1
GVHD: TS. ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM
MỤC LỤC
PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP
220kV/110kV .................................................................................................................. 1
CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HỆ THỐNG
ĐIỆN VIỆT NAM ........................................................................................................... 1
1.1. Hiện tượng dông sét ............................................................................................ 1
1.1.1. Khái niệm chung .............................................................................................. 1
1.1.2. Tình hình dông sét ở Việt Nam ....................................................................... 3
1.2. Ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện Việt Nam .................................... 6
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO
TRẠM PHÂN PHỐI 220/110kV .................................................................................... 7
2.1. Khái niệm chung ................................................................................................. 7
2.2. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào
trạm biến áp ................................................................................................................ 7
2.3. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét .............................................. 8
2.3.1. Phạm vi của cột thu sét .................................................................................... 8
2.3.2. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét ................................................................ 12
2.4. Mô tả trạm phân phối 220kV cần bảo vệ chống sét đánh trực tiếp ............. 13
2.4.1. Phương án 1 .................................................................................................... 14
2.4.1.1. B tr cc ct thu lôi ..................................................................................... 14
2.4.1.2.Tnh ton cho phương n 1 .......................................................................... 14
2.4.1.3. Phm vi bo v ca cc ct thu sét phương n 1 ........................................ 20
2.4.2. Phương án 2 .................................................................................................... 20
2.4.2.1. B tr cc ct thu lôi ..................................................................................... 20
2.4.2.2.Tnh ton cho phương n 2 .......................................................................... 20
2.4.1.3. Phm vi bo v ca cc ct thu sét phương n 2 ........................................ 25
2.4.3. Phương án 3 .................................................................................................... 25
2.4.3.1. B tr dây thu sét........................................................................................... 25
2.4.3.2. Tnh ton cho phương n 3 ......................................................................... 25
2.4.3.3. Phm vi bo v ca cc ct thu sét phương n 3 ........................................ 28
2.5. So sánh các phương án ..................................................................................... 29
2
GVHD: TS. ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO TRẠM PHÂN PHỐI
220/110kV ..................................................................................................................... 30
3.1. Yêu cầu kĩ thuật khi nối đất trạm biến áp ...................................................... 30
3.2. Tính toán nối đất an toàn ................................................................................. 32
3.2.1. Nối đất tự nhiên .............................................................................................. 32
3.2.2. Nối đất nhân tạo ............................................................................................. 33
3.3. Nối đất chống sét ............................................................................................... 35
3.3.1. Khái niệm ........................................................................................................ 35
3.3.2. Trình tự tính toán ........................................................................................... 36
3.3.2.1. Tính toán ni đất phân b dài không xét đến qu trình phóng đin trong
đất ............................................................................................................................... 36
3.3.2.2 Tính toán trị s đin trở ni đất nhân to trong mùa sét ........................... 37
3.3.2.3.Tính toán cho trm thiết kế .......................................................................... 40
3.3.2.5. Kết luận ......................................................................................................... 46
CHƯƠNG IV: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 220kV ....... 47
4.1. Mở đầu ............................................................................................................... 47
4.2. Lý thuyết tính toán ............................................................................................ 47
4.3. Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây ....................................... 50
4.3.1. Thông số đường dây cần bảo vệ .................................................................... 50
4.3.2. Độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở, hệ số ngẫu hợp của đường
dây .............................................................................................................................. 51
4.3.2.1. Đ võng ca dây ........................................................................................... 51
4.3.2.2. Đ treo cao trung bình ca dây dẫn và dây chng sét ................................ 51
4.3.2.3. Góc bo v ca dây thu sét ........................................................................... 52
4.3.2.4. Tổng trở sóng ca dây dẫn và dây chng sét .............................................. 52
4.3.2.5. H s ngẫu hợp giữa dây dẫn các pha với dây chng sét .......................... 53
4.3.2.6 Nhận xét ......................................................................................................... 55
4.3.3. Tính số lần sét đánh vào đường dây ............................................................. 55
4.3.3.1. S lần sét đnh vòng qua dây chng sét vào dây dẫn ................................. 55
4.3.3.2.S lần sét đnh vào đỉnh ct và khong vượt .............................................. 56
4.3.4. Suất cắt của đường dây 220 kV do sét đánh vòng qua dây dẫn vào dây pha56
4.3.5. Tính suất cắt của đường dây 220 kV do sét đánh vào khoảng vượt ......... 57
3
GVHD: TS. ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM
4.3.6. Tính suất cắt của đường dây 220 kV do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận
đỉnh cột ...................................................................................................................... 63
4.3.7. Tính suất cắt tổng và chỉ tiêu chống sét của đường dây tải điện ............... 80
4.4. Kết luận .............................................................................................................. 80
PHẦN HAI: CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN SÓNG TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY TẢI
ĐIỆN VÀO TRẠM BIẾN ÁP ....................................................................................... 82
A.KHÁI NIỆM CHUNG ......................................................................................... 82
B. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP TRÊN CÁCH ĐIỆN CỦA
THIẾT BỊ KHI CÓ SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM ............................................. 83
I. Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm
bằng phương pháp lập bảng.................................................................................... 83
I.1. Nội dung phương pháp...................................................................................... 83
I.1.1. Quy tắc Petersen .............................................................................................. 84
I.1.2. Quy tắc sóng đẳng trị ....................................................................................... 85
I.1.3. Xc định đin p trên đin dung ..................................................................... 86
a. Phương pháp sơ đồ Petersen .............................................................................. 87
b. Phương pháp tiếp tuyến liên tiếp ........................................................................ 87
I.1.4. Xc định đin p và dòng đin trên chng sét van ........................................ 89
I.2) Sơ đồ tính toán ................................................................................................... 91
II. Trình tự tính toán ............................................................................................... 92
II.1. Thiết lập phương pháp tính điện áp các nút trên sơ đồ rút gọn.................. 95
II.2. Kiểm tra đặc tính cách điện tại các nút cần bảo vệ .................................... 100
II.2.1. Đặc tính chịu đựng ca máy biến áp 110 kV .......................................... 100
II.2.2 Đặc tnh cch đin ca thanh góp ............................................................ 101
II.2.3. Kiểm tra dòng đin qua chng sét van ..................................................... 101
II.2.4. Kết luận ..................................................................................................... 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 103
1
GVHD: TS. ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM
PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO
TRẠM BIẾN ÁP 220kV/110kV
CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng bao gồm: Nhà máy điện,
đường dây, trạm biến áp và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó trạm biến áp và đường dây
có số lượng khá lớn và quan trọng.Trong quá trình vận hành các phần tử này chịu nhiều
tác động của thiên nhiên như mưa, gió, bão và đặc biệt là của sét đánh. Khi có sét đánh
vào trạm biến áp hoặc đường dây, nó có thể gây hư hỏng cho các thiết bị điện trong trạm
dẫn đến việc ngừng cung cấp điện liên tục gây thiệt hại lớn đến nền kinh tế quốc dân.
Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm chi phí thiệt hại và nâng cao độ an toàn
khi vận hành chúng ta phải tính toán và bố trí bảo vệ chống sét cho hệ thống điện.
1.1. Hiện tượng dông sét
1.1.1. Khái niệm chung
Dông sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi khoảng
cách giữa các điện cực khá lớn (trung bình khoảng 5km). Hiện tượng phóng điện của
giông sét gồm hai loại chính đó là :
+) Phóng điện giữa các đám mây tích điện với nhau.
+) Phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất.
Trong phạm vi đồ án này chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện với
mặt đất. Hiện tượng này gây nhiều trở ngại cho con người. Các đám mây được tích điện
với mật độ điện tích lớn có thể tạo ra cường độ điện trường lớn sẽ hình thành dòng phát
triển về phía mặt đất. Giai đoạn này là giai đoạn phóng điện tiên đạo. Tốc độ di chuyển
trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.107cm/s, các lần
phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng 2.108 cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có
nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau bởi vì trong cùng một đám mây thì có thể hình thành
nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lần lượt phóng điện xuống đất).
Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích rất lớn. Đầu tia được nối với một
trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâm này đi
vào trong tia tiên đạo. Phần điện tích này được phân bố khá đều dọc theo chiều dài tia
xuống mặt đất. Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện
2
GVHD: TS. ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM
tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện của đất.
Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay ở phía dưới đầu tia tiên đạo.
Còn nếu vùng đất có điện dẫn không đồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) thì
điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao.
Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo
với nơi tập trung điện tích trên mặt đất, vì ở đó cường độ điện trường có trị số lớn nhất
và như vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất đã được định sẵn.Tính chất chọn lọc của
phóng điện đã được vận dụng trong việc đảm bảo chống sét đánh thẳng cho các công
trình. Cột thu sét có độ cao lớn và trị số điện trở nối đất bé sẽ thu hút các phóng điện về
phía mình, do đó tạo nên khu vực an toàn quanh nó.
Nếu ở mặt đất, điện tích khác dấu được tập trung dễ dàng và có điều kiện thuận lợi
để tạo nên khu vực trường mạnh (ví dụ như đỉnh cột điện đường dây cao áp) thì có thể
đồng thời xuất hiện tia tiên đạo từ phía mặt đất phát triển ngược chiều tia tiên đạo từ
phía lớp mây điện.
Khi tia tiên đạo phát triển tới gần mặt đất thì trường trong khoảng không gian giữa
các điện cực sẽ có trị số lớn và có quá trình ion hóa mãnh liệt dẫn tới sự hình thành dòng
plasma với mật độ ion lớn hơn nhiều so với của tia tiên đạo. Do có điện dẫn bản thân rất
cao, nên đầu dòng sẽ có điện thế mặt đất và như vậy toàn bộ hiệu số điện thế giữa tia
tiên đạo với mặt đất được tập trung vào khu vực giữa nó với đầu tia tiên đạo. Trường
trong khu vực này tăng cao và gây ion hóa mãnh liệt dòng plasma được kéo dài và di
chuyển ngược về phía trên. Giai đoạn này được gọi là giai đoạn phóng điện ngược. Tốc
độ phát triển của phóng điện ngược thay đổi trong giới hạn 1,5.109 – 1,5.109 (cm/s) tức
là (0,05 – 0,5) tốc độ ánh sáng. Nhưng tốc độ phát triển của phóng điện ngược và mật
độ điện trường của điện tích trong tia tiên đạo bằng , thì trong một đơn vị thời gian
điện tích đi vào trong đất sẽ là . và đó cũng là công thức tính dòng điện sét:
is = .
Công thức này tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số
điện trở nhỏ không đáng kể).
Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên độ và
độ dốc phân bố theo hàng biến thiên trong phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm kA)
dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của sét ứng với giai