Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp Lời nói đầu Đờng dây trạm biến áp phần tử hệ thống truyền tải phân phối điện năng.Cùng với phát triển nhanh khoa học kỹ thuật điện ngày trở nên quan trọng phát triển chung xà hội Công suất phụ tải ngày tăng kèm theo đòi hỏi ngày cao chất lợng điện năng,điều thúc đẩy phát triển nhanh hệ thống điện.Trạm biến áp nơi nhận điện cung cấp cho phụ tải Các thiết bị trạm đại chiếm số vốn đầu t tơng đối lớn Trong vận hành trạm xuất nhiều loại cố khác nhau, cố nguy hiểm trạm sét đánh trực tiếp vào trạm dây dẫn tới trạm Sét tợng phóng điện với dòng điện lớn gây phá hỏng máy biến áp đờng dây Khi bị sét đánh thờng dẫn đến ngừng trệ việc cung cấp điện truyền tải điện số khu vực, điều làm thiệt hại lớn đến kinh tế , xà hội tính mạng ngời.Điều đòi hỏi phải tính toán hệ thống chống sét cho giảm đợc tối đa tợng sét đánh vào khu vực bảo vệ Trong đề tµi nµy víi nhiƯm vơ thiÕt kÕ hƯ thèng chèng sét cho trạm biến áp đờng dây cao áp dẫn tới trạm Tuy đà cố gắng nhiều nhng thời gian hạn chế kiến thức có hạn nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót mong thầy cô bạn góp ý bảo thêm Bài đồ án đợc hoàn thành em xin chân thành cảm ơn động viên bạn giúp đỡ tận tình thầy giáo, cô giáo môn Hệ Thống Điện Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đặc biệt hớng dẫn trực tiếp bảo tận tình thầy giáo Trần Văn Tớp Em xin chân thành cảm ơn Mở đầu Giíi thiƯu chung vỊ hiƯn tỵng sÐt ë ViƯt Nam Qua việc nghiên cứu giông sét biện pháp bảo vệ chống sét cho công trình, thiết bị đà có lịch sử từ lâu đời Ngày ngời ta đà tìm đợc biện pháp, hệ thống thiết bị kỹ thuật tiên tiến để phòng chống sét cách hữu hiệu an toàn Tuy nhiên giông sét tợng tự Sinh viên : PHïNG HUY §IỊM H7 HƯ THèNG §IƯN Trêng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp nhiên Mật độ, thời gian cờng độ sét mang tÝnh ngÉu nhiªn cho nªn viƯc nghiªn cøu chèng sÐt quan trọng công trình vùng khác nhau, điều kiện khí hậu thiết bị kỹ thuật khác nên đặc điểm giông sét gây tác hại khác Tuỳ theo vùng mà có biện pháp thích hợp để phòng chống sét có hiệu A.Tình hình giông sét việt nam: Theo đề tài KC-03-07 Viện lợng năm số ngày giông Miền bắc nớc ta thờng giao động khoảng từ 70 đến 110 ngày số lần giông từ 150 đến 300 lần, nh vào mùa ma trung bình ngày xảy từ đến giông Vùng giông nhiều Miền Bắc vùng Tiên Yên, Móng Cái; Tại hàng năm có từ 100 đến 110 ngày, tháng nhiều giông tháng VII, VIII có tới 25 ngày/ tháng Một số vùng khác có địa hình chuyển tiếp cồng số lần giông nhiều tới 200 lần với số ngày giông khoảng 100 ngày, vùng lại từ 150 đến 200 giông năm tập chung khoảng 90 đến 100 ngày Nơi giông vùng Quảng Bình hàng năm có 80 ngày giông Xét dạng diễn biến mùa giông năm ta thấy mùa giông không hoàn toàn đồng vùng Nói chung Bắc Bộ mùa ma bÃo tập chung khoảng từ tháng đến tháng phía tây Bắc Bộ mùa giông tập trung khoảng từ đầu tháng đến tháng nơi khác thuộc Bắc Bộ tháng 5, tháng Hà Tĩnh, Quảng Bình Vùng Duyên hải trung phần phía bắc đến Quảng NgÃi khu vực tơng đối nhiều giông tháng từ tháng đến tháng Số ngày giông tập trung xấp xỉ 10 ngày/tháng Tháng nhiều giông (tháng ) quan sát đợc 12 đến 15 ngày Những tháng đầu mùa (tháng 4) tháng cuối mùa (tháng 10) tháng gặp từ đến lần giông Phía nam Duyên Hải trung (từ Bình định trở vào) khu vực giông thờng có tháng số ngày giông xấp xỉ lớn 10 ngµy (Tuy hoµ 10 ngµy, Nha Trang ngµy, Phan Thiết 13 ngày) tháng khác mùa đông tháng quan sát đợc từ đến ngày giông Miền Nam nhiều giông hàng năm trung bình quan sát đợc từ 40 đến 50 ngày đến 100 ngày tuỳ nơi Khu vực nhiều giông Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội vùng đồng Nam Bộ số ngày giông trung bình hàng năm lên tới 120 đến 140 ngày (Sài Gòn 138 ngày, Hà Tiên 129 ngày) Bắc Bộ vào khoảng 100 ngày Mùa giông Nam từ tháng đến tháng 11, trừ tháng đầu mùa tháng tháng cuối mùa tháng 11 số ngày giông trung bình 10 ngày tháng tháng tháng đến tháng 10 tháng quan sát trung bình gặp 20 ngày giông (sài gòn 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày) Tây Nguyên mùa giông thờng có 2, tháng số ngày giông đạt tới 10 đến 15 ngày tháng 4, tháng tháng Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan sát đợc chừng 15 ngày giông bắc Tây Nguyên 10 đến 12 ngày, nam Tây Nguyên (P Lây Cu 17 ngày Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày) tháng khác mùa đông tháng trung bình từ đến ngày giông Qua số liệu khảo sát ta thấy tình hình giông sét ba miền khác nhau, vùng lân cận lại có mật độ giông sét tơng đối giống Kết nghiên cứu đề tài KC-03-07 ngời ta đà lập đợc đồ phân vùng giông toàn Việt nam phân thành vùng 147 khu vực Các thông số cho ghi bảng Bảng : Ngày giông Giờ giông trung bình trung bình (ngày/năm) (giờ/năm) Đồng b»ng ven biĨn MiỊn 81,1 215,6 B¾c MiỊn nói trung du Miền Bắc 61,6 219,1 Cao nguyên Miền Trung 47,6 126,21 Ven biĨn MiỊn Trung 44,0 95,2 Đồng Miền Nam 60,1 89,32 Vùng Mật độ sét trung bình 6,47 Tháng giông cực đại 6,33 3,31 3,55 5,37 5;8 5;8 5;9 Tõ c¸c sè liệu ngày giông số lợng đo lờng nghiên cứu đà thực qua giai đoạn tính toán đa số liệu dự kiến mật độ phóng điện xuống khu vực (bảng 2) Bảng : Số ngày giông Khuvực Khuvực miền Khu vực đồng ven núi trung du cao nguyên miền b¾c miỊn trung biĨn miỊn b¾c Khu vùc ven biĨn miền trung Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN Khu vực đồng miền nam Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội 20 ÷ 40 2,43 ÷ 4,68 2,1 ÷ 4,2 1,2 ÷ 2,4 1,22 ÷ 2,44 1,26 ÷ 2,52 4o ÷ 60 4,86 ÷ 7,92 4,2 ÷ 6,3 2,4 ÷ 3,6 2,44 ÷ 3,65 2,52 ÷ 3,78 60 ÷ 80 7,92 ÷ 9,72 6,3 ÷ 8,4 3,6 ÷ 4,8 3,65 ÷ 4,87 3,78 ÷ 5,04 80 ÷ 9,72 ÷ 12,1 8,4 ÷ 10,5 4,8 ÷6,0 4,87 ÷ 6,09 5,04 ÷ 6,3 100 100 ÷ 12,15÷14,58 10,5 ÷12,6 6,0 ÷7,2 6,09 ÷ 7,31 6,3 ữ 5,76 120 Qua nghiên cứu ta thấy Việt Nam nớc có số ngày giông nhiều mật độ phóng điện lớn dòng sét gây nên thiệt hại đáng kể cho lới điện công trình xây dựng Việt Nam B ảnh hởng giông sét Việt Nam khuôn khổ đề tài cấp nhà nớc KC-03-07 đà lắp đặt vật ghi sét ghi tổng hợp đờng dây tải điện nhiều năm liên tục Kết thu thập tình hình cố lới điện 220kV Miền Bắc từ năm 1987ữ1992 (bảng ) Bảng : Loại cố năm Dới 220KV ĐDK phả lại ữ Hà đông Tổng số Vĩnh cửu Do sÐt Tỉng sè VÜnh cưu 1987 2 1 1988 5 1989 24 1990 25 1 1991 30 1 1992 19 4 Tæng sè 106 16 38 11 Trong tổng số cố vĩnh cửu đờng dây không 220 kV Phả Lại ữ Hà Đông nguyên nhân sét 8/11 chiếm 72,7% Sở dĩ lấy kết cố đờng dây Phả Lại ữ Hà Đông làm kết chung cho cố lới điện Miền Bắc đờng dây quan trọng Miền Bắc cố đờng dây ảnh hởng lớn đến tình hình chuyên tải điện Miền Bắc Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp Kết luận : Qua nghiên cứu tình hình giông sét Việt Nam tác hại sét gây nên lới điện, việc bảo vệ chống sét cho đờng dây điện trạm biến áp thiếu đợc thiết kế lới điện Vì việc đầu t nghiên cứu chống sét cần thiết để nâng cao độ tin cậy vận hành lới điện nớc ta Chơng I : Tính toán bảo vệ chống sét đánh trùc tiÕp 1.1 :Giíi thiƯu chung  Khi c¸c thiÕt bị điện trạm phân phối điện trời bị sét đánh trực tiếp gây hậu ngiêm trọng : gây nên h hỏng thiết bị ®iƯn, dÉn ®Õn viƯc ngõng cung cÊp ®iƯn toµn bé trạm thời gian dài làm ảnh hởng đến việc sản xuất điện ngàng kinh tế quốc dân khác Hiện để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho công trình thờng dùng hƯ thèng thu sÐt nh: cét thu sÐt, d©y thu sÐt HƯ thèng thu sÐt gåm c¸c bé phËn thu sét (kim, dây ), phận nối đất dây dẫn liên hệ hai phận với Cột thu sét đặt độc lập điều kiện cho phép đặt kết cấu trạm nhà máy Thông thờng để giảm vốn đầu t để tận dụng độ cao trạm biến áp ngời ta đặt cột thu sẻt xà đỡ, cột đèn chiếu sáng, mái nhà Cột thu lôi độc lập thờng đắt nên dùng tận dụng độ cao khác Nếu đặt cột thu lôi kết cấu trạm phân phối điện trời dùng dây chống sét để bảo vệ cho đoạn dây dẫn nối từ xà cuối trạm đến cột đờng dây chúng đợc nối đất chung vào hệ thống nối đất trạm.Vì sét đánh vào thu lôi hay đoạn dây chống sét toàn dòng ®iƯn sÐt sÏ ®i vµo hƯ thèng nèi ®Êt cđa trạm làm tăng thiết bị ®ỵc nèi ®Êt chung víi hƯ thèng nèi ®Êt cđa trạm Độ tăng lớn gây nguy hiểm cho thiết bị, điều kiện cho phép đợc đặt cột thu lôi công trình trạm dùng dây chống sét trạm Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp Tác dụng bảo vệ hệ thống thu sét chỗ tập trung điện tích đỉnh phận thu sét, tạo nên điện trờng lớn với đầu tia tiên đạo Do thu hút phóng điện sét hình thành khu vực an toàn bên dới, chung quanh hƯ thèng thu sÐt Bé phËn nèi ®Êt hệ thống thu sét cần có điện trở nối ®Êt bÐ ®Ĩ viƯc tËp trung ®iƯn tÝch c¶m øng đất đợc dễ dàng có dòng điện sét qua điện áp phận hệ thống thu sét không đủ gây nên phóng điện ngợc từ tới công trình đặt gần Khi thiÕt kÕ hƯ thèng chèng sÐt ph¶i chó ý so sánh mặt kỹ thuật, mỹ thuật vấn đề nối đất cột thu lôi Đối với trạm phân phối trời 110kV trở nên có mức cách điện cao nên đặt cột thu lôi kết cấu trạm phân phối ,các trụ kết cấu có đặt cột thu lôi phải đợc ngắn cho dòng điện sét khuếch tán vào đất theo 3ữ4 hệ thống nối đất Ngoài trụ kết cáu phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất Khi bố trí cột thu sét trạm phân phối trời 110kV trở lên phải0 thực điều sau: + chỗ nối kết cấu có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có nối đất bổ xung nhằm đảm bảo điện trở không đợc + Khi bố trí cột thu lôi xà trạm 35kV phải tăng cờng cách điện lên đến mức cách điện cấp 110kV +Trên đầu cuộn dây 6ữ10kV cần đặt chống sét van +Để bảo vệ cuộn dây 35kV cần đặt chống sét van Khoảng cách chỗ nối vào hệ thống nối đất vỏ máy biến áp chống sét van phải nhỏ 5m + Khoảng cách không khí kết cấu trạm có đặt cột thu lôi phận mang điện không đợc bé chiều dài chuỗi sứ + Có thể nối cột thu lôi vào hệ thống nối đất trạm phân phối cấp110kV yêu cầu đợc thực Khi dùng cột thu lôi độc lập phảI ý đến khoảng cach cột thu lôi đến phận trạm để tránh khả phóng điện từ cột thu lôi đến vật đợc bảo vệ Đối với nhà máy điện dùng sơ đồ đợc đặt cột thu lôi xà máy biến áp máy phát điện máy biến áp đợc lối với cầu bọc kín hai đầu đợc lối đất Nếu cầu có phân đoạn không đợc phép đặt cột thu lôi xà máy biến áp để đảm bảo mặt khí để trống ăn mòn cần Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp phải theo qui định loại vật liệu, tiếp diện dây dẫn dùng mặt đất dới đất 1.2 Yêu cầu đối vơí cột tròng sét dây thu sét Cột thu sét lên dùng giá đỡ cột bê tông cốt thép để làm dây dẫn dòng điện sét từ kim thu sét đến hệ thống lối đất để giảm vốn đầu t + Cột thu lôi đợc thiết kế làm việc trạng thai tự không làm việc trạng thá căng + Khi trọn phần tử cột thu lôi (phần thu dây dẫn dòng điện sét) dựa phát nóng chúng tính toán bỏ qua tản nhiệt môi trờng xung quanh Kim thu sét phải nhỏ nhọn để tập trung điện tích tạo lên trờng lớn với tia tiên đạo thu hút dòng điện sét hình thành khu vực an toàn bên dới xung quanh hệ thống thu sét + Dây thu sét phải có tiết diện nhỏ bề mặt dẫn điện tốt để đảm bảo dòng điện sét chạy qua, tập trung điện tích thu hút dòng điện sét phía không gây ảnh hởng đến phần tử nằm phạm vi bảo vệ đem lại an toàn cho thiết bị - Khi bố trí dây thu sét để bảo vệ cho đờng dây cao áp tuỳ theo cách bố trí dây đÃn cột treo hai thu sét Các dây trống sét đợc treo đờng dây tải điện cho dây dẫn ba pha nằm phạm vi bảo vệ dây 1.3 Tính toán hệ thống chống sét 1.3.1.Các công thức sử dụng tính toán bảo vệ chống sét a Phạm vi bảo vệ cột thu sét: Phạm vi bảo vệ cột thu sét miền giới hạn mặt hình chóp tròn xoay có bán kính đáy đợc xác định phơng tr×nh : rx = 1,6 (h - hx ) h 1+ x h (1-1) Trong : - h độ cao cột thu sét - rx bán kính phạm vi bảo vệ mức cao hx - hx độ cao vật cần đợc bảo vệ - h - hx độ cao hiệu dụng cột thu sét Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Để dễ dàng thuận tiện tính toán thiết kế thờng dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn giản hoá (hình 1-1) đờng sinh hình chóp có dạng gấp khúc Khi bán kính bảo vệ đợc tính toán theo công thức sau : - Khi hx ≤ h ; rx = 1,5h (1 - hx ) 0,8h (1-2) - Khi hx ≥ h h ; rx = 0,75h (1 - x ) (1-3) h Các công thức chØ dïng trêng hỵp cét thu sÐt cao tíi 30m Khi cột có độ cao 30m phải nh©n theo hƯ sè hiƯu chØnh P víi P = 5,5 h hình vẽ dùng hoành độ 0,75h.P 1,5h.P Mặt phạm vi bảo vệ mức cao hx Hình 1.2 Phạm vi bảo vƯ cđa cét thu sÐt b Ph¹m vi bảo vệ cuả hai cột thu sét có độ cao Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét cã kÝch thíc lín h¬n nhiỊu so víi tỉng sè phạm vi bảo vệ hai cột đơn Bằng thực nghiệm ngời ta đà chứng minh đợc khu vực có xác suất 100% phóng điện vào cột thu sét có b¸n kÝnh r =3,5h Nh vËy hai cét thu sét đặt cách a = 2R = 7h điểm mặt đất khoảng hai cột không bị sét đánh Từ suy hai cột thu sét đặt cách khoảng cách a < 7h bảo vệ đợc độ cao h0 xác định : Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội h - h0 = a ⇒ h0 = h - a (1-4) Mặt cắt thẳng đứng qua hai cột thu sét phạm vi bảo vệ cho hình ( 1-3): Hình Phạm vi bảo vệ cột thu sét có độ cao c Phạm vi bảo vệ cột thu sét có độ cao khác Cột có độ cao h1 Cột có độ cao h2 (h1< h2) Khoảng cách cột a Ta có cách vẽ phạm vi bảo vệ : Hình Phạm vi bảo vệ cột thu sét có độ cao khác Khi độ cao cột thu sét vợt 30m có hiệu chỉnh tơng tự nh và: Sinh viên : PHïNG HUY §IỊM H7 HƯ THèNG §IƯN §å áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội h0 = h - a 7p Cách vẽ phạm vi b¶o vƯ cđa hai cét thu sÐt cã chiỊu cao khác đựoc trình bày ( hình - ) Trớc tiên vẽ phạm vi bảo vệ cét cao, sau ®ã qua ®Ønh cét thÊp vÏ ®êng thẳng gặp đờng sinh phạm vi bảo vệ cột cao điểm 3, điểm đợc xem đỉnh cột giả định với cột thấp ( cột ) hình thành đôi cột có độ cao ( h2 ) với khoảng cách a/ Khoảng cách cột với cột giả định ∆L Khi ®ã : NÕu a’= a - ∆L h2 > h1 Th×: ∆L NÕu h2 ≤ h1 = 0.75 h1( 1- h2/h1) Th×: ∆L =1,5 h1 (1- h2/ h1) d.Phạm vi bảo vệ nhiều cột thu sét Khi công trình cần đợc bảo vƯ chiÕm khu vùc réng lín, nÕu chØ dïng vµi cột phải cao gây nhiều khó khăn cho việc thi công, lắp giáp Trong trờng hợp ta nên bố trí nhiều cột thu sét để phối hợp bảo vệ Vật có độ cao hx nằm đa giác hình thành cột đợc bảo vệ thoả mÃn điều kiện: D ( h - hx ) = (1-5) Trong đó: - D : đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành đỉnh cột thu sét - = h - hx : ®é cao hiƯu dụng cột thu sét, phần vợt cao so với mức cao hx Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 10 Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Bảng 3-1 a (kA/às) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 150,224 243,048 336,272 429,296 522,32 615,334 708,368 801,392 894,416 987,44 119,184 338,72 483,152 625,136 767,12 909,104 1051,09 1193,07 1335,06 1477,04 248,114 439,088 630,032 820,976 1011,92 1202,86 1393,81 1584,57 1775,7 1966,64 297,104 537,088 776,912 1016,82 1256,72 1496,62 1736,53 1976,43 2216,34 2456,24 346,064 634,928 923,792 1212,66 1501,52 1790,38 2079,25 2368,11 2656,98 2945,84 395,024 732,848 1070,67 1408,5 1746,32 2084,14 2421,17 2740,21 3097,62 3435,44 443,984 830,768 1217,55 1604,34 1991,12 2377,90 2764,69 3151,47 3538,26 3925,04 492,944 928,688 1364,43 1800,18 2235,92 2671,66 3107,41 3543,15 3978.9 4414,64 541,094 1026,61 1511,31 1996,02 2480,72 2965,42 3450,13 3943,83 4419,54 4904,24 590,864 1124,53 1658,19 2191,86 2725,52 3259,184 3792,85 4326,15 4860,18 5393,84 Từ số liệu tính đợc bảng 3-1 ta vẽ đợc hàm Ucđ= f(a,t) nh hình vẽ (3-8) Trên hình vẽ 3-8 ta kết hợp vẽ đặc tuyến phóng điện chuỗi sứ theo số liệu bảng 3-2 Bảng 3-2 t(às) 7Π- 4,5 1020 930 860 815 790 790 780 780 770 Khi Uc® ≥ Up®cs sư dơng đồ thị hình (3-8) xác định đợc tham số để xảy phóng điện chuỗi sứ Giả thiết phóng điện xảy thời điểm t = Tđs cặp (Ii, ai) ta xác định đợc cặp thông số nguy hiểm (Ii, ai) qua công thức : Ii = ti (kA) Từ cặp số (Ii, ai) ta vẽ đợc đờng cong nguy hiểm (Hình 3-9) Xác suất phóng điện Vpđ xác suất cặp thông số phóng điện sét (ai, Ii) thc miỊn nguy hiĨm (MNH) cã thĨ viÕt Vp® = p {a,I∈MNH} hay dVp® = p{a = ai}.p{I ≥ Ii} Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 70 Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hµ Néi − Ii Ta d· biÕt : p{I Ii} = e 26,1 = VI Vi xác suất để dòng điện I lớn giá trị Ii p = {a = ai} P{ai - da ≤ a ≤ + da}= dVa Va lµ xác suất để độ dốc a lớn độ dốc Va = P{a ai}= e 10,9 I Từ ta tính đợc : dVpđ = Vi dVa hay Vp® = ∫ V I dVa − Ii Víi VI = e 26,1 , Va = e 10,9 ta xác định Vpđ phơng pháp Vpđ = n V i =1 Ii Vai Với công thức tính toán đà trình bày , ứng với giá trị a ta có bảng kết ghi bảng sau - Bảng 3-3: Các giá trị ứng với R = 12 Dựa vào tính toán bảng 3-3 ta có giá trị Vpđ ứng víi R = 12 Ω Sinh viªn : PHïNG HUY §IỊM H7 HƯ THèNG §IƯN 71 §å ¸N TèT NgiƯp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Bảng 3-3 a (kA/µS) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 tpi 13,3 6,5 4,25 3,19 2,55 2,1 1,8 1,43 1,25 1,1 Ii (kA) 133 130 127,5 112,6 125,25 122,6 127 114,4 110,7 110 VIi 0,00468 0,0059 0,0071 0,0074 0,0083 0,0093 0,0105 0,0125 0,0144 0,0148 Vai 0,399 0,1596 0,0638 0,0255 0,010 0,004 0,0016 0,00065 0,00026 0,0001 0,2394 0,0958 0,0383 0,0155 0,006 0,0024 0,0009 0,00039 0,00016 0,0001 1,12.10-3 0,56.10-3 0,27.10-3 0,115.10-3 0,022.10-3 0,009.10-3 0,005.10-3 0,0023.10-3 0,0015.10-3 Vai= Vai -Vai+1 VIi Vai Vp® = 10 ∑V i =1 Ii 0.05.103 ∆V = 2,163.10-3 Tính suất cắt sét đánh vào khoảng vợt Ta tính theo công thức sau nkv = Nkv.Vp® η - Víi ®iƯn trë nèi ®Êt Rc= 12 Ω nkv = 71,325 2,163.10-3 0,61 = 0,094 (lÇn / 100 Km năm) 3.3.4 Tính suất cắt sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột (nc) Tính suất cắt sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột ( n c) ta áp dụng công thức: nc = Nc.Vpđ (lần / 100 Km năm) (3-30) Trong : - Nc số lần sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột thời gian năm chiều dài 100 Km - Vpđ xác suất phóng điện - xác suất hình thành hồ quang ngắn mạch ổn định Để tính suất cắt sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột ta lần lợt tính toán giá trị Nc , Vpđ, Tính giá trị Nc : Nh phần 3.3.3 đà tính số lần sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột số lần sét đánh vào khoảng vợt dây chống sét 1/2 tổng số lần sét đánh vào đờng dây Ta có Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 72 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp Nc = Nkv = N/2 = 71,325 (lần/100 Km năm) Tính xác suất hình thành hồ quang : mục III-4 tính suất cắt sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn phơng pháp ngoại suy hàm n= f (Elv ) Hình 3-5 ta xác định đợc = 0,61 Tính xác xuất phóng điện Vpđ: a Điện áp cách điện đờng dây Ucđ(t): Hình - 10 Hình vẽ (3 - 10) Sét đánh vào đỉnh cột đờng dây có treo dây chống sét để đơn giản xét trờng hợp sét đánh đỉnh cột điện Hình (3 - 10) Phần lớn dòng ®iƯn sÐt ®i vµo ®Êt qua nèi ®Êt cđa cét điện phần lại theo dây chống sét vào phận nối đất cột lân cận Điện áp tác dụng lên cách điện đờng dây gồm thành phần : * Điện áp giáng bé phËn nèi ®Êt cét ®iƯn icRc Trong ®ã : - Rc điện trở cột điện ( Rc = 12 ) - ic dòng điện sét vào thân cột Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 73 Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội * Thành phần từ điện c¶m øng, ý nghÜa cđa nã gièng nh cã sét đánh xuống đất Trong trờng hợp thành phần từ điện áp cảm ứng đợc biểu thị dạng tổng điện áp gây dòng điện ®i cét vµ khe phãng ®iƯn sÐt : Uc(t) = lcdd dic dis + Ndd (t) dt dt (3-31) Trong ®ã : - HƯ sè L cdd : trị số điện cảm phần cột điện tính từ mặt đất tới mức treo dây dẫn : lcdd = L0 hdd - L0 điện cảm thân cột có giá trị L0 = 0,6 (àH/ m) - hdd độ treo cao dây dẫn vị trí cột (m ) * Hàm số Mdd (t) hỗ cảm khe phóng điện sét với mạch vòng dây dẫn - đất Trị số hỗ cảm hàm thời gian chiều dài khe sét tăng phát triển phóng điện ngợc : Mdd(t) = 0,2 hdd[ ln V t + H ∆h H ln +1 ] (1 + β ) H 2hdd ∆h (3-32) - hdd : độ treo cao dây dẫn cột (m) - H = hc + hdd - ∆h = hc - hdd - hc : ®é cao cđa cét ®iƯn (m) - V = β c Víi : + C lµ vËn tèc trun sãng kh«ng khÝ C = 300 m/ às + V vận tốc phát triển phóng điện ngợc khe sét + tốc độ tơng đối phóng điện ngợc dòng điện sÐt ; lÊy β = 0,3 Do ®ã : V = β c = 0,3 300 = 90 (m/ µs) + dic tốc độ biến thiên dòng điện cột, biến thiên có thay dt đổi trớc sau có phản xạ từ cột lân cận Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 74 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội + Đồ áN TốT Ngiệp dis = a độ dốc sóng sét (kA/ às) dt Thành phần điện điện áp cảm ứng gây điện trờng khe hở phóng điện sét Thành phần đợc xác định giống nh trờng hợp sét đánh xuống đất , ký hiệu Uc (t) Ucđ (t) = (1- K vq − hcs hdd ) 0,1a.hdd (V t + hc )( (V t + ∆h)(V t + H ) ln[ β (1 + β ) hc ∆h H (3-34) Trong ®ã : - (1- K vq hcs hdd ) nói lên Ucđ giảm tác dụng dây chống sét - hc độ cao cột - hdd độ treo cao dây dẫn (m) - tốc độ tơng đối phóng điện ngợc dòng điện sét (lấy =0,3) - H = hc+ hdd (m) - h = hc - hdd - V = β c = 0,3.300 = 90 (m/ às) ( c tốc độ truyền sóng 300 (m/ às), V tốc độ phát triển khe phóng điện ngợc (m/s) ) - Kvq = K. ( Kvq hệ số sét ngẫu hợp có xét vầng quang, hệ số hiệu chỉnh vầng quang =1,3 ) - a độ dốc dòng điện sét (kA/ às) Thành phần điện áp dây dẫn gây dòng điện dây chống sét Nếu điện áp dây chống sét U cs (t) thành phần Kvq.Ucs(t) Với Kvq đà giải thích Ucs(t) đợc xác định công thức Ucs(t) = R ic.+ Lccs dic + a Mcs(t) dt (3-35) Trong ®ã : Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 75 Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội - Lccs điện cảm thân cột từ mặt đất đến độ treo cao dây chống sét Lccs = L0 hcs hcs độ treo cao dây chống sét vị trí cột L0 Đà đợc chọn 0,6(àH/ m) a Mcs(t) điện áp hỗ cảm mạch khe sét với mạch dây chống sét đất : a Mcs(t) =Mcs(t) dis dt - Mcs(t) hỗ cảm mạch khe sét mạch dây chống sét đất , hỗ cảm biến thiên theo phát triển khe sét tức biến thiên theo thời gian Mcs(t) = 0,2.hc.[ln V t + 2hc +1] 2hc (1 + β ) (3-36) Điện áp làm việc đờng dây nh đà tính phần 3-5 tính suất cắt sét đánh vào khoảng vợt ta có Ulv = U đm Với Uđm điện áp định mức đờng dây, Uđm = 110 kV VËy Ulv = 110 = 57,2 kV Ba thành phần đầu điện áp tác dụng lên cách điện đờng dây có dấu phóng điện sét có cực tính âm chúng làm cho dây dẫn có điện dơng so với cột điện thành phần thứ t ngợc dấu nên làm giảm điện áp tổng cách điện , thành phần cuối chọn dấu với ba thành phần đầu cần tính theo điều kiện nguy hiểm Tóm lại sét đánh lên dây chống sét khu vực đỉnh cột điện áp cách điện đợc xác định theo biểu thức : Ucđ (t) = ic.R + Uc®(t) + Uct (t) - Kvq Ucs(t) + Ulv Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN (3-37) 76 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp Hay : Ucđ (t) = ic.R + Uc®(t) + Lcdd ds dic + Mdd(t) i - Kvq - Ucs(t) +Ulv dt dt (3-38) b Tính điện áp tác dụng lên chuỗi sứ pha A có sét đánh vào đỉnh cột : a Thành phần điện áp Ucđ (t) (kV) Ucđ (t) đựơc tính theo công thức Ucđ(t) = (1- K vq hcs hdd ) 0,1a.hdd (V t + hc )( (V t + ∆h)(V t + H ) ln[ ] β (1 + β ) hc ∆h H Trong ®ã : - KvqA = 0,278 ; H = hcs + hdd = 32,2 (m) ∆h = hcs - hd = 3,8 (m) - hcs = 18 (m) ; β = 0,3 - hdd =14,2 (m) ; V = β c = 0,3 300 = 90 (m/ µs) Thay sè vào ta có : Ucđ(t) = (1- 0,278.18 0,1a.18 (90.t + 18)( (90.t + 3,8)(90.t + 32,2) ) ln[ ] 14,2 0,3 (1 + 0,3) 18 3,8.32,2 Uc®(t) = 3,886.a.ln(0,267.t +0,0535) (90t + 3,8)(90t + 32,2) * Thµnh phần điện làm việc dây dẫn : Nh ta đà tính đợc : Ulv = 0,52.U = 0,52.110 = 57,2 kV * Thành phần điện áp Ucs (kV) Ucs(t) = ic R +Lccs di s + a.Mcs(t) dt ( kV) Víi: Lccs = L0.hcs = 0,6.18 = 10,8 (àH) Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 77 Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hµ Néi Mcs(t) = 0,2.hc [ln V t + 2hc +1] 2hc (1 + β ) Trong ®ã : hc = hcs = 18 (m) ; V = 90(m/ µs) ; β = 0,3 VËy Mcs(t) = 0,2.18 [ln 90.t + 2.18 90.t + 2.18 +1] = 3,6 [ln +1] 46,8 2.18.1,3 ic dòng điện sét cột trớc sau phản xạ có khác * Thành phần điện áp Uc(t) kV: Uc (t) = Lcdd ds dic dic + Mdd(t) i = Lcdd + Mdd(t).a (kV) dt dt dt Các giá trị đà giải thÝch ë mơc phÇn III mơc 3-6 Lcdd = L0.hdd = 0,6 14,2 = 8,52 (µH) Mdd (t) = 0,2 hdd [ln V t + H ∆h H ln + 1] (1 + β ).H 2hdd ∆h Thay gi¸ trÞ cđa H, V, ∆h, hdd, β ta cã Mdd(t) = 0,2 14,2 [ln 90.t + 32,2 3,8 32,2 ln + 1] (1 + 0,3).32,2 2.14,2 3,8 = 2,84 [ ln( 2,15.t + 0,77) + 0,714] - dic độ dốc biến thiên dòng điện cột , biến thiên có thay đổi dt trớc sau có phản xạ từ cột lân cận * Biểu thức tổng quát điện áp đặt lên chuỗi cách điện pha A : Khi sét đánh vào đỉnh cột sau đà xác định đợc thành phần ta có : Uc® (a,t) = Ulv + Uc(t) + ic.R + Lcdd + Lccs dic + a Mdd(t) - Kvq[ic.R + dt dic + a Mcs(t)] (kV) dt Uc® (a,t) = Ulv + Uc®(t) + ic.R(1- Kvq) + a( Mdd(t) - Kvq Mcs(t) ) + Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 78 Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội dic (Lcdd - Kvq Lccs) dt + Trong trờng hợp ic dic đợc tính theo hai trờng hợp : dt Trớc có phản xạ từ cột lân cận bị sét đánh t 2l : c - với c tốc độ truyền sóng c = 300 m/ às - l chiều dài khoảng vợt l = 180 m nên Để tính toán dòng điện cột 2l 2.180 = = 1,2 (µs) c 300 dic ta vÏ sơ đồ thay trờng dt hợp ( h×nh 3-11) a M cs( t ) is is = a t L cs c ic Z vq cs R Hình - 11 Từ sơ đồ 3- 11 ta tính đợc dòng điện cột ic ic(t) = Trong ®ã : α1 = vq Z cs vq a Z cs vq [ Z cs t - 2Mcs(t) ] (KA) + 2.R α1 vq Z cs + R Lcs c vq Víi Z cs = 400,379 ; Lccs = 10,8 (àH) Đà tính phần trớc Thay vào ta có Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 79 Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội = 400,379 + R = 18,536 + 0,0926 R 2.10,8 Vậy ta có ic ứng với giá trị R thay đổi : ic(t) = - Tính a 400,379 [400,379.t - 2Mcs(t) ] (kA) 400,379 + 2.R 18,536 + 0,0926 R dic 2l t ≤ = 1,2 (µs) c dt vq a.Z cs a.400,379 dic Ta cã = vq = (kA/ µs) 400,379 + R Z cs + R dt  Sau cã ph¶n xạ từ cột lân cận bị sét đánh với t 1,2 (às) - xét hai khoảng vợt lân cận bị sét đánh nên đoạn dây chống sét khoảng vợt đợc thay độ cảm Lcs có sơ đồ mạch thay trờng hợp nh hình vẽ 3-12 a M cs( t ) i cs L is = a t cs L c R cs c R H×nh (3-12) Trong sơ đồ hình 3-12 độ cảm Lcs đợc tính theo công thức : Lcs = Z cs l (àH) c ng Vâỵ : Lcs = 520,49.180 = 312,294 (àH) 300 - Dòng điện ic(t) đợc tính Sinh viên : PHïNG HUY §IỊM H7 HƯ THèNG §IƯN 80 §å áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội [ Lcs c + M cs (t )] ic(t) = a( 1).(1 - e-α2t )/ α2 cs 0,5Lcs + L c Trong ®ã : 2R α2 = L + Lcs cs c Thay giá trị Lcs Lccs vào ta cã : 2R α2 = 312,294 + 2.10,8 = 0.006 R Vậy ta có dòng điện cột sau có phản xạ : ic = a( 1- 90t + 36 + 1) ).(1 - e-0,006 Rt)/ 0,006.R (kA) 46,8 0,5.312,294 + 10,8 10,8 + 3,6(ln [ Lcs c + M cs (t )] dic dc đợc tÝnh theo biÓu- thøc : i = a( 1) e-α2t cs 0,5Lcs + L c dt dt 90t + 36 10,8 + 3,6(ln + 1) dic VËy = a( 1).e-0,006Rt 46,8 dt 0,5.312,294 + 10,8 g Sau tính đợc giá trị ic(t) dic trớc sau có phản xạ ta dt thay tất giá trị tìm đợc vào công thức : Ucđ (a,t) = Ulv + Uc®(t) + ic.R(1- Kvq) + a( Mdd(t) - Kvq Mcs(t) ) + dic (Lcdd dt - Kvq Lccs) Với giá trị : t = 0,5; 1; 1,66; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 (µs) a = 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100 (kA/ µs) R = 12 (Ω) * Víi t ≤ 1,2 ta cã : Uc® (a,t) = 57,2 + 3,886.a.ln[(0,267t + 0,0535 ) (90t + 3,8)(90t + 32,2) ] + 0,0204 a [400,379 t – 7,2(ln a.{2,84[ln(2,15.t + 0,77) + 0,714] -[ln 90t + 36 +1) –13,5] + 46,8 90t + 36 +1]} +5,2a 46,8 * Víi t ≥ 1,2 ta cã : Sinh viªn : PHïNG HUY §IỊM H7 HƯ THèNG §IƯN 81 §å ¸N TèT NgiƯp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Ucđ (a,t) = 57,2 + 3,886.a.ln[(0,267.t + 0,0535) (90t + 3,8)(90t + 32,2) ] + + 120,333.a( 1- 90t + 36 + 1) ).(1 - e-0,072Rt) + 46,8 166,947 0,8 + 3,6(ln + a{2,84 [ln 2,15t + 0,77) +0,714] - 1.[ln 90t + 36 + 1]} + 46,8 90t + 36 + 1) ).e-0,072Rt 52,26 166,947 10,8 + 3,6(ln + 5,52.a.( 1- Ta có giá trị Ucđ(a,t) pha A đợc ghi bảng (3-6) Trớc có phản xạ t Sau có phản xạ a 0,1 0,5 1,2 1,2 10 129,49 233,54 316,77 345,1 340,86 430,58 514,97 602,16 733,79 736,33 20 201,78 409,58 576,34 633 624,52 503,96 972,74 1147,12 1288,38 1415,46 30 274,07 586,22 835,91 920,9 908,18 1177,3 1430,5 1692,08 1903,97 2094,59 40 346,36 762,56 1095,48 1208,8 1191,84 1550,72 1888,28 2237,04 2519,56 2773,72 50 415,65 938,9 1355,05 1496,7 1475,5 1924,1 2346,05 2782 3135,15 3452,85 60 490,94 1125,24 1614,62 1784,6 1759,16 2297,48 2803,82 3326,96 3750,74 4131,98 70 563,23 1291,58 1874,19 2072,5 2042,8 2670,86 2361,59 3871,92 4366,33 80 635,52 1467,92 2133,76 2360,4 2326,48 3044,24 3719,36 4416,88 4981,92 90 707,81 1644,26 2393,33 2648,3 2610,14 3417,62 4177,13 4961,84 5597,51 00 780,1 1820,6 2652,9 2936,2 2893,8 3791 4643,9 5506,8 6213,1 794,31 847,06 895,65 940,53 1531,42 1636,92 1734,1 1823,86 2268,53 2426,78 2572,55 2707,19 3005,64 3216,64 3411, 3590,52 3742,75 4006,5 4249,45 4473,85 4479,86 4796,36 5087,9 557,18 4811,11 5216,97 5586,22 5926,35 6240,51 5490,24 5954,08 6376,08 6764,8 7123,84 6169,37 6691,19 7165,94 7603,25 5007,17 6848,5 7428,3 7955,8 441,7 890,5 Tính xác suất phóng điện chuỗi sứ pha A Từ hình vẽ (3-12) vẽ quan hệ U cđ = f(a,t) Upđ = f(t) Ucđ Upđ ta có thời gian phóng điện tpđ độ dốc khác dòng sét Từ ta có xác định đợc đờng cong nguy hiểm Ia (Hình 3-13) Nh đà biết xác suất để biên độ I dòng sét lớn giá trị Ii xác suất để độ dốc a dòng sét lớn giá trị độ dốc đợc xác định theo công thức : Ii V Ii = p{I ≥ Ii} = e 26,1 − Vai = p{a ai} = e 10,9 Và tơng tự phần sét đánh vào khoảng vợt ta có Vpđ = n ∑ VIi ∆Vai i =1 Sinh viªn : PHïNG HUY §IỊM H7 HƯ THèNG §IƯN 82 10 §å áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Trong tính toán đờng cong thông số nguy hiểm ta tính đợc 10 giá trị a I nên ta phải tiến hành ngoại suy để phủ kín giá trị chúng Với tính toán ta cã b¶ng kÕt qu¶ (3- 5) Ii = Ti (kA) Bảng 3- a (kA/às 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ti (µs) 6,8 2,5 1,42 0,95 0,7 0,5 0,45 0,4 0,32 0,3 Ii (kA) 68 50 42,6 38 35 30 30 32 28,8 30 V Ii 0,054 0,093 0,159 0,171 0,173 0,191 0,2 0,216 0,2518 0,3049 Vai 0,3995 0,1596 0,06378 0,02548 0,01018 0,00406 0,00183 0,00064 0,00025 0,00001 Vai= VaiVai+1 0,2399 0,09586 0,03832 0,0153 0,00612 0,00243 0,00098 0,00039 0,00015 0,00001 V Ii Vai 0,01305 0,0089 0,0061 0,00263 0,0011 0,00046 0,0002 0,000084 0,000038 0,000003 Tõ ®ã ta cã : Víi R = 12 Ω th× Vp® = n ∑ i =1 VIi ∆Vai = 0,03256 Tính suất cắt sét đánh vào đỉnh cột Ta có R = 12 Vpđ = 0,03256 Suất cắt sét đánh vào đỉnh cột đợc tính theo công thức 3-12 nc = Nc.Vpđ. Trong N c = 71,325 ( lần / 100 Km năm ) - Khi Rc = 12 Ω suÊt c¾t sét đánh vào đỉnh cột : nc = 71,325.0,03256 0,61 = 1,4656( lần / 100 Km năm ) Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 83 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp 3.4 Suất cắt tổng sét đánh vào đờng dây tải điện : Suất cắt tổng sét đánh vào đờng dây tải điện đợc tính theo công thức n = nc + nkv + ndd Víi c¸c gi¸ trị nc , nkv , ndd đà tính đợc ta cã : - Khi Rc = 12 Ω Ta cã: n = nc + nkv + ndd = 1,4656+ 0,094 + 0,085 = 1,59556 (lần / 100 Km năm ) 3.5 Chỉ tiêu chống sét cho đờng dây tải điện : m = 1/n ( năm / lần cố ) Thay giá trị n vào ta có : - m = 1/ 1,59556 = 0,6275 ( năm/ lần cố) 3.6 Nhận xét Qua tính toán toàn chơng III ta có nhận xét nh sau : * Suất cắt sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn không phụ thuộc vào giá trị điện trở nôí đất mà phụ thuộc vào góc bảo vệ dây chống sét với dây dẫn * Cùng với giá trị R nối đất cột suất cắt sét đánh vào đỉnh cột lớn suất cắt sét đánh vào khoảng cột Tài liệu tham khảo Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 HƯ THèNG §IƯN 84 ... đờng dây chúng đợc nối đất chung vào hệ thống nối đất trạm. Vì sét đánh vào thu lôi hay đoạn dây chống sét toàn dòng điện sét vào hệ thống nối đất trạm làm tăng thiết bị đợc nối đất chung với hệ thống. .. ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 50 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Nđc = Đồ áN TốT Ngiệp N Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: N = N.V V :là xác xuất đánh vào dây dẫn phụ thuộc vào góc ... HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 33 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp +Nối đất chống sét: Mục đích tản dòng điện sét vào đất ( có sét đánh vào cột thu sét dây thu sét ) để giữ cho điện điểm