Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét cho tba 220kv cao bằng và tính chỉ tiêu chống sét cho Đưng dây 220kv

DANH MỤC CÁC HiNH VE Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển của dòng điện sét Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi trong tính toán đường sinh gấp khúc Pham v

—— BO-CONG THUONG ———

TRUONG DAI HOC DIEN LUC

KHOA KY THUAT DIEN

Dal HOC DIEN LUC

ELECTRIC POWER UNIVERSITY

DO AN TOT NGHIEP THIET KE HE THONG BAO VE CHONG SET CHO TBA 220KV CAO BẰNG VÀ TÍNH CHỈ TIỂU CHÓNG

SET CHO DUONG DAY 220KV CHUYEN DE TINH SONG TRUYEN TU DUONG DAY

220KV VAO TRAM BIEN AP Gi2o viên hướng dẫn: ThsÓ PHẠM THỊ THANH ĐAM

Sinh viên thBc hiện: BDI HÀ AN

Mã sinh viên: 2183010001 Ngĩnh: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TK

Số: 445Š/QĐ-ĐHĐL Hà Nội, ngày (4 thang 8 nam 2023

QUYET DINH 'Về việc phân công giảng viên hướng dẫn sinh viên _ làm đồ án tốt nghiệp đại học hình thức vừa làm vừa học HIỆU TRƯỞNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ` Căn cứ Nghị quyết số 03/NQ-HĐT ngày 30/05/2023 của Hội đông trường Trường Đại học Điện lực ban hành Quy chế tô chức và hoạt động của

Căn cứ Thông tr số 06/2017/TT-BGDĐT ngày 15/03/2017 của Bộ Giáo duc và Đào tạo vẻ việc ban hành Quy chế Đào tạo Vừa làm vừa học

Căn cứ Quyết định số 1668/QĐ-ĐHĐL ngày 25/12/2019 của Trường

1306/QĐ-ĐHĐL ngày 22/08/2022 và Gil a 7 732/0Đ-DHDL ngày đủ

luc;

_ 19/05/2023 của Trường Đại học Điện wate’

rt B6 28r< 86: 0U 1 Đà, Đầo tạo Thường xuyên lá `

và wre pighaan + % FO PRL thie „ : ét

> ï Đ ‘aoe gets Bx: Bs QUYẾT ĐỊNH - : hig

ca i io in yo ging ising i in

— nghiệp đối Se ee ea ae Gem atch tt ul

TRUONG DAI HOC DIEN LUC CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN Độc lập E TB do — Hanh phic

NHAN XET CUA GIANG VIEN HUONG DAN

10 Théng tin chung

Ho va tên người hướng dẫn: Phạm Thị Thanh Dam

Đơn vị công tác: Khoa Kỹ thuật điện

Học hàm, học vị: Thạc sĩ

Tên đề tài:

Thiết kế hệ thNng bảo vệ chNng sét cho TBA 220kV Cao bằng vÏ tính chỉ tiêu chNng sét cho đường dây 220kVÓ

Chuyên đề tính sRng truyền to đường dây 220kV vIo Traé bién 2p

2.1 Nhận xét về hình thức: (kết cau, phương pháp trình bày)

2.4 Kết luận và kiến nghị: (các hướng nghiên cứu của đề tài có thể tiếp tục phát triển cao hơn)

THÓ Nhận xét tỉnh thần vĩ th2i độ IIề việc của sinh viên

IVO Dé nghi

Được báo cáo: °

Không được báo cáo: °

Hà Nội, ngày tháng năm 20 Gi2o viên hướng dẫn

TRUONG DAI HOC DIEN LUC CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN Độc lập E TB do — Hanh phic NHAN XET CUA HOI DONG CHAM ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

10 Két qua thBc hiện vI b2o c2o trước hội đồng của sinh viên: Byi HI Án

Hinh thức trình bày

Hà Nội, ngày tháng năm 20

Ủy viên hội đồng Thư ký hội đồng Chủ tịch hội đồng

HÓ GVHD x2c nhận sau chỉnh sửa (nếu cR)

Hà Nội, ngày tháng năm 20 Gi2o viên hướng dẫn Thư ký hội đồng Chủ tịch hội đồng

LOI NOI DAU

Nhằm hoàn thiện kiến thức đã học và bước đầu làm quen với thực tế em được

nhà trường và khoa Kỹ thuật điện giao cho đề tài tốt nghiệp: Thiết kế hệ thNng bảo vệ chNng sét cho TBA 220kV Cao bang vI tinh chi tiéu chNng sét cho đường dây 220kV, chuyên đề tính sRng truyền to đường dây 220kV vio Traé bién 2pO

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô Trường Đại học Điện lực nói chung và các thây cô trong khoa Kỹ thuật điện nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian qua Đặc biệt em xin cảm

ơn đến ThsÓ Phaé Thi Thanh Daé da tan tình giúp đỡ trực tiếp chỉ bảo hướng dẫn

em trong suốt quá trình lam dé an tốt nghiệp

Do còn thiếu kinh nghiệm thực tế nên đề tài không thể tránh khỏi những sai xót, nhằm lẫn, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy cô

và các bạn đề kiến thức của em trong lĩnh vực hoàn thiện hơn

Em xin chan thanh cam on!

Ha noi, ngay thang năm 2023

Sinh viên

Byi HI An

PHAN I: THIET KE BAO VE CHONG SET CHO TBA 220KV CAO BANG

VÀ TÍNH CHỈ TIÊU CHÓNG SET CHO DUONG DAY 220KV

CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG DÔNG SET VA ANH HUONG CUA NO DEN HE

THONG DIEN VIET NAM

1.1 Hiện tượng dong sét

1.2 Anh hưởng của đông sét đến hệ thống điện

1.3 Vấn đề chong sét

CHUONG II: THIET KE HE THONG BAO VE CHONG SET DANH TRUC TIEP CHO TRAM BIEN AP 220KV CAO BANG

2.1 Khái niệm chung

2.2 Các yêu câu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp

2.3 Lý thuyết để tính chiều cao cột & dây và phạm vi bảo vệ

2.3.1 Pham vi bao vé của một cột thu sét (côtkthu lôi) 2.3.2 Phạm vị bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi 2.3.3 Phạm vị bảo vệ của dây chống sét

2.4 Đề xuất phương án bố trí cột và dây chống sét cho trạm biến áp

2.4.1 Phương án 1 2.4.2 Phương án 2 2.5 Chọn phương án tối ưu

CHUONG III: THIET KE HE THONG NOI DAT CHO TBA 220KV CAO BANG

3.1 Khai niém chung

3.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống nói đất

4.2.1 Phạm vị bảo vệ của dây chống sét

4.2.2 Tính toán chung về chỉ tiêu chống sét 4.3 Tính toán chỉ tiêu chống sét của đường dây 220kV

4.3.1 Các tham số tính toán

4.3.2 Xác định tông số lần sét đánh vào đường dây

4.3.3 Tính suất cắt đường dây n„

4.3.3.1 Tính suất cắt đường dây do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

4.3.3.2 Tinh suất cắt đường dây khi sét đánh vào khoảng vượt 4.3.3.3 Tính suất cắt đường dây do sét đánh vào đính cột và lân cận

đỉnh cột

CHUONG 5: CHUYEN DE TÍNH SÓNG QUÁ ĐIỆN ÁP TRUYÈN TỪ

DUONG DAY 220KV VAO TRAM BIEN AP

5.1 Ly thuyét chung

5.1.1 Quy tac Petersen 5.1.2 Quy tắc sóng đăng trị

3.1.3 Xác định điện áp trên điện dụng

5.1.4 Xác định điện áp và dòng điện trên chống sét van 5.2.Trình tự tính toán

5.2.1 Sơ dé tinh toán quá trình truyền sóng trong trạm biến áp 5.2.2 Tính sóng truyền trong trạm biến áp

5.3 Kết luận

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Chiéu cao hiéu dung của các nhóm cột phương an | Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên phương án 1|

Chiều cao hiêw dụng của các nhóm cột phương án 2 Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên của phương án 2

So sánh 2 phương án Bang hé s6 kmia Bảng hệ số hình đáng của mạch vòng nói đất Bảng kết quả chuỗi en

Bang tinh gia tri B Bảng xác suất hình thành hề quang n=ƒ( E,)

Kết quả tính toán suất cắt tổng do sét đánh vào đường dây Giá trị điện dung của các phân tử thay thé

Đặc tính cách điện của máy biến áp

Đặc tính cách điện của chuỗi sứ thanh góp

DANH MỤC CÁC HiNH VE Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển của dòng điện sét

Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi

Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi trong tính toán (đường sinh gấp khúc)

Pham vi bao vé của hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau Pham vi bảo vệ của 2 cột thu lôi có độ cao khác nhau Phạm vi bảo vệ của nhóm 3 và 4 cột thu lôi có độ cao bằng nhau Pham vi bao vé của một dây chéng sét

Phạm vi bảo vê gủa 2 dây chống sét

Bề trí các cột thu lôi của phương án 1

Phạm vị bảo vệ của phương án 1|

Hình 2.10 Bố trí các cột thu lôi của phương án 2

Hình 2.11 Phạm vi bảo vệ của phương án 2

Sơ đồ nối đất bô sung

Sơ đồ thay thế của hệ thống nói đất

Đồ thị hàm số y¡ = tgX(, và y› = ¡0,0659 xX(,

Sơ đồ nối đất toàn trạm biến áp

Pham vi bao vé của một dây chéng sét

Phạm vi bảo vệ của hai đây chống sét treo cùng độ cao

Góc bảo vệ của dây thu sét

Sét đánh vào khoảng vượt

Dạng sóng tính toán của dòng điện sét Hình 4.10 Đề thị U„(a,t)

Đường cong nguy hiểm

Sét danh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột

Sơ đồ thay thế mạch khi chưa có sóng phản xạ Sơ đồ thay thế mạch khi có sóng phản xạ Đồ thị biển diễn mối quan hệ U,„z(t) = f{a,t) Đường cong nguy hiểm khi sét đánh vào đỉnh cột

Sơ đồ truyền sóng giữa hai nút

Sơ đồ thay thế Petersen

Sơ đồ nút có nhiều đường dây nối vào

Sơ đồ thay thế Petersen xác định điện áp trên điện dung Đặc tính VỊA của chống sét van

Sơ đồ thay thế Petersen cho chống sét van

Đồ thị xac dinh U(t), I(t) của chống sét van từ đặc tính VịA

Sơ đồ nguyên lý trạng thái nguy hiểm nhất

Sơ đồ thay thé trang thai trạng thái sóng trường hợp nguy hiểm nhất

Sơ đồ thay thé nit gọn trạng thái nguy hiểm nhất Quy tắc phân bố lực

So dé Petersen tai nut 1

So dé Petersen tai mit 2

So dé Petersen tai mit 3 Điện áp trên cách điện chuỗi sứ thanh góp khi có sóng truyền vào trạm Điện áp trên cách điện máy biến áp khi có sóng truyền vào trạm Dòng điện đi qua chống sét van khi có sóng truyền vào trạm

LOI NOI ĐẦU

Đất nước đang bước vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa, ngành điện giữ vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân Trong cuộc sống điện năng rất cần cho phục vụ sản xuất và sinh hoạt Cùng với sự phát triển của xã hội đòi hỏi việc cung cấp điện phải đảm bảo liên tục và có chất lượng cao Xuất phát từ thực tế

đó việc đảm bảo cho các trạm biến áp và đường dây truyền tải điện làm việc an toàn,

không gặp sự cố, không gây gián đoạn cung cấp điện là đặc biệt quan trọng Viêœthiết

kế hê xthống bảo vê xchống sét đánh (trực tiếp và lan truyén) la rhéreng cac van dé

quan trọng của ngành điên Do đó, nôxdung đồ án phù hợp với thực tế và rất thiết thực

CHUONG I: HIEN TUONG DONG SET VA ANH HUONG CUA NO DEN HE

THONG DIEN VIET NAM Việc nghiên cứu đông sét và các biện pháp chống sét đã có lịch sử lâu dài cùng với sự phát triển của ngành điện Ngày nay người ta đã tìm được các phương pháp những hệ thống thiết bị và kỹ thuật cao để đề phòng chống sét đánh Sét là một hiện tượng tự nhiên, mật độ, thời gian phóng điện, biên độ đốc của sét không thê dự đoán

trước nên nghiên cứu chống sét là việc quan trọng, đặc biệt là ngành điện

101 Hiện tượng đông sét

aO Kiến thức phỗ thông về đông, sét

Dông sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi khoảng cách giữa các điện cực khác lớn (trung bình khoảng Skm)

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

các đám mây tích điện và 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 chuyền trung bình của tia tiên tạo của lần phóng điện đầu tiên là khoảng 1,5.107 cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng 2.108 cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau bởi vì trong cùng một đám mây 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 lớn Đâu tia được nối một trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phân điện tích của trung tâm này đi vào trong tỉa tiên đạo Phần điện tích này được phân bố khá đều đọc theo chiều đài 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 điện dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay phía dưới đầu tiên

đạo Còn 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 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

Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nói liền giữa đầu tia tiên đạo vơi nơi tập trung điện tích trên mặt đất và như vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất

được định sẵn

Hinh thanh khu vực ion

*Ý hóa mãnh liệt

1 Địa điểm phụ -

Hoan thanh

7 phóng điện sét

Y điện ngược

Hình 1.1 Các giai đoạn phát triên của dòng điện sét

Do vây đệ định hướng cho các phóng điện sét thì ta phải tạo ra nơi có mật độ tập

trung điện tích lớn Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các công trình đựa

trên tính chọn lọc này của phóng điện sét

Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngược là 0 và mật độ điện trường trong tia tiên đạo là óthi trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và trong đất sẽ là:

i,=v.d Công thức này tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ không đáng kê)

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

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

giai đoạn phóng điện ngược

Khi sét đánh thắng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khí quyên và gây hậu quả nghiêm trọng như đã trình bày ở trên

bÓ Diễn biến đông ở nước ta

Việt Nam là một trong những nước khi hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét khá mạch Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt Nam có một đặc điểm đông sét khác nhau:

ạ Ở miễn Bắc số ngày dông sét dao động từ 70+110ngày trong một năm và số lần đông từ 150 ~300 lần như vậy trung bình một ngày có thê xảy ra từ 2+3 cơn dông Vùng có đông nhiều nhất trên miền Bắc là khu vực Móng Cái, Tiên Yên (Quảng Ninh) hàng năm có từ 100 ~110 ngày dông sét, tháng nhiều đông nhất là tháng 7, tháng 8

ạ Một số vùng có địa hình chuyển chuyến tiếp như giữa các vùng núi và vùng đồng bằng số lần dông cũng đến 200 lần sét/năm Với số ngày giông khoảng 100 ngày/năm Nơi ít đông nhất là Quảng Bình hàng năm chí có 80 ngày đông Xét về diễn biến mùa đông trong năm, mùa đông hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng Nói chung ở miền Bắc dông tập trung tư tháng 4+9, ở phía Tây Bắc đông tập trung từ tháng 5+8 trong nam

a Trén ving duyén hai trung bộ từ phía Bắc đến Quảng Nam là khu vực tương đối nhiều đông trong tháng số ngày có dông xấp xỉ 10 ngày/tháng Tháng có nhiều dông nhất là tháng 5, có thê có từ 12+15 ngày Những tháng đầu mùa và cuối mùa chỉ gặp 2+5 ngày/tháng Từ Bình Định trở vào là khu vực ít đông nhất thường chí có vào tháng5, số ngày có đông xấp xỉ I0 ngày (Tuy Hòa 10 ngày, Nha Trang 8 ngày, Phan Thiết 13 ngày), còn các tháng khác của mùa dông chỉ quan sát được từ 5+ 7ngày đông

ạ Miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120+140 ngày/năm, như ở thàng phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/năm Mùa dông ở miền Nam dài hơn mùa đông ở miền Bắc đó là từ tháng 4 đến tháng II trừ tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dông sét quan sat được trung bình từ 15+20 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều dông nhất trung bình gặp trên 20 ngày/tháng như ở thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày

nhiều đông nhất là tháng 5 cũng chỉ quan sát được khoảng 15 ngày đông ở Bắc Tây Nguyên, 10z12 ở Nam Tây Nguyên, Kom Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, Plâycu 17 ngày

Như vậy ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của đông sét, đây

là điều kiện bất lợi cho hệ thống điện 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 hệ thống điện vận hành kinh tế, hiểu quả đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy

1Ó2 Ảnh hưởng của dông sét đến hệ thNng điện

Biên độ của dòng điện sét có thê đạt tới hàng trăm kA, đây là nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi đòng 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 động đã bị vỡ và chảy ra như nhũ thạch, phóng điện sét còn kèm theo 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 các nơi cách xa hàng trăm km

Khi sét đánh vào đường dây hoặc xuống mặt đất gân 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 lên ngắn mạch pha i dat hoặc ngắn mạch phaipha buộc các thiết bị đầu đường dây phải làm việc Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể gây mất ôn định cho hệ

thông, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy điện làm việc không nhanh có thê dẫn đến

rã lưới Sóng sét còn cé thé truyền từ đường dây điện vào trạm biến áp hoặc sét đánh thẳng vào nhà máy 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 cô trâm trọng Mặt khác, khi có phóng điện sét vào trạm biến áp, nêu 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 sự có do sét đánh gây hậu quả rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự

cổ lưới điện, vì vậy việc tính toán thiết kế lắp đặt các thiết bị chống sét rat quan trong, nếu tính toán chính xác lắp đặt đủ các thiết bị chống sét sẽ tạo ra hệ thống vận hành an toàn và hiểu quả, tránh được những hậu quả xấu do sét gây ra, từ đó đảm báo việc

cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ

1Ó3 Vẫn đề chNng sét

Hệ thống điện chịu nhiều ảnh hưởng của đông sét nên đòi hỏi phải có thiết bị chống sét Để báo vệ chống sét cho hệ thông điện người ta sử dụng các cột thu lôi và dây chống sét Yêu cầu của việc chống sét là toàn bộ công trình được bảo về cân phải nằm trong vùng bảo vệ của hệ thông thu sét, hệ thống này có thể nằm ngay trên kết cau công trình hay đặt cách ly tùy thuộc hoàn cảnh và điều kiện cụ thê Song song với việc chọn lựa hệ thống thu sét còn lưu ý đến vấn đề nối đất chống sét và nối đất bảo vệ Phương pháp được chọn phải có hiểu quả chống sét cao, chỉ phía đầu tư xây dựng ít nhất và yếu tố mỹ quan cũng cân được xem xét

Do đó việc đầu tư nghiên cứ chống sét đúng mức rất quan trọng nhằm giảm thiệt hại đo dông sét gây ra, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trong vận hành điện

CHUONG II: THIET KE HE THONG BAO VE CHONG SET DANH TRUC

TIEP CHO TRAM BIEN AP 220KV CAO BANG 2Ó1Ó Khi niệề chung

Đối với Trạm biến áp 220 kV có các thiết bị đặt ngoài trời, khi có sét đánh trực

tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nghiêm trọng, làm hư hỏng các thiết bị điện, có thể phải ngừng cung cấp điện năng trong một thời gian đài làm ảnh hưởng đến sản xuất và gây ra những chỉ phí tốn kém cho ngành điện, ảnh hưởng đến nền kinh tế quốc dân Do vậy, trạm biến áp thường có yêu câu bảo vệ khá cao

Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta thường dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện tích

đề định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra các 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 thông nói 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 sét một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi 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 gân đó

Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cân phải quan tâm đến các chí tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo các yêu câu về kỹ thuật, mỹ thuật

2Ó2Ó C2c yêu cầu kỹ thuật khi tính to2n bảo vệ chNng sét đ2nh trBc tiếp

Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm gọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ Ở đây, hệ thông báo vệ trạm 220/110kV ta đùng hệ thống cột thu lôi, hệ thống này có thể đặt ngay trên bản thân công trình hoặc 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 bao vệ và sẽ giảm được độ cao của cột thu lôi Tuy nhiên trong điều kiện phóng

điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị, dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phân 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

thống các thanh xà của trạm là mức cách điện cao và trị số điện trở tân của bộ phận nối đất nhỏ

Trạm biến áp có điện áp từ 110 kV 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 cầu của trạm Tuy nhiên cần lưu ý đặt cột thu lôi sao cho đường dẫn từ cột thu sét xuống hệ thống nối đất là ngắn nhất và sao cho dòng điện sét khuếch tán vào đất theo 3 đến 4 thanh dẫn của hệ thống nối đất Mặt khác phải có nối đất bd sung đề cải thiện trị số điện trở nói đất

Khâu yếu nhất trong trạm biến áp ngoài trời điện áp từ 110 kV 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 nói 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 ôn định nhiệt khi

có dòng điện sét chạy qua

Đối với cấp điện áp 110kV trở lên cần phải chú ý:

ạ Ở nơi có đặt cột thụ lôi dẫn vào hệ thống nối đất cần phải có nói dat bé sung (dùng nối đất bô sung) nhằm đảm bảo điện trở khuyếch tán không được quá 4© (ứng

công nghiệp)

ạ Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm trên có đặt cột thu lôi và

bộ phận mang điện không được bé hơn độ dài chuỗi sứ

Có thê nối cột thu lôi độc lập vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp điện

ap 110kV néu nhu các yêu cầu trên được thực hiện Khi dùng cột thu lôi độc lập thì

cần phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu lôi đến các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu lôi đến các vật cần được bảo vệ

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

phải được cho vào ống chỉ và chôn trong đất Có thê nối dây chống sét vào hệ thống nối đất của trạm nếu như khoảng cách từ chỗ nói đất của điểm nối đất ấy đến điểm nối dat của máy biến áp lớn hơn 15m

2Ó3Ó Lý thuyết dé tính chiều cao cột & dây vI phạề vi bảo vệ

203010 Phaé vi bao vé cia é6t c6t thu sét (đữhu lôi)

Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi có độ cao là h là một hình chớp tròn xoay có đường sinh được xác định như sau:

ih: Chiéu cao cột thu lôi

1 rx: Ban kinh bao vé 6 dé cao hx

Hinh 2.1 Pham vi bao vệ của một cột thụ lỗi

Trong tính toán, đường sinh được đưa về dạng đường gãy khúc ABC được xác định như sau:

Hình 2.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi trong tính toán (đường sinh gấp khúc)

Bán kính bảo vệ r„ được tính như sau:

> 30m ta cân hiệu chỉnh các công thức đó theo hé so p, voi P= Vi

2Ó3Ó2Ó Phạề vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi

26302010 Phaé vi bao vé cita hai cét thu lôi

aO Hai cét thu lôi eR độ cao bằng nhau

Xét hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau hị =h; =h, cách nhau 1 khoảng a

Hình 2.3 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau

ạ Khi a= 7h thì mọi vật nằm trên mặt đất ở khoảng giữa 2 cột không bị sét đánh vào

a Khi ai 7h thì khoảng giữa 2 cột sẽ bảo vệ được cho độ cao lớn nhất hạ được xác

định như sau: hụ =h~

Các công thức trên được áp dụng khi hệ thống chống sét có độ cao nhỏ hơn 30m Nếu hệ thống chống sét có độ cao lớn hơn hoặc bằng 30m thì các công thức cũng cần

được hiệu chỉnh theo hệ số p đã nêu ở mục trên

bÓ Hai cột thu lôi cR độ cao kh2c nhau

Xét 2 cột thu lôi có độ cao là h, và h;, cách nhau 1 khoảng a được bố trí như hình

Hình 2.4: Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu lôi có độ cao khác nhau

26302020 Phaé vi bao vé cho nhiéu cột thu lôi

Hinh 2.5: Pham vi bao vé cua nhém 3 và 4 cột thu lôi có độ cao bằng nhau

Vật có độ cao h, nằm trong đa giác được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:

D<8x(h—h,)=8*h, Trong đó:

¡D: đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác được tạo bởi các cột thu lôi

th: độ cao của cột thu lôi

¡h.: độ cao của vật cần được bảo vệ

thạ=h-—h,: là độ cao hiệu dụng

Ta cũng cần phải kiểm tra điều kiện an toàn cho từng cặp cột đặt gần nhau và nêu

độ cao cột thu sét vượt quá 30m thì phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh p

263030 Phaé vi bao vé cia day chNng sét

26303010 Phaé vi bao vé cia é6t day chNng sét

Phạm vi bảo vệ của dây chống sét là một dải rộng Chiều rộng của phạm vi bảo

vệ phụ thuộc vào mức cao hx được biểu diễn như hình vẽ 2.6

Mặt cắt thăng đứng theo phương vuông góc với dây chống sét tương tự cột thu lôi ta

2bx

WSN

Hình 2.6 Pham vi bao vé của một day chéng sét

26303020 Phaé vi bao vé cia 2 day chNng sétO

Đề phối hợp bảo vệ bằng hai dây chống sét thì khoảng cách giữa hai dây chống sét phải thoả mãn điều kiện s ï 4h

Với khoảng cách s trên thì đây có thê bảo vệ được các điểm có độ cao

Ss h,=h-=

Phần ngoài của phạm vi bảo vệ giống của một dây còn phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm là hai điểm treo dây chống sét và điểm có độ cao

hạ=h~Š so với đất

2Ó4Ó Đề xuất phương 2n bN trí cột vI dây chNng sét cho trạề biến 2p

Mặt bằng trạm biển áp 220kV Cao Bằng như trong đề tài

TTrạm biến áp 220kV Cao Bằng gồm hai máy biến áp ATI và AT2

¡Chiều rộng của trạm 120m và chiều dai 175m

iCac xa phia 110kV cao 10,5m va 8m, các xà phía 220kV cao 16,5m và 10,5m,

xa may bién ap cao 16,5m

Ta đề xuất 2 phương án như sau:

204010 Phuong 2n 1

ạ Bước 1: Ta bố trí 25 cột thu lôi ở các vị trí như hình vẽ sau:

Phía 220kV bố trí 16 cột, 10 cột trên xà 16,5m và 5 cột trên xà 10,5m, 1 cột độc lập Phía I 10kV bố trí 9 cột, 6 cột trên xà 10,5m và 3 cột trên xà 8m

ạ Bước 2: Tính chiều cao hiệu dụng của các cột thu lôi:

Do các cột thu lôi tạo thành lưới cột nên ta sẽ chia lưới cột thành các nhóm đa giác đỉnh và tính độ cao hiệu dụng h; của từng nhóm cột theo điều kiện sau:

D

hu>

Trong đó: D là đường kính của đường tròn ngoại tiếp đa giác đỉnh

Ta chia 16 cột phía 220kV thành 5 hình chữ nhật và 7 tam giác, 9 cột phía 110kV kết

hợp với các cột 220k tạo thành Ì hình chữ nhật và l2 tam giác

a Nua chu vi tam giac trén la: p = 54,18 m

Đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác đỉnh là:

Tính toán tương tự cho các đa giác còn lại ta có bang sau:

Bảng 2.1 Chiều cao hiệu dụng của các nhóm cột phương án l

Nhận xét: Ta thây chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột phía 220kV và phía

cho thiết bị, ta chọn đô xao hiêxdụng chung cho toàn trạm là: h¿„„„ = 6m

Do độ cao lớn nhất cần bảo vệ ở phía 220kV là hx = 16,5m nên chiều cao của các cột thu sét phía 220kV là:

Ta chỉ xét phạm vi bao vệ của các cặp cột biên dọc theo đa giác đỉnh do phần diện tích bên trong đã được bảo vệ Chiều cao các cột thu sét đều nhỏ hơn 30m nên

trong công thức tính ta không cần nhân với hệ số hiệu chính p

Bán kính bảo vệ cho độ cao h, = 16,5m la:

, 2

Do h,= 16,5m¿ a2 = 15 m nên r„(¡s;)= 0,75.22,5 - 0,75.16,5= 4,5m

Bán kính bảo vệ cho độ cao h, = 10,5m là:

Do h,= 10,5m ¿Š *22,5 = 15m nén Mins) = 1,5.22,5 ~ 1,875.10,5=14,0625m

Bán kính bảo vệ cho độ cao h, = 10,5m la:

Do h, = 10,5m12/3x16,5 = I1m nên r„os) = 1,5.16,5 — 1,875.10,5 = 5,0625m

Bán kính bảo vệ cho độ cao h, = 8m là:

Do h, = 8m 72/3«16,5 = 11m nén rig) = 1,5.16,5 — 1,875.8 = 9,75m

È Phía 220kV:

ạ Xét cặp cột (112) có độ cao hị= hạ = 22,5 m va đặt cách nhau một khoảng là a = 34m

Do a= 34m 7 7h,=7.22,5 =157,5m nén chiều cao lớn nhất được bảo vệ giữa 2 cột là:

a

hại ;)Ehạu TT.” =22,5- ` =17,64m Bán kính bảo vệ cho độ cao h,= 16,5m va h,= 10,5m là:

ạ Xét cặp cột (17420) có độ cao hiz=h›ao=16,5m và đặt cách nhau một khoảng là a=30m

Do a = 30m ï 7h¡; = 7.16,5 =115,5m nên chiều cao lớn nhất được bảo vệ giữa 2 cột là:

a

Ao(17—20)= 10 — =16,5— ` =12,21m Bán kính bảo vệ cho độ cao h, = 10,5m va h, = 8m la:

tÏIính toán tương tự cho các cặp cột biên còn lại ta có kết quả như bảng sau:

Bảng 2.2 Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên phương án l

5110 6111;

tông 17 | 2007 | 13438 2,678 10,418 15i16 27,83 | 1852 | 1235 1515 8.093 17120:

Kết luận: Phương án bảo vệ thỏa mãn yêu cầu đặt ra

Tổng chiều đài kim thu sét phương 2n 1 1a:

Lyon = 10.(22,5 116,5) a 4.(22,5110,5) a22,5 = 130,5m

Lyin = 6.(16,5110,5) a3.(16,518) = 61,5m

> L, = 130,5 + 61,5 = 1628

264620 Phuong 2n 2

ạ Bước 1: Ta bố trí 42 cột thu lôi ở các vị trí như hình vẽ 2.10

Phía 220kV bố trí 25 cột, trong đó l2 cột trên xà I6,5m và l2 cột trên, 10,5m và Í cô

Hình 2.10 Bồ trí các cột thu lôi của phương án 2

ạ Bước 2: Tính chiều cao hiệu dụng của các cột thu lôi:

Tính toán tương tự phương án 1 cho các đa giác ta có bảng sau:

Bảng 2.3 Chiều cao hiêw dụng của các nhóm cột phương án 2

a Buéc 3: Tính toán phạm vi bảo vệ cột thu lôi

Ta chỉ xét phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên dọc theo chu vi của tram do phần diện tích bên trong đã được bảo vệ Chiều cao các cột thu sét đều nhỏ hơn 30m nên trong

công thức tính ta không cần nhân với hệ số hiệu chỉnh p

1 Pham vi bảo vệ của các cột phia 220kV cao 21,5m

Ban kính bảo vệ cho độ cao h„ = 16,5m là:

„2

h, = 16,5m 65% 21,5 =14,333m nén M155) 0,75.21,5 ~ 0,75.16,5= 3,75m

Bán kính bảo vệ cho độ cao h, = 10,5m là:

h, =10,5m is x 21,5 =14,333m nén iis) =1,5.21,5 —1,875.10,5=12,563m

1 Pham vi bao vé cua cac cot phia 110kV cao 15m:

Bán kính bảo vệ cho độ cao h, = 10,5m là:

,„2

h, = 10,5m ¿Š x15 = 10m nén Py) =0,75.15 -0,75.10,5=3,375(m)

Bán kính bảo vệ cho độ cao h, = 8m là:

h,=8m iS x15 =10m nén ye) = 15.15 — 1,875.8 = 7,5 (m)

¢ Tinh ban kinh bao vé của các cặp cột biên:

iTinh toan tuong tu phuong an 1 cho các cặp cột biên ta có kết quả như bảng sau:

Bảng 2.4 Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên của phương án 2

V |15020;2122;24i |“ h3 | 17 | 1907 |1271|°93|1928| 5 | 8,918 25; 22423; 23124

721 27/78 | 17,53 | 11,69 0,773 6,608

20125 27,8 | 17,53 | 11,69 0,773 6,608 27i29:28i35 l6 | 1271 | 847 1,658 4,065 36i37;37i38;38i

110k 3940404142 | 1s | 20 | 1214 | 8.09 | 195/123) g | 3.21

40i41 30 | 10,71 | 7,14 0,158 1,065 29136.35142 14 13 | 867 1.875 45 220i 16127 21,3i | 27.37 | 11.79 | 7.86 |, , [0.967] , [2.843

110 20128 15 | 27,04] 11,83 | 7,89 | > [0,998 2,873

Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét được hiển thị trong hình sau:

aBe oBe oBc sBc aBc aBe oBe ø

Kết luận: Phương án bảo vệ thỏa mãn yêu cầu đặt ra

Tổng chiều đài kim thu sét phương 2n 2 là:

Tzy = 12.(21,5 116,5) ạ 12.(21,5110,5) ạ 21,5= 213,5m

Tuy = 7.(15 — 10,53a 6.(1518) ạ 4.15= 133,5m

> L, =213,5 a 133,5 =347m

205 ChTn phuong 2n tNi wu

Cả hai phương án đều đảm bảo yêu cầu về mặt ki thuật nên ta xét đến yêu cầu

vẻ mặt kinh tế để lựa chọn Phương án tối ưu là phương án có tong chiéu cao cét thu

sét nhỏ nhất Ta có số liêwso sánh của 2 phương án ở bảng số 2.5 đưới dây

Bảng 2.5 So sánh 2 phương án

Tổng chiêu dai(m) 162 347

Từ bảng so sánh trên ta thấy phương án 1 có số lượng cột và tông chiều đài kim thu sét nhỏ hơn phương án 2 Do vậy ta chTn phương 2n I dé thi côngÓ

CHUONG III:

THIET KE HE THONG NOI DAT CHO TBA 220KV CAO BANG

301 Kh2i nigé chung

Bộ phận nối đất là phần cuối cùng của mạch chống sét Một vật bằng kim loại có hình đáng bất kỳ, kích thước bất kỳ chôn sâu dưới mặt đất, có liên hệ cùng dẫn điện với đất và tạo lên điện trở đều có thể gọi là bộ phận nói đất Một tập hợp nhiều bộ phận nối đất gọi là hệ thống nối đất Nhiệm vụ của hệ thống nối đất là tản dòng điện xuống đất dé dam bao cho điện thế trên vật nói đất có trị số bé Trong việc bảo vệ quá điện áp khí quyền thì nối đất của trạm, của các cột thu lôi, của đường dây và của thiết

Nỗi đất chỗng sét

Có tác dụng làm tản đòng điện sét vào trong đất khi có sét đánh vào cột thu lôi hay dây chống sét Hạn chế sự hình thành và lan truyền của sóng quá điện áp do phóng điện sét gây nên Nối đất chống sét còn có nhiệm vụ hạn chế hiệu điện thế giữa hai điểm bất kì trên cột điện và dat

3Ó2 C2c yêu cầu kỹ thuật đNi với hệ thNng nNi đất

Đối với hệ thống nói đất làm việc thì nó phải thỏa màn yêu cầu làm việc của mỗi thiết bị theo quy phạm:

Đối với các thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất yêu cầu điện trở nối đất phải thoả mãn; R<0,5 9

Đối với các thiết bị có điểm trung tính cách điện thì: R< = 9,

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: R< ?o,

Với I là dòng điện chạm đất, I tùy thuộc vào mỗi trường hợp chạm đất nó có giá trị khác nhau

Còn nếu điện trở nói 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 nói đất nhân tạo và yêu cầu trị số của điện trở nối đất nhân tạo là: R<1Ø

Trong khi thực hiện nối đất có thê tận dụng các hình thức nối đất sẵn có như các đường ống và các kết cầu kim loại của công trình chôn trong đất Việc tính toán điện trở tản của các đường ống chôn trong đất hoàn toàn giống với điện cực hình tia

Vì đất là môi trường không đồng nhất, khá phức tạp do đó điện trở suất của đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần của đất như các loại muối, axít chứa trong đất, độ âm, nhiệt độ và điều kiện khí hậu Do vậy trong tính toán thiết kế về nối đất thì trị số điện trở suất của đất đựa 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:

Prr= Pao: Km

Trong đó: px: điện trở suất tính toán của đất

0ao điện trở suất đo được của đất

K„: hệ số mùa của đất phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu Bảng 3.1 Hệ số K„ ứng với các trạng thái nói dat [1]

Loai noi dat Dạng cực - VỚI Các trạng thái

An toàn

Lam viéc

Cọc dài 213m chôn sâu 0,8m 1,4 2,0

3Ó3 Trình tB tính to2n

Điện trở suất đo được của đất: pa = 110 Om

Điện trở nói dat của cột đường dây: R, = 12 O

Dây chống sét sử dụng loại C170, có điện trở đơn vị là rạ = 2,38 O/km

Chiều dài khoảng vượt của đường đây 220kV là: lạ; = 300 m

Chiều dài khoảng vượt của đường đây 110kV là: lu = 250 m

Điện trở tác dụng của dây chống sét trên một khoảng vượt là:

Reex20 = to.lo2 = 2,38.300.10° = 0,714 (Q) Reetio = toliio = 2,38.250.108 = 0,595(Q)

Số lộ đường day trong tram: Phía 220kV n=4lộ

Phía 110kV n= I0 lộ

36301 NNi dat an toIn llề việc

Trạm điện thiết kế là trạm 220kV/110kV, là mạng có điểm trung tính trực tiếp nối đất nên yêu cầu của nói đất an toàn la: Rur < 0,5 Q

Ta có điện trở nói đất của hệ thống là:

Ryy=Rygl Ry =

Với Ra: là điện trở nối đất tự nhiên

Ryr: la dién trở nối đất nhân tạo, yêu cầu R„; < 1 O

3030101 NNi dat tB nhién

Nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống nối đất chống sét đường dây và cột điện 110kV và 220kV tới trạm

Ta có công thức sau:

Trong đó:

n: là số lộ đường dây

R:;: là điện trở tác dụng của dây chống sét trên một khoảng vượt

R.: là điện trở nói đất của cột điện

1 Phía 220kV:

Vậy ta có điện trở nối đất tự nhiên của toàn trạm là:

Buy = Roy oon! Ryan = oe — 0.175 INMO™ 0,648 + 0,239

Ta thay RTN 70,5 O đã đạt yêu cầu về lý thuyết Tuy vậy nối đất tự nhiên có thể có nhiều thay đôi, vì vay dé dam bao an toàn ta vẫn phải nói đất nhân tạo

3030102 NNi dat nhan tao

Ta sử dụng nối đất nhân tạo là hình thức nốt đất bang thanh ngang det 50x5mm, chôn sâu 0,8m, vòng quanh chu vi khu vực tường bao của trạm và cách tường bao lm như hình dưới đây