Đang tải... (xem toàn văn)
Bài tập môn học kĩ thuật điện cao áp bước đầu giúp sinh viên ngành hệ thống điện làm quen với việc thiết kết bảo vệ, tính toán bảo vệ, đánh giá các tiêu chuẩn kĩ thuật của công trình điện. Thông qua ba nhiệm vụ cơ bản là thiết kế hệ thống chống sét cho trạm biến áp, thiết kế và đánh giá hệ thống nối đất an toàn và hệ thống nối đất chống sét và cuối cùng là tính toán sóng quá điện áp lan truyền vào trạm.
Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT Sinh viên thực hiện: 1 BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Hä vµ tªn : Líp : Sè thø tù : N = 29 (N- số thứ tự của sinh viên trong lớp) Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT Sinh viên thực hiện: 2 CÁC THÔNG SỐ ĐỀ BÀI : A.ThiÕt kÕ hÖ thèng b¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh trùc tiÕp cho tr¹m biÕn ¸p. B.TÝnh to¸n nèi ®Êt an toµn vµ nèi ®Êt chèng sÐt cña tr¹m ®¶m b¶o tiªu chuÈn nèi ®Êt an toµn vµ yªu cÇu chèng sÐt khi cã dßng ®iÖn sÐt 150 kA, ®é dèc 50 kA/ s . PHẦN 1 Cấp điện áp 110/35 kV Số mạch đường dây 9 Kích thước ngăn lộ Như sơ đồ hình 1.2 Độ cao cần bảo vệ 11m (110kV) +8,5m (35kV) Sơ đồ nôi điện chính 2 thanh góp Đường đi rộng 6m Khoảng cách TG -MBA 35m Điện trở suất của đất 65+0,1*29= 67,9 Ω.m PHẦN 2. Câp điện áp 110/35kV Bảo vệ phía điện áp Cấp 110 kV Chống sét van CSV không có khe hở Sơ đồ bảo vệ Sơ đồ b như hình 1.1 Khoảng cách MBA-TG : l 2 = 15+29= 44 m TG-CSV : l 1 = 20+29= 49 m Độ dốc a = 300+29=329 kV/μs Điện dung MB 1500+29*10 = 1790 pF Điện dung TG 8,33 pF/m Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT Sinh viên thực hiện: 3 CÁC HÌNH VẼ : MBA TG CSV l2 = 44 m l 1 = 49 m Hình 1.1. Sơ đồ trạm bảo vệ chống sóng quá điện áp lan truyền Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT Sinh viên thực hiện: 4 M¸y biÕn ¸p §-êng ®i §-êng ®i Xµ ®-êng d©y phÝa 110kV Xµ ®-êng d©y phÝa 35kV Nhµ ®iÒu khiÓn vµ lµm viÖc 5,5 m 8 m 15 m 35 m 10 m 5,5 m 6 m 6 m 150 m 140 m Hnh 1.2. Sơ đồ trạm biến áp rút gọn Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT Sinh viên thực hiện: 5 PHẦN 1. BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 1.1. Giới thiệu: Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp và nhà máy điện là việc phải làm và có ý nghĩa quan trọng để bảo vệ các công trình điện và tránh những hậu quả nghiêm trọng do sét đánh gây ra từ đó đảm bảo an toàn tin cậy trong sản xuất, phân phối và cung cấp điện năng. Trước khi đi vào thiết kế hệ thống chống sét cho trạm biến áp nêu ta xác định các yêu cầu thiết kế như sau: Nhằm đảm giảm thấp nhất vốn đầu tư khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét cho trạm biến áp ta cố gắng đặt các cột thu sét trên các kết cấu cao có sẵn của trạm mà không ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kĩ thuật cần thiết. Ngoài các tiêu chuẩn kĩ thuật cũng cần xem xét mặt mỹ thuật của công trình. Đối với các trạm phân phối ngoài trời từ cấp 110kV trở lên do mức cách điện cao nên có thể đặt cột thu lôi ngay trên kết cấu của trạm phân phối. Phải đặt để các cột thu lôi thấp nhất và cho dòng điện sét khuếch tán vào đất nhanh và phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất. Khi bố trí cột thu lôi trên xà cần chú ý: + các kết cấu có cột thu lôi cần có nối đất bổ sung ngay trụ của các kết cấu này nhằm đảm bảo điện trở nối đất không vượt quá 4Ω + khi dùng cột thu lôi phải đảm bảo khoảng cách đến các phần mang điện của trạm để tránh rò điện và chạm chập qua cột thu lôi. Đồng thời phải đảm bảo cho dòng điện sét được thông thoát nhanh chóng và tránh hiện tượng phóng điện từ cột thu lôi đến các vật cần được bảo vệ. Nếu không thể tận dụng được các kết cấu trạm thì bố trí các cột thu lôi nối đất độc lập Theo yêu cầu của đề bài thì ở đây ta quan tâm đến bào vệ chống sét đánh thẳng vào trạm, tạm thời không sét đến quá điện áp lan truyền vào trạm. Ta sẽ bố trí cho các thiết bị cần bảo vệ nằm trọn trong phạm vi bảo vệ của hệ thống cột thu lôi Phần thứ 2 không kém quan trọng là thiết kế nối đất để tản dòng điện sét vào đất một cách an toàn. Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT Sinh viên thực hiện: 6 1.2. Tính toán: 1.2.1. Lý thuyết: - Độ cao cột thu lôi: h =h x + h a + hx : độ cao của vật được bảo vệ. + ha : độ cao tác dụng của cột thu lôi, được xác định theo từng nhóm cột. (ha (D/8 m) , với D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột) - Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là: 1,6 () 1 xx x r h h h h Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn từng cột đơn cộng lại. Nhưng để các cột thu lôi có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn a < 7h ( trong đó h là độ cao của cột thu lôi ). Khi có hai cột thu lôi đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là ho và được xác định theo công thức. Đối với trường hợp khi có hai cột thu lôi cao bằng nhau ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là ho : 7 o a hh Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột là r xo và được xác định như sau: 1,6 1 xo x o r h h Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT Sinh viên thực hiện: 7 0 Tr-êng hîp hai cét thu l«i cã chiÒu cao b»ng nhau . r x 0,2h h 1,5h 0,75h r xo r x R h x a - Trường hợp hai cột thu lôi có độ cao khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo vệ được xác định như sau: - Khi có hai cột thu lôi A và B có độ cao h1 và h2 - Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h2 , khi đó các khoảng cách AB = a; BC = a'. Khi đó xác định được các khoảng cách x và a' như sau: 12 2 1 12 2 1 1,6 .( ) 1 a' 1,6 a-x a- .( ) 7 1 x h h h h hh h h Tương tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột B và C là: )hh.( h h , ah 7 a' hh o 21 1 2 22 1 61 1,5h 0 0,75h 0 h 0 0,2h 0 Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT Sinh viên thực hiện: 8 )hh.( h h , r xoxo 1 2 1 61 Bi tp di k thut in cao ỏp _HT HT Sinh viờn thc hin: 9 1.2.2. p dng vo tớnh toỏn Với kích th-ớc của trạm ta bố trí 14 cột thu sét, vị trí của các cột trên hình vẽ. Máy biến áp Đ-ờng đi Đ-ờng đi Nhà điều khiển và làm việc 6 m 6 m 150 m 140 m C 1 C 2 C 3 C 4 C5 C 6 C 7 C 8 C 9 C 10 C 11 C 12 C 13 C 14 C 15 C 16 C 17 C 18 Hỡnh 2.2. Phm vi bo v cỏc ct thu sột * Phớa cao ỏp 110kV: Bán kính của đ-ờng tròn đi qua 4 đỉnh của các hình chữ nhật: C1, C2, C7, C8 ; 4 đỉnh C2, C3, C6, C7 v C5, C6, C3, C4 v C7, C8, C9, C10 22 48 35 R 28,6577 (m) 2 Vậy để toàn bộ phần diện tích giới hạn bởi các hình chữ nhật đó đ-ợc bảo vệ thì: x h 8 D h với h x là chiều cao vật cần bảo vệ Bi tp di k thut in cao ỏp _HT HT Sinh viờn thc hin: 10 28,6577.2 h 11 18,16 m 8 Vậy ta chọn chiều cao của các cột thu sét là h 1 =20 (m) với số l-ợng cột là 10 cột ( tính cho phía 110kV). * Phớa h ỏp 35kV: Bán kính của đ-ờng tròn đi qua 4 đỉnh của các hình chữ nhật: C16, C10, C13, C12; 4 đỉnh C17, C11, C12, C18; 4 đỉnh C13, C14, C15, C16 22 28 27 R 19,0858 (m) 2 Vậy để toàn bộ phần diện tích giới hạn bởi các hình chữ nhật đó đ-ợc bảo vệ thì: x h 8 D h với h x là chiều cao vật cần bảo vệ 19,0858.2 h 8,5 13,27 m 8 Vậy ta chọn chiều cao của các cột thu sét là h 2 = 14 (m) với số l-ợng cột là 8 cột ( tính cho phía 35kV). * Ngoi ra cn tớnh n phm vi bo v riờng r ca tng ct: - Ct bo v phớa 110kV: Ta có x1 22 h 11 .h .20 13,3 33 m x 1x 1 1 h r 1,5.h .(1 ) 0,8.h 11 1,5.20.(1 ) 0,8.20 9,375 m - Ct bo v phớa 35kV: Ta có x1 22 h 8,5 .h .14 9,33 33 nên [...].. .Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT r1x 1,5.h1.(1 hx ) 0,8.h1 1,5.14.(1 8,5 ) 0,8.14 5, 06 m Lẽ ra ta nên tính cả phạm vi bảo vệ giữa 2 cột có cùng độ cao và 2 cột có độ cao khác nhau nhưng do phạm vi bảo vệ của các hình chữ nhật đã đủ bảo vệ cho trạm nên ta không tính nữa Ta có pham vi bảo vệ ở hình 2.2 Sinh viên thực hiện: 11 Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT PHẦN... Bảo vệ điện áp phía 110kV Hãy tính điện áp tại các điểm nút của TBA khi có sóng quá điện áp lan truyền từ đường dây tới Sóng tới có dạng xiên góc biên độ U50%, độ dốc: a=300+N=300+29=329kV/s Chống sét van cấp điện áp tương ứng.(110kV) Sơ đồ mô hình mạch để tính sóng truyền : Sinh viên thực hiện: 20 Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT 2 1 0 C1 C2 3 Thanh góp : Điểm 1 Điểm đặt máy biến áp : Điểm... U 21 U 1 U 12 U 1 U 21 3.3 Tính điện áp tại nút 2: Nút 2 chỉ có một đường dây đi tới có chiều dài l12 hữu hạn, tổng trở sóng Z=400 Sinh viên thực hiện: 23 Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT ' U 12 U 12 2 1 U 21 C2 Sơ đồ Petecxen: Z ®t2 2 C2 2U ®t2 Nút 2 có điện dung tập trung C2 = 1790 pF nên ta áp dụng phương pháp tiếp tuyến để tính điện áp Z dt 2 Z 400 ' 2U dt 2 2U 12 Lại... 1790.1012.400 0,716 s U 2 24 Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT Vậy: U 2 (t t ) U 2 U C 2 U21=U2 –U’12 3.4 Tính điện áp tại nút 3: ' U 13 U13 3 1 U31 CSV Nút 3 có một đường dây đi tới có chiều dài l13 hữu hạn, tổng trở sóng Z=400 Nút 3 có tổng trở tập trung là điện trở phi tuyến của chống sét van có khe hở nên ta áp dụng phơng pháp đồ thị để tính toán điện áp Sơ đồ Petcxen: Z ®t3 3 2U®t3... đất chỉ dành cho phần cao áp thì R 125 I Khi dùng chung cho cả phía cao áp và hạ áp thì điện trở không được vượt quá 10Ω Như vậy với nối đất an toàn và trạm của ta là 110kV/35kV thì trung tính trực tiếp nối đất nên yêu cầu là điện trở nối đất nhỏ hơn 0,5 Ω Sinh viên thực hiện: 12 Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT Đối với nối đất của hệ thống thu sét ở các trạm biến áp khi bộ phận thu sét... thế của hệ thống nối đất kéo dài khi bỏ qua ảnh hưởng của quá trình phóng điện tia lửa trong đất và cho rằng điện trở của đất suất cùa đất là không đổi, bỏ qua điện dung Sinh viên thực hiện: 16 Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT I G0 G0 G0 G0 Hệ phương trình truyền sóng cho mô hình trên: U i L0 (1) x t i G0 U (2) x Với dạng sóng xiên góc ta tìm được điện áp u(x,t) trên hệ thống nối... bằng phương pháp đồ thị (dựa vào U dt , Z dt , đặc tính V-S, V-A của chống sét van): 2U dt 3 Z dt 3 I csv U csv Sinh viên thực hiện: 25 Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT Để bảo vệ cho thiết bị điện của trạm biến áp ta sử dụng chống sét van loại không có khe hở được chế tạo từ ZnO Do đó hệ số phi tuyến có giá trị : 0,02 0,03 Để tính được điện áp tại các nút trong mạng điện ta chọn... 0.027178 4 1 ds 0.029303 3 ( 1- e 0.030687 2 14 2 0.009557 0.202483 Như vậy điện áp nối đất tại chỗ có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất có giá trị: Ud=659,0392 kV < U50%BA = 660 kV Do đó ta không cần tiến hành nối đất bổ sung Sinh viên thực hiện: 19 Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT PHẦN 3 BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP LAN TRUYỀN VÀO TRẠM 3.1 Xác định yêu cầu: TG MBA CSV Khoảng cách : MBA -... hợp tính toán hệ thống nối đất chống sét, nên ta tăng mức độ dự phòng lên (nếu chọn số cọc là 97 thì không đảm bảo được chỉ tiêu về điện áp tại chỗ nối đất_ quá trình này đã được tính toán nhưng trong phạm vi bài tập dài Sinh viên thực hiện: 15 Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT này em không đưa ra bảng tính lại nữa mà chọn số cọc tăng lên cần thiết thỏa mãn cho cả hệ thống nối đất chống sét) Trường... viên thực hiện: 21 Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp _HTĐ HT 3.2 Điện áp tại nút 1: Nút 1 có ba đường dây đi tới đều có tổng trở sóng là Z=400 Nút 1 có điện dung tập trung C1= 1249,5 pF nên phải áp dụng phương pháp tiếp tuyến 0 ' ' U 01 U 01 U 12 U12 1 U 10 C1 U '21 U13 ' U31 2 U21 ' U 13 U 31 3 Gốc thời gian t=0 được chọn là thời điểm sóng U '01 tới nút 1 Đoạn đường dây 0-1 dài vô hạn, nghĩa là nếu . 0 .4 0.6 0.8 1 1.2 1 .4 1.6 1.8 2 2.2 2 .4 2.6 2.8 3 3.2 3 .4 3.6 3.8 4 4.2 l1/l2 K Do đó: 2 108, 64 6,0.580 .ln( ) 0,727 942 2. .580 0,8.0,02 NT mv R R Bài tập dài kỹ thuật điện cao. 1,25.1 ,4 4 R .( ln ) . . 2 mc R L n n L d Điện trở suất hỗn hợp của betông và đất d 1,25. 1,25.(65 0,1*29) 84, 875 . t m 1 1,25.1 ,4. 84, 875 4. 5 . ln 3,936 04 4.0,9. 14 1 ( 1- e T k ds )/ k 2 Z(0, ds ) U d 1 3 96.25283 96.25283 0.030687 0.20 248 3 4. 393595 659.0392 2 3 96.25283 24. 06321 0.029303 3 3 96.25283 10.6 947 6 0.027178 4