đồ án cao áp. chống sét cho hệ thống truyền tải điện

N TT NGHIP MễN CAO P Chơng mở đầu Tình hình giông sét việt nam ảnh hởng tới lới đIện Việc nghiên cứu giông sét biện pháp chống sét đà có lịch sử lâu dài với phát triển nghành điện Ngày ngời ta đà tìm đợc phơng pháp nhữmh hệ thống thiết bị kỹ thuật cao để đề phòng chống sét đámh Sét tợng tự nhiên , mật độ , thời gian phóng điện , biên độ dốc sét dự đoán trớc nên việc nghiên cứu chống sét quan trọng , đặc biệt nghành điện I Tình hình giông sét VIệT NAM : Theo đề tài KC 03 - 07 viện lợng , năm số ngày sét miền Bắc khoảng từ 70 đến 100 ngày số lần có giông từ 150 300 lần Vùng có giông nhiều miền Bắc khu vực Móng Cái , Tiên Yên ( Quảng Ninh ) hàng năm có từ 100 110 ngày giông sét , tháng , tháng có đến 25 ngày giông \ tháng Một số vùng có điạ hình chuyển tiếp nh vùng núi vùng đồng số lần giông đến 200 lần sét / năm Với số ngày giông khoảng 100 ngày / năm Nơi giông quảng Bình , hàng năm có 80 ngày gi«ng XÐt vỊ diƠn biÕn cđa mïa gi«ng năm , mùa giông không hoàn toàn đồng vùng Nói chung miền Bắc giông tập trung từ tháng , phía tây bắc giông tập trung từ thánh năm Trên vùng duyên hải trung từ phía bắc đến Quảng NgÃi khu vực tơng đối nhiều giông tháng số ngày có giông xấp xỉ 10 ngày / tháng Tháng có nhiều giông th¸ng , cã thĨ cã tõ 12 – 15 ngày Những tháng đầu mùa cuối mùa gặp ngày / tháng Từ Bình Định trở vào khu vực giông thờng có vào tháng , số ngày có giông xÊp xØ 10 ngµy ( Tuy Hoµ 10 ngµy , Nha Trang ngµy , Phan ThiÕt 13 ngµy ) , tháng khác mùa đông quan sát đợc từ ngày giông sét Trang - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO P Miền nam có nhiều giông , hàng năm quan sát đợc từ 40 đến 50 ngày đến 100 ngày tuỳ nơi Khu vực nhiều giông đồng Nam , số ngày giông sét lên tới 120 140 ngày /năm Mùa đông Nam Bộ từ tháng đến tháng 11 số ngày giông trung bình 10 ngày /tháng , tháng đến tháng 10 có khoảng 20 ngày giông ( SàI Gòn 22 ngày , Hà Tiên 28 ngày Tây Nguyên , mùa giông có tháng , Tháng cực đại ( tháng ) , trung bình quan sát đợc 15 ngày giông Tây Nguyên trung bình số ngày giông sét từ 10 đến 12 ngày ( Plây cu 17 ngày , Kon Tum 14 ngày , Đà Lạt 10 ngày tháng khác mùa trung bình có ngày /tháng Qua số liệu khảo sát ta thấy trung bình giông sét miền Bắc Trung Nam , vùg lân cận lại có mật độ giông sét tơng đối giống Kết nghiên cứu , ngời ta đà lập đợc đồ phân vùng giông sét toàn Việt Nam ( thông số cho bảng ) Ngày đông Gìơ đông Mật độ sét Tháng giông trung bình trung bình trung bình cực đại (ngày / năm ) (giờ /năm) 81.1 215.6 6.47 Bắc Bộ Cao nguyên miền 61,6 219,1 6.33 trung Ven biĨn miỊn 47,6 126,21 3.31 5.8 trung ®ång b»ng miỊn 44 95,2 3.55 5.8 Nam 60.1 89.32 5.37 5.9 Vïng ®ång b»ng ven biĨn Miền núi trung du Từ số liệu ngày giông , số lợng đo lờng nghiên cứu đà thực giai đoạn tính toán đa số liệu dự kiến mật độ phóng ®iƯn xng c¸c khu vùc ( sè liƯu dù b¸o nh b¶ng ) Trang - - ĐỒ N TT NGHIP MễN CAO P Số ngày đồng ven Miền núi Cao Ven biển đồng giông biển trung du nguyên trung miền Nam phía Bắc miền 2,1 ÷ 4,2 trung 12 ÷ 2,4 1,22 ÷ 2,44 1,26 ÷ 2,52 2,4 ÷ 3,6 3,6 ÷ 4,8 4,8 ÷ 6 ÷ 7,2 2,44 ÷ 3,65 3,65 ÷ 4,87 4,87 ÷ 6,09 6,09 ÷ 7,31 2,52 ÷ 3,78 3,78 ÷ 5,06 5,06 ÷6,3 6,3 ÷ 7,76 20 ÷ 40 2,43 ÷4,68 40 ÷ 60 4,68 ÷ 7,92 4,2 ÷ 6,3 60 ÷ 80 7,92 ÷ 9,72 6,3 ÷ 8,4 80 ÷ 100 9,72 ÷ 12,15 8,4 ÷ 10,5 100 ÷ 120 12,15 ÷ 14,58 10,5 ÷12,6 II ¶nh hëng cđa gi«ng sÐt : ViƯt Nam khuôn khổ đề tài cấp nhà nớc KC 03 07 đà lắp đặt thiết bị ghi sét ghi tổng hợp đờng dây tải điện nhiều năm liên tục , kết thu thập tình hình cố lới đIện 220 kV miền Bắc từ năm 1987 đến năm 1992 đợc ghi bảng : Loại cố 1987 Dới 220 KV Tổng số Vĩnh cửu Đờng dây Phả Lại Hà Đông Tổng số Vĩnh cửu Do sét 1 1988 5 1989 24 1990 25 1 1991 30 1 1992 19 105 16 22 11 Trong tæng số cố vĩnh cửu đờng dây 220 KV Phả Lại Hà Đông , nguyên nhân sét 8/11chiếm 72,7 % Sở dĩ lấy kết cố đờng dây Phả Lại Hà Đông làm kết chung cho cố lới đIện Miền Bắc đờng dây quan trọng Miền Bắc cố đờng dây ảnh hởng lớn đến tình hình truyền tải điện lới điện Kết luận : Qua nghiên cứu tính hình giông sét Việt Nam tác hại sét gây nên lới điện , việc bảo vệ chống sét cho đờng dây điện Trang - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP trạm biến áp thiếu đợc Vì việc đầu t nghiên cứu chống sét cần thiết để nâng cao độ tin cậy vận hành lới điện nớc ta Chơng I bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp 110/22 KV I.1-Khái niệm chung Trạm biến áp phận quan trọng hệ thống truyền tải phân phối điện Trang - - N TT NGHIP MễN CAO P Đối với trạm biến áp 110 KV thiết bị điện trạm đợc đặt trời, có sét đánh trực tiếp vào trạm xảy hậu nặng nề làm hỏng đến thiết bị trạm mà gây nên hậu cho ngành công nghiệp khác bị ngừng cung cấp điện Do trạm biến áp thờng có yêu cầu bảo vệ cao Hiện để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp ngời ta dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi Tác dụng cuả hệ thống tập trung điện tích để định hớng cho phóng điện sét tập trung vào đó, tạo khu vực an toàn bên dới hệ thống Hệ thống thu sét phải gồm dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ nối đất Để nâng cao tác dụng hệ thống trị số điện trở nối đất phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện cách nhanh nhất, đảm bảo cho có dòng điện sét qua điện áp phận thu sét không đủ lớn để gây phóng điện ngợc 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 I.2- Các yêu cầu kỹ thuật tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp Tất thiết bị cần bảo vệ phải đợc nằm trọn phạm vi bảo vệ an toàn hệ thống bảo vệ Hệ thống bảo vệ trạm 110 kV ta dùng hệ thống cột thu lôi, hệ thống đợc đặt thân công trình đặt độc lập tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể Đặt hệ thống thu sét thân công trình tận dụng đợc độ cao phạm vi bảo vệ giảm đợc độ cao cột thu lôi Nhng mức cách điện trạm phải đảm bảo an toàn ®iỊu kiƯn phãng ®iƯn ngỵc tõ hƯ thèng thu sÐt sang thiết bị Vì đặt kim thu sét xà trạm có phóng điện sét, dòng điện sét gây nên điện áp giáng điện trở nối đất phần điện cảm cột, phần điện áp lớn gây phóng điện ngợc từ hệ Trang - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP thèng thu sét đến phần tử mang điện trạm mà mức cách điện không 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 phân phối có điện áp từ 110kV 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 lôi phải nối đất vào hệ thống nối đất trạm theo đờng ngắn cho dòng điện sét khuyếch tán vào đất theo đến nối đất với hệ thống , mặt khác phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất Khâu yếu trạm phân phối trời điện áp từ 110kV trở lên cuộn dây máy biến áp, dùng cột thu lôi 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 đờng điện Tiết diện dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt có dòng điện sét chạy qua Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi dây dẫn điện phải đợc cho vào ống chì chôn đất I.3- Tính toán thiết kế, phơng án bố trí cột thu lôi Với yêu cầu thiết kế hệ thống chống sét cho trạm 110kV dựa vào độ cao thiết bị ta bố trí đợc cột thu lôi tính đợc độ cao chúng I.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán - Độ cao cột thu lôi: h =hx + (I – 1) Trong ®ã: + hx : ®é cao vật đợc bảo vệ + : độ cao tác dụng cột thu lôi, đợc xác định theo tõng nhãm cét (ha ≥ D/8 m) (víi D lµ đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo chân cột) - Phạm vi bảo vệ cột thu lôi độc lập là: Trang - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP rx = 1,6 (h − hx ) hx 1+ h ( I − 2) hx ) 0,8h (I –3) hx ) h (I - 4) - NÕu hx ≤ 2/3h th×: rx = 1,5h.(1 − - NÕu hx > 2/3h th×: rx = 0,75h.(1 Phạm vi bảo vệ hai nhiều cột thu lôi lớn cột đơn cộng lại Nhng để cột thu lôi phối hợp đợc khoảng cách a hai cột phải thoả mÃn a 7h ( h ®é cao cđa cét thu l«i ) Khi cã hai cột thu lôi đặt gần phạm vi bảo vệ độ cao lớn hai cột ho đợc xác định theo công thức: ho = h a ( I 5) Khoảng cách nhỏ từ biên phạm vi bảo vệ tới đờng nối hai chân cột rxo đợc xác ®Þnh nh sau: rxo = 1,6 (h − hx ) h 1+ x ho ( I-6 ) Trang - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP R 0,2h h rx hx ho=h-a/7 a 0,75h 1,5h rxo rx Hình (I ): Trường hợp hai cột thu l«i cã chiỊu cao b»ng - Trêng hợp hai cột thu lôi có độ cao khác việc xác định phạm vi bảo vệ đợc xác định nh sau: - Khi có hai cột thu lôi A B có độ cao h1 h2 nh hình vẽ dới đây: R h1 h2 a' a (Hình I ): Trường hợp hai cột thu lôi có chiều cao khác - Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h , khoảng cách AB = a; BC = a' Khi xác định đợc khoảng cách x a' nh sau: Trang - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP x= 1,6 (h − h ) h2 1+ h1 a' = a - x = a - 1,6 (h − h ) h2 1+ h1 ( I 7) Đối với trờng hợp cã hai cét thu l«i cao b»ng ta có phạm vi bảo vệ độ cao lớn hai cột ho : ho = h a Tơng tự ta có phạm vi bảo vệ độ cao lớn hai cột B C lµ: ho = h2 − rxo = a' = h2 − a + 1,6 ( h1 − h ) h2 1+ h1 1,6 ( h − h x ) h2 o 1+ h1 I.3.2- C¸c sè liƯu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp 110/22kV - Trạm có diện tích là: 94 x 71m bao gồm: + Hai máy biến áp T1 T2 - Độ cao xà phía 110kV 11m I.3.3- Trình tự tính toán Trạm có cấp điện áp 110kV có hai máy biến áp MB1,MB2 Sau khảo sát sơ sơ đồ mặt trạm, vị trí bố trí thiết bị trạm yêu cầu bảo vệ thiết bị, ta đa hai phơng án đặt cột thu lôi nh sau: I.3.3.1- Phơng án Ta bố trí cột thu lôi cột bố trí xà cao 11m cột lại bố trí độc lập nh hình vẽ : Trang - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP Sơ đồ trạng mặt TBA 110kV Văn Điển : Phương án Phòng điều khiển T1 PHÍA 22KV PHÍA 110KV Phòng phân phối T2 Phòng tụ bù 15.000 19.000 32.000 25.000 Tính độ cao tác dụng cột thu lôi: Để bảo vệ đợc diện tích giới hạn tam giác (hoặc tứ giác) độ cao cột thu lôi phải thoả mÃn: D 8ha Trong đó: - D: Là đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác ( tứ giác), tạo chân cột phạm vi mà nhóm cột bảo vệ đợc - : Là độ cao tác dụng cột thu lôi Phạm vi bảo vệ hai hay nhiỊu cét thu l«i bao giê cịng lín phạm vi bảo vệ cột đơn cộng lại Điều kiện hai cột thu lôi phối hợp đợc với để bảo vệ đợc vật có độ cao hx là: a 7h Với a khoảng cách hai cột thu lôi - Xét nhóm cột (1;2;3;4) ta có: Phạm vi bảo vệ nhóm cột đờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật tạo cột 1;2;3;4 Đoạn (1-2) = 30,6m Trang - 10 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP s −4.U 50% −Is V pd = e 26,1 = e ( III −15) 26 ,1 Z dd Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: N = N V (III 16) Trong đó: N: tổng số lần phóng điện sét 100 km đờng dây đà đợc xác định mục III.1.2.6 là: 120 lần / 100km năm V: Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn đợc xác định theo ( III 12) Xác suất hình thành hồ quang phụ thuộc vào gradien điện áp làm việc dọc theo đờng phóng điện ( Elv): Elv = U lv l pd ( III − 17) (kV / m) + lpđ: Chiều dài đờng phóng điện lấy chiều dài chuỗi sứ ( m ) + Ulv: Điện áp pha đờng dây Elv = 110 = 34,5 (kV / m) 3.1,84 Dựa vào bảng (21 1) sách giáo trình kỹ thuật điện cao ¸p” cã: η = 0,48 B¶ng III – 1: X¸c định hình thành hồ quang: E lv = U lv ( kV / m) l pd (đơn vị tơng ®èi) 50 30 20 10 0,6 0,45 0,25 0,1 Trang - 56 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP η 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Elv 10 20 30 40 50 Hình III_6 : Đường biểu diễn phụ thuộc xác suất hình thành hồ quang vào gradien đ.áp làm việc Ta cã st c¾t sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dÉn: ndd = Nvα vp®η (III – 18) Tõ ( III 18) ta thấy v vpđ phụ thc tû lƯ chiỊu cao cét h hay ®é cao dây dẫn góc bảo vệ , độ cao dây dẫn tăng tăng làm cho ndd tăng, ta chọn pha A pha có góc bảo vệ lớn hddA lớn so với pha B pha C để tính suất cắt cho ®êng d©y Pha A cã αA = 20,64 0; hddA = 11,67m ZddA = 475,07 Ω ; hcs= 18,84m Thay số liệu vào công thức ( III 12 ) ta cã: lgVα = 20,64 18,84 − = −3 ⇒ Vα = 0,99.10− 90 X¸c suÊt phóng điện cách điện pha A theo công thức ( III – 15 ) Trang - 57 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP s −4.U 50% −Is V pd = e 26 ,1 =e 26 ,1 Z dd =e −4.660 26 ,1.475, 07 = 0,808 U50%c = 660kV đờng dây 110kV [ tra bảng ( 5) Kỹ thuật điện cao áp ] Thay sè vµo (III – 18 ) ta cã : η ndd = 120 0,99.10-3 0,808 0,48 = 0,04646 lÇn / 100km năm III.2.2- Tính suất cắt đờng dây 110kV sét đánh vào khoảng vợt Theo sách hớng dẫn thiết kế Kỹ thuật điện cao áp số lần sét đánh vào khoảng vợt là: Nkv= N / ( III 19) Trong đó: N số lần sét đánh vào đờng dây đà đợc tính mục (III.1.4) N = 120 lần / 100km năm Vậy Nkv = 120 / = 60 lÇn / 100km năm Trong 60 lần sét đánh vào khoảng vợt xác suất hình thành hồ quang phóng điện đà đợc xác định mục [ III.2 ] đợc =0,48 Suất cắt đờng dây 110kV sét đánh vào khoảng vợt nh sau: nkv = Nkv Vpđ (III 20) Để tính Vpđ ta phải xác định xác suất phóng điện cách điện đờng dây III.2.3.1- Phơng pháp xác định Vpđ Ta coi dòng điện sét có dạng xiên gócvới biên độ Is = a t Quá điện áp sét xuất cách điện đờng dây gồm hai thành phần: U cd (t ) = U ′cd ( I, a ) + U lv Trong ®ã: + U ′cd ( I, a ) : thành phần điện áp dòng sét gây phụ thuộc vào biên độ (I) độ dốc sét (a) + Ulv : điện áp làm việc đờng dây Xác suất dòng điện sét có biên ®é I ≥ Is vµ ®é dèc a ≥ as lµ: Trang - 58 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠN CAO ÁP VI,a = e −( Is a + s ) 26,1 10,9 (III 22) Tại thời điểm ti điện áp cách điện lớn điện áp chịu đựng cho phép cách điện, lấy theo đặc tính vôn giây (V- S) chuỗi sứ, phóng điện xảy ra: U cd (t i ) = U ′ ( I i ; a i ) + U lv = U pd (t i ) cd   I i = a i t i   ( III – 23) Up®(ti) ®iƯn áp phóng điện lấy theo đặc tính vôn giây ( V S ) ti Do coi dòng điện có dạng I = a t thành phần Uc®' (I,a) tû lƯ víi ®é dèc a cã thĨ ®Ỉt: Uc®' (I,a) = Z.a VËy: (III – 24) Up® (ti) = Z.ai + Ulv (III – 25) Hay ta có độ dốc đầu sóng nguy hiểm thời ®iÓm ti: = U pd ( t i ) − U lv (III – 26) Z Z lµ h»ng số I a nên tính ®ỵc: Z= U pd (t i ) − U lv (III – 27) a Tõ ( – 26 ) vµ ( – 27 ) ta cã: = U pd (t i ) − U lv U ′cd (t i ) a (III 28 ) Mặt khác ta cã : I i = a i t i Dựa vào cặp (Ii,ai ) vẽ đờng cong nguy hiĨm h×nh (III– 8) Trang - 59 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠN CAO ÁP a MiỊn nguy hiĨm I Hình (III Đường cong nguy hiểm 7): Xác suất phóng điện đợc tính theo xác suất xuất miền bên phải phía đờng cong nguy hiểm hình (III 8) Từ đờng cong nguy hiểm ta xác định đợc: Vpd = Vi dVa , víi: −Ii Vi = e 26,1 ; −a i Va = e 10,9 Bằng phơng pháp gần tuyến tính hoá đờng cong nguy hiểm chia đờng cong thành: n = ( 10 ữ 15 ) khoảng, ta cã: n Vpd = ∑ VI i ∆Va i ( III 29) i =1 Sau xác định đợc Vpđ , thay số vào ( III 20 ) ta có suất cắt sét đánh vào khoảng vợt đờng dây 110kV III.2.3.2- Trình tự tính toán Để đơn giản hoá tính toán, coi nh sét đánh vào khoảng dây chống sét khoảng vợt, dòng điện sét đợc chia cho hai phía dây chống sét nh hình (III ) Trang - 60 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP a.t/2 a.t/2 RC RC RC H×nh (III – : Sét đánh vào dây chống sét khoảng vượt 8) Nh giả thiết dòng điện sét có dạng xiên gãc:  a.t nÕu t < τ ds Is =  a.τ ds nÕu t ≥ τ ds Ta sÏ tính toán Is ứng với giá trị bảng (III 1) sau đây: a(kA / às) t (às) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 Điện áp dây chống sét đỉnh cột có trị số Ucs là: a.t d a.t a a   a.t U cs = Rc + Lc = R c + L c = ( R c t + L c ) dt 2 Trong ®ã: + Rc: ®iƯn trë nèi ®Êt cột + Lc: điện trở thân cột tính theo chiều cao vị trí dây chống sét Lc = hcs L0 L0: điện cảm đơn vị dài cột ( L0 = 0,6 µH/m ) Víi hcs = 16,2m ta cã Lc=18,84.0,6 = 11,304 àH Điện áp dây dẫn Udd có kể đến ảnh hởng vầng quang: Trang - 61 - ( III– 30 ) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP Udd = - Kvq.Ucs + Ulv Trong đó: + Ulv điện áp trung bình pha U lv = π U sin ω.t.dt 2 = U ∫ π0 π 3 U lv = 2 110 = 57,17 kV 3,14 Kvq: hệ số ngẫu hợp dây dẫn pha với dây chống sét có kể đến ảnh hởng vầng quang Điện áp đặt chuỗi cách điện tổng đại số Udd Ucs: Ucđ = Ucs + Udd = Ucs- Kvq Ucs + Ulv ( III – 31 ) Uc® = Ucs (1- Kvq ) + Ulv ( ) a U cd = ( R c t + L c ) − K vq + U lv (III –32 ) Tõ biÓu thøc (III – 32 ) ta thÊy K vq nhá th× Ucđ lớn theo tài liệu hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp cao áp tính toán phải tÝnh víi pha cã hƯ sè ngÉu hỵp nhá nhÊt ë môc (III.1.3.3 ) ta cã: vq vq vq K A − cs = 0,224; K B − cs = K C − cs = 0,147 Ta tÝnh Uc® víi Kvq = 0,147; Rc = 11 Ω Uc® = a/2 (11 t + 11,304 ) (1- 0,147) + 57,17 (kV) Cho giá trị a khác ta tính đợc điện áp đặt lên chuỗi cách điện đờng dây nh bảng ( III ) a t 10 10 148 191 233 276 319 361 404 447 489 532 Trang - 62 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP 20 239 324 409 495 580 665 751 836 921 1007 30 330 458 586 714 842 970 1097 1225 1353 1481 40 421 591 762 932 1103 1274 1444 1615 1785 1956 50 511 725 938 1151 1364 1578 1791 2004 2217 2431 60 602 858 1114 1370 1626 1882 2138 2394 2650 2905 70 693 992 1290 1589 1887 2186 2485 2783 3082 3380 80 784 1125 1466 1808 2149 2490 2831 3172 3514 3855 90 875 1259 1643 2026 2410 2794 3178 3562 3945 4330 100 966 1392 1819 2245 2672 3098 3525 3951 4377 4804 Bảng ( III ): Giá trị Ucđ sét đánh vào khoảng vợt, độ dốc a thay đổi thời điểm khác với Rc = 11 Từ giá trị ta vẽ đờng Ucđ = f(t) a, hình vẽ thể đờng đặc tính (V- S) chuỗi cách điện Trang - 63 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP cñ s) / (kA 100 s) a= / kA 90 ( s) a= A/ (k 80 s) a= A/ (k 70 a= / (kA a =6 / (kA a =5 A/ a =40 (k A/ a =30 (k 2000 s) s) s) s) a =20 (kA / 1600 1200 s) a =10 (kA/ s) 800 Đặ tính V_S củ chuỗsứ c _ a i 400 10 t ( s) Hình III_9 : Biểu diễn quan hệ Ucđ = f(a,t)_ Seựt ủaựnh vaứo khoaỷng vửụùt Đờng đặc tính vôn giây (V S) chuỗi cách điện cắt hàm U cđ = f(a; t; Rc) vị trí mà từ ta có thời gian xảy phóng điện chuỗi sứ nh hình (III 9) Đặc tuyến vôn giây (V-S) chuỗi sứ đợc tra bảng 25 sách hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Bảng (III ): Đặc tính vôn giây (V-S) chuỗi cách điện t(às) 10 Up® (kV) 1020 960 900 855 830 810 805 800 797 795 Trang - 64 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠN CAO ÁP Miề nguy hiể n m 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 I(KA) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Hình III_10 : Biểu diễn đường cong nguy hieồm Trong hình III-10 dới ta lu ý điểm sau : - Xác suất phóng điện Vpđ xác suất mà có cặp th«ng sè (I i;ai) thc miỊn nguy hiĨm Vpd = P{ (a; I ) N} - Các cặp số (Ii ; ai) n»m miỊn giíi h¹n nguy hiĨm xảy phóng điện Do xác suất phóng điện cách điện xác suất cỈp sè (Ii ; ai) thc miỊn nguy hiĨm dVp® = P (a ≥ ai) P (I ≥ Ii ) ( III – 33 ) Trong ®ã: + P(I Ii ): xác suất dòng điện I lớn giá trị dòng điện Ii + P(a ai): xác suất độ dốc a lớn giá trị a i ®Ĩ g©y phãng ®iƯn P(a ≥ ai) = P( – da ≤a≤ + da ) = dVa Trang - 65 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP −a i Va = e 10,9 = P ( a ≥ a i ) Víi: Thay vµo biĨu thøc ( 34 ) đợc: dVpđ = Vi.dVa Vpd = VI dVa Bằng phơng pháp sai phân xác định đợc: n (III34 ) Vpd = ∑ VIi ∆Vai i =1 Víi : VI = e −Ii 26,1 ; Va = e −a i 10, Do tính toán đờng cong thông số nguy hiểm ta tính với 10 giá trị a I nên phải tiến hành ngoại suy để phủ kín giá trị chúng Ta có kết sè liƯu cđa Vp® tÝnh nh sau : a ( kA/ µ s) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Ii (kA) ∞ 119 0,01 116 0,01 114 0,01 112 0,01 110 0,01 108 0,01 105 0,01 104 0,01 99 0,01 80 0,02 0,4 1 0,4 0,15 0,06 0,02 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,24 0,09 0,03 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 03 0,00 01 0,00 6 07 02 01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0’00 0,00 0,00 601 112 043 021 007 003 002 001 005 0005 VIi Vai ∆Vai = 0,6 Vai – 100 Va+i Vai V Ta đợc kết nh bảng (III ) Tính đợc Vp.đ = 0,00109 Trang - 66 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠN CAO ÁP III.2.3.3- TÝnh st c¾t tỉng sét đánh vào khoảng vợt đờng dây tải điện 110kV Suất cắt sét đánh vào khoảng vợt đợc xác định theo công thức: nkv = Nkv Vpđ (lần / 100km năm ) ( III 35 ) Nkv = N/ = 120/ = 60 VËy: nkv = 60 0,00109 0,48 = 0,0314 ( lÇn / 100km năm ) III.2.3 - Tính suất cắt đờng dây110kV sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột : Đối với đờng dây có dây chống sét bảo vệ, phần lớn sét đánh vào dây chống sét khoảng vợt đánh vào khu vực đỉnh cột lân cận đỉnh cột Để đơn giản ta xét trờng hợp sét đánh đỉnh cột nh h×nh (III – 12 ): Ics Ics I≈0 ic Rc ic Rc ic Rc Hình III-11 : Sét đánh đỉnh cột đường dây có dây chống sét bảo vệ III.2.1.1- Lý thuyết tính toán Khi sét đánh vào đỉnh cột đờng dây có treo dây chống sét, đa số dòng điện sét vào đất qua phận nối đất cột, phần lại theo dây chống sét vào phận nối đất cột lân cận Điện áp cách điện đờng dây sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chèng sÐt lµ: Trang - 67 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP d d U cd (t ) = i c R c + Ldd iC + M dd ( t ) is + U d (t ) − kU cs ( t ) + U lv (III –36 c cu dt dt ) Trong biĨu thøc trªn điện áp xuất cách điện gồm: + Thành phần điện áp giáng điện trở điện cảm cột dòng sét cột gây ra: U cu = ic Rc + Ldd c dic dt Trong : - Rc đIện trở cột ( Rc = 11 ) - ic dòng đIện sêt đI vào thân cột - Ldd trị số đIện cảm phần cột đIện tính từ mặt c đất +Thành phần điện điện áp cảm ứng xuất dây dẫn hỗ cảm dây dẫn kênh sét gây ra: + M dd (t ) d is dt +Thành phần từ cuả điện áp cảm ứng xuất dây dẫn hỗ cảm dây dẫn kênh sét gây ra: + Ud cu +Thành phần điện áp dòng điện dây chống sét gây ra, k hệ số ngẫu hợp dây dẫn dây chống sét : kUcs +Điện áp làm việc trung bình đờng dây : Ulv Dấu trừ (-) thể điện áp ngợc dấu với thành phần điện áp khác công thức (III 36).Vì thành phần làm giảm điện áp cách điện bị sét đánh 1- Các thành phần điện áp giáng điện trở điện cảm cột dòng điện sét cột gây Các thành phần điện áp giáng điện trở điện cảm cột dòng điện sét cột điện áp dây chống sét liên quan víi v× chóng phơ Trang - 68 - ĐỒ N TT NGHIP MễN CAO P thuộc vào điện áp cột dây chống sét Để tính toán thành phần dựa vào sơ đồ tơng đơng mạch dẫn dòng điện sét Ta chia làm hai trờng hợp: a/ Trờng hợp 1: Khi cha có sóng phản xạ từ cột bên trở về: t 2.l kv v Trong : + lkv: chiều dài khoảng vợt + = c với: c tốc độ ánh sáng ; : tốc độ phóng điện ngợc tơng đối dòng sét Sơ đồ tơng đơng mạch dẫn dòng điện sét nh sau : is ics ics ic ic is 2ics Lcs c M cs (t ) di s dt vq Z cs Rc Hình (III 12 ): Sơ đồ tơng đơng mạch đẫn dòng sét cha có sóng phản xạ tới Trong sơ đồ dòng sét đợc coi nh nguồn dòng, thành phần từ điện áp cảm ứng dây chống sét nh nguồn áp Mcs hỗ cảm kênh sét mạch vòng " dây chèng sÐt - ®Êt "   v.t + H ∆h H M cs ( t ) = 0,2.h cs  ln − ln + 1  (1 + β).H h  ∆h   cs Trong ®ã: +hcs : độ cao dây chống sét ; hdd: độ treo cao dây dẫn ; hc: độ cao cột Trang - 69 - (III-37) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP +H = hdd + hcs ; +∆h = hc - hdd ; +β : tèc ®é phãng ®iƯn ngợc tơng đối dòng sét Theo sách hớng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp ta có = 0,3 + = .c với c tốc độ ¸nh s¸ng c = 3.108 m/s = 300m/µs +Lccs ; Lcdd : điện cảm cột từ mặt đất tới dây chống sét dây dẫn 2H ∆h H Ldd = 0,2.h dd  ln + ln − 1 c  r  h dd ∆h   td (III– 38 ) Khi tÝnh cho d©y chèng sÐt ta chØ viÖc thay hdd bëi hcs rtd: Bán kính tơng đơng dây tiếp địa từ cột xuống cọc nối đất dây dẫn dòng sét thân cột Từ sơ đồ thay dây chống sét đợc biểu thị tổng trở sóng dây chống sét, có xét đến ảnh hởng vầng quang Từ sơ đồ hình ( III 12 ) ta viết hệ phơng trình nh sau: Phơng trình mạch vòng(*) Phơng trình nút(**) vq i R + Lcs di c + a.M (t ) + 2i Z cs = (*)  c cs s c  dt  i c + 2i cs = i s = a.t (**)   Gi¶i hƯ phơng trình nàyđợc kết là: vq Z cs a  vq  Z t − 2M cs (t ) −  i c (t ) = vq  cs α1  Z cs   α1 = vq Z cs + 2.R c 2.Lcs c vq di c a.Z cs = vq dt Z cs + 2.R c Tổng trở sóng dây chống sét Zcs đợc xác ®Þnh bëi: Trang - 70 - (III – 39 ) ... kháng điện dùng bù ngang đờng dây cao áp truyền tải điện + Nối đất chống sét Nối đất chống sét có tác dụng làm tản dòng điện sét vào đất (khi sét đánh vào cột thu lôi hay đờng dây) để giữ cho điện. .. điện sét, dòng điện sét gây nên điện áp giáng điện trở nối đất phần điện cảm cột, phần điện áp lớn gây phóng ®iƯn ngỵc tõ hƯ Trang - - ĐỒ ÁN TT NGHIP MễN CAO P thống thu sét đến phần tử mang điện. .. hệ thống tập trung điện tích để định hớng cho phóng điện sét tập trung vào đó, tạo khu vực an toàn bên dới hệ thống Hệ thống thu sét phải gồm dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ