THIẾT BỊ CHỐNG SÉT (TBCS)
1. Cấu tạo
6.5 THIẾT BỊ HẠN CHẾ QĐA HAY CSV KHÔNG CÓ KHE HỞ
Điện áp phóng điện của CSV được quyết định bởi K1. Khi có QĐANB, K1 làm việc dòng qua CSV thường ít khi vượt qua 2000A, cả R1 và R2 tham gia hạn chế dòng nên điện áp dư trên CSV được giữ trong giới hạn cho phép. Điện áp phóng điện xuyên thủng của khe hở K2 được chọn cao hơn điện áp dư trên R2 do đó K2 không phóng điện dưới tác dụng của QĐANB.
Nhưng khi có QĐAKQ, dòng qua CSV cao, điện áp giáng trên nhóm điện trở R2
vượt quá điện áp phóng điện xung của khe hở K2 làm cho khe hở này phóng điện và nối tắt R2. điện áp dư trên CSV do đó được yêu cầu bảo vệ cách điện (đường 2 H.6.14).
Cấu trúc phức tạp này được áp dụng cho loại CSV xeri PBMK (của Nga) thường dùng trong lưới siêu cao áp, nơi CSV cần có khả năng cho qua dòng cao.
dùng để bảo vệ chống QĐAKQ vừa có thể dùng để hạn chế QĐANB, do đó nó được gọi là thiết bị hạn chế QĐA.
Ví dụ, ở Liên Xô cũ, đã chế tạo điện trở không đường thẳng gốc ZnO dưới dạng đĩa đường kính 28 mmm, dày 8 mm (rất gọn, nhỏ so với đĩa vilit và tecvit) đặc tính von-ampe của nó cho ở hình 6.15, trong đó điện áp dư trên điện trở khi dòng qua nó bằng 100A.
Hệ số không đường thẳng của điện trở làm bằng ZnO rất bé, α = 0,015÷0,04 bao trùm một phạm vi dòng điện rất rộng từ 10-6÷102A (H.6.15a).
Hình 6.15: Đặc tính V-A của điện trở không đường thẳng ZnO ở dòng một chiều và xung (a) và ở dòng xoay chiều tần số 50Hz (b)
Dòng điện điện trở vượt quá 500A sẽ làm tăng hệ số không đường thẳng lên rất nhiều (α ≥ 0,1) tức làm xấu đặc tính bảo vệ của điện trở, là điều không mong muốn. Sự phụ thuộc của α và CSV (xem công thức (6.4)) vào dòng qua điện trở không đường thẳng cho trong bảng 6.1.
Bảng 6.1: Trị số trung bình của các tham số CSV và α của điện trở ZnO
i, A 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 100 500 1500
U/U100 0,7 0,74 0,78 0,82 0,85 0,91 1 1,1 13
α 0,02 0,03 0,04 0,06 0,1
Đặc tính Vật liệu-A của điện trở ZnO (H.6.15) cho phép trực tiếp thiết bị hạn chế QĐA vào dây dẫn mà không qua khe hở phóng điện. Tuy nhiên do không có khe hở nên thường xuyên chạy qua điện trở không đường thẳng dòng điện tần số công nghiệp ở điện áp làm việc, nếu trị số dòng điện tần số công nghiệp ở điện áp làm việc, nếu trị số dòng này vượt qua một giới hạn nào dó thì sẽ làm cho điện trở quá nóng có thể dẫn đến hư hỏng. Chính đây là nhược điểm của loại thiết bị hạn chế quá điện áp và việc nghiên cứu nâng cao khả năng chống già cỗi của loại vật liệu bán dẫn vẫn đang còn là vấn đề thời sự.
Dòng chạy qua thiết bị hạn chế QĐA ở chế độ bình thường gồm có thành phần điện dung và thành phần tác dụng, khi điện áp chua vượt quá 0,7U100 thì thành phần dòng điện dung trội hơn (H.6.15b) không làm nóng điện trở. Lúc này tương ứng với gradient điện áp 1kV/cm. Khi gradient điện áp tăng nhanh làm tăng điện dẫn không đường thẳng và thành phần dòng tác dụng, do đó điện trở ZnO bị nóng lên đáng kể. Trị số tới hạn của gradient điện áp làm việc 1,0 kV/cm tương ứng với trị số dòmg lớn nhất cho phép qua điện trở không đường thẳng khoảng 1mA, chủ yếu là dòng điện dẫn.
Khả năng cho qua dòng của thiết bị hạn chế QĐA phụ thuộc vào biên độ và thời gian duy thì dòng qua nó. Với xung dòng ngắn 8/20µS, đặt trưng cho QĐAKQ, thì điện trở không bị phá huỷ ngay cả khi dòng xung tác dụng có biên độ đến 1000÷1500A
Nhưng khi dòng xung có độ dài sóng lớn hơn, đặc trưng cho tác dụng của QĐA thao tác thì điện trở bị nung nóng lên nhiều. Biên độ của dòng xung dạng này có thể dẫn đến hư hỏng điện trở, giảm xuống rõ rệt vào khoảng 80÷120A.
Thiết bị hạn chế QĐA có khả năng hạn chế QĐA thao tác ngắn hạn đến mức 1,8Up và hạn chế QĐAKQ đến mức (2÷2,4)Up. Để cải thiện hơn nữa đặt tính bảo vệ của thiết bị hạn chế QĐA, tức là giảm mức QĐA thao tác xuống thấp hơn (1,7÷1,8)Up có thể áp dụng các biện pháp sau:
- Làm mát cưỡng bức điện trở không đường thẳng
- Dùng khe hở phóng điện để nối tắt một phần của điện trở không đường thẳng khi QĐA vượt quá mức QĐA thao tác. Trong trường hợp này trong chế độ làm
điện trở không đường thẳng, còn mức hạn chế QĐA tức là điện áp dư được xác định chỉ bởi phần các điện trở không bị nối tắt.
- Đấu thiết bị hạn chế QĐA các pha thành hình sao và giữa điểm trung tính của hình sao và đất lắp một khe hở phóng điện. Trong trường hợp này, dong đi qua các điện trở không đường thẳng không chứa những sóng hài tần số cao, nhờ đó giảm được biên độ của thành phần dòng điện tác dụng trên 30%, cải thiên được điều kiện làm việc và nâng cao thời gian phục vụ của điện trở không đường thẳng.
Tóm lại, với việc sử dụng thiết bị hạn chế QĐA cho phép giảm mức cách điện của trang thiết bị điện, giảm được giá thành xây dựng lưới điện.