Lựa chọn sơ đồ treo dây chống sét cho đường dây truyền tải nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế

Sét đánh vào đường dây là một trong những yếu tố có thể gây ra mất điện, đồng thời cũng gây ảnh hưởng đến các hệ thống điện nối với nó.. Quá điện áp do sét đánh không những chỉ gây nên p

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

_ _

LÊ VĂN NGHIỆP

LỰA CHỌN SƠ ĐỒ TREO DÂY CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI NHẰM NÂNG CAO

HIỆU QUẢ KINH TẾ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2005

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

_

LÊ VĂN NGHIỆP

LỰA CHỌN SƠ ĐỒ TREO DÂY CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI NHẰM NÂNG CAO

HIỆU QUẢ KINH TẾ

Chuyên ngành: MẠNG & HỆ THỐNG ĐIỆN

Mã số : 60.52.50

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:T.S Ngô Văn

Dưỡng

Đà Nẵng - Năm 2005

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực Kết quả và nội dung của đề tài chưa từng được ai công bố, cũng như chưa từng được trình bày trong bất kỳ công trình nào

Tác giả

Lê Văn Nghiệp

Lời cảm ơn

Để hoàn thành luận văn này, ngoài nổ lực của bản thân, tác giả đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ của quý thầy cô, bạn bè đồng nghiệp và cơ quan đơn vị công tác

Tác giả xin tỏ lòng biết ơn đến Tiến sĩ Ngô Văn Dưỡng, người trực tiếp hướng dẫn đề tài, đến quý thầy cô giáo khoa Điện, Đại Học Bách Khoa

Đà Nẵng, Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Viện Năng Lượng-EVN đã tận tình giúp đỡ, đóng góp ý kiến, trong suốt quá trình nghiên cứu học tập, thực hiện luận văn

Tác giả xin cảm ơn Lảnh đạo, đồng nghiệp tại Trung Tâm Thiết Kế Điện đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tác giả có đủ điều kiện học tập, nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn này

Xin Chân thành cảm ơn Ban Giám Đốc Đại Học Đà Nẵng, Ban NCKH & Đào tạo sau đại học, Bộ môn Hệ thống điện, khoa Điện trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng đã tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn



Chương 1: Tổng quan về chống sét cho các ĐD tải điện 17

1.2.2.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét 22

1.2.2.2 Phạm vi bảo vệ của hai và nhiều cột thu sét 22 1.2.2.3 Phạm vi bảo vệ của dây thu sét 23

1.2.3.3 Sét đánh trên đường dây không treo DCS 25

1.2.3.4 Sét đánh trên đường dây có treo DCS 26

1.3 Một số giả thiết và giới hạn nghiên cứu 26

Chương 2: Cơ sở tính toán suất cắt điện đường dây 28

2.1.1.1 Đối với đường dây 1 mạch 28

2.1.1.2 Đối với đường dây 2 mạch 29

2.2.3 Số lần mất điện do sét đánh trực tiếp vào đường dây 34

2.3 Số lần mất điện do sét đánh vào đỉnh cột n c 35

2.3.1.1 Thành phần điện của điện áp cảm ứng 36

2.3.1.2 Tính các thành phần 1/a.i c (t) và 1/a.di c /dt 38 2.3.1.3 Tính thành phần 1/a.K.U cs (t) 40

2.4 Số lần mất điện do sét đánh vào giữa khoảng vượt n kv 43

2.4.1.1 Xác suất hình thành hồ quang phóng điện 44 2.4.1.2 Xác suất phóng điện trong không khí 44

2.4.2 Phóng điện tại chuỗi sứ khi sóng truyền đến cột điện 45

2.4.2.1 Điện áp tác dụng lên chuỗi sứ 45

2.4.2.2 Tính xác suất phóng điện chuỗi sứ 45 2.4.3 Tính xác suất phóng điện trong trường hợp sét đánh

2.5 Suất cắt điện tổng do sét đánh trên đường dây 46

Chương 3: Xác định hàm chi phí tính toán 47

3.1 Các thành phần chủ yếu của hàm chi phí 47

3.2 Xác định chi phí xây dựng ban đầu (C) 48 3.3 Xác định chi phí đền bù thiết hại cho khách hàng (H) 53 3.4 Xác định chi phí duy tu bảo dưỡng TB đóng cắt (G) 55 3.5 Xác định hàm chi phí tính toán (Z) 56

4.1.2.2 Trong cửa sổ F2: Help 62

4.1.2.3 Trong cửa sổ F3:Calculators 62

4.1.2.4 Trong cửa sổ F4: Result 62

4.1.2.5 Trong cửa sổ F5: Author 63

4.1.2.6 Trong cửa sổ F6: Exit 63

4.2 Tính toán lựa chọn phương án treo dây chống sét 63

4.2.2 Sơ đồ thuật toán 63

4.2.3.2 Trong các cửa sổ F2-F3-F4-F5-F6 65

4.4 Ứng dụng chương trình để khảo sát hàm chi phí Z 67

4.4.1 Khảo sát hàm chi phí Z theo chiều dài khoảng cột Lkv 67 4.4.2 Khảo sát hàm chi phí Z theo công suất truyền tải P 68

Chương 5: Áp dụng tính toán cho các công trình thực tế 71

5.1 Ứng dụng để tính cho công trình đường dây 110kV

5.1.2 Tính các chi phí vật liệu-nhân công-máy thi công 73 5.1.3 Sử dụng chương trình để tính toán chọn phương án 77 5.1.4 Khảo sát sự ảnh hưởng của các tham số đến kết quả

5.1.4.1 Khảo sát sự thay đổi của hàm chi phí Z theo

sự thay đổi của tham số P 78 5.1.4.2 Khảo sát sự thay đổi của hàm chi phí Z theo

sự thay đổi của tham số L kv 79

5.2 Ứng dụng để tính cho công trình đường dây 110kV

KÝ HIỆU CÁC TỪ VIẾT TẮT

EVN: Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam ĐDK: Đường dây truyền tải trên không DCS : Dây chống sét

TĐL : Tự động đóng lặp lại

hệ thống điện Sét đánh vào đường dây là một trong những yếu tố có thể gây

ra mất điện, đồng thời cũng gây ảnh hưởng đến các hệ thống điện nối với

nó

Hiện tượng sét đánh là hiện tưởng ngẫu nhiên, phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, quá điện áp do sét gây ra thường có giá trị rất lớn Cho nên việc thực hiện bảo vệ chống sét cho các công trình điện nói chung, đường dây tải điện nói riêng, chỉ có tác dụng hạn chế sự cố đến một mức hợp lý không thể loại trừ hoàn toàn sự cố được

Một số sự cố điển hình mất điện do sét gây ra:

Năm 2001 ngành điện có khoảng 400 sự cố, 50% trong số đó là do sét gây ra Ngày 4/6/2001 sét đánh trúng máy cắt xuất tuyến 22KV nhà máy thuỷ điện Hoà Bình, làm toàn bộ lưới điện miền Bắc rã lưới

Ngày 23/10/2004 sét đánh đường dây 110KV Biển Hồ - Pleiku, gây mất điện và cháy TU trạm 110KV Biển Hồ

Ngày 18/11/2004 sét đánh đường dây 110kV đoạn đầu trạm Đak Nông, gây mất điện trạm 110kV và làm cháy đồng hồ đo đếm trong trạm

Ngày 12/4/2005 sét đánh đường dây 110kV Pleiku – Diên Hồng gây mất điện và làm cháy cuộn áp của rơle bảo vệ khoảng cách

Việc xác định số lần sét đánh gây mất điện trên các đường dây tải điện là hết sức cần thiết cho bài toán kinh tế-kỹ thuật khi thiết kế và vận hành hệ thống điện Bản luận văn sẽ đi sâu nghiên cứu tìm hướng giải quyết vấn đề trên

Quá điện áp do sét đánh không những chỉ gây nên phóng điện trên cách điện đường dây, truyền sóng vào trạm biến áp gây sự cố phá hoại cách điện trong trạm mà còn làm ngưng quá trình cung cấp điện cho phụ tải, đặc biệt đối với đường dây truyền tải, sự cố gây mất điện dẫn đến những thiệt hại vô cùng to lớn cho nền kinh tế của một đất nước nói chung và cho ngành điện nói riêng

Ngày nay, để hội nhập với nền kinh tế chung của khu vực cũng như trên thế giới, ngành điện cũng đã từng bước tiến tới cổ phần hóa theo chủ trương chung của Đảng và Nhà Nước ta Ngành điện sẽ không còn mang tính chất độc quyền nữa, quan hệ giữa người cung cấp điện và khách hàng phải thực sự bình đẳng, khách hàng có quyền lựa chọn một dịch vụ cung cấp điện tốt nhất, chất lượng cao nhất, mọi sự cố dẫn đến việc gián đoạn quá trình cung cấp điện, khách hàng có quyền yêu cầu ngành điện phải đền bù thiệt hại cho mình tùy theo mức độ thiết hại và tính chất của phụ tải

Đây cũng là một trong những mục tiêu mà ngành điện cần phải quan tâm trong quá trình cân nhắc việc đầu tư xây dựng một công trình (cụ thể như đường dây truyền tải điện), từ chi phí đầu tư ban đầu, chi phí đền bù thiệt hại, duy tu bảo dưỡng thiết bị do sự cố mất điện gây ra

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hiện nay, nhằm đáp ứng kịp thời tốc độ tăng trưởng phụ tải (đặc biệt

là phụ tải các tỉnh, thành lớn, các khu công nghiệp) lưới điện truyền tải 500

kV -220 kV - 110KV đang phát triển rất mạnh, dần dần thay thế cấp điện áp

35KV, 66KV Các đường dây và trạm biến áp 110KV đã phát triển và đi sâu vào các trung tâm phụ tải

Mục tiêu phát triển lưới truyền tải của Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam từ nay đến năm 2010 là xây dựng lưới truyền tải có khả năng truyền tải với công suất lớn, đảm bảo tính an toàn và ổn định cao, đáp ứng được những tiêu chuẩn kỹ thuật tiên tiến Để đạt được những mục tiêu trên, từ nay đến năm 2020 Tổng Công ty phải đầu tư thêm cho hệ thống lưới điện truyền tải như sau:

Bảng 1.1: Qui mô đầu tư lưới điện của EVN đến năm 2020 [8]

Qui mô đầu tƣ qua

Thực tế hiện nay, các đường dây truyền tải đều được bố trí treo dây chống sét, riêng đối với đường dây 110KV mạch kép (2 đường dây bố trí trên cùng một cột ) tồn tại 2 dạng sơ đồ treo dây chống sét như sau:

- Dạng 1 : Đường dây mạch kép bố trí 1 dây chống sét

- Dạng 2: Đường dây mạch kép bố trí 2 dây chống sét

Tuy nhiên, giữa việc bố trí 1 dây hay 2 dây chống sét vẫn chưa có ranh giới cụ thể, việc chọn sơ đồ 1 hoặc 2 dây chống sét đôi khi còn mang tính cảm tính chủ quan mà chưa xem xét cân nhắc so sánh các tiêu chí về độ tin cậy cung cấp điện và chi phí đầu tư ban đầu của công trình

Do đó cần có phương pháp tính toán một cách hợp lý có cơ sở khoa học và toán học một cách chặt chẽ, có xét đầy đủ đến các yếu tố kinh tế - kỹ thuật

Với những lý do trên, đề tài luận văn được lựa chọn, nhằm xây dựng chương trình tính toán để chọn sơ đồ treo dây chống sét cho đường dây truyền tải Tuỳ theo các điều kiện thực tế của công trình (như mật độ sét, yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện, chi phí bảo dưỡng, tổng vốn đầu tư ) chương trình cho phép xác định được phương án treo 1 hay 2 dây chống sét, nhằm đảm bảo mục tiêu mang lại hiệu quả kinh tế trong suốt đời sống của

dự án

2 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng của đề tài là: Đường dây truyền tải điện trên không (ĐDK)

- Phạm vi nghiên cứu:

+ Xác định suất cắt điện đường dây khi có sét đánh

+ Tính toán lựa chọn phương án đầu tư hài hoà giữa 2 chỉ tiêu hạn chế thiệt hại mất điện do sét đánh và vốn đầu tư ban đầu cho công trình

3 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU:

Mục tiêu của đề tài: Chọn sơ đồ treo dây chống sét nhằm đảm bảo mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất trong suốt đời sống dự án

Để thực hiện được mục tiêu này, nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài là:

- Xác định suất cắt điện do sét đánh vào đường dây trong 2 trường hợp treo 1 dây chống sét (n1) và 2 dây chống sét (n2) (tính theo mật độ dông sét từng vùng, chiều dài đường dây …)

- Suất đầu tư cho đường dây truyền tải khi lắp đặt 1 dây chống sét (C1) và 2 dây chống sét (C2)

- Chi phí di tu bảo dưỡng các thiết bị đóng cắt tính theo số lần thao tác đóng cắt trong suốt đời sống dự án G1 và G2

- Chi phí đền bù thiệt hại cho khách hàng do việc mất điện do sét gây

ra H1 và H2 trong suốt đời sống dự án

- Xác định hàm chi phí đầu tư cho 2 trường hợp:

+ Treo 1 dây chống sét: Z1 = Z1(C1, G1, H1) + Treo 2 dây chống sét: Z2 = Z2(C2, G2, H2) Trên cơ sở các nhghiên cứu trên, tác giả sẽ xây dựng chương trình tính toán lựa chọn phương án đầu tư hiệu quả nhất trong suốt đời sống dự

án

Chương trình cho phép xác định được các chỉ tiêu về suất cắt điện, chi phí đầu tư ban đầu, cũng như thiệt hại về kinh tế do mất điện gây ra theo các thông tin đầu vào như: mật độ dông sét trong khu vực, mức độ yêu cầu về

độ tin cậy cung cáp điện, chiều dài khoảng cột, dạng sơ đồ cột, chi phí vận hành bảo dưỡng thiết bị đóng cắt, suất đầu tư Trên cơ sở so sánh, sẽ đưa

ra lời giải lựa chọn phương án thích hợp để thiết kế công trình

4 TÊN ĐỀ TÀI:

Với những lý do trên, đề tài được đặt tên: “ Lựa chọn sơ đồ treo dây chống sét cho đường dây truyền tải nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế”

5 CẤU TRÚC LUẬN VĂN:

Ngoài phần mở đầu, kết luận - kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục, đề tài được biên chế gồm 5 chương:

Chương 1: Tổng quan về chống sét cho các đường dây tải điện

2.5 Suất cắt điện tổng do sét đánh trên đường dây

2.6 Kết luận

Chương 3: Xác định hàm chi phí tính toán

3.1 Các thành phần chủ yếu của hàm chi phí

3.2 Xác định chi phí xây dựng ban đầu (C)

3.3 Xác định chi phí đền bù thiết hại cho khách hàng (H)

3.4 Xác định chi phí duy tu bảo dưỡng TB đóng cắt (G)

3.5 Xác định hàm chi phí tính toán (Z)

3.6 Kết luận

Chương 4: Xây dựng chương trình tính toán lựa chọn sơ đồ treo dây chống sét

4.1 Tính toán suất cắt điện đường dây tải điện

4.2 Tính toán lựa chọn phương án treo dây chống sét

4.3 Ví dụ minh hoạ

4.4 Kết luận

Chương 5: Áp dụng tính toán cho các công trình thực tế

5.1 Ứng dụng để tính cho công trình đường dây 110kV Bình Quảng Ngãi

5.2 Ứng dụng để tính cho công trình đường dây 110kV Quận 3 – An Đồn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT CHO CÁC ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 1.1 Đặt vấn đề:

Hệ thống điện ở Việt Nam ngày một phát triển mạnh hơn, hiện nay hầu như tất cả các địa phương, kể cả các vùng sâu, vùng xa trên cả nước đều

có hệ thống lưới điện Quốc Gia Qua các giai đoạn xây dựng, hệ thống điện ngày càng được xây dựng hoàn thiện hơn, hiện đại hơn, tuy nhiên hiện nay đang tồn tại quá nhiều chủng loại, kết cấu khác nhau Cột chủ yếu do Liên

Xô (cũ) và Trung Quốc thiết kế chế tạo theo đơn đặt hàng cho các công trình

ở phía Bắc, và ở phía Nam sử dụng cột do các nước Tư bản thiết kế chế tạo

từ trước năm 1975

Đặc biệt, từ sau khi thống nhất đất nước, do nhu cầu kinh tế phát triển, các nguồn điện lớn đã được xây dựng và vận hành, như các nhà máy thuỷ điện Hoà Bình, Trị An, Yaly, Sông Hinh, Vĩnh Sơn cùng hàng loạt các nhà máy nhiệt điện như Phả Lại, Uông Bí, Phù mỹ … đã tạo nên một hệ thống lưới điện với các cấp điện áp khác nhau phát triển trong cả nước, từ các trung tâm kinh tế lớn đến các vùng sâu vùng xa Vì vậy việc thiết kế các đường dây tải điện do các công ty tư vấn thiết kế cũng đưa ra nhiều dạng phương án khác nhau, trong đó riêng phần kết cấu cột đang tồn tại các dạng chủ yếu sau:

- Số mạch trên cột: 1 mạch, 2 mạch

- Số dây chống sét trên cột: 1 dây, 2 dây

- Bố trí pha: Nằm ngang, tam giác, thẳng đứng

- Cột đỡ thẳng, đỡ góc

- Cột néo góc, néo cuối

- Cột hãm

- Cột lắp ghép bulông

- Bảo vệ chống ăn mòn: Sơn hoặc mạ kẽm

- Cấp chịu lực của cột phân theo các vùng gió và cỡ dây khác nhau … Việc sử dụng các dạng sơ đồ cột khác nhau áp dụng cho các công trình mang tính chất đơn lẽ, kéo theo việc tính toán kiểm tra mất rất nhiều thời gian, rất khó khăn trong quá trình thay thế và sữa chữa

Hình 1.1: Đường dây mạch kép

Nhà Bè - Thủ Đức treo 1 DCS

Hình 1.2: Đường dây mạch đơn dọc Đ.L Hùng Vương-HCM treo 1 DCS

Hình 1.3: Đường dây mạch kép

Nhà Bè - Thủ Đức treo 1 DCS

Hình 1.4: Đường dây mạch kép đi

NM đóng tàu HuynDai treo 2 DCS

Do đó để có sự thống nhất chung trong cả nước, hiện nay ngành điện cũng có những qui định, những tiêu chuẩn để áp dụng thống nhất trong quá trình đầu tư xây dựng

ban hành là quyết định số 2982/QĐ-EVN-TĐ ngày 10/9/2002 về việc “Thiết

kế định hình các cột thép dùng cho lưới điện 110kV”

Tuy nhiên cũng như một số công trình đầu tư xây dựng, việc thiết kế xây dựng nhiều khi còn thuần túy về kỹ thuật, chưa xét đến yếu tố kinh tế

Đối với đường dây 110 kV, tuy đã có thiết kế định hình về cột thép, với nhiều chủng loại, cột đỡ, cột néo với nhiều độ cao khác nhau, và có công dụng chính:

- Cột 1 mạch đường dây 1 dây chống sét

- Cột 2 mạch đường dây 1 dây chống sét

- Cột 2 mạch đường dây 2 dây chống sét

Đối với chủng loại cột 2 mạch đường dây, hiện nay trên cả nước đã lắp đặt rất nhiều, nhưng có nơi dùng loại cột bố trí 1 dây chống sét, có nơi dùng loại cột bố trí 2 dây chống sét chưa có sự qui định thống nhất,việc sử dụng còn mang tính cảm tính chủ quan, mà chưa xét đến hết các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật một cách đúng mức

Do đó cần thiết phải có một sự nghiên cứu đầy đủ, có cơ sở khoa học

có xét đến các yếu tố quyết định đến phương án treo dây chống sét Vấn đề sét đánh vào đường dây làm ảnh hưởng đến quá trình quản lý vận hành như mất điện do sét gây ra, các chỉ tiêu về kinh tế như: Chi phí đầu tư (C), chi phí duy tu bảo dưỡng các thiết bị đóng cắt trong quá trình vận hành (G), chi phí đền bù thiệt hại cho khách hàng khi bị mất điện (H)

Z2 (trường hợp dùng sơ đồ 2 dây chống sét)

Trên cơ sở tính toán hàm chi phí Z1 và Z2 sẽ so sánh và rút ra được sơ

một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau

Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện dẫn rất lớn Đầu tia nối với một trong các trung tâm điện tích của lớp mây điện, nên một phần điện tích của trung tâm này đi vào tia tiên đạo và phân bố gần đều dọc theo chiều dài tia Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu dười mặt đất mà địa điểm tập kết tuỳ thuộc vào tính hình dẫn điện của đất

Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất vì ở đấy cường độ trường có trị số lớn nhất và như vậy là địa điểm sét đánh trên mặt đất đã được định sẵn

Khi tia tiên đạo phát triển tới gần mặt đất, thì trường trong khoảng không gian giữa các điện cực sẽ có trị số rất lớn và sẽ bắt đầu quá trình ion hoá mãnh liệt dẫn đến sự hình thành dòng plasma với mật độ ion lớn hơn nhiều so với của tia tiên đạo Do có điện dẫn bản thân rất cao nên đầu dòng

sẽ có điện thế mặt đất, như vậy toàn bộ hiệu số điện thế (giữa đầu tia tiên đạo với mặt đất) được tập trung vào giữa nó, trường trong khu vực này tăng cao và gây ion hoá mãnh liệt… dòng Plasma được kéo dài và di chuyển ngược lên phía trên Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng điện ngược, tốc độ

– 15.109 cm/s Trong giai đoạn này điện tích của lớp mây điện sẽ theo dòng plasma chuyển

về phía mặt đất tạo nên dòng điện ở nơi sét đánh

1.2.2 Các thiết bị và phạm vi bảo vệ chống sét đánh thẳng:

Hiện nay, để bảo vệ chống sét đánh thẳng cho công trình thường dùng các hệ thống thu sét - Cột thu sét, dây thu sét - gồm bộ phận thu sét (kim, dây) bộ phận nối đất và các dây dẫn liên hệ hai bộ phận trên với nhau (dây nối đất)

Bộ phận nối đất của hệ thống thu sét cần có điện trở nối đất bé để việc tập trung điện tích cảm ứng phía mặt đất được dễ dàng và khi có dòng điện sét đi qua điện áp trên các bộ phận của hệ thống thu sét không đủ để gây nên phóng điện ngược từ đó đến các công trình gần

Xác định phạm vi bảo vệ của cột thu sét:

1.2.2.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét:

Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là miền được giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp tròn xoay, theo [2] có đường sinh xác định bời phương

h

h1

6.1

- hx: độ cao của vật cần được bảo vệ

- rx: bán kính của phạm vi bảo vệ ở mức cao hx

1.2.2.2 Phạm vi bảo vệ của hai và nhiều cột thu sét:

Hai cột thu sét đặt cách nhau khoảng a (a<7h) thì sẽ bảo vệ được độ cao ho theo [2] xác định bởi:

7

ah

Các phần bên ngoài giống như trường hợp một cột còn phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm (2 đỉnh cột và điểm ở giữa có độ cao ho)

Trong trường hợp dùng nhiều cột phối hợp để bảo vệ : Phần ngoài của phạm vi bảo vệ được`xác định như từng đôi cột (yêu cầu khoảng cách

a<7h) Vật có độ cao hx nằm trong đa giác sẽ được bảo vệ nếu thỏa mãn điều

Trong đó:

D: đường kính vòng tròn ngoại tiếp của đa giác hình thành bởi các cột thu sét

1.2.2.3 Phạm vi bảo vệ của dây thu sét:

Phạm vi bảo vệ của dây thu sét: Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét và được xác định tương tự như của một cột thu sét có các hoành độ 0.6h và 1.2h Chiều rộng của phạm vi bảo vệ

các công thức tương tư:

h

h1(h6.0

h8.0

h1(h2.1

Hình 1.5: Phạm vi bảo vệ của 1 DCS

Khi dùng 2 dây thu sét đặt cách nhau s=4h:

Hình 1.6: Phạm vi bảo vệ của 2 dây chống sét

Thì mọi điểm trên mặt đất nằm giữa 2 dây này sẽ được bảo vệ an toàn

và nếu khoảng cách s<4h thì có thể bảo vệ cho các điểm ở giữa 2 dây có

hx

+0.6h -0.6h

mức cao tới:

4

s h

trường hợp treo 1 dây, còn phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung vẽ

qua 3 điểm (2 điểm treo dây thu sét và điểm giữa có độ cao:

4

sh

ho 

Dây chống sét thường được dùng để bảo vệ các đường dây điện cao

áp, vì độ treo cao trung bình của dây dẫn thường lớn 2/3 độ cao treo dây chống sét Nên có thể không cần đề cập đến phạm vi bảo vệ mà biểu thị

ờng thẳng đứng với đường thẳng nối liền

31o và trong thực tế thường lấy khoảng 20o ÷25o

1.2.3 Bảo vệ chống sét đường dây tải điện:

1.2.3.1 Yêu cầu chung:

Đường dây là phần tử dài nhất trong lưới điện, nên thường bị sét đánh

và chịu tác dụng của quá điện áp khí quyển

Quá điện áp không những chỉ gây nên phóng điện trên cách điện đường dây mà còn truyền sóng vào trạm biến áp gây sự cố phá hoại cách điện trong trạm Do đó khi giải quyết vấn đề bảo vệ chống sét đường dây phải có kết hợp chặt chẽ với việc chống sét ở trạm Đặc biệt ở đoạn đường dây gần trạm phải được bảo vệ cẩn thận, vì khi sét đánh ở khu vực này sẽ đưa vào trạm các quá điện áp với giá trị lớn rất nguy hiểm cho cách điện của trạm

Trị số của quá điện áp khí quyển là rất lớn, nên không thể chọn mức cách điện đường dây đáp ứng được hoàn toàn yêu cầu của quá điện áp khí quyển, mà chỉ chọn theo mức độ hợp lý về kinh tế và kỹ thuật Do đó yêu cầu bảo vệ chống sét đối với đường dây không phải là loại trừ hoàn toàn khả năng sự cố do sét mà chỉ là giảm số sự cố tới giới hạn hợp lý

Để trị số điện áp cảm ứng bằng hoặc vượt quá mức cách điện của

đường dây U50%, dòng điện sét phải có biên độ:

h.30

b.U

Is  50%

Với: h: độ treo cao trung bình của dây dẫn (m)

b: Khoảng cách từ đường dây tới nơi bị sét đánh

Đây cũng là điều kiện để có phóng điện trên cách điện đường dây và

b U 1

26 I pd

% 50 s

ee

1.2.3.3 Sét đánh trên đường dây không treo dây chống sét:

Khi đường dây không treo dây chống sét, sét đánh chủ yếu là vào dây dẫn, còn khả năng sét đánh thẳng vào cột là rất ít có thể bỏ qua

dây dẫn: Udd=Is/4.Zdd≈ 100.Is (Zdd tổng trở sóng của dây dẫn)

Để tính toán số lần cắt điện cần xét riêng cho các loại đường dây cột sắt và cột gỗ Ở đây ta chỉ xét trường hợp đường dây cột sắt hoặc bê tông:

Phóng điện trên cách điện theo [2]sẽ xảy ra khi đạt được điều kiện:

Điều kiện này ứng với dòng điện sét vượt quá mức chịu sét Ibv của đường dây: Is≥Ibv=U50%/100

1.2.3.4 Sét đánh trên đường dây có treo dây chống sét:

Khi đường dây có treo dây chống sét thì chủ yếu sét sẽ đánh vào dây chống sét, ngoài ra còn có một số ít lần sét đánh vòng vào dây dẫn Khi sét đánh vào dây chống sét cần phân biệt hai trường hợp:

- Sét đánh vào dây chống sét đoạn gần cột hoặc ngay đỉnh cột

- Sét đánh vào giữa khoảng vượt

Sét đánh vào đường dây có treo dây chống sét sẽ trình bày kỹ ở chương sau

1.3 Một số giả thiết và giới hạn nghiên cứu:

Để có thể tìm lời giải cho bài toán, đề tài cần phải có một số giả thiết

và giới hạn nhằm đơn giản hóa quá trình tính toán, nhưng cũng không làm ảnh hưởng lớn đến kết quả của bài toán:

- Công suất truyền tải trên đường dây xem như không thay đổi (P = const)

- Độ cao treo dây dẫn và dây chống sét so với đất là không thay đổi

- Mật độ dông sét trong khu vực tính toán là như nhau và xem như phân bố đều

- Không xét đến sự cố thoáng qua (trường hợp đường dây đóng lại thành công)

- Điện trở nối đất của các vị trí cột là như nhau

1.4 Kết luận:

- Các đường dây tải điện dài đi qua nhiều địa hình khác nhau, do đó

thường xuyên chịu ảnh hưởng của hiện tượng sét đánh Sự cố cắt điện do sét

đánh chiếm tỉ lệ lớn trong toàn bộ hệ thống điện va chủ yếu tập trung vào các đường dây tải điện

- Số lần sét đánh vào đường dây gây mất điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: Độ treo cao của dây dẫn, dây chống sét, chiều dài khoảng vượt, trị số tiếp địa cột, cách điện dây dẫn, mật độ dông sét nơi tuyến đường dây đi qua …

- Bằng một số giả thuyết nhằm đơn giản hoá quá trình tính toán, cho phép tính toán gần đúng suất cắt điện đường dây theo các thông số về cấu trúc đường dây và thông tin về sét của khu vực đường dây đi qua

- Phương pháp 1: tính suất cắt theo phương pháp của Liên Xô (cũ) do

GS TS DV Razevik đề suất năm 1959

- Phương pháp 2: Tính suất cắt theo phương pháp Tây Âu đề suất Trong đề tài này sẽ sử dụng phương pháp 1 để tính toán suất cắt điện đường dây do sét gây ra

2.1.1 Một số sơ đồ cột đường dây:

Hiện nay, có một số dạng sơ đồ chính thường được áp dụng cho đường dây 110KV mà Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam đã ban hành tại quyết định số 2982/QĐ-EVN-TĐ ngày 10/9/2002 về việc “Thiết kế định hình các cột thép dùng cho lưới điện 110kV” như:

2.1.1.1 Đối với đường dây 1 mạch:

Thường sử dụng sơ đồ treo 1 dây chống sét có các loại:

Bảng 2.1: Các loại cột đường dây 110 kV một mạch

Đ111-22A,B,C Đ111-26A,B,C Đ111-30A,B,C

N111-20A,B,C N111-25A,B,C N111-29A,B,C N111-34A,B,C

2.1.1.2 Đối với đường dây 2 mạch:

Bảng 2.2: Các loại cột đường dây 110 kV hai mạch

Loại dùng 2 dây chống sét

Đ122-27A,B,C

Đ122-31A,B,C

N122-24A,B,C N122-29A,B,C N122-33A,B,C N122-38A,B,C

Với ký hiệu trên được giải thích:

- Chữ cái đầu: Đ là cột đỡ, hoặc N là cột néo:

- Chỉ số thứ 2: 1 là đường dây 110 kV

- Chỉ số thứ 3: 1 là đường dây 1 mạch, hoặc 2: đường dây 2 mạch

- Chỉ số thứ 4: 1 là đường dây 1 DCS, hoặc 2: đường dây 2 DCS

Nhìn chung, cả 2 loại treo 1 dây chống sét và 2 dây chống sét, đều có

độ cao tương đương nhau

Do các chủng loại cột có kích thước hình học khác nhau không lớn, không ảnh hưởng đáng kể đến kết quả tính toán bảo vệ chống sét nhiều, nên

để thuận tiện cho quá trình tính toán ta chọn một loại sơ đồ cột tiêu biểu và được dùng phổ biến nhất cho công trình đó

Ví dụ một trong những dạng tiêu biểu đó là sơ đồ cột đỡ có chiều cao 26,8 mét

Với một chủng loại cột cụ thể, có kích thước hình học xác định, ta có thể tính toán được suất cắt điện của đường dây theo cách tính sẽ được trình bày dưới đây

2.1.2 Số lần sét đánh vào đường dây:

Đường dây tải điện trên không là phần tử có chiều dài lớn nhất trong

hệ thống điện, nên thường bị sét đánh và chịu tác dụng của quá điện áp khí quyển

Số lần sét đánh vào 100Km đường dây trong 1 năm theo [5]:

- Đối với ĐZ có 1 dây chống sét:

m n h ) 9 0 6 0 (

- Đối với ĐZ có 2 dây chống sét:

m n ].

D 1 0 h ) 9 0 6 0 [(

- Khi dây dẫn bố trí bất kỳ lấy bằng 0.6, khi dây dẫn bố trí nằm ngang lấy bằng 0.9

- Dcs (mét): Khoảng cách giữa 2 dây chống sét

- hdd (mét): Độ cao treo dây dẫn

số liệu quan trắc trên thế giới, ở vùng đất có độ cao bình thường so với mực

- n (Ngày/năm): Số ngày dông sét trung bình trong năm Theo số liệu báo cáo do Viện Năng lượng lập tháng 2/1995, hoạt động dông sét ở Việt Nam có thể chia theo các vùng:

Bảng 2.3: Số ngày dông sét các vùng lảnh thổ Việt Nam [4]

TB: n (Ngày/năm)

Tháng dông cực đại

Khu vực đồng bằng ven biển miền

- Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

- Sét đánh vào đỉnh cột, hoặc lân cận đỉnh cột

Sau đây, ta sẽ lần lượt tính suất cắt điện do sét đánh vào đường dây theo 3 trường hợp nêu trên

2.2 Số lần cắt điện do sét đánh vòng vào dây dẫn n V :

2.2.1 Xác suất sét đánh vòng vào dây dẫn: V

Khi đường dây có dây chống sét, thì phần lớn số lần sét đánh vào dây chống sét Tuy nhiên cũng có số ít lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn với xác suất V theo [5] được tính như sau:

490

hV

lg    c  (2.3)

Trong đó:

- hc: Chiều cao của cột điện (mét)

2.2.2 Xác suất phóng điện trên cách điện:

Khi sét đánh vào dây dẫn, thường gây nên phóng điện trên chuỗi sứ với xác suất tương đối lớn

Tại nơi sét đánh tổng trở khe sét Zsnối tiếp với tổng trở tương đương của dây dẫn ZDD/2 Do đó dòng chạy qua khe sét bằng:

2

ZZ

ZI

I

DD s

s s



Theo [5] Nếu nhận gần đúng

Zs=ZDD/2=400/2=200 Thì dòng trong khe sét bằng: I=Is/2 Và dòng này

trong dây dẫn sóng áp bằng:

Nếu trị số của quá điện áp này lớn hơn mức cách điện xung của cách

khi dòng sét vượt quá mức chịu sét (hay mức bảo vệ chống sét) của đường dây:

Vì tất cả với trường hợp sét đánh với biên độ Is  Ibv đều dẫn đến phóng điện trên cách điện đường dây, nên xác suất phóng điện Vp cũng chính là xác suất xuất hiện dòng sét có biên độ lớn hơn hay bằng mức bảo

vệ chống sét của đường dây

60 / i 26 i ibv

V

bv

10e

Hay: 100x60

U V

pd

5 , 0

10

U0,5: Điện áp phóng điện xung kích bé nhất của cách điện

( theo [5]: U0,5=700 KV - đối với đường dây 110kV )

2.2.3 Số lần mất điện do sét đánh trực tiếp vào dây dẫn: n V

Thời gian phóng điện trên chuỗi sứ với xác suất Vp là rất ngắn, do

thời gian để máy cắt tác động Do đó điều kiện để phóng điện tia lửa do dòng điện sét gây ra chuyển thành phóng điện duy trì ở điện áp làm việc, cần phải có quá trình hình thành hồ quang ổn định Xác suất hình thành hồ quang ổn định phụ thuộc vào điện áp làm việc của cách điện pha đường dây và độ dài của cách điện Có thể xác định theo bảng sau:

Bảng 2.4: Xác suất hình thành hồ quang ổn định [2]

Với: Ulv: Điện áp pha

lcs: Chiều dài chuỗi sứ Vậy suất cắt điện của đường dây khi sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn theo [3] [5] được tính:





 N.V V

Tính cho 2 trường hợp treo 1 dây chống sét và 2 dây chống sét ta

đánh vòng vào dây dẫn

2.3 Số lần cắt điện do sét đánh đỉnh cột n c :

Khi sét đánh đỉnh cột hoặc vào dây chống sét trong phạm vi lân cận

sóng của dây chống sét (Rx<<ZDCS) Nên phần chủ yếu của dòng sét sẽ đi

nối đất của cột kế cận về hai phía của cột bị sét đánh

2.3.1 Điện áp trên cách điện:

Khi sét đánh đỉnh cột, điện áp suất hiện trên cách điện của đường dây theo [1] được tính theo biểu thức:

d cu s dd

c dd c c

dt

di ) t ( M dt

di L R i )

- Thành phần điện áp cảm ứng điện: Uđcư(t)

- Điện áp giáng trên điện trở tản xung của nối đất cột: R.ic

- Thành phần điện áp cảm ứng từ Utcư gây nên bởi điện cảm của cột và

hỗ cảm giữa khe sét và mạch vòng kín “dây dẫn-đất”:

dt

di)t(Mdt

diL

Utcu ddc c  dd s (2.10)

- Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trong dây chống sét gây ra, làm giảm điện áp trên cách điện –K.ucs(t)

- Điện áp làm việc của dây dẫn ulv

2.3.1.1 Thành phần điện của điện áp cảm ứng u cư đ (t):

Thành phần này được tạo nên bởi điện trường của điện tích trong khe sét và có trị số bằng:

)h

hK1)(

t(u)t(u

dd

c d

0 cu

d

Với:

H.hh)1(

)Hvt)(

hvt()hvt(lnah.0)t(u

c 2 c dd

d cuo

hdd: Độ treo cao dây dẫn (m)

hc: Độ treo cao dây chống sét (m)

H=hdd+hc

h=hc - hdd

s)

: được tra theo bảng dưới đây

Trường hợp treo 1 dây chống sét:

tính theo công thức và hình dưới đây:

2 2 12 12

o

r

h.2lnd

Dln

o

r

h.2lnd

Dln

Trong đó các ký hiệu trong hình vẽ được tính:

23 13

23 13

12 cs

h

12 cs

Theo [3] ta có:

R2

)t(M2L)t(ia

c

e.R

2

)t(M2L

dt

dia

L

R2

hH

)1(

Hvtlnh2.0)t(M

dd dd

Với: Lkv: chiều dài của một khoảng cột (mét)