Gây nên bởi những dao động cộng hưởng trong hệ thống. Thuộc nhóm II có:
1- Quá điện áp cộng hưởng ở tần số làm việc (cộng hưởng điều hoà) 2- Quá điện áp cộng hưởng ở tần số cao
3- Quá điện áp cộng hưởng ở tần số thấp hơn tần số nguồn
4- Quá điện áp cộng hưởng tham số xảy ra do sự thay đởi chu kỳ tham số của mạch.
Quá điện áp nội bộ được đặc trưng bởi các tham số sau:
- Trị số cực đại, được đặc trưng bởi bội số của biên độ điện áp pha định mức
- Thời gian duy trì của quá điện áp (thay đổi trong một phạm vi rộng từ vài trăm micro giây (quá điện áp thao tác) đến hàng giây, thậm chí hàng chục (quá điện áp cộng hưởng).
- Tính lặp lại và mức độ lan truyền: cục bộ trong phần tử sự cố hay lan truyền toàn hệ thống.
Nói chung, quá điện áp nội bộ có thể duy trì tương đối lâu nên đối với cách điện của các trang thiết bị điện nó cũng không kém nguy hiểm so với các xung quá điện áp khí quyển trong thời gian rất ngắn, đặc biệt là đối với cách điện của các hệ thống siêu cao áp (330÷750kV) mà ở đó mức cách điện chỉ vào khoảng (2,5÷2)Up.
- Qua điện áp nội bộ là những sự kiện mà sự xuất hiện và diễn biến của nó chịu sự chi phối của nhiều yếu tố ngẫu nhiên,nên các thông số của nó mang tính chất thống kê.
Phương thức làm việc của điểm trung tính của hệ thống ảnh hưởng đến trị số của quá điện áp nội bộ.
Trong lưới có trung tính cách điên, chạm đất một pha trong phần lớn các trường hợp không phá hoại sự làm việc của hệ thống, nhưng điện áp của hai pha không chạm đất tăng lên điện áp dây. Quá điện áp nội bộ, do đo, có hệ số bội cao hơn so với trường hợp lưới có trung tính trực tiếp nối đất
Quá điện áp nội bộ có ý nghĩa quan trọng trong việc lựa chọn mức cách điện của đường dây, của các thiết bị trong trạm phân phối và trong sự phối hợp cách điện với các đặc tính của chống sét van bảo vệ.
9.2 VẤN ĐỀ NỐI ĐẤT ĐIỂM TRUNG TÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
Hệ thống điện có thể làm việc với các điểm trung tính của máy biến áp, máy phát điện được cách điện với đất hoặc được nối đất qua một cuộn điện cảm lớn (nối đất cộng hưởng) hoặc được nối đất trực tiếp.
Việc lựa chọn phương thức nối đất điểm trung tính phụ thuộc chủ yếu vào tình trạng của hệ thống khi có chạm đất một pha – là loại sự cố thường xảy ra nhất.
1- Trong hệ thống có điểm trung tính nối đất trực tiếp, chạm đất một pha là ngắn mạch một pha (H.9.1) với dòng điện ngắn mạch lớn, bộ phận rơ le bảo vệ tác động mở máy cắt điện, cách ly phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống. Vì bị cắt nhanh nên ở đây ngắn mạch một pha chạm đất không chuyển thành ngắn mạch hai hoặc ba pha, tác hại có tính chất cục bộ, không lan rộng trong hệ thống. Và trong phần lớn các trường hợp, phần tử bị sự cố có thể được đóng lại để làm việc nhờ thiết bị tự động đóng lại.
Khi chạm đất một pha, trong lưới có điểm trung tính trực tiếp nối đất, điện áp trên các pha không sự cố không vượt qua 0,8Udm, trong khi ở lưới có điểm trung tính cách điện, trị số đó có thể lên đến 1,15Udm.
Hình 9.1: Chạm đất một pha trong lưới có trung tính nối đất trực tiếp
Như vậy trong lưới có điểm trung tính trực tiếp nối đất, chống sét van có thể chon theo điện áp làm việc lớn nhất bằng 0,8Udm, còn ở lưới có trung tính cách điện phải xuất phát từ điện áp làm việc lớn nhất bằng 1,15Udm. Như đã biết, trị số điện áp làm việc lớn nhất có ảnh hưởng trực tiếp đến trị số điện áp dư trên chống sét van, tức là đến mức cách điện của trang thiết bị điện.
Từ điều kiện dập tắt hồ quang của dòng điện kèm theo tần số công nghiệp trong chống sét van có thể viết:
α1
kt
cp CI
U =
Trong đó: Ucp – điện áp làm việc lớn nhất cho phép
Ikt – dòng điện kèm theo tần số công nghiệp qua điện trở không đường thẳng của CSV α1 - hệ số không đường thẳng của điện trở làm việc của CSV trong phạm vi dòng điện bé, tần số công nghiệp.
Từ đó
α1
kt cp
I C=U
Điện áp dư trên CSV bằng
1 2 2
kt X
Iα
α Iα
U CI
Udu = kt = cp
với α2 là hệ số không đường thẳng của điện trở làm việc của CSV trong phạm vi dòng điện xung trị số lớn.
Có nghĩa là với điện áp làm việc lớn nhất cho phép thấp thì điện áp dư của CSV (Udu) bé, do đó giảm nhẹ được mức cách điện của trang bị điện.
Nhược điểm của lưới có điểm trung tính trực tiếp nối đất là trong bộ phận có ngắn mạch một pha, do dòng ngắn mạch lớn, điều kiện làm việc của máy cắt nặng nề hơn và lực điện động trong cuộn dây máy biến áp lớn có thể làm hư hỏng cuộn dây máy biến áp, ngoài ra dòng chạm đất lớn còn gây nhiễu mạch đối với đường dây thông tin ở gần.
2- Đối với lưới co điểm trung tính cách điện thì chạm đất một pha chưa phải là ngắn mạch và trong nhiều trường hợp không yêu cầu phải cắt ngay bộ phận có sự cố. Dòng điện điện dung chạy qua chỗ chạm đất (H.9.2) có trị số được xác định bởi điện áp làm việc pha của lưới và điện dung đối với đất của các pha không sự cố: Iđ = 3ωCup.
Khi dòng điện dung không lớn (tức lưới có công suất bé) thì hồ quang tại chỗ chạm đất tự dập tắt dễ dàng và nhanh chóng khi dòng điện chạm đất qua trị số không đầu tiên. Như vậy trong lưới công suất nhỏ có trung tính cách điện, khi chạm đất một pha, chế độ làm việc bình thường không bị phá hoại. Trong lưới công suất lớn thì dòng điện điện dung lớn (hàng chục, thậm chí hàng trăm ampe), hồ quang chạm đất có thể cháy lặp đi lặp lại gây nên quá điện áp đáng kể (xem mục 10.2, chương 10) và có thể làm hư hỏng cách điện.
Ngoài ra hồ quang chạm đất kéo dài ở các đường dây tải điện trên không có thể lan sang pha khác, dẫn đến ngắn mạch hai hoặc ba pha, bắt buộc hệ thống rơle bảo vệ phải cắt đường dây. Ở các đường dây cáp hồ quang giữa các lõi và vỏ kéo dài dẫn đến hư hỏng cách điện và gây ngắn mạch giữa các pha.
Có thể loại trừ nguyên nhân gây hồ quang chạm đất kéo dài bằng cách nối đất trung tính của máy biến áp qua một cuộn điện cảm lớn (nối đất cộng hưởng) để khử dòng điện điện dung. Như vậy nối đất cộng hưởng bảo đảm sự làm việc an toàn cho lưới có công suất tương đối lớn với dòng điện dung hành chục đến hàng trăm ampe. Tuy nhiên trong những lưới công suất lớn, sự khử hoàn toàn dòng điện chạm đất và dập tắt hồ quang trở nên khó khăn, hơn nữa việc cắt chọn lọc phần tử sự cố cũng rất khó.
Nói chung, lưới 110kV trở lên thường được bảo vệ chống sét tốt, phóng điện trên cách điện đường dây dẫn đến chạm đất một pha cũng không thường xuyên xảy ra, nên điểm trung tính được nối đất trực tiếp. Ở đây tận dụng được các ưu điểm của nối đất trực tiếp điểm trung tính là, giảm nhẹ được mức cạch điện, nhanh chóng cô lập phần tử bị sự cố, giảm được số lần ngắn mạch hai và ba pha.
Các lưới 35kV trở xuống làm việc với điểm trung tính cách điện hoặc nối đất cộng hưởng. Ở đây việc khử dòng điện điện dung của chạm đất một pha tương đối đơn giản, do đó khi chạm đát một pha, lưới vẫn làm việc bình thường. Việc nâng cao mức cách điện ở các cấp điện áp này không gây ra tốn kém nhiều như ở các lưới cấp điện áp cao hơn.
Các lưới 35kV trở xuống có dòng chạm đất một pha bé, hồ quang chạm đất có thể tự dập tắt nên không cần phải đặt cuộn dập hồ quang. Kinh nghiệm vận hành cho thây, khi dòng điện chạm đất thoả yêu cầu đây thì điểm trung tính của hệ thống có thể đặt cách điện với đất.
Điện áp, kV 6 ÷10 20 ÷35 35 ÷60
Dòng chạm đất, A <30 <10 <5 ÷10
Đặc biệt với lưới điện áp máy phát, khi dòng điện chạm đất trên 5A cũng phải đặt cuộn cảm tại điểm trung tính của máy điện vì dòng điện quá lớn sẽ đốt cháy lõi thép máy điện.