Chng 11: Tính toán các tham số sét đánh vào đ-ờng dây 1. Số lần sét đánh vào đ-ờng dây )nam.km100/lancat(5,12181 75.18).09,006,0(n.h)09,006,0(N ngscstb Khi sét đánh vào dây dẫn thì có các khả năng sau: + Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn (N ). + Sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột (N đc ). + Sét đánh vào khoảng v-ợt (N kv ). N = N + N c + N kv (3-9) a) Tính số lần sét vòng qua dây dẫn vào khoảng v-ợt Xác suất sét đánh vòng qua dây chống vào dây dẫn là: V 4 90 h. Vlg (3-10) Trong đó:+ là góc bảo vệ pha A ( A = 23,02 0 ) + h là chiều cao cột điện (h = 20m). Thay số vào công thức trên ta tính đ-ợc: 2 10.14,0V 856,24 90 20.02,23 Vlg Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào pha B là: 1701,010.4,1.5,121V.NN 3 maxdd (lần/100km.năm) b) Số lần sét đánh vào đỉnh cột và khoảng v-ợt )nam.km100/lan(75,602/5,1212/NNN kvdc 2. Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn - Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn đ-ợc tính theo công thức sau: n dd = N .V pđ . (3-11) Trong đó: + V pđ là xác suất phóng điện do quá điện áp đ-ờng dây khi có sét đánh vào đ-ờng dây dẫn, tham số này đ-ợc xác định nh- sau: dd % Z., U. dd % %qapd e Z U IPUUPV 126 4 50 50 50 4 (3-12) Với: + Z dd là tổng trở sóng của dây dẫn pha B. +U 50% là điện áp phóng điện xung kích của các điện đ-ờng dây. U 50% = 660kV Từ đó ta xác định đ-ợc: 8076,0eeV 33,473.1,26 660.4 Z.1,26 U.4 pd dd %50 + là xác suất hình thành hồ quang. Xác suất hình thành hồ quang phụ thuộc chủ yếu vào gradien điện áp làm việc dọc đ-ờng phóng điện. = f(E lv ) = f(U lv /l pđ ) Với :+U lv là điện áp làm vịêc bằng giá trị điện áp pha. )kV(2,57110.52,0dt.tsin.U. 3 2 . 2 U 2 0 lv +l pđ là chiều dài phóng điện, lấy bằng chiều dài chuỗi sứ (l pđ = 1,19m). Từ đó ta có: )m/kV(, , , E lv 06748 191 257 Bằng cách tra đồ thị hình 1.2 ta có ứng với E lv = 48,067 có = 0,58. Từ các tham số đã tính đ-ợc ta thay vào công thức tính suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. n dd = N .V pđ . = 0,1701.0,8076.0,58 = 0,08 (lần/100km/năm) Nhận xét: từ kết quả tính đ-ợc ta thấy để giảm n dd bằng cách giảm (tăng chiều dài chuỗi sứ) hoặc giảm góc bảo vệ (tăng độ cao cột thu sét) hoặc tăng chiều cao cột. 3.Tính toán suất cắt do sét đánh vào khoảng v-ợt Hình 3.4: Tr-ờng hợp sét đánh vào khoảng v-ợt Khi sét đánh vào khoảng v-ợt dây chống sét, để cho đơn giản ta giả thiết tại vị trí sét đánh dòng điện sét sẽ chia đều hai bên nh- hình vẽ. Trong mỗi cột điện dòng điện sét có giá trị là a.t/2. Ta giả thiết rằng dòng điện sét có dạng xiên góc, ph-ơng trình của dòng điện sét là: I s = ds ds t khiI t khiat Khi tính toán ta sẽ phải tính với các giá trị khác nhau của dòng điện sét. Cụ thể ta tính với: a = 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100 kA/ s t = 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 s Ta sẽ tính toán với các giá trị của R = 15 Khi đ-ờng dây tải điện bị sét đánh vào khoảng v-ợt của dây chống sét thì sẽ sinh ra các điện áp là: điện áp tác dụng lên cách điện không khí giữa dây dẫn và dây chống sét, điện áp tác dụng lên cách điện của chuỗi sứ. Khi các giá trị này dủ lớn thì sẽ gây ra phóng trên cách điện đ-ờng dây gây nên sự cố mất điện. Ta sẽ lần l-ợt xét từng loại điện áp. Thành phần điện áp tác dụng lên cách điện không khí sẽ đ-ợc tính bằng công thức: 3 1 l.a ).k(U dcd (3-12) Trong đó: +k d là hệ số ngẫu hợp giữ dây dẫn và dây chống sét +a là độ dốc dòng điện sét. +l là khoảng v-ợt đ-ờng dây. Nh- vậy điện áp tác dụng lên cách điện không khí sẽ phụ thuộc vào a và l. Trong thiết kế và xây dựng đ-ờng dây ng-ời ta th-ờng chọn khoảng cách l đủ lớn để tránh chạm dây, nên khả năng xẩy ra phóng điện ở giữa khoảng v-ợt là rất nhỏ, cho nên khả năng cắt điện đ-ờng dây là không đáng kể. Do đó sẽ bỏ qua không tính toán loại điện áp này mà chỉ tìm hiểu về điện áp tác dụng lên cách điện chuỗi sứ. a) Điện áp cách điện đặt lên chuỗi sứ U cđ . Điện áp tác dụng lên chuỗi sứ khi sét đánh vào khoảng v-ợt của dây chống sét là: lv s c cs s cd U)k( dt. )t(di .L )t(i.R )t(U 1 22 (3-13) Dòng điện sét có dạng i s (t) = a.t do đó ta tính đ-ợc: lvd c cs cd U)k( . a .L t.a.R )t(U 1 22 (3-14) Điện áp làm việc đ-ợc xác định theo công thức sau: )kV(2,57110.52,0dt.tsin.U. 3 2 . 2 U 2 0 lv Điện áp tại đỉnh cột điện khi sét đánh vào khoảng v-ợt có sét đến ảnh h-ởng của vầng quang. Công thức tính toán: )k( . a .L t.a.R )t(U c cs c 1 22 (3-15) Trong đó:+ a là độ dốc của dòng điện sét. +L cs c là điện cảm của thân cột điện tính từ mặt đất tới điểm treo dây chống sét. Giá trị của L cs c đ-ợc xác định theo công thức sau: L cs c = l 0 .h c . (3-16) l 0 là điện cảm đơn vị của thân cột (l 0 = 0,6H/m) h c chiều cao của cột. Do đó ta tính đ-ợc: L cs c = 0,6.20 = 12 (H). +R C là điện trở nối đất của cột đ-ờng dây. + K là hệ số ngẫu hợp của dây chống sét đối với dây dẫn có sét đến ảnh h-ởng của vầng quang. Hệ số ngẫu hợp giữa dây chống sét với dây dẫn pha A và với dây dẫn pha B,C khác nhau. Ta sẽ lấy k nào có giá trị nhỏ hơn bởi khi đó thì điện áp cách điện U cđ (t) đặt lên cách điện chuỗi sứ sẽ lớn hơn. Ta có k C = 0,1274. Sau khi xác định đ-ợc các thành phần trên ta thay vào công thức tính U cđ (a,t) ta có: (kV),)t.R.(a., ,),.( a ., t.a.R U)k( . a .L t.a.R )t(U lv c cs cd 2571243630 257101 2 618 2 1 22 Từ đó ta có bảng kết quả tính điện áp U cđ (a,t) nh- sau: Ta thấy U cđ (a,t) phụ thuộc vào thời gian t và độ dốc đầu sóng của dòng điện sét a và giá trị của điện trở nối đất R. Giá trị của U cđ (a,t) đ-ợc cho ở bảng 4,2, Từ bảng này ta vẽ đ-ợc đồ thị hình 4-5, Trên đồ thị biểu diễn quan hệ của U cđ (a,t) ta vẽ cả đặc tính phóng điện của chuỗi sứ (đặc tính V-S) theo bảng số liệu sau: Bảng 3-1: Đặc tính V-S của chuỗi sứ, T(s) 1 2 3 4 5 6 7 8 - 4,5 1020 930 860 805 790 775 755 740 Ta có kết quả của U cđ (a,t) nh- sau: Bảng 3.2: Ta có bảng sau: t a 1 2 3 4 5 6 7 8 10 117,8 183,2 248,7 314,1 379,6 445,0 510,5 575,9 20 235,6 366,5 497,4 628,3 759,2 890,1 1020,9 1151,8 30 353,4 549,7 746,1 942,4 1138,7 1335,1 1531,4 1727,7 40 471,2 733,0 994,8 1256,5 1518,3 1780,1 2041,9 2303,7 50 589,0 916,2 1243,5 1570,7 1897,9 2225,1 2552,4 2879,6 60 706,8 1099,5 1492,1 1884,8 2277,5 2670,2 3062,8 3455,5 70 824,6 1282,7 1740,8 2199,0 2657,1 3115,2 3573,3 4031,4 80 942,4 1466,0 1989,5 2513,1 3036,6 3560,2 4083,8 4607,3 90 1060,2 1649,2 2238,2 2827,2 3416,2 4005,2 4594,2 5183,2 100 1178,0 1832,5 2486,9 3141,4 3795,8 4450,3 5104,7 5759,2 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Thời gian Giá trị điện áp Hình 3.5: Đồ thị của U cđ (a,t) khi R =15 Ta nhận thấy rằng khi điện áp đặt lên cách điện chuỗi lớn hơn điện áp phóng điện thì sẽ phóng điện, Từ đồ thị ta xác định đ-ợc các cặp giá trị (a i ,t i ) là giao điểm của U cđ (a,t) với đặc tính V-S của a = 10 a = 20 a = 30 a = 40 a = 90 a = 10 0 a = 80 a = 70 a = 50 a = 60 chuỗi sứ, Ta xác định đ-ợc cặp thông số nguy hiểm (I i ,a i ) với I i = a i .t i Ta có bảng kết quả nh- sau: Bảng 3.3 a(kA/ s) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 t i(R =15) (s) 0,71 0,87 1,0 3 1,2 8 1,54 1,91 2,40 3,22 4,73 9,33 I i(R=15) ( kA) 70,7 5 78,1 6 82, 42 89, 61 92,3 1 95,6 5 96,0 7 96,5 8 94,6 7 93,2 7 Vi 0.06 6 0.05 0 0.0 43 0.0 32 0.02 9 0.02 6 0.02 5 0.02 5 0.02 7 0.02 8 Va 0.00 0 0.00 0 0.0 01 0.0 02 0.00 4 0.01 0 0.02 5 0.06 4 0.16 0 0.40 0 Va 0.00 02 0.00 04 0.0 010 0.00 24 0.00 61 0.01 53 0.03 83 0.09 59 0.23 99 0.39 95 V pđ (1 0 -3 ) 0.01 03 0,01 9 0,0 41 0,07 88 0,17 8 0,39 2 0,67 0.92 1.02 3,01 Phần bên phải là tập hợp những điểm đặc tr-ng cho các lần sét đánh vào đ-ờng dây có gây lên phóng điện, Còn phần bên trái là tập hợp những điểm an toàn. b) Xắc suất phóng điện V pđ Xắc suất phóng điện V pđ là xắc suất để cho cặp thông số nguy hiểm của phóng điện sét (I,a) thuộc miền nguy hiểm (MNH),Ta có: MNH)I,a(PV pd (3-17) iipd IIP.aa(PdV (3-18) Mặt khác ta đã biết: 126 1 , I i i e)II(PV (3-19) V 1 là xắc suất để cho dòng điện I lớn hơn một giá trị I i nào đó: 1 dVdaaadaaPaa(P iii (3-20) 910, a ia i e)aa(PV (3-21) Từ đó ta xác định đ-ợc: dV pđ =V 1 .dV a hay V pđ =V 1 . V a (3-22) Nên ta có: 1 0 1 apd dV.VV Từ đồ thị ta xác định đ-ợc các cặp giá trị (a,t) là tọa độ của giao điểm giữ đặc tính V-S của chuỗi sứ và U cđ , Từ đ-ợc các cặp giá trị này ta xác định đ-ợc I = a,t, V 1 ,V a , V a , V pđ . Từ bảng 3.3 ta có: *U cđ khi đó là : pdpd VV 42,3.10 -4 Suất cắt do sét đánh vào khoảng v-ợt: n kv = N kv .V pđ . = 60,75.3,10 -4 .0,58 = 0,1987(lần/100km,năm) Nhận xét: Từ các kết quả tính toán ttrên ta thấy khi giá trị điện trở nối đất càng lớn thì suât cắt đ-ờng dây càng lớn. Để giảm suất cắt do sét đánh vào khoảng v-ợt bằng cách giảm điện trở nối đất . đ-ờng dây tải điện bị sét đánh vào khoảng v-ợt của dây chống sét thì sẽ sinh ra các điện áp là: điện áp tác dụng lên cách điện không khí giữa dây dẫn và dây chống sét, điện áp tác dụng lên cách. bảo vệ (tăng độ cao cột thu sét) hoặc tăng chiều cao cột. 3.Tính toán suất cắt do sét đánh vào khoảng v-ợt Hình 3.4: Tr-ờng hợp sét đánh vào khoảng v-ợt Khi sét đánh vào khoảng v-ợt dây chống. v-ợt )nam.km100/lan(75,602/5,1212/NNN kvdc 2. Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn - Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn đ-ợc tính theo công thức sau: n dd = N .V pđ . (3 -11) Trong đó: + V pđ