Đồ án tốt nghiệp - Cao áp (P4)

Chia sẻ: Tien Van Van | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

173
lượt xem 75
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM 110/35 KV 4.1- GIỚI THIỆU CHUNG VÀ MỘT SỐ VẦN ĐỀ KỸ THUẬT KHI TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP. Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên vật nối đất có trị số bé. Hệ thống nối đất là một phần quan trọng trong việc bảo vệ quá điện áp, do đó việc nối đất của trạm biến áp, các cột thu lôi, các đường dây, các thiết bị chống sét phải được tính toán cụ thể trong khi thiết kế. Nối đất...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp - Cao áp (P4)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Chương 4 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM 110/35 KV 4.1- GIỚI THIỆU CHUNG VÀ MỘT SỐ VẦN ĐỀ KỸ THUẬT KHI TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP. Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên vật nối đất có trị số bé. Hệ thống nối đất là một phần quan trọng trong việc bảo vệ quá điện áp, do đó việc nối đất của trạm biến áp, các cột thu lôi, các đường dây, các thiết bị chống sét phải được tính toán cụ thể trong khi thiết kế. Nối đất làm việc. Nhiệm vụ chính là đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị, hoặc một số bộ phận của thiết bị yêu cầu phải làm việc ở chế độ nối đất trực tiếp. Thường là nối đất điểm trung tính máy biến áp. Trong hệ thống điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất, nối đất của máy biến áp đo lường và các kháng điện dùng trong bù ngang trên các đường dây cao áp truyền tải điện. Nối đất chống sét. Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất (khi sét đánh vào cột thu lôi hay đường dây) để giữ cho điện thế mọi điểm trên thân cột không quá lớn tránh trường hợp phóng điện ngược từ cột thu lôi đến các thiết bị cần được bảo vệ. Nối đất an toàn. Có tác dụng đảm bảo an toàn cho con người khi cách điện bị hư hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách nối đất các bộ phận kim loại không mang điện như vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, các giá đỡ kim loại để khi cách điện bị hư hỏng do lão hoá thì trên các bộ phận kim loại sẽ có một điện thế nhỏ không nguy hiểm (nếu không nối đất thì điện thế này sẽ làm nguy hiểm đến con người khi chạm vào chúng). Do đó nối đất các bộ phận này là để giữ điện thế thấp và bảo đảm an toàn cho con người khi tiếp xúc với chúng.Về nguyên tắc là phải tách rời các hệ thống nối đất nói trên nhưng trong thực tế ta chỉ dùng một hệ thống nối đất chung cho các nhiệm vụ. Song hệ thống nối đất chung phải đảm bảo yêu cầu của các thiết bị khi có dòng ngắn mạch chạm đất lớn do vậy yêu cầu điện trở nối đất phải nhỏ. Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 61
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Khi điện trở nối đất càng nhỏ thì có thể tản dòng điện với mật độ lớn, tác dụng của nối đất tốt hơn an toàn hơn. Nhưng để đạt được trị số điện trở nối đất nhỏ thì rất tốn kém do vậy trong tính toán ta phải thiết kế sao cho kết hợp được cả hai yếu tố là đảm bảo về kỹ thuật và hợp lý về kinh tế. Một số yêu cầu về kỹ thuật của điện trở nối đất: + Đối với các thiết bị điện nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất phải thoả mãn: R ≤ 0,5Ω.(Theo tiêu chuẩn nối đất an toàn trang 189 giáo trình kỹ thuật điện cao áp). + Đối với các thiết bị có điểm trung tính không trực tiếp nối đất thì: 250 R≤ Ω I + Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện với đất và chỉ có một hệ thống nối đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì: 125 R≤ Ω I + Khi dùng nối đất tự nhiên nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn yêu cầu của các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé thì khong cần nối đất nhân tạo nữa. Còn nếu điện trở nối đất tự nhiên không thoả mãn đối với các thiết bị cao áp có dòng ngắn mạch chạm đất lớn thì ta phải tiến hành nối đất nhân tạo và yêu cầu trị số của điện trở nối đất nhân tạo là: R ≤ 1Ω. Bất kỳ một hệ thống nối đất nào cũng phải có các điện cực chôn trong đất và nối với thiết bị mà ta cần nối đất (điện cực thường sử dụng là các cọc sắt thẳng đứng hay các thanh dài nằm ngang) các điện cực này được chôn trong đất có mức tản dòng điện sét phụ thuộc vào trạng thái của đất (vì đất là môi trường không đồng nhất, khá phức tạp, nó phụ thuộc vào thành phần của đất như các loại muối, a xít ... chứa trong đất ). Điều kiện khí hậu cũng ảnh hưởng đến độ dẫn điện của đất. Ở Việt nam khí hậu thay đổi theo từng mùa độ ẩm của đất cũng thay đổi theo dẫn đến điện trở suất cuả đất cũng biến đổi trong phạm vi rộng. Do vậy trong Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 62
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp tính toán thiết kế về nối đất thì trị số điện trở suất của đất dựa theo kết quả đo lường thực địa và sau đó phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích là tăng cường an toàn. Công thức hiệu chỉnh như sau: ρtt = ρđ.Km Trong đó: ρtt: là điện trở suất tính toán của đất. ρđ: điện trở suất đo được của đất. Km : hệ số mùa của đất. Hệ số K phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu của điện cực. Đối với trạm biến áp ta thiết kế có cấp điện áp 110/35kV và các cột thu lôi độc lập do đó ta sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu quả tản dòng điện tốt nhất. Mặt khác do đặt các cột thu lôi trên xà nên phần nối đất chống sét ta nối chung với mạch vòng nối đất của trạm. 4.2- CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT. Điện trở suất đo được của đất: ρđ = 1,3.104 Ω/cm =1,3.102 Ω/m. Điện trở nối đất cột đường dây: Rc = 20 Ω. Dây chống sét sở dụng loại C- 70 có điện trở đơn vị là: Ro =2,38Ω/km. Chiều dài khoảng vượt đường dây là: Đối với 110kV: l = 150m. Dạng sóng tính toán của dòng điện sét: ⎧I s = a.t khi t < τ ds ⎨ ⎩ I s = I khi ≥ τ ds Trong đó: a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/μs I: biên độ dòng điện sét I = 150kA I 150 τđs: thời gian đầu sóng lấy bằng 5μs = τ ds = s = = 5μs a 30 Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 63
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Is τ®s I t H×nh (4– : D¹ng sãng cña dßng sÐt. 1) 4.3- TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN. Trạm điện thiết kế có điện áp là 110/35kV, phía 110kV là mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất nên yêu cầu của nối đất an toàn là: R ≤ 0,5 Ω. Thành phần điện trở nối đất R gồm hai thành phần: + Điện trở nối đất tự nhiên (Rtn). + Điện trở nối đất nhân tạo (Rnt). Đối với các thiết bị có điểm trung tính trực tiếp nối đất (có dòng chạm đất lớn) thì yêu cầu điện trở nối đất nhân tạo phải có trị số nhỏ hơn 1Ω. Vậy điều kiện nối đất là: (4 – 1 ) ⎧R t.n // R n.t ≤ 0,5 (Ω) ⎨ (4 – 2 ) ⎩R n.t ≤ 1 ( Ω) Từ đó rút ra: R t .n .0,5 R n.t ≤ (Ω) R t.n − 0,5 4.3.1- Điện trở nối đất tự nhiên. Rt.n = 1,25 Ω (đã cho trước). 4.3.2- Điện trở nối đất nhân tạo. R t .n .0,5 1,25.0,5 R n.t ≤ = = 0,833 (Ω) R t.n − 0,5 1,25 − 0,5 Ta sẽ tính toán thiết kế hệ thống nối đất theo điều kiện điện trở nối đất nhân tạo là: Rn.t.yc ≤ 0,833 Ω. Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 64
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp 4.3.3- Tính nối đất nhân tạo của trạm 110kV. Đối với trạm biến áp 110kV khi thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo ta sử dụng hình thức nối đất theo mạch vòng có chôn cọc. Mạch vòng bao quanh trạm có hình chữ nhật ABCD có kích thước như sau: Chiều dài l1 = 57m ; Chiều rộng l2 = 56,55m. Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của trạm như hình (4 –2 ): A D l B l1 C Hình (4 – 2 ): Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của trạm. Hệ thống nối đất mạch vòng của trạm ta chọn cọc loại thép góc 50x50x5, chiều dài l =2,5m với lý do là để thuận lợi cho việc thi công mà vẫn đảm bảo độ dẫn điện tốt. Mạch vòng nối giữa các cọc dùng loại sắt dẹt có kích thước 50x5. Sơ đồ bố trí mạch vòng cọc trong hệ thống nối đất của trạm như hình (4 – 3 ): a: là khoảng cách giữa các cọc theo chu vi mạch vòng. l: chiều dài cọc l = 2,5m. t: độ chôn sâu cọc t =0,8m. t a l=2,5m Hình (4 – 3 ): Sơ đồ bố trí mạch vòng cọc trong hệ thống nối đất của trạm Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 65
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Điện trở tản nhân tạo đối với mạch vòng có chôn cọc được xác định theo công thức sau: R c .R m.v R n.t = (4 − 3) R c .η m.v + n.η c .R m.v Trong đó: Rc : là điện trở tản nối đất của cọc (Ω). Rm.v : là điện trở tản nối đất của mạch vòng (Ω). n : là số cọc sử dụng. ηm.v và ηc : tương ứng là hệ số sử dụng mạch vòng, sử dụng cọc phụ thuộc a vào số cọc và tỷ số l Tính điện trở của mạch vòng quanh trạm Rm.v : 2 ⎡ ρ ⎤ k.L R m. v = ⎢ ⎥ ln t.d ( Ω) (4 − 4) ⎣ 2.π.L ⎦ Trong đó: ρ = ρđo.Kmùa (thanh) là điện trở suất tính toán của mạch vòng.Tra bảng (2–1) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có: Kmùa (thanh) = 1,6 vậy ρ = ρ.1,6 = 2,08.102 (Ω.m). L là chu vi mạch vòng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(57+56,55) = 227,1m. d là đường kính thanh nối: d = b/2 = 50/2 = 25 (m.m) = 2,5.10-2 m. t là độ chôn sâu (để đảm bảo cho ρ ổn định ) : t = 0,8m. k là hệ số phụ thuộc hình dạng của hệ thống nối đất . Ta có: l1 57 = = 1,00795 ≈ 1 l 2 56,55 Tra bảng (2 – 5) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” được k = 5,53. Thay số vào biểu thức (4 – 3) ta có: Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 66
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp 2 ⎡ ⎡ ρ ⎤ k.L 2,08.10 2 ⎤ 5,53.227,12 R m. v = ⎢ ⎥ ln =⎢ ⎥ ln = 2,4 (Ω). ⎣ 2.π.L ⎦ t.d ⎢ 2.3,14.227,1⎥ 0,8.2,5.10 − 2 ⎣ ⎦ Ta nhận thấy điện trở của mạch vòng xung quanh trạm lớn hơn điện trở nhân tạo cho phép để tính toán thiết kế (Rnđ = 0,833 Ω).Vậy phải dùng thêm số cọc vào hệ thống mạch vòng để giảm trị số điện trở nối đất của hệ thống. Qua kết quả tính toán Rm.v chứng tỏ rằng ta chọn hình thức nối đất an toàn bằng mạch vòng có chôn cọc là hợp lý. Tính điện trở nối đất của một cọc (dùng cọc sắt góc √ ). Đối với cọc điện trở tản xoay chiều được xác định theo công thức sau: ⎡ ρ ⎤ ⎛ 2.l 1 4.t ′ + l ⎞ R coc = ⎢ ⎥.⎜ ln d + 2 . ln 4.t ′ − l ⎟ (4 − 5) ⎣ 2.π.l ⎦ ⎝ ⎠ 0,8m t' l Hình (4 – 4): Các kích thước nối đất cọc Trong đó: Cọc có kích thước: l = 2,5m. ρ là điện trở suất của đất đối với cọc: ρ = ρđo.Kmùa (cọc) . ρđo =1,3.102 (Ω.m). Kmùa (cọc) = 1,4. (Tra bảng (2-1) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA”) ρ = 1,3.102.1,4 = 1,82.102 (Ω.m). d là đường kính cọc (m) được tính như sau: d = 0,95.b = 0,95.50. 10-3 = 4,75. 10-2m. t là độ chôn sâu: t = 0,8m. Giá trị t/ được tính: l 2,5 t′ = + 0,8 = + 0,8 = 2,05(m) 2 2 Thay số liệu vào (4 – 5 ) ta có: Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 67
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp ⎡ 1,82.10 2 ⎤ ⎛ 2.2,5 1 4.2,05 + 2,5 ⎞ R coc = ⎢ ⎥.⎜ ln ⎜ + . ln ⎟ = 57,6Ω ⎢ 2.3,14.2,5 ⎥ ⎝ 4,75.10 ⎣ ⎦ −2 2 4.2,05 − 2,5 ⎟ ⎠ Vậy điện trở của một cọc là 57,6 Ω. Sau khi tính được Rc và Rmv ta tính điện trở nhân tạo theo công thức (4–3) . Trong công thức này ta chỉ mới biết Rc và R mv vậy ta phải tìm số cọc để Rnt đạt giá trị nhỏ nhất và phải đảm bảo nhỏ hơn hoặc bằng giá trị tính toán cho phép Rnt ≤ 0,833 Ω. ηmv và ηc phụ thuộc số cọc ta sử dụng trong mạch vòng. a Ta xét từng trường hợp theo tỷ số với các thông số là: l L (chu vi mạch vòng) = 227,1m. l (chiều dài cọc) = 2,5m. a * Khi = 0,3 (có nghĩa là khoảng cách giữa các cọc a = l =0,75m. l Ta có số cọc chôn theo chu vi mạch vòng là: L 227,1 n1 = = = 303 cọc. a1 0,75 Tra bảng 4 phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có: ηc = 0,21. Theo bảng 6 trong phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có: ηthanh = 0,185. Điện trở nhân tạo trong trường hợp này là: 57,6.2,4 R n.t (1) = = 0,846Ω. 57,6.0,185 + 303.0,21.2,4 a Khi = 0,25 (Có nghĩa là khoảng cách giữa hai cột a = 0,625m) l Ta có số cọc chôn theo chu vi là: L 227,1 n2 = = = 364 cọc a 2 0,625 Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 68
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Tra bảng 4 và bảng 6 trong phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” kết hợp với phương pháp nội suy như hình (4 – 5) ta có : ηc = 0,19 ; ηthanh = 0,17 Điện trở nhân tạo trong trường hợp này là: 57,6.2,4 R n.t ( 2) = = 0,786Ω. 57,6.0,17 + 364.2,4.0,19 Từ kết quả tính toán có: Rn.t(1) = 0,846.Ω > Rnhân tạo yêu cầu = 0,833. Ω. Phương án này không đảm bảo do giá trị điện trở nối đất lớn hơn giá trị điện trở yêu cầu nên bị loại. Rn.t(2) = 0,786 Ω < 0,833 Ω = Rnhân tạo yêu cầu Phương án này đảm bảo yêu cầu do giá trị điện trở nối đất nhỏ hơn giá trị điện trở yêu cầu. Vậy ta chọn Rn.t(2) = 0,786 Ω. Số cọc là 364 cọc. Khoảng cách giữa các cọc là a = 0,625 m. 4.4- TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT. Khi có dòng điện sét đi vào bộ phận nối đất, nếu tốc độ biến thiên của dòng điện theo thời gian rất lớn thì trong thời gian đầu điện cảm sẽ ngăn cản không cho dòng điện đi tới các phần cuối của điện cực khiến cho điện áp phân bố không đều, sau một thời gian, ảnh hưởng của điện cảm mất dần và điện áp phân bố sẽ đều hơn. Thời gian của quá trình quá độ nói trên phụ thuộc vào hằng số thời gian. T =L.g.l2 (4 – 6 ) Từ (4–6) ta thấy: T tỷ lệ với trị số điện cảm tổng L.l và điện dẫn tổng 1 g.l = của điện cực. R Từ biểu thức (4–6) ta thấy khi dòng điện tản trong đất là dòng điện một chiều hoặc xoay chiều tần số công nghiệp thì ảnh hưởng của L không đáng kể và bất Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 69
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp kỳ hình thức nối đất nào ( thẳng đứng hoặc nằm ngang ) cũng đều biểu thị bởi trị số điện trở tản. Khi dòng điện tản trong đất là dòng điện sét, tham số biểu thị của nối đất tuỳ thuộc vào tương quan giữa hằng số thời gian T và thời gian đầu sóng của dòng điện. Khi T
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp ⎛ I 150 ⎞ + τđs: thời gian đầu sóng lấy bằng 5μs ; ⎜ τ ds = s = = 5μs ⎟ ⎝ a 30 ⎠ 4.4.2- Yêu cầu kiểm tra. Ta kiểm tra theo điều kiện nhằm đảm bảo an toàn cho cách điện của máy biến áp : I.Z(0, τđ.s ) ≤ U0,5. Trong đó: I : là trị số dòng điện sét lấy bằng 150kV. Z(0, τđ.s ): là tổng trở xung kích nối đất tại thời điểm ngay chỗ dòng điện sét đi vào điện cực. U0,5 : trị số điện áp phóng điện xung kích bé nhất của máy biến áp U0,5 (MBA) = 460kV. 4.4.3- Tính toán lại trị số điện trở nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét. Do việc dùng hệ thống nối đất an toàn làm hệ thống nối đất chống sét nên ta phải tính toán lại trị số điện trở nối đất nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét. Tra bảng 19- 2 sách kỹ thuật điện cao áp ta chọn hệ số mùa sét là: Km.v = 1,2 ; Kcoc = 1,15. Dựa vào công thức (4–4) và (4–5) ta thấy Rm.v và Rcoc. sẽ tỷ lệ thuận với kmùa , do ρ đo không đổi. Vậy điện trở của mạch vòng là: K m.v.(sÐt ) .R m.v ( an toμn ) 1,2.2,4 R m. v = = = 1,8 Ω. .K m.v.(an toμn ) 1,6 Điện trở của cọc là: K cäc.(sÐt ) .R cäc( an toμn ) 1,15.57,6 R cäc = = = 47,3Ω. .K cäc.( an toμn ) 1,4 Điện trở nối đất nhân tạo tính cho nối đất chống sét là: R cäc .R m.v R n.t (sÐt ) = ( 4 − 7) R cäc .ηm.v + n.R m.v .ηcäc Trong đó: Rm.v và Rcọc ta vừa tính được. Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 71
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp n là số cọc đã tính được n = 364 cọc. ηcọc và ηm.v đã tính được ở phần nối đất nhân tạo ứng với n = 364 cọc ta có ηcọc = 0,19. ; ηm.v = 0,17. Vậy: R cäc .R m.v 47,3.1,8 R n.t (sÐt ) = = = 0,647Ω. R cäc .ηm.v + n.R m.v .ηcäc 47,3.0,17 + 364.1,8.0,19 Vậy điện trở nối đất nhân tạo tính cho nối đất chống sét là: Rn.t sét =0,647Ω. 4.4.4- Tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét Z(0; τđ.s). Để tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét ta xét các điều kiện sau: + Bỏ qua nối đất tư nhiên. + Bỏ qua các thanh nối cân bằng điện áp trong trạm biến áp. + Trong tính toán, để đơn giản ta bỏ qua quá trình phóng điện tia lửa trong đất và giả thiết điện trở suất của đất không đổi. + Bỏ qua thành phần điện trở, điện dung của điện cực nối đất vì trở rất nhỏ so với thành phần điện kháng và điện dẫn ứng với tần số dòng điện sét. Ta xem mạch nối vòng đất gồm hai tia dài ghép song song với nhau. l =L/2 Hình (4 – 6): Mạch vòng nối đất gồm hai tia dài ghép song song Ta có sơ đồ thay thế: Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 72
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Is/2 L0 L0 L0 g0 g0 g0 Hình (4–7): Sơ đồ thay thế của mỗi tia. Với L và g là điện cảm và điện dẫn trên một đơn vị dài. 1 ⎛ 1 ⎞ g0 = ⎜ ⎟ R.l ⎝ Ω.m ⎠ R là điện trở nối đất ổn định của cực nối đất R = 0,647Ω. ⎛ l ⎞ L 0 = 0,2.⎜ ln − 0,3 ⎟ (μH / m.) ⎝ r ⎠ Với r là bán kính cực nối đất: b 50 r= = = 12,5m m = 1,25.10 − 2 m. 4 4 Thay số vào ta có: ⎛ 113,55 ⎞ L 0 = 0,2.⎜ ln − 0,31⎟ = 1,76μH / m. ⎜ −2 ⎟ ⎝ 1,25.10 ⎠ Vì điện dẫn ghép song song nên ta có: 1 1 ⎛ 1 ⎞ g0 = = = 6,8.10 −3 ⎜ ⎟ 2, R n.t .l 2.0,647.113,55 ⎝ Ω.m ⎠ Tính toán phân bố dài khi không xét quá trình phóng điện trong đất. Từ sơ đồ thay thế có thể thành lập được hệ phương trình vi phân: ∂U ∂I =L (4 − 8) ∂x ∂t Giải hệ phương trình trên ta được điện áp tại điểm bất kỳ và thời điểm bất kỳ trên điện cực. ⎡ ⎛ − t ⎞ ⎤ a ⎢ ∞ 1 ⎜ ⎟ ⎛ k.xπ ⎞⎥ U (x, t ) = t + 2 T1 . ∑ 2 ⎜1 − e Tk ⎟. cos⎜ l ⎟⎥ ( 4 − 9) g 0 .l ⎢ k =1k ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎢ ⎣ ⎝ ⎠ ⎥ ⎦ Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 73
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp L 0 .g 0 .l 2 Với hằng số thời gian Tk = k 2 .π 2 L 0 .g 0 .l 2 T Ta có T1 = nên T k = 1 . Từ đó suy ra tổng trở xung kích ở hai π2 k2 đầu vào nối đất: ⎡ ⎛ − t ⎞⎤ a ⎢ 2.T1 ∞ 1 ⎜ ⎟⎥ Z(0, t ) = l+ .∑ ⎜1 − e Tk ⎟⎥ (4 − 10) g 0 .l ⎢ τ ds k =1k 2 ⎜ ⎟ ⎢ ⎣ ⎝ ⎠⎥⎦ Tổng trở xung kích của nối đất ở đầu vào thời điểm t = τđ.s và xét tới hai tia ghép song song là: ⎡ ⎛ − t ⎞⎤ 1 a ⎢ 2.T1 ∞ 1 ⎜ ⎟⎥ Z(0, τ ds ) = . l+ .∑ ⎜1 − e Tk ⎟⎥ (4 − 11) 2 g 0 .l ⎢ τ ds k =1k 2 ⎜ ⎟ ⎢ ⎣ ⎝ ⎠⎥⎦ Để tính Z(0, τđ.s) xét chuỗi: τ ds τ ds − − 1− e Tk ∞ 1 ∞ e Tk ∑ = ∑ − ∑ k2 k =1k 2 k =1 k 2 Vì : e-3 =0,05 ; e-4 =0,018 ; e-5 = 0,0067 ; e-6 = 0,00247 Nên ta chỉ xét đến e-4. Từ e-4 rất bé so với số hạng trước nên ta có thể bỏ qua, τ tức là tính với k sao cho ds ≤ 4 Tk T τ ds T .4 Ta có Tk = 1 nên T ≤ 4 . Vậy: k 2 ≤ 1 k 2 1 τ ds k2 4.T1 Hệ số K là nguyên dương nên ta có: K ≤ τ ds L 0 .g 0 .l 2 1,76.6,8.10 −3113,55 2 Với: T1 = = = 15,65(μs). π2 3,14 2 4.15,65 τđ.s = 5μs, ta có: K ≤ = 3,53 5 Như vậy ta sẽ tính toán với K lớn nhất là 3, tức là K =1÷3. Ta có các kết quả như bảng (4 – 1 ): Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 74
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp k 1 2 3 T k (μ s) 15,65 3,9125 1,738 τ ds 0,32 1,278 2,876 Tk τ ds − 0,726 0,2786 0,056 Tk e − τ ds / Tk e 0,726 0,06965 0,006 2 k τds − 3 e Tk Từ bảng (4 – 1 ) ta tính được: ∑ 2 = 0,8 1 k Thay các giá trị vào (4 – 11) ta được: 3 1 1 1 ∑ =1+ + = 1,36 1 k2 2 2 32 1 1 ⎡ 2.15,65 ⎤ Z(0, τ ds ) = . ⎢1 + (1,36 − 0,8⎥ = 2,27Ω. −3 2 6,8.10 .113,55 ⎣ 5 ⎦ Kiểm tra điều kiện nhằm đảm bảo an toàn cách điện cho máy biến áp với các giá trị : I =m .150kA ; Z(0, τđ.s) = 2,27Ω. Ứng với 2 giá trị trên tại thời điểm dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất thì thế tại điểm dòng điện sét đi vào là: Usét = I. Z(0, τđ.s) = 150.2,27= 340,5kV. Vậy Usét = 340,5kV < U50% = 460kV. Nhận xét: Do điện trở nối đất đạt yêu cầu nên không phải nối đất bổ xung cho hệ thống chống sét. Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 75
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp 4.5- KẾT LUẬN. Hệ thống nối đất nhân tạo mạch vòng có chôn cọc như phương án đã chọn là 364 cọc, khoảng cách giữa các cọc là 0,625m, Rn.t = 0,786 Ω < 0,833 Ω = Rn.t.y.c . Mạch vòng nhân tạo đảm bảo an toàn cách điện cho máy biến áp khi có dòng điện sét. Sau khi kiểm tra lại nối đất theo yêu cầu chống sét đã đảm bảo điện áp giáng trên máy biến áp khi dòng sét đi vào Usét = 340,5kV < U50% = 460kV, ta không phải tính toán nối đất bổ xung nữa. Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 76