Việc thiết kế hệ thống nối đất chống sét và an toàn yêu cầu sinh viên nêu ra cách thức nối đất chống sét. Đó là cách bố trí, tính toán những thông số cần thiết cho của hệ thống nối đất như điện trở tản ổn định,đồng thời cũng kiểm tra khả năng tản dòng điện sét vào đất và kiểm quá áp trên các thiết bị khi nối chung hai hệ thống nối đất trên. Quá áp phải nhỏ hơn mức cách điện chịu đựng của các thiết bị cách điện kém nhất trong trường hợp nguy hiểm nhất khi dòng sét đi vào trong đất.
Trang 1LỜI GIẢI ĐỀ THI MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Số thứ tự N = 16
Trang 2Câu 1:Sơ đồ mạch:
Sóng điện áp dạng xiên góc : U = 100 kV , độ dốc a = 200 + 16 = 216
Đặc tính chống sét van : U = 145.I 0,03
LBC = 24m
Ta có sơ đồ sóng lan truyền như hình vẽ :
Ta có ds= U/a = 100/216 = 0,462963 ( s)
Thời gian truyền sóng từ B -> C
300
24
s v
l BC
216 (t kV neu t) 0,462963 s
Trang 3 Chọn t= 0,08 s
lập phương trình điện áp các nút :
+ Nút B : Dùng qui tắc sóng đẳng trị
Zdt1 = (ZAB.ZBC)/( ZAB + ZBC) = ZAB/2 = ZBC/2 = 416/2 = 208
2Udt1 = 2. 1 ' 2. . Cb' AB' CB'
BC
dt AB
AB
Z
Z U
Z
Z
UBC = Ucsv - U Cb'
Ucsv + I.Zdt1 = 2.Udt1 = 145.I0,03 + I.208
Dòng qua CSV được tính lặp theo thuật toán :
I =
100 / 3
(2 208 145
dt
U I
Ucsv = 145.I0,03
UBC = Ucsv - U Cb'
+ Nút C : Dùng qui tắc sóng đẳng trị :
Trang 42Uđt2 = 2U’BC
Zdt2 = ZBC = 416
UC =2.Udt2 ZC/(Zdt2 + ZC )=2.Udt2 .1160 /(1160 + 416 )=(0,736041).2.Udt2
'
Cb C BC
Ta lập được bảng tính lặp kết quả điện áp các nút như bảng sau:
Trang 5t U' AB U' CB 2U dt1 Icsv Ucsv U BC U' BC 2U dt2 U C U CB
0,32 69,12 32,6305 101,7505 3,061E-01 139,9400 107,3095 114,0328 228,0656 167,8655 53,8327
Trang 60,88 100 45,3414 145,3414 7,076E-01 143,5031 98,1617 96,6504 193,3008 142,2772 45,6268
Trang 7Câu 2 :
Hệ thống nối đất gồm một điện cực thanh nằm ngang bằng sắt:
Đường kính d = 20mm,dài l = 40 + N=40+16 = 56 điện trở suất của đất
I= 25+5*N=25+5*16=105(kA) độ dốc a=20+5*N=20+5*16=100
(kA/s)
Điện trở nối đất an toàn được tính theo công thức:
Rt =
d
d h
l
).
2 (
2 ln
2
2
ln
0,02
2 (0,8 ).0,02
2
ta tính được tổng trở xung kích đầu vào:
Rxk = Rt = 1,18 266,2195 = 372,7073
Câu 3:
1,Đường dây tải điện trên không điện áp 110Kv trở nên bắt buộc phải treo dây chống sét toàn tuyến :
* Đường dây 110KV trở lên để giảm nhẹ chi phí cắt điện người ta thường nối đất trực tiếp điểm trung tính ( Cách điện chỉ cần thiết kế với điện áp pha ) tuy nhiên khi ngắn mạch chạm đất thì mạng không làm viêch được ,bảo vệ rơle số tác động cắt mạng điện sự cố -> gây mất điện Đường dây trên không là phần tử tiếp xúc nhiều với khí quyển phân bố rộng trong không gian,qua nhiều vùng khí hậu và là phần tử chịu nhièu quá điện áp khí quyển -> là một trong số các nguyên nhân gây ngừng cung cấp điện
và hậu quả của nó ảnh hưởng rộng do các đường dây 110kV thường là các đường dây truyền tải hoặc liên lạc hệ thống quan trọng
+ Xét đường dây 110kV có các thông số :
Trang 8Cách điện gồm 7 bát sứ,chiều dài chuỗi sứ lcs = 1,2m Điện áp phóng điện là U50cd% = 650kV
Ta có : Elv =Ulv/lcs = 110/( 3.1,2) = 53,2 kV/m
cd
5 , 6 100
650 100
%
xác xuất phóng điện do sét đánh:
Nc = (0,06 0,09) 100.10.0,78.0,55 = 26,4 39,6
lần/100kmxnăm
Ta thấy xuất cắt điện rất cao gây thiệt hại lớn về mặt kinh tế
- dự trữ cách điện của đường dây cao áp là thấp,các thiết bị cao áp thường có giá trị lớn và có vai trò quan trọng cần hạn chế thấp
chống sét toàn tuyến
* Đường dây 35kV không treo dây toàn tuyến nhưng có treo dây chống sét đoạn gần trạm
Mạng 35kV có trung tính cách điện do đó chạm đất 1 pha có phóng điện chuỗi sứ chưa gây nguy hại gì tới sự ổn định của
pha,bảo vệ rơle không tác động nhảy máy cắt,mà chỉ báo tín hiệu chạm đất.Mạng 35kV chỉ cắt điện khi có sự cố 2 hoặc 3 pha suất
VD: xét đường dây 35kV có các thông số :
Cột sắt cao h = 10 m điện trở nối đất R = 10
Cách điện U50cd% = 350kV
Hệ số ngâu hợp giữa 2 pha: k=0,3
k
U a
10 ) 03 1 ( 100
350 2 )
1 ( 100
%
Trang 9Xác xuất phóng điện trên cả hai pha :
pd = exp ( -10/26,2) = 0,681
1
,
0
suất cắt :
- đường dây 35kV có mức dự trữ cách điện cao do vậy đường dây 35kV không treo dây chống sét toàn tuyến tuy nhiên thường treo dây trên đoạn cỡ 1-2km gần trạm do:
+ các thiết bị trong trạm có mức cách điện rất thấp so với cách điện đường dây,do là các thiết bị quan trọng và tốn kém,do đó phải hạn chế quá điện áp truyền vào trạm bằng cách treo dây chống sét đoạn gần trạm.Nếu có sét đánh xa hơn thì sóng quá điện
áp truyền vàp trạm không còn nguy hiểm do có đặt CSV ở đàu đương dây gần trạm và do vầng quang điện là cho độ sóng QĐA
là không nguy hại cho các thiết bị của trạm
2,Tính dòng và áp qua các dây dẫn khi sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn pha A trên cùng của đường dây 220kV ( giả thiết đường dây được cắt khỏi lưới)
+ Đường kính dây dẫn:d=21,6 +0,1*N=21,6+0,1.16= 23,2
(mm)
+ Đường kính dây chống sét : d= 11 (mm)
+ Chiều cao chuỗi cách điện : h = 2,35m
+ Dòng điện xét có biên độ : 10 kA
Hình vẽ bài toán :
Trang 10Ta có khoảng cách giữa các dây dẫn được mô tả trên hình vẽ sau :
trong đó khoảng cách giữa các dây dẫn tính rất đơn giản nên không trình bày cách tính
Trang 11- Từ đó ta tính được các giá trị tổng trở sóng riêng và tổng trở sóng
hỗ cảm tính theo công thức sau:
Zkk = 138 lg(2hk/rk)
Zkp = 138lg(bpk/dpk)
Trong đó : hk,rk : độ treo cao và bán kính dây dẫn thứ k
dpk : khoảng cách giữa dây dẫn thứ p và k
bpk : khoảng cách giữa dây dẫn p và ảnh của dây dẫn
k
Từ hình vẽ ta tính được :
r1 = r2 = r3 = d/2= 11,6 (mm)
h1 = 25,05 m ,h2 = h3 = 18,05 m
d12 = d21 = 7,28m ,d13 = d31 = 13,04m
d23 =d32 = 13m
b12 = b21 = 43,14638 m,b13 = b31 = 44,14638 m
b32 = b23 = 38,36939 m
Từ đó ta tính được :
Z11 = 501,6824 ,Z22 = Z33 = 482,0408
Z21 = Z12 = 106,6482 ,Z31 = Z13 = 73,54055
Z23 = Z32 = 64,86573
Áp dụng hệ phương trình mắc xoen ta có hệ phương trình điện áp của hệ thống dây dẫn như sau:
1 1 11 2 12 3 13
2 1 21 2 22 3 23
3 1 31 2 32 3 33
U = I Z + I Z + I Z
U = I Z + I Z + I Z
U = I Z + I Z + I Z
Dây dẫn 1 bị sét đánh nên coi như dây 1 được nối với nguồn
U1 = Is/4.Z0 =(10/4).400 = 1000kV
Các dây dẫn khác có dòng bằng 0
Trang 12 U2 = I1.Z21 = 1,993293.106,6482= 212,5811 kV