Các tham số của chống sét van
Ngoài điện áp dập hồ quang chống sét van còn các tham số sau:
- Điện trở không đường thẳng
Được chế tạo từ bột cacbôrun (SiC) mặt ngoài hạt cácborun có màng mỏng SiO2 (dày khoảng 10-5cm).
Hình 12 -4: Đặc tính V-A tấm vilit3,2lgUlgIA01234563,43,63,84,04,2 Điện trở suất của bản thân hạt cácborun không lớn (10-2 m) và ổn định nhưng điện trở của lớp màng mỏng phụ thuộc vào cường độ điện trường. Khi cường độ điện trường bé, điện trở lớp màng mỏng khoảng (104106)m. Nhưng khi điện trường tăng cao nó sẽ giảm rất nhanh và điện trở tổng của vilit giảm tới mức bằng điện trở của hạt cácborun. Trong các tấm vilít hạt bột được dính bằng keo thủy tinh lỏng sau đó được nung nóng ở nhiệt độ khoảng vài trăm độ.
Trước kia người ta dùng điện trở loại tirit nhiệt nung nóng khoảng 12000C có đặc tính không ổn định bằng vilit (tirit dùng chất dính bằng đất sét).
Hình 12-4 là đặc tính V-A của tấm vi lit đường kính 100mm và dày 60mm đặc tính này được xác định với dạng sóng dòng điện 20/40s và cho dòng điện biến thiên trong phạm vi 1 đến 10.000A. Nó gồm hai đoạn biểu diễn bởi quan hệ giải tích
lgu=lgA+αlgIlgu=lgA+αlgI size 12{"lg"u="lg"A+α"lg"I} {} với A là hằng số, càng bé thì điện áp giáng trên nó (điện áp dư) sẽ tăng càng chậm khi dòng điện tăng. Đoạn trên ứng với khi có dòng điện sét = (0,130,2) ứng
với loại vilit, đoạn dưới ứng với phạm vi dòng điện kế tục = (0,280,32). Có thể viết quan hệ dưới dạng
u=AIαu=AIα size 12{u= size 10{ ital "AI" rSup { size 8{α} } }} {}, A là điện trở của tấm khi dòng điện qua nó là 1[A].
Nếu chống sét dùng n tấm điện trở thì đặc tính V-A biểu thị
u=nAIαu=nAIα size 12{u=n size 10{ ital "AI" rSup { size 8{α} } }} {}.
U[kV]I[A]3002001005000Hình 12-5: Đặc tính V-A của PBC Hình 12-5 đặc tính V-A của loại PBC-110 khi có dòng điện lớn thông qua điện trở trong thời gian dài, lớp màng SiO2 có thể bị phá hủy do đó cần quy định các trị số cho phép về độ lớn cũng như thời gian duy trì của dòng điện.
Ví dụ tấm vilít 100mm có trị số cho phép dòng xung kích dạng sóng 20/40s là 10kA. Đối với dạng sóng vuông góc có độ dài sóng 2000s thì trị số cho phép của dòng điện là 150A, điều đó chứng tỏ chống sét van không thể làm việc đối với phần lớn các loại quá điện áp nội bộ vì chúng thường kéo dài trong nhiều chu kì tần số công nghiệp. Trị số cho phép của dòng kế tục duy trì trong nửa chu kì tần số công nghiệp còn thấp hơn và không quá 100A.
Biện pháp duy nhất để tăng năng lực thông qua dòng điện là tăng tiết diện điện trở tức là tăng đường kính tấm.
b) Khe hở phóng điện
Sự làm việc của chống sét van bắt đầu từ việc chọc thủng các khe hở phóng điện và kết thúc bằng việc dập tắt hồ quang của dòng điện kế tục cũng ngay tại khe hở này. Mỗi giai đoạn trên đều đề xuất yêu cầu riêng đối với khe hở. Ở giai đoạn đầu khe hở phải có đặc tính V-s tương đối bằng phẳng để phối hợp với đặc tính V-s của cách điện (chủ yếu là máy biến áp). Để đạt được các yêu cầu trên có các biện pháp sau:
+ Dùng chuỗi gồm nhiều khe hở ghép nối tiếp nhau
Có thể xem như một chuỗi điện dung tương tự sơ đồ chuỗi cách điện, điện áp xung kích phân bố không đều dọc chuỗi sẽ làm cho quá trình phóng điện kế tiếp xảy ra nhanh chóng trên tất cả khe hở. Do đó trị số điện áp phóng điện có thể giảm tới mức ổn định (điện áp phóng điện một chiều hoặc xoay chiều) hoặc còn thấp hơn và đường đặc tính V-s có dạng tương đối bằng phẳng. Cũng với mục đích trên trong chống sét PBBM (dùng bảo vệ máy điện) còn thực hiện cách ghép thêm điện dung song song với một phần của chuỗi khe hở.
t[10-6s]U[kV]012345672,42,83,23,64Hình 12-6: Đặc tính V-s trong khe hở + Trong từng khe hở (hình 12-6)
Điện cực dùng các tấm đồng cách li bởi vòng đệm mica dày 1mm. Điện trường giữa các điện cực đạt mức gần đồng nhất. Mặt khác khi có điện áp trong khe không khí giữa điện cực và lớp mi ca thì điện trường tăng (do hệ số điện môi của không khí bé hơn mi ca). Nên quá trình ion hóa xuất hiện sớm, nó có tác dụng cung cấp điện tử cho khoảng không gian giữa các điện cực. Các yếu tố trên tạo điều kiện cho quá trình phóng điện phát triển một cách dễ dàng và làm đường đặc tính V-s bằng phẳng ngang (hình 12-6). Trong giai đoạn dập tắt hồ quang vì dòng điện cùng pha điện áp nên khi dòng kế tục qua trị số 0 thì hồ quang tắt, lúc này chấm dứt quá trình phát xạ điện tử từ bề mặt cực âm, cách điện khe hở được phục hồi nhanh chóng và khi vượt quá trị điện áp phục hồi (tần số công nghiệp) thì hồ quang tắt. Điều quan trọng là phải làm sao để điện áp phục hồi phân bố đều giữa các khe hở trong chuỗi, có thể thực hiện bằng cách ghép các điện trở có trị số lớn song song với các khe hở.
Mỗi loại khe có trị giới hạn dò̀ng kế tục để hồ quang có thể được dập ngay khi dòng qua trị 0 lần đầu. Với loại điện cực trong chống sét van trị số này khoảng (80 100) A. Xuất phát từ yêu cầu này căn cứ vào trị số điện áp dập hồ quang (lấy bằng điện áp pha lớn nhất khi có ngắn mạch chạm đất). Với lưới (3 35kV) trung tính cách điện lấy bằng áp dây lớn nhất. Còn lưới 110kV trở lên trung tính nối đất trực tiếp nên lấy bằng 0,8Ud và gọi là chống sét 80% để phân biệt loại 100% trong lưới (335kV).
Trong các biện pháp dập hồ quang của chống sét chủ yếu vẫn là tìm biện pháp hiệu quả nhất để tăng giới hạn dòng điện kế tục, điều này không chỉ liên quan đến sự làm việc của chống sét mà còn giảm mức cách điện xung kích của thiết bị cần bảo vệ. Với chống sét van từ (dùng từ trường dập hồ quang) nâng giới hạn lên đến 250A nên tấm điện trở không đường thẳng sẽ dùng ít hơn, điện áp dư chống sét giảm và yêu cầu về mức cách điện xung kích thiết bị cũng giảm, để tăng năng lực cho qua dòng điện ta tăng đường kính tấm lên tới 150mm dòng kế tục cho phép tăng gấp đôi tấm chống sét van thường (100mm).
c) Kết cấu và đặc tính của một số loại chống sét van thông thường PBC,PB
∏∏ size 12{ Prod {} } {}, PBBM.
456312Hình 12-7: Ghép điện dung+Loại PBC thường dùng ở trạm biến áp chế tạo theo các cấp tới 35kV. Khi dùng ở điện áp cao hơn sẽ ghép nối cấp bằng nhiều phần tử có điện áp định mức15, 20, 33 và 35kV. Trong cấu tạo từng cặp 4 khe hở được ghép với nhau và đặt trong ống sứ thành một tổ hợp khe hở tiêu chuẩn. Mỗi tổ được ghép song song với một điện trở (cũng chế tạo bằng cácbôrun) để cho sự phân bố điện áp xoay chiều giữa các chuỗi đều đặn. Các tấm vilít được gắn với nhau bằng chất dính loại gốm và để có tiếp xúc tốt trên bề mặt mỗi tấm tráng bột kim loại và được ép bằng lò xo. Tất cả đặt trong vỏ sứ kín để hơi ẩm không lọt vào ảnh hưởng đến các đặc tính điện của chống sét.
+Loại chống sét PBBM dùng để bảo vệ máy điện đặc tính của nó như hình 12-6, có thêm điện dung ghép song song với một phần của chuỗi khe hở hình 12-7.
Bảng 12.1: Tổ hợp các chống sét PBC ở điện áp cao
| Loại chống sét |
Điện áp định mức [kV] |
Điện áp cho phép lớn nhất trên chống sét[kV] |
Số lượng và loại chống sét trên tổ hợp |
Chiều cao của chống sét, mm |
Bán kính đế chống sét, mm |
| PBC-15PBC-20PBC-35PBC-110PBC-150PBC-220 |
152035110150220 |
192540,5100138200 |
1xPBC-151xPPC-201xPBC-353xPBC-333xPBC-33+2xPBC-156xPBC-33 |
7258851210305045466192 |
23623623627515352035 |
Bảng 12.2: Đặc tính chủ yếu của chống sét PBC (theo OCT-8934-58)
| Điện áp định mức[kV] |
Điện áp làm việc lớn nhất [kV] |
Điện áp chọc thủng ở tần số công nghiệp [kV] |
Điện áp chọc thủng xung kích khi thời gian phóng địên từ1,5 đến 20s,[kV]. |
Điện áp dư của chống sét khi dòng điện xung kích có biên độ khác nhau với độ dài đầu sóng 10s, [kV] (không lớn hơn).Biên độ dòng [kA]. |
| |
|
Không nhỏ hơn |
Không lớn hơn |
|
3kA |
5kA |
10kA |
| 3610152035110150200 |
3,87,612,7192540,5110138200 |
91626384978200275400 |
111930,54860,598250345500 |
2030457085125285375530 |
13,525425775122315435630 |
14,527456180130335465670 |
1630506788143367510734 |