Tính toán nối đất cho trạm 110/35 KV

Chia sẻ: Nguyễn Thị Giỏi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

534
lượt xem 185
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên vật nối đất có trị số bé. Hệ thống nối đất là một phần quan trọng trong việc bảo vệ quá điện áp.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tính toán nối đất cho trạm 110/35 KV

®å ¸n tèt nghiÖp Kü thuËt ®iÖn cao ¸p Ch−¬ng 4 TÝnh to¸n nèi ®Êt cho tr¹m 110/35 kv 4.1- Giíi thiÖu chung vμ mét sè vÇn ®Ò kü thuËt khi tÝnh to¸n nèi ®Êt tr¹m biÕn ¸p. NhiÖm vô cña nèi ®Êt lμ t¶n dßng ®iÖn xuèng ®Êt ®Ó ®¶m b¶o cho ®iÖn thÕ trªn vËt nèi ®Êt cã trÞ sè bÐ. HÖ thèng nèi ®Êt lμ mét phÇn quan träng trong viÖc b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p, do ®ã viÖc nèi ®Êt cña tr¹m biÕn ¸p, c¸c cét thu l«i, c¸c ®−êng d©y, c¸c thiÕt bÞ chèng sÐt ph¶i ®−îc tÝnh to¸n cô thÓ trong khi thiÕt kÕ. Nèi ®Êt lμm viÖc. NhiÖm vô chÝnh lμ ®¶m b¶o sù lμm viÖc b×nh th−êng cña thiÕt bÞ, hoÆc mét sè bé phËn cña thiÕt bÞ yªu cÇu ph¶i lμm viÖc ë chÕ ®é nèi ®Êt trùc tiÕp. Th−êng lμ nèi ®Êt ®iÓm trung tÝnh m¸y biÕn ¸p. Trong hÖ thèng ®iÖn cã ®iÓm trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt, nèi ®Êt cña m¸y biÕn ¸p ®o l−êng vμ c¸c kh¸ng ®iÖn dïng trong bï ngang trªn c¸c ®−êng d©y cao ¸p truyÒn t¶i ®iÖn. Nèi ®Êt chèng sÐt. Cã t¸c dông lμm t¶n dßng ®iÖn sÐt vμo trong ®Êt (khi sÐt ®¸nh vμo cét thu l«i hay ®−êng d©y) ®Ó gi÷ cho ®iÖn thÕ mäi ®iÓm trªn th©n cét kh«ng qu¸ lín tr¸nh tr−êng hîp phãng ®iÖn ng−îc tõ cét thu l«i ®Õn c¸c thiÕt bÞ cÇn ®−îc b¶o vÖ. Nèi ®Êt an toμn. Cã t¸c dông ®¶m b¶o an toμn cho con ng−êi khi c¸ch ®iÖn bÞ h− háng. Thùc hiÖn nèi ®Êt an toμn b»ng c¸ch nèi ®Êt c¸c bé phËn kim lo¹i kh«ng mang ®iÖn nh− vá m¸y, thïng dÇu m¸y biÕn ¸p, c¸c gi¸ ®ì kim lo¹i ®Ó khi c¸ch ®iÖn bÞ h− háng do l·o ho¸ th× trªn c¸c bé phËn kim lo¹i sÏ cã mét ®iÖn thÕ nhá kh«ng nguy hiÓm (nÕu kh«ng nèi ®Êt th× ®iÖn thÕ nμy sÏ lμm nguy hiÓm ®Õn con ng−êi khi ch¹m vμo chóng). Do ®ã nèi ®Êt c¸c bé phËn nμy lμ ®Ó gi÷ ®iÖn thÕ thÊp vμ b¶o ®¶m an toμn cho con ng−êi khi tiÕp xóc víi chóng.VÒ nguyªn t¾c lμ ph¶i t¸ch rêi c¸c hÖ thèng nèi ®Êt nãi trªn nh−ng TrÇn Tö B×nh - HT§.K35 Trang 61
®å ¸n tèt nghiÖp Kü thuËt ®iÖn cao ¸p trong thùc tÕ ta chØ dïng mét hÖ thèng nèi ®Êt chung cho c¸c nhiÖm vô. Song hÖ thèng nèi ®Êt chung ph¶i ®¶m b¶o yªu cÇu cña c¸c thiÕt bÞ khi cã dßng ng¾n m¹ch ch¹m ®Êt lín do vËy yªu cÇu ®iÖn trë nèi ®Êt ph¶i nhá. Khi ®iÖn trë nèi ®Êt cμng nhá th× cã thÓ t¶n dßng ®iÖn víi mËt ®é lín, t¸c dông cña nèi ®Êt tèt h¬n an toμn h¬n. Nh−ng ®Ó ®¹t ®−îc trÞ sè ®iÖn trë nèi ®Êt nhá th× rÊt tèn kÐm do vËy trong tÝnh to¸n ta ph¶i thiÕt kÕ sao cho kÕt hîp ®−îc c¶ hai yÕu tè lμ ®¶m b¶o vÒ kü thuËt vμ hîp lý vÒ kinh tÕ. Mét sè yªu cÇu vÒ kü thuËt cña ®iÖn trë nèi ®Êt: + §èi víi c¸c thiÕt bÞ ®iÖn nèi ®Êt trùc tiÕp, yªu cÇu ®iÖn trë nèi ®Êt ph¶i tho¶ m·n: R ≤ 0,5Ω.(Theo tiªu chuÈn nèi ®Êt an toμn trang 189 gi¸o tr×nh kü thuËt ®iÖn cao ¸p). + §èi víi c¸c thiÕt bÞ cã ®iÓm trung tÝnh kh«ng trùc tiÕp nèi ®Êt th×: 250 R≤ Ω I + §èi víi hÖ thèng cã ®iÓm trung tÝnh c¸ch ®iÖn víi ®Êt vμ chØ cã mét hÖ thèng nèi ®Êt dïng chung cho c¶ thiÕt bÞ cao ¸p vμ h¹ ¸p th×: 125 R≤ Ω I + Khi dïng nèi ®Êt tù nhiªn nÕu ®iÖn trë nèi ®Êt tù nhiªn ®· tho¶ m·n yªu cÇu cña c¸c thiÕt bÞ cã dßng ng¾n m¹ch ch¹m ®Êt bÐ th× khong cÇn nèi ®Êt nh©n t¹o n÷a. Cßn nÕu ®iÖn trë nèi ®Êt tù nhiªn kh«ng tho¶ m·n ®èi víi c¸c thiÕt bÞ cao ¸p cã dßng ng¾n m¹ch ch¹m ®Êt lín th× ta ph¶i tiÕn hμnh nèi ®Êt nh©n t¹o vμ yªu cÇu trÞ sè cña ®iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o lμ: R ≤ 1Ω. BÊt kú mét hÖ thèng nèi ®Êt nμo còng ph¶i cã c¸c ®iÖn cùc ch«n trong ®Êt vμ nèi víi thiÕt bÞ mμ ta cÇn nèi ®Êt (®iÖn cùc th−êng sö dông lμ c¸c cäc s¾t th¼ng ®øng hay c¸c thanh dμi n»m ngang) c¸c ®iÖn cùc nμy ®−îc ch«n trong ®Êt cã møc t¶n dßng ®iÖn sÐt phô thuéc vμo tr¹ng th¸i cña ®Êt (v× ®Êt lμ m«i tr−êng kh«ng ®ång nhÊt, kh¸ phøc t¹p, nã phô thuéc vμo thμnh phÇn cña TrÇn Tö B×nh - HT§.K35 Trang 62
®å ¸n tèt nghiÖp Kü thuËt ®iÖn cao ¸p ®Êt nh− c¸c lo¹i muèi, a xÝt ... chøa trong ®Êt ). §iÒu kiÖn khÝ hËu còng ¶nh h−ëng ®Õn ®é dÉn ®iÖn cña ®Êt. ë ViÖt nam khÝ hËu thay ®æi theo tõng mïa ®é Èm cña ®Êt còng thay ®æi theo dÉn ®Õn ®iÖn trë suÊt cu¶ ®Êt còng biÕn ®æi trong ph¹m vi réng. Do vËy trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ vÒ nèi ®Êt th× trÞ sè ®iÖn trë suÊt cña ®Êt dùa theo kÕt qu¶ ®o l−êng thùc ®Þa vμ sau ®ã ph¶i hiÖu chØnh theo hÖ sè mïa, môc ®Ých lμ t¨ng c−êng an toμn. C«ng thøc hiÖu chØnh nh− sau: ρtt = ρ®.Km Trong ®ã: ρtt: lμ ®iÖn trë suÊt tÝnh to¸n cña ®Êt. ρ®: ®iÖn trë suÊt ®o ®−îc cña ®Êt. Km : hÖ sè mïa cña ®Êt. HÖ sè K phô thuéc vμo d¹ng ®iÖn cùc vμ ®é ch«n s©u cña ®iÖn cùc. §èi víi tr¹m biÕn ¸p ta thiÕt kÕ cã cÊp ®iÖn ¸p 110/35kV vμ c¸c cét thu l«i ®éc lËp do ®ã ta sö dông h×nh thøc nèi ®Êt tËp trung ®Ó cã hiÖu qu¶ t¶n dßng ®iÖn tèt nhÊt. MÆt kh¸c do ®Æt c¸c cét thu l«i trªn xμ nªn phÇn nèi ®Êt chèng sÐt ta nèi chung víi m¹ch vßng nèi ®Êt cña tr¹m. 4.2- C¸c sè liÖu dïng ®Ó tÝnh to¸n nèi ®Êt. §iÖn trë suÊt ®o ®−îc cña ®Êt: ρ® = 1,3.104 Ω/cm =1,3.102 Ω/m. §iÖn trë nèi ®Êt cét ®−êng d©y: Rc = 20 Ω. D©y chèng sÐt së dông lo¹i C- 70 cã ®iÖn trë ®¬n vÞ lμ: Ro =2,38Ω/km. ChiÒu dμi kho¶ng v−ît ®−êng d©y lμ: §èi víi 110kV: l = 150m. D¹ng sãng tÝnh to¸n cña dßng ®iÖn sÐt: ⎧I s = a.t khi t < τ ds ⎨ ⎩ I s = I khi ≥ τ ds TrÇn Tö B×nh - HT§.K35 Trang 63
®å ¸n tèt nghiÖp Kü thuËt ®iÖn cao ¸p Trong ®ã: a: ®é dèc dßng ®iÖn sÐt a = 30kA/μs I: biªn ®é dßng ®iÖn sÐt I = 150kA I 150 τ®s: thêi gian ®Çu sãng lÊy b»ng 5μs = τ ds = s = = 5μs a 30 Is τ®s I t H×nh (4 1) : D¹ng sãng cña dßng sÐt. 4.3- tr×nh tù tÝnh to¸n. Tr¹m ®iÖn thiÕt kÕ cã ®iÖn ¸p lμ 110/35kV, phÝa 110kV lμ m¹ng ®iÖn cã trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt nªn yªu cÇu cña nèi ®Êt an toμn lμ: R ≤ 0,5 Ω. Thμnh phÇn ®iÖn trë nèi ®Êt R gåm hai thμnh phÇn: + §iÖn trë nèi ®Êt tù nhiªn (Rtn). + §iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o (Rnt). §èi víi c¸c thiÕt bÞ cã ®iÓm trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt (cã dßng ch¹m ®Êt lín) th× yªu cÇu ®iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o ph¶i cã trÞ sè nhá h¬n 1Ω. VËy ®iÒu kiÖn nèi ®Êt lμ: (4 1) ⎧R t.n // R n.t ≤ 0,5 (Ω) ⎨ (4 2) ⎩R n.t ≤ 1 (Ω ) Tõ ®ã rót ra: R t.n .0,5 R n.t ≤ (Ω ) R t.n − 0,5 4.3.1- §iÖn trë nèi ®Êt tù nhiªn. Rt.n = 1,25 Ω (®· cho tr−íc). TrÇn Tö B×nh - HT§.K35 Trang 64
®å ¸n tèt nghiÖp Kü thuËt ®iÖn cao ¸p 4.3.2- §iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o. R t.n .0,5 1,25.0,5 R n.t ≤ = = 0,833 (Ω ) R t.n − 0,5 1,25 − 0,5 Ta sÏ tÝnh to¸n thiÕt kÕ hÖ thèng nèi ®Êt theo ®iÒu kiÖn ®iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o lμ: Rn.t.yc ≤ 0,833 Ω. 4.3.3- TÝnh nèi ®Êt nh©n t¹o cña tr¹m 110kV. §èi víi tr¹m biÕn ¸p 110kV khi thiÕt kÕ hÖ thèng nèi ®Êt nh©n t¹o ta sö dông h×nh thøc nèi ®Êt theo m¹ch vßng cã ch«n cäc. M¹ch vßng bao quanh tr¹m cã h×nh ch÷ nhËt ABCD cã kÝch th−íc nh− sau: ChiÒu dμi l1 = 57m ; ChiÒu réng l2 = 56,55m. S¬ ®å nèi ®Êt m¹ch vßng cã ch«n cäc cña tr¹m nh− h×nh (4 2 ): A D l B l1 C H×nh (4 2 ): S¬ ®å nèi ®Êt m¹ch vßng cã ch«n cäc cña HÖ thèng nèi ®Êt m¹ch vßng cña tr¹m ta chän cäc lo¹i thÐp gãc 50x50x5, chiÒu dμi l =2,5m víi lý do lμ ®Ó thuËn lîi cho viÖc thi c«ng mμ vÉn ®¶m b¶o ®é dÉn ®iÖn tèt. M¹ch vßng nèi gi÷a c¸c cäc dïng lo¹i s¾t dÑt cã kÝch th−íc 50x5. S¬ ®å bè trÝ m¹ch vßng cäc trong hÖ thèng nèi ®Êt cña tr¹m nh− h×nh (4 3 ): a: lμ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cäc theo chu vi m¹ch vßng. TrÇn Tö B×nh - HT§.K35 Trang 65
®å ¸n tèt nghiÖp Kü thuËt ®iÖn cao ¸p l: chiÒu dμi cäc l = 2,5m. t: ®é ch«n s©u cäc t =0,8m. t a l=2,5m H×nh (4 3 ): S¬ ®å bè trÝ m¹ch vßng cäc trong hÖ thèng nèi ®Êt cña t §iÖn trë t¶n nh©n t¹o ®èi víi m¹ch vßng cã ch«n cäc ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: R c .R m .v R n.t = (4 − 3) R c .η m .v + n.η c .R m .v Trong ®ã: Rc : lμ ®iÖn trë t¶n nèi ®Êt cña cäc (Ω). Rm.v : lμ ®iÖn trë t¶n nèi ®Êt cña m¹ch vßng (Ω). n : lμ sè cäc sö dông. ηm.v vμ ηc : t−¬ng øng lμ hÖ sè sö dông m¹ch vßng, sö dông cäc phô a thuéc vμo sè cäc vμ tû sè l TÝnh ®iÖn trë cña m¹ch vßng quanh tr¹m Rm.v : 2 ⎡ ρ ⎤ k .L R m .v = ⎢ ⎥ ln t.d (Ω) (4 − 4) ⎣ 2.π.L ⎦ Trong ®ã: ρ = ρ®o.Kmïa (thanh) lμ ®iÖn trë suÊt tÝnh to¸n cña m¹ch vßng.Tra b¶ng (2 1) s¸ch h−íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp KT§CA ta cã: TrÇn Tö B×nh - HT§.K35 Trang 66
®å ¸n tèt nghiÖp Kü thuËt ®iÖn cao ¸p Kmïa (thanh) = 1,6 vËy ρ = ρ.1,6 = 2,08.102 (Ω.m). L lμ chu vi m¹ch vßng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(57+56,55) = 227,1m. d lμ ®−êng kÝnh thanh nèi: d = b/2 = 50/2 = 25 (m.m) = 2,5.10-2 m. t lμ ®é ch«n s©u (®Ó ®¶m b¶o cho ρ æn ®Þnh ) : t = 0,8m. k lμ hÖ sè phô thuéc h×nh d¹ng cña hÖ thèng nèi ®Êt . Ta cã: l1 57 = = 1,00795 ≈ 1 l 2 56,55 Tra b¶ng (2 5) s¸ch h−íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp KT§CA ®−îc k = 5,53. Thay sè vμo biÓu thøc (4 3) ta cã: 2 ⎡ ⎡ ρ ⎤ k .L 2,08.10 2 ⎤ 5,53.227,12 R m .v = ⎢ ⎥ ln t.d = ⎢ 2.3,14.227,1⎥ ln = 2,4 (Ω). ⎣ 2.π.L ⎦ ⎢ ⎣ ⎥ 0,8.2,5.10 −2 ⎦ Ta nhËn thÊy ®iÖn trë cña m¹ch vßng xung quanh tr¹m lín h¬n ®iÖn trë nh©n t¹o cho phÐp ®Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ (Rn® = 0,833 Ω).VËy ph¶i dïng thªm sè cäc vμo hÖ thèng m¹ch vßng ®Ó gi¶m trÞ sè ®iÖn trë nèi ®Êt cña hÖ thèng. Qua kÕt qu¶ tÝnh to¸n Rm.v chøng tá r»ng ta chän h×nh thøc nèi ®Êt an toμn b»ng m¹ch vßng cã ch«n cäc lμ hîp lý. TÝnh ®iÖn trë nèi ®Êt cña mét cäc (dïng cäc s¾t gãc √ ). §èi víi cäc ®iÖn trë t¶n xoay chiÒu ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: ⎡ ρ ⎤ ⎛ 2.l 1 4.t ′ + l ⎞ R coc = ⎢ ⎥ .⎜ ln + . ln ⎟ (4 − 5) ⎣ 2.π.l ⎦ ⎝ d 2 4.t ′ − l ⎠ 0,8m t' l H×nh (4 4): C¸c kÝch th−íc nèi ®Êt cäc Trong ®ã: TrÇn Tö B×nh - HT§.K35 Trang 67
®å ¸n tèt nghiÖp Kü thuËt ®iÖn cao ¸p Cäc cã kÝch th−íc: l = 2,5m. ρ lμ ®iÖn trë suÊt cña ®Êt ®èi víi cäc: ρ = ρ®o.Kmïa (cäc) . ρ®o =1,3.102 (Ω.m). Kmïa (cäc) = 1,4. (Tra b¶ng (2-1) s¸ch h−íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp KT§CA ) ρ = 1,3.102.1,4 = 1,82.102 (Ω.m). d lμ ®−êng kÝnh cäc (m) ®−îc tÝnh nh− sau: d = 0,95.b = 0,95.50. 10-3 = 4,75. 10-2m. t lμ ®é ch«n s©u: t = 0,8m. Gi¸ trÞ t/ ®−îc tÝnh: l 2,5 t′ = + 0,8 = + 0,8 = 2,05(m ) 2 2 Thay sè liÖu vμo (4 5 ) ta cã: ⎡ 1,82.10 2 ⎤ ⎛ 2.2,5 1 4.2,05 + 2,5 ⎞ R coc = ⎢ ⎥.⎜ ln ⎜ + . ln ⎟ = 57,6Ω ⎢ 2.3,14.2,5 ⎥ ⎝ 4,75.10 ⎣ ⎦ −2 2 4.2,05 − 2,5 ⎟ ⎠ VËy ®iÖn trë cña mét cäc lμ 57,6 Ω. Sau khi tÝnh ®−îc Rc vμ Rmv ta tÝnh ®iÖn trë nh©n t¹o theo c«ng thøc (4 3) . Trong c«ng thøc nμy ta chØ míi biÕt Rc vμ R mv vËy ta ph¶i t×m sè cäc ®Ó Rnt ®¹t gi¸ trÞ nhá nhÊt vμ ph¶i ®¶m b¶o nhá h¬n hoÆc b»ng gi¸ trÞ tÝnh to¸n cho phÐp Rnt ≤ 0,833 Ω. ηmv vμ ηc phô thuéc sè cäc ta sö dông trong m¹ch vßng. a Ta xÐt tõng tr−êng hîp theo tû sè víi c¸c th«ng sè lμ: l L (chu vi m¹ch vßng) = 227,1m. l (chiÒu dμi cäc) = 2,5m. a * Khi = 0,3 (cã nghÜa lμ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cäc a = l =0,75m. l Ta cã sè cäc ch«n theo chu vi m¹ch vßng lμ: L 227,1 n1 = = = 303 cäc. a1 0,75 TrÇn Tö B×nh - HT§.K35 Trang 68
®å ¸n tèt nghiÖp Kü thuËt ®iÖn cao ¸p Tra b¶ng 4 phÇn phô lôc s¸ch h−íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp KT§CA ta cã: ηc = 0,21. Theo b¶ng 6 trong phÇn phô lôc s¸ch h−íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp KT§CA ta cã: ηthanh = 0,185. §iÖn trë nh©n t¹o trong tr−êng hîp nμy lμ: 57,6.2,4 R n.t (1) = = 0,846Ω. 57,6.0,185 + 303.0,21.2,4 a Khi = 0,25 (Cã nghÜa lμ kho¶ng c¸ch gi÷a hai cét a = 0,625m) l Ta cã sè cäc ch«n theo chu vi lμ: L 227,1 n2 = = = 364 cäc a 2 0,625 Tra b¶ng 4 vμ b¶ng 6 trong phÇn phô lôc s¸ch h−íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp KT§CA kÕt hîp víi ph−¬ng ph¸p néi suy nh− h×nh (4 5) ta cã : ηc = 0,19 ; ηthanh = 0,17 §iÖn trë nh©n t¹o trong tr−êng hîp nμy lμ: 57,6.2,4 R n.t ( 2) = = 0,786Ω. 57,6.0,17 + 364.2,4.0,19 Tõ kÕt qu¶ tÝnh to¸n cã: Rn.t(1) = 0,846.Ω > Rnh©n t¹o yªu cÇu = 0,833. Ω. Ph−¬ng ¸n nμy kh«ng ®¶m b¶o do gi¸ trÞ ®iÖn trë nèi ®Êt lín h¬n gi¸ trÞ ®iÖn trë yªu cÇu nªn bÞ lo¹i. Rn.t(2) = 0,786 Ω < 0,833 Ω = Rnh©n t¹o yªu cÇu Ph−¬ng ¸n nμy ®¶m b¶o yªu cÇu do gi¸ trÞ ®iÖn trë nèi ®Êt nhá h¬n gi¸ trÞ ®iÖn trë yªu cÇu. VËy ta chän Rn.t(2) = 0,786 Ω. Sè cäc lμ 364 cäc. Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cäc lμ a = 0,625 m. TrÇn Tö B×nh - HT§.K35 Trang 69
®å ¸n tèt nghiÖp Kü thuËt ®iÖn cao ¸p 4.4- tÝnh to¸n nèi ®Êt chèng sÐt. Khi cã dßng ®iÖn sÐt ®i vμo bé phËn nèi ®Êt, nÕu tèc ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn theo thêi gian rÊt lín th× trong thêi gian ®Çu ®iÖn c¶m sÏ ng¨n c¶n kh«ng cho dßng ®iÖn ®i tíi c¸c phÇn cuèi cña ®iÖn cùc khiÕn cho ®iÖn ¸p ph©n bè kh«ng ®Òu, sau mét thêi gian, ¶nh h−ëng cña ®iÖn c¶m mÊt dÇn vμ ®iÖn ¸p ph©n bè sÏ ®Òu h¬n. Thêi gian cña qu¸ tr×nh qu¸ ®é nãi trªn phô thuéc vμo h»ng sè thêi gian. T =L.g.l2 (4 6) Tõ (4 6) ta thÊy: T tû lÖ víi trÞ sè ®iÖn c¶m tæng L.l vμ ®iÖn dÉn tæng 1 g.l = cña ®iÖn cùc. R Tõ biÓu thøc (4 6) ta thÊy khi dßng ®iÖn t¶n trong ®Êt lμ dßng ®iÖn mét chiÒu hoÆc xoay chiÒu tÇn sè c«ng nghiÖp th× ¶nh h−ëng cña L kh«ng ®¸ng kÓ vμ bÊt kú h×nh thøc nèi ®Êt nμo ( th¼ng ®øng hoÆc n»m ngang ) còng ®Òu biÓu thÞ bëi trÞ sè ®iÖn trë t¶n. Khi dßng ®iÖn t¶n trong ®Êt lμ dßng ®iÖn sÐt, tham sè biÓu thÞ cña nèi ®Êt tuú thuéc vμo t−¬ng quan gi÷a h»ng sè thêi gian T vμ thêi gian ®Çu sãng cña dßng ®iÖn. Khi T
®å ¸n tèt nghiÖp Kü thuËt ®iÖn cao ¸p víi ®iÖn trë t¶n xoay chiÒu lμm t¨ng ®iÖn ¸p gi¸ng trªn bé phËn nèi ®Êt vμ cã thÓ g©y phãng ®iÖn ng−îc ®Õn c¸c phÇn mang ®iÖn cña tr¹m. Do ®ã ta ph¶i tÝnh to¸n, kiÓm tra theo yªu cÇu cña nèi ®Êt chèng sÐt trong tr−êng hîp cã dßng ®iÖn sÐt ®i vμo hÖ thèng nèi ®Êt. 4.4.1- D¹ng sãng tÝnh to¸n cña dßng ®iÖn sÐt. Trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ ta chän sãng tÝnh to¸n cña dßng ®iÖn sÐt lμ d¹ng sãng xiªn gãc cã biªn ®é kh«ng ®æi (xem h×nh 4-1) . D¹ng sãng tÝnh to¸n cña dßng ®iÖn sÐt: + Is = a.t khi t < τ®s + Is = I khi t ≥ τ®s Trong ®ã: + a: ®é dèc dßng ®iÖn sÐt a = 30kA/μs + I: biªn ®é dßng ®iÖn sÐt I = 150kA ⎛ I 150 ⎞ + τ®s: thêi gian ®Çu sãng lÊy b»ng 5μs ; ⎜ τ ds = s = = 5μs ⎟ ⎝ a 30 ⎠ 4.4.2- Yªu cÇu kiÓm tra. Ta kiÓm tra theo ®iÒu kiÖn nh»m ®¶m b¶o an toμn cho c¸ch ®iÖn cña m¸y biÕn ¸p : I.Z(0, τ®.s ) ≤ U0,5. Trong ®ã: I : lμ trÞ sè dßng ®iÖn sÐt lÊy b»ng 150kV. Z(0, τ®.s ): lμ tæng trë xung kÝch nèi ®Êt t¹i thêi ®iÓm ngay chç dßng ®iÖn sÐt ®i vμo ®iÖn cùc. U0,5 : trÞ sè ®iÖn ¸p phãng ®iÖn xung kÝch bÐ nhÊt cña m¸y biÕn ¸p U0,5 (MBA) = 460kV. 4.4.3- TÝnh to¸n l¹i trÞ sè ®iÖn trë nh©n t¹o theo yªu cÇu nèi ®Êt chèng sÐt. Do viÖc dïng hÖ thèng nèi ®Êt an toμn lμm hÖ thèng nèi ®Êt chèng sÐt nªn ta ph¶i tÝnh to¸n l¹i trÞ sè ®iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o theo yªu cÇu nèi ®Êt chèng sÐt. Tra b¶ng 19- 2 s¸ch kü thuËt ®iÖn cao ¸p ta chän hÖ sè mïa sÐt lμ: TrÇn Tö B×nh - HT§.K35 Trang 71
®å ¸n tèt nghiÖp Kü thuËt ®iÖn cao ¸p Km.v = 1,2 ; Kcoc = 1,15. Dùa vμo c«ng thøc (4 4) vμ (4 5) ta thÊy Rm.v vμ Rcoc. sÏ tû lÖ thuËn víi kmïa , do ρ ®o kh«ng ®æi. VËy ®iÖn trë cña m¹ch vßng lμ: K m .v .(sÐt ) .R m .v (an toμn) 1,2.2,4 R m .v = = = 1,8 Ω. .K m .v .(an toμn) 1,6 §iÖn trë cña cäc lμ: K cäc.(sÐt ) .R cäc( an toμn) 1,15.57,6 R cäc = = = 47,3Ω. .K cäc.( an toμn) 1,4 §iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o tÝnh cho nèi ®Êt chèng sÐt lμ: R cäc .R m .v R n.t (sÐt ) = (4 − 7) R cäc .ηm .v + n.R m .v .ηcäc Trong ®ã: Rm.v vμ Rcäc ta võa tÝnh ®−îc. n lμ sè cäc ®· tÝnh ®−îc n = 364 cäc. ηcäc vμ ηm.v ®· tÝnh ®−îc ë phÇn nèi ®Êt nh©n t¹o øng víi n = 364 cäc ta cã ηcäc = 0,19. ; ηm.v = 0,17. VËy: R cäc .R m .v 47,3.1,8 R n.t (sÐt ) = = = 0,647Ω. R cäc .ηm .v + n.R m .v .ηcäc 47,3.0,17 + 364.1,8.0,19 VËy ®iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o tÝnh cho nèi ®Êt chèng sÐt lμ: Rn.t sÐt =0,647Ω. 4.4.4- TÝnh tæng trë ®Çu vμo cña nèi ®Êt chèng sÐt Z(0; τ®.s). §Ó tÝnh tæng trë ®Çu vμo cña nèi ®Êt chèng sÐt ta xÐt c¸c ®iÒu kiÖn sau: + Bá qua nèi ®Êt t− nhiªn. + Bá qua c¸c thanh nèi c©n b»ng ®iÖn ¸p trong tr¹m biÕn ¸p. + Trong tÝnh to¸n, ®Ó ®¬n gi¶n ta bá qua qu¸ tr×nh phãng ®iÖn tia löa trong ®Êt vμ gi¶ thiÕt ®iÖn trë suÊt cña ®Êt kh«ng ®æi. TrÇn Tö B×nh - HT§.K35 Trang 72
®å ¸n tèt nghiÖp Kü thuËt ®iÖn cao ¸p + Bá qua thμnh phÇn ®iÖn trë, ®iÖn dung cña ®iÖn cùc nèi ®Êt v× trë rÊt nhá so víi thμnh phÇn ®iÖn kh¸ng vμ ®iÖn dÉn øng víi tÇn sè dßng ®iÖn sÐt. Ta xem m¹ch nèi vßng ®Êt gåm hai tia dμi ghÐp song song víi nhau. l H×nh (4 6): M¹ch vßng nèi ®Êt gåm hai tia dμi ghÐp song song Ta cã s¬ ®å thay thÕ: Is/2 L0 L0 L0 g0 g0 g0 H×nh (4 7): S¬ ®å thay thÕ cña mçi tia. Víi L vμ g lμ ®iÖn c¶m vμ ®iÖn dÉn trªn mét ®¬n vÞ dμi. 1 ⎛ 1 ⎞ g0 = ⎜ ⎟ R .l ⎝ Ω.m ⎠ R lμ ®iÖn trë nèi ®Êt æn ®Þnh cña cùc nèi ®Êt R = 0,647Ω. ⎛ l ⎞ L 0 = 0,2.⎜ ln − 0,3 ⎟ (μH / m .) ⎝ r ⎠ Víi r lμ b¸n kÝnh cùc nèi ®Êt: b 50 r= = = 12,5m m = 1,25.10 − 2 m . 4 4 Thay sè vμo ta cã: ⎛ 113,55 ⎞ L 0 = 0,2.⎜ ln − 0,31⎟ = 1,76μH / m . ⎜ −2 ⎟ ⎝ 1,25.10 ⎠ TrÇn Tö B×nh - HT§.K35 Trang 73
®å ¸n tèt nghiÖp Kü thuËt ®iÖn cao ¸p V× ®iÖn dÉn ghÐp song song nªn ta cã: 1 1 ⎛ 1 ⎞ g0 = = = 6,8.10 −3 ⎜ ⎟ 2, R n.t .l 2.0,647.113,55 ⎝ Ω.m ⎠ TÝnh to¸n ph©n bè dμi khi kh«ng xÐt qu¸ tr×nh phãng ®iÖn trong ®Êt. Tõ s¬ ®å thay thÕ cã thÓ thμnh lËp ®−îc hÖ ph−¬ng tr×nh vi ph©n: ∂U ∂I =L (4 − 8) ∂x ∂t Gi¶i hÖ ph−¬ng tr×nh trªn ta ®−îc ®iÖn ¸p t¹i ®iÓm bÊt kú vμ thêi ®iÓm bÊt kú trªn ®iÖn cùc. ⎡ ⎛ − t ⎞ ⎤ a ⎢ ∞ 1 ⎜ ⎟ ⎛ k .x π ⎞⎥ U(x , t ) = t + 2 T1 . ∑ 2 ⎜1 − e Tk ⎟. cos⎜ l ⎟⎥ ( 4 − 9) g 0 .l ⎢ k =1k ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎢ ⎣ ⎝ ⎠ ⎥ ⎦ L 0 .g 0 .l 2 Víi h»ng sè thêi gian T k = k 2 .π 2 L 0 .g 0 .l 2 T Ta cã T1 = nªn T k = 1 . Tõ ®ã suy ra tæng trë xung kÝch ë π2 k2 hai ®Çu vμo nèi ®Êt: ⎡ ⎛ − t ⎞⎤ a ⎢ 2.T1 ∞ 1 ⎜ ⎟⎥ Z (0, t ) = l+ .∑ ⎜1 − e Tk ⎟⎥ (4 − 10) g 0 .l ⎢ τ ds k =1k 2 ⎜ ⎟ ⎢ ⎣ ⎝ ⎠⎥⎦ Tæng trë xung kÝch cña nèi ®Êt ë ®Çu vμo thêi ®iÓm t = τ®.s vμ xÐt tíi hai tia ghÐp song song lμ: ⎡ ⎛ − t ⎞⎤ 1 a ⎢ 2.T1 ∞ 1 ⎜ ⎟⎥ Z (0, τ ds ) = . l+ .∑ ⎜1 − e Tk ⎟⎥ (4 − 11) 2 g 0 .l ⎢ τ ds k =1k 2 ⎜ ⎟ ⎢ ⎣ ⎝ ⎠⎥⎦ §Ó tÝnh Z(0, τ®.s) xÐt chuçi: τ ds τ ds − − 1− e Tk ∞ 1 ∞ e Tk ∑ = ∑ − ∑ k2 k =1k 2 k =1 k 2 V× : e-3 =0,05 ; e-4 =0,018 ; e-5 = 0,0067 ; e-6 = 0,00247 TrÇn Tö B×nh - HT§.K35 Trang 74
®å ¸n tèt nghiÖp Kü thuËt ®iÖn cao ¸p Nªn ta chØ xÐt ®Õn e-4. Tõ e-4 rÊt bÐ so víi sè h¹ng tr−íc nªn ta cã thÓ bá τ qua, tøc lμ tÝnh víi k sao cho ds ≤ 4 Tk T τ ds T .4 Ta cã T k = 1 nªn T ≤ 4 . VËy: k 2 ≤ 1 k2 1 τ ds k2 4.T1 HÖ sè K lμ nguyªn d−¬ng nªn ta cã: K ≤ τ ds L 0 .g 0 .l 2 1,76.6,8.10 −3113,55 2 Víi: T1 = = = 15,65(μs). π 2 3,14 2 4.15,65 τ®.s = 5μs, ta cã: K ≤ = 3,53 5 Nh− vËy ta sÏ tÝnh to¸n víi K lín nhÊt lμ 3, tøc lμ K =1÷3. Ta cã c¸c kÕt qu¶ nh− b¶ng (4 1 ): k 1 2 3 T k (μ s ) 15,65 3,9125 1,738 τ ds 0,32 1,278 2,876 Tk τ − ds 0,726 0,2786 0,056 Tk e − τds / Tk e 0,726 0,06965 0,006 2 k τds − 3 e Tk Tõ b¶ng (4 1 ) ta tÝnh ®−îc: ∑ 2 = 0,8 1 k Thay c¸c gi¸ trÞ vμo (4 11) ta ®−îc: 3 1 1 1 ∑ 2 = 1 + 2 + 2 = 1,36 1 k 2 3 TrÇn Tö B×nh - HT§.K35 Trang 75
®å ¸n tèt nghiÖp Kü thuËt ®iÖn cao ¸p 1 1 ⎡ 2.15,65 ⎤ Z (0, τ ds ) = . 1+ (1,36 − 0,8⎥ = 2,27Ω. 2 6,8.10 −3.113,55 ⎢ ⎣ 5 ⎦ KiÓm tra ®iÒu kiÖn nh»m ®¶m b¶o an toμn c¸ch ®iÖn cho m¸y biÕn ¸p víi c¸c gi¸ trÞ : I =m .150kA ; Z(0, τ®.s) = 2,27Ω. øng víi 2 gi¸ trÞ trªn t¹i thêi ®iÓm dßng ®iÖn sÐt ®i vμo hÖ thèng nèi ®Êt th× thÕ t¹i ®iÓm dßng ®iÖn sÐt ®i vμo lμ: UsÐt = I. Z(0, τ®.s) = 150.2,27= 340,5kV. VËy UsÐt = 340,5kV < U50% = 460kV. NhËn xÐt: Do ®iÖn trë nèi ®Êt ®¹t yªu cÇu nªn kh«ng ph¶i nèi ®Êt bæ xung cho hÖ thèng chèng sÐt. 4.5- KÕt luËn. HÖ thèng nèi ®Êt nh©n t¹o m¹ch vßng cã ch«n cäc nh− ph−¬ng ¸n ®· chän lμ 364 cäc, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cäc lμ 0,625m, Rn.t = 0,786 Ω < 0,833 Ω = Rn.t.y.c . M¹ch vßng nh©n t¹o ®¶m b¶o an toμn c¸ch ®iÖn cho m¸y biÕn ¸p khi cã dßng ®iÖn sÐt. Sau khi kiÓm tra l¹i nèi ®Êt theo yªu cÇu chèng sÐt ®· ®¶m b¶o ®iÖn ¸p gi¸ng trªn m¸y biÕn ¸p khi dßng sÐt ®i vμo UsÐt = 340,5kV < U50% = 460kV, ta kh«ng ph¶i tÝnh to¸n nèi ®Êt bæ xung n÷a. TrÇn Tö B×nh - HT§.K35 Trang 76