Ch-ơng 9 Bảo vệ chống sét đ-ờng dây tải điện I.Các yêu cầu chung 1. Đặt vấn đề Trong hệ thống điện thì các trạm biến áp đ-ợc bảo vệ với độ tin cậy rất cao nên sự cố trạm sét đánh trực tiếp là rất bé. Trong khi đó đ-ờng dây tải điện là phần tử dài rất lớn và đi qua các vùng có c-ờng độ sét hoạt động khác do vậy khả năng sét đánh vào đ-ờng dây lớn hơn rất nhiều so với trạm biến áp. Vì vậy có thể coi sự cố do sét chủ yếu là đối với đ-ờng dây tải điện. Quá điện áp khí quyển gây nên phóng điện trên cách điện và truyền sóng quá điện áp vào trạm gây nên sự cố phá hoại cách điện của trạm (điều này đặc biệt nguy hiểm khi sét đánh gần trạm do vậy các đoạn đ-ờng dây gần trạm phải đ-ợc tăng c-ờng cách điện). Quá điện áp khí quyển có thể xuất hiện do sét đánh vào đ-ờng dây hoặc do sét đánh xuống mặt đất gần đó gây nên quá điện áp cảm ứng trên đ-ờng dây. Tr-ờng hợp nguy hiểm nhất là sét đánh thẳng vào dây dẫn vì đ-ờng dây phải chịu toàn bộ năng l-ợng của dòng sét vì vậy tr-ờng hợp này đ-ợc chọn để tính toán cho đ-ờng dây tải điện. Do quá điện áp khí quyển có trị số rất lớn nên không thể chọn mức cách điện của đ-ờng dây đáp ứng hoàn toàn yêu cầu của quá điện áp khí quyển. Trong thực tế th-ờng chọn cách điện với theo yêu cầu kinh tế nh-ng suất cắt do sét nằm trong khoảng cho phép. Việc bảo vệ chống sét đ-ờng dây th-ờng không thể đạt tuyệt đối đ-ợc do vốn đầu t- quá lớn cho tăng c-ờng về cách điện đ-ờng dây, hoặc dùng các thiết bị bảo vệ chống sét phức tạp, đắt tiền Do đó ph-ơng h-ớng đúng đắn là việc tính toán mức độ bảo vệ chống sét của đ-ờng dây phải xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế, nghĩa là một mặt làm cho số lần cắt điện đ-ờng dây do sét gây ra giảm đến mức thấp nhất có thể, một mặt đảm bảo tính chất kinh tế của biện pháp chống sét. Điều này có nghĩa là ta phải tìm ra đ-ợc ph-ơng thức bảo vệ đ-ờng dây t-ơng ứng với tr-ờng hợp tổn hại do sét gây ra là lớn nhất. 2. Tính toán số lần cắt điện do sét Với độ treo cao của dây trên cùng là h thì đ-ờng dây sẽ thu hút về phía mình các phóng điện sét trên dải đất rộng 6h và chiều dài L. Số lần có phóng điện xuống đất trên diện tích 1km 2 ứng với một ngày sét là (0,1 0,15). Vậy số lần sét đánh thẳng trong một năm là: 1)-(3 (lần/năm) .L.n00,15).6h.1(0,1 (lần/năm) n.L h.mN ngs 3- ngss 3 106 Trong đó: + m s là số lần phóng điện sét xuống đất trên diện tích 1km 2 ứng với một ngày sét. + h là chiều cao trung bình của dây dẫn cao nhất. + n ngs số ngày sét hằng năm nơi có đ-ờng dây đi qua. n ngs = 75 ngày Trong dòng điện sét thì hai tham số quan trọng nhất là biên độ và độ dốc của dòng điện sét. Các tham số của dòng điện sét phân bố tản mạn, không phải tất cả các lần có sét đánh vào đ-ờng dây đều gây nên phóng điện trên cách điện đ-ờng dây mà chỉ có những cú sét có biên độ lớn hơn mức cách điện của đ-ờng dây thì mới gây nên phóng điện. Khả năng phóng điện đ-ợc đặc tr-ng bởi số xác suất phóng điện V pđ . Số lần xảy ra phóng điện trên cách điện trong một năm: L.V.n.10.h6).15,01,0(N.VN pdngs 3 pdpd (3-2) Tuy nhiên không phải số lần máy cắt nhảy bằng số lần có phóng điện vì thời gian tác dụng của quá điện áp khí quyển rất ngắn khoảng 100 s trong khi thời gian làm việc của bảo vệ rơ le th-ờng không bé hơn một nữa chu kì tần số công nghiệp (bằng 0,01s). Phóng điện xung kích chỉ gây nên cắt máy cắt khi nó hình thành hồ quang duy trì bởi điện áp của l-ới điện. Xác suất hình thành hồ quang phụ thuộc nhiều yếu tố trong đó yếu tố quan trọng nhất là gradien của điện áp làm việc dọc theo đ-ờng phóng điện. (kV/m)l/UE; )E(f pdlvlvlv (3-3) Trong đó: + xác suất chuyển từ phóng điện tia lửa thành hồ quang duy trì. + E lv c-ờng độ điện tr-ờng trên cách điện của đ-ờng dây. + U lv điện áp làm việc của đ-ờng dây. + l pđ là chiều dài phóng điện. 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 10 20 30 40 50 60 Điện tr-ờng làm việc(kV/m) Xác suất hình thành hồ quang Hình 3.1: Quan hệ = f(E lv ) Số lần cắt điện trong một năm là: 10.6).15,01,0( 3 LVnhN pdngscd (3-4) Để so sánh khả năng chịu sét của các đ-ờng dây có tham số khác nhau đi qua những vùng có c-ờng độ sét khác nhau ng-ời ta tính trị số suất cắt của đ-ờng dây tính cho đ-ờng dây có chiều dài 100km. .L.V.n h).,,(N pdngscd 3 10090060 (lần/100km/năm) (3-5) Từ công thức (3-5) ta thấy để giảm số lần cắt của máy cắt do sét thì giảm trị số của V pđ , . Việc giảm trị số V pđ đ-ợc thực hiện bằng cách treo dây chống sét và tăng c-ờng cách điện( thêm bát sứ) của đ-ờng dây. Việc treo dây chống sét trong thực tế cho thấy là biện pháp hữu hiệu giảm đ-ợc số lần cắt của máy cắt điện đ-ờng dây tuy nhiên có các l-u ý sau: + Dây chống sét làm nhiệm vụ chống sét đánh thẳng vào đ-ờng dây. + Việc treo dây chống sét không thể đảm bảo có mức chịu sét tuyệt đối (kể cả tr-ờng hợp không tính sét đánh vòng qua dây chống sét). Bởi vì khi sét đánh vào dây chống sét thì nó sẽ có một điện áp giáng trên toàn bộ nối đất cột điện, nếu điện trở nối đất có giá trị lớn thì điện áp giáng lớn và có thể gây nên phóng điện ng-ợc tới dây dẫn. Nh- vậy tác dụng của dây chống sét còn phụ thuộc vào tình hình nối đất của cột điện. Tại những vùng đất xấu có điện trở suất cao lớn hơn 5.10 4 .cm thì dây chống sét sẽ không phát huy tác dụng mà th-ờng ng-ời ta th-ờng cố gắng giảm trị số . Giảm (xác suất hình thành hồ quang duy trì) khi giảm đ-ợc c-ờng độ điện tr-ờng dọc theo đ-ờng phóng điện bằng cách tăng chiều dài của đ-ờng phóng điện (ví dụ nh- dùng xà gỗ hoặc tăng chiều dài chuỗi sứ.). . Ch-ơng 9 Bảo vệ chống sét đ-ờng dây tải điện I.Các yêu cầu chung 1. Đặt vấn đề Trong hệ thống điện thì các trạm biến áp đ-ợc bảo vệ với độ tin cậy rất cao nên sự cố trạm sét đánh trực. treo dây chống sét không thể đảm bảo có mức chịu sét tuyệt đối (kể cả tr-ờng hợp không tính sét đánh vòng qua dây chống sét) . Bởi vì khi sét đánh vào dây chống sét thì nó sẽ có một điện áp giáng. cách điện đ-ờng dây, hoặc dùng các thiết bị bảo vệ chống sét phức tạp, đắt tiền Do đó ph-ơng h-ớng đúng đắn là việc tính toán mức độ bảo vệ chống sét của đ-ờng dây phải xuất phát từ chỉ tiêu