Đồ án tốt nghiệp Hệ thống điện NGUYEN MINH NGOC

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM CẮT 220 kV 2.1 Khái niệm chung Trạm biến áp và đường dây truyền tải là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân ph

LỜI MỞ ĐẦU

Đất nước đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá, ngành điện giữ một vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân Trong cuộc sống điện năng rất cần cho phục vụ sản xuất và sinh hoạt Cùng với sự phát triển của xã hội đòi hỏi việc cung cấp điện phải đảm bảo liên tục và có chất luợng cao Xuất phát từ thực tế

đó việc đảm bảo cho các trạm biến áp và đường dây truyền tải làm việc an toàn, không gặp sự cố, không gây gián đoạn cung cấp điện là đặc biệt quan trọng

Nhằm hoàn thiện kiến thức đã được học và bước đầu làm quen với 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 cắt 220kV ” Đồ án tốt nghiệp gồm có 2 phần:

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

Phần II: Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm

Em xin gửi lời cảm 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 Ths 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

Do còn thiếu kinh nghiệm thức tế nên đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 05 tháng 1 năm 2014

Sinh viên

Nguyễn Minh Ngọc

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1 PHẦN MỘT: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT TRẠM CẮT 220 KV VÀ ĐƯỜNG DÂY 220 KV _ 6 CHƯƠNG I : TÌNH HÌNH DÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT TỚI LƯỚI ĐIỆN _ 7

1.1 Hiện tượng dông sét 7 1.1.1 Khái niệm chung 7 a) Quá trình hình thành sét 7 b) Các dạng sóng sét _ 8 1.1.2 Cường độ hoạt động của sét 9 1.1.3 Tình hình dông sét ở Việt Nam _ 10 1.2 Ảnh hưởng của dông sét _ 12 1.3 Vấn đề chống sét: _ 12

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM CẮT 220 kV _ 13

2.1 Khái niệm chung 13 2.2 Các yêu cầu kĩ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng 13 2.3 Các công thức sử dụng để tính toán _ 14 2.3.1 Độ cao cột thu lôi _ 14 2.3.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập _ 14 2.3.3 Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột thu lôi 15 2.4 Mô tả đối tượng bảo vệ _ 19 2.5 Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp 20

2.5.1 Phương án 1: _ 20

2.5.1.1 ố trí các cột thu lôi: 20 2.5.1.2 Tính toán cho phương án 1 _ 21 2.5.1.3 Phạm vi bảo vệ của phương án 1 23

2.5.2 phương án 2 24

2.5.2.1 Bố trí các cột thu lôi 24 2.5.2.2 Tính toán cho phương án 2 _ 24 2.5.2.3 Phạm vi bảo vệ của phương án 2 26 2.6 So sánh và lựa chọn phương án 27

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP _ 28

3.1 Yêu cầu nối đất cho trạm biến áp 28 3.2 Tính toán nối đất _ 29 3.2.1 Nối đất an toàn _ 30 3.2.2 Nối đất chống sét 33

CHƯƠNG IV :BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 220KV _ 39

4.1 Khái niệm và yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đường dây _ 39 4.2 Các chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây 39 4.2.1 Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét _ 39 4.2.2 Cường độ hoạt động của sét _ 40 4.2.3 Số lần sét đánh vào đường dây _ 40 4.2.4 Số lần phóng điện do sét đánh vào đường dây 41 4.2.5 Số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây 42 4.2.6 Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng _ 43 4.3 Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây _ 43 4.3.1 Thông số đường dây cần bảo vệ _ 43 4.3.2 Xác định độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở của dây chống sét và đường dây _ 44 4.3.3 Tính số lần sét đánh vào đường dây _ 47 4.3.4 Suất cắt do sét đánh vào đường dây _ 48 4.3.4.1 Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn _ 48 4.3.4.2 Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt 49 4.3.4.3 Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột 54

PHẦN HAI: CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN SÓNG TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN VÀO TRẠM BIẾN ÁP _ 78 CHƯƠNG V BẢO VỆ SÓNG QUÁ ĐIỆN ÁP TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY VÀO TRẠM _ 79

I Khái niệm chung _ 79

II CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP TRÊN CÁCH ĐIỆN CỦA THIẾT BỊ KHI CÓ SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM 80 2.1 Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm bằng phương pháp lập bảng 80 2.2 Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm bằng

phương pháp đồ thị _ 83 2.3 Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm bằng

phương pháp tiếp tuyến 85 III TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM _ 87 3.1 Lập sơ đồ thay thế rút gọn trạng thái nguy hiểm nhất của trạm 87 3.2 Thiết lập phương pháp tính điện áp nút trên sơ đồ rút gọn 90 3.3 Đặc tính cách điện tại các nút cần bảo vệ 95 3.3.1 Đặc tính điện áp chịu đựng của máy biến áp 220 kV 95 3.3.2 Đặc tính V-S của thanh góp 220 kV _ 95 3.3.3 kiểm tra dòng điện qua chống sét van 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét 8

Hình 1.2 Dạng tổng quát của sóng sét 8

Hình 1.3 Dạng xiên góc của sóng sét 9

Hình 1.4 dạng hàm số mũ của sóng sét 9

Hình 2.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét 15

Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột có độ cao bằng nhau 16

Hình 2.3: phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau 17

Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu lôi 18

Hình 2.5 Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu lôi 18

Hình 2.6: Phạm vi bảo vệ của dây chống sét 19

Hình 2.7 Mặt bằng trạm cắt 220kV 20

Hình 2.8 Bố trí các cột thu lôi của phương án 1 21

Hình 2.9 Phạm vi bảo vệ của phương án 1 23

Hình 2.10 Bố trí cột thu lôi cho phương án 2 24

Hình 2.11 Phạm vi bảo vệ của phương án 2 26

Hình 3.1: Hệ số hình dạng ( ) 2 1 l l f K  33

Hình 3.2: Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất 34

Hình 3.3: Sơ đồ đẳng trị rút gọn 34

hình 4.1: góc bảo vệ của dây thu sét 40

Hình4.2: Kết cấu của cột điện 43

Hình 4.3: Sơ đồ xác đinh hệ số ngẫu hợp 46

Hình 4.4 Sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét 49

Hình 4.5 đồ thị U cd (a,t) và U pd (t) 52

Hình 4.6: Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào khoảng vượt 53

Hình 4.7 Sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chống sét 54

Hình 4.8: Sơ đồ tương đương mạch đẫn dòng sét khi chưa có sóng phản xạ tới 57

Hình 4.9 Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện khi có sóng phản xạ tới 58

Hình 4.10: Điện áp đặt lên cách điện của đường dây khi sét đánh vào đỉnh cột 74

Hình 4.11 Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào đỉnh cột 76

Hình 5.1 Sóng truyền trên đường dây 81

Hình 5.2 Sơ đồ tương đương với thông số tập trung 81

Hình 5.3 Quy tắc sóng đẳng trị 82

Hình 5.4: Đặc tính V – A của chống sét van ZnO 84

Hình 5.5 Sóng tác dụng lên điện trở phi tuyến đặt cuối đường dây 84

Hình 5.7 Sóng tác dụng lên điện dung đặt cuối đường dây 86

Hình 5.8 Xác định điện áp U C (t) bằng phương pháp tiếp tuyến 87

Hình 5.9:Sơ đồ nguyên lý trạng thái sóng nguy hiểm nhất 89

Hình 5.10:Sơ đồ thay thế trạng thái sóng nguy hiểm 89

Hình 5.11: Sơ đồ thay thế rút gọn của trạng thái sóng nguy hiểm 90

Hình 5.12: Nguyên tắc momen lực 90

Hình 5.13: Sơ đồ Petersen tại nút 1 91

Hình 5.14 Sơ đồ Petersen tại nút 2 93

Hình 5.15 Sơ đồ Petersen tại nút 3 94

Hình 5.16: kiểm tra điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp 95

Hình 5.17: kiểm tra an toàn cách điện thanh góp 220 kV 96

Hình 5.18: dòng điện qua chống sét van 96

DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Số liệu về sét trong năm 2012 tại các địa phương 11

Bảng 1.2:Mật độ phóng điện xuống các khu vực 11

Bảng 1.3:Tình hình sự cố lưới điện ở miền bắc 12

Bảng 2.1: Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên 23

Bảng 2.2: Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên 26

Bảng 3.1: Bảng ( ) 2 1 l l f K  33

Bảng 3.2: Bảng tính toán chuỗi số    1 2 1 k T K d s e k  37

Bảng 4.1: Bảng xác suất hình thành hồ quang  f(E lv). 42

Bảng 4.2 giá trị U cd (t) tác dụng lên chuỗi sứ 51

Bảng 4.3: Đặc tính phóng điện của chuỗi sứ 51

Bảng 4.4: Đặc tính xác suất phóng điện với R c =10  53

Bảng 4.5: Tổng hợp các kết quả tính toán 54

Bảng 4.6 Tính u cu đ (a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột 67

Bảng 4.7 Tính u cu t (a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột 68

Bảng 4.8 Tính i c (a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột 69

Bảng 4.9 Tính di (a,t) c dt khi sét đánh vào đỉnh cột 70

Bảng 4.10 Tính U ( , )c a t khi sét đánh vào đỉnh cột 71

Bảng 4.11 Tính Udcs( , )a t khi sét đánh vào đỉnh cột 72

Bảng 4.12 Tính U cd (a,t)kV khi sét đánh vào đỉnh cột (R c =10) 73

Bảng 4.13: Đặc tính xác suất phóng điện pd 75

Bảng 4.14: Tổng hợp các kết quả tính toán 76

Bảng 5.1: Bảng điện dung tương đương của các thiết bị trong trạm 88

Bảng 5.2: Điện áp chịu đựng của máy biến áp theo thời gian 95

Bảng 5.3: Đặc tính V-S của thanh góp 95

PHẦN MỘT: TÍNH TOÁN BẢO VỆ

CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT TRẠM CẮT 220 KV VÀ ĐƯỜNG

DÂY 220 KV

CHƯƠNG I : TÌNH HÌNH DÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA

DÔNG SÉT TỚI LƯỚI ĐIỆN

Việc nghiên cứu dông sét và các biện pháp chống sét đã có từ lâu lịch sử lâu dài cùng với sự phát triển của ngành điện Ngày nay người ta đã tìm ra được các phương pháp cũng như hệ thống thiết bị hiện đại để phòng chống sét đánh Sét là một hiện tượng tự nhiên có mật độ, biên độ, thời gian phóng điện, biên độ dốc của sét không thể

dự đoán trước nên việc nghiên cứu chống sét là rất quan trọng đặc biệt là trong ngành điện

1.1 Hiện tượng dông sét

1.1.1 Khái niệm chung

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 thẳng Cơn dông có thể kéo dài 30 phút đến 12 giờ, trải rộng từ vài chục đến hàng trăm kilomet

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

a) 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) Tia tiên đạo càng phát triển về phía mặt đất thì 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 phóng điện ngược phát triển về phía 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

Hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt

Dòng của phóng điện ngươc

Hoàn thành phóng điện sét

1.1.3 Tình hình dông sét ở Việt Nam

Theo đề tài KC – 03 - 07 của viện năng lượng, trong một năm số ngày sét ở miền bắc khoảng từ 70 đến 100 ngày và số lần có dông là từ 150-300 lần

Vùng có nhiều dông nhất trên miềm bắc là khu vực Móng Cái, Tiên Yên (Quảng Ninh) hằng năm có 100 – 110 ngày dông sét

Nơi ít dông nhất là Quảng Bình , hàng năm chỉ có 80 ngày dông, xét về diễn biến của mùa dông trong năm, mùa dông không hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng Nói chung ở miền bắc dông tập trung từ tháng 4-9 , ở phía tây bắc dông tập trung từ tháng 5-8 trong năm

Trên vùng duyên hải trung bộ từ phía bắc đến Quảng Ngãi là khu vực tương đối nhiều dông trong tháng Số ngày có dông xấp xỉ 10 ngày / tháng, tháng có nhiều dông nhất là tháng 5, có thể có từ 12 – 15 ngày

Miền nam cũng có khá nhiều dông , hàng năm quan sát được từ 40 đến 50 ngày

và đến trên 100 ngày tùy nơi Khu vực nhiều dông sét nhất là đồng bằng nam bộ, số ngày dông sét có thể lên đến 120 – 140 ngày / năm

Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng trung bình dông sét trên 3 miền ắc – Trung – Nam, những vùng lân cận lại có mật độ sét tương đối giống nhau Theo kết quả nghiên cứu người ta đã lập được bản đồ phân vùng dông sét toàn Việt Nam

Bảng 1.1: Số liệu về sét trong năm 2012 tại các địa phương

trung bình (ngày / năm)

Giờ dông trung bình ( giờ / năm)

Mật độ sét trung bình

Tháng dông cực đại

Bảng 1.2:Mật độ phóng điện xuống các khu vực

Số ngày

dông

Đồng bằng ven biển

Miền núi trung du phía bắc

Cao nguyên miền trung

Ven biển trung bộ

Đồng bằng miền nam

1.2 Ảnh hưởng của dông sét

Ở Việt Nam trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KC – 03 – 07 đã lắp đặt các thiết bị ghi sét và bộ ghi tổng hợp trên các đường dây tải điện trong nhiều năm liên tục, kết quả thu thập tình hình sự cố lưới điện 220 kV ở miền bắc từ năm 1987 đến năm

1992 được ghi trong bảng

Bảng 1.3:Tình hình sự cố lưới điện ở miền bắc

áp là điều không thể thiếu được Vì vậy việc đầu tư nghiên cứu chồng sét là cần thiết

để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện của nước ta

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM

CẮT 220 kV 2.1 Khái niệm chung

Trạm biến áp và đường dây truyền tải là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng

Đối với trạm biến áp thì các thiết bị phân phối của trạm thường được đặt ngoài trời, nên khi bị sét đánh trực tiếp có thể sẽ gây ra nhưng hậu quả nặng nề (phóng điện, phá hủy cách điện, gây cắt điện…) nếu không được bảo vệ Sự cố mất điện ở trạm còn ảnh hưởng đến các ngành công nghiệp khác do hậu quả của việc mất điện Do vậy trạm biến áp có yêu cầu bảo vệ cao

Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta dùng cột thu lôi và dây chống sét bởi vì dùng như vậy sẽ đảm bảo về mặt kỹ thuật , kinh tế và mỹ thuật Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện tích để định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó tạo ra khu vực an toàn bên dưới hệ thống này

Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần phải đảm bảo về mặt kỹ thuật và quan tâm tới các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý

2.2 Các yêu cầu kĩ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng

Yêu cầu đối với bảo vệ chống sét đánh trực tiếp của trạm biến áp là tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ Đối với trạm cắt 220 kV ta dùng cột thu lôi, còn đối với đường dây ta dùng dây chống sét

Đối với trạm biến áp từ 110 kV trở lên có mức cách điện cao, do đó có thể đặt các thiết bị thu lôi trên các kết cấu của trạm gắn vào hệ thống nối đất của trạm theo đường ngắn nhất sao cho dòng điện sét khuyếch tán vào hệ thống nối đất theo 3 đến 4 thanh nối đất với hệ thống, mặt khác phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số của điện trở nối đất

Khâu yếu nhất trong trạm phân phối ngoài trời là cuộn dây máy biến áp, vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa điểm nối vào cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp phải lớn 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

Đối với các dây chống sét ta treo dọc theo chiều dài của đường dây cần bảo vệ và đặt cao hơn các đường dây được bảo vệ

2.3 Các công thức sử dụng để tính toán

2.3.1 Độ cao cột thu lôi

h = hx + ha (2.1) Trong đó:

h : Độ cao cột thu lôi

hx : Độ cao của vật cần được bảo vệ

ha : Độ cao tác dụng của cột thu lôi xác định theo nhóm cột

ha ≥ D8( Với D là đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột )

2.3.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập

Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là miền được giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình:



- Nếu hx 2/3h thì:

x x

a b c

h 0.2h

0,8h

R

1,75h 0,75h

Hình 2.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét

2.3.3 Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột thu lôi

Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi thì lớn hơn nhiều so với tổng phạm vi bảo vệ của hai cột đơn Nhƣng để hai cột thu lôi có thể phối hợp đƣợc thì khoảng cách a giữa

2 cột thì phải thỏa mãn điều kiện a < 7h ( h là chiều cao của cột )

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

Khi 2 cột thu lôi có cùng độ cao h đặt cách nhau khoảng cánh a (a < 7h) thì độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi h0 đƣợc tính nhƣ sau:

h0 = h − a

7Tính rox :

 h0 = h − a

7p

Biểu diễn trên hình vẽ như sau: (Hình 2-2)

Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột có độ cao bằng nhau

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

Phạm vi bảo vệ vủa hai cột thu lôi có độ cao khác nhau được xác định như sau:

Giả sử có hai cột thu sét : cột 1 có chiều cao h1, cột 2 có chiều cao h2 và 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 sinh của phạm vi bảo vệ của cột cao tại điểm 3 Điểm này được xem là đỉnh của cột thu lôi giả định, nó sẽ cùng với cột thấp h2, hình thành đôi cột ở độ cao bằng nhau

và bằng h2 với khoảng cách là a’

0,75.h

1,5.h

Hình 2.3: phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau

Xác định được khoảng cách x và a’ như sau :

- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa cột 1 và cột giả tường (cột 3)

Phạm vi bảo vệ của ba cột thu lôi

2 1

2 1

1, 6

h1h

1, 6

h1h





Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu lôi Phạm vi bảo vệ của bốn cột thu lôi

Hình 2.5 Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu lôi

Điều kiện cần để công trình nằm trong miền giới hạn của các cột thu sét được bảo vệ an toàn:

D 8 hh x

Trong đó:

D là đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác, tứ giác

h là chiều cao cột

hx là chiều cao cần bảo vệ

Cách xác định đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác:

2

2

c b a p

c p b p a p p

c b a D

Với a, b,c là ba cạnh của tam giác

Sau đó xác định phạm vi bảo vệ của từng cặp cột biên tương tự như xác định phạm vi bảo vệ của hai cột

d Phạm vi bảo vệ của dây chống sét

Phạm vi bảo vệ của dây chống sét đƣợc thể hiện nhƣ hình vẽ (Hình 2-4)

hx 1,2h

0,6h

h x

h

0,2h

Dây chống sét

Hình 2.6: Phạm vi bảo vệ của dây chống sét

2.4 Mô tả đối tƣợng bảo vệ

-Trạm cắt 220 kV có:

-Chiều rộng trạm 97m, chiều dài trạm 164m

-Các xà cao 11m và 17m

-Mặt bằng trạm nhƣ hình vẽ :

Lấy chung một độ cao tác dụng lớn nhất cho toàn trạm

- Tính độ cao h của cột thu lôi: h = ha + hx ( Với hx : độ cao của vật được bảo vệ)

- Kiểm tra lại khả năng bảo vệ đối với các vật nằm ngoài phạm vi bảo vệ :

+ Tính bán kính bảo vệ của một cột thu lôi: theo các công thức (2.2) hoặc (2.3)

+ Tính bán kính khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu lôi: theo các công thức (2.5) hoặc (2.6)

Vẽ các khu vực bảo vệ theo kích thước đã tính

- Kiểm tra lại nếu có vật được bảo vệ nào nằm ngoài khu vực bảo vệ thì cần phải tăng độ cao cột thu lôi hoặc bố trí thêm cột và tính toán theo trình tự trên

2.5.1 Phương án 1:

2.5 Bố trí các cột thu lôi:

Phương án bố trí các cột thu sét được thể hiện trên hình vẽ 2.8 :

F02 F01 F08

Liªn l¹c F07 F06 F05 F04 F03

MBA AT2 M¹ch vßng MBA AT1

Dù phßng ViÖt Tr× S¬n T©y

2.5 .2 Tính toán cho phương án

a) Tính độ cao tác dụng của các cột thu sét

Để tính được độ cao tác dụng của các cột thu sét ta phải xác định được đường

kính đường tròn ngoại tiếp đa giác đi qua các chân cột D Độ cao tác dụng thoả mãn

Độ cao cột thu lôi phía 220kV là: h=hx+ha=17+9,5 =26,5 (m)

) Phạm vi ảo vệ của từng cột:

* Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 26,5 m

c) Phạm vi ảo vệ của các cặp cột iên

- Xét cặp cột (1-2):

Khoảng cách giữa hai cột là: a = đoạn (1-2) = 61,6 m

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

Bảng 2.1: Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên

2.5.1.3 Phạm vi bảo vệ của phương án

? ?

Hình 2.9 Phạm vi bảo vệ của phương án 1

Nhận xét: Ta thấy tất cả các thiết bị trong trạm đều được bảo vệ

F02 F01 F08

Liªn l¹c F07 F06 F05 F04 F03

MBA AT2 M¹ch vßng MBA AT1

Dù phßng ViÖt Tr× S¬n T©y

2.5.2.2 Tính toán cho phương án 2

a) Tính độ cao tác dụng của các cột thu sét:

Độ cao cột thu lôi phía 220kV là: h=hx+ha=17+ 7= 24(m)

) Phạm vi ảo vệ của từng cột

Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 24m

- án kính bảo vệ ở độ cao 11m:

c) Phạm vi ảo vệ của các cặp cột iên

- Xét cặp cột (1-2):

Khoảng cách giữa hai cột là: a = đoạn (1-2) = 30,8 m

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

Bảng 2.2: Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên

2.5.2.3 Phạm vi bảo vệ của phương án 2

Hình 2.11 Phạm vi bảo vệ của phương án 2

Nhận xét: Ta thấy tất cả các thiết bị trong trạm đều được bảo vệ

2.6 So sánh v lựa chọn phương án

Cả hai phương án đều đảm bảo về mặt kỹ thuật

Phương án 1: ta sử dụng 9 cột thu sét với tổng chiều dài là 139,5 (m)

Phương án 2: ta sử dụng 15 cột thu sét với tổng chiều dài là 195 (m)

So sánh hai phương án ta chọn phương án 1 là phương án bố trí cột thu sét chống sét đánh trực tiếp cho trạm

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP

3.1 Yêu cầu nối đất cho trạm biến áp

Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện áp trên vật nối đất có trị số bé Hệ thống nối đất là một bộ phận quan trọng trong việc bảo vệ quá điện áp, Tuỳ theo nhiệm vụ và hiệu quả mà hệ thống nối đất được chia làm 3 loại

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

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:  

+ 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

Hệ số mùa K ứng Với các trạng thái

An toàn

Làm việc

Chống

sét

3.2 Tính toán nối đất

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 ta chọn là: l 250m phía 220kV

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

TN NT TN

NT HT

R R

R R R

R

Với RTN: điện trở nối đất tự nhiên

RNT: điện trở nối đất nhân tạo R NT 1

a- Điện trở nối đất tự nhiên

Nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống chống sét đường dây và cột điện 220kV tới trạm

c cs

R R

n: số lộ dây

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

Rc : điện trở nối đất của cột điện, với Rc= 10()

b Điện trở nối đất nhân tạo

Nối đất có các hình thức cọc dài 2-3m bằng sắt tròn hay sắt chôn thẳng đứng Thanh dài

chôn nằm ngang ở độ sâu 0,5-0,8m đặt theo hình tia; mạch vòng hoặc tổ hợp của

hai hình thức trên

- Đối với nối đất chôn nằm ngang có thể dùng công thức chung sau:

t d

L K l

R

.ln 2

L: chiều dài tổng của điện cực

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

2

b với b là chiều rộng của sắt dẹt

t: độ chôn sâu

K: hệ số hình dạng phụ thuộc sơ đồ nối đất

- Hệ thống nối đất gồm nhiều cọc bố trí dọc theo chiều dài tia hoặc theo chu vi mạch vòng:

C T T

C

C T HT

R n R

R R R

L K L

.ln 2

t: Độ chôn sâu của thanh, t= 0,8m

ρtt: điện trở suất tính toán của đất với thanh làm mạch vòng chôn ở độ sâu t

mua d

tt  k

 Tra bảng với thanh ngang chôn sâu t=0,8m ta có kmùa=1,6

10.42

2 2

Vì R MV  0.914    1 đạt yêu cầu.Nên ta không phải đóng cọc vào hệ thống nối đất

Ta có điện trở nối đất của hệ thống:

0.540.0,914

0.540 0,914

- 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 xét cả hai quá trình có ảnh

hưởng khác nhau đến hiệu quả nối đất

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

R xk

xk   (3.7) hoặc ở dạng tổng quát: xk  f(I,)

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

Hình 3.2: 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 tới 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

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

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

t

I L x U

cos 1

1 2 ) , (

k

T t

l

x k e

k T t l G

a t x

(3.12) Tổng trở xung kích ở đầu vào của nối đất:

1

1 2 ) , 0 (

k

T t

K e k

t

T t l G

a t

Với:

2 2 2



k

l G L

2

1



l G L

K

T

T K 

Tính toán cho trạm thiết kế:

Đây là trạm 220 kV nên cho phép nối đất chống sét nối chung vào với nối đất an toàn Do đó nối đất chống sét là nối đất phân bố dài dạng mạch vòng gồm hai tia nối

t

L

Điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài là:

L

m r

) (

.

toan an MV

toan an MV set MV set

MV

K

R K

6,1

25,1

= 0,714

2, 725.102.257.0, 714

ds S

1

1 2 1

1 ) , 0 (

k

T ds

ds

K

d s e k

T l

G Z

1 2 1 2

1 )

, 0 (

k

T ds

MV ds

K

d s e k

T l

G Z

2

6

1

2

11

11

2

21

k

T T

T T

k

e e

e e

k

T K

d s

e k

2 1

1 1, 062

ds K

T k

e k

ZXK(0,τds): Tổng trở xung kích ở đầu vào nối đất của dòng điện sét

U50%220 kV : Mức phóng điện xung kích nhỏ nhất của trạm 220 kV

Có U d U50%220kV vậy không phải tiến hành nối đất bổ sung

Kết luận :Với phương án bảo vệ đã nêu trên thì trạm biến áp sẽ được an toàn khi có sét đánh vào trong trạm

CHƯƠNG IV :BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 220KV

4.1 Khái niệm v yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đường dây

Đường dây là phần tử dài nhất trên hệ thống điện nên thường bị sét đánh gây nên quá điện áp quá trình này có thể dẫn tới cắt máy cắt đường dây làm ảnh hưởng tới cung cấp điện Mặt khác khi sét đánh vào đoạn dây gần trạm thì sẽ tạo nên sóng truyền vào trạm gây sự cố phá hoại cách điện của thiết bị điện trong trạm Do đó ta phải tiến hành nghiên cứu chống sét cho đường dây tải điện, đặc biệt là những đoạn đường dây gần đến trạm thì phải được tính toán bảo vệ cẩn thận Vì thế đường dây cần được bảo

vệ chống sét với mức an toàn cao

Quá điện áp khí quyển xuất hiện trên đường dây có thể là do sét đánh thẳng lên đường dây hoặc do sét đánh xuống đất gần đường dây tạo nên quá điện áp cảm ứng Trị số của quá điện áp khí quyển là rất lớn nên không thể chọn mức cách điện của đường dây đáp ứng được hoàn toàn yêu cầu của quá điện áp mà chỉ có thể chọn theo mức hợp lý về mặt kinh tế và kỹ thuật Do đó yêu cầu đối với bảo vệ chống sét đường dây không phải là an toàn tuyệt đối mà chỉ cần ở mức độ giới hạn hợp lý

Trong phần này ta sẽ tính toán các chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây, trên cơ

sở đó xác định được các phương hướng và biện pháp để giảm số lần cắt điện của đường dây cần bảo vệ

4.2 Các chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây

4.2.1 Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét

Đối với đường dây tải điện thông thường:

Trong đó : hdd là chiều cao treo dây dẫn

hcs là chiều cao treo dây chống sét

bx là phạm vi bảo vệ một bên của dây thu sét

hình 4.1: góc bảo vệ của dây thu sét

Từ đó ta tính được góc bảo vệ giới hạn của dây thu sét:

x gh

Coi mật độ sét là đều trên toàn bộ diện tích vùng có đường dây đi qua, có thể tính

số lần sét đánh trực tiếp vào đường dây trong một năm là: