉu hîp gi÷a d©y chèng sÐt víi d©y dÉn pha A vµ víi d©y dÉn pha B,C kh¸c nhau. Ta sÏ lÊy k nµo cã gi¸ trÞ nhá h¬n bëi khi ®ã th× ®iÖn ¸p c¸ch ®iÖn Uc®(t) ®Æt lªn c¸ch ®iÖn chuçi sø sÏ lín h¬n. Ta cã kC = 0,1274. Sau khi x¸c ®Þnh ®­îc c¸c thµnh phÇn trªn ta thay vµo c«ng thøc tÝnh Uc®(a,t) ta cã: Tõ ®ã ta cã b¶ng kÕt qu¶ tÝnh ®iÖn ¸p Uc®(a,t) nh­ sau: Ta thÊy Uc®(a,t) phô thuéc vµo thêi gian t vµ ®é dèc ®Çu sãng cña dßng ®iÖn sÐt a vµ gi¸ trÞ cña ®iÖn trë nèi ®Êt R. Gi¸ trÞ cña Uc®(a,t) ®­îc cho ë b¶ng 4,2, Tõ b¶ng nµy ta vÏ ®­îc ®å thÞ h×nh 4-5, Trªn ®å thÞ biÓu diÔn quan hÖ cña Uc®(a,t) ta vÏ c¶ ®Æc tÝnh phãng ®iÖn cña chuçi sø (®Æc tÝnh V-S) theo b¶ng sè liÖu sau: B¶ng 3-1: §Æc tÝnh V-S cña chuçi sø, T(ms) 1 2 3 4 5 6 7 8 Π-4,5 1020 930 860 805 790 775 755 740 Ta cã kÕt qu¶ cña Uc®(a,t) nh­ sau: B¶ng 3.2: Ta cã b¶ng sau: t a 1 2 3 4 5 6 7 8 10 117,8 183,2 248,7 314,1 379,6 445,0 510,5 575,9 20 235,6 366,5 497,4 628,3 759,2 890,1 1020,9 1151,8 30 353,4 549,7 746,1 942,4 1138,7 1335,1 1531,4 1727,7 40 471,2 733,0 994,8 1256,5 1518,3 1780,1 2041,9 2303,7 50 589,0 916,2 1243,5 1570,7 1897,9 2225,1 2552,4 2879,6 60 706,8 1099,5 1492,1 1884,8 2277,5 2670,2 3062,8 3455,5 70 824,6 1282,7 1740,8 2199,0 2657,1 3115,2 3573,3 4031,4 80 942,4 1466,0 1989,5 2513,1 3036,6 3560,2 4083,8 4607,3 90 1060,2 1649,2 2238,2 2827,2 3416,2 4005,2 4594,2 5183,2 100 1178,0 1832,5 2486,9 3141,4 3795,8 4450,3 5104,7 5759,2 a = 100 a = 60 a = 50 a = 40 a = 30 a = 20 a = 10 a = 70 a = 80 a = 90 H×nh 3.5: §å thÞ cña Uc®(a,t) khi R =15W Ta nhËn thÊy r»ng khi ®iÖn ¸p ®Æt lªn c¸ch ®iÖn chuçi lín h¬n ®iÖn ¸p phãng ®iÖn th× sÏ phãng ®iÖn, Tõ ®å thÞ ta x¸c ®Þnh ®­îc c¸c cÆp gi¸ trÞ (ai,ti) lµ giao ®iÓm cña Uc®(a,t) víi ®Æc tÝnh V-S cña chuçi sø, Ta x¸c ®Þnh ®­îc cÆp th«ng sè nguy hiÓm (Ii,ai) víi Ii = ai.ti Ta cã b¶ng kÕt qu¶ nh­ sau: B¶ng 3.3 a(kA/ms) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 ti(R =15)(ms) 0,71 0,87 1,03 1,28 1,54 1,91 2,40 3,22 4,73 9,33 Ii(R=15)(kA) 70,75 78,16 82,42 89,61 92,31 95,65 96,07 96,58 94,67 93,27 Vi 0.066 0.050 0.043 0.032 0.029 0.026 0.025 0.025 0.027 0.028 Va 0.000 0.000 0.001 0.002 0.004 0.010 0.025 0.064 0.160 0.400 DVa 0.0002 0.0004 0.0010 0.0024 0.0061 0.0153 0.0383 0.0959 0.2399 0.3995 DVp®(10-3) 0.0103 0,019 0,041 0,0788 0,178 0,392 0,67 0.92 1.02 3,01 PhÇn bªn ph¶i lµ tËp hîp nh÷ng ®iÓm ®Æc tr­ng cho c¸c lÇn sÐt ®¸nh vµo ®­êng d©y cã g©y lªn phãng ®iÖn, Cßn phÇn bªn tr¸i lµ tËp hîp nh÷ng ®iÓm an toµn. b) X¾c suÊt phãng ®iÖn Vp® X¾c suÊt phãng ®iÖn Vp® lµ x¾c suÊt ®Ó cho cÆp th«ng sè nguy hiÓm cña phãng ®iÖn sÐt (I,a) thuéc miÒn nguy hiÓm (MNH),Ta cã: (3-17) (3-18) MÆt kh¸c ta ®· biÕt: (3-19) V1 lµ x¾c suÊt ®Ó cho dßng ®iÖn I lín h¬n mét gi¸ trÞ Ii nµo ®ã: (3-20) (3-21) Tõ ®ã ta x¸c ®Þnh ®­îc: dVp®=V1.dVa hay DVp®=V1. DVa (3-22) Nªn ta cã: Tõ ®å thÞ ta x¸c ®Þnh ®­îc c¸c cÆp gi¸ trÞ (a,t) lµ täa ®é cña giao ®iÓm gi÷ ®Æc tÝnh V-S cña chuçi sø vµ Uc®, Tõ ®­îc c¸c cÆp gi¸ trÞ nµy ta x¸c ®Þnh ®­îc I = a,t, V1,Va, DVa, DVp®. Tõ b¶ng 3.3 ta cã: *Uc® khi ®ã lµ : 42,3.10-4 SuÊt c¾t do sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît: nkv = Nkv .V p®.h = 60,75.3,10-4.0,58 = 0,1987(lÇn/100km,n¨m) NhËn xÐt: Tõ c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n ttrªn ta thÊy khi gi¸ trÞ ®iÖn trë nèi ®Êt cµng lín th× su©t c¾t ®­êng d©y cµng lín. §Ó gi¶m suÊt c¾t do sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît b»ng c¸ch gi¶m ®iÖn trë nèi ®Êt cña cét. §iÒu nµy cã ý nghÜa rÊt lín khi ®­êng d©y ®i qua vïng cã ®iÖn trë suÊt bÐ.`` 3) TÝnh to¸n suÊt c¾t do sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét vµ l©n cËn ®Ønh cét S¬ ®å khi sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét vµ l©n cËn ®Ønh cét nh­ sau: H×nh 3.6: Tr­êng hîp sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét Khi cã sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét th× dßng ®iÖn sÐt sÏ ®i vµo bé phËn nèi ®Êt cña cét ®iÖn bÞ sÐt ®¸nh ®ång thêi mét phÇn nhá sÏ ®i vµo bé phËn nèi ®Êt cña c¸c cét l©n cËn. Thêi gian ®Ó cã ph¶n x¹ tõ cét l©n cËn vÒ lµ: Khi cã qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn t¸c dông lªn c¸ch ®iÖn cña ®­êng d©y th× ®iÖn ¸p ®Æt lªn c¸c pha lµ kh«ng gièng nhau do vËy ta ph¶i x¸c ®Þnh ®iÖn ¸p ®Æt lªn tõng pha ®Ó xem xÐt tr­êng hîp nµo cã gi¸ trÞ lín nhÊt. §iÖn ¸p ®Æt trªn c¸ch ®iÖn c¸c pha ®­îc x¸c ®Þnh trªn c«ng thøc sau: (3-23) Trong ®ã: +Ulv lµ thµnh phÇn ®iÖn ¸p lµm viÖc cña ®­êng d©y (Ulv=57,2kV), +kvq lµ hÖ sè ngÉu hîp cã tÝnh ®Õn ¶nh h­ëng cña vÇng quang, - pha A th× kA = 0,219 - pha B,C th× kB = 0,1247 + lµ thµnh phÇn ®iÖn ¸p c¶m øng trªn d©y dÉn c¸c pha g©y nªn bëi ®iÖn tr­êng bëi ®iÖn tÝch trong khe sÐt vµ trong cét ®iÖn, (3-24) +ic lµ dßng ®iÖn sÐt ®i vµo th©n cét, + lµ thµnh phÇn tõ cña ®iÖn ¸p c¶m øng xuÊt hiÖn trªn d©y dÉn do hç c·m gi÷a d©y dÉn vµ d©y chèng sÐt g©y ra, (3-25) do ta xÐt víi d¹ng sãng: i = a,t nªn ta cã (3-26) +β lµ tèc ®é t­¬ng ®èi cña phãng ®iÖn ng­îc cña dßng sÐt (β = 0,3), v = β,c = 0,3,300 = 90(m/μs) +Lddc trÞ sè ®iÖn c¶m cña phÇn cét ®iÖn tÝnh tõ mÆt ®Êt tíi ®é treo cao cña d©y dÉn, C«ng thøc tÝnh to¸n: Lddc = l0,hdd Víi:+l0 lµ ®iÖn c¶m ®¬n vÞ cña th©n cét (l0 = 0,6 mH/m), +hdd lµ ®é cao treo d©y dÉn, + lµ ®iÖn c¶m cña cét ®iÖn, tÝnh tõ mÆt ®Êt tíi ®é cao treo d©y chèng sÐt, = l0.hc = 0,6.20 = 12(mH) +Mcs(t) lµ hç c¶m gi÷a m¹ch khe sÐt vµ m¹ch vßng d©y chèng sÐt, (3-27) Do vËy ta cã: 3,1 TÝnh Ucd(a,t) cña pha A §é treo cao cña d©y pha A t¹i vÞ trÝ cét trung gian lµ: hA = 16m Ta sÏ tÝnh to¸n gi¸ trÞ cña tõng thµnh phÇn cña pha cña Uc®(A) víi d¹ng sãng chuÈn (a = 30kA/μs; t = 5μs), * Thµnh phÇn ®iÖn ¸p c¶m øng Uc­® §iÖn ¸p c¶m øng ®iÖn U®c­ ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: (3-29) Trong ®ã:+H = hc + hdd = 20 + 16 = 36(m) +Dh = hc- hdd = 20 – 16 = 4(m), +β lµ tèc ®é t­¬ng ®èi cña phãng ®iÖn ng­îc cña sÐt, lÊy β = 0,3 +c vËn tèc truyÒn sãng trong kh«ng khÝ (c = 300m/μs), +v lµ vËn tèc ph¸t triÓn cña phãng ®iÖn ng­îc khe sÐt víi: v = β.c = 0,3.300 = 90(m/μs) +a lµ ®é dèc ®Çu sãng (a = 30kA/μs). Tõ c¸c tham sè trªn ta thay vµo c«ng thøc tÝnh U®c­ ta ®­îc: *Hç c¶m gi÷a khe phãng ®iÖn sÐt víi m¹ch vßng d©y dÉn vµ ®Êt C«ng thøc tÝnh: (3-30) Thay sè liÖu vµo ta cã: * Hç c¶m Mcs(t) C«ng thøc tÝnh: * Dßng ®iÖn sÐt ®i trong cét ic(t) Dßng ®iÖn sÐt ®i vµo cét ®­îc x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc: (3-21) Trong ®ã:+Lsc ®iÖn c¶m cña d©y chèng sÐt (kh«ng tÝnh tíi ¶nh h­ëng cña vÇng quang) Víi:+lkv lµ chiÒu dµi kho¶ng v­ît, +Zdd lµ tæng trë sãng cña d©y dÉn, Thay vµo biÓu thøc is(t) ta ®­îc : Do ®ã ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn sÐt trong cét lµ: Thay c¸c vµo c«ng thøc tÝnh Uc®(a,t) pha A ta cã : Uc®(a,t) = 57,2 + 645,22 + 108,25.11(1 – 0,219) + 30.(9,48 - 0,219.12,973) + (0,6.14,48 - 0,219.12).17,7 = 1775,7(kV) 3,2 TÝnh Ucd(a,t) cña pha B, C Ta sÏ tÝnh to¸n gi¸ trÞ cña tõng thµnh phÇn cña pha cña Uc®(t) víi d¹ng sãng chuÈn (a = 30kA/μs vµ t = 5μs). §é treo cao cña d©y pha B, C t¹i vÞ trÝ cét trung gian lµ: hB = 12m * Thµnh phÇn ®iÖn ¸p c¶m øng Uc­® Ta cã:+H = hc + hdd = 20 + 12 = 32(m) +Dh = hc - hdd = 20 – 12 = 8(m), +kc = 0,1274 Tõ c¸c tham sè trªn ta thay vµo c«ng thøc tÝnh U®c­ ta ®­îc: *Hç c¶m gi÷a khe phãng ®iÖn sÐt víi m¹ch vßng d©y dÉn vµ ®Êt C«ng thøc tÝnh hç c¶m: Thay c¸c vµo c«ng thøc tÝnh Uc®(a,t) pha B ta cã : Uc®(a,t) = 57,2 + 492,56 + 108,25.11.(1 – 0,1274) + 30.(6,42 - 0,1274.12,97) + (0,6.10,81 - 0,1274.12).17,7 = 1687,81(kV) Tõ ®ã ta cã b¶ng tæng kÕt sau: C¸c gi¸ trÞ Pha A Pha B Ulv (kV) 57,2 57,2 Uc­ (kV) 645,22 492,56 Kvq 0,219 0,1274 ic (kA) 108,25 108,25 dic/dt (kA/μs) 17,7 17,7 Mdd (μH) 8,886 6,486 Mcs (μH) 12,973 12,973 LCdd (μH) 9,48 6,42 Lccs (μH) 12,6 12,6 Lcs ( μH) 270,35 270,35 RC (Ω) 16 16 Uc® (kV) 1775,7 1687,81 NhËn xÐt: ta thÊy ®iÖn ¸p ®Æt lªn c¸ch ®iÖn cña pha A lín h¬n ®iÖn ¸p ®Æt lªn pha B vµ C nªn ta lÊy pha A ®Ó tÝnh to¸n ®iÖn ¸p t¸c dông lªn chuçi sø khi sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét, 3.4 §iÖn ¸p ®Æt lªn c¸ch ®iÖn pha A trong tr­êng hîp sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét a) Thµnh phÇn ®iÖn ¸p c¶m øng ®iÖn U®c­ Víi a vµ t thay ®æi U®c­ ®­îc tÝnh t­¬ng tù nh­ phÇn tr­íc Tïy theo gi¸ trÞ cña a vµ t ta sÏ x¸c ®Þnh ®­îc gi¸ trÞ kh¸c nhau cña Uc­®. Gi¸ trÞ cña Uc­® ®­îc tÝnh ë b¶ng sau: B¶ng 3.5: Gi¸ trÞ cña Uc­®(a,t) t a 1,00 1,33 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 10,00 113,47 130,16 155,14 180,95 199,71 214,46 226,61 236,95 245,92 20,00 226,93 260,32 310,28 361,90 399,42 416,10 453,22 473,91 491,85 30,00 340,40 390,48 465,42 542,85 599,13 624,16 679,83 710,86 737,77 40,00 453,87 520,64 620,55 723,80 798,84 832,21 906,44 947,81 983,69 50,00 567,33 650,80 775,69 904,75 998,55 1040,26 1133,05 1184,76 1229,61 60,00 680,80 780,96 930,83 1085,70 1198,26 1248,31 1359,66 1421,72 1475,54 70,00 794,26 911,12 1085,97 1266,65 1397,97 1456,36 1586,27 1658,67 1721,46 80,00 907,73 1041,28 1241,11 1447,60 1597,68 1664,41 1812,87 1895,62 1967,38 90,00 1021,20 1171,44 1396,25 1628,55 1797,39 1872,47 2039,48 2132,57 2213,30 100,00 1134,66 1301,59 1551,38 1809,51 1997,10 2080,52 2266,09 2369,53 2459,23 b)Thµnh phÇn ®iÖn ¸p c¶m øng tõ Ta cã: (3-32) Trong ®ã:+Lddc = l0.hdd = 0,6.16 = 9,6(mH) + lµ tèc ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn sÐt trong cét, nã phô thuéc vµo t×nh tr¹ng tr­íc vµ sau khi cã ph¶n x¹ tõ cét l©n cËn trë vÒ, +Mdd(t) lµ hç c¶m phô thuéc vµo t ,Ta cã: => Tïy theo gi¸ trÞ cña t mµ ta cã ®­îc c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau cña Mdd(t). C¸c gi¸ Mdd(t) trÞ cho ë b¶ng 3.6 c) Thµnh phÇn ®iÖn ¸p Ulv §iÖn ¸p lµm viÖc ®­îc tÝnh nh­ nh÷ng phÇn tr­íc: Ulv = 57,2kV d) Thµnh phÇn ®iÖn ¸p Ucs C«ng thøc tÝnh to¸n : (3-33) Trong ®ã:+Mcs(t) lµ søc ®iÖn ®éng c¶m øng xuÊt hiÖn trªn d©y chèng sÐt g©y lªn bëi dßng ®iÖn sÐt, Mcs(t) phô thuéc vµo t, ta cã: (3-34) Tïy theo gi¸ trÞ cña t ta cã ®­îc gi¸ trÞ cña Mcs(t) cho ë b¶ng 3-6 B¶ng 3.6: Gi¸ trÞ cña Mcs(t) vµ Mdd(t) t(ms) 1,00 1,33 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 Mcs(t) 7,67 8,49 9,77 11,14 12,16 12,97 13,65 14,22 14,73 Mdd(t) 5,55 6,18 7,16 8,20 8,96 9,57 10,08 10,51 10,88 + gi¸ trÞ thay ®æi phô thuéc vµo cã hay kh«ng cã ph¶n x¹ tõ cét l©n cËn trë vÒ, *Tr­íc khi cã ph¶n x¹ tõ cét l©n cËn trë vÒ Khi ch­a cã ph¶n x¹ t­¬ng øng víi kho¶ng thêi gian t < 1,33μs (tÝnh ë phÇn tr­íc) ** Dßng ®iÖn trong cét ic(a,t) §Ó tÝnh dßng ®iÖn ®i trong cét ic(a,t) ta sö dông s¬ ®å thay thÕ nh­ trªn h×nh 3.7. Trong ®ã:+Lccs lµ ®iÖn c¶m cña cét bÞ sÐt ®¸nh +R lµ ®iÖn trë nèi ®Êt cña cét ®iÖn, +Zvqcs lµ tæng trë sãng cña d©y chèng sÐt cã xÐt ®Õn ¶nh h­ëng cña vÇng quang: Zvqcs = Zcs/λ = 527,19/1,3 = 405,53(Ω), +Mcs(t) nguån ®iÖn ¸p H×nh 3.7: S¬ ®å thay thÕ khi ch­a cã sãng ph¶n x¹ vÒ, Tõ s¬ ®å trªn ta tÝnh ®­îc dßng ®iÖn ®i trong cét ®iÖn bÞ sÐt ®¸nh ic(t) cã gi¸ trÞ lµ: (3-35) + Khi R = 15W Thay vµo biÓu thøc ic(a,t) ta cã: ** Tèc ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn sÐt trong cét: diC/dt Ta cã: + Khi R = 15W Gi¸ trÞ cña t­¬ng øng víi c¸c R kh¸c nhau ®­îc cho ë c¸c b¶ng * Sau khi cã ph¶n håi tõ cét l©n cËn trë vÒ, Do ta chØ xÐt hai kho¶ng v­ît l©n cËn cét bÞ sÐt ®¸nh, nªn ®o¹n d©y chèng sÐt cña kho¶ng v­ît ®­îc thay thÕ bëi ®iÖn c¶m Lcs, S¬ ®å thay thÕ nh­ sau: H×nh 3.8: S¬ ®å thay thÕ khi cã sãng ph¶n x¹ tõ cét l©n cËn, Trong ®ã:+RC/2 lµ 1/2 lÇn ®iÖn trë nèi ®Êt cña cét bªn c¹nh , + lµ ®iÖn c¶m cña mét kho¶ng v­ît d©y chèng sÐt kh«ng kÓ ®Õn ¶nh h­ëng cña vÇng quang Lcs = 270,35mH ** Dßng ®iÖn trong cét (3-38) +Khi R = 15W Do ®ã dßng ®iÖn trong cét khi cã ph¶n x¹ trë vÒ tõ c¸c cét l©n cËn )  B¶ng3.7: Gi¸ trÞ ic (t) t a 1,00 1,33 1,33 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 10 8,4 11,5 10,7 15,4 21,8 27,5 32,5 37,1 41,1 44,8 20 16,9 23,0 21,4 30,9 43,6 54,9 65,1 74,2 82,3 89,6 30 25,3 34,4 32,1 46,3 65,4 82,4 97,6 111,3 123,4 134,4 40 33,8 45,9 42,9 61,7 87,2 109,9 130,2 148,3 164,6 179,2 50 42,2 57,4 53,6 77,1 109,0 137,4 162,7 185,4 205,7 224,0 60 50,7 68,9 64,3 92,6 130,8 164,8 195,3 222,5 246,9 268,7 70 59,1 80,4 75,0 108,0 152,6 192,3 227,8 259,6 288,0 313,5 80 67,6 91,8 85,7 123,4 174,4 219,8 260,4 296,7 329,2 358,3 90 76,0 103,3 96,4 138,9 196,2 247,3 292,9 333,8 370,3 403,1 100 84,5 114,8 107,1 154,3 218,0 274,7 325,5 370,9 411,5 447,9 ** Tèc ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn sÐt BiÓu thøc tÝnh to¸n nh­ sau : (kA/ms) Trong ®ã:+Gi¸ trÞ cña Mcs(t) lÊy ë trong b¶ng 3-6 +Lcs = 270,35mH +a2 tÝnh t­¬ng tù phÇn tr­íc +Khi R = 15W (kA/ms) B¶ng 3.8: B¶ng gi¸ trÞ cña dis/dt. t a 1,00 1,33 1,33 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 10 9,31 8,67 7,52 6,95 6,21 5,56 4,99 4,48 4,03 3,62 20 18,62 17,34 15,04 13,91 12,42 11,13 9,98 8,96 8,05 7,24 30 27,93 26,00 22,57 20,86 18,63 16,69 14,97 13,44 12,08 10,87 40 37,24 34,67 30,09 27,82 24,84 22,25 19,96 17,92 16,11 14,49 50 46,55 43,34 37,61 34,77 31,05 27,81 24,95 22,41 20,14 18,11 60 55,86 52,01 45,13 41,72 37,27 33,38 29,94 26,89 24,16 21,73 70 65,17 60,67 52,65 48,68 43,48 38,94 34,93 31,37 28,19 25,35 80 74,48 69,34 60,17 55,63 49,69 44,50 39,92 35,85 32,22 28,97 90 83,79 78,01 67,70 62,59 55,90 50,06 44,91 40,33 36,25 32,60 100 93,10 86,68 75,22 69,54 62,11 55,63 49,90 44,81 40,27 36,22 C¸c gi¸ trÞ cña ®­îc tÝnh ë ë c¸c b¶ng sau, Tõ c¸c kÕt qu¶ tÝnh ®­îc ta vÏ ®­îc ®å thÞ Uc® = f(a,t) trªn ®å thÞ nµy ta còng vÏ ®­êng ®Æc tÝnh V-S cña chuçi sø, KÕt qu¶ tÝnh gi¸ trÞ cña Uc®(a,t) trong c¸c b¶ng sau: B¶ng gi¸ trÞ Uc®(a,t) B¶ng 3.9: B¶ng gi¸ trÞ Uc®(a,t). Ucd 1,00 1,33 1,33 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 10 343,7 398,0 384,7 469,7 574,6 662,9 739,2 806,1 865,4 918,2 20 630,1 738,8 712,1 882,1 1092,1 1268,5 1408,3 1555,1 1673,6 1779,1 30 916,6 1079,6 1039,6 1294,6 1609,5 1874,2 2083,9 2304,0 2481,8 2640,1 40 1203,0 1420,3 1367,0 1707,0 2126,9 2479,9 2759,5 3052,9 3290,0 3501,0 50 1489,5 1761,1 1694,5 2119,5 2644,4 3085,6 3435,0 3801,8 4098,2 4362,0 60 1775,9 2101,9 2021,9 2531,9 3161,8 3691,2 4110,6 4550,8 4906,4 5222,9 70 2062,4 2442,7 2349,4 2944,4 3679,3 4296,9 4786,2 5299,7 5714,6 6083,9 80 2348,8 2783,5 2676,9 3356,9 4196,7 4902,6 5461,7 6048,6 6522,8 6944,8 90 2635,3 3124,3 3004,3 3769,3 4714,1 5508,3 6137,3 6797,5 7331,0 7805,8 100 2921,7 3465,0 3331,8 4181,8 5231,6 6113,9 6812,9 7546,5 8139,2 8666,7 **X¸c suÊt phãng ®iÖn khi sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét vµ l©n cËn ®Ønh cét: Tõ ®å thÞ biÓu diÔn quan hÖ Uc® = f(a,t) ta x¸c ®Þnh ®­îc c¸c ®iÓm mµ ®­êng cong (V-S) c¾t ®­êng Ucd(ai,ti) t¹i c¸c ®iÓm (Ucdi;ti), Tõ c¸c ®iÓm c¾t ®ã ta x¸c ®Þnh ®­îc ®­êng cong nguy hiÓm Ii = ai,ti, Tõ c¸ch tÝnh ®ã ta cã b¶ng kÕt qu¶ sau: B¶ng 3.10: A(kA/s) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 T 0 0 0,014 0,08 0,362 0,509 0,729 1,1 2,2 5,52 I(R=15W) 0 0 1,12 5,53 21,7 25,43 29,16 32,9 43,9 54,8 Vi 1 1 0.958 0.809 0.435 0.377 0.327 0.284 0.186 0.123 Va 0.000 0.000 0.001 0.002 0.004 0.010 0.025 0.064 0.160 0.400 DVa 0,0002 0,0003 0,001 0,0025 0,0061 0,0153 0,0383 0,0953 0,2399 0,3995 DVp® 0.0002 0.0004 0.0009 0.0020 0.0027 0.0058 0.0105 0.0202 0.0246 0.0389 Ta thÊy phÝa bªn ph¶i ®­êng cong lµ miÒn nguy hiÓm (MNH). Khi sÐt cã tham sè n»m trong miÒn n¸y th× sÏ x·y c¾t ®iÖn. VËy x¸c suÊt ®Ó cã phãng ®iÖn khi sÐt ®¸nh ®Ønh cét vµ l©n cËn ®Ønh cét lµ x¸c suÊt ®Ó dßng ®iÖn sÐt cã biÖn ®é lín h¬n mét gi¸ trÞ Ii nµo ®ã vµ cã ®é dèc lín h¬n mét ®é dèc ai nµo ®ã. ViÖc x¸c ®Þnh x¸c suÊt phãng ®iÖn t­¬ng tù nh­ tr­êng hîp sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît. Ta x¸c ®Þnh Vp® b»ng c«ng thøc sau: Vp® = SV1.DVa + Khi R = 15W Ta tÝnh ®­îc: Vp® = 6,7915,10-2 SuÊt c¾t do sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét vµ l©n cËn ®Ønh cét, nc = N.np® .h = 60,75.0,58.6,7915.10-2 = 3,19(lÇn/100km,n¨m) SuÊt c¾t tæng céng do sÐt ®¸nh vµo ®­êng d©y: n = nc + nkv + ndd = 3,4489(lÇn/100km,n¨m) ChØ tiªu chèng sÐt cña ®­êng d©y t¶i ®iÖn: n =1/nc = 0,28995(n¨m/1 lÇn c¾t ®iÖn) NhËn xÐt: - SuÊt c¾t do sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn kh«ng phô thuéc vµo ®iÖn trë nèi ®Êt mµ phô thuéc vµo gãc b¶o vÖ (α ). SuÊt c¾t do sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét vµ kho¶ng v­ît l¹i phô thuéc vµo ®iÖn trë nèi ®Êt cña cét. NÕu ta thùc hiÖn ®­îc nèi ®Êt ®ñ bÐ th× lóc nµy suÊt c¾t tæng gi¶m ®¸ng kÓ vµ cã thÓ gi¶m ®Õn gÇn b»ng suÊt c¾t do sÐt ®¸nh vµo d©y dÉn (bëi v× suÊt c¾t do sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét vµ kho¶ng v­ît lµ kh«ng ®¸ng kÓ). Ch­¬ng 4 b¶o vÖ chèng sãng truyÒn vµo tr¹m 110/35 tõ ®­êng d©y 110kV I – Giíi thiÖu chung 1. Kh¸i qu¸t chung B¶o vÖ chèng sãng truyÒn vµo tr¹m cã yªu cÇu rÊt cao, cao h¬n nhiÒu so víi ®­êng d©y t¶i ®iÖn. Bëi v× trong tr¹m cã c¸c thiÕt bÞ ®¾t tiÒn vµ quan träng nh­ m¸y biÕn ¸p, m¸y c¾t, c¸c thiÕt bÞ ®o l­êng, thiÕt bÞ b¶o vÖ. MÆt kh¸c phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn trong tr¹m t­¬ng ®­¬ng víi ng¾n m¹ch trªn thanh gãp vµ ngay c¶ khi cã ph­¬ng tiÖn b¶o vÖ hiÖn ®¹i còng cã thÓ ®­a ®Õn sù cè lµm m¸y c¾t nh¶y g©y nªn gi¸n ®o¹n cÊp ®iÖn. MÆt kh¸c th× cã sãng truyÒn vµo tr¹m tõ ®­êng d©y cã biªn ®é lín hoÆc ®é dèc lín cã thÓ ph¸ háng c¸c thiÕt bÞ trong tr¹m. Ngoµi ra mÆc dï trong kÕt cÊu cña thiÕt bÞ th­êng cè g¾ng sao cho møc c¸ch ®iÖn trong thiÕt bÞ bÒn h¬n møc c¸ch ®iÖn ngoµi, nh­ng trong qu¸ tr×nh vËn hµnh cã sù giµ cçi c¸ch ®iÖn, nªn sù phèi hîp cã thÓ bÞ ph¸ ho¹i vµ d­íi t¸c dông cña qu¸ ®iÖn ¸p cã thÓ x¶y ra chäc thñng ®iÖn m«i mµ kh«ng chØ phãng ®iÖn men theo bÒ mÆt ngoµi. Tuy kh«ng thÓ ®¹t møc an toµn tuyÖt ®èi nh­ng khi tÝnh to¸n chän c¸c biÖn ph¸p phèi hîp chèng sÐt gi¶m x¸c suÊt sù cè tíi møc thÊp nhÊt vµ n©ng cao kh¶ n¨ng chÞu sÐt cña tr¹m, sè n¨m vËn hµnh an toµn kh«ng xuÊt hiÖn qu¸ ®iÖn ¸p nguy hiÓm víi c¸ch ®iÖn cña tr¹m ph¶i ®¹t hµng chôc ®Õn hµng tr¨m n¨m . Néi dung cña chèng sãng truyÒn vµo tr¹m biÕn ¸p bao gåm: b¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh th¼ng, b¶o vÖ chèng sãng truyÒn tõ ®­êng d©y vµo tr¹m. B¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh th¼ng cho tr¹m ®­îc tÝnh to¸n trong ch­¬ng tr­íc. §Ó b¶o vÖ chèng sãng truyÒn vµo tr¹m ng­êi ta dïng c¸c lo¹i sau nh­: chèng sÐt van, chèng sÐt èng, khe hë c¸ch ®iÖn. Tuy nhiªn hiÖn nay ta Ýt dïng hai lo¹i sau do chóng cã nh÷ng nh­îc ®iÓm cè h÷u nh­: ®é dèc cña ®­êng ®Æc tÝnh V-S lín hoÆc kh«ng cã bé phËn dËp hå quang (®èi víi khe hë c¸ch ®iÖn). Møc c¸ch ®iÖn xung kÝch cña tr¹m ®­îc chän theo trÞ sè ®iÖn ¸p d­ cña chèng sÐt van vµ cã chiÒu h­íng ngµy cµng gi¶m thÊp do chÊt l­îng cña chèng sÐt van ngµy cµng ®­îc n©ng cao. Bëi vËy møc c¸ch ®iÖn cña tr¹m kh«ng phô thuéc vµo møc c¸ch ®iÖn cña ®­êng d©y mµ cßn thÊp h¬n nhiÒu. Qu¸ ®iÖn ¸p do sÐt ®¸nh th¼ng vµo d©y chèng sÐt sÏ g©y phãng ®iÖn ng­îc tíi d©y dÉn hoÆc d­íi h×nh thøc c¶m øng khi cã sÐt ®¸nh gÇn ®­êng d©y sÏ lan truyÒn tõ bÞ sÐt ®¸nh vµo tr¹m. Trong qu¸ tr×nh ®ã, nÕu cßn gi÷ trÞ sè qu¸ ®iÖn ¸p lín h¬n møc c¸ch ®iÖn cña ®­êng ®©y th× nã sÏ g©y nªn phãng ®iÖn (nghÜa lµ biªn ®é cña qu¸ ®iÖn ¸p gi¶m dÇn tíi møc ®iÖn ¸p xung kÝch cña ®­êng d©y (U)). §Ó ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn lµm viÖc b×nh th­êng cña chèng sÐt van ta cÇn h¹n chÕ dßng qua chèng sÐt van ph¶i n»m trong ph¹m vi cho phÐp cña nã 5¸10kA. Dßng ®iÖn sÐt qu¸ lín cã thÓ ph¸ háng chèng sÐt van. 2 . §Æc ®iÓm ChØ tiªu chèng sãng truyÒn vµo tr¹m lµ mét chØ tiªu quan träng, nã cho phÐp ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cña c¸ch ®iÖn tr¹m víi sãng qu¸ ®iÖn ¸p. Tuy nhiªn do tham sè cña sãng qu¸ ®iÖn ¸p truyÒn vµo tr¹m lµ rÊt kh¸c nhau, nã phô thuéc vµo tham sè cña dßng ®iÖn sÐt, kÕt cÊu cña tr¹m, vÞ trÝ bÞ sÐt ®¸nh (khi sÐt ®¸nh xa tr¹m th× do kho¶ng c¸ch tíi lµ lín nªn cã thÓ kh«ng cßn g©y nguy hiÓm ®Õn tr¹m n÷a)... v× vËy viÖc tÝnh to¸n qu¸ ®iÖn ¸p trong tr¹m kh«ng ph¶i lµ mét vµi sãng mµ ph¶i tÝnh to¸n víi sãng cã c¸c tham sè kh¸c nhau. Do ®ã ®Ó x¸c ®Þnh mét c¸ch chÝnh x¸c th× khèi l­îng tÝnh to¸n lµ rÊt lín. Sau khi tÝnh to¸n ta dùa vµo ®ã t×m tham sè giíi h¹n nguy hiÓm cña sãng truyÒn vµo tr¹m. Víi trÞ sè tíi h¹n cña tham sè sãng sÐt, biÕt ph©n bè x¸c suÊt chóng ta cã thÓ tÝnh ®­îc chØ tiªu sãng truyÒn vµo tr¹m. Tuy nhiªn kh«ng gièng nh­ tham sè cña dßng ®iÖn sÐt, tham sè sãng truyÒn vµo tr¹m kh«ng cã ph©n bè x¸c suÊt chung cho c¸c sãng sÐt truyÒn ®Õn tr¹m v× nã rÊt kh¸c nhau ®èi víi tõng l­íi vµ tõng tr¹m cô thÓ .ViÖc x¸c ®Þnh ph©n bè nµy ®èi víi tõng tr¹m còng rÊt phøc t¹p nªn ng­êi ta ph¶i dïng mét sè gi¶ thiÕt ®Ó ®¬n gi¶n ho¸: +Do kho¶ng c¸ch trong tr¹m lµ kh«ng lín vµ ®iÖn ¸p chän lµ U50% cña chuçi sø nªn coi qu¸ tr×nh sãng truyÒn vµo tr¹m lµ kh«ng biÕn d¹ng (biªn ®é vµ ®é dèc cña sãng lµ kh«ng ®æi). Mét khã kh¨n n÷a cña viÖc tÝnh to¸n b¶o vÖ chèng sãng truyÒn vµo tr¹m lµ khèi l­îng tÝnh to¸n lín. Tr­íc hÕt bµi to¸n truyÒn sãng trong tr¹m víi mét sãng cã tham sè cho tr­íc truyÒn vµo tõ ®­êng d©y ®· lµ kh¸ phøc t¹p (khi s¬ ®å thay thÕ cã nhiÒu nót), khèi l­îng tÝnh to¸n lín. Thùc tÕ ng­êi ta sö dông ph­¬ng ph¸p ®o trùc tiÕp trªn m¸y m« h×nh hay trªn m¸y tÝnh ®iÖn tö. Víi nh÷ng tr¹m ®¬n gi¶n h¬n ng­êi ta cã thÓ tÝnh to¸n b»ng ph­¬ng ph¸p lËp b¶ng. Trong ®å ¸n nµy ta sÏ tÝnh to¸n víi nhiÒu d¹ng sãng kh¸c nhau ®Ó tõ ®ã ta t×m ®­îc mèi quan hÖ U vµ ang.h b»ng ®å thÞ. So s¸nh sãng qu¸ ®iÖn ¸p nµy víi ®Æc tÝnh phãng ®iÖn cña thiÕt bÞ t­¬ng øng ®Ó ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng phãng ®iÖn. Coi r»ng tr¹m sÏ rÊt an toµn nÕu tÊt c¶ c¸c ®­êng cong ®iÖn ¸p xuÊt hiÖn trªn c¸ch ®iÖn ®Òu n»m d­íi ®Æc tÝnh V- S cña chóng. 4.Kho¶ng c¸ch giíi h¹n Nh­ nãi ë trªn th× ta kh«ng thÓ b¶o vÖ tr¹m mét c¸ch tuyÖt ®èi mµ chØ cã thÓ h¹n chÕ sù cè ®Õn møc thÊp nhÊt. Trong c¸c ph­¬ng ¸n b¶o vÖ tr¹m th× chØ b¶o vÖ ®­îc sãng qu¸ ®iÖn ¸p tíi mét ®é dèc nhÊt ®Þnh, nÕu v­ît qu¸ gi¸ trÞ ®ã th× tr¹m bÞ nguy hiÓm. Gi¸ trÞ ®ã gäi lµ ®é dèc tíi h¹n: ath. T­¬ng øng víi ath ta cã gi¸ trÞ lth. Khi sÐt ®¸nh trong ph¹m vi chiÒu dµi l xth sÏ g©y nªn phãng ®iÖn trong tr¹m v× sãng truyÒn vµo tr¹m cã ®é dèc a ath. V× thÕ ®o¹n ®­êng d©y nµy th­êng ph¶i ®­îc t¨ng c­êng b¶o vÖ nh»m gi¶m x¸c suÊt sÐt ®¸nh vµo d©y dÉn hoÆc phãng ®iÖn ng­îc tõ d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn. II- ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n qu¸ ®iÖn ¸p trªn c¸ch ®iÖn cña thiÕt bÞ khi cã sãng truyÒn vµo tr¹m ViÖc tÝnh to¸n qu¸ ®iÖn ¸p do sãng truyÒn vµo tr¹m cã thÓ ®­îc thùc hiÖn trªn c¸c m« h×nh hoÆc tÝnh to¸n trùc tiÕp nhê quy t¾c Petersen vµ nguyªn lý sãng ®¼ng trÞ. Dïng ph­¬ng ph¸p m« h×nh th× cã thÓ cho phÐp x¸c ®Þnh ®­îc ®­êng cong tÝnh to¸n nguy hiÓm cho bÊt kú mét tr¹m cã kÕt cÊu phøc t¹p. Nã gi¶i quyÕt ®­îc vÊn ®Ò b¶o vÖ tr¹m mét c¸ch chÝnh x¸c nhanh chãng. Ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n trùc tiÕp phøc t¹p h¬n ph­¬ng ph¸p m« h×nh vµ chØ dïng khi tr¹m cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n. C¬ së cña ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n trùc tiÕp lµ lËp s¬ ®å thay thÕ, dùa trªn quy t¾c sãng ®¼ng trÞ, sö dông s¬ ®å Petersen vµ ph­¬ng ph¸p lËp b¶ng cña c¸c sãng tíi ®Ó lÇn l­ît tÝnh to¸n trÞ sè ®iÖn ¸p t¹i c¸c nót chÝnh. Trªn c¬ së coi r»ng khi cã mét sãng tíi truyÒn ®Õn mét nót th× t¹i nót ®ã sÏ cã sãng ph¶n x¹ vµ sãng khóc x¹. V× sãng truyÒn vµo tr¹m tõ nh÷ng kho¶ng c¸ch kh«ng lín gi÷a c¸c nót nªn cã thÓ coi qu¸ tr×nh truyÒn sãng lµ qu¸ tr×nh kh«ng biÕn d¹ng. Do sãng kh«ng biÕn d¹ng vµ truyÒn ®i víi vËn tèc kh«ng ®æi V trªn ®­êng d©y nªn: nÕu cã mét sãng nµo ®ã truyÒn tõ nót m nµo ®ã tíi nót x, t¹i m sãng cã d¹ng Umx(t) th× khi tíi x sãng cã d¹ng: Umx(t) = U(t-Dt) H×nh 4.1: S¬ ®å truyÒn sãng gi÷a hai nót Tõ ®©y ta nhËn thÊy r»ng sãng tíi t¹i ®iÓm x cã biªn ®é b»ng sãng tíi t¹i ®iÓm m nh­ng chËm sau so víi m mét kho¶ng thêi gian lµ Dt. ViÖc x¸c ®Þnh sãng khóc x¹ vµ sãng ph¶n x¹ t¹i mét nót dÔ dµng, gi¶i thÝch ®­îc nhê quy t¾c Petersen vµ quy t¾c sãng ®¼ng trÞ. Theo quy t¾c Petersen: mét sãng truyÒn trªn ®­êng d©y cã tæng trë sãng Zm ®Õn mét tæng trë tËp trung Zx ë cuèi ®­êng d©y th× sãng ph¶n x¹ vµ khóc x¹ ®­îc tÝnh nhê s¬ ®å t­¬ng ®­¬ng víi th«ng sè tËp trung nh­ ë h×nh 1.2 ë d­íi: H×nh 4.2: S¬ ®å thay thÕ Petersen Víi s¬ ®å nµy sãng khóc x¹ Ux ®­îc tÝnh nh­ phÇn tö Zx cßn sãng ph¶n x¹ lµ: Umx = Ux- Ut Trong ®ã: + Ut lµ sãng tíi. + Umx lµ sãng tõ nót m tíi nót x. + NÕu Zm vµ Zx lµ c¸c th«ng sè tuyÕn tÝnh vµ Ut lµ hµm thêi gian cã ¶nh phøc hoÆc to¸n tö, ta cã thÓ t×m Ux b»ng ph­¬ng ph¸p phøc hoÆc ph­¬ng ph¸p to¸n tö. + NÕu Zx lµ ®iÖn dung tËp trung vµ Ut cã d¹ng ®­êng cong bÊt k× th× Ux ®­îc x¸c ®Þnh b»ng ph­¬ng ph¸p gi¶i gÇn ®óng (nh­ ph­¬ng ph¸p tiÕp tuyÕn). + NÕu Zx lµ ®iÖn trë phi tuyÕn (nh­ chèng sÐt van) th× Ux ®­îc x¸c ®Þnh b»ng ph­¬ng ph¸p ®å thÞ. Tr­êng hîp nót x cã nhiÒu ®­êng d©y ®i ®Õn th× cã thÓ lËp s¬ ®å Peterxen dùa trªn quy t¾c sãng ®¼ng trÞ . Quy t¾c sãng ®¼ng trÞ: khi cã nhiÒu ®­êng d©y nèi cïng vµo mét nót nh­ h×nh 1.3 c¸c ®­êng d©y nµy cã tæng trë sãng lµ Z1,Z2,…,Zn vµ däc theo chóng cã c¸c d¹ng sãng bÊt kú U1x,U2x,..,Unx truyÒn vÒ phÝa ®iÓm nót x. Gi¶ thiÕt r»ng gi÷a c¸c phÇn tö nµy kh«ng ph¸t sinh hç c¶m vµ quy ­íc chiÒu dßng ®i vÒ phÝa ®iÓm nót x lµ chiÒu d­¬ng thÕ th× ta cã ph­¬ng tr×nh nh­ sau: Ux= U1x+ Ux1= U2x+ Ux2=…=Umx+ Uxm. H×nh 4.3: S¬ ®å nót cã nhiÒu ®­êng d©y nèi vµo Víi: Umx = Zm ´ imx Uxm= - Zm ´ ixm. Tõ ®ã ta cã: ix = ix =2. (4-5) chia hai vÕ ph­¬ng tr×nh nµy cho ta sÏ ®­îc: Ux = 2.U®t-ix.Z®t (4-6) Trong ®ã: + Ux lµ ®iÖn ¸p t¹i nót x + ix lµ dßng ®iÖn ®i vµo phÇn tö Zx + Z®t = Z1//Z2//Z3//…//Zn + U®t = Tõ c¸c biÓu thøc trªn ta cã thÓ rót ra ®­îc qui t¾c Petersen: ®Ó tÝnh to¸n trÞ sè ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ë ®iÓm nót ta cã thÓ thay thÕ c¸c tham sè ph©n bè b»ng c¸c tham sè tËp trung t¹o thµnh m¹ch vßng bao gåm tæng trë Z®t vµ Zx ghÐp nèi tiÕp víi nguån E(t) = 2.U®t(t) cã trÞ sè b»ng tæng c¸c sãng khóc x¹ t¹i ®iÓm nót víi gi¶ thiÕt Zx= ¥. S¬ ®å thay thÕ nh­ trªn h×nh sau: H×nh 4.4: S¬ ®å x¸c ®Þnh ®iÖn ¸p t¹i phÇn tö Zx cuèi ®­êng d©y. 3- X¸c ®Þnh ®iÖn ¸p trªn Zx khi ®ã lµ ®iÖn dung Khi tæng trë Zx chØ cã tô ®iÖn víi ®iÖn dung C th× ph­¬ng tr×nh ®iÖn ¸p ®­îc viÕt nh­ sau: 2U®t(t) = Uc(t) + Z®t.ic(t) (4-7) Trong ®ã: + Uc(t) lµ ®iÖn ¸p trªn ®iÖn dung C + ic(t) lµ dßng ®iÖn ®i qua ®iÖn dung C +Z®t lµ tæng trë sãng ®¼ng trÞ cña n ®­êng d©y tíi nót x. S¬ ®å Petersen: H×nh 4-5: S¬ ®å x¸c ®Þnh ®iÖn ¸p trªn ®iÖn dung. Mµ ta cã: q = Uc.C dq = ic.dt Do ®ã ta cã: ic(t) = Thay vµo c«ng thøc (4-7) ta cã: 2U®t = Uc(t) + Z®t. (4-8) Tõ c«ng thøc (4-8) ta rót ra ®­îc d¹ng sai ph©n: (4-9) Víi Tc = C.Z®t khi Tc >> Dt th×: (4-10) tõ ®ã ta rót ra ®­îc: Uc(t +Dt) = Uc(t) + DUc (4-11) Víi ®iÒu kiÖn ®Çu: Uc(0) = 0 4- X¸c ®Þnh ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn trong chèng sÐt van a)§Æc tÝnh chän lo¹i chèng sÐt van ViÖc tÝnh to¸n chèng sãng truyÒn vµo tr¹m chÝnh lµ viÖc tÝnh to¸n ®Ó lùa chän chèng sÐt van. Chèng sÐt van ®­îc chia lµm hai lo¹i lµ: chèng sÐt van cã khe hë vµ chèng sÐt van kh«ng khe hë. Ta chän lo¹i chèng sÐt van kh«ng khe hë bëi v× nã cã nhiÒu ­u diÓm h¬n so víi lo¹i chèng sÐt van cã khe hë. XÐt ®Æc tÝnh cña chèng sÐt van (V-A) ®­îc viÕt d­íi d¹ng: Ucsv = A.Ia (4-12) Khi cho a c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau ta thu ®­îc ®å thÞ nh­ h×nh sau: H×nh 4.6: §Æc tÝnh V-A cña chèng sÐt van HÖ sè phi tuyÕn cña chèng sÐt van SiC biÕn thiªn trong ph¹m vi (0,180,24) cßn hÖ sè phi tuyÕn cña chèng sÐt van ZnO biÕn thiªn trong ph¹m vi (0,020,03) nh­ trªn h×nh 4-6. Trong ®ã: + MiÒn II øng víi miÒn lµm viÖc cña chèng sÐt van (cã dßng ®iÖn I 1kA) th× ®iÖn ¸p d­ cña lo¹i chèng sÐt van cã ®iÖn trë phi tuyÕn lµm b»ng ZnO thÊp h¬n lo¹i chèng sÐt van cã ®iÖn trë lµm b»ng SiC. Nh­ vËy nÕu sö dông lo¹i chèng sÐt van dïng ®iÖn trë phi tuyÕn lµm b»ng ZnO sÏ cã ®é an toµn cao h¬n (cã ®iÖn ¸p d­ thÊp kh¶ n¨ng nguy hiÓm ®Õn c¸c thiÕt bÞ kh¸c trong tr¹m gi¶m xuèng) do ®ã lµm gi¶m thÊp møc c¸ch ®iÖn xung kÝch trong tr¹m. + MiÒn I øng víi khi kh«ng cã qu¸ ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn rß trªn ®iÖn trë ZnO rÊt bÐ so dßng rß trªn ®iÖn trë SiC vµ bÐ ®Õn møc cã thÓ nèi trùc tiÕp lo¹i ®iÖn trë nµy vµo l­íi ®iÖn mµ kh«ng cÇn dao c¸ch ly b»ng khe hë nh­ chèng sÐt van cæ ®iÓn (dïng ®iÖn trë phi tuyÕn SiC ). b)X¸c ®Þnh ®iÖn ¸p trªn chèng sÐt van S¬ ®å Petersen x¸c ®Þnh ®iÖn ¸p trong tr­êng hîp nµy nh­ sau: H×nh4.7: S¬ ®å thay thÕ Petersen cho chèng sÐt van Tõ ®ã ta cã ph­¬ng tr×nh ®iÖn ¸p: 2.U®t = Z®t.icsv + A.iacsv (4-13) trong ®ã ta lÊy: A = 243 vµ a = 0,02. MÆt kh¸c ta ®· biÕt ®Æc tÝnh ( V-A) cña chèng sÐt van: Ucsv = f(icsv) = A.iacsv H×nh 4.8: §å thÞ x¸c ®Þnh U(t) vµ i(t) tõ ®Æc tÝnh V-A V× Ucsv vµ Icsv phô thuéc hoµn toµn vµo ®Æc tÝnh V-S cña nã nªn ta cã c¸ch tÝnh Ucsv vµ icsv theo ph­¬ng ph¸p ®å thÞ nh­ sau: +PhÇn bªn ph¶i vÏ ®­êng ®Æc tÝnh (V-A): Ucsv= f(icsv), ®iÖn trë phi tuyÕn vµ ®iÖn ¸p gi¸ng trªn tæng trë Z®t(Z®t.icsv), sau ®ã x©y dùng ®­êng cong ( Ucsv+Z®t.icsc) b»ng c¸ch céng c¸c gi¸ trÞ trªn hai ®­êngUcsv vµ icsv.Z®t t­¬ng øng víi mét gi¸ trÞ icsv nµo ®ã. +PhÇn bªn ph¶i ta vÏ quan hÖ 2.U®t=f(t) (h×nh vÏ 4-8) ¦ng víi bÊt kú mét sãng nµo ®ã ta ®Òu x¸c ®Þnh ®­îc mét ®iÓm a nµo ®ã trªn ®­êng 2Udt(t), tõ ®iÓm a ta dãng sang bªn tr¸i song song víi trôc OI, gÆp ®­êng (Ucsv+icsv.Zdt) ë ®iÓm b, tõ ®iÓm b ta dãng xuèng song song víi trôc OU, gÆp ®­êng Ucsv=f(icsv) t¹i ®iÓm c, tõ ®iÓm c ta dãng song song víi trôc Ot gÆp ®­êng dãng th¼ng tõ ®iÓm a xuèng song song víi OU t¹i d, d chÝnh lµ gi¸ trÞ Ucsv(t) øng víi gi¸ trÞ 2Udt(t) cña ®iÓm a, tõ c ta tiÕp tôc dãng th¼ng xuèng trôc Oi c¾t trôc Oi t¹i g, tõ g ta chuyÓn sang to¹ ®é I míi ta cã ®iÓm h(víi ig=ih) tõ h ta dãng song song víi Ot vµ gÆp ®­êng dãng th¼ng tõ a xuèng t¹i e, e chÝnh lµ gi¸ trÞ icsv(t) øng víi gi¸ trÞ 2Udt(t) cña ®iÓm a. Thay ®æi nhiÒu gi¸ trÞ cña a kh¸c nhau vµ lµm theo c¸ch t­¬ng tù ta cã ®­êng cong ®Æc tÝnh Ucsv(t) vµ Icsv. III. S¬ ®å tÝnh to¸n sãng truyÒn tr¹m. §Çu tiªn ta thay thÕ s¬ ®å cña tr¹m, sau ®ã qua c¸ch ph©n tÝch s¬ ®å thay thÕ ta rót ra ®­îc s¬ ®å nguy hiÓm nhÊt (qua ph©n tÝch tr¹ng th¸i vËn hµnh cña tr¹m vµ s¬ ®å mét sîi cña tr¹m). TÝnh to¸n qua tr×nh sãng truyÒn vµo tr¹m ®èi víi s¬ ®å nguy hiÓm nhÊt, ta ®­îc sè liÖu vÒ tr­êng hîp nguy hiÓm nhÊt ®èi víi tr¹m. Trªn c¬ s¬ c¸c sè liÖu ®· tÝnh to¸n ®­îc ta v¹ch ra ph­¬ng ¸n b¶o vÖ tr¹m trong tr­êng hîp nguy hiÓm nhÊt (hay x¸c ®Þnh møc ®é b¶o vÖ tr¹m cao nhÊt). S¬ ®å xuÊt ph¸t th­êng rÊt phøc t¹p, do ®ã ®Ó qu¸ tr×nh tÝnh to¸n kh«ng phøc t¹p cÇn cã sù ®¬n gi¶n ho¸ hîp lý (ta chØ qua t©m ®Õn mét sè nót quan träng trong tr¹m nh­: ®iÓm ®Æt m¸y biÕn ¸p, ®iÓm ®Æt chèng sÐt van, thanh gãp, ®iÓm ®Æt m¸y c¾t). Ta tiÕn hµnh tr×nh tù sau: Dùa vµo s¬ ®å nguyªn lý lËp s¬ ®å thay thÕ ë tr¹ng th¸i sãng. Trong s¬ ®å nµy ®­êng d©y vµ thanh gãp cã tæng trë sãng Z= 400(), tèc ®é truyÒn sãng trªn ®­êng d©y v = 300(m/µs), c¸c thiÕt bÞ kh¸c ®­îc thay thÕ b»ng ®iÖn dung tËp trung cña nã, c¸c gi¸ trÞ ®iÖn dung nµy ®­îc tra b¶ng (4-1) . Sãng truyÒn tõ phÝa ®­êng d©y 35kV lµ d¹ng sãng xiªn gãc, biªn ®é cùc ®¹i b»ng ®iÖn ¸p U50% cña c¸ch ®iÖn ®­êng d©y (U50%= 465 kV . Coi r»ng tæng trë cña c¸c ®o¹n d©y vµ thanh gãp cã gi¸ trÞ: Z = 400() Tõ ®ã ta tÝnh ®­îc c¸c gi¸ trÞ ®iÖn c¶m vµ ®iÖn dung ®¬n vÞ cña thanh gãp: Thµnh phÇn ®iÖn c¶m bá qua nh­ trªn ®· nªu vµ chän s¬ ®å tr¹m theo c¸c yªu cÇu trªn: H×nh 4.9: S¬ ®å d©y tr¹m Trong tr­êng hîp b×nh th­êng, sãng sÐt truyÒn trªn ®­êng d©y nèi vµo thanh gãp sÏ bÞ ph©n t¸n, nªn t¸c dông lªn c¸ch ®iÖn cña tr¹m khong nguy hiÓm. Ta nhËn thÊy r»ng tr¹ng th¸i vËn hµnh nguy hiÓm nhÊt lµ tr¹ng th¸i chØ vËn hµnh víi 1 ®­êng d©y vµ mét m¸y biÕn ¸p. Ta cã s¬ ®å nh­ sau: Cg 300 60 60 500 1500 60 CSV 60 60 500 5 12 12 13 5 5 5 15 12 12 H×nh 4.10: Quy ®iÖn dung vÒ c¸c nót theo quy t¾c m«men ta cã: H×nh 4.11 Gi¸ trÞ cña c¸c phÇn tö lÊy theo b¶ng 4-1( theo ): ta lÊy c¸c gi¸ trÞ trong bµi theo b¶ng sau: B¶ng 4.1: Gi¸ trÞ ®iÖn dung cña c¸c phÇn tö thay thÕ: Lo¹i thiÕt bÞ §Æc tÝnh cña thiÕt bÞ §iÖn dung(pF) M¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc M¸y biÕn ¸p lín cã bï ®iÖn dung 1500 M¸y biÕn ¸p ®o l­êng 300 M¸y c¾t ë tr¹ng th¸i ®ãng 500 Dao c¸ch ly ë tr¹ng th¸i ®ãng 60 Thanh gãp 900 Khi ®ã ta cã: §iÓm nót 1: C1 =(pF) Lµ ®iÖn dung quy ®æi cña MC vµ DCL ®­êng d©y ®­îc di chuyÓn theo quy t¾c m«men. §iÓm nót 2: C2 =(pF) Lµ ®iÖn dung quy ®æi cña thanh gãp, MC vµ DCL theo quy t¾c m«men. §iÓm nót 3: C3 =(pF) Lµ ®iÖn dung quy ®æi cña MBA, MC vµ DCL theo quy t¾c m«men. §iÓm nót 4: C4 =(pF) Lµ ®iÖn dung quy ®æi cña MC vµ DCL gÇn chèng sÐt van theo quy t¾c m«men. §iÓm cÇn xÐt: -§iÓm tr­íc dao c¸ch ®­êng d©y: ®iÓm 1 -§iÓm t¹i thanh gãp: ®iÓm 2. -§iÓm t¹i n¬i ®Æt m¸y biÕn ¸p: ®iÓm 3 -§iÓm t¹i n¬i ®Æt chèng sÐt van: ®iÓm 4 Víi kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®iÓm nh­ sau: L12 = 39 m kho¶ng c¸ch gi÷a ®iÓm 1 vµ ®iÓm 2 L23 = 41 m kho¶ng c¸ch gi÷a ®iÓm 2 vµ ®iÓm 3 L24 = 15m kho¶ng c¸ch gi÷a ®iÓm 2 vµ ®iÓm 4 1-TÝnh thêi gian truyÒn sãng gi÷a c¸c nót. S¬ ®å thay thÕ ë t×nh tr¹ng vËn hµnh nguy hiÓm nhÊt nh­ trªn h×nh 4-12. §èi víi tr¹m 35kV ta cã U50%= 465(kV) vµ tÝnh to¸n víi sãng cã ®é dèc ®Çu sãng a =300kV/ms VËy ta cã: t®s Ta tÝnh to¸n víi sãng tam gi¸c. VËy sãng truyÒn vµo tr¹m cã d¹ng: Thêi gian ®Ó sãng tõ 1 ®Õn 2 lµ: t12 = Thêi gian ®Ó sãng ®i tõ 2 ®Õn 3 lµ: t23 = Thêi gian ®Ó sãng ®i tõ 2 ®Õn 4 lµ: t24 = §Ó thuËn tiÖn cho viÖc tÝnh to¸n ta chän b­íc thêi gian lµ ­íc sè cña t12, t23 ,t24l lµ: Dt = 0,01(ms). Ta chän gèc t¹i nót 1 lµ t = 0(ms) Thêi gian ®Ó sãng truyÒn tíi nót 2 lµ: t = 0,13(ms) Thêi gian ®Ó sãng truyÒn tíi nót 3 lµ: t = 0,27(ms) Thêi gian ®Ó sãng truyÒn tíi nót 4 lµ: t = 0,18(ms) 2-TÝnh ®iÖn ¸p t¹i c¸c nót 2.1 Nót I T¹i nót lµ nót ®Æt thanh gãp víi ®­êng d©y tíi, do vËy ta cã: Z®t = §iÖn dung: C1 = 429,2pF H»ng sè thêi gian n¹p m¹ch: TC1 = Z®t.C1 =200.429,2.10-6 = 0,86(ms) Ta cã tØ sè: HÖ sè khóc x¹ t¹i nót I lµ: H×nh 4.12: S¬ ®å tÝnh ®iÖn ¸p t¹i nót 1 Tõ s¬ ®å Petersen ta cã: 2.U®t = U01 + U’21 Trong ®ã: + U01 lµ sãng tõ ®­êng d©y truyÒn tíi ®iÓm 1. + U lµ sãng tíi nót 1 do sãng ph¶n x¹ U21 ®i tõ nót 2 nh­ng chËm pha sau thêi gian lµ t = 2.t12 = 0,26 (ms) hay U = U21(t- 0,26) Trong kho¶ng thêi gian t < 2.t12 th× U’21= 0 do ch­a cã sãng ph¶n x¹ tõ nót 2 vÒ nót 1. Do ®ã ta cã: 2.U®t= U01 Trong kho¶ng thêi gian t 2.t12 khi nµy cã sãng ph¶n x¹ tõ 2 vÒ 1. BiÕt ®­îc , 2.U®t, Z®t ta tÝnh ®­îc ®iÖn ¸p t¹i nót 1 theo ph­¬ng ph¸p tiÕp tuyÕn liªn tiÕp: U1(t+ Dt) = U1(t) + DU1(t) Mµ ta cã: Hay: U1(t+Dt) = U1(t) + Sãng truyÒn tõ nót 1 ®Õn nót 2: U12 = U1 - U 2.2 Nót II T¹i nót lµ nót ®Æt thanh gãp tr¹m biÕn ¸p cã 3 ®­êng d©y tíi, do vËy ta cã: Z®t = §iÖn dung: C2 = 1593,7pF H»ng sè thêi gian n¹p m¹ch: TC2 = Z®t.C2 =133,33.1593,7.10-6 = 0,212(ms) Ta cã tØ sè: HÖ sè khóc x¹ t¹i nót II lµ: H×nh 4.13: S¬ ®å tÝnh ®iÖn ¸p t¹i nót 2 Tõ s¬ ®å Petersen ta cã: 2.U®t = am2.U’m2 = 0,667 .(U’12 + U’32 + U’42 ) Trong ®ã: + U, U, U lµ sãng ph¶n x¹ tõ nót 1, 3, 4 truyÒn vÒ nót 2 nh­ng chËm pha sau thêi gian lµ U = U21(t- 0,26) U= U(t – 2.t23) = U(t – 0,28) U = U(t – 2.t42) = U(t – 0,1) Hay: U2(t+Dt) = U2(t) + 2.3 Nót III T¹i nót III cã ®Æt m¸y biÕn ¸p, chØ cã mét ®­êng d©y ®i ®Õn nªn ta cã: Z®t = Z = 400(W) Thêi gian n¹p m¹ch: TC3 = Z®t.C3 = 400.1757,1.10-6 = 0,7(ms) HÖ sè khóc x¹ t¹i nót 3 lµ: Ta cã s¬ ®å Petersen nh­ sau: `` H×nh 4.14: S¬ ®å tÝnh ®iÖn ¸p t¹i nót III Ta cã tõ s¬ ®å Petersen: 2.U®t = 2. T­¬ng tù nh­ trªn ta cã: U4(t + Dt) = U4(t) + Trong ®ã: 2.4 Nót IV S¬ ®å thay thÕ Petersen: Rcsv C H×nh 4.15: S¬ ®å tÝnh ®iÖn ¸p t¹i nót 4 T¹i nót IV cã ®Æt chèng sÐt van vµ cã 2 ®­êng d©y tíi nªn ta cã: Z®t = HÖ sè khóc x¹ t¹i nót 4: Chèng sÐt van cã ®Æc tÝnh nh­ sau: UCSV =K.Ia = 243. I0,02 Tõ s¬ ®å Petersen ta cã ph­¬ng tr×nh: Ta cã ph­¬ng tr×nh nh­ sau: 2.U®t = Ucsv + Z®t.(IC + ICSV) 2.U®t =Z®t . Ph­¬ng tr×nh sai ph©n: 2.U®t =Z®t . 2.U®t (t + Dt)= Tõ ®ã b»ng tinh to¸n ta tÝnh ®­îc ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cña chèng sÐt van. Tõ kÕt qu¶ tÝnh ®­îc ta vÏ ®­îc ®å thÞ ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cña chèng sÐt van. Còng tõ ®ã ta kiÓm tra ®­îc chèng sÐt van cã bÞ ph¸ háng bëi dßng ®iÖn hay kh«ng (dßng qua chèng sÐt van kh«ng ®­îc qu¸ 10kA). KÕt qu¶ ta tÝnh víi sãng sÐt cã th«ng sè trªn cã d¹ng nh­ sau: §å thÞ ta cã ®iÖn ¸p U1 cã d¹ng nh­ sau: §å thÞ ta cã ®iÖn ¸p U2 cã d¹ng nh­ sau: Ta cã ®å thÞ ®iÖn ¸p nót U3 nh­ sau: Ta cã ®å thÞ dßng chèng sÐt van nh­ sau: *NhËn xÐt: - Tõ c¸c ®å thÞ trªn ta thÊy khi sãng sÐt cã th«ng sè biªn ®é U = 465kV vµ ®é dèc ®Çu sãng a = 300kV/ms tryÒn vµo tr¹m, tr¹m vÉn ®¶m b¶o an toµn. Tµi liÖu tham kh¶o 1. H­íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp Kü thuËt §iÖn Cao ¸p. T¸c gi¶: NguyÔn ThÞ Minh Ch­íc. NXB: X­ëng in Giao Th«ng. 2. Gi¸o tr×nh Kü thuËt ®iÖn cao ¸p T¸c gi¶: Vâ ViÕt §¹n NXB: Khoa häc t¹i chøc tr­êng §HBK HN. 3. Nhµ m¸y ®iÖn vµ tr¹m biÕn ¸p. T¸c gi¶: Nhãm t¸c gi¶. NXB: KHKT 4. Chèng sÐt cho nhµ m¸y vµ c¸c c«ng tr×nh T¸c gi¶: ViÔn Sum NXB: KHKT 5. l­íi ®iÖn vµ hÖ thèng ®iÖn T¸c gi¶: TrÇn B¸ch. NXB: KHKT