Tài liệu Đồ án tốt nghiệp: Kỹ thuật điện cao áp pptx

Khi có sự cố sét đánh vμo TBA, hoặc đường dây nó sẽ gây hư hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn tới việc ngừng cung cấp điện vμ gây thiệt hại lớn tới nền kinh tế quốc dân.. Tham số chủ y

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN

CAO ÁP

-

Chương 1 :

hiện tượng dông sét vμ ảnh hưởng

của dông sét đến hệ thống điện việt nam

Hệ thống điện lμ một bộ phận của hệ thống năng lượng bao gồm NMĐ -

đường dây - TBA vμ các hộ tiêu thụ điện Trong đó có phần tử có số lượng lớn vμ khá quan trọng đó lμ các TBA, đường dây Trong quá trình vận hμnh các phần tử nμy chịu ảnh hưởng rất nhiều sự tác động của thiên nhiên như mưa, gió, bão vμ đặc biệt nguy hiểm khi bị ảnh hưởng của sét Khi có sự cố sét đánh vμo TBA, hoặc đường dây nó sẽ gây hư hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn tới việc ngừng cung cấp điện vμ gây thiệt hại lớn tới nền kinh tế quốc dân

Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm chi phí thiệt hại vμ nâng cao độ

an toμn khi vận hμnh chúng ta phải tính toán vμ bố trí bảo vệ chống sét cho HTĐ

1.1 - Hiện tượng dông sét

1.1.1 - Khái niệm chung:

Dông sét lμ một hiện tượng của thiên nhiên, đó lμ sự phóng tia lửa điện khi khoảng cách giữa các điện cực khá lớn (trung bình khoảng 5km)

Hiện tượng phóng điện của dông sét gồm hai loại chính đó lμ phóng điện giữa các đám mây tích điện vμ phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất

Trong phạm vi đồ án nμy ta chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất (phóng điện mây - đất) Với hiện tượng phóng

điện nμy gây nhiều trở ngại cho đời sống con người

Các đám mây được tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cường độ điện trường lớn sẽ hình thμnh dòng phát triển về phía mặt đất Giai đoạn nμy lμ giai đoạn phóng điện tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.10 7 cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng 2.10 8 cm/s (trong một đợt sét

đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau bởi vì trong cùng một

đám mây thì có thể hình thμnh nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lần lượt phóng điện xuống đất)

Tia tiên đạo lμ môi trường Plasma có điện tích rất lớn Đầu tia được nối với một trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâm nμy đi vμo trong tia tiên đạo Phần điện tích nμy được phân

bố khá đều dọc theo chiều dμi tia xuống mặt đất Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất

mμ địa điểm tập kết tùy thuộc vμo tình hình dẫn điện của đất Nếu vùng đất

có địên dẫn đồng nhất thì điểm nμy nằm ngay ở phía dưới đầu tia tiên đạo Còn nếu vùng đất có điện dẫn không đồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao

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 vμ như vậy địa điểm sét

đánh trên mặt đất đã được định sẵn

Do vậy để định hướng cho các phóng điện sét thì ta phải tạo ra nơi có mật độ tập trung điện diện tích lớn Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các công trình được dựa trên tính chọn lọc nμy của phóng điện sét Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngược lμ ν vμ mật độ điện trường của điện tích trong tia tiên đạo lμ δ thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi vμ trong đất sẽ lμ:

is = ν δ

Công thức nμy tính toán cho trường hợp sét đánh vμo nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ không đáng kể)

Tham số chủ yếu của phóng điện sét lμ dòng điện sét, dòng điện nμy có biên độ vμ độ dốc phân bố theo hμng biến thiên trong phạm vi rộng (từ vμi

kA đến vμi trăm kA) dạng sóng của dòng điện sét lμ dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của sét ứng với giai đoạn phóng điện ngược (hình 1-1)

- Khi sét đánh thẳng vμo thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện

áp khí quyển vμ gây hậu quả nghiêm trọng như đã trình bμy ở trên

+ ỏ miền Bắc, số ngμy dông dao động từ 70 ữ 110 ngμy trong một năm

vμ số lần dông từ 150 ữ 300 lần như vậy trung bình một ngμy có thể xảy ra

từ 2 ữ 3 cơn dông

+ Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc lμ Móng Cái Tại đây hμng năm

có từ 250 ữ300 lần dông tập trung trong khoảng 100 ữ 110 ngμy Tháng nhiều dông nhất lμ các tháng 7, tháng 8

+ Một số vùng có địa hình thuận lợi thường lμ khu vực chuyển tiếp giữa vùng núi vμ vùng đồng bằng, số trường hợp dông cũng lên tới 200 lần, số ngμy dông lên đến 100 ngμy trong một năm Các vùng còn lại có từ 150 ữ

200 cơn dông mỗi năm, tập trung trong khoảng 90 ữ 100 ngμy

+ Nơi ít dông nhất trên miền Bắc lμ vùng Quảng Bình hμng năm chỉ có dưới 80 ngμy dông

Xét dạng diễn biến của dông trong năm, ta có thể nhận thấy mùa dông không hoμn toμn đồng nhất giữa các vùng Nhìn chung ở Bắc Bộ mùa dông tập chung trong khoảng từ tháng 5 đến tháng 9 Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, ở phần phía Bắc (đến Quảng Ngãi) lμ khu vực tương đối nhiều dông trong tháng 4, từ tháng 5 đến tháng 8 số ngμy dông khoảng 10 ngμy/ tháng, tháng nhiều dông nhất (tháng 5) quan sát được 12 ữ 15 ngμy (Đμ Nẵng 14 ngμy/ tháng, Bồng Sơn 16 ngμy/tháng ), những tháng đầu mùa (tháng 4) vμ tháng cuối mùa (tháng 10) dông còn ít, mỗi tháng chỉ gặp từ 2

ữ 5 ngμy dông

Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vμo) lμ khu vực ít dông nhất, thường chỉ có trong tháng 5 số ngμy dông khoảng 10/tháng như Tuy Hoμ 10ngμy/tháng, Nha Trang 8 ngμy/tháng, Phan Thiết 13 ngμy/tháng

ở miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120 ữ 140 ngμy/năm, như ở thμnh phố Hồ Chí Minh 138 ngμy/năm, Hμ Tiên 129 ngμy/ năm Mùa dông ở miền Nam dμi hơn mùa dông ở miền Bắc đó lμ từ tháng 4

đến tháng 11 trừ tháng đầu mùa (tháng 4) vμ tháng cuối mùa (tháng 11) có

số ngμy dông đều quan sát được trung bình có từ 15 ữ 20 ngμy/tháng, tháng

5 lμ tháng nhiều dông nhất trung bình gặp trên 20 ngμy dông/tháng như ở thμnh phố Hồ Chí Minh 22 ngμy, Hμ Tiên 23 ngμy

ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn hơn vμ số lần dông cũng ít hơn, tháng nhiều dông nhất lμ tháng 5 cũng chỉ quan sát được khoảng 15 ngμy dông ở Bắc Tây Nguyên, 10 ữ 12 ở Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngμy, Đμ Lạt 10 ngμy, PLâycu 17 ngμy

Số ngμy dông trên các tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam xem bảng 1-1

Từ bảng trên ta thấy Việt Nam lμ nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét, đây lμ điều bất lợi cho H.T.Đ Việt nam, đòi hỏi ngμnh điện phải

đầu tư nhiều vμo các thiết bị chống sét Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhμ thiết kế phải chú trọng khi tính toán thiết kế các công trình điện sao cho HTĐ vận hμnh kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục vμ tin cậy

Hμ Giang 0,1 0,6 5,1 8,4 15 17 22 20 9,2 2,8 0,9 0,0 102

Sa Pa 0,6 2,6 6,6 12 13 15 16 18 7,3 3,0 0,9 0,3 97 Lμo Cai 0,4 1,8 7,0 10 12 13 17 19 8,1 2,5 0,7 0,0 93 Yªn B¸i 0,2 0,6 4,1 9,1 15 17 21 20 11 4,2 0,2 0,0 104 Tuyªn Quang 0,2 0,0 4,0 9,2 15 17 22 21 11 4,2 0,5 0,0 106 Phó Thä 0,0 0,6 4,2 9,4 16 17 22 21 11 3,4 0,5 0,0 107 Th¸i Nguyªn 0,0 0,3 3,0 7,7 13 17 17 22 12 3,3 0,1 0,0 97

Hμ Néi 0,0 0,3 2,9 7,9 16 16 20 20 11 3,1 0,6 0,9 99 H¶i Phßng 0,0 0,1 7,0 7,0 13 19 21 23 17 4,4 1,0 0,0 111 Ninh B×nh 0,0 0,4 8,4 8,4 16 21 20 21 14 5,0 0,7 0,0 112 Lai Ch©u 0,4 1,8 13 12 15 16 14 14 5,8 3,4 1,9 0,3 93

§iÖn Biªn 0,2 2,7 12 12 17 21 17 18 8,3 5,3 1,1 0,0 112 S¬n La 0,0 1,0 14 14 16 18 15 16 6,2 6,2 1,0 0,2 99 NghÜa Lé 0,2 0,5 9,2 9,2 14 15 19 18 10 5,2 0,0 0,0 99 Thanh Ho¸ 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 Cu«ng 0,0 0,2 13 13 17 14 13 20 14 5,2 0,2 0,0 103

§ång Híi 0,0 0,3 6,3 6,3 15 7,7 9,6 9,6 11 5,3 0,3 0,0 70 Cöa Tïng 0,0 0,2 7,8 7,8 18 10 12 12 12 5,3 0,3 0,0 85 PhÝa Nam

HuÕ 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

§μ N½ng 0,0 0,3 2,5 6,5 14 11 9,3 12 8,9 3,7 0,5 0,0 69,5 Qu¶ng Ng·i 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 Nh¬n 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 ThiÕt 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 Playcu 0,3 1,7 5,7 12 16 9,7 7,7 8,7 17 9,0 2,0 0,1 90,7

§μ L¹t 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 Sμi Gßn 1,4 1,0 2,5 10 22 19 17 16 19 15 11 2,4 138 Sãc Tr¨ng 0,2 0,0 0,7 7,0 19 16 14 15 13 1,5 4,7 0,7 104

1.2- ảnh hưởng của dông sét đến h.t.đ việt nam:

- Như đã trình bμy ở phần trước biên độ dòng sét có thể đạt tới hμng trăm kA, đây lμ nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua vật nμo đó Thực tế đã có dây tiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng

điện sét tác dụng đã bị nóng chảy vμ đứt, thậm chí có những cách điện bằng

sứ khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ vμ 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 lμ nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến

vμ các thiết bị điện tử , ảnh hưởng của nó rất rộng, ở cả những nơi cách xa hμng trăm km

- Khi sét đánh thẳng vμo đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây

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 lμm việc Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể gây mất ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhμ máy điện lμm việc không nhanh có thể dẫn

đến rã lưới Sóng sét còn có thể truyền từ đường dây vμo trạm biến áp hoặc sét đánh thẳng vμo trạm biến áp đều gây nên phóng điện trên cách điện của trạm biến áp , điều nμy rất nguy hiểm vì nó tương đương với việc ngắn mạch trên thanh góp vμ dẫn đến sự cố trầm trọng Mặt khác, khi có phóng

điện sét vμo trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áp lμm việc không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn

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 lμ mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động

*Kết luận:

Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam vμ ảnh hưởng của dông sét tới hoạt động của lưới điện Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho lưới điện vμ trạm biến áp lμ rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hμnh lưới điện

chương2:

tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây

Đường dây trong HTĐ lμm nhiệm vụ truyền tải điện năng đến các hộ dùng điện Đường dây lμ phần tử phải hứng chịu nhiều phóng điện sét nhất

so với các phần tử khác trong HTĐ Khi đường dây bị phóng điện sét nếu biên độ dòng sét lớn tới mức lμm cho quá điện áp xuất hiện lớn hơn điện áp phóng điện xung kích của cách điện sẽ dẫn đến phóng điện vμ gây ngắn mạch đường dây, buộc máy cắt đầu đường dây phải tác động Như vậy việc cung cấp điện bị gián đoạn Nếu điện áp nhỏ hơn trị số phóng điện xung kích của cách điện đường dây thì sóng sét sẽ truyền từ đường dây vμo trạm biến áp vμ sẽ dẫn tới các sự cố trầm trọng tại trạm biến áp Vì vậy bảo vệ chống sét cho đường dây phải xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế kết hợp với yêu cầu kỹ thuật vμ yêu cầu cung cấp điện của đường dây đó

2.1- lý thuyết tính toán

2.1.1- Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét

Phạm vi bảo vệ của dây chống sét được thể hiện như ( hình 2-1 )

Hình 2-2: Góc bảo vệ của một dây chống sét.

Có thể tính toán được trị số giới hạn của góc α lμ α = 31 0 , nhưng trong thực tế thường lấy khoảng α = 20 0 ữ 25 0

2.1.2- Xác suất phóng điện sét vμ số lần cắt điện do sét đánh vμo đường dây

Với độ treo cao trung bình của dây trên cùng (dây dẫn hoặc dây chống sét ) lμ h, đường dây sẽ thu hút về phía mình các phóng điện của sét trên dải

đất có chiều rộng lμ 6h vμ chiều dμi bằng chiều dμi đường dây (l) Từ số lần

0,1ữ0,15 ta có thể tính được tổng số lần có sét đánh thẳng vμo đường dây (dây dẫn hoặc dây chống sét)

N=(0,6ữ0,9) h 10 -3 l.n ng.s (2 3)

Trong đó:

+ n ng s :số ngμy sét /năm trong khu vực có đường dây đi qua Vì các tham số của phóng điện sét : biên độ dòng điện (I s ) vμ độ dốc của dòng điện (a = di s /dt), có thể có nhiều trị số khác nhau, do đó không phải

điện Chỉ có phóng điện trên cách điện của đường dây nếu quá điện áp khí quyển có trị số lớn hơn mức cách điện xung kích của đường dây Khả năng

phóng điện sẽ lμ:

N pđ = N V pđ = ( 0,6ữ0,9 ) h 10 -3 l n ng s V pđ ( 2 4 ) Vì thời gian tác dụng lên quá điện áp khí quyển rất ngắn khoảng 100 μs

mμ thời gian của các bảo vệ rơle thường không bé quá một nửa chu kỳ tần

số công nghiệp tức lμ khoảng 0,01s Do đó không phải cứ có phóng điện trên cách điện lμ đường dây bị cắt ra Đường dây chỉ bị cắt ra khi tia lửa phóng

điện xung kích trên cách điện trở thμnh hồ quang duy trì bởi điện áp lμm việc của đường dây đó

Xác suất hình thμnh hồ quang (η ) phụ thuộc vμo Gradien của điện áp lμm việc dọc theo đường phóng điện :

η = ƒ(E lv ) ; E lv = U lv /l pđ (kV/m )

Trong đó:

+ η: xác suất hình thμnh hồ quang

+ U lv : điện áp lμm việc của đường dây ( kV )

+ l pđ : chiều dμi phóng điện ( m)

Do đó số lần cắt điện do sét của đường dây lμ:

N cđ = N pđ η = (0,6ữ0,9) h n ng s v pđ η (2 5)

Để so sánh khả năng chịu sét của đường dây có các tham số khác nhau,

đi qua các vùng có cường độ hoạt động của sét khác nhau người ta tính trị

số " suất cắt đường dây" tức lμ số lần cắt do sét khi đường dây có chiều dμi 100km

n cđ = ( 0,06ữ0,09) h n ng s V pđ η (2 6)

Đường dây bị tác dụng của sét bởi ba nguyên nhân sau:

+ Sét đánh thẳng vμo đỉnh cột hoặc dây chống sét lân cận đỉnh cột

+ sét đánh vμo khoảng dây chống sét ở giữa khoảng cột

Cũng có khi sét đánh xuống mặt đất gần đường dây gây quá điện áp

cảm ứng trên đường dây, nhưng trường hợp nμy không nguy hiểm bằng ba

trường hợp trên Khi đường dây bị sét đánh trực tiếp sẽ phải chịu đựng toμn

bộ năng lượng của phóng điện sét, do vậy sẽ tính toán dây chống sét cho

đường dây với ba trường hợp trên Cuối cùng ta có số lần cắt do sét của

2.1.2.1 - Các số liệu chuẩn bị cho tính toán

Đường dây tính toán l = 150km (Ninh Bình Hμ Đông)

Xμ đỡ kiểu cây thông, lắp trên cột bê tông đơn

Dây chống sét treo tại đỉnh cột

Dây dẫn được treo bởi chuỗi sứ Π- 4,5 gồm 7 bát sứ, mỗi bát sứ

cao170mm

Dây chống sét dùng dây thép C-70 có d = 11mm ; r = 5,5mm

Dây dẫn dùng dây AC-120mm có d = 19mm; r = 9,5mm

Khoảng vượt lμ 150m

2.1.2.2 - Xác định độ treo cao trung bình của dây chống sét vμ dây dẫn

Độ treo cao trung bình của dây được xác định theo công thức:

h dd = h 2/3f (2 8)

Trong đó:

+ h: độ cao của dây tại đỉnh cột hay tại khoá néo của chuỗi sứ

+ f: độ võng của dây chống sét hay dây dẫn

f dd = γ l 2 / 8 σ (2 9)

Hình 2-4: Phép chiếu gương qua mặt đất

r

h ln

d

D ln

22 2 12

12

ư

=

Trong đó:

+ h 2 : độ cao trung bình của dây chống sét

+ D 12 : khoảng cách giữa dây pha vμ ảnh của dây chống sét

+ d 12 : khoảng cách giữa dây chống sét vμ dây pha

+ h 1 : độ cao trung bình của dây dẫn pha

+ λ: hệ số hiệu chỉnh vầng quang (λ = 1,3)

Theo kết quả tính trước ta có:

h dd A = 10,8m ; h dd B = h dd C = 7,8m ; h dd cs = 15,2m

áp dụng định lý Pitago ta có khoảng cách từ dây chống sét đến các dây

pha vμ từ dây pha đến ảnh của dây chống sét như hình ( 2 5) Với pha A:

m , ,

, )

IA ( ) ID (

d12 = 2 + 2 = 422 +152 =446

D'K

B C

) IE ( ) IA (

D12 = 2 + 2 = 152 +242 =24046

Với pha B,C:

m , ,

, )

IB ( ) ID (

d12 = 2 + 2 = 7 22 +1752 =7 41

m , ,

) IE ( ) IB (

Hệ số ngẫu hợp giữa pha A vμ dây chống sét : áp dụng công thức (2 11):

1055

2152

464

524

3

,

,

, ln

,

, ln

ư

Khi có vầng quang: K A-cs vq = K A-cs λ = 1,3 0,19768 = 0,257

Hệ số ngẫu hợp pha B (hoặc pha C )với dây chống sét:

1010

55

2152

417

0818

3

,

,

, ln

,

, ln K

024

51

, ,

,

,

06613243

027

751

, ,

,

, tg

tgαB = αC = = ⇒αB =αC =

2.1.2.6- Số lần sét đánh vμo đường dây

áp dụng công thức (2-4) với l = 100km ; h dd cs = 15,2 m ; n ng.s = 70ngμy/ năm ; mật độ sét = 0,15 Ta có:

N = 0,15 6 15,2 70 100 10 -3 = 96 lần/ 100km năm

Từ cơ sở lý thuyết vμ các kết quả trên ta tiến hμnh tính toán suất cắt cho

đường dây với ba khả năng đã nêu đối với đường 110kV

2.2 - tính suất cắt của đường dây 110kv do sét đánh vòng qua dây chống sét vμo dây dẫn

Đường dây có U ≥ 110kV được bảo vệ bằng dây chống sét, tuy vậy vẫn

có những trường hợp sét đánh vòng qua dây chống sét vμo dây dẫn Tuy xác suất nμy nhỏ nhưng vẫn được xác định bởi công thức sau:

4 90

h V

lg α= α cs ư (2-15)

Trong đó:

α: góc bảo vệ của dây chống sét ( độ)

h cs : chiều cao cột đỡ dây chống sét ( m)

Khi dây dẫn bị sét đánh, dòng trên dây dẫn lμ I S /4, vì mạch của khe sét

sẽ được nối với tổng trở sóng của dây dẫn có trị số như hình (2 6 )

Hình (2 6): Dòng điện sét khi sét đánh vμo dây dẫn.

Có thể coi dây dẫn hai phía ghép song song vμ Z dd = (400ữ500) Ω nên dòng điện sét giảm đi nhiều so với khi sét đánh vμo nơi có nối đất tốt Ta có dòng điện sét ở nơi đánh lμ:

I ( )

Z Z

Z I

dd

22

e

s

% 50 s

Z 1 , 26

U 4 1

, 26 I

) 17 2 ( )

m / kV ( l

U

+ l p® : ChiÒu dμi ®−êng phãng ®iÖn lÊy b»ng chiÒu dμi chuçi sø ( m ) + U lv : §iÖn ¸p pha cña ®−êng d©y

) m / kV ( ,

,

213

U E

Từ ( 2 18) ta thấy vαvμ v pđ đều phụ thuộc tỷ lệ chiều cao cột h hay độ cao dây dẫn vμ góc bảo vệ α, độ cao dây dẫn tăng hoặc α tăng đều lμm cho

n dd tăng, vậy ta chọn pha A lμ pha có góc bảo vệ α lớn nhất vμ h dd A lớn hơn

so với pha B vμ pha C để tính suất cắt cho đường dây

3490

21665

75 463 1 26

660 4 1

26

4 1

26

50

, e

e e

Z

,

U ,

I

s

% s

trên hình (2-7) được η = 0,63 Suất cắt của đường dây 110kV do sét

đánh vμo khoảng vượt như sau:

n kv = N kv V pđ η (2 20)

đường dây

2.3.1- Phương pháp xác định Vpđ

Ta coi dòng điện sét có dạng xiên gócvới biên độ I s = a t

Quá điện áp sét xuất hiện trên cách điện của đường dây gồm hai thμnh

phần:

lv cd

Trong đó:

+ U′cd I , a ) : lμ thμnh phần quá điện áp do dòng sét gây ra phụ

thuộc vμo biên độ (I) vμ độ dốc sét (a)

+ U lv : điện áp lμm việc của đường dây

Xác suất các dòng điện sét có biên độ I ≥ I s vμ độ dốc a ≥ a s lμ:

) ,

a ,

I ( a

,

I

s s

Tại thời điểm t i nμo 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:

′

=

i i i

i pd lv

i i cd i

cd

t a I

) t ( U U

) a

; I (

U ) t ( U

U pđ (t i ) điện áp phóng điện lấy theo đặc tính vôn giây ( V S ) tại t i

Do coi dòng điện có dạng I = a t thì thμnh phần U cđ ' (I,a) tỷ lệ với độ dốc

a có thể đặt: U cđ ' (I,a) = Z.a (2 24)

Vậy: U pđ (t i ) = Z.a i + U lv (2 25)

Hay ta có độ dốc đầu sóng nguy hiểm a i tại thời điểm t i :

Z

U ) t ( U

U ) t ( U

a

i cd

lv i

I a

Hình (2 8): Đường cong nguy hiểm

Xác suất phóng điện được tính theo xác suất xuất hiện ở miền bên phải

phía trên đường cong nguy hiểm ở hình (2 8)

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

pd V dV

a a

, I i

i i

e V

; e V

1

Sau khi xác định được V pđ , thay số vμo ( 2 20 ) ta có suất cắt do sét

đánh vμo khoảng vượt của đường dây 110kV

2.3.2- Trình tự tính toán

Để đơn giản hoá trong tính toán, coi như sét đánh vμo khoảng giữa của dây chống sét trong khoảng vượt, khi đó dòng điện sét được chia đều cho hai phía của dây chống sét như hình (2 9 )

τ

<

=

ds ds

ds s

t nếu

a

t nếu t a I

Ta sẽ tính toán I s ứng với các giá trị trong bảng (2 1) sau đây:

c c

dt

t a d L R t a

=

22

2

2

( 2 30 ) ( 2 29 )

Trong đó:

+ L c : điện trở thân cột tính theo chiều cao vị trí dây chống sét

, U

U dt t sin U U

lv

lv

17573

21101432

3

22

3

21

Từ biểu thức ( 2 32 ) ta thấy khi K vq nhỏ thì U cđ lớn do vậy theo tμi liệu

hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp cao áp thì khi tính toán phải tính với pha

có hệ số ngẫu hợp nhỏ nhất ở mục ( 2.1.3.3 ) ta có:

130257

K vq Aưcs = vq Bưcs = C vqưcs =

Ta tính U cđ với K vq = 0,13; R c = 20 Ω

U cđ = a/2 (20 t + 9,72 ) (1- 0,257) + 57,17 (kV)

Cho các giá trị a khác nhau ta tính được điện áp đặt lên chuỗi cách điện

của đường dây như trên bảng ( 2 2 )

Bảng ( 2 2 ): Giá trị U cđ khi sét đánh vμo khoảng vượt, khi độ dốc a thay

đổi vμ ở các thời điểm khác nhau với R c = 20 Ω

Từ các giá trị trên ta vẽ đường U cđ = f(t) vμ a, trên hình vẽ còn thể hiện

đường đặc tính (V- S) của chuỗi cách điện

Đường đặc tính vôn giây (V S) của chuỗi cách điện sẽ cắt các hμm

U cđ = f(a; t; R c ) tại các vị trí mμ từ đó ta có thời gian xảy ra phóng điện trên chuỗi sứ như hình (2 11)

Đặc tuyến vôn giây (V-S) của chuỗi sứ được tra trong bảng 25 sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp

Bảng ( 2 3 ): Đặc tính vôn giây (V-S) của chuỗi cách điện

Từ các giá trị trên ta vẽ được đường f(t) vμ a, trên hình vẽ nμy còn thể hiện đường đặc tính vôn giây (V-S) của chuỗi cách điện Ta có đồ thị hình (2 11)

Từ đồ thị hình (2 10 ) ta có:

t i = 0,53; 0,61; 0,73; 0,88; 1,13; 1,42; 1,95; 2,9; 4,88; 11,9

Tại thời điểm phóng điện t i tương ứng các độ dốc đầu sóng a i ta có trị số sét nguy hiểm: I i = a i t i , từ cặp số của (I ; a) ta vẽ được đường cong thông

10 20 30 40 50 60 70 80 90

a (kA/μs)

Hình(2 10): Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vμo khoảng

vượt

Trong hình 2-11 dưới đây ta lưu ý các điểm sau :

- Xác suất phóng điện V pđ lμ xác suất mμ tại đó có các cặp thông số (I i ;a i ) thuộc miền nguy hiểm

Hình 2 11: Điện áp đặt lên cách điện của đường dây khi sét đánh vμo

khoảng vượt U cđ (a,t) với R c = 20 Ω vμ đặc tính vôn giây S)

của chuỗi cách điện U pđ (t)

1 , 26 I I

i i

e V

; e V

2.4.1- Lý thuyết tính toán

Khi sét đánh vμo đỉnh cột đường dây có treo dây chống sét, đa số dòng

điện sét sẽ đi vμo đất qua bộ phận nối đất của cột, phần còn lại theo dây chống sét đi vμo các bộ phận nối đất của các cột lân cận

Điện áp trên cách điện của đường dây khi sét đánh vμo đỉnh cột có treo dây chống sét lμ:

lv cs

d cu is

dd iC

dd c c c

dt

d ) t ( M dt

d L R i )

t

(

Trong biểu thức trên điện áp xuất hiện trên cách điện gồm:

dòng sét đi trong cột gây ra:

dt

d L R

i c c+ dd c ic

cảm giữa dây dẫn vμ kênh sét gây ra:

dt

d ) t (

+

cảm giữa dây dẫn vμ kênh sét gây ra:

d cu U

+

+Thμnh phần điện áp do dòng điện đi trong dây chống sét gây ra, k lμ

hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn vμ dây chống sét : kU cs

+Điện áp lμm việc trung bình của đường dây : U lv

Dấu trừ (-) thể hiện điện áp nμy ngược dấu với thμnh phần điện áp khác trong công thức (2 36).Vì vậy thμnh phần nμy lμm giảm điện áp trên cách

điện khi bị sét đánh

2.4.1.1- Các thμnh phần điện áp giáng trên điện trở vμ điện cảm của cột do dòng điện sét đi trong cột gây ra

Các thμnh phần điện áp giáng trên điện trở vμ điện cảm của cột do dòng

điện sét đi trong cột vμ điện áp trên dây chống sét liên quan với nhau vì chúngphụ thuộc vμo điện áp đi trong cột vμ dây chống sét Để tính toán các thμnh phần nμy có thể dựa vμo sơ đồ tương đương của mạch dẫn dòng điện sét Ta chia lμm hai trường hợp:

a/ Trường hợp 1: Khi chưa có sóng phản xạ từ cột bên trở về:

v

l

Z

dt

di t

M cs( ) s

2i cs

R c

cs c

Trong sơ đồ dòng sét được coi như một nguồn dòng, còn thμnh phần từ của điện áp cảm ứng trên dây chống sét như một nguồn áp

M cs lμ hỗ cảm giữa kênh sét vμ mạch vòng " dây chống sét - đất "

Δ

ưβ+

+

h

H ln h 2

h H

).

1 (

H t v ln h 2 , 0 ) t (

M

cs cs

hướng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp ta có β = 0,3

Δ+

h

H ln h 2

h r

H 2 ln h 2 , 0 L

dd td

dd

dd

Khi tính cho dây chống sét ta chỉ việc thay h dd bởi h cs

chính lμ dây dẫn dòng sét trong thân cột

Từ sơ đồ thay thế dây chống sét được biểu thị bởi tổng trở sóng của dây chống sét, có xét đến ảnh hưởng của vầng quang Từ sơ đồ hình ( 2 13 ) ta viết hệ phương trình như sau:

=+

++

(**) t

a i i i

(*)

Z i ) t ( M a dt

di L R

.

i

s cs c

vq cs s cs

c cs c c

2

02

Giải hệ phương trình nμyđược kết quả lμ:

vq cs vq cs c

Z ) t ( M t

Z Z

a )

vq cs c

cs c c

vq cs

R Z

Z a dt

di

L

R Z

Tổng trở sóng của dây chống sét Z cs được xác định bởi:

cs

tb cs cs

r

h ln

Z =60 2 (2 40 )

Trong đó:

2

32

ds r

f h

h

cs

cs cs

Trường hợp nμy tính chính xác phải áp dụng phương pháp đặc tính, ở

đây để đơn giản ta tính gần đúng tức lμ 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 (

M cs ( ) s 2i cs

R c

cs c

e R

) t ( M L

a dt

di

) (

) e

.(

R

) t ( M L

a )

t

(

i

t cs

cs c

t cs

cs c

4322

2

4221

22

2 2

1

10

Δβ

+

+Δ

+

+β

o cu

d

cu

h

h K 1 ).

t ( U ) t

) (

h

H ln h

h H

).

(

H t v ln h

, ) t (

M

dd dd

dd

4621

21

Δ

ưβ+

Từ đây ta có xác suất phóng điện lμ:

) 47 2 ( V

V

L c dd = L o h dd = 0,6.12 = 7,2μH với L o lμ điện cảm đơn vị dμi thân cột

v = β.c = 0,3.300 = 90 m/μs lμ vận tốc phóng điện ngược của dòng điện sét (theo sách hướng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp ta có β = 0,3 ; c lμ vận tốc ánh sáng c = 300m/μs)

U lv vận tốc trung bình của đường dây

kV ,

.

3

11022

=π

=

Các thμnh phần còn lại của điện áp trong công thức ( 2 36 ) đều phụ thuộc vμo độ dốc a, thời gian t vμ độ cao của dây dẫn

2.4.2.1- Điện áp giáng trên chuỗi cách điện của pha A

a/ Thμnh phần điện của điện áp cảm ứng:

Thay công thức( 2 43 ) vμo công thức ( 2 44 ) ta có:

) (

H h h ) (

) H t v ).(

h t v ( ).

h t v ( ln a h , h

h K )

t

(

U

c c

A dd A

dd

cs d

1

101

+

+Δ

+

+β

di L ) t (

22812

2

24228301

22839012

2

,

, ln

, ,

).

, (

,

ln , ) t (

a =di s /dt : độ dốc đầu sóng của sét

di c /dt: tốc độ biến thiên của dòng điện đi trong thân cột có xét tới sự thay

đổi trước vμ sau phản xạ của sóng sét từ cột lân cận trở về

c/ Điện áp trên dây dẫn gây ra bởi dòng điện sét đi trong dây chống sét K.U cs (t).:

dt

di ).

t ( M dt

di L R i ) t (

μ

- Ta phải tìm i c vμ di c /dt trong hai trường hợp:

+ Trường hợp 1: Trước khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về đó lμ khoảng thời gian t ≤ 2.l kv /c (l kv = 150m lμ chiều dμi khoảng vượt )

vq cs vq cs c

Z ) t ( M t

Z Z

a ) t ( i

c

vq cs

vq cs c

R Z

Z a dt

di

2+

cs c c

vq cs

L

R Z

Nhận xét: Khi R; a; t thay đổi thì i c (t) vμ di c /dt thay đổi

e 1 (

R 2

) t ( M 2 L

a )

R

2

) t ( M 2 L

a dt

2 cs

cs

c = ư α ưα2 ư

Trong đó:

1440729219257

2022

2

, ,

L

L

R

cs c cs

+

=+

=

α

Viết lại biểu thức điện áp trên chuỗi cách điện:

lv cs

d cu is

dd iC

dd c c c

dt

d ) t ( M dt

d L R i ) t (

Với di s / dt = a ta có :

) t ( M a dt

di L R i ) t (

Ta có:

d cu cs

dd cs

c

dd c

c c

c

cd ( L K L ) a ( M ( t ) K M ( t ) U ( t ) U

dt

di ) K ( R i )

t

(

Với K lμ hệ số ngẫu hợp của pha A với dây chống sét có kể đến ảnh

hưởng của vầng quang K A-cs v q = 0,254

Thay số vμo ta có:

17 , 57 ) t ( U )}

t ( M 257 , 0 ) t ( M {

a

) 72 , 9 257 , 0 2 , 7 ( dt

di ) 257 , 0 1 ( R i )

t

(

U

d cu cs

dd

c c

c cd

++

+

+

ư+

, t

t )

, t , ( ln a , )

t

(

U

, , , ) , (

) , t ).(

, t ( ).

, t ( ln ,

a , , , )

1182916

8100054

03007

2

22824216301

22890

24902

1690

30

9109

21617201

dt

di L dt

di ).

t ( M )

5421

27

22892

27228301

228909

20

+

ư+

, M

) (

,

, ln

, ,

).

, (

, t ln , M

di L R i )

t

(

Theo công thức ( 2 3 ) ta có :

243

5521

27

2282162

27228301

228902

1620

+

−+

, M

) (

,

, ln ,

, ,

).

, (

, t ln , , M

cs

cs

d/ Với pha B,C ta có :

17 , 57 ) t ( U )}

t ( M 257 , 0 ) t ( M {

a

) 72 , 9 257 , 0 2 , 7 ( dt

di ) 257 , 0 1 ( R i ) t ( U

d cu cs

dd

c c

c )

+

+

−+

−

=

2.4.2.3- So sánh điện áp giáng trên chuỗi cách điện pha A vμ pha B

ở cùng một thời gian tác động vμ cùng một độ dốc của dòng điện sét,

ở cùng một thời gian tác động vμ cùng độ dốc của dòng điện sét, nếu chuỗi

cách điện của pha nμo có điện áp giáng lớn hơn thì pha đó có xác suất

t

(

U d cu =

23 , 9 1 2 , 4

2 , 28 ln 2 , 16 2

2 , 4 2 , 28 ).

3 , 0 1 (

2 , 28 3 90 ln 2 , 16 2 , 0 ) t (

M

63 , 6 1 2 , 4

2 , 28 ln 12 2

2 , 4 2 , 28 ).

3 , 0 1 (

2 , 28 3 90 ln 12 2 , 0 ) t (

, ,

( , ,

e dt

di

kV , e

, ,

)

t

(

i

, c

, c

μ

=

−+

921925772

91925710

8301

2391925720210

3 144 0

3 144 0

Thay các giá trị U c− dd (t); M dd (t) ; M cs (t) ; i c (t) ; di c /dt vμo ( 2 5 0):

U A (t) = (1-0,254).20.30,8+5,6.(7,2-0,254.9,72)+

+10 (6,63+0,254 9,23)+146,5+57,17 = 716,3kV

b/Tính toán với pha B:

kV ,

, , , ) , (

,

).(

, ( ,

ln ,

, , , )

t

(

U d cu

15124

22527216301

225390273902

163903

0

910109

1302161

9219257729219257

10

85201

469219257202

10

469127

2252162

272

2531

2253902

1620

23651

27

2259

2

2722531

2253909

20

3 144 0

3 144 0

, )

, ,

( , ,

e dt

di

, e

, ,

)

t

(

i

, ,

, ln ,

, ,

,

,

ln , , )

t

(

M

, ,

, ln

, ,

,

,

ln , )

t

(

M

, c

, c

cs

dd

=

ư+

So sánh điện áp trên cách điện khi đường dây bị phóng điện ta thấy:

U cđ A = 716,3kV > U cđ B = 631,9kV Vậy với cùng một tham số của dòng

điện sét thì chuỗi cách điện của pha A phải chịu điện áp lớn hơn so với pha

B vμ Pha C Do đó ta sẽ tính xác suất phóng điện khi sét đánh vμo đỉnh cột với các thông số kỹ thuật của pha A

2.4.3-Tính xác suất phóng điện

Trong biểu thức tính i c (t) vμ di c /dt ta phải tính trước M cs (t) với các khoảng chia nhỏ của thời gian (với t = 3μs)

41 , 8 1 2 , 4

2 , 28 ln 2 , 16 2

2 , 4 2 , 28 ).

3 , 0 1 (

2 , 28 t 90 ln 2 , 16 2 , 0 ) t (

M

63 , 6 1

2 , 4

2 , 28 ln 12 2

2 , 4 2 , 28 ).

3 , 0 1 (

2 , 28 t 90 ln 12 2 , 0 ) t (