Phần III

Chơng 16 : Cách điện của hệ thống điện
1 Kỹ thuật điện áp cao PDF by
Chơng 16 : Cách điện của hệ thống điện

16.1. Các đặc tính điện và cơ của cách điện
1. Đặc tính điện
9 Cách điện dùng trong hệ thống thờng gặp là các loại điện môi thể khí (không khí) thể rắn (sứ, thủy tinh) và thể
lỏng (dầu cách điện dùng trong máy biến áp, cáp, tụ điện). Đối với cách điện thể rắn đặc tính cách điện của nó
có thể bị phá hủy theo một trong hai khả năng sau đây :
* Chọc thủng nghĩa là khi phóng điện xảy ra trong nội bộ thể tích của điện môi (cách điện bị xem h hỏng
hoàn toàn vì tính chất cách điện không thể phục hồi, đồng thời còn kèm theo các phá hoại vể cơ khí).
* Phóng điện theo bề mặt cách điện. Khi xảy ra phóng điện theo bề mặt chỉ cần chú ý đến tình trạng mặt
ngoài bị đốt cháy dới tác dụng của tia lửa điện. Nếu phóng điện đợc toại trừ nhanh chóng (nh khi có
rơle bảo vệ cắt mạch điện áp) trong đa số trờng hợp cách điện vẫn có thể tiếp tục làm việc Do đó trong
chế tạo cách điện thể rắn đợc chọn sao cho điện áp phóng điện mặt ngoài bé hơn điện áp chọc thủng
một cảnh đáng kể đảm bảo chỉ để xây ra phóng điện theo bề mặt...
9 Đặc tính điện của cách điện đttợc đặc trng bời các tri số sau đây :
* Điện áp phóng điện tần số công nghiệp khi bề mặt cách điện khô và ớt. Trị số này dùng để tinh toán
chọn cách điện theo yêu cầu của điện áp ỵôi bộ.
* Đặc tính vôn-giây dùng để chọn cách điện theo yêu của của quá điện áp khuyển.
a) Điện áp phóng điện tần số công nghiệp
9 ĐốI với cách điện làm việc trong nhà dùng điện áp phóng điện khò còn với cách điện làm việc ngoài trời dùng
điện áp phóng diện ớt. Điện áp phóng điện k hô đợc xác định khi mặt ngoài của cách điện sạch sẽ khô ráo
và có hiệu chỉnh òê điều kiện khí hậu và độ ầm tuyệt đối tiêu chuẩn của môi trờng không khí.



++=
760
15,0
p
UU
u
(16.1) Phần III

Chơng 16 : Cách điện của hệ thống điện
2 Kỹ thuật điện áp cao PDF by
b) Đặc tính vôn giây
9 Đặc tính vôn - giây biểu thị mức cảnh điện xung kich của cánh điện. Nó đợc xác định bằng dạng sóng tiêu
chuẩn 1,5/40s ờ cả hai cực tính dơng và âm. Thờng chỉ xây dựng đặc tính vôn- giây khi mặt ngoài cách
điện khô và sạch, cách điện bị ớt có làm giảm điện áp phóng điện nhng không đáng kể (chỉ khoảng 2 - 3%).
9 Trờng hợp không xây dựng đợc hoặc không có đờng đặc tinh vôn giây có thể dùng trị số điện áp phóng
điện bé nhất U
50%
để biểu thị mức cách điện xung kich của cách điện. Các số liệu về điện áp phóng điện xung
kích phải hiệu chỉnh về điều kiện khí hậu tiêu chuẩn.
9 Ngoài các đặc tính phóng điện nói trên đối với cách điện còn quy định thêm về điện áp thử nghiệm tần số công
nghiệp và xung kich. Trị số của chúng đợc quy định trong từng trờng hợp cụ thể. Yêu cầu đối với cách điện
là phải chịu đựng đợc các mức điện áp này mà không bị phóng điện hay h hỏng.
Phần III

Chơng 16 : Cách điện của hệ thống điện
3 Kỹ thuật điện áp cao PDF by
trung tính.
9 Trong hệ thống do yêu cầu điều chỉnh điện áp, điện áp dây đợc chọn cao hơn trị số định mức khoảng 15%,
nghĩa là :
U
d
= 1,15 U
đm
(16.2)
9 Khi điểm trung tính của hệ thống trực tiếp nối đất, trị số điện áp làm việc lớn nhất sẽ lấy theo điện áp và có trị
số bằng
3
15,1
dm
U
còn khi điểm trung tính cách điện (hoặc nối đất qua cuộn đập hồ quang) thì sẽ lấy theo điện
áp dây và bằng 1,15U
đm
. Mỗi cấp điện áp làm việc đều yêu cầu mức cách điện tơng ứng nhng khi lựa chọn
mức cách điện thì yếu tố quyết định lại là hai điều kiện sau tức là theo yêu cầu của các toại quá điện áp. Điều
đó là do quá điện áp có trị sốíât lớn so với điện á p làm việc và điện áp chọc thủng cũng nh điện áp phóng
điện theo bề mặt cách điện chỉ phụ thuộc vào biên độ điện áp tác dụng lên nó. Chỉ trong một số ít trờng hợp

s
100
4

(Z
tỗngtrở sóng của đờng dây khoảng 400 . Từ công thức, nhận thấy với dòng điện sét không lớn đã có
thể gây phóng trên cách điện, nh vậy mức chịu sét của đờng dây khi không có dây chống sét rất thấp. Phần III

Chơng 16 : Cách điện của hệ thống điện
4 Kỹ thuật điện áp cao PDF by
Tăng cờng cách điện để đạt mức chịu sét cao sẽ rất tốn kém. Trong tính toán trị số dòng điện sét thờng
lấy khoảng 100-150 kA, do đó để không xảy ra phóng điện đờng dây phài đạt đợc mức cách điện xung
kicn tới 10000-150000 kV. Điềuđó không thể thực hiện đợc và nh vậy không thể tránh đợc các phóng
điện xảy ra trên cách điện mà chỉ có thể giải quyết bằng cách hạn chế hậu quả của các lần phóng điện
nh giảm xác suất chuyển từ hình thức phóng điện tia lửa hình thức phóng điện hồ quang ổn định hoặc
nếu có hồ quang thì phải dập tắt nhanh chóng để không làm nhảy máy cắt điện.
* ĐốI với đờng dây cột gỗ, do gỗ cũng thể hiện nh một loại vật liệu cách điện khi có quá điện áp xung
kịch (cờng độ cách điện khoảng 100 kVmax/m) nên mức chịu sét của đờng dây đợc nâng cao lên rất
nhiều so với đờng dây cột sắt (bê tòng) dùng cấp điện áp. Nhng đặc điểm nổi bật của gỗ là ở chỗ làm
tăng chiều dài của khe phóng điện giữa các pha cũng nh giữa pha với đất nên građient điện áp làm việc
phân bố dọc theo khe phóng điện bé, làm giảm xác suất hình thành hồ quang ngắn mạch ổn định, do đó
phần lớn các tia lửa của phóng điện sét đợc dập tắt ngay và đờng dây vẫn tiếp tục vận hành bình
thờng. Đối với điện áp xoay chiều, gỗ không phải là vật liệu cách điện tốt, có điện dẫn khá lớn. Dòng
điện rò có thể làm cho gỗ bị cháy nên ở các đờng dây này vẫn cần cách điện răn nh sứ hoặc thủy tinh,


Chơng 16 : Cách điện của hệ thống điện
5 Kỹ thuật điện áp cao PDF by
áp đặt trên chống sét van và cũng là quá điện áp tác dụng lên cách điện của trạm càng đợc giảm thấp.
Sau khi hết quá điện áp, trong chống sét van sẽ còn dòng điện tần số công nghiệp của điện áp làm việc
nhng hồ quang của nó thờng đợc đập tắt ngay khi ừong điện này qua trị số không lần đầu tiên.
* Tính chất không đờng thẳng của điện trở trên cơ sở SiC làm cho đặc tinh vôn-ampe của chống sét van
có dạng : U= CI

= CI
0,25

* Từ đó có thể viết gần đúng biếu thức :
4








=





xk
đợc giời hạn trong khoảng 5 -- 10 kA và I
xc

khoáng 80A, nh vậy có thể xác định gần đúng trị số Uxk :
xcxcxk
UUU 2,3100
4
==
(16.4)
* Trong công thức trên, U
xc
là trị số điện áp lớn nhất đặt trên chống sét van ớ pha khỏng có sự cố khi có
một pha chạm đất. Nh vậy trong hệ thống có điểm trung tinh cách điện, U
xc
có trị số bằng 1,15U
d
còn
trong hệ thống có điểm trung tinh trực tiếp nối đất U
xc
sẽ bằng 0,8U
d
. Trị số Uxk là điện áp d của chống
sét van, đó là cơ sở để xác định mức cách điện xung kich của trạm. Trong các năm gằn do đày chất
lợng của chống sét van đã đợc cải tiến nhiều nên đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc giảm nhẹ mức
cách điện xung kích của trạm biến áp.
9 Trong bệ thống điện khi có các thao tác hoặc các các nguyên nhân khác làm thay đổi tham số của hệ thống sẽ
éo quá trình quá độ từ trạng thải ổn định này sang trạng thái ổn định khác, thực chất của các quá trình này là
các giao động điện từ trong mạch gồm điện cảm và điện dung và gây nên quá điện áp nội bộ. Các loại quá
điện áp nội bộ trầm trọng nấât xảy ra trong các trờng hợp sau đây :