Sét là sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây tích điện và đất hay giữa các đám mây mang điện tích trái dấu. Các công trình về  điện như đường dây, các cột vượt sông, vượt đường quốc lộ, đường sắt, các trạm biên áp, trạm phân phối v.v… là những nới dễ bị sét đánh. Vì vậy phải có biện pháp bảo vệ chống sét để tránh cho các công trình bị sét đánh trực tiếp.

Bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện

Trong vận hành, sự cố cắt điện do sét đánh vào các đường dây tải điện trên không chiếm tỷ lệ lớn trong toàn bộ sự cố của hệ thống điện. Bởi vậy, bảo vệ chống sét cho đường dây có tầm quan trọng rất lớn trong việc đảm bảo vận hành an toàn và cung cấp điện liên tục.

Để bảo vệ chống sét cho đường dây, tốt nhất là đặt dây chống sét trên toàn bộ tuyến đường dây. Song, biện pháp này rất đắt. Vì vậy nó chỉ được dùng cho các đường dây 110 – 220 kV cột sắt và cột bê tông cốt sắt. Đường dây điện áp đến 35 kV cột sắt và cột bê tông cốt sắlđược bảo vệ toàn tuyến.

Tuy nhiên, các cột của các đường dây này cũng như cột đường dây 110 – 220 kV đều phải nối đất. Điện trở nối đất được quy định Rđ < 10 Ω. Để tăng cường khả năng chống sét cho các đường dây có thể đặt chống sét ống hoặc tăng thêm bát sứ ở những nơi các điện yếu, những cốt vượt cao, chỗ giao chéo với đường đây khác, những đoạn tới trạm. Còn ở những đường dây yêu cầu mức an toàn cung cấp điện rất cao tốt nhất là dùng đường dây cáp.

Dây chống sét. Tuỳ theo cách bố trí dây dẫn trên cột có thể treo một hoặc hai dây chống sét. Các dây chống sét được treo trên đường dây tải điện sao cho dây dẫn của cả ba pha đều nằm trong phạm vi bảo vệ của các dây chống sét.

Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp

Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các thiết bị điện và các công trình khác đặt trong trạm biến áp thực hiện bằng các cột thu lôi. Cột thu lôi gồm kim thu lôi bằng kim loại đặt trên cột cao hơn vật được bảo vệ để thu sét và dây dẫn sét xuống đât cùng với trang bị nối đất

cột thu lôi và phạm vi bảo vệ

Khoảng không gian gần cột thu lôi mà vật được bảo vệ đặt trong đó rất ít khả năng bị sét đánh gọi là phạm vi bảo vệ của cột thu lôi.

Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi là hình nón cong tròn xoay có tiết diện ngang là những hình tròn ờ độ cao hx có hán kính R,. Trị số của bán kính bảo vệ R, được xác định theo công thức đơn giản sau:

Ở độ cao hx< 2/3 h, Rx = 1,5h( 1- hx/0,8h).P

Ở độ cao hx> 2/3h, Rx = 0,75h(1-hx/h).P

Trong đó:

  • hx – chiều cao của đối tượng được bảo vệ nằm trong vùng bảo vệ của cột thu lôi
  • P – Hệ số, với h ≤ 30 thì P = 1, với h > 30 m thì P = 5,5√h 

Nếu diện tích của trạm biến áp lớn người ta phải đặt nhiều cột thu lôi sao cho các trạm biến áp nằm trong phạm vị bảo vệ

Phạm vi bản vệ của các cột thu lôi

Đối với trường hợp hai cột thu lôi hình a, khoảng cách a giữa hai cột phải thỏa mãn a/ha ≤ 7 thì hai cột thu lôi mới có tác dụng hỗ trợ lẫn nhau, trong đó ha = h – hx là chiều cao tác dụng của cột thu lôi. Bề ngang hẹp nhất của phạm vi bảo vệ ở độ cao hx được tính theo công thức sau:

bx = 2Rx . (7ha – a)/(14ha – a)

Độ cao thấp nhất của phạm vi bảo vệ được xác định:

ho = h – a/7

Đối với trường hợp bốn cột thu lôi hình b, phần ngoài bao quanh của khu vực bảo vệ cũng được  xác định theo các công thức nêu trên. Ngoài ra còn phải kiểm tra khoảng cách đường chéo D, vật có độ cao hx sẽ được bảo vệ hoàn toàn nếu thỏa mãn điều kiện

D ≤ 8(h-hx) với h ≤ 30 m

D ≤ 8(h-hx).P với h > 30 m

Bảo vệ chống sét từ đường dây truyền vào trạm

Các đường dây trên không dù có được bảo vệ chống sét hay không thì các thiết bị điện có nối với chúng đều phải chịu tác dụng của sóng sét truyền từ đường dây đến. Biên độ của quá điện áp khí quyển có thể lớn hơn điện áp cách điện của thiết hị, dẫn đến chọc thủng cách điện, phá hoại thiết bị và mạch điện bị cắt ra. Vì vậy, để bảo vệ các thiết bị trong trạm biến áp tránh sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào phải dùng các thiết bị chống sét. Các thiết bị chống sét này sẽ hạ thấp biên độ sóng quá điện áp đến trị số an toàn cho cách điện cần được bảo vệ (cách điện của máy biến áp và các thiết bị khác đặt trong trạm).

Thiết bị chống sét chủ yếu cho trạm biến áp là chống sét van (CSV) kết hợp với chống sét ống (CSO) và khe hở phóng điện.

Khe hở phóng điện là thiết bị chống sét đơn giản nhất gồm hai điện cực, trong đó một điện cực nối với mạch điện còn điện cực kia nối đất.

Sét và thiết bị chống sét

Khi làm việc bình thường khe hở cách ly những phần tử mang điện (dây dẫn) với đất. Khi có sóng quá điện áp chạy trên đường dây, khe hở phóng điện sẽ phóng điện và truyền xuống đât. Ưu điểm của loại thiết bị này là đơn giản, rẻ tiền. Song vì nó không có bộ phận dập hồ quang nên khi nó làm việc bảo vệ rơle có thể sẽ cắt mạch điện. Vì vậy khe hở phóng điện thường chỉ được dùng làm bảo vệ phụ (ví dụ, bảo vệ máy biến áp) cũng như làm một bộ phận trong các loại chống sét khác.

Chống sét ống (CSO) có sơ đồ nguyên lý cấu tạo như hình trên, chống sét ống gồm hai khe hở phóng điện S1, S2. Trong đó khe hở S1 được đặt trong ống làm bằng vật liệu sinh khí như fibrôbakêlit vinipơlát. Khi có sóng quá điện áp S1 và S2 đều phóng điện. Dướitác dụng của hồ quang, chất sinh khí phát nóng và sản sinh ra nhiều khí làn cho áp suất trong ống tăng tới hàng chục ata và thổi tắt hồ quang.

Khả năng dập hồ quang của chống set ống rất hạn chế. Ứng với một trị số dòng điện giới hạn nhất định, nếu dòng điện lớn, hồ quang không bị dập tắt gây ngắn mạch tạm thời làm cho bảo vệ rơ le có thể cắt mạch điện.

Chống sét ống chủ yếu dùng để bảo vệ chống sét cho các dường dây không treo đường dây chống sét cũng như làm phần tử phụ trong các sơ đồ bảo vệ trạm biến áp.

Chống sét van (CSV) gồm có hai phần tử chính là khe hở phóng điện và điện trở làm việc. Khe hở phóng điện của chống sét van là một chuỗi các khe hở có nhiệm vụ như đã xét ở trên. Điện trở làm việc là điện trở phi tuyên có tác dụng hạn chế trị số dòng điện kế tục (dòng ngắn mạch chạm đất) qua chống sét van khi sóng quá điện áp chọc thủng các khe hở phóng điện. Dòng điện này được duy trì bởi điện áp định mức của mạng điện.

Cần phải hạn chế dòng điện kế tục để dập tắt hồ quang trong khe hở phóng điện sau khi chống sét van làm việc.

Nếu tăng điện trở làm việc thì sẽ làm cho dòng kế tục giảm xuống. Nhưng cần chú ý là khi sóng quá điện áp tác dụng lên chống sét van, dòng xung kích có thể đạt tới vài ngàn ampe đi qua điện trở làm việc, tạo nên trên điện trở đó một điện áp xung kích gọi là điện áp dư của chống sét van.

Để bảo vệ cách điện phải giảm điện áp dư, do đó cần phải giảm điện trở làm việc.

Như vậy, trị số của điện trở làm việc phải thoả mãn hai yêu cầu trái ngược nhau: cần phải có trị số lớn để hạn chế dòng kế tục và lại cần có trị số nhỏ để hạn chế điện áp dư.

Chất vilit thoả mãn được hai yêu cầu này nên nó được dùng làm điện trở của chống sét van. Điện trở của nó giảm khi tăng điện áp đặt vào và điện trở của nó tăng khi điện áp giảm xuống bằng điện áp của mạng.

Bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm biến áp đạt được bằng cách đặt chống sét van và các biện pháp bảo vệ đoạn dây gần trạm.

Sơ đồ bảo vệ trạm 35 - 110 kv

Đoạn gần trạm 1-2 km được bảo vệ bằng dây chóng sét để ngăn ngừa sét đánh trực tiếp vào đường dây. CSO 1 đặt ở đầu đoạn đường dây gần trạm nhằm hạn chết biên độ sóng sét.

Nếu đường dây được bảo vệ bằng dây chống sét (DCS) toàn tuyến thì không cần đặt CSO1

CSO 2 dùng để bảo vệ máy cắt khi nó ở vị trí cắt

Với trạm 3 – 10 kV được bảo vệ theo sơ đồ đơn giản hơn, không cần đặt DCS ở đoạn gần trạm mà chỉ cần đặt CSO ở cách trạm khoảng 200 m, trên thanh góp của trạm hay sát máy biến áp đặt CSV

Ngoài ra để bảo vệ chống quá điện áp cho trạm còn phải phối hợp cách điện của trạm biến áp.

Nối đất chống sét cho trạm cần phải đảm bảo quy định sau:

  • Với trạm có trung tính trực tiếp nối đất điện áp từ 110 kv trở lên thì điện trở nối đất cho phép là 0,5 Ω
  • Với trạm có trung tính cách điện, điện áp dưới 110 kV điện trở nối đất cho phép là 4 Ω
  • Với trạm công suất bé (dưới 100 kVA) điện trở nối đất cho phép là 10 Ω

Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp phân xưởng

Đối với trạm biến áp phân xưởng người ta thường đặt van chống sét phía cao áp để bảo vệ cho trạm. Van chống sét được đấu vào trạm ở các vị trí như ở hình dưới.

Đấu CSV theo cách a) có ưu điểm là CD không phải chịu dòng điện sét, nhưng khi cần kiểm tra, sửa chữa hoặc thay thế CSV phải cắt đường dây cung cấp từ trạm trung gian nên không thuận tiện lắm. Đấu CSV theo cách b) khắc phục được nhược điểm trên nhưng CD phải chịu dòng điện sét nên có thể làm giảm tuổi thọ của CD. Khi có kinh phí và vị trí lắp đặt thì nên đấu CSV theo phương án vì nó khắc phục được nhược điểm của hai phương án a) và c)

Các vị trí đấu van chống sét vào trạm biến áp phân xưởng

Điều kiện chọn van chống sét là:

Uđm CSV ≥ Uđm mạng điện

Để đảm bảo van chống sét luôn sẵn sàng và làm việc tin cậy phải định kỳ kiểm tra và thử nghiệm các thông số kỹ thuật của van như: điện áp phóng điện, điện áp dư, dòng điện rò V.V..

Trích: Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp đô thị và nhà cao tầng

Sét và thiết bị chống sét
5 (100%) 2 votes