Đang tải... (xem toàn văn)
Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp
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 nhiên Mật ®é, thêi gian vµ cêng ®é sÐt mang tÝnh ngÉu nhiên việc nghiên cứu chống sét 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 Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội 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 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 Mật độ Tháng Vùng trung bình trung bình sét trung giông (ngày/năm) (giờ/năm) bình cực đại Đồng ven biĨn MiỊn B¾c 81,1 215,6 6,47 MiỊn nói trung du MiỊn B¾c 61,6 219,1 6,33 Cao nguyªn MiỊn Trung 47,6 126,21 3,31 5;8 Ven biĨn MiỊn Trung 44,0 95,2 3,55 5;8 §ång b»ng MiỊn Nam 60,1 89,32 5,37 5;9 Tõ c¸c sè liƯu vỊ ngày giông số lợng đo lờng nghiên cứu đà thực qua giai đoạn tính toán ®a c¸c sè liƯu dù kiÕn vỊ mËt ®é phóng điện xuống khu vực (bảng 2) Bảng : Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Số ngày Khuvực giông đồng ven biển miền bắc 20 ữ 40 2,43 ữ 4,68 Khuvực miền núi trung du miền bắc 2,1 ữ 4,2 Khu vực cao nguyên miền trung 1,2 ữ 2,4 Khu vực ven biển miền trung 1,22 ữ 2,44 Khu vực đồng b»ng miỊn nam 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 ÷ 5,76 120 Qua nghiªn cøu ë trªn ta thÊy 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 ¶nh hëng cđa gi«ng sÐt ë ViƯt Nam khu«n 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 Dới 220KV ĐDK phả lại ữ Hà đông năm Tổng số Vĩnh cửu Tổng số VÜnh cöu Do sÐt 1987 2 1 1988 5 1989 24 1990 25 1 1991 30 1 1992 19 4 Tæng sè 106 16 38 11 Trong tæng sè cố vĩnh cửu đờng dây không 220 kV Phả Lại ữ Hà Đông nguyên nhân sét 8/11 chiÕm 72,7% Së dÜ lÊy kÕt qu¶ sù cè 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 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 trực tiếp Sinh viên : PHïNG HUY §IỊM H7 HƯ THèNG §IƯN Trêng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp 1.1 :Giới thiệu chung Khi thiết bị điện trạm phân phối điện trời bị sét đánh trực tiếp gây hậu ngiêm trọng : gây nên h hỏng thiết bị điện, dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn 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 hệ thống thu sét nh: cét thu sÐt, d©y thu sÐt HƯ thèng thu sét gồm phận thu sét (kim, dây ), phận nối đất dây dẫn liên hệ hai bé phËn víi Cét thu sÐt cã thĨ 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 điện sét vào hệ thống nối đất trạm làm tăng thiết bị đợc nối đất chung với hệ thống nối đất 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 Tác dụng bảo vệ hệ thống thu sét chỗ tËp trung ®iƯn tÝch ë ®Ønh bé phËn thu sÐt, tạo nên điện trờng lớn với đầu tia tiên đạo Do thu hút phóng điện sét hình thành khu vực an toàn bên díi, chung quanh hƯ thèng thu sÐt Bé phËn nèi ®Êt cđa hƯ thèng thu sÐt cÇn cã ®iƯn trë nối đất bé để việc tập trung điện tích cảm ứng 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 Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp 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 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 tõ kim thu sÐt ®Õn hƯ thèng lèi ®Êt ®Ĩ 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 trình : rx = 1,6 ( h - hx ) h 1+ x h (1-1) Trong ®ã : - 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 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 - Khi hx h ≤ h ≥ hx ; rx = 1,5h (1 - 0,8h ) (1-2) hx = 0,75h (1 - h ) (1-3) ; rx Sinh viªn : PHïNG HUY §IỊM H7 HƯ THèNG §IƯN §å ¸N TèT NgiƯp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Các công thức dùng trờng hợp cột thu sét cao tới 30m Khi cột có độ cao 30m phải nhân theo hệ số hiệu chỉnh P với P = dùng hoành độ 0,75h.P 1,5h.P 5,5 h hình vẽ Mặt phạm vi bảo vệ mức cao hx Hình 1.2 Phạm vi bảo vệ cột thu sét b Phạm vi b¶o vƯ cu¶ hai cét thu sÐt cã cïng độ cao Phạm vi bảo vệ hai cột thu sÐt cã kÝch thíc lín h¬n nhiỊu so víi tỉng số 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 cã 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 : h- h0 a = h0 a =h- (1-4) Mặt cắt thẳng đứng qua hai cột thu sét phạm vi bảo vệ cho hình ( 1-3): Sinh viên : PHïNG HUY §IỊM H7 HƯ THèNG §IƯN Trêng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp Hình Phạm vi bảo vệ cột thu sét có độ cao c Phạm vi bảo vệ cột thu sét có độ cao khác Cét cã ®é cao h1 Cét cã 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: a 7p h0 =hCách vẽ phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có chiều cao khác đựoc trình bày ( hình - ) Trớc tiên vẽ phạm vi bảo vệ cột cao, sau qua đỉnh cột thấp vẽ đờng 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 cét cã ®é cao b»ng ( h2 ) víi khoảng cách a/ Khoảng cách cột với cột giả định L Khi : a= a - ∆L NÕu h2 > h1 Th×: ∆L = 0.75 h1( 1- h2/h1) NÕu h2 ≤ h1 Thì: L =1,5 h1 (1- h2/ h1) d.Phạm vi bảo vệ nhiều cột thu sét Khi công trình cần đợc bảo vệ chiếm khu vực rộng lớn, dùng vài 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 cét thu sÐt - = h - hx : độ cao hiệu dụng cột thu sét, phần vợt cao so với mức cao hx Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp Khi cột thu sét bố trí cần phải kiểm tra điều kiện bảo vệ an toàn cho cặp ba cột đặt gần Nếu độ cao vợt 30m điều kiện bảo vệ (1-5) đợc hiệu chØnh theo D ≤ (h- hx ) p = p Khi xét nhóm cột bảo vệ gồm có ba cột hợp với thành tam giác có ba cạnh a, b, c D ®ỵc tÝnh nh sau : a.b.c D = p( p − a)( p − b)( p − c) (m) Trong : p nửa chu vi tam giác ABC (1 - 7) a+b+c P= a) b) H×nh a.Phạm vi bảo vệ cột thu sét b.Phạm vi bảo vê cột thu sét !.3.2 Các thiết bị trạm nhiệm vụ tính toán : a Kích thớc trạm : Trạm có kÝch thíc : ChiỊu dµi : 50m ChiỊu réng : 35m PhÝa 110 kV cã : Hai lé 110 kV dẫn điện vào trạm Thiết bị phân phối cao áp gåm hai hƯ thèng gãp cã chiỊu dµi 18,5 m Hai maý biến áp có độ cao m Chiều cao xà kéo dây cao 11 m Chiều cao góp cứng 8m Nhà điều khiĨn cao 5m , chiỊu dµi 27 m , chiỊu rộng m đặt thiết bị phân phối, thiết bị dự phòng thiết bị điều khiển toàn trạm Các thiết bị khác nh dao cách li, máy cắt nằm dới hai hệ thống góp nên ta không cần xét đến *Nhiệm vụ phải bố trí cột thu sét mặt trạm cho đảm bảo chống sét đánh trực tiếp cho tất thiết bị trạm Bao gồm : dự tính số lợng, vị trí đặt cột thu sét, độ cao cột Phạm vi bảo vệ cột, phạm vi bảo vệ tơng hỗ cột phạm vi bảo vệ toàn hệ thống thu sét *Ta bố trí phơng án nh sau: Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp 1.4 Vạch phơng án tính toán phơng án 1.4.1 Phơng án 1: *Trong phơng án ta bố trí cột thu sét A,B,C ,D đặt trực tiếp xà đỡ dây cột E,F đặt nhà đIều khiển Vị trí cột nh hình vẽ 1.7 a.Tính ®é cao cđa cét phÝa 110 kV +§é cao cđa thiết bị cần bảo vê hx = 11 m -Xét nhóm cột ABCD Các cột tạo thành hình chữ nhật với khoảng cách cột : AD = BC =18,5 m AB = CD = 27 m §Ĩ cho toàn diện tích giới hạn đỉnh cột đợc bảo vệ : D Trong : D: đờng kíng đờng tròn ngoại tiếp tứ giác ABCD : độ cao tác dơng cđa c¸c cét 2 Ta cã D= AB + AD = 27 +18,5 = 32,73 m 2 D Ta cã : ≥ 32,73 ≥ 4,09 Vậy độ cao tác dụng nhỏ đảm bảo phạm vi bảo vệ 4,09 m Độ cao cột thu lôi tối thiĨu lµ : h1= +hx = 4,09 + 11 = 15,09 m Do ®ã ta chän chiỊu cao cột thu sét A,B,C,D 15,5 m b.Tính độ cao cột phía máy biến áp nhà điều khiển +Độ cao thiết bị cần bảo vƯ lµ : hx = 5m -XÐt nhãm cét CDEF Bốn cột tạo thành hình chữ nhật với khoảng cách cột : DE = CF = 25,5 m EF = CD = 27 m Để đảm bảo toàn diện tích giới hạn đỉnh cột đợc bảo vệ : D Trong : D đờng kính đờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật CDEF 2 D = CF + CD = 25,5 + 27 =37,14 m : độ cao tác dụng cột 2 D 37,14 ≥ ⇒ 4,64 Vậy độ cao tác dụng tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ 4,64 m Độ cao tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vƯ lµ: h2 =hx + = + 4.64 = 9,64 m VËy ta lÊy ®é cao cđa cét EF 10 m Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp Kết luận : Toàn trạm ta bố trí cột thu sét Bên phía máy biến áp nhà điều khiển để đảm bảo an toàn ta bố trí cột E F có độ cao 10 m Bốn cột A,B,C,D có độ cao 15,5 m Tính toán phạm vi bảo vệ Phạm vi bảo vệ cột cao 15,5 m lµ: 2 Ta cã : h = 15,5 = 10.33 m hx = 11 m > h Vậy nên bán kính bảo vệ cột đợc tính theo công thức : hx rx = 0,75 h0 ( - h ) 11 15,5 = 0,75 15.5 ( ) = 3,375 m Phạm vi bảo vệ cột cao 10 m lµ : 2 Ta cã : h = 10 = 6,667 m hx = m < h VËy b¸n kÝnh bảo vệ cột đợc tính theo công thức : hx rx = 1,5 h ( 1- 0.8h ) = 1,5 10 (1 - 0, ,8.10 ) =5,625 m Phạm vi bảo vệ tơng hỗ cột A vµ B lµ : Ta cã : h = 15,5 m Khoảng cách cột : a = 27 m Víi 7h = 15,5 = 108,5 m a h0 hx r = 0.75 h ( 1- h0 ) 0x = 0,75 11,643 ( = 0,482 m 11 11,643 ) Sinh viªn : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 10 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp Độ lín nhÊt xt hiƯn lóc δmax vµ v = m/s Ta có phơng trình: max ( ) 180 34,7.10 −3 180 2.87,645 2.10 −6 19,2.10 −6 ( 40 − 25) − = 106 − − 24.12,376.10 −6.δ θ2max 24.12,376.10 −6.106,04 12,376.10 −6 ⇒ δ2θmax ( δθmax – 8,25 ) = 123883,444 Giải phơng trình ta có: max = 53 N/mm2 Độ võng dây là: f dd = l kv g 8δ θ max = 180 2.34,7.10 −3 = 2,654m 8.53 + Độ cao trung bình dây dÉn pha A lµ : hdd(tb) = hdd - fdd hdd(tb) = 14,2 - 2,654 = 12,43 (m) + Độ treo cao trung bình d©y dÉn pha (B,C) hdd(tb) = hdd - fdd (m) (3-7) hdd(tb) = 11,2 - 2,654 = 9,43 (m) Tỉng trë sãng cđa d©y dẫn đợc tính theo công thức 2.h dd ( tb ) Zdd = 60.ln rdd (Ω) (3-8) a Tæng trë sãng cđa d©y dÉn pha A : 2.12,43 −3 Zdd = 60.ln 6,75.10 = 492,688 (Ω) b Tæng trë sãng dây dẫn pha B pha C : 2.9,43 Zdd = 60.ln 6,75.10 = 476,155 (Ω) Tæng trở sóng dây chống sét : a Khi không cã vÇng quang : 2.h cs( tb ) Zcs = 60.ln rcs (Ω) (3-9) 2.16,684 −3 Zcs = 60.ln 5,7.10 = 520,49 (Ω) b Khi cã vÇng quang : Do ảnh hởng vầng quang điện làm điện dung tăng lên làm tổng trở sóng giảm ta phải chia cho hệ số hiệu chỉnh Đờng dây 110 kV dùng dây chống sét treo toàn tuyến Tra bảng 3-3 sách hớng dẫn thiết kÕ KT§CA ta chän λ = 1,3 Z cs = 520,49 = 400,379 1,3 Ω (3-10) VËy ta cã : Zcs(vq) = Hệ số ngẫu hợp dây dẫn với dây chống sét : Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp Hình - Hệ số ngẫu hợp dây dẫn dây chống sét đợc xác định theo công thức : D2 K d 2K 2h ln r2 K= ln (3-11) Trong đó: D2K d2K khoảng cách đợc biểu thị hình vẽ (3-2) D2K= (l xà ) + (h cs( tb ) + h dd ( tb ) ) (m) (3-12) (l xµ ) + (h cs(tb) _ h dd(tb) ) d2K = (m) - L xµ : lµ chiỊu dµi xµ treo dây dẫn - h2 r2 chiều cao trung bình bán kính dây chống sét - h2 = hcs(tb) = 16,684 (m) ; r2 = 5,7.10-3 (m) a TÝnh hƯ sè ngÉu hỵp cđa pha A víi d©y chèng sÐt Ta cã : hdd(tbA = 12,43 (m) - Chiều dài xà treo dây A: Ta có: αA =230 ChiỊu cao tõ cét thu sÐt ®Õn pha A: 18- 14,2= 3,8 (m) Gäi chiỊu dµi xµ lµ X ta cã: X 3,8 = X 3,8 = tgα tg23 X=1,613 m Vậy ta tính đợc giá trị D2A d2A: D2A = 1,613 + (16,684 +12,43) 1,6132 + (16,684 - 12,43) = 29,16 (m) d2A = = 4,55 HƯ sè ngÉu hỵp cđa pha A lµ : 29,16 4,55 2.16,684 ln 0,0057 ln (m) 1,858 8,675 KA = = = 0,214 Khi có ảnh hởng vầng quang hệ số ngẫu hợp cđa pha A lµ : KAvq = KA.λ = 0,214.1,3 = 0,278 b TÝnh hƯ sè ngÉu hỵp cđa pha B C dây chống sét ta có : hdd(tb) B,C = 9,43 (m) ; + TÝnh chiÒu dài xà treo dây B , C Ta có góc bảo vệ pha B, C B = C = 200 ChiỊu cao tõ cét thu sÐt ®Õn pha B, C là: 18 11,2 = 6,8 m Sinh viên : PHïNG HUY §IỊM H7 HƯ THèNG §IƯN 41 Trêng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp Gäi chiỊu dµi xµ lµ L ta cã: L 0,8 tg 200 = ⇒ L = 6,8 tg 200 = 2,475m VËy ta cã chiỊu dµi xµ lµ 2,475m VËy ta tính đợc giá trị D2B,C d2B,C : D2B,C = 2,475 + (16,684 + 9,43) = 26,231 (m) d2B,C = 2,475 +(16,684 - 9,43) = 7,665 (m) Hệ số ngẫu hợp pha B,C : 2 26,231 7,665 2.16,684 ln 5,7.10 _ = 0,142 KB,C = ln (m) Khi cã ¶nh hëng cđa vầng quang, hệ số ngẫu hợp pha B C sÏ lµ: KB,Cvq = KB,C λ = 0,142.1,3 = 0,184 3.3 Tính toán tiêu 3.3.1 Xác định tổng số lần sét đánh vào đờng dây năm với chiều dài 100 Km N = (0,6ữ 0,9).h.L.nngs.10-3 (lần/100Km năm) Theo số liệu ta cã: N= (0,6÷0,9) 16,684 110,95 10-3 N= ( 95,1÷ 142,65 ) (lần /100Km năm) Ta chọn khả nguy hiểm có vùng xảy nhiều sét để tính Ta lấy giá trị N= 142,65 (lần/100 Km năm ) tổng số lần sét đánh vào đờng dây 3.3.2 Tính suất cắt sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn (n cđ ) Ta có: ncđ = N V Vpđ - Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: h cs lg Vα = (α 90 ) - (3-13) Trong : - góc bảo vệ dây chống sét dây dẫn - hcs: chiều cao cđa d©y chèng sÐt ë cét (chiỊu cao cét điện) Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 42 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ ¸N TèT NgiƯp H×nh - Cã thĨ xem nơi sét đánh , mạch khe sét đợc ghÐp nèi tiÕp víi tỉng trë sãng cđa d©y dÉn có trị số : Zdd / (dây dẫn phÝa ghÐp song song ) V× tỉng trë sãng dây dẫn lớn ( Zdd = 400ữ500 ) nên dòng điện sét giảm nhiều so với sét đánh vào nơi có nối đất tốt Z0 Z Is Z + dd ≈ I= Is (3-14) K h e sÐt Is Is Zdd Is Zdd Hình - Từ ta tính đợc điện áp dây dẫn bị sét ®¸nh : I Z dd Udd = (3-15) Trong Zdd tổng trở sóng dây dẫn Nếu điện áp dây dẫn lớn mức cách điện xung kích chuỗi cách điện có phóng điện cách điện, gây cố ngắn mạch pha chạm đất N(1) sét : Udd U0,5 (3-16) U0,5 trị số phóng điện xung kích bế chuỗi cách điện I Z dd Vậy U0,5 Độ lớn dòng điện sét đủ lớn để gây lên phóng điện cách điện đờng dây là: 4.U dd I ≥ Z dd (3-17) VËy x¸c suÊt phãng ®iƯn lµ : 4.U 0, -4.U 0,5 26,1.Z dd Vpd = P {I ≥ Z dd }= e (3-18) Suất cắt sét đánh vào dây dẫn đợc xác định theo công thức : ncđ = Ndd Vpđ (3-19) Trong : - Ndd số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn chiỊu dµi 100 Km - Ndd = N.Vα - N tổng số lần sét đánh đờng dây chiều dài 100 Km năm - N= 142,65 lần/100 Km năm - V xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét xác định theo công thức (3-13) - xác suất hình thành hồ quang Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 43 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp -4.U 0,5 26,1.Z dd - Vpđ xác suất phóng điện Vpđ = e - Zdd tổng trở riêng dây dẫn đợc xác định theo công thức (3-8) h dd Zdd = 60ln rdd Trong ®ã : - hdd độ cao trung bình dây dẫn - rdd bán kính dây dẫn Đờng dây 110 kVđợc tính toán với dây dẫn AC-95 có : r = 6,75 mm = 6,75.10-3 m − 4.U , 26 ,1 Z dd (lÇn / 100 Km năm) Ta có : npđdd = N V e Theo c«ng thøc (3-20) ta cã nhËn xÐt : (3-20) 4.U 0,5 Khi chiều cao trung bình dây dẫn tăng Zdd tăng 26,1.Z dd giảm -4.U 0,5 26,1.Z dd dẫn đến e tăng (nghĩa Vpđ tăng), từ ta có ndd tăng Với lý nh vËy ta chän pha B (pha trªn ) làm pha tính toán cho suất cắt sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn Vì pha có góc lớn hdd lớn αA = 230 Zdd = 429,688 Ω TÝnh to¸n suÊt cắt sét đánh vòng qua dây chống sét vào pha A h cs Theo c«ng thøc (3-13): lg Vα = (α 90 ) - Víi : αA = 230 ; hcs = 18 (m) 23 18 90 Ta cã : lg Vα = - = -2,9158 VËy V = 0,0012 Tính xác suất hình thành hồ quang η : η = f(ELV) (3-21) η phơ thc vµo cờng độ điện trờng (Elv) đọc xác định theo công thøc : U fa l p® Elv = (kV/ m) Trong : - U pha giá trị hiệu dụng điện áp pha (kV) 110 Ufa = = 63,508 kV - lpđ chiều dài mạch phóng điện lấy chiều dài chuỗi sứ lpđ = 1,2m 63,508 1,2 Ta cã : Elv = = 52,92 (kV / m) Tra bảng (21-1) sách giáo trình KTĐCA dùng phơng pháp ngoại suy ta có = 0,61 Vậy ta có xác suất hình thành hồ quang = 0,61 -4.U 0,5 Tính xác suất phóng điện Vpđ = e 26,1.Z dd Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 44 Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Trong : - U0,5 trị số điện áp phóng điện xung kích bé chuỗi cách điện đờng dây Tra bảng sách hớng dẫn tốt nghiệp KTĐCA U0,5 = 660 kV Zddlà tổng trở sóng riêng dây dẫn pha B đà tính đợc Zdd (A) = 492,688 -4.U 0,5 26,1.Z dd 4.660 − 26 ,1.492 , 688 VËy xác suất phong điện Vpđ : Vpđ = e = e = 0,8144 Tổng số sét đánh vào đờng dây N = 142,65 (lần/100Km năm ) Elv = U fa l pđ (kV/ m) Thay giá trị V , , e -4.660 26,1.494,77 ,N vào công thức (3-21) ta có suất cắt sét đánh 4.660 26,1.492,688 vào dây dẫn : Ncd = N V,. e ncd = 142,65 0,0012 0,61 0,08144 = 0,085 lÇn/ 100 Km năm 3.3.3 Tính suất cắt sét đánh vào khoảng vợt: Tính suất cắt sét đánh vào khoảng vợt nh sau : Nckv = Nkv.Vpđ. (lần / 100 Km năm) : N kv số lần sét đánh vào khoảng vợt xác suất hình thành hồ quang Vpđ xác suất phóng điện Tính số lần sét đánh vào khoảng vợt ( Nkv) Nkv = Nc = N/2 Nc :Tổng số lần sét đánh khoảng cột N :Tổng số lần sét đánh vào đờng dây xét cho chiều dài 100 Km năm 142,65 Vậy Nkv đợc xác định : Nkv = Nc = = 71,325 (lần / 100 Km năm) Tính xác suất hình thành hồ quang mục 3-3.2 áp dụng phơng pháp ngoại suy vào hàm = f(Elv) hình 3-5 ta đà tính đợc giá trị = 0,61 Tính xác suất phóng điện (Vpđ) Khi sét đánh vào dây chống sét khoảng vợt để đơn giản ta giả thiết sét đánh vào điểm khoảng vợt dòng điện sét chia hai phía nh hình vẽ (3-6) Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 45 Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Hình - cột dòng điện có giá trị at/2 giả thiết dòng điện sét có dạng xiên góc ta có phơng trình dòng điện sét : is = at nÕu t < ®s I nÕu t Tđs Ta tính toán cho giá trị a = 10,20,30,40,50,60,70,80,90,100 (kA/ µs) t = 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 (µs) ; Rc = 12 a- Điện áp đầu cột D hình (3-6) có trị số : at UD = R + Lccs at ) at a a cs dt = R + Lc = (t.R + Lccs) d( (3-23) Trong ®ã : - R điện trở nối đất cột điện - a độ dốc dòng sét (kA/ às) - Lccs điện cảm thân cột tính từ mặt đất lên đến dây chống sét - Lccs = hcs L0 ( Víi hcs = 18 m ) - L0 điện cảm thân cột có giá trị 0,6 (àH/m) Vậy : Lccs =18 0,6 = 10,8 (àH) b Điện áp xuất dây dẫn : Udd = Kvq UD + Ulv (3-24) Trong : - Ulv điện áp làm việc đờng dây Ulv đợc tính nh sau : T ∫ Ulv = T 2 U.sinωt.dt = Π U = 0,52U (KV) (3-25) Ulv = 0,52 110 = 57,2 (kV) Ud -là điện áp điểm D Kvq hệ số ngẫu hợp (khi kể đến ảnh hởng vầng quang) dây dẫn pha với dây chống sét c Điện áp đặt lên chuỗi sứ Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 46 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp Điện áp đặt lên chuỗi cách điện tổng đại số thành phần Ucđ = UD - Kvq.UD + Ulv (kV) = UD(1 - Kvq)+ Ulv (kV) a = (1 - Kvq)(t.R + Lccs) + Ulv (kV) (3-26) Đối với loại cột điện ta thiết kế hệ số Kvq pha B pha C bé so víi cđa pha A Kvq(B,C) = 0,184 < Kvq (A) = 0,287 Do tính toán ta tính víi pha B hc pha C VËy ta cã K vq=0,184 Thay trị số vào công thức (3-26) Lccs = 10,8 (µH) ; Ulv = 57,2 (kV) a Ta cã Uc® = (1 - 0,184 )(t.R +10,8 ) + 57,2 Uc® = 0,408 a.(t.R +10,8 ) + 57,2 (3-27) Giá trị Ucđ sét đánh vào khoảng vợt với độ dốc a thay đổi thời ®iĨm t kh¸c víi Rc = 12 Ω , ta lập đợc bảng sau (bảmg 3-1): Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 47 Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Bảng 3-1 a (kA/µs ) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 150,2 24 243,0 48 336,2 72 429,2 96 522,3 615,3 34 708,3 68 801,3 92 894,4 16 987,4 119,1 84 338,7 483,1 52 625,1 36 767,1 909,1 04 1051, 09 1193, 07 1335, 06 1477, 04 248,1 14 439,0 88 630,0 32 820,9 76 1011, 92 1202, 86 1393, 81 1584, 57 1775, 1966, 64 297,1 04 537,0 88 776,9 12 1016, 82 1256, 72 1496, 62 1736, 53 1976, 43 2216, 34 2456, 24 346,0 64 634,9 28 923,7 92 1212, 66 1501, 52 1790, 38 2079, 25 2368, 11 2656, 98 2945, 84 395,0 24 732,8 48 1070, 67 1408, 1746, 32 2084, 14 2421, 17 2740, 21 3097, 62 3435, 44 443,9 84 830,7 68 1217, 55 1604, 34 1991, 12 2377, 90 2764, 69 3151, 47 3538, 26 3925, 04 492,9 44 928,6 88 1364, 43 1800, 18 2235, 92 2671, 66 3107, 41 3543, 15 3978 4414, 64 541,0 94 1026, 61 1511, 31 1996, 02 2480, 72 2965, 42 3450, 13 3943, 83 4419, 54 4904, 24 590,86 1124,5 1658,1 2191,8 2725,5 3259,1 84 3792,8 4326,1 4860,1 5393,8 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® Upđcs sử dụng 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 hiĨm (Ii, ai) qua c«ng thøc : 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 phãng ®iƯn sÐt (a i, Ii) thc miỊn nguy hiĨm (MNH) cã thĨ viÕt Vp® = p {a,I∈MNH} hay dVp® = p{a = ai}.p{I ≥ Ii} −I i 26 ,1 Ta d· biÕt : p{I ≥ Ii} = e = VI Vi xác suất để dòng điện I lớn giá trị Ii Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 48 Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội p = {a = ai} ≈ P{ai - da ≤ a ≤ + da}= dVa Va xác suất để độ dốc a lớn độ dốc Va = P{a ≥ ai}= e −ai 10 , I Từ ta tính đợc : dVpđ = Vi dVa hay Vp® = −I i 26 ,1 ∫V I dVa −ai 10 , Víi VI = e , Va = e ta xác định Vpđ phơng pháp n V Ii Vpđ = Vai Với công thức tính toán đà trình bày , ứng với giá trị a ta cã b¶ng kÕt qu¶ ghi ë b¶ng sau - Bảng 3-3: Các giá trị ứng với R = 12 Dựa vào tính toán bảng 3-3 ta có giá trị Vpđ ứng với R = 12 i= Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 49 Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Bảng 3-3 a (kA/àS ) tpi 10 20 30 40 13,3 6,5 4,25 3,19 Ii (kA) 133 VIi 0,004 68 Vai 0,399 Vai= Vai -Vai+1 VIi V 50 2,55 125, 130 127,5 112,6 25 0,007 0,007 0,00 0,0059 83 0,063 0,025 0,01 0,1596 60 70 80 90 100 2,1 1,8 1,43 1,25 1,1 122,6 127 114,4 110,7 0,009 0,010 0,012 5 0,001 0,000 0,004 65 110 0,014 0,000 26 0,014 0,000 0,239 0,0958 0,038 0,015 0,00 0,002 0,000 0,000 0,000 39 16 0,000 1,12 10-3 0,56.1 0-3 0,27 10-3 0,022 0,009 0,005 0,002 10-3 10-3 10-3 3.10-3 0,001 5.10-3 10 ∑V Ii 0,115 0.05 10-3 10-3 V Vpđ = = 2,163.10-3 Tính suất cắt sét đánh vào khoảng vợt Ta tính theo công thøc sau nkv = Nkv.Vp® η - Víi ®iƯn trë nèi ®Êt Rc= 12 Ω nkv = 71,325 2,163.10-3 0,61 = 0,094 (lần / 100 Km năm) 3.3.4 Tính suất cắt sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột (n c) Tính suất cắt sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột ( nc) 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 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): i =1 Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 50 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp 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 điện sét vào đất qua nối đất cột 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 phận nối đất cột điện icRc Trong : - Rc điện trë cét ®iƯn ( Rc = 12 Ω) - ic dòng điện sét vào thân cột * Thành phần từ điện cảm ứng, ý nghĩa giống nh có sét đánh xuống đất Trong trờng hợp thành phần từ điện áp cảm ứng đợc biểu thị dạng tổng điện áp gây dòng điện cột khe phãng ®iƯn sÐt : dic dis Uc(t) = lcdd dt + Ndd (t) dt (3-31) Trong ®ã : - HƯ số Lcdd : 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 trÝ cét (m ) * Hµm sè Mdd (t) lµ 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 : V t + H (1 + β) H ∆h H h - 2hdd ln ∆ +1 ] Mdd(t) = 0,2 hdd[ ln (3-32) - hdd : độ treo cao dây dẫn ë cét (m) - H = hc + hdd - ∆h = hc - hdd - hc : ®é cao cđa cét ®iƯn (m) - V = β c Víi : + C vận tốc truyền sóng không khí C = 300 m/ às Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN 51 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ áN TốT Ngiệp + V vận tốc phát triển phóng điện ngợc khe sét + tốc độ tơng đối phóng điện ngợc dòng điện sét ; lấy = 0,3 Do ®ã : V = β c = 0,3 300 = 90 (m/ µs) dic + dt lµ tốc độ biến thiên dòng điện cột, biến thiên có thay đổi trớc sau có phản xạ từ cột lân cận dis + dt = a độ dốc sóng sét (kA/ às) 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) K vq − hcs hdd Uc® (t) = (1Trong ®ã : (V t + hc )( (V t + ∆h)(V t + H ) 0,1a.hdd ) β (1 + β ) hc ∆h H ln[ (3-34) K vq hcs hdd - (1) 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 β =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.λ ( Kvq lµ hƯ sè sÐt ngÉu hợp có xét vầng quang, hệ số hiƯu chØnh vÇng quang λ =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 Ucs (t) thành phần Kvq.Ucs(t) Với Kvq đà giải thích Ucs(t) đợc xác định công thức dic Ucs(t) = R ic.+ L dt + a Mcs(t) cs c (3-35) Trong : - 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 chèng sÐt ®Êt : dis a M (t) =M (t) dt cs cs - 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 V t + 2hc Mcs(t) = 0,2.hc.[ln 2hc (1 + β ) +1] (3-36) Điện áp làm việc đờng dây nh đà tính phần 3-5 tính suất cắt sét đánh vào khoảng vợt ta có Sinh viên : PHïNG HUY §IỊM H7 HƯ THèNG §IƯN 52 §å áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Π U®m Ulv = Víi Uđm điện áp định mức đờng dây, Uđm = 110 kV Π 110 VËy Ulv = = 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 : Uc® (t) = ic.R + Uc®(t) + Uct (t) - Kvq Ucs(t) + Ulv (3-37) di s dic Hay : Ucđ (t) = ic.R + U (t) + L dt + Mdd(t) dt - Kvq - Ucs(t) +Ulv đ c dd c (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 K vq hcs Uc®(t) = (1- hdd Trong ®ã : - KvqA = 0,278 ; - hcs = 18 (m) ; - hdd =14,2 (m) ; Thay sè vµo ta cã : (V t + hc )( (V t + ∆h)(V t + H ) 0,1a.hdd ) β (1 + β ) hc ∆h H ln[ ] H = hcs + hdd = 32,2 (m) ∆h = hcs - hd = 3,8 (m) β = 0,3 V = β c = 0,3 300 = 90 (m/ µs) 0,278.18 0,1a.18 14,2 ) 0,3 (90.t +18)( (90.t + 3,8)(90.t + 32,2) (1 + 0,3) 18 3,8.32,2 Uc®(t) = (1 ln[ Ucđ(t) = 3,886.a.ln(0,267.t +0,0535) (90t +3,8)(90t +32,2) * Thành 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) di s Ucs(t) = ic R +Lccs dt + a.Mcs(t) Víi: L = L0.hcs = 0,6.18 = 10,8 cs c ] ( kV) (µH) V t + 2hc Mcs(t) = 0,2.hc [ln 2hc (1 + β ) +1] Trong ®ã : hc = hcs = 18 (m) ; V = 90(m/ µs) ; β = 0,3 VËy Mcs(t) = 0,2.18 [ln 90.t + 2.18 2.18.1,3 +1] = 3,6 [ln 90.t + 2.18 46,8 Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN +1] 53 Đồ áN TốT Ngiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội ic dòng điện sét cột trớc sau phản xạ có khác * Thành phần điện áp Uc(t) kV: di s dic dic dd dt dt + Mdd(t) dt = Lc + Mdd(t).a (kV) Uc (t) = Lcdd C¸c gi¸ trị đà giải thích mục phần III môc 3-6 Lcdd = L0.hdd = 0,6 14,2 = 8,52 (µH) V t + H (1 + β).H ∆h H 2hdd ln ∆ + 1] h - Mdd (t) = 0,2 hdd [ln Thay giá trị H, V, ∆h, hdd, β ta cã 90.t + 32,2 (1 + 0,3).32,2 Mdd(t) = 0,2 14,2 [ln = 2,84 [ ln( 2,15.t + 0,77) + 0,714] 3,8 2.14,2 32,2 ln 3,8 + 1] dic - dt độ dốc biến thiên dòng điện cột , biến thiên có thay đổi 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 : Ucđ (a,t) = Ulv + Uc(t) + ic.R + Lcdd cs c dic dt + a Mdd(t) - Kvq[ic.R + dic dt + a Mcs(t)] (kV) +L Uc® (a,t) = Ulv + Uc®(t) + ic.R(1- Kvq) + a( Mdd(t) - Kvq Mcs(t) ) + dic + dt (Lcdd - Kvq Lccs) dic Trong trêng hợp ic dt đợc tính theo hai trờng hợp : 2l Trớc có phản xạ từ cột lân cận bị sét đánh t c : - với c tốc độ truyền sóng c = 300 m/ µs 2l 2.180 - l lµ chiỊu dµi khoảng vợt l = 180 m nên c = 300 = 1,2 (às) dic Để tính toán dòng điện cột dt ta vẽ sơ đồ thay trờng hợp ( hình 3-11) Sinh viên : PHùNG HUY §IỊM H7 HƯ THèNG §IƯN 54 ... 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... 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... nối đất tản dòng điện sét xuống đất để đảm bảo dòng điện thiết bị chống sét có trị số bé Trong việc bảo vệ điện áp, nối đất trạm biến áp, cột thu lôi, đờng dây thiết bị chống sét quan trọng Trong