Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp ĐHBK - Hà Nội 78 - Khi điện áp đặt trên chuỗi sứ lớn hơn điện áp phóng điện của chuỗi sứ thì sẽ có phóng điện - Trên đồ thị ta xác định được các cặp giá trị (a i ; t i ) là giao điểm của các đường U cđ (a i ; t i ) với đường đặc tính vôn - giây của chuỗi sứ. Sau đó ta tìm được cặp thông số nguy hiểm với : I i = a i . t i Ta lập bảng kết quả sau : a i (KA/μs ) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 t i (μs) 30, 5 10,9 3 6,68 5,06 4,05 3,37 2,84 2,43 2,08 1,7 8 I = a i .t i 305 218, 6 200, 4 202, 4 202, 5 202, 2 198, 8 194, 4 187, 2 178 Với các giá trị I i , a i tính được ở bảng trên ta xây dựng đường cong nguy hiểm • Xác định xác suất phóng điện : - Xác suất phóng điện chính là xác suất để cặp thông số ( I , a ) của dòng điện sét nằm trong miền nguy hiểm : I > I i và a > a i do đó ta có dV pđ = P { I ≥ I i } 0 50 100 150 200 250 300 I(KA) 20 40 60 80 100 a( KA ms ) Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp ĐHBK - Hà Nội 79 P { I ≥ I i } = I I Ve i = − 1,26 P { a ≥ a i }= a a Ve i = − 9,10 Trong đó : + V I : xác suất để dòng điện sét I lớn hơn một giá trị I i nào đó. + V a : xác suất để cho độ dốc dòng điện sét a lớn hơn một giá trị a i nào đó Từ đó ta có : dV pđ = V I .dV a hay V pđ = ∫ t aI dVV 0 Bằng công thức sai phân ta xác định được : V pđ = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −=Δ + −− = − = ∑∑ 9,109,10 1 1,26 1 1iii aa n i I n i pdi eeeV Hay V pđ = ai n i Ii n i pdi VVV Δ=Δ ∑∑ == . 11 với V Ii = 1,26 i I e − V ai = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − + −− 9,109,10 1ii aa ee Kết quả tính toán dưới bảng sau : a i (KA/μs) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 t i (μs) 30,5 10,93 6,68 5,06 4,05 3,37 2,84 2,43 2,08 1,78 I = a i .t i 305 218,6 200,4 202,4 202,5 202,2 198,8 194,4 187,2 178 V Ii (10 -4 ) 0,084 2,305 4,628 4,287 4,27 4,32 4,921 5,824 7,675 10,92 ΔV ai 0,24 0,096 0,038 0,015 0,006 0,0024 0,001 0,0006 0,00016 0,00006 ΔV ai . V Ii (10 - 4 ) 0,0202 0,2213 0,1759 0,0643 0,0256 0,0104 0,0049 0,0035 0,00123 0,00066 ai i Ii VV Δ ∑ = . 10 1 = 0,52799 . 10 –4 • Tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt đường dây 220 kV : - Áp dụng công thức : n KV = N KV . V pđ .  ( lần / 100 Km.năm ) Với R C = 10 Ω N KV = N / 2 = 200 / 2 = 100 V pđ = 0,52799 . 10 –4  = 0,65 Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp ĐHBK - Hà Nội 80 Thay vào ta được : n KV = 100.0,52799.10 –4 .0,65 = 0,00345 ( lần / Km.năm ) Vậy suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt đường dây 220 KV là n KV = 0,00345 ( lần / 100 Km.năm ) 9) Tính suất cắt của đường dây 220 kV do sét đánh vào đỉnh cột : - Khi sét vào đỉnh cột phần lớn dòng điện sét đi vào đất qua bộ phận nối đất của cột, phần còn lại theo dây thu sét đi vào các bộ phận nối đất của các cột lân cận. Sơ đồ sét đánh đỉnh cột a. Lý thuyết tính toán : - Điện áp trên cách điện đườ ng dây khi có sét đánh vào đỉnh cột được xác định theo công thức : U cđ (a,t) = i c (a,t).R c + U cư (a,t) + L dd c ( ( ) d t tad ic , ) + M dd (t).( d t d is ) – K vq .U cs (a,t) + U lv - Trong công thức trên điện áp xuất hiện trên cách điện đường dây gồm : + Điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của bộ phận nối đất của cột do dòng điện sét đi trong cột gây ra. i c (a,t) . R c + L dd c ( () dt tad ic , ) Trong đó : + R c : điện trở nối đất của cột + i c (a,t) : dòng điện đi trong cột Lkv Rc Rc Rc Lkv ic ics ics ic << ic i = 0 i = 0 i c << ic Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp ĐHBK - Hà Nội 81 + L dd c : điện cảm của thân cột tính từ mặt đất đến độ treo của đường dây pha L dd c = L 0 . h dd L 0 là điện cảm đơn vị của thân cột + : tốc độ biến thiên của dòng điện đi qua thân cột + Thành phần từ của điện áp cảm ứng xuất hiện trên đường dây do hỗ cảm đường dây và kênh sét gây ra. + M dd (t): Là hỗ cảm giữa khe phóng điện sét với mạch dây dẫn trị số hỗ cảm là hàm số của thời gian vì nó phụ thuộc vào chiều dài phát triển của kênh sét mà chiều dài khe sét tăng cùng với sự phát triển của phóng điện ngược được xác định bằng công thức: M dd (t) = 0,2. h dd () ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + Δ Δ − + + 1ln .21 ln H H h H H HV dd t β Trong đó: + h dd : Là độ treo cao của dây dẫn. + H = h dd + h c + H = h c – h dd . h c : Là độ cao của cột .  : Là tốc độ phóng điện ngược của dòng điện sét lấy  = 0,3 . V : Là vận tốc phát triển phóng điện ngược của khe sét V = .C . C : Là vận tốc ánh sáng : C = 300 m/s - Sơ đồ biểu diễn như hình vẽ: zd/2 zd/2 ic khe sÐt zdcs Lc Mdd(t) dd Rc Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp ĐHBK - Hà Nội 82 - Thành phần của điện áp cảm ứng U cư (a,t ) gây ra bởi cảm ứngtĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích của dòng điện sét được xác định theo: + : tốc độ của dòng điện đi trong cột + : độ dốc của dòng điện sét + M dd (t) : hỗ cảm giữa khe phóng điện sét và mạch vòng M dd (t) = 0,2 h cs ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + + + 1 ).1.(2 .2 ln cs cst h hV β • Xác định i c (a,t) và - Khi chưa có sóng phản xạ từ cột bên cạnh trở về tương ứng với thời gian t > c KV 2.l Trong đó : + L KV : chiều dài khoảng vượt L KV = 300 m + C : vận tốc truyền sóng C = 300 m / s Trong trường hợp này ứng với : t > s μ 2 300 300.2 = - Sơ đồ tương đương của mạch dẫn dòng điện sét khi không có sóng phản xạ - Trong sơ đồ trên dây chống sét được biểu thị bởi tổng trở sóng của đường dây chống sét có xét tới ảnh hưởng của vầng quang. - Giải sơ đồ trên ta được : i c (a,t) = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ −− + 1 )(.2 .2 α vq cs cs vq cs c vq cs Z tMZ RZ a (t) cs iS iS iS iCS RC iC 2iCS M ( Ldis dt ) ZCS/2 vq Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp ĐHBK - Hà Nội 83 Với +  1 = cs c c vq cs L RZ .2 .2+ • Xét trường hợp sau khi có phản xạ từ cột bên cạnh trở về với thời gian t > 2 s Sơ đồ thay thế khi có sóng phản xạ - Trong sơ đồ này chỉ xét tới 2 khoảng vượt lân cận cột bịo sét đánh nên đường dây thu sét trong khoảng vượt được biểu thị bởi điện cảm tập chung là L cs = c LZ KV cs . 0 Trong đó : + Z 0 CS : tổng trở sóng của đường day thu sét khi không xét đến ảnh hưởng của vầng quang - Từ sơ đồ thay thế trên ta viết phương trình mạch vòng và nút. Giải phương trình trên ta được : 2 2 1 2 )( 1)(.2 1 α α t cs c cs c cs ccs cs e L L LtM tti a − − ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + + −−= 2 2 1 2 )( 1)(. 1 α α t cs c cs c cs ccs cs e L L LtM ti a − − ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + + −= Trong đó : +  2 = cs ccs c LL R .2 .2 + iCS RC iC 2iCS M (t) ( dis dt ) Z CS/2 vq LC LCS/2 CS Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp ĐHBK - Hà Nội 84 Rút gọn lại ta được i c (a,t) = [] ( ) t c cscs e R tMLa 2 1 .2 )(.2 α − − − =),( ta dt di c [] ( ) t c cscs e R tMLa 2 . .2 )(.2 2 α α − − b. Trình tự tính toán : - Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột được tính theo : n đc = N đc . V pđ .  ( lần / 100 km.năm ) Trong đó : + N đc : số lần sét đánh vào đỉnh cột hoặc đỉnh cột lân cận trong một năm trên đoạn đường dây 100 km N đc ≈ N / 2 = 200 / 2 = 100( lần / 100 km.năm ) + V pđ : xác suất phóng điện do quá điện áp đường dây khi có sét đánh vào đỉnh cột • Xác định xác suất phóng điện : - Xác định pha để tính toán : Đối với những pha khác nhau khi có sét đánh vào đỉnh cột hoặc đỉnh cột lân cận thì điện áp giáng lên cách điện của đường dây các pha là khác nhau. Với cìng tốc độ và thời gian tác động thì chuỗi cách điện của pha nào chịu điện áp lớn hơn thì pha đ ó có xác suất phóng điện lớn hơn Chọn một giá trị cụ thể của dòng điện sét để tính toán trị số điện áp giáng lên mỗi dây pha. + Dòng điện sét dạng xiên góc có a = 10 KV / s + Thời gian tác động t = 4 s b1. Tính điện áp tác động lên cách điện pha B : • Tính theo điện áp cảm ứng phần điện ( U cư đ ) có : + h cs = 32 m = h B + h dd = h A = 24,5 m + H = h A + h c = 24,5 + 32 = 56,5 m + h = h c – h A = 32 – 24,5 = 7,5 m + K cs vq (A) = 0,228 +  = 0,3 + c = 300 m / s → V = .c = 0,3.300 = 90 (m / s) Thay các số liệu vào công thức ta được : Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp ĐHBK - Hà Nội 85 U cư đ = () ( ) ( ) () ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ Δ+ Δ+++ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − Hhh hVtHVthVt ha h h K c c dd dd cs vq cs 1 ln. 1,0 1 2 β β = () ( ) ( ) () )(209,277 5,56.5,7.32.3,01 5,74.905,564.90324.90 ln. 3,0 5,24.10.1,0 5,24 32 238,01 2 KV= ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + +++ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − • Tính i c (a,t) và ),( ta dt dic Chọn t = 4 s - Áp dụng trong trường hợp sau khi có sóng phản xạ từ cột lân cận trở về Dòng điện đi trong thân cột : i c (a,t) i c (a,t) = [] () t c cscs e R tMLa 2 1 .2 )(.2 α − − − Với L cs = C LZ KVcs . 0 + Z 0 cs = 60.ln = 60.ln ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −3 10.8,10 5,24.2 = 505,202 (Ω) + L KV = 300 m + C = 300 m / s → L cs = 202,505 300 300.202,505 = ( H ) + M cs (t) : hỗ cảm giữa kênh sét và mạch vòng ( đường dây thu sét - đất ) M cs (t) = 0,2 . h cs () ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + + + 1 1.2 .2. ln cs cs h htV β = 0,2 . 32. () )(822,161 323,01.2 32.24.90 ln H μ = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + + + Với R c = 10 Ω L c cs = l 0 . h cs = 0,6 . 32 = 19,2 ( H ) →  2 = 0368,0 2,19.2202,505 10.2 .2 .2 = + = + cs ccs c LL R i c (a,t)= [] () t c cscs e R tMLa 2 1 .2 )(.2 α − − − = [] ( ) )(273,321 10.2 822,16.2202,50510 4.0368,0 KAe =− − − - Độ biến thiên của dòng điện đi trong cột là : [] ).( .2 )(.2.1 ),( . 2 2 t c cscs e R tMLa ta dt dic α α − − = Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp ĐHBK - Hà Nội 86 = [] )/(4890,7).0368,0( 10.2 822,16.2202,50510.1 4.0368,0 sKAe μ = − − • Xác định điện áp cảm ứng phần từ : U cư t (a,t) U cư t (a,t) = L c dd dt dis tMta dt dic dd )(),( + Trong đó : L c dd = l o . h dd = 0,6 . 24,5 = 14,7 ( H ) L c dd : điện cảm của thân cột kể từ mặt đất đến độ treo cao của dây pha M dd (t) : hỗ cảm giữa mạch khe sét và mạch dây dẫn M dd (t) = 0,2 . h dd () ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + Δ Δ − + + 1ln. .2.1 . ln H H h H H HtV dd β = 0,2 . 24,5 () = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ +− + + 1 5,7 5,56 ln. 5,24.2 5,7 5,56.3,01 5,564.90 ln 2,0884 ( H ) + Với a = 10 KA / s , t = 4 s , )/(4890,7)4;10( sKA d t dic μ = 10== a d t dis → U t cư (a,t) = U t cư (10,4) = 14,7.7,4880 + 2,0884.10 = 130,9723 ( KV ) • Xác định điện áp do dòng điện đi trong dây thu sét gây ra : U cs (a,t) = i c (a,t) . R c + L c cs + M cs (t) = 32,273.10 + 19,2.7,4890 + 16,822.10 = 634,7388 ( KV ) • Xác định điện áp tác dụng lên cách điện của pha B : U cđ B (a,t) = i c (a,t) . R c + U cư t (a,t) + U cư đ (a,t) – K cs vq (A) . U cs (a,t) + U lv = 32,273.10 + 130,9723 + 277,209 – 0,16884.634,7388 + 114,4 = 738,142( KV ) c. Tính điện áp trên chuỗi cách điện : U cđ (a,t ) - Trong phần trước ta đã tính được điện áp tác dụng lên chuỗi cách điện của các pha khi bị sét đánh vào đỉnh cột hoặc đỉnh cột lân cận với một giá trị cuh thể của cặp thông số ( a,t ) = ( 10;4 ) và đã xác định được điện áp tác dụng lên cách điện của pha nguy hiểm nhất là pha A. - Trong phần này ta tính U cđ (a,t) của pha A theo giá trị của cặp thông số ( a i , t i ) thay đổi và tính với R c = 10 Ω + Điện áp tác dụng lên chuỗi cách điện được tính bằng : U cđ (a,t) = i c (a,t) . R c + U cư đ (a,t) + U cư t (a,t) – K cs vq (A) . U cs (a,t) + U lv = i c (a,t) . R c + U cư đ (a,t) + L c cs + M đ (t) . a – K cs vq (A) . U cs (a,t) + U lv Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp ĐHBK - Hà Nội 87 Mà U cs (a,t) = i c (a,t) . R c + L c cs + M cs (t) . a Nên ta có U cđ (a,t) = i c (a,t) . R c [ 1 – K cs vq (A)] + U cư đ (a,t) + ( L c dd – K cs vq . L c cs ). [ ),( ta dt dic ] + a[ M dd (t) – K cs vq (A) . M cs (t) ] + U lv Ta có K cs vq (A) = 0,238 L c dd = 14,7( H ) L c cs = 19,2( H ) R c = 10 ( Ω ) Thay các giá trị vào ta được : U cđ (a,t) = i c (a,t).10 ( 1 – 0,238) + U cư đ (a,t) + ( 14,4 – 0,238.19,2 ) [ ),( ta dt dic ] + a[ M dd (t) – 0,238.M cs (t) ] + 114,4 = i c (a,t).7,62 + U cư đ (a,t) + 9,8304 [ ),( ta d t dic ] + a[M dd (t) – 0,238.M cs (t)] +114,4 Thay các giá trị thay đổi theo (a,t) : M dd (t) = 0,2 . h dd ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + Δ Δ − + + 1ln .2).1( . ln H H h H H HtV dd β = 0,2.24,5 ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ +− + + 1 5,7 5,56 ln 5,24.2 5,7 5,56).3,01( 5,56.90 ln t = 4,9 ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ +− + 1 5,7 5,56 ln 49 5,7 45,73 5,56.90 ln t • Trường hợp 1 : - Trước khi có sóng phản xạ từ cột lân cận trở về ứng với khoảng thời gian t < s C L KV μ 2 300 300.2.2 == Trong trường hợp này i c (a,t) và được xác định theo công thức : i c (a,t) = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ −− + 1 )(.2. .2 .1 α vq cs cs vq cs c vq cs Z tMtZ RZ a Với Z cs vq : tổng trở sóng của đường dây chống sét có xét tới ảnh hưởng của vầng quang. Z cs vq = 386,505 + α 1 = 6688,10 2,19.2 10.268,389 .2 .2 = + = + cs c c vq cs L RZ [...]... 13, 28 6 3 10,69 5 15,29 5 4 11 ,88 8 16 ,82 2 5 12 ,84 7 18, 05 4 6 13,64 8 19, 08 7 7 14,33 7 19,97 6 8 14,94 1 20,75 6 • Giá trị Ucưđ(a,t) tại các thời điểm khác nhau tương ứng với các độ dốc khác nhau t a 0 1 2 3 4 5 6 7 8 10 -2 9,532 144,776 207,753 247,774 277,209 300,510 319 ,80 1 336,262 350,619 20 -5 9,063 289 ,552 415,506 495,547 554,4 18 601,021 639,602 672,525 701,2 38 30 -8 8, 595 434,3 28 623,2 58 743,321... 319 ,80 1 336,262 350,619 20 -5 9,063 289 ,552 415,506 495,547 554,4 18 601,021 639,602 672,525 701,2 38 30 -8 8, 595 434,3 28 623,2 58 743,321 83 1,627 901,531 959,404 10 08, 787 1051 ,85 7 40 -1 18, 127 579,104 83 1,011 991,094 11 08, 835 1202,041 1279,205 1345,049 1402,476 ĐHBK - Hà Nội 88 ... thuật điện cao ic(a,t) = a.Z vq dic a. 389 , 68 (a, t ) = vq cs = = 0,9512.a dt Z cs + 2.Rc 389 , 68 + 20 + • 1.a [ 389 , 68. t − 2.M cs (t ) − 36,5252] 389 , 68 + 2.10 Trường hợp 2 : - Sau khi có sóng phản xạ từ cột lân cận trở về ứng với thời gian t ≥ 2 s Trong trường hợp này ic(a,t) và được tính theo : ic(a,t) = = a.[ Lcs − 2.M cs (t )] (1 − e −α 2 t ) 2.Rc a.[505,202 − 2.M cs (t )] (1 − e −0, 03 68. t ) 20 Các . 60 70 80 90 100 t i (μs) 30,5 10,93 6, 68 5,06 4,05 3,37 2 ,84 2,43 2, 08 1, 78 I = a i .t i 305 2 18, 6 200,4 202,4 202,5 202,2 1 98, 8 194,4 187 ,2 1 78 V Ii (10 -4 ) 0, 084 2,305 4,6 28 4, 287 4,27. = 386 ,505 + α 1 = 6 688 ,10 2,19.2 10.2 68, 389 .2 .2 = + = + cs c c vq cs L RZ Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp ĐHBK - Hà Nội 88 Vậy i c (a,t) = [] 5252,36)(.2. 68, 389 10.2 68, 389 .1 −− + tMt a cs . 672,525 701,2 38 30 -8 8,595 434,3 28 623,2 58 743,321 83 1,627 901,531 959,404 10 08, 787 1051 ,85 7 40 -1 18, 127 579,104 83 1,011 991,094 11 08, 835 1202,041 1279,205