Tính toán thiết kế hệ thống nối Đất, chống sét cho Đường dây và trạm biến Áp 110kv cấp Điện cho kcn Ở hải phòng

Hệ thống nối đất chống sét đóng vai trò quan trọng trong việcphân tán dòng sét xuống đất một cách an toàn, giảm thiểu ảnh hưởng của xungsét đối với thiết bị và con người.. + Chống sét

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Mã số sinh viên: 2021600883

Hà Nội – Năm 2025

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU 4

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 5

MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT CỦA TRẠM BIẾN ÁP 110kV 8

1.1 Ảnh hưởng của giông sét tới trạm biến áp và đường dây 8

1.2 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét 9

1.2.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập 9

1.2.2 Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét 12

1.2.3 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau 13

1.2.4 Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột thu sét (số cột >2) 14

1.4 Tính toán cho phương án 1 15

1.4.1 Tính độ cao tác dụng của cột thu sét: 15

1.4.2 Phạm vi bảo vệ của từng cột : 16

1.5 Phương án 2 19

1.5.1 Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét 19

1.5.2 Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét 19

1.5.3 Tính toán cho phương án 2 21

1.5.4 Phạm vi bảo vệ của phương án 2: 24

1.6 Kết luận: 26

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 110kV 27

2.1 Yêu cầu kỹ thuật khi nối đất trạm biến áp 27

2.1.1 Nối đất làm việc 27

2.1.2 Nối đất an toàn 27

2.1.3 Nối đất chống sét 28

2.2 Số liệu tính toán nối đất 30

2.2.1 Nối đất an toàn 30

2.2.2 Điện trở nối đất tự nhiên 31

2.2.3 Nối đất chống sét 32

2.3 Tính toán cho trạm thiết kế: 35

2.4 Kết luận 43

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY 110kV 44

3.1 Cường độ hoạt động của sét 44

3.1.1 Số lần sét đánh vào đường dây 44

3.1.2 Số lần phóng điện do sét đánh vào đường dây 46

3.1.3 Số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây 46

3.1.4 Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng 47

3.2 Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây 48

3.2.1 Mô tả đường dây cần bảo vệ 48

3.2.2 Độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở, hệ số ngẫu hợp của đường dây 49

3.2.3 Tổng trở sóng A 54

3.2.4 Hệ số ngẫu hợp 55

3.2.5 Tính số lần sét đánh vào đường dây 57

3.2.6 Số lần sét dánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 58

3.2.7 Số lần sét đánh vào đỉnh cột và khoảng vượt 58

3.2.8 Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 58

3.3 Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt 60

3.4 Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột 67

3.5 Tính toán quá điện áp đặt lên chuỗi sứ Ucđ(a,t) 76

3.6 Kết luận 82

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN VÀ SÓNG QUÁ ĐIỆN ÁP TỪ ĐƯỜNG DÂY VÀO TRẠM 110kV 83

4.1 Khái niệm chung 83

4.1.1 Xác định điện áp tại điểm nút bằng phương pháp đồ thị 88

4.1.2 Sóng bất kỳ tác dụng lên chống sét van đặt cuối đường dây 90

4.2 Tính toán bảo vệ khi có sóng quá điện áp truyền vào trạm 92

4.2.1 Lập sơ đồ thay thế tính toán trạng thái sóng của trạm 93

4.2.2 Nút 1 97

4.2.3 Nút 2 98

4.2.4 Nút 3 100

4.2.5 Nút 4 101

4.3 Kết luận 108

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 109

PHỤ LỤC 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Bảng phạm vi bảo vệ của các cặp cột 17

Bảng 2.1 : Bảng tính toán chuỗi số 38

Bảng 2.2 : Bảng tính toán Bk 42

Bảng 3.1: Bảng xác suất hình thành hồ quang η =f ( E lv). 46

Bảng 3.2: Giá trị Ucđ(a,t) tác dụng lên chuỗi sứ ( Rc=10 ) 63

Bảng 3.3: Đặc tính phóng điện của chuỗi sứ( R c =10Ω) 63

Bảng 3.4: Bảng tính giá trị I 65

Bảng 3.5: Đặc tính xác suất phóng điện ϑ pd ( R c =10Ω) 66

Bảng 3.6: Giá trị U cđ a ,t ( R c =10Ω) 79

Bảng 3.7: Đặc tính xác suất phóng điện ϑ pd ( R c =10Ω) 81

Bảng 4.1: Điện áp chịu đựng của máy biến áp theo thời gian 103

Bảng 4.2: Đặc tính V-S của thanh góp 104

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét 11

Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau 13

Hình 1.3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau 14

Hình1.4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột tạo thành tam giác và chữ nhật 15

Hình 1.5: Phạm vi bảo vệ của chống sét cho độ cao 11m 18

Hình 1.6: Phạm vi bảo vệ của một dãy thu sét 19

Hình 1.7: Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét 20

Hình 1.8: Phạm vi bảo vệ của dây thu sét cho độ cao 11m 25

Hình 2.1: Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất 33

Hình 2.2: Sơ đồ đẳng trị rút gọn 33

Hình 2.3 : Kích thước cọc nối đất 40

Hình3.1: Đồ thị η =f ( E lv). 47

Hình 3.2: Sơ đồ cột đơn 110kV 48

Hình 3.3: Sơ đồ xác đinh hệ số ngẫu hợp 55

Hình 3 4: Sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét 60

Hình 3.5: Đồ thị U cđ (a,t) 64

Hình 3.6: Đồ thị I = f(a) xác định miền nguy hiểm 65

Hình 3.7: Sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chống sét 67

Hình 3.8: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi chưa có sóng phản xạ 69

Hình 3.9: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi có sóng phản xạ 70

Hình 3.10: Đồ thị U cđ (a,t) 80

Hình 4.1: Quá trình truyền sóng giữa hai nút 85

Hình 4.2: Sơ đồ tương đương của quy tắc Petersen 86

Hình4.3: sơ đồ nguyên lý sóng đẳng trị 87

Hình 4.4: Đặc tính điện trở phi tuyến 88

Hình 4.5: Sơ đồ thay thế theo quy tắc petersen 89

Hình 4.6: Phương pháp cộng đồ thị 89

Hình 4.7: Đặc tính V – A của chống sét van ZnO 91

Hình 4.8: Sơ đồ Petersen 92

Hình 4.9: Sơ đồ một sợi đơn giản của trạm 93

Hình 4.10: Các thiết bị chính cần được bảo vệ 93

Hình 4.11: Sơ đồ trạng thái sóng nguy hiểm 94

Hình 4.12: Sơ đồ thay thế trạng thái sóng nguy hiểm 94

Hình 4.13:Sơ đồ thay thế rút gọn của trạng thái sóng nguy hiểm 96

Hình 4.14: Sơ đồ petersen tại nút 1 97

Hình 4 15: Sơ đồ Petersen tại nút 2 98

Hình 4.16: Sơ đồ petersen tại nút 3 100

Hình 4.17: Sơ đồ Petersen tại nút 5 102

Hình 4.18: Đồ thị điện áp chịu đựng của máy biến áp 103

Hình 4.19: Đặc tính V – A của chống sét van 104

Hình 4.20: Đồ thị đặc tính V-S của thanh góp 105

Hình 4.21: Đồ thị điện áp với a = 300kV/ s 106

Hình 4.22: Đồ thị điện áp với a = 600kV/ μ s 107

Hình 4 23: Đồ thị điện áp với a = 900kV/ μ s 107

Hình 6.1 Nối đất cho trạm 110kV 110

Hình 6.2: Cột thu sét và nối đất 111

MỞ ĐẦU

“Trong hệ thống điện quốc gia, trạm biến áp 110kV giữ vai trò then chốttrong việc truyền tải và phân phối điện năng đến các khu công nghiệp, đô thị vàkhu dân cư Thành phố Hải Phòng – một trong những trung tâm kinh tế lớn củamiền Bắc – hiện đang phát triển mạnh mẽ về hạ tầng công nghiệp và đô thị, kéotheo nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng cao Do đó, việc đảm bảo an toàn và

ổn định cho các trạm biến áp tại khu vực này là yêu cầu cấp thiết

Một trong những mối đe dọa lớn đối với sự an toàn của trạm biến áp là hiệntượng sét đánh trực tiếp hoặc lan truyền Sét không chỉ gây hư hỏng thiết bịđiện mà còn có thể đe dọa đến tính mạng con người và làm gián đoạn quá trìnhcung cấp điện Hệ thống nối đất chống sét đóng vai trò quan trọng trong việcphân tán dòng sét xuống đất một cách an toàn, giảm thiểu ảnh hưởng của xungsét đối với thiết bị và con người

Trên cơ sở đó, đề tài “Thiết kế hệ thống nối đất chống sét cho trạm biến áp110kV tại Hải Phòng” được thực hiện nhằm nghiên cứu các giải pháp nối đấthiệu quả, phù hợp với điều kiện địa chất khu vực, đồng thời đáp ứng các tiêuchuẩn kỹ thuật hiện hành như TCVN, IEC, IEEE, Mục tiêu của đề tài là đềxuất phương án thiết kế tối ưu, vừa đảm bảo an toàn kỹ thuật, vừa mang tínhkhả thi trong thi công và vận hành

Kết quả nghiên cứu không chỉ có ý nghĩa khoa học trong việc áp dụng lýthuyết tiếp địa và chống sét vào thực tế, mà còn mang lại giá trị thực tiễn trongviệc nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ cho công trình điện, góp phần bảo đảmnguồn điện ổn định cho thành phố Hải Phòng.”

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT VÀ

NỐI ĐẤT CỦA TRẠM BIẾN ÁP 110kV

1.1 Ảnh hưởng của giông sét tới trạm biến áp và đường dây

“Hệ thống đường dây truyền tải điện trung thế và cao thế đóng vai trò rấtquan trọng trong việc cung cấp năng lượng ổn định và liên tục Tuy nhiên, các

hệ thống này thường đối mặt với nguy cơ cao, đặc biệt là những nơi có địa hìnhphức tạp và thời tiết khắc nghiệt các đường dây truyền tải điện cao thế (35kV-220kV) thường có chiều cao cột từ 18 đến 30m hoặc hơn tùy vào địa hình vàyêu cầu kỹ thuật lắp đặt, số lượng dây dẫn nhiều hơn, cần phải có biện pháp bảo

ĐẶT VẤN ĐỀ

“Trong hệ thống điện, trạm biến áp và đường dây là hai thành phần thenchốt, đảm nhận vai trò truyền tải và phân phối điện năng Để đảm bảo quá trìnhcung cấp điện được ổn định và không gián đoạn, việc bảo vệ an toàn cho cácthành phần này, đặc biệt là chống sét, là hết sức cần thiết Các biện pháp bảo vệchống sét cho trạm biến áp và đường dây bao gồm:

+ Chống sét đánh trực tiếp: Trạm biến áp được bảo vệ bằng cách lắp đặt dâychống sét phía trên các thiết bị, thanh cái và xà đỡ, hoặc sử dụng cột thu lôikiểu Franklin để hấp thụ và dẫn dòng sét xuống đất.

+ Mạng lưới nối đất: Thiết kế mạng nối đất có nhiệm vụ phân tán dòng điệnsét một cách an toàn xuống lòng đất, hạn chế nguy cơ phát sinh dòng điệnngược có thể gây hư hại cho thiết bị

+ Thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào đường dây

+ Thiết kế bảo vệ chống sóng quá áp truyền từ đường dây vào trạm

1.2 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét.

Cột thu sét là thiết bị có chức năng thu hút sét đánh vào để kiểm soát và dẫndòng điện sét xuống đất an toàn, thay vì để sét đánh vào bất kỳ vị trí nào củacông trình Nhờ đó, tạo ra một vùng không gian xung quanh – gọi là phạm vibảo vệ, trong đó xác suất bị sét đánh rất thấp Tất cả thiết bị cần bảo vệ phảinằm hoàn toàn trong vùng này

Tùy thuộc vào đặc điểm của mặt bằng trạm, cột thu sét có thể được lắp đặttrên các kết cấu có sẵn như xà đỡ, cột đèn, hoặc được bố trí độc lập Việc tậndụng chiều cao từ kết cấu có sẵn giúp giảm chiều cao cột thu sét, tuy nhiên nếuđặt trên xà đỡ trạm, cần chú ý đến hiện tượng điện áp giáng khi sét đánh, dễ gâyphóng điện ngược nếu cách điện không đủ lớn Do đó, điều kiện bắt buộc làcách điện phải cao và điện trở nối đất phải nhỏ

Đối với các trạm phân phối ngoài trời từ 110kV trở lên, do có cấp cách điệnlớn, có thể đặt cột thu sét trên kết cấu của trạm Khi đó, các trụ đặt cột thu sétcần được nối đất vào hệ thống tiếp địa của trạm bằng đường dẫn ngắn nhất, vàdòng sét phải được phân tán qua 3–4 cọc nối đất Ngoài ra, từng trụ đặt cột thusét cần có nối đất bổ sung để giảm điện trở tổng thể

Máy biến áp là thiết bị nhạy cảm nhất với quá điện áp sét Khi dùng chốngsét van để bảo vệ máy biến áp, cần đảm bảo khoảng cách từ điểm nối đất củacột thu sét đến vỏ máy biến áp theo đường điện phải ≥15m để tránh ảnh hưởngcủa điện áp lan truyền.

Nếu đặt cột thu sét trên xà đỡ trạm 110kV trở lên, tại điểm nối giữa kết cấuvà cột thu sét phải có nối đất bổ sung, và điện trở khuếch tán không được vượtquá 4Ω để đảm bảo an toàn phóng điện

Khi dùng cột thu sét độc lập, cần duy trì khoảng cách hợp lý với thiết bị đượcbảo vệ để tránh hiện tượng đánh ngược từ cột sang thiết bị

Việc lắp đặt cột thu sét sẽ làm tăng xác suất sét đánh vào khu vực công trình,

vì vậy cần tính toán vị trí lắp đặt hợp lý để đảm bảo hiệu quả bảo vệ tối ưu.Dây dẫn sét phải có tiết diện đủ lớn để đảm bảo chịu được dòng sét màkhông bị quá nhiệt

Trong trường hợp dùng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ thu sét, dây dẫn điệncấp cho đèn phải đặt trong ống kim loại và chèn kín để ngăn dòng sét lan truyềnvào hệ thống chiếu sáng.”

1.2.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập.

“Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập là miền được giới hạn bởi mặtngoài của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình.[5]

0,2 h

h x

1,5

r x

rX: bán kính của phạm vi bảo vệ chống sét

Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo

vệ dạng đơn giản hoá đường sinh của hình chóp có dạng đường gẫy khúc như hình sau:

Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét.

Bán kính được tính theo công thức[5] sau:

toán phạm vi bảo vệ nhưng phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh p=5 , 5

√h và trên hoành độ lấy các giá trị 0 , 75 hp và 1 ,5 hp.”

1.2.2 Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét.

“Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu sét khi hoạt động phối hợp sẽrộng hơn tổng phạm vi bảo vệ của từng cột riêng lẻ Để các cột này phối hợphiệu quả, khoảng cách giữa hai cột, gọi là a (a ≤ 7 h trong đó h là độ cao của cộtthu sét) Vùng ngoài khoảng cách giữa hai cột có phạm vi bảo vệ tương tự nhưcủa một cột thu sét đơn Trong khi đó, vùng bên trong được giới hạn bởi mộtvòng cung nối ba điểm: hai đỉnh cột và một điểm có độ cao h0 — độ cao lớnnhất giữa hai cột, được xác định theo công thức cụ thể:”

h0=h− a

7 [5]

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

r0xvà được xác định như sau:

h0=h− a

7 p

0,2 h

0,75

1,5 h

r x

R

r 0 x

Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau.

1.2.3 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau.[5]

“Trường hợp hai cột thu sét có độ cao h1 và h2 khác nhau thì việc xác địnhphạm vi bảo vệ được xác định như sau:

Vẽ phạm vi bảo vệ của cột thấp và cột cao riêng rẽ Qua đỉnh cột thấp vẽ ường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở điểm 3 điểmnày được xem là đỉnh của một cột thu sét giả định Cột 1 và cột 3 hình thànhđôi cột có độ cao bằng nhau (h1) với khoảng cách a’ Bằng cách giả sử vị trí x

đ-có đặt cột thu lôi 3 đ-có độ cao h1 Điểm này được xem như đỉnh của một cột thusét giả định Ta xác định được các khoảng cách giữa hai cột có cùng độ cao h1

là a' và x như sau:”

R

2 1

1

h 1,5h1

Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ 2 cột có độ cao bằng nhau

1.2.4 Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột thu sét (số cột >2).[5]

“Độ cao tác dụng cột thu lôi phải thoả mãn yêu cầu sau:

D ≤ 8 h a

Trong đó: D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột

ha=h- hx : độ cao hiệu dụng của cột thu sét.”

Độ cao tác dụng của cột thu sét ha phải thoả mãn điều kiện:”

h a ≥ D

8

Hình1.4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột tạo thành tam giác và chữ nhật.

1.4 Tính toán cho phương án 1

1.4.1 Tính độ cao hiệu dụng của cột thu sét:

“Để tính toán độ cao tác dụng ha của các cột thu sét ta cần xác định đường kính D của đường tròn ngoại tiếp tam giác (hoặc tứ giác) qua các đỉnh cột Để

cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi tam giác (hoặc tứ giác) đó được bảo vệ thì phải thoả mãn điều kiện h a ≥ D

Hình 1.5: Phạm vi bảo vệ của chống sét cho độ cao 11m

1.5 Phương án 2

1.5.1 Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét

Phạm vi bảo vệ khi dùng dây thu sét là một khu vực như hình vẽ Chiều rộng của phạm vi bảo vệ phụ thuộc vào độ cao hx được biểu diễn như hình vẽ

Hình 1.6: Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét

Khi độ cao cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được hiệu chỉnh theo P

1.5.2 Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét.

 Để phối hợp bảo vệ bằng hai dây thu sét thì khoảng cách giữa hai dây thu sét phải thoả mãn điều kiện :

Hình 1.7: Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét

Trong trạm 110kV có treo 4 dây chống sét A-95 , 2 dây 12 và 34 dài l= 80m, 2 dây 14 và 23 dài l=45m Khoảng cách giữa hai dây 12 và 34 là S=45m, khoảng cách giữa 2 dây 14 và 23 là S=80m Để bảo vệ toàn bộ xà trong trạm thì :

Nhiệt độ ứng với trạng thái bão: θbão=25oC

Nhiệt độ ứng với trạng thái min: θmin=5oC

Tải trọng do trọng lượng gây ra: g1=8.10-3kg/m.mm2

Tải trọng do gió gây ra (áp lực gió cấp 3 với v=30m/s) :

Kiểm tra điều kiện ta thấy l< lgh

+ Với khoảng vượt l1 =80m

Phương trình trạng thái ứng vơi θmin có dạng:

Phương trình trạng thái ứng vơi θmin có dạng:

Vậy chọn độ cao treo dây thu sét là h=32m

b)Phạm vi bảo vệ của dây thu sét:

Ta tính vị trí cao nhất của cột vì độ chênh lệch không cao

c) Phạm vi bảo vệ của từng cột thu sét phía 110kV:

Ta đăt cột thu sét bao biên có độ cao 32m

1.5.4 Phạm vi bảo vệ của phương án 2:

Ta chỉ cần vẽ phạm vi bảo vệ cho độ cao hx=11m

Hình 1.8: Phạm vi bảo vệ của dây thu sét cho độ cao 11m

Cả 2 phương án trên đều đạt yêu cầu đề ra

Phương án 1: Có 4 cột và mỗi cột cao 16m

Phương án 2: Có 4 cột và mỗi cột cao 32m và 250m dây thu sét A-95

Mặt khác nếu chọn phương án 2 phải xây cột cao hơn phương án 1 và vì thế nên sẽ không tối ưu về mặt kinh tế và xây dựng nên ta chọn phương án 1

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 110kV 2.1 Yêu cầu kỹ thuật khi nối đất trạm biến áp

“Nối đất là phương pháp kết nối các bộ phận kim loại có khả năng tiếp xúcvới dòng điện (do sự cố cách điện) với hệ thống tiếp địa Mục đích của việc nốiđất là phân tán dòng điện xuống đất, giúp giữ điện áp trên các bộ phận nối đất ởmức thấp, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị Hệ thống nối đất đóng vai tròthiết yếu trong việc bảo vệ chống quá điện áp Tùy theo chức năng và hiệu quảhoạt động, hệ thống này được phân thành ba loại khác nhau

2.1.1 Nối đất làm việc.

Nhiệm vụ chính là đảm bảo thiết bị hoặc các bộ phận cụ thể của thiết bị hoạt động ổn định theo chế độ làm việc đã được quy định trước

+ Nối đất điểm trung tính máy biến áp

+ 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.”

2.1.2 Nối đất an toàn.

Nhiệm vụ của nối đất là bảo vệ an toàn cho con người trong trường hợp cáchđiện bị hỏng Việc này được thực hiện bằng cách nối đất các bộ phận kim loạikhông mang điện như vỏ máy, thùng dầu máy biến áp và các giá đỡ kim loại.Khi cách điện bị suy giảm hoặc hư hỏng do lão hóa, trên các bộ phận kim loại

có thể xuất hiện điện áp, nhưng nhờ hệ thống nối đất, điện áp này được giữ ởmức thấp, không gây nguy hiểm cho người tiếp xúc

2.1.3 Nối đất chống sét.

Mục tiêu chính của hệ thống nối đất là phân tán dòng điện sét xuống đất, gópphần ngăn chặn sự hình thành và lan truyền của sóng quá điện áp do hiện tượngphóng điện sét gây ra Ngoài ra, nối đất còn giúp giảm hiệu điện thế giữa cộtđiện và mặt đất, hạn chế nguy cơ phóng điện ngược từ cột thu sét hoặc đườngdây vào các thiết bị điện và công trình cần bảo vệ, từ đó tránh hư hỏng thiết bị,đặc biệt là máy biến áp

Hiệu quả của nối đất phụ thuộc vào điện trở tiếp đất – điện trở càng thấp thìkhả năng tản dòng càng cao, tăng độ an toàn cho hệ thống Tuy nhiên, để đạtđược điện trở nhỏ thường phải đầu tư lớn, do đó trong thiết kế cần cân đối giữayêu cầu kỹ thuật và yếu tố kinh tế để đảm bảo hiệu quả sử dụng và chi phí hợplý

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

“Trị số điện trở nối đất của nối đất an toàn được chọn sao cho các trị số điện

áp bước và tiếp xúc trong mọi trường hợp đều không vượt quá giới hạn chophép

+ Đối với các thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất yêu cầu điệntrở nối đất phải thoả mãn: R ≤0,5Ω

+ Đối với các thiết bị có điểm trung tính cách điện thì: R ≤250

I Ω.+ 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 ≤125

I Ω.Dòng điện I tùy theo mỗi trường hợp sẽ có trị số khác nhau:

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

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

I = 3.Uf. C

Trong đó:

C là điện dung của một pha của hệ thống nối đất

Uf là điện áp pha

Trong trường hợp hệ thống có sử dụng thiết bị bù, dòng điện tính toán IIIđược xác định là phần dòng ngắn mạch chạm đất còn lại sau khi đã loại bỏ thiết

bị bù có công suất lớn nhất Tuy nhiên, lưu ý rằng giá trị dòng điện này khôngđược vượt quá 30ª

Đối với hệ thống nối đất có nối thiết bị bù, dòng điện tính toán được lấy bằng125% dòng điện định mức của thiết bị bù

+ Khi dùng nối đất tự nhiên nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn yêu cầucủa các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé thì không cần nối đất nhân tạonữa 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 vàyêu cầu trị số của điện trở nối đất nhân tạo là: R≤1Ω

+ Trong khi thực hiện nối đất có thể tận dụng các hình thức nối đất sẵn có nhưcác đường ống và các kết cấu kim loại của công trình chôn trong đất Việc tínhtoán điện trở tản của các đường ống chôn trong đất hoàn toàn giống với điệncực hình tia

+ Vì đất là môi trường không đồng nhất, khá phức tạp do đó điện trở suất củađất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần của đất như các loại muối, axít chứa trong đất,độ ẩm , nhiệt độ và điều kiện khí hậu Ở Việt nam khí hậu thay

đổi theo từng mùa độ ẩm của đất cũng thay đổi theo dẫn đến điện trở suất cuảđất cũng biến đổi trong phạm vi rộng Do vậy trong tính toán thiết kế về nối đấtthì trị số điện trở suất của đất dựa theo kết quả đo lường thực địa và sau đó phảihiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích là tăng cường an toàn.

Công thức hiệu chỉnh như sau:

ρ TT = ρdo K m[5]

Trong đó: tt: là điện trở suất tính toán của đất

đo: điện trở suất đo được của đất

Km: hệ số mùa của đất

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

2.2 Số liệu tính toán nối đất

Điện trở suất đo được của đất: ρ d =50 Ωm

Điện trở nối đất cột đường dây: : r c=10 Ω

Dây thu sét dùng C-95 có điện trở đơn vị là: r0=1, 88 Ω/km

Chiều dài khoảng vượt đường dây là: l =200 m

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

R HT=RNT/ ¿R TN=R TN R NT

R NT +RTN ≤ 0 , 5Ω[5]

R TN: điện trở nối đất tự nhiên

R NT: điện trở nối đất nhân tạo R NT ≤ 1Ω

Vậy R ht =0 ,61<1hệ thống đạt yêu cầu nối đất chống sét

2.2.2 Điện trở nối đất tự nhiên.

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

Trong đó : n: số lộ dây

Rcs: điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vượt

Rc : điện trở nối đất của cột điện.

R TN=1

5.

10 1

2 +√ 10 0,367 +1

- Quá trình quá độ của sự phân bố điện áp dọc theo chiều dài điện cực

- Quá trình phóng điện trong đất

Khi chiều dài điện cực ngắn (nối đất tập trung) thì không cần xét quá trình quá

độ mà chỉ cần xét quá trình phóng điện trong đất Ngược lại khi nối đất dùnghình thức phân bố dài (tia dài hoặc mạch vòng) thì đồng thời phải xét cả hai quátrình có ảnh hưởng khác nhau đến hiệu quả nối đất

Điện trở tản xung kích của nối đất tập trung:

Điện trở tản xung kích không phụ thuộc vào kích thước hình học của điện cực mà nó được quy định bởi biên độ dòng điện I, điện trở suất ρ và đặc tính xung kích của đất

Vì trị số điện trở tản xoay chiều nối đất tỷ lệ với ρ nên hệ số xung kích có giá trị :

Sơ đồ đẳng trị của nối đất được thể hiện như sau:

Hình 2.1: Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất

Cho rằng điện trở suất của đất là không đổi, như vậy trong tính toán điện trởxung kích của nối đất kéo dài có thể dùng sơ đồ thay thế tương tự như đối vớiđường đây trên không Vì điện trở bản thân cực bé hơn rất nhiều so với điệncảm của nó, ảnh hưởng của điện dung C cũng rất nhỏ so với ảnh hưởng củađiện dẫn G nên có thể bỏ qua do đó ta có sơ đồ thay thế”

“L= 0,2[ln(l/r)-0,31] (µH/m) [2]”Với l: chiều dài cực

r: bán kính cực , ở phần trước r = d2

Z(x, t) được định nghĩa là điện trở xung kích của hệ thống nối đất dạng kéo dài,

phụ thuộc vào vị trí x trên chiều dài của điện cực và thời điểm t, tức là một hàm

theo không gian và thời gian.”

2.3 Tính toán cho trạm thiết kế:

Hệ thống nối đất chống sét được kết hợp với hệ thống nối đất an toàn, vì vậy nóđược thiết kế theo cấu trúc mạch vòng

Tính L theo công thức

L= 0,2[ln(l/r)-0,31] (µH/m)Trong đó l là chiều dài điện cực

I s{ at khit <τ ds

I =a τ ds khi t >τ ds

Biên độ dòng điện sét được quy chuẩn là I = 150 kA

Độ dốc của dòng sét là a = 30 kA/ µ s

Thời gian đầu sóng là

U d =I Z XK (0 , τ ds )<U 50%MBA

Trong đó I: Biên độ của dòng sét

ZXK(0,τds): Tổng trở xung kích ở đầu vào nối đất của dòng điện sét

U50%MBA : Điện áp 50% của máy biến áp

Ta có U50%110=460kV

Đối chiếu điều kiện:

Ud = 150 5,1= 765 (kV) >460 (kV)Vậy nên ta phải nối đất bổ sung

Ta chọn loại thanh thép có: chiều dài l=12 m, bề rộng b= 0,04 m

Dọc theo chiều dài thanh có chôn 3 cọc tròn có:chiều dài cọc l=3 m, đường kính d=0,04 m.

Khoảng cách giữa hai cọc a= 6 m, độ chôn sâu t=0,8 m

tt: Là điện trở suất của đất, đối với cọc ta có  = đo Kmcọc

Tra bảng (2-1) sách hướng dẫn thiết kế KTĐCA ta có Kmc = 1,15”