Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp - Chương 2: Phân tích an toàn

1GV: Nguyễn Công Tráng Chöông 2: PHAÂN TÍCH AN TOAØN 2GV: Nguyễn Công Tráng I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 1. Löôùi ñieän ñôn giaûn (maïng 1 pha hoaëc ñieän DC): a. Chaïm tröïc tieáp vaøo 2 cöïc cuûa maïng : U Hình a U Hình b Sô ñoà töông ñöông: U R daây R ng I ng Utx(a) = Utx(b) = Ung = Upha: khoâng phuï thuoäc vaøo tình traïng vaän haønh (coù taûi hay khoâng taûi) Vì : Rdaây <<< Rng neân boû qua Rdaây 3GV: Nguyễn Công Tráng U Hình b Ví duï: maïng 1 pha 220V , Rng = 2kΩ Giaûi 1. Löôùi ñieän ñôn giaûn (maïng 1 pha hoaëc ñieän DC): a. Chaïm tröïc tieáp vaøo 2 cöïc cuûa maïng : I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 4GV: Nguyễn Công Tráng b. Chaïm vaøo moät cöïc cuûa maïng TH1: Maïng khoâng noái ñaát: - Khi chaïm 1 daây trong traïng thaùi maïng bình thöôøng U R cñ1 R cñ2 1 2 Sô ñoà töông ñöông: U R ng I ng R cñ R cñ I Σ 1. Löôùi ñieän ñôn giaûn (maïng 1 pha hoaëc ñieän DC): I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 5GV: Nguyễn Công Tráng Coâng thöùc naøy ñöôïc aùp duïng ñeå xaùc ñònh ñieän trôû caùch ñieän caàn thieát cho caùc maïng ñieän caùch ly baûo veä an toaøn chống chaïm ñieän tröïc tieáp ôû maïng haï aùp . ⎟⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −〉⇒ <+= ngöôøi2R giôùihaïnI U caùchñieänR guyhieåmgiôùihaïnnI ngöôøi2RcaùchñieänR U ngöôøiI b. Chaïm vaøo moät cöïc cuûa maïng TH1: Maïng khoâng noái ñaát: - Khi chaïm 1 daây trong traïng thaùi maïng bình thöôøng 1. Löôùi ñieän ñôn giaûn (maïng 1 pha hoaëc ñieän DC): I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 6GV: Nguyễn Công Tráng Ví duï: Maïng 220V, Rng = 1kΩ , ñeå khoâng bò ñieän giaät (I giôùi haïn nguy hieåm = 10 mA) khi chaïm 1 daây thì ñieän trôû caùch ñieän maïng ñieän phaûi cheá taïo bao nhieâu ? Giaûi Theo ñieàu kieän an toaøn: b. Chaïm vaøo moät cöïc cuûa maïng TH1: Maïng khoâng noái ñaát: - Khi chaïm 1 daây trong traïng thaùi maïng bình thöôøng 1. Löôùi ñieän ñôn giaûn (maïng 1 pha hoaëc ñieän DC): I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 7GV: Nguyễn Công Tráng pha N U U I ng R neàn+ng b. Chaïm vaøo moät cöïc cuûa maïng TH1: Maïng khoâng noái ñaát: - Khi chaïm 1 daây vaø daây coøn laïi ngaén maïch xuoáng ñaát 1. Löôùi ñieän ñôn giaûn (maïng 1 pha hoaëc ñieän DC): Sô ñoà töông ñöông: I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN GV: Nguyễn Công Tráng Ví duï: Maïng 220V, Rng = 2kΩ , Rneàn = 10kΩ. Tìm doøng qua ngöôøi ? Giaûi b. Chaïm vaøo moät cöïc cuûa maïng TH1: Maïng khoâng noái ñaát: - Khi chaïm 1 daây vaø daây coøn laïi ngaén maïch xuoáng ñaát 1. Löôùi ñieän ñôn giaûn (maïng 1 pha hoaëc ñieän DC): pha N U I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 9GV: Nguyễn Công Tráng U pha N Z taûi R nñHT N U I ng Z taûi R nñHT R neàn+ng Utx = Upha boû qua RP , Ztaûi , vaø RN b. Chaïm vaøo moät cöïc cuûa maïng TH2: Maïng trung tính noái ñaát: - Khi chaïm vaøo daây pha 1. Löôùi ñieän ñôn giaûn (maïng 1 pha hoaëc ñieän DC): Sô ñoà töông ñöông: Neáu: => I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 10 GV: Nguyễn Công Tráng U pha Z taûi R nñHT N U I ng Z taûi R neàn+ng R nñHT R N // R N / Utx = Itaûi.RN = (5%÷10%).Upha => b. Chaïm vaøo moät cöïc cuûa maïng TH2: Maïng trung tính noái ñaát: - Khi chaïm vaøo daây trung tính: phuï thuoäc vaøo vò trí chaïm 1. Löôùi ñieän ñôn giaûn (maïng 1 pha hoaëc ñieän DC): Sô ñoà töông ñöông: I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 11 GV: Nguyễn Công Tráng Ví duï: Maïng 220V, moâi tröôøng aåm öôùt, Ucp = 50V ; RnñHT = 3Ω ; Rng = 1kΩ. Tìm doøng qua ngöôøi ? Giaûi b. Chaïm vaøo moät cöïc cuûa maïng TH2: Maïng trung tính noái ñaát: - Khi chaïm vaøo daây trung tính: phuï thuoäc vaøo vò trí chaïm 1. Löôùi ñieän ñôn giaûn (maïng 1 pha hoaëc ñieän DC): U pha Z taûi R nñHT N I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 12 GV: Nguyễn Công Tráng - Do trò soá C lôùn , trong quaù trình vaän haønh seõ xaûy ra hieän töôïng caûm öùng vaø tích luõy ñieän tích q coù giaù trò q = C.U treân ñöôøng daây. - Khi caét nguoàn do löôïng q tích ñöôïc neân ñieän aùp treân caùc daây taïi thôøi ñieåm caét nguoàn khaùc 0 vaø baèng Udö ; Udö taét daàn theo haøm muõ ( )1 2dö e t R.CU U U= − − U 1 2 C 12 C 11 C 22 U 2 U 1 c. Maïng caùch ñieän vôùi ñaát coù ñieän dung lôùn 1. Löôùi ñieän ñôn giaûn (maïng 1 pha hoaëc ñieän DC): I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 13 GV: Nguyễn Công Tráng - Ngöôøi chaïm vaøo 2 daây taïi thôøi ñieåm maïng vöøa ñöôïc caét nguoàn ng 12dö ng ng .e t U R .Ci R − = >>: cuõng gaây nguy hieåm - Doøng Ing naøy khoâng chæ nguy hieåm do trò soá coù theå lôùn, thôøi gian toàn taïi phuï thuoäc Rng vaø C11 ; C12 maø coøn nguy hieåm do nhieät löôïng sinh ra lôùn laøm ñoát noùng thaân theå. Nhieät löôïng sinh ra: c. Maïng caùch ñieän vôùi ñaát coù ñieän dung lôùn 1. Löôùi ñieän ñôn giaûn (maïng 1 pha hoaëc ñieän DC): U 1 2 C 12 C 11 C 22 U 2 U 1 )Joule(CUW 2 2 1= KL: Khi caét ñieän ñeå söûa chöõa caàn noái ñaát caùc ñaàu daây ñeå xaû heát ñieän tích dö xuoáng ñaát tröôùc khi ngöôøi thao taùc I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 14 GV: Nguyễn Công Tráng 2. Maïng 3 pha a. Caáu truùc maïng 3 pha TH1: Maïng 3 pha trung tính noái ñaát tröïc tieáp U ≥ 110kV => RnñHT ≤ 0,5Ω U RnñHT ≤ 4Ω R nñHT A B C N Yo - U ≥ 110kV : - U = 22kV : - U = 0,4kV: AÙp duïng: I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 15 GV: Nguyễn Công Tráng 2. Maïng 3 pha a. Caáu truùc maïng 3 pha TH2: Maïng trung tính caùch ly hoaëc noái ñaát qua cuoän L hoaëc R lôùn A B C Y A B C N Y R nñHT A B C N R R nñHT A B C N L I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 16 GV: Nguyễn Công Tráng - Khi chaïm ñaát 1 pha thì doøng chaïm ñaát beù => khoâng caàn caét nguoàn. Tuy nhieân ñieän aùp caùc pha coøn laïi phaûi taêng leân ñieän aùp U daây neân caùch ñieän cuûa thieát bò phaûi chòu U daây => giaù thaønh thieát bò caøng cao khi caáp ñieän aùp caøng cao - AÙp duïng VN: + Maïng 35kV, 22kV + Maïng 0,4kV: vì ñaûm baûo tính cung caáp ñieän 2. Maïng 3 pha a. Caáu truùc maïng 3 pha TH2: Maïng trung tính caùch ly hoaëc noái ñaát qua cuoän L hoaëc R lôùn I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 17 GV: Nguyễn Công Tráng 2. Maïng 3 pha b. Maïng 3 pha coù trung tính noái ñaát tröïc tieáp Luùc 1 pha chaïm ñaát => doøng chaïm ñaát lôùn => caét nguoàn R nñHT A B C N Yo I chaïm ñaát N I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 18 GV: Nguyễn Công Tráng 2. Maïng 3 pha b. Maïng 3 pha coù trung tính noái ñaát tröïc tieáp R nñHT A B C N Yo I chaïm ñaát N Chế độ tải: - 3 pha đối xứng: IN = 0 - 3 pha không đối xứng: + Có dây NN/ thì: N A B C . . . . I I I I 0= + + ≠ / A B CA B CNN A B C . . . . U .Y U .Y U .Y U 0 Y Y Y + += + + ≈ ( )N N 1 0 Y R = →∞→Vì: I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 19 GV: Nguyễn Công Tráng ( )N N 1 0Y R = →→∞ + Đứt dây trung tính: /NN . U 0≠ >>>=> : Phụ thuộc vào mất đối xứng của tải 2. Maïng 3 pha b. Maïng 3 pha coù trung tính noái ñaát tröïc tieáp R nñHT A B C N Yo ñöùt => taûi ko ñx I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 20 GV: Nguyễn Công Tráng Khắc phục: Nối đất lặp lại (Rnđll) trên dây trung tính để 2. Maïng 3 pha b. Maïng 3 pha coù trung tính noái ñaát tröïc tieáp R nñHT A B C N Yo ñöùt => taûi ko ñx - Khi ngöôøi chaïm tröïc tieáp vaøo 1 pha: Ung ~ Upha Neáu Rneàn beù, doøng Ing seõ ñuû lôùn khieán ngöôøi bò nguy hieåm. /NN . U 0≈ I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 21 GV: Nguyễn Công Tráng R nñHT A B C N Yo (a) (b) (c) (d) TH a: Utx = Udaây TH b: Utx = Upha TH c: Utx = Upha TH d: Utx phuï thuoäc tình traïng mang taûi vaø traïng thaùi daây trung tính . 2. Maïng 3 pha b. Maïng 3 pha coù trung tính noái ñaát tröïc tieáp I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN Các kết luận về Utx: 22 GV: Nguyễn Công Tráng ƒ Khi taûi 3 pha ñoái xöùng: Utx ~ 0 khoâng phuï thuoäc tình traïng daây N ƒ Khi taûi 3 pha khoâng ñoái xöùng: Utx ≠ 0 phuï thuoäc tình traïng N Trung tính taûi ñöôïc noái veà trung tính nguoàn : Utx = Itaûi.RN’’ = Utrung tínhtaïi vòtríchaïmsovôùiñaát : beù Daây trung tính bò ñöùt (tình traïng troâi trung tính): Utx lôùn hay beù phuï thuoäc vaøo Rnñll R nñHT A B C N Yo (a) (b) (c) (d) 2. Maïng 3 pha b. Maïng 3 pha coù trung tính noái ñaát tröïc tieáp I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 23 GV: Nguyễn Công Tráng c. Maïng coù trung tính caùch ly hoaëc noái ñaát qua toång trôû coù giaù trò lôùn A B C N I chaïm ñaát R cñ X C pha-ñaát pha chaïm Cpha ñaát 3.U I X − = không cần cắt nguồn U đặt lên cách điện thiết bị nối vào các pha không bị chạm là U dây => cách điện của thiết bị phải chịu U dây => tốn kém 2. Maïng 3 pha I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN A B C N I chaïm ñaát R cñ X C pha-ñaát 24 GV: Nguyễn Công Tráng Ngöôøi chaïm vaøo 1 trong 3 pha ñang coù ñieän : 229 3 Cngöôi pha ngöôøi XR U I + =xeùt Rcñ = ∞ Hoaëc khi XC~∞ caùchñieänngöôøi pha ngöôøi RR U I += 3 3 c. Maïng coù trung tính caùch ly hoaëc noái ñaát qua toång trôû coù giaù trò lôùn 2. Maïng 3 pha I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 25 GV: Nguyễn Công Tráng Lưu ý: - Cpha-đất phụ thuộc vào hằng số điện môi, cách điện dây, phụ thuộc vào khoảng cách từ đường dây so với đất - Nếu đường dây càng dài thì C càng giảm và XC càng tăng A B C N I chaïm ñaát R cñ X C pha-ñaát c. Maïng coù trung tính caùch ly hoaëc noái ñaát qua toång trôû coù giaù trò lôùn 2. Maïng 3 pha I. TIEÁP XUÙC TRÖÏC TIEÁP VAØO ÑIEÄN 26 GV: Nguyễn Công Tráng 1. Hieän töôïng doøng ñieän ñi trong ñaát (Iñaát) vaø söï taêng ñieän theá ñaát (GPR _ Ground Potential Rise) II. TIEÁP XUÙC GIAÙN TIEÁP VAØO ÑIEÄN Cách xác định sự phân bố điện thế U đất (GPR) bằng thực nghiệm: - Sử dụng 1 cọc thử và 2 cọc phụ - Uđất x = I.Rđ – Vđo R ñaát coïc thöû coïc phuï 1 coïc phuï 2 R N UAC A Vño 27 GV: Nguyễn Công Tráng 2. Phöông phaùp laøm giaûm ñieän aùp tieáp xuùc (Utx) vaø ñieän aùp böôùc (Ub) II. TIEÁP XUÙC GIAÙN TIEÁP VAØO ÑIEÄN R nñHT A B C N R R nñHT A B C N L a. Noái ñaát trung tính nguoàn qua ñieän trôû R hoaëc cuoän khaùng L pha ñ nñHT nñTB daây U I R R R R+ + += 28 GV: Nguyễn Công Tráng 2. Phöông phaùp laøm giaûm ñieän aùp tieáp xuùc (Utx) vaø ñieän aùp böôùc (Ub) II. TIEÁP XUÙC GIAÙN TIEÁP VAØO ÑIEÄN b. Neáu coù nhieàu maùy phaùt hoaëc maùy bieán aùp laøm vieäc song coù theå caét bôùt trung tính cuûa moät vaøi MF hay MBA R = 4Ω nñHT A B C R = 4Ω nñHT R = 4Ω nñHT R = 10Ω nñll 220/380V caét caét GV: Nguyễn Công Tráng 2. Phöông phaùp laøm giaûm ñieän aùp tieáp xuùc (Utx) vaø ñieän aùp böôùc (Ub) II. TIEÁP XUÙC GIAÙN TIEÁP VAØO ÑIEÄN b. Neáu coù nhieàu maùy phaùt hoaëc maùy bieán aùp laøm vieäc song coù theå caét bôùt trung tính cuûa moät vaøi MF hay MBA Ví duï: 220V 220V 220V Ω 4Ω 4Ω 10Ω I ñ Veõ sô ñoà töông ñöông Luùc chöa caét: 30 GV: Nguyễn Công Tráng II. TIEÁP XUÙC GIAÙN TIEÁP VAØO ÑIEÄN 2. Phöông phaùp laøm giaûm ñieän aùp tieáp xuùc (Utx) vaø ñieän aùp böôùc (Ub) b. Neáu coù nhieàu maùy phaùt hoaëc maùy bieán aùp laøm vieäc song coù theå caét bôùt trung tính cuûa moät vaøi MF hay MBA Ví duï: Veõ sô ñoà töông ñöông Luùc caét 2 trung tính: 220V 4 Ω 10Ω I ñ 31 GV: Nguyễn Công Tráng 2. Phöông phaùp laøm giaûm ñieän aùp tieáp xuùc (Utx) vaø ñieän aùp böôùc (Ub) II. TIEÁP XUÙC GIAÙN TIEÁP VAØO ÑIEÄN c. Taêng chieàu daøi vaø soá löôïng coïc noái ñaát hoaëc duøng hoùa chaát GEM ñeå giaûm Rnñ Daây noái ñaát Coïc noái ñaát Hoùa chaát GEM ñaát 32 GV: Nguyễn Công Tráng Tröôøng hôïp phaïm vi aûnh höôûng cuûa söï phaân boá ñieän theá lôùn do Ichaïm voû = Iñaát raát lôùn. Ví duï caùc saân phaân phoái thieát bò cuûa traïm bieán aùp hoaëc nhaø maùy ñieän Uñaát=0 Löôùi ñaúng theá Söû duïng löôùi noái ñaát nhaèm san phaúng ñoä taêng ñieän aùp ñaát cuûa toaøn khuoân vieân khi coù Iñ ñi vaøo löôùi. d. Söû duïng löôùi ñaúng theá noái ñaát (earthing grids) 2. Phöông phaùp laøm giaûm ñieän aùp tieáp xuùc (Utx) vaø ñieän aùp böôùc (Ub) II. TIEÁP XUÙC GIAÙN TIEÁP VAØO ÑIEÄN