Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 110-220 kv

Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 110-220 kv

Trang 1

LOI NOI DAU

Với bất kỳ một quốc gia nào sự phát triển và phát triển bền vững là hết sức quan trọng Đặc biệt trong bối cảnh nước ta hiện nay vấn đề này càng cần được quan tâm nhiều hơn nữa Để đảm bảo được điều này thì ngoài hàng loạt chính sách xã hội đồng bộ vấn đề an ninh năng lượng là một trong những ưu tiên hàng đầu trong đó có điện năng

Trong giai đoạn hiện tại tốc độ phát triển kinh tế của nước ta đang đạt khoảng 8 — 8,5 % ,trong đó tốc độ phát triển công nghiệp vào khoảng 17 % Để đảm bảo cung cấp đủ điện năng thì tốc độ phát triển nguồn điện phải đạt tốc độ 19 % đồng thời đảm bảo lưới điện vận hành ôn định

Đường dây, trạm biến áp là những phần tử chính trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng Công suất phụ tải tăng mạnh,kèm theo sự đòi hỏi ngày một cao về chất lượng điện năng thúc đây sự phát triển nhanh chóng của

hệ thống điện.Đặc trưng của hệ thống điện là dàn trãi trong một không gian

rộng lớn nên thường có nhiều sự cố xãy ra đối với chúng.Khi thiết kế đường

dây truyền tải điện trạm biến áp thì để đảm bảo sự an toàn của hệ thống độ tin

cậy cung cấp điện phải đảm bảo sao cho xác suất xảy ra sự cô là thấp nhất

đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật Sự có hay xảy ra nhất đối với đường dây truyền tải điện ngoài trời là do sét đánh.Khi bị sét đánh thường dẫn đến việc cung cấp và truyền tải điện năng cùng với thiệt hại lớn về kinh tế,xã hội

và tính mạng con người

Đê đảm bảo cung câp điện liên tục và ôn định thì vân đê bảo vệ cho hệ

thông điện có một vị trí vô cùng quan trọng trong đó có bảo vệ Trạm Biên Ap

Trang 2

DO AN TOT NHGIEP KY THUAT DIEN CAO AP

2 Tính nối đất an toàn và nối đất chống sét cho trạm biến áp 110/220 kV 3 Tính chỉ tiêu chống sét cho đường dây 220 kV

Tuy đã có cô gắng nhưng do thời gian và hiểu biết của em có hạn nên bản đồ án không khỏi tránh những thiếu sót, em mong được sự góp ý và chỉ bảo thêm của các thây, các cô Bản đồ án được hoàn thành với sự cố gắng của bản thân, sự giúp đỡ động viên của bạn bè, thầy cô trong nghành Kỹ Thuật

Điện Trường Đại Học Quy Nhơn và đặc biệt là sự chỉ bảo, hướng dẫn của

TS.NGUYEN MINH CHUOC

Em xin chan thanh cam on!

Trang 3

LOD MOE GAU 0 ccc cece cc ccc cece cccccccccusccecevecveccccusuaueecucuevavuneceeneass 1 Chương mở đầu: Tình hình dông sét ở Việt Nam va ảnh hưởng của đông sét

đến hệ thống điện - s33 SE E332 3 1c cưng 5

1 Tình hình dông sét ở Việt Nam - -Ă-Ă BS n SH ng 1851512 5 2 Ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện - 2 s+s+sez+xsrx+ 9

Chương I: Tính toán phạm vi bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến 2/2800 01 11 INMS4 0i ốc n 11

1.2 Các yêu cầu kỹ thuật + <3 SEk SE trưng rrep 11

1.3 Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào TBA 13

Trang 4

DO AN TOT NHGIEP KY THUAT DIEN CAO AP

3.1 Yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đường dây 220 kV 60

3.2 Trình tự tính tOắñn . - - <- <1 030 HH v11 ce 63

1.Các tham số sử dụng để tính toán - se +sesrsvs se vsrsesreee 63 2 Góc bảo vệ của dây chống sét 5 - sec reei 65 3 Xác định độ cao trung bình của dây chống sét và dây dẫn 65 4 Xác định tổng trở sóng của dây thu sét và dây dẫn 66 5 Hệ số ngẫu hợp giữa dây chống sét và dây dẫn các pha 67 6 Tính số lần sét đánh vào đường dây - 2+ - sesec+c+zzreced 69

7 Tính suất cắt của đường dây 220 kV do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn + ksExEE cv EEE xxx rerkererxree 70 8 Tính suất cắt của đường dây 220 kV do sét đánh vào khoảng

Trang 5

Chuong mé dau

Tình hình dông sét ở việt nam và ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện

1.Tinh hinh dong sét ở việt nam:

Nước ta nằm trong khu vực có khí hậu nóng và 4m, rất thuận lợi cho việc

hình thành mây dông và sét, mỗi năm ở Việt Nam có tới trên 100 ngày có sét.Vì thế mà chống sét là vẫn đề quan trọng, rất đáng quan tâm và phải được giải quyết một cách thích đáng đối với các công trình điện, cũng như trong cuộc sống hàng ngày Để giải quyết vấn đề nêu trên, cũng cần phải đánh giá đúng đắn tình hình đông sét và ảnh hưởng của dông sét tới HTĐ

1.1.Nguyén nhân hình thành dông ở nước ífq: - Ở miền Bắc nước ta:

Với miền Bắc nước ta dông sét phát triển trong nội bộ không khí, chủ yếu là không khí nhiệt đới Thái Bình Dương khi mới xâm nhập vào đất liền, chiếm tần suất khá lớn Phần lớn các trường hợp đông xảy ra vào tháng 4 và tháng Š là thuộc loại dông này

Frôn cực đới và những dãy núi phía tây trên cao liên quan với những xâm nhập cực đới vào những giai đoạn chuyển tiếp giữa mùa đông và mùa hạ cũng là những nguyên nhân gây ra dông có hệ thống trong phạm vi rộng Ngồi ra

đơng cịn xảy ra trong khu vực hội tụ nhiệt đới và rãnh thấp xích đạo và cả

trong những nhiễu động có liên quan với luồng gió mùa phía tây -Ở miền Nam nước ta:

Dông hình thành từ các nguyên nhân sau:

Do mặt đất bị hun nóng vì bức xạ, tạo điều kiện cho không khí nóng

mang theo hơi âm bốc lên cao Loại dông này gọi là dòng nhiệt, thường xảy ra ở những chiều hè trên phạm vi không rộng lớn, hay gặp nhất là ở vùng

TÚI

Trang 6

DO AN TOT NHGIEP KY THUAT DIEN CAO AP

Do một khối lượng không khí tương đối lạnh di chuyển trên mặt đệm

nóng Trường hợp này hay gặp trên biển và cả ở đồng bằng trong những ngày gió mùa tây nam tương đối mát từ biển tràn tới trên mặt đồng bằng nóng đữ đội đầu mùa hè, có thê gọi đông này là đông mặt đầu

Trong khu vực dải hội tụ nội chí tuyến, ở đầu hai luồng không khí ngược chiều nhau (gió mùa tây nam và tín phong đông bắc) hội tụ lại buộc phải bốc

lên cao Loại dông này gọi là đông động lực, thường phát triển mạnh thành

cả một hệ thống trên suốt một dải rộng dọc theo đường hội tụ

Do không khí nóng ẩm thôi tới dãy núi, buộc phải lên cao theo sườn dốc Trường hợp này gọi là dông địa hình thường xảy ra trên sườn núi chắn g1ó của dãy Trường Sơn

Nhìn chung tình hình dơng trên tồn lãnh thổ nước ta xảy ra do những nguyên nhân đã nêu ở trên nhưng các ngun nhân đó khơng hồn toàn tac động riêng biệt mà có liên quan và kết hợp với nhau theo từng mức độ

1.2.Diễn biên dông ở nước ta:

Ở đồng băng dông xảy ra trong nội bộ khối không khí chiếm 25% số đơng trong tồn năm Dông trong các trường hợp xâm nhập cực đới cũng đạt tới 22%, dông trong các dãy hội tụ nhiệt đới và rãnh thấp liên quan luồng gió từ phía tây và phía nam có tỷ lệ tương đương, khoảng 20% còn một số trường hợp xảy ra dông khác là do bão đây lên hoặc ở ngoại vi các cơn bão chiếm tỷ

lệ lớn nhất

- _ Diễn biến đông ở miền Bắc nước ta:

Xét trên toàn năm, số ngày đông trên miền Bắc nước ta thường dao động trong khoảng 70 + 100 ngày và có số lần đông từ 150 đến 300 lần Như vậy có thể xảy ra từ 2 + 3 cơn dông

Vùng nhiều dông nhất trên miền Bắc là vùng Tiên Yên-Móng Cái Tại đây hàng năm có từ 250 + 300 lần dông tập trung trog khoảng tưg 100 đến 110 ngày Tháng nhiều dông nhất là tháng 7 và tháng 8 có tới 25 ngày

Trang 7

Nơi ít đông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình, hàng năm chỉ có 80 ngày

dong

Xét về diễn biến của dông trong một năm ta có thể nhận thấy mùa dơng khơng hồn tồn đồng nhất giữa các vùng Nhìn chung ở Bắc bộ mùa dông tập trung trong khoảng từ tháng 5 đến tháng 9, ở phần phía tây của Bắc bộ và Trung bộ mùa dông tương đối sớm vào đầu tháng 4 Quá trình diễn biến của dông thường có một cực đại xê dịch trong khoảng từ tháng 6 ở Tây Bắc, sau

tháng 7, 8 ở các nơi khác thuộc Bắc Bộ và tách thành hai cực đại, thang 5 va

tháng 9 ở Hà Tĩnh, Quảng Bình

- _ Diễn biến dông ở miền Nam nước ta:

Ở miền Nam cũng có khá nhiều đông, hàng năm trung bình quan sát được 40 + 50 và có khi lên tới trên 100 ngày tuỳ từng nơi, khu vực nhiều dông nhất là đồng bằng Nam Bộ, số ngày dông trung bình hàng năm lên tới 120 + 140 ngày (Sài Gòn: 138 ngày, Hà Tiên: 129 ngày) Những giá trị này chắng những

cao hơn các khu vực khác ở miền Nam mà cũng còn lớn hơn rõ rệt so với các

vùng trên miền Bắc, ở Bắc Bộ chỉ khoảng trên đưới 100 ngày

Vùng Duyên Hải Trung Bộ ít dông vào khoảng 60 + 70 ngày ở phần phía Bắc từ Quảng Trị đến Quảng Ngãi ( Đà Nẵng: 70 ngày, Quảng Ngãi: 59 ngày) giảm xuống từ 40 đến 50 ngày ở phần phía Nam từ Bình Định trở vào đến cực Nam Trung Bộ (Quy Nhơn: 46 ngày, Nha Trang: 49 ngày,Phan Thiết: 59 ngày) Sự giảm số ngày dông ở Duyên Hải Trung Bộ cũng dễ giải thích bằng tính chất khô nóng của gió mùa hạ sau khi vượt qua dãy Trường Sơn

Tây Nguyên cũng ít dông hơn nhiều so với Nam Bộ: tuỳ nơi số ngày dông hàng năm vào khoảng 50 đến 60 ngày (Plây cu: 91 ngày, Blao: 70 ngày)

Mùa dông nói chung là trùng với mùa hạ, là thời kỳ thịnh hành những

khỗi không khí nhiệt đới xích đạo có nhiệt độ cao và độ ầm lớn, lại có những nguyên nhân nhiệt động lực thuận lợi cho việc phát triển đông (có sự hoạt động thường xuyên của dải hội tụ nội chí tuyến, mặt đất được hun nóng

Trang 8

DO AN TOT NHGIEP KY THUAT DIEN CAO AP

mạnh) Trong mùa đông ở Nam Bộ và Tây Nguyên thỉnh thoảng cũng xuất hiện dông nhưng số ngày đông ít hơn hắn không so sánh được với tháng mùa

hạ

Ở Nam Bộ mùa dông bắt đầu vào tháng 4 và kết thúc vào tháng 11, riêng khu vực cực tây (Hà Tiên Rạch Giá), mùa dông bắt đầu sớm hơn từ tháng 3 Trên Tây Nguyên mùa dông bắt đầu sớm hơn Nam Bộ 1 tháng từ tháng 3 và cũng kết thúc sớm hơn 1 tháng (tháng 10) Đáng chú ý nhất là tất cả các vùng

trong quá trình mùa dông đều phân biệt được hai cực đại Cực đại chính xảy

ra vào tháng 5 và cực đại phụ xảy ra vào cuối tháng 9 trên phần lớn các vùng

và vào tháng § ở phần phía bắc Duyên Hải Trung Bộ Đó là thời kỳ mà dải hội

tụ nội chí tuyến đi ngang qua các vĩ độ miền Nam trong quá trình tiến lên phía bắc và rút lui về xích đạo Trong các tháng giữa mùa, số ngày dông giảm đi rõ rệt Nam Bộ là khu vực nhiều dông, chỉ trừ tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa ( tháng 6) có số ngày dông bình thường 10 ngày mỗi tháng, còn suốt trong 6 tháng từ tháng 5 đến tháng 10 mỗi tháng đều quan sát được trung bình từ 15 đến 20 ngày dông, tháng cực đại (tháng 5) trung bình gặp 20 ngày dông

Khu vực Tây Nguyên, trong mùa dông thường chỉ có 2, 3 tháng số ngày đông đạt tới 10 đến 15 ngày, đó là tháng 4, tháng 5 và tháng 9 Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan sát được 15 ngày đông ở Bắc Tây Nguyên và 10 đến 12 ngày ở nam Tây Nguyên Còn các tháng khác trong mùa đông mỗi tháng chỉ gặp trung bình từ 5 đến 7 ngày dông mà thôi

Như vậy ta thấy Việt Nam là nước chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét, đây là điều bất lợi cho sự phát triển kinh tế của đất nước nói chung và bất lợi cho

công tác quản lý, vận hành hệ thống điện ở Việt Nam nói riêng, điều đó đòi

hỏi ngành điện cần đầu tư nhiều cho hệ thống chống sét các công trình điện, cũng như nhà thiết kế công trình điện cần tính toán sao cho hệ thống vận hành

vừa đảm bảo an toàn, vừa đảm bảo về mặt kinh tế kỹ thuật

Trang 9

2.Ảnh hướng của dông sét đến HTĐ:

Quá trình phóng điện sét có thể là phóng điện giữa các đám mây với nhau hoặc giữa đám mây với đất Hiện tượng phóng điện từ đám mây mang điện tích âm sang đám mây mang điện tích dương Quá trình phóng điện sét mây - mây sẽ dừng khi hai đám mây trung hoà hết điện tích Khoảng 80% số trường hợp phóng điện sét mây - đất thì các đám mây đều tích điện âm Khi các đám

mây được tích điện tới mức độ có thể tạo nên cường độ điện trường lớn thì sẽ

hình thành dòng phát triển về mặt đất và dòng này gọi là dòng tiên đạo Tốc độ di chuyến trung bình của tia tiên đạo ở lần phóng điện đầu tiên khoảng

1,5.10 cm/s Ở các lần phóng điện nhanh hơn có thể đạt tới 2.10” cm⁄s, trung

bình mỗi đợt sét sẽ có khoảng 3 lần phóng điện liên tiếp bởi trong đám mây có

thể hình thành nhiều trung tâm điện tích Dưới mặt đất do hiệu ung bé mat ma

tập trung các điện tích dương Nếu điện tích ở đưới mặt đất đồng đều (điện trở suất tại mọi điểm đều như nhau ) thì dòng tiên đạo sẽ phát triển theo hướng

vuông góc với mặt đất Nếu điện trở suất ở các vị trí khác nhau thì điện tích

dương tập trung ở những nơi có điện trở suất nhỏ và đây cũng là mục tiêu của dòng tiên đạo, đó cũng là tính chọn lọc của phóng điện sét Dòng tiên đạo càng gần mặt đất thì cường độ điện trường càng lớn, quá trình ion hóa càng mãnh liệt tạo ra nhiều thác điện tử và có thê có dòng phóng ngược từ mặt đất lên với tốc độ (1,5.10° + 1,5.10'°) cm/s Trong giai đoạn này điện tích của mây sẽ theo dòng Plasma xuống đất tạo nên dòng ở nơi sét đánh Như vậy quá trình phóng điện chuyên từ phóng điện tiên đạo sang phóng điện ngược và dòng điện tích đương sẽ giảm dân điện thế đám mây tới trị số không và lúc này quá trình phóng điện kết thúc Kết quả đo lường cho thấy biên độ dòng điện sét có thể lên tới hàng trăm kA, đây là nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi có dòng điện sét đi qua vật nào đó Thực tế đã có rất nhiều dây tiếp địa do

Trang 10

DO AN TOT NHGIEP KY THUAT DIEN CAO AP

phần nói đất không tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị nóng chảy và đứt thậm chí đã có những cách điện bằng sứ khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ và chảy Phóng điện sét có kèm theo việc di chuyển trong không gian lượng

điện tích lớn đã tạo ra điện trường rất mạnh làm nhiễu loạn vô tuyến và các

thiết bị điện tử, ảnh hưởng của nó rất lớn ngay cả những nơi cách xa hàng

trăm km

Khi sét đánh thắng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ sinh ra sóng điện từ truyền dọc theo đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của đường dây Khi cách điện bị phá huỷ sẽ gây ra ngắn

mạch pha - đất hoặc ngăn mạch pha — pha buộc các thiết bị bảo vệ Rơ- le ở

hai đầu đường dây phải làm việc Với những đường dây truyền tải công suất

lớn, khi máy cắt nhảy có thể gây mắt ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy điện làm việc không kỊp thời sẽ tạo ra tình trạng tan rã

lưới Sóng sét có thê truyền từ đường dây vào trạm biến áp hoặc đánh thang

vào trạm biến áp đều gây phóng điện trên cách điện trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm như khi ngắn mạch trên thanh góp và rất dễ dẫn tới sự cố trầm

trọng Mặt khác, khi có sóng sét vào trạm biến ap, néu chéng sét van dau cuc

máy biến áp làm việc không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp sẽ bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn

Từ những hậu quả do việc sét đánh gây ra ta thấy rõ tác dụng của việc tính

toán thiết kế lắp đặt các thiết bị chống sét, nếu tính toán chính xác lắp đặt đủ các thiết bị chống sét sẽ tạo ra hệ thống vận hành an toàn và hiệu quả, tránh được những hậu quả xấu do sét gây ra, từ đó đảm bảo việc cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ

Trang 11

CHUONG I a

TINH TOAN PHAM VI BAO VE CHONG SET DANH TRUC TIEP VAO TRAM BA 220/110KV

kxkxx*xx*x*** 1.1.KHÁI NIỆM CHUNG

-TBA là một phân tử quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng

-Với TBA 220/110kV, các thiết bị điện của trạm đặt ngoài trời nên khi có

sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ gây ra những hậu quả rất nghiêm trọng: Gây hư

hỏng các thiết bị điện, có thể đưa đến việc cung cấp điện bị ngừng toàn bộ

trong một thời gian dài, làm ảnh hưởng đến việc sản xuất điện năng và các

ngành kinh tẾ quốc dân khác Do đó việc tính toán bảo vệ chống sét cho

trạm là rất quan trọng

-Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm, ta dùng hệ thống cột thu lôi

Tác dụng của hệ thống này là định hướng các phóng điện sét tập trung vào đó,

tạo ra khu vực an toàn bên dưới hệ thống này

-Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ thống nói đất Đề nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở

của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản đòng điện sét 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 ngược đến các thiết bị khác ở gần đó

- Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào, bên cạnh vấn đề đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật, ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế và mỹ quan của công trình

1.2.CÁC YÊU CÂU KỸ THUẬT

-_ Tất cả các thiết bị bảo vệ cần phải được nằm trọn trong phạm vi an toàn của hệ thông bảo vệ

Trang 12

DO AN TOT NHGIEP KY THUAT DIEN CAO AP

- Tuy thudc vao dac diém mat bang tram va cac yéu cau cu thé, hé thống các cột thu lôi có thể được đặt trên các độ cao có sẵn như xà, cột đèn chiếu sáng hoặc được đặt độc lập

- Khi đặt hệ thống cột thu lôi trên bản thân công trình, sẽ tận dụng được độ cao vốn có của công trình nên sẽ giảm được độ cao của cột thu lôi Tuy nhiên cách điện của trạm phải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện

ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị

- Khi đặt thanh thu sét trên các thanh xà của trạm thì khi có phóng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phần điện cảm của cột Phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang các phần tử mang điện khi cách điện không đủ lớn Do đó

điều kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà trạm là mức cách điện cao và điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ

-_ Đối với trạm phân phối ngoài trời từ 110 (kV) trở lên do có cách điện cao (khoảng cách các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) nên có thể đặt cột thu lôi trên các kết cấu của trạm phân phối Tuy nhiên các trụ của kết cầu trên

đó có đặt cột thu lôi thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm phân phối

Theo đường ngắn nhất và sao cho dòng điện ¡, khuyếch tán vào đất theo 3-4 cọc nối đất Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cầu ấy phải có nối đất bố xung để cải

thiện trị số điện trở nối đất

- Noi yếu nhất của trạm phân phối ngài trời điện áp 110 (kV) trở lên là cuộn dây của MBA Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ MBA thì yêu cầu khoảng cách giữa hai điểm nối đất vào hệ thống nói đất của cột thu lôi và vỏ MBA theo đường điện phải lớn hơn 15(m)

-_ Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ôn định nhiệt khi có dòng điện sét chạy qua

- Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây

dân điện đên đèn phải được cho vào ông chì và chèn vào đât

Trang 13

1.3.CÁC CÔNG THỨC SỬ DUNG DE TINH TOAN

1.3.1 Độ cao của cột thu lôi h=h; + hạ Trong đó:

h„: Độ cao của của vật cần được bảo vệ

hạ: Độ cao tac dụng của cột thu lôi xác định theo nhóm cột

D

Hạ ờ

(Với D là đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột) 1.3.2 Pham vỉ bảo vệ của một cột thu lôi độc lập

Pham vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là miền được giới hạn bởi mặt

ngoài của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình _ 1,6

k= (h—-h,)

1+— h

Đề dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bao

Trang 14

DO AN TOT NHGIEP KY THUAT DIEN CAO AP 0,2h 0,8h ⁄ \ h Hình 1-1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét *Chú ý:

Các công thức trên chỉ đúng trong trường hợp cột thu lôi cao dưới 30m Hiệu quả của cột thu lôi cao quá 30m có giảm sút do độ cao định hướng của sét giữ hằng số Có thể dùng các công thức trên để tính phạm vi bảo vệ nhưng

5,5

vh

phải nhân với hệ số hiệu chỉnh p Với p = và trên hình vẽ dùng các hoành

độ 0,75hp và 1,5hp

1.3.3 Pham vỉ bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi

Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi thì lớn hơn nhiều so với tổng phạm vi bảo vệ của hai cột đơn Nhưng để hai cột thu lôi có thể phối hợp được thì

Trang 15

- Khi hai cột thu lôi có cùng độ cao h đặt cách nhau khoảng cácha (a

< 7h) thì độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi hạ được tính như sau: h, =h- 7 Tinh rạ„: h, b ) ? oO + Nếu h, < ah thì r„ = 1,5 hạ(1 - + Nếu h, > : thì r„ = 0,75h¿(1 - Lá rƑ

Trang 16

DO AN TOT NHGIEP KY THUAT DIEN CAO AP

b.Phạm vị bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau

+ Cách xác định phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có chiều cao khác nhau như sau:

- Giả sử có hai cột thu sét : cột l có chiều cao hị, cột hai có chiều cao hạ

và hị > hạ Hai cột cách nhau một khoảng là a

- Trước tiên, vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao hị, sau đó qua đỉnh cột thấp hạ vẽ đường sinh của phạm vi bảo vệ của cột cao tại điểm 3 Điểm này được

xem là đỉnh của cột thu lôi giả định, nó sẽ cùng với cột thấp hạ, hình thành đôi cột ở độ cao băng nhau và băng hạ với khoảng cách 1a a’

|0,75n; Hình 1-3: Phạm vỉ bảo vệ của hai cột thu sét khác nhau a? 0,75hy

Dễ dàng nhận thấy khoảng cách x từ cột cao hạ (cột 1) đến cột giả tưởng

Trang 17

- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa cột 1 và cột giả tưởng (cột 3”) 1 1,6 họ= by- *=4-“=h-— |a-—?-(h-h) 7 7 7 1 2 — h - Bán kính bảo vệ: rox + Nếu h„ <^z, thì rạ„= 1,5 hạ(1 - -* ) 3 0,85 9 + Néu hy > : thi r, = 0,75h, (1 - b

b Pham vi bảo vệ của môt nhóm cột (số côt >2)

Vật có độ cao h„ năm trong đa giác hình thành bởi các cột thu lôi sẽ được

bảo vệ nếu thoả mãn đièu kiện:

D <h, = 8 (h - h,)Với D là đường tròn ngoại tiếp đa giác hình

Trang 18

DO AN TOT NHGIEP KY THUAT DIEN CAO AP

1.4 CÁC PHƯƠNG ÁN BÓ TRÍ CỘT THU SET

1.4.1.Phương án I

Sơ đồ mặt bằng tram va cach bé tri cột thu sét như hình vẽ

- Phía 220KV đặt 8 cộtthu sét bao gồm F:, Fp, F3, F4, Fs, Fo, F7, Fs Trong

đó các cột F;, F; được đặt trên xà cao 17m, con cac cot Fy, F3, Fa, Fe, F7, Fs đặt độc lập

-Phía 110KV đặt 3 cột thu sét Fo, Fịo, Fịi Trong đó cột Fì¡ đặt trên xà cao 10,5m, còn F¿, F¡o được đặt độc lập

1.Tính độ cao tác dụng của cột thu sét

Đề tính được độ cao tác dụng hạ của các cột thu sét, truoc hết cần xác

định đường kính D của đường tròn ngoại tiếp tam giác (hoặc tứ giác) qua 3 (hoặc 4) đỉnh cột Đề cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi tam giác (hoặc tứ giác) đó được bảo vệ thì D < 8*h, hay h, > =" a.Xét nhóm cot 1, 2, 4,5 -Nhóm này tạo thành một hình chữ nhật có các cạnh là: đ12 — 345 — 40m 414 — 325 — 42,5m -Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật này chính là đường chéo: D = ay 5 = ang = V407 + 42,5’ =58,36m

-D6 cao tac dung để nhóm 1, 2, 4, 5 bảo vệ đươc toàn bộ diện tích gidi hạn bởi chúng thỏa mãn được điều kiện: h, > D =58,36 8 8 b.Xét nhóm 2, 3, 5, 6 -Nhóm này tạo thành một hình chữ nhật có các cạnh là: 32s —33 6 = 42,5m âÂ23 —3s 6 — 34m -Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật này chính là đường chéo: =7,295m D=a¿s¿=aa s =442,5 +34” = 54,42m

Trang 19

c = 42,5m

D= b = 58,36m

-D6 cao tac dung dé nhóm 4, 5, 7 bảo vệ duoc toàn bộ diện tích giới hạn bởi chúng thỏa mãn được điều kiện: h, > D =58:36 8 8 d.Xét nhóm cột 5, 7, 8 -Nhóm này tạo thành hình tam giác a= a57 = 58,36m b= a7,8 =74m C = C53 =V42,5° +34? =54,42m atb+c 58,36+74+54,42 P= 2 ~ 2 = 7,295m = 93,39m -Đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác là: a.b.c D=2.R-=2 m 4-Íp.(p—a).(p — b).(p — €) 58,36.74.54,42 4 /93,39.(93,39-58,36).(93, 39 — 74).(93,39 — 54,42)

-D6 cao tac dung dé nhom 5, 7,8 bao vé duoc toan b6é diện tích giới hạn bởi chúng thỏa mãn được điêu kiện: h, > D=7477 88 D=2 =74,77m 11 e.Xét nhóm cột 5, 6, 8 -Nhóm này tạo thành hình tam giác vuông a= as56 = 34m b= 46,8 = 42,5m C=asg = 4/34? +42,5” = 54,42m D =54,42m

Trang 20

DO AN TOT NHGIEP KY THUAT DIEN CAO AP

-D6 cao tac dung dé nhóm 7, 9, 11 bảo vệ duoc toàn bộ diện tích giới hạn

bởi chúng thỏa mãn được điêu kiện: hạ > == — = 8,003m g.Xét nhom 7, 8, 11 -Nhóm này tạo thành hình tam giác a—~â7§ — 74m b= 38117 50° +34’ = 60,46m C = a7 11- 507 +40? = 64,03m a+b+c _ 74+ 60,46 + 64,03 =99,24m p 2 2 -Đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D=2.R=2 a.b.c m 4-Íp.(p—a).(p — b).(p — €) D 74.60, 46.64, 03 = = 77,43m 4 /99, 24.(99, 24-74).(99,24 — 60, 46).(99, 24 — 64, 03)

-D6 cao tac dung dé nhom 7, 8, 11 bao vệ được toàn bộ diện tích gidi han

bởi chúng phải thỏa mãn điều kiện: hạ> D~ 1143 = 9,678m 8 8 h.Xét nhom cot 8, 10, 11: -Nhóm cột này tạo thành hình tam giác a= âs1o— 50m b= 410,11 — 34m C = agii= 60,46m D = 60,46m

-D6 cao tac dung dé nhom 8, 10, 11 bao vé dugc hoan toan dién tich ĐIỚI

Trang 21

Bang tong kết Da giac Đường kính đường tròn hạ(m) Hamax(m) ngoai tiép(m) Phia 110kV Fy, Fo, Fiz 64,03 8,003 Fy, Fg, Fir 77,43 9,678 9,678 Fg, Fio, Fir 60,46 7,557 Phia 220kV Fy, Fo, Fa, Fs 58,36 7,295 F,, F3, Fs, Fe 54,42 6,803 Fy, Fs, Fy 58,36 7,295 9,345 Fs, F7, Fs 74,77 9,345 Fs, Fe, Fg 54,42 5,802

-Chọn độ cao tác dụng cho toàn trạm biến ap

Sau khi tính toán độ cao tắc dụng chung cho các nhóm cột thu sét như ở

Trang 26

DO AN TOT NHGIEP KY THUAT DIEN CAO AP

5.Bang tong két tinh toan phương án I

Bang kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của từng cột thu sét Cột F Độ cao h(m) | Độ cao cân bảo | Bán kính bảo vệ ở vệ h;(m) độ cao tương Ứng Fi-F§ 26,5 17 7,875 10,5 20,062 Fe-Fln 20,5 10,5 11,062 7,5 16,678 Bang kết quả tính toán phạm vi bảo vệ thu sét của từng cặp cột thu sét

Cặp cột F-F | Chiêu cao Khoảng Chiêu cao Bán kính

Trang 29

1.4.2.Phuong an II

So đồ mặt bằng tram va cach bé tri cột thu sét như hình vẽ

- Phía 220KV đặt 6 cộtthu sét bao gồm Fi, Fo, F3, Fa, Fs, Fo Trong do cac cot F,, Fo, F3, F4, Fo duoc dat trén xà cao 17m, còn cột F; đặt độc lập

-Phia 110K V dat 3 cét thu sét F;, Fạ Fạ.Trong đó cột Fo đặt trên xà cao 10,5m, còn F;, Fs được đặt độc lập

1.Tính độ cao tác dụng của cột thu sét

Đề tính được độ cao tác dụng hạ của các cột thu sét, truoc hết cần xác

định đường kính D của đường tròn ngoại tiếp tam giác (hoặc tứ giác) qua 3 (hoặc 4) đỉnh cột

Đề cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi tam giác (hoặc tứ giác) đó được

bảo vé thi D < 8*h, hay h, > ="

a.Xét nhom cot 1, 2, 3, 4 -Nhóm này tạo thành một hình chữ nhật có các cạnh là: đ12 — 334 — 38m đ13 — 324 — 42,5m -Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật này chính là đường chéo: D=atsz= a¿¿= 438” +42,57 =57,01m

-D6 cao tac dung để nhóm 1, 2, 3, 4 bảo vệ đươc toàn bộ diện tích gidi hạn bởi chúng thỏa mãn được điều kiện: D _57,01 b> = b.Xét nhóm cột 3, 4, 5 -Nhóm này tạo thành hình tam giác a= a34 = 38m b= a4 5 =,/55? + 42,5? = 69,51m C= C35 =42,5° +17 =45,77m.m — a+b+c_ 38+69,51+45,77 2 -Đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác là: =7,126m = 76,64m D=2.R =2 a.b.c m 4-Íp.(p—a).(p — b).(p —€) 38.69,51.45,77 4 /74, 87(74, 87 —38).(74,87 — 69,5 1).(74,87 — 45, 77)

Trang 30

DO AN TOT NHGIEP KY THUAT DIEN CAO AP hạ > DIMER = 9,359m 8 8 c.Xét nhóm cột 4, 5, 6 -Nhóm này tạo thành hình tam giác a = aazs = 69,51]m b= 45,6 =72m C= a46- 335 =45,77m _ a+tb+c 69,5l+72+45,77 20 2 -Đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác là: = 93,64m D=2.R=2 a.b.c m 4.4/p.(p—a).(p — b).(P — €) 69,51.72.45,77 4-93, 64(93, 64 — 69,51)(93, 64 — 72, 45)(93, 64 — 45,77)

-D6 cao tac dung để nhóm 4, 5, 6 bao vé duoc toan bộ diện tích giới hạn bởi chúng thỏa mãn được điều kiện: hạ> C= =>” “=9,359m 8 8 d.Xét nhóm cột 5, 8, 9 -Nhóm này tạo thành hình tam giác a = ass = 50m b= ago = 40m C= a59= 50? +40? = 64,03m D = 64,03m

-D6 cao tac dung dé nhóm 5, 8, 9 bảo vệ duoc toàn bộ diện tích giới hạn bởi chúng thỏa mãn được điều kiện:

h, > D= 84,03

8

e.Xét nhom cot 5, 6, 9

Trang 31

72.59,36.64, 03

4,/97,695(97,69 — 72,59)(97,69 — 59,36)(97,695 — 64,03)

-D6 cao tac dung dé nhom 5, 6, 9 bao vé duoc toan b6 diện tích giới hạn bởi chúng thỏa mãn được điêu kiện: D=2 = 76,02 f Xét nhóm cột 6, 7, 9 -Nhóm này tạo thành hình tam giác a= so — 50 m b= a7,9 =32m C=a69 = 59,36m D = 69,36m

-D6 cao tac dung đề nhóm 4, 5, 6 bao vé duoc toan bộ diện tích gidi han bởi chúng thỏa mãn được điều kiện: hạ > D_59,360 = 7,420m 8 8 Bảng tổng kết Đa giác Đường kính đường tròn hạ (m) hạ ma„(m) ngoại tiếp(m) Phía 110kV Fs, Fg, Fo 64,030 8,003 Fs, Fe, Fo 76,020 9,502 9,502 Fo, Fy, Fo 59,360 7,420 Phia 220kV Fy, Fo, F3,F4 57,010 7,126 F3, Fa, Fs 74,872 9,359 9,359 F4, Fs, Fe 74,861 9,357

-Chọn độ cao tác đụng cho toàn trạm biến ap

Sau khi tính toán độ cao tác dụng chung cho các nhóm cột thu sét như ở

trên ta chọn độ cao tác dụng cho toàn trạm như sau:

-Phía 220kV: hạmax = 9,359 nên ta chọn hạ =9,5m

-Phía 110KV: hamax = 9,502 nén ta chon h, =10m

Trang 32

DO AN TOT NHGIEP KY THUAT DIEN CAO AP 2.Tính độ cao cột thu sét h=h, + h, -Phía 220kV: Độ cao tác dụng: hạ = 9,5m Độ cao lớn nhất cần bảo vệ: h„ = 17m Do đó, độ cao của các cột thu sét phía 220kV là: h=h, + h, =9,5 + 17 = 26,5m Ta chon h = 26,5m -Phia 110kV:

D6 cao tac dung: h, = 10m

Độ cao lớn nhat can bao vé: h, = 10,5m

Trang 36

DO AN TOT NHGIEP KY THUAT DIEN CAO AP h, = 10,5 > sh,= 214 =9.333m ˆ h Nên r =1,5h,.1- oan) = b5.14- nha =1,312m 90-10 50

5.Bảng tổng kết tính toán phương án IL

Bảng kêt quả tính toán phạm vi bảo vệ của từng cột thu sét Cột F Độ cao h(m) Độ cao cân bảo vệ | Bán kính bảo vệ ở độ h,(m) cao tương Ứng Fi-Fa 26,5 17 7,875 10,5 20,062 Fo=Fli 20,5 10,5 11,062 7,5 16,678 Bảng kết quả tính toán phạm vỉ bảo vệ thu sét của từng cặp cột thu sét

Cặp cột F-F Chiêu cao cột Khoảng Chiêu cao cân | Bán kính bảo

Trang 39

IL5.So sánh và tổng kết các phương án

-Cả 2 phương án đều chấp nhận về mặt kỹ thuật:

Phương án I ta sử dụng 11 cột thu sét với tổng chiều dài 229m Phương án II ta sử dụng 9 cột thu sét với tổng chiều dài 125m

So sánh 2 phương án ta chọn phương án II là phương án bố trí cột thu sét chống sét đánh trực tiếp cho trạm

Trang 40

DO AN TOT NHGIEP KY THUAT DIEN CAO AP Chương II

Tính toán nối đất cho trạm 220/110 kV 2.1 Khai niém chung:

Tác dụng của nối đất trong hệ thống điện là để tản dòng điện xuống

đất, đảm bảo điện thế trên các vật nối đất nhỏ Việc thực hiện nối đất để bảo

vệ quá điện áp, nối đất của trạm biến áp, của các cột thu sét, của các đường

dây và các thiết bị chống sét là rất quan trọng Đối với các thiết bị cao áp thường có hai loại nối đất:

- Nối đất an toàn

- Nối đất làm việc

sNối đất an toàn: có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người khi cách điện của thiết bị hư hỏng Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem nối đất mọi bộ phận kim loại bình thường không mang điện (vỏ máy, thùng máy biến áp, các giá đỡ kim loại ) Khi cách điện bị hư hỏng trên các bộ phận này sẽ

xuất hiện điện thế nhưng do đã được nối đất nên mức điện thế thấp Do đó

đảm bảo an toàn cho người khi tiếp xúc với chúng

Nối đắt lam việc: có nhiệm vụ đảm bảo sự làm việc bình thường của

thiết bị hoặc một số bộ phận của thiết bị làm việc theo chế độ đã được qui định sẵn Loại nỗi đất này bao gồm: nối đất điểm trung tính MBA trong HTĐ có điểm trung tính nối đất, nỗi đất của MBA đo lường và của các kháng điện bù ngang trên các đường dây tải điện đi xa, và các thiết bị chống sét

sRiêng với nối đất chống sét có nhiêm vụ rất quan trọng : 1a tan dòng điện sét trong đất (khi có sét đánh vào cột thu sét hoặc trên đường dây)

để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên thân cột không quá lớn Do đó cần hạn

chê các phóng điện ngược trên các công trình cần bảo vệ