Đồ án Hệ thống điện Phan quang duc

Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ sinh ra sóng điện từ truyền dọc theo đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của đường dây.. Sóng sét c

Trang 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

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

HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Hiện tượng dông sét

a, Kiến thức phổ thông về dông sét

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 thăng Cơn dông có thể kéo dài từ 30 phút đến 12 tiếng và có thể trải rộng từ vài chục đến hàng trăm km

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

b, 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)

Càng phát triển về phía mặt đất 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 ngược phát triển về phía đám mây, ngược phát triển đến 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

Trang 2

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

Giá trị dòng điện sét: Is = б.Vng

б là mật độ điện tích tia tiên đạo

Vng là vận tốc dòng ngược

c, Diễn biến dông sét ở nước ta

Ở đồng bằng dông thường xảy ra trong nội bộ không khí chiếm 25% số dông trong toàn năm Dông trong các trường hợp xâm nhập cực đới cũng đạt tới 22%, dông trong các dãy hội tụ nhiệt đới và rãnh thấp liên quan luồng gió từ phía tây và phía nam có tỷ lệ tương đương, khoảng 20% còn một số trường hợp xảy ra giông khác là do bão đẩy lên hoặc ở ngoại vi các cơn bão chiếm tỷ lệ lớn nhất

- Diễn biến dông sét ở miền Bắc:

Xét trên toàn năm, số ngày dông trên miền Bắc nước ta thường dao động khoảng

70 - 100 ngày và số lần dông từ 150 đến 300 lần Như vậy có thể xảy ra 2 - 3 cơn dông Vùng nhiều dông nhất trên miền Bắc là vùng Tiên Yên - Móng Cái Tại đây hàng năm

có từ 250 - 300 lần dông tập chung trong khoảng từ 100 đến 110 ngày Tháng nhiều dông nhất là tháng 7 và tháng 8 có tới 25 ngày dông

Xét về diễn biến dông trong một năm ta có thể nhận thấy mùa dông không hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng Nhìn chung ở Bắc Bộ mùa dông tập trung trong khoảng từ tháng 6 đến tháng 9, ở phần phía Tây Bắc Bộ và Trung Bộ mùa dông tương đối sớm vào đầu tháng 4 Quá trình diễn biến của dông thường có một cực đại xê dịch trong khoảng từ

Trang 3

tháng 6 ở Tây Bắc, sau tháng 7, 8 ở các nơi khác thuộc Bắc Bộ và tách thành 2 cực, tháng

5 và tháng 9 ở Hà Tĩnh và Quảng Bình

- Diễn biến dông sét ở miền Nam:

Ở miền Nam cũng có khá nhiều dông, hàng năm trung bình quan sát được 40, 50 và có khi lên đến 100 ngày tùy từng nơi, khu vực nhiều dông nhất là đồng bằng Nam Bộ, số ngày dông trung bình hằng năm lên tới 120 - 140 ngày (Sài Gòn: 138 ngày, Hà Tiên: 129 ngày) Những giá trị này chẳng những cao hơn các khu vực khác ở miền Nam mà cũng còn lớn hơn rõ rệt so với các vùng trên miền Bắc, ở Bắc Bộ chỉ khoảng trên dưới 100 ngày

Vùng Duyên Hải Trung Bộ ít dông vào khoảng 60- 70 ngày ở phần phía Bắc từ Quảng Trị đến Quảng Ngãi (Đà Nẵng: 70 ngày, Quảng Ngãi: 59 ngày) giảm xuống từ 40 đến

50 ngày ở phần phía Nam từ Bình Định trở vào đến cực Nam Trung Bộ (Quy Nhơn:

46 ngày, Nha Trang: 49 ngày, Phan Thiết: 59 ngày) Sự giảm số dông ở Duyên Hải Nam Trung Bộ cũng dễ giải thích bằng tính chất khô nóng của gió mùa hạ sau khi vượt qua dãy Trường Sơn

Tây Nguyên cũng ít dông hơn nhiều so với Nam Bộ: tùy nơi số ngày dông hàng năm vào khoảng 50 - 60 ngày (Plây cu: 91 ngày, Blao: 70 ngày)

Mùa dông nói chung là trùng với mùa hạ, là thời kì thịnh hành những khối không khí nhiệt đới xích đạo có nhiệt độ cao và độ ẩm lớn, lại có những nguyên nhân nhiệt động lực thuận lợi cho việc phát triển dông (có sự hoạt động thường xuyên của dải hội tụ nội chí tuyến, mặt đất được hun nóng mạnh) Trong mùa đông ở Nam Bộ và Tây Nguyên thỉnh thoảng cũng xuất hiện dông nhưng số ngày dông ít hơn hẳn không so sánh được với tháng mùa hạ

Ở Nam Bộ mùa dông bắt đầu vào tháng 4 và kết thúc vào tháng 11, riêng khu vực cực tây (Hà Tiên, Rạch Giá), mùa dông bắt đầu sớm hơn vào tháng 3 Trên Tây Nguyên mùa dông bắt đầu sớm hơn Nam Bộ 1 tháng từ tháng 3 và cũng kết thúc sớm hơn 1 tháng vào tháng 10 Đáng chú ý nhất là tất cả các vùng trong quá trình mùa dông đều phân biệt được hai cực đại Cực đại chính xảy ra vào tháng 5 và cực đại phụ xảy ra vào cuối tháng 9 trên phần lớn các vùng và vào tháng 8 ở phía bắc Duyên Hải Trung Bộ Đó là thời kì mà dải hội tụ nội chí tuyến đi ngang qua các vĩ độ miền Nam trong quá trình tiến lên phía bắc và rút lui về xích đạo Trong các tháng giữa mùa, số ngày dông giảm đi rõ rệt Nam Bộ là khu vực nhiều dông, chỉ trừ tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 6) có số ngày dông bình thường 10 ngày mỗi tháng, còn suốt trong 6 tháng từ tháng 5 đến tháng 10

Trang 4

mỗi tháng đều quan sát được từ 15 đến 20 ngày dông, tháng cực đại (tháng 5) trung bình gặp

20 ngày dông

Khu vực Tây Nguyên, trong mùa dông thường chỉ có 2, 3 tháng số ngày dông đạt tới

10 đến 15 ngày, đó là tháng 4, tháng 5 và tháng 9 Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan sát được 15 ngày dông ở bắc Tây Nguyên và 10 đến 12 ngày ở nam Tây Nguyên Còn các tháng khác trong mùa đông mỗi tháng chỉ gặp trung bình từ 5 đến 7 ngày dông

Như vậy ta thấy Việt Nam là nước chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét, đây là điều bất lợi cho sự phát triển kinh tế của đất nước nói chung và bất lợi cho các công tác quản lý, vận hành hệ thông điện ở Việt Nam nói riêng, điều đó đòi hỏi ngành điện cần đầu tư nhiều cho hệ thống chống sét các công trình điện, cũng như nhà thiết kế công trình điện cần tính toán sao cho hệ thống vận hành vừa đảm bảo an toàn, vừa đảm bảo về mặt kinh tế

Bảng 1.1: Thông số dông sét của một số vùng

Vùng

Số ngày dông trung bình ( ngày/năm)

Số giờ dông trung bình ( giờ/năm)

Mật độ sét trung bình

Tháng nhiều dông sét nhất

Cao Bằng 0,2 0,6 4,2 5,9 12 17 20 19 10 11 0,5 0,0 94 Bắc Cạn 0,1 0,3 3,0 7,0 12 18 20 21 10 2,8 0,2 0,1 97 Lạng Sơn 0,2 0,4 2,6 6,9 12 14 18 21 10 2,8 0,1 0,0 90 Móng Cái 0,0 0,4 3,9 6,6 14 19 24 24 13 4,2 0,2 0,0 112

Trang 5

Hà Giang 0,1 0,6 5,1 8,4 15 17 22 20 9,2 2,8 0,9 0,0 102 SaPa 0,6 2,6 6,6 12 13 15 16 18 7,3 3,0 0,9 0,3 97 Lào Cai 0,4 1,8 7,0 10 12 13 17 19 8,1 2,5 0,7 0,0 93 Yên Bái 0,2 0,6 4,1 9,1 15 17 21 20 11 4,2 0,2 0,0 104 Tuyên Quang 0,2 0,0 4,0 9,2 15 17 22 21 11 4,2 0,5 0,0 106 Phú Thọ 0,0 0,6 4,2 9,4 16 17 22 21 11 3,4 0,5 0,0 107 Thái Nguyên 0,0 0,3 3,0 7,7 13 17 17 22 12 3,3 0,1 0,0 97

Hà Nội 0,0 0,3 2,9 7,9 16 16 20 20 11 3,1 0,6 0,9 99 Hải Phòng 0,0 0,1 7,0 7,0 13 19 21 23 17 4,4 1,0 0,0 111 Ninh Bình 0,0 0,4 8,4 8,4 16 21 20 21 14 5,0 0,7 0,0 112 Lai Châu 0,4 1,8 13 12 15 16 14 14 5,8 3,4 1,9 0,3 93 Điện Biên 0,2 2,7 12 12 17 21 17 18 8,3 5,3 1,1 0,0 112 Sơn La 0,0 1,0 14 14 16 18 15 16 6,2 6,2 1,0 0,2 99 Nghĩa Lộ 0,2 0,5 9,2 9,2 14 15 19 18 10 5,2 0,0 0,0 99 Thanh Hoá 0,0 0,2 7,3 7,3 16 16 18 18 13 3,3 0,7 0,0 100 Vinh 0,0 0,5 6,9 6,9 17 13 13 19 15 5,6 0,2 0,0 95 Con Cuông 0,0 0,2 13 13 17 14 13 20 14 5,2 0,2 0,0 103 Đồng Hới 0,0 0,3 6,3 6,3 15 7,7 9,6 9,6 11 5,3 0,3 0,0 70 Cửa Tùng 0,0 0,2 7,8 7,8 18 10 12 12 12 5,3 0,3 0,0 85

PHÍA NAM Huế 0,0 0,2 1,9 4,9 10 6,2 5,3 5,1 4,8 2,3 0,3 0,0 41,8

Đà Nẵng 0,0 0,3 2,5 6,5 14 11 9,3 12 8,9 3,7 0,5 0,0 69,5 Quảng Ngãi 0,0 0,3 1,2 5,7 10 13 9,7 1,0 7,8 0,7 0,0 0,0 59,1 Quy Nhơn 0,0 0,3 0,6 3,6 8,6 5,3 5,1 7,3 9,6 3,3 0,6 0,0 43,3 Nha Trang 0,0 0,1 0,6 3,2 8,2 5,2 4,6 5,8 8,5 2,3 0,6 0,1 39,2 Phan Thiết 0,2 0,0 0,2 4,0 13 7,2 8,8 7,4 9,0 6,8 1,8 0,2 59,0 Kon Tum 0,2 1,2 6,8 10 14 8,0 3,4 0,2 8,0 4,0 1,2 0,0 58,2

Trang 6

Đà Lạt 0,6 1,6 3,2 6,8 10 8,0 6,3 4,2 6,7 3,8 0,8 0,1 52,1 Blao 1,8 3,4 11 13 10 5,2 3,4 2,8 7,2 7,0 4,0 0,0 70,2 Sài Gòn 1,4 1,0 2,5 10 22 19 17 16 19 15 11 2,4 138 Sóc Trăng 0,2 0,0 0,7 7,0 19 16 14 15 13 1,5 4,7 0,7 104

Hà Tiên 2,7 1,3 10 20 23 9,7 7,4 9,0 9,7 15 15 4,3 128

Từ bảng trên ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét, đây

là điều bất lợi cho hệ thống điện, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư tốt vào các thiết bị chống sét, đồng thời phải chú trọng khi tính toán thiết kế các công trình điện để hệ thống điện vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy

Trang 7

1.2 Ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện

Kết quả đo lường cho thấy biên độ dòng điện sét có thể lên 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 rất nhiều dây tiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị nóng chảy và đứt thậm chí đã có những cách điện bằng sứ bị dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ và chảy Phóng điện sét có kèm theo việc di chuyển theo không gian lượng điện tích lớn đã tạo ra điện trường rất mạnh làm nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị điện tử, ảnh hưởng của nó rất lớn ngay cả những nơi cách xa hàng trăm km

Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ sinh ra sóng điện từ truyền dọc theo đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của đường dây Khi cách điện bị phá hủy gây ra ngắn mạch pha - đất hoặc ngắn mạch pha - pha buộc các thiết bị bảo vệ Rơ le ở 2 đầu đường dây phải hoạt động Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể gây mất ổn định cho hệ thống, nếu các hệ thống tự động ở các nhà máy làm việc không kịp thời sẽ gây ra tình trạng tan rã lưới Sóng sét có thể truyền từ đường dây vào trạm biến áp hoặc đánh thẳng vào trạm biến áp đều gây phóng điện trên cách điện trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm như khi ngắn mạch trên thanh góp và rất dễ dẫn tới sự cố trầm trọng Mặt khác, khi có sóng sét vào trạm biến áp, nếu chống sét van đầu cực máy biến áp làm việc không hiệu quả thì cách điện của máy biến

áp sẽ bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn

Từ những hậu quả do việc sét đánh gây ra ta thấy rõ tác dụng của việc tính toán thiết

kế lắp đặt các thiết bị chống sét, nếu tính toán chính xác lắp đặt đủ các thiết bị chống sét

sẽ tạo ra hệ thống vận hành an toàn và hiệu 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

Trang 8

CHƯƠNG II: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 110KV

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

Đường dây là phần tử dài nhất trên hệ thống điện nên thường bị sét đánh gây nên quá điện áp quá trình này có thể dẫn tới cắt máy cắt đường dây làm ảnh hưởng tới cung cấp điện Mặt khác khi sét đánh vào đoạn dây gần trạm thì sẽ tạo nên sóng truyền vào trạm gây sự cố phá hoại cách điện của thiết bị điện trong trạm Do đó ta phải tiến hành nghiên cứu chống sét cho đường dây tải điện, đặc biệt là những đoạn đường dây gần đến trạm thì phải được tính toán bảo vệ cẩn thận Vì thế đường dây cần được bảo vệ chống sét với mức an toàn cao Quá điện áp khí quyển có thể là do sét đánh thẳng lên đường dây hoặc do sét đánh xuống đất gần đường dây tạo nên quá điện áp cảm ứng Trị số của quá điện áp khí quyển là rất lớn nên không thể chọn mức cách điện của đường dây đáp ứng được hoàn toàn yêu cầu của quá điện áp mà chỉ có thể chọn theo mức hợp lý về mặt kinh tế và kỹ thuật Do

đó yêu cầu đối với bảo vệ chống sét đường dây không phải là an toàn tuyệt đối mà chỉ cần ở mức độ giới hạn hợp lý

Trong phần này sẽ tính toán các chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây, trên cơ sở đó xác định được các phương hướng và biện pháp để giảm số lần cắt điện của đường dây cần bảo vệ

2.2 Lý thuyết tính toán

2.2.1 Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét

Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét của phạm vi bảo vệ được xác định tương tự như của cột thu sét có các hoành độ 0,6h và 1,2h.Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở mức cao hx cũng được tính theo các công thức tương tự:

+ Khi hx > 2/3h thì:

x x

h

h (2.1) + Khi hx ≤ 2/3h thì:

x x

h

0,8h (2.2)

Trang 9

Phạm vi bảo vệ của dây chống sét được thể hiện như hình vẽ:

Hình 2.1: Phạm vi bảo vệ của dây chống sét

Do nửa chiều rộng của khu vực có xác suất 100% phóng điện vào dây sét B= 2h nên khi dùng 2 dây đặt cách nhau s = 4h thì mọi diểm trên mặt đất nằm giữa hai dây này sẽ được bảo

vệ an toàn và nếu khoảng cách s < 4h thì có thể bảo vệ cho các điểm giữa hai dây có mức cao tới h = h -0 s

Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ của hai dây sét

Dây thu sét thường được dùng để bảo vệ chống sét cho đường dây điện cao áp.Vì độ treo cao trung bình của dây dẫn thường lớn hơn 2/3 độ cao treo của dây thu sét nên không cần đề cập tới phạm vi bảo vệ mà biểu thị bằng góc bảo vệ α là góc giữa đường thẳng đứng

và đường thẳng nối liền dây thu sét và dây dẫn.Có thể tính toàn trị số giới hạn của góc α là:

Trang 10

0

cs cs dd x

cs dd cs cs dd

0,6.h (h - h )b

Và thực tế thường lấy khoảng 150 ~ 250

Hình 2.3: Góc bảo vệ của dây thu sét

2.2.2 Tính toán chung về chỉ tiêu chống sét

2.2.2.1 Cường độ hoạt động của sét

 Số ngày sét (n ngs )

Cường độ hoạt động của sét được biểu thị bằng số ngày có dông sét hàng năm (nngs) Các số liệu này được xác định theo số liệu quan trắc ở các đài trạm khí tượng phân bố trên lãnh thổ từng nước

 Mật độ sét (m s )

Để tính toán số lần có phóng điện xuống đất cần biết về số lần có sét đánh trên diện tích 1km2 mặt đất ứng với một ngày sét, nó có trị số khoảng ms = 0,1 0,15 lần/km2.ngày sét Từ đó sẽ tính được số lần sét đánh vào các công trình hoặc

lên đường dây tải điện

2.2.2.2 Số lần sét đánh vào đường dây

Coi mật độ sét là đều trên toàn bộ diện tích vùng có đường dây đi qua, có thể tính số lần sét đánh trực tiếp vào đường dây trong một năm là:

N = ms.nngs.L.6h.10-3 (lần/năm) (2.3)

Trang 11

Trong đó:

ms là mật độ sét (m = 0,1 ÷ 0,15)

nngs là số ngày sét trong năm

L là chiều dài đường dây (L = 100 km)

h là độ treo cao trung bình của dây trên cùng (dây dẫn hoặc dây chống sét)

Ta có công thức thu gọn như sau:

Trang 12

2.2.2.3 Số lần phóng điện do sét đánh vào đường dây

Khi bị sét đánh, quá điện áp tác dụng vào cách điện của đường dây ( sứ và khoảng cách không khí giữa dây dẫn và dây chống sét ) có thể gây ra phóng điện Khả năng phóng điện được đặc trưng bởi xác suất phóng điện Vpđ Như thế ứng với số lần sét đánh Ni số lần phóng điện :

pdi i pd

N = N ν (2.9) Xác suất phóng điện Vpđ phụ thuộc trị số quá điện áp và đặc tính cách điện ( V-S ) của đường dây:

dd

pd = P.U cd U pd

  (2.10)

2.2.2.4 Số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây

Khi có phóng điện trên cách điện của đường dây, máy cắt có thể bị cắt ra nếu có xuất hiện hồ quang tần số công nghiệp tại nơi phóng điện Xác suất hình thành hồ quang phụ thuộc vào điện áp làm việc trên cách điện pha của đường dây và độ dài cách điện của đường dây Có thể xác định theo bảng sau:

Bảng 2.1: Xác suất hình thành hồ quang

lv lv pd

U

Ε =

Với: Ulv: điện áp làm việc

Lpđ: chiều dài đường phóng điện



0 10 20 30 40 50 60

f(E lv )

n

Trang 13

- Cuối cùng có thể tính số lần cắt của đường dây tương ứng với số lần sét đánh Ni

2.2.2.5 Quá điện áp khi sét vào đường dây có treo dây chống sét

Hình 2.5: Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

Số lần cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn được xác định theo công thức:

dd dd pd

n = N ν η (2.13)

Trong đó:

η là xác suất hình thành hồ quang (tra ở bảng 2.1)

Ndd là số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn (công thức 2.6)

ν = 10 (2.14) Trong đó ta có:

+U50%(110kV)= 660 (kV)

+ Zdd: tổng trở sóng của dây dẫn

Trang 14

Hình 2.6: Sét đánh vào khoảng vượt

Số lần cắt do sét đánh vào khoảng vượt được xác định theo công thức:

ν là xác suất sét đánh vào đường dây gây phóng điện

η là xác suất hình thành hồ quang

Phương pháp xác định νpdkv

Ta coi dòng điện sét có dạng xiên gócvới biên độ Is = a.t

- Quá điện áp sét xuất hiện trên cách điện của đường dây gồm hai thành phần:

Ulv : điện áp làm việc của đường dây

- Xác suất các dòng điện sét có biên độ I ≥ Is và độ dốc a ≥ as là:

I a

- ( + )

60 25 I,a

V = 10 (2.17)

Trang 15

- Tại thời điểm ti nào đó điện áp trên cách điện lớn hơn hoặc bằng điện áp chịu đựng cho phép của cách điện, lấy theo đặc tính vôn – giây (V- S) của chuỗi sứ, thì phóng điện sẽ xảy ra:

Upđ (ti) điện áp phóng điện lấy theo đặc tính vôn giây ( V – S ) tại ti

- Do coi dòng điện sét có dạng Is = a.t thì thành phần Ucđ' (ti) tỷ lệ với độ dốc a, có thể đặt:

pd i lv i

(2.23)

Mặt khác ta có: Ii = ai.ti

Dựa vào các cặp (Ii,ai ) vẽ đường cong nguy hiểm hình (2.7):

Hình 2.7: Đường cong nguy hiểm

Trang 16

Xác suất phóng điện được tính theo xác suất xuất hiện ở miền bên phải phía trên đường cong nguy hiểm ở hình (2.7)

- Từ đường cong nguy hiểm ta có thể xác định được:

1

pd i a 0

ν = ν dν (2.24) Với

Hình 2.8: Sét đánh vào đỉnh cột và các điểm lân cận

Trong trường hợp này ta phải tính toán suất cắt cho pha có quá điện áp đặt lên cách điện lớn nhất Ucd(t)max Do đó ta phải tiến hành tính toán điện áp đặt lên cách điện đối với từng pha

Ucđ(t) được xác định theo công thức sau:

U (t) = U (t) + U (t)+U (t) + U (t) + U (2.26) Theo công thức trên điện áp xuất hiện trên cách điện khi sét đánh vào đỉnh cột bao gồm:

- Thành phần điện áp giáng trên cột

Trang 17

- Thành phần điện áp cảm ứng từ xuất hiện do hỗ cảm của dây dẫn, kênh sét gây ra:

cu.tu

U (t) theo công thức:

dd cu.tu dd

a là độ dốc đầu sóng của sóng xiên góc

K là hệ số ngẫu hợp có kể đến ảnh hưởng của vầng quang

- Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trên dây chống sét gây ra:

Ta lần lượt đi tính các thành phần đối với các pha Để tính được các thành phần điện

áp ta cần phải tính được dòng điện đi vào cột ic(t) và thành phần biến thiên dòng điện theo

thời gian di /dt Khi tính toán dòng điện này ta có thể dựa vào sơ đồ tương đương của mạch cdẫn dòng điện sét trong hai trường hợp như sau:

Trang 18

+ Khi chưa có sóng phản xạ từ cột bên cạnh về 2.l kv

t c



Hình 2.9: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi chưa có sóng phản xạ

Trong đó:

cs c

Z : tổng trở sóng dây chống sét có kể đến ảnh hưởng của vầng quangTrong sơ đồ thay thế, dòng điện sét được coi như một nguồn dòng, dây chống sét được biểu thị bằng tổng trở của dây chống sét có xét đến ảnh hưởng của vầng quang Thành phần từ của điện áp cảm ứng được coi như một nguồn áp Ta có

cs

Za

i (a,t) = (Z t-2.M (t) - )

Z +2.R α (2.35)

c

cs vq

Trang 19

+ Khi có sóng phản xạ từ cột bên cạnh về 2.l kv

t c



Trường hợp này tính chính xác phải áp dụng phương pháp đặc tính, ở đây để đơn giản

ta tính gần đúng tức là có thể thay dây chống sét bằng điện cảm tập trung

nối tiếp với điện trở của đất của hai cột bên cạnh như hình 2.10:

Hình 2.10: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện khi có sóng phản xạ tới

Với Lcs là điện cảm của một khoảng vượt của dây chống sét không kể ảnh hưởng vầng quang:

0

cs kv cs

Z l

L =

c (2.38)

0 cs

Z : Tổng trở sóng chống sét khi không xét đến ảnh hưởng vầng quang

Trang 20

2.3 Tính toán cụ thể cho đường dây tải điện trạm cắt 110kV

b, Thông số đường dây

- Dây chống sét dùng dây loại C-70 có bán kính r = 5,7mm

- Dây dẫn các pha dùng loại dây nhôm lõi thép ACSR500/64 có bán kính ngoài của dây dẫn r = 15,3mm

- Cách điện chuỗi sứ dùng loại ΠC-45 có chiều dài 1 bát sứ là lsứ = 170mm có 7 bát nên chiều dài chuỗi sứ l = 170.7 = 1190mm = 1,19m

- Độ treo cao của dây chống sét là hcs = 17m

- Độ treo cao của dây dẫn các pha lần lượt là hA = 14m và hB = hC = 12m

- Xà đỡ các pha lần lượt là lxà A = 1,5m và lxà B = lxà C = 2m

- Góc bảo vệ của pha A:

0 xaA

Trang 21

- Khoảng vượt của đường dây: l = 190m

- U50% của cách điện đường dây 110kV là: 660kV

- Điện trở suất của nối đất ρ =100 (Ωm) d

- Điện trở nối đất cột điện với 3 giá trị RC = 10, 15, 20 Ω

2.3.1.2 Xác định độ treo cao trung bình, tổng trở sóng của dây chống sét, dây dẫn

a, Độ treo cao trung bình

- Theo đề tài thiết kế ta có độ võng của dây chống sét phía 110kV là: fcs = 2,5m và

độ võng của dây pha là: fdd = 3m

- Độ treo cao trung bình của dây dẫn được tính bằng công thức:

h = 14 - 3 = 12m

3+ Độ treo cao trung bình của dây pha B,C:

- Bán kính của dây pha là: rdd = 15,3 mm

- Khi không kể đến ảnh hưởng của vầng quang thì tổng trở sóng được tính bằng công thức như sau:

tb

2.h

Z =138.log

r (2.43) Thay số ta được:

Trang 22

514,848

c, Hệ số ngẫu hợp

Khi chưa có vầng quang thì hệ số ngẫu hợp K được tính như sau với dây

pha và dây chống sét được tính như sau:

cs pha 0

 Hệ số ngẫu hợp của dây dẫn pha A với dây chống sét:

- Với pha A ta có:

+ Độ treo cao trung bình của dây pha A: h1 = 12m

+ Độ treo cao trung bình của dây chống sét: h2 = 15,333m

Trang 23

12 cs

0 cs

K = 1,3.0,234 = 0,304

 Hệ số ngẫu hợp của dây dẫn pha B, C với dây chống sét

- Với pha B, C ta có:

+ Độ treo cao trung bình của dây pha B, C: h1 = 10m

+ Độ treo cao trung bình của dây chống sét: h2 = 15,333m

Trang 24

2.3.2 Xác định tổng số lần sét đánh vào đường dây hàng năm

- Theo đề tài thiết kế: nng.s = 100 ngày/năm và h = 15,333 m

Nkv : Số lần sét đánh vào khoảng vượt

* Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

- Trong trường hợp này ta tính với dây dẫn pha A

Trước tiên ta xác định xác suất phóng điện với các thông số sau :

0

C

α = 26,565

h = 17mVậy ta có:

Trang 25

2.3.3 Tính suất cắt đường dây do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

Hình 2.12: Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

- Suất cắt của đường dây được tính bằng công thức 2.11:

U

Ε =l

Trang 26

2.3.4 Tính suất cắt đường dây do sét đánh vào khoảng vượt

Hình 2.13: Sét đánh vào khoảng vượt

- Ta có số lần sét đánh vào khoảng vượt được xác định như ở mục 2.3.2:

+ Tại các thời điểm t: 1, 2, 3, 4 ,5, 6, 7, 8, 9, 10  s)

- Điện áp trên dây chống sét tại đỉnh cột có trị số Ucs là:

a.td.( )

1 2.U.sinω.t.dt 2 2

π 3 π 3 (2.49)

Trang 27

Trang 28

Bảng 2.3: Đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện

f(a,t) với R c 7và đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện U pd (t)

Từ đồ thị hình (2.14) ta tìm được các giá trị của ti ứng với giao điểm của đường đặc tính V-S với các hàm Ucđ = f(a,t) Tại thời điểm phóng điện ti tương ứng các độ dốc đầu sóng ai

40(kA/µs) 30(kA/µs) 20(kA/µs) 10(kA/µs)

0 500

Trang 29

- Ta xác định được trị số sét nguy hiểm và giá trị vpđ trong bảng sau:

Bảng 2.4: Trị số sét nguy hiểm và giá trị v pđ với R c = 7

Từ cặp số của (I ; a) ta vẽ được đường cong thông số nguy hiểm hình (2.15)

- Số lần cắt do sét đánh vào khoảng vượt:

pd

kv kv kv

n = N η.ν = 69.0,625.0,0000171= 0,000737 (lần/100km /năm)

0 50 100 150 200 250

Trang 30

- Ta có bảng sau:

Bảng 2.5: Giá trị U cđ ; Rc = 10 

Từ đó ta có đồ thị Ucđ = f(t) với các giá trị khác nhau của a và đường đặc tính (V- S) của chuỗi cách điện:

f(a,t) với R c =10và đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện U pđ (t)

100(kA/µs) 90(kA/µs) 80(kA/µs) 70(kA/µs) 60(kA/µs) 50(kA/µs) 40(kA/µs) 30(kA/µs) 20(kA/µs) 10(kA/µs) 0

500 1000

Trang 31

Ta có bảng tính toán các kết quả như sau:

Bảng 2.6: Trị số sét nguy hiểm và giá trị v pđ với R c =10

Từ cặp số của (I ; a) ta vẽ được đường cong thông số nguy hiểm hình (2.17):

pd

kv kv kv

n = N η.ν = 69.0,625.0.0003256 = 0,014042 (lần/100km /năm)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Trang 32

- Ta có bảng sau:

Bảng 2.7: Giá trị U cd ; Rc = 15 

Từ đó ta có đồ thị Ucd = f(t) với các giá trị khác nhau của a và đường đặc tính (V- S) của chuỗi cách điện:

f(a,t) với R c =15và đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện U pd (t)

100(kA/µs) 90(kA/µs) 80(kA/µs) 70(kA/µs) 60(kA/µs) 50(kA/µs) 40(kA/µs) 30(kA/µs) 20(kA/µs) 10(kA/µs) 0

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000

Trang 33

Tương tự ta xác định được trị số sét nguy hiểm và giá trị vpd trong bảng sau:

Bảng 2.8: Trị số sét nguy hiểm và giá trị v pđ với R c = 15

Từ cặp số của (I ; a) ta vẽ được đường cong thông số nguy hiểm hình (2.19)

pd

kv kv kv

n = N η.ν = 69.0,625.0.0021554= 0,092952 (lần/100km /năm)

94 96 98 100

Trang 34

2.3.5 Tính suất cắt đường dây do sét đánh vào đỉnh cột

Hình 2.20: Sét đánh vào đỉnh cột và các điểm lân cận

- Ta có số lần sét đánh vào đỉnh cột được xác định như ở mục 2.3.2:

dc kv

2 2 (lần/100km.năm)

a, Xác định điện áp đặt lên cách điện các pha

Ta tiến hành so sánh các giá trị Ucd(a,t) của các pha để tìm ra giá trị Ucd(a,t)

lớn nhất từ đó xác định được pha cần tính toán

Để so sánh Ucd(a,t) ta sẽ tiến hành so sánh với giá trị a và t cụ thể như sau:

c

a = 10 kA/μs ; t = 3 μs ; R = 10 Ω

* Điện áp đặt lên cách điện pha A

Ta có các thông số đối với pha A như sau

cs

c 0 cs dd

c 0 A

cs kv cs

Trang 35

2.10

2

-α t c

Trang 36

- Điện áp tác dụng lên cách điện pha A :

* Điện áp đặt lên cách điện pha B hoặc pha C

Ta có các thông số đối với pha A như sau:

cs

c 0 cs dd

c 0 A

cs kv cs

ν = 0,3.300 = 90 (m/μs)

H = h + h = 17+12 = 29(m)

Δh = h - h = 17-12 = 5(m)

U = 110kV

Từ các thông số trên ta tính được các giá trị của các thành phần điện áp như sau:

- Tại thời gian này có sóng phản xạ từ cột lân cận về do đó điện áp đặt lên cách điện được tính theo sơ đồ hình 2.9:

2.10

2

-α t c

Trang 37

- Thành phần điện áp cảm ứng do hỗ cảm giữa dây dẫn và kênh sét:

Vì điện áp cách điện tác dụng nên pha A lớn hơn điện áp cách điện tác dụng nên pha

B, C nên ta chọn pha A để tính toán điện áp cách điện tác dụng lên chuỗi sứ cách điện khi

có sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột

b, Tính toán quá điện áp đặt lên cách điện

Ta tính Ucd(a,t) bằng công thức 2.26 với giá trị Rc = 7Ω

Trang 38

- Thành phần điện áp cảm ứng do cảm ứng tĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích dòng điện sét được tính như sau:

Trang 39

- Thành phần điện áp giáng trên cột được tính bằng công thức:

Trang 40

Định dạng
Số trang	124
Dung lượng	3,41 MB