Đồ án ngành hệ thống điện nguyễn nhị lời

Và việc tính toán bảo vệ chống sét cho các nhà máy điện, trạm điện và đường dây tải điện là một việc làm hết sức cần thiết vì sét là một hiện tượng đặc biệt của thiên nhiên có thể gây ra

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Nhị Lời

Tên đề tài:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT

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 = 90 m

 Đường dây:

- Dây dẫn 220kV: ACSR-400

- Dây dẫn 110kV: ACSR-500

- Dây chống sét: C-70

 Số ngày sét: 90 ngày/ năm

 Chiều dài khoảng vượt của đường dây 220 kV: 500 m

 Chiều dài khoảng vượt của đường dây 110 kV: 300 m

 Khi tính nối đất: Rc = 10 Ω

 Khi tính chống sét cho đường dây 110 kV, tính cho các trường hợp:

Rc =7, 10, 15Ω

II NỘI DUNG TÍNH TOÁN:

Phần I: Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV và đường dây 110kV

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

Chương III: Tính toán hệ thống nối đất cho toàn trạm

Chương IV: Bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện 110kV

Phần II: Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đường dây 110kV vào trạm biến áp

Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đường dây tải điện 110 kV vào trạm biến

áp biết dạng sóng xiên góc, U = 660kV, a = 220 kV/s, chống sét van có đặc tính

U = 360.I0.025, thời điểm ban đầu các tụ điện có U0 = 1kV

III CÁC BẢN VẼ: 5 bản vẽ A0

1 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét, các phương án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp

2 Các kết quả tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét cho trạm biến áp

3 Phương pháp và kết quả tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện

4 Các kết quả tính toán bảo vệ trạm biến áp chống sóng truyền

Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:

Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

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 Và việc tính toán bảo vệ chống sét cho các nhà máy điện, trạm điện và đường dây tải điện là một việc làm hết sức cần thiết vì sét là một hiện tượng đặc biệt của thiên nhiên có thể gây ra nguy hiểm tới tính mạng của con người và thiệt hại do sét gây ra cho ngành điện là rất lớn

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 tốt nghiệp: “Tính toán thiết

kế bảo vệ chống sét trạm biến áp 220/110kV” Đồ án tốt nghiệp gồm có 2 phần:

Phần I: Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV và đường dây 110kV

Phần II: Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp 220/110kV

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 Kỹ Thuật 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 23 tháng 12 năm 2016

Sinh viên Nguyễn Nhị Lời

NHẬN XÉT

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

PHẦN I: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV VÀ BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY 110KV 10

CHƯƠNG I: TÌNH HÌNH DÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT TỚI LƯỚI ĐIỆN 11

1.1 Hiện tượng dông sét 11

1.1.1 Khái niệm chung 11

1.1.2 Cường độ hoạt động của sét 13

1.1.3 Tình hình dông sét ở Việt Nam 14

1.2 Ảnh hưởng của dông sét 15

1.3 Vấn đề chống sét: 16

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV 17

2.1 Khái niệm chung 17

2.2 Các yêu cầu kĩ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng 17

2.3 Các công thức sử dụng để tính toán 18

2.3.1 Độ cao cột thu sét 18

2.3.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập 19

2.3.3 Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột thu sét 19

2.4 Các phương án bố trí cột thu sét 23

2.5 Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp 25

2.5.1 Phương án 1: 25

2.5.1.1 Bố trí các cột thu sét: 25

2.5.1.2 Tính toán cho phương án 1 26

2.5.1.3 Phạm vi bảo vệ của phương án 1 32

2.5.2 Phương án 2 32

2.5.2.1 Bố trí các cột thu sét 32

2.5.2.2 Tính toán cho phương án 2 33

2.5.2.3 Phạm vi bảo vệ của phương án 2 39

2.6 So sánh và lựa chọn phương án 39

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 40

3.1 Yêu cầu nối đất cho trạm biến áp 40

3.2 Tính toán nối đất 41

3.2.1 Nối đất an toàn 42

3.2.2 Nối đất chống sét 46

3.2.3 Nối đất bổ sung 50

CHƯƠNG IV: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 110KV 56

4.1 Khái niệm và yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đường dây 56

4.2 Các chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây 56

4.2.1 Góc bảo vệ của dây chống sét 56

4.2.2 Cường độ hoạt động của sét 57

4.2.3 Số lần sét đánh vào đường dây 58

4.2.4 Số lần phóng điện do sét đánh vào đường dây 58

4.2.5 Số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây 59

4.2.6 Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng 60

4.3 Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây 60

4.3.1 Thông số đường dây cần bảo vệ 60

4.3.2 Xác định độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở của dây chống sét và đường dây 61

4.3.3 Tính số lần sét đánh vào đường dây 64

4.3.4 Suất cắt do sét đánh vào đường dây 65

4.3.4.1 Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 65

4.3.4.2 Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt 65

4.3.4.3 Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột 74

PHẦN II: CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN SÓNG TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN VÀO TRẠM BIẾN ÁP 95

CHƯƠNG V: BẢO VỆ SÓNG QUÁ ĐIỆN ÁP TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY VÀO TRẠM 96

I KHÁI NIỆM CHUNG 96

II CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP TRÊN CÁCH ĐIỆN CỦA THIẾT BỊ KHI CÓ SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM 98

1.1 Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm bằng phương pháp lập bảng 98

2.2 Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm bằng phương pháp đồ thị 100

2.3 Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm bằng phương pháp tiếp tuyến 102

III TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM 104

3.1 Lập sơ đồ thay thế rút gọn trạng thái nguy hiểm nhất của trạm 104

3.2 Thiết lập phương pháp tính điện áp nút trên sơ đồ rút gọn 107

3.3 Đặc tính cách điện tại các nút cần bảo vệ 111

3.3.1 Đặc tính điện áp chịu đựng của máy biến áp 111

3.3.2 Đặc tính V-S của thanh góp 110 kV 112

3.3.3 Kiểm tra dòng điện qua chống sét van 113

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét 12

Hình 1.2 Dạng tổng quát của sóng sét 12

Hình 1.3 Dạng xiên góc của sóng sét 13

Hình 1.4 Dạng hàm số mũ của sóng sét 13

Hình 2.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét 19

Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột có độ cao bằng nhau 20

Hình 2.3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau 21

Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét 22

Hình 2.5 Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu sét 22

Hình 2.6: Phạm vi bảo vệ của dây chống sét 23

Hình 2.7 Mặt bằng trạm biến áp 220/110kV 24

Hình 2.8 Bố trí các cột thu sét của phương án 25

Hình 2.9 Phạm vi bảo vệ của phương án 1 32

Hình 2.10 Bố trí cột thu sét cho phương án 2 33

Hình 2.11 Phạm vi bảo vệ của phương án 2 39

Hình 3.1: Kích thước trạm 43

Hình 3.2: Hệ số hình dạng ( ) 2 1 l l f K  45

Hình 3.3: Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất 46

Hình 3.4: Sơ đồ đẳng trị rút gọn 46

Hình 3.5 Hình dạng kích thước thanh cọc của hệ thống nối đất 51

Hình 3.6: Đồ thị xét nghiệm phương trình tgX k = -0,043.X k 53

Hình 3.7: Sơ đồ nối đất toàn trạm biến áp 220/110kV 55

Hình 4.1: Góc bảo vệ của dây thu sét 57

Hình 4.2: Đồ thị   f(E lv). 59

Hình 4.3: Sơ đồ cột lộ đơn 110kV 60

Hình 4.4: Sơ đồ xác đinh hệ số ngẫu hợp 63

Hình 4.5 Sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét 66

Hình 4.6 Đồ thị U cd (a,t) và U pd (t) R c =7Ω 68

Hình 4.7: Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào khoảng vượt R c = 7Ω 69

Hình 4.8 Đồ thị U cd (a, t) và U pd (t) R c =10Ω 70

Hình 4.9: Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào khoảng vượt R c = 10Ω 71

Hình 4.10 Đồ thị U cd (a, t) và U pd (t) khi R c =15Ω 72

Hình 4.11: Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào khoảng vượt R c = 15Ω 73

Hình 4.12 Sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chống sét 74

Hình 4.13: Sơ đồ tương đương mạch đẫn dòng sét khi chưa có sóng phản xạ tới 76

Hình 4.14 Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện khi có sóng phản xạ tới 78

Hình 4.15 Điện áp đặt lên cách điện đường dây khi sét đánh đỉnh cột Rc =10Ω 88

Hình 4.16 Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào đỉnh cột R c =10Ω 89

Hình 4.17 Điện áp đặt lên cách điện của đường dây khi sét đánh đỉnh cột Rc =7Ω 90

Hình 4.18 Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào đỉnh cột với Rc =7Ω 91

Hình 4.20 Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào đỉnh cột với Rc =15Ω 93

Hình 5.1 Sóng truyền trên đường dây 97

Hình 5.2 Sơ đồ tương đương với thông số tập trung 98

Hình 5.3 Quy tắc sóng đẳng trị 99

Hình 5.4: Đặc tính V – A của chống sét van ZnO 100

Hình 5.5 Sóng tác dụng lên điện trở phi tuyến đặt cuối đường dây 101

Hình 5.6: Đồ thị xác định U(t), I(t) của chống sét van từ đặc tính V-A 101

Hình 5.7 Sóng tác dụng lên điện dung đặt cuối đường dây 102

Hình 5.8 Xác định điện áp U C (t) bằng phương pháp tiếp tuyến 103

Hình 5.9: Sơ đồ nguyên lý trạng thái sóng nguy hiểm nhất 105

Hình 5.10: Sơ đồ thay thế trạng thái sóng nguy hiểm 105

Hình 5.11: Sơ đồ thay thế rút gọn của trạng thái sóng nguy hiểm 106

Hình 5.12: Nguyên tắc momen lực 106

Hình 5.13: Sơ đồ Petersen tại nút 1 108

Hình 5.14 Sơ đồ Petersen tại nút 2 109

Hình 5.15 Sơ đồ Petersen tại nút 3 110

Hình 5.16: Kiểm tra điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp 111

Hình 5.17: Kiểm tra an toàn cách điện thanh góp 110 kV 112

Hình 5.18: Dòng điện qua chống sét van 113

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Số liệu về sét trong năm 2012 tại các địa phương 14

Bảng 1.2:Mật độ phóng điện xuống các khu vực 15

Bảng 2.1: Tính chiều cao tác dụng cột thu sét phương án 1 27

Bảng 2.2: Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên phương án 1 31

Bảng 2.3: Tính chiều cao tác dụng cột thu sét phương án 2 35

Bảng 2.4: Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên phương án 2 38

Bảng 3.1: Hệ số K m phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu của điện cực 41

Bảng 3.2: Bảng ( ) 2 1 l l f K  45

Bảng 3.3: Bảng tính toán chuỗi số    1 2 1 k T K ds e k  49

Bảng 3.4: Bảng tính toán chuỗi số B k 54

Bảng 4.1: Bảng xác suất hình thành hồ quang   f(E lv). 59

Bảng 4.2 Giá trị U cd (t) tác dụng lên chuỗi sứ R c = 7 68

Bảng 4.3: Đặc tính phóng điện của chuỗi sứ 68

Bảng 4.4: Đặc tính xác suất phóng điện với R c = 7  69

Bảng 4.5 Giá trị U cd (t) tác dụng lên chuỗi sứ R c = 10 70

Bảng 4.6: Đặc tính xác suất phóng điện với R c = 10  71

Bảng 4.7 Giá trị U cd (t) tác dụng lên chuỗi sứ R c = 15 72

Bảng 4.8: Đặc tính xác suất phóng điện với R c = 15  73

Bảng 4.9: Tổng hợp các kết quả tính toán 74

Bảng 4.10 Tính u cu đ (a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột R c =10Ω 83

Bảng 4.11 Tính u (a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột R cu t c =10Ω 84

Bảng 4.12 Tính i (a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột R c c =10Ω 85

Bảng 4.13 Tính di (a,t) c dt khi sét đánh vào đỉnh cột R c = 10Ω 86

Bảng 4.14 Tính U ( , ) c a t khi sét đánh vào đỉnh cột R c = 10Ω 86

Bảng 4.15 Tính Udcs( , )a t khi sét đánh vào đỉnh cột R c = 10Ω 87

Bảng 4.16 Tính U cd (a, t) kV khi sét đánh vào đỉnh cột (R c =10) 87

Bảng 4.17: Đặc tính xác suất phóng điện pd R c = 10Ω 88

Bảng 4.18: Giá trị U cd; R c =7Ω 89

Bảng 4.19: Trị số sét nguy hiểm và giá trị v pđ với Rc =7Ω 90

Bảng 4.20: Giá trị U cd; R c =15Ω 91

Bảng 4.21: Trị số sét nguy hiểm và giá trị v pđ với Rc =15Ω 92

Bảng 4.22: Tổng hợp các kết quả tính toán 93

Bảng 5.1: Bảng điện dung tương đương của các thiết bị trong trạm 104

Bảng 5.2: Điện áp chịu đựng của máy biến áp theo thời gian 111

Bảng 5.3: Đặc tính V-S của thanh góp 112

PHẦN I: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV

VÀ BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY 110kV

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

HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT TỚI LƯỚI ĐIỆN.

Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng bao gồm nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp và các hộ tiêu thụ điện Trong đó trạm biến áp, đường dây là các phần tử có số lượng lớn và khá quan trọng Trong quá trình vận hành các phần tử này chịu ảnh hưởng rất nhiều sự tác động của thiên nhiên như: mưa, gió, bão và đặc biệt nguy hiểm khi bị ảnh hưởng của sét Khi có sự cố sét đánh vào trạm biến áp hoặc đường dây sẽ gây hư hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn tới việc gián đoạn cung cấp điện và gây thiệt hại lớn tới nền kinh tế

Để nâng cao mức độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu 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 hệ thống 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) 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 ÷ 2.108

cm/s Tốc độ dòng sét ngược từ mặt đất đến đám mây:

Vng = 1,5 109 ÷ 2.1010 cm/s

Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển của 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

i I e

s

TT

0, 7



Hình 1.4 Dạng hàm số mũ của sóng sét

1.1.2 Cường độ hoạt động của sét

a Số ngày sét trong một năm n ngs

Vùng nhiệt đới 60 ÷ 150 ngày (Việt Nam)

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

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, hang 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 1.1: 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

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

Bảng 1.2: 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

1.2 Ảnh hưởng của dông 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

Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần khu vực đường dây có đi qua 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 nên ngắn mạch pha- đất hoặc ngắn mạch pha-pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đường dây phải làm việc Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khi

máy cắt cắt có thể gây mất ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy điện làm việc không nhanh có thể dẫn đến rã lưới Sóng sét còn có thể truyền

từ đường dây vào trạm biến áp hoặc sét đánh thẳng vào trạm biến áp 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

Trong tổng số sự cố vĩnh cửu của đường dây 220kV Phả Lại- Hà Đông nguyên nhân do sét là 8/11 chiếm 72% Vì đường dây Phả Lại- Hà Đông là đường dây quan trọng của miền Bắc nên lấy kết quả trên làm kết quả chung cho sự cố lưới điện toàn miền Bắc

Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự

cố lưới điện, vì vậy dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của hệ thống điện

1.3 Vấn đề chống sét

Ảnh hưởng của sét là rất lớn tới các công trình xây dựng nói chung và các công trình điện nói riêng Do đó vấn đề chống sét cho các công trình là đặc biệt cần thiết và quan trọng, nhằm hạn chế ảnh hưởng do sét gây ra Để làm được điều đó, người ta đặt các cột thu sét cho các công trình để thu dòng sét xuống đất Đối với các đường dây tải điện trên không, do khoảng cách đường dây là rất lớn, trải dài trên nhiều vùng địa hình nên ta sử dụng dây chống sét để chống sét cho đường dây tải điện Ngoài ra ta còn sử dụng các thiết bị chống sét như chống sét van, chống sét ống để hạn chế tác động của dòng sét cho các thiết bị, tránh được các hậu quả nghiêm trọng có thể xảy ra

Kết luận: Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng

của dông sét tới hệ thống điện, ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho đường dây tải điện và trạm biến áp là rất cần thiết Vì vậy việc đầu tư nghiên cứu chống sét đúng mức rất quan trọng nhằm giảm thiểu thiệt hại do dông sét gây ra, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trong vận hành hệ thống điện

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP

CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV

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 sét 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 thống nối đất Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện sét 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 đảm bảo về mặt kỹ thuật và quan tâm tới các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp

lý và đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật

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 sét, còn đối với đường dây ta dùng dây chống sét 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 sét 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 đó điều kiện để đặt cột thu sét trên hệ thống các thanh xà của trạm là mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ

Đối với trạm biến áp từ 110 kV trở lên có mức cách điện cao, do đó có thể đặt các thiết bị thu sét 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 sét để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa điểm nối vào cột thu sét 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 chay qua

Đối với cấp điện áp 110 kV trở lên cần phải chú ý:

+ Ở nơi các kết cấu đó có đặt cột thu sét vào hệ thống nối đất cần phải có nối đất bổ sung (dùng nối đất bổ sung) nhằm đảm bảo điện trở khuyếch tán không được quá 4Ω (ứng với tần số công nghiệp)

+ Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm trên có đặt cột thu sét

và bộ phận mang điện không được bé hơn độ dài chuỗi sứ

Có thể nối cột thu sét độc lập vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp điện áp 110kV nếu như các yêu cầu trên được thực hiện Khi dùng cột thu sét độc lập thì cần phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu sét đến các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu sét đến các vật cần được bảo vệ

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 sét

Trong đó:

h: Độ cao cột thu sét

hx: Độ cao của vật cần được bảo vệ

ha: Độ cao tác dụng của cột thu sét xác định theo nhóm cột

ha ≥(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 sét độc lập

Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập là miền được giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình:

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 sét

Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét thì lớn hơn nhiều so với tổng phạm vi bảo

vệ của hai cột đơn Nhưng để hai cột thu sét 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 sét có cùng độ cao

Khi 2 cột thu sét 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 sét h0 được tính như sau:

Tính rox:



Biểu diễn trên hình vẽ như sau:

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

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

Phạm vi bảo vệ vủa hai cột thu sét 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 sét 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 sét có độ cao khác nhau

Xác định được khoảng cách x và a’ như sau:

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

Phạm vi bảo vệ của ba cột thu sét

Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét

Phạm vi bảo vệ của bốn cột thu sét

Hình 2.5 Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu sét

Điều kiện cần để công trình nằm trong miền giới hạn của các cột thu sét được bảo vệ an toàn:

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:

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

h x 1,2h 0,6h

h x

h

0,2h

Dây chống sét

Hình 2.6: Phạm vi bảo vệ của dây chống sét

- Trạm biến áp 220/110kV, gồm hai máy biến áp

- Các xà phía 110 kV cao 8m và 11m, các xà phía 220kV cao 11m và 17m

- Mặt bằng trạm và sơ đồ bố trí thiết bị như hình vẽ

Hình 2.7 Mặt bằng trạm biến áp 220/110kV

2.5 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 sét: 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 sét theo các công thức (2.2) hoặc (2.3) + Tính bán kính khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét theo các công thức (2.5); (2.6)

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 sét hoặc bố trí thêm cột và tính toán theo trình tự trên

Bố trí 47 (46 cột đặt trên xà bên trong trạm, cột độc lập số 29)

Hình 2.8 Bố trí các cột thu sét của phương án

2.5.1.2 Tính toán cho phương án 1

a) 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:

Độ cao tác dụng tối thiểu của các cột trên là:

-Xét nhóm cột (1, 2, 9, 10) tạo thành hình chữ nhật có kích thước

Bảng 2.1: Tính chiều cao tác dụng cột thu sét phương án 1

Giữa trạm phần máy biến áp 26,27,32 61,59 59,42 43,09 82,05 64,81 8,1 Tam giác 26,31,32 39,5 59,4 42,4 70,65 59,48 7,43 Tam giác 27,32,33 43,1 42,4 32,6 59,05 46,25 5,78 Tam giác 27,28,33 43,6 42,4 48,5 67,25 52,08 6,51 Tam giác 28,33,34 48,5 40,1 35 61,8 49,23 6,15 Tam giác 28,29,34 56,5 40,1 40,8 68,7 56,52 7,06 Tam giác 29,34,35 56,5 44,1 40,8 70,7 56,88 7,11 Tam giác 17,25,26 18,7 64,2 64,3 73,6 64,94 8,12 Tam giác 24,29,30 48,1 51,3 13 56,2 51,67 6,46 Tam giác

Phía 220kV1,2,9,10 30,8 25 - - 39,67 4,96 Hình chữ nhật 9,10,17,18 30,8 23 - - 38,44 4,81 Hình chữ nhật 11,12,19,20 46,2 23 - - 51,61 6,45 Hình chữ nhật 3,4,11,12 46,2 25 - - 52,53 6,57 Hình chữ nhật

Phía 110kV36,37,42,43 36 24,2 - - 43,38 5,42 Hình chữ nhật 37,38,43,44 27 24,2 - - 36,26 4,53 Hình chữ nhật 40,41,46,47 36 24,2 - - 43,38 5,42 Hình chữ nhật 34,35,40 40,77 38,52 18,94 49,12 41,08 5,14 Tam giác 31,32,37 38,12 42,4 20,49 50,51 42,45 5,31 Tam giác

Nhận xét:

- Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột phía 220kV là

hamax= 6,57m Do độ cao lớn nhất cần bảo vệ ở phía 220kV là hx = 17m nên chiều cao của các cột thu sét là:

Để thuận tiện cho việc thi công và tăng độ an toàn bảo vệ cho thiết bị, ta nâng cột lên 24m

- Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột phía 110kV là

hamax= 5,42 m Do độ cao lớn nhất cần bảo vệ ở phía 110kV là hx = 11m nên chiều cao của các cột thu sét là:

Để thuận tiện cho việc thi công và tăng độ an toàn bảo vệ cho thiết bị, ta nâng cột lên 17m

- Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột phía máy biến áp là

hamax= 8,12 m Do độ cao lớn nhất cần bảo vệ ở phía 110kV là hx = 11m nên chiều cao của các cột thu sét là:

Bán kính bảo vệ ở độ cao hx = 11 m < 16 m là:

- Phía máy biến áp:

Bảo vệ bằng cột thu sét cao 25,5m và các độ cao cần bảo vệ là 17m, 11 m và 8m

Ta có:

Bán kính bảo vệ ở độ cao hx = 17 m = 17 m là:

Bán kính bảo vệ ở độ cao hx = 11 m < 17 m là:

Bán kính bảo vệ ở độ cao hx = 8 m < 17 m là:

c) Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên

- Xét cặp cột 1 và 2 có độ cao cột bằng nhau 24m

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

Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là:

+ Độ cao 17 m:

Nên

+ Độ cao 11 m:

Nên

- Xét cặp cột 3, 4 ta có:

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

Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là:

+ Độ cao 17 m:

Nên

+ Độ cao 11 m:

Nên

- Xét cặp cột (5- 12) có độ cao khác nhau

Bán kính bảo vệ của cột h25 cho phần có độ cao h17 là:

Do

Nên

Khoảng cách từ cột h5 đến cột giả tưởng có cùng độ cao là:

Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa cột h17 và cột giả tưởng cùng độ cao là:

Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 17m và hx = 11m là:

+Do hx17 = 17 m

Nên

+Do hx11 = 11 m

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

Bảng 2.2: Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên phương án 1

17,25 1,125 - 24 25,5 18,7 21,49 3,37 11,61 - 29;30 1,125 - 24 25,5 48,14 17,28 0,21 5,30 - 35,41 6,375 - 17 25,5 13,74 15,95 - 3,30 8,92 31,36 6,375 - 17 25,5 18,6 15,25 - 2,26 7,88 Một số cặp cột có chiều cao khoảng cách giống nhau ta sử dụng chung bán kính bảo vệ như cặp 43, 44 và 44, 45 có

Tổng chiều dài:

+ Đặt 10 cột thu sét cột cao 25,5m gồm 8 cột đặt trên xà cao 17 m và 1 cột đặt trên xà cao 8 m và 1 cột độc lập

Tổng chiều dài hiệu dụng của các cột thu sét:

Tổng chiều dài hiệu dụng của các cột thu sét toàn bộ trạm

2.5.1.3 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

Hình 2.10 Bố trí cột thu sét cho phương án 2

2.5.2.2 Tính toán cho phương án 2

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

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

-Xét nhóm cột (7, 8, 13) ta có:

Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác

+ Cạnh 26-27: a = 69,65m + Cạnh 26-32: b = 32,5 m + Cạnh 27-32: c = 61,6 m

Nửa chu vi của tam giác trên là:

Đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác đi qua chân các cột thu sét trên là:

Độ cao tác dụng tối thiểu của các cột trên là:

- Xét nhóm cột (1, 2, 7, 8) tạo thành hình chữ nhật có kích thước

Chiều dài (cạnh 1-2) a = 61,6m Chiều rộng (cạnh 1-9) b = 25m Nhóm 4 cột này tạo thành một hình chữ nhật có đường chéo bằng đường kính của đường tròn ngoại tiếp:

Bảng 2.3: Tính chiều cao tác dụng cột thu sét phương án 2

Giữa trạm phần máy biến áp 14,15,20 61,59 59,42 43,09 82,05 64,81 8,1 Tam giác 14,19,20 39,5 59,4 42,4 70,65 59,48 7,43 Tam giác 15,20,21 43,1 42,4 32,6 59,05 46,25 5,78 Tam giác 15,16,21 43,6 42,4 48,5 67,25 52,08 6,51 Tam giác 16,21,22 48,5 40,1 35 61,8 49,23 6,15 Tam giác 16,17,22 49,11 40,06 61,63 75,4 61,73 7,72 Tam giác 17,22,23 49,73 40,77 61,63 76,07 61,84 7,73 Tam giác

Phía 220kV 7,8,13 71,35 36 61,6 84,48 71,35 8,92 Tam giác 8,13,14 71,35 41,5 61,845 87,35 71,63 8,95 Tam giác 9,15,16 60,2 41,5 43,6 72,65 60,2 7,53 Tam giác 9,10,16 60,2 46,2 41,58 73,99 60,32 7,54 Tam giác 10,16,17 41,58 49,11 58,57 74,63 59,48 7,43 Tam giác 10,11,17 36 46,2 58,57 70,39 58,57 7,32 Tam giác 1,2,7,8 61,6 25 - - 66,48 8,31 Hình chữ nhật 8,9,14,15 61,6 41,5 - - 74,28 9,28 Hình chữ nhật 11,12,17,18 36 46,2 - - 58,57 7,32 Hình chữ nhật 3,4,9,10 46,2 25 - - 52,53 6,57 Hình chữ nhật

Phía 110kV 24,25,29,30 24,2 45 - - 51,09 6,39 Hình chữ nhật 25,26,30,31 24,2 36 - - 43,38 5,42 Hình chữ nhật 19,20,24 18,58 48,6 42,4 54,79 49,08 6,13 Tam giác 20,21,25 18,4 32,6 37,44 44,22 37,44 4,68 Tam giác 21,22,26 34,9 36,48 18,711 45,05 37,1 4,64 Tam giác 22,23,27 18,94 40,772 38,52 49,12 41,09 5,14 Tam giác 20,24,25 45 18,4 48,6 56 48,6 6,08 Tam giác

Nhận xét:

- Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột phía 220kV là

hamax=9,28m Do độ cao lớn nhất cần bảo vệ ở phía 220kV là hx = 17m nên chiều cao của các cột thu sét là:

Để thuận tiện cho việc thi công và tăng độ an toàn bảo vệ cho thiết bị, ta chọn độ cao cột 26m

- Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột phía 110kV là

hamax=6,39m Do độ cao lớn nhất cần bảo vệ ở phía 110kV là hx = 11m nên chiều cao của các cột thu sét là:

Để thuận tiện cho việc thi công và tăng độ an toàn bảo vệ cho thiết bị, ta nâng cột lên 18m

- Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột phía máy biến áp là

hamax=8,10m Do độ cao lớn nhất cần bảo vệ ở phía 110kV là hx = 11m nên chiều cao của các cột thu sét là:

- Phía máy biến áp:

Bảo vệ bằng cột thu sét cao 26m và các độ cao cần bảo vệ là 17m, 11 m và 8m

Ta có:

Bán kính bảo vệ ở độ cao là:

Bán kính bảo vệ ở độ cao là:

Bán kính bảo vệ ở độ cao là:

c) Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên

+ Độ cao 17 m:

Nên

+ Độ cao 11 m:

Nên

Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 11m và hx = 8m là:

+Do

Nên

+Do

Nên

Tính toán tương tự ta có bảng sau

Bảng 2.4: Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên phương án 2

Có 33 cột có chiều cao hiệu dụng là:

+ Đặt 23 cột thu sét cột cao 26m gồm 15 cột đặt trên xà cao 11 m và 1 cột đặt trên

xà cao 8 m và 7 cột đặt trên xà cao 17 m

Tổng chiều dài tác dụng của cột thu sét:

+ Đặt 10 cột thu sét cột cao 18m co 10 cột đặt trên xà cao 8m

Tổng chiều dài tác dụng của cột thu sét:

Tổng chiều dài tác dụng của cột thu sét toàn bộ trạm:

2.5.2 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 So sánh và lựa ch n phương án

Cả hai phương án đều đảm bảo về mặt kỹ thuật

- Phương án 1: ta sử dụng 47 cột thu sét với tổng chiều dài hiệu dụng của các cột thu sét là 496 (m)

- Phương án 2: ta sử dụng 33 cột thu sét với tổng chiều dài hiệu dụng của các cột thu sét là 406 (m)

So sánh hai phương án ta chọn phương án 2 là phương án bố trí cột thu sét chống sét đánh trực tiếp 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

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 sét 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:  

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