Tài liệu Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp chương 2 ppt

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đờng dây Đờng dây trong HTĐ làm nhiệm vụ truyền tải điện năng đến các hộ dùng điện. Đờng dây là phần tử phải hứng chịu nhiều phóng điện sét nhất so với các phần tử khác trong HTĐ. Khi đờng dây bị phóng điện sét nếu biên độ dòng sét lớn tới mức làm cho quá điện áp xuất hiện lớn hơn điện áp phóng điện xung kích của cách điện sẽ dẫn đến phóng điện và gây ngắn mạch đờng dây, buộc máy cắt đầu đờng dây phải tác động. Nh vậy việc cung cấp điện bị gián đoạn. Nếu điện áp nhỏ hơn trị số phóng điện xung kích của cách điện đờng dây thì sóng sét sẽ truyền từ đờng dây vào trạm biến áp và sẽ dẫn tới các sự cố trầm trọng tại trạm biến áp. Vì vậy bảo vệ chống sét cho đờng dây phải xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế kết hợp với yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu cung cấp điện của đờng dây 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 đợc thể hiện nh ( hình 2-1 ) h x Hình 2-1: . 1,2h 0,6h h x h 0,2h Dây chống sét Trang 7 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở mức cao h 2 cũng đợc tính theo công thức sau: + Khi h x > 2/3h thì b x = 0,6h (1-h x /h ) (2 1) + Khi h x h thì b x = 1,2h (1- h x /0,8h (2 2) Chiều dài của phạm vi bảo vệ dọc theo chiều dài đờng dây nh hình (2 2 ). C B A 2 1 Hình 2-2: Có thể tính toán đợc trị số giới hạn của góc là = 31 0 , nhng trong thực tế thờng lấy khoảng = 20 0 ữ 25 0 . 2.1.2- Xác suất phóng điện sét và số lần cắt điện do sét đánh vào đ ờng dây. Với độ treo cao trung bình của dây trên cùng (dây dẫn hoặc dây chống sét ) là h, đờng dây sẽ thu hút về phía mình các phóng điện của sét trên dải đất có chiều rộng là 6h và chiều dài bằng chiều dài đờng dây (l). Từ số lần phóng điện sét xuống đất trên diện tích 1 km 2 ứng với một ngày sét là 0,1ữ0,15 ta có thể tính đợc tổng số lần có sét đánh thẳng vào đờng dây (dây dẫn hoặc dây chống sét). N=(0,6ữ0,9). h .10 -3 .l.n ng.s (2 3) Trong đó: + h: độ cao trung bình của dây dẫn hoặc dây chống sét (m). + l: chiều dài đờng dây (km ). Trang 8 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp + n ng. s :số ngày sét /năm trong khu vực có đờng dây đi qua. Vì các tham số của phóng điện sét : biên độ dòng điện (I s ) và độ dốc của dòng điện (a = di s /dt), có thể có nhiều trị số khác nhau, do đó không phải tất cả các lần có sét đánh lên đờng dây đều dẫn đến phóng điện trên cách điện. Chỉ có phóng điện trên cách điện của đờng dây nếu quá điện áp khí quyển có trị số lớn hơn mức cách điện xung kích của đờng dây. Khả năng phóng điện đợc biểu thị bởi xác suất phóng điện ( V p đ ). Số lần xảy ra phóng điện sẽ là: N pđ = N. V pđ = ( 0,6ữ0,9 ). h . 10 -3 . l . n ng s . V pđ . ( 2 4 ) Vì thời gian tác dụng lên quá điện áp khí quyển rất ngắn khoảng 100 às mà thời gian của các bảo vệ rơle thờng không bé quá một nửa chu kỳ tần số công nghiệp tức là khoảng 0,01s. Do đó không phải cứ có phóng điện trên cách điện là đờng dây bị cắt ra. Đờng dây chỉ bị cắt ra khi tia lửa phóng điện xung kích trên cách điện trở thành hồ quang duy trì bởi điện áp làm việc của đờng dây đó. Xác suất hình thành hồ quang ( ) phụ thuộc vào Gradien của điện áp làm việc dọc theo đờng phóng điện : = (E lv ) ; E lv = U lv /l pđ (kV/m ). Trong đó: + : xác suất hình thành hồ quang. + U lv : điện áp làm việc của đờng dây ( kV ). + l pđ : chiều dài phóng điện ( m). Do đó số lần cắt điện do sét của đờng dây là: N cđ = N pđ . . = (0,6ữ0,9). h. n ng .s . v pđ . . (2 5) Để so sánh khả năng chịu sét của đờng dây có các tham số khác nhau, đi qua các vùng có cờng độ hoạt động của sét khác nhau ngời ta tính trị số " suất cắt đ- ờng dây" tức là số lần cắt do sét khi đờng dây có chiều dài 100km. n cđ = ( 0,06ữ0,09). h. n ng s . V pđ (2 6) Đờng 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. Trang 9 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp + sét đánh vào khoảng dây chống sét ở giữa khoảng cột. Cũng có khi sét đánh xuống mặt đất gần đờng dây gây quá điện áp cảm ứng trên đờng dây, nhng trờng hợp này không nguy hiểm bằng ba trờng hợp trên. Khi đờng dây bị sét đánh trực tiếp sẽ phải chịu đựng toàn bộ năng lợng của phóng điện sét, do vậy sẽ tính toán dây chống sét cho đờng dây với ba trờng hợp trên. Cuối cùng ta có số lần cắt do sét của đờng dây. n cđ = n c + n kv + n dd ( 2 7) Trong đó: + n c : số lần cắt do sét đánh vào đỉnh cột. +n kv : số lần cắt do sét đánh vào khoảng vợt. + n dd : số lần cắt do sét đánh vào dây dẫn. !"#$$%&'" Đờng 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 đợc 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. Khoảng vợt là 150m. (")&)*+*$,-. Độ treo cao trung bình của dây đợc xác định theo công thức: h dd = h 2/3f . (2 8) Trong đó: + 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. f dd = . l 2 / 8. . (2 9) = p/s =492/120. 1000 = 0,0041. (p : khối lợng 1km dây AC- 120 ,p=492 Kg/Km ; s: tiết diện dây AC-120 , s= 120 mm 2 .) : hệ số cơ của đờng dây ở nhiệt độ trung bình , = 7,25. Trang 10 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 16,2m 12m 1,5m 3m 3m C B A 9,0m 1,2m 1,75m Hình 2-3: /-. . l: chiều dài khoảng vợt của đờng dây = 150m. f dd = 0,0041.150 2 /8. 7,25 = 1,5905 m 1,6 m ở đây ta lấy f dd = 1,8 m. f cs = 1,5 m. Độ treo cao trung bình của dây dẫn theo (2-9) là: h dd cs = h cs 2/3 f cs = 16,2 2/3.1,5 = 15,2m. h dd tbA = h dd A 2/3 f dd = 12 2/3. 1,8 = 10,8 m. h dd tbB = h dd B 2/3 f dd = 9 2/3. 1,8 = 7,8 m. 0 12*3-. Z dd = 60.ln (2.h dd / r). ( 2 10 ) Z dd A = 60. ln [ ( 2. 10,8) / (9,5. 10 -3 ) ] = 463,75 . Z dd B = 60. ln [ ( 2. 7,8 ) / ( 9,5. 10 -3 ) ] = 444,22 . Với dây chống sét ta phải tính tổng trở khi có vầng quang và khi không có vầng quang. + Khi không có vầng quang: Z d cs =60. ln [ ( 2. 15,2 ) / ( 5,5. 10 -3 )] = 517 + Khi có vầng quang, ta phải chia Z d cs cho hệ số hiệu chỉnh vầng quang. = 1,3 ( tra bảng 3-3 sách hớng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp). Z dvq cs = Z d cs / = 517/1,3 = 397,69 . Trang 11 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 4 5.$678.9"7 Công thức (2 11) đợc xác định theo hình (2 4). 2' h 2 D 12 1 (A;B;C) d 12 2 Hình 2-4: 7:$;<$=)> . )( r h ln d D ln K 112 2 2 2 12 12 = Trong đó: + h 2 : độ cao trung bình của dây chống sét. + D 12 : khoảng cách giữa dây pha và ảnh của dây chống sét. + d 12 : khoảng cách giữa dây chống sét và dây pha. + h 1 : độ cao trung bình của dây dẫn pha. + : hệ số hiệu chỉnh vầng quang ( = 1,3) Theo kết quả tính trớc ta có: h dd A = 10,8m ; h dd B = h dd C = 7,8m ; h dd cs = 15,2m. áp dụng định lý Pitago ta có khoảng cách từ dây chống sét đến các dây pha và từ dây pha đến ảnh của dây chống sét nh hình ( 2 5). Với pha A: m,,,)IA()ID(d 4645124 2222 12 =+=+= Trang 12 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp D ' K B C 1,75m A D 4,2m 12m 9m 16,2m 16,2m K 1,5m Hình 2-5: (")&?"+77:$;<$=)> m,,)IE()IA(D 046242451 2222 12 =+=+= Với pha B,C: m,,,)IB()ID(d 41775127 2222 12 =+=+= m,,)IE()IB(D 081818751 2222 12 =+=+= Hệ số ngẫu hợp giữa pha A và dây chống sét : áp dụng công thức (2 11): 197680 1055 2152 464 524 3 , ., ,. ln , , ln K == Khi có vầng quang: K A-cs vq = K A-cs . = 1,3. 0,19768 = 0,257. Hệ số ngẫu hợp pha B (hoặc pha C )với dây chống sét: Trang 13 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 10 1055 2152 417 0818 3 , ., ,. ln , , ln KK csCcsB === Khi có vầng quang : 1303110 ,,.,KK vq csC vq csB === @ Từ hình (2 2 ) ta có: 0 65193570 24 51 ,, , , tg AA === 0 66132430 27 751 ,, , , tgtg CBCB ===== A B#C)"-) D áp dụng công thức (2-4) với l = 100km ; h dd cs = 15,2 m ; n ng.s = 70ngày/ năm ; mật độ sét = 0,15. Ta có: N = 0,15. 6 . 15,2. 70. 100. 10 -3 = 96 lần/ 100km. năm. Từ cơ sở lý thuyết và các kết quả trên ta tiến hành tính toán suất cắt cho đờng dây với ba khả năng đã nêu đối với đờng 110kV. 2.2 - tính suất cắt của đ ờng dây 110kv do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. Đờng dây có U 110kV đợc bảo vệ bằng dây chống sét, tuy vậy vẫn có những trờng hợp sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. Tuy xác suất này nhỏ nhng vẫn đợc xác định bởi công thức sau: 4 90 h Vlg cs = (2-15) Trong đó: : góc bảo vệ của dây chống sét ( độ). h cs : chiều cao cột đỡ dây chống sét ( m). Khi dây dẫn bị sét đánh, dòng trên dây dẫn là I S /4, vì mạch của khe sét sẽ đợc nối với tổng trở sóng của dây dẫn có trị số nh hình (2 6 ) Trang 14 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Z dd /2 Z dd / 2 I s / 4 I s /4 I s / 2 I s Z 0 Hình (2 6): EF)?)"-. Có thể coi dây dẫn hai phía ghép song song và Z dd = (400ữ500) nên dòng điện sét giảm đi nhiều so với khi sét đánh vào nơi có nối đất tốt. Ta có dòng điện sét ở nơi đánh là: )( I Z Z Z II s dd s 132 2 2 0 0 + = Z 0 : Tổng trở sóng của khe sét. Điện áp lúc đó trên dây dẫn là: 4 Z.I U dds dd = (2-14) Khi U dd U 50% s của chuỗi sứ thì có phóng điện trên cách điện gây sự cố ngắn mạch 1 pha N (1 ) từ ( 2 14) ta có thể viết: s % dds U Z.I 50 4 Hay độ lớn của dòng điện sét có thể gây nên phóng điện trên cách điện là: dd s % s Z U I 50 4 Ta có xác suất phóng điện trên cách điện là: Trang 15 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp )152(eeV dd s %50 s Z.1,26 U.4 1,26 I pd == Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: N = N. V (2 16) Trong đó: N: tổng số lần phóng điện sét của 100 km đờng dây đã đợc xác định tại mục 2.1.4 là: 96 lần / 100km. năm. V : Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn đợc xác định theo ( 2 12) Xác suất hình thành hồ quang phụ thuộc vào gradien của điện áp làm việc dọc theo đờng phóng điện ( E lv ): )172()m/kV( l U E pd lv lv = + l pđ : Chiều dài đờng phóng điện lấy bằng chiều dài chuỗi sứ ( m ). + U lv : Điện áp pha của đờng dây. )m/kV(, ,. E lv 952 213 110 == Dựa vào bảng (21 1) sách giáo trình kỹ thuật điện cao áp vẽ đồ thị và bằng phơng pháp nội suy ta có: = 0,63 Bảng 2 1: (")&,-G<$ )m/kV( l U E pd lv lv = 50 30 20 10 (đơn vị tơng đối) 0,6 0,45 0,25 0,1 Ta có suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: n dd = Nv . v pđ (2 18) Trang 16 [...]... 90.3 + 16 ,2) (90.3 + 7 ,2) .(90.3 + 25 ,2 U d ( t ) = 1 ln cu 9 0,3 (1 + 0,3) 2 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 ,23 6 2. 9 7 ,2 1,3 + 25 ,2 7 ,2 25 ,2 90.3 + 25 ,2 M cs (t ) = 0 ,2. 16,2ln ln + 1 = 9,46 1,3 .25 ,2 2.16 ,2 7 ,2 10 ( 25 7,19 2. 9,46) 1 e 0,144.3 i c (t ) = = 20 ,85 2. 20 ( ) di c 10.e 0,144.3 = (25 7,19 2. 9,46) dt 25 7,19 + 2. 9, 72 = 5,59... 1 720 100 1161 1904 3 316 575 834 1093 13 52 1611 1870 21 29 23 88 26 47 4 390 724 1057 1390 1 724 20 57 23 90 27 24 3057 3390 5 465 8 72 128 0 1688 20 95 25 03 29 10 3318 3 726 4133 6 539 1 021 1503 1985 24 67 29 49 3431 39 12 4394 4876 7 613 1170 1 726 22 82 2838 3394 3951 4507 5063 5619 8 688 1318 1949 25 79 321 0 3840 4471 5101 57 32 63 62 9 7 62 1467 21 72 2876 3581 428 6 4991 5696 6400 7105 10 836 1615 23 94 3174 3953 47 32. .. phóng điện lớn hơn Chọn thông số của dòng điện sét tính toán : t = 3às; a =10kA/às a/ Tính toán với pha A: Thay t và a vào các công thức ( 2 52 ); ( 2 53 ) ; ( 2 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 4 ,2 (1 + 0,3) .28 ,2 2. 12 4 ,2 28 ,2 90.3 + 28 ,2 M cs ( t ) = 0 ,2. 16 ,2 ln ln + 1 = 9 ,23 4 ,2 (1 + 0,3) .28 ,2 2.16 ,2 Thay t ; a đã chọn và R =20 vào... = 12m H = hcs + hdd = 16 ,2+ 12 = 28 ,8m ; Trang 31 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp h = hcs hdd =16 ,2 12 = 4,2m = 0,3 ;lấy a = 10 ; t = 3às Ta có bảng (2 4 ) b/ Thành phần từ của điện áp cảm ứng: di di U t ( t ) = Ldd c + M dd (t ) s ; cu c dt dt Lcdd = Lo.hddA = 7 ,2 H áp dụng công thức ( 2 46 ) ta có: 4 ,2 28 ,2 90.3 + 28 ,2 M dd ( t ) = 0 ,2. 12. ln ln + 1 = 8,95 (1 + 0,3) .28 ,2 2. 12 4 ,2 ... ( 2 41 ) Trong đó: + Zo.cs : là tổng trở sóng của dây chống sét không kể đến ảnh hởng của vầng quang + lkv : chiều dài khoảng vợt + c : tốc độ ánh sáng c =300/às Trang 29 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Từ sơ đồ ta xác định đợc: a.[ L cs 2 M cs (t )] (1 e 2 t ) 2R di c a.[ L cs 2M cs (t )] = 2 e 2 t dt 2R i c (t ) = 2 = ( 2 42) ( 2 43) 2R L cs + 2. Lc cs 2. 4.1 .2- Thành phần điện của điện. .. thức ( 2 39 ) và ( 2 40 ): i c (t ) = ( ) 10 [ 25 7,19 9 ,23 ] 1 e 0,144.3 = 30,8kV 2. 20 di c 10.e 0,144.3 = ( 25 7,19 2. 9 ,23 ) dt 25 7,19 + 9, 72 = 5,6kA / às Thay các giá trị Ucdd(t); Mdd(t) ; Mcs(t) ; ic(t) ; dic/dt vào ( 2 5 0): UcđA (t) = (1-0 ,25 4) .20 .30,8+5,6.(7 ,2- 0 ,25 4.9, 72) + +10 (6,63+0 ,25 4 9 ,23 )+146,5+57,17 b/Tính toán với pha B: Trang 35 = 716,3kV đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 16 ,2. 0,13... trên cách điện khi bị sét đánh 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 điện sét đi trong cột và điện áp trên dây chống sét liên quan với nhau vì chúngphụ Trang 26 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp thuộc vào điện áp đi trong cột và dây chống sét Để tính toán các... với các thông số kỹ thuật của pha A 2. 4.3-Tính xác suất phóng điện Trong biểu thức tính ic(t) và dic/dt ta phải tính trớc Mcs(t) với các khoảng chia nhỏ của thời gian (với t = 3às) 90.t + 28 ,2 4 ,2 28 ,2 M dd ( t ) = 0 ,2. 12 ln ln + 1 = 6,63 4 ,2 (1 + 0,3) .28 ,2 2. 12 90.t + 28 ,2 4 ,2 28 ,2 M cs ( t ) = 0 ,2. 16 ,2 ln ln + 1 = 8,41 4 ,2 (1 + 0,3) .28 ,2 2.16 ,2 Bảng (2 5): Giá trị tính toán của Mcs(t) và... KA-csv q = 0 ,25 4 Thay số vào ta có: U cd (t ) = i c R c (1 0 ,25 7) + di c (7 ,2 0 ,25 7.9, 72) + dt a.{M dd ( t ) + 0 ,25 7.M cs ( t )} + U d ( t ) + 57,17 cu 2. 4 .2. 2 - Điện áp giáng trên chuỗi cách điện của pha B; C a/ Thành phần Ucuđ(t) theo công thức (2- ) và (2- ) Với = 0,3; KB-csvq = 0 ,25 7 ; hdd = hddB = 9 m ; H = hcs+ hddB = 16 ,2 + 9 = 25 ,2m Trang 33 (2 51) của đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp h =... = 7,2m 0,1 72. 16 ,2 0,1.a.9 (90.t + 16 ,2) (90.t + 4 ,2) .(90.t + 28 ,2) U d ( t ) = 1 ln cu 2 9 0,3 (1 + 0,3) 16 ,2 4 ,2. 28 ,2 U d (t ) = 2, 07.a ln (0,3t + 0,054) 8100.t 2 + 29 16t + 118,44 cu ( 2 52) b /Thành phần Ucut (t) : Lcdd = L0hddB = 5,4àH U t (t ) = M dd ( t ) cu di s di + Ldd c c dt dt 90t + 28 ,2 7 ,2 28 ,2 M dd = 0 ,2. 9 ln ln + 1 (1 + 0,3) .28 ,2 2.9 7 ,2 M dd = 1,8[ ln (2, 45t . A: m,,,)IA()ID(d 4645 124 22 22 12 =+=+= Trang 12 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp D ' K B C 1,75m A D 4,2m 12m 9m 16,2m 16,2m K 1,5m Hình 2- 5: (")&?"+77:$;<$=)> . (")&?"+77:$;<$=)> m,,)IE()IA(D 04 624 2451 22 22 12 =+=+= Với pha B,C: m,,,)IB()ID(d 41775 127 22 22 12 =+=+= m,,)IE()IB(D 081818751 22 22 12 =+=+= Hệ số ngẫu hợp