Tài liệu Bài tập cao áp 2 pptx

Với thông tin nμy ta chỉ cần bố trí cột chống sét sao cho các cột có thể bảo vệ được phần diện tích mặt bằng của trạm với độ cao h X lμ được.. Để tính toán đơn giản ta chọn toμn bộ 12 c

Bμi tập dμi cao áp

Phan Ngọc Việt- HTĐ I K42 1

Bμi tập dμi cao áp

I Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp

1 Bố trí cột thu sét

Theo sơ đồ kết cấu của trạm thì mới chỉ biết diện tích mặt bằng mμ chưa biết cụ thể

vị trí đặt các thiết bị trong trạm Với thông tin nμy ta chỉ cần bố trí cột chống sét sao

cho các cột có thể bảo vệ được phần diện tích mặt bằng của trạm với độ cao h X lμ được

Với kết cấu của trạm ta bố trí các cộtkhoãng cách giữa các cột như hình 1

• Đường kính của vòng tròn qua 4 đỉnh của các nhóm cột 1256 vμ 2345 lμ:

92 80

45 2 2

m

Do đó để chọn toμn bộ diện giới hạn bởi các nhóm tứ giác ấy được bảo vệ thì

D ≤ 8.h a

8

92

m

h a= =

• Đường kính vòng tròn qua 4 đỉnh của các nhóm cột 5678, 4589, 781112, 891011 lμ:

67 50

45 2 2

m

Độ cao tác dụng tối thiểu để cho các nhóm cột nμy bảo vệ hoμn toμn diện tích bởi

chúng lμ:

4 , 8 8

67

m

h a = =

Như vậy đối với tất cả các cột thu sét có thể lấy chung một độ cao tác dụng lớn nhất

lμ : h a = 11,5 m Từ độ cao tác dụng h a ta có độ cao cột thu sét để bảo vệ được trạm có

độ cao h X

+ Trạm 110kV có h X = 10 m :

h = h X + h a = 10 + 11,5 = 21,5 m

Deleted: N1ữ N12 có Deleted: :

Phan Ngọc Việt- HTĐ I K42 2

+ Trạm 220kV có h X = 16 m :

h= h X + h a = 16 + 11,5 =27,5 m

Để tính toán đơn giản ta chọn toμn bộ 12 cột có độ cao bằng nhau.Muốn vậy thì ta phải giảm khoãng cách giữa các cột của trạm 220kV với mục đích lμm giảm chiều cao cột thu sét của trạm 220kV mμ vẫn thỏa mãn điều kiện sau:

D ≤ 8( h h X )

Ta bố trí lại các cột thu sét với khoãng cách như hình 2:

Với cách bố trí nμy ta chọn độ cao của 12 cột lμ: h = 25 m Kiểm tra lại điều kiện bảo

vệ của các vùng tứ giác

+ Trạm 110kV:

Đường kính của vòng tròn qua 4 đỉnh của các nhóm tứ giác 1256, 2345 lμ:

101m

64m

Trạm 110kV

Trạm 220kV

Hình 2

Phan Ngọc Việt- HTĐ I K42 3

101 45

90 2 2

m

Ta có: D =101 m ≤ 8(h h X ) = 8(25 10 ) =120 m Vậy cột cao 25 m thỏa mãn điều kiện

+ Trạm 220kV:

Đường kính vòng tròn qua 4 đỉnh của nhóm các tứ giác 5678, 4589, 781112, 891011 lμ:

64 45

45 2 2

m

Ta có: D = 64 m ≤ 8(h h X ) = 8( 25 16 ) = 72 m Vậy cột cao 25 m cũng thỏa mãn

điều kiện của trạm 220kV

Vậy: Ta chọn cột thu sét cao h = 25 m

2 Tính toán vμ vẽ phạm vi bảo vệ của các cột thu sét

a) Trạm cấp điện áp 110kV

+ Bán kính của khu vực bảo vệ của các cột thu sét bảo vệ cho độ trạm cao

h X = 10m lμ:

Vì h X ≤ 2/3h nên :

8 , 18 ) 25 8 , 0

10 1 (

25 5 , 1 ) 8 , 0 1 (

5 ,

h

h h

+ Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi ở độ cao h X =10 m lμ: gồm các nhóm hai cột : 16, 34

2 , 12 7

90 25

a h

Như vậy bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét 16, 34 ở h X = 10 m :

Vì h X ≥ 2/3 h 0 nên:

65 , 1 ) 2 , 12

10 1 ( 2 , 12 75 , 0 ) 1 ( 75 ,

h

h h r

o

x o

+ Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa nhóm 2 cột thu sét 12, 13, 49, 67 lμ:

6 , 18 7

45 25

a h

Như vậy bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét các cặp cột 12, 13, 49, 67 ở

h X = 10 m :

Vì h X ≥ 2/3 h 0 nên:

15 , 9 ) 6 , 18 8 , 0

10 1 (

6 , 18 5 , 1 ) 8 , 0 1 (

5 , 1

0

h

h h

o

b) Trạm cấp điện áp 220kV

+ Bán kính của khu vực bảo vệ của cột thu sét bảo vệ cho độ cao h X = 16 m lμ:

Phan Ngọc Việt- HTĐ I K42 4

Vì h X ≤ 2/3h nên :

5 , 7 ) 25 8 , 0

16 1 (

25 5 , 1 ) 8 , 0 1 (

5 ,

h

h h

+ Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi ở độ cao h X =16 m lμ: gồm các nhóm hai cột : 49, 67, 78, 910, 1011, 1112

6 , 18 7

45 25

a h

Nh− vậy bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét 49, 67, 78, 910, 1011, 1112 ở

h X = 16 m :

Vì h X ≥ 2/3 h 0 nên:

95 , 1 ) 6 , 18

16 1 ( 6 , 18 75 , 0 ) 1 ( 75 ,

h

h h r

o

x o

Từ các số liệu tính toán phạm vi bảo vệ của các cột thu sét ở trên ta có bản vẽ phạm

vi bảo vệ sau: hình 3

R25,31

R14,60

R14,60

R25,31

R25,31

R14,60

R14,60

R25,31

Phan Ngäc ViÖt- HT§ I K42 5

H×nh 3: Ph¹m vi b¶o vÖ cña c¸c cét thu sÐt

Phan Ngọc Việt- HTĐ I K42 6

II Tính toán nối đất

Nhiệm vụ của nối đất lμ tản dòng điện sét xuống đất để đảm bảo cho thế trên vật

nối đất có giá tri bé

Trong việc bảo vệ quá điện áp, nối đất của trạm, của các cột thu sét, của đường dây

vμ của thiết bị chống sét rất quan trọng Vì trạm trạm biến áp có cấp điện áp từ 110kV

vμ 220kV nên nói đất an toμn vμ nối đất chống sét chung nhau

1 nối đất an toμn

Nối đất an toμn với mục đích lμ bảo vệ con người Nối đất an toμn với trạm có điện

áp từ 110kV trở lên phải thoả mãn 2 điều kiện sau:

R TN : điện trở nối đất tự nhiên Ta lợi dụng hệ thống dây chống sét cột

Với: ư n: Số tuyến đường dây của trạm, lấy n = 2

ư R cs : Điện trở của dây chống sét trong một khoãng vượt

R cs = R 0 l = 2,38.l

ư Rc : Điện trở nối đất của cột Vì ρ = 12.10 4 Ω.cm > 10 4 Ω.cm nên lấy R c =

15 Ω

ư l: Chiều dμi khoãng vượt Đường dây 110kV có l = 200m

Đường dây 220kV có l = 300m

Với các giá trị trên ta có điện trở nối đất tự nhiên của từng cấp điện áp

+ Đường dây 110kV :

+ Đường dây 220kV :

Vậy điện trở nối đất tự nhiên của hệ thống có 2 cấp điện áp 110kV vμ 220kV lμ:

R TN(110) // R NT(220) = 1,22 // 1,47 = 0,67 Ω

R HT ≤ R TN // R NT ≤ 0,5 Ω

R NT ≤ 1 Ω.

4

1 2

1 1

+ +

=

cs c

c Tn

R R

R n

R

Ω

= + +

ì

4

1 2 , 0 38 , 2

15 2

1

15 2

1

Tn

R

Ω

= + +

ì

4

1 3 , 0 38 , 2

15 2

1

15 2

1

Tn

R

Formatted: French (France)

Formatted: French (France)

Formatted: French (France) Formatted: French (France)

Phan Ngọc Việt- HTĐ I K42 7

ư Với R NT : Điện trở nói đất nhân tạo

5 , 0

TN

TN NT

R R

R R

Ω ⇒ R NT = 1,97 Ω

Vì điều kiện R NT ≤ 1 Ω nên lấy R NT = 1 Ω Ta thiết kế hệ thông nối đất thoe điện trở

nối đất nhân tạo

a Tính toμn nối đất mạch vòng quanh trạm

ln 2

2

d h

L k L R

T

MV = = Π

ρ

Trong đó:

ư R T : điện trở của thanh nối đất

ư ρ tt : điện trở suất tính toán

cm

k at mt do

tt=ρ =1,2.104ì1,6=1,92.104Ω

ư h: độ chôn sâu h = 0,8 m

ư L: chu vi mạch vòng nối đất L = 2( l 1 + l 2 ) = 2( 180 + 90 ) =540 m

ư d: đường kính thanh Sử dụng thanh có tiết diện tròn với d = 2 cm

ư k: hệ số hình dáng k = f(l 1 / l 2 ) = f(180/90) = f(2) = 6,42

Với các số liệu trên ta có giá trị điện trở nối đất mạch vòng lμ

1 , 1 2 10 8 , 0

10 540 42 , 6 ln 10 540 2

10 92 , 1

2

4 2

2

4

Ω

=

ì

=

π

MV

Ta có: R MV ≥ R NT nên ta phải đóng cọc vμo hệ thống nối đất để giảm điện trở nối đất

của hệ thống

Điện trở cọc cần đóng

) 4

4 ln 2

1 2 (ln

l t d

l l

+ +

ì

=

π

ρ

+ Chọn cọc tròn có chiều dμi l = 3m, đường kính d =

5cm

+ t = h + l/2 =0,8 + 3/2 = 2,3m

+ ρtt = ρdo kmc at = 1 , 2 104 1 , 45 = 1 , 74 104Ω m

Suy ra:

Ω

=

ư

+ +

ì

3 3 , 2 4

3 3 , 2 4 ln 2

1 5

10 3 2 (ln 10 3 2

10 74 ,

2

4

π

c

Giã sử đầu tiên ta đóng n 1 = 50 cọc

Khoãng cách giữa 2 cọc: a 1 = L/n 1 = 540/50 = 10,8m

Tỷ số : a 1 / l =10,8/3 = 3,6

Tra bảng hệ số sử dụng của cọc vμ thanh ta có :

Formatted: French (France) Formatted: French (France) Formatted: French (France) Formatted: French (France) Field Code Changed Formatted: French (France) Formatted: French (France) Formatted: French (France)

Phan Ngọc Việt- HTĐ I K42 8

Với a 1 / l =3,6 ⇒ ρ c = 0,72 vμ ρ t = 0,45

Điện trở nối đất của hệ thống nối đất với số cọc n 1 = 50 cọc lμ:

86 , 0 1 , 1 72 , 0 50 3 , 47 45 , 0

3 , 47 1 , 1

1

+

= +

=

mv c c t

c mv

R n R

R R R

ρ

Tương tự tính cho các trường hợp: n 2 = 70 cọc, n 3 = 100 cọc, n 4 = 120 cọc, n 5 =160cọc

ta có bảng kết quả bảng 1:

Bảng 1:

50 10,8 3,6 0,70 0,4 0,86

100 5,4 2 0,49 0,24 0,80

120 4,5 1,5 0,48 0,22 0,71

160 3,4 1 0,37 0,18 0,7

Từ bảng số liệu ta có đồ thị quan hệ R = f(n) sau:

Hình 4: Đồ thị quan hệ R = f(n)

Qua đồ thị quan hệ trên ta tra được số cọc cần đóng lμ n =20 cọc Tra lại các số liệu

vμ tính lại điện trở nối đất của hệ thống

Ta có: Khoãng cách giữa 2 cột:

a = L/ n = 540/ 20 = 27m

Tỷ số a/ l = 27/3 = 9

Vì a >> l nên có thể xem như ρ c = 1 vμ ρ t = 1 Từ đó ta có giá trị của điện trở nối đất

hệ thống tính lại lμ:

Ω

= +

= +

1 , 1 20 1 3 , 47 1

3 , 47 1 , 1

1 c mv c

t

c mv

R n R

R R R

ρ

Vậy chỉ cần đóng n =20 cọc lμ thỏa mãn điều kiện R < R NT

n

R

Phan Ngọc Việt- HTĐ I K42 9

2 Nối đất chống sét:

Vì trạm sử dụng hệ thống nối đất phân bố dμi ( nối đất mạch vòng) nên đồng thời

phải xét đến cả hai quá trình lμ : Quá trình quá độ vμ quá trình phóng điện trong đất

Do trạm có 2 cấp điện áp 110kV vμ 220kV nên ta chỉ cần tính nối đất chống sét cho cấp

110kV lμ đ−ợc ở cấp điện áp nμy nối đất an toμn vμ nối đất chống sét chung nhau nên

ta dùng nối đất an toμn kiểm tra lại cho nối đất chống sét

Sơ đồ đẳng trị của nối đất chống sét đ−ợc biểu thị ở hình sau:

Hình 4: Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất

Các tham số phân bố L, G xác định theo công thức:

m H r

L

L0=0,2ln( /2−0,31)μ /

− L: chiều dμi điện cực L = 540 m

− r: bán kính tiết diện thanh điện cực r = 1 cm

m H

01 , 0

2 / 540 ln(

2 , 0

.

1

0

m L R G

Ω

− R: điện trở xoay chiều tính cho mùa sét

c cs t t

cs c

cs t cs c

R n R

R R R

η

ì

Với: − điện trở cọc tính cho mùa sét:

Ω

=

ì

=

ì

45 , 1

3 , 47

CS C at C

at C CS

K

R

L O

G O

I S

Formatted: Right: -78.1 pt

Phan Ngọc Việt- HTĐ I K42 10

ư Điện trở thanh tính cho mùa sét:

6 , 1

1 , 1

CS t at t

at t CS

K

R

+

ì

89 , 0 20 1 , 39

89 , 0 1 , 39

⇒

m G

Ω

=

540 61 , 0

1

Từ sơ đồ đẳng trị có thể thμnh lập được hệ phương trình vi phân

Sau khi giải các phương trình vi phân trên với dạng sóng của dòng điện ở đầu vμo của bộ phận nối đất có dạng sóng xiên góc i(o,t) = a.t, sẽ được điện áp tại điểm bất kỳ trên điện cực

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎣

⎡

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

ư +

=

ư 1

2

2 ) , (

k

T t

l

x k e

k T t R a t x

Suy ra tổng trở xung kích đầu vμo:

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎣

⎡

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

ư +

=

=

ư 1

2 1

1 1 2 )

, (

) , ( ) , (

k

T t

k

e k t

T t R t o i

t o u t o z

l G L

π

2

540 003 , 0 98 , 1

2 2

2

2

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

k

T

T k =

Tổng trở tiến tới giá trị ổn định khi: ≥ 4⇒ k =6

T

t

k

ư

ư

ư

=

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

ư

1

6 1

2

1

T t T

t

k

e k

π

=

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

ì +

ì +

ì +

ì +

ì +

36 5 44

25 5 44

16 5 44

9 5 44

4 5 44

5 2

36

1 25

1 16

1 9

1 4

1 1

π

=

0

0

.

.

G u x i

l

i L x u

=

ư

=

ư

δ

δ δ

δ

Phan Ngọc Việt- HTĐ I K42 11

⇒ Tổng trở xung kích của hệ thống nối đất lμ:

( )= ⎢⎣⎡ + ì ⎥⎦⎤

2

1 , 2

t

T R t o Z

Ω

=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

ì

5

44 2 1 61 , 0 2 1

Điều kiện nối đất chống sét thỏa mãn khi:

T s xk

Với: dòng điện sét, I s = 150kA

điện áp 50% của trạm, đối với trạm 110kV có U 50% = 460kV

⇒ U xk = 3ì150 = 450kV < 460kV Vậy hệ thống nối đất an toμn cũng thoả mãn cho nối đất chống sét của trạm ta

không cần phải nối đất bổ sung