Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp thiết kế hệ thống chống sét đánh trực tiếp và hệ thống nối đất an toàn cho tba220110kv

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN  ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT AN TOÀN CHO TBA220/110kV Sinh viên thực : Mai Xuân Minh Mã sinh viên : 18810110128 Giáo viên hướng dẫn: PHẠM THỊ THANH ĐAM Ngành : CÔNG NGHỆ KT ĐIỆN ĐIỆN TỬ Chuyên ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN Lớp : D13H1 Hà Nội, tháng năm 2021 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN Độc lập – Tự – Hạnh phúc ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP 1/ Tên đồ án: Thiết kế hệ thống chống sét đánh trực tiếp hệ thống nối đất an tồn cho TBA220/110kV 2/ Các số liệu • Trạm biến áp: Bản vẽ sơ đồ mặt kích thước trạm • • • Độ cao xà đón dây: - Phía 220kV: 16,7 (m) - Phía 110kV: 10,7 (m) Độ cao xà góp: - Phía 220kV: 10,7 (m) - Phía 110kV: 8,7 (m) Điện trở suất đất: đ = 132 (m) Đường dây: Dây pha dây AC – 400, dây chống sét dây C-70 Chiều dài khoảng vượt: Đường dây 220kV: l = 547 (m)  Đường dây 110kV: l = 347 (m) Điện trở nối đất cột điện đường dây: - Nếu đ < 100 (m): Rc = 10 () - Nếu đ > 100 (m): Rc = 12 () 3/ Nội dung, nhiệm vụ thực Chương 1: Tình hình giơng sét ảnh hưởng tới HTĐ Việt nam Chương 2: Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho Trạm biến áp 220/110kV Chương 3: Thiết kế hệ thống nối đất cho Trạm biến áp 220/110kV Kết luận chung Yêu cầu vẽ: 03 Bản vẽ A3 PVBV phương án + Hệ thống nối đất 4/ Ngày giao đề tài: 04/01/2022 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 MẶT BẰNG ĐỒ ÁN MƠN HỌC Đồ án mơn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1.1 Hiện tượng dông sét .5 1.1.1 Khái niệm chung .5 1.1.2 Tình hình dơng sét Việt Nam 1.2 Ảnh hưởng tượng dông sét tới hệ thống điện Việt Nam .8 1.3 Kết luận CHƯƠNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV 2.1 Khái niệm chung 2.2 Các yêu cầu kỹ thuật tính tốn bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 2.3 Lý thuyết tính chiều cao cột phạm vi bảo vệ 11 2.3.1 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi 11 2.3.2 Phạm vi bảo vệ cảu hai hay nhiều cột thu lôi 12 2.4 Các phương án bố trí cột thu lôi cho đối tượng cần bảo vệ 15 2.4.1 Phương án 15 2.4.2 Phương án 24 2.5 Chọn phương án tối ưu 30 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT AN TOÀN CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV 31 3.1 Khái niệm chung 31 3.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống nối đất 32 3.2.1 Trị số cho phép điện trở nối đất 32 3.2.2 Hệ số mùa 32 3.3 Trình tự tính tốn 33 3.3.1 Nối đất an toàn làm việc 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG DƠNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NĨ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1.1 Hiện tượng dông sét 1.1.1 Khái niệm chung Dông sét tượng thiên nhiên, phóng tia lửa điện khoảng cách điện cực lớn (trung bình khoảng 5km) Hiện tượng phóng điện dơng sét gồm hai loại phóng điện đám mây tích điện phóng điện đám mây tích điện với mặt đất Ở ta nghiên cứu phóng điện đám mây tích điện với mặt đất (phóng điện mây-đất) Vì tượng phóng điện gây ảnh hưởng trực tiếp tới hệ thống điện Các đám mây tích điện với mật độ điện tích lớn, tạo cường độ điện trường lớn hình thành dịng phát triển phía mặt đất Giai đoạn giai đoạn phóng điện tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình tia tiên đạo lần phóng điện khoảng 1,5.107cm/s, lần phóng điện sau tốc độ tăng lên khoảng 2.108cm/s (trong đợt sét đánh có nhiều lần phóng điện đám mây hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng phóng điện xuống đất) Tia tiên đạo mơi trường Plasma có điện tích lớn Đầu tia nối với trung tâm điện tích đám mây nên phần điện tích trung tâm vào tia tiên đạo Phần điện tích phân bố dọc theo chiều dài tia xuống mặt đất Dưới tác dụng điện trường tia tiên đạo, có tập trung điện tích khác dấu mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện đất Nếu vùng đất có điện dẫn đồng điểm nằm phía đầu tia tiên đạo Cịn vùng đất có điện dẫn khơng đồng (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) điện tích đất tập trung nơi có điện dẫn cao.Q trình phóng điện phát triển dọc theo đường sức nối liền đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích mặt đất địa điểm sét đánh mặt đất định sẵn Do để định hướng cho phóng điện sét ta phải tạo nơi có mật độ tập trung điện diện tích lớn Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho cơng trình dựa tính chọn lọc phóng điện sét Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 Nếu tốc độ phát triển phóng điện ngược n mật độ điện trường điện tích tia tiên đạo d đơn vị thời gian điện tích đất là:is=n.d Cơng thức tính tốn cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ khơng đáng kể) Tham số chủ yếu phóng điện sét dịng điện sét, dịng điện có biên độ độ dốc phân bố theo hàm biến thiên phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm kA) dạng sóng dịng điện sét dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt sét ứng với giai đoạn phóng điện ngược Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trạm gây điện áp khí gây hậu nghiêm trọng như: Ngắn mạch đầu góp, cháy nổ, điện diện rộng… 1.1.2 Tình hình dông sét Việt Nam Việt Nam nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dơng sét mạnh Theo tài liệu thống kê cho thấy miền đất nước Việt nam có đặc điểm dông sét khác Ở miền Bắc, số ngày dơng dao động từ 70÷110 ngày năm số lần dơng từ 150÷300 lần trung bình ngày xảy từ 2÷3 dơng Vùng dơng nhiều miền Bắc Móng Cái Tại hàng năm có từ 250÷300 lần dơng tập trung khoảng 100÷110 ngày Tháng nhiều dơng tháng 7, tháng Một số vùng có địa hình thuận lợi thường khu vực chuyển tiếp vùng núi vùng đồng bằng, số trường hợp dông lên tới 200 lần, số ngày dông lên đến 100 ngày năm Các vùng cịn lại có từ 150÷200 dơng năm, tập trung khoảng 90÷100 ngày Nơi dơng miền Bắc vùng Quảng Bình hàng năm có 80 ngày dông Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 Bảng 1.1 Số ngày dông tháng số vùng lãnh thổ Việt Nam Tháng 10 Cao Bằng 0,2 0,6 4,2 5,9 12 17 20 19 10 11 0,5 0,0 94 Móng Cái 0,0 0,4 3,9 6,6 14 19 24 24 13 4,2 0,2 0,0 112 Hà Giang 0,1 0,6 5,1 8,4 15 17 22 20 9,2 2,8 0,9 0,0 102 Yên Bái 0,2 0,6 4,1 9,1 15 17 21 20 11 4,2 0,2 0,0 104 Tuyên Quang 0,2 0,0 4,0 9,2 15 17 22 21 11 4,2 0,5 0,0 106 Địa điểm 11 12 Cả năm Hà Nội 0,0 0,3 2,9 7,9 16 16 20 20 11 3,1 0,6 0,9 99 Hải Phòng 0,0 0,1 7,0 7,0 13 19 21 23 17 4,4 1,0 0,0 111 Thanh Hoá 0,0 0,2 7,3 7,3 16 16 18 18 13 3,3 0,7 0,0 100 0,0 0,2 1,9 4,9 10 6,2 5,3 5,1 4,8 2,3 0,3 0,0 41,8 Đà Nẵng 0,0 0,3 2,5 6,5 14 11 9,3 12 8,9 3,7 0,5 0,0 69,5 Quảng Ngãi 0,0 0,3 1,2 5,7 10 13 9,7 1,0 7,8 0,7 0,0 0,0 59,1 1,4 1,0 2,5 10 22 19 17 16 19 11 2,4 138 0,2 0,0 0,7 7,0 19 16 14 15 13 1,5 4,7 0,7 104 Huế Sài Gịn Sóc Trăng Hà Tiên 2,7 1,3 10 20 15 23 9,7 7,4 9,0 9,7 15 15 4,3 128 Xét dạng diễn biến dơng năm, ta nhận thấy mùa dơng khơng hồn tồn đồng vùng Nhìn chung, Bắc Bộ mùa dơng tập chung khoảng từ tháng đến tháng Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) khu vực dơng nhất, thường có tháng số ngày dông khoảng 10 ngày/tháng Tuy Hoà 10 ngày/tháng, Nha Trang ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng Ở miền Nam khu vực nhiều dông đồng Nam Bộ từ 120÷140 ngày/năm, thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/năm Từ bảng ta thấy Việt Nam nước phải chịu nhiều ảnh hưởng dông sét, điều bất lợi cho hệ thống điện Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư nhiều vào thiết bị chống sét Đặc biệt địi hỏi nhà thiết kế phải trọng tính tốn thiết kế cơng trình điện cho hệ thống điện vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục tin cậy Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 1.2 Ảnh hưởng tượng dông sét tới hệ thống điện Việt Nam Như trình bày phần trước, biên độ dịng sét đạt tới hàng trăm kA, nguồn sinh nhiệt vô lớn dịng điện sét qua vật Thực tế có dây tiếp địa phần nối đất khơng tốt, bị dịng điện sét tác dụng bị nóng chảy đứt, chí có cách điện sứ bị dòng điện sét tác dụng bị vỡ chảy nhũ thạch, phóng điện sét cịn kèm theo việc di chuyển khơng gian lượng điện tích lớn, tạo điện từ trường mạnh, nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến thiết bị điện tử, ảnh hưởng rộng, nơi cách xa hàng trăm km Khi sét đánh thẳng vào đường dây xuống mặt đất gần đường dây sinh sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên điện áp tác dụng lên cách điện đường dây Khi cách điện đường dây bị phá hỏng gây nên ngắn mạch pha-đất ngắn mạch pha–pha buộc thiết bị bảo vệ đầu đường dây phải làm việc Với đường dây truyền tải công suất lớn, máy cắt nhảy gây ổn định cho hệ thống, hệ thống tự động nhà máy điện làm việc khơng nhanh dẫn đến rã lưới Sóng sét cịn truyền từ đường dây vào trạm biến áp sét đánh thẳng vào trạm biến áp gây nên phóng điện cách điện trạm biến áp, điều nguy hiểm tương đương với việc ngắn mạch góp dẫn đến cố trầm trọng Mặt khác, có phóng điện sét vào trạm biến áp, chống sét van đầu cực máy biến áp làm việc khơng hiệu cách điện máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vơ lớn Qua ta thấy cố sét gây lớn, chiếm chủ yếu cố lưới điện, dơng sét mối nguy hiểm lớn đe doạ hoạt động lưới điện 1.3 Kết luận Sau nghiên cứu tình hình dơng sét Việt Nam ảnh hưởng dông sét tới hoạt động lưới điện Ta thấy việc tính tốn chống sét cho lưới điện trạm biến áp cần thiết để nâng cao độ tin cậy vận hành lưới điện Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 CHƯƠNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV 2.1 Khái niệm chung Đối với trạm biến áp 220 kV với thiết bị đặt ngồi trời, có sét đánh trực tiếp vào trạm xảy hậu nghiêm trọng, làm hư hỏng thiết bị điện, phải ngừng cung cấp điện thời gian dài làm ảnh hưởng đến sản xuất gây chi phí tốn cho ngành điện, ảnh hưởng đến kinh tế quốc dân Do vậy, trạm biến áp thường có yêu cầu bảo vệ cao Hiện để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta thường dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi Tác dụng hệ thống tập trung điện tích để định hướng cho phóng điện sét tập trung vào đó, tạo khu vực an toàn bên hệ thống Hệ thống thu sét phải gồm dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ thống nối đất Để nâng cao tác dụng hệ thống trị số điện trở nối đất phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện sét cách nhanh nhất, đảm bảo cho dịng điện sét qua điện áp phận thu sét không đủ lớn để gây phóng điện ngược đến thiết bị khác gần Ngoài thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần phải quan tâm đến tiêu kinh tế cho hợp lý đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật 2.2 Các yêu cầu kỹ thuật tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Tất thiết bị cần bảo vệ phải nằm gọn phạm vi bảo vệ an toàn hệ thống bảo vệ Ở đây, hệ thống bảo vệ trạm 220/110kV ta dùng hệ thống cột thu lôi, hệ thống đặt thân cơng trình độc lập tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể Đặt hệ thống thu sét thân cơng trình tận dụng độ cao phạm vi bảo vệ giảm độ cao cột thu lôi Nhưng mức cách điện trạm phải đảm bảo an tồn điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị, dòng điện sét gây nên điện áp giáng điện trở nối đất phần điện cảm cột, phần điện áp lớn gây phóng điện ngược từ hệ thống thu Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 sét đến phần tử mang điện trạm mức cách điện khơng đủ lớn Do điều kiện để đặt cột thu lôi hệ thống xà trạm mức cách điện cao trị số điện trở tản phận nối đất nhỏ Đối với trạm biến áp có điện áp từ 110 kV trở lên có mức cách điện cao (cụ thể khoảng cách thiết bị đủ lớn độ dài chuỗi sứ lớn) đặt cột thu lôi kết cấu trạm kết cấu có đặt cột thu lơi phải ngắn cho dịng điện sét khuếch tán vào đất theo đến hệ thống nối đất, mặt khác phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất Khâu yếu trạm biến áp trời điện áp từ 110 kV trở lên cuộn dây máy biến áp, dùng cột thu lơi để bảo vệ máy biến áp yêu cầu khoảng cách điểm nối vào hệ thống cột thu lôi điểm nối vào hệ thống nối đất vỏ máy biến áp phải lớn 15m theo đường điện Tiết diện dây dẫn dịng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt có dịng điện sét chạy qua Đối với cấp điện áp 110 kV trở lên cần phải ý: + Ở nơi kết cấu có đặt cột thu lơi vào hệ thống nối đất cần phải có nối đất bổ sung (dùng nối đất bổ sung) nhằm đảm bảo điện trở khuyếch tán không 4 (ứng với tần số công nghiệp) + Khoảng cách khơng khí kết cấu trạm có đặt cột thu lơi phận mang điện khơng bé độ dài chuỗi sứ Có thể nối cột thu lôi độc lập vào hệ thống nối đất trạm phân phối cấp điện áp 110kV yêu cầu thực Khi dùng cột thu lơi độc lập cần phải ý đến khoảng cách cột thu lôi đến phận trạm để tránh khả phóng điện từ cột thu lôi đến vật cần bảo vệ Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lơi dây dẫn điện phải cho vào ống chì chơn đất.Có thể nối dây chống sét vào hệ thống nối đất trạm khoảng cách từ chỗ nối đất điểm nối đất đến điểm nối đất máy biến áp lớn 15m 10 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 Pham vi bao ve cua hx=16,7m Pham vi bao ve cua hx=10,7m R0,33m 11 12 R12,94m R5,65m R9,51m R3,98m 10 c b A 15 13 14 c b A 17 16 18 AT1 21 25 26 a b c 20 19 AT2 22 23 28 27 R1,16m 24 29 30 R5,44m 10,7m a b c R3,01m 32 33 34 35 36 31 37 38 39 40 41 42 R3,23m Hình 2.8 Phạm vi bảo vệ phương án Kết luận: Phương án bảo vệ thỏa mãn yêu cầu đặt Tổng chiều dài kim thu sét là: 2.4.2 Phương án + Bước 1: Ta bố trí 31 cột thu sét vị trí hình vẽ sau: Phía 220kV bố trí 19 cột, có cột xà đón dây có độ cao 16,7m, cột xà máy biến áp cao 16,7m, 10 cột xà góp cao 10,7m Phía 110kV bố trí 12 cột, cột xà đón dây có độ cao 10,7m, cột xà góp cao 8,7m 24 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 16,7m 10 c b A 16,7m 16,7m c b A 12 11 13 21 a b c AT2 17 18 23 22 19 8,7m 24 25 10,7m a b c 26 15 10,7m AT1 16 20 14 27 28 29 31 30 10,7m Hình 2.9 Bố trí cột thu sét phương án + Bước 2: Tính chiều cao hiệu dụng cột thu lôi: Do cột thu lôi tạo thành lưới cột nên ta chia lưới cột thành nhóm đa giác đỉnh tính độ cao hiệu dụng nhóm cột theo điều kiện sau: Trong đó: D đường kính đường trịn ngoại tiếp đa giác đỉnh 25 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 11 12 13 14 17 16 20 21 26 22 27 10 15 18 19 28 29 25 24 23 31 30 Hình 2.10 Chia đa giác cho vị trí đặt cột thu sét cho phương án * Phía 110 kV Tính tốn tương tự phương án 1, ta có bảng sau: Bảng 2.4 Chiều cao hữu dụng nhóm cột phía 110kV phương án Đa giác a(m) b(m) c(m) p(m) 20-21-27-26 23-24-29-28 20 30 - - 36,06 4.51 21-22-28-27 22-23-29-28 24-25-31-30 30 30 - - 42,43 5,30 11-20-21 11-12-21 12-16-21 16-21-22 37,27 34 27.78 30.42 20 44.38 50.825 44.71 38.21 44.38 58.295 45.82 30.42 38.2 48.2 38.58 30 15.41 37.915 31.25 5.59 5.73 4.82 3.91 26 D(m) (m) ha- max (m) 5,73 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp 16-17-22 17-22-23 17-18-23 18-23-24 18-19-24 15-19-25 19-24-25 17 20.18 34 23.05 17 27.82 20.84 Mai Xuân Minh, lớp D13H1 20.18 30 23.05 20 20.84 21.6 30 15.41 22.3 22.3 15.21 15.21 37.03 21.6 26.295 36.24 39.675 29.13 26.525 43.225 36.22 20.72 30.00 34.26 23.37 21.13 37.25 30.00 2.59 3.75 4.28 2.92 2.64 4.66 3.75 Nhận xét: Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhóm cột là: Do độ cao lớn cần bảo vệ phía 110kV nhóm cột thu sét là: nên chiều cao Để thuận tiện cho việc thi cơng tăng độ an tồn cho thiết bị ta nâng cột lên tới 17m * Phía 220 kV Bảng 2.5 Chiều cao hữu dụng nhóm cột phía 220kV phương án Đa giác 1-2-7-6 2-3-8-7 3-4-9-8 4-5-10-9 6-7-12-11 7-8-13-12 8-9-14-13 9-10-15-14 13-14-18-17 13-16-17 14-18-19 12-13-16 14-15-19 Nhận xét: a(m) b(m) c(m) p(m) D(m) (m) 34 16 - - 37.58 4.70 34 34 - - 48.08 6.01 34 22 - - 40,5 5,06 27,82 17 22 33,41 27,82 3,48 34 27,82 27,78 44,8 35,13 4,39 - max(m) 6,01 Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhóm cột là: Do độ cao lớn cần bảo vệ phía 220kV cột thu sét là: 27 nên chiều cao Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 Để thuận tiện cho việc thi cơng tăng độ an tồn bảo vệ cho thiết bị, ta nâng cột lên tới 23m + Bước 3: Tính tốn phạm vi bảo vệ cột thu lơi Ta xét phạm vi bảo vệ cặp cột biên dọc theo đa giác đỉnh phần diện tích bên bảo vệ Chiều cao cột thu sét nhỏ 30m nên công thức tính ta khơng cần nhân với hệ số hiệu chỉnh p  Tính bán kính bảo vệ cột thu lôi - Phạm vi bảo vệ cột phía 110kV cao 17m: Bán kính bảo vệ cho độ cao Do là: nên Bán kính bảo vệ cho độ cao Do là: nên Phạm vi bảo vệ cột phía 220kV cao 22m Bán kính bảo vệ cho độ cao Do là: nên Bán kính bảo vệ cho độ cao Do là: nên  Tính bán kính bảo vệ cặp cột biên: Tính tốn tương tự phương án ta có bảng sau: Bảng 2.6 Kết tính bán kính bảo vệ cặp cột biên phương án Phía Cặp cột 220kV 1-2 2-3 3-4 4-5 1-6 h(m) a(m) ho(m) 23 34 34 34 34 16 18.14 18.14 18.14 18.14 20.71 ho(m) 12.10 12.10 12.10 12.10 13.81 28 (m ) 16.7 (m) 1.08 1.08 1.08 1.08 3.01 (m ) 10.7 ) (m 7.15 7.15 7.15 7.15 11.01 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp 110kV 220110 5-10 6-11 10-15 11-12 12-16 16-17 17-18 18-19 15-19 20-26 26-27 27-28 28-29 29-30 30-31 25-31 11-20 15-25 17 23-17 Mai Xuân Minh, lớp D13H1 16 34 34 34 27.78 17 34 17 27.82 20.71 18.14 18.14 18.14 19.03 20.57 18.14 20.57 19.03 13.81 12.10 12.10 12.10 12.69 13.71 12.10 13.71 12.68 3.01 1.08 1.08 1.08 1.75 2.90 1.08 2.90 1.74 11.01 7.15 7.15 7.15 8.48 10.79 7.15 10.79 8.48 30 12.71 8.48 1.51 3.01 20 14.14 9.43 2.58 4.90 30 12.71 8.48 1.51 3.01 30 12.71 8.48 20 14.14 9.43 2.58 4.90 30 12.71 8.48 1.51 3.01 30 12.71 8.48 1.51 3.01 37.27 12.32 8.21 37.03 12.35 8.24 29 10.7 10.7 1.51 1.21 1.24 8.7 8.7 3.01 2.71 2.74 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Pham vi bao ve cua hx=10,7m Mai Xuân Minh, lớp D13H1 Pham vi bao ve cua hx=16,7m R7,15m R1,08m 12 13 14 R14,43 R4,73 R11,01m 10 c b A c b A 11 AT1 16 20 21 15 AT2 17 22 18 23 19 24 R1,24m 25 a b c R5,44m a b c R1,51m 26 28 27 29 30 31 Hình 2.11 Phạm vi bảo vệ phương án Kết luận: Phương án bảo vệ thỏa mãn yêu cầu đặt Tổng chiều dài kim thu sét là: 2.5 Chọn phương án tối ưu Cả hai phương án đảm bảo yêu cầu mặt kĩ thuật nên ta xét đến yêu cầu mặt kính tế để lựa chọn Phương án tối ưu phương án có tổng chiều cao cột thu sét nhỏ Ta có bảng sau: Bảng 2.7 So sánh phương án Phươn Phương án 30 Phương án Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 g án Chỉ tiêu Số lượng cột (cột) 42 31 Tổng chiều dài(m) 336,6 267,3 Từ bảng so sánh ta thấy phương án có số lượng cột tổng chiều dài kim thu sét lớn phương án Do ta chọn phương án để thi công CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT AN TOÀN CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV 3.1 Khái niệm chung Bộ phận nối đất phần cuối mạch chống sét Một vật kim loại có hình dạng bất kỳ, kích thước chơn sâu xuống đất, có liên hệ dẫn điện với đất tạo nên điện trở gọi phận nối đất Một tập hợp nhiều phận nối đất gọi hệ thống nối đất Nhiệm vụ hệ thống nối đất tản dòng điện sét xuống đất để đảm bảo cho điện vật nối đất có trị số bé Trong việc bảo vệ q điện áp khí nối đất trạm, cột thu lôi, đường dây thiết bị chống sét quan trọng Trong hệ thống điện có ba loại nối đất:  Nối đất làm việc: Có nhiệm vụ đảm bảo làm việc bình thường thiết bị số phận thiết bị theo chế độ làm việc quy định sẵn Loại 31 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 nối đất gồm có nối đất điểm trung tính máy biến áp hệ thống có điểm trung tính nối đất, nối đất cuộn thứ cấp máy biến áp đo lường, kháng điện bù ngang dùng tải điện xa nối đất thiết bị chống sét  Nối đất an tồn (bảo vệ): Có nhiệm vụ bảo vệ an toàn cho người cách điện bị hỏng Thực nối đất an toàn cách nối đất tất phận kim loại bình thường không mang điện như: vỏ máy biến áp, vỏ động cơ, vỏ máy cắt, giá đỡ kim loại, Khi cách điện bị hỏng, phận có điện nối đất nên giữ mức điện thấp đảm bảo không gây nguy hiểm tới tính mạng người tiếp xúc với chúng  Nối đất chống sét: Nối đất chống sét nhằm tản dịng điện sét xuống đất có sét đánh vào cột thu lôi đường dây để giữ điện điểm thân cột không lớn Do hạn chế phóng điện tới cơng trình bảo vệ Ở nhà máy điện trạm biến áp nguyên tắc phải tách rời hai hệ thống nối đất làm việc nối đất an toàn, để đề phịng có dịng ngắn mạch lớn (hay dịng điện sét) vào hệ thống nối đất làm việc, không gây điện cao hệ thống nối đất an tồn Nhưng thực tế khó thực nhiều lý khác nên thường dùng hệ thống nối đất làm hai nhiệm vụ Do hệ thống nối đất chung thiết bị cần có điện trở nối đất bé nhất, điện trở hệ thống nối đất yêu cầu không vượt 0,5 Ω Để đảm bảo yêu cầu nối đất khối lượng kim loại việc xây dựng hệ thống nối đất nhất, cần tận dụng loại nối đất tự nhiên như:  Hệ thống dây chống sét, cột,  Kết cấu kim loại cơng trình như: móng nhà sắt, ống nước chôn đất hay ống kim loại khác (không chứa chất dễ gây cháy nổ)… Khi tận dụng nối đất tự nhiên phải tuân theo quy định quy phạm Nếu điện trở nối đất tự nhiên thỏa mãn yêu cầu thiết bị có dịng ngắn mạch chạm đất bé không cần làm thêm nối đất nhân tạo Nhưng thiết bị có dịng ngắn mạch lớn cần phải làm thêm nối đất nhân tạo với điện trở phải nhỏ 1 3.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống nối đất 3.2.1 Trị số cho phép điện trở nối đất Trị số điện trở nối đất phụ thuộc vào điện trở lớp đất mặt tiếp xúc với phận nối đất có dịng điện qua Có nghĩa phụ thuộc vào trị số điện trở suất đất ρ(Ωm) , ngồi cịn phụ thuộc vào hình dạng, kích thước cách bố trí phận nối đất đất Mức độ an toàn hệ thống chống sét hay nói cách khác việc làm nhanh chóng tiêu tán dịng diện sét vào đất phụ thuộc vào trị số điện trở nối đất Nếu trị số điện trở nối đất bé mức độ bảo vệ an tồn hệ thống bảo vệ chống sét cao 32 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 Nhưng giảm điện trở nối đất giá thành xây dựng cao lên nhiều tốn nhiều kim loại, cần phải quy định trị số cho phép điện trở nối đất Đối với hệ thống nối đất làm việc phải thỏa mãn u cầu làm việc thiết bị theo quy phạm:  Đối với thiết bị có điểm trung tính nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất là: R 0,5 Ω  Đối với thiết bị có điểm trung tính cách điện với đất yêu cầu điện trở Ω nối đất là: R (nếu phần nối đất dùng cho thiết bị cao áp)  Nếu hệ thống có điểm trung tính cách điện hệ thống nối đất dùng chung cho thiết bị cao áp hạ áp yêu cầu điện trở nối đất là: R Ω (nhưng không 10 Ω ) Với I dòng điện chạm đất, I tùy thuộc vào trường hợp chạm đất có giá trị khác 3.2.2 Hệ số mùa Đất môi trường phức tạp không đồng kết cấu thành phần, điện trở suất đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố thành phần muối, axit , độ ẩm, nhiệt độ, đất Do khí hậu mùa thay đổi nên độ ẩm, nhiệt độ đất thay đổi, đặc biệt với lớp đất trên, lớp đất sâu độ dao động độ ẩm Vì thiết kế hệ thống nối đất cần ý tới trị số điện trở suất tính tốn đất Điện trở suất đất tính theo cơng thức: Trong đó: - ρtt : điện trở suất tính tốn đất - ρd : điện trở suất đo đất - kmùa: hệ số mùa, phụ thuộc vào dạng điện cực độ chôn sâu hệ thống nối đất đo đất khô hay ẩm Bảng 3.1 Bảng hệ số kmùa Hệ số mùa K ứng Loại nối đất Dạng cực với trạng thái Đất khô 33 Đất ẩm Đồ án mơn học Kỹ thuật điện cao áp An tồn Làm việc Chống sét Mai Xuân Minh, lớp D13H1 Thanh ngang chôn sâu 0,5 m 4,5 6,5 Thanh ngang chôn sâu 0,8 m 1,6 3,0 Cọc dài chôn sâu 0,8m 1,4 2,0 Thanh ngang chôn sâu 0,5 m 1,4 1,8 Thanh ngang chôn sâu 0,8 m 1,2 1,45 Cọc chôn sâu 0,8 m 1,15 1,3 3.3 Trình tự tính tốn Các số liệu dùng để tính tốn nối đất: Điện trở suất đo đất: ρđ = 132 Ωm Điện trở nối đất cột đường dây: Rc = 12 Ω Dây chống sét sử dụng loại C-70, có điện trở đơn vị r0 = 2,38 Ω/km Chiều dài khoảng vượt đường dây 220kV là: l220 = 547 m Chiều dài khoảng vượt đường dây 110kV là: l110 = 374 m Điện trở tác dụng dây chống sét khoảng vượt là: Rcs220 = r0.l220 = 2,38.547.10-3 = 1,302 (Ω) Rcs110 = r0.l110 = 2,38.374.10-3 = 0,890 (Ω) Số lộ đường dây trạm: Phía 220kV n = lộ Phía 110kV n = lộ 3.3.1 Nối đất an toàn làm việc Trạm điện thiết kế trạm 220kV/110kV, mạng có điểm trung tính trực tiếp nối đất nên yêu cầu nối đất an tồn là: RHT ≤ 0,5 Ω Ta có điện trở nối đất hệ thống là: Với RTN: điện trở nối đất tự nhiên R NT : điện trở nối đất nhân tạo, yêu cầu R NT ≤ Ω 3.3.1.1 Nối đất tự nhiên Nối đất tự nhiên trạm hệ thống nối đất chống sét đường dây cột điện 110kV 220kV tới trạm Ta có cơng thức sau: 34 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 Trong đó: n: số lộ đường dây Rcs: điện trở tác dụng dây chống sét khoảng vượt Rc: điện trở nối đất cột điện - Phía 220kV - Phía 110kV Vậy ta có điện trở nối đất tự nhiên tồn trạm là: 3.3.1.2 Nối đất nhân tạo Nối đất nhân tạo ta sử dụng hình thức nốt đất ngang thép góc 50x50x5mm, chơn sâu 0,8m, vịng quanh chu vi khu vực xà tường bao trạm cách tường bao 1m Kích thước Hình vẽ 3.1a Mạch vịng hình chữ nhật có kích thước 175x130m 35 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 l1=175m Tuong tram l2=130m Hình 3.1 Sơ đồ mạch vịng nhân tạo tường trạm Điện trở suất đất: = 132 Điện trở mạch vòng trạm là:  tt K.L2 R MV  ln 2. L t.d Trong đó: L: chu vi mạch vòng, L = 175.2+130.2 = 610 m : điện trở suất tính tốn đất làm mạch vịng chơn độ sâu t: Tra bảng 3.1, với ngang chôn sâu 0,8 m, đo đất khơ, ta có kmùa =1,6: ρtt =132.1,6 =211,2(Ωm) d: đường kính làm mạch vịng , thép góc nên : K: hệ số hình dạng phụ thuộc hình dáng mạch vịng (l /l 2) Giá trị K phụ thuộc vào kích thước mạch vòng (l1 /l 2) cho bảng sau: 36 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 Bảng 3.2 Bảng hệ số hình dáng mạch vịng nối đất K 1,5 5,53 5,81 6,42 8,17 10,4 Ta có , ứng với tỉ số l 175 = = 1,346 ta có hệ số hình dạng sau: l 130 k =5,53 + ( 5,81−5,53 ) (1,346−1) = 5,72 1,5−1 Như điện trở mạch vòng là: 2 ρtt K L 211,2 5,72.610 R NT =R MV = ln = ln = 0,983 (Ω) < (Ω) πL t d π 610 0,0475.0,8 Ta có điện trở nối đất hệ thống là: R HT =R NT /¿ RTN = R TN R NT 0,385.0,98 = = 0,276(Ω) R TN + R NT 0,385+0,98 0,276 (Ω) < 0,5 (Ω) Ta thấy R HT =¿ Vậy hệ thống nốt đất thiết kế thỏa mãn yêu cầu nối đất làm việc nối đất an tồn 37 Đồ án mơn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Minh Chước, Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp, Bộ môn Hệ thống điện – Trường đại học Bách Khoa Hà Nội, 2002 [2] Trần Văn Tớp, Kỹ thuật điện cao áp, điện áp bảo vệ chống điện áp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2007 38 ... tán dịng diện sét vào đất phụ thuộc vào trị số điện trở nối đất Nếu trị số điện trở nối đất bé mức độ bảo vệ an toàn hệ thống bảo vệ chống sét cao 32 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân... PVBV phương án + Hệ thống nối đất 4/ Ngày giao đề tài: 04/01/2022 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân Minh, lớp D13H1 MẶT BẰNG ĐỒ ÁN MƠN HỌC Đồ án mơn học Kỹ thuật điện cao áp Mai Xuân... THUẬT ĐIỆN CAO ÁP 1/ Tên đồ án: Thiết kế hệ thống chống sét đánh trực tiếp hệ thống nối đất an toàn cho TBA220/110kV 2/ Các số liệu • Trạm biến áp: Bản vẽ sơ đồ mặt kích thước trạm • • • Độ cao