Đồ án tốt nghiệp ngành hệ thống điện LÊ NGỌC CƯỜNG

Thực tế đã có dây tiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị nóng chảy và đứt, thậm chí có những cách điện bằng sứ khi bị dòng điện sét tác động đã bị vỡ và

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

===================

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Lê Ngọc Cường

Lớp : D4H2 Hệ: Đại học

Tên đề tài:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO

TRẠM BIẾN ÁP 220kV CAO BẰNG

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: 5 mạch đường dây, 01 mạch liên lạc, 02 mạch MBA

- Phía 110 kV có: 10 mạch đường dây, 01 mạch liên lạc, 02 mạch MBA

- Dây dẫn cả 2 phía: ACSR-500/64

- Dây chống sét: C-70

 Số ngày sét: 90 ngày/năm

 Chiều dài khoảng vượt của đường dây 220 kV: 250 m

 Chiều dài khoảng vượt của đường dây 110 kV: 200 m

 Khi tính nối đất: Rc = 10 Ω

 Khi tính chống sét cho đường dây 220 kV, tính cho các trường hợp: Rc = 5, 10, 15 Ω

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 110/220kV

Chương III: Tính toán hệ thống nối đất cho toàn trạm 110/220kV

Chương IV: Bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện 220kV

Phần II: Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đường dây tải điện 220 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

TRƯỞNG KHOA Người hướng dẫn

TS Trần Thanh Sơn Ths Phạm Thị Thanh Đam

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 Cao Bằng” Đồ án tốt nghiệp gồm có 2 phần:

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

Phần II: Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm

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 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

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 05 tháng 01 năm 2014

Sinh viên

Lê Ngọc Cường

MỤC LỤC

PHẦN I: THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM 220KV CAO BẰNG 1

CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 2

1.1 Hiện tượng dông sét 2

1.2 Ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện 5

1.3 Vấn đề chống sét 5

CHƯƠNG II: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO 7

TRẠM BIẾN ÁP 7

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 lôi 8

2.3.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi 8

2.3.3 Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột thu lôi 10

2.4 Các phương án bố trí cột thu lôi 13

2.4.1 Phương án 1 14

2.4.2 Phươn án 2 20

2.5 Chọn phương án tối ưu 26

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 27

3.1 Khái niệm chung 27

3.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống nối đất 27

3.3 Trình tự tính toán 29

3.3.1 Nối đất tự nhiên 29

3.3.2 Nối đất nhân tạo 30

3.3.3 Nối đất chống sét 31

CHƯƠNG IV: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 42

4.1 Khái niệm và yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đường dây 42

4.2 Lý thuyết tính toán 42

4.2.1 Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét 42

4.2.2 Tính toán chung về chỉ tiêu chống sét 44

4.3 Tính toán cụ thể 46

4.3.1 Các tham số tính toán 46

4.3.2 Xác đinh tổng số lần sét đánh vào đường dây hàng năm 51

4.3.3 Tính suất cắt đường dây khi sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 51 4.3.4 Tính suất cắt đường dây do sét đánh vào khoảng vượt 53

4.3.5 Tính suất cắt đường dây do sét đánh vào đỉnh cột 65

4.3.6 Chỉ tiêu chống sét đường dây 86

PHẦN II: BẢO VỆ CHỐNG SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM 88

A KHÁI NIỆM CHUNG 89

1 Quy tắc Petersen 90

2 Quy tắc sóng đẳng trị 91

3 Xác định điện áp trên điện dung 92

4 Xác định điện áp và dòng điện trên chống sét van 94

B TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN 97

1 Sơ đồ tính toán quá trình truyền sóng trong trạm biến áp 97

2 Số liệu sử dụng tính toán 98

3 Tính sóng truyền trong trạm biến áp 100

4 Kiểm tra an toàn các thiết bị trong trạm 103

PHỤ LỤC 107

TÀI LIỆU THAM KHẢO 117

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển của dòng điện sét 3

Hình 2.1Phạm vi bảo vệ cho một cột thu sét 9

Hình 2.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét (đường sinh gấp khúc) 9

Hình 2.3 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau 10

Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ của 2 cột có độ cao khác nhau 11

Hình 2.5 Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu lôi 12

Hình 2.6 Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu lôi 12

Hình 2.7 Mặt bằng trạm 220kV Cao Bằng 13

Hình 2.8 Bố trí các cột thu lôi của phương án 1 15

Hình 2.9 Phạm vi bảo vệ của phương án 1 20

Hình 2.10 Bố trí các cột thu lôi của phương án 2 21

Hình 2.11 Phạm vi bảo vệ của phương án 2 26

Hình 3.1 Hệ số hình dạng của K 31

Hình 3.2 Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất 32

Hình 3.3 Sơ đồ đẳng trị rút gọn 32

Hình 3.4 Hình thức nối đất bổ sung 37

Hình 3.5 Đồ thị xác đinh nghiệm của phương trình tgX k =-0,1.X k 39

Hình 3.6 Sơ đồ nối đất toàn trạm 41

Hình 4.1 Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét 43

Hình 4.2 Góc bảo bệ của một dây chống sét 43

Hình 4.3 Kết cấu của cột điện 47

Hình 4.4 Dây dẫn và ảnh của nó qua đất 50

Hình 4.5 Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 51

Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ = f (Elv) 53

Hình 4.7 Sét đánh vào khoảng vượt 54

Hình 4.8 Dạng sóng tính toán của dòng điện sét 55

Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ U cd (t)=f(a,t) với R c =10 58

Hình 4.10 Đường cong nguy hiểm của R c =10 59

Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ U cd (t)=f(a,t) với R c =5 61

Hình 4.12 Đường cong nguy hiểm của R c =5 61

Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ U cd (t)=f(a,t) với R c =15 63

Hình 4.14 Đường cong nguy hiểm của R c =15 64

Hình 4.15 Sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh 66

Hình 4.16 Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi chưa có sóng phản xạ 68

Hình 4.17 Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi có sóng phản xạ 69

Hình 4.18 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ U cd (t)=f(a,t) với R c =10 79

Hình 4.19 Đường cong nguy hiểm của Rc=10 80

Hình 4.20 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ U cd (t)=f(a,t) với R c =5 82

Hình 4.21 Đường cong nguy hiểm của Rc=5 83

Hình 4.22 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ U cd (t)=f(a,t) với R c =15 85

Hình 4.23 Đường cong nguy hiểm của Rc=15 86

Hình 5.1 Quá trình truyền sóng giữa hai nút 90

Hình 5.2 Sơ đồ tương đương của quy tắc Petersen 90

Hình 5.3 Sơ đồ nút có nhiều đường dây nối vào 91

Hình 5.4 Sơ đồ thay thế Petersen xác định điện áp trên điện dung 92

Hình 5.5 Đồ thị điện áp trên tụ điện theo phương pháp tiếp tuyến 94

Hình 5.6 Đặc tính V – A của chống sét van ZnO 95

Hình 5.7 Sơ đồ thay thế Petersen cho chống sét van 95

Hình 5.8 Đồ thị xác định U(t), I(t) của chống sét van từ đặc tính V-A 96

Hình 5.9 Sơ đồ nguyên lí trạng thái nguy hiểm nhất 97

Hình 5.10 Sơ đồ thay thế trạng thái nguy hiểm nhất 98

Hình 5.11 Sơ đồ thay thế trạng thái nguy hiểm nhất rút gọn 98

Hình 5.12 Quy tắc phân bố lực 99

Hình 5.13 Sơ đồ Petersen tại nút 1 100

Hình 5.14 Sơ đồ Petersen tại nút 2 102

Hình 5.15 Sơ đồ Petersen tại nút 3 103

Hình 5.16 Kiểm tra điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp 104

Hình 5.17 Dòng điện qua chống sét van 105

Hình 5.18 Kiểm tra an toàn cách điện cho thanh góp 106

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Kết quả tính toán chiều cao h a của các nhóm cột phía 110kV phương án 1 16

Bảng 2.2 Kết quả tính toán chiều cao h a của các nhóm cột trên MBA phương án 1 17

Bảng 2.3 Kết quả tính toán bán kính bảo vệ giữa các cột liền kề phương án 1 19

Bảng 2.4 Kết quả tính toán chiều cao h a của các nhóm cột phía 110kV phương án 2 22 Bảng 2.5 Kết quả tính toán chiều cao h a của các nhóm cột trên MBA phương án 2 23

Bảng 2.6 Kết quả tính toán bán kính bảo vệ giữa các cột liền kề phương án 2 25

Bảng 3.1 Hệ số K m ứng với các trạng thái 28

Bảng 3.2 Bảng tính toán chuỗi số    1 2 1 k T K d s e k  35

Bảng 3.3 Kết quả tính toán chuỗi số 40

Bảng 4.1: Bảng xác suất hình thành hồ quang   f(E lv). 45

Bảng 4.2 Giá trị U cd (a,t) khi sét đánh vào khoảng vượt với R c =10  58

Bảng 4.3 Đặc tính V-S của chuỗi sứ 58

Bảng 4.4 Kết quả tính toán các cặp thông số nguy hiểm (I i ,a i ) 59

Bảng 4.5 Kết quả tính toán xác suất phóng điện với R c =10 59

Bảng 4.6 Giá trị U cd (a,t) khi sét đánh vào khoảng vượt với R c =10 60

Bảng 4.7 Kết quả tính toán các cặp thông số nguy hiểm (I i ,a i ) 61

Bảng 4.8 Kết quả tính toán xác suất phóng điện với R c =5 62

Bảng 4.9 Giá trị U cd (a,t) khi sét đánh vào khoảng vượt với R c =15 63

Bảng 4.10 Kết quả tính toán các cặp thông số nguy hiểm (I i ,a i ) 63

Bảng 4.11 Kết quả tính toán xác suất phóng điện với R c =15 64

Bảng 4.12 Kết quả tính toán giá trị U cd (a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột khi R c = 10 78 Bảng 4.13 Kết quả tính toán xác suất phóng điện với R c =10 79

Bảng 4.14 Kết quả tính toán giá trị U cd (a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột khi R c = 5 81

Bảng 4.15 Kết quả tính toán xác suất phóng điện với R c =5 82

Bảng 4.16 Kết quả tính toán giá trị U cd (a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột khi R c = 15 84 Bảng 4.17 Kết quả tính toán xác suất phóng điện với R c =15 85

Bảng 4.18 Kết quả tính toán chỉ tiêu chống sét của đường dây 86

Bảng 5.1 Giá trị điện dung của các phần tử thay thế 99

Bảng 5.2 Điện áp chịu đựng của máy biến áp theo thời gian 104

Bảng 5.3 Đặc tính cách V-S của thanh góp 105

PHẦN I: THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG

SÉT CHO TRẠM 220kV CAO BẰNG

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

THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

Việc nghiên cứu giông sét và các biện pháp chống sét đã có lịch sử lâu dài cùng với sự phát triển của ngành điện Ngày nay người ta đã tìm được các phương pháp những hệ thống thiết bị và kỹ thuật cao để đề phòng chống sét đánh Sét là một hiện tượng tự nhiên, mật độ, thời gian phóng điện, biên độ dốc của sét không thể dự đoán trước nên nghiên cứu chống sét là việc quan trọng, đặc biệt là ngành điện

1.1 Hiện tượng dông sét

a Kiến thức phổ thông về dông, sét

Dông sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi khoảng cách giữa các điện cực khác lớn (trung bình khoảng 5km)

Hiện tượng phóng điện của dông sét gồm hai loại chính đó là phóng điện giữa các đám mây tích điện và giữa các đám mây tích điện với mặt đất

Trong phạm vi đồ án này ta chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất (phóng điện mây - đất) Với hiện tượng phóng điện này gây nhiều trở ngại cho đời sống con người

Các đám mây được tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cường độ điện trường lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất Giai đoạn này là giai đoạn phóng điện tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên tạo của lần phóng điện đầu tiên là khoảng 1,5.107 cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng 2.108 cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau bởi vì trong cùng một đám mây có thể hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lần lượt phóng điện xuống đất)

Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích lớn Đầu tia được nối một trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâm này đi vào trong tia tiên đạo Phần điện tích này được phân bố khá đều dọc theo chiều dài tia xuống mặt đất Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện của đất Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay phía dưới đầu tiên đạo Còn vùng đất có điện dẫn không đồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao

Quá trình phóng điện sẽ dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi

tập trung điện tích trên mặt đất và như vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất đã được định sẵn

Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo vơi nơi tập trung điện tích trên mặt đất và như vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất được định sẵn

Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển của dòng điện sét

Do vây đệ định hướng cho các phóng điện sét thì ta phải tạo ra nơi có mật độ tập trung điện tích lớn Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các công trình dựa trên tính chọn lọc này của phóng điện sét

Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngược là  và mật độ điện trường trong tia tiên đạo là  thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và trong đất sẽ là:

i s  

Công thức này tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ không đáng kể)

Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên độ

và độ dốc phân bố theo hàng biến thiên trong phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm kA) dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của sét ứng với giai đoạn phóng điện ngược

Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khí quyển và gây hậu quả nghiêm trọng như đã trình bày ở trên

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

b Diễn biến dông ở nước ta

Việt Nam là một trong những nước khi hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét khá mạch Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt Nam có một đặc điểm dông sét khác nhau:

+ Ở miền Bắc số ngày dông sét dao động từ 70 110 ngày trong một năm và số lần dông từ 150 300 lần như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2 3 cơn dông Vùng có dông nhiều nhất trên miền Bắc là khu vực Móng Cái, Tiên Yên (Quảng Ninh) hàng năm có từ 100 110 ngày dông sét, tháng nhiều dông nhất là tháng 7, tháng 8 + Một số vùng có địa hình chuyển chuyển tiếp như giữa các vùng núi và vùng đồng bằng số lần dông cũng đến 200 lần sét/năm Với số ngày giông khoảng 100 ngày/năm Nơi ít dông nhất là Quảng Bình hàng năm chỉ có 80 ngày dông Xét về diễn biến mùa dông trong năm, mùa dông hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng Nói chung ở miền Bắc dông tập trung tư 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 Nam 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 Những tháng đầu mùa và cuối mùa chỉ gặp 2 5 ngày/tháng Từ Bình Định trở vào là khu vực ít dông nhất thường chỉ có vào tháng5, số ngày có dông xấp xỉ 10 ngày (Tuy Hòa 10 ngày, Nha Trang 8 ngày, Phan Thiết 13 ngày), còn các tháng khác của mùa dông chỉ quan sát được từ 5 7 ngày dông + Miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120 140ngày/năm, như ở thàng phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/năm Mùa dông ở miền Nam dài hơn mùa dông ở miền Bắc đó là từ tháng 4 đến tháng 11 trừ tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dông sét quan sát được trung bình từ 15 20 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều dông nhất trung bình gặp trên 20 ngày/tháng như ở thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày + Ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn hơn và số lần dông cũng ít hơn tháng nhiều dông nhất là tháng 5 cũng chỉ quan sát được khoảng 15 ngày dông ở Bắc Tây Nguyên, 10 12 ở Nam Tây Nguyên, Kom Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, Plâycu 17 ngày

Như vậy ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét, đây

là điều kiện bất lợi cho hệ thống điện Việt Nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư nhiều vào các thiết bị chống sét Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kế phải chú trọng khi tính toán thiết kế các công trình điện sao cho hệ thống điện vận hành kinh tế, hiểu

quả đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy

1.2 Ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện

Biên độ của dòng điện sét có thể đạt 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 dây tiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị nóng chảy và đứt, thậm chí có những cách điện bằng sứ khi bị dòng điện sét tác động đã bị vỡ và chảy ra như nhũ thạch, phóng điện sét còn kèm theo di chuyển trong không gian lượng điện tích lớn, do đó tạo

ra điện từ trường rất mạnh, đây là nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị điện

tử, ảnh hưởng của nó rất rộng, ở cả các nơi cách xa hàng trăm km

Khi sét đánh vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ sinh ra sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của đường dây Khi cách điện của đường dây bị phá hỏng sẽ gây lên ngắn mạch pha - đất hoặc ngắn mạch pha-pha buộc các thiết bị 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 hệ thống tự động ở các nhà máy điện làm việc không nhanh có thê dẫn đến

rã lưới Sóng sét còn có thể truyền từ đường dây điện vào trạm biến áp hoặc sét đánh thẳng vào nhà máy đều gây nên phóng điện trên cách điện của trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm vì nó tương đương với việc ngắn mạch trên thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng Mặt khác, khi có phóng điện sét vào trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áp làm việc không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn

Qua đó ta thấy sự cố do sét đánh gây hậu quả rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự

cố lưới điện, vì vậy việc tính toán thiết kế lắp đặt các thiết bị chống sét rất quan trọng, nếu tính toán chính xác lắp đặt đủ các thiết bị chống sét sẽ tạo ra hệ thống vận hành an toàn và hiểu 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

1.3 Vấn đề chống sét

Hệ thống điện chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét nên đòi hỏi phải có thiết bị chống sét Để bảo vệ chống sét cho hệ thống điện người ta sử dụng các cột thu lôi và dây chống sét Yêu cầu của việc chống sét là toàn bộ công trình được bảo vể cần phải nằm trong vùng bảo vệ của hệ thống thu sét, hệ thống này có thể nằm ngay trên kết cấu công trình hay đặt cách ly tùy thuộc hoàn cảnh và điều kiện cụ thể Song song với việc chọn lựa hệ thống thu sét còn lưu ý đến vấn đề nối đất chống sét và nối đất bảo vệ Phương pháp được chọn phải có hiểu quả chống sét cao, chi phía đầu tư xây dựng ít nhất và yếu tố mỹ quan cũng cần được xem xét

Do đó việc đầu tƣ nghiên cứ chống sét đúng mức rất quan trọng nhằm giảm thiệt hại do dông sét gây ra, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trong vận hành điện

CHƯƠNG II: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO

TRẠM BIẾN ÁP

Trạm biến áp là một phần tử quan trong trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng 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: Gây hư hỏng các thiết bị điện, làm ảnh hưởng sản xuất điện năng và các ngành kinh tế quốc dân khác… Do đó việc tính toán bảo vệ chống sét cho trạm là rất quan trọng

2.1 Khái niệm chung

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

Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ nội đất Để nâng cao tác dụng cua hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ngược đến các thiết bị khác gần đó

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

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

Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằn gọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ Hệ thống bảo vệ trạm 220kV và 110kV ở đây ta dùng hệ thống cột thu lôi, hệ thống này có thể đặt ngay trên bản thân công trình hoặc độc lập tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể

Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng được độ cao của phạm

vi bảo vệ và sẽ giảm được độ cao của cột thu lôi Nhưng mức cách điện của trạm phải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị, dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phần điện cảm của cột, phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ thống thu sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi mức cách điện không đủ lớn Do điều kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà của trạm là mức cách điện cao và trị

số điện tản của bộ phận nối đất nhỏ

Đối với trạm phân phối có điện áp từ 110kV trở lên có mức cách điện khá cao (cụ thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) do đó có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm và trên các kết cấu đó có đặt cột thu lôi thì phải có nối đất vào hệ thống nối đất vào hệ thống nối đất của trạm theo đường ngắn nhất sao cho dòng điện sét khuếch tán và đất theo 3 đến 4 thanh nối đất với hệ thống, mặt khác phải có nối đất bổ xung để cái thiện trị số điện trở nối đất

Khâu yếu nhất trong trạm phân phối ngoài trời điện áp từ 110kV trở lên 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 hệ thống của cọt thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của

vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đường điện

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

Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện phải được cho vào ống chì và chôn trong đất

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

2.3.1 Tính toán chiều cao cột thu lôi

Độ cao cột thu lôi:

h=hx+ha

Trong đó: hx là độ cao vật được bảo vệ

ha là độ cao tác dụng của cột thu lôi, được xác định theo từng nhóm cột

2.3.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi

Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét có độ cao là h tính cho độ cao hx là một hình chóp tròn xoay có đường sinh được xác định như sau:

rx (h h )

h

h1

6,1

x x







r

rx

h

Hình 2.1Phạm vi bảo vệ cho một cột thu sét

Trong đó h: chiều cao hệ thống thu sét

hx: chiều cao cần được bảo vệ

h - hx: chiều cao hiệu dụng

rx: bán kính bảo vệ của cột thu sét h cho độ cao hx

Trong tính toán, đường sinh được đưa về dạng đường gãy khúc abc được xác định như sau:

Hình 2.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét (đường sinh gấp khúc)

h 0,8h

h x

2

3 h

0,75h 1,5h

r x

a b

c

Thì: rx =

1,5h(1-h 8 , 0

hx

) = 1,5h – 1,875hx

Khi: hx  h

3 2

Thì: rx =

0,75h(1-h

hx

) = 0,75h – 0,75hx Các công thức chỉ để sử dụng cho hệ thống thu sét có độ cao h < 30m Khi

h30m ta cần hiệu chỉnh các công thức đó theo hệ số p

p 5,5 1

h

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

a Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau

Xét 2 cột thu sét có độ cao bằng nhau h1 = h2 = h, cách nhau 1 khoảng a

1,5h 0,75h

(2/3)h 0,8h

h x

(a) (b)

Hình 2.3 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau

Khi a = 7h thì mọi vật nằm trên mặt đất ở khoảng giữa 2 cột không bị sét đánh vào Khi a < 7h thì khoảng giữa 2 cột sẽ bảo vệ được cho độ cao lớn nhất h0 được xác định như sau: h0 = h -

7 a

+Phạm vi bảo vệ:

Phần ngoài: giống như của từng cột

Phần giữa: cung tròn đi qua điểm 1,2,3 (điểm 3 là điểm đặt cột giả tưởng có độ cao h0)

+Tính toán phạm vi bảo vệ:

- Bán kính bảo vệ của từng cột: rx1 = rx2 = rx

- Bán kính bảo vệ giữa hai cột: r0x

- Độ cao lớn nhất bảo vệ được giữa hai cột: h0 = h -

7 a

Nếu: hx

0

h 3

được hiệu chỉnh theo hệ số p đã nêu ở mục

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

Xét 2 cột thu sét có độ cao là h1 và h2, cách nhau 1 khoảng a được bố trí như hình vẽ:

1

2 3

- Phần ngoài: giống như của từng cột

- Phần trong: từ đỉnh cột h1 dóng đường thằng nằm ngang cắt phạm vi bảo vệ của cột

h2 tại 3’, với 3’ là vị trí đặt cột giả tưởng có độ cao là h1

- Phần giữa: giống như của hai cột có độ cùng độ cao h1

xaOOO

+ Tính toán phạm vi bảo vệ:

- Tính bán kính bảo vệ từng cột rx1, rx2

- Tính bán kính bảo vệ giữa hai cột rox

- Khoảng cách giữa cột thấp và cột giả tưởng 3

a’ = a – x ( trong đó x là bán kính bảo vệ của cột cao h2 cho cột giả tưởng có

độ cao h1)

- Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa 1, 3’: h013' = h1 -

7

' a

c Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu lôi

Phạm vi bảo vệ của ba cột thu lôi

Hình 2.5 Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu lôi Phạm vi bảo vệ của bốn cột thu lôi

Hình 2.6 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

2.4 Các phương án bố trí cột thu lôi

Mặt bằng trạm biến áp 220kV Cao Bằng

-Trạm biến áp 220kV Cao Bằng, gồm hai máy biến áp AT1 và AT2

-Chiều rộng của trạm 120m và chiều dài 175m

-Các xà phía 110kV cao 12m và 8m, các xà phía 220kV cao 17m và 11m, xà máy biến áp cao 17m

Trình tự tính toán:

- Số liệu tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp:

+ Biên độ dòng điện sét Is= 150kA

+ Độ dốc của dòng điện sét 30 kA/μs

+ Điện cảm đơn vị của cột thu lôi L0 =1,7 μH/m

+ Cường độ điện trường cho phép trong không khí là: Ecpk= 500kV/m

+ Cường độ điện trường cho phép trong đất là: Ecpd = 300kV/m

- Trình tự tiến hành:

+ 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 các 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

2.4.1 Phương án 1

Bố trí các cột thu lôi

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

+Phía 110kV bố trí 7 cột trong đó cột 13; 14 được đặt trên xà cao 8m, các cột 15; 16; 17; 18; 19 được đặt trên xà cao 12m

+Phía 220kV bố trí 10 cột trong đó các cột 1; 2; 3; 4; 5 được đặt trên các xà cao 17m, các cột 6; 7; 8; 9; 10 được đặt trên xà cao 11m

+Các cột 11; 12 được đặt trên xà MBA cao 17m

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

a Tính độ cao tác dụng của các cột thu sét

Điều kiện cần để công trình đƣợc bảo vệ an toàn là:

Điều kiện để phần trong các cột thu sét được bảo vệ an toàn

Tinh toán tương tự cho các nhóm cột còn lại, ta được kết quả ghi trong bảng sau:

Bảng 2.1 Kết quả tính toán chiều cao h a của các nhóm cột phía 110kV phương án 1

Như vậy phía 110kV ta có thể lấy chung độ cao tác dụng cho các cột là ha=9m

Độ cao cột thu lôi phía 110kV là: h=hx+ha=12+9=21(m)

+) Phía 220kV:

- Xét nhóm cột (1; 2; 7; 6); (2; 3; 8; 7); (3; 4; 9; 8); (4; 5; 10; 9) nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật

Như vậy phía 220kV ta có thể lấy chung độ cao tác dụng cho các cột là ha=8m

Độ cao cột thu lôi phía 220kV là: h=hx+ha=17+8=25(m)

Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình tam giác là

Tính toán tương tự cho các tam giác còn lại, kết quả tính toán được ghi trong bảng sau:

Bảng 2.2 Kết quả tính toán chiều cao h a của các nhóm cột trên MBA phương án 1

Như vậy ta có thể lấy chung độ cao tác dụng cho các cột là ha=9m

Độ cao của cột thu lôi trên xà MBA là: h=17+9 = 26(m)

b Phạm vi bảo vệ của từng cột

 Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 21m

Bán kính bảo vệ của các cột thu lôi ở độ cao 8m

 Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 25m

Bán kính bảo vệ của các cột thu lôi ở độ cao 11m

 Phạm vi bảo vệ của các cột trên xà máy biến áp có độ cao 26m

Bán kính bảo vệ của các cột thu lôi ở độ cao 12m

Chiều cao của cột thu lôi: h1 = h2 = 25m

Khoảng cách giữa hai cột thu lôi: a = 34m

Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột

Chiều cao của cột thu lôi: h6 = 25m; h13 = 21m

Khoảng cách giữa hai cột thu lôi: a = 22,456m

Khoảng cách giữa cột h13 và cột giả tưởng h’6 =h13:

=> a’ = a - x =22,456 - 3 = 19,456(m)

Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột

' 0

Tính toán tương tự cho các cặp cột biên khác, kết quả được ghi trong bảng sau:

Bảng 2.3 Kết quả tính toán bán kính bảo vệ giữa các cột liền kề phương án 1

Như vậy tổng số cột của phương án 1 là 19 cột

Tồng chiều dài kim thu lôi là 192m

d Phạm vi bảo vệ của phương án 1

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

2.4.2 Phươn án 2

Bố trí các cột thu lôi

Phương án bố trí các cột thu sét được thể hiện trên Hình 2.10 :

+Phía 110kV bố trí 7 cột trong đó cột 18; 19 được đặt trên xà cao 8m, các cột 20; 21; 22; 23; 24 được đặt trên xà cao 12m

+Phía 220kV bố trí 15 cột trong đó các cột 1; 2; 3; 4; 5 được đặt trên các xà cao 17m, các cột 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14; 15 được đặt trên xà cao 11m

+Các cột 17; 18 được đặt trên xà MBA cao 17m

Hình 2.10 Bố trí các cột thu lôi của phương án 2

a Tính độ cao tác dụng của các cột thu sét

Điều kiện cần để công trình đƣợc bảo vệ an toàn là:

Tinh toán tương tự cho các nhóm cột còn lại, ta được kết quả ghi trong bảng sau:

Bảng 2.4 Kết quả tính toán chiều cao h a của các nhóm cột phía 110kV phương án 2

Như vậy phía 110kV ta có thể lấy chung độ cao tác dụng cho các cột là ha=9m

Độ cao cột thu lôi phía 110kV là: h=hx+ha=12+9=21(m)

Độ cao cột thu lôi phía 220kV là: h=hx+ha=17+6,5=23,5(m)

Tính toán tương tự cho các tam giác còn lại, kết quả tính toán được ghi trong bảng sau:

Bảng 2.5 Kết quả tính toán chiều cao h a của các nhóm cột trên MBA phương án 2

Như vậy ta có thể lấy chung độ cao tác dụng cho các cột là ha=9m

Độ cao của cột thu lôi trên xà MBA là: h=17+9 = 26(m)

b Phạm vi bảo vệ của từng cột

 Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 21m

Bán kính bảo vệ của các cột thu lôi ở độ cao 8m

Bán kính bảo vệ của các cột thu lôi ở độ cao 17m

17 2 2.21 14

x

h  m h  m nên r x 0, 75(21 17) 3( )m

 Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 23,5m

Bán kính bảo vệ của các cột thu lôi ở độ cao 11m

 Phạm vi bảo vệ của các cột trên xà máy biến áp có độ cao 26m

Bán kính bảo vệ của các cột thu lôi ở độ cao 12m

Chiều cao của cột thu lôi: h1 = h2 = 23,5m

Khoảng cách giữa hai cột thu lôi: a=34m

Độ cao lớn nhất đƣợc bảo vệ giữa hai cột

Khoảng cách giữa hai cột thu lôi: a = 22,456m

Khoảng cách giữa cột h18 và cột giả tưởng h’11 =h18:

Tính toán tương tự cho các cặp cột biên khác, kết quả được ghi trong bảng sau:

Bảng 2.6 Kết quả tính toán bán kính bảo vệ giữa các cột liền kề phương án 2

Như vậy tổng số cột của phương án 2 là 24 cột

Tồng chiều dài kim thu lôi là 246,5m

d 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

2.5 Chọn phương án tối ưu

Cả hai phương án đều đảm bảo yêu cầu về mặt kĩ thuật nên ta xét đến yêu cầu về mặt kinh tế để lựa chọn Phương án tối ưu là phương án có tổng chiều cao cột là nhỏ nhất

Phương án 1: Tổng chiều cao cột là h1192m

Phương án 2: Tổng chiều cao cột là h2246,5m

Ta thấy h1h2 nên phương án 1 là phương án tối ưu

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP

3.1 Khái niệm chung

Bộ phận nối đất là phần cuối cùng của mạch chống sét Một vật bằng kim loại

có hình dáng bất kỳ, kích thước bất kỳ chôn sâu dưới mặt đất, có liên hệ cùng dẫn điện với đất và tạo lên điện trở đều có thể gọi là bộ phận nối đất Một tập hợp nhiều bộ phận nối đất gọi là hệ thống nối đất Nhiệm vụ của hệ thống nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên vật nối đất có trị số bé Trong việc bảo vệ quá điện áp khí quyển thì nối đất của trạm, của các cột thu lôi, của đường dây và của thiết

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

Đối với hệ thống nối đất làm việc thì nó phải thỏa màn yêu cầu làm việc của mỗi thiết bị theo quy phạm:

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:  

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 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.K m Trong đó: tt: điện trở suất tính toán của đất

đo: điện trở suất đo được của đất

Km: hệ số mùa của đất phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu

Bảng 3.1 Hệ số K m ứng với các trạng thái

Loại nối đất Dạng cực

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

An toàn

Làm việc

Thanh ngang chôn sâu 0,5 m 4,5 6,5 Thanh ngang chôn sâu 0,8 m 1,6 3,0 Cọc dài 2-3m chôn sâu 0,8m 1,4 2,0

3.3 Trình tự tính toán

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

l r

Phía 110 kV n10

Thành phần điện trở nối đất R gồm hai thành phần:

+ Điện trở nối đất tự nhiên : RTN

+ Điện trở nối đất nhân tạo : RNT

Điều kiện của hệ thống nối đất là :

1 1







cs c

c TN

R R

R n

R

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()

3.3.2 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 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

Mach vòng bao quanh trạm có chiều dài là l1=175m, chiều rộng l2=120m

Điện trở mạch vòng của trạm là:

2

.ln

L d t





Trong đó:

Lt: chu vi mạch vòng, Lt = 2.(175+120) = 590(m)

t: độ chôn sâu của thanh lấy t=0,8m

tt: điện trở suất của đất với thanh làm mạch vòng chôn ở độ sâu t

tt do.k mua 100.1, 6160( )m

(Tra Bảng 3.1 thanh ngang chôn sâu t=0,8m ta có kmùa = 1,6)

d: đường kính điện cực tròn Sử dụng thanh thép dẹt 4x40mm2, do đó d=b/2=20mm=2.10-2m

K: hệ số hình dáng phụ thuộc vào hình dáng hệ thống nối đất, giá trị K=f(l1/l2)

RNT= RMV < 1 thỏa mãn yêu cầu hệ thống nối đất nhân tạo

Ta có điện trở nối đất của hệ thống:

0,805.0,135

0,805 0,135

*) Điện trở tản xung kích của nối đất tập trung

Điện trở tản xung kích không phụ thuộc vào kích thước hình học của điện cực mà

24

810

1/l2

K

1,4585,786

được quy định bởi biên độ dòng điện I, điện trở suất ρ và đặc tính xung kích của đất

Vì trị số điện trở tản xoay chiều nối đất tỷ lệ với ρ nên hệ số xung kích có giá trị

R xk

xk  

hoặc ở dạng tổng quát: xk  f(I,)

*) Tính toán nối đất phân bố dài không xét đến quá trình phóng điện trong đất

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 trở tản

Hình 3.3 Sơ đồ đẳng trị rút gọn

Trong đó: L0 - điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài

G0 - điện dẫn của điện cực trên một đơn vị dài

Trong đó: R: điện trở xoay chiều tính cho mùa sét:

Trong nối đất chống sét khi dùng thanh ngang chôn sâu 0,8 m thì kmùa = 1,25

at set MV set

Giải hệ phương trình vi phân trên với dạng sóng của dòng điện ở đầu vào của

hệ thống nối đất có dạng sóng xiên góc i(0,t) = a.t ta sẽ được điện áp tại điểm bất kỳ trên điện cực: