Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện
Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.
1
Chơng IX
Bảo vệ chống sét trạm biến áp

Đ9-1. Khái niệm chung:

Bảo vệ chống sét đối với trạm biến áp có yêu cầu cao hơn nhiều so với đờng dây.
Trớc tiên, phóng điện trên cách điện trong trạm tơng đơng với ngắn mạch trên thanh góp
và ngay cả khi có các phơng tiện bảo vệ hiện đại cũng vẫn đa đến sự cố trầm trọng nhất
trong hệ thống. Ngoài ra mặc dù trong kết cấu cách điện của thiết bị thờng cố gắng sao cho
mức cách điện trong lớn hơn cách điện ngoài nhng trong vận hành do quá trình già cỗi của
cách điện trong mạnh hơn nhiều nên sự phối hợp có thể bị phá hoại và dới tác dụng của quá
điện áp, có khả năng xảy ra chọc thủng điện môi và không phải chỉ là phóng điện men theo
bề mặt của cách điện ngoài. Tuy không thể đạt đợc mức an toàn tuyệt đối nhng khi tính
toán chọn các biện pháp chống sét phải cố gắng giảm xác suất sự cố tới giới hạn thấp nhất và
" chỉ tiêu chịu sét của trạm" số năm vận hành an toàn không có xuất hiện điện áp nguy
hiểm đối với cách điện của trạm phải đạt mức hàng trăm hoặc hàng ngàn năm.
Nội dung của bảo vệ chống sét trạm biến áp bao gồm bảo vệ chống sét đánh thẳng và
bảo về chống sét từ đờng dây truyền vào trạm. Bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm đợc
thực hiện bằng cột thu sét, dây thu sét nh đã trình bày ở các chơng XVIII và XIX. Trong
phạm vi chơng này sẽ dành riêng để nghiên cứu về chống sét truyền từ đờng dây vào trạm.
Nội dung bảo vệ chống sét trạm biến áp bao gồm bảo vệ chống sét đánh thẳng và bảo
vệ chống sét từ đờng dây truyền vào trạm. bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm đợc thực
hiện bằng cột thu sét, dây thu sét nh đã trình bày ở các chơng XVIII và XIX. Trong phạm
vi chơng này sẽ dành riêng để nghiên cứu về chống sét truyền từ đờng dây vào trạm.
Mức cách điện xung kích của trạm đợc chọn theo trị số điện áp d của chống sét van
và có chiều hớng ngày càng giảm thấp do chất lợng của loại thiết bị này đợc nâng cao.
Bởi vậy mức cách điện của trạm không phụ thuộc vào mức cách điện đờng dây và còn thấp
hơn nhiều. Ví dụ trạm 110kV có điện áp thí nghiệm xung kích khoảng 460 KV trong khi đó

mà U
50%
là mức cách điện đờng dây và Z là tổng trở sóng của nó. Với
đờng dây 110kV sẽ tính đợc
IKA
csv
==
2650
400
325
.
,,
nhu vậy là hoàn toàn cho phép. Tính
toán với các đờng dây điện áp cao hơn hoặc với đờng dây cột gỗ cho thấy yêu cầu trên đều
đợc thoả mãn. Khi sét đánh gần trạm do phản xạ nhiều lần từ nơi sét đánh tới thanh góp của
trạm nên dòng điện sét sẽ phân bổ tỷ lệ nghịch với điện trở nối đất cột điện R ở nơi sét đánh
và điện trở của chống sét van
R
csv
( hình 9-1).

II
R
RR
csv s
csv
=
+
(9-1).
Điện trở của chống sét van là tỷ số giữa điện áp d

bình thờng cuả chống sét van mà còn có tác dụng giảm độ dốc sóng truyền vào trạm. ở
trạm biến áp, chống sét van đặt ở thanh góp nên giữa nó tới các thiết bị luôn có một khoảng
cách nhất định. Điện cảm của đoạn dây nối từ chống sét van tới thiết bị và điện dung của
cách điện thiết bị sẽ hình thành mạch dao động L - C làm cho điện áp đặt trên thiết bị có
thể vợt quá trị số điện áp d của chống sét van. Độ chênh lệch này càng lớn thì chống sét
van đặt càng xa thiết bị và sóng truyền vào trạm có độ dốc lớn. Để có thể dùng số ít chống

Hình 9-1
Tính toán dòng điện
qua chống sét van

R
CSV

I
CSV
I

R

Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện

Tại nơi sét đánh sóng có độ dốc thẳng đứng và khi truyền vào trạm độ dốc sẽ giảm
thấp dới tác dụng của vầng quang ( xem Đ 4-8 chơng 4). Độ dốc này đợc xác định theo
công thức:

a
U
t
U
x
==
50% 50%


(9-2)
Trong đó:
U
50%

mức cách điện xung kích đờng dây.

x

độ dài truyền sóng.



hệ số có trị số bằng
1




Hình 9-2
Các trờng hợp truyền sóng vào trạm biến áp

1. Điện áp trên dây dẫn bị sét đánh ; 2. Điện áp trên dây dẫn lân cận; 3. Đặc tính Vôn -giây
của cách điện đờng dây; 4. Đặc tính Vôn -giây có nhân thêm hệ số
1
1 k Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ trạm cho ở hình 9-3.
Sơ đồ a ứng với trờng hợp đờng dây dùng cột gỗ, trong sơ đồ này chỉ đặt dây
chống sét ở đoạn tới trạm. Mức cách điện ở cột trong đoạn này giảm đi rất nhiều, vì thân cột
gỗ đã bị nối tắt bởi dây nối đất của dây chống sét. Ví dụ cho đờng dây 110kV, khi treo dây
chống sét cách điện chỉ còn phần cuối sứ và đoạn xà gỗ 2m và có trị số khoảng 850 -900kV
trong khi đó ở các cột không treo dây chống sét cách điện có thể đạt tới mức 1840kV. Do đó
đoan tới trạm đợc xem là nơi cách điện yếu của đờng dây và ở đầu đoạn tới trạm phải đợc
bảo vệ bằng chống sét ống PT
1
. ở phía trạm còn đặt thêm chống sét ống PT
2

=I
s
R
k
U
1
%504
3
1
2
1 2
U
=100I
S

U

t

a)
b)
c)
U

U
max
=100I

2
đặt ở cột cuối của đờng dây, khoảng cách từ
nó tới chống sét van khá xa nên yêu cầu trên rất khó
thực hiện.
Đờng dây cột sắt không treo dây chống sét
trên toàn tuyến có sơ đồ bảo vệ ở đoạn tới trạm tơng
tự với sơ đồ a nhng có thể không đặt PT
1
vì mức
cách điện của cột khi treo dây chống sét sẽ không bị
giảm thấp nh trong trờng hợp cột gỗ.
Đối với đờng dây cột sắt đợc bảo vệ bằng
dây chống sét toàn tuyến thì sơ đồ bảo vệ ở đoạn tới
trạm nh trên hình 9-3b, ở đây không cần đặt thêm
chống sét ống ngoài việc tăng cờng nối đất và giảm
góc bảo vệ .
Việc bảo vệ ở đoạn tới trạm bằng dây chống
sét không thể loại trừ hoàn toàn khả năng sét đánh
vào dây dẫn ở gần trạm và do đó vẫn có thể đa vào
trạm sóng có độ dốc lớn do các phóng điện ngợc từ
dây chống sét tới dây dẫn. Trong tính toán chỉ tiêu
chịu sét của trạm, các trờng hợp đợc xem là nguy hiểm đối với cách điện là khi sóng
truyền vào trạm có độ dốc v ợt quá giới hạn an toàn, giới hạn này xác định bởi đặc tính
xung kích của cách điện và khoảng cách từ đó tới nơi đặt chống sét van ( mục Đ 9-4). Từ giới
hạn về độ dốc an toàn sẽ tính đợc độ dài truyền sóng cần thiết (
x
th
) theo công thức (9-2),
mọi trờng hợp có xuất hiện điện áp trên dây dẫn trong đoạn này đều xem nh nguy hiểm vì
có thể đa váo trạm sóng có độ dốc lớn.






+






,,
.

(9-3)

Hình 9-3

thì số trờng hợp nguy hiểm cho trạm ngoài trị số tính theo công thức (9-3) còn phải kể
đến mọi trờng hợp sét đánh vào dây dẫn trong đoạn (
xl
th

):

()
Nhnlv
h
l
vv
h
l
v
cs ng s
c
pd
c
pd221
006 009 1=ữ +






+



=
1
. Khi chỉ tiêu chiu sét quá thấp có
thể giải quyết bằng cách tăng cờng bảo vệ ở đoạn tới trạm để giảm các xác xuất phóng điện
hoặc tăng số lợng chống sét van trong trạm nhằm nâng cao giới hạn về dộ dốc an toàn, rút
ngắn độ dài truyền sóng cần thiết
x
th
và do đó giảm số lần phóng điện N. Đ9-2. Điện áp trên cách điện của trạm trong sơ đồ đơn giản
Trớc khi nghiên cứu sơ đồ phức tạp của các trạm thực tế nên xét sơ đồ đơn giản trên
hình 9-4 có đủ các thành phần cơ bản: đờng dây tới trạm, chống sét van, điện dung của cách
điện thiết bị và đoạn dây nối

l
từ chống sét van tới thiết bị đợc bảo vệ. Việc phân tích các
sơ đồ này tuy đơn giản nhng có thể rút ra đợc các quy luật quan trong vận dụng vào các
trạm thực tế.
Trớc tiên hãy nghiên cứu sơ đồ hình 9-4a với giả thiết điện dung của cách điện C
bằng không và tổng trở sóng của đoạn dây nối

l
có cùng trị số với tổng trở sóng đờng dây.
Nh vậy sẽ trở về bài toán đã đợc nghiên cứu ở chơng XVII (
Đ4-6b) và trên hình 9-5 cho
dạng điện áp trên chống sét van khi sóng tới có dạng sóng xiên góc. Do điện áp trên chống
sét van giữ không đổi dù biên độ sóng tới có thể rất lớn nên có thể xem chống sét van nh
nguồn một chiều với trị số điện áp nguồn bằng điện áp d của nó.
UUa
cd ct.max
=+2

(9-5)
trong đó :
a độ dốc sóng tới (dạng sóng xiên góc)

U
ct

điện áp chọc thủng của chống sét van =
2at
pt
p

thời gian phóng điện của chống sét van.
Nh vậy trị số điện áp cực đại trên cách điện
vợt quá trị số điện áp chọc thủng của chống sét van
một lợng
2
2
a
al
v


UU
U
cd t
ct
.max .max
=+
2

(9-6)
s

C
PB
A
U
t

t
U
d
U
csv

U
t

U
f
=U
csv
-U
t

U
t

U

U


U
cđ

U
cđ

U
cđ

U

t
U
t
max

b)

a)

Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện
Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.
8 Hình 9-5
Dạng điện áp trên chống sét van và trên cách điện của sơ đồ bảo vệ
Hình 9-4a- khi x = 0 và ứng với các trị số khác nhau của


đổi và phản xạ từ chống sét van đợc tiến hành với
dấu ngợc lại.
Điện áp trên cách điện có dạng dao động
chung quanh trị số điện áp d với chu kỳ dao động
T
l
v
==44


tơng tự nh khi đờng dây hở mạch
ở đầu cuối. Nếu trên hình 9-7 chống sét van bị chọc

U
CSV

t

U
U
Cđ

U
Cđ

U
Cđ

4
1
t

U
d

Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện
Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.
9
thủng sau khi sóng phản xạ từ đầu cuối hở mạch về đến điểm
()
A t
p
> 2

nh hằng số và chống sét van đợc xem
nh nguồn điện áp dạng sóng xiên góc có
độ dốc bằng độ dốc sóng tới và biên độ
bằng trị số điện áp d của nó.
Để xác định gần đúng trị số điện
áp trên cách điện, có thể thay thế phần sơ
đồ gồm đoạn dây nối l và điện dung ở
đầu cuối bằng mạch dao động
L
C

có
tần số dao động riêng:



==
11
LC CZ
)
U
U
t

U
t

U
csv
= I
csv 2
z
đs

U
ct

t
U
cđ
(t)