Đề tài Nghiên cứu quá điện áp và lựa chọn chống sét van ở lưới điện trung áp

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