Chương 7: Quá điện áp nội bộ trong hệ thống điện

Chương 7: Quá điện áp nội bộ trong hệ thống điện I. Những tính chất chung của quá điện áp nội bộ: Quá điện áp nội bộ xảy ra khi có sự thay đổi chế độ làm việc của hệ thống điện. Các nguyên nhân trực tiếp gây nên quá điện áp nội bộ: 1. Do thao tác: Những thao tác đóng/cắt các phần tử của hệ thống điện trong chế độ làm việc bình thường, như đóng/cắt một đz không tải, cắt một MBA không tải,.... 2. Do bản thân hệ thống: Những tình trạng sự cố khác nhau trong hệ thống như chạm đất, ngắn mạch, do sét đánh gây phóng điện duy trì, đứt dây,.... II. Quá điện áp nội bộ được đặc trưng bởi các thông số: 1. Trị số điện áp cực đại, là giá trị bội số của điện áp pha định mức của hệ thống. 2. Thời gian duy trì của quá điện áp (nó thay đổi trong phạm vi rất rộng, từ vài trăm micro giây đến hàng phút) 3. Tính lặp lại và mức độ lan truyền: quá điện áp có thể xảy ra cục bộ trong phần tử hệ thống bị sự cố hay lan truyền toàn hệ thống Phương thức làm việc của điểm trung tính của hệ thống điện ảnh hưởng đến trị số của quá điện áp nội bộ. Trong lưới có trung tính trực tiếp nối đất, chạm đất 1 pha là ngắn mạch 1 pha, dòng ngắn mạch lớn nên BVRL sẽ tác động cắt máy cắt. Điện áp trên các pha không sự cố không vượt quá 0,8Uđm, trong khi đó ở lưới có trung tính cách đất trị số đó có thể lên đến 1,15 Uđm. Trong lưới có trung tính cách điện với đất, chạm đất 1 pha trong phần lớn các trường hợp không phá hoại sự làm việc của hệ thống, nhưng điện áp 2 pha còn lại tăng lên bằng điện áp dây. Do đó quá điện áp nội bộ có trị số lớn hơn. Quá điện áp nội bộ có ý nghĩa quan trọng trong việc lựa chọn mức cách điện của đz, của các thiết bị trong trạm và trong sự phối hợp cách điện với các đặc tính của CSV. UB UA UC UAB UAC IB IC Iđ III. Quá điện áp khi chạm đất 1 pha bằng hồ quang trong hệ thống có trung tính cách đất 1. Khái niệm chung: Loại sự cố thường xảy ra nhất trên đz là hiện tượng chạm đất 1 pha. Xét hệ thống gồm MBA và 1 đz Dòng điện chạy qua chỗ chạm đất: Giá trị tuyệt đối của các dòng đó là: Như vậy giá trị tuyệt đối của dòng điện chạm đất bằng: Trong hệ thống 3 pha, quá điện áp do chạm đất 1 pha bằng hồ quang ổn định có dạng những xung có chu kỳ ngắn, với biên độ điện áp khoảng 2,1-2,2 Uf. Quá trình sẽ trở nên phức tạp nếu chạm đất bằng hồ quang không ổn định, nghĩa là hồ quang cháy chập chờn. Khi đó quá trình dao động quá độ sẽ kéo dài và trị số quá điện áp sẽ tăng lên. Trong hệ thống điện có trung tính cách đất thì hiện tượng chạm đất 1 pha bằng hồ quang thường xảy ra bởi hiện tượng phóng điện sét trên cách điện của đường dây Quá trình quá độ có thể kéo dài do hồ quang tắt đi cháy lại nhiều lần (hồ quang chập chờn) làm cho điện áp các pha không sự cố càng ngày càng tăng cao và có thể dẫn đến ngắn mạch nhiều pha. Trong thực tế điện áp các pha không sự cố có thể tăng lên, đến khoảng (3,5 - 4,3)Upha. Để hạn chế trị số quá điện áp và thời gian duy trì của nó, biện pháp hợp lý nhất là giảm dòng điện chạm đất bằng cách nối vào trung tính của máy biến áp một cuộn mang điện kháng. Cuộn điện kháng này thường được gọi là cuộn dập hồ quang theo đúng chức năng của nó. Theo kinh nghiệm vận hành hệ thống điện cho thấy, khi dòng điện chạm đất thỏa mãn yêu cầu sau đây thì điểm trung tính của hệ thống có thể đặt cách điện với đất mà không cần đặt cuộn dập hồ quang: - Lưới có điện áp 6 - 10KV có dòng chạm đất dưới 30A - Lưới có điện áp 20 - 35KV có dòng chạm đất dưới 10A - Lưới có điện áp 35 - 60KV có dòng chạm đất dưới 5-10A 2. Cuộn dập hồ quang: Để khắc phục hiện tượng quá điện áp do hồ quang thì trong thực tế người ta dùng cuộn dập hồ quang nối vào điểm trung tính của hệ thống điện. Cuộn dập hồ quang là cuộn cảm có lõi thép mà chúng ta có thể thay đổi LK bằng cách thay đổi khe hở không khí của lõi thép , thay đổi số vòng dây Trong chế độ làm việc đối xứng, điện dung đối với đất của 3 pha bằng nhau và điện thế của điểm trung tính bằng 0, do đó không có dòng điện chạy qua cuộn dây của kháng điện. Khi có chạm đất 1 pha thì điện thế của điểm trung tính bằng điện áp pha, điện áp 2 pha không sự cố tăng lên bằng điện áp dây. Trong cuộn dây của kháng điện xuất hiện dòng điện. Do đó khi chạm đất 1 pha, giả sử chạm đất pha A thì dòng điện tại nơi chạm đất gồm 2 thành phần: - Thành phần dòng điện điện dung (Ic): thành phần này là dòng điện chạy qua điểm chạm đất do điện dung của đường dây với đất sinh ra. - Thành phần dòng điện điện cảm (IL): là dòng điện chạy qua điểm chạm đất do cuộn kháng LK sinh ra Chọn cuộn dập hồ quang thích hợp sao cho: Gọi q là độ bù bù đủ, dòng điện qua chỗ chạm đất bé nhất (0) bù thiếu, dòng qua chỗ chạm đất có tính dung bù thừa, dòng qua chỗ chạm đất có tính cảm hồ quang không cháy Người ta thường không thực hiện bù đủ (q=1) vì bù đủ tương ứng với trường hợp nối đất cộng hưởng (XL = XC) làm cho mạch hệ thống dao động và có thể gây quá áp với biên độ lớn. Vì thế, người ta thường chỉnh định điện cảm cuộn dây theo chế độ bù thừa (q>1), nhưng cũng không quá 5-10% . Không chọn theo chế độ bù thiếu vì nếu như vậy sẽ có khả năng xảy ra cộng hưởng khi trong vận hành có một hoặc vài đz bị cắt ra làm cho điện dung của đz giảm đi.