Đồ án tốt nghiệp Hệ thống điện nguyễn viết trường

Như vậy ta thấy Việt Nam là nước chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét, đây là điều bất lợi cho phát triển kinh tế của đất nước nói chung và bất lợi cho công tác quản lý, vận hành hệ thống đ

Lời cám ơn

Là một sinh viên đang học tập và rèn luyện tại trường đại học Điện Lực Hà Nội,

em cảm thấy một niềm tự hào và động lực to lớn cho sự phát triển của bản thân trong tương lai Sau năm năm học đại học, dưới sự chỉ bảo, quan tâm của các thầy cô, sự nỗ lực của bản thân, em đã thu được những bài học rất bổ ích, đựơc tiếp cận các kiến thức khoa học kĩ thuật tiên tiến phục vụ cho lĩnh vực chuyên môn mình theo đuổi Có thể nói, những đồ án môn học hay bài tập lớn hay mà một sinh viên thực hiện chính là một cách thể hiện mức độ tiếp thu kiến thức và vận dụng sự dạy bảo quan tâm của thầy cô

Chính vì vậy em đã dành thời gian và công sức để hoàn thành đề tài tốt nghiệp

―TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP VÀ

ĐƯỜNG DÂY 220/110kV‖ này như một cố gắng đền đáp công ơn của thầy cô cũng

như tổng kết lại kiến thức thu được sau một quá trình học tập và rèn luyện tại trường đại học Điện Lực

Trong thời gian học tập cũng như thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp em luôn nhận được sự chỉ bảo, động viên tận tình của các thầy cô, gia đình và các bạn, đặc biệt

là sự hướng dẫn của thầy giáo:T.S Trần Anh Tùng đã giúp em hoàn thành tốt đồ án

Mục lục

PHÂN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP

220kV/110kV 3

CHƯƠNG I:HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 3

1.1 Hiện tượng dông sét 3

1.2 Ảnh hưởng của dông sét đến kỹ thuật 8

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO PHÍA 220kV 10 2.1 Lý thuyết 10

2.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng 10

2.3 Các công thức sử dụng để tính toán 11

2.4 Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ 15

2.5 Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp 18

2 5 1 Phương án 1 18

Ta có phạm vi bảo vệ của trạm 220/110kv 30

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO PHÍA 220kV 31

3.1 Yêu cầu nối đất cho trạm biến áp 31

3.2 Tính toán nối đất 32

3.2.1 Nối đất an toàn., 33

3.3 Nối đất chống sét 36

Nối đất bổ sung 43

CHƯƠNG IV: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 220kV Error! Bookmark not defined 4.1 Mở đầu Error! Bookmark not defined 4.2 Các chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây Error! Bookmark not defined 4.3 Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây Error! Bookmark not defined 4.3.3 Tính số lần sét đánh vào đường dây Error! Bookmark not defined 4.3.4 Suất cắt do sét đánh vào đường dây Error! Bookmark not defined PHẦN 2: QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP VẬN HÀNH Ở CHẾ ĐỘ KHÔNG TẢI 83

CHƯƠNG 1: TRUYỀN TẢI ĐIỆN ĐI XA 83

Đặc điểm của truyền tải điện đi xa 83

1.1.1 Tổng quan về hệ thống điện hợp nhất 83

1.1.2 Các vấn đề về truyền tải điện đi xa 83

1.2 Mô hình đường dây siêu cao áp 84

1.3 Vấn đề quá điện áp trên đường dây cao áp vận hành ở chế độ không tải 92

CHƯƠNG II :QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƯỜNG DÂY CAO ÁP VẬN HÀNH Ở CHẾ ĐỌ KHÔNG TẢI 95

1 Tính toán phân bố điện áp dọc đường dây dài từ điểm 1 đến điểm 2 96

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)

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:

Hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt

Dòng của phóng điện ngươc

Hoàn thành phóng điện sét

Hình 1-4 dạng hàm số mũ của sóng sét

1.1.2 Tình hình dông sét ở Việt Nam

Nước ta nằm trong khu vực có khí hậu nóng ẩm, rất thuận lợi cho việc hình thành mây dông và sét, mỗi năm ở Việt Nam có tới trên 100 ngày có sét Vì thế mà chống sét là vấn đề quan trọng, rất đáng quan tâm và phải được giải quyết một cách thích đáng đối với các công trình điện, cũng như trong cuộc sống hàng ngày Để giải quyết vấn đề nêu trên, cũng cần phải đánh giá đúng đắn tình hình dông sét và ảnh hưởng của dông sét tới hệ thống điện

- Diễn biến dông ở miền bắc nước ta:

Xét trên toàn năm, số ngày dông trên miền Bắc nước ta thường dao động trong khoảng 70 100 ngày và có số lần dông từ 150 300 lần Như vậy có thể xảy ra từ 2 3 cơn dông

Vùng nhiều dông nhất trên miền Bắc là vùng Tiên Yên – Móng Cái Tại đây hàng năm có từ 250 300 lần dông tập trung trong khoảng từ 100 đến 110 ngày Tháng nhiều dông nhất là tháng 7 và tháng 8 có tới 25 ngày

Nơi ít dông nhất trên miền Bắc là vùng Quàng Bình, hàng năm chỉ có khoảng

80 ngày dông

Xét về diễn biến của dông trong một năm ta có thể nhận thấy mùa đông không hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng Nhìn chung ở Băc bộ mùa dông tập trung trong khoảng tháng 5 đến tháng 9, ở phần phía tây của Bắc bộ và Trung bộ mùa dông tương đối sớm vào đầu tháng 4 Quá trình điễn 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 hai cực đại, tháng 5 và 9 ở Hà Tĩnh, Quảng Bình

- Diễn biến dông 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 tới trên 100 ngày tùy từng nơi, khu vực nhiều dông nhất là ở đồng bằng Nam Bộ, số ngày dông trung bình hàng năm lên tới 120 140 ngày ( Sài Gòn 138 ngày, Hà Tiên 129 ngày) Những giá trị này chả 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 Băc 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 xướng

từ 50 đến 40 ngày ở phần phía Nam từ Bình Đinh trở vào Nam Trung Bộ ( Quy Nhơn:

46 ngày, Nha Trang: 49 ngày, Phan Thiết: 59 ngày) Sự giảm số ngày dông ở Duyên Hải 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 vào khoảng 50 60 ngày ( Playcu: 91 ngày , Blao: 70 ngày)

Mùa dông nói chung là trùng với mùa hạ, là thời kỳ thịnh hành những khối không khí nhiệt đới xích đạo có nhiệt độ cao và nhiệt độ 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 bị hun nóng mạnh) Trong mùa đông ở Nam Bộ

và Tây Nguyên thỉnh thoảng cũng xuất hiện dông nhưng số ngày dông it 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 từ tháng 3 Trên tây nguyên mùa dông bắt đầu sớm hơn Nam Bộ 1 tháng từ tháng 3 và kết thúc sớm hơn 1 tháng (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 phần phía bắc Duyên Hải Trung

Bộ Đó là thời kỳ 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 là 10 ngày mỗi tháng, còn suốt trong sáu tháng từ tháng 5 đến tháng 10 mỗi tháng đều quan sát được trung bình

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 dông mỗi tháng chỉ gặp trung bình từ 5 đến 7 ngày dông mà thôi

Như vậy ta thấy Việt Nam là nước chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét, đây là điều bất lợi cho phát triển kinh tế của đất nước nói chung và bất lợi cho công tác quản

lý, vận hành hệ thống 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 các nhà thiết kế công trình điện cần tính toán sao cho hệ thống vận hành an toàn, vừa đảm bảo về mặt kinh

tế kỹ thuật

1.2 Ảnh hưởng của dông sét đến kỹ thuật

Quá trình phóng điện sét có thể là phóng điện giữa các đám mây với nhau hoặc giữa đám mây với đất Hiện tượng phóng điện từ đám mây mang điện âm sang đám mây mang điện tích dương Quá trình phóng điện sét mây – mây sẽ dừng khi hai đám mây trung hòa hết điện tích Khoảng 80% số trường hợp phóng điện sét mây – đất thì các đám mây đều tích điện âm Khi các đám mây được tích điện tới mức độ có thể tạo lên cường độ điện trường lớn thì sẽ hình thành dòng phát triển về mặt đất và dòng này gọi là dòng tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo ở lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.107 cm/s Ở các lần phóng điện nhanh hơn có thể đạt tới 2.108 cm/s, trung bình mỗi đợt sét có khoảng 3 lần phóng điện liên tiếp bởi trong đám mây có thể hình thành nhiều trung tâm điên tích Dưới mặt đất do hiệu ứng bề mặt mà tập trung các điện tích dương Nếu điện tích ở mặt đất đồng đều ( điện trở suất tại mọi điểm là như nhau ) thì dòng tiên đạo sẽ phát triển theo hướng vuông góc với mặt đất Nếu điện trở suất ở các vị trí khác nhau thì điện tích dương tập trung ở những nơi có điện suất nhỏ và đây cũng là mục tiêu của dòng tiên đạo, đó cũng là tính chọn lọc của phóng điện sét Dòng tiên đạo càng gần mặt đất thì cường độ điện trường càng lớn, quá trình ion hóa càng mãnh liệt tạo ra nhiều thác điện tử và có thể có dòng phóng điện ngược

từ mặt đất lên với tốc độ (1,5.109

1,5.1010) cm/s Trong giai đoạn này điện tích của mây sẽ theo dòng Plasma xuống đất tạo nên dòng ở nơi sét đánh Như vậy quá trình phóng điện chuyển từ phóng điện tiên đạo sang phóng điện ngược và dòng điện tích

dương sẽ giảm dần điện thế đám mây với trị số không và lúc này quá trình phóng điện kết thúc 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 có dòng điện sét đi qua vật nào đó Thực thế

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

bị nóng chảy Phóng điện sét có kèm theo việc di chuyển trong không gian lượng điện tích lớn đã tạo ra điện trường rất mạnh làm nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị diện tử, ảnh hưởng của nó rất lớn ngay cả những nơi cách xa hàng trăm km

Khi sét đánh thẳng vào đường dây hay xuống mặt đất gần đường dây sẽ gây ra sóng điện từ truyền dọc theo đường dây, gây lên quá điện áp tác dụng lên cách điện của đường dây Khi cách điện bị phá hủy sẽ gây ra ngắn mạch pha – đất hoặc ngắn mạch pha– pha buộc các thiết bị bảo vệ Rơ – le ở hai đầu đường dây phải làm việc 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 điện làm việc không kịp thời sẽ tạo ra tình trạng tan rã lưới Sóng sét có thể truyền từ đường dây vào trạm biến

áp, điều này rất nguy hiểm như khi ngắn mạch trên thanh góp và rất dễ dẫn đến sự cố trầm trọng Mặt khác, khi có sóng sét vào tram biến áp, nếu chống sét van đầu cực máy biến áp làm việc không hiêu quả thì cách điện của máy biến áp sẽ bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn

 Nhận xét:

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 cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ

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

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 kỹ 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 biến áp 220/110 kV ta dùng cột thu lôi, còn đối với đường dây 220kV ta dùng dây chống sét

Đối với trạm biến áp 220/110 kV 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 + haTrong 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’

O

a R

-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)

c) Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét ( số cột > 2)

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

1 2 2

1

1 2 2

1

1, 6

h1h

1, 6a' a-x a- (h h )

h1h





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

 x a

D8 hh 8h

Với: D: đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu lôi

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

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

D8 hh p8h p với 5,5

ph



d) Phạm vi bảo vệ của dây chống sét

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

h x 1,2h 0,6h

hx

h

0,2h

Dây chống sét

Hình 2-4: Phạm vi bảo vệ của dây chống sét

+ Phía 110 kV có 4 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh góp vòng, được cấp điện từ 2 MBA tự ngẫu (AT1, AT2)

+ Độ cao xà cần bảo vệ phía 220 kV là 11m và 16m + Độ cao xà cần bảo vệ phía 110 kV là 8m và 11m

2.5 Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp

2 5 1 Phương án 1

- Phía 220kV dùng 9 cột 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 trong đó cột 1,2,4,5,6 được đặt trên xà cao 16m; cột 7,8,9 được đặt trên xà cao 11m và cột 3 đặt trên nóc nhà điều khiển cao 10m

- Phía 110k dùng 9 cột 10,11,12,13,14,15,16,17,18 trong đó cột 13,14,15,16,17,18 được đặt trên xà cao 11 m; cột 10,11,12được đặt trên xà cao 8 m

Vậy:

- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 220 kV là hx = 11 m và hx = 16 m

- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 110 kV là hx = 8 m và hx = 11 m

Tính toán độ cao hữu ích của cột thu lôi:

Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi tam giác hoặc tứ giác nào đó thì độ cao cột thu lôi phải thỏa mãn:

D  8 h a hay h a 

8

D

Trong đó

D: Là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác hoặc tứ giác

ha: Độ cao hữu ích của cột thu lôi

-Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột bao giờ cũng lớn hơn phạm vi bảo vệ của 1 cột Điều kiện để hai cột thu lôi phối hợp được với nhau là a  7 h

Trong đó: a – Khoảng cách giữa 2 cột thu sét

h – Chiều cao toàn bộ cột thu sét

Vậy độ cao hữu ích của cột thu lôi h a 11 , 856

8

847 , 94

- Nửa chu vi tam giác là:

812 , 73 2

60 083 , 54 541 , 33

083,54812,73).(

541,33812,73

181,56652,72).(

623,31652,72

p =

612 , 76 2

49 682 , 70 541 ,

682,70612,76).(

541,33612,76

49 266 , 30 083 ,

266,30675,66).(

083,54675,66

Tính toán tương tự cho các đa giác còn lại, kết quả tính toán được trình bầy trong bảng:

Bảng 2-3 Độ cao hữu ích của cột thu lôi

Chọn độ cao tác dụng cho toàn trạm biến áp

Sau khi tính toán độ cao tác dụng chung cho các nhóm cột thu sét, ta chọn độ cao tác dụng cho toàn trạm như sau:

- Phía 220Kv có hmax =11,856 m nên ta chọn ha = 12m

- Phía 110kV có hmax =9,877 m nên ta chọn ha = 10 m

 Tính độ cao của cột thu sét

 Bán kính bảo vệ của cột thu sét ở các độ cao bảo vệ tương ứng:

 Bán kính bảo vệ của các cột 21m (các cột N10 N18 phía 110kV)

- Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m

4 21 3

2 3

11 1 (

21 5 , 1 ) 8 , 0 1 ( 1,5.h

23

8 1 (

21 5 , 1 ) 8 , 0 1 1,5.h(

.3

23

11 1 (

28 5 , 1 ) 8 , 0 1 ( 1,5.h

.3

23

16 1 (

28 5 , 1 ) 8 , 0 1 1,5.h(

h

h x

( m) Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu sét

* Xét cặp cột 1-2 có:

a = 70 m h = 28 m

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

87

70287-

23

2 16m

hx   h o   ( m)

18

161.(

18.75,0)-(10,75h

23

2

11m

hx   h o   ( m)

18.8,0

111.(

18.5,1).8,0-(11,5hr

0 o

6428

23

,75.18,8570

)-(10,75h

23

2

11m

hx   h o   ( m)

18,857.8,0

111

.(

18,857.5,1).8,0-(11,5hr

0 o

6028

23

19,43.75,0)-(10,75h

23

2

11m

hx   h o   ( m)

19,43.8,0

111

.(

19,43.5,1).8,0-(11,5hr

0 o

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

286,37

5421

23

13,285.75,0)-(10,75h

23

2

8m

hx   h o   ( m)

13,285.8,0

81

.(

13,285.5,1).8,0-(11,5hr

0 o

1921

23

14.75,0)-(10,75h

23

2

8m

hx   h o   ( m)

14.8,0

81.(

14.5,1).8,0-(11,5hr

0 o

)9(6,1

9 10

h h

Vậy khoảng cách từ cột giả định dến cột 10 là:

a'ax33,5416,427,141 ( m)

Phạm vi bảo vệ của hai cột 9’ và 10 là:

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

123,177

141,2721

2 11m

hx  h o  ( m)

123,17.8,0

111

(123,17.5,1).8,0-(11,5hr

0 o

h

h X

( m) + ở độ cao 8m

Vì 17,123 11,415

3

2 3

2 8m

hx  h o  ( m)

123,17.8,0

81

.(

123,17.5,1).8,0-(11,5hr

0 o

2 16m

hx  h o  ( m)

123,17

161(123,7.75,0)-(10,75h

)(

6,1

12 13

h h

Vậy khoảng cách từ cột giả định dến cột 16 là:

a'ax31,9536,425,553 ( m)

Phạm vi bảo vệ của hai cột 3’ và 16 là:

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

35,177

553,2521

2 11m

hx  h o  ( m)

35,17.8,0

111

.(

35,17.5,1).8,0-(11,5hr

0 o

h

h X

( m) + ở độ cao 8m

Vì 17 , 35 11 , 56

3

2 3

2 8m

hx   h o   ( m)

35,17.8,0

81

.(

35,17.5,1).8,0-(11,5hr

0 o

2 16m

hx  h o  ( m)

35 , 17

16 1 ( 35 , 7 75 , 0 ) - (1 0,75h

(+)bán kính bảo vệ của các cột ở phía 220 có h=28

-ở độ cao hx=11<2/3 h nên r = ) 21,375

28.8,0

111.(

28.5,1).8,0-(11,5h

161.(

28.5,1).8,0-(11,5h

h

h X

(m) (+) bán kính bảo vệ của các cột ở phía 110 có h=21

-ở độ cao hx=11<2/3h ) 10,875

21.8,0

111.(

21.5,1).8,0-(11,5h

81.(

21.5,1).8,0-(11,5h

h

h X

(m) Bảng 1-4 phạm vi bảo vệ của các cột thu sét

Cặp cột

a (m)

h (m)

ho (m)

hx (m)

rox (m)

hx (m)

rox (m) 1-2;2-3;4-5;5-6;7-8;

8-9; 70 28 18 16 1,5 11 6,375 1-4;2-5;3-6; 64 28 18,857 16 2,14 11 7,66

4-7;5-8;6-9; 60 28 19,43 16 2,57 11 8,52 10-11;11-12;14-15;

13-14;16-17;17-18 54 21 13,286 11 1,714 8 4,928 10—15;11-14;12-13;

15-16;14-17;13-18 49 21 14 11 2,25 8 6

9-10 33,541 21 17,123 11 5,506 8 10,685 3-16 31,953 21 17,35 16 1,1025 8 11,025

Ta có phạm vi bảo vệ của trạm 220/110kv

1 2 3

4 5 6

7 8

9 10 11

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO PHÍA 220kV

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 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

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: R 250

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: R 125

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:

TT do.km

  

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

3.2 Tính toán nối đất

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320m phía 220kV

l 170m phía 110kV

Số lộ trong trạm: Phía 220 kV n 4  0. 2,38.320.103 0,762()

l r

R cs

Phía 110 kV n 4  0. 2,38.170.103 0,405()

l r

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 110kV và 220kV tới trạm

Ta có công thức sau:

4

1 2

1 1







cs c

c TN

R R

R n

Trong đó :

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()

-Phía 220kV

) ( 601 , 0 4

1 762 , 0

10 2

1

10

1 405 , 0

10 2

1

10

601,0.455,0



Ta thấy RTN<0,5Ω đạt yêu cầu về lý thuyết Tuy vậy nối đất tự nhiên có nhiều thay đổi,biến động vì vậy để đảm bảo an toàn ta phải nối đất nhân tạo

b Điện trở nối đất nhân tạo

Đối với trạm biến áp này thì ta thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo sử dụng hình thức nối đất mạch vòng xung quanh trạm bằng các thanh dẹt Mạch vòng cách móng tường bao quanh trạm mỗi chiều 1m

Mạch vòng bao quanh trạm có chiều dài là l1=326m, chiều rộng là l2 =187m và

có chu vi là Lt=1026 (m)

Điện trở mạch vòng của trạm là:

t d

L K L

MV

.ln 2

t: Độ chôn sâu của thanh lấy 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

) ( 116 6 , 1

d: đường kính thanh làm mạch vòng Chọn thanh có bề rộng là b=4cm

Chiều dài ,rộngcủa trạm trừ

đi 1m

10.42

2 2

743,1187

.2.8,0

1026.623,5ln1026 2

TN NT TN

NT HT

R R

R R R

R

Vậy RHT<0,5 nên thỏa mãn

Kết Luận: hệ thống thiết kế nối đất như trên đảm bảo an toàn cho trạm 220/110

kv

3.3 Nối đất chống sét

a,Dòng điện sét trong hệ thống nối đất

khi có dòng điện sét đi vào bộ phận nối đất và tốc độ biến thiên của dòng điện sét theo thời gian rất lớn trong thời gian đầu của điện cảm của khu vực nối đất sẽ ngăn cản không cho dòng điện đi tới phần cuối của điện cực khiến cho điện áp phân bố không đều Trong thời gian về sau ảnh hưởng của điện cảm mất dần và điện áp phân

bố đều hơn Thời gian của quá trình quá độ trên phụ thuộc vào hằng số thời gian T = L.g.l2

Từ công thức trên ta thấy rằng khi dòng điện tản trong đất là dòng điện một chiều hay dòng xoay chiều tần số công nghiệp thì ảnh hưởng của L không đáng kể và bất kỳ hình thức nối đất nào (thẳng đứng hoặc nằm ngang ) cũng đều biểu thị trị số của điện trở tản

Khi dòng điện đi vào trong đất là dòng điện sét, tham số biểu thị nối đất tùy thuộc vào tương quan giữa hằng số thời gian T thời gian đầu sóng của dòng điện

Khi T ≪ τđs thì tới lúc cần xét (khi dòng điện sét đạt giá trị cực đại) quá trình quá độ đã kết thúc và nối đất thể hiện như một điện trơ tản Trong trường hợp này ứng với hình thức nối đất tập trung

Nếu điện cực dài, hằng số thời gian có thể đạt tới mức τđs và tại thời điểm dòng điện đạt giá trị cực đại, quá trình quá độ chưa kết thúc, nối đất thể hiện như một tổng trở Z và có trị số rất lớn so với trị số điện trở tản Trường hợp này gọi là nối đất phân

bố dài

Trong khi ta thiết kế bảo vệ chống sét cho các TBA thường thì hệ thống nối đất chống sét được nối chung với nối đất an toàn tạo thành hệ thống nối đất chung (chỉ áp dụng cho cấp điện áp Udm ≥ 110kV) Do vậy nối đất chống sét là nối đất phân bố dài Khi có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất, tổng trở xung kích ZXK có thể lớn gấp nhiểu lần so với điện trở nối đất và có thể gây phóng điện ngược tới các thiết bị điện của trạm Do đó ta phải tính toán kiểm tra yêu cầu của nối đất chống sét khi có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất

b,Các yêu cầu cần kiểm tra

Đối với TBA 220/110 kV khi có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất thì dòng điện sét I đi vào phải thỏa mãn điều kiện:

Uđ = I.ZXK(0, τđs) < U50%MBA Trong đó:

I : là biện độ của dòng điện sét

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

U50%MBA : Điện áp 50% của máy biến áp

Ta có U50%110 = 460kV; U50%220 = 900kV

Theo yêu cầu là tính toán hệ thống nối đất phía 220kV nên ta lấy U50%MBA = 900kV

Vậy điều kiện của nối đất chống sét là: Uđ < U50%MBA = 900kV

C,Dạng sóng tính toán của dòng điện sét

Trong thiết kế tính toán ta chọn dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xiên góc có biên độ không đổi

Phương trình sóng có dạng sau:

ds S

at khi tI

Tra bảng 3.1 với nối đất chống sét:

Khi dùng thanh ngang chôn sâu 0,8(m) thì kmua = 1,25

Khi dùng cọc dài 2(m) ÷ 3(m) chôn sâu 0,8(m) thì kmua = 1,25 Nên ta có:

Để tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét ta xét các điều kiện sau:

- Bỏ qua nối đất tự nhiên

- Trong tính toán để đơn gian ta bỏ qua điện trở tác dụng R vì nó rất nhỏ so với điện cảm của nó và vì ảnh hưởng của điện dung cũng rất nhỏ nên ta bỏ qua điện dung C

- Không xét quá trình phóng điện trong đất (không xét đến hiện tượng giảm điện

áp và giảm mật độ dòng điện ở các phần xa của điện cực)

- Ta xét mạch vòng của hệ thống nối đất là sự ghép song song của hai tia Chiều

dài của một tia là : l = L/2

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

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

.

1

sét NT

R l

G

Trong đó:

- l : Là chiều dài điện cực

cos 1

1 2 ) , (

k

T t

l

x k e

k T t l G

a t x

1

1 2 ) , 0 (

k

T t

K

e k

t

T t l G

a t Z

Với:

2 2 2



k

l G L

T K  (hằng số thời gian)

2

2 1



l G L

1

1 2 1 2

1 )

, 0 (

k

T ds

MV ds

K

d s

e k

T l

G Z





