BÀI TẬP DÀI MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP BẢO VỆ CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT

Phạm Thị Thanh Đam ĐỀ BÀI Đề: Lẻ STT 69 PHẦN I: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT A.Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp.. B.Tính toán nối đất an t

BÀI TẬP DÀI MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

Sinh viên thực hiện : Phan Đình Thái

Lớp : Đ6_H2

Giảng viên hướng dẫn : ThS Phạm Thị Thanh Đam

ĐỀ BÀI (Đề: Lẻ) STT 69

PHẦN I: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT

A.Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp

B.Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét của trạm đảm bảo tiêu chuẩnnối đất an toàn và yêu cầu chống sét khi có dòng điện sét 150 kA, độ dốc 30kA/μss

PHẦN II: TÍNH SÓNG LAN TRUYỀN VÀO TBA TỪ ĐƯỜNG DÂY 110

kV

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 = 75 + 0,1*N (m.)

 Đường dây: Dây pha là dây AC – 240, dây chống sét là dây C-70

PHẦN I: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT

A.Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp

Mô tả kết cấu của trạm

1 Các phương án bối trí hệ thống thu sét:

Phương án 1 ta dùng 15 cột thu sét bố trí cột như hình vẽ

Bố trí 15 (cột 1 đến cột 15) cột đặt trên xà bên trong trạm.

Xác định độ cao hiệu dụng của các cột thu sét:

Để tính được độ cao hieu dụng ha của các cột chống sét trên mặt bằng bản vẽcoi những nhóm cột đó như những đa giác hình học, từ đó xác định được bánkính đường tròn ngoại tiếp đa giác đó

 Xét nhóm cột (1, 2, 6) ta có:

Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác vuông có cạnh huyền bằng đườngkính của đường tròn ngoại tiếp tam giác :

D = 38,9 (m)

Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàndiện tích của chúng phải thỏa mãn:

Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 4 cột trên bảo vệ được hoàn toàndiện tích của chúng phải thỏa mãn:

Qua tính toán cụ thể độ cao hieu dụng cho từng nhóm cột ta nhận thấy:

hamax = 6,81 m vì vậy ta chọn ha chung cho cả trạm là 7,5 m

cần bảo vệ cho độ cao lớn nhất của trạm là hx = 17 m cho nên độ cao của cộtthu sét là :

h = hx + ha = 17 + 7,5 = 24,5 (m)

Tính bán kính bảo vệ của 1 cột thu lôi :

Bảo vệ bằng cột thu lôi cao 23,5 m và các độ cao cần bảo vệ là 17 m và 11 m

Ta có :

h= 24,5=16,3

Bán kính bảo vệ ở độ cao hx = 17 m > 16,3 m là :

x x

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là :

Vậy phương án 1 đặt 15 cột thu lôi cột cao 24,5 m (9 cột đặt trên xà cao 11 m

Phương án 2 ta dùng 20 cột thu sét bố trí cột như hình vẽ

Hình 1.4 Bố trí hệ thống cột chống sét phương án 2

Bố trí 19 (cột 1 đến cột 19) cột đặt trên xà bên trong trạm

Xác định độ cao hiệu dụng của các cột thu sét:

Để tính được độ cao tác dụng ha của các cột chống sét trên mặt bằng bản vẽcoi những nhóm cột đó như những đa giác hình học, từ đó xác định được bánkính đường tròn ngoại tiếp đa giác đó

 Xét nhóm cột (1, 2, 5) (5, 8, 9) (8, 9, 12) ta có:

Các nhóm 3 cột này là nhóm tạo thành một tam giác vuông có cạnh huyềnbằng đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác :

Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàndiện tích của chúng phải thỏa mãn:

Bảng 1.3

Qua tính toán cụ thể độ cao hieu dụng cho từng nhóm cột ta nhận thấy:

hamax = 5.19 m vì vậy ta chọn ha chung cho cả trạm là 6 m

cần bảo vệ cho độ cao lớn nhất của trạm là hx = 17 m cho nên độ cao của cộtthu sét là:

h = hx + ha = 17 + 6 = 23 (m)

Tính bán kính bảo vệ của 1 cột thu lôi:

Bảo vệ bằng cột thu lôi cao 23 m và các độ cao cần bảo vệ là 17 m và 11 m

x x

Tính toán tương tự ta có bảng sau.

Từ việc tính toán và so sánh giữa 2 phương án ta thấy phương án 1 là phương

án thoản mãn các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật nên được dùng làm phương ántrong cho thiết kế

B.Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét của trạm

Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét.

Tính toán nối đất an toàn.

Tính toán nối đất:

Với cấp điện áp lớn hơn 110 kV nối đất an toàn phải thỏa mãn điều kiện là:điện trở nối đất của hệ thống phải có giá trị R ¿ 0,5 Ω Điều kiện này xuấtphát từ việc ở cấp điện áp lớn hơn 110 kV dòng điện ngắn mạch lớn, khichạm vỏ hoặc khi rò điện thì dòng điện sẽ rất lớn gây nguy hiểm

Ở cấp điện áp 110 kV trở lên do có trị số điện trở tản bé và có mức cách điệncao nên có thể thực hiện nối đất an toàn và nối đất chống sét chung

Điện trở nối đất của hệ thống phải thỏa mãn các điều kiện sau:

R HT=R NT // R TN= R NT R TN

R NT+R TN≤0,5 Ω (4-3)

Trong đó:

RTN : là điện trở nối đất tự nhiên

RNT : là điện trở nối đất nhân tạo RNT ¿ 1 Ω

Nối đất tự nhiên:

Ta có công thức tính toán điện trở nối đất tự nhiên của trạm:

c TN

c cs

n R

Rcs là điện trở của dây chống sét trong khoảng một cột

Rc là điện trở nối đất của cột

Dây chống sét dùng ở đây là dây C-70 có điện trở đơn vị là r0=2,38Ω/km

Có 6 lộ đường dây 110 kV, khoảng vượt L= 200+69 = 269 m

Điện trở nối đất của cột điện là 10 Ω

Giả thiết khoảng vượt của các đường dây cùng cấp điện áp và khoảng vượtcủa các khoảng cột trong cùng đường dây là bằng nhau thì ta có:

c cs

tạo và yêu cầu điện trở nối đất nhân tạo là R NT≤1 Ω và đảm bảo yêu cầu

về nối đất chống sét

Nối đất nhân tạo:

Ta phải thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo với yêu cầu R NT≤1 Ω

Nối đất nhân tạo trong phạm vi đồ án này ta dùng là nối đất dạng mạch vòngxung quanh trạm,

Mạch vòng được thiết kế cách tường 0.5m

Đối với các điện cực dạng thanh nằm ngang (mạch vòng):

2 tt

mv

Trong đó : Rmv - điện trở nối đất của hệ thống mạch vòng

ρtt - điện trở suất tính toán của đất phụ thuộc vào hệ số mùa (Ωm)m)

h - độ sâu chôn cọc

L - chiều dài toàn bộ thanh nối, nếu là mạch vòng thì sẽ lấy chu vicủa mạch vòng (m).

d - đường kính thanh nối đất Nếu là thanh nối dẹt thì đường kính thanh nối sẽ được lấy bằng b/2, với b là chiều rộng của thanh dẹt ( b=4cm)

1 1.5 1.85 2 3 4

8.17 10.4

6.42 6.2 5.81 5.53

l 1 /l 2 K

Hình 1.5

Xác định K bằng phương pháp đồ thị với tỉ số

1 2

l

=1,85

l thì K =6,2Thay số liệu vào công thức, ta được:

2 mv

RNT = Rmv = 0,764 Ω < 1 Ω cho nên đã đảm bảo yêu cầu nối đất an toàn

Tuy nhiên cần kiểm tra thêm về điều kiện nối đất chống sét, nếu như đã đảmbảo về điều kiện nối đất chống sét thì không cần phải tiến hành nối đất bổsung, còn nếu không đảm bảo yêu cầu của nối đất chống sét thì cần phải tiếnhành nối đất bổ sung

Nối đất chống sét.

Nối đất phân bố dài

Trong tính toán thiết kế trạm biến áp 220/110 kV, thường thì phần nối đất nốichung với mạch vòng nối đất an toàn của trạm Như vậy sẽ gặp trường hợpnối đất phân bố dài, tổng trở xung kích Zxk có thể lớn gấp nhiều lần so vớiđiện trở tản xoay chiều làm tăng điện áp giáng trên bộ phận nối đất và có thểgây phóng điện ngược đến các phần mang điện của trạm Do đó ta phải tínhtoán, kiểm tra theo yêu cầu của nối đất chống sét trong trương hợp có dòngđiện sét đi vào hệ thống nối đất.

Yêu cầu kiểm tra : ta kiểm tra theo điều kiện nhằm đảm bảo an toàn cho cáchđiện của máy biến áp : U(0;đs) = I.Z(0;đs)  U50%MBA

Trong đó : I – là trị số dòng điện sét lấy bằng 150 kA

Z(0;đs) – tổng trở xung kích nối đất tại thời điểm ngay chỗ dòngđiện sét đi vào điện cực

U50%MBA - trị số điện áp phóng điện bé nhất của máy biến áp

L L L L

Trong đó:

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

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

l : chiều dài điện cực (chiều dài mỗi tia)

Vì nối đất chống sét là nối đât phân bố dài mạch vòng, nên mạch vòng nàyđược xem như là hai tia ghép song song do vậy l = P/2 = 432/2 = 216 m

r : bán kính của tiết diện ( r = d/2)

d là đường kính thanh nối đất Nếu là thanh nối dẹt thì đường kính thanh nối

sẽ được lấy bằng b/2, với b là chiều rộng của thanh dẹt ( b=4cm)

R là điện trở mạch vòng tính cho mùa sét và được xác định theo công

thức sau:

cs mv HTcs at mua

mua

R

kTrong đó:

R =0,764 Ω ;k =1,6;k =1,2

(Tra bảng 4.2 giáo trình kỹ thuật điện cao áp trang 123)

Thay số vào công thức ta được:

 

cs HTat HTcs at mua

Biên độ dòng điện sét được quy định là: I = 150 kA.

Độ dốc của dòng điện sét là : a = 30 kA/μss

Thời gian đầu sóng là : τds = I/a = 5μss

T

Dễ dàng nhận thấy rằng từ e-4 thì giá trị rất bé so với các giá trị trước nên ta

phải tìm k sao cho

ds k

τ 4

k 1/k2 Tk(s) τ /Tds k(s) ds

k

τ - T

e ( s)  -τ /T ds k 

2

11-ek

k=1 ds

Do máy biến áp là phần tử yếu nhất nên ta chỉ cần kiểm tra với máy biến áp

Điện áp tại điểm dòng điện sét đi vào là :

Us = I.Z(0;đs) = 150.5,611 = 841,622 kV

Vậy Us = 841,622 kV > U50% MBA = 900 kV.( đạt yêu cầu)

Nhận xét : Vì giá trị của Us < U50%MBA nên hệ thống nối đất bổ sung trên đảmbảo yêu cầu của nối đất chống sét