Đồ án tốt nghiệp môn cao áp " TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CHO HỆ THỐNG CAO ÁP CỦA TRẠM BIẾN ÁP 110/22 KV "

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Đồ án tốt nghiệp môn cao áp

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CHO HỆ

THỐNG CAO ÁP CỦA TRẠM BIẾN ÁP

110/22 KV

Giáo viên hướng dẫn

Sinh viên thực hiện

Trang - 1 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Chương mở đầu ................................................................................................... 3 Chương I.............................................................................................................. 7 I.1-KHÁI NIỆM CHUNG.................................................................................... 7 I.2- CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT KHI TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP. ...................................................... 8 Chương 2 ........................................................................................................... 26 II.1- GIỚI THIỆU CHUNG VÀ MỘT SỐ VẦN ĐỀ KỸ THUẬT KHI TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP................................................................... 26 II.2- CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT.................................. 29 II.3- TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN.......................................................................... 30 II.4- TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT. ..................................................... 36 II.5- KẾT LUẬN. .............................................................................................. 48 ChươngIII:......................................................................................................... 49 III.1- LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN...................................................................... 49 III.2 - TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY110KV DO SÉT ĐÁNH : ......... 56 III.3- TÍNH SUẤT CẮT TỔNG DO SÉT ĐÁNH VÀO ĐƯỜNG DÂY TẢI .... 83 ĐIỆN 110KV..................................................................................................... 83 III.4- TÍNH CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN110KV . 83

Trang - 2 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Chương mở đầu TÌNH HÌNH GIÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ TỚI

LƯỚI ĐIỆN

Việc nghiên cứu giông sét và các biện pháp chống sét đã có lịch sử lâu dài

cùng với sự phát triển của nghành điện . Ngày nay người ta đã tìm ra được các

phương pháp nhữmh hệ thống thiết bị và kỹ thuật cao để đề phòng chống sét

đámh . Sét là một hiện tượng tự nhiên , mật độ , thời gian phóng điện , biên độ

dốc của sét không thể dự đoán trước nên việc nghiên cứu chống sét là rất quan

trọng , đặc biệt là trong nghành điện .

I . Tình hình giông sét ở VIỆT NAM :

Theo đề tài KC – 03 - 07 của viện năng lượng , trong một năm số ngày sét ở

miền Bắc khoảng từ 70 đến 100 ngày và số lần có giông là từ 150 – 300 lần .

Vùng có giông nhiều nhất trên miền Bắc là khu vực Móng Cái , Tiên Yên (

Quảng Ninh ) hàng năm có từ 100 – 110 ngày giông sét , tháng 7 , tháng 8 có thể

có đến 25 ngày giông \ tháng .

Một số vùng có điạ hình chuyển tiếp như giữa các vùng núi và vùng đồng bằng

số lần giông cũng đến 200 lần sét / năm . Với số ngày giông khoảng 100 ngày /

năm . Nơi ít giông nhất là quảng Bình , hàng năm chỉ có 80 ngày giông . Xét về

diễn biến của mùa giông trong năm , mùa giông không hoàn toàn đồng nhất giữa

các vùng . Nói chung ở miền Bắc giông tập trung từ tháng 4 – 9 , ở phía tây bắc

giông tập trung từ thánh 5 – 8 trong năm .

Trên vùng duyên hải trung bộ từ phía bắc đến Quảng Ngãi là khu vực tương đối

nhiều giông trong tháng số ngày có giông xấp xỉ 10 ngày / tháng . Tháng có nhiều

giông nhất là tháng 5 , có thể có từ 12 – 15 ngày . Những tháng đầu mùa và cuối

mùa chỉ gặp 2 – 5 ngày / tháng . Từ Bình Định trở vào là khu vực ít giông nhất

thường chỉ có vào tháng 5 , số ngày có giông xấp xỉ 10 ngày ( Tuy Hoà 10 ngày ,

Nha Trang 8 ngày , Phan Thiết 13 ngày ) , còn các tháng khác của mùa đông chỉ

quan sát được từ 5 – 7 ngày giông sét .

Trang - 3 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Miền nam cũng có khá nhiều giông , hàng năm quan sát được từ 40 đến 50 ngày

và đến trên 100 ngày tuỳ nơi . Khu vực nhiều giông nhất là đồng bằng Nam bộ ,

số ngày giông sét có thể lên tới 120 – 140 ngày /năm . Mùa đông ở Nam Bộ từ

tháng 4 đến tháng 11 thì số ngày giông trung bình là 10 ngày /tháng , các tháng 5

đến tháng 10 có khoảng trên 20 ngày giông ( SàI Gòn 22 ngày , Hà Tiên 28 ngày.

Tây Nguyên , mùa giông chỉ có ở các tháng 4 , 5 và 9 . Tháng cực đại ( tháng 5 ) ,

trung bình quan sát được 15 ngày giông và ở Tây Nguyên trung bình số ngày

giông sét từ 10 đến 12 ngày ( Plây cu 17 ngày , Kon Tum 14 ngày , Đà Lạt 10

ngày còn các tháng khác trong mùa trung bình có 5 – 7 ngày /tháng .

Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng trung bình giông sét trên 3 miền Bắc – Trung –

Nam , những vùg lân cận lại có mật độ giông sét tương đối giống nhau . Kết quả

nghiên cứu , người ta đã lập được bản đồ phân vùng giông sét toàn Việt Nam (

các thông số cho trong bảng 1 ) .

Ngày đông Gìơ đông Mật độ sét Tháng giông

Vùng trung bình trung bình trung bình cực đại

(ngày / năm ) (giờ /năm)

đồng bằng ven biển

81.1 215.6 6.47 8

Miền núi trung du

Bắc Bộ 61,6 219,1 6.33 7

Cao nguyên miền

trung 47,6 126,21 3.31 5.8

Ven biển miền

trung 44 95,2 3.55 5.8

đồng bằng miền

Nam 60.1 89.32 5.37 5.9

Trang - 4 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Từ các số liệu về ngày giờ giông , số lượng đo lường nghiên cứu đã thực hiện các

giai đoạn có thể tính toán đưa ra các số liệu dự kiến về mật độ phóng điện xuống

các khu vực ( số liệu dự báo như trong bảng 2 )

Số ngày đồng bằng ven Miền núi Cao Ven biển đồng bằng

giông biển trung du nguyên trung bộ miền Nam

phía Bắc miền

trung

20  40 2,43 4,68 2,1  4,2 12  2,4 1,22  2,44 1,26  2,52

4,68  7,92 4,2  6,3 2,4  3,6 2,44  3,65 2,52  3,78 40  60

60  80 7,92  9,72 6,3  8,4 3,6  4,8 3,65  4,87 3,78  5,06

80  100 9,72  12,15 8,4  10,5 4,8  6 4,87  6,09 5,06 6,3

100  120 12,15  14,58 10,5 12,6 6  7,2 6,09  7,31 6,3  7,76

II . Ảnh hưởng của giông sét :

Ỏ Việt Nam trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KC – 03 – 07 đã lắp đặt các

thiết bị ghi sét và bộ ghi tổng hợp trên các đường dây tải điện trong nhiều năm

liên tục , kết quả thu thập tình hình sự cố lưới đIện 220 kV ở miền Bắc từ năm

1987 đến năm 1992 được ghi trong bảng 3 :

Loại sự cố Dưới 220 KV Đường dây Phả Lại – Hà Đông

Tổng số Vĩnh cửu Tổng số Vĩnh cửu Do sét

1987 2 1 2 1 1

1988 5 2 5 2 1

1989 24 3 6 2 1

1990 25 4 2 1 1

1991 30 2 3 1 1

1992 19 4 4 4 3

105 16 22 11 8

Trang - 5 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Trong tổng số sự cố vĩnh cửu của đường dây 220 KV Phả Lại – Hà Đông ,

nguyên nhân do sét là 8/11chiếm 72,7 % .Sở dĩ lấy kết quả sự cố của đường dây

Phả Lại – Hà Đông làm kết quả chung cho sự cố lưới đIện Miền Bắc vì đây là

đường dây quan trọng của Miền Bắc và sự cố đường dây này ảnh hưởng rất lớn

đến tình hình truyền tải điện năng trên lưới điện .

Kết luận : Qua những nghiên cứu tính hình giông sét ở Việt Nam và những tác

hại của sét gây nên đối với lưới điện , cho nên việc bảo vệ chống sét cho đường

dây điện và các trạm biến áp là không thể thiếu được . Vì vậy việc đầu tư nghiên

cứu chống sét là cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện của

nước ta

Trang - 6 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Chương I BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP

TRẠM BIẾN ÁP 110/22 KV.

I.1-KHÁI NIỆM CHUNG.

Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân

phối điện năng .

Đối với trạm biến áp 110 KV thì các thiết bị điện của trạm được đặt ngoài

trời, khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề không

những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn gây nên những hậu quả

cho những ngành công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện . Do vậy trạm

biến áp thường có yêu cầu bảo vệ khá cao.

Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta dùng

hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi. Tác dụng cuả hệ thống này là tập trung điện tích

để định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn

bên dưới hệ thống này.

Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào

hệ nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của

bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho

khi có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để

gây phóng điện ngược đến các thiết bị khác gần đó.

Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần

phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo về yêu cầu về

kỹ thuật, mỹ thuật.

Trang - 7 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

I.2- CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT KHI TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT

ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP.

Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an

toàn của hệ thống bảo vệ. Hệ thống bảo vệ trạm 110 kV ở đây ta dùng hệ thống

cột thu lôi, hệ thống này có thể được đặt ngay trên bản thân công trình hoặc đặt

độc lập tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể.

Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng được độ cao của

phạm vi bảo vệ và sẽ giảm được độ cao của cột thu lôi. Nhưng mức cách điện của

trạm phải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét

sang thiết bị. Vì đặt kim thu sét trên các thanh xà của trạm thì khi có phóng điện

sét, dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một

phần điện cảm của cột, phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược

từ hệ thống thu sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi mà mức cách điện

không đủ lớn. Do đó điều kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà của

trạm là mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ.

Đối với trạm phân phối có điện áp từ 110kV trở lên có mức cách điện khá cao

(cụ thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn ) do đó có thể

đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm và các kết cấu trên đó có đặt cột thu

lôi thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm theo đường ngắn nhất sao cho

dòng điện sét khuyếch tán vào đất theo 3 đến 4 thanh nối đất với hệ thống , mặt

khác phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất.

Khâu yếu nhất trong trạm phân phối ngoài trời điện áp từ 110kV trở lên là

cuộn dây máy biến áp, vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu

cầu khoảng cách giữa điểm nối vào hệ thống của cột thu lôi và điểm nối vào hệ

thống nối đất của vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đường điện .

Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt

khi có dòng điện sét chạy qua.

Trang - 8 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện

phải được cho vào ống chì và chôn trong đất.

I.3- Tính toán thiết kế, các phương án bố trí cột thu lôi.

Với yêu cầu thiết kế hệ thống chống sét cho trạm 110kV và dựa vào độ cao

của các thiết bị ta có thể bố trí được các cột thu lôi và tính được độ cao của

chúng.

I.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán.

- Độ cao cột thu lôi:

h =hx + ha (I – 1)

Trong đó: + hx : độ cao của vật được bảo vệ.

+ ha : độ cao tác dụng của cột thu lôi, được xác định theo từng

nhóm cột. (ha  D/8 m).

(với D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột)



(

)

(



r x

hh  x



6,1 h x h

- Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là:

1.(h5,1

)





r x

h x h8,0

1.(h75,0

)

(I –3) - Nếu hx  2/3h thì:





r x

h x h

(I - 4) - Nếu hx > 2/3h thì:

Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn từng cột đơn cộng

lại. Nhưng để các cột thu lôi có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột

phải thoả mãn a  7h ( trong đó h là độ cao của cột thu lôi ).

Khi có hai cột thu lôi đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa

h 

(



a 7

hai cột là ho và được xác định theo công thức:

Trang - 9 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột



(



)

là rxo và được xác định như sau:

r xo

h 0

h x



6,1 h x h o

0,2h

ho=h-a/7

0,75h

1,5h

rxo

H×nh (I – 1 ): Tr êng hî p hai cét thu l«i cã chiÒu cao b»ng nhau .

( I-6 )

- Trường hợp hai cột thu lôi có độ cao khác nhau thì việc xác định phạm vi

bảo vệ được xác định như sau:

- Khi có hai cột thu lôi A và B có độ cao h1 và h2 như hình vẽ dưới đây:

Trang - 10 -

(H×nh I – 2 ): Tr êng hî p hai cét thu l«i cã chiÒu cao kh¸ c nhau

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

- Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h2 , khi đó các khoảng cách AB = a; BC = a'. Khi đó xác định được các khoảng cách x và a' như





)

h 1

h 2



6,1 h 2 h 1



x-a



-a



)

(



h 1

h 2



6,1 h 2 h 1

Đối với trường hợp khi có hai cột thu lôi cao bằng nhau ta có phạm vi bảo vệ

h 

a 7

ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là ho :







a 



h.( 1

)h 2

a' 7



, 61 h 2 h 1





r xo

h.( o

)h x



, 61 h 2 h 1

Tương tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột B và C là:

Trang - 11 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

I.3.2- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp

110/22kV.

- Trạm có diện tích là: 94 x 71m và bao gồm:

+ Hai máy biến áp T1 và T2

- Độ cao các thanh xà phía 110kV là 11m

I.3.3- Trình tự tính toán.

Trạm có cấp điện áp 110kV và có hai máy biến áp MB1,MB2.

Sau khi khảo sát sơ bộ sơ đồ mặt bằng trạm, vị trí bố trí các thiết bị trong trạm

và yêu cầu bảo vệ của mỗi thiết bị, ta đưa ra hai phương án đặt cột thu lôi như

I.3.3.1- Phương án 1.

Ta bố trí 8 cột thu lôi trong đó 2 cột bố trí trên thanh xà cao 11m và các cột

Sô ñoà hieän traïng maët baèng TBA 110kV Vaên Ñieån : Phöông aùn 1

Phoøng ñieàu khieån

PHÍA 22KV

PHÍA 110KV

Phoøng phaân phoái

Phoøng tuï buø

19.000

32.000

15.000

25.000

còn lại bố trí độc lập như hình vẽ :

Tính độ cao tác dụng của cột thu lôi:

Trang - 12 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi một tam giác (hoặc tứ giác) thì độ

cao của cột thu lôi phải thoả mãn: D  8ha

Trong đó:

- D: Là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác ( hoặc tứ giác), tạo bởi các

chân cột. đó là phạm vi mà nhóm cột có thể bảo vệ được.

- ha : Là độ cao tác dụng của cột thu lôi.

Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi bao giờ cũng lớn hơn phạm vi

bảo vệ của cột đơn cộng lại. Điều kiện để cho hai cột thu lôi có thể phối hợp được

với nhau để bảo vệ được vật có độ cao hx nào đó là: a  7h

Với a là khoảng cách giữa hai cột thu lôi.

- Xét nhóm cột (1;2;3;4) ta có:

Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật tạo

bởi các cột 1;2;3;4

Đoạn (1-2) = 30,6m





6,30



7,45

Đoạn (2-4) = 34m

Đường kính vòng tròn ngoại tiếp D :

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột (1;2;3;4) bảo vệ được hoàn toàn diện tích



.7,5

D 8

7,45 8

giới hạn bởi chúng là:

- Xét nhóm cột (3;4;5;6) ta có:

Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật tạo

bởi các cột 3;4;5;6

Đoạn (3-4) = 35m





6,30



5,46

Đoạn (4-5) = 30,6m

Đường kính vòng tròn ngoại tiếp D :

Trang - 13 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột (3;4;5;6) bảo vệ được hoàn toàn diện tích



.8,5

D 8

5,46 8

giới hạn bởi chúng là:

- Xét nhóm cột 5;6;7

2 25 

4,30

Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi

các cột 5;6;7. (5 - 7 = = 40m ; từ 5 – 6 = 28m ; 6  7 = = 17,8m) .

Và đường kính vòng tròn là:

cba ..



 )81(

app .(



).(

bp 

).(

cp 

)

Ta có công thức để tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;4;5):



cba  2

Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (1;4;5):

+ r là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;4;5).

Thay số vào (I –8 ) ta có:

8,17



p



28 2



40.28.8,17 3.15.2,25.43

Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;4;5) là:

Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (5;6;7) là: D =45 m.

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 5;6;7 bảo vệ được hoàn toàn diện tích



6,5

D 8

45 8

giới hạn bởi chúng là:

- Xét nhóm cột 5;7;8

Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi



2 25





3,30

các cột 5;7;8 (5  8 = 17m , từ 7 – 8 = 25m .Và đường kính vòng tròn là:

Trang - 14 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 5;7;8 bảo vệ được hoàn toàn diện tích



D 8

3,30 8

giới hạn bởi chúng là:

- Xét nhóm cột 6;7;8

2 17 

5,3

Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi

các cột 6;7;8. (6 - 7 = = 17,4m ; từ 7 – 8 = 30,4m ; 60  8 = = 34,8m)

Và đường kính vòng tròn là:

cba ..



 )81(

app .(



).(

bp 

).(

cp 

)

Ta có công thức để tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;8):



cba  2

Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (6;7;8):

+ r là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;8).

Thay số vào (I –8 ) ta có:

4,17



8,34

p



3,41

4,30 2



8,34

8,34.4,30.4,17 5,6.9,10.24.3,41

Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;8) là:

Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;8) là: D =34,8 m.

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 6;7;8 bảo vệ được hoàn toàn diện tích



4,4

D 8

8,34 8

giới hạn bởi chúng là:

- Xét nhóm cột 5;6;8

Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi



4,30





các cột 5;6;8 (5  8 = 17m , từ 5 – 6 = 30,4m .Và đường kính vòng tròn là:

Trang - 15 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 5;6;8 bảo vệ được hoàn toàn diện tích



4,4

D 8

35 8

giới hạn bởi chúng là:

Như vậy đối với tất cả các cột thu lôi có thể lấy một độ cao tác dụng là :

ha = 5,8m

Tính độ cao cột thu lôi ;

Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp

được xác định bởi: h = hx + ha

Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi.

+ hx: độ cao của vật được bảo vệ.

+ ha: độ cao tác dụng của cột thu lôi.

 độ cao tác dụng của các cột thu lôi là :

h = 5,8 + 11 =16,8 m

 ta chọn cột thu lô có độ cao h = 17m

Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi:

* Bán kính bảo vệ của cột thu lôi cao 17m:





117.5,1



9,4

r x

h x .8,0 h

11 17.8,0

 h 1.5,1  

  

  

  

- Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m: hx =11 m < 2/3 h = 11,33 m. Nên:





25,14

r x

h x .8,0 h

6 17.8,0

 h 1.5,1  

  

 117.5,1  

  

- Bán kính bảo vệ ở độ cao 6m:

* Phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu lôi:

- Xét cặp cột 1;2. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 30,4m.

 h







5,12

a 7

4,30 7

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:

Trang - 16 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP





1.15,12.75,0



85.2

m .

r xo

h .75,0 o

2,8 5,12

h x h o

  

  

  

  

Ở độ cao 8,2m: hx = 8,2m > 2/3ho = 8,1m. Nên :

- Xét cặp cột 2;3. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 34m.

 h







15,12

a 7

34 7

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:





97,2

m .

r xo

h .75,0 o

2,8 15,12

h x h o

 1.15,12.75,0  

  

  1 

  

Ở độ cao 8,2m: hx = 8,2m > 2/3ho = 8m. Nên :

- Xét cặp cột 1;4. Khoảng cách giữa hai cột là: a =34m.

 h







a 7

34 7

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

Ở độ cao 8,2m: hx = 8,2m > 2/3ho = 8m. Nên :





1.12.75,0



85,2

m .

r xo

h .75,0 o

2,8 12

  

  

h x h o

  

  

Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:

- Xét cặp cột 3;6. Khoảng cách giữa hai cột là: a =35m.

 h







a 7

35 7

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:





m .5,1

r xo

h .75,0 o

11 13

 1.13.75,0  

  

h x h o

  

  

Ở độ cao 11m: hx = 11m > 2/3ho = 8,7m. Nên :

- Xét cặp cột 7;8. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 25m

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

Trang - 17 -

 h







4,13

a 7

25 7

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP





1.4,13.75,0



m .8,1

r xo

h .75,0 o

11 4,13

h x h o

  

  

  

  

Ở độ cao 11m: hx = 11m > 2/3ho = 8,9m. Nên :

- Xét cặp cột 6-7. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 17,8m.

 h







45,14

a 7

8,17 7

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:





1.45,14.75,0



58,2

m .

r xo

h .75,0 o

11 45,14

h x h o

  

  

  

  

Ở độ cao7,5: hx = 11m > 2/3ho =9,63m

- Xét cặp cột 5;8. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 17m.

 h







57,14

a 7

17 7

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:





68,2

m .

r xo

h .75,0 o

11 57,14

h x h o

 1.57,14.75,0  

  

  

  

Ở độ cao 11m: hx = 11m > 2/3ho = 9,72m. Nên :

Nhận xét: Quá tính toán ở trên ta vẽ phạm vi bảo vệ của hệ thống cột thu lôi

cho toàn trạm. Cụ thể được trình bày ở hình vẽ

Từ hình vẽ ta thấy rằng toàn bộ các thiết bị của trạm đều nằm trong phạm vi

bảo vệ của các cột thu lôi.

Vậy với cách bố trí thu lôi như phương án I là đảm bảo về mặt kỹ thuật.

I.3.3.2- Phương án 2.

Ta bố trí 9 cột thu lôi trong đó 5 cột bố trí trên thanh xà cao 11m và các cột

còn lại bố trí độc lập :

Trang - 18 -

Sô ñoà hieän traïng maët baèng TBA 110 kV Vaên Ñieån : Phöông aùn 2

Phoøng ñieàu khieån

PHÍA 22KV

PHÍA 110KV

Phoøng phaân phoái

Phoøng tuï buø

15.000

19.000

25.000

32.000

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Tính độ cao tác dụng của cột thu lôi:

Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi một tam giác (hoặc tứ giác) thì độ

cao của cột thu lôi phải thoả mãn: D  8ha

Trong đó:

- D: Là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác ( hoặc tứ giác), tạo bởi các

chân cột. đó là phạm vi mà nhóm cột có thể bảo vệ được.

- ha : Là độ cao tác dụng của cột thu lôi.

Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi bao giờ cũng lớn hơn phạm vi

bảo vệ của cột đơn cộng lại. Điều kiện để cho hai cột thu lôi có thể phối hợp được

với nhau để bảo vệ được vật có độ cao hx nào đó là: a  7h

Với a là khoảng cách giữa hai cột thu lôi.

- Xét nhóm cột 1;2;3.

Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi



4,30





5,46

các cột 1;2;3. (1  2 = 30,4m , từ 2 – 3 = 34m .Và đường kính vòng tròn là:

Trang - 19 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 1;2;3 bảo vệ được hoàn toàn diện tích



.4,5

D 8

5,46 8

giới hạn bởi chúng là:

Ta thấy tam giác vuông 123 có diện tích lớn hơn diện tích tam giác 238 , do

đó phạm vi bảo vệ của nhóm cột 1;2;3 cũng là phạm vi bảo vệ của nhóm cột

2;3;8

- Xét nhóm cột 1;3;8 .

Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi

các cột 1;3;8. (1 3 = 46,5m; từ 3 - 8 = 26m ; 1  8 = = 34,4m) .

Và đường kính vòng tròn là:

cba ..



 )81(

app .(



).(

bp 

).(

cp 

)

Ta có công thức để tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;3;8):



cba  2

Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (1;3;8):

+ r là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;3;8).

Thay số vào (I –8 ) ta có:

5,46



4,34



5,53

26 2



9,46

5,53(5,53



).(

5,53



)4,34

4,34.26.5,46  ).(5,46 5,53

Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;3;8) là:

Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (1;3;8) là: D =46,9 m.

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 1;3;8 bảo vệ được hoàn toàn diện tích



.9,5

D 8

9,46 8

giới hạn bởi chúng là:

- Xét nhóm cột 4;7;8 .

Trang - 20 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi

các cột 4;7;8. (4 7 = 25m; từ 7 - 8 = 26m ; 4  8 = = 30m) .

Và đường kính vòng tròn là:

cba ..



 )81(

app .(



).(

bp 

).(

cp 

)

Ta có công thức để tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (4;7;8):



cba  2

Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (4;7;8):

+ r là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (4;7;8).

Thay số vào (I –8 ) ta có:





5,40

26 2



6,31

5,40(5,40



).(

5,40



)30

30.26.25  25 5,40

).(

Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (4;7;8) là:

Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (4;7;8) là: D =31,6 m.

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 4;7;8 bảo vệ được hoàn toàn diện tích



D 8

6,31 8

giới hạn bởi chúng là:

- Xét nhóm cột 4;5;7.

Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi







6,40

các cột 4;5;7. (4  5 = 32m , từ 4 – 7 = 25m .Và đường kính vòng tròn là:

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 4;5;7 bảo vệ được hoàn toàn diện tích



.1,5

D 8

6,40 8

giới hạn bởi chúng là:

- Xét nhóm cột 5;6;7 .

Trang - 21 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi

các cột 5;6;7. (5 6 = 30,4m; từ 6 - 7 = 32m ; 5  7 = 40,6m) .

Và đường kính vòng tròn là:

cba ..



 )81(

app .(



).(

bp 

).(

cp 

)

Ta có công thức để tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (5;6;7):



cba  2

Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (5;6;7):

+ r là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (5;6;7).

Thay số vào (I –8 ) ta có:

4,30



6,40



5,51

32 2



5,51(5,51



).(

5,51



)6,40

6,40.32.4,30  ).(4,30

5,51

Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (5;6;7) là:

Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (5;6;7) là: D =41 m.

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 5;6;7 bảo vệ được hoàn toàn diện tích



.2,5

D 8

41 8

giới hạn bởi chúng là:

Như vậy đối với tất cả các cột thu lôi có thể lấy một độ cao tác dụng là :

ha = 6m

Tính độ cao cột thu lôi ;

Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp

được xác định bởi: h = hx + ha

Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi.

+ hx: độ cao của vật được bảo vệ.

+ ha: độ cao tác dụng của cột thu lôi.

 độ cao tác dụng của các cột thu lôi là :

Trang - 22 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

h = 5,4 + 11 =16,4 m

 ta chọn cột thu lô có độ cao h = 17m

Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi:

* Bán kính bảo vệ của cột thu lôi cao 17m:





117.5,1



9,4

r x

h x .8,0 h

11 17.8,0

 h 1.5,1  

  

  

  

- Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m: hx =11 m < 2/3 h = 11,33 m. Nên:





25,14

r x

h x .8,0 h

6 17.8,0

 h 1.5,1  

  

 117.5,1  

  

- Bán kính bảo vệ ở độ cao 6m:

* Phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu lôi:

- Xét cặp cột 1;2. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 30,4m.

 h







66,12

4,30 7

a 7

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:





m .6,3

r xo

h .5,1 o

2,8 66,12.8,0

h x .8,0 h o

 1.66,12.5,1  

  

  1 

  

Ở độ cao 8,2m: hx = 8,2m < 2/3ho = 8,4m. Nên :

- Xét cặp cột 2;3. Khoảng cách giữa hai cột là: a =34m.

 h







14,12

34 7

a 7

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

Ở độ cao 8,2m: hx = 8,2m > 2/3ho = 8,1m. Nên :





1.14,12.75,0



m .3

r xo

h .75,0 o

2,8 14,12

h x h o

  

  

  

  

Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:

- Xét cặp cột 3,4. Khoảng cách giữa hai cột là: a =25,6m.

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

Trang - 23 -

 h







3,13

6,25 7

a 7

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:





1.3,13.75,0



72,1

m .

r xo

h .75,0 o

11 3,13

h x h o

  

  

  

  

Ở độ cao 11m: hx = 11m > 2/3ho = 8,8m. Nên :

- Xét cặp cột 6,7: Khoảng cách giữa hai cột là: a = 32m

 h







4,12

32 7

a 7

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:





1.4,12.75,0



05,1

m .

r xo

h .75,0 o

11 4,12

h x h o

  

  

  1 

  

Ở độ cao 11m: hx = 11m > 2/3ho = 8,3m. Nên :

- Xét cặp cột 5-6. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 30,4m.

 h







6,12

4,30 7

a 7

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:





7512



m .2,1

r xo

h .75,0 o

11 6,12

h x h o

 1.6,  

  

  

  

Ở độ cao11: hx = 11m > 2/3ho =8,4m

- Xét cặp cột 7-8. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 26m.

 h







3,13

26 7

a 7

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:





7513



73,1

m .

r xo

h .75,0 o

11 3,13

h x h o

 1.3,  

  

  

  

Ở độ cao11: hx = 11m > 2/3ho =8,9m

- Xét cặp cột 1-8. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 34,4m.

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

Trang - 24 -

 h







1,12

4,34 7

a 7

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP





7512



82,0

m .

r xo

h .75,0 o

11 1,12

h x h o

 1.1,  

  

  

  

Ở độ cao11: hx = 11m > 2/3ho =8,1m

Nhận xét: Quá tính toán ở trên ta vẽ phạm vi bảo vệ của hệ thống cột thu lôi

cho toàn trạm. Cụ thể được trình bày ở hình vẽ :

Từ hình vẽ ta thấy rằng toàn bộ các thiết bị của trạm đều nằm trong phạm vi

bảo vệ của các cột thu lôi.

Vậy với cách bố trí thu lôi như phương án II là đảm bảo về mặt kỹ thuật.

I.4 -Kết luận.

Qua quá trình tính toán trên ta thấy cả hai phương án đều đảm bảo yêu cầu về

mặt kỹ thuật và hai phương án tương đương về mặt kinh tế. Ta thấy phương án II

bố trí hợp lí cột chống sét hơn phương án I: Do vậy ta chọn phương án II.

Trang - 25 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Chương 2 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM 110/22 KV

II.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.

Trong hệ thống điện thường có ba loại nối đất :

+ 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.

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

Trang - 26 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

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.

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  0,5.(Theo tiêu chuẩn nối đất an toàn trang 189 giáo trình kỹ thuật

điện cao áp).





250 I

+ Đối với các thiết bị có điểm trung tính không nối đất trực tiếp thì:

nếu như hệ thống chỉ dùng cho thiết bị cao áp

+ Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện và chỉ hệ thống nối đất dùng





125 I

chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì:

nhưng không được quá 10 

+ 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 không 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  1.

Trang - 27 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Dòng điện I tuỳ theo mỗi trường hợp sẽ có trị số khác nhau :

+ Trong hệ thống không thiết bị bù thì dòng điện tính toán I là dòng điện khi

có chạm đất 1 pha ( cả mạng trên không và mạng cáp ) :

I = 3Uf..C

+ Nếu hệ thống có thiết bị bù thì dòng điện tính toán I là phần dòng điện còn

lại hay chưa được bù của dòng điện ngắn mạch chạm đất trong mạng khi đã cắt

đi thiết bị bù có công suất lớn nhất , nhưng chú ý là phần dòng điện ấy không

được quá 30A.

+ Dòng điện tính toán trong hệ thống nối đất mà trong đó có nối thiết bị bù

được lấy bằng 125% dòng điện định mức của thiết bị bù .

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 .

Mức tản dòng điện 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 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: tt = đ.Km

Trong đó:

tt: là điện trở suất tính toán của đất.

đ: 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.

Trang - 28 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Đối với trạm biến áp ta thiết kế có cấp điện áp 110kV 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.

II.2- CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT.

Điện trở suất đo được của đất: đ = 0,95.104 .cm =0,95.102 .m.

Điện trở nối đất cột đường dây: Rc = 11 .

Dây chống sét sở dụng loại C- 70 có điện trở đơn vị là: Ro =2,38/km.

Chiều dài khoảng vượt đường dây là:

Đối với 110kV: l = 190m.



s I

t.a I

tkhi khi



 

  

Dạng sóng tính toán của dòng điện sét:

Trong đó:

a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/s

I: biên độ dòng điện sét I = 150kA

I s

I t

®s

H×nh (II–1) : D¹ ng sãng cña dßng sÐt.

   s 5  đs: thời gian đầu sóng lấy bằng 5s = I s a 150 30

Trang - 29 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

II.3- TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN.

Trạm điện thiết kế có điện áp là 110kV, đây là mạng điện có trung tính trực

tiếp nối đất nên yêu cầu của nối đất an toàn là: R  0,5 .

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 1.

R//



, 50

t.n

n.t

Vậy điều kiện nối đất là: (II – 1 )

R R

( (

) )



 

t.n

  

(II – 2 )



(



)

tn .

R R

5,0. nt .  5,0

nt .

Từ đó rút ra:

II.3.1- Điện trở nối đất tự nhiên.

Trong phạm vi đề tài này chúng ta sẽ xét đến nối đất tự nhiên là hệ thống nối

đất cột đường dây 110 kV tới trạm



(



)

R tn

1 n



1 2

1 4

R c R c R cs

áp dụng công thức :

Trong đó:Rc là điện trở nối đất của cột điện (Rc=11  )

Rc s là điện trở của dây chống sét trong 1 khoảng vượt . Rc s =r0cs.L=2,38.190.10-3=0,452(  )



007

(



)

tnR

1 2



1 2

11 452

1 4

n=2

Trang - 30 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP





(993



)

tn .

R R

5,0. nt .  5,0

5,0.007 ,1  007 ,1 5,0

nt .

II.3.2- Điện trở nối đất nhân tạo.

Ta sẽ tính toán thiết kế hệ thống nối đất theo điều kiện điện trở nối đất

nhân tạo là: Rn.t.yc  0,993 .

II.3.3- Tính nối đất nhân tạo của trạm 110kV.

Ta sử dụng một mạch vòng nối đất cho trạm 110 kV

Mạch vòng bao quanh trạm có hình chữ nhật ABCD có kích thước như sau:

Chiều dài l1 = 94m ; Chiều rộng l2 = 36m.

Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của trạm như hình (II –2 ):

A D l1

C B

Hình (II – 2 ): Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của trạm.

Hệ thống nối đất mạch vòng của trạm ta chọn thanh thép dẹt loại ( 40x4 )mm

Độ chon sâu của mạch vòng là t = 0,8m

Điện trở tản nhân tạo đối với mạch vòng có chôn cọc được xác định theo công



(



tn .

RR . c vm .  . n  c

 . vmc .

vm .

thức sau:

Trong đó:

Rc : là điện trở tản nối đất của cọc ().

Rm.v : là điện trở tản nối đất của mạch vòng ().

n : là số cọc sử dụng.

Trang - 31 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

m.v và c : tương ứng là hệ số sử dụng mạch vòng, sử dụng cọc phụ thuộc

a l

vào số cọc và tỷ số



(



)

(



R vm .

  .

2 Lk . . dt

  

  

Tính điện trở của mạch vòng quanh trạm Rm.v :

Trong đó:

 = đo.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  = .1,6 = 0,95.1,6.102=1,52.102 (.m).

L là chu vi mạch vòng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(94+36) = 260m.

d là đường kính thanh nối: d = b/2 = 0,04/2 = 0,02m

t là độ chôn sâu (để đảm bảo cho  ổn định ) : t = 0,8m.



61,2

94 36

l 1 l 2

k là hệ số phụ thuộc hình dạng của hệ thống nối đất . Ta có:

Tra bảng (2 – 5) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” được

k =8,38.



(282



R vm .

  L .

2 Lk . . dt

152 .14,3.2

260

.38,8 260 02,0.8,0

  

  

  

  

Thay số vào biểu thức (II – 3) ta có:

Ta nhận thấy điện trở của mạch vòng xung quanh trạm lớn hơn điện trở nhân

tạo cần thiết khi thiết kế (Rnđ = 0,993 ).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 L ).

Đối với cọc điện trở tản xoay chiều được xác định theo công thức sau:

Trang - 32 -





ln.

(



Rcoc

 .  l

l .2 d

1 2

t .4 .4 t

 

l l

  

  

 ln.  

  

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

0,8 t'

Hình (II – 4): Các kích thước nối đất cọc

Trong đó:

Cọc có kích thước: l = 3m.

 là điện trở suất của đất đối với cọc:  = đo.Kmùa (cọc) . đo =0,9.102 (.m); Kmùa (cọc) = 1,4.

(Tra bảng (2-1) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA”)

  = 0,95.102.1,4 = 1,33.102 (.m).





8,0





8,0



(3,2

m )

l 2

3 2

d là đường kính cọc (m) được tính như sau: d = 5. 10-2m. t là độ chôn sâu: t = 0,8m. Giá trị t/ được tính:





ln.

87,43



cocR

10.33,1 5,2.14,3.2

3.2  10.5

1 2

33,2.4 33,2.4

 

  

  

  ln.    

Thay số liệu vào (II – 5 ) ta có:

Vậy điện trở của một cọc là 43,87 .

Sau khi tính được Rc và Rmv ta tính điện trở nhân tạo theo công thức (II–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  0,993 . mv và c phụ thuộc số cọc ta sử dụng trong mạch vòng.

Trang - 33 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

a l

Ta xét từng trường hợp theo tỷ số với các thông số là:

L (chu vi mạch vòng) = 260m. cách giữa các cọc a = 2.l =6m.



Ta có số cọc chôn theo chu vi mạch vòng là:

n 1

260 6

L a 1

cọc. Do vậy ta chọn 50 cọc

2

l (chiều dài cọc) = 3 m.

a l

* Khi (có nghĩa là khoảng ta chọn 50 cọc

Tra bảng 4 phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có:

c = 0,58.

Theo bảng 6 trong phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp

KTĐCA” ta có:

thanh = 0,28.

382,1.87,43



158,1

 .

tnR )1(.

28,0.87,43



382,1.58,0.50

Điện trở nhân tạo trong trường hợp này là:

Vậy Rnt1>Rnt yc=0,928

1

Phương án này không đảm bảo yêu cầu.

a l

* Khi (có nghĩa là khoảng cách giữa các cọc a = l =3m.



6,86

Ta có số cọc chôn theo chu vi mạch vòng là:

n 2

L a

260 3

cọc.Do vậy ta chọn 100 cọc

Tra bảng 4 phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có:

c = 0,39.

Theo bảng 6 trong phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp

KTĐCA” ta có:

thanh = 0,19.

Điện trở nhân tạo trong trường hợp này là:

Trang - 34 -



974

 .

ntR

,1.87,43  100

382 ,1.39,0.

382

19,0.87,43

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Vậy Rnt2

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) = 0,974 . Số cọc là 100 cọc. Khoảng cách giữa các cọc là

a = 3 m.

* Ngoài việc nối đất cho phía 110 kV thì ta có thể nối đất cho các cột thu lôi

độc lập hoặc ta cần tính toán nói đất làm việc cho phía hạ áp 22 kV .

II _3 : Ở đây ta sẽ tính toán nối đất làm việc cho phía hạ áp 22 kV :

Yêu cầu nối đất an toàn phía 22 kV là :Ryc 4 

Mạch vòng bao quanh trạm có hình chữ nhật EFGH có kích thước như sau:

E F l1

H G

Hình (II – 3 ): Sơ đồ nối đất mạch vòng

Chiều dài l1 = 35m ; Chiều rộng l2 = 20m.

Kmùa (thanh) = 1,6 vậy  = .1,6 = 0,9.1,6.102=1,44.102 (.m).

L là chu vi mạch vòng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(35+20) = 110m. 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  ổn định ) : t = 0,8m.

k là hệ số phụ thuộc hình dạng của hệ thống nối đất . Ta có:

Trang - 35 -



75,1

35 20

l 1 l 2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Tra bảng (2 – 5) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” được

k =6,78.



317

(



R vm .



  .

2 Lk . . dt

144 .14,3.2

110

.78,6 110 10.5,2.8,0

  

  

  

  

Thay số vào biểu thức (II – 3) ta có:

Rn t=Rmv=1,317 () < Ryc= 4 ()

II.4- TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT.

A. Tính toán nối đất chống sét cho phía 110 kV

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.

l.g

Thời gian của quá trình quá độ nói trên phụ thuộc vào hằng số thời gian. T =L.g.l2 (II – 6 )



1 R

Từ (II–6) ta thấy: T tỷ lệ với trị số điện cảm tổng L.l và điện dẫn tổng

của điện cực.

Từ biểu thức (II–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 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<< đ.s (khi dòng điện đạt trị số cực đại) thì cần xét quá trình quá độ

đã kết thúc và nối đất thể hiện như một điện trở tản. Trường hợp này ứng với các

Trang - 36 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

hình thức nối đất dùng cọc hoặc thanh có chiều dài không lớn lắm và goị là nối

đất tập trung.

Nếu điện cực dài, hằng số thời gian có thể đạt tới mức đ.s và tại thời điểm

dòng điện đạt trị số cực đại, quá trình quá độ chưa kết thúc và như đã phân tích

tác dụng của điện cảm, nối đất sẽ thể hiện như một tổng trở Z có giá trị rất lớn so

với điện trở tản. Trường hợp này gọi là nối đất phân bố dài.

Trong tính toán thiết kế trạm biến áp 110kV, thường thì phần nối đất nối

chung với mạch vòng nối đất an toàn của trạm. Như vậy sẽ gặp trường hợp nối

đất phân bố dài, tổng trở xung kích Zx.k có thể lớn gấp nhiều lần so với điện trở

tản xoay chiều làm tăng điện áp giáng trên bộ phận nối đất và có thể gây phóng

điện ngược đến các phần mang điện của trạm. Do đó ta phải tính toán, kiểm tra

theo yêu cầu của nối đất chống sét trong trường hợp có dòng điện sét đi vào hệ

thống nối đất.

II.4.1- Dạng sóng tính toán của dòng điện sét.

Trong tính toán thiết kế ta chọn sóng tính toán của dòng điện sét là dạng sóng

xiên góc có biên độ không đổi (xem hình II-1) .

Dạng sóng tính toán của dòng điện sét: + Is = a.t khi t < đs

+ Is = I khi t  đs

Trong đó: + a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/s



+ I: biên độ dòng điện sét I = 150kA

 ds

I s a

150 30

  

 s 5   

+ đs: thời gian đầu sóng lấy bằng 5s ;

II.4.2-Yêucầu kiểm tra

Ta kiểm tra theo điều kiện nhằm đảm bảo an toàn cho cách điện của máy biến

áp : I.Z(0, đ.s )  U0,5.

Trong đó:

I : là trị số dòng điện sét lấy bằng 150kV.

Trang - 37 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Z(0, đ.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.

II.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 phía 110 kV 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 (II-4);(II-5) thấy Rm.v và Rcoc. sẽ tỷ lệ thuận với kmùa , do 

đo không đổi.

382

)

vm (.

toan an

)



037

 .

vm .

.( vm . sÐt K .

,1.2,1 6,1

vm .

toµn an

)

Vậy điện trở của mạch vòng là:

)

coc

(

toan an

)



36,36

 .

coc

coc .( sÐt K .

87,43.15,1 4,1

coc

toµn an

)

Điện trở của cọc là:



(



tn (.

sÐt

)

RR coc 

vm . Rn .

 .

coc

vm .

coc

vm .

Điện trở nối đất nhân tạo tính cho nối đất chống sét là:

Trong đó:

Rm.v và Rcọc ta vừa tính được.

n là số cọc đã tính được n = 100 cọc

cọc và m.v đã tính được ở phần nối đất nhân tạo ứng với n = 100 cọc ta có

cọc = 0,39. ; m.v = 0,19.

1037



 .8,0

tn (.

sÐt

)

RR coc 

vm . Rn .

.36,36 

 .

19,0.36,36

100

,1.39,0.

037

coc

vm .

coc

vm .

Vậy:

Trang - 38 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Vậy điện trở nối đất nhân tạo tính cho nối đất chống sét là:

Rn.t sét =0,8.

II.4.4- Tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét Z(0; đ.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.

Hình (II – 6): Mạch vòng nối đất gồm hai tia dài ghép song song

L0 L0 L0

Is/2

Ta có sơ đồ thay thế:

Trang - 39 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Hình (II–7): Sơ đồ thay thế của mỗi tia.



1 l.R

1 m. 

  

  

Với L và g là điện cảm và điện dẫn trên một đơn vị dài.





 (

mH /

L 0

l r

 ln.2,0  

 31,0  

R là điện trở nối đất ổn định của cực nối đất R = 0,8.



,mm,



512

. 251 10



b 4

50 4

Với r là bán kính cực nối đất:





65,1



mH . /

L 0



130 10.25,1

 ln.2,0  

 31,0  

Thay số vào ta có:





10.8,4

1 .8,0.2

130

1  . m

  

  

1 lR . . tn

Vì điện dẫn ghép song song nên ta có:

Tính toán phân bố dài khi không xét quá trình phóng điện trong đất.

II ( 



U   x

I   t

Từ sơ đồ thay thế có thể thành lập được hệ phương trình vi phân:

Giải hệ phương trình trên ta được điện áp tại điểm bất kỳ và thời điểm bất kỳ







t T k

txU ),(







(



T .2 1



1 2 k

xk . l

 1

 cos  

  

a lg . 0

  1  

  .  

  t  

   

trên điện cực.



T k

l.g.L 0 2 2 .k

0 

l.g.L

Với hằng số thời gian



T 1

Tk 

0 2

T 1 2



Ta có nên . Từ đó suy ra tổng trở xung kích ở hai

đầu vào nối đất:

Trang - 40 -





t T k

t ),0(







(



)10

 .

1 2 k

 1

1 lg . 0

.2 T 1  ds

   

   

  1  

   

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Tổng trở xung kích của nối đất ở đầu vào thời điểm t = đ.s và xét tới hai tia





t T

,0(

)







(



)11

 ds

 .

1 2

1 2 k

 1

1 lg . 0

T .2 1  ds

   

   

   

   

ghép song song là:

 ds T k

 e









1 2

  k 1 

  k k 1 

Để tính Z(0, đ.s) xét chuỗi:

e-3 =0,05 ; e-4 =0,018 ; e-5 = 0,0067 ; e-6 = 0,00247

Vì : Nên ta chỉ xét đến e-4. Từ e-4 rất bé so với số hạng trước nên ta có thể bỏ qua,

4

 ds T k

tức là tính với k sao cho



Tk 

T 1 2

.T 41 

 ds T 1 2



Ta có nên . Vậy:

1.4 T  ds

 3 130



(58,13

 s

Hệ số K là nguyên dương nên ta có:

T 1

. lgL . 0 0 2 

10.8,4.65,1 2 14,3

k



3,3

Với:

58,13.4 5

đ.s = 5s, ta có:

Như vậy ta sẽ tính toán với K nhỏ nhất là 4.

Ta có các kết quả như bảng (II – 1 ):

k 1 2 3 4

13,58 3,395 1,509 0,849 Tk

Trang - 41 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

 ds T k

0,368 1,473 3,313 5,889

  Te

0,7351 0,2920 0,0627 0,0072

8156

/k2 0,7351 0,073 0,0070 0,0005

2 



 ds  T e k k



Từ bảng (II – 1 ) ta tính được:

1  2 k

2  6

k 1

Và ta tính được

,0(

)







8156 )

021

 .

ds

1 2

1  10.4,4

3 .

142

25,16.2 5

2  6

 1  

  

Thay các giá trị vào (II – 11) ta được:

Kiểm tra điều kiện nhằm đảm bảo an toàn cách điện cho máy biến áp với các

giá trị : I =m .150kA ; Z(0, đ.s) = 3,021.

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, đ.s) = 150.3,021= 453,15kV.

Vậy Usét = 453,15kV < U50% = 460kV.

Nhận xét:

Do điện trở nối đất đạt yêu cầu nên không phải nối đất bổ xung cho hệ thống

chống sét.

B , Tính toán nối đất chống sét cho phía 22 kV

Trạm 22 kV là trạm được thiết kế gồm có : các đường cáp ngầm được lấy từ phía

22 kV của MBA 110 kV , được dẫn vào bộ tủ phân phối được đặt trong nhà .

Trang - 42 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Do vậy để bảo vệ nối đất chống sét 22 kV ta dùng nối đất cho các cột thu sét

và dòng sét được tản xuống đất nhờ vào hệ thống nối đất kiểu tia và cọc được nối





ln.

(



Rcoc

 .  l

l .2 d

1 2

t .4 .4 t

 

l l

  

  

 ln.  

  

với nhau .

0,8 t'

Hình (II – 4): Các kích thước nối đất cọc

Trong đó:

Chiều dàI của cọc l = 2,5m và cọc được làm bằng thép góc 40x40x4mm

b = 40mm ( bề rộng của cọc )

 là điện trở suất của đất đối với cọc:  = đo.Kmùa (cọc) . đo =0,95.102 (.m); Kmùa (cọc) = 1,4.

(Tra bảng (2-1) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA”)

  = 0,95.102.1,4 = 1,33.102 (.m).

d là đường kính cọc (m) được tính như sau:





8,0





8,0



(05,2

)

l 2

5,2 2

d = 0,038m. t là độ chôn sâu: t = 0,8m. Giá trị t/ được tính:





ln.

95,37



cocR

10.33,1 5,2.14,3.2

5,2.2 038 ,0

1 2

05,2.4 05,2.4

 

5,2 5,2

  

  

  ln.    

Thay số liệu vào (II – 5 ) ta có:

Trang - 43 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Tính đIện trở thanh nằm ngang làm bằng thép dẹt :

 tt  . a

Ka , dt

Rt =

t _ độ chôn sâu : t = 0,8

k _ hệ số hình dạng ( tia ngang )



210.2

d _ là đường kính quy đổi của thanh thép dẹt với b = 40mm

b 2

40 2

Vậy d =



7,15



a _ độ dài của thanh : a = 10m

10.33,1 10.14,3.2

10.1 02,0.8,0

Vậy : Rt =

Ngoài ra phía 22 kV thì hệ thống nối đất chống sét phải nối đất riêng biệt với nối

đất an toàn . Hệ thống nối đất phải đảm bảo đIều kiện không gây phóng điện từ

hệ thống nối đất chống sét sang hệ thống nối đất an toàn từ cột thu sét sang thiết

bị .

Để không gây phóng đIện trong không khí thì yêu cầu khoảng cách :

SKK > 5m ; Sđất > 3m

dis dt

  

  



= 30 KA/ S Trong tính toán dòng đIện sét IS = 150 KA và

SK Pd

K . SE Pd



Cho nên UK <

Sd Pd

dK . SE Pd

Ud <

Có : UK = 150.RXK + 501

150



501

Ud = 150.RXK

XK K E Pd

150



501

Vậy : SK >

R Xd d E Pd



300

/ mKV

Sd >

E K pd

Lấy :

Trang - 44 -

mH /

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Trị số đIện cảm theo đon vị dài có trị số L0 = 1,7

Do đó : SK > 0,3.RXK + 0,11

Sd > 0,5.RXK



10 

Từ cách bố trí cột ta có : Sd = 5m

dS 5,0

5 5,0

Vậy RXK =

Vì vậy ta phảI tính toán thiết kế sao cho RXK < 10  mới đạt yêu cầu kỹ thuật .

Ta có sơ đồ thay thế :

xkc

xkt



Có IS = 3IC + 2IT

. RI C n

. RI T n

. 

xkc

xkt



Ud = Rxk . IS =

. RI c C n

. RI T xkt n

Ud =

Tính toán Ud bằng phương pháp đồ thị

Trị số xung kích cọc xkc

Tra bảng 9 _ trang 86 ( sách hướng dãn thiết kế tốt nghiệp ) ta có :

5 KA 0,87

10 KA 0,8

xkc = 0,71

IS = 20 KA

40 KA 0,57

xkc

Trị số xung kích của thanh

5 KA 0,75

10 KA 1

xkc = 0,9

IS = 20 KA

40 KA 0,8

Trị số nxk từ bảng 10 trang 87 sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp , ta tra đượ hệ số

sử dụng với dòng xung kích là 0,8 . Từ các giá trị IS (KA) ta tính được giá trị UdT

và UdC tương ứng với chúng :

Trang - 45 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

10 20 30 IS ( KA )

xkc

0,8 0,71 0,57

30,36 26,95 21,63 Rxkc (  )

360,67 652,58 1236,14 UĐ( c ) (KV)

xkt

1 0,9 0,8

15,6 14,04 12,48 Rxkc (  )

234,41 382,18 684,4 UĐ( t) (KV)

Với giá trị IC = 10,20,40 KA ta dóng lên đường cong UĐC rồi sẻ ngang cắt

đường UĐt và hạ vuông góc với trục I ta được các giá trị IT và IS cho các trường

100

1236,14

684,4

652,58

382,18

234,41

200

I(KA)

hợp : IS = 3 IC + It

360,67 652,58 1236,14 Uđc ( KV )

10 20 40 Ic ( KA )

Trang - 46 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

18,4 39,2 67 It ( KA )

66 138 260 Is ( KA )

Từ các giá trị UĐC và IS ta sẽ thu được đồ thị quan hệ giữa Ud và ta xác định được

Ud bằng cách tính từ I= 150 KA dóng lên đồ thị và dóng sang trục U ta có :

Ud = 998,73 KV



658



Vậy điện trở xung kích là :

U I

73,998 150

Rxk =

Vậy điện trở xung kích Rxk = 6,658  < 10  đã đạt yêu cầu đề ra .

Nếu không đạt thì ta phải tính toán lại khoảng cách phóng điện trong đất giữa nối

đất an toàn và nối đất chống sét .

* Kết luận :

Trong tính toán nối đất cho TBA 110/22 kV Văn Điển thì ta có thể tổng kết như

+ Phía 110 kV thì các thiết bị của trạm đều được nói đất

Nối đất an toàn gồm có nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo . Trạm được thiết kế

có dây chống sét để bảo vệ sét đánh trục tiếp vào đường dây và các thiết bị trong

trạm , phần điện trở nối đất tự nhiên là điện trở của hệ thống dây chống sét cột

như ta đã tính được

hệ thống nối đất nhân tạo ta dùng mạch vòng hình chữ nhật có kích thước L =

260m , mạch vòng ta dùng thanh thép dẹt 40x4, được chôn sâu t = 0,8m , do

không đạt trị số điện trở theo yêu cầu nên ta phải đóng thêm cọc dọc theo mạch

vòng nhằm mục đích giảm đIện trở của hệ thống nối đất ( số cọc phải đóng thêm

là 100 cọc )

Mỗi cọc dài 3m , gồm các thanh sắt góc L 50x50 được chôn sâu cách mặt đất

0,8m. Nhờ đó trạm được bảo vệ một cách an toàn cho người và các thiết bị trong

trạm .

Trang - 47 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

+ Phía 22kV gồm có các tủ phân phối được đặt trong nhà nên nối đất an toàn cho

phía 22 kV ta dùng mạch vòng hình chữ nhật có chu vi L = với bề rộng của thép

dùng làm mạch vòng b = 0,05m , chôn sâu cách mặt đất t = 0,8m

Điện trở mạch vòng Rmv = đảm bảo yêu cầu kỹ thuật nên không phải đóng thêm

cọc .

b . Về tính toán nối đất chống sét cho trạm :

+ Trạm 110 kV bộ phận thu sét được đặt trên xà cho nên phần nối đất chống sét

buộc phải nối chung với mạch vòng nối đất an toàn của trạm

như vậy sẽ gặp trường hợp nối đất phân bố dài và tổng trở Zxk có thể rất lớn và

lớn hơn rất nhiều so với đIện trở xoay chiều . Do đó ta phải tính toán , kiểm tra

yêu cầu của nối đất chống sét trường hợp có dòng sét đi vào hệ thống nối đất .

+ Phía 22 kV thì nối đất chống sét tách riêng biệt với nối đất an toàn và khoảng

cách phóng điện trong đất Sđ > 3m , trong không khí SK > 5m . Để dẫn dòng điện

sét từ cột thu lôi xuống đất nhờ có đóng cọc kiểu tia _ cọc được nối với nhau .

Cọc được đóng bằng thép góc L 40x40x4mm , chiều dài cọc là 2,5m , độ chôn

sâu t = 2,05m , Rc = 37,95

Thanh được dùng bằng thép dẹt b = 40mm , độ dài thanh là 10m , độ chôn sâu t =

0,8m , Rc = 15,6

II.5- KẾT LUẬN.

Hệ thống nối đất đã thiết kế ở trên đảm bảo an toàn cho toàn bộ thiết bị

trạm khi có sét đánh trực tiếp vào trạm .Qua kết quả tính toán ở trên ta thấy rằng

mạch vòng nối đất nhân tạo như đã thiết kế tính toán thoả mãn được các yêu cầu

kỹ thuật của nối đất an toàn và nối đất làm việc cũng như nối đất chống sét.

Trang - 48 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

ChươngIII:

TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY

Đường dây trong HTĐ làm nhiệm vụ truyền tải điện năng đến các hộ dùng

điện. Đường dây là phần tử phải hứng chịu nhiều phóng điện sét nhất so với các

phần tử khác trong HTĐ. Khi đường dây bị phóng điện sét nếu biên độ dòng sét

lớn tới mức làm cho quá điện áp xuất hiện lớn hơn điện áp phóng điện xung kích

của cách điện sẽ dẫn đến phóng điện và gây ngắn mạch đường dây, buộc máy cắt

đầu đường dây phải tác động. Như vậy việc cung cấp điện bị gián đoạn. Nếu điện

áp nhỏ hơn trị số phóng điện xung kích của cách điện đường dây thì sóng sét sẽ

truyền từ đường dây vào trạm biến áp và sẽ dẫn tới các sự cố trầm trọng tại trạm

biến áp. Mặt khác việc bảo vệ đường dây đến mức an toàn tuyệt đối cũng không

thể thực hiện được vì vốn vào đường dây quá lớn như tăng cường cách điện

đường dây , đặt thiết bị bảo vệ chống sét…

Vì vậy bảo vệ chống sét cho đường dây phải xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế kết

hợp với yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu cung cấp điện của đường dây đó.

III.1- LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN.

III.1.1- Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét.

Phạm vi bảo vệ của dây chống sét được thể hiện như ( hình III-1 )

Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở mức cao h2 cũng được tính theo công thức

+ Khi hx > 2/3h thì bx = 0,6h (1-hx/h ) (III – 1)

+ Khi hx  h thì bx = 1,2h (1- hx/0,8h ) (III – 2)

Chiều dài của phạm vi bảo vệ dọc theo chiều dài đường dây như hình (III– 2 ).

Trang - 49 -





Hình III _ 1 : Goùc baûo veä cuûa moät daây choáng seùt

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Có thể tính toán được trị số giới hạn của góc  là  = 310, nhưng trong thực

tế thường lấy khoảng  = 20 0  250.

III.1.2- Xác suất phóng điện sét và số lần cắt điện do sét đánh vào đường

dây.

Với độ treo cao trung bình của dây trên cùng (dây dẫn hoặc dây chống sét ) là

h, đường dây sẽ thu hút về phía mình các phóng điện của sét trên dải đất có chiều

rộng là 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây (l). Từ số lần phóng điện sét

xuống đất trên diện tích 1 km2 ứng với một ngày sét là 0,10,15 ta có thể tính

được tổng số lần có sét đánh thẳng vào đường dây (dây dẫn hoặc dây chống sét). N =(0,60,9). h .10-3.l.nng.s (III – 3)

Trong đó:

+ h: độ cao trung bình của dây dẫn hoặc dây chống sét (m).

Trang - 50 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

+ l: chiều dài đường dây (km ).

+ nng. s:số ngày sét /năm trong khu vực có đường dây đi qua.

Vì các tham số của phóng điện sét : biên độ dòng điện (Is) và độ dốc của dòng

điện (a = dis /dt), có thể có nhiều trị số khác nhau, do đó không phải tất cả các lần

có sét đánh lên đường dây đều dẫn đến phóng điện trên cách điện. Chỉ có phóng

điện trên cách điện của đường dây nếu quá điện áp khí quyển có trị số lớn hơn

mức cách điện xung kích của đường dây. Khả năng phóng điện được biểu thị bởi

xác suất phóng điện ( Vp đ ). Số lần xảy ra phóng điện sẽ là:

Npđ = N. Vpđ = ( 0,60,9 ). h . 10-3. l . nng s. Vpđ . ( III – 4 )

Vì thời gian tác dụng lên quá điện áp khí quyển rất ngắn khoảng 100 s mà

thời gian của các bảo vệ rơle thường không bé quá một nửa chu kỳ tần số công

nghiệp tức là khoảng 0,01s. Do đó không phải cứ có phóng điện trên cách điện là

đường dây bị cắt ra. Đường dây chỉ bị cắt ra khi tia lửa phóng điện xung kích trên

cách điện trở thành hồ quang duy trì bởi điện áp làm việc của đường dây đó.

Xác suất hình thành hồ quang ( ) phụ thuộc vào Gradien của điện áp làm

việc dọc theo đường phóng điện :

 = (Elv) ; Elv = Ulv/lpđ (kV/m ).

Trong đó:

+ : xác suất hình thành hồ quang.

+ Ulv: điện áp làm việc của đường dây ( kV ).

+ lpđ: chiều dài phóng điện ( m).

Do đó số lần cắt điện do sét của đường dây là:

ncđ = Npđ. . = (0,60,9). h. nng .s. Vpđ. . (III – 5)

Để so sánh khả năng chịu sét của đường dây có các tham số khác nhau, đi qua

các vùng có cường độ hoạt động của sét khác nhau người ta tính trị số " suất cắt

đường dây" tức là số lần cắt do sét khi đường dây có chiều dài 100km.

ncđ = ( 0,060,09). h. nng s. Vpđ .. (III – 6)

Đường dây bị tác dụng của sét bởi ba nguyên nhân sau:

Trang - 51 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

+ Sét đánh thẳng vào đỉnh cột hoặc dây chống sét lân cận đỉnh cột.

+ Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn.

+ sét đánh vào khoảng dây chống sét ở giữa khoảng cột.

Cũng có khi sét đánh xuống mặt đất gần đường dây gây quá điện áp cảm ứng

trên đường dây, nhưng trường hợp này không nguy hiểm bằng ba trường hợp

trên. Khi đường dây bị sét đánh trực tiếp sẽ phải chịu đựng toàn bộ năng lượng

của phóng điện sét, do vậy sẽ tính toán dây chống sét cho đường dây với ba

trường hợp trên. Cuối cùng ta có số lần cắt do sét của đường dây.

ncđ = nc + nkv + ndd ( III – 7)

Trong đó:

+ nc : số lần cắt do sét đánh vào đỉnh cột.

+nkv: số lần cắt do sét đánh vào khoảng vượt.

+ ndd: số lần cắt do sét đánh vào dây dẫn.

III.1.2.1 - Các số liệu chuẩn bị cho tính toán.

Đường dây tính toán l = 100km.

Xà đỡ kiểu cây thông, lắp trên cột bê tông đơn.

Dây chống sét treo tại đỉnh cột.

Dây dẫn được treo bởi chuỗi sứ - 4,5 gồm 7 bát sứ, mỗi bát sứ cao170mm.

Dây chống sét dùng dây thép C-70 có d = 11mm ; r = 5,5mm.

Dây dẫn dùng dây AC-150mm có d = 17mm; r = 8,5mm.

Khoảng vượt là 190m.

III.1.2.2 - Xác định độ treo cao trung bình của dây chống sét và dây dẫn.

Độ treo cao trung bình của dây được xác định theo công thức:

hdd = h – 2/3f . (III – 8)

Trong đó:

+ h: độ cao của dây tại đỉnh cột hay tại khoá néo của chuỗi sứ.

+ f: độ võng của dây chống sét hay dây dẫn.

Trang - 52 -

2,2m

1,84 m

18,84m

2,5m

14m

11m

H×nh III-2: § é cao d©y chèng sÐt vµ d©y dÉn.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

l: chiều dài khoảng vượt của đường dây = 190m.

fdd = 3,5 m

fcs = 3 m.

hdd

A – 2/3 fdd = 14 - 2/3.3 =12 m B – 2/3 fdd = 11 - 2/3.3,5 = 9 m.

Độ treo cao trung bình của dây dẫn theo (3-8) là: cs = hcs – 2/3 fcs = 18,84 - 2/3.3,5 = 16,5 m tbA = hdd tbB = hdd hdd

III.1.2.3- Tổng trở sóng của dây chống sét và dây dẫn.

A = 60. ln  ( 2. 12) / (8,5. 10-3 )  = 476,75 .

Zdd = 60.ln (2.hdd / r). ( III– 10 )

B = 60. ln  ( 2. 9 ) / ( 8,5. 10-3 )  = 459,48 .

Zdd

Với dây chống sét ta phải tính tổng trở khi có vầng quang và khi không có

vầng quang.

cs =60. ln  ( 2. 16,5 ) / ( 5,5. 10-3 ) = 521,97 

+ Khi không có vầng quang:

cs cho hệ số hiệu chỉnh vầng quang.

+ Khi có vầng quang, ta phải chia Zd

 = 1,3 ( tra bảng 3-3 sách hướng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp).

Trang - 53 -

cs /  = 521,97/1,3 = 401,52 .

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

cs = Zd

Zdvq

III.1.2.4 - Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn chống sét với các dây pha.

d12

1 (A;B;C)

D12

H×nh III-3: PhÐp chiÕu g ¬ng qua mÆt ®Êt .

(

III



)11



D d 12 2 h 2 r 2

Công thức (III – 11) được xác định theo hình (III – 4).

Trong đó:

+ h2: độ cao trung bình của dây chống sét.

+ D12: khoảng cách giữa dây pha và ảnh của dây chống sét.

+ d12: khoảng cách giữa dây chống sét và dây pha.

+ h1: độ cao trung bình của dây dẫn pha.

+ : hệ số hiệu chỉnh vầng quang ( = 1,3)

cs = 16,5 m.

Theo kết quả tính trước ta có:

A = 12 m ; hdd

B = hdd

C = 9 m ; hdd

hdd

Áp dụng định lý Pitago ta có khoảng cách từ dây chống sét đến các dây pha

và từ dây pha đến ảnh của dây chống sét như hình ( III – 5).

Với pha A:

Trang - 54 -



(

)



(

) IA



84,5



2,2



24,6

d 12

m 4 8 5

2,2m

m 4 8 , 8 1

2,5m

m 4 1

m 1 1

4 8 , 8 1

D '

H×nh III-4: X¸ c ®Þnh kho¶ng c¸ ch theo phÐp chiÕu g ¬ng qua mÆt ®Êt.



(

) IA



(

)



2,2





,28

086

D 12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP



(

)



(

)



84,7



5,2



23,8

d 12



(

)



(

)



5,2





14,22

D 12

Với pha B,C:



17251

,28 086 24,6 5,16.2  3 10.5,5

Hệ số ngẫu hợp giữa pha A và dây chống sét : áp dụng công thức (III – 11):

vq = KA-cs.  = 1,3. 0,17251 = 0,224.

Khi có vầng quang: KA-cs

Trang - 55 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP



113,0

csB 

csC 

14,22 23,8 5,16.2  3 10.5,5

Hệ số ngẫu hợp pha B (hoặc pha C )với dây chống sét:



113,0

3,1.



147,0

vq csB 

vq csC 

Khi có vầng quang :

III.1.2.5- Góc bảo vệ chống sét của các pha .



377,0

064,20

 A

  A

2,2 84,5



3189



069,17

 B

 C

 B

 C

5,2 84,7

Từ hình (III – 2 ) ta có:

III.1.2.6- Số lần sét đánh vào đường dây.

cs = 16,5 m ; nng.s= 80ngày/ năm

Áp dụng công thức (III-4) với l = 100km ; hdd

; mật độ sét = 0,15. Ta có:

N = 0,15. 6 . 16,5. 70. 100. 10-3 = 120 lần/ 100km. năm.

Từ cơ sở lý thuyết và các kết quả trên ta tiến hành tính toán suất cắt cho

đường dây với ba khả năng đã nêu đối với đường 110kV.

III.2 - TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY110KV DO SÉT ĐÁNH :

Ta biết khi đường dây không có dây chống sét thì số lần sét đánh vào dây dẫn là

toàn bộ số lần sét đánh vào đường dây , tuy nhiên các loại đường dây như trên

không được sử dụng bởi vì số lần cắt do sét đánh quá lớn . Chính vì vậy đường

dây không có dây chống sét thường chỉ áp dụng cho đường dây 35 kV ( trung

tính không nối đất ) hoặc 110 kV cột gỗ .

Trong trường này vì là đường dây 110 kV cột sắt nên ta sử dụng đường dây có

treo dây chống sét .Tùy theo vị trí sét đánh , quá điện áp xuất hiện trên cách điện

Trang - 56 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

của đường dây có trị số khác nhau . Người ta phân biệt số lần sét đánh trực tiếp

váo dây chống sét gồm có :

III.2.1 - TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY 110KV DO SÉT ĐÁNH VÒNG QUA DÂY CHỐNG SÉT VÀO DÂY DẪN. Đường dây có U ≥ 110kV được bảo vệ bằng dây chống sét, tuy vậy vẫn có

những trường hợp sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. Tuy xác suất



Vlg



cs 

này nhỏ nhưng vẫn được xác định bởi công thức sau:

(III-12)

Trong đó:

: góc bảo vệ của dây chống sét ( độ).

hcs : chiều cao cột đỡ dây chống sét ( m).

Khi dây dẫn bị sét đánh, dòng trên dây dẫn là IS/4, vì mạch của khe sét sẽ

Is / 2

Is / 4

Is/4

Zdd /2 Zdd / 2

H×nh (III – 5): Dßng ®iÖn sÐt khi sÐt ®¸ nh vµo d©y dÉn.

được nối với tổng trở sóng của dây dẫn có trị số như hình (III – 6 )

Có thể coi dây dẫn hai phía ghép song song và Zdd = (400500)  nên dòng

điện sét giảm đi nhiều so với khi sét đánh vào nơi có nối đất tốt. Ta có dòng điện

sét ở nơi đánh là:

Trang - 57 -

(

III



)13





I s 2



0 Z dd 2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Z0: Tổng trở sóng của khe sét.

Điện áp lúc đó trên dây dẫn là:

dd 

Z.I s 4 s của chuỗi sứ thì có phóng điện trên cách điện gây sự cố

(III-14)

Khi Udd  U50%



s 50

Z. 4

ngắn mạch 1 pha N(1 ) từ ( III – 14) ta có thể viết:

s 50



Hay độ lớn của dòng điện sét có thể gây nên phóng điện trên cách điện là:



.1,26

s %50 Z

s 1,26



(

III



)15

Ta có xác suất phóng điện trên cách điện là:

Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn:

N = N. V (III – 16)

Trong đó:

N: tổng số lần phóng điện sét của 100 km đường dây đã được xác định tại

mục III.1.2.6 là: 120 lần / 100km. năm.

V: Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn được xác định theo

( III – 12)

Xác suất hình thành hồ quang  phụ thuộc vào gradien của điện áp làm việc



(

mkV /

)

(

III



)17

E lv

U l

dọc theo đường phóng điện ( Elv):

+ lpđ: Chiều dài đường phóng điện lấy bằng chiều dài chuỗi sứ ( m ).

Trang - 58 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP



(5,34

mkV /

)

Elv

110 84,1.3

+ Ulv: Điện áp pha của đường dây.

Dựa vào bảng (21 – 1) sách “giáo trình kỹ thuật điện cao áp” có:  = 0,48

)m/kV(

lv 

U l

Bảng III – 1: Xác định hình thành hồ quang:

50 30 20 10

 (đơn vị tương đối) 0,6 0,45 0,25 0,1



0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

Elv

Hình III_6 : Ñöôøng bieåu dieãn söï phuï thuoäc cuûa xaùc suaát hình thaønh hoà quang vaøo gradien cuûa ñ.aùp laøm vieäc

Ta có suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn:

Trang - 59 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

ndd = Nv. vpđ (III – 18)

Từ ( III – 18) ta thấy v và vpđ đều phụ thuộc tỷ lệ chiều cao cột h hay độ cao

A lớn hơn so với pha B

dây dẫn và góc bảo vệ , độ cao dây dẫn tăng hoặc  tăng đều làm cho ndd tăng,

vậy ta chọn pha A là pha có góc bảo vệ  lớn nhất và hdd

A = 11,67m.

và pha C để tính suất cắt cho đường dây.

Pha A có A = 20,64 0; hdd

A = 475,07  ; hcs= 18,84m.

Zdd

.64,20

84,18





 3



 310.99,0

Thay các số liệu trên vào công thức ( III – 12 ) ta có:



.1,26

s %50 Z

s 1,26

 .4 660 .1,26 475

07,



808,0

Xác suất phóng điện trên cách điện pha A theo công thức ( III – 15 )

U50%c = 660kV đối với đường dây 110kV  tra bảng ( 9 – 5) Kỹ thuật điện cao

áp .

Thay số vào (III – 18 ) ta có :  ndd = 120. 0,99.10-3. 0,808. 0,48 = 0,04646 lần / 100km. năm.

III.2.2- TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY 110KV DO SÉT ĐÁNH VÀO KHOẢNG VƯỢT.

Theo sách “hướng dẫn thiết kế Kỹ thuật điện cao áp” thì số lần sét đánh vào

khoảng vượt là:

Nkv= N / 2 ( III – 19)

Trong đó: N là số lần sét đánh vào đường dây đã được tính ở trên mục

(III.1.4) N = 120 lần / 100km. năm.

Vậy Nkv = 120 / 2 = 60 lần / 100km. năm.

Trong 60 lần sét đánh vào khoảng vượt thì xác suất hình thành hồ quang khi

phóng điện đã được xác định tại mục  III.2  được  =0,48. Suất cắt của đường

dây 110kV do sét đánh vào khoảng vượt như sau:

Trang - 60 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

nkv = Nkv. Vpđ.  (III– 20)

Để tính Vpđ ta phải xác định xác suất phóng điện trên cách điện của đường

dây.

III.2.3.1- Phương pháp xác định Vpđ.

Ta coi dòng điện sét có dạng xiên gócvới biên độ Is = a. t.





U)a,I(U)t(U cd

Quá điện áp sét xuất hiện trên cách điện của đường dây gồm hai thành phần:

Trong đó:

:)a,I(U cd

+ là thành phần quá điện áp do dòng sét gây ra phụ

thuộc vào biên độ (I) và độ dốc sét (a).

+ Ulv : điện áp làm việc của đường dây

)

(



I s , 126

a s , 910

Xác suất các dòng điện sét có biên độ I  Is và độ dốc a  as là:

 e



a,I

(III – 22)

Tại thời điểm ti nào đó điện áp trên cách điện lớn hơn hoặc bằng điện áp chịu

đựng cho phép của cách điện, lấy theo đặc tính vôn – giây (V- S) của chuỗi sứ,





U)a;I.(U)t(U cd

thì phóng điện sẽ xảy ra:

i 

 i t.a i

  

)t(U  pd  

( III – 23)

' (I,a) tỷ lệ với độ dốc a.

Upđ(ti) điện áp phóng điện lấy theo đặc tính vôn giây ( V – S ) tại ti .

' (I,a) = Z.a (III – 24)

Do coi dòng điện có dạng I = a. t thì thành phần Ucđ

có thể đặt: Ucđ

Vậy: Upđ (ti) = Z.ai + Ulv (III – 25)



Hay ta có độ dốc đầu sóng nguy hiểm ai tại thời điểm ti:



U)t(U i Z

(III – 26)

Z là hằng số đối với I và a nên có thể tính được:

Trang - 61 -



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP



U)t(U i a

(III – 27)



a i

Từ ( 2 – 26 ) và ( 2 – 27 ) ta có:

U)t(U  pd i  )t(U cd a

(III – 28 )

I  i

t.a i

Mặt khác ta có :

Dựa vào các cặp (Ii,ai ) vẽ đường cong nguy hiểm hình (III– 8)

a

MiÒn nguy hiÓm

I

H×nh (III – 7): § êng cong nguy hiÓm

Xác suất phóng điện được tính theo xác suất xuất hiện ở miền bên phải phía

trên đường cong nguy hiểm ở hình (III– 8)

I  i , 126

a  i , 910



Từ đường cong nguy hiểm ta có thể xác định được:

dV.V a i

1  0

, với:

Trang - 62 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Bằng phương pháp gần đúng và tuyến tính hoá đường cong nguy hiểm chia





a i

n V.V  i i 1 

đường cong thành: n = ( 10  15 ) khoảng, ta có:

( III– 29)

Sau khi xác định được Vpđ , thay số vào ( III – 20 ) ta có suất cắt do sét đánh

vào khoảng vượt của đường dây 110kV.

III.2.3.2- Trình tự tính toán.

Để đơn giản hoá trong tính toán, coi như sét đánh vào khoảng giữa của dây

chống sét trong khoảng vượt, khi đó dòng điện sét được chia đều cho hai phía của

a.t/2

dây chống sét như hình (III – 9 ).



t.a .a 

nÕu t  ds t nÕu 

  

Như giả thiết dòng điện sét có dạng xiên góc:

Ta sẽ tính toán Is ứng với các giá trị trong bảng (III – 1) sau đây:

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 a(kA / s)

Trang - 63 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t (s)

  

 d  











 Lt.R

c

.L c

t.a 2 dt

a 2

t.a 2

Điện áp trên dây chống sét tại đỉnh cột có trị số Ucs là:

( III– 30 )

Trong đó:

+ Rc: điện trở nối đất cột

+ Lc: điện trở thân cột tính theo chiều cao vị trí dây chống sét.

Lc = hcs. L0

L0: điện cảm đơn vị dài của cột ( L0 = 0,6 H/m )

Với hcs = 16,2m ta có Lc=18,84.0,6 = 11,304 H

Điện áp trên dây dẫn là Udd có kể đến ảnh hưởng của vầng quang:

Udd = - Kvq.Ucs + Ulv

Trong đó:

sin.U.

dt.t.



.U.



2 

2 3

1 

  0



. . 110



, 57 17

2 , 143

2 3

+ Ulv là điện áp trung bình của pha.

Kvq: hệ số ngẫu hợp của dây dẫn pha với dây chống sét có kể đến ảnh hưởng

của vầng quang.

Điện áp đặt trên chuỗi cách điện là tổng đại số của Udd và Ucs:

Ucđ = Ucs + Udd = Ucs- Kvq. Ucs + Ulv ( III – 31 )







  .Lt.R. 1 

Ucđ = Ucs. (1- Kvq ) + Ulv



a 2

(III – 32 )

Trang - 64 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Từ biểu thức (III – 32 ) ta thấy khi Kvq nhỏ thì Ucđ lớn do vậy theo tài liệu

“hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp cao áp” thì khi tính toán phải tính với pha có hệ số



;224



147,0

vq csA 

vq csB 

vq csC 

ngẫu hợp nhỏ nhất ở mục (III.1.3.3 ) ta có:

Ta tính Ucđ với Kvq = 0,147; Rc = 11 .

Ucđ = a/2. (11 t + 11,304 ). (1- 0,147) + 57,17 (kV)

Cho các giá trị a khác nhau ta tính được điện áp đặt lên chuỗi cách điện của

đường dây như trên bảng ( III– 2 )

t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10 148 191 233 276 319 361 404 447 489 532

20 239 324 409 495 580 665 751 836 921 1007

30 330 458 586 714 842 970 1097 1225 1353 1481

40 421 591 762 932 1103 1274 1444 1615 1785 1956

50 511 725 938 1151 1364 1578 1791 2004 2217 2431

60 602 858 1114 1370 1626 1882 2138 2394 2650 2905

70 693 992 1290 1589 1887 2186 2485 2783 3082 3380

80 784 1125 1466 1808 2149 2490 2831 3172 3514 3855

90 875 1259 1643 2026 2410 2794 3178 3562 3945 4330

100 966 1392 1819 2245 2672 3098 3525 3951 4377 4804

Bảng ( III – 2 ): Giá trị Ucđ khi sét đánh vào khoảng vượt, khi độ dốc a thay

Trang - 65 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

đổi và ở các thời điểm khác nhau với Rc = 11

Từ các giá trị trên ta vẽ đường Ucđ = f(t) và a, trên hình vẽ còn thể hiện đường

cñ

A /

0 ( k

A /

0 (k

A /

0 ( k

a = 1 0 0 (k A/ a = 9 a = 8 a = 7

s )

k A /

s )

k A /

a = 6 0 ( a = 5 0 (

a = 40 ( kA / a = 30 ( k A /

2000

a = 20 (kA/

1600

1200

a = 10 (kA/ s)

800

400

Ñaëc tính V__-S cuûa chuoãi söù

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

t ( s)

Hình III_9 : Bieåu dieãn quan heä Ucñ = f(a,t)_ Seùt ñaùnh vaøo khoaûng vöôït

đặc tính (V- S) của chuỗi cách điện

Đường đặc tính vôn – giây (V – S) của chuỗi cách điện sẽ cắt các hàm Ucđ =

f(a; t; Rc) tại các vị trí mà từ đó ta có thời gian xảy ra phóng điện trên chuỗi sứ

như hình (III – 9).

Đặc tuyến vôn – giây (V-S) của chuỗi sứ được tra trong bảng 25 sách hướng

dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp

Bảng (III– 3 ): Đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện

Trang - 66 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t(s)

Mieàn nguy hieåm

100

I(KA)

40 50

60 70

100

Hình III_10 : Bieåu dieãn ñöôøng cong nguy hieåm

Upđ (kV) 1020 960 900 855 830 810 805 800 797 795

Trong hình III-10 dưới đây ta lưu ý các điểm sau :

- Xác suất phóng điện Vpđ là xác suất mà tại đó có các cặp thông số (Ii;ai)





N)I;a(P 

Vpd

thuộc miền nguy hiểm

- Các cặp số (Ii ; ai) nằm trong miền giới hạn nguy hiểm thì sẽ xảy ra phóng

điện. Do đó xác suất phóng điện trên cách điện chính là xác suất để cho cặp số

(Ii ; ai) thuộc miền nguy hiểm.

dVpđ = P (a  ai) P (I  Ii ). ( III – 33 )

Trong đó:

+ P(I  Ii ): là xác suất để cho dòng điện I lớn hơn giá trị dòng điện Ii nào đó.

Trang - 67 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

+ P(a  ai): là xác suất để cho độ dốc a lớn hơn giá trị ai nào đó để gây ra

phóng điện

a  i , 910

P(a  ai) = P( ai – da ≤a≤ ai + da ) = dVa



 aaP 

i

Với:

Thay vào biểu thức ( 2 – 34 ) được:



dV.V a I

1  0

dVpđ = Vi.dVa



n VV   Ii 1i 

Bằng phương pháp sai phân xác định được:

I  i 1,26

a  i 9,10

(III– 34 )



Với :

Do trong tính toán về đường cong thông số nguy hiểm ta chỉ tính với 10 giá

trị của a và I nên phải tiến hành ngoại suy để phủ kín các giá trị của chúng.

Ta có kết quả số liệu của Vpđ tính như sau :

( kA/ s) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 

Ii (kA) 119 116 114 112 110 108 105 104 99 80 0 

0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0, 0

3 5 1 2 4 7 6 8 9 3 47 VIi

1 0,4 0,15 0,06 0,02 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0

4 0 9 6 2 4 1 03 01 Vai

0,6 0,24 0,09 0,03 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0 Vai =

8 6 1 5 6 2 1 07 02 01 Vai –

Va+i

Trang - 68 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0’00 0,00 0,00 0

aiΔV

601 112 043 021 007 003 002 001 005 0005 Vai.

Ta được các kết quả như bảng (III – 4 ). Tính được Vp.đ = 0,00109.

III.2.3.3- Tính suất cắt tổng do sét đánh vào khoảng vượt đường dây tải

điện 110kV.

Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt được xác định theo công thức:

III– 35 ) nkv = Nkv . Vpđ .  (lần / 100km. năm ) (

Nkv = N/ 2 = 120/ 2 = 60

Vậy: nkv = 60. 0,00109. 0,48 = 0,0314 ( lần / 100km. năm )

III.2.3 - TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY110KV DO SÉT ĐÁNH VÀO

ĐỈNH CỘT HOẶC LÂN CẬN ĐỈNH CỘT :

Đối với đường dây có dây chống sét bảo vệ, phần lớn thì sét đánh vào dây

chống sét ở khoảng vượt và đánh vào khu vực đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột. Để

đơn giản ta xét trường hợp sét đánh ngay đỉnh cột như hình (III – 12 ):

Ic Ic

I0

ic ic

Rc Rc Rc

Hình III-11 : Sét đánh đỉnh cột đường dây có

ố ả ệ

Trang - 69 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

III.2.1.1- Lý thuyết tính toán.

Khi sét đánh vào đỉnh cột đường dây có treo dây chống sét, đa số dòng điện

sét sẽ đi vào đất qua bộ phận nối đất của cột, phần còn lại theo dây chống sét đi

vào các bộ phận nối đất của các cột lân cận.

Điện áp trên cách điện của đường dây khi sét đánh vào đỉnh cột có treo dây

dd )t(M







U)t( 

)t(U cd

Ri cc

d )t(U cu

dd c

d iC dt

d is dt

chống sét là:

(III – 36 )

Trong biểu thức trên điện áp xuất hiện trên cách điện gồm:

+ Thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột do dòng sét





Ri c c

dd L c

d ic dt

đi trong cột gây ra:

Trong đó : - Rc là đIện trở cột ( Rc = 11 )

- ic là dòng đIện sêt đI vào thân cột

cL là trị số đIện cảm của phần cột đIện tính từ mặt

đất

+Thành phần điện của điện áp cảm ứng xuất hiện trên dây dẫn do hỗ cảm

dd )t(M



d is dt

giữa dây dẫn và kênh sét gây ra:

+Thành phần từ cuả điện áp cảm ứng xuất hiện trên dây dẫn do hỗ cảm

d cuU

giữa dây dẫn và kênh sét gây ra:

+Thành phần điện áp do dòng điện đi trong dây chống sét gây ra, k là hệ số

ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét : kUcs

+Điện áp làm việc trung bình của đường dây : Ulv

Trang - 70 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Dấu trừ (-) thể hiện điện áp này ngược dấu với thành phần điện áp khác trong

công thức (III – 36).Vì vậy thành phần này làm giảm điện áp trên cách điện khi

bị sét đánh.

1- Các thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột do dòng điện

sét đi trong cột gây ra.

Các thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột do dòng điện

sét đi trong cột và điện áp trên dây chống sét liên quan với nhau vì chúng phụ

thuộc vào điện áp đi trong cột và dây chống sét. Để tính toán các thành phần này

có thể dựa vào sơ đồ tương đương của mạch dẫn dòng điện sét. Ta chia làm hai

trường hợp:



l. kv v

a/ Trường hợp 1: Khi chưa có sóng phản xạ từ cột bên trở về:

Trong đó :

+ lkv: là chiều dài khoảng vượt

+ = c.  với: c là tốc độ ánh sáng ;

: tốc độ phóng điện ngược tương đối của dòng sét.

Sơ đồ tương đương của mạch dẫn dòng điện sét như sau :

cs ( tM

di s dt

cs cL

ics ic 2ic ic

vq csZ 2

Rc is

Hình (III – 12 ): Sơ đồ tương đương mạch đẫn dòng sét khi chưa có sóng

phản xạ tới

Trang - 71 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Trong sơ đồ dòng sét được coi như một nguồn dòng, còn thành phần từ của

điện áp cảm ứng trên dây chống sét như một nguồn áp.

Mcs là hỗ cảm giữa kênh sét và mạch vòng " dây chống sét - đất ".

ln.h.2,0)t(M







h  h2

Ht.v  1( H). 

H h 

  

  1 

(III-37)

Trong đó:

+hcs : độ cao dây chống sét ; hdd: độ treo cao của dây dẫn ;

hc: độ cao của cột.

+H = hdd + hcs ;

+h = hc - hdd ;

+ : tốc độ phóng điện ngược tương đối của dòng sét. Theo sách hướng

dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp ta có  = 0,3.

dd : là điện cảm của cột từ mặt đất tới dây chống sét hoặc dây dẫn.

+ = .c với c là tốc độ ánh sáng c = 3.108 m/s = 300m/s

cs ; Lc

+Lc

h.2,0







dd c

H2 r

 h2

H h 

  

  1 

(III– 38 )

Khi tính cho dây chống sét ta chỉ việc thay hdd bởi hcs

rtd: Bán kính tương đương của dây tiếp địa từ cột xuống cọc nối đất chính là

dây dẫn dòng sét trong thân cột.

Từ sơ đồ thay thế dây chống sét được biểu thị bởi tổng trở sóng của dây

chống sét, có xét đến ảnh hưởng của vầng quang. Từ sơ đồ hình ( III – 12 ) ta viết

hệ phương trình như sau:

Phương trình mạch vòng(*)

(*)





cs .LR.  c

vq Z cs 2

)t(M.a cs i

t.a

(**)





di c dt c

    

    

Phương trình thế nút(**)

Giải hệ phương trình nàyđược kết quả là:

Trang - 72 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

)t(



)t(Mt.Z 2



vq cs

vq Z cs 

a vq cs

   

   



vq cs

 1

R. 2 cs c vq cs



di c dt



Z.a vq cs

(III – 39 )

tb cs

ln.

60

Tổng trở sóng của dây chống sét Zcs được xác định bởi:

h. 2 r cs

(III– 40 )





tb cs

2 3



r cs

ds 2

Trong đó:

Điện áp giáng trên dây chống sét Ucs (t) =ics (t).Zcs

b/ Trường hợp 2: Khi có sóng phản xạ từ cột bên trở về: t > 2lkv / v:

Trường hợp này tính chính xác phải áp dụng phương pháp đặc tính, ở đây để

đơn giản ta tính gần đúng tức là có thể thay dây chống sét bằng điện cảm tập

2iCS

cs c L 2

2i cs cs c L

cs ). t (

di s dt

c R 2

trung nối tiếp với điện trở của đất của hai cột bên cạnh như hình ( III – 14 )

Hình III–13: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện khi có sóng phản xạ

tới

Trang - 73 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Lcs : là điện cảm của một khoảng vượt dây chống sét không kể đến ảnh hưởng

. l



L cs

. cso c

của vầng quang.

( III – 41 )

Trong đó: + Zo.cs : là tổng trở sóng của dây chống sét không kể đến ảnh hưởng

của vầng quang .

+ lkv : chiều dài khoảng vượt

+ c : tốc độ ánh sáng c =300/s

  2

1.(



)

t )(



(

III



)42

i c



 La . cs

  2



e .

(

III



)43

 . 2

di c dt

tM )(  2 cs R 2 2 tM )(  cs R 2

 2



L. 2

c cs

Từ sơ đồ ta xác định được :   La . cs

2-Thành phần điện của điện áp cảm ứng.







.1,0

 tV .





ln.

(

III



)44

d tU )( cu

ah . dd 



 HtVh . . Hh .



 h . cv  1

 tV .  2 

Khi không có dây chống sét:

Khi có dây chống sét:

U)t(U





d cu

d o.cu

h h

  K1).t( 

  

(III-45)

Với K là hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn với dây chống sét.

3-Thành phần từ của điện áp cảm ứng:

Độ dốc của dòng sét a = (dic/dt) có thể coi là một hằng số đối với mỗi dòng

dd tM )(



2,0



ln.



(

III



)46

h dd

 Htv .  1( H  ).

H  h

h  h 2 dd

  

  1 

điện sét. Do đó để tính thành phần từ của điện áp cảm ứng ta phải xác định Mdd(t).

Trang - 74 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

4-Xác định suất phóng điện Vpđ :

Từ các giá trị điện áp giáng trên chuỗi cách điện và từ đặc tuyến vôn – giây

của chuỗi sứ ta có các giá trị thời gian xảy ra phóng điện (ti) . Biên độ dòng điện

sét nguy hiểm sẽ là: Ii = ai. ti

(

III



)47

 .

V a

 

 1

Từ đây ta có xác suất phóng điện là:

Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột: nc = Vpđ . Nc .

III.2.1.2-Trình tự tính toán.

Số lần sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột.

Nc =N/2 = 120/2 = 60lần /100km.năm

Xác suất hình thành hồ quang:  = 0,48

Xác định Vpđ :

Để xác định Vpđ ta phải xác định điện áp đặt trên chuỗi cách điện khi sét đánh

vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột.

Rc = 11 

dd = Lo.hdd = 0,6.14 = 8,4H với Lo là điện cảm đơn vị dài thân cột.

v = .c = 0,3.300 = 90 m/s là vận tốc phóng điện ngược của dòng điện sét

(theo sách hướng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp ta có  = 0,3 ; c là vận tốc ánh

sáng c = 300m/s).

. 22

. 110



, 57 17

U lv

. 

Ulv vận tốc trung bình của đường dây.

Các thành phần còn lại của điện áp trong công thức ( III – 36 ) đều phụ thuộc

vào độ dốc a, thời gian t và độ cao của dây dẫn.

1- Điện áp giáng trên chuỗi cách điện của pha A.

a/ Thành phần điện của điện áp cảm ứng:

Thay công thức( III – 43 ) vào công thức ( III – 44 ) ta có:

Trang - 75 -



Htvh .

).(



)

.1,0





ln.

(

III



)48

d tU )( cu

A ah . dd 

htv .(  c 1(







Hh .

hK . cs A h dd

tv .( 2 h .) c

  1 

  . 

   

   

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Trong đó:

+Hệ số ngẫu hợp khi có ảnh hưởng của vầng quang pha A :

vq = 0,224 (đã tính ở III.1.2.4 ). A = 14m.

KA-cs

+ hcs =hc =18,84m ; hdd = hdd

H = hcs + hdd = 18,84+14 = 32,84m ;

h = hcs – hdd =18,84-14= 4,84m.

=0,3.

b/ Thành phần từ của điện áp cảm ứng:



dd .L)t(U  c

t cu

)t(M dd

di c dt

di s dt

A = 8,4 H

;

dd = Lo.hdd

a =dis/dt : độ dốc đầu sóng của sét

dic/dt: tốc độ biến thiên của dòng điện đi trong thân cột có xét tới sự thay đổi

trước và sau phản xạ của sóng sét từ cột lân cận trở về.

c/ Điện áp trên dây dẫn gây ra bởi dòng điện sét đi trong dây chống sét

cs ).t(M







)t(U cs

cs .L c

di c dt

di c dt cs = Lo . hcs = 11,304H

K.Ucs(t).:

- Ta phải tìm ic và dic /dt trong hai trường hợp:

+ Trường hợp 1: Trước khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về đó là

khoảng thời gian t  2.lkv /c (lkv = 190m là chiều dài khoảng vượt ).

t  2.190 /300 =1,27 s.

)t(



)t(Mt.Z 2



vq cs

vq Z cs 

a vq cs

   

   

Theo công thức ( III – 39 ) và ( III – 40 ) ta có:

Trang - 76 -



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP



 1

di c dt

vq cs 2

vq cs L. 2

Z.a vq cs

R. 2 cs c

trong đó :

Nhận xét: Khi R; a; t thay đổi thì ic (t) và dic /dt thay đổi.

+ Trường hợp 2: Khi có sóng sét phản xạ từ cột lân cận trở về :

s. Đó là thời gian t > 2.lkv hay t > 2.190 /300 = 1,27

 

 La . cs

1.(



)

t )(



(

III



)49

i c

tM )(  2 cs R 2

Theo công thức ( III – 42 ) và ( III – 43 ) ta có: 



 La . cs



(

III



)50

  . e . 2

di c dt

tM  2 )( cs R 2

Và :



054

 2

.2 

R c .2

11.2  ,11.28,348

304

cs L c

L cs

Trong đó:

dd )t(M







U)t( 

)t(U cd

Ri cc

d )t(U cu

dd c

d iC dt

d is dt

Viết lại biểu thức điện áp trên chuỗi cách điện:

cs )t(M.a





)t(U cs

Ri cc

dd c

di c dt

Với dis / dt = a ta có :

U)t(U)t(M.K)t(M.(a)L.K











)t(U cd

(Ri 1 cc

d cu

cs c

dd c

di c dt

Ta có:

v q = 0,224

Với K là hệ số ngẫu hợp của pha A với dây chống sét có kể đến ảnh hưởng

của vầng quang KA-cs



 ,01(

 ,04,8(

,11.224

)304



224 )

tU )( cd

Ri c c

Thay số vào ta có:

.224

cs tM

)}(



17,57

di c dt ,0)( tMa .{ 

d tU )( cu

(III – 51)

Trang - 77 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

B = 11 m ;

2 - Điện áp giáng trên chuỗi cách điện của pha B; C.

vq = 0,147 ; hdd = hdd

B = 18,84+11=29,84m

Với  = 0,3; KB-cs

B h = hcs- hdd

= 7,84m

H = hcs+ hdd

CB (

)() t



147,01( )



,11.147,06,6(



)304



Ri c c

di c dt cs 147,0)( tM . 

tMa .{

)}(



17,57

d tU )( cu

Với pha B,C ta có :

3- So sánh điện áp giáng trên chuỗi cách điện pha A và pha B.

Ở cùng một thời gian tác động và cùng một độ dốc của dòng điện sét,

ở cùng một thời gian tác động và cùng độ dốc của dòng điện sét, nếu chuỗi cách

điện của pha nào có điện áp giáng lớn hơn thì pha đó có xác suất phóng điện lớn

hơn.

Chọn thông số của dòng điện sét tính toán :

t = 3s; a =10kA/s.

a/ Tính toán với pha A:

)( 

4,173

tU d cu



14.2,0



ln.



36,7

tM )( dd

 3.90 84,32 84,32).3,01( 

84,4 14.2

84,32 84,4

  

 1  



84,18.2,0





22,10

tM )( cs

 3.90 84,32 84,32).3,01( 

84,4 84,18.2

84,32 84,4

 ln  

 1  

Thay t và a vào các công thức:



054

)( t







55,24

  1.22,10.28,348



i c

054



,0.

054

)22,10.28,348





54,7

/ s

di c dt

11 11.2  e .11 11.2

Thay t ; a đã chọn và R =11 vào công thức ( III – 39 ) và ( III – 40 ):

dd(t); Mdd(t) ; Mcs(t) ; ic(t) ; dic/dt vào ( III– 5 0):

A (t) = (1 - 0,224).11.24,55 + 7,54.(8,4 - 0,224.11,304)+

Thay các giá trị Ucư

Ucđ

+ 11. (7,366 + 0,224. 10,22) + 173,4 + 57,17 = 561,8kV

Trang - 78 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

)( 

25,140

tU d cu

3.90

84,29



11.2,0



ln.





64,5

tM )( dd

 84,29.3,1

84,7 11.2

84,29 84,7

  

84,29

3.90



84,18.2,0





42,10

tM )( cs

 1   84,29 84,7

  

 1  

3.054



t )(



52,24

 84,29.3,1   1.42,10.28,348

84,7 84,18.2 

i c

3.054

11 11.2 ,0.11



(

)42,10.28,348





53,7

di c dt

e .054 11.2

b/Tính toán với pha B:

B(t) = (1-0,147).11.24,52+7,53.(6,6- 0,147.11,304)+11(5,64+0,147.10,42)

Thay các giá trị vừa tính toán vào công thức ta có:

Ucđ

+140,25 + 57,17 =483,23kV.

B = 483,23kV. Vậy với cùng một tham số của dòng điện

So sánh điện áp trên cách điện khi đường dây bị phóng điện ta thấy:

A = 561,8kV > Ucđ

Ucđ

sét thì chuỗi cách điện của pha A phải chịu điện áp lớn hơn so với pha B và Pha

C. Do đó ta sẽ tính xác suất phóng điện khi sét đánh vào đỉnh cột với các thông số

kỹ thuật của pha A.

III.2.1.3-Tính xác suất phóng điện.

cư(t):

t .90(



).84,18



84,4

).(

t .90



)84,32

224





ln.

tU d )( cu

t .90( 2

84,18. 14

a .14.1,0 3,0

84,32.84,4.84,18.)3,01(



 1  

 .  

   

   

Tính thành phần điện áp Ud

cư(t) ứng với các giá trị của :

Kết quả tính toán giá trị của Ud

a = 10 , 20 , 30 , 40 , 50 , 60 , 70 , 80 , 90 , 100(KA/s)

t = 0,5 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 (s )

Được ghi ở bảng sau :

Trang - 79 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10 159 213 268 485 322 367 431 539 594 648

20 261 370 478 913 587 696 805 1022 1131 1240

30 363 526 689 852 1015 1179 1342 1505 1668 1831

40 465 682 900 1118 1335 1550 1770 1988 2205 2423

50 567 839 1111 1383 1655 1927 2198 2470 2742 3014

60 669 995 1322 1648 1975 2300 2627 2953 3279 3606

70 771 1152 15321 1913 2294 2675 3055 3436 3816 4197

80 873 1308 1743 2178 2613 3048 3483 3918 4353 4789

90 975 1465 1954 2444 2933 3428 3912 4401 4891 5380

100 1077 1621 2165 2709 3253 3796 4340 4884 5428 5971

cư(t) ứng với các giá trị của a và t

Bảng III_5 : Giá trị tính toán Ud



14.2,0





tM dd )(

t .90 84,32   84,32).3,01(

84,4 14.2

84,32 84,4

  

 1  



84,18.2,0





tM cs )(

t .90 84,32   84,32).3,01(

84,4 84,18.2

84,32 84,4

  

 1  

Ta tính Mdd(t) ,Mcs(t) với các khoảng chia nhỏ của thời gian :

Bảng (III –6): Giá trị tính toán của Mdd(t) , Mcs(t):a

0,5 1 1,33 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t(s)

5,11 6,83 7,65 8,90 10,2 11,2 12,0 12,6 13,2 13,7 14,1 14,5 Mdd(t)

3,55 4,83 5,43 6,37 7,36 8,09 8,66 9,14 9,55 9,91 10,2 10,5 Mcs(t)

Trang - 80 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

Từ kết quả trong bảng ( III- 4 ) ta tính ic(t); dic/dt theo a và R với 2 khoảng thời

gian là t  1,33 s và t  1,33s.

a/ Với t  1,33s ta tính ic(t) ; dic /dt theo công thức (III–49) và công thức (III–

10.2

t )(







7,18

i c

vq tZ . cs

 1

a 

46,402 ,11.2

 304

vq cs

R c

tM )( cs  1

  

 ;   .2

t )(



t .46,402



i c

a  46,402

10.2

tM )( cs 7,18

  

  



953 . a

di c dt

vq cs .2

. a 46,402

46,402 

10.2

Za . vq  cs

R c

50)

b/ Với t  1,33s ta xác định ic(t) và dic /dt theo công thức ( III– 49 ) và (III –

  2

t )(





)

50):

 1.(

i c

 L cs



tM )( cs

054

a .2 R c 



054

t .

t )(





)

 28,348

 1.()(

i c

tM cs

 2 a 10.2





.054







[ 28,348



)]



 L . cs

tM )( cs

tM ( cs

di c dt

ea .  ,11.28,348

304

ea ,  L cs

c L cs

Cho biên độ dòng sét nhận các giá trị khác nhau từ 10 đến 100kA chúng ta

tính được điện áp đặt lên cách điện của đường dây.

Từ bảng (III-9) vẽ dồ thị Ucd (t , a) và đặc tính (v - s) ta dược các giá trị Ti và

các số liệu tính toán ở bảng (III – 10).

* Tương tự như phần sét đánh vào khoảng vượt ta được :

- Xác suất phóng điện Vpđ là xác suất mà tại đó có các cặp thông số (Ii;ai)





N)I;a(P 

Vpd

thuộc miền nguy hiểm

- Các cặp số (Ii ; ai) nằm trong miền giới hạn nguy hiểm thì sẽ xảy ra phóng

điện. Do đó xác suất phóng điện trên cách điện chính là xác suất để cho cặp số

(Ii ; ai) thuộc miền nguy hiểm.

Trang - 81 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

dVpđ = P (a  ai) P (I  Ii ). ( III – 33 )

Trong đó:

+ P(I  Ii ): là xác suất để cho dòng điện I lớn hơn giá trị dòng điện Ii nào đó.

+ P(a  ai): là xác suất để cho độ dốc a lớn hơn giá trị ai nào đó để gây ra

phóng điện

a  i , 910

P(a  ai) = P( ai – da ≤a≤ ai + da ) = dVa



 aaP 

i

Với:

Thay vào biểu thức ( 2 – 34 ) được:



dV.V a I

1  0

dVpđ = Vi.dVa



n VV   Ii 1i 

Bằng phương pháp sai phân xác định được:

I  i 1,26

a  i 9,10

(III– 34 )



Với :

Do trong tính toán về đường cong thông số nguy hiểm ta chỉ tính với 10 giá

trị của a và I nên phải tiến hành ngoại suy để phủ kín các giá trị của chúng.

Ta có kết quả số liệu của Vpđ tính như sau :

a 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 

( kA/ s)

Ii (kA) 64 55,4 51 48 45 43 37,5 32 24 17 0 

0 0,08 0,12 0,14 0,15 0,17 0,19 0,23 0,29 0,39 0,52 1

VIi 6 2 9 8 3 8 3 9 1

1 0,4 0,16 0,06 0,02 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0

Trang - 82 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

4 6 0 4 24 16 065 026 Vai

0,6 0,24 0,09 0,03 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0 Vai =

1 5 2 1 07 02 01 8 6 6 Vai –

Va+i

0 0,02 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0

aiΔV

60 15 55 25 11 005 023 011 007 005 Vai.

Bảng III_10 : Kết quả xác xuất phóng điện

Từ bảng (III – 10) ta tính được Vpđ = 0,05509

Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột:

nc = Nc. Vpđ .  (lần / 100km. năm )

Nc = N / 2 = 120 / 2 = 60

Vậy:

n = 60. 0,05509. 0,48 = 1,5866 ( lần / 100km. năm ).

III.3- TÍNH SUẤT CẮT TỔNG DO SÉT ĐÁNH VÀO ĐƯỜNG DÂY TẢI

ĐIỆN 110KV.

Suất cắt toàn bộ đường dây khi có sét đánh trực tiếp được xác định bởi:

n = ndd + nkv + nđc (lần /100km.năm)

Ta đã tính được suất cắt ndd ; nkv ; nđc ở các phần trên:

n = 0,04646+ 0,0314 + 1,5866= 1,66446 (lần/100km.năm)

III.4- TÍNH CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI

ĐIỆN110KV

Chỉ tiêu chống sét cho đường dây là số năm vận hành an toàn giữa hai lần sự

cố liên tiếp, ta đã tính được suất cắt đường dây khi bị sét đánh:

Trang - 83 -



60080



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

1 n

1 66446

(Năm / lần sự cố )

Nhận xét:

Sau khi tính toán suất cắt cho đường dây tải điện 110kV ta thấy:

- Suất cắt của đường dây do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

không phụ thuộc vào trị số điện trở nối đất của cột điện, nhưng lại phụ thuộc vào

góc bảo vệ , do đó để giảm số lần cắt điện do sét đánh vòng qua dây chống sét

vào dây dẫn thì phải giảm góc bảo vệ .

- Khi sét đánh vào khoảng vượt thì khả năng phóng điện trên cách điện của

đường dây phụ thuộc vào trị số của điện trở nối đất. Nếu điện trở nối đất nhỏ thì

khả năng phóng điện là rất ít vì khi sét đánh vào dây chống sét trong khoảng vượt

sẽ gây ra các sóng quá điện áp truyền về cột điện, sóng này gặp điện trở nối đất

nhỏ nên điện áp đi vào bộ phận nối đất được giảm thấp.

- Khi sét đánh vào đỉnh cột thì phần lớn dòng điện sét sẽ đi vào hệ thống nối

đất của cột điện. Phần còn lại sẽ theo dây chống sét đi vào hệ thống nối đất của

cột điện bên cạnh. Do vậy trị số của điện trở nối đất ảnh hưởng lớn đến trị số điện

áp tác dụng lên cách điện của đường dây.

Vậy để giảm số lần cắt điện đường dây do sét thì phải giảm điện trở nối đất

của cột điện và tăng cường cách điện cho đường dây.

Trang - 84 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP

LỜI KẾT

Qua việc tính toán và thiết kế cho hệ thống cao áp của trạm biến áp Văn

ĐIún 110/22 kV thì ta đã thấy được việc đảm bảo yêu cầu kỹ thuật trong khi thiết

kế là hết sức quan trọng , vì đây là hệ thống nhằm bảo vệ cho sự an toàn của thiết

bị trong trạm cũng như người vận hành

Từ việc bố trí các cột thu lôI sao cho hợp lý nhất , nối đất an toàn cũng như nối

đất chống sét và việc tính toán các trạng tháI khi sét đánh vào đường dây tảI đIện

Trang - 85 -

Đồ án tốt nghiệp môn cao áp " TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CHO HỆ THỐNG CAO ÁP CỦA TRẠM BIẾN ÁP 110/22 KV "

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CHO HỆ

THỐNG CAO ÁP CỦA TRẠM BIẾN ÁP

110/22 KV



a

MiÒn nguy hiÓm

I

H×nh (III – 7): § ­ êng cong nguy hiÓm



 1.(

 L cs

Tài liệu liên quan

Có thể bạn quan tâm

Đề cương đồ án tốt nghiệp: Thành lập bản đồ địa chính khu vực xã Mỹ Lạc, huyện Thủ Thừa, tỉnh Long An bằng công nghệ GNSS-RTK

Bài giảng môn học Nhà máy điện và trạm biến áp

Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng app nghe nhạc kết hợp các tiện ích AI

Báo cáo đồ án: Thiết kế hệ thống điện tử công suất ứng dụng trong truyền động điện

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cung cấp điện cho một chung cư cao tầng bài 10C STT48

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nhà máy sản xuất kính tấm và kính cường lực năng suất 150000 tấn/năm

Đồ án tốt nghiệp: Tính toán, thiết kế mô phỏng và thi công mô hình xe điện hỗ trợ vận chuyển hàng hóa

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và tính toán động lực học robot công nghiệp ba bậc tự do

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu thiết kế ứng dụng của hệ thống định vị toàn cầu GPS và bản đồ số trực tuyến

Đồ án môn học: Hệ thống tưới cây trồng tự động

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nhà máy nhiệt điện đốt than công suất 1200 MW và đề xuất các biện pháp nâng cao hiệu suất vận hành tuabin hơi nhà máy nhiệt điện công suất lớn

Đồ án tốt nghiệp: Công nghệ IoT và ứng dụng cho hệ thống giám sát ắc quy

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu, thiết kế rô bốt Scara 3 bậc tự do

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu và thiết kế mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa xe VinFast Fadil 2019

Đồ án tốt nghiệp: Hệ thống đỗ xe thông minh

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế Multimeter giao tiếp với máy tính đo đếm thông số điện một pha

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu về ứng dụng công nghệ số trong sản xuất in và tác động của nó đến chiến lược kinh doanh của công ty in

Đồ án tốt nghiệp: Phân tích, thiết kế và xây dựng website xem phim trực tuyến

Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng hệ thống website quản lý trang thiết bị cho trường học

Đồ án tốt nghiệp: Thi công mô hình hệ thống phanh đĩa và hệ thống lái thủy lực

Tài liêu mới

Bài tập lớn: Tính toán sức kéo xe con

Bài tập lớn: Thiết kế tuyến dây chuyền tổng lắp ô tô tải sát-xi 2,5 tấn

Bài tập lớn: Thiết kế động cơ - nén khí

Báo cáo đồ án: Thiết kế máy nghiền thức ăn chăn nuôi năng suất 100 kg/h

Báo cáo chuyên đề: Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết

Báo cáo môn học: Tìm hiểu về thư viện số và ứng dụng

Báo cáo môn học: Thiết kế mạch khuếch đại âm tần

Bài tập lớn: Nồi hơi - tua bin hơi tàu thủy

Bài tập lớn: Tìm hiểu về bộ nghịch lưu điều khiển bằng vector không gian (SVPWM)

Bài tập lớn: Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho khu đô thị Kiến Hưng

Đồ án tốt nghiệp: Tính toán, thiết kế mô phỏng và thi công mô hình xe điện hỗ trợ vận chuyển hàng hóa

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nhà máy sản xuất kính tấm và kính cường lực năng suất 150000 tấn/năm

Đồ án môn học: Thiết kế và chế tạo đồng hồ thời gian thực

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cung cấp điện cho một chung cư cao tầng bài 10C STT48

Báo cáo đồ án: Thiết kế hệ thống điện tử công suất ứng dụng trong truyền động điện

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA

Hỗ trợ

Hướng dẫn sử dụng

Đăng ký tài khoản VIP

093 303 0098

support@tailieu.vn

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi

Facebook

Youtube

TikTok

H×nh (III – 7): § êng cong nguy hiÓm