ĐÁP ÁN VÀ ĐỀ THI MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP (ĐỀ 4)

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.

LỜI GIẢI ĐỀ THI MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

Số thứ tự N = 32

Câu 1:Sơ đồ mạch:

Sóng điện áp dạng xiên góc : U = 100 kV , độ dốc a = 200 + 32 = 232

ZAB = ZBC = 400 + N=400+32 = 432 

ZC = 1000 + 10.32 = 1320 

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 = 100/232 = 0,431034 ( s)

Chọn thời điểm sóng tới B làm gốc thời gian tính UC sau 4s

Thời gian truyền sóng từ B -> C

TBC = 0 , 08 ( )

300

24

s v

l BC   

232 ( ) 0,431034

'

100 ( ) 0,431034

AB

U











 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 = 432/2 = 216 

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.216

Dòng qua CSV được tính lặp theo thuật toán :

I =

100 / 3

(2 216 145

dt

U  I

Ucsv = 145.I0,03

UBC = Ucsv - U Cb'

+ Nút C : Dùng qui tắc sóng đẳng trị :

2Uđt2 = 2U’BC

Zdt2 = ZBC = 432

UC =2.Udt2 ZC/(Zdt2 + ZC )=2.Udt2 .1320 /(1320 + 432 )=(0,753425).2.Udt2

'

Cb C BC

U U U

Ta lập được bảng tính lặp kết quả điện áp các nút như bảng sau:

0,08 18,56 0,0000 18,5600 1,739E-21 34,5603 34,5603 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,16 37,12 0,0000 37,1200 1,882E-11 69,1205 69,1205 34,5603 69,1205 52,0771 17,5168

0,24 55,68 17,5168 73,1968 2,870E-02 130,3480 112,8312 69,1205 138,2409 104,1541 35,0337 0,32 74,24 35,0337 109,2737 3,061E-01 139,9400 104,9063 112,8312 225,6624 170,0196 57,1884 0,4 100 57,1884 157,1884 7,867E-01 143,9603 86,7719 104,9063 209,8126 158,0780 53,1717

0,48 100 53,1717 153,1717 7,577E-01 143,7980 90,6263 86,7719 173,5438 130,7522 43,9803 0,56 100 43,9803 143,9803 6,815E-01 143,3417 99,3614 90,6263 181,2527 136,5602 45,9339

0,64 100 45,9339 145,9339 6,920E-01 143,4072 97,4733 99,3614 198,7228 149,7227 50,3613 0,72 100 50,3613 150,3613 7,285E-01 143,6287 93,2674 97,4733 194,9465 146,8775 49,4043 0,8 100 49,4043 149,4043 7,225E-01 143,5931 94,1889 93,2674 186,5349 140,5400 47,2725 0,88 100 47,2725 147,2725 7,076E-01 143,5031 96,2306 94,1889 188,3778 141,9285 47,7396

Câu 2 :

Hệ thống nối đất gồm một điện cực thanh nằm ngang bằng sắt:

Đường kính d = 20mm,dài l = 40 + N=40+32 = 72 điện trở suất của đất

=50 + 5.32= 210 ( m).cách mặt đất h= 0,8m.dòng điện sét có biên độ I= 25+5*N=25+5*32=185(kA) độ dốc a=20+5*N=20+5*32=180 (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

Với dòng điện sét có biên độ I = 105 (kA) độ dốc a = 100 (kA/s).Tra bảng

ta được hệ số xung kích của điện cực  1,25

 ta tính được tổng trở xung kích đầu vào:

Rxk =  Rt = 1,25 446,8466 = 625,5852 

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 :

Độ cao treo dây h = 10m ,số ngày giông sét nngs = 100ngày/năm

Cách 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

Ta xác định được xác xuất duy trì hồ quang   0 , 55

Dòng sét nguy hiểm Isngh = U kA

cd

5 , 6 100

650 100

%

50    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 nhất thiệt hại do vậy các đường dây U  110kV phải treo dây 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 mạng,mạng điện

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 cắt của đường dây 35kV rất nhỏ so với các đường dây  110kV

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

số ngày sét nngs = 100ng/năm

k

U a

10 ) 03 1 ( 100

350 2 )

1 ( 100

%





 Xác xuất phóng điện trên cả hai pha :

pd = exp ( -10/26,2) = 0,681

Xác xuất duy trì hồ quang tra được với cột cao 10m,nngs = 100    0 , 1

 suất cắt :

Nc = (0,06 0,09) 100.10.0,681.0,1 = 4,6  6,129 lần/100kmxnăm

Ta thấy Nc rất nhỏ và nếu giảm R nối đất thì Nc không đáng kể

- 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 :

Ta 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

- 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= 12,4 (mm)

h1 = 31,45 m ,h2 = h3 = 24,45 m

d12 = d21 = 7,28m ,d13 = d31 = 13,04m

d23 =d32 = 13m

b12 = b21 = 55,93577 m,b13 = b31 = 56,97201 m

b32 = b23 = 50,59852 m

Từ đó ta tính được :

Z11 = 511,3216 ,Z22 = Z33 = 496,2324

Z21 = Z12 = 122,207 ,Z31 = Z13 = 88,37299

Z23 = Z32 = 81,44683

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

U1 = I1.Z11  I1 = U1/Z11 = 1000/511,3216 = 1,955716 kA

 U2 = I1.Z21 = 1,955716.122,207= 239,0023 kV

 U3 = I1.Z31 = 1,955716.88,37299 = 172,8325 kV