Xem mẫu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
NGUYỄN THỊ THÙY DƯƠNG
ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG
KĨ THUẬT CAO ÁP
(CAO ĐẲNG CHÍNH QUY)
HƯNG YÊN 2017
Page 1
MỤC LỤC
MỤC LỤC ....................................................................................................................................... 1
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................ Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 1. PHÓNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ ....................................................................... 5
1.1. Đặc tính chung của các chất khí cách điện........................................................................... 5
1.2 Các quá trình ion hóa trong chất khí ..................................................................................... 6
1.2.1 Ion hóa va chạm: ............................................................................................................ 6
1.2.2 Ion hóa quang: ................................................................................................................ 6
1.2.3 Ion hóa nhiệt: .................................................................................................................. 7
1.2.4 Ion hóa bề mặt: ............................................................................................................... 7
1.3 Các quá trình chủ yếu của phóng điện trong chất khí ........................................................... 7
1.4 Đặc tính Von-ampe và các dạng phóng điện của chất khí .................................................... 8
CHƯƠNG 2. HIỆN TƯỢNG PHÓNG ĐIỆN SÉT VÀ QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG TRÊN
ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN ............................................................................................................ 10
2.1 Khái niệm chung về hiện tượng phóng điện sét .................................................................. 10
2.1.1 Quá trình phóng điện sét .............................................................................................. 10
2.1.2 Tham số của dòng điện sét ........................................................................................... 10
2.1.3 Cường độ hoạt động của sét ......................................................................................... 12
2.2 Phóng điện xung kích .......................................................................................................... 12
2.2.1 Điện áp xung kích ........................................................................................................ 12
2.2.2 Máy phát điện áp xung ................................................................................................. 12
2.2.3 Đặc tính von-giây ......................................................................................................... 15
2.3.4 Ý nghĩa của đặc tính Vôn-giây..................................................................................... 17
2.3. Phóng điện vầng quang ...................................................................................................... 18
2.3.1 Phóng điện vầng quang trên đường dây dẫn điện một chiều ....................................... 19
2.3.2 Phóng điện vầng quang trên đường dây dẫn điện xoay chiều ...................................... 21
2.3.3 Các phương pháp giảm tổn hao vầng quang ................................................................ 26
2.4 Truyền sóng trên đường dây tải điện................................................................................... 27
2.4.1 Phương trình truyền sóng trên đường dây tải điện ....................................................... 27
2.4.2 Truyền sóng trên hệ thống nhiều đường dây ................................................................ 29
2.4.3 Phản xạ và khúc xạ của sóng........................................................................................ 34
2.4.4 Quy tắc Petecxen .......................................................................................................... 35
2.4.5 Quy tắc sóng đẳng trị ................................................................................................... 39
CHƯƠNG 3. BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP ........................................................................ 40
3.1 Khái niệm chung ................................................................................................................. 40
3.2 Mô hình phạm vi bảo vệ ...................................................................................................... 41
3.2.1 Phương pháp xác định phạm vi bảo vệ của cột thu lôi bằng thực nghiệm ................... 41
3.3 Bảo vệ bằng cột thu sét ....................................................................................................... 42
Page 2
3.3.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét .............................................................................. 42
3.3.2 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét ............................................................................... 43
3.3.3 Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét ........................................................................... 45
3.4 Bảo vệ bằng dây thu sét....................................................................................................... 45
3.5 Khoảng cách an toàn trong không khí và trong đất trong lưới điện phân phối ................... 46
3.5.1 Để không xảy ra phóng điện trong không khí thì:........................................................ 47
3.5.2 Để không xảy ra phóng điện giữa hai hệ thống nối đất thì: ........................................ 47
CHƯƠNG 4. THIẾT BỊ CHỐNG SÉT ......................................................................................... 48
4.1 Yêu cầu đối với thiết bị chống sét ....................................................................................... 48
4.2 Thiết bị chống sét ống ......................................................................................................... 49
4.2.1 Cấu tạo.......................................................................................................................... 49
4.2.2 Nguyên lý làm việc ...................................................................................................... 49
4.2.3 Ứng dụng ...................................................................................................................... 50
4.3 Thiết bị chống sét van ......................................................................................................... 51
4.3.1 Cấu tạo.......................................................................................................................... 51
4.3.2 Nguyên lý làm việc ...................................................................................................... 53
4.3.3 Các loại chống sét van 1 Loại bình thường .................................................................. 54
CHƯƠNG 5. NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN.................................................................. 56
5.1 Khái niệm chung ................................................................................................................. 56
5.2 Điện trở nối đất xoay chiều ................................................................................................ 57
5.2.1 Hệ thống nối đất đơn giản ............................................................................................ 57
5.2.2 Hệ thống nối đất tổ hợp ................................................................................................ 58
5.3 Tính toán nối đất chống sét ................................................................................................. 59
5.3.1 Điện trở tản xung kích của nối đất tập trung ................................................................ 60
5.3.2 Nối đất phân bố dài ...................................................................................................... 60
5.4 Lựa chọn các phương án nối đất hợp lý .............................................................................. 62
5.4.1 Nối đất an toàn ............................................................................................................. 62
5.4.2 Nối đất chống sét .......................................................................................................... 63
CHƯƠNG 6. BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ....... 65
6.1 Đường dây tải điện .............................................................................................................. 65
6.1.1 Yêu cầu chung .............................................................................................................. 65
6.1.2 Quá điện áp do sét đánh gây cảm ứng .......................................................................... 66
6.1.3 Quá điện áp do sét đánh trực tiếp vào đường dây trên không treo dây chống sét ........ 67
6.1.4 Quá điện áp do sét đánh trực tiếp vào đường dây trên không có treo dây chống sét ... 70
6.2 Trạm biến áp........................................................................................................................ 73
6.2.1 Yêu cầu chung .............................................................................................................. 73
6.2.2 Những dạng sóng truyền vào trạm ............................................................................... 74
6.2.3 Các sơ đồ bảo vệ trạm .................................................................................................. 76
Page 3
6.3 Máy phát điện ...................................................................................................................... 78
6.3.1 Đặc điểm chung ............................................................................................................ 78
6.3.2 Máy phát nối với đường dây trên không qua máy biến áp ........................................... 79
6.3.3 Máy phát nối trực tiếp với đường dây trên không........................................................ 81
CHƯƠNG 7. CÁCH ĐIỆN DÙNG TRONG CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN........... 84
7.1 Đặc tính cách điện dùng trong hệ thống điện ...................................................................... 84
7.1.1 Đặc tính điện ................................................................................................................ 84
7.1.2 Đặc tính cơ ................................................................................................................... 85
7.1.3 Các điều kiện lựa chọn cách điện của hệ thống điện.................................................... 85
7.2 Cách điện của đường dây trên không .................................................................................. 86
7.2.1 Yêu cầu đối với cách điện đường dây .......................................................................... 86
7.2.2 Vật liệu và kết cấu cách điện ........................................................................................ 87
7.2.3 Chuỗi cách điện ............................................................................................................ 89
7.3 Cách điện trong máy biến áp ............................................................................................... 93
7.3.1 Quá trình quá độ trong cuộn dây máy biến áp ............................................................. 93
7.3.2 Đặc điểm của quá trình quá độ trong máy biến áp ba pha ........................................... 95
7.3.3 Quá trình quá độ trong cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu .......................................... 96
7.3.4 Kết cấu cách điện trong máy biến áp ........................................................................... 97
7.3.5 Những biện pháp cải thiện cách điện trong máy biến áp ............................................. 97
7.3.6 Đặc tính điện và thí nghiệm cách điện của máy biến áp .............................................. 98
7.4 Cách điện của máy điện ...................................................................................................... 99
7.4.1 Yêu cầu chung .............................................................................................................. 99
7.4.2 Kết cấu cách điện của máy điện ................................................................................... 99
7.4.3 Quá trình quá độ trong cuộn dây máy điện ................................................................ 101
7.4.4 Thí nghiệm cách điện của máy điện ........................................................................... 101
Page 4
CHƯƠNG 1.PHÓNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ
1.1. Đặc tính chung của các chất khí cách điện
Các chất khí chủ yếu là không khí thường được dùng làm chất cách điện của các thiết điện làm
việc trong không khí và của đường dây tải điện trên không.
Không khí hoặc phối hợp với các điện môi khác hoặc đơn độc làm nhiệm vụ cách điện giữa
các pha hoặc giữa pha với đấy (vỏ máy). Bởi vậy đặc tính cách điện của chất khí có ý nghĩa
quan trọng trong kỹ thuật điện cao áp.Error! Reference source not found.
Khi chúng mất khả năng cách điện sẽ gây nên hiện tượng ngắn mạch và dẫn đến các sự cố
trong các thiết bị và hệ thống điện. Trong nội bộ các điện môi rắn và lỏng cũng thường tồn tại
các bọt khí, đó là các điểm cách điện suy yếu vì cách điện của các điện môi này bị hư hỏng
thường bắt nguồn từ các quá trình phóng điện của bọt khí.
* Yêu cầu chung đối với các chất khí cách điện
Các chất khí chọn dùng làm chất cách điện phải đạt được các yêu cầu sau đây:
1. Phải là loại khí trơ nghĩa là không gây các phản ứng hóa học với các chất cách điện khác
trong cùng kết cấu cách điện hoặc với các kim loại của thiết bị điện.
2. Có cường độ cách điện cao. Sử dụng các chất khí có cường độ cách điện cao sẽ giảm được
kích thước của kết cấu cách điện và của thiết bị.
3. Nhiệt độ hóa lỏng thấp để có thể sử dụng chúng ở trạng thái có áp suất cao. Như sau này sẽ
thấy các chất khí có cường độ cách điện cao ở cả hai trạng thái hoặc áp suất nhỏ (chân không)
hoặc áp suất cao. Trạng thái dầu ít được dùng trong công nghiệp điện vì các chất cách điện
khác khi tiếp xúc với chân không có thể sinh hơi làm tăng áp suất và do đó làm giảm cường độ
cách điện, vì vậy để tăng cường độ cách điện của khí thường dùng nó ở áp suất cao.
4. Phải rẻ tiền và dễ tìm kiếm
5. Tản nhiệt tốt. Trong trường hợp chất khí ngoài nhiệm vụ cách điện còn có nhiệm vụ làm
mát (như trong máy điện) thì còn yêu cầu phải dẫn nhiệt tốt.
Không khí, loại khí thường gặp nhất, thỏa mãn được yêu cầu (4) nhưng lại không đạt
yêu cầu (1) và (2), nhất là yêu cầu (1). Quá trình ion hóa trong không khí thường phát sinh các
chất ozon, oxit nito, bioxit nito, chúng ăn mòn các bộ phận cách điện bằng vật liệu hữu cơ và
ăn mòn kim loại. Cường độ cách điện trung bình của không khí khoảng 30kV/cm trong khí đó
cường độ cách điện của dầu biến áp rất sạch là 280kV/cm (cường độ cách điện là đặc tính
quan trọng của mọi chất cách điện, biểu thị bằng số kV trên đơn vị chiều dày mà chất cách
điện có thể chịu đựng được). Như vậy cường độ cách điện của không khí chỉ bằng khoảng
1/10 so với dầu biến áp, cho nên để tăng cường độ cách điện của nó lên ngang mức với các
chất cách điện rắn và lỏng cần phải tăng áp suất không khí tới 10÷15 atm điều đó sẽ làm cho
kết cấu và vận hành của thiết bị càng phức tạp
Page 5
nguon tai.lieu . vn
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
NGUYỄN THỊ THÙY DƯƠNG
ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG
KĨ THUẬT CAO ÁP
(CAO ĐẲNG CHÍNH QUY)
HƯNG YÊN 2017
Page 1
MỤC LỤC
MỤC LỤC ....................................................................................................................................... 1
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................ Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 1. PHÓNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ ....................................................................... 5
1.1. Đặc tính chung của các chất khí cách điện........................................................................... 5
1.2 Các quá trình ion hóa trong chất khí ..................................................................................... 6
1.2.1 Ion hóa va chạm: ............................................................................................................ 6
1.2.2 Ion hóa quang: ................................................................................................................ 6
1.2.3 Ion hóa nhiệt: .................................................................................................................. 7
1.2.4 Ion hóa bề mặt: ............................................................................................................... 7
1.3 Các quá trình chủ yếu của phóng điện trong chất khí ........................................................... 7
1.4 Đặc tính Von-ampe và các dạng phóng điện của chất khí .................................................... 8
CHƯƠNG 2. HIỆN TƯỢNG PHÓNG ĐIỆN SÉT VÀ QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG TRÊN
ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN ............................................................................................................ 10
2.1 Khái niệm chung về hiện tượng phóng điện sét .................................................................. 10
2.1.1 Quá trình phóng điện sét .............................................................................................. 10
2.1.2 Tham số của dòng điện sét ........................................................................................... 10
2.1.3 Cường độ hoạt động của sét ......................................................................................... 12
2.2 Phóng điện xung kích .......................................................................................................... 12
2.2.1 Điện áp xung kích ........................................................................................................ 12
2.2.2 Máy phát điện áp xung ................................................................................................. 12
2.2.3 Đặc tính von-giây ......................................................................................................... 15
2.3.4 Ý nghĩa của đặc tính Vôn-giây..................................................................................... 17
2.3. Phóng điện vầng quang ...................................................................................................... 18
2.3.1 Phóng điện vầng quang trên đường dây dẫn điện một chiều ....................................... 19
2.3.2 Phóng điện vầng quang trên đường dây dẫn điện xoay chiều ...................................... 21
2.3.3 Các phương pháp giảm tổn hao vầng quang ................................................................ 26
2.4 Truyền sóng trên đường dây tải điện................................................................................... 27
2.4.1 Phương trình truyền sóng trên đường dây tải điện ....................................................... 27
2.4.2 Truyền sóng trên hệ thống nhiều đường dây ................................................................ 29
2.4.3 Phản xạ và khúc xạ của sóng........................................................................................ 34
2.4.4 Quy tắc Petecxen .......................................................................................................... 35
2.4.5 Quy tắc sóng đẳng trị ................................................................................................... 39
CHƯƠNG 3. BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP ........................................................................ 40
3.1 Khái niệm chung ................................................................................................................. 40
3.2 Mô hình phạm vi bảo vệ ...................................................................................................... 41
3.2.1 Phương pháp xác định phạm vi bảo vệ của cột thu lôi bằng thực nghiệm ................... 41
3.3 Bảo vệ bằng cột thu sét ....................................................................................................... 42
Page 2
3.3.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét .............................................................................. 42
3.3.2 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét ............................................................................... 43
3.3.3 Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét ........................................................................... 45
3.4 Bảo vệ bằng dây thu sét....................................................................................................... 45
3.5 Khoảng cách an toàn trong không khí và trong đất trong lưới điện phân phối ................... 46
3.5.1 Để không xảy ra phóng điện trong không khí thì:........................................................ 47
3.5.2 Để không xảy ra phóng điện giữa hai hệ thống nối đất thì: ........................................ 47
CHƯƠNG 4. THIẾT BỊ CHỐNG SÉT ......................................................................................... 48
4.1 Yêu cầu đối với thiết bị chống sét ....................................................................................... 48
4.2 Thiết bị chống sét ống ......................................................................................................... 49
4.2.1 Cấu tạo.......................................................................................................................... 49
4.2.2 Nguyên lý làm việc ...................................................................................................... 49
4.2.3 Ứng dụng ...................................................................................................................... 50
4.3 Thiết bị chống sét van ......................................................................................................... 51
4.3.1 Cấu tạo.......................................................................................................................... 51
4.3.2 Nguyên lý làm việc ...................................................................................................... 53
4.3.3 Các loại chống sét van 1 Loại bình thường .................................................................. 54
CHƯƠNG 5. NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN.................................................................. 56
5.1 Khái niệm chung ................................................................................................................. 56
5.2 Điện trở nối đất xoay chiều ................................................................................................ 57
5.2.1 Hệ thống nối đất đơn giản ............................................................................................ 57
5.2.2 Hệ thống nối đất tổ hợp ................................................................................................ 58
5.3 Tính toán nối đất chống sét ................................................................................................. 59
5.3.1 Điện trở tản xung kích của nối đất tập trung ................................................................ 60
5.3.2 Nối đất phân bố dài ...................................................................................................... 60
5.4 Lựa chọn các phương án nối đất hợp lý .............................................................................. 62
5.4.1 Nối đất an toàn ............................................................................................................. 62
5.4.2 Nối đất chống sét .......................................................................................................... 63
CHƯƠNG 6. BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ....... 65
6.1 Đường dây tải điện .............................................................................................................. 65
6.1.1 Yêu cầu chung .............................................................................................................. 65
6.1.2 Quá điện áp do sét đánh gây cảm ứng .......................................................................... 66
6.1.3 Quá điện áp do sét đánh trực tiếp vào đường dây trên không treo dây chống sét ........ 67
6.1.4 Quá điện áp do sét đánh trực tiếp vào đường dây trên không có treo dây chống sét ... 70
6.2 Trạm biến áp........................................................................................................................ 73
6.2.1 Yêu cầu chung .............................................................................................................. 73
6.2.2 Những dạng sóng truyền vào trạm ............................................................................... 74
6.2.3 Các sơ đồ bảo vệ trạm .................................................................................................. 76
Page 3
6.3 Máy phát điện ...................................................................................................................... 78
6.3.1 Đặc điểm chung ............................................................................................................ 78
6.3.2 Máy phát nối với đường dây trên không qua máy biến áp ........................................... 79
6.3.3 Máy phát nối trực tiếp với đường dây trên không........................................................ 81
CHƯƠNG 7. CÁCH ĐIỆN DÙNG TRONG CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN........... 84
7.1 Đặc tính cách điện dùng trong hệ thống điện ...................................................................... 84
7.1.1 Đặc tính điện ................................................................................................................ 84
7.1.2 Đặc tính cơ ................................................................................................................... 85
7.1.3 Các điều kiện lựa chọn cách điện của hệ thống điện.................................................... 85
7.2 Cách điện của đường dây trên không .................................................................................. 86
7.2.1 Yêu cầu đối với cách điện đường dây .......................................................................... 86
7.2.2 Vật liệu và kết cấu cách điện ........................................................................................ 87
7.2.3 Chuỗi cách điện ............................................................................................................ 89
7.3 Cách điện trong máy biến áp ............................................................................................... 93
7.3.1 Quá trình quá độ trong cuộn dây máy biến áp ............................................................. 93
7.3.2 Đặc điểm của quá trình quá độ trong máy biến áp ba pha ........................................... 95
7.3.3 Quá trình quá độ trong cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu .......................................... 96
7.3.4 Kết cấu cách điện trong máy biến áp ........................................................................... 97
7.3.5 Những biện pháp cải thiện cách điện trong máy biến áp ............................................. 97
7.3.6 Đặc tính điện và thí nghiệm cách điện của máy biến áp .............................................. 98
7.4 Cách điện của máy điện ...................................................................................................... 99
7.4.1 Yêu cầu chung .............................................................................................................. 99
7.4.2 Kết cấu cách điện của máy điện ................................................................................... 99
7.4.3 Quá trình quá độ trong cuộn dây máy điện ................................................................ 101
7.4.4 Thí nghiệm cách điện của máy điện ........................................................................... 101
Page 4
CHƯƠNG 1.PHÓNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ
1.1. Đặc tính chung của các chất khí cách điện
Các chất khí chủ yếu là không khí thường được dùng làm chất cách điện của các thiết điện làm
việc trong không khí và của đường dây tải điện trên không.
Không khí hoặc phối hợp với các điện môi khác hoặc đơn độc làm nhiệm vụ cách điện giữa
các pha hoặc giữa pha với đấy (vỏ máy). Bởi vậy đặc tính cách điện của chất khí có ý nghĩa
quan trọng trong kỹ thuật điện cao áp.Error! Reference source not found.
Khi chúng mất khả năng cách điện sẽ gây nên hiện tượng ngắn mạch và dẫn đến các sự cố
trong các thiết bị và hệ thống điện. Trong nội bộ các điện môi rắn và lỏng cũng thường tồn tại
các bọt khí, đó là các điểm cách điện suy yếu vì cách điện của các điện môi này bị hư hỏng
thường bắt nguồn từ các quá trình phóng điện của bọt khí.
* Yêu cầu chung đối với các chất khí cách điện
Các chất khí chọn dùng làm chất cách điện phải đạt được các yêu cầu sau đây:
1. Phải là loại khí trơ nghĩa là không gây các phản ứng hóa học với các chất cách điện khác
trong cùng kết cấu cách điện hoặc với các kim loại của thiết bị điện.
2. Có cường độ cách điện cao. Sử dụng các chất khí có cường độ cách điện cao sẽ giảm được
kích thước của kết cấu cách điện và của thiết bị.
3. Nhiệt độ hóa lỏng thấp để có thể sử dụng chúng ở trạng thái có áp suất cao. Như sau này sẽ
thấy các chất khí có cường độ cách điện cao ở cả hai trạng thái hoặc áp suất nhỏ (chân không)
hoặc áp suất cao. Trạng thái dầu ít được dùng trong công nghiệp điện vì các chất cách điện
khác khi tiếp xúc với chân không có thể sinh hơi làm tăng áp suất và do đó làm giảm cường độ
cách điện, vì vậy để tăng cường độ cách điện của khí thường dùng nó ở áp suất cao.
4. Phải rẻ tiền và dễ tìm kiếm
5. Tản nhiệt tốt. Trong trường hợp chất khí ngoài nhiệm vụ cách điện còn có nhiệm vụ làm
mát (như trong máy điện) thì còn yêu cầu phải dẫn nhiệt tốt.
Không khí, loại khí thường gặp nhất, thỏa mãn được yêu cầu (4) nhưng lại không đạt
yêu cầu (1) và (2), nhất là yêu cầu (1). Quá trình ion hóa trong không khí thường phát sinh các
chất ozon, oxit nito, bioxit nito, chúng ăn mòn các bộ phận cách điện bằng vật liệu hữu cơ và
ăn mòn kim loại. Cường độ cách điện trung bình của không khí khoảng 30kV/cm trong khí đó
cường độ cách điện của dầu biến áp rất sạch là 280kV/cm (cường độ cách điện là đặc tính
quan trọng của mọi chất cách điện, biểu thị bằng số kV trên đơn vị chiều dày mà chất cách
điện có thể chịu đựng được). Như vậy cường độ cách điện của không khí chỉ bằng khoảng
1/10 so với dầu biến áp, cho nên để tăng cường độ cách điện của nó lên ngang mức với các
chất cách điện rắn và lỏng cần phải tăng áp suất không khí tới 10÷15 atm điều đó sẽ làm cho
kết cấu và vận hành của thiết bị càng phức tạp
Page 5