Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp: Chương 3 - Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp

Chia sẻ: Nguyễn Thị Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:38

Thêm vào BST

Báo xấu

573
lượt xem 151
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp: Chương 3 - Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trình bày các nội dung về nguyên tắc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp, bảo vệ chống sét bằng thu lôi, phạm vi bảo vệ của cột chống sét theo mô hình cổ điển, bảo vệ chống sét bằng dây chống sét và lưới thu sét, điều kiện an toàn khi có dòng điện sét qua hệ thống thu sét, nối đất và kết cấu của hệ thống thu sét.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện cao áp: Chương 3 - Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP CHƯƠNG 3 : CH BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 3.1. Mở đầu 3.2. Nguyên tắc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 3.3. Bảo vệ chống sét bằng thu lôi 3.4. Phạm vi bảo vệ của cột chống sét theo mô hình cổ điển 3.5. Bảo vệ chống sét bằng dây chống sét và llưới thu sét 3.6. Điều kiện an toàn khi có dòng điện sét qua hệ thống thu sét 3.7. Nối đất và kết cấu của hệ thống thu sét ất 3/31/2014 Page 1
3/31/2014 Page 2
3.1. MỞ ĐẦU Nguyên tắc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Bảo vệ chống sét dựa trên những hiểu biết về tương tác giữ phóng điện sét với công trình cần bảo vệ và từ đó đưa ra các hành động bảo vệ thích hợp. tia tiên đạo là một kênh dẫn bị ion hoá, điện dẫn rất lớn gồm các điện tích âm hoặc gồm các điện đ tích dương (lượng điện tích rất lớn cùng dấu tập trung tại đầu tia tiên đạo). khi tia tiên đạo phát triển đến gần mặt đất, cường độ điện trường trong vùng phía trước tia ất, tiên đạo với mặt đất gia tăng rất đáng kể làm xuất hiện phóng điện phát triển từ mặt đất hướng về phía tia tiên đạo.  cần phân tích các điều kiện phát triển của phóng điện hướng từ dưới mặt đất lên trên phía các đám mây và từ đó xác định các giá trị của phóng điện sét để hoàn thiện mô hình dự báo toán lý : phóng điện có khả năng xảy ra càng dễ dàng nếu điện trở của vật dưới mặt đất càng bé 3/31/2014 Page 3
3.2. NGUYÊN TẮC BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP Đ ý tưởng bảo vệ chống sét đánh trực tiếp là định hướng chính xác tia tiên đạo sét đến những điểm định trước trên mặt đất ngoài ra cần rất chú ý tránh sự phá huỷ thiết bị do nhiệt khi có dòng điện sét đi qua Phóng điện sét có tính chất chọn lọc : sét đánh vào công trình có độ cao và các vật nối đất tốt ánh có xác suất cao hơn so với các công trình thấp hơn ở xung quanh Hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp (hệ thống thu sét) cơ bản gồm một bộ phận thu đón sét (kim thu sét, dây thu sét) dây dẫn đưa xuống (dây dẫn dòng điện sét) mạng lưới điện cực nằm trong đất để tản dòng điện sét (hệ thống nối đất). 3/31/2014 Page 4
3.3. BẢO VỆ CHỐNG SÉT BẰNG THU LÔI để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp người ta sử dụng các cột chống sét (CCS) và dây chống sét (DCS). Cột thu sét được Benjamin Franklin (1706-1790 phát minh vào năm 1752 sau khi ghi nhận được 1790) những điểm thu hút phóng điện sét : sử dụng các mũi nhọn nhân tạo có thể thu hút phóng điện sét và sau đó dẫn dòng điện sét xuống đất Cột thu sét là thiết bị không phải để tránh sét mà ngược lại dùng để thu hút phóng điện sét về phía nó ợc Sử dụng các CTS với mục đích là để sét đánh chính xác vào một điểm định sẵn trên mặt đất chứ không phải là vào điểm bất kỳ nào trên công trình Việc láp đặt các CTS làm tăng xác suất sét đánh vào diện tích công trình cần bảo vệ, do đó cần chọn vị trí láp đặt các CTS một cách hợp lý 3/31/2014 Page 5
Tác dụng thu hút phóng điện sét về phía các hệ thống thu sét dựa trên hiệu ứng mũi nhọn của bộ phân thu sét : sự tích tụ điện tích ở đỉnh mũi nhọn làm khuyếch đại cường độ điện trường cục bộ, gây ra hiệu ứng vầng quang quanh kim thu sét, làm ion hoá chất khí xung quanh nó CTS có độ cao lớn, điện trở bé tạo nên cư ường độ điện trường trên đỉnh cột khá lớn sẽ thu hút các phóng điện sét về phía mình, do đó tạo nên khu vực an toàn quanh nó gọi là phạm vi bảo vệ i i/2 L fil R fil u i/2 i/2 R t U Rt điện áp U giữa kim thu sét và đất i d i u  Rt  R fil   L fil   2 dt  2  Ví dụ : Rt=10, (bỏ qua Rfil so với Rt). L=10-5 H, dây dẫn dài 10m, dòng điện I=200 kA, di/dt=10.109 A/s 200 .10 3 U  10  10 510 .10 9  1,17 .10 6 V   1,17 MV  2 Cần phải giảm thấp trị số điện trở nối đất để tránh phóng điện 3/31/2014 Page 6
CTS có độ cao lớn, điện trở bé tạo nên cường độ điện tr iện trường trên đỉnh cột khá lớn sẽ thu hút các phóng điện sét về phía mình, do đó tạo nên khu vực an toàn quanh nó ó Hiệu quả bảo vệ của CTS đặc trưng bởi xác suất sét đánh vào khu vực nào đó (tỉ lệ giữa số lần sét đánh vào ng công trình được bảo vệ với số lần sét đánh vào cột thu sét). ánh CTS tạo ra một khoảng không gian gần cột thu sét (trong đó có vật cần bảo vệ), ít có khả năng bị sét đánh gọi là phạm vi bảo vệ Phạm vi bảo vệ của CTS đã có nhiều thay đổi từ khi xuất hiện ổi JBCK Trụ - Gay Lussac 1823; OHIP trụ – 1881 LFGM trụ – Chapman 1875; BAC côn – Defonville 1874; J L O A P M K DAE côn – Uỷ ban Paris 1875, FAG côn – Adam 1881; B D F H I G E C 100 100 50 50 75 25 3/31/2014 Page 7
Xác định phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét Việc xác định chính xác khu vực hướng đánh của sét là rất khó, nhiệm vụ xác định tác dụng bảo vệ của hệ ánh thống tháo sét được quy về việc xác định quy luật phân bố phóng điện trong hệ nhiều điện cực giữa kênh phóng ịnh điện sét với mặt đất trên đó có đặt các CTS và các công trình cần bảo vệ ặt Những nghiên cứu về sét trên thực tế cũng như trên mô hình cho thấy chiều cao của CTS và hệ thống nối đất là rất đ quan trọng : xác suất sét đánh vào các công trình giảm khi ánh khoảng cách đến CTS giảm Phạm vi bảo vệ của CTS được xác định trên cơ sở nghiên cứu các mô hình phóng điện sét trong các phòng thí iện nghiệm, bằng các phóng điện tia lửa xung kích ở khoảng iện cách lớn, (độ tin cậy được khẳng định bằng kinh nghiệm ịnh vận hành hệ thống điện trong thời gian dài). 3/31/2014 Page 8
Từ các kết quả nghiên cứu phạm vi bảo vệ của một CTS là miền được giới hạn bởi mặt ngoài của hình nón cong tròn xoay có tiết diện ngang là các hình tròn 1,6 rx  h  h x  h hx 1 h hx rx để thuận tiện trong tính toán trong thiết kế, dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn giản hoá : đường sinh của hình ể chóp có dạng đường gẫy khúc, đoạn ab nối đỉnh CTS có chiều cao h tới điểm cách xa chân cột 1,5h (điểm b có ỉnh độ cao 2/3 h).  2  hx  Khi h x  h  rx  1,5h1   0,8h  p   3    Khi h  2 h  r  0,75h1  h x  p    x x  3  h  5,5 với h30m, p = 1 ; h>30 m, p h 3/31/2014 Page 9
Theo ABB, CTS đơn tạo nên vùng bảo vệ hình nón có mặt cắt được bao bởi một cung có tâm bằng ba lần chiều cao của cột kể từ mặt đất và đỉnh cột, cung này tiếp đất ở khoảng cách h tính từ chân đ cột M h hx rx 5h 3/31/2014 Page 10
Theo V. V. Bazukin (Liên xô) phạm vi bảo vệ của CTS đơn có độ cao h dưới 150m có dạng hình chóp có đỉnh ở độ cao ho
Phạm vi bảo vệ của hai CTS Phạm vi bảo vệ của hai CTS có kích thước lớn hơn nhiều so với tổng số phạm vi bảo vệ của hai cột đơn ớc h rx=3,5ha rx=3,5ha Vùng xác Vùng xác suất sét đánh suất sét đánh 100% 100% H s=7ha 1 2 Thực nghiệm cho thấy khu vực có xác xuất 100 % phóng điện vào CTS có R=3,5h. Như vậy khi hai CTS đặt cách nhau a = 2R = 7 h thì bất kỳ điểm nào trên mặt đ trong khoảng giữa hai cột sẽ không bị sét đánh đất 3/31/2014 Page 12
Hai CTS đánh đặt cách nhau khoảng cách a < 7h, sẽ bảo vệ độ cao h0 ặt a a h  ho   ho  h  7 7 Rx 0,2h 0,2ho -a/7 h ho=h- hx 0,75ho 0,75h a 1, 5ho 1, 5h rx rox phần bên ngoài khoảng cách giữa hai cột có phạm vi bảo vệ giống nh của một như cột phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm: 2 đỉnh cột và điểm có độ cao h0 ợc 3/31/2014 Page 13
Phạm vi bảo vệ của hai CTS có chiều cao khác nhau Vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao (cột 1) và cột thấp (cột 2) riêng rẽ Qua đỉnh cột thấp (cột 2) vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở điểm ờng 3 điểm này được xem là đỉnh của một CTS giả định ỉnh Cột 2 và cột 3 hình thành đôi cột có độ cao bằng nhau (h2) với khoảng cách a. ộ a’ 3/31/2014 Page 14 a
Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét Khi công trình cần được bảo vệ chiếm khu vực rộng lớn, nếu chỉ dùng một vài cột thì phải rất cao gây ợc nhiều khó khăn cho thi công láp ráp Trong trường hợp này sẽ dùng nhiều cột phối hợp bảo vệ ờng Phần ngoài của phạm vi bảo vệ xác định như của từng đôi cột (yêu cầu khoảng cách aÊ7h). ư rx a12 2 1 2 1 r0x12 r0x31 D 8ha D8h a r0x23 a31 3 a23 3 4 Không cần vẽ PVBV bên trong đa giác hình thành bởi các CTS mà chỉ kiểm tra điều kiện bảo vệ an toàn a Vật có độ cao hx nằm trong đa giác sẽ được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện ợc D  8 (h - hx) = 8 ha 3/31/2014 Page 15
Ví dụ 1 : Xác định phạm vi bảo vệ của cột thu sét Trên ống khói có độ cao 80 m người ta lắp đặt một cột thu sét để bảo vệ một trạm phân phối ngoài ời trời có độ cao cần bảo vệ hx=10 m. Xác định phạm vi bảo vệ của cột thu sét ịnh H=80m Rx =60m độ cao tác dụng của cột thu sét ha  h  hx  70m  1,6 5,5 1,6 5,5 rx  ha  70  60 m  Bán kính bảo vệ ở độ cao hx hx h 10 80 1 1 h 80 3/31/2014 Page 16
Ví dụ 2 : Xác định phạm vi bảo vệ của cột thu sét Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp đoạn đường dây 6 kV. Các cột thu sét bố trí theo kiểu bàn cờ cách cột điện ờng 3m. Mỗi khoảng vượt dài 60 m được bảo vệ bởi 2 CTS, hx=6m ợc Dây thoát sét cột Đường dây s 60 Vì dây dẫn có tiết diện vô cùng bé nên có thể coi bx  0; ha    8,5m  7 7 độ cao của cột thu sét h  h  ha  6  8,5  14,5m   h  15m s 60 độ cao thấp nhất được bảo vệ giữa 2 cột thu sét ợc ho  h   15   6,5m  7 7 1,6 1,6 Bán kính bảo vệ rx  ha  15  10   4,8m  hx 10 1 1 h 15 3/31/2014 Page 17
Ví dụ 3 : Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp ngoài trời. Các CTS lắp đặt trên kết cấu của trạm Các nhóm cột I : D =55 m Các nhóm cột II : D =50 m độ cao tác dụng của cột thu sét Nhóm cột I-IV 55 ha   6,86m  8 Nhóm cột II 50 ha   6,25m  8 Chọn chung độ cao tác dụng của các CTS ha = 7 m độ cao của cột thu sét h  hx  ha  11  7  18m  1,6 1,6 rx  ha  17  8,2   10,7 m  Bán kính bảo vệ ở độ cao hx hx 8,2 1 1 h 18 3/31/2014 Page 18
3/31/2014 Page 19
3.5. BẢO VỆ CHỐNG SÉT BẰNG DÂY CHỐNG SÉT VÀ L LƯỚI THU SÉT Dây chống sét DCS gồm một hoặc một số dây dẫn đưđường kính thường nhỏ hơn dây dẫn pha treo ở phía trên các dẫn pha và được nối đất ở từng cột Tăng xác suất sét đánh vòng lên 0,05, phạm vi bảo vệ sẽ rộng lớn h ánh hơn. đối với các cột điện thông thường dây dẫn sẽ được bảo vệ chắc chắn nếu góc bảo vệ  không quá 25 °C ợc giảm góc bảo vệ , giảm xác suất sét đ đánh vào dây dẫn nhưng phải tăng giá thành vì phải tăng độ cao của cột Phạm vi bảo vệ của DCS Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét của phạm vi bảo vệ được xác định ng tương tự như với CTS với các hoành độ 0,6h và 1,2h ộ Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét của phạm vi bảo vệ được xác định ng tương tự như với CTS với các hoành độ 0,6h và 1,2h ộ 3/31/2014 Page 20