ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV VÀ ĐƯỜNG DÂY 220KV Giáo viên hướng dẫn TRẦN VĂN TỚP (ĐỀ 1)

I.Trường: ĐHBK Hà Nội, Bộ môn HỆ THỐNG ĐIỆN II.Giáo viên hướng dẫn: TS TRẦN VĂN TỚP III.Đề tài: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV VÀ ĐƯỜNG DÂY 220KV VI. Các nội dung chính: 1) Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 220/110kV. 2) Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét cho trạm biến áp 220/110kV. 3) Tính toán chỉ tiêu chống sét cho đường dây 220kV. 4) Tính toán bảo vệ chống sóng truyền từ đường dây tới trạm biến áp phía 220kV.

By Giangdt

Cán bộ hướng dẫn

TRẦN VĂN TỚP

Chương 1 TíNH TOáN BảO Vệ Chống SéT ĐáNH TRựC TIếP

3.4.2 Độ võng, độ treo cao trung bình, hệ số ngẫu hợp đường dây 50

3.4.5 Kết luận 84

Chương 4: Bảo vệ chống sóng quá điện áp

4.3 Lý thuyết tính điện áp trên cách điện khi có sóng truyền 87

4.3.2 Xác định điện áp tại điểm nút bằng phương pháp đồ thị 89

4.4 Tính toán bảo vệ sóng qúa điện áp truyền vào trạm 91

4.4.2 Lập sơ đồ thay thế tính toán trạng thái sóng của trạm 92

4.4.3 Thiết lập phương pháp tính điện áp với các nút sơ đồ rút gọn 95

By Giangdt

Chúng ta đang sống ở thế kỷ 21, thế kỷ của cách mang khoa học kỹ thuật.

Cùng với sự phát triển của khoa học thì điện năng là nguồn năng lượng hết

sức quan trọng đối với mọi lĩnh vực Nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp

hoá hiện đại hoá nên điện năng góp một phần đáng kể đối với sự nghiệp

công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước

Để đảm bảo cung cấp điện liên tục và chất lượng tốt thì bảo vệ và chống

sét cho hệ thống điện có một vị trí rất quan trọng Trong phạm vi đồ án thiết

kế chúng ta phải làm các vấn đề sau:

Chương I : Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm 220/110kV

Chương II : Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét cho trạm biến áp

Quá trình học tập cùng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân đặc biệt là sự

hướng dẫn tận tình của thầy giáo Trần Văn Tớp, bản đồ án náy đã được

hoàn thành Nhưng do thời gian có hạn, cùng với sự thiếu sót về kinh nghiệm

thực tế nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót cần bổ sung

Em xin chân thành cảm ơn các thày cô giáo đã giúp đỡ hướng dẫn cho em

hoàn thành bản đồ án này

Chương 1 TíNH TOáN BảO Vệ Chống SéT ĐáNH TRựC

TIếP VàO TRạM Biến áp 220/110KV

*******

1.1 Mở đầu

Việt Nam là nước nhiệt đới mưa nhiều có độ ẩm cao và sét hoạt động mạnh, số

ngày sét trong 1 năm từ 50 -:- 100 ngày Sét rất nguy hiểm và có thể sẽ đưa đến những

hậu quả hết sức nghiêm trọng nếu như các thiết bị điện của trạm phân phối điện ngoài

trời bị sét đánh trực tiếp Vì khi sét đánh trực tiếp vào các công trình sẽ gây tăng áp trên

các thiết bị, phá hỏng cách điện và có thể dẫn đến phóng điện sang các thiết bị khác ở

xung quanh, gây nên hư hỏng và đồng thời có thể làm ngừng việc cung cấp điện toàn

bộ trong một thời gian dài làm thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng trực tiếp tới các ngành

sản xuất và sinh hoạt của nhân dân, mà hầu hết các trạm đều được xây dựng ở ngoài

trời Nếu không có biện pháp bảo vệ thì nguy cơ rủi ro sẽ rất cao Do vậy cần thiết phải

bảo vệ chống sét đánh trực tiếp

Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp người ta thường đặt cột thu

sét hoặc dây thu sét Cột thu sét là thiết bị không phải để tránh sét mà ngược lại dùng để

thu hút phóng điện sét về phía nó bằng cách sử dụng các mũi nhọn nhân tạo sau đó dẫn

dòng điện sét xuống đất

Sử dụng các cột thu sét với mục đích là để sét đánh chính xác vào một điểm định

sẵn trên mặt đất chứ không phải là vào điểm bất kỳ nào trên công trình Cột thu sét tạo

ra một khoảng không gian gần cột thu sét (trong đó có vật cần bảo vệ), ít có khả năng bị

sét đánh gọi là phạm vi bảo vệ

1.2 CáC YÊU CầU Kỹ THUậT

1) Tất cả các thiết bị bảo vệ cần phải được nằm trọn trong phạm vi an toàn của hệ

thống bảo vệ Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các cấp điện áp mà hệ thống

các cột thu sét có thể được đặt trên các độ cao có sẵn của công trình như xà, cột đèn

chiếu sáng hoặc được đặt độc lập

- Khi đặt hệ thống cột thu sét trên bản thân công trình, sẽ tận dụng được độ cao vốn

có của công trình nên sẽ giảm được độ cao của hệ thống thu sét Tuy nhiên điều kiện

đặt hệ thống thu sét trên các công trình mang điện là phải đảm bảo mức cách điện cao

và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất bé

+Đối với trạm biến áp ngoài trời từ 110 kV trở lên do có cách điện cao (khoảng

cách các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) nên có thể đặt cột thu sét trên các kết

cấu của trạm Tuy nhiên các trụ của kết cấu trên đó có đặt cột thu sét thì phải nối đất

vào hệ thống nối đất của trạm phân phối Theo đường ngắn nhất và sao cho dòng điện is

khuyếch tán vào đất theo 3- 4 cọc nối đất Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối

đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất nhằm đảm bảo điện trở không quá 4Ω

+Nơi yếu nhất của trạm biến áp ngoài trời điện áp 110 kV trở lên là cuộn dây của

MBA Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ MBA thì yêu cầu khoảng cách giữa hai

điểm nối đất vào hệ thống nối đất của hệ thống thu sét và vỏ MBA theo đường điện phải

lớn hơn 15m

- Khi đặt cách ly giữa hệ thống thu sét và công trình phải có khoảng cách nhất định,

nếu khoảng cách này quá bé thì sẽ có phóng điện trong không khí và đất

2) Phần dẫn điện của hệ thống thu sét có phải có tiết diện đủ lớn để đảm bảo thoả

mãn điều kiện ổn định nhiệt khi có dòng điện sét đi qua

1.3 phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét

1.3.1 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét

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

Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là miền được giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp

tròn xoay có đường kính xác định bởi công thức

)hh(h

h1

6,1

rx: bán kính của phạm vi bảo vệ

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

dạng đơn giản hoá với đường sinh của hình chóp có dạng đường gãy khúc được biểu diễn

như hình vẽ dưới đây

a' b

c

a

h 0,8h

0,2h

0,75h

1,5h

R

Hình 1-1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét

Bán kính bảo vệ ở các mức cao khác nhau được tính toán theo công thức sau

h-1,5.h.(1

Chú ý:

Các công thức trên chỉ đúng trong trường hợp cột thu sét cao dưới 30m Hiệu quả của cột

thu sét cao quá 30m có giảm sút do độ cao định hướng của sét giữ hằng số Có thể dùng các

công thức trên để tính phạm vi bảo vệ nhưng phải nhân với hệ số hiệu chỉnh p Với

h

5,5

trên hình vẽ dùng các hoành độ 0,75hp và 1,5hp

2 Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét

Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét kết hợp thì lớn hơn nhiều so với tổng phạm vi bảo vệ của

hai cột đơn Nhưng để hai cột thu sét có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột thì

phải thoả mãn điều kiện a < 7h (h là chiều cao của cột)

a Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có cùng độ cao

- Khi hai cột thu sét có cùng độ cao h đặt cách nhau khoảng cách a (a < 7h) thì độ cao

lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét hođược tính như sau:

7

a- h

Sơ đồ phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có chiều cao bằng nhau

h 0,2h

h(1 h1,5r

o

x o

x o

Chú ý:

Khi độ cao của cột thu sét vượt quá 30m thì ngoài các hiệu chỉnh như trong phần chú ý

của mục 1 thì còn phải tính hotheo công thức:

p7

a-h

b Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau.

Giả sử có hai cột thu sét : cột 1 có chiều cao h1, cột 2 có chiều cao h2và h1> h2 Hai cột

cách nhau một khoảng là a

Trước tiên vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h1, sau đó qua đỉnh cột thấp h2 vẽ đường

thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ của cột cao tại điểm 3 Điểm này được

xem là đỉnh của cột thu sét giả định, nó sẽ cùng với cột thấp h2, hình thành đôi cột ở độ cao

bằng nhau và bằng h2với khoảng cách là a’ Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ của cột 1

h 2 0,2h 2

x

h 1 2

1

Hình 1-3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét khác nhau

c Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột (số cột >2).

Một nhóm cột sẽ hình thành 1 đa giác và phạm vi bảo vệ được xác định bởi toàn bộ

miền đa giác và phần giới hạn bao ngoài giống như của từng đôi cột

Vật có độ cao hxnằm trong đa giác hình thành bởi các cột thu sét sẽ được bảo vệ nếu

thoả mãn điều kiện:

D ha= 8.(h - hx) ( 1 – 8 )Với D là đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét

có 2 MBA 220/110kV MBA1 và MBA2

- Phía 110kV bao gồm 9 lộ dây ra và xà đỡ Có thêm 2 lộ được bố trí dành cho lắp đặt

Máy cắt liên lạc và máy cắt vòng Độ cao của các xà cần bảo vệ là 10,5m

- Phía 220kV bao gồm 6 lộ dây các xà đỡ Có thêm 1 lộ được bố trí dành cho lắp đặt Máy

cắt liên lạc của hệ thống 2 thanh góp Độ cao của các xà cần bảo vệ là 16m và 10,5m

PHÍA 220kV

PHÍA 110kV By Giangdt

1.4.1 Phương án 1

MBA2 MBA1

1 Tính độ cao tác dụng của cột thu sét

Để tính được độ cao tác dụng hacủa các cột thu sét, trước hết cần xác định đường kính

D của đường tròn ngoại tiếp tam giác (hoặc tứ giác) qua 3 (hoặc 4) đỉnh cột

Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi tam giác (hoặc tứ giác) đó được bảo vệ thì D  8

bp)(

ap(p.4

c.b.a2

R2

p : nửa chu vi của tam giác

a, b, c: độ dài tương ứng 3 cạnh của tam giác

- Độ cao tác dụng để nhóm 3 cột 6,5,9 bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải

thoả mãn điều kiện:

b = a9,10= 70(m).

c = a6,10=54,67(m)

- Đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là:

)cp)(

bp)(

ap(p.4

c.b.a2

R2

p : nửa chu vi của tam giác

a, b, c: độ dài tương ứng 3 cạnh của tam giác

- Độ cao tác dụng để nhóm 3 cột 6,9,10 bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng

phải thoả mãn điều kiện:

bp)(

ap(p.4

c.b.a2

R2

p : nửa chu vi của tam giác

a, b, c: độ dài tương ứng 3 cạnh của tam giác

- Độ cao tác dụng để nhóm 3 cột 11,13,14 bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng

phải thoả mãn điều kiện:

bp)(

ap(p.4

c.b.a2

R2

p : nửa chu vi của tam giác

a, b, c: độ dài tương ứng 3 cạnh của tam giác

- Độ cao tác dụng để nhóm 3 cột 7,10,11 bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng

phải thoả mãn điều kiện:

- Đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là:

)cp)(

bp)(

ap(p.4

c.b.a2

R2

p : nửa chu vi của tam giác

a, b, c: độ dài tương ứng 3 cạnh của tam giác

- Độ cao tác dụng để nhóm 3 cột 7,8,11 bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng

phải thoả mãn điều kiện:

- Độ cao tác dụng để 4 cột 9,10,13,12 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi

chúng thì phải thoả mãn điều kiện:

2 2 2 2 10,11 11,14

- Độ cao tác dụng để 4 cột 10,11,14,13 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi

chúng thì phải thoả mãn điều kiện:

- Độ cao tác dụng để 4 cột1,2,6,5 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng

thì phải thoả mãn điều kiện:

- Độ cao tác dụng để 4 cột3,4,8,7 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng

thì phải thoả mãn điều kiện:

- Độ cao tác dụng để 4 cột2,3,7,6 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng

thì phải thoả mãn điều kiện:

d Chọn độ cao tác dụng cho toàn trạm biến áp.

Sau khi tính toán độ cao tác dụng chung cho các nhóm cột thu sét như ở trên, ta chọn

độ cao tác dụng cho toàn trạm như sau:

Độ cao lớn nhất cần bảo vệ là: hx= 16m

Do đó, độ cao của các cột thu sét phía 220kV là: h = ha+ hx=11+ 16 = 27 m

- Phía 110kV:

Độ cao tác dụng: ha= 11m

Độ cao lớn nhất cần bảo vệ là: hx= 10,5m

Do đó, độ cao của các cột thu sét phía 110kV là: h = ha+ hx= 11 + 10,5 = 21,5 m

a Bán kính bảo vệ của các cột thu sét cao 21,5 m

b Bán kính bảo vệ của các cột thu sét cao 27m.

m h

m h

Tính toán tương tự, ta có bảng tổng kết sau cho các cột có độ cao khác nhau:

R10500

R2790 R10500

R960 R10500

R12560

R750 R12560

R3640 R12560

1.4.2 Phương án 2

Sơ đồ mặt bằng và vị trí các cột như hình vẽ

MBA2 MBA1

PHÍA 110kV PHÍA 220kV

1 Tính độ cao tác dụng của cột thu sét

Để tính được độ cao tác dụng hacủa các cột thu sét, trước hết cần xác định đường kính

D của đường tròn ngoại tiếp tam giác (hoặc tứ giác) qua 3 (hoặc 4) đỉnh cột

Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi tam giác (hoặc tứ giác) đó được bảo vệ thì D  8

bp)(

ap(p.4

c.b.a2

R2

p : nửa chu vi của tam giác

a, b, c: độ dài tương ứng 3 cạnh của tam giác

- Độ cao tác dụng để nhóm 3 cột 4,5,7 bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải

thoả mãn điều kiện:

- Độ cao tác dụng để 4 cột 7,8,11,10 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi

chúng thì phải thoả mãn điều kiện:

- Độ cao tác dụng để 4 cột 8,9,12,11 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi

chúng thì phải thoả mãn điều kiện:

- Độ cao tác dụng để 4 cột 1,2,5,4 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng

thì phải thoả mãn điều kiện:

- Độ cao tác dụng để 4 cột 2,3,6,5 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng

thì phải thoả mãn điều kiện:

c Chọn độ cao tác dụng cho toàn trạm biến áp.

Sau khi tính toán độ cao tác dụng chung cho các nhóm cột thu sét như ở trên, ta chọn

độ cao tác dụng cho toàn trạm như sau:

Độ cao lớn nhất cần bảo vệ là: hx= 16m

Do đó, độ cao của các cột thu sét phía 220kV là: h = ha+ hx=13+ 16 = 29 m

- Phía 110kV:

Độ cao tác dụng: ha= 11m

Độ cao lớn nhất cần bảo vệ là: hx= 10,5m

Do đó, độ cao của các cột thu sét phía 110kV là: h = ha+ hx= 11 + 10,5 = 21,5 m

a Bán kính bảo vệ của các cột thu sét cao 21,5 m

m h

h

m h

MBA2 MBA1

R12560 R750

R12560

R3640

R12560 R4360 R13500

R12990

R23810

Hình 1-8: Phạm vi bảo vệ theo phương án 2

1.5 Phương án kiến nghị

- Cả 2 phương án đều được chấp nhận về mặt kỹ thuật:

+Phương án 1: ta sử dụng 14 cột thu sét với tổng chiều dài là 176m

+Phương án 2 : ta sử dụng 12 cột thu sét với tổng chiều dài là 160,5m

- So sánh 2 phương án: Ta chọn phương án 2 làm phương án tính toán Bởi vì phương án

2 có số cột ít hơn phương án 1 trong khi đó tổng chiều dài lại ít hơn, việc bố trí trên cột

chống sét trên trạm đơn giản hơn

Chương 2 TíNH TOáN NốI ĐấT CHO TRạM BIếN áP

220/110KV

*******

2.1 Mở đầu

Như ta đã biết nhiệm vụ của bảo vệ chống sét đánh trực tiếp là thu hút phóng điện

sét Nhưng điều này sẽ làm tăng áp trên các thiết bị Nếu điện áp tăng quá cao sẽ gây

phóng điện sang các thiết bị khác, khi đó nguy cơ rủi ro sẽ rất cao Vì vậy, để đảm bảo an

toàn ta phải nối đất

Tác dụng của nối đất là tản dòng điện sét và giữ mức điện thế thấp trên các vật được

nối đất Trong hệ thống điện có 3 loại nối đất khác nhau:

2.1.1 Nối đất an toàn:

Nối đất an toàn có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người khi cách điện của thiết bị bị

hư hỏng Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem nối đất mọi bộ phân kim loại bình

thường không mang điện ( vỏ máy, thùng máy biến áp, các giá đỡ kim loại …) Khi cách

điện bị hư hỏng trên các bộ phận này sẽ xuất hiện điện thế nhưng do đã được nối đất nên

mức điện thế thấp Do đó đảm bảo an toàn cho người khi tiếp xúc với chúng

2.1.2 Nối đất làm việc :

Nối đất làm việc có nhiệm vụ đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị hoặc một

số bộ phận của thiết bị làm việc theo chế độ đã được quy định sẵn Loại nối đất này bao

gồm: Nối đất điểm trung tính MBA trong HTĐ có điểm trung tính nối đất, nối đất của

MBA đo lường và của các kháng điện bù ngang trên các đường dây tải điện đi xa

2.1.3 Nối đất chống sét:

Nhiệm vụ của nối đất chống sét là tản dòng điện sét trong đất (khi có sét đánh vào cột

thu sét hoặc trên đường dây) để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên thân cột không quá lớn

Do đó cần hạn chế các phóng điện ngược trên các công trình cần bảo vệ

2.2 Các yêu cầu kĩ thuật

Bộ phận nối đất có trị số điện trở tản càng bé càng tốt Tuy nhiên việc giảm thấp điện

trở tản đòi hỏi phải tốn nhiều kim loại và khối lượng thi công Do đó việc xác định tiêu

chuẩn nối đất và lựa chọn phương án nối đất phải sao cho hợp lý về mặt kinh tế và đảm bảo

các yêu cầu kỹ thuật

1) Bộ phận nối đất có trị số điện trở tản càng bé càng tốt Theo quy trình hiện hành tiêu

chuẩn nối đất được quy định như sau :

- Đối với thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất (dòng ngắn mạch chạm đất

lớn ) trị số điện trở nối đất cho phép là:

250

Nếu chỉ dùng cho các thiết bị cao áp

)(I

125

- Với các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất lớn thì phải đặt thêm nối đất nhân tạo

với trị số điện trở tản không quá 1Ω

2) Nối đất chống sét thông thường là nối đất của cột thu sét, cột điện và nối đất của hệ

thống thu sét ở trạm biến áp và nhà máy điện Hiện nay tiêu chuẩn nối đất cột điện được

quy định theo điện trở suất của đất và cho ở bảng :

Bảng 2 – 1: Điện trở nối đất cột điện

Điện trở suất của đất ρ (Ω cm) Rc(Ω)

sẵn của móng và chân cột bê tông để bổ sung hoặc thay thế cho phần nối đất nhân tạo

2.3 Lý thuyết tính toán nối đất

2.3.1 Tính toán nối đất an toàn.

Với cấp điện áp lớn hơn 110kV nối đất an toàn phải thoả mãn điều kiện là:

- Điện trở nối đất của hệ thống có giá trị R0,5Ω

- Cho phép sử dụng nối đất an toàn và nối đất làm việc thành một hệ thống

Điện trở nối đất của hệ thống

Ω

5,0RR

R.RR

//

RR

NT TN

TN NT TN

RTN: điện trở nối đất tự nhiên

RNT: điện trở nối đất nhân tạo

RNT 1Ω

1 Nối đất tự nhiên

Trong phạm vi của đề tài ta chỉ xét nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống chống sét

đường dây và cột điện 110kV và 220kV tới trạm

Ta có công thức tính toán như sau

RTN=

4

1R

R2

1R

cs c

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

Rc: điện trở nối đất của cột điện

2 Nối đất nhân tạo

Xét trường hợp đơn giản nhất là trường hợp điện cực hình bán cầu

Dòng điện trạm đất I đi qua nơi sự cố sẽ tạo nên điện áp giáng trên bộ phận nối đất

U=I.R ( 2 – 5 )R: điện trở tản của nối đất

Theo tính toán xác định được sự phân bố điện áp trên mặt đất theo công thức :

.I

Ur

π

ρ

Trong thực tế nối đất có các hình thức cọc dài 2 3m bằng sắt tròn hay sắt góc chôn

thẳng đứng: thanh dài chôn nằm ngang ở độ sâu 0,50,8m đặt theo hình tia hoặc mạch

vòng và hình thức tổ hợp của các hình thức trên Trị số điện trở tản của hình thức nối đất

.2R

2π

ρ

Trong đó :

L: chiều dài tổng của điện cực

d : đường kính điện cực khi điện cực dùng sắt tròn Nếu dùng sắt dẹt trị số d

vòng, điện trở tản của hệ thống được tính theo công thức

c t t

c

c t ht

.R.n.R

R.RR

2.3.2 Tính toán nối đất chống sét

ở đây phải đề cập tới 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 Ngược lại khi nối đất dùng hình thức phân bố

dài (tia dài hoặc mạch vòng ) thì đồng thời phải xem xét đến cả hai quá trình, chúng có

hiệu quả khác nhau đối với hiệu quả nối đất

1 Điện trở tản xung kích của nối đất tập trung:

Qua nghiên cứu và tính toán người ta thấy rằng 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 của nối đất tỉ lệ với ρ nên hệ số xung kích có trị số là

ρ

α

.I

1R

Rxk

hoặc ở dạng tổng quát :

xk

α f(I ρ ) ( 2 – 10 )

2 Tính toán nối đất phân bố dài không xét tới quá trình phóng điện trong đất.

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

Hình 2-1: Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất.

Trong mọi trường 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 đến phần điện dung C vì ngay cả trong trường hợp

sóng xung kích, dòng điện dung cũng rất nhỏ so với dòng điện qua điện trở tản

Sơ đồ đẳng trị lúc này có dạng :

Hình 2-2: Sơ đồ đẳng trị thu gọn

Trong sơ đồ thay thế trên thì :

L : điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài

G : điện dẫn của điện cực trên một đơn vị dài

L=0, 2[ln(l/r)-0, 31] (H/m) ( 2 – 11 )Trong đó :

l : chiều dài cực

r : bán kính cực ở phần trước nếu cực là thép dẹt có bề rộng b (m)

Do đó : r =b/4Gọi Z (x, t) là điện trở xung kích của nối đất kéo dài, nó là hàm số của không gian và

thời gian t

Z (x, t)=

)tx(

)tx(U

( 2 – 12 )Trong đó U(x, t), I(x, t) là dòng điện và điện áp xác định từ hệ phương trình vi phân :

.

k T t l G

a t x U

k

T t

cos 1

1 2

,

1 2 1

=

−

1 2

1 1 1

2 1

1 , 0

k

T t

K

e k t

T l

G t

Với :

2 2 2

.

.



k

l G L

T k = (hằng số thời gian)

2 2 1

.

.



l G L

.

2 1

k

T

T k =

3 Tính toán nối đất phân bố dài khi có xét quá trình phóng điện trong đất.

Việc giảm điện áp và cả 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 Việc tính toán tổng trở sẽ rất phức tạp và chỉ có thể giải bằng phương

pháp gần đúng ở đây trong phạm vi của đề tài ta có thể bỏ qua quá trình phóng điện trong

đất

2.4 Tính toán nối đất an toàn

2.4.1 Nối đất tự nhiên

Trong phạm vi của đề tài ta chỉ xét nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống chống sét

đường dây và cột điện 110kV và 220kV tới trạm

Tính Rcs:

Dây chống sét sử dụng loại AC-70 có ro=0,46Ω/km

Chiều dài khoảng vượt300m.

Rcs= ro l =0,46 300 10-3= 0,138(Ω)

Tính Rc:

Điện trở suất của đất vùng trạm ρ = 125Ω.m

Ta có thông số nối đất cột trung bình:

Rc=12 Ω

Do kết cấu của trạm có 6 lộ 220kV , 9 lộ 110 kV Ta có:

4

1R

R2

1

R

n

1R

cs c

c TN







n : số lộ dây;

Rc: điện trở nối đất của cột điện: Rc= 12 Ω

Rcs: điện trở tác dụng của dây cs: Rcs= 0,138(Ω)

Ta thấy rằng RTN< 0,5Ω về mặt lý thuyết là đạt yêu cầu về nối đất an toàn Tuy nhiên

nối đất tự nhiên có thể xảy ra biến động, chính vì vậy ta cần phải nối đất nhân tạo

2.4.2 Nối đất nhân tạo

Đối với nối đất nhân tạo cho trạm biến áp thì có nhiều cách thức khác nhau như nối đất

kiểu lưới và kiểu mạch vòng

Với trạm đã cho ta sử dụng nối đất mạch vòng xung quanh trạm bằng các thanh dẹt

Ta cần xác định điện trở nối đất mạch vòng :

M BA2

M BA1

Hình 2-3: Sơ đồ và kích thước mạch vòng nối đất