Ảnh hưởng của các thông số lên chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp cao thế

Số lần sét đánh trên đường dây trong một năm Với đường dây có độ cao trung bình của dây chống sét là tb dcs h thì số lần sét đánh trên đường dây có chiều dài L được tính như sau: h : độ

NGUYỄN TRUNG TIẾN

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ LÊN CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CỦA TRẠM BIẾN ÁP CAO THẾ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hồ Văn Nhật Chương

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Phạm Đình Anh Khôi

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS Trương Việt Anh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I TÊN ĐỀ TÀI: Ảnh hưởng của các thông số lên chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp

cao thế

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Khảo sát ảnh hưởng của các thông số lên chỉ tiêu

chống sét của trạm biến áp cao thế

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/01/2018

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/06/2018

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Hồ Văn Nhật Chương

Tp HCM, ngày tháng năm 2018

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, cán bộ nhân viên nhà trường

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hồ Văn Nhật Chương, Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian qua để em có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Em cũng xin chân thành cám ơn gia đình, bạn bè đã luôn tạo điều kiện, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập

TP.HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2018

Người thực hiện

Nguyễn Trung Tiến

nhiên, cho nên việc nghiên cứu chống sét là rất quan trọng đối với các công trình Trong đó, bảo vệ chống sét đối với trạm biến áp có yêu cầu rất cao vì trong trạm có những thiết bị quan trọng như máy biến áp, máy cắt mà cách điện của các thiết bị này lại yếu hơn so với cách điện của đường dây Trước tiên, phóng điện trên cách điện tương đương với việc ngắn mạch thanh góp và ngay cả khi có phương tiện hiện đại cũng vẫn đưa đến sự cố trầm trọng nhất trong hệ thống Ngoài ra, mặc dù trong kết cấu cách điện của thiết bị thường cố gắng sao cho mức cách điện trong mạch cao hơn mức cách điện ngoài, nhưng trong vận hành do quá trình già cỗi của cách điện trong mạch nhanh hơn nhiều, nên sự phối hợp có thể bị phá hoại và dưới tác dụng của quá điện áp

có thể xảy ra chọc thủng điện môi mà không chỉ là phóng điện men theo bề mặt của cách điện ngoài Tuy không đạt mức an toàn tuyệt đối nhưng khi tính toán chọn các biện pháp chống sét phải cố gắng giảm xác suất sự cố tới giới hạn thấp nhất và “chỉ tiêu chịu sét của trạm”, tức là số năm vận hành an toàn không có xuất hiện điện áp nguy hiểm đối với cách điện của trạm phải đạt mức hàng trăm năm

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào

TP.HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2018

Người thực hiện

Nguyễn Trung Tiến

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 2

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CỦA

2.1.2 Số lần sét đánh gây phóng điện trên cách điện đường dây 6

2.2.2 Số lần sét đánh gây phóng điện trên cách điện đường dây 8

2.4 Xác định các trị số Vα,Vpđ1, Vpđ2cđ, Vpđ2kk , Vpđ3 9 2.4.1 Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn Vα 9 2.4.2 Xác suất phóng điện trên chuỗi sứ khi sét đánh vào đỉnh cột Vpđ1 10 2.4.3 Xác suất phóng điện trên chuỗi sứ khi sét đánh vào dây chống sét trong

2.4.4 Xác suất phóng điện trong khoảng cách không khí giữa dây chống sét và dây

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CỦA

3.3 Xây dựng các sơ đồ khối để viết chương trình tính toán trên Matlab 30

3.3.2 Sơ đồ khối chi tiết để tính toán chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp cao thế đấu

3.3.3.1 Thuật toán để giải phương trình vi phân bằng phương pháp

3.4.2.1 Trường hợp đường dây được bảo vệ bằng một dây chống sét 49 3.4.2.2 Trường hợp đường dây được bảo vệ bằng hai dây chống sét 50

3.4.5 Ảnh hưởng cột-xà và phương pháp bảo vệ đoạn đường dây tới trạm

3.4.7 Khoảng cách được tăng cường bảo vệ trước khi đến trạm 57

4.1 Sơ đồ khối chi tiết để tính toán chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp cao thế đấu với

4.2 Kết quả tính toán chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp Bình Long 2 71 4.3 Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp Bình

4.3.1 Trường hợp thay đổi thông số điện trở nối đất cột điện 71

4.3.2 Trường hợp thay đổi thông số góc bảo vệ của dây chống sét đối với dây dẫn

4.3.4 Trường hợp thay đổi số lượng đĩa sứ trong chuỗi sứ cách điện

4.3.5 Trường hợp thay đổi chiều dài xà đối với đường dây cột xà gỗ 78

4.3.7 Trường hợp thay đổi khoảng cách được tăng cường bảo vệ trước khi

GIỚI THIỆU LUẬN VĂN

2 Mục tiêu và tính cấp thiết của đề tài

2.1 Mục tiêu của đề tài:

- Xây dựng thuật toán tính toán nhanh về ảnh hưởng của các thông số lên chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp cao thế

2.2 Ý nghĩa và tính cấp thiết của đề tài:

Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, đường dây và trạm biến áp, là một thể thống nhất Trong đó, trạm biến áp là một phần tử hết sức quan trọng, nó thực hiện nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng Do đó khi các thiết bị của trạm bị sét đánh trực tiếp thì sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng, không những chỉ làm hỏng các thiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn bộ trong một thời gian dài, làm ảnh hưởng đến việc sản xuất điện năng và các ngành kinh tế quốc dân khác Do đó việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số lên chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp là việc làm cực kỳ quan trọng

3 Điểm mới của luận văn

Sử dụng phần mềm Matlab để viết thuật toán xác định chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp cao thế nhằm xuất ra kết quả trực quan và đánh giá toàn diện hơn

4 Kế hoạch thực hiện đề tài

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Các thông số chủ yếu của sét

Dòng điện sét như hình 1.1, có dạng sóng xung Trung bình trong khoảng vài micro giây, dòng điện tăng nhanh đến trị số cực đại tạo nên phần đầu sóng và sau đó giảm xuống chầm chậm trong khoảng 20 ÷ 100µs, tạo nên phần đuôi sóng

Hình 1.1 Dạng dòng điện sét

Sự lan truyền sóng điện từ tạo nên bởi dòng điện sét gây nên quá điện áp trong hệ thống điện, do đó cần phải biết những thông số chủ yếu của nó

- Biên độ dòng điện sét với xác suất xuất hiện của nó

- Độ dốc đầu sóng dòng điện sét hoặc thời gian đầu sóng đs với xác suất xuất hiện của nó

- Độ dài sóng dòng điện sét s (tức thời gian cho đến khi dòng sét giảm còn ½ biên độ của nó

- Cực tính dòng điện sét

1.2 Khí hậu Việt Nam

Việt Nam nằm hoàn toàn trong vành đai nhiệt đới của nửa cầu bắc, thiên về chí tuyến hơn là phía xích đạo Vị trí đó đã tạo cho Việt Nam có một nền nhiệt độ cao Nhiệt độ trung bình năm từ 22°C đến 27°C Hàng năm, có khoảng 100 ngày mưa với lượng mưa trung bình từ 1.500 đến 2.000mm Độ ẩm không khí trên dưới 80% Số giờ nắng khoảng 1.500 - 2.000 giờ, nhiệt bức xạ trung bình năm 100kcal/cm2

Chế độ gió mùa cũng làm cho tính chất nhiệt đới ẩm của thiên nhiên Việt Nam thay đổi Nhìn chung, Việt Nam có một mùa nóng mưa nhiều và một mùa tương đối lạnh, ít mưa Trên nền nhiệt độ chung đó, khí hậu của các tỉnh phía bắc (từ đèo Hải Vân trở ra Bắc) thay đổi theo bốn mùa: Xuân, Hạ, Thu, Đông

Việt Nam chịu sự tác động mạnh của gió mùa Đông Bắc nên nhiệt độ trung bình thấp hơn nhiệt độ trung bình nhiều nước khác cùng vĩ độ ở Châu Á So với các nước này, nhiệt độ Việt Nam về mùa đông lạnh hơn và mùa hạ ít nóng hơn

Do ảnh hưởng gió mùa, hơn nữa sự phức tạp về địa hình nên khí hậu của Việt Nam luôn luôn thay đổi trong năm, từ giữa năm này với năm khác và giữa nơi này với nơi khác (từ Bắc xuống Nam và từ thấp lên cao)

1.3 Hoạt động giông sét

1.3.1 Khái quát

Trên thế giới có ba tâm giông sét gồm: Châu Á, châu Phi, châu Mỹ Trong đó, Việt Nam nằm ở tâm giông sét châu Á Trung bình mỗi năm, Việt Nam có khoảng hai triệu lần sét đánh xuống đất Vì nước ta nằm trong khu vực nhiệt đới có độ ẩm cao, lại gần biển, có đường bờ biển kéo dài nên gió từ biển đưa vào càng tăng thêm độ ẩm trong vùng đất liền, gây mưa giông

Hình 1.3.1 Bản đồ tổng lượng phóng điện cho thấy Việt Nam nằm trong một tâm

giông thế giới

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng

Sét thường chỉ xảy ra trong các cơn giông Đặc biệt là những cơn giông đầu mùa mưa thường mang theo những trận sét nguy hiểm nhất Lý do là vào thời điểm giao mùa thường xuất hiện hai luồng không khí nóng ẩm và lạnh Điểm giao thoa giữa hai luồng không khí này chính là nơi xảy ra giông Đây cũng là địa điểm tập trung sét Vì thế, những nơi xảy ra hiện tượng tập trung giông, sét với mật độ cao trong một thời gian nhất định, thực chất là đang có sự hoạt động mạnh mẽ của hai luồng không khí nóng ẩm và lạnh

Mùa giông ở Việt Nam tương đối dài bắt đầu từ tháng 4 và kết thúc vào tháng 10

Số ngày giông trung bình khoảng 100 ngày/năm và số giờ giông trung bình là 250 giờ/năm Trên nền hoạt động giông tương đối mạnh này có độ chênh lệch khá lớn về mức độ hoạt động giông ở các vùng

Cam Ranh là nơi có số giờ giông nhỏ nhất là 55h/năm A Lưới (Thừa Thiên - Huế) đạt mức giờ giông cao nhất là 489 giờ/năm Sự chênh lệch này do nguyên nhân chính

là yếu tố phân chia lãnh thổ bởi những dãy núi cao có hướng khác nhau, làm tăng cường hoạt động giông ở vùng này và hạn chế hoạt động giông ở vùng khác

Việc phân bố giông sét ở Việt Nam không đồng đều Những khu vực xuất hiện nhiều giông sét là Cổ Dũng (Hải Dương), Sơn Lộc (Hà Tĩnh), Yên Thành (Nghệ An), Đồng bằng sông Cửu Long Sở dĩ có sự khác biệt về tần suất giông sét giữa các địa phương là do điều kiện khí hậu có sự phân hóa Vùng có nhiễu động khí quyển mạnh,

có địa hình thuận lợi cho việc hình thành các dòng thăng luôn có nguy cơ về sét cao hơn các vùng khác

1.4 Ảnh hưởng của giông sét lên trạm biến áp

Giông sét là hiện tượng tự nhiên Mật độ, thời gian và cường độ sét mang tính ngẫu nhiên cho nên việc nghiên cứu chống sét là rất quan trọng đối với các công trình Trong đó, bảo vệ chống sét đối với trạm biến áp có yêu cầu rất cao vì trong trạm có những thiết bị quan trọng như máy biến áp, máy cắt mà cách điện của các thiết bị này lại yếu hơn so với cách điện của đường dây Trước tiên, phóng điện trên cách điện tương đương với việc ngắn mạch thanh góp và ngay cả khi có phương tiện hiện đại cũng vẫn đưa đến sự cố trầm trọng nhất trong hệ thống Ngoài ra, mặc dù trong kết cấu cách điện của thiết bị thường cố gắng sao cho mức cách điện trong mạch cao hơn mức cách điện ngoài, nhưng trong vận hành do quá trình già cỗi của cách điện trong mạch nhanh hơn nhiều, nên sự phối hợp có thể bị phá hoại và dưới tác dụng của quá điện áp

có thể xảy ra chọc thủng điện môi mà không chỉ là phóng điện men theo bề mặt của cách điện ngoài Tuy không đạt mức an toàn tuyệt đối nhưng khi tính toán chọn các biện pháp chống sét phải cố gắng giảm xác suất sự cố tới giới hạn thấp nhất và “chỉ tiêu chịu sét của trạm”, tức là số năm vận hành an toàn không có xuất hiện điện áp nguy hiểm đối với cách điện của trạm phải đạt mức hàng trăm năm

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU CHỐNG

SÉT CỦA ĐƯỜNG DÂY CAO THẾ 2.1 Đối với đường dây cao thế có treo dây chống sét

2.1.1 Số lần sét đánh trên đường dây trong một năm

Với đường dây có độ cao trung bình của dây chống sét là tb

dcs

h thì số lần sét đánh trên đường dây có chiều dài L được tính như sau:

h : độ cao trung bình của dây chống sét (m)

lx: khoảng cách giữa 2 dây chống sét (m) (nếu đường dây có một dây chống sét thì

x

l = 0)

L: chiều dài đường dây (km) (L = 100km)

nngs: số ngày sét trong một năm (ngày sét/năm)

2.1.2 Số lần sét đánh gây phóng điện trên cách điện đường dây

htbdcs: độ treo cao trung bình của dây chống sét, (m)

hc: độ cao cột (m); lkv : chiều dài khoảng vượt (m)

ms: mật độ sét đánh trung bình (lần/km2

.ngày sét)

nngs: số ngày sét trong một năm (ngày sét/năm)

Vpđ1: xác suất phóng điện trên chuỗi sứ khi sét đánh vào đỉnh cột

Vpđ2cđ: xác suất phóng điện trên chuỗi sứ khi sét đánh vào dây chống sét trong khoảng vượt

Vpđ2kk: xác suất phóng điện trong khoảng cách không khí giữa dây chống sét và dây dẫn khi sét đánh vào dây chống sét trong khoảng vượt

Vα: xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

2.1.3 Suất cắt điện của đường dây trong một năm

Khi sét đánh vào đường dây có treo dây chống sét, có thể sét sẽ đánh vào đỉnh cột, hoặc sét đánh vào đỉnh cột trong khoảng vượt, hoặc có khả năng sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn, và phóng điện trên cách điện đường dây chỉ xảy ra khi dòng điện sét có biên độ và độ dốc nhất định, do đó xác suất phóng điện xảy ra trên cách điện đường dây cũng chính là xác suất xuất hiện dòng điện sét có thông số lớn nhất định đó

Khi có xảy ra phóng điện trên cách điện và tia lửa phóng điện này trở thành hồ quang ổn định thì máy cắt mới làm việc và tách đường dây ra khỏi hệ thống điện

Trong các tài liệu về tính toán chống sét cho đường dây, thông thường tính số lần sét đánh vào đỉnh cột bằng số lần sét đánh vào dây chống sét trong khoảng vượt, và bằng phân nửa số lần sét đánh trên đường dây

Như vậy, suất cắt điện của đường dây trong một năm được tính như sau:

hdcs: độ treo cao trung bình của dây chống sét, (m)

hc: độ cao cột (m); lkv : chiều dài khoảng vượt (m)

Vpđ1: xác suất phóng điện trên chuỗi sứ khi sét đánh vào đỉnh cột

1

 : xác suất chuyển từ phóng điện sét thành hồ quang ổn định trên chuỗi sứ

Vpđ2cđ: xác suất phóng điện trên chuỗi sứ khi sét đánh vào dây chống sét trong khoảng vượt

dẫn khi sét đánh vào dây chống sét trong khoảng vượt

2

 : xác suất chuyển từ phóng điện sét thành hồ quang ổn định trong khoảng không khí giữa dây chống sét và dây dẫn

Vα: xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

Vpđ3: xác suất phóng điện trên chuỗi sứ khi sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

2.2 Đối với đường dây cao thế không treo dây chống sét

Đối với đường dây cao áp không treo dây chống sét thì sét đánh chủ yếu vào dây dẫn Nếu đường dây bố trí ba dây nằm ngang thì dây ngoài cùng sẽ bị sét đánh, đường dây bố trí theo đỉnh tam giác thì dây phía trên sẽ bị sét đánh)

2.2.1 Số lần sét đánh trên đường dây trong một năm

Số lần sét đánh vào đường dây cao áp không treo dây chống sét được tính như sau:

h : độ cao trung bình của dây dẫn (m)

lx: khoảng cách giữa 2 dây dẫn ngoài cùng của đường dây bố trí ba dây nằm ngang (nếu đường dây bố trí theo đỉnh tam giác thì lx = 0 ) (m)

L: chiều dài đường dây (km) (L = 100km)

nngs: số ngày sét trong một năm (ngày sét/năm)

2.2.2 Số lần sét đánh gây phóng điện trên cách điện đường dây

pđ sđ pđ

Vpđ: xác suất phóng điện trên chuỗi sứ

2.2.3 Suất cắt điện của đường dây trong một năm

Suất cắt trong trường hợp này được tính như sau:

cđ sđ pđ

Trong đó:

Ncđ: suất cắt điện đường dây

Nsđ: số lần sét đánh vào đường dây trong một năm

Vpđ: xác suất phóng điện trên chuỗi sứ

ƞ: xác suất chuyển từ phóng điện sét thành hồ quang ổn định trên chuỗi sứ

Đối với đường dây cột sắt hoặc cột bê tông cốt sắt:

pđ

U E

l



(2-8)

Etb: điện trường làm việc trung bình, (kV/m)

Uđm: điện áp định mức của đường dây (kV)

lpđ: chiều dài phóng điện của chuỗi sứ

2.3 Chỉ tiêu chống sét đường dây cao thế là khoảng thời gian trung bình giữa hai lần cắt điện đường dây liên tiếp do sét đánh gây nên trong một năm trên 100km đường dây:

cđ

1 M N



2.4 Xác định các trị số V α ,V pđ1 , V pđ2cđ , V pđ2kk , V pđ3

Khi đường dây có dây chống sét thì phần lớn số lần sét đánh vào dây chống sét Tuy nhiên cũng còn một số ít lần sét đánh vòng qua khu vực bảo vệ của dây chống sét vào dây dẫn với xác suất Vα như sau:

ch

α: góc bảo vệ của dây chống sét, (o)

hc: chiều cao của cột điện, (m)

2.4.2 Xác suất phóng điện trên chuỗi sứ khi sét đánh vào đỉnh cột V pđ1

Khi sét đánh vào đỉnh cột, điện áp tác dụng lên chuỗi sứ biểu thị theo công thức sau:

cđ1 lv Rc cu1 cu1 vq dcs1

u (t)  u  u (t)  u (t)  u (t)  k u (t) (2-11) Trong đó:

ucđ(t): điện áp tác dụng lên chuỗi sứ

ulv: điện áp làm việc của đường dây

uRc(t): điện áp giáng trên điện trở nối đất của cột điện

u (t) : điện áp cảm ứng gây ra bởi từ trường của khe phóng điện sét

kvq: hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét có kể đến ảnh hưởng của vầng quang xung

udcs1(t): điện áp trên dây chống sét

 Điện áp làm việc ulv:

T 2

Với uđm: điện áp định mức của đường dây

 Điện áp giáng trên điện trở nối đất cột điện uRc(t):

Rc c c

Trong đó:

Rc: điện trở nối đất cột điện (Ω)

ic(t): dòng điện chạy trong cột khi sét đánh vào đỉnh cột (kA)

 Điện áp cảm ứng do điện trường của khe phóng điện sét gây nên đ

 Điện áp cảm ứng do từ trường khe sét gây nên utcu1(t)

dt : độ dốc của dòng điện chạy qua cột, (kA/µs)

Mdd(t): hỗ cảm giữa khe sét và mạch vòng dây dẫn-đất, (µH)

c

tđ

r : bán kính tương đương của cột điện, (m)

 Theo đó, bán kính tương đương của cột điện phụ thuộc vào hình dạng và

kích thước của cột Tham khảo cách tính một vài loại cột sau:

rtđc  d.r (m)

Hình 2.4.2.a - Cột loại 1

3 2 3 1 c

2 1

d 1 d 2

L : điện cảm cột điện tính đến độ cao treo dây chống sét, (µH)

Mdcs(t): hỗ cảm giữa khe sét và mạch vòng dây chống sét-đất, (µH)

 Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét kvg được quyết định bởi kích thước hình học của đường dây và khoảng cách giữa các dây với nhau

 Đối với đường dây có treo một dây chống sét:

Hình 2.4.2.e – Đường dây có treo một dây chống sét

1: dây chống sét; 2: dây dẫn

Hệ số ngẫu hợp giữa dây 2 đối với dây 1 là:

12 12 o

1 1

Dlndk

2hlnr

r1: bán kính dây chống sét

 Đối với đường dây có treo hai dây chống sét:

Hình 2.4.2.f – Đường dây có treo hai dây chống sét 1; 2: dây chống sét; 3: dây dẫn

Hệ số ngẫu hợp giữa dây 3 đối với dây 2 và 1 là:

13 23

13 23 o

Bảng 2.4.2 Hệ số hiệu chỉnh k1

Sau khi hiệu chỉnh ảnh hưởng vầng quang xung thì hệ số ngẫu hợp sẽ được tính lại như sau:

Ta có sơ đồ mạch điện thay thế:

Hình 2.4.2.g – Sơ đồ mạch điện thay thế

Z lL

c

ntđ dcs

Có thể giải gần đúng phương trình vi phân của hai trường hợp trên bằng

phương pháp Runge-Kutta như sau:

Cho bài toán Cô-si:

kh

Nếu biết được y0=y(x0) sẽ tìm được y1=y(x1), (x1=x0+h), y1=y(x2),

Với phương pháp Runge-Kutta, việc giải gần đúng phương trình vi phân có điều kiện đầu có thể đưa vào máy tính điện tử và độ chính xác tương đối cao

Áp dụng phương pháp này để giải phương trình vi phân cho hai trường hợp

) Như vậy, điện áp tác dụng lên chuỗi sứ ucđ1(t) sẽ được xác định (vì các thành phần

đã xác định)

Ta thấy rằng trong công thức tính ucđ1(t), mỗi số hạng bên trong đều tỷ lệ với độ dốc dòng điện sét a1 Điều kiện để xảy ra phóng điện chuỗi sứ là điện áp ucđ1(t)≥ upđ1(t) (với upđ1(t): đặc tính volt-giây của chuỗi sứ) Do đó độ dốc dòng điện sét a1 phải đủ lớn

để ucđ1(t)≥ upđ1(t) thì mới xảy ra phóng điện trên chuỗi sứ

 Trị số a1 để gây phóng điện trên chuỗi sứ:

Điện áp tác dụng lên chuỗi sứ ucđ1(t) được viết lại dưới dạng sau:

a dt a a đều được tính từ các biểu thức trên

Ứng với thời điểm ti thì độ dốc dòng điện sét ai có thể gây ra phóng điện trên chuỗi sứ như sau:

Biên độ dòng điện sét: Is1i = a1i ti

Tìm được độ dốc và dòng điện sét sẽ tìm được xác suất V ; Va1i I1i ở thời điểm ti:

1i

1i a

V : xác suất phóng điện khi biên độ dòng điện sét ≥ Is1i

Có được cặp trị số (V ;Va1i I1i ) ở từng thời điểm ti sẽ vẽ được quan hệ Va=f(VI)

Hình 2.4.2.i – Quan hệ Vα1 = f (VI1)

 Xác suất phóng điện trên chuỗi sứ khi sét đánh vào đỉnh cột Vpđ1 được tính như sau:

pđ1 a1 I1

Vế trị số thì Vpđ1 bằng diện tích phần gạch chéo ở hình trên

 Đặc tính volt-giây của chuỗi sứ:

Thông thường được cho dưới dạng bảng số, nhưng cũng có thể biểu diễn gần đúng dưới dạng biểu thức toán học:

pđ1

1 2

tt

1 Bt

1B

t1

u1: điện áp phóng điện của chuỗi sứ ở thời điểm t1

u2: điện áp phóng điện của chuỗi sứ ở thời điểm t2

t1: có thể lấy khoảng 1÷2µs

t2: có thể lấy khoảng 8÷10µs

Hình 2.4.2.k – Đường đặc tính vôn-giây của chuỗi sứ

2.4.3 Xác suất phóng điện trên chuỗi sứ khi sét đánh vào dây chống sét trong

udcs2(1-kvq): điện áp gây nên bởi dòng điện trong dây chống sét

kvq: hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét có kể ảnh hưởng vầng quang xung

Tương ứng với độ dốc ở trên thì biên độ dòng điện sét là:

pđ 2cđ

Ia

2.4.4 Xác suất phóng điện trong khoảng cách không khí giữa dây chống sét và

dây dẫn khi sét đánh vào dây chống sét trong khoảng vƣợt V pđ2kk

Khi sét đánh vào dây chống sét ở giữa khoảng vượt thì sau một thời gian kv

Xác suất xảy ra phóng điện ở khoảng không khí giữa dây chống sét và dây dẫn là (tương ứng với Is2i và a2i)

2 i

2i a

Có (Va2i , VI2i) sẽ vẽ được quan hệ Va2 = f(VI2)

Về trị số Vpđ2kk sẽ bằng diện tích phần gạch chéo bên trên đồ thị Va2 = f(VI2)

Hình 2.4.4 - Quan hệ Vα2 = f (VI2) Đặc tính volt-giây của khoảng không khí có thể biểu diễn gần đúng theo dạng sau:

ulv: điện áp làm việc đường dây (kV)

u50%: điện áp phóng điện bé nhất của chuỗi sứ (kV)

Từ bất đẳng thức trên suy ra biên độ dòng điện sét gây ra phóng điện là:

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CỦA TRẠM BIẾN ÁP CAO THẾ

3.1 Thông số của sóng truyền vào trạm

Để tính toán bảo vệ chống sét cho trạm cần phải biết dạng sóng truyền vào trạm, tức

là biết thông số chủ yếu của nó: biên độ và độ dốc đầu sóng

- Biên độ của sóng truyền vào trạm lấy bằng mức cách điện xung của cách điện đường dây trong khoảng cách được tăng cường bảo vệ: U0 = U50%

- Độ dốc đầu sóng chọn theo khả năng nguy hiểm nhất có thể xảy ra như là khi sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn với độ dốc lớn hoặc khi sét đánh vào cột hoặc vào dây chống sét và gây phóng điện ngược tới dây dẫn Như vậy, quy ước độ dốc đầu sóng được tính toán như sau:

Tại nơi sét đánh, sóng có dạng nguy hiểm nhất: đầu sóng vuông góc nhưng khi đến trạm độ dốc của sóng đã giảm thấp do tác dụng của vầng quang xung trong quá trình truyền qua khoảng cách được tăng cường bảo vệ Có nghĩa là sau khi truyền qua khoảng cách trên, thời gian đầu sóng tại trạm bằng:

c

x BU

a – độ dốc đầu sóng, (kV/µs)

3.2 Tính chỉ tiêu chống sét của trạm do sóng truyền vào

Giả thiết với một trạm phân phối đã cho, đã xác định được vị trí đặt chống sét van, tức là đã biết khoảng cách l từ chống sét van đến thiết bị cần bảo vệ, bằng tính toán hay bằng nghiên cứu trên mô hình đã xác định được độ dốc đầu sóng a cp Theo biểu thức (3-2) xác định được chiều dài tới hạn của khoảng cách tới trạm phải được tăng

cường bảo vệ:

B a

c x

 Trường hợp x > x th

Nếu đường dây được bảo vệ bằng dây chống sét trên toàn tuyến hoặc chiều dài của phần đường dây được bảo vệ bằng dây chống sét lớn hơn xth (x>xth), thì quá điện áp nguy hiểm cho trạm chỉ xuất hiện khi có sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

và khi có phóng điện ngược từ cột tới dây dẫn khi sét đánh vào cột hoặc vào dây chống sét trong phạm vi xth Khả năng xuất hiện quá điện áp trên dây dẫn trong những trường hợp đó được đặc trưng bởi số lần phóng điện trên cách điện đường dây trong đoạn xth trong một năm, tương tự cách tính toán số lần phóng điện trên cách điện đường dây như sau:

Trong đó:

htbdcs: độ treo cao trung bình của dây chống sét, (m)

hc: độ cao cột (m); lkv : chiều dài khoảng vượt (m)

ms: mật độ sét đánh trung bình (lần/km2

.ngày sét)

nngs: số ngày sét trong một năm (ngày sét/năm)

Vpđ1: xác suất phóng điện trên chuỗi sứ khi sét đánh vào đỉnh cột

Vpđ2cđ: xác suất phóng điện trên chuỗi sứ khi sét đánh vào dây chống sét

trong khoảng vượt khoảng vượt

Vpđ2kk: xác suất phóng điện trong khoảng cách không khí giữa dây chống sét

và dây dẫn khi sét đánh vào dây chống sét trong khoảng vượt

Vα: xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

 Trường hợp x < x th

Nếu đường dây chỉ được bảo vệ bằng dây chống sét trên một đoạn có chiều dài

x<xth trước khi đến trạm, thì số lần sét đánh nguy hiểm cho trạm ngoài số lần tính theo

công thức (3-4) cho đoạn x, còn phải kể đến mọi trường hợp sét đánh vào dây dẫn

cùng trong một mặt phẳng ngang) trong phần đường dây không có dây chống sét

 Chỉ tiêu chống sét theo khả năng quá điện áp do sóng truyền vào trạm

của trạm đấu với m đường dây được xác định theo:

m pđ.i

i 1

1 M

3.3 Xây dựng các sơ đồ khối để viết chương trình tính toán trên Matlab

Việc tính toán chỉ tiêu chống sét bằng giải tích đối với trạm biến áp cao thế rất phức tạp, vì vậy việc sử dụng máy tính để hỗ trợ tính toán có thể giảm thời gian, cũng như

độ chính xác sẽ cao hơn

3.3.1 Sơ đồ khối tổng quát

Tham số đường dây

Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

M