Tài liệu Đồ án tốt nghiệp "HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM" pptx

Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên độ và độ dốc phân bố theo hàng biến thiên trong phạm vi rộng từ vài kA đếnvài trăm kA dạng sóng của dòng điện s

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

đề tài : “HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ

ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ

THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM”

SVTH: Trần Tử Bình

MỤC LỤC

Chương 1 : HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT

ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 4

1.1 - HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT 4

1.1.1 - Khái niệm chung: 4

1.1.2 - Tình hình dông sét ở Việt Nam: 6

1.2- ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN H.T.Đ VIỆT NAM: 9

chương2: TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY 10

2.1- LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN 10

2.1.1- Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét 10

2.1.2- Xác suất phóng điện sét và số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây 12

2.1.2.1 - Các số liệu chuẩn bị cho tính toán 14

2.1.2.2 - Xác định độ treo cao trung bình của dây chống sét và dây dẫn 14

2.1.2.3- Tổng trở sóng của dây chống sét và dây dẫn 15

2.1.2.4 - Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn chống sét với các dây pha 16

2.1.2.5- Góc bảo vệ của chống sét 18

2.1.2.6- Số lần sét đánh vào đường dây 18

2.2 - TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY 110KV DO SÉT ĐÁNH VÒNG QUA DÂY CHỐNG SÉT VÀO DÂY DẪN 18

2.3- TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY 110KV DO SÉT ĐÁNH VÀO KHOẢNG VƯỢT 22

2.3.1- Phương pháp xác định Vpđ 22

2.3.2- Trình tự tính toán 24

2.3.3- Tính suất cắt tổng do sét đánh vào khoảng vượt đường dây tải điện 110kV 30

2.4- TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY110KV DO SÉT ĐÁNH VÀO ĐỈNH

CỘT HOẶC LÂN CẬN ĐỈNH CỘT 30

2.4.1- Lý thuyết tính toán 31

2.4.1.1- Các thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột do dòng điện sét đi trong cột gây ra 32

2.4.1.2-Thành phần điện của điện áp cảm ứng 35

2.4.1.3-Thành phần từ của điện áp cảm ứng: 35

2.4.1.4-Xác định suất phóng điện V pđ : 36

2.4.2-Trình tự tính toán 36

2.4.2.1- Điện áp giáng trên chuỗi cách điện của pha A 36

2.4.2.2 - Điện áp giáng trên chuỗi cách điện của pha B; C 39

2.4.2.3- So sánh điện áp giáng trên chuỗi cách điện pha A và pha B 40

2.4.3-Tính xác suất phóng điện 41

2.5- TÍNH SUẤT CẮT TỔNG DO SÉT ĐÁNH VÀO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 110KV 43

2.6- TÍNH CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN110KV HÀ ĐÔNG –PHỦ LÝ – NINH BÌNH 43

Chương 3 BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 44

TRẠM BIẾN ÁP 110/35 KV 44

3.1-KHÁI NIỆM CHUNG 45

3.2- CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT KHI TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP 45

3.3- TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CỘT THU LÔI 46

3.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán 46

3.3.2- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp 110/35kV 49

3.3.3- Trình tự tính toán 49

3.3.3.1- Phương án 1 50

3.3.3.2- Phương án 2 61

3.4 -KẾT LUẬN 66

Chương 4 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM 110/35 KV 67

4.1- GIỚI THIỆU CHUNG VÀ MỘT SỐ VẦN ĐỀ KỸ THUẬT KHI TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP 67

4.2- CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT 70

4.3- TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN 70

4.3.1- Điện trở nối đất tự nhiên 71

4.3.2- Điện trở nối đất nhân tạo 71

4.3.3- Tính nối đất nhân tạo của trạm 110kV 71

4.4- TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT 76

4.4.1- Dạng sóng tính toán của dòng điện sét 77

4.4.2- Yêu cầu kiểm tra 77

4.4.3- Tính toán lại trị số điện trở nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét 78

4.4.4- Tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét Z(0;  đ.s ) 79

4.5- KẾT LUẬN 82

Chương 1 : HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng bao gồm NMĐ đường dây - TBA và các hộ tiêu thụ điện Trong đó có phần tử có số lượng lớn

-và khá quan trọng đó là các TBA, đường dây Trong quá trình vận hành cácphần tử này chịu ảnh hưởng rất nhiều sự tác động của thiên nhiên như mưa, gió,bão và đặc biệt nguy hiểm khi bị ảnh hưởng của sét Khi có sự cố sét đánh vàoTBA, hoặc đường dây nó sẽ gây hư hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn tớiviệc ngừng cung cấp điện và gây thiệt hại lớn tới nền kinh tế quốc dân

Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm chi phí thiệt hại và nâng cao độ antoàn khi vận hành chúng ta phải tính toán và bố trí bảo vệ chống sét cho HTĐ

1.1 - HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT

1.1.1 - Khái niệm chung:

Dông sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khikhoảng cách giữa các điện cực khá lớn (trung bình khoảng 5km)

Hiện tượng phóng điện của dông sét gồm hai loại chính đó là phóng điệngiữa các đám mây tích điện và phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặtđất

Trong phạm vi đồ án này ta chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mâytích điện với mặt đất (phóng điện mây - đất) Với hiện tượng phóng điện này gâynhiều trở ngại cho đời sống con người

Các đám mây được tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cường độđiện trường lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất Giai đoạn này làgiai đoạn phóng điện tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo củalần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.10 7cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độtăng lên khoảng 2.10 8 cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng

điện kế tiếp nhau bởi vì trong cùng một đám mây thì có thể hình thành nhiềutrung tâm điện tích, chúng sẽ lần lượt phóng điện xuống đất).

Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích rất lớn Đầu tia được nối vớimột trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trungtâm này đi vào trong tia tiên đạo Phần điện tích này được phân bố khá đều dọctheo chiều dài tia xuống mặt đất Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo,

sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộcvào tình hình dẫn điện của đất Nếu vùng đất có địên dẫn đồng nhất thì điểm nàynằm ngay ở phía dưới đầu tia tiên đạo Còn nếu vùng đất có điện dẫn khôngđồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tậptrung về nơi có điện dẫn cao

Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tiatiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất và như vậy địa điểm sét đánhtrên mặt đất đã được định sẵn

Do vậy để định hướng cho các phóng điện sét thì ta phải tạo ra nơi có mật độtập trung điện diện tích lớn Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho cáccông trình được dựa trên tính chọn lọc này của phóng điện sét

Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngược là  và mật độ điện trường củađiện tích trong tia tiên đạo là  thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi vàtrong đất sẽ là:

is=  

Công thức này tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (cótrị số điện trở nhỏ không đáng kể)

Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên

độ và độ dốc phân bố theo hàng biến thiên trong phạm vi rộng (từ vài kA đếnvài trăm kA) dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọtcủa sét ứng với giai đoạn phóng điện ngược (hình 1-1)

- Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khí

1.1.2 - Tình hình dông sét ở Việt Nam:

Việt Nam là một trong những nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dông sétkhá mạnh Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt nam cómột đặc điểm dông sét khác nhau :

+ Ỏ miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70  110 ngày trong một năm và

số lần dông từ 150  300 lần như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2 

3 cơn dông

+ Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái Tại đây hàng năm có từ

250 300 lần dông tập trung trong khoảng 100  110 ngày Tháng nhiều dôngnhất là các tháng 7, tháng 8

+ Một số vùng có địa hình thuận lợi thường là khu vực chuyển tiếp giữavùng núi và vùng đồng bằng, số trường hợp dông cũng lên tới 200 lần, số ngàydông lên đến 100 ngày trong một năm Các vùng còn lại có từ 150  200 cơndông mỗi năm, tập trung trong khoảng 90  100 ngày

+ Nơi ít dông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có dưới

80 ngày dông

Xét dạng diễn biến của dông trong năm, ta có thể nhận thấy mùa dông khônghoàn toàn đồng nhất giữa các vùng Nhìn chung ở Bắc Bộ mùa dông tập chung

trong khoảng từ tháng 5 đến tháng 9 Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, ở phầnphía Bắc (đến Quảng Ngãi) là khu vực tương đối nhiều dông trong tháng 4, từtháng 5 đến tháng 8 số ngày dông khoảng 10 ngày/ tháng, tháng nhiều dông nhất(tháng 5) quan sát được 12  15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16ngày/tháng ), những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10)dông còn ít, mỗi tháng chỉ gặp từ 2  5 ngày dông

Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít dôngnhất, thường chỉ có trong tháng 5 số ngày dông khoảng 10/tháng như Tuy Hoà10ngày/tháng, Nha Trang 8 ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng

Ở miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120  140ngày/năm, như ở thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/năm Mùa dông ở miền Nam dài hơn mùa dông ở miền Bắc đó là từ tháng 4 đếntháng 11 trừ tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngàydông đều quan sát được trung bình có từ 15  20 ngày/tháng, tháng 5 là thángnhiều dông nhất trung bình gặp trên 20 ngày dông/tháng như ở thành phố HồChí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày

Ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn hơn và số lần dông cũng ít hơn,tháng nhiều dông nhất là tháng 5 cũng chỉ quan sát được khoảng 15 ngày dông ởBắc Tây Nguyên, 10  12 ở Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10ngày, PLâycu 17 ngày

Số ngày dông trên các tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam xem bảng1-1

Từ bảng trên ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của dôngsét, đây là điều bất lợi cho H.T.Đ Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu tưnhiều vào các thiết bị chống sét Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kếphải chú trọng khi tính toán thiết kế các công trình điện sao cho HTĐ vận hànhkinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy

Bảng 1-1 : Số ngày dông trong tháng:

Tháng

Địa điểm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cả năm

PHÍA BẮC

Cao bằng 0,2 0,6 4,2 5,9 12 17 20 19 10 11 0,5 0,0 94 Bắc Cạn 0,1 0,3 3,0 7,0 12 18 20 21 10 2,8 0,2 0,1 97 Lạng Sơn 0,2 0,4 2,6 6,9 12 14 18 21 10 2,8 0,1 0,0 90 Móng Cái 0,0 0,4 3,9 6,6 14 19 24 24 13 4,2 0,2 0,0 112 Hồng Gai 0,1 0,0 1,7 1,3 10 15 16 20 15 2,2 0,2 0,0 87

Hà Giang 0,1 0,6 5,1 8,4 15 17 22 20 9,2 2,8 0,9 0,0 102

Sa Pa 0,6 2,6 6,6 12 13 15 16 18 7,3 3,0 0,9 0,3 97 Lào Cai 0,4 1,8 7,0 10 12 13 17 19 8,1 2,5 0,7 0,0 93 Yên Bái 0,2 0,6 4,1 9,1 15 17 21 20 11 4,2 0,2 0,0 104 Tuyên Quang 0,2 0,0 4,0 9,2 15 17 22 21 11 4,2 0,5 0,0 106 Phú Thọ 0,0 0,6 4,2 9,4 16 17 22 21 11 3,4 0,5 0,0 107 Thái Nguyên 0,0 0,3 3,0 7,7 13 17 17 22 12 3,3 0,1 0,0 97

Hà Nội 0,0 0,3 2,9 7,9 16 16 20 20 11 3,1 0,6 0,9 99 Hải Phòng 0,0 0,1 7,0 7,0 13 19 21 23 17 4,4 1,0 0,0 111 Ninh Bình 0,0 0,4 8,4 8,4 16 21 20 21 14 5,0 0,7 0,0 112 Lai Châu 0,4 1,8 13 12 15 16 14 14 5,8 3,4 1,9 0,3 93 Điện Biên 0,2 2,7 12 12 17 21 17 18 8,3 5,3 1,1 0,0 112 Sơn La 0,0 1,0 14 14 16 18 15 16 6,2 6,2 1,0 0,2 99 Nghĩa Lộ 0,2 0,5 9,2 9,2 14 15 19 18 10 5,2 0,0 0,0 99 Thanh Hoá 0,0 0,2 7,3 7,3 16 16 18 18 13 3,3 0,7 0,0 100 Vinh 0,0 0,5 6,9 6,9 17 13 13 19 15 5,6 0,2 0,0 95 Con Cuông 0,0 0,2 13 13 17 14 13 20 14 5,2 0,2 0,0 103 Đồng Hới 0,0 0,3 6,3 6,3 15 7,7 9,6 9,6 11 5,3 0,3 0,0 70 Cửa Tùng 0,0 0,2 7,8 7,8 18 10 12 12 12 5,3 0,3 0,0 85 PHÍA NAM

Huế 0,0 0,2 1,9 4,9 10 6,2 5,3 5,1 4,8 2,3 0,3 0,0 41,8

Đà Nẵng 0,0 0,3 2,5 6,5 14 11 9,3 12 8,9 3,7 0,5 0,0 69,5 Quảng Ngãi 0,0 0,3 1,2 5,7 10 13 9,7 1,0 7,8 0,7 0,0 0,0 59,1 Quy Nhơn 0,0 0,3 0,6 3,6 8,6 5,3 5,1 7,3 9,6 3,3 0,6 0,0 43,3 Nha Trang 0,0 0,1 0,6 3,2 8,2 5,2 4,6 5,8 8,5 2,3 0,6 0,1 39,2 Phan Thiết 0,2 0,0 0,2 4,0 13 7,2 8,8 7,4 9,0 6,8 1,8 0,2 59,0 Kon Tum 0,2 1,2 6,8 10 14 8,0 3,4 0,2 8,0 4,0 1,2 0,0 58,2 Playcu 0,3 1,7 5,7 12 16 9,7 7,7 8,7 17 9,0 2,0 0,1 90,7

Đà Lạt 0,6 1,6 3,2 6,8 10 8,0 6,3 4,2 6,7 3,8 0,8 0,1 52,1 Blao 1,8 3,4 11 13 10 5,2 3,4 2,8 7,2 7,0 4,0 0,0 70,2 Sài Gòn 1,4 1,0 2,5 10 22 19 17 16 19 15 11 2,4 138 Sóc Trăng 0,2 0,0 0,7 7,0 19 16 14 15 13 1,5 4,7 0,7 104

Hà Tiên 2,7 1,3 10 20 23 9,7 7,4 9,0 9,7 15 15 4,3 128

1.2- ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN H.T.Đ VIỆT NAM:

- Như đã trình bày ở phần trước biên độ dòng sét có thể đạt tới hàng trăm

kA, đây là nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua vật nào đó

dụng đã bị nóng chảy và đứt, thậm chí có những cách điện bằng sứ khi bị dòngđiện sét tác dụng đã bị vỡ và chảy ra như nhũ thạch, phóng điện sét còn kèmtheo việc di chuyển trong không gian lượng điện tích lớn, do đó tạo ra điện từtrường rất mạnh, đây là nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị điện tử ,ảnh hưởng của nó rất rộng, ở cả những nơi cách xa hàng trăm km.

- Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽsinh ra sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác dụnglên cách điện của đường dây Khi cách điện của đường dây bị phá hỏng sẽ gâynên ngắn mạch pha - đất hoặc ngắn mạch pha – pha buộc các thiết bị bảo vệ đầuđường dây phải làm việc Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khimáy cắt nhảy có thể gây mất ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở cácnhà máy điện làm việc không nhanh có thể dẫn đến rã lưới Sóng sét còn có thểtruyền từ đường dây vào trạm biến áp hoặc sét đánh thẳng vào trạm biến áp đềugây nên phóng điện trên cách điện của trạm biến áp , điều này rất nguy hiểm vì

nó tương đương với việc ngắn mạch trên thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng.Mặt khác, khi có phóng điện sét vào trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cựcmáy biến áp làm việc không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp bị chọcthủng gây thiệt hại vô cùng lớn

Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự cốlưới điện, vì vậy dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của lướiđiện

*Kết luận:

Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của dôngsét tới hoạt động của lưới điện Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho lướiđiện và trạm biến áp là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lướiđiện

chương2: TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY

Đường dây trong HTĐ làm nhiệm vụ truyền tải điện năng đến các hộ dùngđiện Đường dây là phần tử phải hứng chịu nhiều phóng điện sét nhất so với cácphần tử khác trong HTĐ Khi đường dây bị phóng điện sét nếu biên độ dòng sétlớn tới mức làm cho quá điện áp xuất hiện lớn hơn điện áp phóng điện xung kíchcủa cách điện sẽ dẫn đến phóng điện và gây ngắn mạch đường dây, buộc máycắt đầu đường dây phải tác động Như vậy việc cung cấp điện bị gián đoạn Nếuđiện áp nhỏ hơn trị số phóng điện xung kích của cách điện đường dây thì sóngsét sẽ truyền từ đường dây vào trạm biến áp và sẽ dẫn tới các sự cố trầm trọngtại trạm biến áp Vì vậy bảo vệ chống sét cho đường dây phải xuất phát từ chỉtiêu kinh tế kết hợp với yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu cung cấp điện của đườngdây đó

2.1- LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN.

2.1.1- Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét

Phạm vi bảo vệ của dây chống sét được thể hiện như ( hình 2-1 )

0,2h

D©y chèng sÐt

Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở mức cao h2 cũng được tính theo công thứcsau:

H×nh 2-2: Gãc b¶o vÖ cña mét d©y chèng sÐt.

Có thể tính toán được trị số giới hạn của góc  là = 310 , nhưng trong thực

tế thường lấy khoảng  = 20 0  250

2.1.2- Xác suất phóng điện sét và số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây

Với độ treo cao trung bình của dây trên cùng (dây dẫn hoặc dây chống sét )

là h, đường dây sẽ thu hút về phía mình các phóng điện của sét trên dải đất cóchiều rộng là 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây (l) Từ số lần phóng điệnsét xuống đất trên diện tích 1 km2 ứng với một ngày sét là 0,10,15 ta có thểtính được tổng số lần có sét đánh thẳng vào đường dây (dây dẫn hoặc dây chốngsét)

N=(0,60,9) h 10-3.l.nng.s (2 – 3)

Trong đó:

+ h: độ cao trung bình của dây dẫn hoặc dây chống sét (m)

+ l: chiều dài đường dây (km ).

+ nng s:số ngày sét /năm trong khu vực có đường dây đi qua

dòng điện (a = dis /dt), có thể có nhiều trị số khác nhau, do đó không phải tất cảcác lần có sét đánh lên đường dây đều dẫn đến phóng điện trên cách điện Chỉ cóphóng điện trên cách điện của đường dây nếu quá điện áp khí quyển có trị số lớnhơn mức cách điện xung kích của đường dây Khả năng phóng điện được biểuthị bởi xác suất phóng điện ( Vp đ ) Số lần xảy ra phóng điện sẽ là:

Npđ = N Vpđ = ( 0,60,9 ) h 10-3 l nng s Vpđ ( 2 – 4 )

Vì thời gian tác dụng lên quá điện áp khí quyển rất ngắn khoảng 100 s màthời gian của các bảo vệ rơle thường không bé quá một nửa chu kỳ tần số côngnghiệp tức là khoảng 0,01s Do đó không phải cứ có phóng điện trên cách điện

là đường dây bị cắt ra Đường dây chỉ bị cắt ra khi tia lửa phóng điện xung kíchtrên cách điện trở thành hồ quang duy trì bởi điện áp làm việc của đường dây đó.Xác suất hình thành hồ quang ( ) phụ thuộc vào Gradien của điện áp làmviệc dọc theo đường phóng điện :

 = (Elv) ; Elv = Ulv/lpđ (kV/m )

Trong đó:

+ : xác suất hình thành hồ quang

+ Ulv: điện áp làm việc của đường dây ( kV )

+ lpđ: chiều dài phóng điện ( m)

Do đó số lần cắt điện do sét của đường dây là:

Ncđ = Npđ  = (0,60,9) h nng s Vpđ  (2 – 5)

Để so sánh khả năng chịu sét của đường dây có các tham số khác nhau, điqua các vùng có cường độ hoạt động của sét khác nhau người ta tính trị số " suấtcắt đường dây" tức là số lần cắt do sét khi đường dây có chiều dài 100km

ncđ = ( 0,060,09) h nng s Vpđ . (2 – 6)

Đường dây bị tác dụng của sét bởi ba nguyên nhân sau:

+ Sét đánh thẳng vào đỉnh cột hoặc dây chống sét lân cận đỉnh cột

+ Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn.

+ sét đánh vào khoảng dây chống sét ở giữa khoảng cột

Cũng có khi sét đánh xuống mặt đất gần đường dây gây quá điện áp cảm ứngtrên đường dây, nhưng trường hợp này không nguy hiểm bằng ba trường hợptrên Khi đường dây bị sét đánh trực tiếp sẽ phải chịu đựng toàn bộ năng lượngcủa phóng điện sét, do vậy sẽ tính toán dây chống sét cho đường dây với batrường hợp trên Cuối cùng ta có số lần cắt do sét của đường dây

2.1.2.1 - Các số liệu chuẩn bị cho tính toán.

Đường dây tính toán l = 150km (Ninh Bình – Hà Đông)

Xà đỡ kiểu cây thông, lắp trên cột bê tông đơn

Dây chống sét treo tại đỉnh cột

Dây dẫn được treo bởi chuỗi sứ - 4,5 gồm 7 bát sứ, mỗi bát sứ cao170mm.Dây chống sét dùng dây thép C-70 có d = 11mm ; r = 5,5mm

Dây dẫn dùng dây AC-120mm có d = 19mm; r = 9,5mm

+ h: độ cao của dây tại đỉnh cột hay tại khoá néo của chuỗi sứ

+ f: độ võng của dây chống sét hay dây dẫn

fdd =  l2/ 8 ú (2 – 9)

 = p/s =492/120 1000 = 0,0041

(p : khối lượng 1km dây 120 ,p=492 Kg/Km ; s: tiết diện dây

Zdcs =60 ln  ( 2 15,2 ) / ( 5,5 10-3 ) = 517 + Khi cú vầng quang, ta phải chia Zdcs cho hệ số hiệu chỉnh vầng quang

 = 1,3 ( tra bảng 3-3 sỏch hướng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao ỏp)

Hình 2-4: Phép chiếu g ơng qua mặt đất

)(

r

hln

d

Dln

2

2 2 12

12





Trong đú:

+ h2: độ cao trung bỡnh của dõy chống sột

+ D12: khoảng cỏch giữa dõy pha và ảnh của dõy chống sột

+ d12: khoảng cỏch giữa dõy chống sột và dõy pha

+ h1: độ cao trung bỡnh của dõy dẫn pha

+ : hệ số hiệu chỉnh vầng quang ( = 1,3)

Theo kết quả tớnh trước ta cú:

hdd = 10,8m ; hdd = hdd = 7,8m ; hdd = 15,2m.

Áp dụng định lý Pitago ta cú khoảng cỏch từ dõy chống sột đến cỏc dõy pha

và từ dõy pha đến ảnh của dõy chống sột như hỡnh ( 2 – 5)

Với pha A:

m,,

,)

IA()ID(

K

BC

Hình 2-5: Xác định khoảng cách theo phép chiếu g ơng qua mặt đất.

m,,

)IE()IA(

Với pha B,C:

m,,

,)

IB()ID(

m,,

)IE()IB(

019768

1055

2152

464

524

3

,

,

,.ln

,

,ln



Khi có vầng quang: KA-csvq = KA-cs  = 1,3 0,19768 = 0,257

Hệ số ngẫu hợp pha B (hoặc pha C )với dây chống sét:

1010

55

2152

417

0818

3

,

,

,.ln

,

,lnK

024

51

,,

027

751

,,

,

,tg

2.1.2.6- Số lần sét đánh vào đường dây.

Áp dụng công thức (2-4) với l = 100km ; hddcs = 15,2 m ; nng.s= 70ngày/ năm ;mật độ sét = 0,15 Ta có:

hV

lg  cs  (2-15)

Trong đó:

: góc bảo vệ của dây chống sét ( độ)

hcs : chiều cao cột đỡ dây chống sét ( m)

Khi dây dẫn bị sét đánh, dòng trên dây dẫn là IS/4, vì mạch của khe sét sẽđược nối với tổng trở sóng của dây dẫn có trị số như hình (2 – 6 )

điện sét giảm đi nhiều so với khi sét đánh vào nơi có nối đất tốt Ta có dòng điệnsét ở nơi đánh là:

IZ

Z

ZI

dd

22

Udd  s dd (2-14)

Khi Udd  U50%s của chuỗi sứ thì có phóng điện trên cách điện gây sự cố

s

% 50 s

Z 1 , 26

U 4 1

, 26 I

m/kV(l

UE

pd

lv

+ lpđ: Chiều dài đường phóng điện lấy bằng chiều dài chuỗi sứ ( m )

+ Ulv: Điện áp pha của đường dây

)m/kV(,

,

213

110





Dựa vào bảng (21 – 1) sách “giáo trình kỹ thuật điện cao áp” vẽ đồ thị và

Bảng 2 – 1: Xác định hình thành hồ quang:

UE

pd

lv

lv 

Ta có suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn:

ndd = Nv vpđ (2 – 18)

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

và pha C để tính suất cắt cho đường dây

3490

21665

Xác suất phóng điện trên cách điện pha A theo công thức ( 2 – 15 )

8040

75 463 1 26

660 4 1

26

4 1

26

50

,e

ee

Z

,

U ,

I

s

% s

nkv = Nkv Vpđ  (2 – 20)

Để tính Vpđ ta phải xác định xác suất phóng điện trên cách điện của đườngdây

2.3.1- Phương pháp xác định Vpđ

Ta coi dòng điện sét có dạng xiên gócvới biên độ Is = a t

Quá điện áp sét xuất hiện trên cách điện của đường dây gồm hai thành phần:

lv cd

thuộc vào biên độ (I) và độ dốc sét (a).

+ Ulv : điện áp làm việc của đường dây

Xác suất các dòng điện sét có biên độ I  Is và độ dốc a  as là:

) ,

a ,

I ( a

,

I

s s

sứ, thì phóng điện sẽ xảy ra:

i pd lv

i i cd i

cd

t.aI

)t(UU

)a

;I.(

U)t(U

( 2 – 23)

Upđ(ti) điện áp phóng điện lấy theo đặc tính vôn giây ( V – S ) tại ti

Do coi dòng điện có dạng I = a t thì thành phần Ucđ' (I,a) tỷ lệ với độ dốc a

ai  pd i  lv (2 – 26)

Z là hằng số đối với I và a nên có thể tính được:

a

U)t(U

Z pd i  lv (2 – 27)

Từ ( 2 – 26 ) và ( 2 – 27 ) ta có:

a

)t(U

U)t(U

a

i cd

lv i

MiÒn nguyhiÓm

Ia

Xác suất phóng điện được tính theo xác suất xuất hiện ở miền bên phải phíatrên đường cong nguy hiểm ở hình (2 – 8)

Từ đường cong nguy hiểm ta có thể xác định được:

I

i

i i

eV

;eV

( 2 – 29 )

ds s

t nÕu

a

t nÕut.aI

Ta sẽ tính toán Is ứng với các giá trị trong bảng (2 – 1) sau đây:

c c

dt

t.ad.LRt.a

2

22

.,U

.U.dt.t.sin.U.U

lv

lv

17573

21101432

3

22

3

21

Từ biểu thức ( 2 – 32 ) ta thấy khi Kvq nhỏ thì Ucđ lớn do vậy theo tài liệu

“hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp cao áp” thì khi tính toán phải tính với pha có hệ

số ngẫu hợp nhỏ nhất ở mục ( 2.1.3.3 ) ta có:

130257

Bảng ( 2 – 2 ): Giá trị U cđ khi sét đánh vào khoảng vượt, khi độ dốc a thay

Đặc tuyến vôn – giây (V-S) của chuỗi sứ được tra trong bảng 25 sách hướngdẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp

Bảng ( 2 – 3 ): Đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện

Trong hình 2-11 dưới đây ta lưu ý các điểm sau :

- Xác suất phóng điện Vpđ là xác suất mà tại đó có các cặp thông số (Ii;ai)thuộc miền nguy hiểm

dVpđ = P (a  ai) P (I  Ii ) ( 2 – 33 )

Trong đó:

+ P(I  Ii ): là xác suất để cho dòng điện I lớn hơn giá trị dòng điện Ii nào đó.+ P(a  ai): là xác suất để cho độ dốc a lớn hơn giá trị ai nào đó để gây raphóng điện

Hình 2–11: Điện áp đặt lên cách điện của đường dây khi sét đánh vào

+ P(a  ai) = P( ai – da ≤a≤ ai + da ) = dVa

Với:

 i

, a

Thay vào biểu thức ( 2 – 34 ) được:

a=10kA/s

a=40kA/s a=50kA/s a=60kA/s a=70kA/s a=80kA/s

 





n 1

i i

eV

;eV

Ta được các kết quả như bảng (2 – 4 ) Tính được Vp.đ = 0,00767

2.3.3- Tính suất cắt tổng do sét đánh vào khoảng vượt đường dây tải điện

i c

R c

R c

R c Hình 2-12 : Sét đánh đỉnh cột đường dây có dây chống sét bảo vệ

2.4.1- Lý thuyết tính toán.

Khi sét đánh vào đỉnh cột đường dây có treo dây chống sét, đa số dòng điệnsét sẽ đi vào đất qua bộ phận nối đất của cột, phần còn lại theo dây chống sét đivào các bộ phận nối đất của các cột lân cận

Điện áp trên cách điện của đường dây khi sét đánh vào đỉnh cột có treo dâychống sét là:

lv cs

d cu is

dd iC

dd c c c

dt

d)t(Mdt

dLRi)

t

(

Trong biểu thức trên điện áp xuất hiện trên cách điện gồm:

đi trong cột gây ra:

dt

dLR

U



+Thành phần điện áp do dòng điện đi trong dây chống sét gây ra, k là hệ

số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét : kUcs

+Điện áp làm việc trung bình của đường dây : Ulv

Dấu trừ (-) thể hiện điện áp này ngược dấu với thành phần điện áp kháctrong công thức (2 – 36).Vì vậy thành phần này làm giảm điện áp trên cách điệnkhi bị sét đánh

( 2 – 36 )

2.4.1.1- Các thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột do dòng điện sét đi trong cột gây ra.

Các thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột do dòng điệnsét đi trong cột và điện áp trên dây chống sét liên quan với nhau vì chúngphụthuộc vào điện áp đi trong cột và dây chống sét Để tính toán các thành phần này

có thể dựa vào sơ đồ tương đương của mạch dẫn dòng điện sét Ta chia làm haitrường hợp:

a/ Trường hợp 1: Khi chưa có sóng phản xạ từ cột bên trở về:

v

l

: tốc độ phóng điện ngược tương đối của dòng sét

Sơ đồ tương đương của mạch dẫn dòng điện sét như hình ( 2 – 13 )

Hình ( 2 – 13 ): Sơ đồ tương đương mạch đẫn dòng sét khi chưa có sóng

Z

dt

di t

M cs( ). s

2i cs

R c

cs c

L

i s

i c

)

1(

Ht.vln.h.2,0)t(

M

cs cs

hr

H2lnh.2,0L

dd td

dd

dd

Khi tính cho dây chống sét ta chỉ việc thay hdd bởi hcs

rtd: Bán kính tương đương của dây tiếp địa từ cột xuống cọc nối đất chính làdây dẫn dòng sét trong thân cột

Từ sơ đồ thay thế dây chống sét được biểu thị bởi tổng trở sóng của dâychống sét, có xét đến ảnh hưởng của vầng quang Từ sơ đồ hình ( 2 – 13 ) ta viết

hệ phương trình như sau:

.aiii

(*)

Z.i)t(M.adt

di.LR

i

s cs c

vq cs s cs

c cs c c

2

02

vq cs vq cs c

Z)t(Mt

.ZZ

a)

t

(

vq cs

vq cs c

cs c

c

vq cs

R.Z

Z.adt

di

L

R.Z

r

h.ln

dsr

fh

h

cs

cs cs

Điện áp giáng trên dây chống sét Ucs (t) =ics (t).Zcs

Trường hợp này tính chính xác phải áp dụng phương pháp đặc tính, ở đây đểđơn giản ta tính gần đúng tức là có thể thay dây chống sét bằng điện cảm tậptrung nối tiếp với điện trở của đất của hai cột bên cạnh như hình ( 2 – 14 )

M cs( ) s2ics

Rc

cs c

hưởng của vầng quang

c

i.Z

Trong đó: + Zo.cs : là tổng trở sóng của dây chống sét không kể đến ảnhhưởng của vầng quang

+ lkv : chiều dài khoảng vượt + c : tốc độ ánh sáng c =300/s

Từ sơ đồ ta xác định được:

)(

e R

)t(ML

)e

.(

R

)t(ML

cs

c

t cs

cs c

4322

2

4221

22

cs LL

R2

2.4.1.2-Thành phần điện của điện áp cảm ứng.

Khi không có dây chống sét:

Ht.V.ht.V.ht.Vln.a.h.,)t(

1

10

o cu

d

cu

h

hK1)

t(U)t(

h

Hln.h

hH

)

(

Ht.vlnh,)t(

M

dd dd

21

2.4.1.4-Xác định suất phóng điện V pđ :

Từ các giá trị điện áp giáng trên chuỗi cách điện và từ đặc tuyến vôn – giâycủa chuỗi sứ ta có các giá trị thời gian xảy ra phóng điện (ti) Biên độ dòng điệnsét nguy hiểm sẽ là: Ii = ai ti

Từ đây ta có xác suất phóng điện là:

)472( V

.V

Xác định Vpđ :

Để xác định Vpđ ta phải xác định điện áp đặt trên chuỗi cách điện khi sétđánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột

Rc = 20

Lcdd = Lo.hdd = 0,6.12 = 7,2H với Lo là điện cảm đơn vị dài thân cột

v = .c = 0,3.300 = 90 m/s là vận tốc phóng điện ngược của dòng điệnsét (theo sách hướng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp ta có  = 0,3 ; c là vận tốcánh sáng c = 300m/s)

Ulv vận tốc trung bình của đường dây

kV,

3

11022

2.4.2.1- Điện áp giáng trên chuỗi cách điện của pha A.

a/ Thành phần điện của điện áp cảm ứng:

Thay công thức( 2 – 43 ) vào công thức ( 2 – 44 ) ta có:

H.h.h.)(

)Ht.v).(

ht.v()

ht.v(ln.a.h.,.h

h.K)

t

(

U

c c

A dd A

dd

cs d

1

101

di.L)t(

Lcdd = Lo.hddA = 7,2H

Áp dụng công thức ( 2 – 46 ) ta có:

958124

22812

2

24228301

22839012

2

,

,ln

,,

)

,(

,

ln ,)t(

a =dis/dt : độ dốc đầu sóng của sét

dic/dt: tốc độ biến thiên của dòng điện đi trong thân cột có xét tới sự thay đổitrước và sau phản xạ của sóng sét từ cột lân cận trở về

c/ Điện áp trên dây dẫn gây ra bởi dòng điện sét đi trong dây chống sétK.Ucs(t).:

dt

di)

t(Mdt

di.LR.i)t(

Lccs = Lo hcs = 9,72H

- Ta phải tìm ic và dic /dt trong hai trường hợp:

+ Trường hợp 1: Trước khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về đó làkhoảng thời gian t  2.lkv /c (lkv = 150m là chiều dài khoảng vượt )

vq cs vq cs c

Z)t(Mt

.ZZ

a)t(i

c

vq cs

vq cs c

R.Z

Z.adt

c

vq cs

L

R.Z

2

2



Nhận xét: Khi R; a; t thay đổi thì ic (t) và dic /dt thay đổi

+ Trường hợp 2: Khi có sóng sét phản xạ từ cột lân cận trở về :

Đó là thời gian t > 2.lkv hay t > 2.150 /300 = 1s

Theo công thức ( 2 – 42 ) và ( 2 – 43 ) ta có:

)492( )

e1.(

R2

)t(M2L.a)

R

2

)t(M2L.adt

2 cs

cs

Trong đó:

1440729219257

2022

2

,.,

.L

.L

R

cs c cs

d cu is

dd iC

dd c c c

dt

d)t(Mdt

dLRi)t(

Với dis / dt = a ta có :

)t(M.adt

diLRi)t(

Ta có:

lv

d cu cs

dd cs

c

dd c

c c

c

dt

di)K(Ri)

t

(

Với K là hệ số ngẫu hợp của pha A với dây chống sét có kể đến ảnh hưởng

của vầng quang KA-csv q = 0,254

Thay số vào ta có:

17,57)t(U)}

t(M.257,0)t(M.{

a

)72,9.257,02,7(dt

di)257,01(Ri)

t

(

U

d cu cs

dd

c c

c cd

,t

t.)

,t,(ln.a.,)

t

(

U

,.,.,.),(

),t.).(

,t.()

,t.(ln.,

.a.,,.,)

1182916

8100054

03007

2

22824216301

22890

24902

1690

30

9109

21617201

dt

di.Ldt

di)

t(M)

5421

27

22892

27228301

228909

20

,M

)(

,

,ln

,,)

,(

,tln.,M

di.LR.i)