2 MUÏC LUÏC Lôøi noùi ñaàu 5. SEÙT - NGUOÀN GOÁC CUÛA QUAÙ ÑIEÄN AÙP KHÍ QUYEÅN .1 Caùc giai ñoaïn phaùt trieån cuûa phoùng ñieän seùt .2 Caùc tham soá chuû yeáu cuûa seùt - cöôøng ñoä hoaït ñoäng cuûa seùt. QUAÙ TRÌNH SOÙNG TREÂN ÑÖÔØNG DAÂY TAÛI ÑIEÄN .1 Söï truyeàn soùng ñieän töø treân ñöôøng daây khoâng toån hao .2 Hieän töôïng phaûn xaï vaø khuùc xaï cuûa soùng: qui taéc Petersen .3 Söï phaûn söï nhieàu laàn cuûa soùng .4 Vaøi phöông phaùp tính toaùn quaù trình truyeàn soùng baèng ñoà thò .5 Qui taéc veà soùng ñaúng trò .6 Quaù trình truyeàn soùng trong heä thoáng nhieàu daây daãn .7 Söï bieán daïng cuûa soùng. BAÛO VEÄ CHOÁNG SEÙT ÑAÙNH TRÖÏC TIEÁP CHO HEÄ THOÁNG ÑIEÄN .1 Khaùi nieäm chung .2 Xaùc ñònh phaïm vi baûo veä cuûa coät thu seùt - moâ hình A.3 Phaïm vi baûo veä cuûa daây choáng seùt .4 Caùc yeâu caàu kyõ thuaät kinh teá khi duøng heä thoáng coät thu seùt ñeå baûo veä seùt ñaùnh thaúng cho traïm bieán aùp vaø nhaø maùy ñieän.
Lyù thuyeát moâ hình ñieän hình hoïc. NOÁI ÑAÁT TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN .1 Caùc khaùi nieäm chung .2 Ñieän trôû taûn noái ñaát ôû taàn soá coâng nghieäp R~.3 Ñieän trôû taûn cuûa noái ñaát choáng seùt .4 AÛnh höôûng cuûa chaát ñaát vaø thôøi tieát ñeán ñieän trôû noái ñaát .5 Caùc yeâu caàu veà kinh teá kyõ thuaät khi thieát keá heä thoáng noái ñaát cho traïm vaø ñöôøng daây taûi ñieän .6 Phöông phaùp dieän tích ñeå tính ñieän trôû taûn cuûa löôùi noái ñaát. BAÛO VEÄ CHOÁNG SEÙT CHO ÑÖÔØNG DAÂY TAÛI ÑIEÄN .1 Ñöôøng loái toång quaùt ñeå tính toaùn chæ tieâu choáng seùt cuûa ñöôøng daây taûi ñieän.2 Quaù ñieän aùp caûm öùng .3 Seùt ñaùnh tröïc tieáp vaøo ñöôøng daây khoâng coù daây choáng seùt .4 Seùt ñaùnh treân ñöôøng daây coù daây choáng seùt. THIEÁT BÒ CHOÁNG SEÙT .1 Khaùi nieäm chung .2 Khe hôû baûo veä .3 Thieát bò choáng seùt kieåu oáng .4 Thieát bò choáng seùt van (CSV) .5 Thieát bò haïn cheá QÑA hay CSV khoâng coù khe hôû.
BAÛO VEÄ CHOÁNG SEÙT TRUYEÀN VAØO TRAÏM PHAÂN PHOÁI ÑIEÄN.1 Khaùi nieäm chung .2 Bieän phaùp vaø yeâu caàu ñoái vôùi vieäc baûo veä choáng seùt truyeàn vaøo traïm .3 Sô ñoà nguyeân lyù baûo veä traïm .4 Tham soá tính toaùn cuûa soùng seùt truyeàn vaøo traïm vaø caùch tính chæ tieâu chòu seùt cuûa traïm .5 Ñieän aùp treân caùch ñieän cuûa traïm. BAÛO VEÄ CHOÁNG SEÙT CHO MAÙY ÑIEÄN QUAY .1 Baûo veä caùch ñieän maùy ñieän quay choáng soùng seùt truyeàn vaøo theo ñöôøng daây treân khoâng .2 Baûo veä choáng seùt cho maùy ñieän quay ñaáu vaøo ñöôøng daây treân khoâng qua maùy bieán aùp. QUAÙ ÑIEÄN AÙP NOÄI BOÄ - NHÖÕNG TÍNH CHAÁT CHUNG CUÛA QUAÙ ÑIEÄN AÙP NOÄI BOÄ TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN .1 Phaân loaïi Quaù ñieän aùp noäi boä .2 Vaán ñeà noái ñaát ñieåm trung tính cuûa heä thoáng ñieän. QUAÙ ÑIEÄN AÙP KHI CHAÏM ÑAÁT MOÄT PHA BAÈNG HOÀ QUANG TRONG LÖÔÙI COÙ TRUNG TÍNH CAÙCH ÑIEÄN .1 Chaïm ñaát moät pha oån ñònh .2 Dieãn bieán cuûa quaù trình chaïm ñaát moät pha .3 Noái ñaát ñieåm trung tính qua cuoän daäp hoà quang.
QUAÙ ÑIEÄN AÙP COÄNG HÖÔÛNG .1 Khaùi nieäm chung .2 Coäng höôûng ñieàu hoøa. 235 4 Caùc caâu hoûi oân taäp moân hoïc “Quaù ñieän aùp” .260 Taøi lieäu tham khaûo .272 5 Lôøi noùi ñaàu Caùch ñieän cuûa trang thieát bò ñieän aùp cao khoâng chæ chòu taùc duïng thöôøng xuyeân, laâu daøi cuûa ñieän aùp laøm vieäc maø coøn phaûi chòu taùc duïng trong moät thôøi gian ngaén hoaëc raát ngaén cuûa nhöõng ñieän aùp taêng cao ñoät ngoät vöôït xa khaû naêng chòu ñöïng cuûa caùch ñieän. Ñoù laø hieän töôïng quaù ñieän aùp trong heä thoáng ñieän. QUAÙ ÑIEÄN AÙP TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN trình baøy nguoàn goác, dieãn bieán vaø thoâng soá cuûa caùc daïng quaù ñieän aùp cuõng nhö caùc bieän phaùp nhaèm ngaên ngöøa, haïn cheá chuùng ñeå baûo veä cho caùch ñieän cuûa caùc trang thieát bò ñieän.
QUAÙ ÑIEÄN AÙP TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN ñöôïc bieân soaïn treân cô sôû cuûa cuoán saùch “Quaù ñieän aùp trong heä thoáng ñieän” duøng giaûng daïy cho sinh vieân nhieàu khoùa cuûa ngaønh Heä thoáng ñieän vaø ñöôïc chænh söûa, boå sung caäp nhaät thöôøng xuyeân. Tuy nhieân hieän töôïng quaù ñieän aùp, ñaëc bieät laø quaù ñieän aùp noäi boä raát ña daïng vaø phöùc taïp, maø thôøi löôïng cho pheùp ñoái vôùi moân hoïc coù giôùi haïn, neân taäp saùch naøy chöa theå ñeà caäp ñaày ñuû moïi daïng quaù ñieän aùp maø chæ neâu moät vaøi daïng tieâu bieåu ñieån hình. Taùc giaû hoan ngheânh vaø xin chaân thaønh caûm ôn moïi goùp yù quyù baùu cuûa ñoäc giaû. Moïi goùp yù xin göûi veà: Boä moân Heä thoáng ñieän Khoa Ñieän - Ñieän töû, Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch khoa - Ñaïi hoïc Quoác gia TPHCM.
Hoaøng Vieät 7 Chöông 1 SEÙT - NGUOÀN GOÁC CUÛA QUAÙ ÑIEÄN AÙP KHÍ QUYEÅN 1.1 CAÙC GIAI ÑOAÏN PHAÙT TRIEÅN CUÛA PHOÙNG ÑIEÄN SEÙT Seùt thöïc chaát laø moät daïng phoùng ñieän tia löûa trong khoâng khí vôùi khoaûng caùch raát lôùn. Chieàu daøi trung bình cuûa khe seùt khoaûng 3÷5 km, phaàn lôùn chieàu daøi ñoù phaùt trieån trong caùc ñaùm maây doâng. Quaù trình phoùng ñieän cuûa seùt töông töï nhö quaù trình phoùng ñieän tia löûa trong ñieän tröôøng raát khoâng ñoàng nhaát vôùi khoaûng caùch phoùng ñieän lôùn. Chính söï töông töï ñoù ñaõ cho pheùp moâ phoûng seùt trong phoøng thí nghieäm ñeå nghieân cöùu nhöõng qui luaät cuûa noù vaø nghieân cöùu nhöõng bieän phaùp baûo veä choáng seùt.
Hieån nhieân, seùt khaùc vôùi phoùng ñieän trong khoâng khí tieán haønh trong phoøng thí nghieäm khoâng chæ ôû qui moâ maø coøn ôû ñaëc ñieåm rieâng bieät cuûa nguoàn ñieän aùp cuûa noù töùc laø nhöõng ñaùm maây doâng tích ñieän. Thöïc teá, söï hình thaønh caùc côn doâng luoân luoân gaén lieàn vôùi söï xuaát hieän cuûa nhöõng luoàng khoâng khí noùng aåm khoång loà töø maët ñaát boác leân. Caùc luoàng khoâng khí naøy ñöôïc taïo thaønh hoaëc do söï ñoát noùng maët ñaát bôûi aùnh naéng maët trôøi, ñaëc bieät ôû caùc vuøng cao (doâng nhieät) hoaëc do söï gaëp nhau cuûa nhöõng luoàng khoâng khí noùng aåm vôùi khoâng khí laïnh naëng (doâng front), luoàng khoâng khí noùng aåm bò ñaåy leân treân. ÔÛ caùc vuøng ñoài nuùi cao, caùc luoàng khoâng khí noùng aåm tröôøn theo söôøn nuùi leân cao ñoù laø doøng ñòa hình.
Sau khi ñaõ ñaït ñöôïc moät ñoä cao nhaát ñònh (khoaûng vaøi km trôû leân), luoàng khoâng khí noùng aåm naøy ñi vaøo vuøng nhieät ñoä aâm, bò laïnh ñi, hôi nöôùc ngöng tuï laïi thaønh nhöõng gioït nöôùc li ti hoaëc thaønh caùc tinh theå baêng. Chuùng taïo thaønh caùc ñaùm maây doâng (H.1), coøn ñöôïc goïi laø maây tích vuõ (Cumuloninbus).1 Söï phaân boá ñieän tích trong moät ñaùm maây doâng Töø laâu, ngöôøi ta ñaõ khaúng ñònh veà nguoàn taïo ra ñieän tröôøng khoång loà giöõa caùc maây doâng vaø maët ñaát chính laø nhöõng ñieän tích tích tuï treân caùc haït nöôùc li ti vaø caùc tinh theå baêng cuûa caùc ñaùm maây doâng ñoù. Nhöng do ñaâu coù söï nhieãm ñieän cuûa caùc haït nöôùc vaø tinh theå baêng cuõng nhö söï phaân li caùc ñieän tích thì coù nhieàu giaû thuyeát khaùc nhau vaø chöa ñöôïc hoaøn toaøn nhaát trí (trong phaïm vi cuoán saùch naøy seõ khoâng ñi saâu vaøo caùc giaû thuyeát ñoù). Ví duï, coù giaû thuyeát cho raèng, döôùi taùc duïng cuûa ñieän tröôøng cuûa quaû ñaát (quaû ñaát mang moät ñieän tích aâm khoaûng – 5,4×10+5C), caùc haït nöôùc bò phaân cöïc, ñaàu döôùi nhaän ñieän tích döông vaø ñaàu treân nhaän ñieän tích aâm (H.
Caùc gioït nöôùc lôùn, do troïng löôïng cuûa noù rôi xuoáng gaëp caùc ion töï do (gaàn maët ñaát coù khoaûng 600 ñoâi ion trong moät cm3 khoâng khí, caøng leân cao maät ñoä ion caøng cao) bay chaäm hôn trong khoâng khí, haáp thuï caùc ion aâm baèng ñaàu döông cuûa noù ôû phía tröôùc vaø ñaåy caùc ion döông töï do ra xa. Keát quaû laø gioït nöôùc mang ñieän tích aâm thöøa. Caùc gioït nöôùc beù ñaõ phaân cöïc, thì bò caùc luoàng khoâng khí ñaåy leân phía treân haáp thuï caùc ion döông baèng ñaàu aâm cuûa mình, ñaåy ion aâm töï do ra xa vaø do ñoù mang ñieän tích döông thöøa. Nhö vaäy theo giaû thuyeát naøy, phaàn döôùi cuûa caùc ñaùm maây doâng mang ñieän tích aâm, phuø hôïp vôùi thöïc teá laø phaàn lôùn caùc phoùng ñieän seùt xuoáng ñaát (80÷90%) coù cöïc tính aâm.
Nhöng giaû thuyeát naøy vaãn 9 chöa giaûi thích ñöôïc moät thöïc teá, laø hôn moät nöûa theå tích cuûa ñaùm maây khoâng phaûi ñöôïc taïo thaønh töø caùc gioït nöôùc maø töø caùc tinh theå baêng vaø boâng tuyeát maø hình daïng vaø caáu taïo cuûa chuùng laøm cho chuùng khoù coù theå bò phaân cöïc bôûi ñieän tröôøng cuûa quaû ñaát. Toùm laïi, caùc giaû thuyeát cho ñeán nay ñeàu chöa giaûi thích ñöôïc moät caùch trieät ñeå veà nguoàn ñieän tích cuûa caùc ñaùm maây doâng vaø söï phaân li chuùng, khieán ngöôøi ta nghó raèng trong thöïc teá coù theå coù nhieàu nguyeân nhaân ñoàng thôøi taùc ñoäng vaø raát phöùc taïp. Nhöng coù ñieàu chaéc chaén laø trong suoát côn doâng, caùc ñieän tích döông vaø ñieän tích aâm bò caùc luoàng khoâng khí maõnh lieät taùch rôøi nhau, gaén lieàn vôùi söï phaân boá caùc tinh theå baêng tuyeát treân taàng ñænh vaø caùc gioït nöôùc möa ôû taàng ñaùy cuûa ñaùm maây doâng. Söï taùch rôøi ñieän tích naøy tuøy thuoäc vaøo ñoä cao cuûa ñaùm maây, naèm trong khoaûng töø 200÷10.000m, vôùi taâm cuûa chuùng caùch nhau öôùc khoaûng töø 300÷5000m.
Löôïng ñieän tích trong caùc ñaùm maây tham gia vaøo côn seùt vaøo khoaûng töø 1÷100C vaø coù theå cao hôn. Ñieän theá cuûa caùc ñaùm maây doâng vaøo khoaûng 107÷108V. Naêng löôïng toûa ra bôûi moät côn seùt khoaûng 250kWh. Keát quaû quan traéc cho thaáy phaàn döôùi cuûa caùc ñaùm maây doâng chuû yeáu chöùa ñieän tích aâm, do ñoù caûm öùng treân maët ñaát nhöõng ñieän tích döông töông öùng vaø taïo neân moät tuï ñieän khoâng khí khoång loà.
Cöôøng ñoä ñieän tröôøng trung bình nôi ñoàng nhaát thöôøng ít khi quaù 1kV/cm, nhöng caù bieät nôi maät ñoä ñieän tích cao, hoaëc nôi coù vaät daãn ñieän toát nhoâ leân cao treân maët ñaát ñieän tröôøng cuïc boä coù theå cao hôn nhieàu vaø coù theå ñaït ñeán ngöôõng ion hoùa khoâng khí (ôû maët ñaát trò soá naøy 25÷30kV/cm vaø caøng leân cao caøng giaûm, ôû ñoä cao moät vaøi km giaûm coøn khoaûng 10kV/cm) seõ gaây ion hoùa khoâng khí taïo thaønh doøng plasma, môû ñaàu cho quaù trình phoùng ñieän seùt phaùt trieån giöõa maây doâng vaø maët ñaát. Quaù trình phoùng ñieän seùt naøy goàm coù ba giai ñoaïn chuû yeáu: 1- Thoaït tieân xuaát phaùt töø maây doâng moät daûi saùng môø keùo daøi töøng ñôït giaùn ñoaïn veà phía maët ñaát vôùi toác ñoä trung bình khoaûng 105÷106 m/s. Ñaáy laø giai ñoaïn phoùng ñieän tieân ñaïo töøng ñôït ñöôïc goïi laø tieân ñaïo baäc (stepped leader). Keânh tieân ñaïo laø moät doøng plasma maät ñoä ñieän tích khoâng cao laém, khoaûng 1013÷1014 ion/m3.