QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN 12. Sự xuất hiện và sự truyền quá điện áp khí quyến Đặc điểm của quá điện áp khí quyển là xảy ra trong khoảng thời gian ngắn (1(F 6 đến 10~4s),có độ dốc rất lớn (1O10 đến 1012 v/s), vì vậy ỏ cùng một thời điểm ở những vị trí chỉ cách nhau vài mét trên đường dây sự quá áp đã khác nhau nhiều. Sét đánh vào đường dây, phản hôi sóng sét khi sét đánh vào cột, dòng điện cảm ứng khi sét đánh ở vùng lân cận đều dẫn đến phân bố điện áp khí quyển trên đường dây. Điện áp này truyền theo cả hai phía của đường dây với tốc độ xấp xi tốc độ ánh sáng.
Hiện tượng này gọi là truyền sóng dọc đường dây. Người ta phân làm hai loại: quá điện áp của pha - đất và quá điện áp pha - pha. Quá điện áp pha - đất có thể xảy ra ở một, hai hoặc cả ba pha. Sự quá áp giữa hai hoặc ba dây dẫn gây nên mất đối xứng điện áp so vói đất (ví dụ dọc dây dần thứ nhất co' sóng dương, dọc dây thứ hai - cùng dạng nhưng sóng âm).
Các dạng khác nhau của sóng sét co' ảnh hưởng khác nhau đến dây quấn máy biến áp. Quá điện áp khí quyển thường đặc trưng dạng một chiều, phần đàu so'ng có độ dốc lớn, phần thân so'ng ít dốc. Dạng so'ng sét xác định qua các thông số: giá trị đinh ư, thời gian đàu so'ng Tc, thời gian thân so'ng Tg. Cách xác định Tc, T theo hình 12.
Chú thích -. Nếu (tục hoành không tuyến tính (ví dụ chia theo logarit) người ta tính Tc bằng cách lấy giá trị đoạn hoành độ cúa AU (tính theo micro giây) chia cho 0,6. So'ng tiêu chuẩn theo IEC được xác định ứng với Tc =1,2 MS, Tt, = 50 MS, thường ký hiệu là 1,2/50, sóng tiêu chuẩn này TCVN6306- 3: 1997 và IEC76- 3: 1980 cho phép dung sai dưới dạng l,2±30%/50±20% ụs. Cũng co' một sô' nước chọn dạng so'ng tiêu chuẩn khác, ví dụ so'ng 1/50 dùng ở Trung và Tây Âu, sóng 1,5/40 dùng ở Nga, Mỹ.
307 Sóng 1,2/50 được biểu diễn gần đúng dưới dạng đại số: u = l,037Ư(e4)'°1461 - e’2-47t) (12.1) Đối với đường dây tải điện dùng cột sắt hoặc bê tông, giá trị đinh so'ng không được lớn hơn độ bền điện của vật liệu cách điện. Với đường dây tải điện dùng cột gỗ cho phép đỉnh sóng lên đến 10s 4- 106 V, gỗ ngay khi ướt cũng cách điện khá tốt, nói như thế không co' nghĩa là đối với cột gỗ cho phép dùng loại vật liệu cách điện kém. So'ng sét trên đường dây bao giờ cũng có suy giảm, chủ yếu là vầng Hình 12. Sóng sét theo IEC.
c ứng vói điện áp u = 0,3U; quang, tổn hao phát nhiệt trên dây 0,9U; 0. dẫn, trên đất và vật liệu cách điện nàm trên đường truyền so'ng. Suy giảm làm giảm chiều cao đỉnh của so'ng sét, giảm độ dốc đầu sóng. Với khoảng cách 1,5 km từ nơi bị sét đánh độ dốc phàn lớn giảm, còn lại không vượt quá dưới 500 kV/MS.
Để bảo vệ đường dây và máy biến áp người ta dùng chống sét kiểu chấu pho'ng điện, chúng được đặt ở các khoảng cách 0,5 4- 1,5 km dọc đường dây. Bảo vệ đường dây có thể dùng dây chống sét và chấu phóng điện. Bảo vệ phóng điện ngược bàng cách nối đất cột cho tốt và kiểm tra đảm bảo vật liệu cách điện thường xuyên. Phương pháp này đắt, nhưng đồng thời đảm bảo cho cả nút nối, được đùng cho đường dây quan trọng.
So'ng truyền bị phân nhánh sẽ làm yếu so'ng sét, nhưng hiện tượng phản hôi (ví dụ đầu nối ra máy biến áp) làm tăng đỉnh sóng, thậm chí gấp đôi. Nguy hiểm nhất là đâu nối vào trạm biến áp. Quá điện áp đầu cực máy biến áp khi có chấu phóng điện hoặc chống sét dập hồ quang Thiết bị đơn giản nhất co' thể giảm độ lớn đỉnh so'ng là chấu pho'ng điện, được chê' tạo bàng hai thanh dẫn tròn, một thanh gắn vào đầu dây ra và thanh còn lại gán trên mặt máy (hình 12. Sau khi co' pho'ng điện qua chấu, dòng hồ quang không bị dập tắt mà tồn tại ngắn mạch với đất, làm máy cắt hoặc cầu chì làm việc.
Loại bảo vệ này 308 chỉ dùng cho phụ tải loại hai, cho phép ngừng cấp điện trong thời gian ngắn, được tự động do'ng điện lặp lại. Điện áp bảo vệ máy biến áp xác định nhờ so sánh tương quan đặc tỉnh phóng điện của chấu và mặt bằng đặc tính của máy biến ãp. Khái niệm về đặc tính phóng điện và phương pháp xác định được mô tả ở hình 12. Lân lượt đặt lên điện cực của chấu phóng điện các xung điện áp a, b, c, d, e co' cùng thời gian đầu so'ng Tc, thời gian thân so'ng T , nhưng chúng có điện áp đỉnh theo thứ tự giảm dàn.
Xung có độ dốc lớn nhất (a) bị ngắt ở phần đàu so'ng, Ta < Tc, tiếp theo là xung bị ngắt (6) ngay ở thời điểm đạt giá trị đỉnh, Th = T , tiếp đến (c, d) là các xung bị cát ở phần thân sóng với thời gian tồn tại là ĩ. Nếu tiếp tục giảm đinh sóng, khả năng có pho'ng điện không xác định: co' thể pho'ng điện nhưng rất chậm, hoặc không thể pho'ng điện, xung e; tiếp tục giảm nữa, sự phóng điện không xảy ra. Như vậy giảm độ dốc đầu sóng là giảm điện áp đỉnh sẽ làm tăng thời gian trễ phóng Hình 12. Đặc tính phóng diện cúa chấu phóng diện.
a) cấu tạo cùa chấu; b) phưổng pháp dựng dặc tính; c) 100; 50 và 0 phân trăm dặc tính phóng diện Đường u7 = /"(r) co' dạng gần hyperbol gọi là đặc tỉnh pho'ng điện. Giá trị u ứng với T -» oo gọi là mặt bằng của đặc tính pho'ng điện. Để xác định từng điểm của đặc tính, ủng với mỗi độ dốc của xung ta đo nhiều lần và lấy giá 309 trị trung bình thời gian trễ T. Nếu lấy mặt bằng của đặc tính ứng với U7 nghĩa là ứng với đỉnh U7 của xung đã cho co' một nửa số lần thử có pho'ng điện.
Trong thực tế người ta chọn mặt bằng bảo vệ là mặt bằng đặc tính ứng với Ĩ7Z1ƠO%, nghĩa là giá trị đỉnh nhỏ nhất mà còn có hiện tượng phóng điện 100% sô làn thử, thường ký hiệu là Í7zmin 1()O%- Hình 12.2c cho thấy, với mỗi giá trị U7’ co' tương ứng ba giá trị r, nhỏ nhất, trung bình và lớn nhất. Đặc tính pho'ng điện không phải là một đường cong duy nhất mà tương ứng với một dâi khá rộng. Độ rộng, hẹp của dải phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, độ ẩm không khí (sai một số chục phần trảm) và ngoài ra còn phụ thuộc vào cực tính của xung (với xung âm miền này rộng hơn). Trong thực tê' co' nhiều loại chống sét có đặc tính phóng điện ổn định (đàu tiên là phát triển ở Pháp sau đến các nước khác).
Ngày nay đa số các nước sử dụng chống sét kiểu van. ỏ máy biến áp công suất nhỏ người ta hay sử dụng loại phóng điện co' dập hồ quang. Loại pho'ng điện có dập hô quang (bảng 12.1) co' đặc tính ưu việt hơn chấu phóng điện, nhưng về mặt bảo vệ máy biến áp thì chúng không khác nhau.2b thể hiện ba loại xung: xung chỉ co' phần đàu xung a, xung bao gồm cả một phần thân b, c, d và xung đày đủ e. - Xung dạng a gọi là xung cắt, nguy hiểm đến cách điện vòng dây (ở bánh đầu); - Xung dạng b, c, d gọi Là xung cắt đuôi so'ng, nguy hiểm cách điện giữa các bánh dây; - Xung dạng e gọi là xung toàn sóng, nguy hiểm đối vởi cách điện chính (mục 12.
Để kiểm tra độ bền cách điện của máy biến áp càn phải kiểm tra theo cả ba dạng xung đã nêu ở trên. Xung cát chỉ sử dụng khi kiểm tra sản phẩm. Xung truyền đến máy biến áp cồ chấu pho'ng điện bảo vệ, dãy xung có độ dốc lớn, đầu xung có thể coi là tuyến tính. Theo tiêu chuẩn ASA (American Standards Association) qui định điện áp lúc cắt và thời gian đến lúc cắt (bảng 12.
Ta thấy, thời gian không nhỏ hơn 0,5 ỊẤS và độ dốc đầu so'ng không lớn hơn 1000 kV/,MS, trong khi kiểm tra với chống sét van độ dốc tới 1200 kVẠ/s (Bảng 12. Phối hợp cách diẹn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 I 16 I 17 I 18 I 19 I 20 I 21 22 I 23 I 24 Lưới điện Chổng sét bảo vê Máy biến áp Điện áp Chấu phóng điện cho p hép Chống sét van Xung kiểm tra (thi nghiệm) Điện áp xoay Khoảng cách lớt1 nhất CIửa điện có dập hổ quang lớn n hất (IEC.1966) chiều kiểm tra (IEC 99.1962) (U p) Xung đầy đủ Xung cắt đuôi Xung cắt CSN Điện áp định mức Uđm C Trung tính lưới nối đất c °«o c sóng 350000 <ỌỊ- <2’ co 1964 Điện áp định mức .
