Đồ Án Kỹ thuật điện cao áp

đồ án kỹ thuật điện cao áp gvhd phạm thị thanh đam.........................đồ án kỹ thuật điện cao áp gvhd phạm thị thanh đam.........................đồ án kỹ thuật điện cao áp gvhd phạm thị thanh đam.........................đồ án kỹ thuật điện cao áp gvhd phạm thị thanh đam.........................

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: “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 20 tháng 12 năm 2016

Sinh viên

Đinh Văn Long

CHƯƠNG MỞ ĐẦU : 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

A) Hiện tượng dông sét

* 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

- 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

Tia tiên đạo

Địa điểm phụ thuộc điện trở suất của đất

Hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt

Dòng của phóng điện ngược

Hoàn thành phóng điện sét

0, 7



Hình 1.4 dạng hàm số mũ của sóng sét

 Cường độ hoạt động của sét

a Số ngày sét trong một năm n ngs

Vùng nhiệt đới 60 ÷ 150 ngày ( Việt Nam)

Số lần phóng điện xuống đất trong một năm:

N  m n  0,1 0,15 n 

 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 Bắc – 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: Số liệu về sét trong năm 2012 tại các địa phương

Vùng Ngày dông

trung bình (ngày / năm)

Giờ dông trung bình ( giờ / năm)

Mật độ sét trung bình

Tháng dông cực đại

Đồng bằng ven

biển

Miền núi trung

Bảng 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

 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

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

Loại sự cố Dưới 220 kV Đường dây Phả Lại – Hà Đông

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 I: TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM

CẮT 220 kV 1.1 Khái niệm chung

Trạm biến áp và đường dây truyền tải là mô ̣t bô ̣ phâ ̣n quan trọng trong hê ̣ thống truyền tải và phân phối điê ̣n năng

Đối với tra ̣m biến áp thì các thiết bi ̣ phân phối của tra ̣m thường được đă ̣t ngoài trờ i, nên khi bị sét đánh trực tiếp có thể sẽ gây ra nhưng hâ ̣u quả nă ̣ng nề (phóng điện, phá hủy cách điện, gây cắt điện…) nếu không được bảo vệ Sự cố mất điện ở trạm cò n ảnh hưởng đến các ngành công nghiê ̣p khác do hâ ̣u quả của viê ̣c mất điê ̣n Do vâ ̣y

trạm biến áp có yêu cầu bảo vê ̣ cao

Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho tra ̣m biến áp người ta dùng cô ̣t thu lôi và dây chống sét bởi vì dùng như vậy sẽ đảm bảo về mặt kỹ thuật , kinh tế và mỹ thuật

Tác du ̣ng của hê ̣ thống này là tập trung điê ̣n tích để định hướng cho các phóng điê ̣n sét

tập trung vào đó ta ̣o ra khu vực an toàn bên dưới hê ̣ thống này

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

1.2 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 vê ̣ phải nằm tro ̣n trong pha ̣m vi bảo vê ̣ an toàn của hê ̣ thống bảo vê ̣ Đối với tra ̣m cắt 220 kV ta dùng cột thu lôi, còn đối với đường dây ta dùng dây chống

sét

Đối với tra ̣m biến áp từ 110 kV trở lên có mức cách điê ̣n cao, do đó có thể đă ̣t

các thiết bi ̣ thu lôi trên các kết cấu của tra ̣m gắn vào hệ thống nối đất của tra ̣m theo đường ngắn nhất sao cho dòng điện sét khuyếch tán vào hệ thống nối đất theo 3 đến 4 thanh nối đất với hê ̣ thống, mă ̣t 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 vê ̣ và

đă ̣t cao hơn các đường dây được bảo vê ̣

1.3 Các công thức sử dụng để tính toán

1.3.1 Độ cao cột thu lôi

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 )

1.3.2 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

h 0.2h

0,8h

R

1,75h 0,75h

Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét

 Chú ý:

Các công thức trên chỉ đúng trong trường hợp cột thu lôi cao dưới 30m Khi cột thu lôi cao quá 30m thì các công thức trên phải nhân với hệ số hiệu chỉnh p

Với 5,5

p

h

 và trên các hình vẽ dùng các hoành độ 0,75hp và 1,5hp

1.3.3 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 Nhưng để hai cột thu lôi có thể phối hợp được 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 được tính như sau:

h0 = h − a

7Tính rox :

Hình 1.2: 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 1.3: 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)

Phạm vi bảo vệ của ba cột thu lôi

2 1

2 1

1, 6

h1h

1, 6

h1h





Hình 1.4 Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu lôi Phạm vi bảo vệ của bốn cột thu lôi

Hình 1.5 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 được thể hiện như hình vẽ (Hình 1-4)

h x 1,2h

0,6h

hx

h

0,2h

Dây chống sét

Hình 1.6: Phạm vi bảo vệ của dây chống sét

1.4 Mô tả đối tượng bảo vệ

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

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

- Tính độ cao h của cột thu lôi: h = ha + hx ( Vớ i 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 (1.2) hoă ̣c (1.3)

+ Tính bán kính khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu lôi: theo các công thức (1.5) hoă ̣c (1.6)

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

1.5.1 Phương án 1:

1.5.1.1 Bố tri ́ các cô ̣t thu lôi:

Phương án bố trí các cột thu sét được thể hiện trên hình vẽ 1.8 :

1.5.1.2 Ti ́nh toán cho phương án 1

a) Ti ́nh độ cao tác dụng của các cột thu sét

Để tính được độ cao tác du ̣ng của các cô ̣t thu sét ta phải xác đi ̣nh được đường

kính đường tròn ngoại tiếp đa giác đi qua các chân cột D Đô ̣ cao tác dụng thoả mãn điều kiê ̣n: ha

8

D



*Nhóm 1 là các hình chữ nhật (1; 2; 5; 4) ; (2; 3; 8; 7); (3; 4; 9; 8); (4; 5; 10; 9 ) Xét hình chữ nhật (1; 2; 7 ;6 ) có: cạnh 1-2: 46,2 m, cạnh 1-6: 24 m

Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhâ ̣t (1;2;4;5 ) là:

Ta nhận thấy các hình chữ nhâ ̣t trên đều có diện tích bằng nhau nên đô ̣ cao tác

dụng tối thiểu của chúng đều bằng nhau và bằng 6,5m Như vâ ̣y nhóm 1 ta có thể lấy chung đô ̣ cao tác dụng cho các cột là ha=6,5 m

*Nhóm 2 là các hình chữ nhật (6,7,12,11); (7,8,13,12); (8,9,14,13); (9,10,15,14) Xét hình chữ nhật (6,7,12,11) có: cạnh 6-7: 46,2m, cạnh 6-11: 37,5m

Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhâ ̣t (1;2;4;5 ) là:

Ta nhận thấy các hình chữ nhâ ̣t trên đều có diện tích bằng nhau nên đô ̣ cao tác

dụng tối thiểu của chúng đều bằng nhau và bằng 7,44m Như vâ ̣y nhóm 2 ta có thể lấy chung đô ̣ cao tác du ̣ng cho các cô ̣t là ha=7,44 m

* Phạm vi bảo vê ̣ của các cô ̣t phía 220kV cao 24,5 m

- Bán kính bảo vê ̣ ở đô ̣ cao 11m

Khoảng cách giữa hai cột là: a = đoạn (1-2) = 46,2 m

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

Bảng 1.1: Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên

1.5.1.3 Pha ̣m vi bảo vê ̣ của phương án 1

Hình 1.9 Phạm vi bảo vệ của phương án 1

Nhận xét: Ta thấy tất cả các thiết bi ̣ trong tra ̣m đều được bảo vê ̣

1.5.2.2 Tính toán cho phương án 2

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

Đường kính đường tròn ngoa ̣i tiếp hình chữ nhâ ̣t (1; 2; 9; 8) là:

Như vâ ̣y phía 220kV ta có thể lấy chung độ cao tác du ̣ng cho các cô ̣t là ha=6,5 m

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

b) Pha ̣m vi bảo vê ̣ của từng cột

Phạm vi bảo vê ̣ của các cô ̣t phía 220kV cao 23,5m

-Bán kính bảo vê ̣ ở đô ̣ cao 11m:

.23,5=15,66 m

Nên r17= 0,75.(h-hx)= 0,75.(23,5-17) =4,875 (m)

c) Pha ̣m vi bảo vệ của các cặp cột biên

- 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:

- Tính toán tương tự cho các cặp cột biên còn lại ta có kết quả như bảng sau:

Bảng 1.2: Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên

Tổng số cột: 21 Tổng chiều kim thu lôi:262,5 m

1.5.2.3 Pha ̣m vi bảo vê ̣ của phương án 2

Hình 1.11 Phạm vi bảo vệ của phương án 2

Nhận xét: Ta thấy tất cả các thiết bi ̣ trong tra ̣m đều được bảo vệ

1.6 So sa ́ nh và lựa cho ̣n phương án

Cả hai phương án đều đảm bảo về mặt kỹ thuật

Phương án 1: ta sử dụng 15 cột thu sét với tổng chiều dài là 202,5 (m)

Phương án 2: ta sử dụng 21 cột thu sét với tổng chiều dài là 262,5 (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