Phần I

Chơng 7 : Bảo vệ chống sét máy điện
1


Kỹ thuật điện áp cao PDF by
Chơng 9 : Bảo vệ chống sét máy điện

9.1. Introduction
9 Bảo vệ máy điện (máy phát, mô tơ) chống quá điện áp đợc thực hiện theo nguyên tắ bảo vệ trạm biến áp.
9 Mức cách điện của máy điện thờng thấp hơn nhiều so với mức cách điện củamáy biến áp, do đó bảo vệ
chúng đợc quan tâm và cẩn thận hơn nhiều.
9 Bảng sau đây thiết lập ví dụ về mức cách điệndes máy điện và máy biến áp.
Tham số Thiết bị Điện áp định mức, kV
3 kV 6 kV 10 kV
Mức cách điện xung kích hay BIL
(Basic Impulse Level)
Máy biến áp
Máy điện
36,5
10
49,5
21
65
32,5
Điện áp d

PPC

PBBM (*)
PPM
14,5
12
9,5
27
23
18
45
38
30

9 Chúng ta thấy bảo vệ máy biến áp cấp điện áp từ 3 đến 10 kV bằng các chống sét van đợc bảo đảm bởi vì
điện áp d của chống sét van thấp hơn đáng kể mức cách điện xung kích. Nhng điều này không có nghĩa là
cũng nh thế khi tiến hành bảo vệ máy điện chống qu điện áp.
9 Đẻ đảm bảo độ tin cậy bảo vệ, cần phải hạn chế khả năng xyút hiện quá quá điện áp bằng cách không nối
máy điện trực tiếp với đờng dây trên không.
9.2. Bảo vệ máy điện nối với đờng dây qua máy biến áp
9 Các máy phát của các nhà máy điện lứon thờng đợc nối với các đờng dây trên không qua máy biến áp.

~

9 ở phía điện áp cao, máy biến áp đợc bảo vệ bằng chống sét van nh chúng ta thấy trong chơng trớc. Quá
điện áp xuất hiện ở phía này thờng không vợt quá điện áp thí nghiệm của máy biến áp. Cách điện của máy
điện phải chịu một phần điện áp do sự truyền sóng qua cuộn dây phía điện áp cao của máy biến áp về phía
cuộn dây điện áp thấp.
9.2.1. Quá điện áp lan truyền qua điện dung
9 khi có quá điện áp, điện áp trong cuộn dây của máy biến áp đợc xác định bởi của cuộn dây và biến thiên với
thời gian theo các giao động riêng. Trong thời gian đầu sóng, phân bố điện áp tơng tự nh trờng hợp khởi
đầu, do đó trong khoảng thời gian này ta có thể thay thế máy biến áp bằng điện dung đầu vào.

9 Trong các máy biến áp hai cuộn dây K, ngoài điện dung ngang, cần phải ính đến điện dung C của các cuộn
dây so với đất và giữa hai cuộn dây. Các điện dung này là những điện dung phân bố rải, do đó sơ đồ tơng
đơng của máy biến áp có dạng


Phần I

Chơng 7 : Bảo vệ chống sét máy điện
2


Kỹ thuật điện áp cao PDF by

K
1
C
1
K
2
C
12
C
2
enroulement
HT
enroulement
BT

9 Nếu chúng ta cho rằng các điện dung ngang K2 của cuộn dây điện áp thấp của máy biến áp rất bé và có thể
bỏ qua, điện áp tại điểm bầt kỳ K xác định theo biểu thức sau :

122
12
12
)()(
CC
C
xUxU
+
=
(9. 1)
9 Trong thực tế, do sự tồn tại của các điện dung entre các phần tử của cuộn dây điện áp thấp K
2,
phân bố điện áp
trong cuộn dây này có sự khác biệt phân bố trong cuộn dây điện áp cao. Tuy nhiên các kết quả tính toán theo
phơng trình 9.1 cho các kết quả gần đúng.
Phân bố điện áp dọc theo các cuộn dây này:

0,5 0,1 0 0,4 0,3 0,2
1,0
0,2
0
0,8
0,6
0,4
x/l
U
m
u

1

2
3
1 - cuộn dây điện áp cao;
2 - cuộn dây điện áp thấp, đợc tính theo phơng pháp chính
xác;
3 - cuộn dây điện áp thấp tính theo 9.1
C1=2000pF; C2=6000pF; C12=300pF; K1=20ppF; K2=30pF

9 Các đờng cong này có đợc trong trờng hợp cuộn dây điện áp thấp để hở mạch. Khi một máy điện đợc nối
cuộn dây này, cần phải tính điện dung máy điện và thanh cái hoặc đờng cáp. Các điện dung đợc thể hiện
bằng một điện dung phụ C ghép song song với điện dung C
2
của cuộn dây điện áp thấp. Nếu chúng ta coi rằng
các điện dung C
2
và C
12
cũng là các tham số rải, ta sẽ có:
122
12
12
)()(
CCC
C
xUxU
++
=
(9. 2)

9 Phân bố thực tế của điện áp dọc theo cuộn dây nằm giữa hai trờng hợp này. Bây giờ chúng ta nghiên cứu bản

chất phân bố điện áp trong một số trờng hợp đặc biệt. Giả thiết cuộn dây cao áp có 5 phần tử (n=5) và C=K
(hình 8.16).
9 Thực tế, ảnh hởng của điện dung phụ C còn rõ nét hơn. Ví dụ với C=(C
2
+C
12
), điện áp U
2
không giảm đến 2
lần mà ít nhất là 5-6 lần.
9 Sơ đồ bảo vệ khi máy điện đợc nối với đờng dây trên không qua máy biến áp, cần thiết phải láp đặt một
đoạn cáp ngắn (khoảng vài chục mét).
9.2.2. Quá điện áp lan truyền dọc theo cuộn dây máy biến áp
9 Truyền sóng điện áp qua các điện dung xác định phân bố điện áp ban đầu trong các cuộn dây. Với truyền
sóng qua con đờng điện từ xảy ra trong quá trình quá độ mà các sóng hài bậc nhất là quan trọng nhất. Để


Phần I

Chơng 7 : Bảo vệ chống sét máy điện
3


Kỹ thuật điện áp cao PDF by
nghiên cứu hiện tợng này, chúng ta sử dụng sơ đồ tơng đơng
L
1
L
2
C

Z
L
M
9 L
1
, L
2
- điện cảm cuộn dây,
9 L
M
- điện cảm mạch từ,
9 C - điện dung tổng ở phía điện áp thấp máy điện,
9 Z - tổng trở sóng của cuộn dây máy điện

9 Nếu C=0 và khi có quá điện áp vuông gócq biên độ U
m
xuất hiện ở phía điện áp cao, điện áp trên cuộn dây
điện áp thấp với L
M
>>L
1
+L
2
bằng :









=

T
t
m
e
n
U
U 1
2

Z
LL
T
21
+
=
(9. 3)
9 Điện cảm của máy biến áp quy về phía điện áp thấp bằng :
P
Ue
LL
k
4,31
%.
2
21
=+

(9. 4)
U là điện áp định mức, kV
P
; công suất định mức, kVA.
9 Điện áp ở phía điện áp cao gồm điện áp d của chống sét van xếp chồng lên thành phần giao động với chu kỳ
giao động khoảng vài s, có nghĩa là rất bé so với hằng số thời gian T. Khi truyền sóng qua cuộn dây của máy
biến áp, các giao động này sẽ giảm dần, do đó có thể lấy giá trị U
m
bằng điện áp d của chống sét van.
9 Với C0, tần số giao động riêng
()
21
LLC +
=

, giao động này xếp chồng lên thành phần U
m
/n. Giới hạn
điện áp tác dụng lên máy điện có thể đạt trị số 2U
m
/n, nhng do tổng trở sóng xủa cuộn dây, giao động này sẽ
tắt dần rất nhanh. Trong điều kiện :
C
LL
Z
21
2
1
+
<

(9. 5)
nó sẽ bị triệt tiêu.
Ví dụ đối với máy biến áp 111/10 kV - 315000 kVA, ta có L
1
+L
2
=10
-3
H, v tổng trở sóng của máy điện có cùng công
suất sẽ có giá trị khoảng 40

, ta tìm đợc hằng số thời gian T=25

s.
điều kiện để giao động triệt tiêu :
F
Z
LL
C

15,0
40.4
1000
4
22
21
==
+
<


Trong thực tế điều kiện 9.5 dễ dng thoả mãn, trừ trờng hợp nếu điện dung thanh góp quá lớn v điện áp tăng cao
do giao động.
Nếu các giao động trong mạch phụ bị triệt tiêu v nếu phía điện áp cao của máy biến áp đợc bảo vệ bởi chống sét
van PBM

, thì không cần thiết bất kỳ bảo vệ no ở phía điện áp máy phát.
máy biến áp 110/10 kV - 315000 kVA, đợc bảo vệ bằng chống sét van PBM

với mức điện áp d U = 265 kV.
Điện áp tác dụng lên cuộn dây máy phát bằng 265/11=24 kV, điều ny không gây nguy hiểm cho cách điện máy điện.
Kết luận : Khi máy điện đợc nối với đờng dây trên không qua máy biến áp, thì không cần thiết bảo vệ
chống quá điện áp khí quyển. Chỉ trong trờng hợp khi công suất của máy điện bé và điện dung của thanh cái rất
lớn thì cần bảo vệ bằng chống sét van.


Phần I

Chơng 7 : Bảo vệ chống sét máy điện
4


Kỹ thuật điện áp cao PDF by

9.3. Bảo vệ máy điện nối trực tiếp với đờng dây
9 Bảo vệ máy điện nối trực tiếp đờng dây trên không chống quá điện áp tơng tự nh bảo vệ trạm biến áp : trên
thanh góp của máy phát ngời ta đặt chống sét van và bảo vệ đạon gần trạm biến áp bằng các cột thu sét.
9 Tuy vậy, sơ đồ bảo vệ có các đặc điểm sau:
+
sử dụng chống sét van có điện áp d thấp, ví dụ nh loại chống sét van PBM thay vì dùng PBC
+

đoạn đờng dây đến máy điện phải đợc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp bằng cách xây dựng đờng
dây khuất tránh sét đánh trực tiếp ví dụ nh lấp dới các công trình cao, trong thung lũng.... Nếu
không thì đoạn này đợc bảo vệ bằng dây chống sét, và dây chống sét cần đợc cazchs điện với
đờng dây và nếu nó đớc láp đặt trên các cột cùng với đờng dây cần phải tránh phóng điện ngợc
bằng cách tăng mức cách điện đờng dây.
+
láp đặt các tụ điện trên thanh góp máy phát với trị số 0,5F/pha để giảm độ dốc của sóng tới.
9 Sơ đồ bảo vệ máy điện nối trực tiếp với đờng dây trên không.

~
Paratonnerres
ẫclateurs
C
P

9 Để điện áp d không vợt qua giá trị định mức, cần hạn chế dòng điện ở mức 5kA bằng cách giảm điện trở nối
đất của các khe hở phóng điện đặt ở đoạn vào trạm.
9 Trong thực tế, máy điện nối với đờng dây trên không qua một đoạn cáp. Với sự có mặt của đoạn cáp này,
điều kiện bảo vệ máy điện chống quá điện khí quyển thuận lợi.
~
ẫclateurs