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.
BI TP DI Sinh viờn thc hin: 1 Họ và tên : Lớp : Số thứ tự : N = 39 CC THễNG S BI : A.Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp. B.Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét của trạm đảm bảo tiêu chuẩn nối đất an toàn và yêu cầu chống sét khi có dòng điện sét 150 kA, độ dốc 50 kA/ s . (N- số thứ tự của sinh viên) PHN 1 Cp in ỏp 110/35 kV S mch ng dõy 9 Kớch thc ngn l Nh s hỡnh 1.2 cao cn bo v 11m (110kV) +8,5m (35kV) S nụi in chớnh 2 thanh gúp ng i rng 6m Khong cỏch TG -MBA 35m in tr sut ca t 65+0,1*39= 68,9 .m PHN 2. Cõp in ỏp 110/35kV Bo v phớa in ỏp Cp 110 kV Chng sột van CSV khụng cú khe h S bo v S b nh hỡnh 1.1 Khong cỏch MBA-TG : l 2 = 15+39=54 m TG-CSV : l 1 = 20+39=59 m dc a = 300+39=339 kV/s in dung MB 1500+39*10 = 1890 pF in dung TG 8,33 pF/m BÀI TẬP DÀI Sinh viên thực hiện: 2 CÁC HÌNH VẼ : MBA TG CSV l2 = 54 m l 1 = 59 m Hình 1.1. Sơ đồ trạm bảo vệ chống sóng quá điện áp lan truyền BÀI TẬP DÀI Sinh viên thực hiện: 3 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 Sinh viên thực hiện: 4 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 Sinh viên thực hiện: 5 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: 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 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 1,6 a' a-x a- .( ) 1 x h h h h hh h h BÀI TẬP DÀI Sinh viên thực hiện: 6 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 a hh o 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 )hh.( h h , r xoxo 1 2 1 61 BI TP DI Sinh viờn thc hin: 7 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: BI TP DI Sinh viờn thc hin: 8 x h 8 D h với h x là chiều cao vật cần bảo vệ 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 Sinh viên thực hiện: 9 x 1x 1 1 h r 1,5.h .(1 ) 0,8.h 8,5 1,5.14.(1 ) 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 BÀI TẬP DÀI Sinh viên thực hiện: 10 PHẦN 2. TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT AN TOÀN VÀ NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 2.1. Giới thiệu: Trong hệ thống điện có 3 loại nối đất như sau: Nối đất làm việc Nối đất an toàn (hay còn gọi là nối đất bảo vệ ) Nối đất chống sét Trong phần này ta xét 2 loại nối đất cuối cùng. Do 2 loại nối đất an toàn và nối đất chống sét có các mục đích khác nhau dẫn đến yêu cầu kĩ thuật của chúng phải khác nhau. Về nguyên tắc là phải tách rời 2 hẹ thống nối đất này vì phảo đề phòng khi có dòng điện sét hay dòng ngắn mạch lớn thì hệ thống nối đất không được gây quá áp lên hệ thống nối đất an toàn. Mặc dù vậy việc tách rời sẽ gây lãng phí và không kinh tế do vậy 2 hệ thống này được gộp chung vào làm 1, khi ấy hệ thống nối đất chung phải có yêu cầu kĩ thuật là điện trở nối đất bé. Theo yêu cầu thì điện trở nối đất không nhỏ hơn 0,5 Ω Các yêu cầu kĩ thuật cần đạt tới khi thiết kế hệ thống nối đất chung: Trị số điện trở nối đất cho phép của nối đất an toàn được chọn sao cho các trị số điện áp bước và điên áp tiếp xúc trong mọi trường hợp không được phép vượt quá trị số cho phép. Theo quy phạm thì tiêu chuẩn nối đất ăn toàn như sau: Đối với các thiết bị nối có điểm trung tính trực tiếp nối đất thì trị số điện trở cho phép là R≤ 0,5Ω Đối với các thiết bị có trung tính cách điện thì điện trở nối đất 250 R. I Nếu phần nối đất chỉ dành cho phần cao áp thì 125 R. 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. [...]... không có khe hở 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+39=339kV/s Chống sét van cấp điện áp tương ứng.(110kV) Sơ đồ mô hình mạch để tính sóng truyền : Sinh viên thực hiện: 18 BÀI TẬP DÀI 2 1 0 C1 C2 3 Thanh góp : Điểm 1 Điểm đặt máy biến áp : Điểm 2 Điểm dặt chống... tính toán điện áp tại các nút 1, 2, 3 Sinh viên thực hiện: 19 BÀI TẬP DÀI 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,... U 31 ' ' U 12 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: 21 BÀI TẬP DÀI ' 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 = 2050pF nên ta áp dụng phương pháp tiếp tuyến để tính điện áp Z dt 2 Z 400 ' 2U dt 2 2U 12 Lại có: d 2U dt 2... dt 2 1890.1012.400 0,756 s U 2 22 BÀI TẬP DÀI 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 CSV Z dt 3... đất an toàn đã đợc tính toán ở trên Trong trạm biến áp, phần tử quan trọng và có mức cách điện yếu nhất là máy biến áp Vì vậy việc tính toán nối đất chống sét cho mọi trường hợp phải thoả mãn yêu cầu: Điện áp nối đất tại chỗ có dòng đIện sét i s đi vào hệ thống nối đất là U d I Z (0, ds) phải nhỏ hơn mức cách điện trung bình của cách điện máy biến áp Với trạm 220 kV ta phải có: U d U 50%BA 990kV... Sơ đồ thay 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: 14 BÀI TẬP DÀI 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 đất: u ( x, t... Tính được U3 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: 23 BÀI TẬP DÀI 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 loại chống sét... T k )/ k 0.02665 4 1 ds 0.028688 3 ( 1- e 0.030012 2 14 2 0.009525 0.199347 Như vậy điện áp nối đất tại chỗ có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất có giá trị: Ud=648,5519 kV < U50%BA = 660 kV Do đó ta không cần tiến hành nối đất bổ sung Sinh viên thực hiện: 17 BÀI TẬP DÀI PHẦN 3 BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP LAN TRUYỀN VÀO TRẠM 3.1 Xác định yêu cầu: TG MBA CSV Khoảng cách : MBA - TG l2 = 15+N (m)... cho trường 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: 13 BÀI TẬP DÀI 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 hợp nếu số cọc... chiều dài l ghép song song với nhau Để đơn giản hoá, người ta bỏ qua quá trình phóng điện tia lửa trong đất và giả thiết bỏ qua nối đất tự nhiên, bỏ qua các thanh cân bằng áp Lúc này ta xem như mạch vòng chỉ có 2 tia có chiều dài l ghép song song với L 2 nhau: 580 290m 2 l= và có tham số là G0 và L0 r: bán kính của tiết diện thanh điện cực: r = d/2=0,01m L0: là điện cảm của 1 đơn vị dài của đIện . U Z Z U m m m dt dt ' 1 1 1 . 2 2 66 7,0 3 23/.22 1 Z Z Z Z m dt m mdt UU ' 11 .66 7,02 Do đó: ). (66 7,02 ' 01 ' 31 ' 211 UUUU dt Khi t< 2t 12 =0, 36 s . 0.199347 4.323413 64 8.5119 2 3 98.45214 24 .61 303 0.02 868 8 3 3 98.45214 10.93913 0.0 266 5 4 3 98.45214 6. 153259 0.024117 5 3 98.45214 3.9380 86 0.021327 6 3 98.45214 2.734782. có: K= 5,5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 0 0.2 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: 2 110,24 6, 0.580 .ln( ) 0,74393 2.