Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện

Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.
http://www.ebook.edu.vn 1

Chơng XV

Quá điện áp khi cắt đờng dây
không tải v bộ tụ điện

Quá điện áp khi cắt đờng dây không tải và khi cắt điện dung có nhiều đặc
điểm giống với quá điện áp khi ngắn mạch chạm đất bằng hồ quang vì chúng đuều
có liên quan đến sự tích luỹ điện tích trên điện dung của hệ thống. ở đây sự cháy
lại của hồ quang xảy ra giữa các tiếp điểm của máy cắt điện dùng để cắt đờng dây
không tải ra khỏi nguồn. Quá điện áp có thể có trị số rất lớn đủ để phá hoại cách
điện đờng dây và có khi đốt cháy cả máy cắt điện.
Xét trờng hợp đơn giản đờng dây không tải dài
l là tổng trở sóng Z đợc
cắt ngay ở thanh góp của nguồn có công suất vô cùng lớn (hình 15-1).
Khi máy cắt còn đóng mạch thì qua nó có dòng điện điện dung của đờng
dây không tải, dòng điện này vợt trớc điện áp một góc 90
o
.
Khi cắt máy cắt điện, hồ quang giữa các tiếp điểm tắt lúc dòng điện qua trị số
không tức là lúc điện áp nguồn đạt trị số cực đại do đó có thể cho rằng khi hồ
quang tắt điện dung đờng dây đợc nạp tới mức điện áp

U
ph
và giả thiết


Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.
http://www.ebook.edu.vn 2

Nếu hồ quang chạy lại khi điện áp là
+
U
ph
thì đờng dây sẽ đợc nạp từ điện áp
U
ph
đến +U
ph
, nh vậy trên đờng dây sẽ có sóng điện áp 2U
ph
và sóng dòng điện
i
U
Z
ph
=
2
lan truyền tới phía cuối đờng
dây. Sự phân bố điện áp dọc theo đờng
dây cho trên hình 15-2a. Khi tới đầu
cuối hở mạch sóng điện áp sẽ phản xạ
cùng dấu nên đờng dây sẽ có điện áp
+

=
+

đến
điện áp nguồn nghĩa là đến

U
ph
. Trên
đờng dây sẽ có sóng điện áp

U
ph
và
sóng dòng điện
i
U
Z
ph
=
4
.Hình 2b-2c
cho sự phân bố điện áp khi sóng truyền
về phía cuối đờng dây và hình 15-2d là
khi có phản xạ từ đầu cuối trở về.
Cũng nh lần trớc, sau thời gian
2
2

=
l
v
tính tứ lúc hồ quang cháy lại lần

Hình 15-2
Phan bố điện áp dọc theo đờng dây không
tải tại các điểm khác nhau.
a) Sau khi hồ quang cháy lại lần 1 và
trớc khi có phản xạ từ cuối đờng dây.
b)Nh trên nhng đã có phản xạ từ cuối đờng
dây.
c) Sau khi hồ quang cháy lại lần II và trớc khi có
phản xạ từ cuối đờng dây.
d)Nh trên nhng đã có phản xạ từ cuối đờng
dây.

l
~
z
~
~
~
~
+U
hp
+U
hp
-U
hp
i
= 0

i
=

hp
i
= 0

-U
hp
- 5U
hp
i
=

5U
hp
z

a)

b)

c)

d)

Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện

Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.
http://www.ebook.edu.vn 3

đờng dây vãn đợc nạp ở mức điện áp


3U
ph
.
Trong sơ đồ hình 15-1, do đờng
dây không tải đợc cắt ra khỏi nguồn có
công suất vô cùng lớn nên trong quá trình
cắt điện áp trên thanh góp giữ không đổi
và nh vậy sẽ không có quá điện áp ở
phía trạm.
Trong thực tế nguồn có công suất
giới hạn và có điện cảm xác định, điện
cảm này sẽ ảnh hởng đến trị số của quá
điện áp. Sơ đồ mạch đợc biểu thị nh ở
hình 15-4. Vì ở đầu đờng dây có điện
cảm
L
0
nên tình hình phản xạ ở đâu rất
phức tạp và tính toán sẽ khó khăn hơn
nhiều. Giả thiết hồ quang cháy lại lúc
điện áp nguồn có trị số
+U
ph
và trớc đó
đờng dây đợc nạp sẵn tới điện áp
U
0
,
có trị số bằng


=
+
+
U
p
pp
ph
2
22
22


(15-1)
Hình 15-3
Cắt đờng dây không tải khỏi

U
ph

t
t
t

5U
ph3U
ph2U
ph4U
ph2U
ph
c
Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện

Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.
http://www.ebook.edu.vn 4

định theo:

(
)
I
Up
IL shp Zchp
1
0
=
+

(15-4)
Để tìm góc của điện áp ở cuối đờng dây dùng định lý phân tích và đặt
()
Hp p=+2
22

. ()
(
)
(
)
Hp PLshp Zchp p=+ +
0
22


()
()
()
F p p pL shp Zchp=+ + =
22
0
0


Hai nghiệm
pj
12,
=

tơng ứng với trị số ổn định của điện áp còn nghiệm
của phơng trình
pL shp Zchp
0
0


+
=
cho các tần số dao động riêng của đờng dây.
Thay trị số của
p
vào các phơng trình trên và bỏ qua các phép tính trung gian cuối
cùng đợc kết quả sau đây:

()







=

=

=




cos cos
cos .cos cos .cos
sin .sin .sin .sin



(15-6)
Với :
A
U
L
Z
ph
=
cos

Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.
http://www.ebook.edu.vn 5 (
)
()
F
U
k
ph k
kk
k
k
=

+






22
22
22 2





2
2>

), mặt khác tại thời
điểm
l = 2

sóng phản xạ từ cuối đờng dây trở về khi gặp điện cảm sẽ phản xạ
cùng dấu khiển cho điện áp
UU
12
, có những đỉnh nhảy vọt nh trên hình vẽ.
Trong tính toán trên cha xét đến sự tắt dần của các dao động riêng. Sự tắt
dần có thể làm cho quá điện áp giảm đi nhiều. Trờng hợp thanh góp có nhiều
đờng dây do hệ số phản xạ ở đầu đờng dây giám thấp nên quá điện áp có giảm đôi

Hình 15-6
Khả năng lớn nhất của qúa điện áp

(
)
I
1
.
- Đờng dây không tải
(
)
lkmT
L
==60 0 5/,


- Đờng đậm nét - Tính theo phơng pháp
phản xạ nhiều lần;
-Đờng chấm - Tính theo phơng pháp gần đúng.
4,0
3,2
2,4
1,6
0,8
0 2 4 6 8 12
U/U
ph

T/

1
2
-1,0

1

U
ph
/
z
I
1

0,2 0,4 0,6 0,8

t
2

t
2
+


t


s

Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện

Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.

ph
.
Trị số này không gây nguy hiểm trực tiếp
đối với cách điện nhng nếu nó tác dụng
thờng xuyên thì cũng không có lợi. Đặc
biệt đối với các hệ thống có mức cách điện
giảm tới 2,5
U
ph
hoặc thấp hơn thì nó sẽ trở
thành nguy hiểm do đó trong thời gian gần
đây đã có các biện pháp để làm giảm trị số
quá điện áp.
Dùng loại máy cắt điện động tác nhanh kiểu mới có thể loại trừ hoàn toàn
quá điện áp khi cắt đờng dây không tải nhng quá điện áp do cắt máy biến áp
không tải lại tăng cao, do đó khi chế tạo máy cắt phải có những biện pháp dung hoà
các yêu cầu trên, để có đồng thời hạn chế cả hai loại quá điện áp. Sơ đồ nguyên lý
của loại máy này nh trên hình 15-8. Máy cắt có hai khoảng cắt, một trong chúng có
ghép điện trở song song. Việc cắt đợc thực hiện bởi tiếp điểm thứ nhất sau đó tiếp
điểm thứ hai sẽ tách ra. Trong lần cắt thứ nhất hồ quang tắt khi dòng điện qua trị số


không nhng đờng dây vẫn đợc nối với nguồn qua điện trở R. Vì vậy khi điện áp
nguồn biến đổi thì điện tích trên đờng dây sẽ
thay đổi và một phần sẽ đợc trả về nguồn,
thành phần tác dụng lên dòng điện qua trị số
không không phải là điện áp có trị số cực đại
và khi hồ quang tắt ở lần cắt thứ hai thì điện
áp trên đờng dây thấp hơn nhiều so với trị số
U
ph
. Điều đó sẽ làm giảm xác suất cháy lại
của hồ quang và có cháy lại thì quá điện áp
cũng bé đi nhiều. Hiệu quả giảm quá điện áp
tốt nhất là khi trị số R bằng dung kháng của đờng dây tức là khi dòng điện lệch pha
với điện áp khoảng 45
o
.
Thực nghiệm cho thấy khi khi dùng loại máy cắt này có thể giảm trị số quá
điện áp tới mức 2,5
U
ph
. và nh vậy sẽ không còn nguy hiểm ngay cả với các hệ
thống có cách điện giảm nhẹ. Tuy nhiên nó vẫn cha đợc sử dụng rộng rãi vì kết
cấu phức tạp, đắt tiền.
Hiện nay đã chú ý đến tác dụng của chống sét van trong việc giới hạn loại
quá điện áp này. Kết quả nghiên cứu cho thấy, nếu đặt chống sét van trên đờng
dây (cuối đờng dây) thì có khả năng hạn chế quá điện áp ở phía cuối và cả ở đầu
đờng dây. Nh trong chơng XX đã nhấn mạnh là khi dùng chống sét van bảo vệ
chống quá điện áp nội bộ thì phải kiếm tra năng lực thông qua dòng điện để đảm
bảo điều kiện làm việc bình th thờng của nó.
Về độ lớn của dòng điện, nếu chống sét van giới hạn quá điện áp tới mức

loại 220kV ở điện áp 2U
ph
. khoảng
300, do đó thời gian tồn tại của dòng điện khi đờng dây dài 100s, thời gian này
rất lớn so với của quá điện áp khí quyển. Vì vậy tuy biên độ dòng điện không lớn
nhng năng lợng phát nóng trong điện trở làm việc của chống sét van có thể lớn
quá mức cho phép và chống sét có thể bị h hỏng. Nh vậy dùng chống sét van chỉ
có thể hạn chế quá điện áp khi cắt đờng dây(không tải) có chiều dài không quá
200km. Nếu đờng dây dài hơn phải dùng loại chống sét đặc biệt có năng lực thông
qua dòng điện tốt hơn.

Hình 15-7
Sơ đồ nguyên lý của loại
máy cắt kiểu mới.
R
1 2
Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện

Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.
http://www.ebook.edu.vn 8

Còn một khả năng khác để giới hạn loại quá điện áp này là việc dùng máy
biến áp đo lờng ghép vào đờng dây bị cắt. Khi điện áp tăng cao do lõi thép của
máy biến áp bị bảo hoà, điện cảm của nó giảm thấp sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho

=
LC
.
Trong thực tế, tụ điện không phải chỉ dùng đơn chiếc đây là do nhiều tụ điện
đợc ghép nối tiếp song song theo yêu cầu của điện áp làm việc và của công suất;;
từng chiếc đều đợc bảo vệ bằng cầu chì nên không thể xẩy ra ngắn mạch toàn bộ.
Điều đó cho phép sử dụng các loại máy cắt có kết cấu gọn nhẹ, động tác nhanh để
có thể đạt đợc tốc độ phục hồi cách điện cao. Do đó ki dùng loại máy cắt chuyên
dùng này thì có thể loại trừ đợc khả năng cháy lại của hồ quang và giới hạn độ lớn
của quá điện áp không quá mức 2
U
ph

Hình 15-9
Sơ đồ cắt bộ tụ điện
~
L
0
C