đồ án tốt nghiệp bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 110-35 kv

Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ môn Hệ thống Điện Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập Tự do Hạnh phúc *** Nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp Họ và tên: Lớp : I. Đầu đề thiết kế: Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 110 / 35 kV. (Sơ đồ trạm cho nh hình vẽ) II. Các số liệu ban đầu: Trạm biến áp 110/35 kV có: Kích thớc trạm là 100x64m Bốn lộ 110 kV đi vào Hai máy biến áp Điện trở suất của đất là đ = 0,8.10 2 .m Điện trở của cột đờng dây R C = 10 Cùng sơ đồ mặt bằng đi kèm III. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán 1. Tính toán phạm vi bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp. 2. Tính toán nối đất cho trạm. 3. Tính toán chỉ tiêu chống sét cho đờng dây 110 kV. 4. Tính toán bảo vệ chống sóng truyền vào trạm 35 kV. IV. Các bản vẽ và đồ thị minh hoạ Bảy bản vẽ A 0 kèm theo. 1 Khoa ®¹i häc t¹i chøc ®å ¸n tèt nghiÖp Ngµy giao nhiÖm vô thiÕt kÕ: Ngµy hoµn thµnh ®å ¸n: C¸n bé híng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp: TS. NguyÔn Minh chíc Sinh viªn thùc hiÖn 2 Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp Mục lục Chơng mở đầu: Quá điện áp khí quyển và tình hình chống sét ở Việt Nam 1. Hiện tợng phóng điện của sét - nguồn, phát sinh quá điện áp khí quyển 1.1. Quá trình phóng điện của sét 1.2. Tham số của phóng điện sét. 1.3. Cờng độ hoạt động của sét. 2. Tình hình giông sét ở Việt Nam. 3. Kết luận : Ch ơng 1 : Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp I. Khái niệm chung II. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp III. Tính toán thiết kế các phơng án bố trí cột chống sét 1.Các công thức sử dụng để tính toán 2. Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột chống sét bảo vệ trạm biến áp 3. Vạch các phơng án bảo vệ 3.1- Phơng án 1 3.2 Phơng án 2 3.3 Kết luận chung Chơng 2 : Tính toán nối đất trạm biến áp I.Giới thiệu chung 3 Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp II- Các số liệu dùng để tính toán nối đất. III- tính toán hệ thống nối đất 1. Tính toán nối đất an toàn. 2. Nối đất chống sét 3. Nối đất bổ xung. 3.1. Điện trở của thanh. 3.2. Điện trở của cọc. 3.3. Điện trở bổ xung. 3.4. Tổng trở vào của hệ thống nối đất khi có nối đất bổ xung. Ch ơng 3: Bảo vệ chống sét đờng dây tải điện I.Các yêu cầu chung 1. Đặt vấn đề 2. Tính toán số lần cắt điện do sét II. Các tham số của đờng dây 110kV lộ kép và các số liệu tính toán 1. Các tham số của đờng dây 110kV lộ đơn 2. Các số liệu tính toán III. Tính toán các tham số sét đánh vào đờng dây 1. Số lần sét đánh vào đờng dây 2. Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 3.Tính toán suất cắt do sét đánh vào khoảng vợt 4. Tính toán suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột 5. Điện áp đặt lên cách điện pha A trong trờng hợp sét đánh vào đỉnh cột Ch ơng 4 : Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm từ đờng dây 110kV I - Khái niệm chung 1. Khái quát chung 2 . Đặc điểm 3.Khoảng cách giới hạn II- phơng pháp tính toán quá điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm III. Sơ đồ tính toán sóng truyền trạm. 4 Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp 1-Tính thời gian truyền sóng giữa các nút. 2-Tính điện áp tại các nút 3. Kiểm tra an toàn của các thiết bị trong trạm 5 Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp Chơng mở đầu Quá điện áp khí quyển và tình hình chống sét ở Việt Nam Nghiên cứu giông sét và các biện pháp bảo vệ chống sét đã có một lịch sử lâu dài, những hệ thống thiết bị áp dụng những thành tựu tiên tiến, đảm bảo phòng chống sét một cách hữu hiệu, an toàn, đáp ứng đợc nhu cầu thực tiễn đòi hỏi. Tuy nhiên giông sét là hiện tợng tự nhiên : mật độ, thời gian và cờng độ hoạt động mang tính ngẫu nhiên. Vì vậy trong nghiên cứu chống sét vẫn còn tồn tại một số vấn đề cần giải quyết. 1. Hiện tợng phóng điện của sét - nguồn, phát sinh quá điện áp khí quyển. 1.1. Quá trình phóng điện của sét Sét là một trờng hợp phóng điện tia lửa khi khoảng cách giữa các điện cực rất lớn (trung bình khoảng 5km). Quá trình phóng điện của sét giống nh quá trình xảy ra trong trờng không đồng nhất. Khi các lớp mây đ- ợc tích điện (khoảng 80% số trờng hợp phóng điện sét xuống đất diện tích của mây có cực âm tính). Tới mức độ có thể tạo nên cờng độ lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng điện tiên đạo và dòng gọi là tia tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.10 7 cm/s, của các lần sau nhanh hơn và đạt tới 2.10 8 cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau trung bình là ba lần). Tia tiên đạo là môi trờng plama có điện dẫn rất lớn. Đầu tia nối với một trong các trung tâm điện tích của lớp mây điện nên một phần điện tích của trung tâm này đi vào trong tia tiên đạo và phân bố có thể xem nh gần đều dọc theo chiều dài tia. Dới tác dụng của điện trờng của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tuỳ thuộc vào tình hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì địa điểm này nằm ngay ở phía dới đầu tia tiên đạo. Trờng hợp mặt đất có 6 Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp nhiều nơi điện dẫn khác nhau thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao. Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đờng sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất vì ở đây cờng độ tr- ờng có trị số lớn nhất và nh vậy là địa điểm sét đánh trên mặt đất đã đợc định sẵn. Tính chất chọn lọc của phóng điện đã đợc vận dụng trong việc bảo vệ trống sét đánh thẳng cho công trình. 1.2. Tham số của phóng điện sét. Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét. Hiện nay đã tích luỹ đợc khá nhiều số liệu thực nghiệm về tham số này (đo bằng thỏi sắt từ hoặc bằng máy hiện sóng cao áp). Kết quả đo lờng cho thấy biên độ dòng điện sét (I s ) biến thiên trong phạm vi rộng từ vài kA tới hàng trăm kA và đợc phân bố theo quy luật thực nghiệm sau : V i = 1,26 Is 60 i e10 s = V i : xác suất xuất hiện sét có biên độ dòng điện i s Quy luật này cũng đợc biểu thị trên đờng cong (hình 1) Độ dốc trung bình : a = ds s T I ( T ds : độ dài đầu sóng) 7 60 20 40 60 80 100 0 20 40 80 % V i KA I s Hình 1 Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp Xác suất của độ dốc trung bình của dòng điện sét (Hình 2) Dạng sóng có đầu sóng xiên góc ở (hỉnh 3) dùng khi quá trình cần xét xảy ra ở đầu sóng hoặc trong các trờng hợp mà thời gian diễn biến tơng đối ngắn so với độ dài sóng. Trong các trờng hợp này sự giảm dòng điện sau trị số cực đại không có ý nghĩa nên khi t > T ds có thể xem dòng điện không thay đổi và bằng trị số biên độ. Ngợc lại khi quá trình xảy ra trong thời gian dài (t >>T ds ) nh khi tính toán về hiệu ứng dòng điện sét có thể không sét đến giai đoạn đầu sóng và dạng sóng tính toán đợc chọn theo dạng hàm số mũ (hình 4). 1.3. Cờng độ hoạt động của sét. 8 0,6 10 20 30 40 50 0 0,2 0,4 0,8 KA/às a 1,0 U a Hình 2 I s = a.t I s = a.T ds Hình 3 T ds I s I s /2 T = is =I s t t i s i s Hình 4 T s Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp Cờng độ hoạt động của sét đợc biểu thị bằng số ngày có giông sét hàng năm (N ng.s ) hoặc tổng số thời gian kéo dài của giông sét trong năm tính theo thời gian (N g.s ). Theo số liệu thống kê của nhiều nớc, số ngày sét hàng năm ở vùng xích đạo khoảng 100 ữ 150 ngày, vùng nhiệt đới từ 75 ữ 100 ngày, vùng ôn đới khoảng 30 ữ 50 ngày. * Mật độ sét : - Là số lần có sét đánh trên diện tích 1km 2 trên mặt đất ứng với 1 ngày sét. m s = 0,1 ữ 0,15 Số lần sét đánh trên diện tích 1m 2 mặt đất trong 1 năm sẽ là : N = m s . n ng.S = (0,1 ữ 0,15) n ng.S 2. Tình hình giông sét ở Việt Nam. Việt Nam là một nớc khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, hoạt động của giông sét có cờng độ mạnh. Thực tế sét đã gây nhiều cản trở đến đời sống, xã hội con ngời. Theo đề tài KC - 03 - 07 của Viện Năng lợng, số ngày giông sét trên miền Bắc nớc ta thờng dao động trong khoảng từ 70 ữ 100 ngày và số lần giông từ 150 ữ 300 lần, vùng giông sét nhiều nhất trên miền Bắc là vùng Tiên Yên - Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ 250 ữ 300 lần. Tập trung trong khoảng từ 100 ữ 110 ngày. Tháng nhiều giông nhất là các tháng 7, 8 có tới 25ngày/tháng. Nơi ít giông nhất miền Bắc là vùng Quảng Bình, hàng năm chỉ có khoảng 80 ngày giông. Nhìn chung ở Bắc bộ mùa giông tập trung trong khoảng từ tháng 5 ữ tháng 6, ở phía Tây của Trung Bộ và Bắc Bộ mùa giông tơng đối sớm hơn. Bắt đầu vào tháng 4 quá trình diễn biến của mùa giông thờng có xê dịch trong khoảng tháng 5, tháng 6 là nhiều nhất. ở miền Nam cũng khá nhiều 9 Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp giông, hàng năm trung bình quan sát đợc từ 40 ữ 50 ngày (đến 100 ngày tuỳ nơi) khu vực nhiều giông nhất là vùng Đồng bằng Nam Bộ, số ngày giông hàng năm trung bình lên tới 120 ữ 140 ngày (Sài Gòn : 138 ngày, Hà Tiên : 129 ngày). ở Bắc Bộ chỉ có khoảng trên dới 100 ngày. Mùa đông ở Nam Bộ từ tháng 4 ữ tháng 9 trừ tháng 11 có số ngày giông trung bình 10 ngày/1 tháng. Còn suốt 6 tháng từ tháng 5 ữ 11 mỗi tháng đều quan sát đợc trung bình từ 15 ữ 20 ngày giông. ở Tây Nguyên, trong mùa đông thờng chỉ 2 ữ 3 tháng số ngày giông đạt tới 1 ữ 5 ngày. Đó là các tháng 4, 5, 9. Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan sát đợc chừng 15 ngày giông. Qua khảo sát số liệu ở trên ta thấy rằng tình hình giông sét trên 3 miền khác nhau nhng có những vùng lân cận nhau, mật độ giông sét tơng đối giống nhau. Để tổng kết tình hình giông sét ở Việt Nam một cách hệ thống qua kết quả nghiên cứu của đề tài KC-03-07 ngời ta đã lập đợc bản đồ phân vùng giông trong đó nêu rõ toàn thể lãnh thổ Việt Nam có thể phân thành 5 vùng 147 khu vực. STT Vùng Ngày giông trung bình (ngày/năm) giơ giông trung bình (ngày/năm) Mật độ sét trung bình (lần/km) tháng giông cực đại 1 Đồng bằng ven biển Miền Bắc 81,4 215,6 6,47 8 2 Miền núi Trung du Miền Bắc 61,6 219,1 6,33 7 3 Cao nguyên Miền Trung 47,6 126,21 3,31 5,8 4 Ven biển Miền Trung 44 95,2 3,35 5,8 5 Đồng bằng Miền Nam 60,1 89,32 5,37 5,9 Bảng 1 : Thông số về giông sét ở các vùng 10 [...]... thông số giông sét đặc tính hoạt động giông sét của từng vùng, từng khu vực để có những biện pháp chống sét cho hiệu quả và thích hợp Chơng 1 11 Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp I.Mở đầu Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống điện nhất là hệ thống điện lớn vì khi cần truyền tải đi xa ngời ta phải nâng cao điện áp cao để cho hiệu quả kinh... biến áp T1 và T2 17 Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp + 4 lộ 11 0kV đi vào - Độ cao các thanh xà phía 11 0kV là 10,7m 3 Vạch các phơng án bảo vệ 3.1- Phơng án 1 a)Sơ đồ bố trí các cột Phơng án này ta sử dụng 15 cột thu sét để bảo vệ trạm Để tận dụng độ cao của trạm ta đặt các cột thu sét trên các xà của trạm, sơ đồ bố trí cụ thể đợc vẽ chi tiết theo hình 1.4 sau: Hình 1.4: Sơ đồ bố trí các cột thu sét. .. của con ngời) Do vậy trạm biến áp thờng có yêu cầu bảo vệ rất cao Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp ngời ta dùng hệ thống cột chống sét, dây thu sét Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện tích để định hớng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên dới hệ thống này Cột chống sét làm bằng sắt, bê tông hay cột gỗ Hệ thống thu sét phải gồm các dây... điện áp d này đủ lớn thì nó có thể phóng điện qua các thiết bị khác lân cận Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật 12 Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp II Tính toán thiết kế các phơng án bố trí cột chống sét Dựa vào đặc điểm của trạm ta có thể đặt cột chống sét. .. bảo vệ đợc xác định nh trờng hợp một dây, còn phần bên trong đợc giới hạn bởi vòng cung qua ba điểm: hai điểm treo dây chống sét và điểm giữa a 4 h h 0,2h có độ cao h o = h 2bx hx h h0 = h 0,6h 1,2h 0,2h a a 4 2bx 0,6h 1,2h Hình 1.3: Phạm vi bảo vệ của dây chống sét 2 Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột chống sét bảo vệ trạm biến áp - Trạm có diện tích là: 100m x64m và bao gồm: + Hai máy biến. .. 0,2h rox Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của hai cột chống sét có cùng độ cao - Trờng hợp hai cột chống sét có độ cao khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo vệ đợc xác định nh sau: - Khi có hai cột chống sét 1 và 2 có độ cao h1 và h2 khác nhau: 14 Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp 1 R 2 h 0 h 2 h 1 2 0.75h2 a' 1,5h2 0.75h1 a 1,5h1 Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột chống sét có độ cao khác độ cao -... vệ ta chọn cột có độ cao h = 17m 21 Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp Với mạng 35 kV ta có: h = hx + ha = 7,5 + 4,69 = 12,19(m) Để tăng độ dự trữ bảo vệ ta chọn cột có độ cao h = 14m Ngoài ra vì có 3 cột đặt trên cột chiếu sáng có độ cao là 21m *) Phạm vi bảo vệ của cột chống sét a) Phía 110 kV có độ cao cần bảo vệ là 10,7 m + Bán kính bảo vệ ở độ cao 17m: hx =10,7 m < 2/3 h Do vậy ta có: h 10,7... phạm vi bảo vệ là: 10,7 r0 x = 0,75.13,36.1 = 2(m) 13,36 + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (1;4): ho = h a 27,5 = 17 = 13,07( m) 7 7 Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: 22 Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp 10,7 r0 x = 0,75.13,07.1 = 1,78(m) 13,07 + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (3;6): ho = h a 27,5 = 17 = 13,07( m) 7 7 Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là:... 7,5+ 6,45 = 13,95(m) Vậy ta chọn độ cao của các cột chống sét: h = 15m * Xác định phạm vi bảo vệ của các cột chống sét a) Phía điện áp 110 kV thì phạm vi bảo vệ nh sau: +Phạm vi bảo vệ độ cao 10,7m của cột có độ cao 18 m là: h 10,7 rx = 1,5.h 1 x = 1,5.18.1 = 6,94(m) 0,8.h 0,8.18 30 Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp +Phạm vi bảo vệ độ cao 10,7m của cột có độ cao 21 m là: h 10,7 ... 33 Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp c) Kiểm tra khả năng bảo vệ đối với các thiết bị và công trình nằm ngoài phạm vi các cột Ta thấy tất cả các công trình đều nằm trong phạm vi bảo vệ của các cột chống sét * Nhận xét: Với độ cao mới này ta kiểm tra lại thấy toàn bộ trạm đã đợc bảo vệ hoàn toàn d) Tổng chiều dài các cột chống sét Trong phơng án này sử dụng 12 cột chống sét: + 4 cột cao 18m , trong . kế: Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 110 / 35 kV. (Sơ đồ trạm cho nh hình vẽ) II. Các số liệu ban đầu: Trạm biến áp 110/35 kV có: Kích thớc trạm là 100x64m Bốn lộ 110 kV đi vào Hai máy biến áp Điện. có những biện pháp chống sét cho hiệu quả và thích hợp. Ch ơng 1 11 Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp I.Mở đầu Trạm biến áp là một bộ phận. toán 2. Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột chống sét bảo vệ trạm biến áp 3. Vạch các phơng án bảo vệ 3.1- Phơng án 1 3.2 Phơng án 2 3.3 Kết luận chung Chơng 2 : Tính toán nối đất trạm biến