Với yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện ngày càng cao, nhằm giảm thiểu các vụ sự cố do quá điện áp khí quyển gây nên, từ những năm đầu thập niên 90 thì chống sét van đường dây với giá cả hợp lý và trọng lượng nhẹ đã được lắp đặt trên đường dây truyền tải điện.
Hình 1: Chống sét van đường dây
Chống sét van được lắp đặt trên dây dẫn của đường điện cáo áp trên không, nhằm giảm rủi ro chọc thủng cách điện do quá điện áp khí quyển (phóng điện sét) và do quá điện áp thao tác.
1. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Chống sét van đường dây dùng để bảo vệ đường dây có nguyên lý hoạt động khác so với hầu hết các kiểu chống sét khác. Đối với chống sét van đường dây, dòng điện sét được dẫn trên dây dẫn. Đối với các trường hợp chống sét khác, dòng điện sét được cách ly khỏi dây dẫn.
Nếu không có chống sét van bảo vệ, khi xảy ra sét đánh trực tiếp vào cột điện hoặc dây chống sét, dòng điện sét sẽ đi qua dây thoát sét xuống đất. Nếu tổng trở nối đất lớn thì điện áp giáng trên tổng trở nối đất cột điện lớn vượt quá khả năng chịu đựng của cách điện dây dẫn, có thể xảy ra hiện tượng phóng điện ngược trên cách điện.
Phóng điện ngược: Là hiện tượng xuất hiện hồ quang bắt đầu từ dây nối đất cột điện vòng qua cách điện tới dây pha mang điện (xem hình 2). Hiện tượng này có thể xuất hiện khi sét đánh trực tiếp vào cột điện hoặc vào dây chống sét trên không, tại nơi đó có tổng trở đất tương đối cao, khả năng thoát sét kém. Nó được biết đến như hiện tượng phóng hồ quang ngược bởi vì nó có chiều ngược với hồ quang được tiến hành trong điều kiện phòng thí nghiệm.
Hiện tượng phóng điện ngược thường kèm theo chọc thủng hoặc làm tổn thương cách điện đường dây. Trong trường hợp này, máy cắt phải hoạt động để loại trừ sự cố.
Hình 2: Phóng điện ngược
Ngay lập tức, theo sau quá trình phóng điện ngược là quá trình phóng điện xuôi tần số công nghiệp dọc theo đường dẫn đã bị ion hóa do phóng điện ngược gây nên (xem hình 3). Hồ quang tần số công nghiệp này chỉ được dập tắt khi rơle bảo vệ đường dây tác động cắt máy cắt đầu nguồn. Điều này sẽ gây nên một sự cố thoáng qua trên đường dây, nếu cách điện được phục hồi hoặc sự cố vĩnh cửu nếu như cách điện bị phá hủy.
Hình 3: Phóng điện xuôi tần số công nghiệp
Nếu có một chống sét van được lắp trên pha này thì dòng sét sẽ đi qua chống sét van vào dây dẫn (xem hình 4), sẽ không có hồ quang do phóng điện ngược gây ra dẫn đến không xuất hiện hiện tượng ion hóa và không xẩy ra phóng điện tần số công nghiệp. Trong các trường hợp sử dụng chống sét van đường dây sẽ ngăn chặn đwwợc hiện tượng chọc thủng cách điện và do đó loại trừ các sự cố do quá điện áp khí quyển gây nên.
Hình 4: Đường dẫn dòng sét khi có dây chống sét và chống sét van
2. CẤU TẠO CHỐNG SÉT VAN ĐƯỜNG DÂY
Có vài bộ phận cơ bản là chung cho tất cả các loại chống sét van đường dây. Tuy nhiên, mỗi chống sét van đường dây lại có một cấu hình khác nhau và phải được thiết kế cho từng ứng dụng cụ thể. Thậm chí trong một dự án có thể cần tới vài cấu hình khác nhau tuỳ thuộc vào vị trí và phương thức đấu nối chống sét. Bộ phận kết nối và định hướng của chống sét phải được thiết kế cho từng vị trí lắp đặt cụ thể. Tuy nhiên một chống sét van đường dây có những thành phần cơ bản như sau:
+ Kẹp máng: Bộ phận này giống như bộ phận nối dây dẫn với chuỗi cách điện.
Khớp nối mềm: Là bộ phận rất quan trọng quyết định tuổi thọ của chống sét, nó loại trừ ứng lực trên chống sét do chuyển động của dây dẫn gây ra.
+ Shunt: Bộ phận dẫn điện từ dây dẫn đến chống sét van, giúp cho khớp nối mềm không phải dẫn dòng điện.
+ Thân chống sét: Thân của chống sét được thiết kế hàng loạt, phải xác định rõ chống sét chỉ để dẫn xung sét hoặc cả xung sét và xung quá áp do thao tác đóng, cắt thiết bị gây nên.
+ Bộ phận ngắt khi sự cố: Trong trường hợp chống sét van bị sự cố, khi đó chống sét van trở thành điểm ngắn mạch trên đường dây, bộ phận ngắt khi sự cố sẽ hoạt động (tương tự cầu chì) cách ly chống sét van với đất.
+ Dây nối đất: Dây nối đất dùng để nối chống sét van với nối đất cột. Việc kiểm tra dây nối đất rất quan trọng để chắc chắn rằng dây nối đất không bao giờ tiếp xúc với dây pha.
Hình 5: Cấu tạo chống sét van đường dây
3. CÁC VỊ TRÍ ĐẶT CHỐNG SÉT VAN
Thực tế, nếu trên một đường dây không có dây chống sét và không lắp đặt chống sét van, thì khả năng chọc thủng cách điện khi bị sét đánh trực tiếp vào dây pha là 100%. Mặt khác, nếu trên đường dây có dây chống sét và có lắp chống sét van trên tất cả các dây pha của tất cả các vị trí cột thì khả năng xảy ra chọc thủng cách điện khi sét đánh trực tiếp vào dây pha là 0%.
Bất kỳ kiểu lắp CSV nào khác nằm giữa 2 kiểu trên đều làm giảm khả năng xảy ra chọc thủng cách điện. Tuy nhiên, nếu không có nghiên cứu về việc hạn chế dòng sét thì khả năng bị phóng điện chọc thủng là một ẩn số. Hầu hết các nhà sản xuất CSV đường dây đều có thể tính được khả năng phóng điện hồ quang nếu họ được cung cấp một số đặc tính (thông số) của hệ thống.
Có thể sử dụng các phần mềm kiểu như EMTP/ATP để nghiên cứu về giảm dòng sét. Một số nhà tư vấn/đơn vị tư vấn có thể cung cấp dịch vụ này. Thông thường, vấn đề bảo vệ quá điện áp là một quyết định vừa kinh tế vừa kỹ thuật.
Bảng sau đưa ra kết quả của một nghiên cứu ảnh hưởng của sét với các vị trí đặt của chống sét van.
4. VẤN ĐỀ NỐI ĐẤT
Khi mới lắp đặt dây chống sét, người ta cố gắng làm sao tổng trở nối đất của cột là thấp nhất có thể. Tổng trở nối đất cao có thể gây ra điện áp giáng đáng kể trên cột điện trong quá trình sét đánh sẽ xuất hiện hiện tượng phóng điện ngược gây sự cố. Nguyên tắc chung ở đây là “Tổng trở nối đất càng cao thì nguy cơ phóng điện ngược vào chuỗi cách điện càng lớn, càng có nhiều sự cố khi có sét”.
Khi lắp đặt chống sét van trên một cột điện, tính quan trọng của việc nối đất sẽ bớt đi và có thể coi như bị loại trừ. Nếu lắp chống sét van trên cả ba pha, trị số điện trở nối đất không còn quan trọng nữa.
Tại vị trí lắp đặt chống sét van có điện trở nối đất càng lớn, dòng điện sét càng bị dẫn vào dây pha sang vị trí có điện trở nối đất nhỏ để thoát xuống đất, dòng điện này không gây ra ảnh hưởng xấu nào đối với dây dẫn pha.
5. KẾT LUẬN
Nếu lắp đặt chống sét van trên tất cả các pha của tất cả các cột điện thì hầu như sẽ không còn sự cố do sét gây ra, nhưng như vậy đòi hỏi chi phí quá cao. Vì vậy, vị trí cột điện để đặt chống sét van sao cho hiệu quả là rất quan trọng.
Để đảm bảo cả yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật, mỗi vị trí cột nên lắp đặt một quả chống sét van và các cột đều lắp trên cùng pha để tạo mạch thoát sét thì hầu như sẽ không còn hiện tượng phóng điện ngược trên các cột có đặt chống sét van nữa. Tuy nhiên do kinh phí hạn chế nên vẫn phải chấp nhận suất sự cố do sét đánh vào trực tiếp dây dẫn, của các pha không lắp đặt chống sét van hoặc khi dòng sét có cường độ lớn hơn dòng điện cho phép của chống sét van (thường CSV có dòng điện cho phép 10 kA) sẽ gây hư hỏng chống sét, nếu lắp CSV cả 3 pha trên một cột thì dòng điện cho phép là 30 kA sẽ chịu được cường độ sét lớn, nhưng với những cú sét có cường độ lớn như vậy có xác suất xuất hiện thấp.
(Nguồn: Internet)
