Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110 kV

ế ế ả ệ ố

Bài 1: Tính toán thi

t k  b o v  ch ng sét cho TBA 220/110 kV

ố ệ ầ I, S  li u ban đ u

2

* Phía TBA

2

ệ ạ ố ­ Tr m phân ph i 220kV có di n tích: 100m

ệ ạ ố ­ Tr m phân ph i 110kV có di n tích:80 m

ệ * Đi n tr  su t c a đ t: ở ấ ủ ấ  = 100 mΩ

* Dây d nẫ

ẫ ­ Dây d n:  ACO­240

ố ­ Dây ch ng sét: C­50

ề ả ượ * Chi u dài kho ng v t

­ Phía 220kV: l= 200m

­ Phía 110kV: l=200m

c=6Ω

ố ấ ọ * Khi tính n i đ t ch n R

ộ

ậ

II, N i dung bài t p

ế A, Lý thuy t chung

ả ệ ả ộ ạ ị 1, Cách xác đ nh ph m vi b o v  cu  c t thu sét

ộ ộ ạ ả ệ ủ 1.1, Ph m vi b o v  c a m t c t hu sét

ộ ộ ệ ủ ả ạ ườ ng sinh ­ Ph m vi b o v  c a m t c t thu sét là hình chóp tròn xoay cso đ

x, rx đ

Ở ộ ượ ị ạ d ng hyperbol. đ  cao h c xác đ nh:

rx= 1.6h

ạ ả ệ Trong đó: rx­ bán kính ph m vi b o v

ề h­ chi u cao CTS

ủ ậ ượ ả ệ c b o v ề                  hx­ chi u cao c a v t đ

ộ ệ ố ụ                  p ­ h  s  ph  thu c vào h

ệ ụ ủ ộ ộ ha= h­hx : đ  cao hi u d ng c a c t thu sét.

ế ế ơ ả ườ ườ ế ườ ạ ­ Trong thi t k  đ n gi n ng i ta th ng thay th  đ ng sinh d ng

ớ ạ ự ả ệ ở ẳ ạ hyperbol gi i h n khu v c b o v  b i 2 đo n th ng.

ộ ạ ả ệ ủ 1.2, Ph m vi b o v  c a 2 c t thu sét

ườ ợ ộ ộ ằ * Tr ng h p hai c t có đ  cao b ng nhau

ho= h­ .p

o là:

ệ ủ ộ ả Khi đó bán kính b o v  c a c t gi ả ưở  t ng h

ườ ộ ợ ộ * Tr ng h p hai c t có đ  cao khác nhau

ộ ạ ả ệ c, Ph m vi b o v  3 c t thu sét

x  qua hình v :ẽ

ượ ả ệ ở ộ c b o v đ  cao h Cho h1=h2=h3=h, đ

ệ ằ ầ ườ ườ ạ Đó là ph n di n tích n m trong đ ng bao mà các đ ng tròn t o ra.

Trong đó:

ệ ừ ả ộ ­ rx1=rx2=rx3=rx : bán kính b o v  t ng c t.

ệ ả ộ ­ r0x­1=r0x­2=r0x­3 : bán kính b o v  chung các c t 1­2, 2­3, 3­1.

ộ ạ ả ệ ủ * Ph m vi b o v  c a 4 c t thu sét

x  qua hình v :ẽ

ượ ả ệ ở ộ c b o v đ  cao h Cho h1=h2=h3=h, đ

2, Tính Toán

ơ ồ ế ấ ủ ỉ ế ạ ớ ủ ệ ạ Theo s  đ  k t c u c a tr m, ta m i ch  bi ặ ằ t di n tích m t b ng c a tr m

ế ị ế ị ỉ ầ ạ ậ ố ộ ư mà ch a bi t các v  trí các thi t b  trong tr m. Vì v y ch  c n b  trí các c t

x.

ệ ượ ả ặ ằ ủ ạ ộ thu sét sao cho b o v  đ c m t b ng c a tr m có đ  cao h

x=17m

ộ Phía 220kV có đ  cao h

x= 13m

ộ Phía 110kV có đ  cao h

ươ ộ ượ ố ệ ặ ằ ả ­ Ph ử ụ ng án này s  d ng 15 c t đ c b  trí b o v  m t b ng.

ạ ả ệ * Ph m vi b o v  phía 220kV

ệ ả ệ ề Đi u ki b o v  an toàn : D 8(h­hx) => h hx +

x=17m

ộ ộ ộ ­ Xét đ  cao nhóm c t ( 5,8,9,6) có đ  cao h

ạ C nh 6­9: a=50m

ạ C nh 5­6 : b=40m

 D= =  = 64.03m

ha= = 8m

x + ha= 17+8= 25m

ộ ộ Đ  cao c t thu lôi: h=h

ạ ả ệ * Ph m vi b o v  phía 110kV

x= 13m

ộ ộ ­ Xét nhóm c t (11,14,15,12) có đ  cao h

ạ C nh (11­14): c=40m

ạ C nh (14­15): d=40m

=> D= =  = 56.6m

ha= = 7.07m = 7m

x + ha = 13+7 = 20m

ộ ộ Đ  cao c t thu lôi: h= h

ả ệ ộ * Tính toán bán kính b o v  c t thu lôi

x = 17m

ộ ộ ­ Xét c t 5: c t 220kV có h

Ta có: hx > h   hx >  x 25= 16.67m (t/m)

x=17m:

ệ ộ ả Bán kính b o v  c t thu lôi h

rx5= 0.75h.(1­)= 0.75 x 25 x (1­ ) = 6 m

x= 13m

ộ ộ ­ Xét c t 14: c t 110kV có h

Ta có:  hx < h   hx <  x 20=13.33m (t/m)

x= 13m:

ệ ộ ả Bán kính b o v  c t thu lôi h

rx14= 1.5h.(1­)= 1.5x20x (1­ )= 5.625m

ộ ả ệ ữ * Bán kính b o v  gi a 2 c t thu lôi

ư ộ ề ­Hai c t có chi u cao nh  nhau

x=17m

ề * Phía 220kV có chi u cao h

ữ ộ ộ ả + Xét 2 c t ( 5­8) có  kho ng cách gi a 2 c t là 50m.

Ta có ho= h­ = 25 ­  = 17.86m

hx=17 > h = x 17.86= 11.91m

ệ ữ ả ộ  Bán kính b o v  gi a 2 c t thu lôi:

rx5­8= 0.75h0.(1­)= 0.75x 17.86x(1 ­  )= 0.645m

ữ ộ ộ ả + Xét 2 c t ( 2­3) có  kho ng cách gi a 2 c t là 40m.

Ta có ho= h­ = 25 ­  = 19.3m

hx=17 > h = x 19.3= 12.87m

ệ ữ ả ộ  Bán kính b o v  gi a 2 c t thu lôi:

rx2­3= 0.75h0.(1­)= 0.75x 19.3 x(1 ­  )= 1.725m

ữ ộ ộ ả + Xét 2 c t ( 1­2) có  kho ng cách gi a 2 c t là 30m.

Ta có ho= h­ = 25 ­  = 20.71m

hx=17 > h = x 20.71= 13.81m

ệ ữ ả ộ  Bán kính b o v  gi a 2 c t thu lôi:

rx1­2= 0.75h0.(1­)= 0.75x 20.71x(1 ­  )= 2.7825m

x=13m

ề *Phía 110kV có chi u cao h

ữ ộ ộ ả + Xét 2 c t ( 11­14) có  kho ng cách gi a 2 c t là 40m.

Ta có ho= h­ = 20 ­  = 14.3m

hx=13 > h = x 14.3= 9.53m

ệ ữ ả ộ  Bán kính b o v  gi a 2 c t thu lôi:

rx11­14 = 0.75h0.(1­)= 0.75x 14.3 x(1 ­  )= 0.975m

ữ ộ ộ ả + Xét 2 c t ( 13­14) có  kho ng cách gi a 2 c t là 30m.

Ta có ho= h­ = 20 ­  = 15.71m

hx=12 > h = x 15.71= 10.473m

ệ ữ ả ộ  Bán kính b o v  gi a 2 c t thu lôi:

rx13­14= 0.75h0.(1­)= 0.75x 15.71 x(1 ­  )= 2.0325m

ộ ề ­ Hai c t có chi u cao khác nhau

ữ ộ ộ ả + Xét 2 c t ( 7­10) có  kho ng cách gi a 2 c t là 40m.

10= 25m

ề Có chi u cao: h

h13= 20m

ả ộ ộ ệ ừ Ta tính bán kính b o v  t ng c t cho đ  cao 13m.

13= 5.625m

ộ ở C t đã tính trên r

x= 13m

ộ Tính c t 7 có h

hx=13< h = x 25= 16.67m

rx10= 1.5h0.(1­)= 1.5x 25x(1 ­  )= 13.125m

10 = 20m

ệ ủ ộ ả Bán kính b o v  c a c t cao h

hx= h10 = 20 > h = x 25= 16.67m

x0 = 0.75h.(1­)= 0.75x 25 x(1 ­  )= 3.75m

 a= 40­3.75= 36.25m

ho7­10 = h­ = 20 ­  = 14.82m

hx=13 > h = x 14.82= 9.88 m

x=13m

ự ộ ệ ả ộ  Bán kính b o v  khu v c c t thu lôi có đ  cao h

rx10­13= 0.75h010­13.(1­)= 0.75x 14.82x(1 ­  )= 1.365m

ươ ự ộ ạ ế ả ượ ả ­ Tính toán t ng t cho các nhóm c t còn l i k t qu  đ c ghi vào b ng:

ộ ề Nhóm c t có chi u cao b ng nhau

ộ

ộ ặ ộ C p c t

a (m) 30 40 50 50 50 50 ằ Phía 220kV có đ  cao h x=17m ộ Đ  cao c t (m) 25 25 25 25 25 25 h0 (m) 13.81 12.78 11.91 11.91 11.91 11.91 1­2 2­3 1­4 4­7 6­9 3­6 rox (m) 2.7825 1.725 0.645 0.645 0.645 0.645

x= 13m

ộ

ộ ặ ộ C p c t

ho (m) 20.71 19.3 17.86 17.86 17.86 17.86 Phía 110kV có đ  cao h ộ ho Đ  cao c t (m) (m) 15.71 20 14.3 20 14.3 20 14.3 20 13­14 10­13 14­15 12­15 rox (m) 2.0325 0.975 0.975 0.975

h0 (m) 10.473 9.53 9.53 9.53 ớ x=13m

Nhóm c t có chi u cao khác nhau v i h ộ ặ ộ C p c t

h0 (m) 9.88 9.88 ộ ộ Đ  cao c t (m) 20 20 a (m) 30 40 40 40 ề a (m) 40 40 ho (m) 14.82 14.82 7­10 9­12 rox (m) 1.365 1.365

ệ ộ ả ạ Ph m vi b o v  c t thu sét:

ươ ệ ỏ ả ặ ầ ­ Ph ng án b o v  th a mãn yêu c u đ t ra.

ố ộ ổ ộ ộ ­ T ng s  c t là 15 trong đó có 9 c t cao 25m và 6 c t cao 20m.

1= 9 x (25­17) + 6 x (20­13) = 114m.

ổ ề ­ T ng chi u dài là L

ố ấ ố 3. Tính toán n i đ t ch ng sét

ố ệ * S  li u tính toán:

ệ ­ Đi n tr  su t c a đ t: ở ấ ủ ấ  = 100 m.Ω

ẫ ­ Dây d n:  ACO­240.

o= 2.6

ở ơ ệ ố ị Ω ­ Dây ch ng sét: C­50 có đi n tr  đ n v  r /km.

ề ả ượ ­ Chi u dài kho ng v t,

+ Phía 220kV: l= 200m,

+ Phía 110kV: l=200m .

c=6 .Ω

ố ấ ọ ­ Khi tính n i đ t ch n R

­ V i ớ  = 3.5 s

ụ ủ ệ ả ở ố ộ ượ ­ Đi n tr  tác d ng c a dây ch ng sét trong m t kho ng v t:

Rcs.220 = ro . l220= 2.6 x 200.10­3 = 0.572 Ω

Rcs.110 = ro . l110= 2.6 x 250.10­3 = 0.572 Ω

ố ộ ạ ­ S  l trong tr m:

ạ ộ + Tr m 220kV: n = 3 l

ạ ộ + Tr m 110kV: n = 4 l

ố ấ 3.1 N i đ t an toàn

HT =RTN // RNT =

ệ ở ố ấ ủ ệ ố Đi n tr  n i đ t c a h  th ng: R

ở ố ấ ự ệ * Đi n tr  n i đ t t nhiên

­ Phía 220kV: RTN.220 =  =  = 0.378 Ω

­ Phía 110 kV: RTN.110 =  =  = 0.284 Ω

Ω Ω  < 6 (t/m)  RHT =RTN // RNT =  =  ­1 = 0.162

ố ấ ự ả ả ề ả ả ổ Do n i đ t t nhiên có nhi u thay đ i nên ta ph i đ m b o an toàn ta ph i

ạ ố ấ n i đ t nhân t o.

ệ ạ ở ố ấ * Đi n tr  n i đ t nhân t o

ứ ọ ắ ọ ố ấ ẳ ằ ắ ­ N i đ t có các hình th c c c dài 2­3m b ng s t tròn hay s t h n dài th ng

đ ng.ứ

ằ ở ộ ạ ặ ọ ­ Thanh dài ch n n m ngang đ  sâu 0.5  8m đ t theo hình tia, m ch vòng

ặ ổ ợ ủ ho c t h p c a 2 hình trên.

MV =

ở ạ ệ Đi n tr  m ch vòng: R

1+l2)=2 . (70 + 180) = 500 m

ạ Chu vi m ch vòng: L = 2.(l

ọ ộ Ch n đ  sâu thanh t=0.8m.

mua  = 1.6

ả ớ Tra b ng v i thanh ngang chôn sâu 0.8m có k

/mΩ  tt = d.kmua = 100 x 1.6 = 160

ề ộ ọ Ch n b  r ng là 5 cm

d =  =  = 0.025m

ta có :  = 2.57

ứ ộ ự ả  công th c n i suy:  k= 8.17 ­

x 4.3 = 7.44 ( d a vào b ng tra trong sách)

Ω  RMV =  =   = 0.9345  < 1Ω

ở ố ấ ệ ạ ạ ả ầ ầ ộ Đi n tr  n i đ t nhân t o đ t yêu c u nên không c n ph i thêm c t.

Ω Ω  RHT =RTN // RNT =  =  = 0.138  < 0.5

ố ấ ệ ố ệ ầ ọ ỏ  H  th ng n i đ t đã ch n th a mãn nhu c u và làm vi c an toàn.

ố ấ ố 3.2, N i đ t ch ng sét

ệ ự ớ ề l – chi u dài đi n c c v i l=L= 500m

ự ở ướ ế ự ề ộ ẹ r­ là bán kính c c ầ  ph n tr c n u c c là thép d t có b  r ng b

(m).

Do đó r =  =  = 0.015m

ệ ự ệ ả ộ ơ ị ­ Đi n c m đi n c c trên m t đ n v  dài:

L0 = 0.2 = 0.2 x (ln – 0.31 ) = 2.1 H/m

ộ ơ ệ ẫ ị ­Tính đi n d n trên m t đ n v  dài:

mùa = 1.25

ố ấ ố Trong n i đ t ch ng sét dùng thanh ngang chôn sâu 0.8m thì k

ố ấ ằ ự ệ ạ ạ Vì th c hi n n i đ t b ng cách dùng 1 m ch vòng bao quang tr m mà không

ạ ủ ị ệ ở ọ ượ đóng c c nên giá tr  đi n tr  nhân t o c a sét đ c tinh:

sét =  =  = 0.73 Ω

Rmv

 Go =  =  = 2.74x10­3 (1/ m)Ω

T1 =  =  = 36.5 (

ọ Ch n = 5

ở ế ớ ị ố ổ ổ ị T ng tr  ti n t i tr  s   n đ nh:

4

ọ    4  k  5.4 nên ch n k= 5

) =  )

=  – ( 1. + . + .   + .  + .= 0.63

ầ ổ ở  T ng tr  sóng đ u vào:

Z{0,} =  . ( x 0.63 ) = 6.81Ω

xk =   . Z{0,}  = 3.405 Ω

ở ổ T ng tr  sóng xung kích: Z

xk = Is . Zxk  < U50%

ề ệ ả ố ­ Ta có đi u ki n ch ng sét ph i thõa mãn: U

s = 150kA và đi n áp U

50% = 530kV nên ta tính

ệ ệ + Trong đó: dòng đi n sét I

đ cượ

Uxk = 3.405 x 150 = 510.75 < U50%

ở ố ấ ệ ầ ầ ỏ  Đi n tr  n i đ t đã th a mãn yêu c u nên không c n ph i n i đ t b   ả ố ấ ổ

sung.

ế ế ệ ố

ố

ươ

ả ầ

Bài 2: Thi

t k  h  th ng ch ng sét theo ph

ng pháp qu  c u

lăn cho công trình.

ơ ở ế I. C  s  lý thuy t

ế ­ Theo TCVN 9835 – 2012 khuy n cáo

ố ớ ử ụ ả ầ ụ ủ ế Nên s  d ng bán kính c a qu  c u R = 20 đ n 60m, đ i v i R=20m áp d ng

ườ ấ ơ cho công trình có nguy c  cháy cao, còn thông th ng l y R=60m.

ả ầ ượ ấ ả ọ ệ ­ Theo IEC: Bán kính qu  c u lăn đ c ch n theo c p b o v

ấ ả ệ ệ ứ ả

C p b o v  ( m c b o v  ) I II III IV ả ầ Bán kính qu  c u lăn R (m) 20 30 45 60

ả ầ ứ ể ­ Khi tính toán có th  tính bán qu  c u lăn theo công th c:

R= kI0.8

ườ ệ ộ Trong đó: I­ c ng đ  dòng đi n sét, kV;

ệ ả R­ kho ng cách phóng đi n, m;

ệ ố ị k­ h  s  có giá tr  6.7  10.

ế ế ằ ươ ế ấ ả ướ ể ả ả Khi thi t k  b ng ph ả ng pháp ph i xét đ n t t c  các h ng đ  đ m b o

ủ ể ằ ượ ả không có đi m nào c a công trình n m ngoài vùng đ c b o.

II. Tính toán

ế ế ệ ố ố ươ ả ầ Thi t k  h  th ng ch ng sét theo ph ng pháp qu  c u lăn cho tòa nhà cao

ặ ằ ư ẽ 30m và có m t b ng nh  hình v .

ẽ ọ ­ Theo TCVN 9385­2012 ta s  ch n bán kính qu  c u r ả ầ c uầ  = 25m do là công

ề ơ trình có chi u cao h n 20m.

ấ ủ ả ầ ặ ướ ượ ộ ớ ­ Đ  sâu nh t c a qu  c u lăn so v i m t l i đ c tính:

P = r ­  = = 25 ­  = 12.5cm

ả ầ ộ ủ                                Đ  sâu c a qu  c u so v i b  m t l ớ ề ặ ướ i

ữ ả ọ ­ Ch n kho ng cách gi a các kim thu sét là c = 5 m

ướ ố ể ướ ớ ­ Ta có ô l i 10m x 5m  chi u cao t ề i thi u l i so v i mái công trình

d= 5 cm = 0.05m

ủ ề  chi u cao c a kim thu sét: h = r ­  =

40 ­  = 11cm

ể ả ả ớ ướ ả ầ  Đ  đ m b o an toàn cho công trình v i ô l i 5m x 10m có qu  c u r =

25m

ớ ộ ặ ướ ấ ớ ữ ả ả ầ V i đ  sâu nh t qu  c u lăn so v i m t l i P = 12.5 cm, kho ng cách gi a

ề ố ể ủ ướ ớ các kim là c =5m, chi u cao t i thi u c a l i so v i mái công trình d = 5 cm

ề có chi u cao kim thu sét h = 11 cm.

ố ấ 2. Tính toán n i đ t

ố ệ S  li u tính toán:

ệ ­ Đi n tr  su t c a đ t: ở ấ ủ ấ  = 100  m.Ω

ỗ ọ ố ọ ọ ườ ạ ọ ­ S  c c n= 12 c c m i c c dài 5 m đ ng kính 40 mm đóng c c thanh d ng

ườ ấ tròn theo đ ng kính 20mm dài 30m chôn sâu 0.8 mét trong đ t.

­Cho ꚍds =4 s

ề ủ ệ ố ở ả ệ ố ấ * Tính toán đi n tr  t n xoay chi u c a h  th ng n i đ t

Ta có t = to +  = 0.8 +  = 3.3 m

Rc =

=  = 29.3 Ω

Rt =  =  = 3.9 Ω

và n = 12  ηc = 0.47 và ηt = 0.27

 Rth =  =  = 3.82 Ω

ủ ở ệ ầ ố ấ * Tính toán đi n tr  xung kích đ u vào c a thanh n i đ t

Ta có : Rt =  =  = 3.9 Ω

ở ả ệ ề Đi n tr  t n xoay chi u:

L0 = 0.2= 0.2 x = 1.54 H/m

ệ ầ ở

 Đi n tr  xung kích đ u vào thanh n i: ố

Z{0,} =  +  = 3.9 +  = 7.75 Ω