Chương 8: Nối đất chống sét ở đây phải đề cập đến cả hai quá trình đồng thời xảy ra khi có dòng điện tản trong đất: - Quá trình quá độ của sự phân bố điện áp dọc theo chiều dài điện cực
Trang 1Chương 8: Nối đất chống sét
ở đây phải đề cập đến cả hai quá trình đồng thời xảy ra khi
có dòng điện tản trong đất:
- 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 Ng-ợc lại khi nối đất dùng hình thức phân bố dài (tia dài hoặc mạch vòng) thì đồng thời phải xét cả hai quá trình có ảnh h-ởng 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 th-ớc hình học của điện cực mà nó đ-ợc 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 :
.
1
I R
R xk
hoặc ở dạng tổng quát: xk f(I, )
(2.8)
Tính toán nối đất phân bố dài không xét đến quá trình phóng điện trong đất:
Trang 2Sơ đồ đẳng trị của nối đất đ-ợc thể hiện nh- sau:
Hình 2.2: Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất.
Trong mọi tr-ờng hợp đều có thể bỏ qua điện trở tác dụng R vì nó bé so với trị số điện trở tản, đồng thời cũng không cần xét tới phần điện dung C vì ngay cả trong tr-ờng hợp sóng xung kích, dòng điện dung cũng rất nhỏ so với dòng điện qua điện trở tản
L
G
L
G
L
G
L
G
Hình 2.3: Sơ đồ đẳng trị rút gọn
Trong đó:
L: điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài
G: điện dẫn của điện cực trên một đơn vị dài
Với:
l: chiều dài cực
Trang 3r: bán kính cực ở phần tr-ớc nếu cực là thép dẹt có bề rộng b(m)
Do đó r b4
Gọi Z(x,t) là điện tr-ờng xung kích của nối đất kéo dài, nó là hàm
số của không gian và thời gian
) , (
) , ( ) , (
t x I
t x U t x
(2.10)
Trong đó U(x,t); I(x,t) là dòng điện và điện áp xác định từ hệ ph-ơng
trình vi phân:
U G x I
t
I L x U
.
(2.11) Giải hệ ph-ơng trình này ta đ-ợc điện áp tại điểm bất kỳ và tại thời
điểm t trên điện cực:
1
cos 1
1 2 ) , (
k
T t
l
x k e
k T t l G
a t x
(2.12)
Tổng trở xung kích ở đầu vào của nối đất:
2
) , 0 (
k
T t
K
e k
t
T t l G
a t
.
.
k
l G L
T K ; 1 . 2. 2
l G L
K T
T K
Trang 4Tính toán nối đất phân bố dài khi có xét quá trình phóng điện trong đất.
Việc giảm điện áp và mật độ dòng điện ở các phần xa của điện cực làm cho quá trình phóng điện trong đất ở các nơi này có yếu hơn so với đầu vào của nối đất Do đó điện dẫn của nối đất (trong sơ đồ
đẳng trị) không những chỉ phụ thuộc vào I, ρ mà còn phụ thuộc vào toạ độ Tuy nhiên việc tính toán tổng trở sẽ rất phức tạp vì vậy ta có thể bỏ qua trong phạm vi đồ án này
Tính toán cho trạm thiết kế:
Đây là trạm 110/220kV nên cho phép nối đất chống sét nối chung vào với nối đất an toàn Do đó nối đất chống sét là nối đất phân bố dài dạng mạch vòng Lúc này mạch vòng đ-ợc xem nh- hai tia ghép song song Chiều dài mỗi tia là:
312 5 ( )
2
625
L
l
Điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài là:
L 0,2.ln 0,31
4
10 4 4 2
2
2
m b
d
r
10 1
5 312 ln 2 ,
Điện dẫn của điện cực trên một đơn vị dài:
Trang 5R l
G
2
1
AT mua
MVAT
k
R
.
.
(2.15)
kmua.AT=1,6 và kmua.set=1,2
1 , 2 0 , 462 ( )
6 , 1
617 , 0
MVS
R
462 , 0 5 , 312 2
m
Trong thiết kế tính toán ta chọn dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xiên góc có biên độ không đổi
Ph-ơng trình sóng có dạng sau:
ds ds
ds S
t khi a
I
t khi at
I
(2.16)
Biên độ dòng điện sét đ-ợc quy định là I 150 kA
Độ dốc của dòng sét là a 30kA/ s
Thời gian đầu sóng là 5 ( )
30
150
s a
I
Trang 6
I = a
I s ( A )
t( s ) Tổng trở xung kích của hệ thống nối đất nhân tạo là:
2 1
1 ) , 0 (
k
T ds
ds
e k
T l
G Z
Do coi mạch vòng là sự ghép song song của hai tia nên:
2 1 2
1 )
, 0 (
k
T ds
MV
ds
e k k
T l
G Z
(2.18)
Để xác định đ-ợc Z∑(0,τds) ta xét chuỗi số sau:
1
2 2
2 2
6
1
2
1 1
1 1
(2.19)
2 1
.
k
T T
T T
k
e e
e e
k
K
ds ds
ds
K
(2.20)
Trong dãy số này ta chỉ xét đến số hạng chứa e-4, từ số e-5 trở đi có giá trị rất nhỏ so với các số hạng tr-ớc nên ta có thể bỏ qua ta tính
đến k sao cho:
Trang 7
K
ds
T
(2.21)
ds
ds K
k hay k
T
2 1
4
ds
T k
1 2
) ( 93 , 70 5 , 312 10 46 , 3 07 , 2
2
2 3 2
2
53 , 7 5
93 , 70 2
ds
T k
Ta lÊy gi¸ trÞ k tõ 1-8:
K
ds
T
K
ds
T
e
2
K
e K
ds
T
B¶ng 2.2: B¶ng tÝnh to¸n chuçi sè
1
k
T K
ds e k
Ta cã
2 , 1
1
k
T K ds e k
VËy:
) ( 3 , 6 ) 2 , 1 645 , 1 (
5
93 , 70 2 1 5 312 10 46 , 3 2
1 )
,
0
Z
Trang 8Do máy biến áp là phần tử yếu nhất nên ta chỉ cần kiểm tra với máy biến áp Khi có dòng điện sét đi vào nối đất để đảm bảo an toàn phải thoả mãn điều kiện:
MBA ds
XK
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 110
%
50
% 50
U = 900 kV Vậy lấy U50%MBA = 460 kV Kiểm tra điểu kiện:
) ( 945 3 , 6
% 50
Có U d U50%MBA vậy cần phải tiến hành nối đất bổ sung
