Đồ án hệ thống điện nguyễn bảo hiếu

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

MỤC LỤC TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP 220/110 KV VÀ ĐƯỜNG DÂY 110 KV

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

HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT TỚI LƯỚI ĐIỆN 1

1.1 Hiện tượng dông sét 1

1.1.1 Khái niệm chung 1

1.1.2 Cường độ hoạt động của sét 3

1.1.3 Tình hình dông sét ở Việt Nam 4

1.2 Ảnh hưởng của giông sét 5

1.3 Vấn đề chống sét 5

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM CẮT 220 kV 6

2.1 Khái niệm chung 6

2.2 Các yêu cầu kĩ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng 6

2.2.1 Các công thức sử dụng để tính toán 6

2.2.2 Mô tả đối tượng được bảo vệ 11

2.3 tính toán các phương án chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp 12

2.3.1 Trình tự tiến hành 12

2.3.2 Phương án 1 12

2.3.3 Phương án 2 18

2.3.4 Phương án 3 24

2.3.5 Tổng kết các phương án 28

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 30

3.1 Yêu cầu nối đất cho trạm biến áp 30

3.2 Tính toán nối đất 31

3.2.1 Nối đất an toàn 31

3.2.2 Nối đất chống sét 36

CHƯƠNG IV: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 110KV 45

4.1 Khái niệm và yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đường dây 45 4.2.Các chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây 45

4.2.1 Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét 45

4.2.2 Cường độ hoạt động của sét 46

4.2.3 Số lần sét đánh vào đường dây 46

4.2.4.Số lần phóng điện do sét đánh vào đường dây 47

4.2.5 Số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây 47

4.2.6 Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng 48

4.3 Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây 48

4.3.1 Thông số đường dây cần bảo vệ 48

4.3.2 Xác định độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở của dây chống sét và đường dây 49

4.3.3 Tính số lần sét đánh vào đường dây 52

4.3.4 Suất cắt do sét đánh vào đường dây 53

CHƯƠNG 5: BẢO VỆ SÓNG QUÁ ĐIỆN ÁP TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY VÀO TRẠM 77

5.1 Khái niệm chung 77

5.2 Các phương pháp tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm 78

5.2.1 Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm bằng phương pháp lập bảng 78

5.2.2 Xác định điện áp trên điện dung 80

5.3 Tính toán bảo vệ chống sét truyền vào trạm 84

5.3.1 Sơ đồ tính toán 84

5.3.2 Trình tự tính toán 85

5.3.3 Thiết lập phương pháp tính điện áp các nút trên sơ đồ rút gọn 88

5.3.4 Các đặc tính cách điện tại các nút cần bảo vệ 92

5.3.5 Kiểm tra an toàn các thiết bị trong trạm 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP 220/110 KV VÀ ĐƯỜNG DÂY

110 KV

CHƯƠNG I: TÌNH HÌNH DÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ CÁC 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

Trong giai đoạn đầu phát triển của cơn dông, khối không khí nóng ẩm chuyểnđộng thẳng đứng trong đám mây Sự phân bố điện tích trong mây dông khá phức tạp Khảo sát thực nghiệm cho thấy, thông thường mây dông có kết cấu như sau: vùng điện tích âm chính nằm ở khu vực độ cao 6 km, vùng điện tích dương ở phần trên đám mây ở độ cao 8- 12km và một khối điện tích dương nhỏ phía dưới chân mây Khi các vùngđiện tích đủ mạnh sẽ xảy ra phóng điện sét

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 2.108cm s / Tốc độ dòng sét ngược từ mặt đất đến đám mây: 9 10

1,5 10 2.10 /

ng

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

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

Hình 1.2: Dạng tổng quát của sóng sét

0, 7



1.1.2 Cường độ hoạt động của sét

a Số ngày sét trong một năm n ng

Vùng nhiệt đới 60 ÷ 150 ngày ( Việt Nam)

Bảng 1.1: Số ngày sét trong một năm

b Mật độ sét

Là số lần sét đánh xuống 1km2 mặt đất trong 1 ngày có sét:ms 0,1 0,15

Số lần phóng điện xuống đất trong một năm:N m n  s ngs   0,1 0,15 n   ngs

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

Việt Nam là một trong những nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét khá mạnh Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt Nam có một đặcđiểm và mùa dông sét khác nhau

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

Vùng

Ngày dông trung bình (ngày/năm)

Giờ dông trung bình (giờ/năm)

Mật độ sét trung bình

Tháng dông cực đại

Bảng 1.2: Số liệu về sét trong năm 2012 tại các địa phương

Từ các số liệu về ngày giờ dông, số lượng đo lường nghiên cứu đã thực hiện các giai đoạn có thể tính toán đưa ra các số liệu dự kiến về 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

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

1.2 Ảnh hưởng của giông sét

Khi có sét, biên độ dòng sét có thể đạt tới hàng trăm kA, đây là nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua 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 cách điện bằng sứ khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ và chảy ra như nhũ thạch Phóng điện sét còn kèm theo việc 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 những nơi cách xa hàng trăm km

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

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

+ 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 ≥ D

8 ( Với D là đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các

chân cột)

b, 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:

h

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

c, 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)

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

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

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

Chú ý: nếu độ cao của cột thu lôi vượt quá 30 (m) thì ngoài phần hiệu chỉnh như

trong phần chú ý mục 2.3.2 thì còn phải tính h0 theo công thức: h0 = h − a

7p

 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’

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:

2 1

1,6

h1h

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

 Phạm vi bảo vệ của ba cột thu lôi

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

(2.8) 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

g 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)

Dây chống sét

Hình 2.6: Phạm vi bảo vệ của dây chống sét

Để cho toàn bộ diện tính giới hạn bởi đa giác được bảo vệ thì D8h a

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

+ Tính bán kính khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu lôi

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

2.3.2 Phương án 1

a Bố trí các cột thu lôi

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

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

Ta bố trí 12 cột trên các xà cao 11 m và 16 cột trên xà 17m

b Tính toán cho phương án 1

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 điều kiện: ha

29, 012

abc D

Độ cao cột thu lôi phía 220kV là: h=hx+ha=21,65 (m)

Để dễ dàng trong việc tính toán và thi công ta nâng cột phía 110kV lên độ cao 17m và nâng cột phía 220kV lên độ cao 23m

 Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 17 m

 Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên

- Xét cặp cột (1- 2):

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

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

- Phạm vi bảo vệ của các cặp cột 2- 3; 3- 4 giống cặp 1- 2

Tính toán tương tự cho các cặp cột biên còn lại ta có kết quả như bảng 2.2: Cặp cột Độ cao cột (m) a (m) h0 (m) 2/3h0 rox (m)

+ Ta có: h12=17m và h13=23m đặt cách nhau một khoảng a=21m

+ Phạm vi bảo vệ của cột 23m cho phần có độ cao 17m là: x=4,5m

+ Khoảng cách từ cột h12 đến cột giả tưởng có cùng độ cao là:

+ Ta có: h7=17m và h17=23m đặt cách nhau một khoảng a=14m

+ Phạm vi bảo vệ của cột 22m cho phần có độ cao 17m là: x=4,5m

+ Khoảng cách từ cột h7 đến cột giả tưởng có cùng độ cao là:

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

Với phương án này ta sử dụng về phía 110kV 12 cột cao 17m đặt trên xà 11m

về phía 220kVta đặt 16 cột cao 23m đặt trên xà 17m

Tổng chiều dài kim thu lôi: LI=12.(17- 11)+16.(23- 17)=168m

Phạm vi bảo vệ của các cột được thể hiện trên hình vẽ 2.9

Hình 2.9: Phạm vi bảo vệ của phương án 1

2.3.3 Phương án 2

a Bố trí các cột thu lôi:

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

Pv11m Pv17m

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

Ta bố trí 11 cột trên các xà cao 11 m và 12 cột trên xà 17m

b Tính toán cho phương án 2

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 điều kiện: ha

- Xét các cột (10;11;12) tạo thành khối tam giác

+ Kích thước các cạnh: 10- 11:30m 11- 12: 20,526m 12- 10: 21m + Với nhóm cột này ta có nửa chu vi:

9 10

11

24 23

22 21

20 19

1

17m 11m

- Các cột (7;8;15) tạo thành khối tam giác

- Xét các khối hình tam giác:

Tính tương tự như phương án 1 ta có kết quả trong bảng 2.3

- Độ cao cột thu lôi phía 220kV là: h=hx+ha=17+5,483=22,483 (m)

- Để dễ dàng trong việc tính toán và thi công ta nâng cột phía 110kV lên

độ cao 18m và nâng cột phía 220kV lên độ cao 24m

 Phạm vi bảo vệ của từng cột:

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

* Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên

- Xét cặp cột (1- 2):

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

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

+ Ta có h7=18m và h16=24m đặt cách nhau một khoảng là: a=14m

+ Phạm vi bảo vệ của cột 24m cho phần có độ cao 18m là: x=4,5m

+ Khoảng cách từ cột h7 đến cột giả tưởng có cùng độ cao là:

a’=a- x=14- 4,5=9,5m + Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa cột h7 và cột giả tưởng có cùng độ cao là:

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

Với phương án này ta sử dụng về phía 110kV có 11 cột cao 17m đặt trên xà 11m phía 220kV có 12 cột cao 23m đặt trên xà 17m

Tổng chiều dài kim thu lôi:

LI=11.(17- 11)+12.(23- 17)=138m

Hình 2.11: Phạm vi bảo vệ của phương án 2

2.3.4 Phương án 3

a Bố trí các cột thu lôi:

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

Hình 2.12: Bố trí các cột thu lôi của phương án 3

Phía 110kV bố trí 4 dây chống sét đặt trên các xà cao 11 m và phía 220kV bố trí 5 dây chống sét đặt trên xà 17m

9 10

11

24 23

22 21

20 19

16 18

b Tính toán cho phương án 3

 Tính độ cao tác dụng của các cột thu sét

Vì khoảng cách giữa các cột nhỏ nên ta không xét đến độ võng khi treo dây chống sét

- Xét cặp dây thứ nhất (1- 2) và (3- 4):

+Khoảng cách giữa hai dây: S=7m

+Chiều cao cần bảo vệ: hx= 11m

+Giả sử ta thiết kế 2 dây có độ cao bằng nhau để cho toàn bộ diện tích nằm trong hai dây được bảo vệ an toàn thì: S≤ 4ha

ha: là độ cao tác dụng của dây

Vậy độ cao tác dụng tối thiểu để đảm bảo phạm vi bảo vệ là 1,75m

→Độ cao tối thiểu của dây thu sét là:

h= ha + hx= 1,75+ 11= 12,75m

Phía Cặp dây

Khoảng cách giữa hai dây (m)

Độ cao cần bảo

vệ (m)

Độ cao tác dụng tối thiểu (m)

Độ cao tối thiểu của DCS (m)

110kV

(1- 2);(3- 4) 7 11 1,750 12,750 (3- 4);(5- 6) 10 11 2,500 13,500 (5- 6);(7- 8) 10 11 2,500 13,500 (7- 8);(9- 10) 4 11 1,000 12,000

220kV

(9- 10);(11- 12) 10 17 2,500 19,500 (11- 12);(13- 14) 10 17 2,500 19,500 (13- 14);(15- 16) 15 17 3,750 20,750 (15- 16);(17- 18) 7 17 1,750 18,750

Bảng 2.5: Độ cao tối thiểu của các dây chống sét phương án 2

 Nhận xét:

Để dễ dàng trong việc tính toán và thi công ta nâng cột đỡ phía 110kV lên độ cao 15m và nâng cột phía 220kV lên độ cao 22m

 Phạm vi bảo vệ của từng DCS:

*Phạm vi bảo vệ của các DCS phía 220kV cao 22 m

h

h

+ Khoảng cách giữa hai cột là: a = đoạn (1- 3) = 7 m

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

- Xét cặp cột 7- 9 có độ cao khác nhau

+ Ta có: h7=15m và h9=22m đặt cách nhau một khoảng a=4m

+ Phạm vi bảo vệ của cột 22m cho phần có độ cao 15m là:

Bảng 2.6: Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên

Phạm vi bảo vệ của phương án 3 được thể hiện trên hình 2.11

Hình 2.13: Phạm vi bảo vệ của phương án 3

 Nhận xét:

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

Với phương án này ta sử dụng về phía 110kV 4 DCS cao 17m đặt trên xà 11m

về mặt kỹ thuật, tiết kiệm chi phí đầu tư, và thuận tiện cho thi công lắp đặt

Phương án Số cột và dây chống

sét

Tổng chiều dài kim

và dây thu sét Phạm vi bảo vệ

16 18

R3.000 R2.250 R2.400

R1.929

R12.375

R9.900

R2.555 R1.821

R1.819

R2.143

R3.000

đánh thẳng 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 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 5 0 , 

+ Đối với các thiết bị có điểm trung tính cách điện thì:  

I

R 250 + 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:  

I

R 125 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:

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 Đất khô Đất ẩm

An toàn

Làm việc

Chống sét

Nối đất chôn sâu với độ sâu 2- 3 m 1,0 1,1

Bảng 3.1: Bảng hệ số k mùa

3.2 Tính toán nối đất

Điện trở suất đo được của đất: d 127m

Điện trở nối đất cột đường dây ta xét với giá trị:R  c 17

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:d 150m

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 hai phía 110kV và 220kV tới trạm

Ta có công thức sau:

1

c TN

c cs

R R

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

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

TN kV TN kV

R R R

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:

d t

L K l

R

.ln 2

2





Trong đó:

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 b2 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



 .

Hình 3.1: Sơ đồ nối đất mạch vòng

Mạch vòng bao quanh trạm có thể biến đổi về dạng hình chữ nhật tương

đương có kích thước (l l ) bằng chu vi và diện tích mạch vòng của trạm

L K L

R tt t MV

.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

10.42

2 2

K  được cho ở bảng sau:

K 

MV R

Vì R MV 1, 222  1 không đạt yêu cầu Nên ta phải đóng cọc vào hệ thống nối đất

 Ta lựa chọn cọc có kích thước như sau:

Ở trên ta cũng đã tính được điện trở của mạch vòng Rmv = 1,222 (Ω)

Tổng trở nhân tạo của hệ thống được tính theo công thức:

mv c NTsét

+ Rmv: điện trở nối đất của thanh mạch vòng + Rc: điện trở nối đất của một cọc

Ta có điện trở nối đất của hệ thống:

0.542.0,141

0.542 0,141

- 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

trung:

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

R xk

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

đến quá trình phóng điện trong đất

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

Hình 3.3: 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

Hình 3.4: Sơ đồ đẳng trị rút gọn

Trong đó:

+ 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

2 1

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:

2 1

1

1 2 ) , 0 (

k

T t K

e k

t

T t l G

a t

2 2 2



k

l G L

T K  ; 2

2 1



l G L