Quá điện áp trong mạng điện

Quá điện áp là điện áp vượt quá biên độ của điện áp hoạt động cao nhất (Unom) trên lớp cách điện của các phần tử của mạng điện. Tùy thuộc vào vị trí ứng dụng, pha, giữa các pha, cuộn dây bên trong và quá điện áp giữa các tiếp điểm được phân biệt. Điều thứ hai xảy ra khi điện áp được đặt giữa các tiếp điểm mở của cùng một pha của các thiết bị chuyển mạch (công tắc, ngắt kết nối).

Các đặc tính quá áp sau đây được phân biệt:

• giá trị cực đại Umax hay bội số K = Umax/Unom;

• thời gian tiếp xúc;

• hình cong;

• chiều rộng phạm vi của các phần tử mạng.

Những đặc điểm này có thể phân tán thống kê vì chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố.

Khi nghiên cứu tính khả thi của các biện pháp chống sét lan truyền và lựa chọn vật liệu cách nhiệt, cần tính đến các đặc tính thống kê của thiệt hại (kỳ vọng toán học và độ lệch) do thời gian ngừng hoạt động và sửa chữa khẩn cấp thiết bị hệ thống điện, cũng như do lỗi thiết bị , từ chối sản phẩm và phá vỡ quy trình công nghệ của người tiêu dùng điện.

Các loại quá điện áp chính trong mạng điện áp cao được thể hiện trong Hình 1.

Cơm. 1. Các dạng quá áp chính trong mạng cao áp

Quá điện áp bên trong gây ra bởi sự dao động của năng lượng điện từ được lưu trữ trong các phần tử của mạch điện hoặc do máy phát cung cấp cho nó. Tùy thuộc vào các điều kiện xảy ra và thời gian có thể tiếp xúc với cách điện, quá điện áp tĩnh, bán tĩnh và chuyển mạch được phân biệt.

Quá điện áp chuyển mạch — xảy ra khi các thông số mạch hoặc mạng thay đổi đột ngột (chuyển đổi đường dây, máy biến áp theo kế hoạch và khẩn cấp, v.v.), cũng như do sự cố chạm đất và giữa các pha. Khi các phần tử của mạng điện (dây dẫn đường dây hoặc cuộn dây của máy biến áp và lò phản ứng) được bật hoặc tắt (gián đoạn truyền năng lượng), các quá độ dao động xảy ra, có thể dẫn đến quá điện áp đáng kể. Khi hào quang xảy ra, tổn thất có tác dụng làm giảm các đỉnh đầu tiên của các quá điện áp này.

Sự gián đoạn dòng điện dung của mạch điện có thể đi kèm với hồ quang lặp đi lặp lại trong bộ ngắt mạch và quá độ và quá điện áp lặp đi lặp lại và ngắt dòng điện cảm ứng nhỏ ở tốc độ không tải của máy biến áp - buộc phải ngắt hồ quang trong bộ ngắt mạch và quá trình chuyển đổi dao động của năng lượng của từ trường máy biến áp trong năng lượng điện trường của các công suất song song của nó. Với sự cố chạm đất hồ quang trong mạng có trung tính cách ly nhiều lần đánh vào hồ quang và sự xuất hiện của các xung hồ quang tương ứng cũng được quan sát thấy.

Lý do chính cho sự xuất hiện của quá điện áp gần như cố định là hiệu ứng điện dung gây ra, ví dụ, bởi một đường dây truyền tải một đầu được cung cấp bởi máy phát điện.

Các chế độ đường dây không đối xứng xảy ra, ví dụ, khi một pha bị ngắn mạch với đất, đứt dây, một hoặc hai pha của bộ ngắt mạch, có thể khiến điện áp tần số cơ bản tăng thêm hoặc gây ra quá điện áp ở một số sóng hài cao hơn - bội số của tần số của máy phát EMF ….

Bất kỳ phần tử nào của hệ thống có đặc tính phi tuyến tính, ví dụ máy biến áp có lõi từ bão hòa, cũng có thể là nguồn tạo ra sóng hài cao hơn hoặc thấp hơn và quá điện áp cộng hưởng sắt tương ứng. Nếu có một nguồn năng lượng cơ học thay đổi định kỳ tham số mạch (độ tự cảm của máy phát) kịp thời với tần số riêng của mạch điện, thì có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng tham số.

Trong một số trường hợp, cũng cần tính đến khả năng xảy ra quá điện áp bên trong với cấp số nhân tăng lên khi áp đặt một số chuyển mạch hoặc các yếu tố bất lợi khác.

Để hạn chế quá điện áp chuyển mạch trong các mạng 330-750 kV, trong đó chi phí cách điện đặc biệt quan trọng, mạnh mẽ van hạn chế hoặc lò phản ứng. Trong các mạng có cấp điện áp thấp hơn, bộ chống sét không được sử dụng để hạn chế quá điện áp bên trong và các đặc tính của bộ chống sét được chọn sao cho chúng không bị ngắt khi quá điện áp bên trong.

Đột biến do sét đề cập đến đột biến bên ngoài và xảy ra khi tiếp xúc với các trường điện từ bên ngoài. Dòng sét lớn nhất xảy ra khi sét đánh trực tiếp vào đường dây và trạm biến áp. Do hiện tượng cảm ứng điện từ, một cú sét đánh gần đó sẽ tạo ra một xung điện cảm ứng, thường dẫn đến sự gia tăng hơn nữa điện áp cách điện. Tiếp cận trạm biến áp hoặc máy điện, lây lan từ điểm thất bại sóng điện từ, có thể gây ra quá điện áp nguy hiểm trên lớp cách điện của chúng.

Để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của mạng, cần phải thực hiện bảo vệ chống sét hiệu quả và tiết kiệm. Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp được thực hiện với sự trợ giúp của cột thu lôi thẳng đứng cao và cáp chống sét phía trên dây dẫn của đường dây trên không trên 110 kV.

Việc bảo vệ chống lại sự đột biến đến từ đường dây được thực hiện bằng các thiết bị chống sét van và đường ống của các trạm biến áp với khả năng chống sét được cải thiện ở các lối tiếp cận trạm biến áp trên các đường dây thuộc mọi cấp điện áp.Cần phải cung cấp khả năng chống sét đặc biệt đáng tin cậy cho các máy quay với sự trợ giúp của các thiết bị chống sét, tụ điện, cuộn kháng, chèn cáp và cải thiện khả năng chống sét cho cách tiếp cận đường dây trên không.

Việc sử dụng nối đất phần trung tính của mạng bằng cuộn dây triệt tiêu hồ quang, tự động đóng lại và rút ngắn đường dây, ngăn cách điện cẩn thận, dừng và nối đất làm tăng đáng kể độ tin cậy của đường dây.

Cần lưu ý rằng độ bền điện môi của lớp cách điện giảm khi thời gian tiếp xúc với điện áp tăng lên. Về vấn đề này, quá điện áp bên trong và bên ngoài có cùng biên độ gây ra mối nguy hiểm khác nhau đối với cách điện. Do đó, mức độ cách điện không thể được đặc trưng bởi một giá trị điện áp chịu thử duy nhất.

Lựa chọn mức độ cách nhiệt cần thiết, tức là. Việc lựa chọn điện áp thử nghiệm, cái gọi là sự phối hợp cách điện, là không thể nếu không có sự phân tích kỹ lưỡng về quá điện áp xảy ra trong hệ thống.

Vấn đề phối hợp cách nhiệt là một trong những vấn đề chính. Tình trạng này là do việc sử dụng một hoặc một điện áp danh định khác cuối cùng được xác định bởi tỷ lệ giữa chi phí cách điện và chi phí của các phần tử dẫn điện trong hệ thống.

Vấn đề phối hợp cách ly bao gồm nhiệm vụ cơ bản — thiết lập các mức cách ly hệ thống… Phối hợp cách ly phải dựa trên biên độ và dạng sóng quy định của quá điện áp áp dụng.

Hiện tại, phối hợp cách điện trong hệ thống lên đến 220 kV được thực hiện đối với quá điện áp khí quyển và phối hợp trên 220 kV phải được thực hiện có tính đến quá điện áp bên trong.

Bản chất của sự phối hợp cách điện trong các xung khí quyển là sự phối hợp (khớp) các đặc tính xung của lớp cách nhiệt với các đặc tính của van, là thiết bị chính để hạn chế các xung khí quyển. Theo nghiên cứu, sóng tiêu chuẩn của điện áp thử nghiệm được thông qua.

Khi điều phối quá điện áp bên trong, do có nhiều dạng phát triển quá điện áp bên trong hơn, không thể tập trung vào việc sử dụng một thiết bị bảo vệ duy nhất. Sự ngắn gọn cần thiết phải được cung cấp bởi sơ đồ mạng: lò phản ứng shunt, sử dụng công tắc mà không cần đánh lửa lại, sử dụng các khe đánh lửa đặc biệt.

Đối với quá điện áp bên trong, việc chuẩn hóa các dạng sóng thử nghiệm cách điện vẫn chưa được thực hiện cho đến gần đây. Rất nhiều tài liệu đã được tích lũy và quá trình chuẩn hóa tương ứng của các sóng thử nghiệm có thể sẽ được thực hiện trong tương lai gần.