THIẾT KẾ CHỐNG SÉT CHO TRẠM ĐIỆN CẤP ĐIỆN ÁP 220 110KV

Cột thu sét gồm kim thu sét bằngkim loại đặt trên cột cao hơn cơng trình cần được bảo vệ để thu sét và kim này đượcnối với dây dẫn xuống đất cùng với thiết bị nối đất.. Phạm vi bảo vệ củ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

- -ĐỒ ÁN:

THIẾT KẾ CHỐNG SÉT CHO TRẠM ĐIỆN CẤP ĐIỆN ÁP 220/110KV

GVHD : T.s Hồ Văn Nhật Chương SVTH : Võ Công Lập

MSSV : 409BK030

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – THÁNG 5, NĂM 2013

Chương I

THIẾT KẾ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP LÊN TRẠM BIẾN ÁP NGỒI TRỜI

I KHÁI NIỆM CHUNG:

Sét đánh trực tiếp vào đường dây tải điện, các thiết bị, các bộ phận mang điệncủa trạm phân phối và nhà máy điện sẽ gây nên quá điện áp nguy hiểm làm ngắn mạch,chạm đất các pha, gây hư hỏng cách điện của các thiết bị, làm giảm độ tin cậy cung cấpđiện cho các phụ tải, gây thiệt hại lớn đối với nền kinh tế Vì vậy khi thiết kế nhà máyđiện nĩi riêng và hệ thống điện nĩi chung phải bảo vệ chống sét đánh trực tiếp một cáchhiệu quả và tin cậy

Đối với các trạm biếp áp, lợi dụng độ cao của dàn trụ cổng và các trụ vượt, ta đặtlên đĩ các kim thu sét để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm theo nguyên tắc bảo

vệ trọng điểm

Ngồi việc dùng kim để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp, ta cĩ thể dùng dây thusét hoặc kết hợp cả dây thu sét và kim thu sét Dùng kim thu sét sẽ tránh dịng điện cảmứng trên dây gây tổn thất nhưng khơng kinh tế nếu phải xây thêm nhiều kim thu sét độclập Dùng dây thu sét cĩ lợi thế đơn giản, kinh tế nhưng lại gây cảm ứng trên dây gâytổn thất Vấn đề nguy hiểm hơn hết là khi dây thu sét bị đứt sẽ gây ngắn mạch trongtrạm, nếu dây thu sét vắt ngang qua hai thanh gĩp bị đứt sẽ gây mất điện tồn trạm,giảm độ tin cậy cung cấp điện

II BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP

1 Cấu tạo một cột thu sét

trong trạm biến áp thực hiện bằng các cột thu sét Cột thu sét gồm kim thu sét bằngkim loại đặt trên cột cao hơn cơng trình cần được bảo vệ để thu sét và kim này đượcnối với dây dẫn xuống đất cùng với thiết bị nối đất

Kim thu sét

Cột đỡ Dây dẫn sét

Thiết bị nối đấtHình 1.1 Cấu tạo một cột thu sét

Khu vực có xác suất 100% sét đánh vào cột

R = 3,5 h

h

khả năng bị sét đánh gọi là phạm vi của cột thu sét Phạm vi bảo vệ này phụ thuộcvào nhiều yếu tố: chiều cao, số lượng, cách bố trí các cột thu sét, chiều cao địnhhướng của sét và các điều kiện của địa chất thuỷ văn của nơi đặt hệ thống thu sét

xử lý số liệu theo nguyên lý thống kê

dạng trường của dòng tiên đạo nên nơi đổ bộ của sét ở mặt đất bị lệch về phía chân

của phạm vi bảo vệ ở ngay trên mặt đất

2 Phạm vi bảo vệ của một kim thu sét:

công trình đó phải nằm trong vùng bảo vệ của kim thu sét có bán kính của vùng bảo

vệ tính theo công thức thực nghiệm:

rx là bán kính của phạm vi bảo vệ của cột thu sét ở độ cao hx (m);

p là hệ số hiệu chỉnh tuỳ thuộc vào chiều cao của cột thu sét

với p = 1 khi h < 30m

p = √30h khi 30m < h < 60mKhi 60m  h  200m thì ta hiệu chỉnh theo độ cao

Hình 1.3: Phạm vi bảo vệ của cột thu sét

3 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau:

Nếu hai cột thu sét đặt cách nhau một khoảng a < 7h thì sẽ bảo vệ được một vật

h0=h− a

a là khoảng cách giữa hai cột sét;

h chiều cao cột thu sét

Phần bên ngoài hai cột được xác định như đối với từng cột riêng lẻ (như II.1.1).

Khu vực giữa hai cột được giới hạn bởi một cung tròn qua hai đỉnh cột và điểm

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

h o

h x

0,75h 0,75h o

0,75h o

1,5h

Hình 1.4: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có cùng độ cao

4 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau:

thu sét giả h3 có độ cao bằng h2 được tạo ra cách h1 một khoảng:

r1=1,6 h1 p h1−h2

khoảng cách giữa h2 và h3 là a’ =a – r1 Độ cao hx nằm giữa h2 và h3 được bảo vệ nấuthỏa a’ ≤ 7(h2 – h0) Với h0 = h2− a '

7 p

được giới hạn như hình, trong đó

Hình 1.5: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau.

5 Phạm vi bảo vệ của nhiều kim thu sét:

Trong thực tế để bảo vệ chống sét trực tiếp cho một công trình thường có nhiềuhơn hai cột thu sét Vị trí của các cột thu sét này hình thành các đa giác Đa giác nàyđược tổ hợp từ các tam giác Trong trường hợp đặc biệt có thể là hình vuông hoặchình chữ nhật

A Xét trường hợp ba cột hình thành nên một tam giác:

Ta xét trường hợp đơn giản các cột thu xét là bằng nhau Khảo sát vùng bảo

vệ của ba cột thu sét hình thành nên tam giác

D 3

Hình 1.6: Phạm vi bảo vệ của ba cột thu sét có cùng độ cao

 Vùng bảo vệ độ cao h x của ba cột thu sét như sau:

a23 là khoảng cách giữa hai cột thu sét 2 và 3 (m);

a31 là khoảng cách giữa hai cột thu sét 3 và 1 (m)

Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác 123:

D= a12a23a31

Kiểm tra vùng bảo vệ theo từng cặp cột thu sét một giống như trờng hợp xácđịnh vùng bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau

B Xét trường hợp bốn cột hình thành nên một hình vuông hay hình chữ nhật:

D 4

Hình 1.7: Phạm vi bảo vệ của bốn cột thu sét có cùng độ cao

Việc xác định vùng bảo vệ của bốn cột thu sét cũng tương tự như trongtrường hợp ba cột thu sét

III CÁC YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU SÉT

Khi thiết kế chống sét, ta cần dựa trên bản vẽ mặt bằng và mặt cắt của trạm để xácđịnh khu vực cần bảo vệ và cách bố trí cột thu sét cho hợp lý

Một phương pháp hợp lý phải thoả mãn các yêu cầu sau:

1 Yêu cầu kỹ thuật:

mang điện của trạm

ra phóng điện ngược lên cách điện của trạm

cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ

2 Yêu cầu kinh tế:

án được lựa chọn phải có chi phí đầu tư xây dựng hệ thống thu sét bé nhất (ít tốn

kém vật tư, sắt thép, dể thi công, lắp đặt, ít tốn công sức…).

trạm để đặt hệ thống thu sét (như mái nhà, xà đỡ dây, cột đèn pha chiếu sáng,

cột angten…), nhờ đó giảm được giá thành xây dựng cột thu sét.

3 Các yêu cầu khác:

Hệ thống thu sét xây dựng không gây trở ngại cho sự vận hành bình thường của

trạm, cho sự giao thông của xe cộ và người trong trạm (ví dụ: không đặt cột thu

sét trên hầm cáp, đường ray, đường ô tô…), đồng thời phải chú ý đến tính mỹ

quan của công trình (ví dụ: không lộn xộn, không lố nhố, quá nhiều độ cao…).

4 Thiết kế hệ thống thu sét:

A Các thông số trạm biến áp:

Trạm 2 cấp (110KV/22KV,…).

 Công suất: khoảng vài chục MVA trở lên.

trở lên ít được dùng

phía cao áp, trung áp, nhà điều khiển,…).

B Quan điểm thiết kế:

- Nên đặt kim thu sét trên các độ cao sẵn có: trụ đỡ, xà treo dây, cột đènchiếu sáng,… Nếu xà đỡ, thanh góp thấp hơn các cột thì ta gia cố chân

xà và nối thêm trụ của xà cho bằng độ cao của cột cùng cấp

- Để đảm bảo an toàn, mỹ quan… độ cao kim thu sét không vượt quá50% độ cao xà

- Khi tận dụng độ cao sẵn có của công trình mà vùng bảo vệ vẫn khôngphủ hết thì có thể đặt thêm các cột thu sét độc lập

- Khu vực quan trọng nhất cần bảo vệ tuyệt đối là khu vực đặt MBA

- Chỉ được đặt kim thu sét trên trụ xà không được đặt giữa xà Khôngđặt kim thu sét trên xà đỡ MBA

Ta chỉ có thể đặt cột thu sét trên các kết cấu của trạm (trừ xà MBA)

trong điều kiện:

- Điện trở nối đất các kết cấu có mang cột thu sét không vượt 4Ω trongbán kính 20m với điện trở suất của đất là   500Ωm, trong phạm vi30m nếu điện trở suất của đất là  ≥ 500Ωm

- Khi các điều kiện không thoả mãn thì cột thu sét sẽ đặt cách ly với cáccông trình của trạm Khi đó nối đất của cột thu sét cũng nối riêng vớinối đất an toàn của trạm

IV TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

1 Giới thiệu

Ta phải trình bày sơ đồ nguyên lý của trạm, các cấp điện áp của trạm Trìnhbày sơ đồ mặt bằng có ghi kích thước rõ ràng Việc này sẽ có lợi cho ta vềmặt tính toán và trình bày phương án

2 Các phần tử

Ta giới thiệu rõ các công trình, phần tử có thể có trong trạm (điều này sẽ

giúp ta dễ dàng tính tối ưu vật liệu, giảm thiểu chi phí xây lắp):

- Chiều cao, số lượng và phân bố các cột đỡ dây vào trạm, xà đỡ thanh góp,

… phía cao áp, phía trung áp

- Kích thước nhà điều khiển

- Chiều cao cột ăngten

- Chiều cao, số lượng và phân bố các cột đèn pha chiếu sáng trạm (nếu có).

- Kích thước vóng rào của trạm (vì yêu cầu ta phải bảo vệ toàn khu vực

của trạm)…

3 Các bước tính toán:

A Bước 1: Thiết kế

bảo vệ:

- Vùng phía cấp điện áp cao áp (220KV).

- Vùng phía cấp điện áp trung áp (110KV).

- Vùng nhà điều khiển (cấp điện áp hạ áp (22KV) theo hầm ngầm vào

nhà điều khiển).

vảo vệ:

- Vùng phái cấp điện áp trung áp (110KV).

- Vùng nhà điều khiển (cấp điện hạ áp (22KV) theo hầm ngầm vào nhà

điều khiển).

thường cao nhất là cột đở dây vào trạm, dây vượt…).

thường cao nhất là cột đở dây ra khỏi trạm, dây vượt…).

- Vùng nhà điều khiển: nhà điều khiển có chiều cao là thấp nhất, thôngthường ta lợi dụng cột anten, các kim thu sét lân cận để chống sét, thườngkhông cần bố trí cột thu sét

- Ta thường đặt kim thu sét trên các cột, xà… có sẳn để giảm bớt chi phixây dựng, khi các kim này bảo vệ không hết ta mới đặt các cột độc lập

- Ta chia các cột thu sét theo nhóm ba cột (tam giác), nếu có bốn cột lập

thành hình chữ nhật hay hình vuông thì ta chia nhóm bốn cột

- Ta ưu tiên phân nhóm bốn cột trước vì khi nhóm bốn cột lại thì ta giảmđược một lượng tính toán đáng kể

- Nhóm bốn cột (khi bốn cột hợp thành một hình vuông hay hình chữ nhật):

Chiều cao các cột thu sét của vùng là chiều cao h lớn nhất: h = max(hi , hj)

j = (1  m), với m là số nhóm có bốn cột

B Bước 2: Kiểm tra

Kiểm tra phạm vi bảo vệ của các cột thu sét đã được phân bố:

a) Ta kiểm tra khu vực đặt MBA trước (vì đây là khu vực quan trọng):

Đó là khu vực giữa vùng cao áp và trung áp Thông thường giữa hai vùngnày chiều cao cột thu sét không bằng nhau Quan điểm kiểm tra tuần tự nhưsau:

- Dựa vào sơ đồ mặt bằng TBA để chọn các cột thu sét (chọn cột thu sét

bên cao áp và cả bên trung áp) có khoảng cách gần nhất đối với MBA

để kiểm tra phạm vi bảo vệ cho MBA

thì ta dừng việc kiểm tra

- Dựa vào sơ đồ mặt bằng TBA ta xác định MBA nằm ở miền trong củanhóm cột nào thì ta kiểm tra phạm vi bảo vệ của nhóm cột đó đối vớiMBA; dùng công thức (1.10), (1.11) để tính toán kiểm tra

Sau khi tính ta nhận xét:

- Nếu các cột thu sét bảo vệ khu vực MBA không hết thì ta lắp thêm cộtthu sét Lúc này phải lắp cột thu sét độc lập vì các công trình có sẳn đãtận dụng hết, rồi lặp lại các bước kiểm tra trên

- Nếu các vùng bảo vệ trùng lắp lên nhau thì ta xem xét giảm bớt cộtthu sét đi rồi lặp lại các bớc kiểm tra trên

b) Kiểm tra các khu vực còn lại:

Ta kiểm tra theo các bước sau:

(1.3)

Sau khi kiểm tra:

- Nếu vùng cần bảo vệ chưa được bảo vệ hết thì ta lắp thêm cột thu sétđộc lập rồi lặp lại các bước tính trên

- Nếu vùng bảo vệ của các cột chồng chập lên nhau thì ta sẽ giảm bớtcác cột thu sét hay phân bố lại các cột thu sét và lặp lại các bước tínhtrên

c) Kiểm tra tầm ảnh hưởng của cột anten:

Ta kiểm tra theo các bước sau:

thức (1.4)

Sau kiểm tra:

Nếu vùng bảo vệ của các cột cột chồng chập lên nhau thì ta sẽ giảmbớt các cột thu sét hay phân bố lại các cột thu sét rồi lặp lại các bướctính trên

Tóm lại: Ta tính toán sao cho số cột thu sét là ít nhất để giảm thiểu chi

phí xây dựng trạm nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu chống sét là toàn trạmphải được bảo vệ

- 2 đường dây phụ tải có độ cao 11m.

- 2 mạch MBA có độ cao 11m

- 1 mạch máy cắt phân đoạn có độ cao 11m

- Các thanh góp có độ cao 8m

- Các thiết bị phân phối có độ cao trung bình 6m

SƠ ĐỒ MẶT BẰNG CỦA TRẠM

Hình 1.8: Sơ đồ mặt bằng trạm có bố trí kim thu sét

2 Tính toán phân bố cột thu sét

A Phía cấp điện áp 220KV:

a) Chọn độ cao cột thu sét h:

Vậy chọn chiều cao cột thu sét để bảo vệ phía cấp 220KV là 25m

Các kim thu sét đặt trên xà đỡ đường dây 220KV cao 23m ta chỉ cần chọn kimcao 2m

Các kim thu sét đặt trên cột đèn pha cao 23m ta chỉ cần chọn kim cao 2m

Độ cao cột anten sẳn có là 30m nên ta đặt kim thu sét cao 2m Vậy độ cao củacột anten số 8 lúc này là 32m

b) Kiểm tra phạm vi bảo vệ của các cột thu sét:

Cột 1 và cột 8 có độ cao khác nhau với khoảng cách a = 55,5m.

Cột thu sét giả cách cột h8 một khoảng rx:

r x=1,6 h8p h8−h1

h8+h1=1,6 x 32 x 0,97

32−2532+25=6,11 m

Cột 7 và cột 8 có độ cao khác nhau với khoảng cách a = 34m

Cột thu sét giả cách cột h8 một khoảng rx:

r x=1,6 h8p h8−h1

h8+h1=1,6 x 32 x 0,97

32−2532+25=6,11 m

a '

=a−r x=34−6,11=27,89 m

Độ cao h0 nằm giữa cột 1 và cột thu sét giả là:

a) Chọn độ cao cột thu sét h:

Nữa chi vi tam giác 10-11-15 là:

Vậy chọn chiều cao cột thu sét để bảo vệ phía cấp 110KV là 19m

Các kim thu sét đặt trên xà đỡ đường dây 110KV cao 16m ta chỉ cần chọn kimcao 3m

b) Kiểm tra phạm vi bảo vệ của các cột thu sét:

r x=1,5 h p (1− h x

0,8 h)=1,5 x 17,43 x 1(1− 11

0,8 x 17,43)=5,52 m

10, 11, 12 cao 19m phía điện áp 110KV.

Đường kính D của đường tròn ngoại tiếp tam giác 6-7-10 là:

Cột 5 và cột 9 có độ cao khác nhau với khoảng cách a = 33,84m

Cột thu sét giả cách cột h5 một khoảng rx:

r x=1,6 h5p h5−h9

h5+h9=1,6 x 25

25−1925+19=5,45 m

Cột 6 và cột 9 có độ cao khác nhau với khoảng cách a = 31,76m

Cột thu sét giả cách cột h6 một khoảng rx:

r x=1,6 h6p h6−h9

h6+h9=1,6 x 25

25−1925+19=5,45 m

Cột 6 và cột 10 có độ cao khác nhau với khoảng cách a = 28,28m

Cột thu sét giả cách cột h6 một khoảng rx:

r x=1,6 h6p h6−h10

h6+h10=1,6 x 25

25−1925+19=5,45 m

Cột 7 và cột 10 có độ cao khác nhau với khoảng cách a = 47,2m.

Cột thu sét giả cách cột h7 một khoảng rx:

r x=1,6 h6p h7−h10

h7+h10=1,6 x 25

25−1925+19=5,45 m

Cột 12 và cột 8 có độ cao khác nhau với khoảng cách a = 33,84m

Cột thu sét giả cách cột h8 một khoảng rx:

r x=1,6 h8p h8−h1

h8+h1=1,6 x 32 x 0,97

32−1932+19=12,66 m

Cột 12 và cột 8 có độ cao khác nhau với khoảng cách a = 33,84m.

Cột thu sét giả cách cột h8 một khoảng rx:

r x=1,6 h8p h8−h1

h8+h1=1,6 x 32 x 0,97

32−1932+19=12,66 m

Cột 1 và cột 8 có độ cao khác nhau với khoảng cách a = 55,5m

Cột thu sét giả cách cột h8 một khoảng rx:

r x=1,6 h8p h8−h1

h8+h1=1,6 x 32 x 0,97

32−2532+25=6,11 m

Cột 7 và cột 8 có độ cao khác nhau với khoảng cách a = 34m

Cột thu sét giả cách cột h8 một khoảng rx:

r x=1,6 h8p h8−h1

h8+h1=1,6 x 32 x 0,97

32−2532+25=6,11 m

 Phạm vi bảo vệ của các cặp cột có độ cao bằng nhau:

Chương II

TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP

I Tổng quan về nối đất

1 Tính cấp thiết của việc nối đất cho trạm:

Nối đất cho trạm đóng vai trò rất quan trọng trong việc phát huy tác dụng bảo vệ của

hệ thống thu sét Nếu nối đất không đạt yêu cầu thì nhiều khi hậu quả có thể còn xấuhơn là không đặt hệ thống thu sét Bởi vì hệ thống thu sét có độ cao vượt hẳn độ caocủa công trình, có tác dụng “câu” sét vào công trình

Nếu tổng trở xung của hệ thống nối đất (HTNĐ) khi tản dòng sét quá cao, thì điện áptrên HTNĐ có thể đủ lớn để gây nên phóng điện ngược đến các bộ phận mang điệnhoặc đến các trang thiết bị của trạm

Phóng điện ngược trong trạm sẽ tạo nên các dạng sóng có biên độ lớn và nhất là độdốc rất lớn, rất nguy hiểm cho cách điện của MBA và máy bù đồng bộ

Tác dụng của nối đất là để tản dòng điện sự cố (rò cách điện, ngắn mạch, chạm đất

và đặc biệt là dòng điện sét), và giữ cho mức điện áp trên các vật được nối đất nhỏ hơntrị số cho phép

Thiết bị nối đất bao gồm các điện cực và dây dẫn nối đất Các điện cực nối đất (cóthể là dạng cực hoặc dạng thanh) được chôn trực tiếp trong đất, các dây nối đất dùng đểnối liền các bộ phận được nối đất với các điện cực nối đất

2 Phân loại nối đất:

Tuỳ theo nhiệm vụ mà người ta phân ra làm 3 loại nối đất:

thu sét được đặt trên các công trình của trạm nên một phần dòng sét sẽ tản qua

mạch nối đất an toàn của trạm Vì thế, ta phải thiết kế HTNĐ an toàn cho trạm và sau đó kiểm tra HTNĐ này theo các yêu cầu chống sét.

thế riêng nhằm cách ly với mạch vòng cao thế

RCS RCS RCS

II Tính toán hệ thống nối đất an toàn

Lưới điện áp U  110kV thuộc hệ thống có trung tính nối đất trực tiếp Theo quiphạm về nối đất các trang thiết bị điện hiện hành thì điện trở nối đất an toàn của trạm

thước trạm không đủ lớn và đất trong khu vực có điện trở suất lớn

Nhằm tuân thủ những qui phạm và giảm chi phí xây dựng HTNĐ, trong thiết kế tanên tận dụng các kết cấu kim loại chôn trong đất, coi như là loại nối đất có sẵn hay lànối đất tự nhiên, có điện trở tản là Rtn

điện trở tản của toàn bộ HTNĐ phải thoả mãn yêu cầu:

{ Rnd= Rnt× Rtn

Rnt+ Rtn≤0,5 ¿ ¿¿¿

(2.1)

nối đất tự nhiên có thay đổi

1 Tính toán và thiết kế nối đất tự nhiên:

Điện trở nối đất tự nhiên là điện trở tản do tận dụng các bộ phận bằng thép có sẵntrong khu vực trạm, các đường ống kim loại, vỏ chì của cáp ngầm, móng bê tông củacột và xà trong trạm và nối đất của dây chống sét – cột điện

Thông thường do không có đầy đủ các số liệu về các nối đất tự nhiên khác nên chỉ

có thể xét đến sự tham gia của điện trở nối đất của dây chống sét - cột điện nối vào trạm

đất của các cột điện và điện trở tác dụng của đoạn dây chống sét giữa hai cột

Trong đó : Rc: điện trở nối đất của cột điện tới trạm

(thông thường các khoảng vượt đều bằng nhau):

Với: r0 : Điện trở của một đơn vị chiều dài của dây chống sét (  /km)

l : Chiều dài trung bình của 1 khoảng vượt, (thường chọn là 0,3km)

k : Hệ số phụ thuộc số dây chống sét trên đường dây (k =1; k = 0,5).Điện trở tự nhiên của trạm phía 220kV là:

(2.4)Với : n là số đường dây dẫn vào trạm

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

(thường thì các khoảng vượt đều bằng nhau):

Rcs =k.r0.l (2.6)

Với: r0 : Điện trở của một đơn vị chiều dài của dây chống sét

l : Chiều dài trung bình của khoảng vượt

k : Hệ số phụ thuộc số dây chống sét trên đường dây

Điện trở tự nhiên của trạm phía 110kV là: (tương tự như 220kV)

(2.7)Với : m là số đường dây 110kV ra khỏi trạm

R tn 220kV=R CS−C

n

R tn110 kV=R CS−C

m

Vậy, điện trở nối đất tự nhiên của trạm là:

Rt n = Rtn220kV // Rtn110kV (2.8)

2 Điện trở nối đất nhân tạo:

Hệ thống nối đất nhân tạo được thiết kế thêm để thoả mãn yêu cầu về điện trở nốiđất, để tiếp đất các trang thiết bị điện và để cân bằng điện thế

diện tích trạm tương đối bé)

Trong phạm vi trạm có một hệ thống thanh ngang, dọc tạo thành một lưới nối đất

có nhiệm vụ cân bằng thế trong khu vực trạm và để tiếp đất thuận lợi các thiết bị điện.Theo yêu cầu về qui phạm chống sét cho trạm phân phối điện, dưới chân các cột

cũng tham gia vào việc tản dòng điện ngắn mạch chạm đất tần số công nghiệp

Trong phương pháp tính gần đúng thì:

Nếu mạch vòng thuần tuý thanh thì:

- tt = đo.kmùa : điện trở suất của đất đối với thanh

- t : độ chôn sâu của điện cực

- d: đường kính của thanh tròn

- k: hệ số hình dáng của mạch vòng phụ thuộc tỷ số

l1

l2 (Các thông số tra sách “Bài tập kỹ thuật cao áp” của tác giả Hồ Văn Nhật Chương) Quan hệ k = f(

l1

Bảng 2.1: Bảng hệ số hình dạng k

h IS

Nhiệm vụ chủ yếu của nối đất bổ sung là để tản dòng sét một cách thuận lợi nhằm

giảm bớt thành phần dòng sét chạy vào mạch vòng nối đất an toàn Do đó để có hiệu

quả tốt cần sử dụng các dạng nối đất tập trung Vì là nối đất tập trung nên khi dòng sét

chạy qua trị số cực đại (t =đs) thì quá trình quá độ đã kết thúc (đs << T)

Thông thường, ta sử dụng hệ thống nối đất bổ sung dạng 2 tia được bố trí như hình

k L2

t d

(2.11) Trong đó: tt = đo.kmùa : điện trở suất tính toán của đất đối với thanh

lập bảng hay phương pháp đồ thị Sau đó, tính toán và kiểm tra xem giá trị điện trở nốiđất an toàn của toàn bộ hệ thống nối đất có thỏa điều kiện ban đầu không

Vậy điện trở nối đất nhân tạo:

Rnt = Rmv // R bsΣ =

R bs Σ R mv

R bs Σ+R mv

(2.14)Điện trở của hệ thống:

Rht =Rtn // Rnt =

R tn R nt

Nếu : Rht < 0,5 thì thoả mãn điều kiện nối đất an toàn

III Tính toán hệ thống nối đất chống sét

1 Nguyên tắc kiểm tra:

Do hệ thống nối đất an toàn được dùng chung làm hệ thống nối đất chống sét Nênmặc dù điện trở nối đất an toàn đã thoả điều kiện nhưng chưa chắc thoả điều kiện chốngsét Vì vậy phải kiểm tra điều kiện chống sét

Khi sét đánh vào hệ thống thu sét, dòng điện sét sẽ gây ra một điện áp giáng trênHTNĐ Nếu điện áp này vược quá giới hạn mức cách điện xung của trạm sẽ gây raphóng điện ngược từ hệ thống thu sét đến các thiết bị của trạm gây hư hỏng thiết bị.Điều kiện kiểm tra :

U(x,t) = IS Ζ Σ(0 ,τ ds) < U0,5 (2.16)

Với :

267 sách “Bài tập kỹ thuật cao áp” của tác giả Hồ Văn Nhật Chương)

khi sét đánh tại vị trí x = 0 và tại thời điểm t = đs

2 Xác định tổng trở xung của hệ thống nối đất:

Tổng trở xung của hệ thống nối đất được tính gần đúng theo các tiên đề và giảthiết sau:

l’ = l1 + l2

l2

l1 Is

l’

và mạch vòng nối đất ven chu vi trạm tham gia vào việc tản dòng điện sét

trạm (do mạch vòng của trạm trải ra trên một khu vực rộng)

1

2.R mv ' l '

(.m)-1

(2.18)

Do điện trở tản của cọc và thanh đều tỷ lệ thuận với hệ số mùa tương ứng nên trị

số của chúng tính quy đổi về mùa mưa như sau:

- Rmv, Rbs :điện trở tản của mạch vòng và thanh đã tính trong phần nối đất antoàn.

Tổng trở xung của mạch vòng nối đất được xác định từ hệ phương trình truyềnsóng trên tia tương đương của nó Khi có dòng sét truyền vào thanh thì phân bố dòng và

∂ t ¿¿¿¿

(*)Với: L’.G’ = L0.G0

Để giải hệ phương trình vi phân trên có thể dùng nhiều phương pháp; tuy nhiên,phương pháp toán tử Laplace cổ điển được sử dụng để giải (*) bởi vì tính ngắn gọn của

nó so với các phương pháp khác trong việc tìm đáp ứng dòng, áp trong miền phức để

k )Cuối cùng tổng trở xung đầu vào của toàn HTNĐ có dạng:

Chuỗi trong biểu thức trên chỉ cần tính đến số hạng thứ i sao cho:

3 Kiểm tra hệ thống nối đất theo điều kiện chống sét:

Điều kiện: ISmax.Z(0,) < U0,5

Nếu thoả điều kiện kiểm tra thì hệ thống nối đất đạt yêu cầu Ví dụ đối với trạmbiến áp có cấp điện áp 110 kV thì:

 Ismax : dòng sét cực đại : Ismax= a.đs

IV Tính toán nối đất an toàn trung thế (U  35kV)

với cách điện xung của cấp điện áp cao thế (110kV, 220kV) Do đó hệ thống nối đất antoàn của cấp điện áp này phải tách rời khỏi hệ thống nối đất của trạm và phải cách xamạng nối đất này (tối thiểu là 3m) trong đất để tránh trường hợp phóng điện ngược lêncác thiết bị phân phối

Theo qui định hiện hành, điện trở tản xoay chiều tần số công nghiệp của hệ thống

Thông thường ta chỉ bố trí hệ thống nối đất trung thế trong khu vực nhà điều khiển

và nhà phân phối (gian hợp bộ)

Ta thường dùng hệ thống nối đất có phối hợp mạch vòng thanh và cọc bố trí ventheo chu vi nhà điều khiển và nhà phân phối (gian hợp bộ)

1 Các thông số cần biết trước khi tính toán :

- Chu vi nhà phân phối và nhà điều khiển

- Thông số thanh chôn sâu

- Thông số cọc chôn sâu

t : là độ chôn sâu của thanh

L: chiều dài thanh = chu vi nhà phân phối và nhà điều khiển

cọc đóng dọc theo dây.

cách giữa hai cọc và l là chiều dài của cọc) Giá trị của các hệ số này tratrong các phụ lục PL04, PL05, PL06 và PL07 sách “Bài tập kỹ thuậtđiện cao áp” của tác giả Hồ Văn Nhật Chương

d. Kết luận:

Kiểm tra điều kiện rồi kết luận về khả năng bảo vệ an toàn của hệ thống nối đất

V Các bước thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp :

A Bước 1: Tính toán nối đất cho trạm

Số cấp điện áp, mỗi cấp có mấy đường dây vào trạm, mỗi đường dây có mấy dâychống sét đi kèm

Dựa vào bảng vẽ mặt bằng :

Xác định điện trở nối đất các cột (Rc)

Bảng 2.2 : Tiêu chuẩn nối đất cột điện

- l (km) : chiều dài một khoảng vượt hay là khoảng cách giữa 2 cột điện Thường trong 1 cấp điện áp các khoảng vượt là bằng nhau;

- k = 0,5 (nếu dùng 2 dây); k = 1 (nếu dùng 1 dây)