đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 39 Chơng 3 bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp 110/35 kV. 3.1-Khái niệm chung. Trạm biến áp l một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải v phân phối điện. Đối với trạm biến áp 110/35kV thì các thiết bị điện của trạm đợc đặt ngoi trời nên khi có sét đánh trực tiếp vo trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề không những chỉ lm hỏng đến các thiết bị trong trạm m còn gây nên những hậu quả cho những ngnh công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện . Do vậy trạm biến áp thờng có yêu cầu bảo vệ khá cao. Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp ngời ta dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi. Tác dụng cuả hệ thống ny l tập trung điện tích để định hớng cho các phóng điện sét tập trung vo đó, tạo ra khu vực an ton bên dới hệ thống ny. Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vo hệ nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống ny thì trị số điện trở nối đất của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ngợc đến các thiết bị khác gần đó. Ngoi ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vo trạm ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý v đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 40 3.2- Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vo trạm biến áp. Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải đợc nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an ton của hệ thống bảo vệ. Hệ thống bảo vệ trạm 110/35kV ở đây ta dùng hệ thống cột thu lôi, hệ thống ny có thể đợc đặt ngay trên bản thân công trình hoặc đặt độc lập tùy thuộc vo các yêu cầu cụ thể. Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng đợc độ cao của phạm vi bảo vệ v sẽ giảm đợc độ cao của cột thu lôi. Nhng mức cách điện của trạm phải đảm bảo an ton trong điều kiện phóng điện ngợc từ hệ thống thu sét sang thiết bị. Vì đặt kim thu sét trên các thanh x của trạm thì khi có phóng điện sét, dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất v trên một phần điện cảm của cột, phần điện áp ny khá lớn v có thể gây phóng điện ngợc từ hệ thống thu sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi m mức cách điện không đủ lớn. Do đó điều kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh x của trạm l mức cách điện cao v trị số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ. Đối với trạm phân phối có điện áp từ 110kV trở lên có mức cách điện khá cao (cụ thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn v độ di chuỗi sứ lớn) do đó có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm v các kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi thì phải nối đất vo hệ thống nối đất của trạm theo đờng ngắn nhất sao cho dòng điện sét khuyếch tán vo đất theo 3 đến 4 cọc nối đất, mặt khác mỗi trụ phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất. Khâu yếu nhất trong trạm phân phối ngoi trời điện áp từ 110kV trở lên l cuộn dây máy biến áp vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa điểm nối vo hệ thống của cột thu lôi v điểm nối vo hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp l phải lớn hơn 15m theo đờng điện . đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 41 Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt khi có dòng điện sét chạy qua. Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng lm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện phải đợc cho vo ống chì v chôn trong đất. 3.3- Tính toán thiết kế, các phơng án bố trí cột thu lôi. Với yêu cầu thiết kế hệ thống chống sét cho trạm 110kV v dựa vo độ cao của các thiết bị ta có thể bố trí đợc các cột thu lôi v tính đợc độ cao của chúng. 3.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán. - Độ cao cột thu lôi: h =h x + h a (3 1) Trong đó: + h x : độ cao của vật đợc bảo vệ. + h a : độ cao tác dụng của cột thu lôi, đợc xác định theo từng nhóm cột. (h a D/8 m). (với D l đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột) - Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập l: )23()hh( h h 1 6,1 r x x x + = - Nếu h x 2/3h thì: ) h8,0 h 1.(h5,1r x x = (3 3) - Nếu h x > 2/3h thì: ) h h 1.(h75,0r x x = (3-4) Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn từng cột đơn cộng lại. Nhng để các cột thu lôi có thể phối hợp đợc thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn a 7h ( trong đó h l độ cao của cột thu lôi ). Khi có hai cột thu lôi đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột l h o v đợc xác định theo công thức: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 42 )( a hh o 53 7 = Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đờng nối hai chân cột l r xo v đợc xác định nh sau: )( h h , r o x xo 63 1 61 + = Hình (3 1 ): Trờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao bằng nhau . r x 0,2h h 1,5h 0,75h r xo r x h o =h-a/ 7 R h x 0 a - Trờng hợp hai cột thu lôi có độ cao khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo vệ đợc xác định nh sau: - Khi có hai cột thu lôi A v B có độ cao h 1 v h 2 nh hình vẽ dới đây: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 43 (Hình 3 2 ): Trờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao khác a ' 2 h 2 1 h 1 3 R a - Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h 2 , khi đó các khoảng cách AB = a; BC = a ' . Khi đó xác định đợc các khoảng cách x v a ' nh sau: )()hh.( h h , -ax-aa' )hh.( h h , x 73 1 61 1 61 21 1 2 21 1 2 + == + = Đối với trờng hợp khi có hai cột thu lôi cao bằng nhau ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột l h o : 7 a hh o = Tơng tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột B v C l: )hh.( h h , ah 7 a' hh o 21 1 2 22 1 61 + +== )hh.( h h , r xoxo + = 1 2 1 61 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 44 3.3.2- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp 110/35kV. - Trạm có diện tích l: 57 x 58,350m v bao gồm: + Hai máy biến áp T 1 v T 2 + 2 lộ 110kV v 6 lộ 35kV. - Độ cao các thanh x phía 110kV l 10m v 8m. - Độ cao các thanh x phía 35kV l 9m v 7m. - Ngoi ra trạm còn có 3 cột chiếu sáng cao 21m. 3.3.3- Trình tự tính toán. Trạm biến áp E35 Phủ Lý đợc hai đờng 110kV cấp, một đờng từ H Đông cấp về, một đờng từ Ninh Bình cấp lên, hai đờng 110kV ny đợc nối với nhau qua máy cắt liên lạc giữa hai hệ thống thanh góp. Trạm có cấp điện áp 110/35kV v có hai máy biến áp T 1 ; T 2 đợc nối với hai lộ đờng dây vo 110kV v sáu lộ đờng dây 35kV. Phía 110kV có hai hệ thống thanh góp v có máy cắt liên lạc. Sau khi khảo sát sơ bộ sơ đồ mặt bằng trạm, vị trí bố trí các thiết bị trong trạm v yêu cầu bảo vệ của mỗi thiết bị, ta đa ra hai phơng án đặt cột thu lôi nh sau: 3.3.3.1- Phơng án 1. - Các cột thu lôi phía trạm 110kV đợc bố trí độc lập l cột số 5 có độ cao l 21m; các cột số 1 đến số 4 đợc bố trí trên các thanh x có độ cao 10m v các cột ny có độ cao l 21m ( tính từ x đến kim thu sét l 6m, kim thu sét cao 5m) - Các cột thu lôi phía 35kV đợc bố trí trên các thanh x có độ cao 9m, cột cao thêm 7m, kim thu sét cao 5m l các cột số 6;7;8;9. Ngoi ra còn hai cột thu lôi độc lập cao 21m l cột số 10 v 11. Hình ( 3 3 ) đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 45 5 1 0 2 Hình (33): Đờng tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột thu Tính độ cao tác dụng của cột thu lôi: Để bảo vệ đợc một diện tích giới hạn bởi một tam giác (hoặc tứ giác) thì độ cao của cột thu lôi phải thoả mãn: D 8h a Trong đó: - D: L đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác ( hoặc tứ giác), tạo bởi các chân cột. đó l phạm vi m nhóm cột có thể bảo vệ đợc. - h a : L độ cao tác dụng của cột thu lôi. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi bao giờ cũng lớn hơn phạm vi bảo vệ của cột đơn cộng lại. Điều kiện để cho hai cột thu lôi có thể phối hợp đợc với nhau để bảo vệ đợc vật có độ cao h x no đó l: a 7h Với a l khoảng cách giữa hai cột thu lôi. - Xét nhóm cột 1;2;5. Phạm vi bảo vệ của nhóm cột ny l đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 1;2;5. (1 ữ 2 = 26m; từ điểm giữa 1 ữ 2 với 5 = 8,5m ) V đờng kính vòng tròn l: Xét tam giác (1;2;5) , ta có: (1;2)=26 m ; (0;5)=8,5 m, suy ra : m53,155,813)2;0()5;0()5;2( 2222 =+=+= Ta có công thức để tính đờng kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5): đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 46 )( )cp).(bp).(ap.(p. c.b.a r 83 4 = Trong đó: + p l nửa chu vi tam giác (1;2;5): 2 cba p ++ = + r l bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5). Thay số vo (3 8 ) ta có: Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5) l: 5328 2 5315531526 , ,, p = + + = m., ),,).(,,).(,.(,. ,.,. r 214 531553285315532826532853284 5315531526 = = Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5) l: D =14,2. 2 = 28,4m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 1;2;5 bảo vệ đợc hon ton diện tích giới hạn bởi chúng l: m., ,D h a 553 8 428 8 === - Xét nhóm cột (3;4;5) ta có: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột ny l đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 3;4;5. (3 ữ 4 = 17m; khoảng cách từ 5 đến (3 ữ 4)= 20,35m ). Đoạn (4 ữ 5): m.,, 9205204 22 =+= Đoạn (3 ữ 5): m.,, 272452013 22 =+= 31 2 272492017 = + + = ,, p m., ),).(,).(.(. ,.,. r 5512 272431920311731314 272492017 = = Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (3;4;5) l: D =12,55. 2 = 25,1m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 3;4;5 bảo vệ đợc hon ton diện tích giới hạn bởi chúng l: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 47 m., ,D h a 143 8 125 8 === - Xét nhóm cột (6;7;11) ta có: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột ny l đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 6;7;11. Có: (6 ữ 7) = 15m; (6 ữ 11) = 15m ); (7 ữ 11) = 15.1,41 = 21,2m 625 2 2211515 , , p = ++ = m., ),,).(,).(,.(,. , r 610 22162515625156256254 2211515 = = Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11) l: D = 10,6. 2 =21,2m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 6;7;11 bảo vệ đợc hon ton diện tích giới hạn bởi chúng l: m., ,D h a 652 8 221 8 === Vì tam giác (8;9;10)bằng tam giác (6;7;11) nên ta có độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 8;9;10 bảo vệ đợc hon ton diện tích giới hạn bởi chúng l: m., ,D h a 652 8 221 8 === Các cột 2;5;3. Có: (2 ữ 5) = 19m; (3 ữ 5) = 24m ); (2 ữ 3) = 28,85m 935 2 85282419 , , p = + + = m., ),,).(,).(,.(,. , r 7514 852893524935199359354 85282419 = = Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11) l: D = 14,75. 2 =29m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 2;5;3 bảo vệ đợc hon ton diện tích giới hạn bởi chúng l: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 48 m., D h a 63 8 29 8 === Qua tính toán độ cao tác dụng của các cột thu lôi, có thể lấy chung một giá trị độ cao tác dụng tối thiểu của cột thu lôi ton trạm l chiều cao tác dụng của nhóm cột no có giá trị lớn nhất. Do vậy ta lấy: h a = 3,6m. Tính độ cao cột thu lôi chọn kim thu sét: Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vo trạm biến áp đợc xác định bởi: Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi. + h x : độ cao của vật đợc bảo vệ. + h a : độ cao tác dụng của cột thu lôi. Đối với phía 110kV các thanh x cao 10m (h x = 10m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi l: h = h x + h a =10 + 3,6 = 13,6m. Vì chủng loại chung của cột ly tâm cốt sắt có độ cao 12m ;16 m, mặt khác do có các cột chiếu sáng có độ cao l 21m, nên ta chọn loại cột 16m. Kim thu sét ta chọn loại sắt ống có chiều cao l 5m. Do đó độ cao cột thu lôi l: h = 16 + 5 = 21m. Vậy độ cao bảo vệ phía 110kV l: 21m. Đối với phía 35kV các thanh x cao 9m (h x = 9m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi l: h = h x + h a =9 + 3,55 = 12,6m. Ta cũng chọn độ cao bảo vệ phía 35kV l: 21m. Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi: * Bán kính bảo vệ của cột thu lôi cao 21m: - Bán kính bảo vệ ở độ cao 10m: h x =10 m < 2/3 h = 14 m. Nên: m, ., ., h., h h.,r x x 7512 2180 10 12151 80 151 = = = - Bán kính bảo vệ ở độ cao 9m: [...]... thiểu để các cột (6;7;11) bảo vệ đợc hon ton diện tích giới hạn bởi chúng l: ha = D 18,75 = = 2,34m 8 8 Tơng tự ta có nhóm cột (8;9;10) có các giá trị nh nhóm cột (6;7;11): ha =2,34m Tính độ cao của cột thu lôi kim thu sét: - Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vo trạm biến áp đợc xác định bởi: Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi + hx: độ cao của vật đợc bảo vệ + ha: độ cao tác dụng... thuật điện cao áp h 9 rx = 1,5.h1 x = 1,5.211 = 14,625m 0,8.21 0,8.h - Bán kính bảo vệ ở độ cao 8m: h 8 rx = 1,5.h1 x = 1,5.211 = 16,5m 0,8.21 0,8.h - Bán kính bảo vệ ở độ cao 7m: h 7 rx = 1,5.h1 x = 1,5.211 = 18,375m 0,8.h 0,8.21 * Phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu lôi: - Xét cặp cột 1;2 Khoảng cách giữa hai cột l: a = 26m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai... 1,5.h o 1 0,8.h o Kỹ thuật điện cao áp 7 = 1,5.19,57.1 = 16,23m 0,8.19,57 Nhận xét: Quá tính toán ở trên ta vẽ phạm vi bảo vệ của hệ thống cột thu lôi cho ton trạm Cụ thể đợc trình by ở hình (3 Từ hình vẽ (3 5 ) 5 ) ta thấy rằng ton bộ các thiết bị của trạm đều nằm trong phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi Vậy với cách bố trí thu lôi nh phơng án I l đảm bảo về mặt kỹ thuật Bảng (3 1) v bảng... cột 16m Kim thu sét ta chọn loại sắt ống có chiều cao l 5m Do đó độ cao cột thu lôi l: h = 16 + 5 = 21m Vậy độ cao bảo vệ phía 110kV l: 21m Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 57 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp - Đối với phía 35kV các thanh x cao 9m (hx = 9m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi l: h = hx + ha =9 + 3,6 = 12,6m Ta cũng chọn độ cao bảo vệ phía 35kV l: 21m Tính phạm vi bảo vệ của các cột... bị của trạm đều nằm trong phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi Vậy với cách bố trí thu lôi nh phơng án I l đảm bảo về mặt kỹ thuật Bảng (3 6): Kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu lôi ở phơng án 2 Vị trí các cột h (m) hx (m) ha=h-hx rx (m) 1 21 10 11 12,75 1 21 8 13 16,5 2 21 10 11 12,75 2 21 8 13 16,5 3 21 10 11 12,75 Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 59 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 3 21... thấy cả hai phơng án đều đảm bảo yêu cầu về mặt kỹ thuật, nhng phơng án I do các cột 10 ;11 nằm ra ngoi gần tờng bao trạm nên đảm bảo về mỹ quan v cách xa các thiết bị mang điện Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 61 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp tạo không gian thông thoáng Ngoi ra do nằm gần tờng bao xung quanh trạm nên ta có thể lợi dụng lắp đặt hệ thống chiếu sáng cho trạm Do vậy ta chọn phơng án... cao thêm 7m, kim thu sét cao 5m l các cột số 6;7;8;9 Ngoi ra còn hai cột thu sét độc lập cao 21m l cột số 10 v 11 ta đặt ở vị trí mới nh hình ( 3 6 ) Tính độ cao tác dụng của cột thu lôi: Cách tính đợc tiến hnh tơng tự nh ở phơng án 1 Xét nhóm cột (1;2;5) (2;3;5) (3;4;5): Tơng tự nh ở phơng án 1 ta có bảng ( 3 3 ): Đờng kính vòng Độ cao tối thiểu để nhóm cột bảo vệ tròn ngoại tiếp tam đợc hon ton diện... Trang 56 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Xét nhóm cột (6;7;11) ta có: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột ny l đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột (6;7;11) Đoạn (6ữ7) = 15m Đoạn (6ữ11) = (7ữ11) = 7,5 2 + 15 2 = 16,77.m p= r= 15 + 16,77 + 16,77 = 24,27 2 15.16.77.16.77 = 9,37m 4 24,27.(24,27 15).(24,27 16,77).(24,27 16,77) Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11)l: D =9,37.2 = 18,75m... hai cột l: a = 15m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi l: ho = h a 12 = 21 = 19,28m 7 7 Tơng tự cặp cột 6;7 ta có: - ở độ cao 9m: rxo = 12,045m Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 52 l: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp - ở độ cao 7m: rxo = 15,795m - Xét cặp cột 9;10: khoảng cách giữa hai cột l: a = 15m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi l: ho = h a 12 = 21 ... cột 6;11: khoảng cách giữa hai cột l: a = 15m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi l: ho = h a 12 = 21 = 19,28m 7 7 Tơng tự nh cặp cột 6;7 ta có: - ở độ cao 9m: rxo =12,045m - ở độ cao 7m: rxo =15,795m - Xét cặp cột 7;11: khoảng cách giữa hai cột a = a (6 7) 2 = 15 2 = 21,21m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi l: ho = h a 21,21 = 21 = 17,969m 7 7 ở độ cao . thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 39 Chơng 3 bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp 110/35 kV. 3.1-Khái niệm chung. Trạm biến áp l một bộ. cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 40 3.2- Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vo trạm biến áp. Tất cả các thiết bị cần bảo