Đồ án tốt nghiệp Hệ thống điện vũ thanh hùng

Chương II: Tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp cho toàn trạm Chương III: Tính toán hệ thống nối đất cho phía toàn trạm Chương IV: Bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện 110kV Phần II: C

KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN ===================

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Vũ Thanh Hùng

Lớp : D4H2 Hệ: Đại học

Tên đề tài:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO

TRẠM BIẾN ÁP 220kV/110kV

I SỐ LIỆU BAN ĐẦU:

Trạm biến áp: Bản vẽ sơ đồ mặt bằng và kích thước của trạm

Điện trở suất của đất: đ = 100 m

Đường dây:

- Phía 220 kV có: 2 mạch đường dây, 1 mạch LL, 1 mạch vòng, 2 mạch MBA

- Phía 110 kV có: 4 mạch đường dây, 1 mạch LL, 1 mạch vòng, 2 mạch MBA

- Dây dẫn cả 2 phía: phía 220kV: ACSR-400; phía 110kV: AC-185

- Dây chống sét: C-70

Số ngày sét: 100 ngày/năm

Chiều dài khoảng vượt của đường dây 220 kV: 230 m

Chiều dài khoảng vượt của đường dây 110 kV: 180 m

Khi tính nối đất: Rc = 10 Ω

Khi tính chống sét cho đường dây 110 kV, tính cho các trường hợp: Rc = 10, 15 ,20Ω

II NỘI DUNG TÍNH TOÁN:

Phần I:

Chương I: Hiện tượng dông sét và ảnh hưởng của nó đến hệ thống điện Việt Nam

Chương II: Tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp cho toàn trạm

Chương III: Tính toán hệ thống nối đất cho phía toàn trạm

Chương IV: Bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện 110kV

Phần II: Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đường dây tải điện 110 kV vào trạm biến áp III CÁC BẢN VẼ: 6-8 bản vẽ A0

1 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét, các phương án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp

2 Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét

3 Các kết quả tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét cho trạm biến áp

4 Phương pháp và kết quả tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện

5 Các kết quả tính toán bảo vệ trạm biến áp chóng sóng truyền

6 ………

Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:

Ngày hoàn thành nhiệm vụ :

Ngày tháng năm

LỜI MỞ ĐẦU Sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất hay giữa các đám mây mang các điện tích trái dấu

Sét không những mang đến hậu quả nghiêm trọng đối với con người khi bị sét tác động mà với các thiết bị phân phối cũng vậy

Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng bao gồm NMĐ - đường dây - TBA và các hộ tiêu thụ điện Trong đó có phần tử có số lượng lớn và khá quan trọng đó là các TBA, đường dây Trong quá trình vận hành các phần tử này chịu ảnh hưởng rất nhiều sự tác động của thiên nhiên như mưa, gió, bão và đặc biệt nguy hiểm khi bị ảnh hưởng của sét Khi có sự cố sét đánh vào TBA, hoặc đường dây nó sẽ gây hư hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn tới việc ngừng cung cấp điện và gây thiệt hại lớn tới nền kinh tế quốc dân

Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm chi phí thiệt hại và nâng cao độ an toàn khi vận hành chúng ta phải tính toán và bố trí bảo vệ chống sét cho HTĐ Xuất phát từ yêu cầu thực tế, em được nhà trường và khoa Hệ Thống Điện giao cho đề tài tốt nghiệp: “Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét trạm biến áp 220kV/110kV” Đồ án tốt nghiệp gồm có 2 phần:

Phần I: Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm 220kV/110kV

Phần II: Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đường dây tải điện 110kV vào trạm biến áp

Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong trường Đại học Điện lực nói chung và các thầy cô giáo trong khoa Hệ Thống Điện nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian

qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến cô Phạm Thị Thanh Đam, cô đã tận tình

giúp đỡ trực tiếp chỉ bảo hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Em rất mong nhận được sự nhận xét góp ý của các thầy cô để bản thiết kế của

em thêm hoàn thiện và giúp em rút ra được những kinh nghiệm cho bản thân

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm

Sinh viên

Vũ Thanh Hùng

MỤC LỤC

PHẦN 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN

ÁP 220kV/110kV

CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1 Hiện tượng dông sét 2

1.2 Ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện 5

CHƯƠNG II: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP 2.1 Khái niệm chung 7

2.2 Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 7

2.3 Lý thuyết để tính chiều cao cột và phạm vi bảo vệ 8

2.3.1 Tính toán chiều cao cột thu sét 8

2.3.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét 8

2.3.3 Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét 9

2.4 Mô tả đối tượng bảo vệ 13

2.5 Các phương án bố trí cột thu sét 15

2.5.1 Phương án 1 15

2.5.2 Phương án 2 23

2.6 Chọn phương án tối ưu 26

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 3.1 Khái niệm chung 28

3.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống nối đất 28

3.3 Trình tự tính toán 30

3.3.2 Nối đất chống sét 35

CHƯƠNG IV: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN PHÍA 110KV 4.1 Khái niệm và yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đường dây 48

4.2 Lý thuyết tính toán 48

4.2.1 Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét 48

4.2.2 Tính toán chung về chỉ tiêu chống sét 50

4.2.2.1 Cường độ hoạt động của sét 50

4.2.2.2 Số lần sét đánh vào đường dây 50

4.2.2.3 Số lần phóng điện do sét đánh vào đường dây 52

4.2.2.4 Số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây 52

4.2.2.5 Quá điện áp khi sét vào đường dây có treo dây chống sét 54

4.3 Tính toán cụ thể cho đường dây tải điện phía 110kV 61

4.3.1 Các tham số tính toán 61

4.3.2 Xác định tổng số lần sét đánh vào đường dây hàng năm 66

4.3.3 Tính suất cắt đường dây do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 67

4.3.4 Tính suất cắt đường dây do sét đánh vào khoảng vượt 68

4.3.4 Tính suất cắt đường dây do sét đánh vào đỉnh cột 76

4.4.4 Chỉ tiêu chống sét của đường dây 95

PHẦN 2: BẢO VỆ CHỐNG SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM A Khái niệm chung 98

1 Quy tắc Petersen 98

2 Quy tắc sóng đẳng trị 98

3 Xác định điện áp trên điện dung 99

4 Xác định điện áp và dòng điện trên chống sét van 100

5 Nguyên tắc tính điện áp theo phương pháp lập bảng 102

B Trình tự tính toán 103

1 Sơ đồ tính toán quá trình truyền sóng trong trạm biến áp 103

2 Tính toán sóng truyền trong trạm biến áp 108

C Kết luận 112

1 Kiểm tra an toàn các thiết bị trong trạm 112

1.1 Kiểm tra điện áp tác dụng lên cách điện của máy biến áp 112

1.2 Kiểm tra dòng điện qua chống sét van 113

1.3 Kiểm tra an toàn cách điện cho thanh góp 110kV 113

2 Kết luận 114

PHỤ LỤC 115

BIỂU HÌNH

9

10

Hình 2.3: Trường hợp 2 cột thu sét có chiều cao khác nhau 10

Hình 2.4: Phạm vi bảo vệ của ba cột thu sét 12

Hình 2.5: Phạm vi bảo vệ của bốn cột thu sét 12

Hình 2.6 Sơ đồ mặt bằng trạm 14

Hình 2.7 Sơ đồ bố trí cột thu sét phương án 1 15

Hình 2.8 Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét phương án 1 22

Hình 2.9 Sơ đồ bố trí cột thu sét phương án 2 23

Hình 2.10 Phạm vi bảo vệ các cột thu sét phương án 2 26

Hình 3.1 Sơ đồ nối đất mạch vòng của trạm 33

Hình 3.2: Đồ thị hàm ( ) 2 1 l l f K 34

Hình 3.3: Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất 36

Hình 3.4: Sơ đồ đẳng trị rút gọn 36

Hình 3.5 Đồ thị dạng sóng của dòng điện sét 38

Hình 3.6: Sơ đồ bố trí nối đất bổ sung 42

Hình 3.7: Đồ thị xác định nghiệm của phương trình tgXk = -0,066.X k 45

Hình 3.8: Sơ đồ nối đất toàn trạm 47

49

49

50

Hình 4.4: Đồ thị f(E lv). 53

Hình 4.5: Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 54

Hình 4.6: Sét đánh vào khoảng vượt 55

Hình 4.7: Đường cong nguy hiểm 57

Hình 4.8: Sét đánh vào đỉnh cột và các điểm lân cận 57

Hình 4.9: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi chưa có sóng phản xạ 59 Hình 4.10: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện khi có sóng phản xạ tới 60

Hình 4.11: Sơ đồ cột lộ đơn 110kV 61

Hình 4.12: Sơ đồ xác định hệ số ngẫu hợp 64

Hình 4.13: Điện áp đặt lên cách điện của đường dây khi sét đánh vào khoảng vượt U cđ = f(a,t) với R c =10 và đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện U pđ (t).70 Hình 4.14: Đường cong nguy hiểm khi sét đánh vào khoảng vượt với Rc =10 72

Hình 4.15: Điện áp đặt lên cách điện của đường dây khi sét đánh vào khoảng vượt U cđ = f(a,t) với R c =15 và đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện U pđ (t).73 Hình 4.16: Đường cong nguy hiểm khi sét đánh vào khoảng vượt với Rc =15 74

Hình 4.17: Điện áp đặt lên cách điện của đường dây khi sét đánh vào khoảng vượt U cđ = f(a,t) với R c =20 và đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện U pđ (t).75 Hình 4.18: Đường cong nguy hiểm khi sét đánh vào khoảng vượt với R c =20 76

Hình 4.19: Điện áp đặt lên cách điện của đường dây khi sét đánh vào đỉnh cột Ucđ = f(a,t) với Rc = 10 và đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện U pđ (t) 88

Hình 4.20: Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào đỉnh cột với Rc =10 89 Hình 4.21: Điện áp đặt lên cách điện của đường dây khi sét đánh vào đỉnh cột Ucđ = f(a,t) với Rc =15 và đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện U pđ (t) 91

Hình 4.22: Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào đỉnh cột với Rc =15 92 Hình 4.23: Điện áp đặt lên cách điện của đường dây khi sét đánh vào đỉnh cột Ucđ = f(a,t) với R c =20 và đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện U pđ (t) 94

Hình 4.24: Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào đỉnh cột với Rc =20 95 Hình 5.1: Sơ đồ tương đương của quy tắc Petersen 98

Hình 5.2: Sơ đồ quy tắc sóng đẳng trị 99

Hình 5.3: Sơ đồ Petersen của điện dung 99

Hình 5.4: Đặc tính V – A của chống sét van ZnO 100

Hình 5.5: Sơ đồ thay thế theo quy tắc Petersen của CSV 101

Hình 5.6: Phương pháp cộng đồ thị 101

Hình 5.7: Sóng truyền trên đường dây 102

Hình 5.8: Sơ đồ nguyên lý của trạm biến áp 105

Hình 5.12: Qui tắc phân bố lực 107

Hình 5.13: Sơ đồ petersen tính điện áp nút 1 108

Hình 5.14: Sơ đồ petersen tính điện áp nút 2 110

Hình 5.15: Sơ đồ petersen tính điện áp nút 3 111

Hình 5.16 Kiểm tra điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp 112

Hình 5.17 Dòng điện qua chống sét van 113

Hình 5.18 Kiểm tra an toàn cách điện cho thanh góp 114

BIỂU BẢNG

Bảng 2.1 Độ cao tác dụng các nhóm cột phía 220kV 24

Bảng 2.2 Độ cao tác dụng các nhóm cột phía 110kV 24

Bảng 2.3 Phạm vi bảo vệ của các cột độc lập 24

Bảng 2.4 Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên 25

Bảng 3.1 Hệ số K m ứng với các trạng thái 30

Bảng 3.2 ( ) 2 1 l l f K 34

Bảng 3.3: Bảng tính toán chuỗi số 1 2 1 k T K ds e k 40

Bảng 3.4: Bảng tính toán chuỗi số B K 45

Bảng 4.1: Bảng xác suất hình thành hồ quang f(E lv) 52

Bảng 4.2: Giá trị a, t 68

Bảng 4.3: Giá trị Ucđ ; R c = 10 69

Bảng 4.4: Đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện 70

Bảng 4.5: Trị số sét nguy hiểm và giá trị vpđ với R c =10 71

Bảng 4.6: Giá trị Ucđ; R c = 15 72

Bảng 4.7: Trị số sét nguy hiểm và giá trị vpđ với R c = 15 73

Bảng 4.8: Giá trị Ucđ ; R c = 20 74

Bảng 4.9: Trị số sét nguy hiểm và giá trị vpđ với R c =20 75

Bảng 4.10: Giá trị dd dien cu U . ; R c = 10 81

Bảng 4.11: Giá trị dd tu cu U . ; R c = 10 81

Bảng 4.12: Giá trị i C ; R c = 10 83

Bảng 4.13: Giá trị dt di C ; R c = 10 84

Bảng 4.14: Giá trị U C ; R c = 10 85

Bảng 4.17: Trị số sét nguy hiểm và giá trị vpđ với R c =10 88

Bảng 4.18: Giá trị U cd ; R c = 15 90

Bảng 4.19: Trị số sét nguy hiểm và giá trị vpđ với R c =15 91

Bảng 4.20: Giá trị U cd ; R c = 20 93

Bảng 4.21: Trị số sét nguy hiểm và giá trị vpđ với R c =20 94

Bảng 5.1: Bảng điện dung tương đương của các thiết bị trong trạm 104

Bảng 5.2 Điện áp chịu đựng của máy biến áp theo thời gian 112

Bảng 5.3 Đặc tính cách V-S của thanh góp 113

Bảng phụ lục tính toán bảo vệ chống sóng truyền vào trạm 115

PHẦN 1

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG

SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220kV/110kV

CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ

ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1 Hiện tượng dông sét

a, Kiến thức phổ thông về dông sét

Dông là hiện tượng thời tiết kèm theo sấm, chớp xảy ra Cơn dông được hình thành khi có khối không khí nóng ẩm chuyển động thăng Cơn dông có thể kéo dài

từ 30 phút đến 12 tiếng và có thể trải rộng từ vài chục đến hàng trăm km

Sét là một hiện tượng phóng điện tia lửa khi khoảng cách giữa các điện cực rất lớn (trung bình khoảng 5km) Quá trình phóng điện của sét giống như quá trình xảy ra trong trường không đồng nhất

b, Quá trình hình thành sét

Các quá trình khí quyển sẽ tạo nên các đám mây mang điện tích:

Các điện tích âm (-) tập trung thành từng nhóm, các điện tích dương (+) rải đều trong đám mây Quá trình phóng điện từ điện tích (+) sang điện tích (-) tạo nên hiện tượng trung hòa về điện Các điện tích (-) còn lại phát triển về phía mặt đất và hình thành tia tiên đạo (dòng plasma có điện dẫn lớn)

Càng phát triển về phía mặt đất trường đầu dòng càng tăng làm ion hóa mãnh liệt môi trường xung quanh nó tạo nên thác điện tử chứa nhiều điện tích Càng gần mặt đất số điện tích càng lớn tạo nên dòng ngược phát triển về phía đám mây, ngược phát triển đến đám mây sẽ hoàn thành một phóng điện sét

Tốc độ dòng sét xuôi từ đám mây đến mặt đất:

Vx = 1,5.107 ÷ 2.108 cm/s Tốc độ dòng sét ngược từ mặt đất đến đám mây:

Vng = 1,5 109 ÷ 2.1010 cm/s

c, Diễn biến dông sét ở nước ta

Ở đồng bằng dông thường xảy ra trong nội bộ không khí chiếm 25% số dông trong toàn năm Dông trong các trường hợp xâm nhập cực đới cũng đạt tới 22%, dông trong các dãy hội tụ nhiệt đới và rãnh thấp liên quan luồng gió từ phía tây và phía nam có tỷ lệ tương đương, khoảng 20% còn một số trường hợp xảy ra giông khác là do bão đẩy lên hoặc ở ngoại vi các cơn bão chiếm tỷ lệ lớn nhất

- Diễn biến dông sét ở miền Bắc nước ta:

Xét trên toàn năm, số ngày dông trên miền Bắc nước ta thường dao động khoảng 70 - 100 ngày và số lần dông từ 150 đến 300 lần Như vậy có thể xảy ra 2 -

3 cơn dông

Tia tiên đạo

Địa điểm phụ thuôc điện trở suất của đất

Hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt

Dòng của phóng điện ngươc

Hoàn thành phóng điện sét

Xét về diễn biến dông trong một năm ta có thể nhận thấy mùa dông không hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng Nhìn chung ở Bắc Bộ mùa dông tập trung trong khoảng từ tháng 6 đến tháng 9, ở phần phía Tây Bắc Bộ và Trung Bộ mùa dông tương đối sớm vào đầu tháng 4 Quá trình diễn biến của dông thường có một cực đại xê dịch trong khoảng từ tháng 6 ở Tây Bắc, sau tháng 7, 8 ở các nơi khác thuộc Bắc Bộ và tách thành 2 cực, tháng 5 và tháng 9 ở Hà Tĩnh và Quảng Bình

- Diễn biến dông sét ở miền Nam nước ta:

Ở miền Nam cũng có khá nhiều dông, hàng năm trung bình quan sát được 40

- 50 và có khi lên đến 100 ngày tùy từng nơi, khu vực nhiều dông nhất là đồng bằng Nam Bộ, số ngày dông trung bình hằng năm lên tới 120 - 140 ngày (Sài Gòn:

138 ngày, Hà Tiên: 129 ngày) Những giá trị này chẳng những cao hơn các khu vực khác ở miền Nam mà cũng còn lớn hơn rõ rệt so với các vùng trên miền Bắc, ở Bắc

Bộ chỉ khoảng trên dưới 100 ngày

Vùng Duyên Hải Trung Bộ ít dông vào khoảng 60- 70 ngày ở phần phía Bắc

từ Quảng Trị đến Quảng Ngãi (Đà Nẵng: 70 ngày, Quảng Ngãi: 59 ngày) giảm xuống từ 40 đến 50 ngày ở phần phía Nam từ Bình Định trở vào đến cực Nam Trung Bộ (Quy Nhơn: 46 ngày, Nha Trang: 49 ngày, Phan Thiết: 59 ngày) Sự giảm số dông ở Duyên Hải Nam Trung Bộ cũng dễ giải thích bằng tính chất khô nóng của gió mùa hạ sau khi vượt qua dãy Trường Sơn

Tây Nguyên cũng ít dông hơn nhiều so với Nam Bộ: tùy nơi số ngày dông hàng năm vào khoảng 50 - 60 ngày (Plây cu: 91 ngày, Blao: 70 ngày)

Mùa dông nói chung là trùng với mùa hạ, là thời kì thịnh hành những khối không khí nhiệt đới xích đạo có nhiệt độ cao và độ ẩm lớn, lại có những nguyên nhân nhiệt động lực thuận lợi cho việc phát triển dông (có sự hoạt động thường xuyên của dải hội tụ nội chí tuyến, mặt đất được hun nóng mạnh) Trong mùa đông

ở Nam Bộ và Tây Nguyên thỉnh thoảng cũng xuất hiện dông nhưng số ngày dông ít hơn hẳn không so sánh được với tháng mùa hạ

Ở Nam Bộ mùa dông bắt đầu vào tháng 4 và kết thúc vào tháng 11, riêng khu vực cực tây (Hà Tiên, Rạch Giá), mùa dông bắt đầu sớm hơn vào tháng 3 Trên Tây Nguyên mùa dông bắt đầu sớm hơn Nam Bộ 1 tháng từ tháng 3 và cũng kết thúc sớm hơn 1 tháng vào tháng 10 Đáng chú ý nhất là tất cả các vùng trong quá trình mùa dông đều phân biệt được hai cực đại Cực đại chính xảy ra vào tháng 5

và cực đại phụ xảy ra vào cuối tháng 9 trên phần lớn các vùng và vào tháng 8 ở phía bắc Duyên Hải Trung Bộ Đó là thời kì mà dải hội tụ nội chí tuyến đi ngang qua các vĩ độ miền Nam trong quá trình tiến lên phía bắc và rút lui về xích đạo Trong các tháng giữa mùa, số ngày dông giảm đi rõ rệt Nam Bộ là khu vực nhiều dông, chỉ trừ tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 6) có số ngày dông bình thường 10 ngày mỗi tháng, còn suốt trong 6 tháng từ tháng 5 đến tháng 10 mỗi tháng đều quan sát được từ 15 đến 20 ngày dông, tháng cực đại (tháng 5) trung bình gặp 20 ngày dông

Khu vực Tây Nguyên, trong mùa dông thường chỉ có 2, 3 tháng số ngày dông đạt tới 10 đến 15 ngày, đó là tháng 4, tháng 5 và tháng 9 Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan sát được 15 ngày dông ở bắc Tây Nguyên và 10 đến 12 ngày ở nam Tây Nguyên Còn các tháng khác trong mùa đông mỗi tháng chỉ gặp trung bình từ 5 đến 7 ngày dông

Như vậy ta thấy Việt Nam là nước chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét, đây là điều bất lợi cho sự phát triển kinh tế của đất nước nói chung và bất lợi cho các công tác quản lý, vận hành hệ thông điện ở Việt Nam nói riêng, điều đó đòi hỏi ngành điện cần đầu tư nhiều cho hệ thống chống sét các công trình điện, cũng như nhà thiết kế công trình điện cần tính toán sao cho hệ thống vận hành vừa đảm bảo

an toàn, vừa đảm bảo về mặt kinh tế

1.2 Ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện

Kết quả đo lường cho thấy biên độ dòng điện sét có thể lên tới hàng trăm kA, đây là nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua vật nào đó Thực tế đã

có rất nhiều dây tiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã

bị nóng chảy và đứt thậm chí đã có những cách điện bằng sứ bị dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ và chảy Phóng điện sét có kèm theo việc di chuyển theo không gian lượng điện tích lớn đã tạo ra điện trường rất mạnh làm nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị điện tử, ảnh hưởng của nó rất lớn ngay cả những nơi cách xa hàng trăm km Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ sinh

ra sóng điện từ truyền dọc theo đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách

động Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể gây mất ổn định cho hệ thống, nếu các hệ thống tự động ở các nhà máy làm việc không kịp thời sẽ gây ra tình trạng tan rã lưới Sóng sét có thể truyền từ đường dây vào trạm biến áp hoặc đánh thẳng vào trạm biến áp đều gây phóng điện trên cách điện trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm như khi ngắn mạch trên thanh góp và rất dễ dẫn tới sự cố trầm trọng Mặt khác, khi có sóng sét vào trạm biến áp, nếu chống sét van đầu cực máy biến áp làm việc không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp sẽ

bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn

Từ những hậu quả do việc sét đánh gây ra ta thấy rõ tác dụng của việc tính toán thiết kế lắp đặt các thiết bị chống sét, nếu tính toán chính xác lắp đặt đủ các thiết bị chống sét sẽ tạo ra hệ thống vận hành an toàn và hiệu quả, tránh được những hậu quả xấu do sét gây ra, từ đó đảm bảo việc cung cấp điện liên tục cho các

hộ tiêu thụ

CHƯƠNG II: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP

VÀO TRẠM BIẾN ÁP

2.1 Khái niệm chung

2.2 Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp

số của điện trở nối đất

hơn 15m

Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt khi có dòng sét chạy qua

2.3 Lý thuyết để tính chiều cao cột và phạm vi bảo vệ

2.3.1 Tính toán chiều cao cột thu sét

H = hx+ ha (2.1)

ha: sét

2.3.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét

Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là miền giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp tròn xoay có đường sinh xác định bởi phương trình:

)(1

6,1

x x

h h r

5 , 1

h

h h

)1.(

75,0

h

h h

x

(2.4) Trong đó: rx là bán kính của phạm vi bảo vệ cho độ cao hx

.1:Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét

Trường hợp cột thu sét cao hơn 30m có thể dùng công thức trên nhưng phải

nhân với hệ số hiệu chỉnh p =

h

5,5

và trên hình vẽ dùng các hoành độ 0,75h.p và 1,5h.p

h

x

.8,01 5,

r x 0,75 .1 x (2.6)

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

a, Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét

a

)(

1

6,1

o x

h h

r (2.8)

Giả sử có hai cột có độ cao khác nhau với h1 > h2 và cách nhau một khoảng là a

Hình 2.3: Trường hợp 2 cột thu sét có chiều cao khác nhau

Cách xác định phạm vi bảo vệ:

- Xác định phạm vi bảo vệ của cột cao h1

- Từ đỉnh cột h2 gióng đường thẳng nằm ngang cắt phạm vi bảo vệ của h1 tại 3’ Tại 3’ ta đặt một cột giả tưởng với độ cao h2

- Xác định phạm vi bảo vệ của hai cột có độ cao h2

+ O1O3 x là bán kính bảo vệ của cột h1 cho cột h2

- Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột 2 và 3’: ho = h2 -

7

,

a

- Xác định bán kính bảo vệ rox của độ cao ho cho độ cao hx tương tự như

trường hợp hai cột cao bằng nhau

b, Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét

Khi công trình cần được bảo vệ chiếm một khu vực rộng lớn nếu chỉ dùng một vài cột thì cột phải rất cao gây nhiều khó khăn cho việc thi công và lắp ráp Trong trường hợp này ta dùng phối hợp nhiều cột với nhau để bảo vệ Phần ngoài của phạm vi bảo vệ sẽ được xác định cho từng đôi cột một (với yêu cầu khoảng cách là a 7h) Còn phần bên trong đa giác sẽ được kiểm tra theo điều kiện an toàn

Vật có độ cao hx nằm trong đa giác sẽ được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:

D 8 h h 8h (2.9) Với: D: đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét

ha = h – hx: độ cao hiệu dụng của cột thu sét

Nếu độ cao cột vƣợt quá 30 m thì điều kiện an toàn sẽ đƣợc hiệu chỉnh là:

D 8 h h p 8h p với p 5,5

h (2.10)

- Phạm vi bảo vệ của ba cột thu sét:

Hình 2.4: Phạm vi bảo vệ của ba cột thu sét

- Phạm vi bảo vệ của bốn cột thu sét:

Hình 2.5: Phạm vi bảo vệ của bốn cột thu sét

 Một số công thức tính D của các đa giác:

- Hình tam giác bất kỳ:

c)b).(pa).(p

p.(p2

a.b.c

D (2.11) Với a, b, c: chiều dài các cạnh tam giác

P: nửa chu vi tam giác

- Hình chữ nhật:

2 2ba

D (2.12)Với a, b: chiều dài 2 cạnh

2.4 Mô tả đối tƣợng bảo vệ

Trình tự tính toán:

+ Sau khi khảo sát sơ đồ mặt bằng trạm, vị trí bố trí các thiết bị trong trạm và yêu cầu bảo vệ của mỗi thiết bị, ta đưa ra hai phương án đặt cột thu lôi + Bố trí các cột thu lôi

+ Tính độ cao tác dụng ha của các cột thu lôi, lấy chung một độ cao tác dụng lớn nhất cho các phía

+ Tính phạm vi bảo vệ của từng cột và của các cặp cột biên

+ Vẽ phạm vi bảo vệ của các phương án

+ So sánh hai phương án về mặt kĩ thuật và kinh tế

8m 17m

+ Ở trên xà MBA cao 17m ta đặt 2 cột: 13, 14

D

a = 7m

=> sét = h x +h a = 17+7 = 24(m)

-)(317,5536

Để bảo vệ cho MBA ta cần bảo vệ cho xà MBA và MBA, vì chiều cao của xà

là 17m lớn hơn nhiều so với chiều cao của MBA là 9,5m và MBA đặt ngay cạnh xà nên ta chỉ tính toán cho bảo vệ cho xà MBA

Ở đây ta đặt 2 kim thu sét trên 2 xà MBA như hình vẽ và lấy chiều cao tác dụng của kim thu sét bằng chiều cao tác dụng của kim thu sét phía 220kV là: 7m Sau đó ta phối hợp bảo vệ giữa kim thu sét đặt trên xà MBA và các kim thu sét phía 220 kV để bảo vệ cho toàn bộ phần xà MBA

- Đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (9; 10; 13) và (11; 12; 17):

) ( 613 , 35 ) 039 , 34 5 , 45 ).(

159 , 26 5 45 ).(

8 , 30 5 , 45 (

5 , 45 2

039 , 34 159 , 26 8 , 30

m D

; 11; 12; 17

8

35,613 8

D

- Đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (10; 13; 14):

848 , 45 159 , 26 2 , 46

ha = 6(m) 7m

8

48,004 8

D

- Đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (10; 11; 14):

) ( 92 , 47 ) 848 , 45 404 , 51 ).(

159 , 26 404 , 51 ).(

8 , 30 404 , 51 (

404 , 51 2

848 , 45 159 , 26 8 , 30

m D

8

47,92 8

) ( 6 , 19 7

8 , 30 24

19 24

5 , 45 24

) ( 137 , 19 7

039 , 34 24

42 18

36 18

hx = 11 >

3

2

.12,857 nên r0x11 0,75.(12,857 11) 1,393(m)+) Phạm vi bảo vệ của các cặp cột có độ cao khác nhau:

- Xét cặp cột (13; 15) và (14; 17) ta có:

Khoảng cách x từ cột 13 đến cột giả tưởng:

.24 3

2 18

h110 nên x 0,75.(24-18) 4,5(m)Khoảng cách giữa 2 cột cao bằng nhau là:

10,998(m)4,5

15,498a'

Độ cao bảo vệ lớn nhất giữa 2 cột là:

(m) 429 , 6 7

10,998 18

Hình 2.8 Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét phương án 1

: Phạm vi bảo vệ cho độ cao 17m

- :Phạm vi bảo vệ cho độ cao 11m

Đơn vị : mm

AT1 AT2

2.5.2 Phương án 2

sét

2.9 :

Hình 2.9 Sơ đồ bố trí cột thu sét phương án 2

cao 11m và 8 cột: 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 trên các xà cao 17m

+ Ở trên xà MBA cao 17m ta đặt 2 cột: 17, 18

8m 17m

Bảng 2.1 Độ cao tác dụng các nhóm cột phía 220kV

Nhóm cột a(m) b(m) D(m) ha(m) 1; 2; 6; 5 19,00 30,80 36,19 4,52 2; 3; 7; 6 19,00 30,80 36,19 4,52 3; 4; 8; 7 19,00 30,80 36,19 4,52 5; 6; 10; 9 27,50 30,80 41,29 5,16 6; 7; 11; 10 27,50 30,80 41,29 5,16 7; 8; 12; 11 27,50 30,80 41,29 5,16 9; 10; 14; 13 18,00 30,80 35,67 4,46 10; 11; 15; 14 18,00 30,80 35,67 4,46 11; 12; 16; 15 18,00 30,80 35,67 4,46

Chọn ha = 6m

h = 11 + 6 = 17m

+) Phần MBA:

Tính toán tương tự phương án 1 cho các vùng bảo vệ ta có: ha = 6m > 5,5m

=> Vậy ta cần nâng chiều cao các cột bên phía 220kV lên 0,5m để phối hợp bảo vệ toàn bộ MBA và xà MBA: h = 17 + 6 =23m

Ta tính toán tương tự như phương án 1 trong bảng sau:

Ta tính toán tương tự như phương án 1 trong bảng sau:

Bảng 2.4 Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên

(25;26), (26; 27) 36 11,857 2,893 0,643

(17; 19), (18; 21) 23 - 17 15,498 15,429 3,332

Hình 2.10 Phạm vi bảo vệ các cột thu sét phương án 2

: Phạm vi bảo vệ cho độ cao 17m

-: Phạm vi bảo vệ cho độ cao 11m

Đơn vị : mm

AT1 AT2

2.6 Chọn phương án tối ưu

Ta có độ cao hiệu dụng của cột thu sét trong 2 phương án là:

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP

3.1 Khái niệm chung

Nhiệm vụ của nối đất trong hệ thống điện sét là để tản dòng điện xuống đất

để đảm bảo cho điện thế trên các vật nối đất có trị số bé Hệ thống nối đất là một bộ phận quan trọng trong việc bảo vệ các thiết bị khỏi quá điện áp Tuỳ theo nhiệm vụ

và hiệu quả mà hệ thống nối đất được chia làm 3 loại:

Nối đất làm việc

Nhiệm vụ chính là đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị, hoặc một số

bộ phận của thiết bị yêu cầu phải làm việc ở chế độ làm việc đã được quy định sẵn

Nối đất an toàn

Có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người khi cách điện bị hư hỏng Thực hiện nối đất an toàn bằng cách nối đất các bộ phận kim loại không mang điện như vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, các giá đỡ kim loại Khi cách điện bị hư hỏng do lão hoá thì trên các bộ phận kim loại sẽ có một điện thế nhưng do nối đất nên điện thế này nhỏ không gây nguy hiểm cho người

Nối đất chống sét

Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất khi có sét đánh vào cột thu lôi hay dây chống sét Hạn chế sự hình thành và lan truyền của sóng quá điện áp do phóng điện sét gây nên Nối đất chống sét còn có nhiệm vụ hạn chế hiệu điện thế giữa hai điểm bất kì trên cột điện và đất

3.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống nối đất

Một số yêu cầu về kỹ thuật của điện trở nối đất:

+ Trị số điện trở nối đất của nối đất an toàn được chọn sao cho các trị số điện

áp bước và tiếp xúc trong mọi trường hợp đều không vượt quá giới hạn cho phép + Đối với các thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất yêu cầu điện trở nối đất phải thoả mãn: R 0,5

+ Đối với các thiết bị có điểm trung tính cách điện thì:

I

+ Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện với đất và chỉ có một hệ thống nối đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì:

I

+ Còn nếu điện trở nối đất tự nhiên không thoả mãn đối với các thiết bị cao

áp có dòng ngắn mạch chạm đất lớn thì ta phải tiến hành nối đất nhân tạo và yêu cầu trị số của điện trở nối đất nhân tạo là: R 1

+ Trong khi thực hiện nối đất có thể tận dụng các hình thức nối đất sẵn có như các đường ống và các kết cấu kim loại của công trình chôn trong đất Việc tính toán điện trở tản của các đường ống chôn trong đất hoàn toàn giống với điện cực hình tia

+ Vì đất là môi trường không đồng nhất, khá phức tạp do đó điện trở suất của đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần của đất như các loại muối, axít chứa trong đất,độ ẩm , nhiệt độ và điều kiện khí hậu Ở Việt Nam khí hậu thay đổi theo từng mùa độ ẩm của đất cũng thay đổi theo dẫn đến điện trở suất của đất cũng biến đổi trong phạm vi rộng Do vậy trong tính toán thiết kế về nối đất thì trị số điện trở suất của đất dựa theo kết quả đo lường thực địa và sau đó phải hiệu chỉnh theo hệ

số mùa, mục đích là tăng cường an toàn

Công thức hiệu chỉnh như sau:

m do

TT K (3.1) Trong đó: tt: điện trở suất tính toán của đất

đo: điện trở suất đo được của đất

Km: hệ số mùa của đất

Hệ số Km phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu của điện cực

Bảng 3.1 Hệ số Km ứng với các trạng thái

Loại nối

đất Dạng cực

Hệ số mùa K ứng Với các trạng thái Đất khô Đất ẩm

Chống

sét

Thanh ngang chôn sâu 0,5 m 1,4 1,8 Thanh ngang chôn sâu 0,8 m 1,25 1,45 Cọc dài 2-3 m 1,25 1,3 Nối đất chôn sâu với độ sâu 2-3 m 1,0 1,1

3.3 Trình tự tính toán

 Số liệu tính toán nối đất của trạm:

- Điện trở suất đo được của đất: d 100 m

- Điện trở nối đất cột đường dây ta xét với giá trị:R c 10

- Dây chống sét sử dụng loại C -70,điện trở của 1km đường dây là 2,38 /km

- Chiều dài khoảng vượt đường dây là: + l 230m phía 220kV

+ l 180m phía 110kV

- Điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vượt là :

) ( 547 , 0 10 230 38 , 2