Gửi bạn quan elec
PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN CHỐNG SÉT VAN CHO LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 1- Các tiêu chí cần quan tâm khi lựa chọn chống sétChống sét được sử dụng trong hệ thống điện nhằm mục đích hạn chế quá điện áp gây nên do sét hoặc do thao tác, nhờ đó cho phép giảm được khoảng cách cách điện cũng như mức cách điện của các thiết bị. Với mục đích nêu trên việc lựa chọn chống sét trong hầu hết các ứng dụng là xác định được giá trị định mức nhỏ nhất cho phép của chống sét mà không làm hư hỏng chống sét đồng thời đảm bảo điện áp dư ở mức cho phép không gây ra phóng điện ở các thiết bị được nó bảo vệ hoặc đảm bảo một xác suất phóng điện của thiết bị được bảo vệ ở mức có thể chấp nhận được. Ngày nay hầu hết các loại chống sét được sử dụng trên lưới điện là loại chống sét ô-xít kim loại (ZnO) không khe hở. Khi lựa chọn chống sét để áp dụng tại các vị trí lắp đặt khác nhau cần phải hết sức lưu ý đến các thông sốsau đây của chống sét: MCOV (Maximum fundamental frequency continuous operating voltage applied to the arrester): Điện áp làm việc liên tục lớn nhất ở tần số 50Hz đặt lên chống sét TOV (Temporary fundamental frequency overvoltages to which the arrester may be exposed): Điện áp quá áp tạm thời ở tần số 50Hz mà chống sét có thể phải chịu đựng Năng lượng: năng lượng cần phải được hấp thụ bởi chống sét để giới hạn các xung đóng cắt MCOV - Là điện áp lớn nhất của hệ thống có thể giáng liên tục lên chống sét cần phải được xác định khi lựa chọn. Chống sét được lựa chọn phải có giá trị MCOV ít nhất là bằng nhưng thường được lựa chọn lớn hơn một chútso với điện áp liên tục lớn nhất của hệ thống. Ví dụ: nếu điện áp định mức của hệ thống 22kV có trung tính nối đất không bao giờ vượt quá 24kV (10%) thì điện áp làm việc liên tục lớn nhất có thểđặt lên chống sét đường dây kiểu pha-đất là 24kV/√3 = 13,86kV. Trong trường hợp này ta có thể lựa chọn chống sét van loại HE18 có giá trị MCOVbằng 15,3kV rms. TOV - Đôi lúc giá trị điện áp tần số công nghiệp giáng lên chống sét có thểvượt quá giá trị MCOV, chẳng hạn như trong lưới điện có trung tính cách đất, khi có một pha bị sự cố chạm đất, giá trị điện áp giáng lên trên hai pha
--------------------------------------------------------------------------------
Page 2
không bị sự cố bằng điện áp pha-pha, nghĩa là bằng √3 lần so với giá trịMCOV của hệ thống (tức là điện áp pha-đất). Quá điện áp tạm thời còn có thể xảy ra khi đóng điện vào đường dây truyền tải hoặc khi sa thải phụ tải. Năng lượng - Khi chống sét hạn chế các xung thao tác đóng cắt trên một đường dây truyền tải, nó có thể hấp thụ một lượng năng lượng rất lớn. Mức năng lượng hấp thụ vượt quá khả năng hấp thụ của chống sét có thể sẽ dẫn tới sự phá huỷ tức thời đối với chống sét cũng như làm hư hỏng chống sét. Điều này cũng rất quan trọng đối với khả năng TOV của chống sét khi hấp thụ năng lượng, gây đốt nóng vật liệu chống sét. Một điện áp quá áp tạm thời lớn kèm với việc hấp thụ một năng lượng lớn có thể dẫn tới việc thoát nhiệt ra bên ngoài và làm hư hỏng chống sét. Đối với các thiết bị có điện áp nhỏ hơn 52kV, quá điện áp do thao tác đóng cắt không tạo thành vấn đề nghiêm trọng với lưới điện trên không và sự phối hợp cách điện chủ yếu được dựa trên các quá điện áp do sét. Mức bảo vệ hay là điện áp phóng điện của chống sét là giá trị điện áp còn lại sau khi chống sét phóng điện, nó là một hàm số của dạng sóng, độ dốc đầu sóng cũng như cường độ dòng điện phóng.Khi lựa chọn chống sét cần luôn luôn duy trì một khoảng cách giữa mức bảo vệ của chống sét (giá trị điện áp dư của chống sét) và mức cách điện của thiết bị được bảo vệ để đề phòng mức bảo vệ của chống sét có thể ngẫu nhiên bị xê dịch do độ dốc đầu sóng lớn hơn, giá trị dòng điện phóng lớn hơn,... hoặc mức cách điện của thiết bị bị suy giảm do lão hoá hoặc giá trịmức cách điện đưa ra dựa trên các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm môphỏng không hoàn toàn chính xác các điều kiện trong thực tế. Tiêu chuẩn IEC 71-2 qui định về phối hợp cách điện đã đưa ra khuyến nghịvề mức độ dự phòng cách điện của thiết bị sau khi chống sét làm việc nhưsau: Đối với lưới điện có cấp điện áp <52kV với các thiết bị nhạy cảm với quá điện áp xung sét nên áp dụng một hệ số dự phòng ≈ 1,4 giữa mức chịu đựng quá điện áp xung sét của thiết bị được bảo vệ với mức bảo vệ xung của chống sét. Đối với các thiết bị ít nhạy cảm hơn đối với quá điện áp có thể ápdụng một hệ số dự phòng 1,2 trong một số trường hợp cụ thể. Cách tính nhưsau: Hệ số dự phòng = (mức chịu đựng xung sét của t.bị / mức bảo vệ xung của chống sét)
--------------------------------------------------------------------------------
Page 3
VD: MBA có điện áp chịu đựng xung sét là 170kV, chống sét bảo vệ dùng loại VARISIL HE42 có mức bảo vệ xung sét (điện áp dư xung sét) là108,1kV, khi đó ta có thể tính ra được hệ số dự phòng cách điện là 170/108,1 = 1,57 phù hợp với khuyến nghị của tổ chức tiêu chuẩn IEC. 2- Hướng dẫn lựa chọn chống sét cho lưới trung ápa) Lưới điện 35kV có trung tính cách đất Ví dụ: cần lắp đặt chống sét để bảo vệ cho MBA 35kV được chế tạo theo tiêu chuẩn IEC-76. Các MBA được chế tạo theo tiêu chuẩn IEC-76 có các mức các điện nhưsau: Điện áp hiệu dụng Điện áp chịu đựng của Điện áp chịu đựng của thiết bịt.bị ở tần số công nghiệp xung sét (đỉnh) (kV rms)(kV rms)(kV) 7,2 20 60 12287524 50 125 36 70 170 Chống sét được lắp đặt kiểu pha-đất tại đầu cực MBA 35kV trong lưới trung tính cách đất. Điện áp pha-đất của lưới 35kV là 35kV/√3 = 20,21kV. Theo qui phạm, giá trị điện áp vận hành lớn nhất của hệ thống bằng 1,1 giá trị điện áp định mức của hệ thống, như vậy điện áp vận hành liên tục lớn nhất cho phép của hệ thống 35kV sẽ là 38,5kV. Đối với hệ thống 35kV có trung tính cách đất, theo qui phạm cho phép được vận hành khi xảy ra sự có chạm đất một pha tối đa trong 2h. Giá trị điện áp vận hành liên tục pha-đất lớn nhất của hệ thống là 38,5kV/√3 = 22,23kV, như vậy chống sét được lựa chọn cần phải có giá trị MCOV phải bằng hoặc lớn hơn trị số nêu trên. Giá trị quá điện áp tạm thời khi xảy ra sự cố chạm đất 1 pha của hệ thống sẽ bằng giá trịđiện áp pha-pha (38,5kV), tức là bằng 1,9 lần (1,9 pu) giá trị điện áp pha-pha đất (20,21kV) và kéo dài trong 2h. Như vậy chống sét được lựa chọn có đặc tính TOV thoả mãn điều kiện quá điện áp tạm thời với mức 1,9 pu và kéo dài trong 2h. Căn cứ vào các tiêu chí về MCOV và TOV, căn cứ vào các loại chống sét của ALSTOM ta chọn được chống sét loại HE42 có các giá trị: * Uc (MCOV) = 33,6kV > 22,23kV - điện áp pha-đất lớn nhất của hệ thống
--------------------------------------------------------------------------------
Page 4
* Giá trị TOV được tính bằng Utov/Ur = 38,5kV/42kV = 0,92 pu, tra theo đặc tính TOV của van HE42, thời gian cho phép ở mức quá áp 0,92 pu của HE42 đối với chống sét mới là vô cùng và khoảng 20000 sec tương đương 5,5h khi trước đó đã phải chịu xung thao tác đóng cắt 100kA 4/10µs. Chống sét van loại HE42 ở dòng phóng 10kA có mức cách điện (điện ápphóng điện dư xung sét) là 108,1kV rms và mức dự phòng cách điện được tính bằng 170kV/1108,1kV = 1,57. Mức dự phòng cách điện này là hoàn toàn đáp ứng yêu cầu bảo vệ MBA 35kV theo khuyến nghị trong tiêu chuẩn IEC 71-2, vì vậy việc chọn chống sét HE42 trong ứng dụng nêu trên là chính xác. Tuy nhiên hiện nay Tổng công ty điện lực Việt nam đã có văn bản yêu cầu các công ty điện lực phải đưa bảo vệ đi cắt máy cắt khi trạm đất vào làm việc cho các lưới điện trung áp có trung tính cách đất trong thành phố hoặc đi qua các khu đông dân cư. Như vậy sau khi đưa bảo vệ chống chạm đất vào làm việc, thời gian quá điện áp tạm thời cho phép khi chạm đất một pha chính bằng thời gian đi cắt máy cắt của bảo vệ, lâu nhất trong khoảng 3s.b) Lưới điện 22kV có trung tính cách đất hoặc qua kháng, tổng trởVí dụ: cần lắp đặt chống sét để bảo vệ cho MBA 22kV được chế tạo theo tiêu chuẩn IEC-76. Các thông số của hệ thống 22kV trung tính cách đất nhưsau: - Điện áp định mức của hệ thống:22kV - Điện áp làm việc pha-pha liên tục lớn nhất của hệ thống:24kV - Điện áp làm việc pha-đất liên tục lớn nhất của HT: 13,86kV - Điện áp quá áp tạm thời pha-đất lớn nhất (Utov): 24kV - Thời gian vận hành cho phép khi bị chạm đất 1 pha (quá áp tạm thời): + Khi không có bảo vệ đi cắt, chỉ báo tín hiệu 2 h + Khi có bảo vệ đi cắt MC khi sự cố chạm đất 3 sec - Yêu cầu bảo vệ chống sét ở mức dòng xung sét: 10kA - Mức hấp thụ năng lượng yêu cầu: 4kJ/kV Để lựa chọn chống sét ta xem xét tiêu chí đầu tiên là mức hấp thụ năng lượng. Chống sét ALSTOM dòng HE có mức hấp thụ năng lượng 4,8kJ/kVđáp ứng yêu cầu, có thể lựa chọn để xem xét tiếp. Tiêu chí tiếp theo được sử dụng để lựa chọn là điện áp làm việc liên tục pha-đất lớn nhất. Chống sét van phải có điện áp làm việc liên tục Uc > điện áplàm việc liên tục pha-đất lớn nhất của HT (13,86kV). Các loại chống sét từHE18 trở lên có Uc > 13,86kV sẽ được lựa chọn để xem xét tiếp.
--------------------------------------------------------------------------------
Page 5
* Trong trường hợp không có bảo vệ đi cắt MC khi xảy ra sự cố pha-đất, thời gian quá điện áp yêu cầu là 2h. Ta xem xét thử lựa chọn loại HE24 có Uc = 20kV và Ur = 24kV. Mức quá áp tạm thời được tính: Utov / Ur = 24kV / 24 kV = 1 pu Căn cứ vào đặc tính TOV (của chống sét mới) của dòng chống sét HE ta cóthời gian chịu quá điện áp tạm thời ở mức 1 pu là 150000 sec tương đương 417h. Như vậy việc lựa chọn HE24 là hoàn toàn phù hợp. Yếu tố cuối cùng cần xem xét đó là khả năng phối hợp cách điện với thiết bịđược bảo vệ, thể hiện bằng mức dự phòng cách điện. Chống sét loại HE24 ởdòng phóng 10kA có mức cách điện (điện áp phóng điện dư xung sét) là 65,1kV rms. Mức dự phòng cách điện của MBA 22kV được chế tạo theotiêu chuẩn IEC 76 được tính như sau: 150kV/65,1kV = 2,3 > 1,4 phù hợp với khuyến nghị của IEC 71-2. Như vậy việc lựa chọn chống sétHE24 để bảo vệ MBA 22kV trong lưới trung tính cách đất không có bảo vệđi cắt máy cắt khi sự cố 1 pha với đất là hoàn toàn phù hợp. * Trong trường hợp có trang bị bảo vệ đi cắt MC khi xảy ra sự cố pha-đất, thời gian quá điện áp chỉ tồn tại tối đa 3s. Ta xem xét thử lựa chọn loại HE18 có Uc = 15,3kV, Ur = 18kV. Mức quá áp tạm thời được tính: Utov / Ur = 24kV / 18 kV = 1,17 pu Căn cứ vào đặc tính TOV (của chống sét mới) của dòng chống sét HE ta cóthời gian chịu quá điện áp tạm thời ở mức 1,17 pu xấp xỉ 50 sec. Như vậy việc lựa chọn HE18 là hoàn toàn phù hợp.Yếu tố cuối cùng cần xem xét đó là khả năng phối hợp cách điện với thiết bịđược bảo vệ, thể hiện bằng mức dự phòng cách điện. Chống sét loại HE18 ởdòng phóng 10kA có mức cách điện (điện áp phóng điện dư xung sét) là 49,1kV rms. Mức dự phòng cách điện của MBA 22kV được chế tạo theotiêu chuẩn IEC 76 được tính như sau: 150kV/49,1kV = 3,05 > 1,4 phù hợp với khuyến nghị của IEC 71-2. Như vậy việc lựa chọn chống sétHE18 để bảo vệ MBA 22kV trong lưới trung tính cách đất có trang bị bảo vệđi cắt máy cắt khi sự cố 1 pha với đất là phù hợp. c) Lưới điện 22kV có trung tính nối đất trực tiếp
--------------------------------------------------------------------------------
Page 6
Ví dụ: cần lắp đặt chống sét để bảo vệ cho MBA 22kV được chế tạo theo tiêu chuẩn IEC-76. Các thông số của hệ thống 22kV trung tính nối đất nhưsau: - Điện áp định mức của hệ thống:22kV - Điện áp làm việc pha-pha liên tục lớn nhất của hệ thống:24kV - Điện áp làm việc pha-đất liên tục lớn nhất của HT: 13,86kV - Điện áp quá áp tạm thời pha-đất lớn nhất (Utov): 13,86kV - Yêu cầu bảo vệ chống sét ở mức dòng xung sét: 10kA - Mức hấp thụ năng lượng yêu cầu: 4kJ/kV Để lựa chọn chống sét ta xem xét tiêu chí đầu tiên là mức hấp thụ năng lượng. Chống sét ALSTOM dòng HE có mức hấp thụ năng lượng 4,8kJ/kVđáp ứng yêu cầu, có thể lựa chọn để xem xét tiếp. Tiêu chí tiếp theo được sử dụng để lựa chọn là điện áp làm việc liên tục pha-đất lớn nhất. Chống sét van phải có điện áp làm việc liên tục Uc > điện áplàm việc liên tục pha-đất lớn nhất của HT (24/√3 = 13,87kV). Các loại chống sét từ HE18 trở lên có Uc > 13,87kV sẽ được lựa chọn để xem xét tiếp. Ta xem xét thử lựa chọn loại HE18 có Uc = 15,3kV, Ur = 18kV. Mức quá áp tạm thời được tính: Utov / Ur = 13.87kV / 18 kV = 0,77 pu Căn cứ vào đặc tính TOV (không phải chịu xung thao tác đóng cắt) của dòng chống sét HE ta có thời gian chịu quá điện áp tạm thời ở mức 0,77 pu là vô cùng lớn. Như vậy việc lựa chọn HE18 là phù hợp. Yếu tố cuối cùng cần xem xét đó là khả năng phối hợp cách điện với thiết bịđược bảo vệ, thể hiện bằng mức dự phòng cách điện. Chống sét loại HE18 ởdòng phóng 10kA có mức cách điện (điện áp phóng điện dư xung sét) là 49,1kV rms. Mức dự phòng cách điện của MBA 22kV được chế tạo theotiêu chuẩn IEC 76 được tính như sau: 150kV/49,1kV = 3,05 > 1,4 phù hợp với khuyến nghị của IEC 71-2. Như vậy việc lựa chọn chống sétHE18 để bảo vệ MBA 22kV trong lưới trung tính nối đất là phù hợp. d) Lưới điện 10kV có trung tính cách đất Ví dụ: cần lắp đặt chống sét để bảo vệ cho MBA 10kV được chế tạo theo tiêu chuẩn IEC-76. Các thông số của hệ thống 10kV trung tính cách đất nhưsau:
--------------------------------------------------------------------------------
Page 7
- Điện áp định mức của hệ thống:10kV - Điện áp làm việc pha-pha liên tục lớn nhất của hệ thống:11kV - Điện áp làm việc pha-đất liên tục lớn nhất của HT: 6,35kV - Điện áp quá áp tạm thời pha-đất lớn nhất (Utov): 11kV - Thời gian vận hành cho phép khi bị chạm đất 1 pha (quá áp tạm thời): + Khi không có bảo vệ đi cắt, chỉ báo tín hiệu 2 h + Khi có bảo vệ đi cắt MC khi sự cố chạm đất 3 sec - Yêu cầu bảo vệ chống sét ở mức dòng xung sét: 10kA - Mức hấp thụ năng lượng yêu cầu: 4kJ/kV Để lựa chọn chống sét ta xem xét tiêu chí đầu tiên là mức hấp thụ năng lượng. Chống sét ALSTOM dòng HE có mức hấp thụ năng lượng 4,8kJ/kVđáp ứng yêu cầu, có thể lựa chọn để xem xét tiếp. Tiêu chí tiếp theo được sử dụng để lựa chọn là điện áp làm việc liên tục pha-đất lớn nhất. Chống sét van phải có điện áp làm việc liên tục Uc > điện áplàm việc liên tục pha-đất lớn nhất của HT (11/√3 = 6,36kV). Các loại chống sét từ HE09 trở lên có Uc > 6,36kV sẽ được lựa chọn để xem xét tiếp. * Trong trường hợp không có bảo vệ đi cắt MC khi xảy ra sự cố pha-đất, thời gian quá điện áp yêu cầu là 2h. Ta xem xét thử lựa chọn loại HE10 có Uc = 8,4kV, Ur = 10kV. Mức quá áp tạm thời được tính: Utov / Uc = 11kV / 10 kV = 1,1 pu Căn cứ vào đặc tính TOV (không phải chịu xung thao tác đóng cắt) của dòng chống sét HE ta có thời gian chịu quá điện áp tạm thời ở mức 1,1 pu chỉ là 65sec < 2h. Như vậy việc lựa chọn HE10 là không phù hợp. Ta xem xét lựa chọn loại HE12 có Uc = 10.2kV, Ur = 12kV. Mức quá áptạm thời được tính: Utov / Uc = 11kV / 12 kV = 0,92 pu Căn cứ vào đặc tính TOV (của chống sét mới) của dòng chống sét HE ta cóthời gian chịu quá điện áp tạm thời ở mức 0,92 pu là vô cùng và sau khi chịu một xung thao tác đóng cắt 100kA 4/10µs là 20000 sec tương đương 55,5h. Như vậy việc lựa chọn HE12 là phù hợp. Yếu tố cuối cùng cần xem xét đó là khả năng phối hợp cách điện với thiết bịđược bảo vệ, thể hiện bằng mức dự phòng cách điện. Chống sét loại HE12 ởdòng phóng 10kA có mức cách điện (điện áp phóng điện dư xung sét) là 32,8kV rms. Mức dự phòng cách điện của MBA 10kV được chế tạo theotiêu chuẩn IEC 76 được tính như sau:
--------------------------------------------------------------------------------
Page 8
75kV/32,8kV = 2,28 > 1,4 phù hợp với khuyến nghị của IEC 71-2. Như vậy việc lựa chọn chống sétHE12 để bảo vệ MBA 10kV trong lưới trung tính cách đất không có bảo vệđi cắt máy cắt khi sự cố 1 pha với đất là phù hợp. * Trong trường hợp có trang bị bảo vệ đi cắt MC khi xảy ra sự cố pha-đất, thời gian quá điện áp chỉ tồn tại tối đa 3s. Ta xem xét thử lựa chọn loại HE09 có Uc = 7,65kV, Ur = 9kV. Mức quá áp tạm thời được tính: Utov / Uc = 11kV / 9 kV = 1,22 pu Căn cứ vào đặc tính TOV (của chống sét mới) của dòng chống sét HE ta cóthời gian chịu quá điện áp tạm thời ở mức 1,22 pu xấp xỉ 7 sec. Như vậy việc lựa chọn HE09 là hoàn toàn phù hợp.Yếu tố cuối cùng cần xem xét đó là khả năng phối hợp cách điện với thiết bịđược bảo vệ, thể hiện bằng mức dự phòng cách điện. Chống sét loại HE09 ởdòng phóng 10kA có mức cách điện (điện áp phóng điện dư xung sét) là 28,1kV rms. Mức dự phòng cách điện của MBA 10kV được chế tạo theotiêu chuẩn IEC 76 được tính như sau: 75kV/28,1kV = 2,67 > 1,4 phù hợp với khuyến nghị của IEC 71-2. Như vậy việc lựa chọn chống sétHE09 để bảo vệ MBA 10kV trong lưới trung tính cách đất có trang bị bảo vệđi cắt máy cắt khi sự cố 1 pha với đất là phù hợp. 3- Lựa chọn chống sét AREVA (ALSTOM T&D) cho lưới trung ápTheo cách lựa chọn chống sét dựa vào các tiêu chí đã được các tổ chức tiêu chuẩn IEC và IEEE ban hành nêu trên, căn cứ vào dãy sản phẩm chống sét HE của AREVA (ALSTOM T&D), ta có bảng lựa chọn chống sét HE đểbảo vệ cho các thiết bị trong lưới phân phối trung áp như sau: Điện áp hệ thốngTrung tínhChế độ rơ le bảo vệ máy cắt tổng 6kV10kV22kV35kVNối đất trực tiếpHE06HE09HE18HE36Cắt NM 1 pha HE06 HE09 HE18 HE36 Nối đất qua tổng trở, kháng Không cắt NM 1 pha HE09HE12HE27HE42Cắt NM 1 pha HE06 HE09 HE24 HE36 Cách ly Không cắt NM 1 pha HE09HE12HE27HE42
--------------------------------------------------------------------------------
Page 9
Các loại chống sét trong bảng lựa chọn nêu trên được chọn sát với các yêu cầu kỹ thuật của các hệ thống. Tuy nhiên trên thực tế hoàn toàn có thể áp dụng các gam thiết bị lớn hơn miễn là thoả mãn các yêu cầu về phối hợp cách điện với thiết bị được bảo vệ, chẳng hạn, căn cứ vào điện áp phóng điện dư hoàn toàn có thể: - Dùng HE24 để bảo vệ cho thiết bị trong lưới 22kV có trung tính nối đất trực tiếp - Dùng HE42 để bảo vệ cho thiết bị trong lưới 35kV có trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, đặc biệt là yêu cầu về độ dự phòng cách điện cho thiết bị được bảo vệ. Việc sử dụng các gam thiết bị chống sét lớn hơn để bảo vệ cho thiết bị dù đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nhưng thường có chi phí cao hơn. Vì vậy tuỳtheo người sử dụng và cân nhắc giữa các yếu tố kinh tế và kỹ thuật mà quyết định. Nhà phân phối độc quyền sản phẩm chống sét trung áp của AREVA (ALSTOM T&D cũ) tại Việt NamCÔNG TY TNHH PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ MAI PHƯƠNG 22 Kim Đồng, Hoàng Mai, Hà Nội - Tel. 04 6640858, Fax. 04 6645771Email:
ntvinh@mptec.com, Website:
www.mptec.com