Nguyên lý ngắt lỗi đường dây ngắn (SLF) trong lưới điện bằng cầu chì
Điện áp Phục hồi Tạm thời (TRV) Tần số Cao trên Đường Dây Truyền tải
Khi xảy ra sự cố trên đường dây truyền tải ở khoảng cách từ 100 mét đến vài kilômét, cần sử dụng cầu chì (CB) để loại bỏ sự cố ngắn mạch (SLF). Quá trình loại bỏ sự cố bởi cầu chì có thể dẫn đến việc tạo ra Điện áp Phục hồi Tạm thời (TRV) với tốc độ tăng dốc, thường giống như dạng sóng cưa. Hiện tượng này do dao động tần số cao được tạo ra bởi các sóng đi dọc theo đường dây và phản xạ giữa đầu cuối cầu chì và điểm sự cố.
Các Hiện tượng Chính Trong Quá trình Ngắt Sự cố
Dao động Tần số Cao và Dạng Sóng Cưa:
Khi cầu chì ngắt dòng điện sự cố trong điều kiện SLF, các dao động tần số cao được tạo ra do sự thay đổi nhanh chóng của dòng điện và điện áp. Các dao động này dẫn đến TRV với tốc độ tăng dốc, có thể được hình dung dưới dạng sóng cưa hoặc tam giác.
Dạng sóng cưa được gây ra bởi các sóng đi dọc theo đường dây truyền tải và phản xạ giữa đầu cuối cầu chì và vị trí sự cố. Mỗi lần phản xạ góp phần vào hành vi dao động của TRV, dẫn đến nhiều đỉnh và thung lũng trong dạng sóng điện áp.
Dao động trên Bên Nguồn:
Ở bên nguồn của cầu chì (bên kết nối với hệ thống điện), điện áp tại đầu cuối cầu chì trở lại mức điện áp hệ thống, thường là điện áp tại đầu cuối biến áp. Sự chuyển tiếp này gây ra dao động ở tần số điện (ví dụ: 50 Hz hoặc 60 Hz) trong mạch nguồn.
Dao động tần số điện do sự thay đổi đột ngột trong cấu hình mạch khi sự cố được loại bỏ, gây ra phản ứng tạm thời trong hệ thống. Dao động này dần giảm theo thời gian khi hệ thống ổn định.
Dao động trên Bên Đường Dây:
Ở bên đường dây của cầu chì (bên kết nối với đường dây truyền tải), điện áp tại đầu cuối cầu chì giảm xuống gần mức tiềm năng đất sau khi sự cố bị ngắt. Sự giảm này tạo ra một dao động khác, nhưng lần này nó có dạng sóng cưa (tam giác) do các sóng đi và phản xạ dọc theo đường dây.
Mạch bên đường dây có thể được xấp xỉ bằng một mạch có tham số phân bố với độ suy giảm nhỏ. Các phản xạ giữa đầu cuối cầu chì và điểm sự cố khiến điện áp dao động, tạo ra dạng sóng cưa. Tần số của các dao động này cao hơn nhiều so với tần số điện và chịu ảnh hưởng bởi tốc độ lan truyền của các sóng và khoảng cách giữa cầu chì và sự cố.
Xấp Xỉ Mạch Bên Đường Dây
Mạch bên đường dây có thể được mô phỏng như một mạch có độ suy giảm nhỏ với các tham số phân bố, như điện trở, cảm kháng và điện dung theo đơn vị chiều dài. Mô hình này giúp hiểu rõ hành vi của các sóng đi và phản xạ. Các đặc tính chính của mô hình này bao gồm:
Thời Gian Trễ Lan Truyền: Thời gian mà một sóng mất để đi từ đầu cuối cầu chì đến điểm sự cố và ngược lại.
Hệ Số Phản Xạ: Tỷ lệ giữa biên độ sóng phản xạ và sóng tới, phụ thuộc vào sự không khớp trở giữa đường dây và sự cố.
Suy Giảm: Giảm biên độ sóng khi nó di chuyển dọc theo đường dây, chịu ảnh hưởng bởi điện trở và điện dẫn của đường dây.
Dạng Sóng TRV Trên Đầu Cuối Cầu Chì và Bên Đường Dây
Dạng sóng TRV quan sát được trên đầu cuối cầu chì và bên đường dây có thể được tóm tắt như sau:
Bên Nguồn (Đầu Cuối Cầu Chì):
Điện áp trở về mức điện áp hệ thống, gây ra dao động tần số điện.
Dao động tương đối chậm so với các dao động tần số cao bên đường dây.
Bên Đường Dây (Đầu Cuối Cầu Chì):
Điện áp giảm xuống gần mức tiềm năng đất, tạo ra dạng sóng cưa (tam giác) tần số cao.
Dạng sóng cưa do sự thay đổi nhanh chóng của điện áp do các sóng đi và phản xạ dọc theo đường dây.
Biểu Đồ Thể Hiện Dạng Sóng TRV
Một biểu đồ điển hình cho thấy dạng sóng TRV trên đầu cuối cầu chì và bên đường dây sẽ minh họa:
TRV Bên Nguồn: Một dạng sóng với sự tăng dần lên mức điện áp hệ thống, theo sau là dao động tần số điện.
TRV Bên Đường Dây: Một dạng sóng với sự giảm đột ngột xuống gần không, theo sau là một loạt các đỉnh và thung lũng tần số cao, tạo thành dạng sóng cưa hoặc tam giác.
