LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP đề tài : “HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM”

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

đề tài : “HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ

ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ

THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM”

SVTH: Trần Tử Bình

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 0

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

MỤC LỤC

Chương 1 : HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM .................................................................. 4

1.1 - HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT ........................................................................ 4

1.1.1 - Khái niệm chung: .................................................................................... 4

1.1.2 - Tình hình dông sét ở Việt Nam: ............................................................... 6

1.2- ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN H.T.Đ VIỆT NAM: ......................... 9

chương2: TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY ........ 10

2.1- LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN. ........................................................................ 10

2.1.1- Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét. .................................................. 10

2.1.2- Xác suất phóng điện sét và số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây. . 12

2.1.2.1 - Các số liệu chuẩn bị cho tính toán. ..................................................... 14

2.1.2.2 - Xác định độ treo cao trung bình của dây chống sét và dây dẫn. ......... 14

2.1.2.3- Tổng trở sóng của dây chống sét và dây dẫn. ...................................... 15

2.1.2.4 - Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn chống sét với các dây pha.................... 16

2.1.2.5- Góc bảo vệ của chống sét. ................................................................... 18

2.1.2.6- Số lần sét đánh vào đường dây. ........................................................... 18

2.2 - TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY 110KV DO SÉT ĐÁNH VÒNG QUA DÂY CHỐNG SÉT VÀO DÂY DẪN. ................................................................. 18

2.3- TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY 110KV DO SÉT ĐÁNH VÀO KHOẢNG VƯỢT. ............................................................................................. 22

2.3.1- Phương pháp xác định Vpđ. ................................................................... 22

2.3.2- Trình tự tính toán. .................................................................................. 24

2.3.3- Tính suất cắt tổng do sét đánh vào khoảng vượt đường dây tải điện 110kV. .............................................................................................................. 30

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 1

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

2.4- TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY110KV DO SÉT ĐÁNH VÀO ĐỈNH CỘT HOẶC LÂN CẬN ĐỈNH CỘT. ................................................................. 30

2.4.1- Lý thuyết tính toán. ................................................................................. 31

2.4.1.1- Các thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột do dòng điện sét đi trong cột gây ra. ..................................................................... 32

2.4.1.2-Thành phần điện của điện áp cảm ứng. ................................................ 35

2.4.1.3-Thành phần từ của điện áp cảm ứng: ................................................... 35

2.4.1.4-Xác định suất phóng điện Vpđ : ............................................................. 36

2.4.2-Trình tự tính toán. ................................................................................... 36

2.4.2.1- Điện áp giáng trên chuỗi cách điện của pha A. ................................... 36

2.4.2.2 - Điện áp giáng trên chuỗi cách điện của pha B; C. ............................. 39

2.4.2.3- So sánh điện áp giáng trên chuỗi cách điện pha A và pha B. ............... 40

2.4.3-Tính xác suất phóng điện. ........................................................................ 41

2.5- TÍNH SUẤT CẮT TỔNG DO SÉT ĐÁNH VÀO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 110KV. .............................................................................................................. 43

2.6- TÍNH CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN110KV HÀ ĐÔNG –PHỦ LÝ – NINH BÌNH. ................................................................... 43

Chương 3 BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP ..................................... 44

TRẠM BIẾN ÁP 110/35 KV. ............................................................................. 44

3.1-KHÁI NIỆM CHUNG. ................................................................................ 45

3.2- CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT KHI TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP. ...................................................... 45

3.3- TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CỘT THU LÔI. ..... 46

3.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán. ...................................................... 46

3.3.2- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp 110/35kV. ......................................................................................................... 49

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 2

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

3.3.3- Trình tự tính toán. .................................................................................. 49

3.3.3.1- Phương án 1. ....................................................................................... 50

3.3.3.2- Phương án 2. ....................................................................................... 61

3.4 -KẾT LUẬN. ............................................................................................... 66

Chương 4 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM 110/35 KV ............................... 67

4.1- GIỚI THIỆU CHUNG VÀ MỘT SỐ VẦN ĐỀ KỸ THUẬT KHI TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP. .............................................................................. 67

4.2- CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT. ................................... 70

4.3- TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN. .......................................................................... 70

4.3.1- Điện trở nối đất tự nhiên. ....................................................................... 71

4.3.2- Điện trở nối đất nhân tạo. ...................................................................... 71

4.3.3- Tính nối đất nhân tạo của trạm 110kV. .................................................. 71

4.4- TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT. ....................................................... 76

4.4.1- Dạng sóng tính toán của dòng điện sét. .................................................. 77

4.4.2- Yêu cầu kiểm tra. .................................................................................... 77

4.4.3- Tính toán lại trị số điện trở nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét...... 78

4.4.4- Tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét Z(0; ττττđ.s). ........................... 79

4.5- KẾT LUẬN. ............................................................................................... 82

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 3

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Chương 1 : HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng bao gồm NMĐ -

đường dây - TBA và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó có phần tử có số lượng lớn

và khá quan trọng đó là các TBA, đường dây. Trong quá trình vận hành các

phần tử này chịu ảnh hưởng rất nhiều sự tác động của thiên nhiên như mưa, gió,

bão và đặc biệt nguy hiểm khi bị ảnh hưởng của sét. Khi có sự cố sét đánh vào

TBA, hoặc đường dây nó sẽ gây hư hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn tới

việc ngừng cung cấp điện và gây thiệt hại lớn tới nền kinh tế quốc dân.

Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm chi phí thiệt hại và nâng cao độ an

toàn khi vận hành chúng ta phải tính toán và bố trí bảo vệ chống sét cho HTĐ.

1.1 - HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT

1.1.1 - Khái niệm chung:

Dông sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi

khoảng cách giữa các điện cực khá lớn (trung bình khoảng 5km).

Hiện tượng phóng điện của dông sét gồm hai loại chính đó là phóng điện

giữa các đám mây tích điện và phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt

đất.

Trong phạm vi đồ án này ta chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây

tích điện với mặt đất (phóng điện mây - đất). Với hiện tượng phóng điện này gây

nhiều trở ngại cho đời sống con người.

Các đám mây được tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cường độ

điện trường lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này là

giai đoạn phóng điện tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.10 7cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng 2.10 8 cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 4

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

điện kế tiếp nhau bởi vì trong cùng một đám mây thì có thể hình thành nhiều

trung tâm điện tích, chúng sẽ lần lượt phóng điện xuống đất).

Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích rất lớn. Đầu tia được nối với

một trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung

tâm này đi vào trong tia tiên đạo. Phần điện tích này được phân bố khá đều dọc

theo chiều dài tia xuống mặt đất. Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo,

sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc

vào tình hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất có địên dẫn đồng nhất thì điểm này

nằm ngay ở phía dưới đầu tia tiên đạo. Còn nếu vùng đất có điện dẫn không

đồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tập

trung về nơi có điện dẫn cao.

Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia

tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất và như vậy địa điểm sét đánh

trên mặt đất đã được định sẵn.

Do vậy để định hướng cho các phóng điện sét thì ta phải tạo ra nơi có mật độ

tập trung điện diện tích lớn. Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các

công trình được dựa trên tính chọn lọc này của phóng điện sét.

Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngược là ν và mật độ điện trường của

điện tích trong tia tiên đạo là δ thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và

trong đất sẽ là:

is = ν. δ

Công thức này tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có

trị số điện trở nhỏ không đáng kể).

Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên

độ và độ dốc phân bố theo hàng biến thiên trong phạm vi rộng (từ vài kA đến

vài trăm kA) dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt

của sét ứng với giai đoạn phóng điện ngược (hình 1-1)

- Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khí

quyển và gây hậu quả nghiêm trọng như đã trình bày ở trên. Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 5

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

α.S

ρ.S min

ρ.S

ρ.S min

H×nh 1-1 : Sù biÕn thiªn cña dßng diÖn sÐt theo thêi gian

1.1.2 - Tình hình dông sét ở Việt Nam:

Việt Nam là một trong những nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét

khá mạnh. Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt nam có

một đặc điểm dông sét khác nhau :

+ Ỏ miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70 ÷ 110 ngày trong một năm và số

lần dông từ 150 ÷ 300 lần như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2 ÷ 3

cơn dông.

+ Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ

250 ÷300 lần dông tập trung trong khoảng 100 ÷ 110 ngày. Tháng nhiều dông

nhất là các tháng 7, tháng 8.

+ Một số vùng có địa hình thuận lợi thường là khu vực chuyển tiếp giữa

vùng núi và vùng đồng bằng, số trường hợp dông cũng lên tới 200 lần, số ngày

dông lên đến 100 ngày trong một năm. Các vùng còn lại có từ 150 ÷ 200 cơn

dông mỗi năm, tập trung trong khoảng 90 ÷ 100 ngày.

+ Nơi ít dông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có dưới

80 ngày dông.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 6

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Xét dạng diễn biến của dông trong năm, ta có thể nhận thấy mùa dông không

hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng. Nhìn chung ở Bắc Bộ mùa dông tập chung

trong khoảng từ tháng 5 đến tháng 9. Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, ở phần

phía Bắc (đến Quảng Ngãi) là khu vực tương đối nhiều dông trong tháng 4, từ

tháng 5 đến tháng 8 số ngày dông khoảng 10 ngày/ tháng, tháng nhiều dông nhất

(tháng 5) quan sát được 12 ÷ 15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16

ngày/tháng ...), những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10)

dông còn ít, mỗi tháng chỉ gặp từ 2 ÷ 5 ngày dông.

Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít dông

nhất, thường chỉ có trong tháng 5 số ngày dông khoảng 10/tháng như Tuy Hoà

10ngày/tháng, Nha Trang 8 ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng.

Ở miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120 ÷ 140

ngày/năm, như ở thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/

năm. Mùa dông ở miền Nam dài hơn mùa dông ở miền Bắc đó là từ tháng 4 đến

tháng 11 trừ tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày

dông đều quan sát được trung bình có từ 15 ÷ 20 ngày/tháng, tháng 5 là tháng

nhiều dông nhất trung bình gặp trên 20 ngày dông/tháng như ở thành phố Hồ

Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày.

Ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn hơn và số lần dông cũng ít hơn,

tháng nhiều dông nhất là tháng 5 cũng chỉ quan sát được khoảng 15 ngày dông ở

Bắc Tây Nguyên, 10 ÷ 12 ở Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10

ngày, PLâycu 17 ngày.

Số ngày dông trên các tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam xem bảng

1-1.

Từ bảng trên ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của dông

sét, đây là điều bất lợi cho H.T.Đ Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư

nhiều vào các thiết bị chống sét. Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kế

phải chú trọng khi tính toán thiết kế các công trình điện sao cho HTĐ vận hành

kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy. Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 7

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Bảng 1-1 : Số ngày dông trong tháng:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 Cả năm

Tháng Địa điểm

94 0,2 0,6 4,2 5,9 12 17 20 19 10 11 0,5 0,0 97 0,1 0,3 3,0 7,0 12 18 20 21 10 2,8 0,2 0,1 0,2 0,4 2,6 6,9 12 14 18 21 10 2,8 0,1 0,0 90 0,0 0,4 3,9 6,6 14 19 24 24 13 4,2 0,2 0,0 112 0,1 0,0 1,7 1,3 10 15 16 20 15 2,2 0,2 0,0 87 0,1 0,6 5,1 8,4 15 17 22 20 9,2 2,8 0,9 0,0 102 97 0,6 2,6 6,6 12 13 15 16 18 7,3 3,0 0,9 0,3 0,4 1,8 7,0 10 12 13 17 19 8,1 2,5 0,7 0,0 93 0,2 0,6 4,1 9,1 15 17 21 20 11 4,2 0,2 0,0 104 0,2 0,0 4,0 9,2 15 17 22 21 11 4,2 0,5 0,0 106 0,0 0,6 4,2 9,4 16 17 22 21 11 3,4 0,5 0,0 107 97 0,0 0,3 3,0 7,7 13 17 17 22 12 3,3 0,1 0,0 99 0,0 0,3 2,9 7,9 16 16 20 20 11 3,1 0,6 0,9 0,0 0,1 7,0 7,0 13 19 21 23 17 4,4 1,0 0,0 111 0,0 0,4 8,4 8,4 16 21 20 21 14 5,0 0,7 0,0 112 12 15 16 14 14 5,8 3,4 1,9 0,3 0,4 1,8 13 93 12 17 21 17 18 8,3 5,3 1,1 0,0 112 0,2 2,7 12 99 0,0 1,0 14 14 16 18 15 16 6,2 6,2 1,0 0,2 0,2 0,5 9,2 9,2 14 15 19 18 10 5,2 0,0 0,0 99 0,0 0,2 7,3 7,3 16 16 18 18 13 3,3 0,7 0,0 100 95 0,0 0,5 6,9 6,9 17 13 13 19 15 5,6 0,2 0,0 13 17 14 13 20 14 5,2 0,2 0,0 103 0,0 0,2 13 70 0,0 0,3 6,3 6,3 15 7,7 9,6 9,6 11 5,3 0,3 0,0 85 0,0 0,2 7,8 7,8 18 10 12 12 12 5,3 0,3 0,0

PHÍA BẮC Cao bằng Bắc Cạn Lạng Sơn Móng Cái Hồng Gai Hà Giang Sa Pa Lào Cai Yên Bái Tuyên Quang Phú Thọ Thái Nguyên Hà Nội Hải Phòng Ninh Bình Lai Châu Điện Biên Sơn La Nghĩa Lộ Thanh Hoá Vinh Con Cuông Đồng Hới Cửa Tùng PHÍA NAM Huế Đà Nẵng Quảng Ngãi Quy Nhơn Nha Trang Phan Thiết Kon Tum Playcu Đà Lạt Blao Sài Gòn Sóc Trăng Hà Tiên

0,0 0,2 1,9 4,9 10 6,2 5,3 5,1 4,8 2,3 0,3 0,0 41,8 0,0 0,3 2,5 6,5 14 11 9,3 12 8,9 3,7 0,5 0,0 69,5 0,0 0,3 1,2 5,7 10 13 9,7 1,0 7,8 0,7 0,0 0,0 59,1 0,0 0,3 0,6 3,6 8,6 5,3 5,1 7,3 9,6 3,3 0,6 0,0 43,3 0,0 0,1 0,6 3,2 8,2 5,2 4,6 5,8 8,5 2,3 0,6 0,1 39,2 0,2 0,0 0,2 4,0 13 7,2 8,8 7,4 9,0 6,8 1,8 0,2 59,0 0,2 1,2 6,8 10 14 8,0 3,4 0,2 8,0 4,0 1,2 0,0 58,2 0,3 1,7 5,7 12 16 9,7 7,7 8,7 17 9,0 2,0 0,1 90,7 0,6 1,6 3,2 6,8 10 8,0 6,3 4,2 6,7 3,8 0,8 0,1 52,1 1,8 3,4 11 13 10 5,2 3,4 2,8 7,2 7,0 4,0 0,0 70,2 11 2,4 138 1,4 1,0 2,5 10 22 19 17 16 19 15 0,2 0,0 0,7 7,0 19 16 14 15 13 1,5 4,7 0,7 104 128 7,4 2,7

9,7

1,3

4,3

9,0

9,7

15

20

23

10

15

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 8

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

1.2- ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN H.T.Đ VIỆT NAM:

- Như đã trình bày ở phần trước biên độ dòng sét có thể đạt tới hàng trăm

kA, đây là nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua vật nào đó.

Thực tế đã có dây tiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng điện sét tác

dụng đã bị nóng chảy và đứt, thậm chí có những cách điện bằng sứ khi bị dòng

điện sét tác dụng đã bị vỡ và chảy ra như nhũ thạch, phóng điện sét còn kèm

theo việc di chuyển trong không gian lượng điện tích lớn, do đó tạo ra điện từ

trường rất mạnh, đây là nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị điện tử ,

ảnh hưởng của nó rất rộng, ở cả những nơi cách xa hàng trăm km.

- Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ

sinh ra sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng

lên cách điện của đường dây. Khi cách điện của đường dây bị phá hỏng sẽ gây

nên ngắn mạch pha - đất hoặc ngắn mạch pha – pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu

đường dây phải làm việc. Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khi

máy cắt nhảy có thể gây mất ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các

nhà máy điện làm việc không nhanh có thể dẫn đến rã lưới. Sóng sét còn có thể

truyền từ đường dây vào trạm biến áp hoặc sét đánh thẳng vào trạm biến áp đều

gây nên phóng điện trên cách điện của trạm biến áp , điều này rất nguy hiểm vì

nó tương đương với việc ngắn mạch trên thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng.

Mặt khác, khi có phóng điện sét vào trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cực

máy biến áp làm việc không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp bị chọc

thủng gây thiệt hại vô cùng lớn.

Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự cố

lưới điện, vì vậy dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của lưới

điện.

*Kết luận:

Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của dông

sét tới hoạt động của lưới điện. Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho lưới

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 9

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

điện và trạm biến áp là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới

điện.

chương2: 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. 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.

2.1- LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN.

2.1.1- Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét.

Phạm vi bảo vệ của dây chống sét được thể hiện như ( hình 2-1 )

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 10

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

D©y chèng sÐt

0,2h

h

hx

0,6h

1,2h

hx

H×nh 2-1: Ph¹m vi b¶o vÖ cña mét d©y chèng sÐt .

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

sau:

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

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

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

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 11

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

α 1

A

α 2

B

C

H×nh 2-2: Gãc b¶o vÖ cña mét d©y chèng sÐt.

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

tế thường lấy khoảng α = 20 0 ÷ 250.

2.1.2- 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 (2 – 3)

Trong đó:

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

+ 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

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 12

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

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 . ( 2 – 4 )

Vì thời gian tác dụng lên quá điện áp khí quyển rất ngắn khoảng 100 µs 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 (η ) phụ thuộc vào Gradien của điện áp làm

việc dọc theo đường phóng điện :

η = ƒ(Elv) ; Elv = Ulv/lpđ (kV/m ).

Trong đó:

+ η: 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. η. = (0,6÷0,9). h. nng .s. Vpđ. η. (2 – 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 .η. (2 – 6)

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

+ 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

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 13

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

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 ( 2 – 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.

2.1.2.1 - Các số liệu chuẩn bị cho tính toán.

Đường dây tính toán l = 150km. (Ninh Bình – Hà Đông)

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 Π- 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-120mm có d = 19mm; r = 9,5mm.

Khoảng vượt là 150m.

2.1.2.2 - 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 . (2 – 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. fdd = γ. l2/ 8. ú. (2 – 9)

γ = p/s =492/120. 1000 = 0,0041.

(p : khối lượng 1km dây AC- 120 ,p=492 Kg/Km ; s: tiết diện dây AC-

120 , s= 120 mm2.)

ú : hệ số cơ của đường dây ở nhiệt độ trung bình , ú = 7,25.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 14

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

1,5m

3m

A

1,2m

3m

16,2m

B

C

1,75m

12m

9,0m

H×nh 2-3: §é cao d©y chèng sÐt vµ d©y dÉn.

l: chiều dài khoảng vượt của đường dây = 150m. fdd = 0,0041.1502/8. 7,25 = 1,5905 m ≈ 1,6 m ở đây ta lấy fdd = 1,8 m.

fcs = 1,5 m.

hdd

hdd

Độ treo cao trung bình của dây dẫn theo (2-9) là: cs = hcs – 2/3 fcs = 16,2 – 2/3.1,5 = 15,2m. tbA = hdd tbB = hdd

A – 2/3 fdd = 12 – 2/3. 1,8 = 10,8 m. B – 2/3 fdd = 9 – 2/3. 1,8 = 7,8 m.

hdd

2.1.2.3- Tổng trở sóng của dây chống sét và dây dẫn.

Zdd = 60.ln (2.hdd / r). ( 2 – 10 )

A = 60. ln [ ( 2. 10,8) / (9,5. 10-3 ) ] = 463,75 Ω.

Zdd

B = 60. ln [ ( 2. 7,8 ) / ( 9,5. 10-3 ) ] = 444,22 Ω.

Zdd

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

vầng quang.

+ Khi không có vầng quang:

cs =60. ln [ ( 2. 15,2 ) / ( 5,5. 10-3 )] = 517 Ω

Zd

cs cho hệ số hiệu chỉnh vầng quang.

+ Khi có vầng quang, ta phải chia Zd

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

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 15

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

cs / λ = 517/1,3 = 397,69 Ω.

Zdvq

cs = Zd

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

Công thức (2 – 11) được xác định theo hình (2 – 4).

2

d12

1 (A;B;C)

h2

D12

2'

H×nh 2-4: PhÐp chiÕu g−¬ng qua mÆt ®Êt .

12

ln

(

K

2

) 11

−

=

2

ln

D d 12 h 2 r

2

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.

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

Theo kết quả tính trước ta có:

cs = 15,2m.

hdd

A = 10,8m ; hdd

B = hdd

C = 7,8m ; 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 ( 2 – 5).

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 16

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Với pha A:

2

2

2

2

d

ID(

)

IA(

)

, 24

, 51

m, 464

=

+

=

+

=

12

D

m 2

,

4

A

1,5m

m 2

,

B

C

K

6 1

1,75m

m 2 1

m 9

m 2 , 6 1

K

D '

H×nh 2-5: X¸c ®Þnh kho¶ng c¸ch theo phÐp chiÕu g−¬ng qua mÆt ®Êt.

2

2

2

2

D

IA(

)

)IE(

, 51

24

24

m, 046

=

+

=

+

=

12

Với pha B,C:

2

2

2

2

d

ID(

)

)IB(

, 27

, 751

m, 417

=

+

=

+

=

12

2

2

2

2

D

)IB(

)IE(

, 751

18

18

m, 08

=

+

=

+

=

12

Hệ số ngẫu hợp giữa pha A và dây chống sét : áp dụng công thức (2 – 11):

ln

K

, 19768 0

=

=

ln

, 524 , 464 . , 2152 3 −

., 1055

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 17

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Khi có vầng quang: KA-cs

vq = KA-cs. λ = 1,3. 0,19768 = 0,257.

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

ln

K

K

, 10

=

=

=

csB −

csC −

ln

, 18 08 , 417 . , 2152 3 −

., 1055

Khi có vầng quang :

K

K

,

=

=

,., 1303110 =

vq csB −

vq csC −

2.1.2.5- Góc bảo vệ của chống sét.

Từ hình (2 – 2 ) ta có:

tg

, 357 0

, 19

065

=

=α A

=α⇒ A

, 51 , 24

tg

, 0

243

, 13

066

tg =α=α

=

=α=α⇒

C

B

B

C

, 751 , 27

2.1.2.6- Số lần sét đánh vào đường dây. Áp dụng công thức (2-4) với l = 100km ; hdd

cs = 15,2 m ; nng.s= 70ngày/ năm

; mật độ sét = 0,15. Ta có:

N = 0,15. 6 . 15,2. 70. 100. 10-3 = 96 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.

2.2 - 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

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

h

α

Vlg

4

(2-15)

=α

cs −

90

Trong đó:

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

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 18

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

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

được nối với tổng trở sóng của dây dẫn có trị số như hình (2 – 6 )

Is

Z0

Is / 2

Is / 4

Is/4

Zdd /2 Zdd / 2

H×nh (2 – 6): Dßng ®iÖn sÐt khi sÐt ®¸nh vµo d©y dÉn.

Có thể coi dây dẫn hai phía ghép song song và Zdd = (400÷500) Ω 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:

Z

I

I

(

2

) 13

=

≈

−

s

0 Z

I s 2

Z

+

0

dd 2

Z0: Tổng trở sóng của khe sét.

Điện áp lúc đó trên dây dẫn là:

dd

U

(2-14)

dd =

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

Khi Udd ≥ U50%

ngắn mạch 1 pha N(1 ) từ ( 2 – 14) ta có thể viết:

dd

U

≥

%

s 50

Z.I s 4

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

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 19

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

U

4

%

s 50

I

≥

s

Z

dd

Ta có xác suất phóng điện trên cách điện là:

s %50

U.4 − Z.1,26

I − s 1,26

dd

V

e

e

2(

)15

=

=

−

pd

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

Nα = N. Vα (2 – 16)

Trong đó:

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

mục 2.1.4 là: 96 lần / 100km. năm.

Vα: Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn được xác định

theo ( 2 – 12)

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

dọc theo đường phóng điện ( Elv):

lv

2(

)17

E

)m/kV(

−

=

lv

U l

pd

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

+ Ulv: Điện áp pha của đường dây.

110

)m/kV(

, 952

=

=

E lv

,. 213

Dựa vào bảng (21 – 1) sách “giáo trình kỹ thuật điện cao áp” vẽ đồ thị và

bằng phương pháp nội suy ta có:

η = 0,63

Bảng 2 – 1: Xác định hình thành hồ quang:

lv

E

)m/kV(

lv =

U l

50

30

20

10

0,6

0,45

0,25

0,1

pd η (đơn vị tương đối)

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 20

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

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

ndd = Nvα. vpđη (2 – 18)

Elv (kV/m)

60

50

40

30

20

10

0

η

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

H×nh (2 – 7): néi suy ®Ó x¸c ®Þnh η

Từ ( 2 – 18) ta thấy vα và vpđ đều phụ thuộc tỷ lệ chiều cao cột h hay độ cao

dây dẫn và góc bảo vệ α, độ cao dây dẫn tăng hoặc α tăng đều làm cho ndd tăng, A lớn hơn so với pha B

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

và pha C để tính suất cắt cho đường dây.

A = 10,8m.

Pha A có αA = 19,65 0; hdd

Zdd

A = 463,75 Ω ; hcs= 16,2m.

Thay các số liệu trên vào công thức ( 2 – 12 ) ta có:

3

−

, 216 , 19 Vlg V 4 , 0 . 756 10 =α =α⇒−=− , 123 . 65 90

%

s 4 U. − 50 126 Z.,

I − s 126 ,

4 660 . − 126 463 ., ,

75

dd

Xác suất phóng điện trên cách điện pha A theo công thức ( 2 – 15 )

pd

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 21

e V e e , 804 0 = = = =

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

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

cao áp ].

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

Thay số vào (2 – 18 ) ta có: ndd = 96. 0,756.10-3. 0,804. 0,63. = 0,03676 lần / 100km. năm.

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

khoảng vượt là:

Nkv= N / 2 ( 2 – 19)

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

(2.1.4) N = 96 lần / 100km. năm.

Vậy Nkv = 96 / 2 = 48 lần / 100km. năm.

Trong 48 lần sét đánh vào khoảng vượt thì xác suất hình thành hồ quang khi

phóng điện đã được xác định tại mục [ 2.2 ] bằng phương pháp nội suy trên hình

(2-7) được η = 0,63. Suất cắt của đường dây 110kV do sét đánh vào khoảng

vượt như sau:

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

nkv = Nkv. Vpđ. η (2 – 20)

dây.

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

cd

lv

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

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 22

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

(

)

−

+

I s , 126

a s , 910

V

e

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

=

a,I

(2 – 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

′=

=

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

cd

i

lv

)t(U pd i

sứ, thì phóng điện sẽ xảy ra:

I

i =

  

  

+ i t.a i

i

i

( 2 – 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 (2 – 24)

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

có thể đặt: Ucđ

Vậy: Upđ (ti) = Z.ai + Ulv (2 – 25)

−

pd

lv

a

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

=

i

U)t(U i Z

(2 – 26)

−

pd

lv

Z

=

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

U)t(U i a

(2 – 27)

lv

( 2 – 28 )

a

=

i

U)t(U − pd i ′ )t(U cd i a

Từ ( 2 – 26 ) và ( 2 – 27 ) ta có:

I = i

t.a i

i

Mặt khác ta có :

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 23

Dựa vào các cặp (Ii,ai ) vẽ đường cong nguy hiểm hình (2 – 8)

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

a

MiÒn nguy hiÓm

I

H×nh (2 – 8): §−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 (2 – 8)

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

I − i , 126

a − i , 910

V

, với:

e

=

pd

dV.V a i

V; a

eV = i

1 ∫= 0

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

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

( 2 – 29 )

V

=

pd

I

i

n ∑ V.V ∆ a i i 1 =

Sau khi xác định được Vpđ , thay số vào ( 2 – 20 ) ta có suất cắt do sét đánh

vào khoảng vượt của đường dây 110kV.

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 dây chống sét như hình (2 – 9 ).

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 24

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

a.t/2

a.t/2

RC

RC

RC

H×nh (2 – 9) : SÐt ®¸nh vµo d©y chèng sÐt gi÷a kho¶ng v−ît.

Như giả thiết dòng điện sét có dạng xiên góc:

I

=

s

t.a .a τ

nÕu t τ< ds nÕu t τ≥

  

ds

ds

Ta sẽ tính toán Is ứng với các giá trị trong bảng (2 – 1) sau đây:

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 1

8

9

7

6

5

2

4

3

a(kA / µs) t (µs)

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

d

  

  

R

L

U

R

+

=

+

=

+

=

( 2 – 30 )

( Lt.R

c

c

c

)c

cs

c

.L c

t.a 2 dt

a 2

a 2

t.a 2

t.a 2

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 µH/m )

Với hcs = 16,2m ta có Lc=16,2.0,6 = 9,72 µH

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

Udd = - Kvq.Ucs + Ulv

Trong đó:

+ Ulv là điện áp trung bình của pha. Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 25

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

sin.U.

dt.t.

2

ω

U

.U.

=

=

lv

2 3

2 π

1 π

3

π ∫ 0

U

.

kV

. 110

, 57 17

=

=

lv

2 , 143

2 3

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 ( 2 – 31 )

Ucđ = Ucs. (1- Kvq ) + Ulv

( 2 – 32 )

U

K

U

=

−

+

)( ( .Lt.R. 1 +

)

cd

c

c

vq

lv

a 2

Từ biểu thức ( 2 – 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 ngẫu hợp nhỏ nhất ở mục ( 2.1.3.3 ) ta có:

K

K;

K

, 0

257

, 130

=

=

=

vq csA −

vq csB −

vq csC −

Ta tính Ucđ với Kvq = 0,13; Rc = 20 Ω.

Ucđ = a/2. (20. t + 9,72 ). (1- 0,257) + 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 ( 2 – 2 )

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

đổi và ở các thời điểm khác nhau với Rc = 20 Ω

1

6 539

7 613

8 688

9 762

4 390 724

5 10 3 2 a t 836 465 316 168 242 10 575 872 1021 1170 1318 1467 1615 278 427 20 388 611 834 1057 1280 1503 1726 1949 2172 2394 30 499 796 1093 1390 1688 1985 2282 2579 2876 3174 40 609 981 1352 1724 2095 2467 2838 3210 3581 3953 50 720 1165 1611 2057 2503 2949 3394 3840 4286 4732 60 830 1350 1870 2390 2910 3431 3951 4471 4991 5511 70 80 940 1535 2129 2724 3318 3912 4507 5101 5696 6290 90 1051 1720 2388 3057 3726 4394 5063 5732 6400 7069 100 1161 1904 2647 3390 4133 4876 5619 6362 7105 7848

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 26

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

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

đường 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 (2 – 11).

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 ( 2 – 3 ): Đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

t(µs)

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

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

đường đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện. Ta có đồ thị hình (2 – 11)

Từ đồ thị hình (2 – 10 ) ta có:

ti = 0,53; 0,61; 0,73; 0,88; 1,13; 1,42; 1,95; 2,9; 4,88; 11,9

Tại thời điểm phóng điện ti tương ứng các độ dốc đầu sóng ai ta có trị số sét

nguy hiểm: Ii = ai. ti , từ cặp số của (I ; a) ta vẽ được đường cong thông số

nguy hiểm hình (2 – 10).

100

Miền nguy hiểm

MIỀN NGUY HIỂM

80

) A k ( I

60

40

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 27 20

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

10 20 30 40 50 60 70 80 90

a (kA/µs)

Hình(2 –10): Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào khoảng

vượt.

Trong hình 2-11 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)

thuộc miền nguy hiểm

=

∈

}N)I;a(P {

Vpd

- 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 ). ( 2 – 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

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 28

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

a=100kA/µs

0 1 2 3 4 5

5000

a=90kA/µs

a=80kA/µs

a=70kA/µs

4000

a=60kA/µs

a=50kA/µs

Đặc tính (v-s)

a=40kA/µs

a=30kA/µs

3000

a=20kA/µs

a=10kA/µs

1 2 3 4 5

Hình 2–11: Điện áp đặt lên cách điện của đường dây khi sét đánh vào

khoảng vượt Ucđ (a,t) với Rc = 20 Ω và đặc tính vôn – giây (V-S)

của chuỗi cách điện Upđ (t).

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

a − i , 910

e

a

Với:

=

=

≥

( aP

)i

V a

Thay vào biểu thức ( 2 – 34 ) được:

dVpđ = Vi.dVa

⇒

V

pd

dV.V a I

1 ∫= 0

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 29

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Bằng phương pháp sai phân xác định được:

( 2 – 34 )

V

=

pd

n ∑ ∆ VV Ii ai 1i =

a − i 9,10

I − i 1,26

e

Với :

=

V; a

eV = I

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 được các kết quả như bảng (2 – 4 ). Tính được Vp.đ = 0,00767.

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:

nkv = Nkv . Vpđ . η (lần / 100km. năm ) ( 2 – 35 )

Nkv = N/ 2 = 96/ 2 = 48

Vậy: nkv = 48. 0,00767. 0,63 = 0,204 ( lần / 100km. năm )

2.4- 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 (2 – 12 ):

Ics

Ics

I≈0

ic

ic

ic

Rc

Rc

Rc

Hình 2-12 : Sét đánh đỉnh cột đường dây có dây chống sét bảo vệ .

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 30

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

2.4.1- 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

chống sét là:

( 2 – 36 )

L

dd )t(M

kU

=

+

+

+

−

U)t( +

)t(U cd

Ri c

c

dd c

d )t(U cu

lv

cs

d iC dt

d is dt

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

đi trong cột gây ra:

L

+

Ri c

c

dd c

d ic dt

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

giữa dây dẫn và kênh sét gây ra:

dd )t(M

+

d is dt

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

giữa dây dẫn và kênh sét gây ra:

d cuU+

+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

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

trong công thức (2 – 36).Vì vậy thành phần này làm giảm điện áp trên cách điện

khi bị sét đánh.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 31

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

2.4.1.1- 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 chúngphụ

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:

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

t

≤

l. 2 kv v

Trong đó :

+ lkv: là chiều dài khoảng vượt

+ν = c. β với: c là tốc độ ánh sáng ;

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

Sơ đồ tương đương của mạch dẫn dòng điện sét như hình ( 2 – 13 )

is

ics

ics

2ics

ic

cs tM (

).

di s dt

cs cL

ic

Rc

is

vq csZ 2

Hình ( 2 – 13 ): Sơ đồ tương đương mạch đẫn dòng sét khi chưa có sóng

phản xạ tới

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 ".

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 32

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

(2-37)

cs )t(M

ln

1

=

−

+

ln.h.2,0 cs

h ∆ h2

Ht.v + 1( H). β+

H h ∆

  

  

cs

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 ;

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

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

+ν = β.c với c là tốc độ ánh sáng c = 3.108 m/s = 300m/µs

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

+Lc

cs ; Lc

dẫn.

h

L

h.2,0

ln

ln

1

( 2 – 38 )

=

+

−

dd c

dd

H2 r

∆ h2

H h ∆

  

  

td

dd

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 ( 2 – 13 ) ta viết

hệ phương trình như sau:

Phương trình mạch vòng(*)

Phương trình thế nút(**)

Z

i

(*)

2

0

+

+

=

cs .LR. + c

c

)t(M.a cs

.i s

vq cs 2

i

i

i

t.a

(**)

2

+

=

=

    

    

di c dt c

cs

s

Giải hệ phương trình nàyđược kết quả là:

)t(Mt.Z 2

(2 – 39 )

=

−

−

)t(i c

vq cs

cs

vq Z cs α

1

Z

   

   

a vq cs

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 33

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Z

R.

+

vq cs

c

=α 1

L.

2

2 cs c vq cs

=

di c dt

Z

R. 2

+

Z.a vq cs

c

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

tb cs

cs

cs

Z ln. 60= (2 – 40 ) h. 2 r

h

h

f

=

−

tb cs

cs

cs

2 3

=

r cs

ds 2

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

trung nối tiếp với điện trở của đất của hai cột bên cạnh như hình ( 2 – 14 )

2ics

ic

csL 2

2ics cs cL

cs tM (

).

di s dt

Rc

is

csR 2

Hình 2–14: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện khi có sóng phản xạ

tới

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

hưởng của vầng quang.

i.

Z

( 2 – 41 )

kv

L

cs =

cs.o c

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 34

Trong đó:

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

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/µs

Từ

đồ

ta

xác

định

được:

sơ [ L.a

]

t.

α−

cs

)t(M cs

2

e

)

(

)

.( 1

2

42

=

−

−

)t(i c

[ L.a

]

t.

α−

cs

2

e.

(

2

) 43

=

. α

−

2

di c dt

2 − R 2 )t(M 2 cs R

− 2

R

2

=α 2

L

2

+

cs

c L. cs

2.4.1.2-Thành phần điện của điện áp cảm ứng.

Khi không có dây chống sét:

h

+

∆+

+

a.

( t.V

)( Ht.V.h

)

ln.

(

)

2

44

=

−

d )t(U cu

h., 10 dd β

.

H.h

β+

∆

) ( t.V. 2 )

cv ( 1

Khi có dây chống sét:

cs

U)t(U

(2-45)

=

−

d cu

d o.cu

h h

  

  K1).t( 

dd

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

2.4.1.3-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

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

dd )t(M

ln

ln.

(

h, 20

1

2

) 46

=

−

+

−

dd

h ∆ h

2

Ht.v + ( H). 1 β+

H h ∆

  

  

dd

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 35

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

2.4.1.4-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

Từ đây ta có xác suất phóng điện là:

2(

)47

V

−

=

pd

I

V.V ∆ a i

i

n ∑ 1i =

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

2.4.2-Trình tự tính toán.

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

Nc =N/2 = 96/2 = 48 lần /100km.năm

Xác suất hình thành hồ quang: η = 0,63

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 = 20Ω

Lc

dd = Lo.hdd = 0,6.12 = 7,2µH với Lo là điện cảm đơn vị dài thân cột.

v = β.c = 0,3.300 = 90 m/µs là vận tốc phóng điện ngược của dòng điện

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

ánh sáng c = 300m/µs).

Ulv vận tốc trung bình của đường dây.

. 22

. 110

57

kV, 17

=

=

U lv

3

. π

Các thành phần còn lại của điện áp trong công thức ( 2 – 36 ) đều phụ thuộc

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

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

a/ Thành phần điện của điện áp cảm ứng:

Thay công thức( 2 – 43 ) vào công thức ( 2 – 44 ) ta có:

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 36

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

a.

h., 10

t.v(

)Ht.v).(h

+

∆+

+

cs

).h c

ln.

(

1

2

) 48

=

−

−

d )t(U cu

A dd β

h

H.h

( 1

β+

∆

   

   

t.v( 2 .h.) c

   

  .  

h.K A dd

Trong đó:

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

KA-cs

vq = 0,257 (đã tính ở 2.1.3.3 ). A = 12m.

+ hcs =hc =16,2m ; hdd = hdd

H = hcs + hdd = 16,2+12 = 28,8m ;

∆h = hcs – hdd =16,2 – 12 = 4,2m.

β = 0,3 ;lấy a = 10 ; t = 3µs.

Ta có bảng (2 – 4 )

;

+

dd .L)t(U = c

)t(M dd

t cu

di s dt

b/ Thành phần từ của điện áp cảm ứng: di c dt A = 7,2µH

dd = Lo.hdd

Lc

Áp dụng công thức ( 2 – 46 ) ta có:

ln.

, . 1220

1

, 958

=

−

+

)t(M dd

, 228 , 24

, 228 ). , 228

, 24 . 122

. 390 + ( , 301 +

  ln. 

 = 

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

K.Ucs(t).:

cs ).t(M

+

=

+

)t(U cs

R.i s

cs .L c

s

di c dt

di c dt cs = Lo . hcs = 9,72µH

Lc

- 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 = 150m là chiều dài khoảng vượt ).

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 37

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

t ≤ 2.150 /300 =1µs.

Theo công thức ( 2 – 39 ) và ( 2 – 40 ) ta có:

vq cs

cs

vq Z cs α

1

Z

R.

+

c

trong đó :

=

=α 1

di c dt

Z

R.

vq cs 2+

vq cs L. 2

Z.a vq cs

c

2 cs c

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 :

Đó là thời gian t > 2.lkv hay t > 2.150 /300 = 1µs.

Theo công thức ( 2 – 42 ) và ( 2 – 43 ) ta có:

[ L.a

]

t.

α−

cs

)t(M2 cs

2

)

2(

)49

=

e1.( −

−

)t(i c

− R2

Và :

[ L.a

]

t.

α−

cs

)t(M2 cs

2

e.

2(

)50

=

. α

−

2

di c dt

− R2

Trong đó:

R.

2

c

, 144 0

=

=

=α 2

, 19 257

,. 7292

. 202 +

L

L.

2

+

cs

cs c

Viết lại biểu thức điện áp trên chuỗi cách điện:

L

dd )t(M

kU

=

+

+

+

−

U)t( +

)t(U cd

Ri c

c

dd c

d )t(U cu

lv

cs

d is dt

d iC dt

Với dis / dt = a ta có :

L

cs )t(M.a

=

+

+

)t(U cs

Ri c

c

dd c

di c dt

Ta có:

dd

L(

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

=

−

+

−

+

+

+

+

)t(U cd

1 )K(Ri c

c

dd c

cs )L.K c

d cu

lv

di c dt

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

v q = 0,254

của vầng quang KA-cs

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 38

)t(Mt.Z 2 = − − )t(i c Z         a vq cs

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Thay số vào ta có:

)257

2,7(

)72,9.257,0

=

−

+

−

+

)t(U cd

,01(Ri c

c

di c dt

(2 – 51)

cs

dd )t(M.{a

257,0

17,57

+

)t(U)}t(M. +

+

d cu

2.4.2.2 - Điện áp giáng trên chuỗi cách điện của pha B; C. đ(t) theo công thức (2-) và (2-)

a/ Thành phần Ucu

B = 9 m ;

Với β = 0,3; KB-cs

vq = 0,257 ; hdd = hdd

B = 16,2 + 9 = 25,2m

H = hcs+ hdd

B ∆h = hcs- hdd

= 7,2m

t.

).

t.

).(

t.

( 90

, 216

, 24

90

), 228

+

+

+

ln.

1

=

−

d )t(U cu

, . , 0 172 216 9

.a., 910 , 30

  

  

( 90 2 .),

,

.

.

,

, 22824216

( 301 +

   

   

2

ln.a.

)

t.

t

(

, 072

, 0 054

8100

2916

, 118

44

2

) 52

−

=

+

+

+

d )t(U cu

 

 t,( 30  t (t) :

B = 5,4µH

b /Thành phần Ucu dd = L0hdd

Lc

dd

(

) 53

).t(M)t(U =

+

2 −

t cu

dd .L c

di s dt

di c dt

M

ln

ln

(

, . 920

2

) 54

−

=

−

+

dd

, 228 ). , 228

, 27 . 92

t 90 + ( , 301 +

 1  

M

)

ln

, 770

, 050

=

+

−

   [ , ln( , t 81 452

, 228 , 27 ]193 , +

dd

c / Thành phần điện áp trên dây dẫn gây ra bởi dòng điện sét đi trong dây

chống sét: k.Ucs(t)

i

R.

cs )t(M

=

+

+

)t(U cu

c

c

cs .L c

di c dt

di s dt

Theo tính toán pha A ta đã xác định được α1 ; α2 Lcs

Theo công thức ( 2 – 3 ) ta có :

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 39

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

cs

M

,

ln

ln

(

, . 21620

2

) 55

=

−

+

−

, 228 ). , 228

, 228 , 27

t 90 + ( , 301 +

  

 1  

cs

M

t

)

ln.

, 243

, 452

, 770

, 220

=

+

−

[ . ln(

, 27 . , 2162 ]193 , +

d/ Với pha B,C ta có :

)C(B

U

)t(

)

2,7(

257,0

)72,9.

=

+

−

+

cd

257,01(Ri − c

c

di c dt

dd )t(M.{a

257,0

cs )}t(M.

17,57

+

+

+

d )t(U cu

2.4.2.3- 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 = 3µs; a =10kA/µs.

a/ Tính toán với pha A:

Thay t và a vào các công thức ( 2 – 52 ); ( 2 – 53 ) ; ( 2 – 54 ):

kV5,146

=

)t(U d cu

12.2,0

ln

ln.

63,6

=

−

+

)t(M dd

2,4 12.2

2,28 2,4

3.90 2,28 + 2,28).3,01( +

 1 = 

  

ln2,16.2,0

ln

23,9

=

−

+

)t(M cs

2,4 2,16.2

2,28 2,4

3.90 2,28 + 2,28).3,01( +

  

 1 = 

Thay t ; a đã chọn và R =20Ω vào công thức ( 2 – 39 ) và ( 2 – 40 ):

, 0 144

. 3

−

e

kV,

.

, 239

830

1

=

−

−

=

[ , 257 19

)t(i c

](

)

10 . 202

, 0 144

. 3

−

(

, 257 19

,. ) 2392

=

−

=

s/kA, 65 µ

di c dt

e. 10 , 257 19

+

Thay các giá trị Ucư

, 729 dd(t); Mdd(t) ; Mcs(t) ; ic(t) ; dic/dt vào ( 2 – 5 0):

A (t) = (1-0,254).20.30,8+5,6.(7,2-0,254.9,72)+

Ucđ

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 40

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

+10. (6,63+0,254. 9,23)+146,5+57,17 = 716,3kV

b/Tính toán với pha B:

.

,

).(

, 216

. 390

, 225

+

+

,

.

( . 390

ln.

=

−

)t(U d cu

,. 130216 9

., 91010 , 30

  1 

  . 

,

,

.

.

, 22527216

) (. 27390 + 2 .), ( 301 +

   

   

124

=

ln

ln.

, . 920

, 5

236

=

=

−

+

)t(M dd

, 27 . 92

, 225 , 27

. , 390 225 + , , 225 31 +

 1  

kV, 15   

,

ln

ln

, . 21620

, 469

=

−

+

)t(M cs

. , 390 225 + ., , 22531

, 27 . , 2162

, 225 , 27

 1 = 

  

.

, 144 0

3

e

.

,. 4692

1

, 85 20

−

−

=

=

( , 19 257

)t(i c

)(

)

10 . 202

, 144 0

. 3

−

(

, 19 257

,. ) 4692

, 595

=

−

=

di c dt

e. 10 , 19 257

,. 7292

+

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

B(t) = (1-0,13)20.20,85+5,59(5,4- 0,13.9,72)+10(5,236+0,13.9,46)

Ucđ

+124,15+57,17 = 631,9kV.

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

B = 631,9kV. Vậy với cùng một tham số của dòng điện

Ucđ

A = 716,3kV > 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.

2.4.3-Tính xác suất phóng điện.

Trong biểu thức tính ic(t) và dic/dt ta phải tính trước Mcs(t) với các khoảng

chia nhỏ của thời gian (với t = 3µs).

12.2,0

ln

ln.

63,6

=

−

+

)t(M dd

2,4 12.2

2,28 2,4

t.90 2,28 + 2,28).3,01( +

  

 1 = 

ln2,16.2,0

ln

41,8

−

+

=

)t(M cs

2,4 2,16.2

2,28 2,4

t.90 2,28 + 2,28).3,01( +

  

 1 = 

Bảng (2 –5): Giá trị tính toán của Mcs(t) và Mdd(t) "với t = 3µs "

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 41

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

t(µs)

0,5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Mdd(t) 3,26 4,41 5,76 6,63 7,26 7,76 8,2 8,53 8,83 9,1 9,4

Mcs(t) 3,86 5,41 7,24 8,41 9,26 9,94 10

11 11,4 11,7 12

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

thời gian là t ≤ 1µs và t ≥ 1µs.

a/ Với t ≤ 1µs ta tính ic(t) ; dic /dt theo công thức (2–49) và công thức (2–50)

vq t.Z cs

1

vq cs

c

2 a 397 )t(M. cs ; , 522 = = − )t(i c =α 1 . 202 + ,. 7292 α       Z R 2 +

2 t. = − )t(i c 387 )t(M. cs , 522 a +     397  

a.

, 0 908

=

=

=

di c dt

.a 397

397 . 202 +

Z

R.

2

+

Z.a vq cs

c

b/ Với t ≥ 1µs ta xác định ic(t) và dic /dt theo công thức ( 2 – 49 ) và (2 – 50)

ta được kết quả ở bảng (2 – 6 ) và bảng (2 – 7 ):

t.

α−

2

)

=

[ L

] e1.( −

)t(i c

cs

−

)t(M.2 cs

a R.2

144,0

t.144,0

−

)

=

−

−

[ 19,257

] e1.()t(M2

)t(i c

cs

t.

α−

t.

, 144 0

−

2

c =α 2 a 20.2 e,a

2

=

−

=

[ L.

]

cs

)t(M cs

di c dt

e.a , 19 257

,. 7292

+

L

2

+

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. Kết quả tính được ghi ở bảng

(2 – 8).

Từ bảng (2 – 8) 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 (2 – 9).

Từ bảng (2 – 9) ta tính được Vpđ = 0,0397.

Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột:

nc = Nc. Vpđ . η (lần / 100km. năm )

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 42

. 202 vq cs

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Nc = N / 2 = 96 / 2 = 48

Vậy:

n = 48. 0,0397. 0,63 = 1,2 ( lần / 100km. năm ).

2.5- 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 = 0,03676 + 0,204 + 1,2 = 1,44 (lần/100km.năm)

2.6- TÍNH CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN110KV HÀ ĐÔNG –PHỦ LÝ – NINH BÌNH.

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. Chỉ tiêu chống

sét cho đường dây Hà Đông – Phủ Lý – Ninh Bình có l = 150km là:

(Năm / lần sự cố )

m

.

.

04,15,1.77,0

=

=

=

=

1 n

150 100

1 44,1

150 100

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 α, 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 α.

- 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.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 43

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

- 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.

Chương 3

BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP

TRẠM BIẾN ÁP 110/35 KV.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 44

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

3.1-KHÁI NIỆM CHUNG.

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

phối điện.

Đối với trạm biến áp 110/35kV thì các thiết bị điện của trạm được đặt ngoài

trời nên 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.

3.2- 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 110/35kV 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

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 45

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

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 cọc nối đất, mặt khác mỗi

trụ 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.

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.

3.3- 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.

3.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán.

- Độ cao cột thu lôi:

h =hx + ha (3 – 1)

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 46

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

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)

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

r

h(

=

−

)23( −

x

)h x

1

+

6,1 h x h

1.(h5,1

)

r

=

−

(3 –3)

- Nếu hx ≤ 2/3h thì:

x

1.(h75,0

)

r

=

−

(3-4)

- Nếu hx > 2/3h thì:

x

h x h8,0 h x h

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

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

( ) 53 −

h −=

h o

a 7

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:

) ( 63 −

=

r xo

x

1

+

, 61 h h

o

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 47

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

0

R

0,2h

h

ho=h-a/7

rx

hx

a

0,75h

1,5h

rxo

rx

H×nh (3 – 1 ): Tr−êng hîp hai cét thu l«i cã chiÒu cao b»ng nhau .

- 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:

1

R

3

2

h1

h2

'

a

a

(H×nh 3 – 2 ): Tr−êng hîp hai cét thu l«i cã chiÒu cao kh¸c nhau

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

khoảng cách AB = a; BC = a

như

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 48

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

sau:

x

h.(

=

−

1

)h 2

2

1

+

, 61 h h

1

a'

x-a

-a

h.(

)

=

=

−

( 73 −

1

)h 2

2

1

+

, 61 h h

1

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

ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là ho :

h −=

h o

a 7

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

h

h

h.(

=

−

=

a +−

−

h o

2

2

1

)h 2

a' 7

2

1

+

, 61 h h

1

h.(

=

−

r xo

o

)h x

1

+

, 61 h 2 h 1

3.3.2- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp 110/35kV.

- Trạm có diện tích là: 57 x 58,350m và bao gồm:

+ Hai máy biến áp T1 và T2

+ 2 lộ 110kV và 6 lộ 35kV.

- Độ cao các thanh xà phía 110kV là 10m và 8m.

- Độ cao các thanh xà phía 35kV là 9m và 7m.

- Ngoài ra trạm còn có 3 cột chiếu sáng cao 21m.

3.3.3- Trình tự tính toán.

Trạm biến áp E35 Phủ Lý được hai đường 110kV cấp, một đường từ Hà

Đông cấp về, một đường từ Ninh Bình cấp lên, hai đường 110kV này được nối

với nhau qua máy cắt liên lạc giữa hai hệ thống thanh góp.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 49

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Trạm có cấp điện áp 110/35kV và có hai máy biến áp T1 ; T2 được nối với

hai lộ đường dây vào 110kV và sáu lộ đường dây 35kV.

Phía 110kV có hai hệ thống thanh góp và có máy cắt liên lạc.

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 sau:

3.3.3.1- Phương án 1.

- Các cột thu lôi phía trạm 110kV được bố trí độc lập là cột số 5 có độ cao là

21m; các cột số 1 đến số 4 được bố trí trên các thanh xà có độ cao 10m và các

cột này có độ cao là 21m ( tính từ xà đến kim thu sét là 6m, kim thu sét cao 5m)

- Các cột thu lôi phía 35kV được bố trí trên các thanh xà có độ cao 9m, cột

cao thêm 7m, kim thu sét cao 5m là các cột số 6;7;8;9. Ngoài ra còn hai cột thu

lôi độc lập cao 21m là cột số 10 và 11. Hình ( 3 – 3 )

1 0

2

5

Hình (3–3): Đường tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột thu lôi

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.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 50

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

- 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;5.

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

các cột 1;2;5. (1 ÷ 2 = 26m; từ điểm giữa 1÷2 với 5 = 8,5m ) Và đường kính

vòng tròn là:

Xét tam giác (1;2;5) , ta có: (1;2)=26 m ; (0;5)=8,5 m, suy ra :

2

2

2

2

)5;2(

)5;0(

)2;0(

13

5,8

m53,15

=

+

=

+

=

Ta có công thức để tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5):

c.b.a

r

=

( ) 83 −

p).(a

p).(b

)c

p.(p. 4

−

−

−

a

c

p

Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (1;2;5):

=

b ++ 2

+ r là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5).

Thay số vào (3 –8 ) ta có:

Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5) là:

26

, 53 15

+

+

p

, 53 28

=

=

, 53 15 2

. 26

. , 15 53

, 15 53

r

m.

, 214

=

=

).(

).(

.(

. 4

, ) 15 53

, 28 53

, 28 53

, 28 53

, 28 53

26

−

−

−

, 15 53 Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5) là: D =14,2. 2 = 28,4m.

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 1;2;5 bảo vệ được hoàn toàn diện tích

giới hạn bởi chúng là:

m.

, 553

=

=

=

h a

D 8

, 428 8

- Xét nhóm cột (3;4;5) ta có:

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 51

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

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

các cột 3;4;5. (3 ÷ 4 = 17m; khoảng cách từ 5 đến (3÷4)= 20,35m ).

2

2

Đoạn (4÷5):

2

2

Đoạn (3÷5):

m., , 520 920 4 = + =

m. 13 , 520 , 24 27 = + =

17 , 24 27 + + p 31 = = , 920 2 17 , . ., 24920 27 r m. , 12 55 = = ).( ).( .( ) . 4 , 920 , 24 31 17 31 27 31 31 − −

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

− Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (3;4;5) là: D =12,55. 2 = 25,1m.

giới hạn bởi chúng là:

m. , 143 = = = h a D 8 , 125 8

- Xét nhóm cột (6;7;11) ta có:

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

các cột 6;7;11. Có: (6 ÷ 7) = 15m; (6÷11) = 15m ); (7÷11) = 15.1,41 = 21,2m

15 , 221 + + p , 625 = = 15 2 . 15 . 15 , 221 r m., 610 = = ).( .( . 4 ), 221 , 625 , 625 , 625 , 625 15 15 − − −

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 6;7;11 bảo vệ được hoàn toàn diện tích

).( Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11) là: D = 10,6. 2 =21,2m.

giới hạn bởi chúng là:

m. , 652 = = = h a D 8 , 221 8

Vì tam giác (8;9;10)bằng tam giác (6;7;11) nên ta có độ cao tác dụng tối

thiểu để các cột 8;9;10 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là:

m. , 652 = = = h a D 8 , 221 8

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 52

Các cột 2;5;3. Có: (2 ÷ 5) = 19m; (3÷5) = 24m ); (2÷3) = 28,85m

19

, 85 28

+

p

, 935

=

=

24 + 2

19

. 24

. , 28 85

r

m.

, 14

75

=

=

).(

.(

. 4

, ) 28 85

, 935

, 935

, 935

, 935

19

24

−

−

−

).( Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11) là: D = 14,75. 2 =29m.

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 2;5;3 bảo vệ được hoàn toàn diện tích

giới hạn bởi chúng là:

m., 63

=

=

=

h a

D 8

29 8

Qua tính toán độ cao tác dụng của các cột thu lôi, có thể lấy chung một giá

trị độ cao tác dụng tối thiểu của cột thu lôi toàn trạm là chiều cao tác dụng của

nhóm cột nào có giá trị lớn nhất. Do vậy ta lấy: ha = 3,6m.

Tính độ cao cột thu lôi – chọn kim thu sét:

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

được xác định bởi:

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.

Đối với phía 110kV các thanh xà cao 10m (hx = 10m) do đó độ cao tối thiểu

của cột thu lôi là: h = hx + ha =10 + 3,6 = 13,6m.

Vì chủng loại chung của cột ly tâm cốt sắt có độ cao 12m ;16 m, mặt khác do

có các cột chiếu sáng có độ cao là 21m, nên ta chọn loại cột 16m. Kim thu sét ta

chọn loại sắt ống có chiều cao là 5m. Do đó độ cao cột thu lôi là:

h = 16 + 5 = 21m.

Vậy độ cao bảo vệ phía 110kV là: 21m.

Đối với phía 35kV các thanh xà cao 9m (hx = 9m) do đó độ cao tối thiểu của

cột thu lôi là: h = hx + ha =9 + 3,55 = 12,6m.

Ta cũng chọn độ cao bảo vệ phía 35kV là: 21m.

Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi:

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 53

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

* Bán kính bảo vệ của cột thu lôi cao 21m:

- Bán kính bảo vệ ở độ cao 10m: hx =10 m < 2/3 h = 14 m. Nên:

h., 51

1

., 12151

12

m, 75

=

−

−

r x

h x h., 80

10 ., 2180

 = 

  

 = 

  

- Bán kính bảo vệ ở độ cao 9m:

h., 51

1

14

m, 625

=

−

−

r x

h x h., 80

9 ., 2180

  ., 12151 

 = 

 = 

  

- Bán kính bảo vệ ở độ cao 8m:

m,

h., 51

1

., 12151

516

=

−

−

r x

h x h., 80

8 ., 2180

 = 

  

 = 

  

- Bán kính bảo vệ ở độ cao 7m:

h., 51

1

18

m, 375

−

=

−

r x

h x h., 80

7 ., 2180

  ., 12151 

 = 

  

 = 

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

- Xét cặp cột 1;2. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 26m.

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

m,

21

317

h −=

=

−

=

h o

a 7

26 7

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

Ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 11,5m. Nên :

h., 51

1

., 131751

.m, 27

=

−

−

r xo

o

h x h., 80

10 , ., 31780

  ., 

 = 

  

 = 

o

Ở độ cao 8m: hx = 8m < 2/3h = 11,5m

., 131751

10

.m, 95

=

−

−

r xo

h x h., 80

8 ., , 31780

  ., 

 = 

  .h., 51 1 o 

 = 

o

- Xét cặp cột 1;5: khoảng cách giữa hai cột là :

2

2

2

, 58

13

, 58

15

.m, 53

=

=

+

=

a ; 51

; 21 2

2  + 

  

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 54

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

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

21

18

m, 78

h −=

=

−

=

h o

a 7

, 15 53 7

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

Ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 12,52m.

1

, ., 1851 78

1

.m, 429

=

−

−

r xo

h x h., 80

10 ., , 1880 78

  . 

 = 

  .h., 51 o 

 = 

o

Ở độ cao 8m: hx = 8 < 2/3ho = 12,52m.

r

1

, ., 1851 78

1

13

.m, 17

=

−

−

xo

h x h., 80

8 ., , 1880 78

  . 

 = 

  .h., 51 o 

 = 

o

Tương tự như cặp cột 1;5, cặp cột 2;5 có:

Ở độ cao 10m: rxo = 9,42m ; Ở độ cao 8m : rxo =13,17m.

- Xét cặp cột 3;4: khoảng cách giữa hai cột là: a =17m.

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

21

18

m, 57

h −=

=

−

=

h o

a 7

17 7

Ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 12,38m.

r

1

, ., 1851 57

1

12

.m, 855

−

=

−

xo

h x h., 80

8 ., , 1880 57

  . 

 = 

 = 

  .h., 51 o 

o

Ở độ cao 8m: hx = 8m < 2/3ho = 12,38m.

1

, ., 1851 57

1

12

.m, 855

=

−

−

r xo

h x h., 80

8 ., , 1880 57

  . 

 = 

  .h., 51 o 

 = 

o

- Xét cặp cột 3;5: khoảng cách giữa hai cột là:

2

2

a

13

, 520

24

.m, 27

=

+

=

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

17

.m, 53

21

h −=

=

−

=

h o

a 7

, 24 27 7

Ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 11,688m.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 55

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

1

1

.m, 7 545

=

−

−

r xo

h x h., 80

10 ., , 1780 53

  . ., , 1751 53 

 = 

  .h., 51 o 

 = 

o

Ở độ cao 8m: hx = 8m <2/3 ho = 11 688m.

1

1

11

.m, 295

=

−

−

r xo

h x h., 80

8 ., , 1780 53

  . ., , 1751 53 

 = 

  .h., 51 o 

 = 

o

- Xét cặp cột 4;5: khoảng cách giữa hai cột là:

2

2

a

4

, 520

20

.m, 88

=

+

=

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

.m

21

18

h −=

=

−

=

h o

a 7

, 20 88 7

Ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 11,688m.

1

., 1851

1

.m, 258

−

=

−

r xo

h x h., 80

10 ., 1880

  . 

 = 

 = 

  .h., 51 o 

o

Ở độ cao 8m: hx = 8m < 2/3ho = 11,688m.

.m

1

1

12

−

=

−

r xo

h x h., 80

8 ., 1880

  . ., 1851 

 = 

 = 

  .h., 51 o 

o

- Xét cặp cột 2;3: khoảng cách giữa hai cột là: a =28,85m.

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

21

16

.m, 878

h −=

=

−

=

h o

a 7

, 28 85 7

Ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 11,25m.

1

, ., 1651 878

1

.m, 6 567

=

−

−

r xo

h x h., 80

10 ., , 1680 878

 = 

  . 

  .h., 51 o 

 = 

o

Ở độ cao 8m: hx = 8m < 2/3ho = 11,25m.

.m,

1

, ., 1651 878

1

310

=

−

−

r xo

h x h., 80

8 ., , 1680 878

 = 

  . 

  .h., 51 o 

 = 

o

- Xét cặp cột 6;7: khoảng cách giữa hai cột là: a = 15m.

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

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 56

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

21

19

.m, 28

h −=

=

−

=

h o

a 7

12 7

Ở độ cao 9m: hx = 9m < 2/3ho = 12,85m.

h., 51

1

, ., 1951

28

1

12

m, 045

=

=

−

−

r xo

o

h x h., 80

9 ., , 1980

28

  . 

 = 

  

 = 

o

Ở độ cao 7m: hx = 7m < 2/3ho = 12,85m.

xo

x h., 80

o

h 7 r 1 , ., 1951 28 1 15 .m, 795 = − − ., , 1980 28  =    .    =    .h., 51  o 

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

- Xét cặp cột 6;11: khoảng cách giữa hai cột là: a = 15m.

21 19 .m, 28 h −= = − = h o 12 7 a 7

Tương tự như cặp cột 6;7 ta có: - Ở độ cao 9m: rxo =12,045m.

- Ở độ cao 7m: rxo =15,795m.

- Xét cặp cột 7;11: khoảng cách giữa hai cột là:

)76( −

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

a a 2. 2.15 m21,21 = = =

Ở độ cao 9m: hx = 9m < 2/3ho = 11,979m.

21 17 .m, 969 h −= = − = h o , 21 21 7 a 7

o

Ở độ cao 7m: hx = 9m < 2/3ho = 11,979m.

1 , ., 1751 969 1 10 .m, 07 = − − r xo h x h., 80 9 ., , 1780 969   .   =    .h., 51 o   = 

o

1 13 .m, 83 = − − r xo h x h., 80 7 ., , 1780 969   . , ., 1751 969 1   =    .h., 51 o   = 

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

- Xét cặp cột 8;9: khoảng cách giữa hai cột là: a = 15m.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 57

21 19 .m, 28 h −= = − = h o a 7 12 7

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Tương tự cặp cột 6;7 ta có: - Ở độ cao 9m: rxo = 12,045m.

- Ở độ cao 7m: rxo = 15,795m.

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

- Xét cặp cột 9;10: khoảng cách giữa hai cột là: a = 15m.

21 19 .m, 28 h −= = − = h o a 7 12 7

Tương tự cặp cột 6;7 ta có: - Ở độ cao 9m: rxo = 12,045m.

- Ở độ cao 7m: rxo = 15,795m.

- Xét cặp cột 8;10: khoảng cách giữa hai cột là:

)98( −

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

a a 2. 2.15 .m21,21 = = =

Ở độ cao 9m: hx = 9m < 2/3ho = 11,979m.

21 17 .m, 969 h −= = − = h o a 7 , 21 21 7

o

Ở độ cao 7m: hx = 9m < 2/3ho = 11,979m.

1 , ., 1751 969 1 10 .m, 07 = − − r xo h x h., 80 9 ., , 1780 969   .   =   =    .h., 51 o 

o

1 13 .m, 83 = − − r xo h x h., 80 7 , ., 1780 969   . ., , 1751 969 1   =    .h., 51 o   = 

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

- Xét cặp cột 7;8: khoảng cách giữa hai cột là: a = 10m

Ở độ cao 9m: hx = 9m < 2/3ho = 13m.

21 19 .m, 57 h −= = − = h o a 7 10 7

o

Ở độ cao 7m: hx = 7m < 2/3ho = 13m.

1 , ., 1951 57 1 12 .m, 48 = − − r xo h x h., 80 9 ., , 1980 57  =    .    .h., 51 o   = 

o

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 58

16 .m, 23 1 , ., 1951 57 1 = − − r xo h x h., 80 7 ., , 1980 57  =    .    .h., 51 o   = 

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

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

cho toàn trạm. Cụ thể được trình bày ở hình (3 – 5 ).

Từ hình vẽ (3 – 5 ) 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.

Bảng (3–1) và bảng (3-2) trình bày kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cột

thu lôi ở phương án I .

Bảng 3-1 : Kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu lôi

h (m) Vị trí các cột hx (m) ha=h-hx rxo (m) ho (m)

1-2 21 10 11 7,2 17,3

1-2 21 8 13 10,95 17,3

1-5 21 10 11 9,42 18,78

1-5 21 8 13 13,17 18,78

2-5 21 10 11 9,42 18,78

2-5 21 8 13 13,17 18,78

2-3 21 10 11 6,567 16,878

2-3 21 8 13 10,3 16,878

3-4 21 10 11 9,1 18,57

3-4 21 8 13 12,855 18,57

3-5 21 10 11 7,545 17,53

3-5 21 8 13 11,295 17,53

4-5 21 10 11 8,25 18,0

4-5 21 8 13 12,0 18,0

6-7 21 9 12 12,045 19,28

6-7 21 7 14 15,595 19,28

6-11 21 9 12 12,045 19,28

6-11 21 7 14 15,595 19,28

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 59

7-11 21 9 12 10,07 17,969

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

7-11 13,83 17,969 21 7 14

8-9 12,045 19,28 21 9 12

8-9 15,595 19,28 21 7 14

9-10 12,045 19,28 21 9 12

9-10 15,595 19,28 21 7 14

8-10 10,07 17,969 21 9 12

8-10 13,83 17,969 21 7 14

Bảng 3–2 : Kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu lôi phương án I

Vị trí các cột h (m) hx (m) ha=h-hx rx (m)

1 21 10 11 12,75

1 21 8 13 16,5

2 21 10 11 12,75

2 21 8 13 16,5

3 21 10 11 12,75

3 21 8 13 16,5

4 21 10 11 12,75

4 21 8 13 16,5

5 21 10 11 12,75

5 21 8 13 16,5

6 21 9 12 14,625

6 21 7 14 18,375

7 21 9 12 14,625

7 21 7 14 18,375

8 21 9 12 14,625

8 21 7 14 18,375

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 60

9 21 9 12 14,625

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

9 21 7 14 18,375

10 21 9 12 14,625

10 21 7 14 18,375

11 21 9 12 14,625

3.3.3.2- Phương án 2.

11 21 7 14 18,375

- Các cột thu lôi phía trạm 110kV được bố trí độc lập là cột số 5 có độ cao là

21m; các cột số 1 đến số 4 được bố trí trên các thanh xà có độ cao 10m và các

cột này có độ cao là 21m ( tính từ xà đến kim thu sét là 6m, kim thu sét cao 5m)

- Các cột thu lôi phía 35kV được bố trí trên các thanh xà có độ cao 9m, cột

cao thêm 7m, kim thu sét cao 5m là các cột số 6;7;8;9. Ngoài ra còn hai cột thu

Tính độ cao tác dụng của cột thu lôi:

sét độc lập cao 21m là cột số 10 và 11 ta đặt ở vị trí mới như hình ( 3 – 6 ).

Cách tính được tiến hành tương tự như ở phương án 1.

Xét nhóm cột (1;2;5) (2;3;5) (3;4;5):

Đường kính vòng tròn

Độ cao tối thiểu để nhóm cột bảo vệ được

Tương tự như ở phương án 1 ta có bảng ( 3 – 3 ):

Nhóm cột ngoại tiếp tam giác (D) hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng (ha)

(1;2;5) 28,4m 3,55m

(3;4;5) 25,1m 3,14m

(2;3;5) 29m 3,6m

Xét nhóm cột (6;7;11) ta có:

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

2

2

các cột (6;7;11).

Đoạn (6÷7) = 15m. Đoạn (6÷11) = (7÷11)

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 61

.m. , 57 15 , 16 77 = + =

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

15 , 77 16 + + p , 24 27 = = , 77 16 2 . 15 . 16 . 77 . 16 77 r .m, 379 = = ).( ).( .( ) . 4 , 16 77 , 24 , 24 , 24 , 24 27 27 15 77 27 27 − −

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột (6;7;11) bảo vệ được hoàn toàn diện tích

, 16 − Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11)là: D =9,37.2 = 18,75m.

giới hạn bởi chúng là:

.m, 342 = = = h a D 8 , 18 75 8

Tương tự ta có nhóm cột (8;9;10) có các giá trị như nhóm cột (6;7;11):

Tính độ cao của cột thu lôi – kim thu sét:

ha =2,34m.

được xác định bởi:

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

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.

- Đối với phía 110kV các thanh xà cao 10m (hx = 10m) do đó độ cao tối

thiểu của cột thu lôi là: h = hx + ha =10 + 3,6 = 13,6m.

Vì chủng loại chung của cột ly tâm cốt sắt có độ cao 12m; 16m, mặt khác do

có các cột chiếu sáng có độ cao là 21m, nên ta chọn loại cột 16m. Kim thu sét ta

chọn loại sắt ống có chiều cao là 5m. Do đó độ cao cột thu lôi là:

h = 16 + 5 = 21m.

Vậy độ cao bảo vệ phía 110kV là: 21m.

- Đối với phía 35kV các thanh xà cao 9m (hx = 9m) do đó độ cao tối thiểu

của cột thu lôi là: h = hx + ha =9 + 3,6 = 12,6m.

Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi:

Ta cũng chọn độ cao bảo vệ phía 35kV là: 21m.

Ở các độ cao (10;9;8;7)m như đã tính ở phần 1 ta có bảng (3 –4 ).

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 62

* Bán kính bảo vệ của cột thu lôi cao 21m:

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

* Phạm vi bảo vệ của các cặp cột (1;2), (1;5), (2;5), (3;4), (3;5), (4;5), (2;3)

như bảng (3 – 5 ).

Ở độ cao 9m như ở phương án1 ta có bảng ( 3 – 4 ) :

Xét cặp cột (6;7) và (8;9) có:

Vị trí các cột h (m) hx (m) ha=h-hx rxo (m) ho (m)

6-7 21 12 12,045 19,28 9

6-7 21 14 15,595 19.28 7

8-9 21 12 12,045 19,28 9

8-9 21 14 15,595 19.28 7

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

Xét cặp cột (6;11) khoảng cách giữa hai cột là: a = 16,77m.

Ở độ cao 9m: hx = 9m < 2/3ho = 12,4m.

.m, 21 618 h −= = − = h o a 7 , 16 77 7

o

Ở độ cao 7m: hx = 7m < 2/3ho = 12,4m.

1 ., 181651 .m, 8 325 = − − r xo h x h., 80 9 ., , 81680   .,   =    .h, 51 o   = 

o

1 ., 181651 12 .m, 075 = − − r xo h x h., 80 7 ., , 81680   .,   =    .h, 51 o   = 

Vì cặp cột (6;11), (7;11), (8;10), (9;10) như nhau nên ta có bảng (3 – 5 ):

Vị trí các cột h (m) hx (m) ha=h-hx rxo (m) ho (m)

6-11 21 12 8,325 16,8 9

6-11 21 14 12,075 16,8 7

7-11 21 12 8,325 16,8 9

7-11 21 14 12,075 16,8 7

8-10 21 12 8,325 16,8 9

8-10 21 14 12,075 16,8 7

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 63

9-10 21 12 8,325 16,8 9

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Nhận xét:

9-10 21 7 14 12,075 16,8

Qua tính toán ở trên ta có các bảng ( 3 – 7) và ( 3 – 8 ) vẽ phạm vi bảo vệ của

hệ thống cột thu lôi cho toàn trạm. Cụ thể được trình bày ở hình (3 – 7).

Từ hình vẽ (3 – 7) 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.

Bảng (3–6): Kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu lôi ở phương án 2

Vị trí các cột h (m) hx (m) ha=h-hx rx (m)

1 21 10 11 12,75

1 21 8 13 16,5

2 21 10 11 12,75

2 21 8 13 16,5

3 21 10 11 12,75

3 21 8 13 16,5

4 21 10 11 12,75

4 21 8 13 16,5

5 21 10 11 12,75

5 21 8 13 16,5

6 21 9 12 14,625

6 21 7 14 18,375

7 21 9 12 14,625

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 64

7 21 7 14 18,375

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

8 21 9 12 14,625

8 21 7 14 18,375

9 21 9 12 14,625

9 21 7 14 18,375

10 21 9 12 14,625

10 21 7 14 18,375

11 21 9 12 14,625

11 21 7 14 18,375

Bảng(3–7): Kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu lôi ở phương án 2

h (m) Vị trí các cột hx (m) ha=h-hx rxo (m) ho (m)

1-2 21 10 11 7,2 17,3

1-2 21 8 13 10,95 17,3

1-5 21 10 11 9,42 18,78

1-5 21 8 13 13,17 18,78

2-5 21 10 11 9,42 18,78

2-5 21 8 13 13,17 18,78

2-3 21 10 11 6,567 16,878

2-3 21 8 13 10,3 16,878

3-4 21 10 11 9,1 18,57

3-4 21 8 13 12,855 18,57

3-5 21 10 11 7,545 17,53

3-5 21 8 13 11,295 17,53

4-5 21 10 11 8,25 18,0

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 65

4-5 21 8 13 12,0 18,0

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

6-7 21 9 12 12,045 19,28

6-7 21 7 14 15,595 19,28

6-11 21 9 12 8,325 16,8

6-11 21 7 14 12,075 16,8

7-11 21 9 12 8,325 16,8

7-11 21 7 14 12,075 16,8

8-9 21 9 12 12,045 19,28

8-9 21 7 14 15,595 19,28

9-10 21 9 12 8,325 16,8

9-10 21 7 14 12,075 16,8

8-10 21 9 12 8,325 16,8

3.4 -KẾT LUẬN.

8-10 21 7 14 12,075 16,8

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

về mặt kỹ thuật, nhưng phương án I do các cột 10 ;11 nằm ra ngoài gần tường

bao trạm nên đảm bảo về mỹ quan và cách xa các thiết bị mang điện tạo không

gian thông thoáng. Ngoài ra do nằm gần tường bao xung quanh trạm nên ta có

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 66

thể lợi dụng lắp đặt hệ thống chiếu sáng cho trạm. Do vậy ta chọn phương án I.

Chương 4

TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM 110/35 KV

4.1- GIỚI THIỆU CHUNG VÀ MỘT SỐ VẦN ĐỀ KỸ THUẬT KHI TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP.

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao 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

đường dây, các thiết bị chống sét phải được tính toán cụ thể trong khi thiết kế.

bảo vệ quá điện áp, do đó việc nối đất của trạm biến áp, các cột thu lôi, các

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.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 67

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Nối đất chống sét.

Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất (khi sét đánh vào cột thu lôi

hay đường dây) để giữ cho điện thế mọi điểm trên thân cột không quá lớn tránh

trường hợp phóng điện ngược từ cột thu lôi đến các thiết bị cần được bảo vệ.

Nối đất an toàn.

Có tác dụng đảm bảo an toàn cho con người khi cách điện bị hư hỏng. Thực

hiện nối đất an toàn bằng cách nối đất các bộ phận kim loại không mang điện

như vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, các giá đỡ kim loại để khi cách điện bị hư

hỏng do lão hoá thì trên các bộ phận kim loại sẽ có một điện thế nhỏ không nguy

hiểm (nếu không nối đất thì điện thế này sẽ làm nguy hiểm đến con người khi

chạm vào chúng). Do đó nối đất các bộ phận này là để giữ điện thế thấp và bảo

đảm an toàn cho con người khi tiếp xúc với chúng.Về nguyên tắc là phải tách rời

các hệ thống nối đất nói trên nhưng trong thực tế ta chỉ dùng một hệ thống nối

đất chung cho các nhiệm vụ. Song hệ thống nối đất chung phải đảm bảo yêu cầu

của các thiết bị khi có dòng ngắn mạch chạm đất lớn do vậy yêu cầu điện trở nối

đất phải nhỏ.

Khi điện trở nối đất càng nhỏ thì có thể tản dòng điện với mật độ lớn, tác

dụng của nối đất tốt hơn an toàn hơn. Nhưng để đạt được trị số điện trở nối đất

nhỏ thì rất tốn kém do vậy trong tính toán ta phải thiết kế sao cho kết hợp được

cả hai yếu tố là đảm bảo về kỹ thuật và hợp lý về kinh tế.

Một số yêu cầu về kỹ thuật của điện trở nối đất:

+ Đối với các thiết bị điện nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất phải

thoả mãn: R ≤ 0,5Ω.(Theo tiêu chuẩn nối đất an toàn trang 189 giáo trình kỹ

thuật điện cao áp).

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

R

≤

Ω

250 I

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

thống nối đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì:

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 68

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

R

≤

Ω

125 I

+ Khi dùng nối đất tự nhiên nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn yêu

cầu của các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé thì khong cần nối đất nhân

tạo nữa. Còn nếu điện trở nối đất tự nhiên không thoả mãn đối với các thiết bị

cao áp có dòng ngắn mạch chạm đất lớn thì ta phải tiến hành nối đất nhân tạo và

yêu cầu trị số của điện trở nối đất nhân tạo là: R ≤ 1Ω.

Bất kỳ một hệ thống nối đất nào cũng phải có các điện cực chôn trong đất và

nối với thiết bị mà ta cần nối đất (điện cực thường sử dụng là các cọc sắt thẳng

đứng hay các thanh dài nằm ngang) các điện cực này được chôn trong đất

có mức tản dòng điện sét phụ thuộc vào trạng thái của đất (vì đất là môi

trường không đồng nhất, khá phức tạp, nó phụ thuộc vào thành phần của đất như

các loại muối, a xít ... chứa trong đất ). Điều kiện khí hậu cũng ảnh hưởng đến

độ dẫn điện của đất.

Ở Việt nam khí hậu thay đổi theo từng mùa độ ẩm của đất cũng thay đổi theo

dẫn đến điện trở suất cuả đất cũng biến đổi trong phạm vi rộng. Do vậy trong

tính toán thiết kế về nối đất thì trị số điện trở suất của đất dựa theo kết quả đo

lường thực địa và sau đó phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích là tăng

cường an toàn.

Công thức hiệu chỉnh như sau: ρtt = ρđ.Km

Trong đó:

ρtt: là điện trở suất tính toán của đất.

ρđ: điện trở suất đo được của đất.

Km : hệ số mùa của đất.

Hệ số K phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu của điện cực.

Đối với trạm biến áp ta thiết kế có cấp điện áp 110/35kV và các cột thu lôi

độc lập do đó ta sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu quả tản dòng

điện tốt nhất.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 69

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Mặt khác do đặt các cột thu lôi trên xà nên phần nối đất chống sét ta nối

chung với mạch vòng nối đất của trạm.

4.2- CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT.

Điện trở suất đo được của đất: ρđ = 1,3.104 Ω/cm =1,3.102 Ω/m.

Điện trở nối đất cột đường dây: Rc = 20 Ω.

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

Chiều dài khoảng vượt đường dây là:

Đối với 110kV: l = 150m.

Dạng sóng tính toán của dòng điện sét:

I

t.a

tkhi

=

τ<

ds

s I

I

khi

=

τ≥

  

s

ds

Trong đó:

a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/µs

I: biên độ dòng điện sét I = 150kA

τ

=

=

s 5 µ=

τđs: thời gian đầu sóng lấy bằng 5µs =

ds

Is a

150 30

Is

I t

τ®s

H×nh (4–1) : D¹ng sãng cña dßng sÐt.

4.3- TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN.

Trạm điện thiết kế có điện áp là 110/35kV, phía 110kV là mạng điện có

trung tính trực tiếp nối đất nên yêu cầu của nối đất an toàn là: R ≤ 0,5 Ω.

Thành phần điện trở nối đất R gồm hai thành phần:

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 70

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

+ Điện trở nối đất tự nhiên (Rtn).

+ Điện trở nối đất nhân tạo (Rnt).

Đối với các thiết bị có điểm trung tính trực tiếp nối đất (có dòng chạm đất

lớn) thì yêu cầu điện trở nối đất nhân tạo phải có trị số nhỏ hơn 1Ω.

Vậy điều kiện nối đất là:

(4 – 1 )

R//

R

(

)

, 50

≤

Ω

t.n

n.t

(4 – 2 )

R

(

)

1

≤

Ω

  

t.n

Từ đó rút ra:

R

(

)

≤

Ω

t.n

,.R 50 n.t , R 50 −

n.t

4.3.1- Điện trở nối đất tự nhiên. Rt.n = 1,25 Ω (đã cho trước).

4.3.2- Điện trở nối đất nhân tạo.

R

(

)

, 0 833

≤

=

=

Ω

t.n

,.R 50 n.t , R 50 −

,. , 50251 , , 251 50 −

n.t

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

nhân tạo là: Rn.t.yc ≤ 0,833 Ω.

4.3.3- Tính nối đất nhân tạo của trạm 110kV.

Đối với trạm biến áp 110kV khi thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo ta sử dụng

hình thức nối đất theo mạch vòng có chôn cọc.

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

Chiều dài l1 = 57m ; Chiều rộng l2 = 56,55m.

Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của trạm như hình (4 –2 ):

A

D

l

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 71

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Hệ thống nối đất mạch vòng của trạm ta chọn cọc loại thép góc 50x50x5,

chiều dài l =2,5m với lý do là để thuận lợi cho việc thi công mà vẫn đảm bảo độ

dẫn điện tốt. Mạch vòng nối giữa các cọc dùng loại sắt dẹt có kích thước 50x5.

Sơ đồ bố trí mạch vòng cọc trong hệ thống nối đất của trạm như hình (4 – 3

):

a: là khoảng cách giữa các cọc theo chu vi mạch vòng.

l: chiều dài cọc l = 2,5m.

t: độ chôn sâu cọc t =0,8m.

t

a

l=2,5m

Hình (4 – 3 ): Sơ đồ bố trí mạch vòng cọc trong hệ thống nối đất của trạm

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

công thức sau:

R.R

R

(

=

) 34 −

t.n

.R

v.mc .n η+

η v.mc

R. v.mc

Trong đó:

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

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

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 72

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

n : là số cọc sử dụng.

ηm.v và ηc : tương ứng là hệ số sử dụng mạch vòng, sử dụng cọc phụ thuộc

vào số cọc và tỷ số

a l

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

ln

(

)

(

)

4

4

=

Ω

−

R v.m

2 L.k d.t

2

ρ L. . π

  

  

Trong đó:

ρ = ρđo.Kmùa (thanh) là điện trở suất tính toán của mạch vòng.Tra bảng (2–1)

sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có: Kmùa (thanh) = 1,6 vậy ρ = ρ.1,6 = 2,08.102 (Ω.m).

L là chu vi mạch vòng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(57+56,55) = 227,1m. d là đường kính thanh nối: d = b/2 = 50/2 = 25 (m.m) = 2,5.10-2 m.

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

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

1

, 00795 1

1

=

=

≈

l l

57 , 55 56

2

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

5,53.

Thay số vào biểu thức (4 – 3) ta có:

2

2

, . 535

ln

ln

(

).

, 42

=

=

=

Ω

R v.m

2

, 227 1 −

2 L.k d.t

2

, . 082 10 ,. . , 1432 227 1

ρ L. . π

  

  

.,., 105280

   

   

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

tạo cho phép để tính toán thiết kế (Rnđ = 0,833 Ω).Vậy phải dùng thêm số cọc

vào hệ thống mạch vòng để giảm trị số điện trở nối đất của hệ thống. Qua kết

quả tính toán Rm.v chứng tỏ rằng ta chọn hình thức nối đất an toàn bằng mạch

vòng có chôn cọc là hợp lý.

Tính điện trở nối đất của một cọc (dùng cọc sắt góc √ ).

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 73

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

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

0,8m

t'

l

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

ln. ( = + ) 54 − R coc l. 2 d l l 2 1 2 t. 4 t. 4 +′ −′ ρ l.. π   ln.          

Trong đó:

Cọc có kích thước: l = 2,5m.

ρ là điện trở suất của đất đối với cọc: ρ = ρđo.Kmùa (cọc) . ρđo =1,3.102 (Ω.m). Kmùa (cọc) = 1,4.

(Tra bảng (2-1) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA”) (cid:1) ρ = 1,3.102.1,4 = 1,82.102 (Ω.m).

t

,

)m(

, 80

=′

+

=

+

, 05280 =

l 2

, 52 2

Thay số liệu vào (4 – 5 ) ta có:

2

,. 522

ln.

, 657

=

+

Ω

R coc

2

−

1 2

,. 0524 ,. 0524

, 52 , 52

, . 821 10 ,. ,. 521432

+ −

, 754

. 10

  ln.  

  = 

   

   

Vậy điện trở của một cọc là 57,6 Ω.

Sau khi tính được Rc và Rmv ta tính điện trở nhân tạo theo công thức (4–3) .

Trong công thức này ta chỉ mới biết Rc và R mv vậy ta phải tìm số cọc để Rnt

đạt giá trị nhỏ nhất và phải đảm bảo nhỏ hơn hoặc bằng giá trị tính toán cho

phép Rnt ≤ 0,833 Ω. ηmv và ηc phụ thuộc số cọc ta sử dụng trong mạch vòng.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 74

d là đường kính cọc (m) được tính như sau: d = 0,95.b = 0,95.50. 10-3 = 4,75. 10-2m. t là độ chôn sâu: t = 0,8m. Giá trị t/ được tính:

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Ta xét từng trường hợp theo tỷ số

với các thông số là:

a l

L (chu vi mạch vòng) = 227,1m.

l (chiều dài cọc) = 2,5m.

30,

(có nghĩa là khoảng cách giữa các cọc a = l =0,75m.

* Khi

=

a l

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

n

303

=

=

=

cọc.

1

L a

, 227 1 , 750

1

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

ηc = 0,21.

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

KTĐCA” ta có:

ηthanh = 0,185.

Điện trở nhân tạo trong trường hợp này là:

R

, 0 846

=

=

. Ω

)(t.n 1

,.

,., 0657

185

,. 42210

,., 42657 303 +

250,

(Có nghĩa là khoảng cách giữa hai cột a = 0,625m)

Khi

=

a l

Ta có số cọc chôn theo chu vi là:

n

364

cọc

=

=

=

2

L a

, 227 1 , 625 0

2

Tra bảng 4 và bảng 6 trong phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp

KTĐCA” kết hợp với phương pháp nội suy như hình (4 – 5) ta có :

ηc = 0,19 ; ηthanh = 0,17

Điện trở nhân tạo trong trường hợp này là:

R

, 0

786

=

=

. Ω

)(t.n 2

,., 170657

,. ,. 19042

,., 42657 364 +

Từ kết quả tính toán có:

Rn.t(1) = 0,846.Ω > Rnhân tạo yêu cầu = 0,833. Ω.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 75

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Phương án này không đảm bảo do giá trị điện trở nối đất lớn hơn giá trị

điện trở yêu cầu nên bị loại.

Rn.t(2) = 0,786 Ω < 0,833 Ω = Rnhân tạo yêu cầu

Phương án này đảm bảo yêu cầu do giá trị điện trở nối đất nhỏ hơn giá trị

điện trở yêu cầu.

Vậy ta chọn Rn.t(2) = 0,786 Ω. Số cọc là 364 cọc. Khoảng cách giữa các cọc

là a = 0,625 m.

4.4- TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT.

Khi có dòng điện sét đi vào bộ phận nối đất, nếu tốc độ biến thiên của dòng

điện theo thời gian rất lớn thì trong thời gian đầu điện cảm sẽ ngăn cản không

cho dòng điện đi tới các phần cuối của điện cực khiến cho điện áp phân bố

không đều, sau một thời gian, ảnh hưởng của điện cảm mất dần và điện áp phân

bố sẽ đều hơn.

Thời gian của quá trình quá độ nói trên phụ thuộc vào hằng số thời gian. T =L.g.l2 (4 – 6 )

Từ (4–6) ta thấy: T tỷ lệ với trị số điện cảm tổng L.l và điện dẫn tổng

l.g

=

của điện cực.

1 R

Từ biểu thức (4–6) ta thấy khi dòng điện tản trong đất là dòng điện một chiều

hoặc xoay chiều tần số công nghiệp thì ảnh hưởng của L không đáng kể và bất

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<< τđ.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

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

đất tập trung.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 76

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Nếu điện cực dài, hằng số thời gian có thể đạt tới mức τđ.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.

4.4.1- 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 4-1) .

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

+ Is = I khi t ≥ τđs

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

+ I: biên độ dòng điện sét I = 150kA

τ

=

=

s 5 µ=

+ τđs: thời gian đầu sóng lấy bằng 5µs ;

ds

I s a

150 30

  

  

4.4.2- Yêu cầu kiểm tra.

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

biến áp : I.Z(0, τđ.s ) ≤ U0,5.

Trong đó:

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

Z(0, τđ.s ): là tổng trở xung kích nối đất tại thời điểm ngay chỗ dòng điện

sét đi vào điện cực.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 77

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

U0,5 : trị số điện áp phóng điện xung kích bé nhất của máy biến áp

U0,5 (MBA) = 460kV.

4.4.3- Tính toán lại trị số điện trở nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét.

Do việc dùng hệ thống nối đất an toàn làm hệ thống nối đất chống sét nên ta

phải tính toán lại trị số điện trở nối đất nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét.

Tra bảng 19- 2 sách kỹ thuật điện cao áp ta chọn hệ số mùa sét là:

Km.v = 1,2 ; Kcoc = 1,15.

Dựa vào công thức (4–4) và (4–5) ta thấy Rm.v và Rcoc. sẽ tỷ lệ thuận với kmùa

, do ρ đo không đổi.

Vậy điện trở của mạch vòng là:

K

R .

)

anvm toµn (.

)

R

=

=

.8,1 Ω=

vm .

vm sÐt .( . K .

4,2.2,1 6,1

vm .

.(

an toµn

)

Điện trở của cọc là:

K

R.

cäc

)

cäc

an(

toµn

)

R

=

=

=

.3,47 Ω

cäc

.( sÐt K.

6,57.15,1 4,1

cäc

an.(

toµn

)

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

R

=

)74( −

(t.n

sÐt

)

R.R cäc +

η

η

v.m

v.m .R.n v.m

cäc

.R cäc

Trong đó:

Rm.v và Rcọc ta vừa tính được.

n là số cọc đã tính được n = 364 cọc.

ηcọc và ηm.v đã tính được ở phần nối đất nhân tạo ứng với n = 364 cọc ta

có ηcọc = 0,19. ; ηm.v = 0,17.

Vậy:

647,0

R

=

=

=

. Ω

(t.n

sÐt

)

17,0.3,47

19,0.8,1.

8,1.3,47 364

R.R cäc +

η

η

+

v.m

v.m .R.n v.m

.R cäc

cäc

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

Rn.t sét =0,647Ω.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 78

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

4.4.4- Tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét Z(0; τđ.s).

Để tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét ta xét các điều kiện sau:

+ Bỏ qua nối đất tư nhiên.

+ Bỏ qua các thanh nối cân bằng điện áp trong trạm biến áp.

+ Trong tính toán, để đơn giản ta bỏ qua quá trình phóng điện tia lửa trong

đất và giả thiết điện trở suất của đất không đổi.

+ Bỏ qua thành phần điện trở, điện dung của điện cực nối đất vì trở rất nhỏ

so với thành phần điện kháng và điện dẫn ứng với tần số dòng điện sét.

Ta xem mạch nối vòng đất gồm hai tia dài ghép song song với nhau.

l =L/2

Hình (4 – 6): Mạch vòng nối đất gồm hai tia dài ghép song song

Ta có sơ đồ thay thế:

L0 L0 L0

Is/2

g0

g0

g0

Hình (4–7): Sơ đồ thay thế của mỗi tia.

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

=

g 0

1 m. Ω

  

  

1 l.R là điện

R

trở nối đất ổn định của cực nối đất R = 0,647Ω.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 79

3,0 = − .)m/H( µ L 0 l r   ln.2,0    

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Với r là bán kính cực nối đất:

2

−

512

251

=

=

=

=

50 4

Thay số vào ta có:

L

.m/H

, 20

, 761

=

−

µ

0

2

, 113 55 −

10

  ln.  

  , 310 = 

. , 251 Vì điện dẫn ghép song song nên ta có:

1

3

−

g

10.8,6

=

=

=

0

1 l.R,2

,0.2

55,113.647

1 m. Ω

  

  

t.n

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

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

(

L

) 84 −

=

U ∂ x ∂

I ∂ t ∂

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

trên điện cực.

−

r ,mm, .m . 10 b 4

t T k

∞ ∑ 1k =

2

π )t,x(U t 4( )9 = + e1 − − .T2 1 1 2 x.k l   cos     k a l.g 0        .             

Với hằng số thời gian

k

2

T = l.g.L 0 2 2 .k

0

Ta có

nên

. Từ đó suy ra tổng trở xung kích ở hai

0 2

0 π T 1 2

đầu vào nối đất:

−

t T k

l.g.L = T 1 Tk = π k

∞ ∑ . 1k =

ds

)t,0(Z )10 4( l = e1 − + − 1 2 T.2 1 τ k a l.g 0               

ghép song song là:

−

t T k

     Tổng trở xung kích của nối đất ở đầu vào thời điểm t = τđ.s và xét tới hai tia

ds

∞ ∑ . 1k =

ds

Để tính Z(0, τđ.s) xét chuỗi:

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 80

4( )11 ,0(Z ) . l τ = + e1 − − 1 2 1 2 T.2 1 τ k a l.g 0                    

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

−

−

τ ds T k

τ ds T k

∑

2

2

∞ ∑ k k 1 =

∞ ∑ k 1 =

e e 1 − = − 1 2 k k

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≤

k

2

k

Ta có

nên

4

. Vậy:

≤

≤

Tk =

T 1 2

41 .T τ

k

ds

tức là tính với k sao cho

k

K

Hệ số K là nguyên dương nên ta có:

≤

T. 14 τ

ds

2

3

2

−

l.g.L

10.8,6.76,1

55,113

0

).s(65,15

Với:

=

µ

=

=

T 1

0 2

2

14,3

π

K

, 533

≤

=

τđ.s = 5µs, ta có:

. , 154 65 5

Như vậy ta sẽ tính toán với K lớn nhất là 3, tức là K =1÷3.

Ta có các kết quả như bảng (4 – 1 ):

k

1

2

3

15,65

3,9125

1,738

)s(T k µ

0,32

1,278

2,876

τ ds T

k

ds

0,726

0,2786

0,056

k

τ − Te

kT/dsτ−

τ ds T τ ds T 1 2

0,726

0,06965

0,006

2k

−

τ ds T k

e

Từ bảng (4 – 1 ) ta tính được:

, 80

=

2

k

3 ∑ 1

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 81

e

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Thay các giá trị vào (4 – 11) ta được:

, 361

1 +=

=

+

1 2

1 2

1 2

3 ∑ 1

k

3

2

65

.

)

,(Z 0

,( 361

, 80

, 272

τ

=

+

−

. Ω

ds

1 3 −

1 2

. , 152 5

 1  

 = 

., 1086

, . 113 55

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

giá trị : I =m .150kA ; Z(0, τđ.s) = 2,27Ω.

Ứng với 2 giá trị trên tại thời điểm dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất thì

thế tại điểm dòng điện sét đi vào là:

Usét = I. Z(0, τđ.s) = 150.2,27= 340,5kV.

Vậy Usét = 340,5kV < U50% = 460kV.

Nhận xét:

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

chống sét.

4.5- KẾT LUẬN.

Hệ thống nối đất nhân tạo mạch vòng có chôn cọc như phương án đã chọn là

364 cọc, khoảng cách giữa các cọc là 0,625m, Rn.t = 0,786 Ω < 0,833 Ω = Rn.t.y.c .

Mạch vòng nhân tạo đảm bảo an toàn cách điện cho máy biến áp khi có dòng

điện sét.

Sau khi kiểm tra lại nối đất theo yêu cầu chống sét đã đảm bảo điện áp giáng

trên máy biến áp khi dòng sét đi vào Usét = 340,5kV < U50% = 460kV, ta không

phải tính toán nối đất bổ xung nữa.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 82