Giáo trình Cung cấp điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trung cấp) được biên soạn dùng cho chương trình dạy nghề Điện công nghiệp đáp ứng cho hệ đào tạo Trung cấp. Giáo trình được chia thành 2 phần, phần 2 trình bày những nội dung về: tính toán tổn thất trong mạng điện; ngắn mạch trong hệ thống cung cấp điện; chọn thiết bị điện và nâng cao hệ số công;... Mời các bạn cùng tham khảo!
CHƯƠNG TÍNH TỐN TỔN THẤT TRONG MẠNG ĐIỆN Giới thiệu: Tính tốn loại tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện xác định thông số chế độ lưới điện Công việc đóng vai trị quan trọng thiết kế vận hành hệ thống cung cấp điện Đề đánh giá tiêu kĩ thuật hệ thống cung cấp điện, xác định tổng phụ tải, chọn phần tử mạng điện thiết bị điện, xác định phương pháp bù công suất phản kháng, biện pháp điều chỉnh điện áp nhằm nâng cao chất lượng điện, phải vào số liệu tính tốn phần Mục tiêu: - Phân tích tầm quan loại tổn thất phân phối điện - Tính tốn tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện mạng phân phối - Chọn vị trí đặt trạm phù hợp theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện - Đấu vận hành trạm biến áp theo tiêu chuẩn kỹ thuật - Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư tập trung, sáng tạo khoa học Nội dung: Thông số phần tử mạch điện 1.1 Điện trở điện kháng dây dẫn a Điện trở dây dẫn Cơng thức tính điện trở dây dẫn: l R= () s Trong đó: (mm2/m) - Điện trở suất vật liệu làm dây dẫn Cu = 0,018; Al = 0,029; l (m) - Chiều dài dây dẫn; s (mm2) - Tiết diện dây dẫn Trong tính tốn CCĐ, để thuận tiện cho tính tốn thơng thường người ta tra sổ tay kỹ thuật để tìm điện trở km đường dây r (/km) (r0 gọi điện trở đơn vị) Lúc điện trở dây dẫn tính: R = r0.L () Trong đó: r0 (/km) - Điện trở đơn vị đường dây L (km) - Chiều dài đường dây b Điện kháng dây dẫn Điện kháng dây dẫn đồng nhơm tính tương tự: X = x0.l () Trong đó: L (km) - Chiều dài đường dây x0 (/km) - Điện kháng đơn vị đường dây 78 x0 tra sổ tay theo quan hệ cho sẵn x0 = f(s, Dtb), với: s (mm ) - Tiết diện dây dẫn Dtb (mm) - Khoảng cách trung bình hình học dây dẫn Khoảng cách tính theo cơng thức sau: Dtb = D12 D 23 D13 Đối với mạng dây đặt đỉnh tam giác đều: D12 D13 Dtb = D23 (D12 )3 = D (mm) Đối với mạng dây đặt mặt phẳng nằm ngang: D13 D12 D23 Dtb = 3 D12 D 23 D13 = 2(D12 ) = 1,26D Ở D (mm) khoảng cách hai dây dẫn gần Lưu ý: Trong thực tế, tiết diện dây cách bố trí dây dẫn thay đổi điện kháng thay đổi ít, tính tốn nhiều cho phép lấy giá trị gần sau: - Đối với đường dây điện cao áp (Uđm 1000V) : x0 = 0,4 (/km) - Đường dây điện hạ áp (U < 1000V): x0 = 0,25 0,3 (/km) - Đường dây hạ áp luồn ống loại cáp: x0 = 0,07 0,08 (/km) 1.2 Điện trở điện kháng MBA Điện trở điện kháng MBA tra sổ tay tính theo cơng thức gần sau: PN U 2dm RBA = 10 () Sdm U N %.U dm 10 () XBA = Sdm Trong đó: PN (kW) - Tổn thất cơng suất tác dụng ngắn mạch MBA, tra lý lịch máy UN% - Trị số tương đối điện áp ngắn mạch MBA 79 Uđm (kV) - Điện áp định mức MBA Muốn tính điện trở, điện kháng MBA quy đổi phía cao áp lấy Uđm1, phía hạ áp lấy Uđm2 Sđm (kVA) - Dung lượng định mức MBA 1.3 Thông số phần tử khác Điện trở điện kháng cầu dao, cầu chì, áptơmát, góp, máy biến dịng v.v tra sổ tay Ví dụ 1: Tính điện trở điện kháng áptơmát có IđmA = 600 A Giải: Ta có: RA = rcdA + rtxA; XA = xcdA Tra bảng ta có: rcdA = 0,094 m; rtxA = 0,25 m RA = 0,094 + 0,25 = 0,344 (m); XA = 0,12 m Ví dụ 2: Tìm điện trở cầu dao có IđmCD = 400 A (cầu dao khơng có điện kháng) Tra bảng ta có RCD = rtxCD = 0,2 m Ví dụ 3: Tính điện trở điện kháng góp đồng có kích thước 40 x mm, dài m, khoảng cách trung bình hình học pha a = 300 mm Giải: Ta có: RTG = r0tg.L; XTG = x0tg.L Tra bảng: rotg = 0,125 m/m; x0tg = 0,214 m/m RTG = 0,125.2 = 0,25 (m); XTG = 0,214.2 = 0,428 (m) Tổn thất điện áp đường dây 2.1 Tổn thất điện áp đường dây pha có phụ tải tập trung cuối đường dây Giả sử mạng điện làm việc chế độ đối 2 1 U U Z=R+jX xứng nên ta cần xét pha đường dây giả sử đường dây có sơ đồ nguyên lý S=P+jQ Hình 2.4 hình 2.4 Tổng trở đường dây Z=R+jX () phụ tải tập trung cuối đường dây S=P+jQ (kVA) Hình 2.5 đồ thị véc tơ điện áp đường dây 80 U p1 c 2 o 2 1 p2 U IX a IR I f 2 b d e g Uf Up Tổn thất điện áp Hình 2.5 p cuối đường dây Góc 2 Trên hình vẽ, véc tơ oa biểu diễn điện áp U p2 tương ứng với cos2 phụ tải hộ tiêu thụ điện Véc tơ oc biểu diễn điện áp U đầu đường dây Tổn thất điện áp đường dây xác định tam giác tổn thất điện áp abc Ta thấy véc tơ ab trùng pha với véc tơ dịng điện I biểu diễn tổn thất điện áp điện trở đường dây (IR), véc tơ bc biểu diễn tổn thất điện áp điện kháng đường dây (IX) Véc tơ ac biểu diễn tổn thất điện áp tổng đường dây Đó hiệu véc tơ điện áp đầu cuối đường dây: U p U p1 U p p Đoạn ad hình chiếu véc tơ tổn thất điện áp tổng trục U gọi thành phần tổn thất điện áp dọc Uf p bé nên bỏ qua thành Thông thường góc dịch pha U p1 U phần tổn thất điện áp ngang Up người ta coi tổn thất điện áp tổng Up gần thành phần tổn thất điện áp dọc Uf Up = Uf = ad = af + fd Lúc coi 12 = (vì bé) Ta thấy: af = I2Rcos; fd = I2Xsin Do đó: Up = I2Rcos + I2Xsin Tổn thất điện áp dây là: U = Ta lại có: I2 = Up = (I2Rcos + I2Xsin) (*) S 3U Nếu coi U2 điện áp định mức đường dây, U2 = Uđm thì: I2 = S 3U dm 81 S S Thay I2 vào (*) ta có: U = R cos X sin 3U dm 3U dm Từ tam giác cơng suất ta có: Scos = P; Ssin = Q Vậy: U = (PR + QX) = (P.r0.L + Q.x0.L) U dm U dm (V) Trong đó: P (kW); Q (kVAr) - Phụ tải tác dụng phản kháng đường dây R, X () - Điện trở điện kháng đường dây L (km) - Chiều dài đường dây Uđm (kV) - Điện áp định mức đường dây Để thuận tiện cho việc so sánh, đánh giá, thường người ta tính tổn thất điện áp theo phần trăm so với điện áp định mức: U% = U 100 U dm 1000 Yêu cầu để đường dây làm việc bình thường U% [U%] Ví dụ: Một mạng điện có sơ đồ hình vẽ sau: A B C l 100+j90 (kVA) MBA Đường dây pha: l = 300 m có r0BC = 0,2 /km; x0BC = 0,25 /km Điện áp định mức đường dây Uđm = 0,38 kV Xác định tổn thất điện áp đường dây BC Giải: - Điện trở điện kháng đường dây BC: RBC = r0BC.l2 = 0,2.0,3 = 0,06 () XBC = x0BC.l2 = 0,25.0,3 = 0,075 () - Tổn thất điện áp đường dây BC: UBC = PBC R BC Q BC X BC 100.0,06 90.0,075 = 33,553 (V) U dml 0,38 Hay UBC = 0,033 kV 2.2 Tổn thất điện áp đường dây pha có nhiều phụ tải tập trung Giả sử đường dây có nhiều phụ tải tập trung có sơ đồ ngun lý mơ tả hình 2.6 A r1 + jx1 B r2 + jx2 C rn + jxn n 82 p1 + jq1 p2 + jq2 pn + jqn Hình 2-6 Như coi đường dây có nhiều phụ tải tập trung gồm nhiều đường dây có phụ tải tập trung ghép lại, áp dụng cơng thức tính tổn thất điện áp biết tính cho đoạn đường dây, đoạn coi đường dây có phụ tải tập trung cuối xếp chồng kết lại Từ ngun tắc hình thành cách tính: a Tính tổn thất điện áp đường dây theo công suất phụ tải Ta coi phụ tải riêng rẽ chạy từ đầu nguồn đến điểm tiêu thụ gây lượng tổn thất tương ứng Mô tả sơ đồ sau: r1 + jx1 p1+jq1 r1 + jx1 r2 + jx2 p2+jq2 r1 + jx1 r2 + jx2 rn + jxn pn+jqn Hình 2.7 Ta có: U = U1 + U2 + + Un U1 = 1 [p1r1 + q1x1] = (p1R1 + q1X1) U dm U dm U2 = [p2(r1+r2) + q2(x1+x2)] = (p2R2 + q2X2) U dm U dm (V) (V) Un = [pn(r1+r2+ +rn) + qn(x1+x2+ +xn)] = (pnRn+qnXn) U dm U dm (V) 83 Vậy: U= [(p1R1+q1X1)+(p2R2+q2X2)+ +(pnRn+qnXn)] U dm n = p i R i q i X i (V) U dm i 1 Trong đó: Uđm (kV) - Điện áp định mức đường dây pi (kW), qi (kVAr) - Phụ tải tác dụng phản kháng điểm thứ i đường dây Ri, Xi () - Điện trở điện kháng tính từ đầu nguồn đến điểm thứ i b Tính tổn thất điện áp theo cơng suất chạy đường dây Theo cách này, ta coi công suất truyền tải đoạn đường dây gây tổn thất điện áp đoạn đường dây r1 + jx1 P1+jQ1 r1 + jx1 r2 + jx2 P2+jQ2 r1 + jx1 r2 + jx2 rn + jxn Pn+jQn pn+jqn Hình 2.8 Tính tốn tương tự ta có: U1 = 1 [(p1+p2+ +pn)r1 + (q1+q2+ +qn)x1] = (P1r1 + Q1x1) (V) U dm U dm U2 = [(p2+p3+ +pn).r2 + (q2+q3+ +qn).x2] = (P2r2 + Q2x2) U dm U dm (V) Un = [pn.rn + qn.xn]= (Pnrn+Qnxn) U dm U dm (V) Vậy: 84 U= [(P1r1+Q1x1)+(P2r2+Q2x2)+ +(Pnrn+Qnxn)] U dm n = Pi ri Q i x i (V) U dm i 1 Trong đó: Uđm (kV) - Điện áp định mức đường dây Pi (kW), Qi (kVAr) - Phụ tải tác dụng phản kháng truyền tải đoạn đường dây thứ i ri, xi () - Điện trở điện kháng đoạn đường dây thứ i Lưu ý: Trường hợp phụ tải cho dòng điện chạy phần tử đường dây, ta có: P Q 3.I cos; 3.I.sin U dm U dm n p i R i q i X i = n (ii R i cosi ii Xi sin i ) (V) Vậy: U= U dm i 1 i 1 n n Hay: U= Pi ri Qi x i = (Ii ri cosi Ii x i sin i ) (V) U dm i 1 i 1 Ví dụ 1: Xác định tổn thất điện áp đường dây sau: C k m A-95 2km km B k m 1000 kW, cos=0,75 A-70 4km km km C k m 2000 kW, cos=0,8 Biết điện áp định mức mạng 10 kV Dây A-95 có r0 = 0,34 (/km); x0 =0,35 (/km); Dây A-70 có r0 = 0,45 (/km); x0 =0,36 (/km) Phụ tải hệ số cơng suất cho sơ đồ Giải: Ta có pb = 1000 kW, cos = 0,75 tg = 0,88 qb = pb.tg = 880 (kVAr) pc = 2000 kW, cos = 0,8 tg = 0,7588 qb = pb.tg = 1500 (kVAr) Tính theo cách thứ nhất: n UAC = p i R i q i X i U dm i 1 1000.0,34.2 2000.(0,34.2 0,45.4) 880.0,35.2 1500(0,35.2 0,36.4) 10 = 940 (V) = 85 Tính theo cách thứ hai: n UAC = Pi ri Q i x i U dm i 1 (1000 2000).0,34.2 2000.0,45.4 (880 1500)0,35.2 1500.0,36.4 10 = 940 (V) = Ví dụ 2: Tính tổn thất điện áp đường dây pha có sơ đồ sau: M-50, 400m M-35, 50m M-50, 100m 20+j25 kVA 10+j15 kVA 7+j9 kVA Điện áp định mức đường dây Uđm=0,4 kV Dây dẫn đồng có khoảng cách trung bình hình học pha a=400mm Giải: - Tra bảng: Dây M-50 có r0=0,39 /km; x0=0,297 /km Dây M-35 có r0=0,54 /km; x0=0,308 /km - Tổn thất điện áp đường dây là: n * Tính theo cơng suất phụ tải: UAC = p i R i q i X i U dm i 1 20.0,39.0,4 10.(0,39.0,4 0,39.0,1) 7.(0,39.0,4 0,39.0,1 0,54.0,05) = 0,4 25.0,297.0,4 15(0,297.0,4 0,297.0,1) 9.(0,297.0,4 0,297.0,1 0,308.0,05) = 33,24 (V) n * Tính theo cơng suất chạy đường dây: UAC = Pi ri Q i x i U dm i 1 (20 10 7).0,39.0,4 (10 7).0,39.0,1 7.0,54.0,05 = 0,4 (25 15 9).0,297.0,4 (15 9).0,297.0,1 9.0,308.0,05 = 33,24 (V) Ví dụ 3: Xác định tổn thất điện áp đường dây pha có U đm = 380 V, biết dây dẫn làm nhôm, có khoảng cách pha 600 mm; chiều dài, tiết diện, phụ tải góc lệch pha cho hình vẽ A 95 mm2 b 250 m 50 mm2 200 m 50A 450 c 35 mm2 d 100 m 30A 00 86 25A 370 Giải: - Tra bảng ta có: Dây A-95 có r0 = 0,34 /km; x0 = 0,303 /km Dây A-50 có r0 = 0,64 /km; x0 = 0,325 /km Dây A-35 có r0 = 0,92 /km; x0 = 0,336 /km - Xác định thành phần tác dụng phản kháng dòng điện hộ tiêu thụ: iaAb = 50.cos450 = 35 (A); irAb = 50.sin450 = 35 (A) iaAc = 30.cos00 = 30 (A); irAc = 30.sin00 = (A) iaAd = 25.cos370 = 20 (A); irAd = 25.sin370 = 15 (A) - Xác định dòng điện chạy đoạn đường dây: Iacd = 20 (A); Ircd = 15 (A) Iabc = 30+20 = 50 (A); Irbc = 0+15 = 15 (A) IaAb = 35+30+20 = 85 (A); IrAb = 35+0+15 = 50 (A) - Tổn thất điện áp đường dây là: n n U= Pi ri Qi x i = (I ri cosi I ri x i sin i ) U dm i 1 i 1 = [(85.0.34.0,25+50.0,303.0,25)+(50.0,64.0,2+15.0,325.0,2)+ +(20.0,92.0,1+15.0,336.0,1)] = 35,9 (V) Với Ia1=aaAb+iaAc+iaAd=35+30+20 = 85 (A) Ia2= iaAc+iaAd=30+20 = 50 (A) Ia3= iaAd=20 = 20 (A) Ir1=arAb+irAc+irAd=35+0+15 = 50 (A) Ir2= irAc+irAd=0+15 = 15 (A) Ir3=irAd=15 = 15 (A) 2.3 Tổn thất điện áp đường dây có phụ tải phân bố a Toàn đường dây có phụ tải phân bố Trong thực tế ta gặp đường dây có tải phân bố đều, chẳng hạn đường dây CCĐ cho nhà liền nhau, cho hệ thống chiếu sáng đường phố v.v dl p0 l L Hình 2.9 87 Dịng điện sét có trị số lớn thời gian tồn lại ngắn nên người ta quan tâm đến tác hại nhiệt c Hiệu ứng điện từ Hiệu ứng điện từ cụ thể hoá xuất sóng điện áp truyền đường dây tải điện - Nếu sét đánh gần đường dây tải điện tất dây dẫn nằm điện từ trường dòng điện sét, nên dây dẫn cảm ứng SĐĐ sinh điện áp iS - Nếu sét đánh vào cột điện, Ucột dịng điện sét theo cột xuống đất Lúc có điện áp giáng tổng trở cột xuất SĐĐ cảm ứng điện cảm riêng cột di Hình 6.32 U cot i S R Z L cot S dt Với: RZ - điện trở nối đất cột Lcột - điện cảm riêng cột Vì RZ Lcột lớn nên Ucộtcó giá trị lớn điện áp gây tượng phóng điện ngược từ cột vào dây dẫn - Nếu sét đánh trực tiếp vào đường dây, có sóng q điện áp q dịng điện lan truyền theo hai phía gây nguy hiểm cho thiết bị TBA nhà máy điện - Nếu sét đánh vào dây chống sét, dịng điện sét theo dây dẫn sét xuống đất, dây dẫn xuất SĐĐ cảm ứng gây điện áp 9.5 Các thiết bị bảo vệ điện áp thiên nhiên 9.5.1 Kim thu lôi a Khái niệm Kim thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào cơng trình điện cơng trình kiến trúc Tác dụng chống sét kim chỗ, tập trung điện tích đầu nhọn kim, tạo nên điện trường lớn với tia tiên đạo sét, “thu hút” sét vào đó, hình thành khu vực an tồn bên xung quanh hệ thống thu sét Kim thu lơi làm việc với xác suất an tồn cao từ (9999,9)% Độ cao so với mặt đất mà từ có phóng điện tiên đạo phát triển hệ thống thu sét gọi độ cao định hướng H 183 h sét H Độ cao phụ thuộc vào độ cao phận thu sét h Thông thường H=(1020)h Độ cao kim thu lôi lớn tốt, khơng thể cao q lý kinh tế mỹ quan b Các phận kim thu lơi Các phận kim thu lôi gồm: - Bộ phận thu nhận: ống sắt tròn sắt tròn, đầu mài nhọn, mạ kẽm chống gỉ - Bộ phận dẫn (dây xuống): dây sắt 6 8 nối từ kim xuống trang bị nối đất - Trang bị nối đất (tiếp địa): Trang bị nối đất dùng để tháo sét xuống đất Do yêu cầu an toàn cho người thiết bị mà đòi hỏi điện trở nối đất trang bị nối đất không vượt trị số quy định sau: + Tiếp địa chống sét: RZ ≤ 10 + Tiếp địa chống sét tiếp địa làm việc nối chung: RZ ≤ + Tiếp địa cho cột điện vùng dân cư: RZ ≤ 40 Nhìn chung điện trở nối đất bé, tốt, khơng thể bé q lý kinh tế Các cọc nối đất thường ống thép dài (23) m, đường kính ngồi (3540) mm, độ dày thành ống không bé mm Ngồi dùng thép góc L 50 x 50 x dài 2,5 m làm cọc nối đất Độ chôn sâu cọc (0,50,7) m để tránh ảnh hưởng thay đổi khí hậu bên ngồi (vì lớp đất mặt có điện trở suất không ổn định) Các cọc chôn sâu đất nối với thép dày (45) mm, rộng (2050) mm để tạo thành mạng lưới c Phạm vi bảo vệ kim thu lôi Phạm vi bảo vệ kim thu lơi có dạng hình nón mà chiều cao chiều cao kim, bán kính đáy 1,6 lần chiều cao (hình 6.34) hA h hX 184 rX Ta có hA = h - hX Với hA - độ cao hiệu dụng kim thu lơi; hX - độ cao cơng trình cần bảo vệ; h - độ cao kim tính từ mặt đất Bán kính vùng bảo vệ độ cao hX rX 1,6h A 1 hX h Trong thực tế, để đơn giản, người ta thường vẽ gần phạm vi bảo vệ kim thu lơi hình 6.35 Lúc bán kính vùng bảo vệ độ cao hX tính sau: h h - Nếu h X h , ta có rX 1,5h1 X 1,5 h X 0,8 0,8.h - Nếu h X h , ta có rX 0,75h1 h X 0,75(h h X ) h 0,2h (2/3)h 0,75h 1,5h Hình 6.35 185 Trường hợp có kim thu lơi phạm vi bảo vệ xây dựng gần sau (hình 6.36)Một cơng trình có độ cao h0X hai kin thu lôi phải thoả mãn điều kiện: a/7 0,2h h h0 rX 0,75h a 1,5h rX r0X r0X 0,2h0 Hình 6.36 h0 0,75h 1,5h0 Một cơng trình có độ cao h0X hai kin thu lôi phải thoả mãn điều kiện: a h 0X h 9.5.2 Dây thu lôi a Khái niệm Trên đường dây tải điện, để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp, người ta dùng hai dây trời nối đất gọi dây thu lơi Các dây đặt phía dây dẫn điện chạy dọc theo chiều dài đường dây b Phạm vi bảo vệ dây thu lôi - Trường hợp có dây thu lơi (hình 6.37) 186 hA hX rX Hình 6.37 Chiều rộng phạm vi bảo vệ 2rX chạy suốt dọc chiều dài đường dây, với: rX 0,8h A h 1 X h Ta thấy, chiều rộng phạm vi bảo vệ dây thu lôi nửa chiều rộng phạm vi bảo vệ kin thu lôi Phạm vi bảo vệ dây thu lơi cịn xác định góc qua biểu thức: tg rX hA 0,8 h 1 X h Thông thường hX 0,8h nên = 20250 - Trường hợp có dây thu lôi: Lúc này, độ võng vùng bảo vệ phải nhỏ =15200 (hình 6.38) a , góc a/4 187 9.5.3 Chống sét khe hở a Các loại chống sét khe hở Đây loại chống sét đơn giản thường có kiểu hình 6.39 b a a ) b ) c ) d ) Hình 6.39 a Kiểu sừng b Kiểu đai c Kiểu cầu d Kiểu ốc-tuyn b Chống sét sừng - Cấu tạo Cấu tạo chống sét sừng hình 6.39.a Nó dùng bảo vệ chống sét đánh từ đường dây lan vào TBA, TPP cỡ nhỏ Loại làm sắt tròn (hoặc sắt dẹt), mạ kẽm, uốn xoè hai sừng thú Hai sừng đặt sứ cách điện cao áp, có điện áp định mức tuỳ thuộc cấp điện áp lưới điện Một bên sừng tiếp đất, bên đấu vào dây cao áp Chống sét sừng đặc trưng khoảng cách a b, a khoảng cách phóng điện b khoảng cách dập hồ quang hai đầu mút sừng Trong thực tế, khoảng cách a chi thành a a’ (hình 6.40), người ta sợ nhiều có vật lạ rơi vào mắc hai sừng làm tác dụng phóng điện chống sét b a a’ 188 Hình 6.40 Để chống sét sừng làm việc tốt, cần đảm bảo khoảng cách bảng sau: Bảng 6.1 Khoảng cách (mm) Cấp điện áp (kV) a a’ b 40 10 600 10 60 15 600 20 120 20 760 35 250 30 1300 - Nguyên lý làm việc Khi có sóng sét truyền tới có phóng điện qua a a’ xuống đất Hồ quang cháy a kéo dài vuốt mỏng dập tắt b - Ưu nhược điểm Ưu điểm chống sét sừng cấu tạo đơn giản, rẻ tiền, dễ chế tạo, dễ thi công, lắp đặt Nhược điểm chống sét sừng chống sét khe hở nói chung khơng có phận dập hồ quang nên hệ thống có trung tính trực tiếp nối đất chống sét làm việc gây ngắn mạch tạm thời, làm máy cắt tác động nhầm Do vậy, hiệu làm việc chống sét khe hở khơng cao, khơng đảm bảo tính liên tục cung cấp điện 9.5.4 Chống sét ống (CSO) a Cấu tạo Ký hiệu CSO sơ đồ điện hình 6.41 Cấu tạo chống sét ống hình 6.42 b Ngun lý hoạt động CSO khơng lắp trực tiếp vào đường dây mà lắp qua khe hở S2 Hai khe hở S1 S2 có ảnh hưởng lớn đến đặc tính von-giây CSO Muốn điều chỉnh đặc tính von-giây CSO, người ta điều chỉnh khe hở S1 S2 Dây cao áp S2 S1 Hình 6.42 189 Vỏ cách điện Ống xenlulo Điện cực Buồng hỗn xung Vít gá lắp Lưỡi gà Khi có sóng sét chạy tới CSO, phóng qua khe hở S S2 xuống đất Lúc hồ quang cháy S1 đốt cháy ống xenlulo sinh chất khí có khả khử ion Khi dòng điện qua trị số hội dập hồ quang tốt nhất, lúc áp suất ống lại giảm thấp nên việc dập hồ quang tiến hành không thuận lợi Buồng hoãn xung khắc phục nhược điểm Khi hồ quang cháy S phần lớn chất khí sinh bị dồn vào buồng hoãn xung Khi hồ quang tạm thời dập tắt, áp suất ngồi buồng hỗn xung giảm nhanh, áp suất buồng hỗn xung cịn lớn luồng khí từ buồng hỗn xung thổi mạnh làm cho hồ quang khơng có hội tái phát Do tác dụng luồng khí mà đầu tự lưỡi gà bật khỏi thân ống, báo hiệu CSO tác động c Phạm vi sử dụng CSO CSO dùng để bảo vệ đường dây tải điện không d Sử dụng lắp đặt CSO Khi chọn sử dụng CSO phải đảm bảo yêu câu: - Điện áp định mức CSO khống nhỏ điện áp lưới - Đặc tính von-giây CSO phải thấp đặc tính von-giây thiết bị bảo vệ - Phải tuân thủ số lần tác động CSO Lắp đặt CSO phải ý: - Khơng có chướng ngại vật đường khí CSO tác động - CSO lắp nghiêng 450 Những nơi mưa gió nhiều phải lắp CSO nghiêng 600 so với phương nằm ngang 9.5.5 Chống sét van (CSV) a Cấu tạo Sơ đồ cấu tạo CSV hình 6.43 Dây cao áp 190 Vỏ sứ cách điện Các đồng Điện trở vilít Các đồng mỏng tạo thành khe hở phóng điện; điện trở vilít mắc nối tiếp với khe hở Sơ đồ đẳng trị CSV hình 6.44 Các điện trở mắc song song với khe hở để phân bố điện áp khe hở, có tác dụng chia nhỏ dập hồ quang Các điện trở vilít có đặc tính phi tuyến Biểu thức tốn học biểu diễn đặc tính von-amper vilít là: u C.I Trong đó: C = 650200 - số vật liệu; điện trở vilít kji dịng điện qua có trị số A = 0,160,23 - hệ số phi tuyến Đặc tính có dạng hình 6.45a Quan hệ điện trở vilít điện áp đặt hình 6.45b Hình 6.44 u r 191 b) a) Hình 6.45 b Ngun lý làm việc Khi có sóng sét truyền tới xuất phóng điện qua khe hở Dòng điện xung tháo nhanh xuống đất qua điện trở nhỏ lúc điện áp sét lớn nên điện trở vilít giảm xuống giá trị nhỏ hạn chế điện áp cho thiết bị Sau đó, CSV làm nhiệm vụ dập hồ quang Khi sét đánh xong, điện áp đặt lên CSV điện áp pha điện áp giảm xuống điện trở vilít lại tăng lên, đưa CSV trạng thái ban đầu, tức hạn chế dòng kế tục (dóng ngắn mạch chạm đất) CSV Để hồ quang dập tắt dễ dàng, người ta ghép nhiều khe hở để chia nhỏ hồ quang thành nhiều đoạn Mạch điện trở nên dòng điện điện áp trùng pha nhau, U = I =0, hồ quang dập tắt lúc dòng điện qua trị số lúc điện áp qua trị số 0; điện trở vilít đạt trị số lớn, làm cho hồ quang có khả tái phát Tuỳ trường hợp cụ thể mà người ta ghép thêm điện trở, điện dung song song với khe hở để có đặc tính von-giây theo u cầu Lưu ý: điện trở vilít dễ bị hỏng ẩm ướt nên phải bảo quản, chăm sóc cẩn thận c Phạm vi sử dụng CSV CSV dùng để bảo vệ trạm biến áp, trạm phân phối máy phát điện 9.6 Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 9.6.1 Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho TBA, người ta dùng kim thu lôi mà không dùng dây thu lơi sợ dây bị đứt gây ngắn mạch trạm, nguy hiểm Kim thu lơi đặt độc lập hay đặt giá sắt bê tông thiết bị trạm Trang bị nối đất kim thu lôi thường độc lập với trang bị nối đất làm việc yêu cầu có điện trở nối đất RZ ≤ 10 192 Đối với TBA có điện áp 35 kV trở xuống, phép đặt kim thu lôi giá với thiết bị điện điện trở nối đất R Z ≤ để tránh điện áp tàn dư cột đủ lớn để gây tượng phóng điện ngược Ngồi để tránh tượng kim thiết bị cần bảo vệ phải có khoảng cách thích đáng 9.6.2 Bảo vệ chống sét đánh từ đường dây truyền vào trạm Hiện tượng sóng điện áp truyền từ đường dây vào trạm xảy phổ biến thực tế sét đánh trực tiếp hay gián tiếp vào đường dây có liên quan đến trạm Để bảo vệ TBA, người ta dùng CSV phối hợp với CSO a Dùng CSV để bảo vệ trạm - Trường hợp đặt CSV gần MBA (hình 6.46) MBA CSV Hình 6.46 Trường hợp coi điện áp đặt lên CSV điện áp MBA, RZ đủ nhỏ điện áp đặt vào MBA khống đáng kể - Trường hợp CSV đặt xa MBA (hình 6.47) MBA CSV l Hình 6.47 193 Lúc này, có tượng phản xạ khúc xạ nhiều lần sóng điện áp CSV MBA, làm cho điện áp đặt lên MBA lớn điện áp đặt lên CSV l Độ lớn điện áp là: U 2a v Trong đó: a - biên độ sóng điện áp v - vận tốc truyền sóng l - khoảng cách từ CSV đến MBA Ta thấy: l lớn, nguy hiểm nên cần ý điều b Bảo vệ TBA 310 kV Sơ đồ bảo vệ trạm hình 6.48 DCS K MC 100200 m CSO1 MBA CSO2 CSV Trên sát MBA người ta đặt CSV Cách trạm khoảng 200 m, đặt tổ CSO1 sát MC đặt tổ CSO2 Khi có sét đánh K tổ CSO1 tác động Vì điện áp giáng điện trở nối Hình 6.48 đất RZ1 CSO1 lớn nên điện áp đặt lên CSV có khả lớn, dẫn đến dịng điện qua CSV lớn kA quy định cho CSV Sơ đồ đẳng trị hình 6.49a L L M IS RZ1 RCSV IS RZ1 RCSV b) a) Hình 6.49 194 Để khắc phục nhược điểm này, người ta mắc thêm dây trời nối đất (DCS) Sơ đồ đẳng trị hình 6.49b Lúc dịng điện qua CSV giảm có hỗ cảm dây dẫn dây trời nối đất Trên sơ đồ 6.48, tổ CSO dùng để bảo vệ lúc máy cắt ngắt (hở mạch) có sóng điện áp chạy tới, gặp máy cắt hở mạch có sóng phản xạ làm điện áp tăng lên lớn, làm xun kích máy cắt 9.7 Tính tốn điện trở nối đất Điện trở nối đất cọc phụ thuộc vào điện trở suất đất tính cụ thể sau: 9.7.1 Trường hợp 1: Cọc nối đất chôn sát mặt đất (hình 6.50) Điện trở nối đất cọc điện áp xoay chiều tần số 50 Hz xác định sau: 0,366. tt 4l R 0~ lg () l d d Tropng đó: l l (cm) - chiều dài ống tròn đất d (cm) - đường kính ngồi ống tt (cm) - điện trở suất tính tốn đất tt = k.đo với k hệ số tăng cao; đo Hình 6.50 điện trở suất đo nơi chôn cọc 9.7.2 Trường hợp 2: cọc chôn sâu xuống đất khoảng h (hình 6.51) h Điện trở nối đất cọc lúc giảm 15%, điện trở suất đất phụ thuộc điều kiện thổ nhưỡng nên dùng công d thức mà không cần phải hiệu đính thêm l 9.7.3 Trường hợp 3: nối đất theo kiểu tia nằm ngang (hình 6.52) Điện trở nối đất xác định theo công thức: R 0~ tt 2l () lg 2l b.h Trong đó: h (cm) - độ chôn sâu b (cm) - bề rộng sắt l (cm) chiều dài sắt Hình 6.51 h l b 195 9.7.4 Điện trở khuếch tán nối Các cọc nối đất hàn nối với sắt dẹt có điện trở khuếch tán R tn Hình 6.52 0,366. tt 2l () lg l b.h Trong đó: h = 0,8 (cm) - độ chôn sâu b (cm) - bề rộng nối l (cm) chiều dài nối Trường hợp nối thép tròn: R tn 0,366. tt l2 lg l d.h () (Thay b = 2d với d (cm) đường kính thép tròn) Điện trở nối đất tất cọc: R R Z ~ () n Với n số cọc Kết cọc đóng cách 40m, để điện trường chúng không ảnh hưởng lẫn coi phân bố điện thể Thực tế, cọc chôn gần (khoảng cách cọc liên tiếp lớn hay chiều dài cọc), điện trường chúng ảnh hưởng đến nhau, gây trở ngại cho phân bố dòng điện, làm điện trở nối đất tăng lên Đây tượng "bao che lẫn nhau" Để kể đến ảnh hưởng này, người ta đưa vào hệ số bao che (hệ số sử dụng cọc nối), tra sổ tay kỹ thuật Ta có: R () R Z 0~ n 9.7.5 Điện trở nối đất toàn hệ thống nối đất: R nd R Z R tn () R Z R tn 196 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài tập Cung cấp điện, Trần Quang Khánh, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2008 Các thiết bị điện dùng nông nghiệp, Lê Văn Nghĩa, NXB Nông nghiệp, 1976 Cung cấp điện, Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Bội Khuê, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2001 Giáo trình Cung cấp điện, Nguyễn Công Hiền, Đặng Ngọc Dinh, Nguyễn Hữu Khải, Phan Đăng Khải, Nguyễn Thành, NXB Đại học THCN, 1984 Giáo trình Cung cấp điện, Ngơ Hồng Quang, - Vụ THCN-DN, NXB Giáo dục, 2002 Giáo trình Mạng điện, Bùi Ngọc Thư, Khoa Tại chức, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1970 Một số vấn đề quy hoạch thiết kế mạng điện địa phương, Đặng Ngọc Dinh, Ngô Hồng Quang, Bùi Ngọc Thư, Nguyễn Hiền, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1970 Tính tốn cung cấp, lựa chọn thiết bị, khí cụ điện, Nguyễn Xn Phú, Nguyễn Cơng Hiền, NXB Giáo dục, 2000 197 ... L Ci .U fdm s s 2. .U fdm s i 1 UB= 24 0 .20 0 24 0.500 (24 0.100 24 0.400 24 0.300 24 0.600) 53 .22 0 10 2. 53 .22 0.6 =2, 8 (V) 2, 8 100 = 2, 2% UB% = 127 UB = i 1 n UC =... R1=0,57.50 = 28 ,5 (m); X1=0 ,26 .50 = 13 (m) 123 R2=1 ,25 .25 = 31 ,2 (m); X2=0 ,29 .25 = 7 ,25 (m) - Tổng trở ngắn mạch là: RN=RBA+RTG+3R1+R2 = 3,4+0,418+3 .28 ,5+31 .2 = 120 (m) XN=XBA+XTG+3.X1+X2 = 10,8+0,163+3.13+7 ,25 ... i 1 P 10 3? ?2 12 5? ?2 0 ,25 .0 ,2 32 52 0 ,28 .0,1 = 165,18 (W) 0,38 Q i2 ri (W) n Q P2 i U dm i 1 Q 10 3? ?2 12 5? ?2 0,3.0 ,2 32 52 0,33.0,1 = 198,07