Nghiên cứu các sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện

- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- PHẠM VĂN HIỆU NGHIÊN CỨU CÁC SƠ ĐỒ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO MÁY ĐIỆN CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS.
- NGUYỄN MINH CHƯỚC Hà Nội – 2012 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đề tài luận văn thạc sĩ Học viên thực hiện: Phạm Văn Hiệu MỤC LỤC Lời cam đoan.
- CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO MÁY ĐIỆN.
- 1 1.1 - Nguyên lý bảo vệ chống sét cho máy điện.
- 1 1.2 - Bảo vệ chống sét cho máy điện nối trực tiếp vào đường dây không.
- 4 1.3 - Các giả thiết và phương pháp tính khi giải bài toán tính toán sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện.
- CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ ĐƠN GIẢN BẢO VỆ CHỐNG SÉT MÁY ĐIỆN Sơ đồ đơn giản không có kháng điện.
- Sơ đồ nguyên lý.
- Tính điện cảm một pha khi quá điện áp sét xuất hiện ở cả 3 pha.
- Sơ đồ có kháng.
- Tính toán sơ đồ hình 2-9.
- CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ CÓ TREO DÂY ĐẤT Sơ đồ nguyên lý.
- Tính dòng điện sét qua chống sét van.
- Tính dòng điện sét qua chống sét van bằng phương pháp sai phân.
- CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ CÓ CÁP I - Sơ đồ nguyên lý và các giả thiết Sơ đồ nguyên lý và các giả thiết.
- Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Học viên thực hiện: Phạm Văn Hiệu 4.3 - Các thông số cho trước II - Tính toán sơ đồ mạch CHƯƠNG V: SO SÁNH LỰA CHỌN CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ đơn giản bảo vệ máy điện Sơ đồ có treo dây đất Sơ đồ có cáp TÀI LIỆU THAM KHẢO.
- 85 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Học viên thực hiện: Phạm Văn Hiệu LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
- Hà Nội, ngày 22 tháng 03 năm 2012 Học viên Phạm Văn Hiệu Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Học viên thực hiện: Phạm Văn Hiệu LỜI CẢM ƠN Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trường Đại học bách khoa Hà Nội đã truyền đạt những kiến thức quý báu để em có thể hoàn thành đề tài luận văn này.
- Nguyễn Minh Chước đã tận tình hướng dẫn, động viên em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
- Xin được gửi lời biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này.
- Vì thời gian có hạn và vấn đề nghiên cứu các sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện không thể tránh khỏi những thiết sót, kinh nghiệm và hiểu biết của em còn giới hạn em kính mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè quan tâm! Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày Học viên Phạm Văn Hiệu Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Học viên thực hiện: Phạm Văn Hiệu DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CSPK Công suất phản kháng CSÔ Chống sét ống CSV Chống sét van C Tụ điện MF Máy phát K Kháng điện MC Máy cắt QĐAS Quá điện áp sét MBA Máy biến áp tpđ Thời gian phóng điện Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Học viên thực hiện: Phạm Văn Hiệu DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1-1: Sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện có kháng.
- 4 Hình 1-2: Sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện qua cáp.
- 5 Hình 1-3: Sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện qua cáp và kháng.
- 5 Hình 1-4: Sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện sử dụng dây đất.
- 6 Hình 1-5: Sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện.
- 9 Hình 1-7: Đặc tính V-A Hình 1-8: Quan hệ giữa điện áp đặt lên CSV và thời gian t (µs Hình 1-9: Sơ đồ đơn giản bảo vệ chống sét máy điện Hình 1-10: Sơ đồ đơn giản có kháng Hình 1-11: Sơ đồ đơn giản có dây đất Hình 1-12: Sơ đồ đơn giản có cáp tới máy điện Hình 2-1: Sơ đồ đơn giản bảo vệ máy điện Hình 2-2: Chiều cao cột và khoảng cách giữa các dây dẫn Hình 2-3: Xét sự ảnh hưởng của đất đến tổng trở sóng đường dây Hình 2-4: Sơ đồ mạch thay thế sau khi phóng điện Hình 2-5: Sơ đồ thay thế không xét đến điện dung C Hình 2-6: Quan hệ giữa điện áp chọc thủng Uc (kV) và thời gian t (µs Hình 2-7: Quan hệ giữa dòng qua CSV icsv (kA) và t (µs Hình 2-8: Quan hệ giữa iCSV max và điện trở R và chiều dài đoạn bảo vệ L Hình 2-9: Sơ đồ đơn giản có kháng vào đường dây Hình 2-10: Sơ đồ thay thế sau khi phóng điện khi có kháng Hình 2-11: Sơ đồ thay thế không có tụ C khi có kháng Hình 2-12: Quan hệ giữa iCSV max (kA) và R, Lkđ khi L biến thiên Hình 2-13: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, Lkđ khi L = 50m Hình 2-14: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, Lkđ khi L = 80m Hình 2-15: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, Lkđ khi L = 100m Hình 2-16: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, Lkđ khi L = 150m Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Học viên thực hiện: Phạm Văn Hiệu Hình 2-17: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, L Hình 3-1: Sơ đồ đơn giản có treo dây đất Hình 3-2: Chiều cao cột, chiều cao dây đất và khoảng cách dây dẫn Hình 3-3: Sơ đồ thay thế ba pha Hình 3-4: Sơ đồ ba pha với L1 = LA + 2MAB Hình 3-5: Sơ đồ thay thế một pha Hình 3-6: Sự ảnh hưởng của đất đối với dây đất và dây dẫn Hình 3-7: Sơ đồ thay thế ba pha không có tụ C Hình 3-8: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, Lkđ khi L = 50m Hình 3-9: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, Lkđ khi L = 80m Hình 3-10: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, Lkđ khi L = 100m Hình 3-11: Quan hệ giữa iCSV (kA) và R, Lkđ khi L = 150m Hình 3-12: Quan hệ giữa iCSV max (kA) và R, Lkđ khi L biến thiên Hình 3-13: Quan hệ giữa iCSV max (kA) và t (µs) khi R (=1, 2, 3 Ω Hình 4-1: Sơ đồ đơn giản có cáp nối với máy điện Hình 4-2: Cấu tạo lõi cáp Hình 4-3: Sơ đồ thay thế trước khi CSV phóng điện Hình 4-4: Sơ đồ thay thế sau khi CSV phóng điện Hình 4-5: Quan hệ giữa iCSV (kA) và t (µs) ứng với R Hình 4-6: Quan hệ giữa iCSV max(kA) và R, L Hình 4-7: Quan hệ giữa R (Ω) và L (m Hình 5-1: Sơ đồ bảo vệ chống sét đơn giản Hình 5-2: Sơ đồ bảo vệ chống sét sử dụng kháng điện Hình 5-3: Sơ đồ bảo vệ chống sét sử dụng dây đất Hình 5-4: Sơ đồ chống sét sử dụng cáp Hình 5-5: Sơ đồ bảo vệ chống sét sử dụng cáp và kháng điện Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Học viên thực hiện: Phạm Văn Hiệu DANH SÁCH BẢNG SỐ LIỆU Bảng 1-1: Các giá trị điện áp định mức, Uđm(kV), Ucp (kV), MBA Ucp (kV.
- 1 Bảng 1-2: Đặc trưng cơ bản của chống sét van từ bảo vệ máy điện.
- 2 Bảng 1-3: Giá trị dòng điện Ik qua chống sét van với điều kiện Udư = Ucp.
- 4 Bảng 1-4: Tổng trở sóng 3 pha của máy điện công suất bé hơn 500kW có điện áp định mức 10kV.
- 8 Bảng 2-1: Các giá trị tpđ của chống sét van Bảng 2-2: Ảnh hưởng của R và L đến giá trị iCSV max.
- Bảng 2-3: Các giá trị của tpđ - Lkđ = 50 (MH Bảng 2-4: Các giá trị tpđ, khi Lkđ = 100 MH Bảng 2-5: Các giá trị tpđ, khi Lkđ = 150 MH Bảng 2-6: Các giá trị tpđ, khi Lkđ = 200 MH Bảng 2-7: Các giá trị icsv max khi Lkđ = 50 µH Bảng 2-8: Các giá trị icsv max khi Lkđ = 100 µH Bảng 2-9: Các giá trị icsv max khi Lkđ = 150 µH Bảng 2-10: Các giá trị icsv max khi Lkđ = 200 µH Bảng 2-11: Giá trị của R(Lkđ, L) để icsv max = 1,5 kA Bảng 3-1: Các giá trị tpt của chống sét van.
- Bảng 3-2: Các giá trị icsv max Bảng 3-3: Các giá trị R để trị icsvmax = 1,5 kA Bảng 4-1: Các giá trị tpt của chống sét van.
- Bảng 4-2: Các giá trị icsv max ứng với các giá trị khác nhau của R và L2 (Lcáp = L1 = 100m Bảng 2-A-1: Các giá trị Uc của sơ đồ đơn giản không có kháng Bảng 2-B-1: Các giá trị icsv(kA) của sơ đồ đơn giản không có kháng Bảng 2-A-2: Các giá trị Uc của sơ đồ đơn giản có kháng LKĐ = 50 (µH Bảng 2-B-2: Các giá trị Icsv của sơ đồ đơn giản có kháng LKĐ=50(µH Bảng 2-A-3: Các giá trị Uc của sơ đồ đơn giản có kháng LKĐ = 100 (µH Bảng 2-B-3: Các giá trị Icsvcủa sơ đồ đơn giản có kháng LKĐ = 100(µH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Học viên thực hiện: Phạm Văn Hiệu Bảng 2-A-4: Các giá trị Uc của sơ đồ đơn giản có kháng LKĐ =150 (µH Bảng 2-B-4: Các giá trị Icsv của sơ đồ đơn giản có kháng LKĐ = 150(µH Bảng 2-A-5: Các giá trị Uc của sơ đồ đơn giản có kháng LKĐ = 200 (µH Bảng 2-B-5: Các giá trị Icsvcủa sơ đồ đơn giản có kháng LKĐ = 200(µH Bảng 3-A: Các giá trị Uc của sơ đồ có treo dây đất Bảng 3-B: Các giá trị Icsv của sơ đồ có treo dây đất Bảng 4-A: Các giá trị Uc của sơ đồ dùng cáp Bảng 4-B-1: Các giá trị Icsv của sơ đồ dùng cáp (R = 4 ÷ 7 (Ω Bảng 4-B-2: Các giá trị Icsv của sơ đồ có treo dây đất (R = 8 ÷ 10 (Ω Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Học viên thực hiện: Phạm Văn Hiệu LỜI MỞ ĐẦU 1.
- Lý do chọn đề tài: Trong sự nghiệp phát triển ngành điện, việc ứng dụng kỹ thuật điện đóng vai trò hết sức quan trọng cho việc truyền tải điện năng và phân phối trong đó có những vấn đề liên quan đến bảo vệ chống sét cho máy điện.
- Mọi thiết bị điện khi lắp đặt đều được dự kiến đưa vào vận hành lâu dài ở một cấp điện áp nào đó và thường được lựa chọn dựa trên điện áp định mức của lưới điện mà thiết bị đó được đấu nối vào.
- Tuy nhiên, trong thực tế vận hành, đôi lúc lại xảy ra quá điện áp tạm thời do nhiều nguyên nhân gây ra: có thể là do các sự cố chạm đất, do thao tác đóng cắt, do sét đánh trực tiếp và sét cảm ứng.
- Trong đó, quá điện áp do sét là nguy hiểm nhất, bởi vì quá điện áp này rất lớn gây phóng điện đánh thủng cách điện và phá hủy thiết bị.
- Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu các sơ đồ bảo vệ chống sét và các thiết bị bảo vệ chống quá điện áp, trong khuôn khổ luận văn chỉ nghiên cứu một số sơ đồ bảo vệ chống sét đơn giản, sơ đồ có treo dây đất và sơ đồ có cáp.
- Nội dung chính và đóng góp mới: Với định hướng như trên, nội dung chính của luận văn bao gồm.
- CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO MÁY ĐIỆN - CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ ĐƠN GIẢN BẢO VỆ CHỐNG SÉT MÁY ĐIỆN - CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ CÓ TREO DÂY ĐẤT - CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ CÓ CÁP - CHƯƠNG V: SO SÁNH LỰA CHỌN CÁC SƠ ĐỒ Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Học viên thực hiện: Phạm Văn Hiệu 5.
- Phương pháp nghiên cứu.
- Luận văn được thực hiện dựa trên cơ sở tìm hiểu, đánh giá những nghiên cứu, lý thuyết và tài liệu tham khảo đã công bố.
- Tiến hành áp dụng cho một số sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện, lựa chọn các sơ đồ bảo vệ chống sét hợp lý cho máy điện.
- Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Học viên thực hiện: Phạm Văn Hiệu 1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO MÁY ĐIỆN 1.1 - Nguyên lý bảo vệ chống sét cho máy điện.
- Độ bền cách điện của máy điện vượt khoảng 8 ÷ 10 lần điện áp làm việc cho phép lớn nhất, với hệ số xung kích của cách điện là 1,3 ÷ 1,6.
- Tuy nhiên, trong quá trình vận hành độ bền cách điện giảm sút nhanh chóng do rung động, do vầng quang, do tác động cơ học, do bụi bẩn và do ứng suất nhiệt và cơ, giá trị hệ số xung kích giảm tới 0,7 ÷ 1,0 và thấp hơn nữa.
- Trong một đến hai năm cách điện phải đuợc thử nghiệm lại một lần,với điện áp xoay chiều là Uđm , với điện áp một chiều là (2,5 ÷ 3) Uđm , ở đây Uđm là điện áp định mức của máy điện.
- Đối với cách điện chủ yếu của cuộn dây máy điện, biên độ cho phép của quá điện áp sét khi hệ số xung kích bằng 1 sẽ có trị số là Ucp Uđm Uđm.
- Bảng 1.1: Các giá trị điện áp định mức, Uđm(kV), Ucp (kV), MBA Ucp (kV) Điện áp định mức Uđm(kV) QĐAS đối với máy điện Ucp (kV) QĐAS cho phép đối với MBA Ucp (kV Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Học viên thực hiện: Phạm Văn Hiệu 2 Từ bảng 1.1 cho thấy Ucp đối với cách điện của máy điện thấp hơn từ 3 ÷ 7 lần so với máy biến áp có cùng cấp điện áp.
- Điều này cho thấy không thể cải tạo được điều kiện bảo vệ máy điện bằng các loại chống sét van có phẩm chất dù tốt đến đâu.
- Đối chiếu bảng 1.2 và bảng 1.3 cho thấy điện áp chọc thủng Uct và điện áp dư Udư của chống sét van ở dòng điện 3 kA, cao hơn từ 20 ÷ 30% vượt quá điện áp cho phép của máy điện (Ucp).
- Ví dụ: ở cấp điện áp 10kV có Ucp kV) còn Uctcsv=23,5kV và Udưcsv = 28kV.
- Điều này có nghĩa là để đảm bảo điều kiện Udư ≤ Ucp thì dòng điện qua chống sét van cần phải nhỏ hơn các giá trị cho ở bảng 1.3.
- Bảng 1.2: Đặc trưng cơ bản của chống sét van từ bảo vệ máy điện.
- Điện áp định mức Uđm (kV) Điện áp làm việc cho phép lớn nhất trên chống sét van Ulvln(kV) Điện áp xung chọc thủng của chống sét Uct (kV) Điện áp dư trên chống sét ở độ dài sóng 10 µs Udư(kV) 3(kV) 5(kV) 10(kV Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Học viên thực hiện: Phạm Văn Hiệu 3 Khi không có biện pháp bổ sung dòng qua chống sét van có thể vượt quá giá trị chỉ ra ở bảng 4 và do đó sẽ không đảm bảo được độ tin cậy của bảo vệ chống sét máy điện.
- Để có một bảo vệ tin cậy cho máy điện trước hết cần thiết giảm Uct và không cho phép xuất hiện thành phần dao động của điện áp trên đầu vào máy điện.
- Ngoài ra, còn yêu cầu hạn chế dòng qua chống sét van sao cho không vượt quá giá trị được nêu ở bảng 1.3.
- Yêu cầu thứ nhất được giải quyết bằng cách đặt thiết bị chống quá điện áp hay là chống sét van nối trực tiếp vào thanh góp ở đầu vào máy điện và còn ghép thêm tụ điện có điện dung lớn (khoảng 0,5 µF mỗi pha) vào thanh góp điện áp máy phát.
- Phương pháp đơn giản nhất để giải quyết vấn đề thứ hai là nối máy điện vào lưới điện đường dây trên không qua máy biến áp.
- Tuy nhiên, trong hàng loạt trường hợp không thể đáp ứng được yêu cầu trên và máy điện phải liên hệ trực tiếp với đường dây trên không.
- Lúc này để hạn chế dòng qua chống sét van sẽ sử dụng các phương pháp sau: a.
- Đặt thêm chống sét van hay chống sét ống trên đoạn tới trạm phát điện.
- Tác dụng bảo vệ của biện pháp này giống như trong sơ đồ bảo vệ ở đoạn tới trạm biến áp.
- Đặt cáp ngầm ở đoạn tới máy điện.
- Ví dụ: ở cấp điện áp định mức 10,5 kV của máy điện thì dòng điện qua chống sét van từ tương ứng với điều kiện Udư = Ucp là 0,6 ÷ 1,5(kV) Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Học viên thực hiện: Phạm Văn Hiệu 4 Bảng 1.3: Giá trị dòng điện Ik qua chống sét van với điều kiện Udư = Ucp Điện áp định mức của máy điện Uđm (kV) Dòng điện qua CSV khi Ucp = 1,5 .2.Uđm (kA) Dòng điện qua CSV khi Ucp = 1,7.2.
- Uđm (kA Bảo vệ chống sét cho máy điện nối trực tiếp vào đường dây.
- Đối với máy phát có công suất nhỏ, cũng như máy bù đồng bộ và động cơ điện, điện áp cao thì việc sử dụng máy biến áp trung gian nối giữa máy điện và đường dây không sẽ không hợp lý về kinh tế kỹ thuật.
- Sơ đồ bảo vệ máy điện nối trực tiếp vào đường dây thông thường có các biện pháp sau: chống sét van và tụ, đoạn bảo vệ tới trạm có chiều dài Ln , chống sét ống và chống sét van trên đoạn tới trạm, kháng điện đường dây và đoạn cáp tới trạm.
- Dưới đây là hình vẽ các loại sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện.
- Hình 1-1: Sơ đồ bảo vệ chống sét cho máy điện có kháng ~CSOCSV1 CSV2 CKTdcsL = 100-150 mnRRñMC MFz

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt