Bài giảng Kỹ thuật cao áp - Chương 7: Quá điện áp nội bộ trong hệ thống điện

Ch ươ ng 7: Quá đ iện áp nội bộ trong hệ thống đ iện 
I. Những tính chất chung của quá đ iện áp nội bộ: 
 Quá đ iện áp nội bộ xảy ra khi có sự thay đ ổi chế đ ộ làm việc của hệ thống đ iện. 
 Các nguyên nhân trực tiếp gây nên quá đ iện áp nội bộ: 
 1. Do thao tác: Những thao tác đ óng/cắt các phần tử của hệ thống đ iện trong chế đ ộ làm việc bình th ư ờng, nh ư đ óng/cắt một đ z không tải, cắt một MBA không tải,.... 
 2. Do bản thân hệ thống: Những tình trạng sự cố khác nhau trong hệ thống nh ư chạm đ ất, ngắn mạch, do sét đ ánh gây phóng đ iện duy trì, đ ứt dây,.... 
II. Quá đ iện áp nội bộ đư ợc đ ặc tr ư ng bởi các thông số: 
 1. Trị số đ iện áp cực đ ại, là giá trị bội số của đ iện áp pha đ ịnh mức của hệ thống. 
 2. Thời gian duy trì của quá đ iện áp (nó thay đ ổi trong phạm vi rất rộng, từ vài tr ă m micro giây đ ến hàng phút) 
 3. Tính lặp lại và mức đ ộ lan truyền: quá đ iện áp có thể xảy ra cục bộ trong phần tử hệ thống bị sự cố hay lan truyền toàn hệ thống 
 Ph ươ ng thức làm việc của đ iểm trung tính của hệ thống đ iện ảnh h ư ởng đ ến trị số của quá đ iện áp nội bộ. 
 Trong l ư ới có trung tính trực tiếp nối đ ất, chạm đ ất 1 pha là ngắn mạch 1 pha, dòng ngắn mạch lớn nên BVRL sẽ tác đ ộng cắt máy cắt. Điện áp trên các pha không sự cố không v ư ợt quá 0,8U đ m , trong khi đ ó ở l ư ới có trung tính cách đ ất trị số đ ó có thể lên đ ến 1,15 U đ m . 
 Trong l ư ới có trung tính cách đ iện với đ ất, chạm đ ất 1 pha trong phần lớn các tr ư ờng hợp không phá hoại sự làm việc của hệ thống, nh ư ng đ iện áp 2 pha còn lại t ă ng lên bằng đ iện áp dây. Do đ ó quá đ iện áp nội bộ có trị số lớn h ơ n. 
 Quá đ iện áp nội bộ có ý nghĩa quan trọng trong việc lựa chọn mức cách đ iện của đ z, của các thiết bị trong trạm và trong sự phối hợp cách đ iện với các đ ặc tính của CSV. 
U B 
U A 
U C 
U AB 
U AC 
I B 
I C 
I đ 
III. Quá đ iện áp khi chạm đ ất 1 pha bằng hồ quang trong hệ thống có trung tính cách đ ất 
1. Khái niệm chung: 
 Loại sự cố th ư ờng xảy ra nhất trên đ z là hiện t ư ợng chạm đ ất 1 pha. Xét hệ thống gồm MBA và 1 đ z 
C 
B 
A 
C C 
C B 
C A 
C AC 
C AB 
C BC 
I B 
I C 
I đ 
I đ 
I C 
I B 
 Dòng đ iện chạy qua chỗ chạm đ ất: 
Giá trị tuyệt đ ối của các dòng đ ó là: 
Nh ư vậy giá trị tuyệt đ ối của dòng đ iện chạm đ ất bằng: 
Trong hệ thống 3 pha, quá đ iện áp do chạm đ ất 1 pha bằng hồ quang ổn đ ịnh có dạng những xung có chu kỳ ngắn, với biên đ ộ đ iện áp khoảng 2,1-2,2 U f . 
Quá trình sẽ trở nên phức tạp nếu chạm đ ất bằng hồ quang không ổn đ ịnh, nghĩa là hồ quang cháy chập chờn. Khi đ ó quá trình dao đ ộng quá đ ộ sẽ kéo dài và trị số quá đ iện áp sẽ t ă ng lên. 
 Trong hệ thống đ iện có trung tính cách đ ất thì hiện t ư ợng chạm đ ất 1 pha bằng hồ quang th ư ờng xảy ra bởi hiện t ư ợng phóng đ iện sét trên cách đ iện của đư ờng dây 
 Quá trình quá đ ộ có thể kéo dài do hồ quang tắt đ i cháy lại nhiều lần (hồ quang chập chờn) làm cho đ iện áp các pha không sự cố càng ngày càng t ă ng cao và có thể dẫn đ ến ngắn mạch nhiều pha. 
 Trong thực tế đ iện áp các pha không sự cố có thể t ă ng lên, đ ến khoảng (3,5 - 4,3)U pha . 
 Để hạn chế trị số quá đ iện áp và thời gian duy trì của nó, biện pháp hợp lý nhất là giảm dòng đ iện chạm đ ất bằng cách nối vào trung tính của máy biến áp một cuộn mang đ iện kháng. Cuộn đ iện kháng này th ư ờng đư ợc gọi là cuộn dập hồ quang theo đ úng chức n ă ng của nó. 
 Theo kinh nghiệm vận hành hệ thống đ iện cho thấy, khi dòng đ iện chạm đ ất thỏa mãn yêu cầu sau đ ây thì đ iểm trung tính của hệ thống có thể đ ặt cách đ iện với đ ất mà không cần đ ặt cuộn dập hồ quang: 
 - L ư ới có đ iện áp 6 - 10KV có dòng chạm đ ất d ư ới 30A 
 - L ư ới có đ iện áp 20 - 35KV có dòng chạm đ ất d ư ới 10A 
 - L ư ới có đ iện áp 35 - 60KV có dòng chạm đ ất d ư ới 5-10A 
2. Cuộn dập hồ quang: 
 Để khắc phục hiện t ư ợng quá đ iện áp do hồ quang thì trong thực tế ng ư ời ta dùng cuộn dập hồ quang nối vào đ iểm trung tính của hệ thống đ iện. 
C 
B 
A 
C C 
C B 
C A 
 L K 
 L BA 
 Cuộn dập hồ quang là cuộn cảm có lõi thép mà chúng ta có thể thay đ ổi L K bằng cách thay đ ổi khe hở không khí của lõi thép , thay đ ổi số vòng dây 
 Trong chế đ ộ làm việc đ ối xứng, đ iện dung đ ối với đ ất của 3 pha bằng nhau và đ iện thế của đ iểm trung tính bằng 0, do đ ó không có dòng đ iện chạy qua cuộn dây của kháng đ iện. 
 Khi có chạm đ ất 1 pha thì đ iện thế của đ iểm trung tính bằng đ iện áp pha, đ iện áp 2 pha không sự cố t ă ng lên bằng đ iện áp dây. Trong cuộn dây của kháng đ iện xuất hiện dòng đ iện. 
Do đ ó khi chạm đ ất 1 pha, giả sử chạm đ ất pha A thì dòng đ iện tại n ơ i chạm đ ất gồm 2 thành phần: 
- Thành phần dòng đ iện đ iện dung (I c ): thành phần này là dòng đ iện chạy qua đ iểm chạm đ ất do đ iện dung của đư ờng dây với đ ất sinh ra. 
- Thành phần dòng đ iện đ iện cảm (I L ): là dòng đ iện chạy qua đ iểm chạm đ ất do cuộn kháng L K sinh ra 
C 
B 
A 
C C 
C B 
C A 
 L K 
 L BA 
 I L 
 I L 
 I C 
 I đ 
 Chọn cuộn dập hồ quang thích hợp sao cho: 
Gọi q là đ ộ bù 
bù đ ủ, dòng đ iện qua chỗ chạm đ ất bé nhất (0) 
bù thiếu, dòng qua chỗ chạm đ ất có tính dung 
bù thừa, dòng qua chỗ chạm đ ất có tính cảm 
 hồ quang không cháy 
 Ng ư ời ta th ư ờng không thực hiện bù đ ủ (q=1) vì bù đ ủ t ươ ng ứng với tr ư ờng hợp nối đ ất cộng h ư ởng (X L = X C ) làm cho mạch hệ thống dao đ ộng và có thể gây quá áp với biên đ ộ lớn. 
 Vì thế, ng ư ời ta th ư ờng chỉnh đ ịnh đ iện cảm cuộn dây theo chế đ ộ bù thừa (q>1), nh ư ng cũng không quá 5-10% . 
 Không chọn theo chế đ ộ bù thiếu vì nếu nh ư vậy sẽ có khả n ă ng xảy ra cộng h ư ởng khi trong vận hành có một hoặc vài đ z bị cắt ra làm cho đ iện dung của đ z giảm đ i.