trạm biến áp 110 kv đông hà

Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất vì ở đấy cường độ trường có trị số lớn nhất và như vậy là đị

Luận văn

ĐÔNG HÀ

……… , tháng … năm ……

Mục lục

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ TRẠM BIẾN ÁP 110 kV ĐÔNG

HÀ 3

1.1Mục đích thiết kế: 3

1.3.Lịch sử phát triển: 3

1.4.Các thông số cơ bản của trạm biến áp 110KV Đông Hà: 4

1.5.Sơ đồ nhất thứ,mặt bằng và mặt cắt của trạm: 5

1.6.Thiết bị của trạm: 5

2.1.1 GIỚI THIỆU VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN: 29

2.2 BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNG CHO THIẾT BỊ ĐIỆN PHÂN PHỐI NGOÀI TRỜI CỦA TRẠM BIẾN ÁP 35

2.3 TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNG CHO TRẠM

BIẾN ÁP 110KV ĐÔNG HÀ – QUẢNG TRỊ: 44

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CÁC THIẾT BỊ PHÂN PHỐI ĐIỆN NGOÀI TRỜI THEO TIÊU CHUẨN IEEE Std 80 – 2000 120

5.1 Các khái niệm về an toàn điện : 120

5.1.1 Trở kháng điện của cơ thể người : 120

5.1.2.2 Ngưỡng tự buông, ngưỡng buông thả: 121

5.1.2.3 Ngưỡng rung tim, ngưỡng rung cơ tim : 122

5.2.1 Lưới nối đất: 123

5.3 Tính toán hệ thống nối đất trạm biến áp 110kV Đông Hà theo tiêu chuẩn IEEE std 80 – 2000: 127

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ TRẠM BIẾN ÁP 110 kV ĐÔNG

HÀ

1.1Mục đích thiết kế:

Trạm biến áp 110 kV Đông Hà công suất lắp đặt 2x25 MVA, có nhiệm vụ cung cấp điện cho địa bàn Đông Hà, Cam Lộ, Gio Linh, Triệu Phong của tỉnh Quảng Trị, khi cần có thể cấp điện cho cả các huyện Vĩnh Linh, Hải Lăng Trạm biến áp

110 kV Đông Hà là trạm trung gian sơ đồ nối điện phía 110 kV là sơ đồ một thanh cái có phân đoạn và có thanh cái vòng Trên thanh cái 110 kV của trạm có mạch cấp cho trạm 110 kV Khe Sanh và 110 kV Lao Bảo cũng như nhận điện từ nhà máy thủy điện Rào Quán cấp về

1.2.Vị trí địa lý và diện tích:

Trạm biến áp 110 kV Đông Hà nằm về phía nam của thị xã Đông Hà - tỉnh Quảng Trị, trạm nằm ngay ven đường tránh thị xã Đông Hà ( đường 9D)

- Phía Đông: Nằm gần khu dân cư cách quốc lộ 1A 300m

- Phía Nam: Tiếp giáp đường 9D

- Phía Tây: Tiếp giáp với văn phòng của Chi nhánh điện Cao thế Quảng Trị, cách trường Trung học y tế Quảng Trị 100m

- Phía bắc: Cách khu dân cư 100m

Qua nhiều lần mở rộng, nâng công suất trạm, đến nay trạm có diện tích trong tường rào trạm là: 11093,7 m2

1.3.Lịch sử phát triển:

Năm 1989 trạm biến áp 110 kV Đông Hà được xây dựng để đáp ứng yêu cầu cung cấp điện cho tỉnh Quảng Trị và một phần phía bắc tỉnh Thừa Thiên Huế Khi đó T.B.A 110 kV Đông Hà thuộc Sở Truyền tải điện 1 là một thành viên của Công ty điện lực 3 tiền thân của Công ty Truyền tải điện 2 ngày nay

Ngày 04/6/1990, sau rất nhiều nỗ lực, Sở Truyền tải điện 1 đã tổ chức đóng điện thành công đưa vào vận hành T.B.A 110 kV Đông Hà với dung lượng 16 MVA Đây là một trong những công trình đầu tiên của Sở truyền tải điện 1 cũng như là của hệ thống tải điện quốc gia khu vực Miền Trung - Tây Nguyên Lúc này T.B.A 110 kV Đông Hà chỉ có một MBA T1 dung lượng 16 MVA cấp điện áp 110/35/10 kV, sơ đồ kết lưới ở các cấp điện áp đơn giản, số lượng thiết bị và xuất tuyến ít Thiết bị trong trạm chủ yếu là của Liên Xô cũ

Ngày 07/02/1999 T.B.A 110 kV Đông Hà đóng điện đưa vào vận hành MBA T2 có dung lượng 25 MVA cấp điện áp 110/35/22 kV Sơ đồ nối điện phía

35 kV hoàn thiện là sơ đồ một thanh cái có phân đoạn bằng một máy cắt và hai dao cách ly.

Ngày 23/01/2003 MBA T1 của Trạm được thay thế bằng MBA có công suất lớn hơn ( 25 MVA cấp điện áp 110/35/22 kV) Đây là một bước khởi đầu của

dự án nâng công suất, hoàn thiện sơ đồ nối điện của T.B.A 110 kV Đông Hà

Ngày 31/3/2007 T.B.A 110 kV Đông Hà hoàn thiện việc lắp đặt để đưa vào đóng điện hệ thống tụ bù 110 kV có tổng dung lượng bù là 21 MVAR

Sơ đồ nối điện của trạm cũng được hoàn thiện dần từng bước một Hiện nay

sơ đồ nối điện của trạm đã hoàn thiện với phía 110 kV là sơ đồ một hệ thống thanh cái có phân đoạn và có thanh cái vòng, máy cắt phân đoạn vừa làm nhiệm vụ máy cắt phân đoạn vừa làm nhiệm vụ máy cắt vòng Phía 35 kV và 22 kV sử dụng sơ

đồ một hệ thống thanh cái có phân đoạn bằng một máy cắt và hai dao cách ly

Trước thời điểm 31/3/2007 TBA 110kV Đông Hà là đơn vị trực thuộc quản

lý của Truyền tải điện Quảng Trị -Công ty Truyền tải điện 2 Theo yêu cầu về thay đổi quản lý phân cấp lưới điên của Tập đoàn Điện lực Việt Nam, từ ngày 01/4/2007 TBA 110kV Đông Hà thuộc quản lý của Chi nhánh điện cao thế Quảng Trị - Xí nghiệp điện cao thế Miền Trung trực thuộc Công ty Điện lực 3

Trạm biến áp 110kV Đông Hà được xây dựng lắp đặt thiết bị nửa trong nhà, nửa ngoài trời Trạm có nhiện vụ nhận điện 110kV qua các máy biến áp đưa ra cấp điện áp 35 kV, 22 kV cấp cho tỉnh Quảng Trị và một phần cho phía Bắc tỉnh T.T Huế Nhà vận hành và nhà làm việc của trạm biến áp 110 kV Đông Hà được xây dựng kiên cố, thuận tiện về giao thông, đường nội bộ trong trạm đảm bảo cho

xe chữa cháy vào được

1.4.Các thông số cơ bản của trạm biến áp 110KV Đông Hà:

-Sơ đồ vận hành là sơ đồ vận hành 1 thanh cái có thanh góp vòng,máy cắt phân đoạn vừa là máy cắt vòng

-Tổng công suất 2 máy biến áp là 50 MVA

-Công suất tối đa đo được qua đồng hồ theo nhật kí vận hành là 20 MVA

-Xuất tuyến:

+Phía 110KV: 3 đường dây kép

+Phía 35KV: 2 đường dây đơn,1 đường dây kép

+Phía 22KV: cáp ngầm

-Dòng điện chạm đất cực đại qua hệ thống nối đất là 7600 (A)

1.5.Sơ đồ nhất thứ,mặt bằng và mặt cắt của trạm:

Bản vẽ ở A3 ở cuối tập

1.6.Thiết bị của trạm:

1.6.1 Các thiết bị lắp đặt ngoài trời.

a MBA T1 dung lượng: 25 000 kVA.

16 Sự gia tăng nhiệt độ:

17 Nhiệt độ cho phép làm việc lớn nhất: 800 C

18 Sứ đầu vào MBA:

- Cao áp: Pha-GOB 550/1250, Trung tính-GOB 325/800

- Trung áp: BCTb-35

- Hạ áp(Pha, trung tính): BCTb-35

19 Biến dòng chân sứ đầu vào MBA:

20 Điện áp ngắn mạch:

- Short circuit impedance referred to 25 MVA, %:

Công suất tương ứng

26 Trọng lượng dầu ngăn bộ điều áp:

b MBA T2 dung lượng: 25 000 kVA.

16 Sự gia tăng nhiệt độ:

- Lớp dầu trên 550 C

18 Sứ đầu vào MBA:

- Cao áp: Pha-GOB 550/1250, Trung tính-GOB 325/800

- Trung áp: BCTb-35

- Hạ áp(Pha, trung tính): BCTb-35

- Trung tính:

19 Biến dòng chân sứ đầu vào MBA:

20 Điện áp ngắn mạch:

26 Trọng lượng dầu ngăn bộ điều áp:

- Điện áp xung khi thao tác:

12 Dòng điện định mức: 2000 A

15 Dòng điện ngắn mạch chịu đựng trong thời gian 3 giây: 31,5 kA

20 Thời gian căng lò xo:

21 Điện trở tiếp xúc ( Với dòng đo 100A một chiều): 22 µΩ.

22 Chu trình thao tác định mức: O-0,3s-CO-3min-CO

23 Áp lực khí SF6 ở 20 0C:

24 Độ ẩm khí SF6 cho phép:

28 Trọng lượng của 1 pha:

 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN MÁY CẮT T101, T102

- Điện áp xung khi thao tác:

15 Dòng điện ngắn mạch chịu đựng trong thời gian 3 giây: 40 kA

17 Thời gian cắt riêng: 38 ms

19 Thời gian nghỉ trong chu trình AR: 300 ms

22 Chu trình thao tác định mức: O-0,3s-CO-3min-CO

23 Áp lực khí SF6 ở 20 0C:

- Tối thiểu cho phép thao tác:

24 Độ ẩm khí SF6 cho phép:

- Khi lắp mới:

- Trong vận hành:

 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN MÁY CẮT 331

- Điện áp chịu đựng xung:

- Điện áp xung khi thao tác:

12 Dòng điện định mức: 1250 A

14 Dòng điện ổn định động:

15 Dòng điện ngắn mạch chịu đựng trong thời gian 3 giây: 25 kA

18 Thời gian cắt toàn phần:

19 Thời gian nghỉ trong chu trình AR: 300 ms

20 Thời gian căng lò xo:

23 Áp lực khí SF6 ở 20 0C:

24 Độ ẩm khí SF6 cho phép:

 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN MÁY CẮT 332, 312

12 Dòng điện cắt định mức: 25 kA.

13 Dòng điện ổn định động:

14 Dòng điện ngắn mạch chịu đựng trong thời gian 3 giây: 25 kA

17 Thời gian cắt toàn bộ:

18 Thời gian nghỉ trong chu trình đóng lặp lại:

 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN MÁY CẮT 371, 372, 373

- Điện áp xung khi thao tác:

13 Dòng điện cắt định mức: 25 kA.

14 Dòng điện ổn định động:

15 Dòng điện ngắn mạch chịu đựng trong thời gian 3 giây: 25 kA

18 Thời gian cắt toàn phần:

19 Thời gian nghỉ trong chu trình AR: 300 ms

20 Thời gian căng lò xo:

22 Chu trình thao tác định mức: O-0,3s-CO-3min-CO

23 Áp lực khí SF6 ở 20 0C:

27 Trọng lượng của 1 pha:

 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN MÁY CẮT 376

14 Dòng điện ngắn mạch chịu đựng trong thời gian 3 giây: 25 kA

16 Thời gian cắt riêng: ms

17 Thời gian nghỉ trong chu trình đóng lặp lại:

24 Trọng lượng của 1 pha:

25 Trọng lượng toàn bộ máy cắt:

 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN MÁY CẮT 431, 432, 412

17 Thời gian căng lò xo:

18 Điện trở tiếp xúc ( Với dòng đo bằng 100 A một chiều ):

19 Máy biến dòng điện:

16 Dòng điện ngắn mạch chịu đựng trong thời gian 3s: 25 kA.

17 Thời gian căng lò xo:

18 Điện trở tiếp xúc ( Với dòng đo bằng 100 A một chiều ):

19 Máy biến dòng điện:

25 Trọng lượng cả tủ hợp bộ

d Máy biến dòng,máy biến điện áp

 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP TU C11 (PHA B, C) TU

13 Cấp chính xác và công suất tương ứng:

14 Tụ điện C1/C2:

15 Dầu cách điện:

- Loại dầu cách điện:

- Điện áp chọc thủng của dầu trong vận hành:

- Tgδ của dầu trong vận hành ở nhiệt độ 90 0 C:

16 Trọng lương dầu trong máy:

- Loại dầu cách điện:

- Điện áp chọc thủng của dầu trong vận hành:

- Tgδ của dầu trong vận hành ở nhiệt độ 90 0 C:

16 Trọng lương dầu trong máy:

 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP TU C19, TU171( PHA

B, C), TU 172 (PHA B, C), TU 174 (PHA B, C)

- Loại dầu cách điện:

- Điện áp chọc thủng của dầu trong vận hành:

- Tgδ của dầu trong vận hành ở nhiệt độ 90 0 C:

16 Trọng lương dầu trong máy:

- Loại dầu cách điện:

- Điện áp chọc thủng của dầu trong vận hành:

- Tgδ của dầu trong vận hành ở nhiệt độ 90 0 C:

16 Trọng lương dầu trong máy:

 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP TU 175, TU 176

- Loại dầu cách điện:

- Điện áp chọc thủng của dầu trong vận hành:

- Tgδ của dầu trong vận hành ở nhiệt độ 90 0 C:

16 Trọng lương dầu trong máy: 52 kg

13 Loại cách điện vỏ: Sứ cách điện

 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN KHÁNG ĐIỆN KH102

17 Sứ đầu vào kháng điện

 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN KHÁNG ĐIỆN KH101

17 Sứ đầu vào kháng điện

b Phòng điều khiển trung tâm lắp đặt các thiết bị sau:

- Các tủ điều khiển bảo vệ các MBA T1, MBA T2

- Các tủ điều khiển bảo vệ các MC 110 kV, 35 kV, 22 kV

- Các tủ thông tin tải ba, các tủ thông tin SCADA

- Các tủ điện tự dùng xoay chiều, một chiều

- Các tủ ắc quy 220 VDC ( có 110 bình ắc quy).

Đất Quảng Trị bao gồm chủ yếu những nhóm và loại (đơn vị) đất ở vùng nhiệt đới

và á nhiệt đới có cường độ phong hoá mạnh bao gồm các nhóm : Acrisols,

Ferralsols, Ngoài ra có ít diện tích không liên quan đến địa đới như các nhóm Fluvisols, Luvisols, gleysols,arenosols

Dưới tác động tổng hợp của các điều kiện tự nhiên và sản xuất hiện tại, tỉnh Quảng Trị đã hình thành 11 nhóm đất, 32 đơn vị đất và 54 đơn vị đất phụ với đặc điểm phát sinh và sử dụng khá đa dạng, là cơ sở để hoàn thiện hệ thống lâm - nông nghiệp và quy hoạch sử dụng đất của tỉnh

ha) đều chịu tác động của quá trình hình thành đất theo bề mặt và bề sâu Sự di chuyển sét theo chiều sâu khá rõ tạo nên tầng B Ferralit (đất Ferralsols) và tầng B Argic (đất Acrisols) chiếm ưu thế, đặc trưng của đất nhiệt đới ẩm

Trong 11 nhóm đất : Nhóm đất đỏ vàng có diện tích lớn nhất 357.191 ha (bằng 75,27% diện tích tự nhiên), nhóm đất phù sa 40.492 ha (8,53%), nhóm đất cát 34.732 ha (7,32%), nhóm đất mặn và đất phèn 1.848 ha (0,39%), nhóm đất xám bạc màu 1.304 ha (0,27%),và nhóm đất mùn vàng đỏ 10.871 ha (2,29%)

Trạm biến áp 110KV Đông Hà nằm trong khu vực đất thịt pha cát nên trong tính toán ta lấy điện trở suất của đất là: ρđo= 250 (Ω.m)

1.7.2 Khí hậu

Quảng Trị nằm ở phía nam của Bắc Trung Bộ, trọn vẹn trong khu vực nhiệt đới ẩm gió mùa, là vùng chuyển tiếp giữa hai 2 miền khí hậu Miền khí hậu phía bắc có mùa đông lạnh và phía nam nóng ẩm quanh năm ở vùng này khí hậu khắc nghiệt, chịu hậu quả nặng nề của gió tây nam khô nóng, bão, mưa lớn, khí hậu biến động mạnh, thời tiết diễn biến thất thường, vì vậy trong sản xuất và đời sống nhân dân gặp không ít khó khăn Do nằm trọn vẹn trong nội chí tuyến bắc bán cầu, hàng năm có hai lần mặt trời đi qua đỉnh (tháng 5 và tháng 8), nền bức xạ cao (Cực đại vào tháng 5, cực tiểu vào tháng 12) Tổng lượng cán cân bức xạ cả năm ở Quảng Trị dao động trong khoảng 70-80 Kcalo/cm2 năm), những tháng mùa hè gấp 2-3 lần những tháng mùa đông Tổng số giờ nắng trung bình năm ở Quảng Trị dao động từ 1700-1800 giờ Số giờ nắng nhất vào tháng 7 (240-250 giờ) Nhiệt độ trung bình hàng năm dao động từ 20-250C, tháng 7 cao nhất còn tháng 1 thấp nhất Nhiệt độ tối cao trong năm vào các tháng nóng, ở vùng đồng bằng trên 400C và ở vùng núi thấp 34-350C Nhiệt độ thấp nhất trong năm có thể xuống tới 8-100C ở vùng đồng bằng và 3-50C ở vùng núi cao Lượng mưa : Mùa mưa diễn ra từ tháng

9 đến tháng 1, lượng mưa khoảng 75-85% tổng lượng mưa cả năm Các tháng mưa kéo dài, lớn là tháng 9-11 (khoảng 600 mm) Tháng ít mưa nhất là tháng 2- tháng 7 (thấp nhất là 40mm/tháng) Tổng lượng mưa cả năm dao động khoảng 2000-2700

mm, số ngày mưa 130-180 ngày độ ẩm: độ ẩm tương đối trung bình, tháng ẩm 90%, còn tháng khô thường dưới 50%, có khi xuống tới 30% Thị xã Đông Hà vào mùa hè bị khô cạn hơn cả, vùng Khe Sanh (Hướng Hóa) có khí hậu quanh năm ẩm.Nằm ở vị trí duyên hải Bắc trung bộ và gần với Quảng Bình-vùng ít dông sét nhất

85-ở miền Bắc nên Đông Hà cũng là 1 trong những nơi có số ngày sét trong năm khá thấp.Theo số liệu thu thập được ở Cửa Tùng thì số ngày dông sét trong năm là 60 ngày trong 1 năm

CHƯƠNG 2: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO

TRẠM 110 kV ĐÔNG HÀ – QUẢNG TRỊ

2.1 GIỚI THIỆU VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO THIẾT BỊ PHÂN PHỐI ĐIỆN NGOÀI TRỜI CỦA TRẠM BIẾN ÁP

2.1.1 GIỚI THIỆU VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN:

2.1.1.1Quá trình phóng điện của sét.

Sét là một trường hợp phóng điện tia lửa khi khoảng cách giữa các điện cực rất lớn ( trung bình khoảng 5 km) Quá trình phóng điện của sét giống như quá trình xảy ra trong trường không đồng nhất Khi các đám mây được tích điện ( khoảng 80% số trường hợp phóng điện sét xuống đất điện tích của đám mây

có cực tính âm) tới mức độ có thể tạo nên cường độ trường lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng điện tiên

đạo và dòng gọi là tia tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của

trung bình là 3 lần, điều này được giải thích bởi trong cùng lớp mây điện có thể hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng có thể lần lượt phóng điện xuống đất)

Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện dẫn rất lớn Đầu tia nối với một trong các trung tâm điện tích của đám mây điện nên một phần điện tích của trung tâm này đi vào trong tia tiên đạo và phân bố có thể xem như gần đều dọc theo chiều dài tia 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 thuộc vào tình hình điện dẫn của đất Nếu vùng đất có điện trường đồng nhất thì địa điểm này nằm ngay phía dưới đầu tia tiên đạo Trường hợp mặt đất có nhiều nơi điện dẫn khác nhau thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao ví dụ như các ao, hồ, sông lạch ở vùng đất đá

Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất vì ở đấy cường độ trường có trị số lớn nhất và như vậy là địa điểm sét đánh trên mặt đất đã được định sẵn tính chất chọn lọc của phóng điện đã được vận dụng trong việc bảo vệ chống sét đánh thẳng cho các công trình: Cột thu sét có độ cao lớn và trị số điện trở nối đất bé sẽ thu hút các phóng điện sét về phía mình, do đó tạo nên khu vực an toàn quanh nó

Cần nêu thêm rằng nếu ở phía mặt đất điện tích khác dấu được tập trung dễ dàng và có điều kiện thuận lợi để tạo nên khu vực trường mạnh ( ví dụ đỉnh cột điện đường dây cao áp) thì có thể đồng thời xuất hiện tia tiên đạo từ phía mặt đất phát triển ngược chiều với tia tiên đạo từ lớp mây điện

Khi tia tiên đạo phát triển tới gần mặt đất thì trường trong khoảng không gian giữa các điện cực sẽ có trị số rất lớn và bắt đầu có quá trình ion hóa mãnh liệt dẫn đến sự hình thành dòng Plasma với mật độ ion lớn hơn nhiều so với của

tia tiên đạo Do có điện dẫn bản thân rất cao nên đầu dòng sẽ có điện thế mặt đất và như vậy toàn bộ hiệu số điện thế ( giữa đầu tia tiên đạo với mặt đất) được tập trung vào khu vực giữa nó với đầu tia tiên đạo, trường trong khu vực này tăng cao và gây ion hóa mãnh liệt dòng Plasma được kéo dài và di chuyển ngược lên phía trên Giai đoạn này được gọi là giai đoạn phóng điện ngược Tốc độ phát triển của phóng điện ngược thay đổi trong giới hạn 1,5.109cm/s ÷ 1,5.1010cm/s tức là 0,05 ÷ 0,5 tốc độ ánh sáng Trong giai đoạn này điện tích của lớp mây điện sẽ theo dòng Plasma chuyển về phía mặt đất tạo nên dòng điện ở nơi sét đánh.

Có thể biểu diễn sự phát triển của sét như sau :

- - - - - - - - -

- - -

(a)

Các giai đoạn của phóng điện sét và biến thiên dòng điện sét theo thời gian :

Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngược là v và mật độ đường của điện tích

trong tia tiên đạo bằng σ thì trong đơn vị thời gian điện tích đi vào trong đất sẽ

là σ.v và đó cũng là công thức tính dòng điện sét:

Công thức này tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi nối đất tốt ( có trị

số điện trở nối đất rất bé không đáng kể)

Quá trình chuyển từ phóng điện tiên đạo sang phóng điện ngược gần giống như ngắn mạch chạm đất của dây dẫn thẳng đứng có nạp điện trước Dọc theo dây dẫn sẽ

truyền sóng điện tích dương với tốc độ ánh sáng làm giảm điện thế dây dẫn tới trị số không Nếu

dây dẫn ngắn mạch chạm đất qua một điện trở r

thì trị d số dòng điện sẽ giảm theo công thức:

r Z

c

Hình 1-2

hoặc có nhưng điện trở nối đất quá lớn, dòng điện sét giảm nhiều và theo quy ước hiện nay thường lấy bằng nửa trị số dòng điện ở nơi có nối đất tốt.

2.1.2 Tham số của dòng điện sét.

Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét Hiện nay đã tích lũy được khá nhiều số liệu thực nghiệm về tham số này ( đo bằng thỏi sắt từ hoặc bằng máy hiện sóng cao áp) Trên hình 1-1 cho dạng sóng dòng điện sét, đó là dạng sóng xung kích - chỗ tăng vọt của dòng điện ứng với giai đoạn phóng điện ngược còn quá trình giảm dần về sau là quá trình chuyển số điện tích dư từ lớp mây xuống đất

Kết quả đo lường cho thấy biên độ dòng điện sét ( Is ) biến thiên trong phạm vi rộng từ vài kA đến hàng trăm kA và được phân bố theo quy luật thực nghiệm như sau:

1 , 26 60

I 10

s

s I I

Is : Biên độ dòng điện sét (kA)

VI : Xác suất xuất hiện sét có biên độ dòng điện ≥ Is

Quy luật này được biểu thị trên đường cong hình 1-3

Số liệu này được chấp nhận trong tính toán thiết kế và thí nghiệm mặc dù có thể khác xa

so với độ dài sóng của các lần đo thực tế.

Khi phân tích các sơ dồ chống sét hoặc tính toán các

quá trình quá độ, đầu sóng dòng điện sét thường

được thay bằng đoạn thẳng xiên góc có độ dốc trung

bình :

ds s

0 20 20 40 60 80

kA

Hình 1-3Xác suất dòng điện sét

10 25 10 , 9

a a

va– Xỏc suất xuất hiện sột cú độ dốc trung bỡnh ≥ a

Quy luật này cũng được biểu thị trờn hỡnh 1-4

Trong khi tớnh toỏn cú khi cần phải đồng thời xột đến

cả hai yếu tố: Biờn độ và độ dốc dũng điện sột; trong cỏc

hợp này dựng xỏc suất phối hợp:

)2560(),(

Để quỏ trỡnh tớnh toỏn được đơn giản, trong cỏc trường hợp cụ thể cú thể dựng cỏc dạng súng tớnh toỏn khỏc nhau Dạng súng cú đầu xiờn gúc đỳng khi quỏ trỡnh cần xột xảy ra ở đầu súng hoặc trong cỏc trường hợp mà thời gian diễn biến tương đối ngắn so với độ dài đầu súng Trong cỏc trường hợp này sự giảm dũng điện sau trị số cực đại khụng cú ý nghĩa nờn khi t> τđs cú thể xem dũng điện khụng thay đổi

và bằng trị số biờn độ Ngược lại khi quỏ trỡnh xảy ra trong thời gian dài

(t>> τđs ) như khi tớnh toỏn về hiệu ứng nhiệt của dũng điện sột, cú thể khụng xột đến giai đoạn đầu súng và dạng súng tớnh toỏn được chọn theo dạng hàm số mũ

2.1.3 Cường độ hoạt động của sột.

Cường độ hoặc động của sột được biểu thị bằng số ngày cú dụng sột

50 40 30 20 10

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

kA/ à s a

υ a

Hình 1-4 Xác suất của độ dốc trung bình của dòng điện sét

Hỡnh 1-5Dạng súng xiờn gúc

Is = Is.e-t/T

Is

τs

Is/2

t

Hỡnh 1-6Dạng súng hàm mũ

giờ (ng.s) Các trị số này được xác định theo các số liệu ở các đài trạm khí tượng phân bố trên lãnh thổ từng nước và trên cơ sở đó vẽ bản đồ phân bố dông sét.

Theo số liệu thống kê của nhiều nước, số sét hằng năm ở :

Vùng xích đạo khoảng : 100 ÷ 150 ngày

Vùng nhiệt đới khoảng : 75 ÷ 100 ngày

Vùng ôn đới khoảng : 30 ÷ 50 ngày

Còn ở vùng nam bắc cực thì chỉ khoảng vài ngày Số giờ và số ngày có dông sét nói trên là chỉ các hoạt động giông sét nói chung, quá trình phóng điện có thể xảy ra giữa các lớp mây với nhau hoặc là giữa lớp mây với đất

Để tính toán số lần có phóng điện xuống đất cần biết về số lần có sét đánh

đó sẽ tính được số lần sét đánh vào các công trình hoặc đánh lên đường dây tải điện Kết quả tính toán này chỉ cho 1 khái niệm trung bình vì phóng điện sét mang sẵn tính chọn lọc mà không phải rải đều mọi nơi trên mặt đất

2.2 BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNG CHO THIẾT BỊ ĐIỆN PHÂN PHỐI NGOÀI TRỜI CỦA TRẠM BIẾN ÁP

2.2.1 Khái niệm chung.

Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh thẳng cho các công trình thường dùng các hệ thống thu sét - cột thu sét, dây thu sét - gồm bộ phận thu sét ( kim, dây ), bộ phận nối đất và các dây dãn liên hệ hai bộ phận trên với nhau ( dây nối đất)

Tác dụng bảo vệ của hệ thống thu sét là ở chỗ tập trung điện tích ở đỉnh bộ phận thu sét, tạo nên trường lớn nhất giữa nó với đầu tia tiên đạo do đó thu hút các phóng điện sét và hình thành khu vực an toàn ở bên dưới và chung quanh hệ thống thu sét

Bộ phận nối đất của hệ thống thu sét có điện trở nối đất bé để việc tập trung vđiện tích cảm ứng từ phía mặt đất được dễ dàng và khi có dòng điện sét đi qua điện áp trên các bộ phận của hệ thống thu sét sẽ không đủ gây nên phóng điện ngược từ nó tới các công trình đặt gần

Độ cao so với mặt đất mà từ đó phóng điện tiên đạo bắt đầu có xu hướng phát triển về hệ thống thu sét gọi là độ cao định hướng của sét (H) Độ cao này phụ thuộc vào độ cao của bộ phận thu sét (h), nếu bộ phận thu sét cao dưới 30m thì H = k.h, với hệ số k trong khoảng từ 10 ÷ 20

Để nghiên cứu tác dụng bảo vệ của hệ thống thu sét, trên hình 1-7 cho điểm định hướng của sét di chuyển trên đường nằm ngang cùng chung mặt phẳng với cột thu sét Khi điểm này nằm đúng phía trên đỉnh cột Thu sét, phóng điện sẽ phát

thì khả năng phóng điện về cột thu sét và khả

năng phóng điện xuống đất sẽ bằng nhau và nếu

điểm định hướng ra xa hơn thì sét chủ yếu sẽ

phóng điện xuống đất Để công trình được bảo

vệ an toàn, phải đạt điều kiện sao cho điện áp

phóng điện từ điểm định hướng tới nó lớn hơn

điện áp phóng điện tới cột thu sét (U01) hoặc tới

mặt đất (U02) Điều đó có nghĩa là công trình có

độ cao thấp hơn và đặt gần cột thu sét

2.2.2 Bảo vệ sét chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 110 kV.

Trạm biến áp là một bộ phận rất quan trọng trong quá trình truyền tải và phân phối điện năng của hệ thống điện; đặc biệt là những trạm có công suất lớn, điện áp cao Các thiết bị phân phối lắp đặt trong các trạm biến áp thường rất đắt tiền Đối với các trạm biến áp cấp điện áp 110 kV trở lên thường các thiết bị phân phối chủ yếu được lắp đặt ngoài trời Nếu các thiết bị trong trạm bị sét đánh trực tiếp thì sẽ dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng, không những chỉ làm hỏng những thiết bị trong trạm dẫn đến ngừng cung cấp điện trong thời gian dài, làm ảnh hưởng đến việc cung cấp điện liên tục mà còn ảnh hưởng đến các ngành kinh tế khác Do đó việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp là rất quan trọng, nhằm bảo đảm toàn bộ các thiết bị trong trạm được bảo vệ an toàn chống sét đánh trực tiếp vào trạm, duy trì sự ổn định của hệ thống điện

Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp người ta thường dùng cột thu lôi Các cột thu lôi có thể được đặt độc lập hay trong những điều kiện cho phép có thể đặt lên trên các kết cấu của trạm phân phối – Các trụ của các kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi phải được ngắn nhất và sao cho dòng điện sét Is khuyếch

ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất

Nơi yếu nhất của trạm phân phối ngoài trời điện áp 110kV trở lên là cuộn dây của máy biến áp, vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa hai điểm nối vào hệ thống nối đất của hệ thống nối đất của cột thu lôi và vỏ máy biến áp theo đường điện phải lớn hơn 15m.

Khi bố trí cột thu lôi trên trên xà của trạm phân phối ngoài trời 110kV trở lên phải thực hiện các điều sau:

- Ở chỗ nối các kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có nối đất bổ sung ( dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở khuyếch

- Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm phân phối 35kV phải tăng cường cách điện của nó lên mức cách điện của cấp 110kV

van, các thiết bị chống sét này có thể đặt ngay trên vỏ máy

- Để bảo vệ cuộn dây 35kV cần đặt các chống sét van Khoảng cách giữa chỗ nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp và của chống sét van ( theo đường điện) phải nhỏ hơn 5m Khoảng cách ấy có thể tăng lên nếu điểm nối đất của chống sét van ở vào giữa hai điểm nối đất của vỏ máy biến áp và của kết cấu trên

Khi dùng cột thu lôi độc lập phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu lôi đến các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu lôi đến vật được bảo vệ

Khi dùng cột đèn chiếu sáng để làm giá đỡ cho cột thu lôi phải cho dây dẫn điện đến đèn vào ống chì và chôn vào đất

Đối với các nhà máy điện dùng sơ đồ bộ thì chỉ được đặt cột thu lôi trên xà máy biến áp khi máy phát điện và máy biến áp được nối với nhau bằng cầu chì bọc

kín và hai đầu được được nối đất Nếu cầu có phân đoạn thì không được phép đặt cột thu lôi trên xà máy biến áp Với máy bù đồng bộ cũng áp dụng điều này.

Có thể nối dây chống sét bảo vệ đoạn đến trạm vào hệ thống nối đất của trạm nếu như khoảng cách từ chỗ nối đất của trạm đến điểm nối đất của máy biến áp lớn hơn 15m

Để đảm bảo về mặt cơ tính ( độ bền cơ học) và để chống ăn mòn cần phải theo đúng quy định về loại vật liệu, tiết diện dây dẫn dùng trên mặt đất và dưới đất ( bảng 1-1)

dùng trên mặt đất

Dây dẫn dòng điện sét dùng dưới đất

Từ một hệ thống thu sét phải có nhiều dây nối đất ( ít nhất là 2 dây ) để phòng trường hợp đứt dây

2.2.3 Trình tự tính toán bảo vệ chống sét đánh thẳng cho thiết bị điện phân phối ngoài trời của TBA.

1.Dựa vào mặt bằng của trạm phân phối bố trí cột thu lôi thỏa mãn yêu cầu

kỹ thuật.

2 Xác định đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột

( D ).

+ Với tam giác :

D = 4 p(p−a)(abc p−b)(p−c) (2-10)

Trong đó :

a, b, c : là các cạnh của tam giác hợp bởi ba chân cột

p : nửa chu vi tam giác, p =

2

c b

a+ +

+ Với tam giác vuông, hình vuông và hình chữ nhật

D = a2 +b2Trong đó D là cạnh huyền tam giác vuông hay đường chéo hình chữ nhật

3 Xác định độ cao của cột thu sét:

h h= +h

cao h sẽ được bảo vệ an toàn nếu thõa mãn điều kiện sau:

h là độ cao hiệu dụng của cột thu sét ( m )

4 Xác định phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét:

a Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét.

Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là miền được giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp tròn xoay có đường sinh xác định bởi phương trình:

)(1

6,1

x x

h h

+

=

(2-1)Trong đó : h- độ cao cột thu sét

hx- độ cao của vật cần bảo vệ

h-hx- độ cao hiệu dụng của cột thu sét.rx- bán kính của phạm

nếu h > 30m

h 2/3h

Hình 2-2: Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét

b Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột thu sét:

Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét lớn hơn nhiều so với tổng số phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột đơn Qua thực nghiệm đã chứng tỏ khu vực có xác suất 100% phóng điện vào cột thu sét có bán kính R=3,5h Như vậy khi hai cột thu sét đặt cách nhau khoảng a=7h thì bất kỳ điểm nào trên mặt đất trong khoảng giữa hai cột sẽ không bị sét đánh, từ đó suy ra nếu hai cột thu sét đặt cách nhau một khoảng a<7h thì sẽ bảo vệ được độ cao h0 xác định bởi: