Line Arrester

CHỐNG SÉT VAN ĐƯỜ NG NG DÂY LÀ GÌ?

1. GIỚI THIỆU Các yêu cầu về độ tin cậy của hệ thống điện ngày càng tăng và vì thế, các nhà cung cấ p dịch vụ luôn tìm kiếm các biện pháp đem đến những cải thiện đó. Một biện   pháp làm giảm các sự cố liên quan đến sét trên đườ ng dây là ứng dụng chiến lượ c chống sét. Từ những năm đầu thậ  p niên 90 thì chống sét van đườ ng dây vớ i giá cả cạnh tranh và khối lượ ng nhẹ đã đượ c lắ p đặt trên đườ ng dây truyền tải. Chống sét van cũng là một biện pháp hiệu quả cho việc kiểm soát chi phí trên đườ ng dây khi chúng đượ c sử dụng trong việc kiểm soát quá điện áp thao tác, trong các dự án nâng cấ p điện áp đườ ng dây hoặc xây dựng đườ ng dây kiểu kín. Tạ  p chí ArresterFacts này đưa ra các nguyên lý cơ  bản của chống sét van đườ ng dây (TLAs).

Chống sét van đườ ng dây truyền tải

Chống sét van phân phối

2. ĐỊNH NGH Ĩ A Định ngh ĩ a về chống sét van đườ ng dây không xuất hiện trong Hình 1. Hai kiểu chống sét : Truyền tải và  bất k ỳ tiêu chuẩn IEEE hay IEC phân phối. nào liên quan đến chống sét. Thuật ngữ chống sét van đườ ng dây có xuất hi ện ở  văn b ản IEEE C62.22-1997 nhưng không đượ c tìm thấy ở  bất k ỳ tiêu chuẩn IEC hiện có nào.

3. CHỐNG SÉT VAN ĐƯỜNG DÂY Chống sét van đượ c s ử dụng trên đườ ng dây của h ệ thống điện nhằm giảm r ủi ro chọc thủng cách điện trong quá trình phóng điện sét. Một chống sét van đườ ng dây thườ ng không dùng để bảo v ệ thiết b ị. Ch ống sét bảo v ệ tr ạm c ũng như chống sét

van phân phối đượ c dùng để bảo vệ cho đượ c coi như chống sét van đườ ng dây.

đườ ng dây và trong tr ườ ng hợ  p này nó

4. CHỐNG SÉT VAN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI Là loại chống sét van đượ c sử dụng trên đườ ng dây truyền tải (xem hình 1)

5. CHỐNG SÉT VAN CÓ KHE HỞ NGOÀI (EGLA) Đó là loại chống sét van đườ ng dây thiết k ế vớ i một khe hở  ngoài nối tiế p vớ i một  phần SVU chỉ để bảo vệ phần cách điện khỏi sét do quá điện áp bề mặt tốc độ nhanh, điều này đượ c th ực hi ện b ằng cách tăng cấ p phóng điện của khe hở  ngoài vượ t ngưỡ ng quá điện áp tần số công nghiệ p và tr ườ ng hợ   p xấu nhất là quá điện áp  bề mặt tốc độ chậm do đóng cắt và các tr ườ ng hợ   p s ự cố có thể xảy ra trên đườ ng dây đượ c lắ p chống sét đó.

6. PHÓNG ĐIỆN NGƯỢC Phóng điện ngượ c là hiện tượ ng xuất hiện hồ quang bắt đầu từ đầu cực hoặc cột điện nối đất vòng qua cách điện tớ i dây pha mang điện (xem hình 2). Hiện tượ ng này có thể xuất hiện khi sét đánh vào dây chống sét trên không và nơ i đó có tổng tr ở  đất tươ ng đối cao. Nó đượ c bi ết đến như hiện tượ ng phóng hồ quang ngượ c bở i vì nó có chiều ngượ c vớ i hồ quang đượ c tiến hành trong điều kiện phòng thí nghiệm. Hiện tượ ng phóng điện ngượ c thườ ng kèm theo chọc thủng cách điện ở  tần số công ườ ng hợ   p này, nghiệ  p. Trong tr  máy cắt phải hoạt động để loại tr ừ sự cố.

Hình 2 Phóng điện ngượ c

7. DAO NỐI ĐẤT (GLD) Là thiết bị gắn giữa đất vớ i đầu nối đất của chống sét van để cách ly chúng khỏi đất trong tr ườ ng hợ   p chống sét bị hỏng. Thỉnh thoảng thiết bị này cũng đượ c gắn giữa chống sét van vớ i đườ ng dây. Tuy nhiên nó vẫn đượ c xem như một GLD.

8. TÁC DỤNG CỦA CHỐNG SÉT VAN ĐƯỜNG DÂY Có hai lí do cơ  bản để lắ p đặt chống sét van đườ ng dây. Mục đích thông dụng nhất là làm giảm Hình 3. Phóng điện xuôi tần số công nghiệp hoặc loại tr ừ các sự cố liên quan đến quá điện áp khí quyển do bị chọc thủng cách điện. Mục đích thứ hai ít thông dụng hơ n là loại tr ừ chọc thủng cách điện do quá điện áp thao tác. Trong cả hai, mục tiêu là giảm hoặc loại tr ừ sự chọc thủng cách điện. Trong cả hai tr ườ ng h ợ   p, cần ph ải nghiên cứu c ả hệ thống để xác định v ị trí tốt nh ất đặt ch ống sét nhằm đạt đượ c k ết quả mong muốn.

Đối vớ i việc kiểm soát quá điện áp thao tác, chống sét van chỉ cần đặt ở  nơ i mà quá điện áp thao tác v ượ t quá điện áp chịu đựng của sứ cách điện. Đó có thể là một vài vị trí chạy dọc theo suốt đườ ng dây. Đối vớ i việc kiểm soát quá điện áp khí quyển, vùng bảo vệ ít khi vượ t quá một khoảng c ột tính từ chống sét van. Do đó các chống sét van cần đặt g ần nh ư tại t ất cả các cột và và đôi khi trên mỗi dây pha.

9. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Chống sét van đườ ng dây áp dụng để bảo vệ đườ ng dây có nguyên lý hoạt động khác so vớ i hầu hết các kiểu ch ống sét khác. Đối v ớ i ch ống sét van đườ ng đây, dòng điện sét đượ c d ẫn trên dây dẫn. Đối v ớ i các tr ườ ng hợ    p chống sét khác, dòng điện sét đượ c cách ly khỏi đườ ng dây.  Nếu không có chống sét van bảo vệ, và xảy ra sét đánh tr ực tiế p, dòng sét sẽ đi qua dây chống sét xuống cực gần nhất của dây dẫn   phía dướ i. Nếu điện thế của dây dẫn phía dướ i này tăng vượ t quá khả năng chịu đựng của cách điện dây dẫn (xấ p xỉ 85% CFO), có thể xảy ra hiện tượ ng phóng điện ngượ c trên cách điện.

Hình 4. Đườ ng dẫn dòng sét trong một hệ thống có đườ ng dây chống sét và chống sét van

 Ngay lậ p tức, theo sau quá trình phóng điện ngượ c là quá trình phóng điện xuôi tần s ố công nghiệ p d ọc theo đườ ng d ẫn b ị ion hóa (xem hình 3). Hồ quang tần s ố công nghiệ p này chỉ đượ c dậ p tắt bằng thiết bị bảo vệ quá dòng. Điều này gây nên một nhấ p nháy thoáng qua trong hệ thống. Vớ i m ột ch ống sét van đượ c l ắ p trên pha này, dòng sét chạy ổn định trên dây dẫn (xem hình 4). Không có hồ quang ion hóa đượ c tạo ra. Do đó sẽ không có sự cố tần số công nghiệ p và nhấ p nháy tức thờ i sẽ không tồn tại. Trong mọi tr ườ ng hợ   p, sử dụng chống sét van đườ ng dây sẽ ngăn chặn chọc thủng cách điện và do đó loại tr ừ các sự cố thoáng qua trong hệ thống

10. LỰA CHỌN CHỐNG SÉT VAN ĐƯỜNG DÂY Việc lựa chọn chống sét van đườ ng dây phụ thuộc nhiều yếu tố, cụ thể như sau: - Mục đích lắ p chống sét van: xung thao tác, xung sét, hoặc cả hai. - Điện áp danh định của hệ thống và giá tr ị quá điện áp tạm thờ i

-

-

Dây chống sét của hệ thống: Đối vớ i hệ thống không treo dây chống sét,   pha trên cùng đượ c sử dụng như một dây chống sét thì ch ống sét ở  trên cùng sẽ khác loại vớ i các chống sét khác. Mật độ sét và / hoặc số lần chọc thủng cách điện trong quá khứ. Chất lượ ng nối đất cột Tỉ lệ phóng điện mong muốn Công suất ngắn mạch hệ thống

Để lựa ch ọn ch ống sét van đườ ng dây trong tr ườ ng h ợ  p c ụ thể, xem chi tiết trong hướ ng dẫn lựa chọn chống sét van đườ ng dây tại ArresterFact 017a.

11. CẤU TẠO CHỐNG SÉT VAN ĐƯỜNG DÂY Có vài bộ phận c ơ  bản là chung cho tất c ả các loại ch ống sét van đườ ng dây. Tuy nhiên, mỗi ch ống sét van đườ ng dây lại có một cấu hình khác nhau và phải đượ c thiết k ế cho từng ứng dụng cụ thể. Thậm chí trong một dự án có thể cần tớ i vài cấu hình khác nhau tuỳ thuộc vào vị trí và phươ ng thức đấu nối chống sét. Bộ phận k ết nối và định hướ ng của chống sét  phải đượ c thiết k ế cho từng vị trí lắ p đặt cụ thể.

K ẹp máng: Bộ phận này giống như  bộ phận nối dây dẫn vớ i chuỗi sứ. Khớ p nối mềm: Là bộ phận r ất quan tr ọng quyết định tuổi thọ của chống sét, nó loại tr ừ ứng lực trên chống sét do chuyển động của dây dẫn gây ra. Shunt: Bộ phận này giúp cho khớ  p nối mềm không phải dẫn dòng Thân chống sét: Thân của chống sét đượ c thiết k ế hàng loạt. Cần xác định rõ chống sét chỉ để dẫn xung sét hoặc cả xung sét và xung đóng cắt. Dao cách ly: Các bộ phận của dao Hình 5. Cấu tạo chống sét van cách ly chỉ dùng trong tr ườ ng hợ   p chống sét van bị sự cố. Khi đó chống sét van tr ở  thành điểm ngắn mạch hệ thống, dao cách ly sẽ hoạt động cách ly chống sét van vớ i đất. Dây nối đất: Dây nối đất dùng để nối chống sét van vớ i nối đất cột. Việc kiểm tra dây nối đất là quan tr ọng để chắc chắn r ằng dây nối đất không bao giờ  tiế p xúc vớ i dây pha.

12. CÁC VỊ TRÍ ĐẶT CHỐNG SÉT VAN Việc xác định v ị trí đặt ch ống sét van nhằm đạt đượ c m ột t ỷ lệ sự cố mong muốn không phải là đơ n giản. Thực tế, nếu trên một đườ ng dây không lắ p bất k ỳ một chống sét van nào thì khả năng chọc th ủng cách điện khi bị sét đánh tr ực tiế p vào dây pha là 100%. Cũng có một thực tế khác là nếu lắ p chống sét van trên t ất cả các dây pha của tất cả các cột thì khả năng xảy ra chọc thủng cách điện khi sét bị đánh tr ực tiế p vào dây chống sét hay dây pha đều là 0%. Bất k ỳ kiểu lắ p CSV nào khác nằm giữa 2 kiểu trên đều làm giảm khả năng xảy ra chọc th ủng cách điện. Tuy nhiên, nếu không có nghiên cứu v ề việc h ạn chế dòng sét thì khả năng b ị phóng điện ch ọc th ủng là một ẩn s ố. H ầu h ết các nhà sản xu ất CSV đườ ng dây đều có thể tính đượ c kh ả năng phóng điện hồ quang nếu h ọ đượ c cung cấ p một số đặc tính (thông số) của hệ thống. Có thể sử dụng các phần m ềm ki ểu nh ư EMTP/ATP để nghiên cứu v ề giảm dòng sét. Một s ố nhà tư vấn/đơ n v ị tư vấn có thể cung cấ p d ịch v ụ này. Thông thườ ng, vấn đề bảo vệ quá điện áp là một quyết định vừa kinh tế vừa k ỹ thuật. Bảng sau đưa ra k ết qu ả của m ột nghiên cứu của CSV.

ảnh h ưở ng c ủa sét vớ i các vị trí đặt

Khả năng chọc thủng cách điện đối vớ i cấu trúc cột đứng, điện áp 230kV, điện tr ở  nối đất 50 Ohm khi bị sét đánh Vị trí đặt chống sét Không có dây CS và CSV CSV ở  pha trên cùng của các cột khác CSV trên tất cả các pha của các cột khác Không có bất k ỳ CSV nào, chỉ có DCS Các CSV treo trên pha trên cùng của tất cả các cột Các CSV treo trên t ất cả các pha của tất cả các cột

Khả năng phóng điện 100% 88% 87% 21% 18% 0.00%

13. VẤN ĐỀ NỐI ĐẤT Khi mớ i lắ p đặt dây chống sét, ngườ i ta cố gắng làm sao để điện tr ở  nối đất của cột là thấ p nhất có thể. Tr ở  kháng nối đất cao có thể gây ra một m ức điện áp cảm ứng đáng k ể trên dây pha dướ i cùng trong quá trình sét đánh. Nguyên tắc chung ở  đây là “Tr ở  kháng nối đất càng cao thì nguy cơ  phóng điện ngượ c vào chuỗi sứ càng lớ n”. Khi treo chống sét van trên một cột điện, tính quan tr ọng của việc nối đất sẽ bớ t đi và có thể coi như bị loại tr ừ. Nếu lắ p chống sét van trên c ả ba pha, tr ị số tr ở  kháng nối đất không còn quan tr ọng nữa. Vớ i điện kháng đất càng lớ n, dòng điện sét

càng bị dẫn vào dây pha (và như thế càng tốt hơ n) mà lại không gây ra ảnh hưở ng xấu nào đối vớ i dây dẫn pha.

14. CẤU TRÚC KHÔNG TREO DÂY CHỐNG SÉT Một mô hình khác khá phổ biến là chống sét van đượ c treo ở  pha trên cùng của hệ thống không treo dây chống sét (xem hình 6). Kiểu này áp dụng phổ biến cho những đườ ng dây liên k ết ngắn kiểu kín. Trong mô hình này, hai pha thấ p hơ n có thể  bị phóng điện ngượ c nếu không đượ c treo chống sét. Ngoài ra, chống sét van trên đỉnh cần có mức hấ  p thụ năng lượ ng cao hơ n (energy rating) hoặc khả năng mang dòng lớ n hơ n vì toàn bộ dòng sét (100%) sẽ dẫn qua chống sét van tr ướ c khi nó đi vào đất.

Hình 6. Cấu hình không treo dây chống sét

15. CHỐNG SÉT VAN ĐƯỜNG DÂY CÓ KHE HỞ NGOÀI (EGLA). EGLA là loại chống sét van đườ ng dây phát triển phổ biến trên thế giớ i tr ừ khu vực Bắc Mỹ. Hiện tại, loại chống sét van này đang đượ c lắ p đặt để giảm tác hại của sét cho các đườ ng dây đượ c bảo vệ bằng dây chống sét. Nguyên t ắc hoạt động của nó cũng tươ ng tự như loại chống sét van không khe hở . Tuy nhiên, khe hở  nối tiế p cần phải bị phóng điện tr ướ c khi chống sét van bắt đầu d ẫn dòng sét. Nếu khe hở  này đượ c thiết lậ p đủ lớ n, chống sét van sẽ không tác động khi xảy ra quá điện áp thao tác do đóng cắt (xem hình 7). Chưa có bằng chứng k ỹ thuật nào nói r ằng kiểu chống sét van này lại không dung đượ c vớ i quá điện áp thao tác. Tuy nhiên ngườ i ta vẫn chưa dùng nó vào việc đó bao giờ .

16. TIÊU CHUẨN Hiện nay, không có tiêu chuẩn cụ thể nào dành cho chống sét van chỉ có thể tham khảo từ một vài tài liệu hướ ng dẫn đã có sẵn.

đườ ng dây mà

Các tiêu chuẩn mà chống sét loại này phải tuân theo trong th ờ i điểm hiện nay là: C62.11 IEEE MOV Arrester Test standard C62.11 IEEE MOV Arrester Application guide IEEE 1243. Guide on lightning improvement of Transmission lines

IEC 60099-4 Gappless MOV Test standard IEC 60099-5 Gappless MOV Application guide. (Sắ  p bao hết các khả năng) IEC 60099-8 EGLA (Đang chỉnh sửa)

17. XU HƯỚNG Sử dụng chống sét van đườ ng dây trên các đườ ng dây kín và các dự án nâng cấ p điện áp mang lại c ơ  hội l ớ n cho ngành công nghiệ  p này. Tuy nhiên cả hai vấn đề trên đều yêu cầu những ngườ i thiết k ế chỉ rõ giớ i hạn khe hở  thấ p hơ n những thiết k ế cũ đã sử dụng trong 100 năm qua. Do đặc điểm bảo thủ vốn có của nền công nghiệ p này mà đến nay cả hai vấn đề trên vẫn chưa đượ c áp dụng.

Hình 7. Chống sét van có khe hở ngoài

18. TỔNG KẾT Ứ ng d ụng của Chống sét van đườ ng dây vẫn là một l ĩ nh vực hoạt động tiềm năng trong ngành công nghiệ p chế tạo chống sét van cao áp. Lý do cho s ự phổ biến này là trong thực tế, chống sét van đườ ng dây có thể và thực sự cải thiện tác hại do sét gây ra. Tuy nhiên, thậm chí là ngày càng ph ổ biến như vậy nhưng thiết bị này vẫn chưa đượ c hiểu và áp dụng trong hầu hết lướ i điện. Bài báo này nhằm mục đích bổ sung những hiểu biết còn thiếu sót về vấn đề đó. Để đượ c hướ ng dẫn nhiều hơ n về cách chọn đúng chống sét van đườ ng dây thì có thể tham khảo tớ i tài liệu ARRESTERFACTS 017a.