Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của phương thức nối đất trung tính đến việc lựa chọn cách điện trong lưới điện trung thế

- 1 - MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................................... 3 CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................................................... 4 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................................................. 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ...................................................................................................... 6 MỞ ĐẦU ..................................................................................................................................... 8 CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP ............................................................................................................................... 11 1.1. PHÂN LOẠI QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP ................................................... 11 1.2. CHẾ ĐỘ NỐI ĐẤT ĐIỂM TRUNG TÍNH VÀ VẤN ĐỀ VẬN HÀNH LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP ..... 15 1.2.1 Mạng điện ba pha trung tính cách điện đối với đất ............................. 16 1.2.2 Mạng điện ba pha trung tính nối qua cuộn dập hồ quang ................... 22 1.2.3. Mạng điện ba pha trung tính nối đất qua điện trở nhỏ ....................... 25 1.2.4 Mạng điện ba pha trung tính nối đất qua điện kháng nhỏ ................... 26 1.2.5 Mạng điện ba pha trung tính nối đất trực tiếp ..................................... 27 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ QUÁ ĐIỆN ÁP DO CHẠM ĐẤT MỘT PHA TRONG LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP ............................................................................................. 31 2.1. PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TỔNG TRỞ THỨ TỰ KHÔNG CỦA ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN ... 31 2.1.1. Khái niệm cơ bản về tổng trở trong hệ tọa độ pha ABC .................... 31 2.1.2. Ma trận tổng trở ABC trong trƣờng hợp có vật dẫn nối đất độc lập đi kèm ........................................................................................................................ 35 2.1.3. Tính toán các phần tử của ma trận tổng trở ABC + N ........................ 37 2.1.4.Tính toán ma trận tổng trở thứ tự thuận nghịch không từ ma trận tổng trở ZABC ............................................................................................................. 44 2.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN QUÁ ĐIỆN ÁP DO SỰ CỐ CHẠM ĐẤT MỘT PHA TRONG LƢỚI TRUNG ÁP .................................................................................................................. 47 2.2.1. Phƣơng pháp các thành phần đối xứng ............................................... 47 2.2.2. Phƣơng pháp số giải hệ phƣơng trình vi phân mô tả hệ thống điện ... 50 CHƢƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN QUÁ ĐIỆN ÁP DO NGẮN MẠCH CHẠM ĐẤT MỘT PHA Ở LƢỚI TRUNG ÁP ...................................................................................... 57 3.1. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ATP-EMTP ................................................................................... 57 - 2 - 3.2. MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN HỆ SỐ QUÁ ÁP CỦA MỘT XUẤT TUYẾN LƢỚI TRUNG ÁP BẰNG ATP/EMTP ............................................................................................................................... 61 CHƢƠNG 4: VẤN ĐỀ LỰA CHỌN CHỐNG SÉT VAN .......................................................... 66 4.1. TIÊU CHUẨN IEC 60099-5 VỀ LỰA CHỌN VÀ SỬ DỤNG CHỐNG SÉT VAN ......................... 66 4.1.1. Tổng quan ............................................................................................ 66 4.1.2. Lựa chọn CSV có khe hở sử dụng điện trở phi tuyến (SiC) ................. 71 4.1.3. Lựa chọn CSV không khe hở sử dụng oxit kim loại ............................. 78 4.1.4. Ứng dụng của CSV .............................................................................. 86 4.2. ỨNG DỤNG TIÊU CHUẨN IEC 60099-5 VÀO VIỆC LỰA CHỌN CHỐNG SÉT VAN CỦA LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP ...................................................................................................................... 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................... 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 106 - 3 - LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là luận văn của riêng tôi. Các kết quả tính toán trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào khác. Hà Nội, tháng 11 năm 2010 Tác giả luận văn Nguyễn Đoàn Quyết - 4 - CÁC TỪ VIẾT TẮT ATP Alternative Transient Program BIL Basic Impulse Level CSV Chống sét van CN Công nghiệp COV Continuous Operating Voltage DCS Dây chống sét EMTP ElectroMagnetic Transient Program IEC International Electrotechnical Commission MBA Máy biến áp MCOV Maximum Continuous Operating Voltage NEMP Nuclear Electromagnetic Pulses NNEMP Non-Nuclear Electromagnetic Pulses TBA Trạm biến áp TOV Temporary OverVoltage TTT Thứ tự thuận TTK Thứ tự không QĐA Quá điện áp - 5 - DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Một số nguyên nhân gây QĐA tạm thời, biên độ và thời gian tồn tại...... 14 Bảng 1.2 Dòng điện chạm đất cho phép của các đường dây tương ứng với các cấp điện áp khác nhau ...................................................................................................... 22 Bảng 3.1. Thông số các phần tử lưới điện 35kV ....................................................... 61 Bảng 3.2. Hệ số quá điện áp tạm thời (TOV) theo vị trí điểm ngắn mạch chạm đất dọc chiều dài đường dây ........................................................................................... 64 Bảng 3.3. Hệ số quá điện áp quá độ cực đại theo vị trí điểm ngắn mạch chạm đất dọc chiều dài đường dây tương ứng với lưới điện đang xét ở trên ........................... 64 Bảng 4.1: Giá trị dòng điện quy định với thí nghiệm ngắn mạch CSV (thời gian tồn tại ngắn mạch khoảng 1/6 chu kỳ điện áp tần số CN)............................................... 78 Bảng 4.2: Hằng số điện áp A cho một số dạng đường dây trên không ..................... 93 - 6 - DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ đơn giản mạng điện 3 pha trung tính cách điện với đất .................. 16 Hình 1.2. Sơ đồ mạng điện 3 pha trung tính cách đất khi có sự cố chạm đất 1 pha . 17 Hình 1.3 Mạng điện 3 pha trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang ...................... 23 Hình 1.4. Mạng điện ba pha trung tính nối đất qua điện kháng ................................ 26 Hình 1.5. Sơ đồ mạng điện ba pha trung tính nối đất trực tiếp ................................. 27 Hình 2.1: Phân bố từ thông trên mạch vòng dòng điện pha A .................................. 31 Hình 2.2. Sơ đồ thay thế tương đương của ma trận tổng trở .................................... 35 Hình 2.3. Đường dây một pha hai dây dẫn đơn ....................................................... 39 Hình 2.4. Phân bố dòng điện một chiều trong đất ..................................................... 41 Hình 2.5. Phân bố cường độ điện trường của dòng điện xoay chiều khi đi vào đất . 41 Hình 2.6. Phân bố dòng điện xoay chiều trong đất ................................................... 42 Hình 2.7. Sơ đồ lưới điện 110/22 kV ........................................................................ 48 Hình 2.8. Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (TTT) và thứ tự không (TTK) ...................... 48 Hình 2.9. a)Biến thiên hệ số quá điện áp k theo tỉ số X0/X1 với trường hợp R1/X1=R = 0 .............................................................................................................................. 50 b) Quan hệ giữa tỉ số R0/X1 và X0/X1 khi giữ hệ số quá điện áp cố định khi R1=X1 50 Hình 2.10. Sơ đồ lưới điện tại nút 1 .......................................................................... 51 Hình 2.11. Sơ đồ thay thế 3 pha lưới điện 110/22kV trong ATP/EMTP ................. 55 Hình 3.1. Tổng quan về các mô đun trong ATP/EMTP ........................................... 60 Hình 3.2. Sơ đồ xuất tuyến 35kV .............................................................................. 61 Hình 3.3. Sơ đồ xuất tuyến 35kV trung tính cách điện trong ATP/EMTP ............... 61 Hình 3.4. Điện áp các pha tại đầu đường dây (xuất tuyến 35kV, trung tính cách điện, ngắn mạch chạm đất pha A) ............................................................................. 62 Hình 3.5. Điện áp các pha tại cuối đường dây (xuất tuyến 35kV, trung tính cách điện, ngắn mạch chạm đất pha A) ............................................................................. 62 Hình 3.6. Sơ đồ xuất tuyến 35kV trung tính nối đất trực tiếp trong ATP/EMTP ..... 62 Hình 3.7. Điện áp các pha tại đầu đường dây (xuất tuyến 35kV, trung tính nối đất trực tiếp, ngắn mạch chạm đất pha A) ...................................................................... 63 - 7 - Hình 3.8. Điện áp các pha tại cuối đường dây (xuất tuyến 35kV, trung tính nối đất trực tiếp, ngắn mạch chạm đất pha A) ...................................................................... 63 Hình 4.1. Quy trình kiểm tra và lựa chọn CSV ......................................................... 70 Hình 4.2. Truyền sóng trong trường hợp trạm không có lưới nối đất (trạm treo) .... 91 Hình 4.3. Truyền sóng trong trường hợp trạm có lưới nối đất .................................. 91 Hình 4.4. Sơ đồ một sợi của xuất tuyến 372 E8.3..................................................... 95 Hình 4.5. Sơ đồ thay thế trong ATP-EMTP của xuất tuyến 372 E8.3 ...................... 96 Hình 4.6. Đồ thị biến thiên điện áp các pha tại trạm biến áp đầu nguồn .................. 96 Hình 4.7. Đồ thị biến thiên điện áp các pha tại trạm biến áp xa nhất (Quảng Châu 3) ................................................................................................................................... 97 Hình 4.8. Đồ thị biến thiên điện áp các pha tại trạm biến áp đầu nguồn (ngắn mạch pha A tại Quảng Châu 3) ........................................................................................... 97 Hình 4.9. Đồ thị biến thiên điện áp các pha tại trạm biến áp Quảng Châu 3 (ngắn mạch pha A tại Quảng Châu 3) ................................................................................ 97 Hình 4.10. Đồ thị biến thiên điện áp các pha tại trạm biến áp đầu nguồn (ngắn mạch pha A tại Liên Phương 4) ......................................................................................... 98 Hình 4.11. Đồ thị biến thiên điện áp các pha tại trạm biến áp Liên Phương 4 (ngắn mạch pha A tại Liên Phương 4) ............................................................................... 98 - 8 - MỞ ĐẦU M.1.Lý do chọn đề tài Lưới điện phân phối của Việt Nam hiện chưa được đầu tư vốn tương xứng với yêu cầu. Thông thường với các nước tiên tiến trên thế giới, nguồn vốn yêu cầu đầu tư cho lưới điện phân phối chiếm khoảng 50% tổng vốn đầu tư cho toàn ngành. Nước ta do điều kiện khó khăn về kinh tế, nền kinh tế nghèo nàn nhỏ lẻ, đi lên từ sau chiến tranh cộng với bối cảnh vừa hòa nhập vào kinh tế thế giới, tốc độ tăng trưởng phụ tải rất nhanh, thường xuyên xảy ra thiếu hụt điện năng nên nguồn vốn thường ưu tiên tập trung phát triển nguồn điện cũng như lưới điện truyền tải. Nguồn vốn đầu tư cho nguồn và lưới truyền tải của Việt Nam hiện chiếm khoảng 85% (60% cho nguồn và 25% cho lưới truyền tải), còn lại 15% là vốn đầu tư cho lưới phân phối. Vấn đề này hiện nay đã và đang đặt ra rất nhiều bất cập mà ngành điện cũng như các khách hàng của mình đang cùng phải đối mặt bao gồm: lƣới điện xuống cấp, độ tin cậy không cao, chất lƣợng điện năng thấp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng lớn, khả năng tự động hóa kém….Một vấn đề rất quan trọng cũng chưa được quan tâm đúng mức đó là hiện tượng quá điện áp xảy ra trong lƣới phân phối. Việc lựa chọn CSV trong lưới điện này thường được chọn một cách đơn giản, ít xem xét vị trí lắp đặt, chế độ điểm trung tính (trung tính cách điện, trung tính nối đất hiệu quả, trung tính nối đất qua tổng trở), dẫn đến là CSV có thể bị quá áp khi có sự cố chạm đất một pha. Nội dung bản luận văn này sẽ tập trung đi sâu nghiên cứu mô phỏng hiện tượng QĐA trong lưới điện phân phối khi xảy ra ngắn mạch một pha và tìm cách đề xuất một phương thức lựa chọn CSV hợp lý. M.2.Lịch sử nghiên cứu 1. Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu ảnh hƣởng của phƣơng thức nối đất trung tính đến việc lựa chọn cách điện trong lƣới điện trung thế” - Nguyễn Thanh Hải – ĐHBK Hà Nội -2009. Nội dung: nghiên cứu hệ số quá áp trong lưới điện trung áp trong các tình huống xảy ra quá áp do sự cố phức tạp bao gồm ngắn mạch chạm đất, đứt dây chạm đất và quá điện áp cộng hưởng. Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh - 9 - hưởng của các vấn đề trên đến việc lựa chọn cách điện nói chung và chưa đề cập tới việc lựa chọn cụ thể của CSV. 2. Luận án tiến sĩ “Nghiên cứu ứng dụng của nối đất trung tính qua tổng trở nhỏ để giải quyết bài toán nối đất của các trạm biến áp 110/22 (35)kV ở Việt Nam” - Nguyễn Lƣơng Mính - ĐHBK Đà Nẵng. Một trong những nội dung nghiên cứu của Luận văn là về biến thiên hệ số quá điện áp khi xảy ra sự cố ngắn mạch chạm đất một pha trong lưới trung áp có các phương thức nối đất trung tính khác nhau, biến thiên của hệ số quá điện áp theo tỉ số X0/X1 tại điểm xảy ra sự cố dẫn tới làm thay đổi hiệu quả của nối đất trung tính (tại TBA), luận văn đề xuất ý tưởng tiếp tục nghiên cứu ứng dụng để giải quyết bài toán lựa chọn CSV tại các điểm khác nhau trong lưới trung áp. M.3.Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ của đề tài là nghiên cứu quá điện áp trên một lưới điện trung áp 35 kV điển hình với các chế độ nối đất trung điểm khác nhau bằng mô phỏng trên phần mềm ATP/EMTP khi xảy ra sự cố chạm đất một pha và xem xét ứng dụng vào việc lựa chọn CSV ở lưới điện trung áp. M.4.Tóm tắt cơ bản các luận điểm và đóng góp mới của tác giả - Nghiên cứu lý thuyết về các dạng quá điện áp có khả năng xuất hiện trong lưới điện trung áp (bao gồm QĐA khí quyển, QĐA thao tác) - Tổng quan về vấn đề quá điện áp do sự cố chạm đất một pha trong lưới điện trung áp bao gồm dải biến thiên của hệ số quá áp cũng như các tham số chính ảnh hưởng tới biên độ QĐA - Mô phỏng và tính toán quá điện áp do sự cố chạm đất một pha bằng phần mềm ATP/EMTP - Xem xét quy trình lựa chọn CSV và ứng dụng vào lưới điện trung áp - 10 - M.5.Phƣơng pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu các nội dung lý thuyết liên quan tới vấn đề quá điện áp do sự cố ngắn mạch chạm đất một pha và sử dụng mô phỏng trên mô hình máy tính để kiểm chứng. Cấu trúc luận văn: Luận văn bao gồm 4 chương trình bày trên trang, bao gồm: Chương 1: Nghiên cứu lý thuyết về quá điện áp trong lưới điện trung áp Chương 2: Tổng quan về vấn đề quá điện áp do chạm đất một pha trong lưới điện trung áp Chương 3: Mô phỏng và tính toán quá điện áp do ngắn mạch chạm đất một pha ở lưới điện trung áp Chương 4: Vấn đề lựa chọn Chống sét van Để hoàn thành luận văn này, trước hết tác giả xin gửi lời tri ân sâu sắc tới gia đình và em trai đã luôn hết sức động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tác giả yên tâm tập trung nghiên cứu. Đồng thời tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS. TS. Trần Văn Tớp, người đã luôn chu đáo, tận tình và có những nhận xét góp ý, chỉ đạo kịp thời về nội dung và tiến độ của luận văn. Cuối cùng, tác giả cũng không thể quên được những nhận xét góp ý, tạo điều kiện thuận lợi và sự giúp đỡ tận tình của Viện SĐH Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô giáo của Bộ môn Hệ thống điện – Khoa Điện - Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội và bạn bè đồng nghiệp trong quá trình làm luận văn. Mặc dù đã hết sức cố gắng song do thời gian và khả năng còn hạn chế, luận văn còn nhiều thiếu sót và hạn chế, tác giả rất mong nhận được sự đánh giá, góp ý của các thầy cô giáo và các đồng nghiệp để hoàn chỉnh thêm nội dung của luận văn. - 11 - CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 1.1. PHÂN LOẠI QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP Quá điện áp (QĐA) trong hệ thống điện là hiện tượng điện áp trong toàn hệ thống hoặc một bộ phận của hệ thống tăng lên cao hơn trị số điện áp định mức của một hoặc nhiều phần tử trong đó. Về cơ bản, các dạng QĐA ở lưới điện trung áp cũng giống như ở các cấp điện áp cao khác. Chúng khác nhau chủ yếu ở biên độ, dạng sóng, xác suất xuất hiện và mức độ thiệt hại do QĐA gây ra. Căn cứ vào nguồn gốc phát sinh, QĐA được chia làm hai nhóm: QĐA ngoài và QĐA nội bộ * QĐA ngoài: được phát sinh từ các nguyên nhân bên ngoài hệ thống điện, tức biên độ của nó không phụ thuộc vào cấp điện áp của hệ thống. QĐA ngoài được chia làm hai loại: QĐA sét và QĐA phát sinh do xung bức xạ hạt nhân (NEMP- Nuclear Electromagnetic Pulses) hoặc phi hạt nhân (NNEMP- Non-nuclear Electromagnetic Pulses). - QĐA sét xuất hiện do các phóng điện từ các đám mây xuất hiện trong tầng bình lưu của trái đất, nó là nguyên nhân gây ra gần 50% các sự cố ngắn mạch trên các đường dây cấp điện áp từ 300kV trở lên [17]. Phóng điện sét thường có dạng đơn cực bao gồm cực tính âm và cực tính dương. Cú sét cực tính dương thường chỉ bao gồm một phóng điện sét thành phần với biên độ cực kì lớn, có thể đạt tới mức 250 kA. Ngược lại, cú sét cực tính âm thường gồm nhiều cú sét thành phần với biên độ nhỏ hơn nhiều, vào khoảng 80 kA. Theo nghiên cứu, khoảng 90% các cú sét đánh xuống công trình điện và lân cận là mang cực tính âm [9]. Dưới góc độ quá điện áp, thông số quan trọng nhất của phóng điện sét chính là hình dạng và biên độ xung dòng điện sét. QĐA do sét gây ra cho đường dây tải điện thường xảy ra khi: + Sét đánh trực tiếp vào dây dẫn - 12 - + QĐA cảm ứng khi sét đánh xuống đất gần đường dây + Phóng điện ngược trên cách điện đường dây Biên độ QĐA phụ thuộc vào tổng trở sóng của đường dây và trị số dòng điện sét, có thể vượt trị số 1MV. Sóng QĐA này lan truyền dọc theo đường dây về trạm biến áp và có thể gây phóng điện chọc thủng cách điện của các thiết bị. Vì thế vấn đề bảo vệ chống QĐA do sét gây ra trước tiên cần xác định xác suất xuất hiện của các dạng dòng điện sét cũng như cường độ hoạt động của giông sét tại khu vực nghiên cứu. - QĐA phát sinh do nguồn xung điện từ bức xạ hạt nhân hoặc không có nguồn gốc hạt nhân (Nuclear Electromagnetic Pulses -NEMP, Non-nuclear Electromagnetic Pulses -NNEMP). Các xung này có thời gian đầu sóng cực kì ngắn (cỡ <10 ns) và biên độ hàng chục kA. Xác suất xuất hiện của QĐA điện từ rất nhỏ vì thế thường được bỏ qua khi quy hoạch thiết kế hệ thống điện. QĐA sét có nguyên nhân bên ngoài cấu trúc lưới điện, do đó lƣới điện trung áp hoàn toàn có khả năng phải nhận các cú sét có biên độ lớn và đầu sóng dốc. Việc nghiên cứu bảo vệ chống quá điện áp liên quan tới xác định mật độ sét và xác suất xuất hiện các cú sét biên độ lớn. * QĐA nội bộ: QĐA nội bộ về cơ bản có liên hệ tới cấu trúc hệ thống điện và các tham số khác của nó. QĐA nội bộ xuất hiện chủ yếu trong quá trình thực hiện các thao tác đóng cắt hoặc do các sự cố. QĐA nội bộ được phân chia làm 2 nhóm chính, căn cứ vào thời gian tồn tại (từ vài trăm micro giây tới vài giây) và dạng sóng: QĐA quá độ và QĐA tạm thời . - QĐA quá độ (Transient Overvoltage) có năng lượng lớn hơn nhiều so với QĐA sét nhưng lại có biên độ thấp hơn và thời gian tồn tại ngắn (cỡ vài ms và ngắn hơn), xuất hiện do một số nguyên nhân sau đây: đóng cắt đường dây truyền tải, cắt dòng điện dung nhỏ (tụ điện, đường dây và cáp không tải), cắt dòng điện cảm nhỏ (máy biến áp không tải, cuộn kháng), việc xuất hiện và đóng cắt loại trừ sự cố trong hệ thống,… - 13 - - QĐA tạm thời (Temporary Overvoltage-TOV): là hiện tượng QĐA tần số công nghiệp pha-đất hoặc pha-pha với thời gian tồn tại tương đối dài tại một vị trí trong hệ thống điện. Nguyên nhân phát sinh QĐA tạm thời chủ yếu do hiệu ứng Ferranti, sa thải phụ tải, sự cố chạm đất, bão hòa từ và cộng hưởng điều hòa. Biên độ QĐA thường vào khoảng 1,2 ÷ 1,5 p.u. Tuy nhiên trong một số điều kiện nguy hiểm có thể đạt tới 2 p.u, thậm chí 5 p.u trong trường hợp xảy ra cộng hưởng sắt từ (ferroresonance) [11]. Với lưới điện trung áp, do vốn đầu tư cho cách điện chỉ chiếm một tỉ lệ nhỏ, cách điện được chế tạo với mức dự trữ tương đối cao nên hầu như có khả năng chịu được các xung QĐA thao tác (QĐA quá độ) trong quá trình vận hành. Vì thế khi xem xét QĐA thao tác ở lƣới này, ta chỉ quan tâm tới loại QĐA tạm thời, xuất hiện ở tần số công nghiệp [19][20][21]. (Trong [19], khi đề xuất bảng các mức cách điện tiêu chuẩn cho thiết bị điện điện áp tới 245kV, chỉ đề cập tới trị số điện áp chịu đựng tần số CN ngắn hạn và trị số điện áp chịu đựng với xung điện áp sét tiêu chuẩn mà không đề cập tới điện áp chịu đựng xung thao tác. Tuy nhiên, trong [20] đã đưa thêm bảng các hệ số hiệu chỉnh điện áp chịu đựng xung thao tác về trị số điện áp chịu đựng tần số CN ngắn hạn để sử dụng trong các trường hợp cần thiết). Bảng dưới tổng hợp một số nguyên nhân gây ra QĐA tạm thời cùng với biên độ và thời gian tồn tại [17] - 14 - Bảng 1.1. Một số nguyên nhân gây QĐA tạm thời, biên độ và thời gian tồn tại Nguyên nhân Tham số chính Biên độ QĐA Thời gian tồn tại Sự cố không đối xứng Tỉ số X0/X1 1 - 1,7 p.u Phụ thuộc chế độ trung tính Sa thải phụ tải - Công suất truyền tải - Công suất ngắn mạch hệ thống - Điện dung đường dây - Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp 1 - 1,6 p.u vài giây Cấp nguồn ngược (backfeeding) - Điện dung đường dây hoặc cáp - Công suất ngắn mạch của hệ thống - Đáp ứng tần số của hệ thống 1 - 2 p.u vài giây Cộng hưởng sắt từ - Điện dung đường dây hoặc cáp - Hiện tượng bão hòa từ của MBA - Các thông số đặc tính của MBA 1 - 1,5 p.u lâu dài Sự cố không đối xứng trong lưới điện trung áp bao gồm sự cố ngắn mạch không đối xứng (ngắn mạch chạm đất một pha, ngắn mạch hai pha, ngắn mạch hai pha chạm đất) và đứt dây (một pha, hai pha). Tuy nhiên xác suất xảy ra của các dạng sự cố không đối xứng này là không giống nhau. Chiếm tỉ lệ lớn nhất chính là dạng sự cố ngắn mạch chạm đất một pha [10]. Đây chính là điểm khiến luận văn tập trung nghiên cứu QĐA phát sinh do ngắn mạch chạm đất một pha. Hơn nữa sự cố đứt dây thường có thể dẫn tới hiện tượng cộng hưởng sắt từ - thường được nghiên cứu loại trừ khi quy hoạch, thiết kế. QĐA phát sinh do sa thải phụ tải phụ thuộc vào lượng công suất bị sa thải, vào cấu hình của lưới điện và phản ứng của nguồn điện sau thời điểm sa thải (công suất ngắn mạch nguồn, hiệu quả của thiết bị điều tốc, thiết bị tự động điều chỉnh kích từ). Đôi khi sa thải phụ tải còn dẫn tới quá điện áp duy trì có biên độ lớn do hiện tượng tăng áp cuối đường dây dài hở mạch (hiệu ứng Ferranti). Tuy nhiên các hiện tượng trên chủ yếu tồn tại ở lưới điện cấp cao áp và siêu cao áp trừ trường hợp có tồn tại các nguồn điện phân tán (thủy điện, nhiệt điện) trong lưới trung áp. - 15 - QĐA do cộng hưởng điều hòa và cộng hưởng sắt từ thường phát sinh khi đóng cắt mạch điện có các phần tử điện dung lớn (đường dây, cáp, đường dây bù dọc) và các phần tử điện cảm (MBA, cuộn kháng) có đặc tính từ hóa phi tuyến. QĐA cộng hưởng điều hòa và cộng hưởng sắt từ có thể đạt trị số rất lớn và nó thường được xem xét tính toán trong quá trình thiết kế để tránh xảy ra tình huống này. Do đó QĐA loại này thường không được sử dụng làm cơ sở để lựa chọn cách điện của CSV cũng như phối hợp cách điện của các thiết bị điện trong lưới [20]. Như vậy từ các phân tích đánh giá trên, khi nghiên cứu đánh giá biên độ của QĐA tạm thời (TOV) trong lưới điện trung áp, ta chủ yếu quan tâm tới QĐA tạm thời xuất hiện do sự cố ngắn mạch chạm đất một pha xuất hiện trên các pha lành của lưới điện. Biên độ QĐA và thời gian tồn tại sự cố (từ lúc xuất hiện tới lúc giải trừ sự cố), như đã thấy ở bảng 1.1, phụ thuộc vào tỉ số X0/X1, tức là phụ thuộc vào chế độ nối đất điểm trung tính và phụ thuộc vào phương thức vận hành của lưới. Chính vì vậy dưới đây ta đi vào nghiên cứu các chế độ nối đất khác nhau của trung tính lưới điện trung áp cũng như một số đặc điểm vận hành của nó. 1.2. CHẾ ĐỘ NỐI ĐẤT ĐIỂM TRUNG TÍNH VÀ VẤN ĐỀ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP Điểm trung tính là điểm chung của ba cuộn dây nối hình sao. Việc lựa chọn phương thức làm việc của điểm trung tính xuất phát từ tình trạng của hệ thống khi có chạm đất một pha. Điểm trung tính có thể cách điện đối với đất, nối đất qua cuộn dập hồ quang hay nối đất trực tiếp. Trong mỗi lưới điện, chế độ làm việc của điểm trung tính đóng một vai trò quan trọng. Nó quyết định tới trị số của dòng điện, điện áp khi xảy ra sự cố ngắn mạch một pha và trị số của quá điện áp nội bộ, nghĩa là ảnh hưởng trực tiếp tới việc đảm bảo cung cấp điện ổn định cho khách hàng và chế tạo cách điện cho thiết bị. Do vậy, để đánh giá được những ưu nhược điểm của các lưới có chế độ làm việc của điểm trung tính khác nhau ta dựa chủ yếu vào trị số của dòng và áp trong chế độ ngắn mạch chạm đất một pha. - 16 - Chế độ làm việc của điểm trung tính còn phụ thuộc vào cấp điện áp, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến vốn đầu tư cho đường dây và thiết bị. Ở cấp điện áp cao nếu tiết kiệm được cách điện thì vốn đầu tư cho công trình giảm đi đáng kể. Sau đây ta sẽ xét đến từng chế độ làm việc của điểm trung tính trong hệ thống điện. 1.2.1 Mạng điện ba pha trung tính cách điện đối với đất a/ Tình trạng làm việc bình thƣờng Ta xét sơ đồ mạng điện đơn giản bao gồm máy biến áp (hình 1.1), đường dây và phụ tải, các phần tử trên là các phần tử có ba pha đối xứng. Mỗi pha của mạng điện đối với đất có một điện dung phân bố rải dọc theo chiều dài đường dây. Với điện áp không lớn và chiều dài đường dây ngắn, ta coi điện dung này tập trung ở giữa đường dây và đối xứng giữa các pha. Giữa các pha cũng có điện dung, nhưng ta không xét ở đây vì chúng không ảnh hưởng đến tình trạng làm việc của điểm trung tính. IcAIcBIcC A B C O UA UBUC IcC IcB IcB Hình 1.1. Sơ đồ đơn giản mạng điện 3 pha trung tính cách điện với đất Đồ thị véctơ của điện áp và dòng điện dung ở trạng thái làm việc bình thường. Ở chế độ làm việc bình thường ta có các biểu thức sau: UA = UB = UC = Upha và lệch nhau một góc 120 0 IcA = IcB = IcC và lệch pha nhau một góc 120 0 00   cCcBcAc IIII (1.1) - 17 - 00   cCcBcAc UUUU (1.2) Qua các biểu thức trên thấy rằng, tổng dòng điện dung chạy trong đất và điện áp của điểm trung tính đều bằng không. b/ Khi có một pha chạm đất I’cAI’cBI’cC A B C O O’ UA UC U’A U’B I’cA I’cB I’cΣ N(1) UB Hình 1.2. Sơ đồ mạng điện 3 pha trung tính cách đất khi có sự cố chạm đất 1 pha Sơ đồ mạng điện ba pha trung tính cách điện đối với đất có pha C chạm đất trực tiếp và đồ thị véc tơ biểu diễn điện áp, dòng điện dung của nó như hình 1.2. Dấu “ ’ ” phía trên để biểu thị cho chế độ chạm đất. Gọi là sức điện động tổng hợp của mạng và X1,X2, X0 là các điện kháng tổng hợp thứ tự thuận, nghịch và không của mạng đối với điểm chạm đất. Trị số điện áp các thành phần thứ tự tại điểm chạm đất một pha là: 2 0 1 1 2 0 2 2 1 2 0 0 0 1 2 0 ( ) (1.3) E X U X X X E X U X X X E X U X X X                             - 18 - Đối với mạng điện có trung tính cách điện với đất, điện kháng tổng hợp thứ tự không X0 có trị số rất lớn (coi như bằng vô cùng). Do vậy, lấy giới hạn các biểu thức trên ta được: 1 2 0 0 (1.4) U E U U E                 Nghĩa là điện áp thứ tự thuận đúng bằng điện áp pha của mạng trước khi chạm đất: ' 1 ' 1 ' 1 (1.5) A A B B C C U U U U U U               Mặt khác: ' ' ' '1 2 0 0C C C CU U U U         (1.6) Từ đó suy ra: ' '0 1C C CU U U        (1.7) Hoặc: ' ' ' '0 0 0 1A B C C CU U U U U            (1.8) Từ các kết quả nhận được, có thể coi rằng tại chỗ chạm đất được đặt thêm một điện áp thứ tự không . Điện áp của các pha đối với đất , , - 19 - sẽ là tổng hình học của điện áp pha tương ứng trước khi chạm đất , , và điện áp thứ tự không như sau: ' ' ' (1.9) 0 A A C B B C C U U U U U U U                  Từ đồ thị ở hình 1.2, ta nhận được: (1.10) Và góc lệch pha giữa chúng: = 60° Giá trị dòng điện chạm đất tại pha C: (1.11) Với . ' cAI , . ' cBI là dòng điện dung chạy trên pha A, pha B khi sự cố chạm đất pha C. Khi tính gần đúng: . ' cI  = 3 cAI = 3 ACU = BjU A3 = 03 0 lbjU A (1.12) Với C là điện dung các pha so với đất và B = lb .0 là điện dẫn phản kháng của pha so với đất B = C = lb .0 và giá trị tuyệt đối của các pha lành đều bằng điện áp dây. Ta thấy, điện áp hai pha không có sự cố tăng lên 3 lần, nên giá trị dòng điện dung của chúng cũng tăng 3 lần so với khi chưa chạm đất, tức là ' 3cA cAI I ; ' 3cB cBI I còn dòng điện dung pha chạm đất bằng không ' 0cCI  . Dòng điện dung tại chỗ chạm đất sẽ là: - 20 - ' ' 'c cA cBI I I   (1.13) ' 03 3c cA cI I I   (1.14) Giá trị dòng điện dung tại chỗ chạm đất khi chạm đất một pha được xác định theo công thức sau đây: Đường dây trên không: ' . / 350( )c dI U L A  Đường cáp ngầm: ' . /10( )c dI U L A  . Trong đó:Ud–điện áp dây [kV] L – chiều dài tổng các đường dây có nối điện với nhau [km] Nhận xét: - Điện áp của pha chạm đất bằng không, điện áp của hai pha còn lại tăng lên 3 lần (bằng điện áp dây). - Điện áp dây của mạng điện không thay đổi, điện áp của điểm trung tính tăng từ “không” đến điện áp pha. Như vậy, điện áp làm việc lớn nhất trong thời gian dài cho phép của lưới điện có trung tính cách điện với đất tăng cao bằng điện áp dây. - Dòng điện dung của các pha không chạm đất tăng 3 lần, còn dòng điện dung tại chỗ chạm đất tăng 3 lần so với dòng điện dung của một pha trước khi chạm đất. Kết luận: - Khi xảy ra chạm đất một pha, cho phép lưới điện vận hành trong một khoảng thời gian nhất định (có thể kéo dài tới vài giờ) do điện áp dây không đổi và dòng chạm đất bé. Trong khoảng thời gian này, người ta có thể xác định điểm sự cố và cô lập ra khỏi lưới. Đây là một ưu điểm của lưới trung tính cách đất vì nó làm giảm đáng kể thời gian cắt điện của phụ tải, làm tăng độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng. - 21 - - Do dòng chạm đất bé nên hạn chế dòng cảm ứng lớn lên các đường dây thông tin lân cận. - Tuy nhiên, thực tế vận hành thì có thể đây chỉ là ưu điểm trên lý thuyết bởi lẽ khi xảy ra chạm đất một pha mà vẫn cho phép lưới điện tiếp tục làm việc thì rất dễ xảy ra thêm sự cố trên pha khác tạo ra sự cố hai pha chạm đất với dòng chạm đất khá lớn. Như vậy, theo quan điểm này thì chưa thể coi lưới điện vận hành với trung tính không nối đất là tốt hơn vận hành nối đất về mặt ảnh hưởng cảm ứng. - Không phải chi phí đầu tư vào việc nối đất làm việc của hệ thống. - Do dòng chạm đất bé nên điện áp bước và điện áp tiếp xúc bé nên xét về an toàn điện thì lưới điện trung tính cách đất an toàn hơn lưới trung tính trực tiếp nối đất. - Do khi chạm đất một pha tam giác điện áp dây không thay đổi nên lưới điện trung tính cách đất thích hợp cho sử dụng phụ tải ba pha đối xứng. Nếu sử dụng các máy biến áp một pha phải đấu vào hai dây pha nên thiết bị đóng cắt phải bố trí trên cả hai dây, điều này làm giảm tính kinh tế khi sử dụng các máy biến áp một pha và giải thích việc sử dụng rộng rãi máy biến áp ba pha trong lưới trung tính cách điện. Tuy nhiên, đối với các mạng điện này không cho phép làm việc lâu dài khi một pha chạm đất vì các lý do sau đây: - Khi chạm đất một pha, điện áp hai pha còn lại tăng 3 lần; do đó những chỗ cách điện yếu có thể bị chọc thủng và dẫn đến ngắn mạch giữa các pha. Để khắc phục nhược điểm này cách điện pha của mạng điện và các thiết bị điện đặt trong mạng phải thiết kế theo điện áp dây, tương ứng với việc tăng giá thành của thiết bị. - Trong thực tế sự cố chạm đất là không lý tưởng. Do đó, dòng điện dung sẽ sinh hồ quang gây hư hỏng vĩnh viễn cách điện. - Với một trị số dòng điện dung nhất định, hồ quang có thể cháy lập loè. Do mạng điện là một mạch vòng dao động R-L-C, hiện tượng cháy lập loè dẫn đến quá - 22 - điện áp cộng hưởng trên các pha không bị chạm đất, có thể tới 2,5 đến 3 lần điện áp pha định mức. Do đó, cách điện các pha không chạm đất dễ dàng bị chọc thủng, dẫn đến ngắn mạch giữa các pha, mặc dù cách điện đã được chế tạo theo điện áp dây. Hiện tượng chọc thủng cách điện này xảy ra với xác suất lớn khi dòng điện dung lớn hơn khoảng 5-10A. Vì vậy, khi mạng điện không có bảo vệ rơ le cắt chạm đất một pha thì phải có thiết bị kiểm tra cách điện để phát hiện chạm đất một pha và kịp thời sửa chữa. Theo tính toán thực tế ta có các giá trị cho phép của dòng điện chạm đất và thời gian làm việc tối đa cho phép của các mạng điện theo các cấp điện áp như bảng 1.2: [7] Bảng 1.2 Dòng điện chạm đất cho phép của các đƣờng dây tƣơng ứng với các cấp điện áp khác nhau Cấp điện áp (kV) 3-6 10 15- 20 35 Dòng điện chạm đất cho phép (A) - 30 15 10 Thời gian làm việc tối đa (giờ) 2 1 0,5 0,5 1.2.2 Mạng điện ba pha trung tính nối qua cuộn dập hồ quang Cuộn dập hồ quang là cuộn cảm có thể thay đổi điện kháng bằng cách thay đổi số vòng dây hay khe hở của lõi thép. Ở tình trạng làm việc bình thường, giống như trường hợp trung tính cách điện với đất, tổng dòng điện dung chạy trong đất bằng và điện áp điểm trung tính bằng không. Do đó điện áp đặt lên cuộn dập hồ quang và dòng điện chạy qua nó cũng có trị số bằng không. Khi xảy ra chạm đất pha A, điện áp điểm trung tính cũng là điện áp trên cuộn dập hồ quang, xuất hiện dòng điện mang tính cảm chạy trong cuộn dập hồ quang LI (chậm sau điện áp điểm trung tính 900). Xét trường hợp điện trở của cuộn Petersen rất nhỏ và chiều dài đường dây ngắn, thành phần tác dụng của dòng điện chạm đất không đáng kể. Dòng điện LI sẽ - 23 - cân bằng dòng điện dung của đường dây tại điểm chạm đất, nếu điều khiển điện kháng của cuộn dập hồ quang ở giá trị thích hợp thì dòng điện tại chỗ chạm đất có thể bằng không. Do vậy, nhờ cuộn kháng trên hồ quang tại chỗ chạm đất có thể bị dập tắt, không làm nguy hiểm đến cách điện của thiết bị. Tuy nhiên, trong thực tế vận hành lưới điện, việc thay đổi phương thức cấp điện hoặc đóng cắt đường dây sẽ làm cho khoảng cách về đường dây thay đổi dẫn đến dòng điện dung tổng thay đổi. Do đó, việc điều khiển điện kháng của cuộn dập hồ quang để dòng điện tại chỗ chạm đất triệt tiêu là rất khó khăn và hầu như không thể thực hiện được do không thể xác định chính xác trị số điện dung tổng C và thực tế cuộn Petersen còn có một điện trở nào đó nên IL không thực sự vuông góc với IC. Hơn nữa việc bù đủ dòng điện dung còn dẫn tới một nguy cơ nguy hiểm là dẫn tới phát sinh các quá điện áp do dao động cộng hưởng. Do đó thường điều chỉnh cuộn Petersen để còn lại một trị số nào đó để tránh cộng hưởng và tăng độ nhạy cho rơ le cảnh báo chạm đất cho nhân viên vận hành trạm biết kịp thời để có kế hoạch xử lý. Sơ đồ mạng điện và đồ thị véc tơ dòng điện và điện áp điểm trung tính được thể hiện trong hình vẽ 1.3. Hình 1.3 Mạng điện 3 pha trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang Như trên đã phân tích, việc điều khiển điện kháng của cuộn dập hồ quang đến một giá trị thích hợp theo sự thay đổi của dòng điện dung của đường dây là hết sức khó khăn. Do vậy, phải lựa chọn được một giá trị thích hợp để cuộn dập hồ qua phát huy được hiệu quả cao nhất. Khi IC> IL, tức bù thiếu thì khi có một số đường dây bị cắt, trị số IC– IL giảm có thể không đủ cho bảo vệ làm việc hoặc dẫn đến tình trạng cộng hưởng. Ngược lại, khi IL > IC (tức bù thừa) thì khi có một số đường dây bị cắt sẽ làm tăng giá trị IC – IL, đồng nghĩa với việc rơ le bảo vệ dễ dàng nhận biết (1) N c , I A B C I , cAI , cB0 a- S¬ ®å m¹ng ®iÖn b- S¬ ®å vÐc t¬ ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn LI U ILIc - 24 - được tình trạng chạm đất một pha trong mạng điện. Như vậy, trong mạng ba pha trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang thì cần phải điều chỉnh cuộn kháng sao cho IL > IC. Xét trường hợp điện trở của cuộn Petersen rất lớn và chiều dài đường dây dài, thành phần tác dụng của dòng điện chạm đất là đáng kể. Thông thường người ta cũng điều chỉnh sao cho điện cảm của kháng điện KL ở chế độ cộng hưởng, nghĩa là: LK = 1/3ω 2 Cđ (1.15) LK - điện cảm của cuộn Petersen. Cđ - điện dung của pha chạm đất so với đất. Khi ấy dòng điện tại chỗ chạm đất chỉ còn thành phần tác dụng: IRđ = 3ER0ω 2 CĐ 2 (1.16) R0 - điện trở tác dụng của cuộn Petersen. Trong trường hợp này, dòng điện chạy qua chỗ chạm đất cũng có thể bé hơn trị số tự dập tắt của hồ quang nên hồ quang không phát sinh tại chỗ chạm đất. Vì vậy cuộn Petersen được nhiều nước trên thế giới sử dụng trong lưới trung áp để hạn chế hậu quả của chạm đất một pha. Với các lưới trung áp có tổng chiều dài đường dây lớn hoặc lưới cao áp, trị số dòng điện tác dụng tại vị trí chạm đất có thể vượt quá ngưỡng tự dập tắt của hồ quang nên việc sử dụng cuộn Petersen không còn phát huy được tác dụng. Kết luận: - Do lưới điện này khống chế dòng chạm đất nên không cần thiết loại trừ ngay lập tức sự cố xảy ra nên phụ tải vẫn được cấp điện trong một khoảng thời gian nhất định. Nói chung xét về độ tin cậy cung cấp điện thì lưới điện này khá tốt nhờ việc tự động dập tắt hồ quang của cuộn dây. Tuy nhiên, tính hiệu quả hoàn toàn không thể đạt được do có khả năng xảy ra cộng hưởng. - 25 - - Do dòng chạm đất được khống chế ở trị số bé nên điện áp bước và điện áp tiếp xúc cũng ở trị số thấp tăng tính an toàn cho người và thiết bị. - Cũng do dòng chạm đất bé nên ít ảnh hưởng đến đường dây thông tin. Ưu điểm này nổi bật hơn so với lưới trung tính cách điện với đất do số lần chuyển từ chạm đất một pha sang ngắn mạch nhiều pha là ít hơn rất nhiều (vì có cuộn dập hồ quang khống chế dòng chạm đất). Tuy nhiên, ngoài những ưu điểm trên ta nhận thấy lưới điện có trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang có những hạn chế như sau: - Cũng giống như lưới trung tính cách điện đối với đất, khi chạm đất một pha điện áp hai pha lành cũng tăng lên điện áp dây. Vì vậy, cách điện cũng phải chọn theo điện áp dây. - Cuộn dập hồ quang trong lưới điện kiểu này thường phải điều chỉnh thường xuyên bằng tay hay tự động để thích nghi với cấu trúc lưới khi vận hành - điều này làm phức tạp, tốn kém trong công tác quản lý vận hành cũng như tăng chi phí đầu tư ban đầu. 1.2.3. Mạng điện ba pha trung tính nối đất qua điện trở nhỏ Để hạn chế dòng điện ngắn mạch, người ta nối đất điểm trung tính qua điện trở Rđ. Do giảm được dòng điện ngắn mạch đối với đất nên giảm được tác động cơ, nhiệt của nó đối với các thiết bị và giảm tác động gây nhiễu với các đường dây thông tin, đồng thời làm cho quá điện áp nội bộ trong mạng tắt dần nhanh hơn. Việc thực hiện nối đất qua điện trở còn có ưu điểm là thực hiện đơn giản. Song nhược điểm của nó là có tổn thất công suất trên điện trở và tác dụng hạn chế dòng điện ngắn mạch kém do trong các mạng điện cao áp các phần tử có điện kháng thường lớn hơn rất nhiều so với điện trở. - 26 - 1.2.4 Mạng điện ba pha trung tính nối đất qua điện kháng nhỏ Hình 1.4. Mạng điện ba pha trung tính nối đất qua điện kháng Đặc điểm tương đối phức tạp của phương thức này là: - Kết cấu điện kháng hạn chế XK phức tạp hơn nhiều so với điện trở. - Hiệu quả chủ yếu của phương thức nối đất này là hạn chế dòng điện thứ tự không của mạng điện. Trong hệ thống điện việc nối đất điểm trung tính chỉ được thực hiện tại một số điểm trung tính của máy biến áp do yêu cầu về giảm dòng ngắn mạch một pha. Khi thực hiện nối đất qua trở kháng cũng sẽ cho phép tăng được điện trở nối đất của toàn trạm biến áp ở những nơi có điện trở suất của đất lớn. Việc dập tắt hồ qua của mạng điện này cũng tương tự như mạng điện có trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang, tuy nhiên hiệu quả của nó kém hơn. Hình thức nối đất điểm trung tính qua điện trở hoặc điện kháng cùng có chung một mục đích giảm dòng ngắn mạch một pha. Do vậy ngoài những đặc điểm đã phân tích như trên, nó còn có các đặc điểm sau: - Dòng chạm đất lớn (hàng trăm ampe) nên việc thực hiện bảo vệ rơ le thuận lợi như trong lưới trung tính nối đất trực tiếp. Mặc dù độ nhậy của bảo vệ kém hơn nhưng vẫn đủ để bảo vệ rơ le khởi động. - Việc sử dụng cuộn điện kháng hay điện trở giúp ta có thể kiểm soát được dòng sự cố. Bảo vệ rơ le cảm nhận được và cắt ngắn mạch loại trừ sự cố sớm thì số lượng hỏng hóc sẽ giảm và có lẽ sẽ được hạn chế (sự cố sẽ hạn chế không ảnh U A B U U C O U' B C U' a- S¬ ®å m¹ng ®iÖn b- S¬ ®å vÐc t¬ ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn C B A (1) N X k - 27 - hưởng đến pha khác). Điều này sẽ hạn chế khả năng phá hủy bởi nhiệt của dòng sự cố, giảm chi phí sửa chữa, giảm tần suất hay kéo dài thời gian bảo quản máy cắt. - Trong lưới điện kiểu này, khi một pha chạm đất thì điện áp của các pha lành có thể tăng lên bằng điện áp dây. Vì vậy, cách điện của hệ thống vẫn phải được thiết kế để chịu được điện áp dây. - Do dòng chạm đất lớn nên bảo vệ rơ le sẽ tác động cắt sự cố làm gián đoạn cung cấp điện. Vì vậy, nếu xét về độ tin cậy cung cấp điện thì thấp hơn lưới trung tính cách đất. - Lưới điện nối đất kiểu này có dòng chạm đất lớn so với lưới trung tính cách đất nên kém an toàn hơn, nhưng lại an toàn hơn so với lưới trung tính trực tiếp nối đất vì dòng chạm đất của nó bé hơn lưới trực tiếp nối đất. - Cuộn dây thứ cấp của máy biến áp nguồn phải đấu Y0 hoặc phải có thiết bị tạo trung tính giả, điều này gây khó khăn cho việc lựa chọn máy biến áp nguồn nguồn hoặc tăng chi phí đầu tư thiết bị tạo trung tính giả. - Do lưới điện này là lưới ba pha, ba dây nên chỉ cấp điện cho các phụ tải ba pha hoặc một pha sử dụng điện áp dây. 1.2.5 Mạng điện ba pha trung tính nối đất trực tiếp Hình 1.5. Sơ đồ mạng điện ba pha trung tính nối đất trực tiếp Dòng chạm đất khi pha A chạm đất là: . ' AI = 1 2 3 oX X X  . E = 1 3 2oX X . E (1.17) Điện áp các pha: CN BN AN U U U A B C N (1) - 28 - . ' AU = 0 . ' BU = .. 1 1 ( ) 2 A o B o E X X U X X    Tỉ số có trị số bé hơn 1. Vì vậy, nếu 0 1X X ta có các giá trị của . ' BU < . BU , . ' CU < . CU . Nếu 0 1X X ta có các giá trị của . ' BU > . BU , . ' CU > . CU . Khi 1 oX X  3 thì điện áp ' BU , ' CU luôn có giá trị không lớn hơn 0,8Ud, tức là lúc đó ta có hệ thống đã đạt tới nối đất hiệu quả. Thực tế các hệ thống, với 1km đường dây 0 1X X nên khi chiều dài đường dây tăng thì tỷ số 1 oX X cũng tăng và có thể vượt quá giá trị 1 oX X = 3, có nghĩa là lúc này nối đất trực tiếp không phải là nối đất hiệu quả (ngay cả khi điện trở nối đất bằng 0) và không thể chọn cách điện của thiết bị theo điện áp pha được. Ngày nay ở Việt Nam cũng như trên thế giới, phương thức nối đất trực tiếp được nhiều nước áp dụng không chỉ cho những cấp điện áp cao (U ≥ 110kV) mà còn được áp dụng cho các lưới điện trung thế bởi những hiệu quả rõ rệt mà trong thực tế vận hành đã chứng minh được điều đó. Ở lưới điện có trung tính cách đất, khi xảy ra chạm đất một pha sẽ sinh ra hiện tượng hồ quang cháy lập loè không ổn định, hiện tượng này là nguyên nhân dẫn đến quá điện áp, có thể lên đến 2,5-3 lần điện áp định mức. Trong mạng điện 6- 20kV, dự trữ cách điện lớn, vì vậy quá điện áp do hồ quang cháy lập loè không nguy hiểm. Tuy nhiên với lưới điện 20-35kV có dự trữ cách điện thấp hơn thì quá điện áp có thể làm phá hỏng cách điện ở những vị trí yếu gây nên sự cố ngắn mạch hai pha hoặc ba pha rất nguy hiểm. Các mạng điện có cấp điện áp từ 110kV trở lên đều có trung tính nối đất trực tiếp vì các lý do sau đây: - 29 - - Dòng điện dung của nó lớn do điện áp cao và chiều dài đường dây lớn và hiện tượng hồ quang cháy sẽ gây nguy hiểm đến các pha bên cạnh. Mặt khác, dòng chạm đất có thành phần tác dụng không được cuộn dập hồ quang triệt tiêu, do vậy hồ quang khó dập tắt và cuộn dập hồ quang sẽ không còn tác dụng. - Chi phí về cách điện giảm nhiều do cách điện chỉ phải chịu mức điện áp pha trong chế độ vận hành bình thường cũng như chế độ sự cố. Đối với mạng điện từ 110kV trở lên, cách điện của đường dây và thiết bị thiết kế ở mức điện áp dây là không kinh tế. Tuy vậy, mạng điện ba pha trung tính nối đất trực tiếp cũng có những nhược điểm sau: - Khi xảy ra chạm đất một pha là ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch một pha là rất lớn, rơ le bảo vệ đường dây sẽ tác động cắt đường dây sự cố, làm gián đoạn cấp điện cho phụ tải. Để nâng cao hiệu quả làm việc của mạng điện, nên dùng các bảo vệ theo từng pha hoặc phải trang bị tự động đóng lại cho đường dây vì trong thực tế vận hành phần lớn các sự cố là ngắn mạch một pha và có tính chất thoáng qua. - Dòng điện ngắn mạch một pha lớn nên thiết bị nối đất phức tạp và đắt tiền. - Dòng ngắn mạch một pha có những trường hợp còn lớn hơn cả dòng ngắn mạch ba pha. Để hạn chế nó phải tăng điện kháng thứ tự không bằng cách không nối đất trung điểm một vài máy biến áp của hệ thống hay nối đất trung tính qua điện trở hoặc điện kháng. KẾT LUẬN Chương này đã khái quát các dạng QĐA tồn tại trong lưới điện trung áp và đánh giá các xác suất xảy ra của nó. QĐA của lưới điện trung áp có nguồn gốc từ các QĐA khí quyển và QĐA thao tác. Nghiên cứu QĐA khí quyển trước hết cần xác định xác suất xuất hiện các cú sét có biên độ lớn và đầu sóng dốc cũng như cường độ hoạt động của sét trong khu vực. Với QĐA thao tác, phát sinh do các thao tác đóng cắt và sự cố trong lưới điện, bao gồm QĐA quá độ (Transient - 30 - Overvoltage) và QĐA tạm thời (TOV). TOV là dạng QĐA thao tác chủ yếu quan tâm xem xét ở lưới điện trung áp, trong đó tập trung nghiên cứu QĐA phát sinh trên các pha lành khi có sự cố chạm đất một pha do có xác suất xảy ra là lớn nhất. TOV đặc trưng bởi biên độ QĐA và thời gian tồn tại của TOV. Hai thông số này của TOV khi xảy ra ngắn mạch chạm đất một pha ở lưới trung áp phụ thuộc chủ yếu vào tỉ số X0/X1 của lưới điện, tức phụ thuộc vào chế độ nối đất trung tính cũng như vấn đề vận hành tương ứng của lưới điện với các chế độ nối đất trung tính khác nhau. - 31 - CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ QUÁ ĐIỆN ÁP DO CHẠM ĐẤT MỘT PHA TRONG LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP Ở chương 1 ta đã thấy biên độ quá điện áp do ngắn mạch chạm đất một pha phụ thuộc chủ yếu vào tỉ số X0/X1. Tỉ số X0/X1 của phần lưới điện nhìn từ phía điểm sự cố phụ thuộc vào sơ đồ thay thế thứ tự thuận, nghịch cũng như thứ tự không của lưới điện. Đối với sơ đồ thay thế thứ tự không, kéo dài từ điểm sự cố đi về hai phía đường dây và kết thúc ở phần tử MBA có cuộn dây đấu tam giác hoặc đấu sao có trung tính cách điện. Sơ đồ thay thế thứ tự không của MBA hoàn toàn rõ ràng, vấn đề còn lại là xác định tổng trở thứ tự không của đường dây tải điện. 2.1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TỔNG TRỞ THỨ TỰ KHÔNG CỦA ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 2.1.1. Khái niệm cơ bản về tổng trở trong hệ tọa độ pha ABC Xét lưới điện ba pha trung điểm nối đất không có dây chống sét hoặc các vật dẫn khác đi kèm, dòng điện khép mạch qua đất trở về nguồn. Từ hình vẽ 2.1, mạch điện xem xét có 3 mạch vòng dòng điện pha A, B và C, mỗi mạch đều khép vòng qua đất, đặc trưng bởi điện trở đất RG do đó dòng điện đất IG là tổng của ba dòng điện pha IA, IB, IC: G A B CI I I I   Hình 2.1: Phân bố từ thông trên mạch vòng dòng điện pha A - 32 - Mạch vòng dòng điện pha A được biểu diễn bằng đường nét đứt trên hình vẽ. Mỗi mạch vòng có tổng trở Z, mạch dẫn dòng, và khi có xem xét đến lõi thép mạch từ thì có một giá trị độ từ thẩm riêng µ của từng loại vật liệu, trong trường hợp tổng quát là khác nhau đối với từng pha riêng rẽ. Từ hình vẽ 2.1 ta có 3 mạch vòng dòng điện và có 4 dòng điện nhánh tương ứng IA, IB, IC và IG trong đó dòng điện IG phụ thuộc dòng điện 3 pha theo quan hệ: G A B CI I I I   (2.1) Do đó chỉ có thể viết được 3 phương trình quan hệ dòng áp theo định luật Ohm và sử dụng quan hệ dòng vừa thiết lập ở trên để khử biến dòng điện đất IG tham gia trong hệ phương trình dòng áp mô tả lưới điện. Xét mạch vòng dòng điện của pha A trên hình vẽ 2.1. Từ thông tổng trên pha A là tổng của từ thông sinh ra từ nhiều nguồn khác nhau: A AA AB AC AG        (2.2) Trong đó A - từ thông tổng phân bố trên pha A AA - từ thông “riêng” pha A do dòng điện chạy trong pha A IA gây ra cho bản thân pha A. AB - từ thông trên pha A do dòng điện trong pha B IB gây nên. Từ thông này sinh ra do hỗ cảm giữa IB và pha A. AC - từ thông trong mạch vòng dòng điện pha A do dòng điện trong pha B IC gây nên. Từ thông này sinh ra do hỗ cảm giữa IC và pha A. AG - từ thông trong mạch vòng dòng điện pha A do dòng điện trong đất IG gây nên. Từ thông này sinh ra do hỗ cảm giữa IG và pha A. Từ thông phân bố trong mạch vòng pha A còn có thể biểu diễn cụ thể hơn thông qua giá trị điện cảm L và thực hiện khử dòng điện chạy trong đất từ phương trình quan hệ dòng đất và dòng pha Ig= Ia + Ib + Ic - 33 - ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( ) ( ) ( )) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) A AA A AB B AC C AG G AA A AB B AC C AG A B C AA AG A AB AG B AC AG C L i t L i t L i t L i t L i t L i t L i t L i t i t i t L L i t L L i t L L i t                  (2.3) Trong đó LAA-độ tự cảm riêng pha A [H/km] LAB-hỗ cảm giữa pha A và pha B [H/km] LAC-hỗ cảm giữa pha A và pha C [H/km] LAG-hỗ cảm giữa pha A và đất [H/km] Phân bố từ thông này cùng với điện trở các phần tử trong mạch điện là hai thành phần gây nên sụt áp và được gọi là tổng trở của hệ thống. Đối với đường dây tải điện, tổng trở của nó bao gồm hai thành phần: tổng trở riêng và tổng trở tương hỗ (giữa các pha với nhau). Phương trình mô tả quan hệ dòng áp pha A được biểu diễn như sau (định luật Ohm): , , AA AB AC( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )AG S AG R A G A AG A AG B AG C d d d u t u t R R i t L L i t L L i t L L i t t t t          (2.4) Với RA- điện trở của dây dẫn pha A [Ω] RG- điện trở của đường dẫn trong đất của dòng điện pha A [Ω] Khi nghiên cứu trong chế độ xác lập (tần số cơ bản 50 hoặc 60Hz), để thuận tiện cho việc tính toán, phương trình (2.4) được biểu diễn trong miền phức: , , AA AA AA( ) ( ) ( ) ( )AG S AG R A G A AG A AG B AG CU U R R I j X X I j X X I j X X I                (2.5) Trong đó X##- điện kháng tương đương của phần tử đang xét [Ω/km], X=jωL## Như đã trình bày ở trên, mỗi một mạch dòng điện vòng khép mạch qua một đường dẫn qua đất không hoàn toàn giống nhau, phụ thuộc vào việc bố trí dây dẫn của từng pha, một cách gần đúng ta đã giả thiết cả 3 dòng điện pha cùng đi qua một đường dẫn chung là đất có điện trở RG. Trường hợp tổng quát, xem như mạch vòng đất của 3 pha là khác nhau và xem xét cả tới điện kháng của đất ta có thể viết phương trình điện áp viết cho cả 3 pha như sau (để thuận tiện, từ đây về sau sẽ bỏ - 34 - qua không viết kí hiệu “•” trên đầu đại lượng điện áp và dòng điện để biểu diễn số phức): , , AA AG , , , , (2.6) * * * *0 0 AG S AG R AA AB AC AG BG S BG R BBA B BB BC BG BG CCA CB C CC CG CGCG S CG R G U U IR jX jX jX R jX U U IjX R jX jX R jX IjX jX R jX R jXU U I                                                   Trong đó RA,RB,RC - lần lượt là điện trở của dây dẫn pha A, B, C [Ω/km] RAG,RBG,RCG-lần lượt là điện trở đường dẫn trong đất của dòng điện pha A, B, C [Ω/km] XAA,XBB,XCC-điện kháng riêng của pha A, B, C [Ω/km] XAB,XAC,XBC,XBA,XCA,XCB -điện kháng tương hỗ giữa các pha A, B, C [Ω/km] XAG,XBG,XCG - điện kháng tương hỗ lần lượt giữa pha A,B,C với đất G [Ω/km] Do dòng điện đất IG phụ thuộc vào dòng điện 3 pha IA, IB, IC nên các phần tử ứng với phương trình dòng điện IG là không xác định và được biểu diễn bằng dấu *. Từ đó ta thực hiện rút gọn hệ phương trình (2.6) bằng cách khử dòng IG để được hệ 3 phương trình 3 ẩn độc lập tuyến tính (phép khử Kron):   , , , , , , (2.7) AG S AG R A BG S BG R ABC B CCG S CG R U U I U U Z I IU U                              Trong đó   AA AB AC BA BB BC CA CB CC (2.8)ABC Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z          Với ZAA, ZBB,ZCC - tổng trở riêng của phần tử đang xét ZAB, ZAC, ZBA, ZBC, ZCA, ZCB - tổng trở tương hỗ giữa các pha AA AAA AG AGZ R R jX jX    ; AB BAG AGZ R j jX   ; AC ACAG AGZ R jX jX   BB B BG BB BGZ R R jX jX    ; BA BABG BGZ R jX jX   ; BC BCBG BGZ R jX jX   - 35 - CC C CG CC CGZ R R jX jX    ; CA CG CA CGZ R jX jX   ; CB CG CB CGZ R jX jX   Viết dạng gọn hơn ta thu được hệ phương trình ma trận tuyến tính sau:    , , (2.9)ABC S ABC R ABC ABCU U Z I        Phƣơng trình (2.9) đƣợc sử dụng với các giả thiết: + Các điện áp được tính so với điện áp của đất ở xa vô cùng làm mốc điện thế. Giá trị điện áp so sánh với đất được hiểu ngầm và do đó từ đây trở về sau ta sẽ bỏ qua không viết chỉ số “G” đối với giá trị điện áp nút + Giả thiết dòng điện chạy trong mạch là hệ thống dòng điện thứ tự thuận Hình 2.2 biểu diễn sơ đồ thay thế tương đương của ma trận tổng dẫn được mô tả trong (2.8). RA+jXAA RB+jXBB RC+jXCC XAB XBC RG XAC UAG,S UBG,S UCG,S UGG,S UAG,R UBG,R UCG,R UGG,R Mặt đẳng thế đất xa vô cùng XCGXBGXAG Hình 2.2. Sơ đồ thay thế tƣơng đƣơng của ma trận tổng trở 2.1.2. Ma trận tổng trở ABC trong trƣờng hợp có vật dẫn nối đất độc lập đi kèm Các phương trình dẫn xuất ở trên được xem xét trong trường hợp không có dây chống sét hoặc các vật dẫn nối đất khác đi kèm. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp trong thực tế, đường dây tải điện được trang bị một hay nhiều hơn các dây chống sét che chắn phía trên đi kèm dọc theo chiều dài đường dây, các dây dẫn này cung cấp thêm đường dẫn cho dòng điện pha khép mạch về nguồn. Ở đây ta sẽ sử dụng chỉ số “N” để phân biệt các dây dẫn nối đất này với đường trở về trong đất - 36 - của dòng điện pha. Sự xuất hiện của các vật nối đất này làm tăng giá trị của ma trận tổng trở tương đương. Để xem xét hiệu ứng của dây dẫn nối đất đối với ma trận tổng trở tương đương, giả sử đường dây có dây chống sét và dòng điện pha khép mạch qua 2 con đường: qua dây dẫn nối đất đi kèm theo đường dây và đi vào đất như đã xét ở mục 2.1.1. Tương tự, ta cũng viết được hệ phương trình quan hệ dòng áp cho 4 dây dẫn (3 dây pha + 1 dây chống sét) và đất: , , AA AG , , , , 0 0 * * * *0 0 A S A R AA AB AC AG B S B R BBA B BB BC BG BG C S C R CA CB C CC CG CG C NA NB NC NG NG N A B C N U U IR jX jX jX R jX U U IjX R jX jX R jX U U jX jX R jX R jX I jX jX jX R jX I I I I I                                                          (2.10)       Hệ phương trình trên tiếp tục được rút gọn loại bỏ dòng điện đất IG=IA + IB + IC + IN thu được hệ phương trình độc lập tuyến tính 4 phương trình 4 ẩn bao gồm 3 phương trình cho dòng điện pha và 1 phương trình viết cho dòng điện đi trong phần dây dẫn chống sét nối đất: , , AA AB , , , , AC AN 0 0 A S A S A AG AG AG AG B S B S BG BG BA B BG BG BB CG CG CA CG CG CBC S C S NG NG NA NG NG NB AG AG AG AG B U U R R jX jX R jX jX U U R jX jX R R jX jX R jX jX R jX jXU U R jX jX R jX jX R jX jX R jX jX R                                                      G BG BC BG BG BN C CG CG CC CG CG CN NG NG NC N NG NG NN A B C N jX jX R jX jX R R jX jX R jX jX R jX jX R R jX jX I I I I                           (2.11) Hay , , AA AB AC AN , , BA BB BC BN CA CB CC CN, , NA NB NC NN (2.12) 0 0 A S A S A B S B S B CC S C S N U U Z Z Z Z I U U Z Z Z Z I Z Z Z Z IU U Z Z Z Z I                                                     - 37 - Phương trình thứ 4 trong hệ phương trình (2.12) có thể được sử dụng để tính toán trực tiếp dòng điện IN chạy trong vật dẫn nối đất (dây chống sét trong trường hợp đang xét) hoặc có thể mở rộng tính toán dòng điện trong trường hợp có nhiều dây chống sét hoặc có thể tính phân bố dòng trong từng dây phân pha của 1 dây chống sét. Tuy vậy hệ phương trình trên chưa có dạng chuẩn sử dụng để tính toán phân tích mạch điện 3 pha thông thường, cũng như để xây dựng biểu thức tính toán tổng trở các thành phần thứ tự thuận, nghịch, không. Vì thế ta tiếp tục thực hiện phép khử Kron khử phương trình ứng với dòng điện trong vật dẫn nối đất IN. Ma trận tổng trở tương đương thu được lúc này là một ma trận vuông kích thước 3x3. , , AA , , , , ' ' ' ' ' ' (2.13) ' ' ' A S A S AB AC B S B S BA BB BC CA CB CCC S C S A B C U U Z Z Z U U Z Z Z Z Z ZU U I I I                                   Trong đó AA AA' AN NA NN Z Z Z Z Z   ; BB BB' BN NB NN Z Z Z Z Z   ; CC CC' CN NC NN Z Z Z Z Z   AB AB' AN NB NN Z Z Z Z Z   ; AC AC' AN NC NN Z Z Z Z Z   ; BA BA' BN NA NN Z Z Z Z Z   BC BC' BN NC NN Z Z Z Z Z   ; CA CA' CN NA NN Z Z Z Z Z   ; CB CB' CN NB NN Z Z Z Z Z   Trường hợp có nhiều hơn một dây chống sét, ta cũng lần lượt thực hiện khử hệ phương trình dòng áp tương tự như trên để cuối cùng thu được hệ phương trình dòng áp có dạng tương tự như hệ phương trình (2.13). 2.1.3. Tính toán các phần tử của ma trận tổng trở ABC + N Để tính toán các thành phần của ma trận tổng trở ABC + N, ta xem xét trong hai trường hợp: tổng trở của đường dây do dòng điện chỉ chạy trong phần kim loại của dây dẫn pha và dây dẫn nối đất và tổng trở đất ứng với trường hợp dòng điện từ phần kim loại của dây dẫn pha hoặc vật dẫn nối đất đi vào đất trở về nguồn. - 38 - Tổng trở của dây dẫn khi không xét tới dòng trở về qua đất Điện trở Điện trở tác dụng với dòng điện một chiều của 1km dây dẫn ở nhiệt độ tiêu chuẩn 20°C được xác định theo biểu thức: 0 1000 [ / ]R km F F     (2.14) Trong đó ρ - điện trở suất [Ω.m] γ- điện dẫn suất =1/ρ F-tiết diện dây dẫn [mm2] Điện trở thay đổi theo nhiệt độ, khi nhiệt độ môi trường khác 20°C thì điện trở có giá trị:  0 1 ( 20) [ / ]tR R t km    (2.15) Trong đó α-hệ số nhiệt của điện trở R0-điện trở ở nhiệt độ tiêu chuẩn.[Ω] t-nhiệt độ môi trường [°C] Sự thay đổi điện trở được tính tới khi ngắn mạch trong lưới hạ áp. Sự phân bố của dòng điện xoay chiều trong dây dẫn không đều nhau do có hiệu ứng bề mặt, mật độ dòng điện bị đẩy ra phía ngoài dây dẫn. Do đó điện trở đối với dòng điện xoay chiều lớn hơn so với dòng điện một chiều. Tuy nhiên ở tần số f=50Hz và với dây dẫn kim loài màu tiết diện không lớn, sự khác biệt nhau đó không đáng kể (cỡ 1%). Do đó có thể lấy điện trở một chiều để tính toán lưới điện. Nhưng khi tiết diện dây rất lớn (cỡ 570mm2) thì phải tính đến hiệu ứng bề mặt. Điện kháng Ở đây ta sẽ không đi sâu trình bày chi tiết việc tính toán điện kháng cho đường dây trên không mà chỉ đưa ra những kết quả chính. Các công thức tính toán trên được thực hiện dựa trên 2 giả thiết cơ bản: khoảng cách giữa các dây dẫn là không đáng kể so với chiều cao treo dây và khoảng cách này cũng là vô cùng lớn khi so với bán kính tiết diện dây. Bởi vì trong trường hợp các vật dẫn được đặt tương đối gần đối với đất hoặc tương đối gần với nhau, từ trường do dòng điện chạy - 39 - trong các phần kim loại dẫn điện hoặc trong đất có thể làm thay đổi đáng kể phân bố từ thông giữa hai vật dẫn đang xét và làm thay đổi đáng kể trị số điện kháng thực so với giá trị tính toán được từ các công thức sẽ trình bày dưới đây. Điện kháng của đƣờng dây một pha 2 dây dẫn Xem xét đường dây một pha hai dây dẫn đơn, đặc như hình vẽ dưới đây. Dòng điện chạy trong mỗi dây dẫn lần lượt là I1 và I2 thỏa mãn quan hệ : I1 + I2 = 0 Hình 2.3. Đƣờng dây một pha hai dây dẫn đơn Gọi D là khoảng cách giữa 2 dây dẫn 1 và 2 (tính từ tâm của mỗi dây dẫn đơn hoặc tâm dây dẫn tương đương trong trường hợp sử dụng dây dẫn phân pha); re1, re2 là bán kính hiệu dụng của dây dẫn 1 và 2 (dây dẫn đơn lõi). Điện kháng của hai dây dẫn 1 và 2 như sau: 2 4 12 1 2 2.10 ln [ / ] .e e D X km r r        Nếu re1=re2=re ta được công thức 4 12 4.10 ln [ / ] e D X km r        Trong đó re=0,7788.r với r là bán kính thực của dây dẫn Trong trường hợp sử dụng dây dẫn phân pha : 4 12 4.10 ln [ / ] D X km GMR        Trong đó GMR- bán kính trung bình hình học của dây dẫn phân pha, được xác định cho trường hợp 2,3 và 4 dây dẫn lần lượt như sau 24 2 1 2 12 2 2 29 3 1 2 3 12 13 23 2 2 2 2 2 216 4 1 2 3 4 12 13 14 23 24 34 . . . e e e e e e e e e GMR r r D GMR r r r D D D GMR r r r r D D D D D D    Với Dij là khoảng cách giữa dây dẫn thứ i và thứ j của một dây phân pha r1 D r2 I I1 2 - 40 - Trường hợp cần tính điện kháng tương hỗ giữa hai dây dẫn ta có thể tính toán như sau: Cho hệ thống ba dây dẫn 1, 2 và 3, các khoảng cách giữa các dây dẫn 1-2 và 1-3 lần lượt là D12, D13, khi đó điện kháng tương hỗ giữa hai dây 2 và 3 đặc trưng bởi sụt áp trên dây 2 và 3 do cảm ứng bởi dòng điện chạy trong dây 1 được cho bởi công thức (từ thông giới hạn bởi hai vòng tròn tâm là dây dẫn thứ 1 và bán kính lần lượt là khoảng cách tới dây thứ 2 và dây thứ 3 – định luật Ampere) ƣơ [Ω/km] (2.16) Trong đó -điện kháng riêng đặc trưng cho sụt áp trên đoạn 1-2 do dòng điện trong dây 1 gây nên - điện kháng riêng đặc trưng cho sụt áp trên đoạn 1-2 do dòng điện trong dây 1 gây nên Điện kháng của đƣờng dây dẫn điện 3 pha hoán vị hoàn toàn Công thức tính điện kháng thứ tự thuận và nghịch của đường dây dẫn điện 3 pha như sau 4 1 2 2.10 ln [ / ] GMD X X km R         (2.17) Với GMD- khoảng cách trung bình hình học 3 AB BC CAGMD D D D Tổng trở của mạch dẫn dòng điện trong đất Vấn đề xác định chính xác đường phân bố trong đất của dòng điện là vấn đề cực kì phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, người ta phán đoán rằng dòng điện khi đi vào đất sẽ tản ra trong một phạm vi rộng. Việc phân bố dòng điện một chiều và xoay chiều trong đất diễn ra theo hai hướng khác hẳn nhau. Đối với dòng điện một chiều, có xu hướng tản ra xuyên sâu vào lòng đất. Mức độ xuyên sâu của dòng điện tỉ lệ nghịch với điện trở theo đường đi của nó để - 41 - trở về nguồn. Dòng điện càng đi sâu vào trong đất, đường đi của nó để trở về nguồn càng dài, tương ứng với điện trở đường đi càng lớn và cường độ dòng điện theo đường đó càng nhỏ, như được thể hiện bằng nét vẽ dòng điện càng mờ đi ở trên hình 2.4. Hình 2.4. Phân bố dòng điện một chiều trong đất Ngược lại, khi đi vào đất, dòng điện xoay chiều chịu một hiệu ứng tương tự như hiệu ứng bề mặt của dây dẫn ngăn cản nó đi sâu vào lòng đất. Khi đi trong đất, dòng xoay chiều cảm ứng ra các dòng điện xoáy Fu-cô trong lòng đất có từ thông theo chiều chống lại từ thông của dòng điện đã sinh ra nó. Do đó, dòng điện xoay chiều có xu hướng phân bố trong phần bề mặt đất phía bên dưới dây dẫn điện phía trên. Hình 2.5. Phân bố cƣờng độ điện trƣờng của dòng điện xoay chiều khi đi vào đất - 42 - Hình 2.6. Phân bố dòng điện xoay chiều trong đất Các công thức tính toán điện trở đất hiện tại đều sử dụng kết quả nghiên cứu tổng trở của đường dây dẫn điện pha-đất của Carson    '' 0,5 2 2 ' â 0 ln 2 2 h d y r j p Z r j e d p                  (2.18) Để tính toán giá trị của Z ở trên, người ta thực hiện phân tích nó thành chuỗi số và tính toán. Ở chế độ xác lập (tần số công nghiệp), ta chỉ cần tính tới thành thần đầu tiên trong chuỗi số hạng là có thể đạt độ chính xác cần thiết. Tổng trở pha đất khi đó  7 7## â 1650 1,571.10 2.10 ln [ / ]pha d yZ r j m GMR                     ñaát (2.19) Trong đó ## = AA,BB,CC,và NN rdây- điện trở của dây dẫn tham gia mạch vòng pha-đất [Ω/m] ρ- điện trở suất của đất [Ω.m] GMR- bán kính trung bình hình học [m] Tính toán các phần tử của ma trận tổng trở ABC-N Các phần tử trên đƣờng chéo AA AA BB CC CC NN NN pha pha BB pha pha Z Z Z Z Z Z Z Z         ñaát ñaát ñaát ñaát Mặt khác ta đã biết - 43 - AA AAA AG AGZ R R jX jX    (2.20) Từ công thức (2.18) ta thấy rằng thành phần điện trở của tổng trở mạch vòng pha-đất bao gồm điện trở dây dẫn RA cộng thêm một lượng điện trở mà ta có thể suy ra đó chính là điện trở đất RAG. Đối với điện kháng, gần đúng ta coi rằng Từ các suy luận trên ta tính được giá trị các phần tử đường chéo của ma trận tổng trở như sau: AG AA BG CG NG A BB B CC C NN N R R R R R R R R R R R R         pha-ñaát pha-ñaát pha-ñaát pha-ñaát (2.21) 1 2 1 2 1 2 1 2 AA AG AA BB BG BB CC CG CC NN NG NN X X X X X X X X X X X X         pha-ñaát pha-ñaát pha-ñaát pha-ñaát (2.22) Các phần tử nằm ngoài đƣờng chéo chính Ta xem xét tính toán cho một phần tử làm ví dụ, giả sử tính toán ZAB. Ta biết RAG và XAG được tính toán theo các công thức đã chỉ ra trên (2.22) và (2.23). Để tính toán XAB ta có thể tính toán sử dụng công thức (2.17) - 44 - Từ đó ta có Tương tự như vậy đối với các phần tử ngoài đường chéo khác ; ; ; ; ; 2.1.4.Tính toán ma trận tổng trở thứ tự thuận nghịch không từ ma trận tổng trở ZABC Ở các phần phía trên ta đã đi xây dựng ma trận tổng trở của đường dây trong trường hợp có và không có dây chống sét đi kèm. Điểm chung của hai trường hợp trên là ma trận tổng trở đều có thể rút gọn để đưa về một ma trận tổng trở vuông kích thước 3x3 tương ứng với 3 pha A, B, C. Hệ phương trình liên hệ dòng áp đều có dạng giống nhau như được biểu diễn ở (2.13) :   , , , , , , ' (2.13) AG S AG R A BG S BG R ABC B CCG S CG R U U I U U Z I IU U                              Trong đó   AA AB AC BA BB BC CA CB CC ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ABC Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z          - 45 - Để chuyển ma trận Z’ABC sang ma trận tổng trở trong không gian các thành phần thứ tự Z012, ta sử dụng các ma trận chuyển đổi không gian ABC- 012 và ngược lại, lần lượt như sau: 1 2 2 1 1 1 1 1 3 1 A a a a a           2 2 1 1 1 1 1 A a a a a              , , 1 1 1 1 , , , , 0 0 0 1 1 012 1 2 2 2 ' . AG S AG R A BG S BG R ABC B CCG S CG R S R U U I A U U A Z A A I IU U U U I U U Z I U U I                                                               (2.23) Trong đó   00 01 02 012 10 11 12 20 21 22 Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z          - 46 - Như vậy, tổng trở thứ tự thuận, nghịch, không của một đường dây truyền tải chính là thành phần Z11,Z22,Z00 của ma trận Z012 đã tính toán được ở trên. Trong trường hợp đường dây truyền tải 3 pha được hoán vị hoàn toàn, ta có các quan hệ sau ; ; Khi đó ma trận Z’ABC có dạng đơn giản:   S M M M S M M M S 'ABC Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z          Khi đó, sau khi chuyển sang không gian thành phần thứ tự, Z012 có dạng:   S M M S M 1 012 M S M S M M M S S M 2 0 0 0 0 0 0 Z Z Z Z Z Z A Z Z Z A Z Z Z Z Z Z Z                       ( 2.24) Từ đó phương trình dòng áp trở thành: 0 0 00 1 1 1 1 22 2 2 0 0 0 0 0 0 S R U U IZ U U Z I ZU U I                                   (2.25) Trong đó - 47 - 2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN QUÁ ĐIỆN ÁP DO SỰ CỐ CHẠM ĐẤT MỘT PHA TRONG LƯỚI TRUNG ÁP 2.2.1. Phƣơng pháp các thành phần đối xứng Phƣơng pháp thành phần đối xứng dựa trên cơ sở toán học phân tích một hệ thống vector 3 pha bất kì thành các hệ thống thành phần hoàn toàn đối xứng: thành phần thứ tự thuận, thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không. Mỗi hệ thống thành phần đối xứng này là một hệ thống vector đối xứng, tức bằng nhau về biên độ và độ lệch pha giữa các vector là bằng nhau (lệch pha nhau 120° đối với thành phần thuận và nghịch, đồng pha với thứ tự không). Từ đó sẽ có ba sơ đồ thay thế tương ứng cho hệ thống điện: sơ đồ thứ tự thuận, sơ đồ thứ tự nghịch và sơ đồ thứ tự không. Chính việc phân tách thành hệ thống các vector thành phần đối xứng này nên có thể tách riêng 1 pha (pha A) để thực hiện tính toán, sau đó xếp chồng các thành phần dòng áp các nhánh để được phân bố dòng áp thực trên lưới điện. Ƣu điểm của phương pháp thành phần đối xứng là có thể thực hiện tính toán chế độ không đối xứng của lưới điện giống như tính toán với lưới điện đối xứng hoàn toàn mà không phải thực hiện tính toán trên sơ đồ ba pha. Tuy nhiên nhược điểm của nó là chỉ tính toán với các sự cố xảy ra ở tần số công nghiệp, tại thời điểm ban đầu xảy ra sự cố mà không theo dõi được diễn biến của giá trị dòng áp theo thời gian. Bên cạnh đó phương pháp này chỉ tính toán được lưới điện trong trường hợp chỉ có một điểm không đối xứng duy nhất. Vì thế phương pháp này chỉ tính toán được giá trị xác lập của dòng chạm đất (hoặc ngắn mạch) một pha trong lưới phân phối. Để minh họa việc tính toán hệ số quá điện áp bằng phương pháp thành phần đối xứng ta xét một sơ đồ lưới điện 22kV có trung tính nối đất trực tiếp như sau: - 48 - 110 kV 22 kV L (km) Hình 2.7. Sơ đồ lƣới điện 110/22 kV X1-HT XC XH X1d XT E X0-HT XC XH X0d XT Hình 2.8. Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (TTT) và thứ tự không (TTK) Với hệ thống công suất lớn, điện kháng tổng được xác định chủ yếu bởi điện kháng MBA nên có thể bỏ qua thành phần điện trở tác dụng và xem điện kháng thứ tự thuận (TTT) bằng điện kháng thứ tự nghịch (TTN), nên có thể viết: (2.26) (2.27) (2.28) Với X1-HT, X0-HT - điện kháng quy đổi TTT, TTK của hệ thống XC,XT,XH- điện kháng của cuộn dây cao, trung và hạ của MBA X1d, X0d - điện kháng TTT và TTK của đường dây 22kV Giả sử xảy ra chạm đất trực tiếp ở pha A, dòng điện trên các pha lần lượt là: (2.29) Dòng điện chạy qua điểm trung tính chính là dòng ngắn mạch của pha A: (2.30) - 49 - Điện áp các pha so với đất (a là toán tử quay a = -0,5 + j0,866): (2.31) Từ đó ta có (2.32) Trong đó là hệ số quá điện áp trên pha lành khi có ngắn mạch chạm đất một pha (NMMP), sau một số phép biến đổi ta thu được: (2.33) Đặt thay vào (2.33) ta được hàm số của theo k: (2.34) Phạm vi biến đổi của trong khoảng từ 1 (k=1) đến (k →∞ : trung tính cách điện). Trong trường hợp tổng quát, có xem xét tới điện trở thứ tự thuận và thứ tự không, sự biến thiên hệ số quá điện áp trên pha lành được biểu diễn như hình vẽ dưới đây: a) b) - 50 - Hình 2.9. a)Biến thiên hệ số quá điện áp k theo tỉ số X0/X1 với trƣờng hợp R1/X1=R = 0 b) Quan hệ giữa tỉ số R0/X1 và X0/X1 khi giữ hệ số quá điện áp cố định khi R1=X1 Các trường hợp khác có thể tham khảo thêm từ tiêu chuẩn [20]. 2.2.2. Phƣơng pháp số giải hệ phƣơng trình vi phân mô tả hệ thống điện Ý tưởng của phương pháp là giải trực tiếp hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống điện để tìm các thành phần dòng điện, điện áp biến thiên theo thời gian. Phương pháp này sẽ phân tích được diễn biến đầy đủ quá trình quá độ điện từ trong hệ thống điện kể từ sau thời điểm ngắn mạch chạm đất, nghĩa là tính toán giá trị tức thời của dòng điện và điện áp ngắn mạch. Trong quá trình quá độ còn có thể có những tác động tiếp theo như cắt các phần tử sự cố, tự động đóng trở lại đường dây,…Mục đích của các tính toán này là khảo sát các hiện tượng quá điện áp, cộng hưởng điện từ, đánh giá khả năng dập hồ quang máy cắt,… Thực chất của phương pháp tính trong trường hợp này là giải hệ phương trình vi phân mô tả trạng thái quá độ của mạng điện 3 pha phức tạp. Trị số tức thời của dòng điện và điện áp cần khảo sát được tính ra ở những điểm rời rạc của thời gian (bởi chủ yếu là theo phương pháp tích phân số). Đây là phương pháp lý tưởng để nghiên cứu quá điện áp nói chung và quá điện áp do ngắn mạch chạm đất một pha trong lưới điện trung áp nói riêng, đặc biệt là trong trường hợp có tác động điều chỉnh chế độ trung tính của lưới điện [23]. Tuy nhiên nhược điểm chính của phương pháp này là khối lượng tính toán lớn và cần thiết phải có mô hình mô phỏng tương đối chính xác để đảm bảo kết quả mô phỏng. Phương pháp này được sử dụng bởi chương trình tính toán ATP/EMTP. ATP/EMTP mô tả các phần tử lưới điện bằng phương trình vi phân và lập thành hệ phương trình vi phân mô tả lưới điện trong đó có các biến trạng thái là dòng và áp nút theo biến thời gian t, sau đó sử dụng quy tắc xấp xỉ hình thang để tính toán giá - 51 - trị các biến u, i theo từng bước nhảy thời gian. Quá trình tính toán như vậy có thể dẫn tới việc tích lũy các sai số tính toán ở từng bước lặp và có thể dẫn tới phân kỳ quá trình tính toán và làm sai lệch kết quả mô phỏng. Tuy nhiên, các phương pháp mà ATP/EMTP sử dụng đều ổn định về mặt số học và hạn chế được sai số tích lũy. EMTP có thể giải bất kỳ một sơ đồ mạch điện nào gồm các phần tử điện trở, điện cảm, điện dung, các đường dây thông số tập trung, thông số rải, các phần tử phi tuyến và nhiều phần tử khác. Để minh họa cho phương pháp tính toán sử dụng trong ATP/EMTP, ở đây ta sẽ xét sơ đồ một sợi đơn giản như sau: Hình 2.10. Sơ đồ lƣới điện tại nút 1 Thông số trạng thái của lưới điện bao gồm các điện áp nút và dòng điện nhánh. Giả thiết rằng các thông số này đã được tính toán tại các thời điểm 0, ∆t, 2∆t,…đến (t-∆t), bây giờ cần tính toán ở thời điểm t. Tại bất kỳ thời điểm t nào, phương trình cân bằng dòng tại nút 1 có thể viết: (2.35) Sử dụng định luật Ohm, ta viết phương trình liên hệ dòng áp cho từng nhánh. Điện trở (2.36) - 52 - Điện cảm u (2.37) Với L- độ từ cảm của phần tử đang xét [H] Sử dụng công thức xấp xỉ hình thang, ta thu được: (2.38) Áp dụng vào nhánh 1-3 ta có: (2.39) Trong đó hist13 tính toán được từ các số liệu có được trong các bước tính toán trước: (2.40) Điện dung Tiến hành tương tự như với điện cảm, ta có kết quả sau: (2.41) Với C-điện dung của tụ điện [µF] Trong đó (2.42) Đƣờng dây tham số rải Giả thiết đường dây tham số rải xem xét trong nhánh 1-5 là không tổn hao, phương trình dòng áp được viết như sau: (2.43) Với L’, C’ lần lượt là điện cảm và điện dung trên một đơn vị chiều dài đường dây [H/km], [µF/km] Nghiệm của hệ phương trình trên có dạng: - 53 - (2.44) Trong đó F(x-ct); f(x+ct)- hàm số của (x-ct) và (x+ct) Z- tổng trở sóng của đường dây [Ω]; c- vận tốc truyền sóng trên đường dây [m/s] Nhân phương trình dòng điện với tổng trở sóng Z của đường dây và cộng với phương trình điện áp ta được quan hệ : u + Zi = 2Z.F(x-ct) Đại lượng Z.F(x-ct) sẽ là hằng số nếu (x-ct) là hằng số. Giả sử có một quan sát viên tưởng tượng di chuyển dọc theo đường dây với vận tốc không đổi c. Quãng đường dịch chuyển được của quan sát viên đó sẽ là x = x0 + ct, hay x-ct = x0 = const. Khi đó đại lượng u+Zi quan sát được của quan sát viên phải là hằng số, với thời gian di chuyển (lan truyền) là Với l- chiều dài đường dây [km] Quan sát viên khi di chuyển từ điểm 5 tới điểm 1, tại điểm 5 sẽ quan sát được trị số và khi tới điểm 1 (sau thời gian trễ τ) quan sát được trị số (dấu âm vì i15 ngược chiều i51). Do trị số quan sát được bởi quan sát viên phải như nhau, cân bằng hai trị số trên ta được: (2.45) Trong đó hist15 cũng được tính toán từ các bước lặp trước đó (2.46) Thay các phương trình từ (2.36) ÷ (2.45) vào phương trình dòng điện viết cho nút 1 ta có: (2.47) Ta được một phương trình đại số tuyến tính với các ẩn là trị số điện áp nút theo thời gian t, trong đó vế phải là hằng số, tính toán được từ các trị số của các bước lặp trước đó. - 54 - Với hệ thống điện có n nút (không kể nút đất), bằng phương pháp tương tự, có thể viết được hệ phương trình đại số tuyến tính n phương trình n ẩn: (2.48) Trong đó [G]-ma trận tổng dẫn nút, kích thước nxn, đối xứng qua đường chéo [u(t)]-vec-tơ điện áp nút, kích thước nx1 [i(t)]-vec-tơ dòng điện bơm vào nút, kích thước nx1 [hist]-vec-tơ n thành phần tính toán được từ các bước lặp trước đây Thông thường, trong lưới có thể có một số nút biết trước trị số điện áp do được nối với các nguồn điện áp (nút PV, UV hoặc có trị số bằng 0 do sự cố ngắn mạch chạm đất,…). Khi đó tập hợp biến trạng thái được phân thành hai tập: tập A gồm các ẩn điện áp nút, tập B gồm điện áp nút đã biết. Hệ phương trình được viết lại như sau: (2.49) Ta sẽ thực hiện giải hệ phương trình đại số tuyến tính trên để tìm vec tơ điện áp uB(t). Quá trình sẽ tiến hành tuần tự theo các bước nhảy thời gian ∆t để tìm quan hệ theo thời gian của các biến trạng thái dòng áp của lưới điện. Như vậy với ví dụ lưới điện 110/22kV ở hình vẽ 2.7, sơ đồ thay thế sử dụng để tính toán của ATP/EMTP sẽ như sau: - 55 - ZA ZB ZC 1/2CAB 1/2CBC 1/2CAC 1/2CAB 1/2CBC 1/2CAC 1/2C0C 1/2C0B 1/2C0A1/2C0A 1/2C0C R0A ZcA X0A R0B ZcB X0B R0C ZcC X0C RhA RhB RhC XfA XfB XfC XfAB XfAC XfACUA UB UC Hình 2.11. Sơ đồ thay thế 3 pha lƣới điện 110/22kV trong ATP/EMTP Từ sơ đồ thay thế, ta lập hệ phương trình đại số tuyến tính mô tả hệ thống điện tương tự như ví dụ đơn giản cho nút 1 đã trình bày ở trên và thực hiện phép tính lặp để tìm quan hệ theo thời gian của các biến trạng thái quan tâm. KẾT LUẬN Chương 2 trình bày khái quát phương pháp tính toán tổng trở thứ tự thuận, nghịch và không của đường dây tải điện tổng quát (không đối xứng), xem xét cho trường hợp có tính tới dòng trở về trong đất (điện trở suất đất ρ ≠ 0) cũng như trường hợp đường dây có và không có DCS. Việc tính toán trị số tổng trở thuận, nghịch, không của đường dây tải điện rất cần thiết để tính toán tỉ số X0/X1 – là thông số quyết định tới biên độ QĐA tạm thời (TOV) do ngắn mạch chạm đất một pha. Sauk hi có được các thông số của sơ đồ thay thế của lưới điện, có thể khái quát được hai phương pháp tính toán hệ số quá điện áp do ngắn mạch chạm đất trong lưới trung áp, bao gồm phương pháp thành phần đối xứng và phương pháp số giải hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống điện. Mỗi phương pháp có một ưu nhược điểm riêng và phạm vi ứng dụng khác nhau. Tuy nhiên phương pháp số giải - 56 - hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống điện là phương pháp tổng quát, mô phỏng diễn biến của hệ thống theo miền thời gian từ quá trình quá độ tới quá trình xác lập sau sự cố. Phương pháp này thích hợp khi có sự hỗ trợ tính toán của máy tính điện tử. Đó cũng chính là phương pháp sử dụng trong phần mềm mô phỏng quá độ điện từ của hệ thống điện ATP/EMTP. - 57 - CHƢƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN QUÁ ĐIỆN ÁP DO NGẮN MẠCH CHẠM ĐẤT MỘT PHA Ở LƢỚI TRUNG ÁP 3.1. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ATP-EMTP ATP (Alternative Transient Program) là một chương trình máy tính được sử dụng rất phổ biến để mô phỏng các hiện tượng quá độ điện từ và điện cơ của mạch điện. Với ATP, có thể mô phỏng mạch lực và mạch điều khiển của một sơ đồ điện có cấu trúc bất kỳ với nhiều mô đun hỗ trợ tính toán và công cụ mô phỏng vô cùng linh hoạt và mạnh mẽ. ATP-EMTP được viết vào năm 1984 bởi Tiến sĩ W. Scott Meyer sau khi ông từ chối tham gia vào dự án thương mại hóa chương trình tính toán quá trình quá độ EMTP của DCG (the EMTP Development Coordination Group) và EPRI (Electric Power Research Institute), vốn là sản phẩm của ông và các cộng sự theo một hợp đồng kí kết với BPA (Bonneville Power Administration). ATP-EMTP được xây dựng với mục tiêu phi thương mại hóa. Từ đó đến nay, ATP-EMTP liên tục được cải tiến và phát triển bởi cộng đồng người dùng trên toàn thế giới dưới sự điều hành của của tiến sĩ Meyer và đồng chủ tịch Hội người dùng EMTP khu vực Canada/Mỹ (Canadian/American EMTP User Group) Tiến sĩ Tsu-huei Liu. Nguyên lý tính toán ATP/EMTP sử dụng các nguyên lý tính toán sau đây : Sử dụng quy tắc xấp xỉ hình thang giải hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống trong miền thời gian Sơ kiện đầu có thể được tính toán từ kết quả giải bài toán CĐXL của ATP- EMTP hoặc nhập trực tiếp từ người dùng đối với các phần tử đơn giản Cho phép giao tiếp với các mô đun TACS (Transient Analysis of Control Systems) và MODELS (một ngôn ngữ lập trình mô phỏng) để mô phỏng các hệ thống điều khiển hoặc các phần tử phi tuyến như hồ quang, vầng quang. - 58 - Tính toán các nhiễu loạn đối xứng và không đối xứng như : sự cố, sóng quá điện áp sét, các thao tác đóng cắt trong lưới bao gồm cả các quá trình chuyển mạch van Nghiên cứu đáp ứng tần số của hệ thống sử đụng mô đun FREQUENCY SCAN Nghiên cứu các sóng hài sử dụng mô đun HARMONIC FREQUENCY SCAN (phương pháp sử dụng các nguồn dòng sóng hài) Mô phỏng các hệ thống động học nói chung (không phải sơ đồ mạch điện) sử dụng TACS và MODELS Các phần tử hỗ trợ Các phần tử cơ bản được ATP-EMTP hỗ trợ bao gồm : Phần tử tương hỗ và không tương hỗ R, L, C, thông số rải, thông số tập trung Đường dây trên không và cáp thông số rải, thông số phụ thuộc tần số Điện trở và điện kháng phi tuyến, hiện tượng từ trễ, điện trở có trị số thay đổi theo thời gian, điện trở điều khiển bằng TACS/MODELS Các phần tử có đặc tính phi tuyến : MBA bão hòa, từ trễ, CSV (có khe hở và không khe hở), hồ quang điện Máy cắt điều khiển theo thời gian, điện áp, nghiên cứu đóng cắt thống kê (phương pháp Monte-Carlo) Các van công suất (đi ốt, thyristor, triac), các van đóng cắt điều khiển bằng TACS /MODELS Các nguồn : bước nhảy, hình sin, hàm mũ và dạng bất kỳ Máy điện quay Các phần tử khác định nghĩa bởi người dùng trong MODELS Các mô đun mô phỏng tích hợp sẵn MODELS - 59 - MODELS là một ngôn ngữ mô tả mục đích tổng quát được tích hợp trong ATP-EMTP cùng một loạt các công cụ mô phỏng khác để hỗ trợ xây dựng mô hình và mô phỏng các hệ thống có tham số biến thiên theo thời gian. TACS TACS là mô đun hỗ trợ việc nghiên cứu mô phỏng các hệ thống điều khiển trong miền thời gian. TACS có thể được sử dụng để nghiên cứu các bài toán : Hệ thống HVDC Hệ thống kích từ của máy điện đồng bộ Thiết bị điện tử công suất và động cơ điện Hồ quang điện ATP-EMTP cũng hỗ trợ việc giao tiếp thông tin giữa mạch lực và mạch điều khiển của sơ đồ điện thông qua tín hiệu điện áp nút, dòng điện cắt, trạng thái máy cắt, điện trở có thông số thay đổi theo thời gian, các nguồn áp và nguồn dòng. Các chƣơng trình con hỗ trợ tính toán (supporting routines) Tính toán thông số các đường dây trên không và cáp : LINE CONSTANTS, CABLE CONSTANTS, LINE PARAMETERS Mô hình thông số đường dây phụ thuộc tần số (Semlyen, J. Marti, Noda) Thông số MBA : XFORMER, BCTRAN Quy đổi đường cong từ trễ, bão hòa Xử lý dữ liệu (data modularization) Hình 3.1 mô tả tổng quan về các mô đun hỗ trợ trong ATP-EMTP - 60 - Hình 3.1. Tổng quan về các mô đun trong ATP/EMTP Một số ứng dụng của ATP/EMTP  Nghiên cứu quá điện áp sét  Quá trình quá độ do thao tác đóng cắt và sự cố  Quá trình quá độ cực ngắn trong trạm kiểu kín (GIS) và hệ thống nối đất  Mô hình máy điện quay  Khởi động động cơ  Ổn định động  Đóng cắt MBA, tụ điện, cuộn kháng  Cộng hưởng điện từ  Các thiết bị điện tử công suất  Quá trình làm việc của máy cắt  Các thiết bị FACTS  Nghiên cứu sóng hài, hiện tượng cộng hưởng của hệ thống  Kiểm tra sự làm việc của thiết bị bảo vệ - 61 - 3.2. MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN HỆ SỐ QUÁ ÁP CỦA MỘT XUẤT TUYẾN LƯỚI TRUNG ÁP BẰNG ATP/EMTP Ta xem xét mô phỏng một lưới điện 35kV như sau Hình 3.2. Sơ đồ xuất tuyến 35kV Bảng 3.1. Thông số các phần tử lƣới điện 35kV HÖ thèng MBA nguån §•êng d©y MBA trung gian - SN = 950MVA. - X0HT = 68,21(Ω); - R0HT = 1,94(Ω); - X1HT = 13,67(Ω); R1HT = 6,05(Ω); - U®m = 110kV - S®m = 40MVA 110/35/22kV. - Tæ ®Êu d©y: Y0/Y - 12 - xC = 28,738(Ω); XT = 22,688(Ω); XH = 1,522(Ω); - i0% = 5% - D©y dÉn AC-95, l=25km. - §iÖn trë suÊt ρ = 100 Ω.m - x0 = 1,595(Ω/km); - r0 = 0,4599(Ω/km); - b0 = 1,3322(μS/km). - x1 = 0,3451(Ω/km); - r1 = 0,3159(Ω/km); - b1 = 3,645(μS/km). - U®m = 35kV - S®m = 1,25MVA 35/6kV. - Tæ ®Êu d©y: Y/Δ - 11 - xB = 51,45(Ω); - i0% = 5% Sơ đồ mô phỏng như sau: Hình 3.3. Sơ đồ xuất tuyến 35kV trung tính cách điện trong ATP/EMTP Kết quả mô phỏng điện áp khi ngắn mạch chạm đất pha A phía cuối đường dây như sau: I V SAT Y Y SAT Y I V (1) N HT MBA §D MBAtg - 62 - Hình 3.4. Điện áp các pha tại đầu đƣờng dây (xuất tuyến 35kV, trung tính cách điện, ngắn mạch chạm đất pha A) Hình 3.5. Điện áp các pha tại cuối đƣờng dây (xuất tuyến 35kV, trung tính cách điện, ngắn mạch chạm đất pha A) Trường hợp trung tính nối đất trực tiếp, sơ đồ mô phỏng sẽ như sau: Hình 3.6. Sơ đồ xuất tuyến 35kV trung tính nối đất trực tiếp trong ATP/EMTP (f ile xuattuy en35kv .pl4; x-v ar t) v :SENDA v :SENDB v :SENDC 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10[s] -70 -40 -10 20 50 80 [kV] (f ile xuattuy en35kv .pl4; x-v ar t) v :BA2A v :BA2B v :BA2C 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10[s] -70 -40 -10 2 5 8 [kV] V SAT Y Y SAT Y I V - 63 - Kết quả mô phỏng điện áp khi ngắn mạch chạm đất pha A được biểu diễn trong các hình vẽ 3.7 và 3.8. Hình 3.7. Điện áp các pha tại đầu đƣờng dây (xuất tuyến 35kV, trung tính nối đất trực tiếp, ngắn mạch chạm đất pha A) Hình 3.8. Điện áp các pha tại cuối đƣờng dây (xuất tuyến 35kV, trung tính nối đất trực tiếp, ngắn mạch chạm đất pha A) Các kết quả tính toán được thống kê lại như sau (cho hai trường hợp đường dây có chiều dài 25km và 50km) : (f ile xuattuy en35kv .pl4; x-v ar t) v :SENDA v :SENDB v :SENDC 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10[s] -35.00 -26.25 -17.50 -8.75 0.00 8.75 17.50 26.25 35.00 [kV] (f ile xuattuy en35kv .pl4; x-v ar t) v :BA2A v :BA2B v :BA2C 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10[s] -50 -35 -20 -5 10 25 40 [kV] - 64 - Bảng 3.2. Hệ số quá điện áp tạm thời (TOV) theo vị trí điểm ngắn mạch chạm đất dọc chiều dài đƣờng dây ST T Phương thức nối đất điểm trung tính Chiều dài đường dây l = 25 km Chiều dài đường dây l = 50 km ∆l = 5 km ∆l = 10 km ∆l = 15 km ∆l = 25 km ∆l = 5 km ∆l = 15 km ∆l = 30 km ∆l = 50 km 1 Cách điện 1,74 1,72 1,72 1,74 1,75 1,74 1,75 1,74 2 Qua cuộn dập hồ quang 1,73 1,72 1,72 1,74 1,76 1,74 1,75 1,74 2 Trực tiếp 1,04 1,12 1,15 1,17 1,05 1,21 1,29 1,34 Bảng 3.3. Hệ số quá điện áp quá độ cực đại theo vị trí điểm ngắn mạch chạm đất dọc chiều dài đƣờng dây tƣơng ứng với lƣới điện đang xét ở trên ST T Phương thức nối đất điểm trung tính Chiều dài đường dây l = 25 km Chiều dài đường dây l = 50 km ∆l = 5 km ∆l = 10 km ∆l = 15 km ∆l = 25 km ∆l = 5 km ∆l = 15 km ∆l = 30 km ∆l = 50 km 1 Trung tính cách điện 2,41 2,45 2,59 2,7 2,6 2,43 2,58 2,54 2 Trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang 2,42 2,4 2,53 2,7 2,55 2,63 2,59 2,54 3 Trung tính nối đất trực tiếp 1,36 1,4 1,33 1,3 1,28 1,33 1,37 1,31 Nhận xét: Từ bảng số liệu 3.2 ta có thể thấy rằng: khi ngắn mạch chạm đất một pha, trong lưới điện có trung tính cách điện và lưới điện trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang, quá điện áp trên các pha lành bị tăng lên trị số điện áp dây (hệ số quá áp là ) nên cách điện phải chọn theo trị số điện áp dây. Ngược lại, với lưới điện trung tính nối đất trực tiếp, hệ số QQĐA thay đổi theo chiều dài đường dây (tỉ số X0/X1) và QĐA trên các pha lành tăng lên cao hơn trị số điện áp pha và do đó, cách điện của thiết bị nhìn chung phải chọn cao hơn trị số điện áp pha làm việc của lưới điện. KẾT LUẬN Chương 3 giới thiệu sơ lược về phần mềm mô phỏng chế độ quá độ của hệ thống điện ATP/EMTP và ứng dụng vào mô phỏng QĐA trên các pha lành - 65 - của một xuất tuyến lưới điện trung áp khi xảy ra sự cố ngắn mạch chạm đất một pha. Các kết quả thu được phù hợp với lý thuyết nghiên cứu. Hệ số QĐA trên pha lành của lưới điện có trung tính cách điện và nối đất qua cuộn dập hồ quang đạt mức 1,7 (dâng lên mức điện áp dây). Đối với lưới điện trung tính nối đất trực tiếp, hệ số quá điện áp trên pha lành phụ thuộc vào tỉ số X0/X1 tại điểm xét. Hệ số này biến thiên từ 1- 1,7 ( ). Do đó cách điện trong lưới này nhìn chung phải chọn cao hơn trị số điện áp pha định mức. - 66 - CHƢƠNG 4: VẤN ĐỀ LỰA CHỌN CHỐNG SÉT VAN 4.1. TIÊU CHUẨN IEC 60099-5 VỀ LỰA CHỌN VÀ SỬ DỤNG CHỐNG SÉT VAN 4.1.1. Tổng quan 4.1.1.1. Những nguyên tắc chung khi lựa chọn chống sét van Theo tiêu chuẩn IEC 60071-1, điện áp định mức của thiết bị điện được phân thành 2 dải: + Dải I: điện áp định mức từ 1kV đến 245kV + Dải II: điện áp định mức từ 245kV trở lên Các phần tử trong hệ thống điện có điện áp định mức thuộc dải I chủ yếu là các đường dây tải điện trên không. Nguy cơ chủ yếu với các phần tử này là quá điện áp do sét đánh trực tiếp hoặc điện áp cảm ứng do sét đánh xuống đất gần đường dây tải điện. Đối với các hệ thống cáp điện lực không nối trực tiếp với đường dây trên không, quá điện áp xảy ra chủ yếu là hậu quả của các loại sự cố hoặc do các thao tác đóng cắt trong hệ thống điện. Trong một số hiếm trường hợp, có thể xảy ra quá điện áp cảm ứng do sét. Ở cấp điện áp dải II, bên cạnh các nguyên nhân gây quá áp do sét, quá điện áp thao tác trở nên đặc biệt đáng lưu tâm, do biên độ có thể tương đương và thậm chí lớn hơn quá điện áp sét và càng tăng khi nâng cao điện áp định mức vận hành của hệ thống điện. Quá điện áp nguy hiểm bởi vì nó có thể gây phóng điện chọc thủng, làm ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường, gây sự cố hoặc thậm chí phá hủy hoàn toàn các thiết bị điện. Biện pháp khả dĩ để ngăn chặn nguy cơ xảy ra quá điện áp hoặc giảm nhẹ biên độ quá điện áp là sử dụng chống sét van (CSV) và thực hiện phối hợp cách điện hợp lý giữa chống sét van và cách điện của thiết bị. Do đó, ở những nơi có nguy cơ xảy ra quá điện áp do phóng điện sét hoặc do các thao tác đóng cắt, người ta khuyến cáo nên nghiên cứu lắp đặt các chống sét van để bảo vệ thiết bị điện. - 67 - Các chống sét van sẽ tạo ra một khu vực an toàn xung quanh nó do được thiết kế để chịu đựng các các loại điện áp và tản dòng điện tương ứng vào đất để bảo vệ thiết bị. Trong hệ thống điện, các loại điện áp đặt lên thiết bị bao gồm: + Điện áp làm việc + Quá điện áp tạm thời (temporary overvoltage) + Quá điện áp với thời gian đầu sóng dài (slow-front) + Quá điện áp với thời gian đầu sóng ngắn (fast-front) Trong đó sóng quá điện áp thời gian đầu sóng dài do thao tác đóng cắt được quan tâm đặc biệt khi lựa chọn chống sét van bảo vệ các thiết bị thuộc dải II. Một điểm cần lưu ý khi lựa chọn chống sét van là sự mâu thuẫn giữa yêu cầu về bảo vệ tối đa cho thiết bị điện (hạ thấp trị số điện áp dư) và yêu cầu nâng cao điện áp định mức. Do đó, việc lựa chọn CSV phải là một quá trình tối ưu hóa, trong đó phải xem xét rất nhiều các tham số của hệ thống điện và của đối tượng cần bảo vệ. Chống sét van loại không khe hở sử dụng điện trở ZnO thường được sử dụng trong hệ thống điện trung tính nối đất trực tiếp do có khả năng bảo vệ hiệu quả đối với các xung quá điện áp có thời gian đầu sóng dài. Trong khi đó với hệ thống điện trung tính cách điện hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang, CSV loại có khe hở lại có ưu điểm hơn trong trường hợp yêu cầu cần có đặc tính bảo vệ thấp. Mặc dù trước đây vẫn được dùng cho mọi cấp điện áp, hiện tại người ta thường chỉ xem xét sử dụng CSV loại có khe hở đối với lưới điện có điện áp thuộc dải I, đặc biệt ở dải điện áp thấp. 4.1.1.2. Quy trình tổng quát khi lựa chọn chống sét van IEC 60099-5 đề xuất một quy trình lặp khi xem xét lựa chọn chống sét van bao gồm các bước như sau (được biểu diễn trong sơ đồ khối ở hình 4.1): 1. Xác định điện áp làm việc lâu dài của CSV tương ứng với giá trị cực đại điện áp làm việc của hệ thống điện - 68 - 2. Xác định điện áp định mức của CSV tương ứng với mức quá điện áp tạm thời tại điểm đặt 3. Tính toán ước lượng biên độ và xác suất xuất hiện của dòng phóng điện sét có khả năng xuất hiện tại chống sét van, các yêu cầu về khả năng phóng điện cho đường dây tải điện và lựa chọn trị số dòng điện phóng điện danh định, giá trị dòng xung cao (là giá trị đỉnh của xung dòng điện phóng điện 4/10 µs sử dụng để kiểm tra khả năng ổn định của CSV trong trường hợp chịu cú sét trực tiếp đánh vào CSV) và cấp phóng điện đường dây của chống sét van (yêu cầu về khả năng chịu đựng các xung dòng phóng điện từ phía đường dây nạp điện từ trước, phụ thuộc vào các tham số cụ thể của hệ thống điện đang xét) 4. Lựa chọn cấp giải trừ áp suất của CSV tương ứng với dòng sự cố dự kiến 5. Lựa chọn CSV đáp ứng tất cả các yêu cầu kể trên 6. Xác định đặc tính bảo vệ đối với xung quá điện áp sét và quá điện áp thao tác vừa chọn 7. Nên bố trí CSV gần nhất có thể với thiết bị được bảo vệ 8. Xác định mức điện áp chịu đựng phối hợp với CSV của thiết bị được bảo vệ đối với xung quá điện áp thao tác có xem xét tới giá trị điển hình của quá điện áp đầu sóng dài và cấu hình của lưới điện 9. Xác định mức điện áp chịu đựng phối hợp với CSV của thiết bị bảo vệ với xung phóng điện sét có xem xét tới: +Giá trị điển hình của sóng quá áp sét lan truyền theo đường dây vào trạm và tần suất sự cố cho phép của thiết bị được bảo vệ +Cấu hình trạm biến áp +Khoảng cách CSV-thiết bị được bảo vệ 10. Xác định mức cách điện định mức của thiết bị theo chuẩn IEC 60071-1 [19] 11. Trong trường hợp có yêu cầu giảm nhẹ mức cách điện của thiết bị, cần thiết nghiên cứu xem xét các khả năng sau đây: - 69 - + Giảm giá trị điện áp làm việc liên tục lâu dài + Giảm giá trị điện áp định mức + Lựa chọn dòng phóng điện danh định lớn hơn, cấp phóng điện đường dây cao hơn, hoặc CSV có thiết kế tốt hơn hoặc + Giảm khoảng cách từ CSV tới thiết bị cần bảo vệ Lƣu ý: việc giảm giá trị điện áp làm việc liên tục lâu dài hoặc giảm giá trị điện áp định mức của CSV cũng đồng nghĩa việc giảm độ tin cậy làm việc của CSV đó. - 70 - Điện áp làm việc cực đại Quá điện áp tạm thời Giá trị dòng phóng điện sét Năng lượng thông thoát Dòng sự cố của CSV Điện áp làm việc lâu dài Điện áp định mức Dòng điện phóng điện danh định Cấp phóng điện đường dây CSV Cấp giải trừ áp suất Đặc tính bảo vệ với xung sét Đặc tính bảo vệ với xung thao tác Cấu hình trạm Mức quá áp thao tác có thể xảy ra Giá trị điển hình của xung quá áp sét tràn vào trạm Cấu hình trạm Khoảng cách CSV - vật được bảo vệ Phối hợp cách điện với xung sét Phối hợp cách điện với xung thao tác Thỏa mãnKhông Giá trị cách điện định mức Không CSV được lựa chọn Hình 4.1. Quy trình kiểm tra và lựa chọn CSV - 71 - 4.1.1.3.Khả năng chịu ô nhiễm của cách điện CSV Các lớp bám bẩn trên bề mặt cách điện ngoài của CSV có thể làm phát sinh phóng điện bề mặt, hoặc làm tăng nhiệt quá mức trên các phần tử điều chỉnh đặc tính (điện trở, tụ điện) với loại có khe hở hay trên các đĩa điện trở phi tuyến đối với loại không khe hở. Để hạn chế CSV bị sự cố khi làm việc trong các điều kiện môi trường ô nhiễm, cần thiết phải lựa chọn loại CSV được thiết kế sẵn để làm việc trong các điều kiện như vậy. Mặc dù không có yêu cầu cụ thể trong tiêu chuẩn IEC 60099-1 (tiêu chuẩn cho CSV loại có khe hở) và IEC 60099-4 (tiêu chuẩn cho CSV loại không khe hở), CSV trong điều kiện làm việc bình thường cần thiết có khả năng chịu ô nhiễm tới mức 2 theo tiêu chuẩn IEC 60071-2. Nếu CSV làm việc trong điều kiện môi trường ô nhiễm cao hơn quy định cho phép sẽ làm giảm hiệu quả làm việc của nó. Trường hợp vẫn bắt buộc phải sử dụng (làm việc trong môi trường ô nhiễm đạt tới mức 3, thậm chí mức 4), cần thiết phải có biện pháp tổ chức làm vệ sinh định kỳ để làm giảm độ ô nhiễm trên cách điện của CSV xuống dưới mức độ cho phép, khi đó cần sử dụng loại CSV được thiết kế đặc biệt cho phép thực hiện vệ sinh khi CSV vẫn làm việc trên lưới. 4.1.2. Lựa chọn CSV có khe hở sử dụng điện trở phi tuyến (SiC) 4.1.2.1. Các thông số kỹ thuật của CSV có khe hở Khái niệm chung Các thông số kỹ thuật cơ bản của CSV có khe hở bao gồm: điện áp định mức, điện áp phóng điện chọc thủng, dòng điện phóng điện danh định và điện áp dư tương ứng. Khả năng bảo vệ của CSV được đặc trưng bởi giá trị điện áp chọc thủng ở phần đầu sóng của xung điện áp sét và, khi có thể, với xung quá điện áp thao tác; bên cạnh đó cũng được đặc trưng bởi giá trị điện áp dư khi thông thoát dòng phóng điện danh định, và xung quá dòng điện thao tác. Cùng một trị số điện áp định mức, các CSV chủng loại khác nhau có khả năng bảo vệ không giống nhau. - 72 - Bên cạnh các thông số cơ bản trên, một số thông số khác cũng thường được xem xét là: điện áp làm việc liên tục lâu dài, cấp phóng điện thời gian dài (long- duration), cấp giải trừ điện áp, cấp chịu ô nhiễm, khả năng vệ sinh trên lưới (live washing) và các đặc tính cơ học đặc biệt khác. Điện áp định mức Điện áp định mức của CSV là giá trị điện áp hiệu dụng cực đại tần số công nghiệp cho phép đặt lên các cực của CSV, tại đó nó được chế tạo để làm việc bình thường. Trị số này được xác định từ thí nghiệm vận hành (operating duty test) . Điện áp định mức được sử dụng như 1 thông số tham chiếu cho đặc tính làm việc của CSV. Trong một số các thí nghiệm, chẳng hạn tiêu chuẩn IEC 60099-3 về thử nghiệm ô nhiễm, cần thiết có trị số điện áp hiệu dụng cực đại có thể đặt lâu dài lên các cực của CSV (gọi là điện áp làm việc liên tục lâu dài- COV - Continuous Operating Voltage). Đối với các CSV thuộc dải I, trị số này có thể bằng với điện áp định mức, với CSV thuộc dải II, trị số này thường thấp hơn. Lưu ý trong tiêu chuẩn IEC 60099-1 không chỉ rõ một quy trình thử nghiệm cụ thể để xác định trị số này, do đó trị số này cần thiết phải được cung cấp bởi nhà sản xuất. Ngƣỡng bảo vệ Ngưỡng bảo vệ của CSV đối với xung điện áp sét là giá trị cao hơn của 2 giá trị sau đây: + Điện áp phóng điện chọc thủng của xung điện áp sét tiêu chuẩn (1,2/50 µs) + Điện áp dư khi thông thoát dòng điện phóng điện danh định Ngưỡng bảo vệ của CSV với xung điện áp thao tác đặc trưng cho khả năng bảo vệ của CSV với những xung quá điện áp có thời gian đầu sóng dài, là giá trị lớn hơn giữa trị số điện áp chọc thủng và điện áp dư trên CSV khi thử nghiệm với xung dòng điện thao tác. - 73 - Chú ý: trường hợp không có số liệu về giá trị điện áp chọc thủng với xung quá điện áp thao tác, có thể ngoại suy từ giá trị điện áp chọc thủng tần số công nghiệp của CSV. Dòng điện phóng điện danh định Dòng điện phóng điện danh