- - -   - - - Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp_Tính tốn tiêu bo v chng sột ng dõy đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp chơng2: tính toán tiêu bảo vệ chống sét đờng dây Đờng dây HTĐ lm nhiệm vụ truyền tải điện đến hộ dùng điện Đờng dây l phần tử phải hứng chịu nhiều phóng điện sét so với phần tử khác HTĐ Khi đờng dây bị phóng điện sét biên độ dòng sét lớn tới mức lm cho điện áp xuất lớn điện áp phóng ®iƯn xung kÝch cđa c¸ch ®iƯn sÏ dÉn ®Õn phãng điện v gây ngắn mạch đờng dây, buộc máy cắt đầu đờng dây phải tác động Nh việc cung cấp điện bị gián đoạn Nếu điện áp nhỏ trị số phóng điện xung kích cách điện đờng dây sóng sét truyền từ đờng dây vo trạm biến áp v dẫn tới cố trầm trọng trạm biến áp Vì bảo vệ chống sét cho đờng dây phải xuất phát từ tiêu kinh tế kết hợp với yêu cầu kỹ thuật v yêu cầu cung cấp điện đờng dây 2.1- lý thuyết tính toán 2.1.1- Phạm vi bảo vệ dây chống sét Phạm vi bảo vệ dây chống sét đợc thể nh ( hình 2-1 ) Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Dây chống sét 0,2h h hx 0,6h 1,2h hx Hình 2-1: Phạm vi bảo vệ dây chống sét Chiều rộng phạm vi bảo vệ mức cao h2 đợc tính theo công thức sau: + Khi hx > 2/3h th× bx = 0,6h (1-hx/h ) (2 1) + Khi hx ≤ h th× bx = 1,2h (1- hx/0,8h (2 2) ChiỊu dμi cđa ph¹m vi bảo vệ dọc theo chiều di đờng dây nh hình (2 ) Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp A C B Hình 2-2: Góc bảo vệ dây chống sét Có thể tính toán đợc trị số giới hạn gãc α lμ α = 310, nh−ng thùc tÕ thờng lấy khoảng = 20 ữ 250 2.1.2- Xác suất phóng điện sét v số lần cắt điện sét đánh vo đờng dây Với độ treo cao trung bình dây (dây dẫn dây chống sét ) l h, đờng dây thu hút phía phóng điện sét dải ®Êt cã chiÒu réng lμ 6h vμ chiÒu dμi b»ng chiều di đờng dây (l) Từ số lần phóng điện sét xuống đất diện tích km2 ứng với ngy sét l 0,1ữ0,15 ta tính đợc tổng số lần có sét đánh thẳng vo đờng dây (dây dẫn dây chống sét) N=(0,6ữ0,9) h 10-3.l.nng.s (2 3) Trong đó: + h: độ cao trung bình dây dẫn dây chống sét (m) + l: chiều di đờng dây (km ) + nng s:số ngy sét /năm khu vực có đờng dây qua Vì tham số phóng điện sét : biên độ dòng điện (Is) v độ dốc dòng điện (a = dis /dt), có nhiều trị số khác nhau, Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp tất lần có sét đánh lên đờng dây dẫn đến phóng điện cách điện Chỉ có phóng điện cách điện đờng dây điện áp khí có trị số lớn mức cách điện xung kích đờng dây Khả phóng điện đợc biểu thị xác suất phóng điện ( Vp đ ) Số lần xảy phóng điện l: Npđ = N Vpđ = ( 0,6ữ0,9 ) h 10-3 l nng s Vpđ (2 4) Vì thời gian tác dụng lên điện áp khí ngắn khoảng 100 s m thời gian bảo vệ rơle thờng không bé nửa chu kỳ tần số công nghiệp tức l khoảng 0,01s Do có phóng điện cách điện l đờng dây bị cắt Đờng dây bị cắt tia lửa phóng điện xung kích cách điện trở thnh hồ quang trì điện áp lm việc đờng dây Xác suất hình thnh hồ quang ( ) phụ thuộc vo Gradien điện áp lm viƯc däc theo ®−êng phãng ®iƯn : η = ƒ(Elv) ; Elv = Ulv/lp® (kV/m ) Trong ®ã: + η: xác suất hình thnh hồ quang + Ulv: điện áp lm việc đờng dây ( kV ) + lpđ: chiều di phóng điện ( m) Do số lần cắt điện sét đờng dây l: Ncđ = Npđ = (0,6ữ0,9) h nng s vpđ (2 5) Để so sánh khả chịu sét đờng dây có tham số khác nhau, qua vùng có cờng độ hoạt động sét khác ngời ta tính trị số " suất cắt đờng dây" tức l số lần cắt sét đờng dây có chiều di 100km ncđ = ( 0,06ữ0,09) h nng s Vpđ (2 6) Đờng dây bị tác dụng sét ba nguyên nhân sau: + Sét đánh thẳng vo đỉnh cột dây chống sét lân cận ®Ønh cét Trang 10 ®å ¸n tèt nghiƯp Kü tht điện cao áp + Sét đánh vòng qua dây chống sét vo dây dẫn + sét đánh vo khoảng dây chống sét khoảng cột Cũng có sét đánh xuống mặt đất gần đờng dây gây điện áp cảm ứng đờng dây, nhng trờng hợp ny không nguy hiểm ba trờng hợp Khi đờng dây bị sét đánh trực tiếp phải chịu đựng ton lợng phóng điện sét, tính toán dây chống sét cho đờng dây với ba trờng hợp Cuối ta có số lần cắt sét đờng dây ncđ = nc + nkv + ndd (2 7) Trong ®ã: + nc : số lần cắt sét đánh vo đỉnh cột +nkv: số lần cắt sét đánh vo khoảng vợt + ndd: số lần cắt sét đánh vo dây dẫn 2.1.2.1 - Các số liệu chuẩn bị cho tính toán Đờng dây tính toán l = 150km (Ninh Bình H Đông) X đỡ kiểu thông, lắp cột bê tông đơn Dây chống sét treo đỉnh cột Dây dẫn đợc treo chuỗi sứ - 4,5 gồm bát sứ, bát sứ cao170mm Dây chống sét dùng d©y thÐp C-70 cã d = 11mm ; r = 5,5mm D©y dÉn dïng d©y AC-120mm cã d = 19mm; r = 9,5mm Khoảng vợt l 150m 2.1.2.2 - Xác định độ treo cao trung bình dây chống sét v dây dẫn Độ treo cao trung bình dây đợc xác định theo công thức: hdd = h 2/3f (2 Trong đó: + h: độ cao dây đỉnh cột hay khoá néo chuỗi sứ + f: độ võng dây chống sét hay dây dẫn Trang 11 8) đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật ®iƯn cao ¸p fdd = γ l2/ σ (2 9) γ = p/s =492/120 1000 = 0,0041 (p : khối lợng 1km dây AC- 120 ,p=492 Kg/Km ; s: tiÕt diƯn d©y AC-120 , s= 120 mm2.) σ : hệ số đờng dây nhiệt độ trung b×nh , σ = 7,25 1,5m 3m A 3m 16,2m C 1,75m 1,2m B 12m 9,0m Hình 2-3: Độ cao dây chống sét v dây dẫn l: chiều di khoảng vợt đờng dây = 150m fdd = 0,0041.1502/8 7,25 = 1,5905 m 1,6 m ta lấy fdd = 1,8 m fcs = 1,5 m §é treo cao trung bình dây dẫn theo (2-9) l: hddcs = hcs 2/3 fcs = 16,2 hddtbA = hddA 2/3 fdd = 12 hddtbB = hddB 2/3 fdd = 2/3.1,5 = 15,2m 2/3 1,8 = 10,8 m 2/3 1,8 = 7,8 m 2.1.2.3- Tỉng trë sãng cđa d©y chèng sÐt vμ d©y dÉn Zdd = 60.ln (2.hdd / r) ZddA = 60 ln [ ( 10,8) / (9,5 10-3 ) ] = 463,75 Ω ZddB = 60 ln [ ( 7,8 ) / ( 9,5 10-3 ) ] = 444,22 Ω Trang 12 (2 10 ) ®å án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Với dây chống sét ta phải tính tổng trở có vầng quang v vầng quang + Khi không cã vÇng quang: Zdcs =60 ln [ ( 15,2 ) / ( 5,5 10-3 )] = 517 Ω + Khi có vầng quang, ta phải chia Zdcs cho hệ sè hiƯu chØnh vÇng quang λ = 1,3 ( tra bảng 3-3 sách hớng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao ¸p) Zdvqcs = Zdcs / λ = 517/1,3 = 397,69 2.1.2.4 - Hệ số ngẫu hợp dây dẫn chống sét với dây pha Công thức (2 11) đợc xác định theo hình (2 4) d12 h2 (A ;B;C) D12 2' H×nh 2-4: PhÐp chiÕu gơng qua mặt đất D ln 12 d12 K= 2h ln r2 (2 − 11) Trong ®ã: + h2: độ cao trung bình dây chống sét + D12: khoảng cách dây pha v ảnh dây chống sét + d12: khoảng cách dây chống sét v dây pha Trang 13 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp + h1: độ cao trung bình cđa d©y dÉn pha + λ: hƯ sè hiƯu chØnh vầng quang ( = 1,3) Theo kết tính trớc ta cã: hddA = 10,8m ; hddB = hddC = 7,8m ; hddcs = 15,2m áp dụng định lý Pitago ta có khoảng cách từ dây chống sét đến dây pha v từ dây pha đến ảnh dây chèng sÐt nh− h×nh ( 5) Víi pha A: d12 = ( ID) + ( IA ) = 4,2 + 1,5 = 4,46m A 1,5m C B K 16,2m 9m 1,75m 12m 16,2m 4,2m D K D' Hình 2-5: Xác định khoảng cách theo phép chiếu gơng qua mặt đất D12 = ( IA ) + ( IE) = 1,5 + 24 = 24,046m Víi pha B,C: d12 = ( ID) + ( IB ) = 7,2 + 1,75 = 7,41m Trang 14 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp D12 = ( IB ) + ( IE ) = 1,75 + 18 = 18,08m Hệ số ngẫu hợp pha A v dây chống sét : áp dụng công thức (2 11): 24,5 4,46 = 0,19768 2.15,2 ln K= ln 5,5.10 −3 Khi cã vÇng quang: KA-csvq = KA-cs λ = 1,3 0,19768 = 0,257 HƯ sè ngÉu hỵp pha B (hoặc pha C )với dây chống sét: ln K B − cs = K C− cs = ln 18,08 7,41 = 0,1 2.15,2 5,5.10 −3 Khi cã vÇng quang : vq vq K B −cs = K C−cs = 0,1.1,3 = 0,13 2.1.2.5- Gãc b¶o vƯ cđa chèng sÐt Tõ h×nh (2 ) ta cã: 1,5 = 0,357 ⇒ α A = 19,65 4,2 1,75 tg α B = tg α C = = 0,243 ⇒ α B = α C = 13,66 7,2 2.1.2.6- Sè lần sét đánh vo đờng dây tg A = áp dơng c«ng thøc (2-4) víi l = 100km ; hddcs = 15,2 m ; nng.s= 70ngy/ năm ; mật độ sÐt = 0,15 Ta cã: N = 0,15 15,2 70 100 10-3 = 96 lần/ 100km năm Từ sở lý thuyết v kết ta tiến hnh tính toán suất cắt cho đờng dây với ba khả đà nêu đờng 110kV Trang 15 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp ⇒ V pd = ∫ V I dV a Bằng phơng pháp sai phân xác định đợc: n V pd = ∑ V Ii ΔV (2 i =1 VI = e Víi : −Ii 26,1 ;Va = e 34 ) −ai 10, Do tÝnh to¸n đờng cong thông số nguy hiểm ta tính với 10 giá trị a v I nên phải tiến hnh ngoại suy để phủ kín giá trị chúng Ta đợc kết nh bảng (2 ) Tính đợc Vp.đ = 0,00767 2.3.3- Tính suất cắt tổng sét đánh vo khoảng vợt đờng dây tải điện 110kV Suất cắt sét đánh vo khoảng vợt đợc xác định theo công thức: nkv = Nkv Vpđ (lần / 100km năm ) (2 35 ) Nkv = N/ = 96/ = 48 VËy: nkv = 48 0,00767 0,63 = 0,204 ( lần / 100km năm ) 2.4- tính suất cắt đờng dây110kV sét đánh vo đỉnh cột lân cận đỉnh cột Đối với đờng dây có dây chống sét bảo vệ, phần lớn sét đánh vo dây chống sét khoảng vợt v đánh vo khu vực đỉnh cột lân cận đỉnh cột Để đơn giản ta xét trờng hợp sét đánh đỉnh cột nh h×nh (2 12 ): Ics Ics I ≈0 Trang 28 ic ic ic đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 2.4.1- Lý thuyết tính toán Khi sét đánh vo đỉnh cột đờng dây có treo dây chống sét, ®a sè dßng ®iƯn sÐt sÏ ®i vμo ®Êt qua phận nối đất cột, phần lại theo dây chống sét vo phận nối đất cột lân cận Điện áp cách điện đờng dây sét đánh vo đỉnh cột có treo d©y chèng sÐt lμ: d d U cd (t ) = i c R c + L dd iC + M dd (t ) is + U d (t ) − kU cs (t ) + U lv ( c cu dt dt 36 Trong biĨu thøc trªn điện áp xuất cách điện gồm: + Thnh phần điện áp giáng điện trở v điện cảm cột dòng sét cột gây ra: i c R c + Ldd c d ic dt +Thnh phần điện điện áp cảm ứng xuất dây dẫn hỗ cảm dây dẫn v kênh sét gây ra: + M dd (t ) d is dt +Thnh phần từ cuả điện áp cảm ứng xuất dây dẫn hỗ cảm dây dẫn v kênh sét gây ra: + Ud cu +Thnh phần điện áp dòng điện dây chống sét gây ra, k l hệ số ngẫu hợp dây dẫn v dây chống sét : kUcs +Điện áp lm việc trung bình đờng dây : Ulv Trang 29 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Dấu trừ (-) thể điện áp ny ngợc dấu với thnh phần điện áp khác công thức (2 36).Vì thnh phần ny lm giảm điện áp cách điện bị sét đánh 2.4.1.1- Các thnh phần điện áp giáng điện trở v điện cảm cột dòng điện sét cột gây Các thnh phần điện áp giáng điện trở v điện cảm cột dòng điện sét cột v điện áp dây chống sét liên quan với chúngphụ thuộc vo điện áp cột v dây chống sét Để tính toán thnh phần ny dựa vo sơ đồ tơng đơng mạch dẫn dòng điện sét Ta chia lm hai tr−êng hỵp: a/ Tr−êng hỵp 1: Khi ch−a cã sãng phản xạ từ cột bên trở về: t 2.l kv v Trong : + lkv: l chiều di khoảng vợt + = c với: c l tốc độ ánh sáng ; : tốc độ phóng điện ngợc tơng đối dòng sét Sơ đồ tơng đơng mạch dẫn dòng điện sét nh hình ( 13 ) is ics ics ic Lcs c ic is H×nh ( Rc di M cs (t ) s dt vq Z cs 13 ): Sơ đồ tơng đơng mạch đẫn dòng sét cha có sóng phản xạ tới Trang 30 2ics đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trong sơ đồ dòng sét đợc coi nh nguồn dòng, thnh phần từ điện áp cảm ứng dây chống sét nh nguồn áp Mcs l hỗ cảm kênh sét v mạch vòng " dây chống sét - đất " h v.t + H H M cs (t ) = 0,2.h cs ⎜ ln − ln + 1⎟ ⎜ (1 + β).H h ⎟ Δh ⎝ ⎠ cs (2-37) Trong ®ã: +hcs : ®é cao d©y chèng sÐt ; hdd: ®é treo cao cđa d©y dÉn ; hc: ®é cao cña cét +H = hdd + hcs ; +Δh = hc - hdd ; +β : tèc ®é phãng ®iƯn ngợc tơng đối dòng sét Theo sách hớng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp ta có = 0,3 +ν = β.c víi c lμ tèc ®é ¸nh s¸ng c = 3.108 m/s = 300m/μs +Lccs ; Lcdd : l điện cảm cột từ mặt đất tới dây chống sét dây dẫn 2H Δh H L dd = 0,2.h dd ⎜ ln c ⎜ r + h ln Δh − ⎟ ⎟ ⎝ ⎠ td dd (2 38 ) Khi tÝnh cho d©y chèng sÐt ta chØ viƯc thay hdd bëi hcs rtd: Bán kính tơng đơng dây tiếp địa từ cột xuống cọc nối đất l dây dẫn dòng sét thân cột Từ sơ đồ thay dây chống sét đợc biểu thị tổng trở sóng dây chống sét, có xét đến ảnh hởng vầng quang Từ sơ đồ hình ( viết hệ phơng trình nh sau: Phơng trình mạch vòng(*) Phơng trình thÕ nót(**) vq ⎧ ⎫ ⎪i R + L cs di c + a.M (t ) + 2i Z cs = (*) ⎪ c cs s ⎨c ⎬ dt ⎪ i c + 2i cs = i s = a.t (**)⎪ ⎩ ⎭ Trang 31 13 ) ta đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Giải hệ phơng trình nyđợc kết l: vq Z cs ⎤ a ⎡ vq ⎢ Z t − M cs (t ) − ⎥ i c (t ) = vq ⎢ cs α1 ⎥ Z cs ⎣ ⎦ α1 = (2 39 ) (2 40 ) vq Z cs + 2.R c 2.L cs c vq di c a.Z cs = vq dt Z cs + 2.R c Tổng trở sóng dây chống sét Zcs đợc xác định bởi: 2.h tb cs Z cs = 60 ln rcs Trong ®ã: h tb = h cs − f cs cs ds rcs = §iƯn áp giáng dây chống sét Ucs (t) =ics (t).Zcs b/ Trờng hợp 2: Khi có sóng phản xạ từ cét bªn trë vỊ: t > 2lkv / v: Tr−êng hợp ny tính xác phải áp dụng phơng pháp đặc tính, để đơn giản ta tính gần ®óng tøc lμ cã thĨ thay d©y chèng sÐt b»ng ®iƯn c¶m tËp trung nèi tiÕp víi ®iƯn trë cđa đất hai cột bên cạnh nh hình ( 14 ) c 2is ic is Trang 32 c 2is Lcs c Rc di M cs (t ) s dt Lcs R cs đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Hình 14: Sơ đồ tơng đơng mạch dẫn dòng điện có sóng phản xạ tới Lcs : l điện cảm khoảng vợt dây chống sét khong kể đến ảnh hởng vầng quang Z o.cs i kv c L cs = (2 41 ) Trong ®ã: + Zo.cs : lμ tỉng trë sóng dây chống sét không kể đến ảnh hởng vầng quang + lkv : chiều di khoảng vợt + c : tốc độ ánh sáng c =300/s Từ sơ đồ ta xác a.[L cs M cs (t )] (1 − e −α t ) 2R di c a.[L cs − 2M cs (t )] = α e −α t dt 2R i c (t ) = = định đợc: (2 42) (2 − 43) 2R L cs + 2.L c cs 2.4.1.2-Thnh phần điện điện áp cảm ứng Khi dây chống sét: U d (t ) = cu (V t + h cv ) (V t + Δh )(V t + H ) 0,1.h dd a ln β (1 + β)2 Δh.H (2 − 44) Khi cã d©y chèng sÐt: ⎛ h U d (t ) = U d o (t ).⎜ − K cs cu cu ⎜ h dd ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ (2-45) Víi K lμ hƯ sè ngÉu hỵp dây dẫn với dây chống sét 2.4.1.3-Thnh phần từ điện áp cảm ứng: Độ dốc dòng sét a = (dic/dt) cã thÓ coi lμ mét h»ng sè dòng điện sét Do để tính thnh phần từ điện áp cảm ứng ta phải xác định Mdd(t) Trang 33 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp v.t + H h H − + 1⎟ M dd (t ) = 0,2 h dd ⎜ ln ln ⎜ (1 + β).H 2h Δh ⎟ ⎝ ⎠ dd (2 − 46) 2.4.1.4-X¸c định suất phóng điện Vpđ : Từ giá trị điện áp giáng chuỗi cách điện v từ đặc tuyến vôn giây chuỗi sứ ta có giá trị thời gian xảy phóng điện (ti) Biên ®é dßng ®iƯn sÐt nguy hiĨm sÏ lμ: Ii = ti Từ ta có xác suất phóng điện lμ: n V pd = ∑ V I i ΔV i =1 (2 − 47) SuÊt c¾t sÐt ®¸nh vμo ®Ønh cét: nc = Vp® Nc η 2.4.2-Trình tự tính toán Số lần sét đánh vo đỉnh cột lân cận đỉnh cột Nc =N/2 = 96/2 = 48 lần /100km.năm Xác suất hình thnh hồ quang: = 0,63 Xác định Vpđ : Để xác định Vpđ ta phải xác định điện áp đặt chuỗi cách điện sét đánh vo đỉnh cột lân cËn ®Ønh cét Rc = 20Ω Lcdd = Lo.hdd = 0,6.12 = 7,2H với Lo l điện cảm đơn vị dμi th©n cét v = β.c = 0,3.300 = 90 m/s l vận tốc phóng điện ngợc dòng điện sét (theo sách hớng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao ¸p ta cã β = 0,3 ; c lμ vËn tèc ¸nh s¸ng c = 300m/μs) Ulv vËn tèc trung bình đờng dây U lv = 2 110 = 57,17 kV Các thnh phần lại điện áp công thức ( thuộc vμo ®é dèc a, thêi gian t vμ ®é cao dây dẫn Trang 34 36 ) phụ đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 2.4.2.1- Điện áp giáng chuỗi cách điện pha A a/ Thnh phần điện điện áp cảm ứng: Thay công thøc( ⎛ K h cs U d ( t ) = ⎜1 − cu ⎜ hA ⎝ dd 43 ) vμo c«ng thøc ( 44 ) ta cã: ⎞ 0,1.h A a ⎡ ( v.t + h ) ( v.t + Δh ).( v.t + H ) ⎤ ⎟ dd ln c ⎢ ⎥ (2 − 48) ⎟ β ⎢ ⎥ (1 + β) h c Δh.H ⎣ ⎦ ⎠ Trong ®ã: +HƯ sè ngÉu hợp có ảnh hởng vầng quang pha A : KA-csvq = 0,257 (®· tÝnh ë 2.1.3.3 ) + hcs =hc =16,2m ; hdd = hddA = 12m H = hcs + hdd = 16,2+12 = 28,8m ; Δh = hcs hdd =16,2 12 = 4,2m β = 0,3 ;lÊy a = 10 ; t = 3μs Ta cã bảng (2 4) b/ Thnh phần từ điện áp c¶m øng: di di U t (t ) = L dd c + M dd (t ) s ; cu c dt dt Lcdd = Lo.hddA = 7,2μH ¸p dơng c«ng thøc ( 46 ) ta cã: 4,2 28,2 ⎞ ⎛ 90.3 + 28,2 − + 1⎟ = 8,95 M dd (t ) = 0,2.12.⎜ ln ln 4,2 ⎝ (1 + 0,3).28,2 2.12 ⎠ a =dis/dt : ®é dèc ®Çu sãng cđa sÐt dic/dt: tèc ®é biÕn thiên dòng điện thân cột có xét tới thay đổi trớc v sau phản xạ sóng sét từ cột lân cận trở c/ Điện áp dây dẫn gây dòng điện sét ®i d©y chèng sÐt K.Ucs(t).: U cs (t ) = i s R s + L cs c di c di + M cs (t ) c dt dt Lccs = Lo hcs = 9,72μH Trang 35 ®å ¸n tèt nghiƯp Kü tht ®iƯn cao ¸p - Ta phải tìm ic v dic /dt hai trờng hợp: + Trờng hợp 1: Trớc có sóng phản xạ từ cột lân cận l khoảng thời gian t ≤ 2.lkv /c (lkv = 150m lμ chiÒu di khoảng vợt ) t 2.150 /300 =1s Theo c«ng thøc ( 39 ) vμ ( 40 ) ta cã: vq Z cs ⎤ a ⎡ vq ⎢ Z t − M cs (t ) − ⎥ i c (t ) = vq ⎢ cs α1 ⎥ Z cs ⎣ ⎦ vq di c a.Z cs = vq dt Z cs + 2.R c ®ã : α1 = vq Z cs + 2.R c 2.Lcs c Nhận xét: Khi R; a; t thay đổi ic (t) v dic /dt thay đổi + Trờng hợp 2: Khi có sóng sét phản xạ từ cột lân cËn trë vỊ : §ã lμ thêi gian t > 2.lkv hay t > 2.150 /300 = 1μs Theo c«ng thøc ( i c (t ) = 42 ) vμ ( 43 ) ta cã: a.[L cs − M cs (t )] (1 − e −α t ) 2R (2 − 49) Vμ : di c a.[L cs − M cs (t )] = α e −α t 2R dt (2 − 50) Trong ®ã: α2 = 2.R c L cs + 2.L cs c = 2.20 = 0,144 257,19 + 2.9,72 ViÕt lại biểu thức điện áp chuỗi cách điện: d d U cd (t ) = i c R c + L dd iC + M dd (t ) is + U d (t ) − kU cs (t ) + U lv c cu dt dt Víi dis / dt = a ta cã : U cs (t ) = i c R c + L dd c Ta cã: Trang 36 di c + a.M cs (t ) dt đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp di c dd (L c − K L cs ) + a.( M dd (t ) + K M cs (t ) + U d (t ) + U lv c cu dt Víi K lμ hƯ sè ngÉu hỵp pha A với dây chống sét có kể đến ¶nh U cd (t ) = i c R c (1 − K ) + h−ëng cđa vÇng quang KA-csv q = 0,254 Thay sè vμo ta cã: U cd (t ) = i c R c (1 − 0,257) + di c (7,2 − 0,257.9,72) + dt (2 51) a.{M dd (t ) + 0,257.M cs (t )} + U d (t ) + 57,17 cu 2.4.2.2 - §iƯn áp giáng chuỗi cách điện pha B; C a/ Thnh phần Ucuđ(t) theo công thức (2-) v (2-) Víi β = 0,3; KB-csvq = 0,257 ; hdd = hddB = m ; H = hcs+ hddB = 16,2 + = 25,2m Δh = hcs- hddB = 7,2m ⎛ 0,172.16,2 ⎞ 0,1.a.9 ⎡ (90.t + 16,2) (90.t + 4,2).(90.t + 28,2) ⎤ U d ( t ) = ⎜1 − ln ⎢ ⎥ ⎟ cu ⎝ ⎠ 0,3 ⎢ ⎥ (1 + 0,3) 16,2 4,2.28,2 ⎣ ⎦ U d (t ) = 2,07.a ln ⎡(0,3t + 0,054) 8100.t + 2916t + 118,44 ⎤ cu ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ t b /Thμnh phÇn Ucu (t) : (2 − 52) Lcdd = L0hddB = 5,4μH U t (t ) = M dd (t ) cu di s di + L dd c c dt dt 90t + 28,2 7,2 28,2 ⎤ ⎡ − + 1⎥ M dd = 0,2.9 ⎢ln ln ⎣ (1 + 0,3).28,2 2.9 7,2 ⎦ M dd = 1,8[ln(2,45t + 0,77) − 0,05 ln 3,9 + 1] (2 − 53) (2 54) c / Thnh phần điện áp dây dẫn gây dòng điện sét dây chèng sÐt: k.Ucs(t) U cu (t ) = i c R c + L cs c di c di + M cs (t ) s dt dt Theo tÝnh toán pha A ta đà xác định đợc ; Lcs Trang 37 đồ án tốt nghiệp Theo công thức ( Kỹ thuật điện cao áp ) ta cã : 90t + 28,2 7,2 28,2 ⎤ ⎡ M cs = 0,2.16,2 ⎢ln − ln + 1⎥ ⎣ (1 + 0,3).28,2 2.16,2 7,2 ⎦ (2 − 55) M cs = 3,24.[ln( 2,45t + 0,77) − 0,22 ln 3,9 + 1] d/ Víi pha B,C ta cã : U cd B ( C) (t ) = i c R c (1 − 0,257) + di c (7,2 − 0,257.9,72) + dt a.{M dd (t ) + 0,257.M cs (t )} + U d (t ) + 57,17 cu 2.4.2.3- So sánh điện áp giáng chuỗi cách điện pha A vμ pha B ë cïng mét thêi gian t¸c ®éng vμ cïng mét ®é dèc cđa dßng ®iƯn sÐt, thời gian tác động v độ dốc dòng điện sét, chuỗi cách điện pha no có điện áp giáng lớn pha có xác suất phóng điện lớn Chọn thông số dòng điện sét tính toán : t = 3μs; a =10kA/μs a/ TÝnh to¸n víi pha A: Thay t v a vo công thức ( 52 ); ( 53 ) ; ( 54 ): U d (t ) = 146,5kV cu 4,2 28,2 ⎤ ⎡ 90.3 + 28,2 M dd (t ) = 0,2.12 ⎢ln − ln + 1⎥ = 6,63 (1 + 0,3).28,2 2.12 4,2 ⎣ ⎦ 4,2 28,2 ⎤ ⎡ 90.3 + 28,2 M cs (t ) = 0,2.16,2 ⎢ln − ln + 1⎥ = 9,23 ⎣ (1 + 0,3).28,2 2.16,2 4,2 ⎦ Thay t ; a ®· chän vμ R =20Ω vμo c«ng thøc ( i c (t ) = ( 39 ) vμ ( 40 ): ) 10 [257,19 − 9,23] − e −0,144.3 = 30,8kV 2.20 di c 10.e −0,144.3 = (257,19 − 2.9,23) dt 257,19 + 9,72 = 5,6kA / μs Thay c¸c gi¸ trÞ Uc−dd(t); Mdd(t) ; Mcs(t) ; ic(t) ; dic/dt vμo ( Uc®A (t) = (1-0,254).20.30,8+5,6.(7,2-0,254.9,72)+ Trang 38 0): ®å ¸n tèt nghiƯp Kü tht ®iƯn cao ¸p +10 (6,63+0,254 9,23)+146,5+57,17 = 716,3kV b/TÝnh to¸n víi pha B: ⎛ 16,2.0,13 ⎞ 0,1.10.9 ⎡ (90.3 + 16,2) (90.3 + 7,2).(90.3 + 25,2 ⎤ ln ⎢ U d ( t ) = ⎜1 − ⎥ ⎟ cu ⎝ ⎠ 0,3 ⎢ ⎥ (1 + 0,3) 16,2 7,2.25,2 ⎣ ⎦ = 124,15kV 25,2 ⎤ ⎡ 90.3 + 25,2 7,2 M dd (t ) = 0,2.9 ⎢ln − ln + 1⎥ = 5,236 1,3 + 25,2 2.9 7,2 ⎣ ⎦ 7,2 25,2 ⎤ ⎡ 90.3 + 25,2 M cs (t ) = 0,2.16,2 ⎢ln − ln + 1⎥ = 9,46 1,3.25,2 2.16,2 7,2 ⎣ ⎦ 10 (257,19 − 2.9,46) − e 0,144.3 i c (t ) = = 20,85 2.20 ( ) di c 10.e −0,144.3 = (257,19 − 2.9,46) dt 257,19 + 2.9,72 = 5,59 Thay c¸c giá trị vừa tính toán vo công thức ta có: UcđB(t) = (1-0,13)20.20,85+5,59(5,4- 0,13.9,72)+10(5,236+0,13.9,46) +124,15+57,17 = 631,9kV So sánh điện áp cách điện đờng dây bị phóng điện ta thÊy: Uc®A = 716,3kV > Uc®B = 631,9kV VËy với tham số dòng điện sét chuỗi cách điện pha A phải chịu điện áp lín h¬n so víi pha B vμ Pha C Do ®ã ta sÏ tÝnh x¸c st phãng ®iƯn sÐt đánh vo đỉnh cột với thông số kỹ thuật pha A 2.4.3-Tính xác suất phóng điện Trong biểu thøc tÝnh ic(t) vμ dic/dt ta ph¶i tÝnh tr−íc Mcs(t) với khoảng chia nhỏ thời gian (với t = 3μs) 90.t + 28,2 4,2 28,2 ⎤ ⎡ M dd (t ) = 0,2.12 ⎢ln − ln + 1⎥ = 6,63 (1 + 0,3).28,2 2.12 4,2 ⎣ ⎦ 90.t + 28,2 4,2 28,2 ⎤ ⎡ M cs (t ) = 0,2.16,2 ⎢ln − ln + 1⎥ = 8,41 ⎣ (1 + 0,3).28,2 2.16,2 4,2 ⎦ B¶ng (2 5): Giá trị tính toán Mcs(t) v Mdd(t) "với t = 3s " Trang 39 đồ án tốt nghiệp t(s) 0,5 Kỹ thuật điện cao áp 10 Mdd(t) 3,26 4,41 5,76 6,63 7,26 7,76 8,2 8,53 8,83 9,1 9,4 Mcs(t) 3,86 5,41 7,24 8,41 9,26 9,94 12 10 11 11,4 11,7 Tõ kÕt qu¶ b¶ng ( 2- ) ta tÝnh ic(t); dic/dt theo a vμ R víi kho¶ng thêi gian lμ t ≤ 1μs vμ t ≥ 1μs a/ Víi t ≤ 1μs ta tÝnh ic(t) ; dic /dt theo c«ng thøc (2 49) vμ c«ng thøc (2 50) i c (t ) = ⎡ vq 2.M cs (t ) ⎤ ⎢ Z cs t − ⎥; vq α1 ⎦ Z cs + 2R c ⎣ i c (t ) = 2.M cs (t ) ⎤ a ⎡ ⎢397.t − 22,5 ⎥ 387 + 2.20 ⎣ ⎦ a α1 = 397 + 2.20 = 22,5 2.9,72 vq di c a.Z cs a.397 = = = 0,908.a vq 397 + 2.20 dt Z cs + 2.R c b/ Víi t 1s ta xác định ic(t) v dic /dt theo công thức ( 50) ta đợc kết ë b¶ng (2 i c (t ) = [ ) vμ b¶ng (2 49 ) vμ (2 ): ] a L cs−2.M cs ( t ) (1 − e −α t ) 2.R c α = 0,144 a [257,19 − M cs (t )].(1 − e −0,144.t ) 2.20 di c a, e −α t a.e −0,144.t = [L cs − 2M cs (t )] = dt L + 2L c 257,19 + 2.9,72 cs cs i c (t ) = Cho biên độ dòng sét nhận giá trị khác từ 10 đến 100kA tính đợc điện áp đặt lên cách điện đờng dây Kết tính đợc ghi ë b¶ng (2 8) Tõ b¶ng (2 8) vÏ då thị Ucd (t , a) v đặc tính (v - s) ta dợc giá trị Ti v số liệu tính toán bảng (2 Từ bảng (2 9) 9) ta tính đợc Vpđ = 0,0397 Tính suất cắt sét đánh vo đỉnh cột lân cận đỉnh cột: Trang 40 đồ án tốt nghiệp nc = Nc Vpđ Kỹ thuật điện cao áp (lần / 100km năm ) Nc = N / = 96 / = 48 VËy: n = 48 0,0397 0,63 = 1,2 ( lần / 100km năm ) 2.5- Tính suất cắt tổng sét đánh vo đờng dây tải điện 110kV Suất cắt ton đờng dây có sét đánh trực tiếp đợc xác định bởi: n = ndd + nkv + nđc (lần /100km.năm) Ta đà tính đợc suất cắt ndd ; nkv ; nđc phần trên: n = 0,03676 + 0,204 + 1,2 = 1,44 (lần/100km.năm) 2.6- Tính tiêu chống sét cho đờng dây tải điện110kV H Đông Phủ Lý Ninh Bình Chỉ tiêu chống sét cho đờng dây l số năm vận hnh an ton hai lần cố liên tiếp, ta đà tính đợc suất cắt đờng dây bị sét đánh Chỉ tiêu chống sét cho đờng dây H Đông Phủ Lý Ninh Bình có l = 150km l: m= 150 150 = = 0,77.1,5 = 1,04 (Năm / lần cố ) n 100 1,44 100 Nhận xét: Sau tính toán suất cắt cho đờng dây tải điện 110kV ta thấy: - Suất cắt đờng dây sét đánh vòng qua dây chống sét vo dây dẫn không phụ thuộc vo trị số điện trở nối đất cột điện, nhng lại phụ thuộc vo góc bảo vệ , để giảm số lần cắt điện sét đánh vòng qua dây chống sét vo dây dẫn phải giảm góc bảo vệ - Khi sét đánh vo khoảng vợt khả phóng điện cách điện đờng dây phụ thuộc vo trị số điện trở nối đất Nếu điện trở nối đất nhỏ khả phóng điện l sét đánh vo dây chống sét Trang 41 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp khoảng vợt gây sóng điện áp truyền cột điện, sóng ny gặp điện trở nối đất nhỏ nên điện áp vo phận nối đất đợc giảm thấp - Khi sét đánh vo đỉnh cột phần lớn dòng ®iƯn sÐt sÏ ®i vμo hƯ thèng nèi ®Êt cđa cột điện Phần lại theo dây chống sét ®i vμo hƯ thèng nèi ®Êt cđa cét ®iƯn bªn cạnh Do trị số điện trở nối đất ảnh hởng lớn đến trị số điện áp tác dụng lên cách điện đờng dây Vậy để giảm số lần cắt điện đờng dây sét phải giảm điện trở nối đất cột điện v tăng cờng cách điện cho đờng dây Trang 42 ... cột dây chống sét lân cận đỉnh cột Trang 10 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp + Sét đánh vòng qua dây chống sét vo dây dẫn + sét đánh vo khoảng dây chống sét khoảng cột Cũng có sét đánh xuống... vi bảo vệ dây chống sét đợc thể nh ( hình 2-1 ) Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Dây chống sét 0,2h h hx 0,6h 1,2h hx Hình 2-1: Phạm vi bảo vệ dây chống sét Chiều rộng phạm vi bảo. .. nhau, Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp tất lần có sét đánh lên đờng dây dẫn đến phóng điện cách điện Chỉ có phóng điện cách điện đờng dây điện áp khí có trị số lớn mức cách điện xung