Bài tập dài kỹ thuật điện cao áp đề tài thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN  BÀI TẬP DÀI KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Đề tài: “Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp” Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Văn Tớp Sinh viên: Phạm Văn Dũng Mssv: 20181128 Lớp: 129051 Hà Nội, 2021 CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 1.1 Mở đầu Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện đường dây trạm biến áp thể thống Trong trạm biến áp phần tử quan trọng, thực nhiệm vụ truyền tải phân phối điện Khi thiết bị trạm bị sét đánh trực tiếp dẫn đến hậu nghiêm trọng làm hỏng thiết bị trạm mà cịn dẫn đến việc ngừng cung cấp điện thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản suất điện ngành kinh tế quốc dân khác Do việc tính tốn bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt trời quan trọng Qua ta đưa phương án bảo vệ trạm cách an toàn kinh tế nhằm đảm bảo toàn thiết bị trạm bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào thiết bị trạm ta phải ý đến việc bảo vệ cho đoạn đường dây gần trạm đoạn dẫn nối từ xà cuối trạm cột đường dây 1.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống chống sét đánh trực tiếp a) Tất thiết bị bảo vệ cần phải nằm trọn phạm vi an toàn hệ thống bảo vệ Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt trạm cấp điện áp mà hệ thống cột thu sét đặt độ cao có sẵn cơng trình xà, cột đèn chiếu sáng đặt độc lập - Khi đặt hệ thống cột thu sét thân cơng trình, tận dụng độ cao vốn có cơng trình nên giảm độ cao hệ thống thu sét Tuy nhiên điều kiện đặt hệ thống thu sét cơng trình mang điện phải đảm bảo mức cách điện cao trị số điện trở tản phận nối đất bé + Đối với trạm biến áp ngồi trời từ 220 kV trở lên có cách điện cao (khoảng cách thiết bị đủ lớn độ dài chuỗi sứ lớn) nên đặt cột thu sét kết cấu trạm Tuy nhiên trụ kết cấu có đặt cột thu sét phải nối đất vào hệ thống nối đất trạm phân phối Theo đường ngắn cho dòng điện 𝑖𝑠 khuyếch tán vào đất theo 34 cọc nối đất Ngoài trụ kết cấu phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất nhằm đảm bảo điện trở không 4 + Nơi yếu trạm biến áp trời điện áp 220 kV trở lên cuộn dây MBA Vì dùng chống sét van để bảo vệ MBA yêu cầu khoảng cách hai điểm nối đất vào hệ thống nối đất hệ thống thu sét vỏ MBA theo đường điện phải lớn 15m - Khi đặt cách ly hệ thống thu sét công trình phải có khoảng cách định, khoảng cách q bé có phóng điện khơng khí đất b) Phần dẫn điện hệ thống thu sét có phải có tiết diện đủ lớn để đảm bảo thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt có dịng điện sét qua 1.3 Phạm vi bảo vệ cột thu sét dây chống sét 1.3.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét Phạm vi bảo vệ cột thu sét miền giới hạn mặt ngồi hình chóp trịn xoay có đường kính xác định cơng thức rx  Trong đó: 1,6 ( h  hx ) hx 1 h (1 – 1) h: độ cao cột thu sét hx: độ cao vật cần bảo vệ h - hx = ha: độ cao hiệu dụng cột thu sét rx: bán kính phạm vi bảo vệ Để dễ dàng thuận tiện tính tốn thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng dạng đơn giản hoá với đường sinh hình chóp có dạng đường gãy khúc biểu diễn hình vẽ 1.1 Bán kính bảo vệ mức cao khác tính tốn theo cơng thức sau:  + Nếu hx  h rx  1,5h 1    hx  0,8h  + Nếu hx  h rx  0, 75h 1   (1 –2) hx  0,8h  (1 – 3) a 0,2h h b 0,8h a' c 0,75h 1,5h R Hình 1- 1: Phạm vi bảo vệ cột thu sét Các công thức với cột thu sét cao 30m Hiệu cột thu sét cao 30m có giảm sút độ cao định hướng sét giữ số Khi tính toán phải nhân với hệ số hiệu chỉnh p  5,5 h hình vẽ dùng hồnh độ 0,75hp 1,5hp b) Phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột thu sét Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét kết hợp lớn nhiều so với tổng phạm vi bảo vệ hai cột đơn Để hai cột thu sét phối hợp khoảng cách a hai cột phải thoả mãn điều kiện a < 7h (h chiều cao cột) Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao - Khi hai cột thu sét có độ cao h đặt cách khoảng cách a (a < 7h) độ cao lớn khu vực bảo vệ hai cột thu sét ho tính sau: h0  h  a (1 – 4) Sơ đồ phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có chiều cao R 0,2h h ho 0,75h hx 1,5h a rx r0x Hình 1- 2: Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét giống Tính rox:  + Nếu hx  h0 r0 x  1,5h0 1   hx 0,8h0  + Nếu hx  h0 r0 x  0, 75h0 1       hx   h0  (1 – 5) (1 – 6) Chú ý: Khi độ cao cột thu sét vượt 30m ngồi hiệu chỉnh phần ý mục cịn phải tính ho theo cơng thức: h0  h  a 7p (1 – 7) c) Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao khác Giả sử có hai cột thu sét: cột có chiều cao h1, cột có chiều cao h2 h1  h2 Hai cột cách khoảng a Trước tiên vẽ phạm vi bảo vệ cột cao h1, sau qua đỉnh cột thấp h2 vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh phạm vi bảo vệ cột cao điểm Điểm xem đỉnh cột thu sét giả định, với cột thấp h2, hình thành đơi cột độ cao h2 với khoảng cách a’ Phần lại giống phạm vi bảo vệ cột với a'  a  x  + Nếu h2  h1 x  1,5.h1 1   h2    1,5h1  1,875h2 0,8h1  (1 – 8)  + Nếu h2  h1 x  0, 75h1 1  (1 – 9) 0,2h2 A 0,75 h1 a' 1,5 h1 hx h0 h1 h2 0,2h1  h2    0, 75  h1  h2  h1  x 0,75h2 1,5h2 a R R R Hình 1- 3: Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét khác d) Phạm vi bảo vệ nhóm cột (số cột >2) Một nhóm cột hình thành đa giác phạm vi bảo vệ xác định toàn miền đa giác phần giới hạn bao ngồi giống đơi cột rx rx rox a rox a c rox D D b b Hình 1- 4: Phạm vi bảo vệ nhóm cột Vật có độ cao hx nằm đa giác hình thành cột thu sét bảo vệ thoả mãn điều kiện: D  = (h - hx) (1 – 10) Với D đường trịn ngoại tiếp đa giác hình thành cột thu sét Chú ý: Khi độ cao cột lớn 30m điều kiện bảo vệ cần hiệu chỉnh theo p D  8.ha p= (h - hx).p (1 – 11) 1.3.2 Phạm vi bảo vệ dây thu sét: a) Phạm vi bảo vệ dây thu sét Phạm vi bảo vệ dây thu sét dải rộng Chiều rộng phạm vi bảo vệ phụ thuộc vào mức cao hx biểu diễn hình vẽ a 0,2h b h 0,8h a' c 0,6h 1,2h 2bx Hình 1- 5: Phạm vi bảo vệ dây thu sét Mặt cắt thẳng đứng theo phương vng góc với dây thu sét tương tự cột thu sét ta có hồnh độ 0,6h 1,2h h   + Nếu hx  h bx  1, 2h 1  x   0,8h  (1 - 12)  h  + Nếu hx  h bx  0, 6h 1  x  h  (1 - 13) Chú ý: Khi độ cao cột lớn 30m điều kiện bảo vệ cần hiệu chỉnh theo p b) Phạm vi bảo vệ hai dây thu sét Để phối hợp bảo vệ hai dây thu sét khoảng cách hai dây thu sét phải thoả mãn điều kiện s < 4h Với khoảng cách s dây bảo vệ điểm có độ cao h0  h  s (1 – 14) Phạm vi bảo vệ hình vẽ R 0,2h h ho 0,6h hx 1,2h s bx Hình 1- 6: Phạm vi bảo vệ hai dây thu sét Phần phạm vi bảo vệ giống dây phần bên giới hạn vòng cung qua điểm hai điểm treo dây thu sét điểm có độ cao h0  h  s so với đất 1.4 Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ + Sơ đồ nối điện kích thước trạm biến áp, - Phía điện áp 220 kV : Sơ đồ góp, mạch đường dây; độ cao xà đón dây 16,8m; độ cao xà góp 10,5 m; khoảng cách pha 4,4 m - Phía điện áp 110 kV : sơ đồ góp có góp vịng; 10 mạch đường dây; độ cao xà đón dây 11,5 m; độ cao xà góp 7,8 m, khoảng cách pha 2,4 m - Số lượng MBA : máy biến áp - Khoảng cách sân 220 – 110kV 26m Đề xuất phương án bố trí cột thu sét 1.5 Thiết lập vẽ sơ đồ nối điện vẽ mặt trạm biến áp Sơ đồ điện Sơ đồ mặt Điện trở nối đất cho phép nối đất an toàn chọn cho trị số điện áp bước tiếp xúc trường hợp không vượt qua giới hạn cho phép Theo quy trình hành tiêu chuẩn nối đất quy định sau: - Đối với thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất (dịng ngắn mạch chạm đất lớn) trị số điện trở nối đất cho phép là: R  0,5 - Đối với thiết bị điện có điểm trung tính cách điện (dịng ngắn mạch chạm đất bé) thì: Nếu dùng cho thiết bị cao áp R 250 () I (2 – 1) Nếu dùng cho cao áp hạ áp R 125 () I (2 – 2) Trong nhà máy điện trạm biến áp, nối đất làm việc nối đất an toàn cấp điện áp khác thường nối thành hệ thống chung Khi phải đạt yêu cầu loại nối đất có trị số điện trở nối đất cho phép bé Trong thực nối đất, cần tận dụng hình thức nối đất có sẵn ví dụ đường ống kết cấu kim loại cơng trình chơn đất, móng bê tơng cốt thép Việc tính tốn điện trở tản đường ống chơn đất hồn tồn giống với điện cực hình tia Do nối đất làm việc môi trường không đồng (đất - bê tông) nên điện trở suất lớn so với điện trở suất đất t tính tốn lấy tăng lên 25% 24 Vì khung cốt thép lưới cực đặc nên hiệu chỉnh cách nhân thêm hệ số   1, hệ số chuyển từ cực lưới sang cực đặc Đối với thiết bị có dịng điện ngắn mạch chạm đất bé điện trở tản phần nối đất có sẵn đạt u cầu khơng cần nối đất bổ sung Với thiết bị có dịng ngắn mạch chạm đất lớn phải đặt thêm nối đất nhân tạo với trị số điện trở tản không  Nối đất chống sét thông thường nối đất cột thu sét, cột điện nối đất hệ thống thu sét trạm biến áp nhà máy điện - Do phận nối đất cột thu sét cột điện thường bố trí độc lập (khơng có liên hệ với phận khác) nên cần sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu tản dịng điện tốt - Khi đường dây qua vùng đất ẩm (   3.104  cm) nên tận dụng phần nối đất có sẵn móng chân cột bê tông để bổ sung thay cho phần nối đất nhân tạo - Đối với nối đất hệ thống thu sét trạm biến áp phận thu sét đặt xà trạm phần nối đất chống sét buộc phải nối chung với mạch vịng nối đất an tồn trạm Lúc xuất nối đất phân bố dài làm Zxk lớn làm tăng điện áp giáng gây phóng điện đất Do việc nối đất chung thực với trạm biến áp có cấp điện áp U  110kV Ngồi cịn phải tiến hành số biện pháp bổ sung, khoảng cách theo mạch dẫn điện đất từ chỗ nối đất hệ thống thu sét phải từ 15m trở lên… 2.3 Lý thuyết tính tốn nối đất 2.3.1 Tính tốn nối đất an toàn Với cấp điện áp lớn 110kV nối đất an toàn phải thoả mãn điều kiện là: - Điện trở nối đất hệ thống có giá trị R  0,5 25 - Cho phép sử dụng nối đất an toàn nối đất làm việc thành hệ thống Điện trở nối đất hệ thống RHT  RNT / / RTN  Trong đó: RNT RTN  0,5() RTN  RNT (2 – 3) RTN: điện trở nối đất tự nhiên RNT: điện trở nối đất nhân tạo ( RNT  1 )  Nối đất tự nhiên Trong phạm vi đề tài ta xét nối đất tự nhiên trạm hệ thống chống sét đường dây cột điện 110kV 220kV tới trạm Ta có cơng thức tính tốn sau: RTN  Trong đó: RC Rc 1   Rcs (2 – 4) Rcs: điện trở tác dụng dây chống sét khoảng vượt Rc: điện trở nối đất cột điện  Nối đất nhân tạo Xét trường hợp đơn giản trường hợp điện cực hình bán cầu Dịng điện chạm đất I qua điểm cố tạo nên điện áp giáng phận nối đất U = I.R (2 - 5) Với R điện trở tản nối đất Theo tính tốn xác định phân bố điện áp mặt đất theo công thức: Ur  I  2. r (2 – 6) 26 Trong thực tế nối đất có hình thức cọc dài  3m sắt trịn hay sắt góc chơn thẳng đứng: dài chôn nằm ngang độ sâu 0,5  0,8m đặt theo hình tia mạch vịng hình thức tổ hợp hình thức Trị số điện trở tản hình thức nối đất cọc xác định theo công thức cho trước Đối với nối đất chơn nằm ngang dùng cơng thức chung để tính trị số điện trở tản xoay chiều:  K L2 R ln 2. l d t Trong đó: (2 – 7) L: chiều dài tổng điện cực t: độ chôn sâu d: đường kính điện cực điện cực dùng sắt trịn Nếu dùng sắt dẹt trị số d thay b (b - chiều rộng sắt dẹt) K: hệ số phụ thuộc vào sơ đồ nối đất (tra bảng) Khi hệ thống nối đất gồm nhiều cọc bố trí dọc theo chiều dài tia theo chu vi mạch vịng, điện trở tản hệ thống tính theo cơng thức R ht  Trong đó: Rt Rc Rc t  n.Rt c (2 – 8) Rc: điện trở tản cọc Rt: điện trở tản tia mạch vòng n : số cọc  t : hệ số sử dụng tia dài mạch vòng  c : hệ số sử dụng cọc 2.3.2 Tính tốn nối đất chống sét Hai q trình đồng thời xảy có dịng điện tản đất 27 - Quá trình độ phân bố điện áp dọc theo chiều dài điện cực Q trình phóng điện đất Khi chiều dài điện cực ngắn (nối đất tập trung) khơng cần xét trình độ mà cần xét trình phóng điện đất Ngược lại nối đấtdùng hình thức tia dài mạch vịng (phân bố dài) đồng thời phải xem xét đến hai trình, chúng có tác dụng khác hiệu nối đất Điện trở tản xung kích nối đất tập trung: Qua nghiên cứu tính tốn người ta thấy điện trở tản xung kích khơng phụ thuộc vào kích thước hình học điện cực mà quy định biên độ dòng điện I, điện trở suất  đặc tính xung kích đất Vì trị số điện trở tản xoay chiều nối đất tỉ lệ với  nên hệ số xung kích có trị số là:  xk  Rxk  R I  (2 – 9) dạng tổng quát:  xk  f ( I  ) (2 – 10) Tính tốn nối đất phân bố dài khơng xét tới q trình phóng điện đất Sơ đồ đẳng trị nối đất thể sau: Hình 2-1: Sơ đồ đẳng trị hệ thống nối đất 28 Trong trường hợp bỏ qua điện trở tác dụng R bé so với trị số điện trở tản, đồng thời không cần xét đến phần điện dung C trường hợp sóng xung kích, dịng điện dung nhỏ so với dòng điện qua điện trở tản Lúc sơ đồ đẳng trị có dạng thu gọn sau: Hình – 2: Sơ đồ đẳng trị thu gọn Trong sơ đồ thay thì: L0: điện cảm điện cực đơn vị dài G0: điện dẫn điện cực đơn vị dài  l   H  Lo  0, ln( ) - 0,31    r   m  Go  Với 2.l.RNTSET (2 – 11) (2 – 12) l: chiều dài cực r: bán kính cực phần trước cực thép dẹt có bề rộng b (m) Do đó: 𝑟 = 𝑏 Gọi Z(x, t) điện trở xung kích nối đất kéo dài, hàm số khơng gian thời gian t Z(x, t)  U ( x, t ) I ( x, t ) (2 – 13) U(x, t), I(x, t) dòng điện điện áp xác định từ hệ phương trình vi phân: 29 I  U  x  Lo t   I  G U o  x (2 – 14) Giải (2 – 14) ta điện áp điểm thời điểm t điện cực: t   a   TK t  2.T1. 1  e U  x, t    Go l  k 1 k    k  x    cos  l    (2 – 15) Từ ta suy tổng trở xung kích đầu vào nối đất t   2.T1   TK 1  Z  0, t    1  e Go l  t k 1 k   Với: Tk  Đặt 𝑇1 =     (2 – 16) Lo Go l (hằng số thời gian) k  𝐿𝑜 𝐺𝑜 𝑙 𝜋2 ta có: 𝑇𝑘 = 𝑇1 𝑘2 Tính tốn nối đất phân bố dài có xét q trình phóng điện đất Việc giảm điện áp mật độ dòng điện phần xa điện cực làm cho q trình phóng điện đất nơi có yếu so với đầu vào nối đất Do điện dẫn nối đất (trong sơ đồ đẳng trị) phụ thuộc vào I,  mà phụ thuộc vào toạ độ Việc tính tốn tổng trở phức tạp giải phương pháp gần đúng.Ở phạm vi đề tài ta bỏ qua q trình phóng điện đất 2.4.Tính tốn nối đất an tồn 2.4.1.Tính tốn nối đất tự nhiên - Với bải tập dài này, nối đất tự nhiên trạm hệ thống dây chống sét cột 110kV, 220kV tới trạm Về phía 220kV gồm: lộ đường dây dây chống sét loại C-95 tra bảng ta có 𝑟0 = 1,88(Ω/km) Khoảng vượt 𝐿𝑘𝑣 = 212 𝑚 30 Điện trở nối đất cột điện 𝑅𝑐 = 20(Ω) Điện trở dây chống sét phía 220kV là: 𝑅𝑐𝑠 = 𝐿𝑘𝑣 𝑟0 = 212.1,88 2.1000 = 0,199 (Ω) Điện trở nối đất tự nhiên hệ thống dây chống sét–cột phía 220kV là: 𝑅𝑇𝑁220 = 𝑅𝑐 𝑛 = 𝑅 + √𝑅 𝑐 +4 𝑐𝑠 20 20 = 0,316 (Ω) + √0,199+4 Về phía 110kV gồm: 10 lộ đường dây Khoảng vượt 𝐿𝑘𝑣 = 212 𝑚 Điện trở nối đất tự nhiên hệ thống dây chống sét–cột phía 110kV là: 𝑅𝑇𝑁110 = 𝑛 𝑅𝑐 𝑅 +√ 𝑐+ = 1 10 𝑅𝑐𝑠 20 20 = 0,114 (Ω) + √0,199+4 Vậy điện trở nối đất tự nhiên hệ thống dây chống sét-cột là: 𝑅𝑇𝑁 = 𝑅𝑇𝑁220 𝑅𝑇𝑁110 𝑅𝑇𝑁220 +𝑅𝑇𝑁110 = 0,316.0,114 0,316 +0,114 = 0,084 (Ω) Ta thấy điện trở nối đất tự nhiên hệ thống dây chống sét-cột thỏa mãn điều kiện 𝑅𝑇𝑁 < 0,5 (Ω) Nhưng để an toàn nên ta cần nối đất nhân tạo 2.4.2 Nối đất nhân tạo Phương án nối đất nhân tạo sử dụng điện cực dẹt tiết diện có b=4cm; a=6cm nối mạch vịng hình chữ nhật có chiều dài 𝑙1 = 207 𝑚, chiều rộng 𝑙2 = 134 𝑚 xung quanh trạm chôn sâu 0,8m Chiều dài điện cực là: 𝐿 = 2(𝑙1 + 𝑙2) = ∗ (207 + 134) = 682 𝑚 Do điện trở suất đất trạm 𝜌đ𝑜 = 100(Ω 𝑚) nên điện trở suất tính tốn đất là: 𝜌𝑡𝑡 = 𝐾𝑚ù𝑎 ∗ 𝜌đ𝑜 = 1,6 ∗ 100 = 160 (Ω 𝑚) (tra sách Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp-Nguyễn Minh Chước ta có 𝐾𝑚ù𝑎 = 1,6) Ta có tỉ số 𝑙1 𝑙2 = 207 134 = 1,545 l1/l2 1,5 K 5.53 5.81 6,42 8,17 10,40 31 Từ bảng 2.1 nội suy tuyến tính ta hệ số hình dạng K 1,545 −1,5 K= 5,81 + (6,42 – 5,81) 2−1,5 = 5,86 Vậy điện trở hệ thống nối đất mạch vòng là: R MV 160 5,86 6822 tt K L2  ln = ln 0,04 = 0,708 (Ω) 2π682 0,8 2. L t.d Điện trở nối đất nhân tạo thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật𝑅𝑀𝑉 < 1(Ω) nên ta không cần đóng thêm cọc nối đất => Điện trở hệ thống nối đất an toàn là: 𝑅𝐻𝑇 = 𝑅𝑇𝑁 𝑅𝑁𝑇 𝑅𝑇𝑁 +𝑅𝑁𝑇 = 0,084.0,708 0,084+0,708 = 0,075 (Ω) Kết luận: Điện trở hệ thống thỏa mãn 𝑅𝐻𝑇 < 0,5 Ω Vậy hệ thống nối đất đảm bảo an tồn cho trạm 220/110kV 2.5.Tính tốn nối đất chống sét 2.5.1.Tính tốn nối đất chống sét Sơ đồ thay điện cực mạch vòng xét đến trình độ phân bố điện áp dọc theo chiều dài điện cực Sơ đồ thay điện cực mạch vòng Điện cảm đơn vị dài điện cực nối đất là:  l  Lo  0,  ln  0,31 = 2,025 (  H / m )  r  𝐿 682 2 l= = = 341 m Điện trở mạch vòng sét (với 𝐾𝑚ù𝑎 𝑠𝑒𝑡 = 1,25): 32 RMVat kSet kat RNTSet  RMVSet  = 0,708.1,25 1,6 = 0,553 Ω Điện dẫn đơn vị điện cực nối đất là: Tính tốn điện trở xung kích nối đất kéo dài at  I  a. ds Ta có phương trình dịng điện sét I s   t   ds t   ds Is(A) I = a t(s) Hình 2- 3: Đồ thị dạng sóng dịng điện sét Với cường độ dịng điện sét: 𝐼𝑠𝑚𝑎𝑥 = 150𝑘𝐴 Độ dốc dòng điện sét: 𝑎 = 20𝑘𝐴/𝜇𝑠 Thời gian đầu sóng dịng điện sét là: Điện trở xung kích nối đất kéo dài thời điểm 𝑡 = 7,5 𝜇𝑠 là: Z  0, ds MV Với 𝑇1 =    ds    2.T1  e TK     k2 2.Go l   ds k 1  k   𝐿0 𝐺0 𝑙 𝜋2  Chuỗi số: k k 1 =       2,652.2,025.10−3 3412 3,14 = 63,283(𝜇𝑠) 1     2 k 33 Chuỗi số: ∑ ∞ 𝑘=1 𝑘 𝑒 𝜏 − 𝑑𝑠 𝑇𝐾 𝜏𝑑𝑠 = − 𝑒 𝑇1 12 𝜏𝑑𝑠 𝜏𝑑𝑠 − 𝑒 𝑇2 + 22 + + − 𝑒 𝑇𝐾 𝑘2 + Trong chuỗi số ta xét đến số hạng chứa e-4 (từ số hạng e-5 trở có giá trị nhỏ so với số hạng trước nên ta bỏ qua) Tức ta tính đến k=7 𝑘2 k 16 25 36 49 Tổng k2 1/4 1/9 1/16 1/25  e  ds TK 0,924 0,729 0,491 0,282 0,139 0,058 0,021 1/36 1/49 1,512   ds TK e k2 0,924 0,182 0,055 0,018 0,006 0,002 0,0004 1,186 Vậy ta có điện trở xung kích nối đất kéo dài thời điểm 𝑡 = 7,5 𝜇𝑠 là: -Kiểm tra điện áp thiết bị -Trong trạm biến áp thành phần quan trọng máy biến áp, ta cần kiểm tra điện áp sét so với U50%MBA với điều kiện: -Đối với MBA 110(kV) U50% MBA = 460 kV - Đối với MBA 220(kV) U50%MBA = 900 kV  Lấy U50%MBA = 460kV Kiểm tra điều kiện ta thấy: 34 Uđ=I ZXK(0, đs) = 150 5,111 = 766,65 kV > U50%MBA = 460 kV => Ta cần phải nối đất bổ sung nơi đặt thiết bị (ngay chân cột thu lôi, chân máy biến áp…) 2.5.2.Tính tốn nối đất bổ sung Phương án nối đất bổ sung nối đất tập trung dùng thép dẹt cọc nơi đặt thiết bị Hệ thống nối đất bổ sung gồm: - Thanh thép dẹt có: Chiều dài thanh: 𝑙𝑡 = 6𝑚 Độ chôn sâu: ℎ = 0,8𝑚 Chiều rộng 𝑏 = 0,04𝑚 - Cọc nối đất có: Chiều dài cột: 𝑙𝑐 = 3𝑚 Độ chôn sâu: ℎ = 0,8𝑚 Chiều rộng 𝑑 = 0,04𝑚 Khoảng cách cột 𝑎 = 3𝑚 Hệ thống nối đất bổ sung mơ ta hình sau: Hệ thống nối đất bổ sung (Tra sách Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp-Nguyễn 35 Minh Chước ta có 𝐾𝑚ù𝑎𝑐 = 1,25; 𝐾𝑚ù𝑎𝑡 = 1,25 ) Điện trở nối đất ổn định cột là: Với t = h + 𝑙𝑐 = 0,8 + = 2,3 m => 𝑅𝑐 = 35,472 (Ω) Điện trở nối đất ổn định là: => 𝑅𝑇 = 25,593 (Ω) (Do nằm ngang nên hệ số hình dạng 𝐾 = 1) Điện trở nối đất hệ thống nối đất bổ sung là: = 35,472∗25,593 35,472∗0,77+25,593∗3∗0,8 = 10,231(Ω) Tra bảng ta 𝜂𝑡 = 0,77; 𝜂𝑐 = 0,8 Ta có cơng thức tính tổng trở nối đất xung kích hệ thống nối đất kéo dài có nối đất bổ sung là: Với 𝑅𝐵𝑆 = 10,231(𝛺) là: điện trở hệ thống nối đất bổ sung 𝑅𝑀𝑉𝑠 = 0,553(𝛺) là: điện trở mạch vòng nối đất mùa sét 𝐿1 , 𝑔1 là: điện cảm điện dẫn ½ mạch vịng (do ta coi mạch vòng gồm phần ghép song song với nhau) 36 𝑥𝑘 là: nghiệm phương trình 𝑡𝑎𝑛𝑥𝑘 = − 𝑅𝑀𝑉𝑠 𝑅𝐵𝑆 * 𝑥𝑘 𝐿1 = L0 ∗ l = 2,025 ∗ 10−6 ∗ 341 = 6,907 ∗ 10−4 (H) 𝑔1 = g0 ∗ l = 2,652 ∗ 10−3 ∗ 341 = 0,904 (S) Đặt 𝑍(0, 𝑡) = 𝐴 + 𝐵 Trong đó: A= 𝑅𝐵𝑆 ∗𝑅𝑀𝑉𝑠 𝑅𝐵𝑆 + 𝑅𝑀𝑉𝑠 = 10,231∗0,553 = 0,525 (Ω) 10,231+0,553 Trong chuỗi số ta tính đến số hạng 𝑒 −4 từ số hạng trở 𝑒 −5 cógiá trị nhỏ nên ta tính tốn gần chỗi số Tức ta tính tốn đến k (sao cho Hay −𝑥𝑘 𝐿1 𝑔1 −𝑥𝑘 𝐿1 𝑔1 𝜏𝑑𝑠 ≥ -4 ) 𝜏𝑑𝑠 ≥ -4  −𝑥𝑘 6,907∗10−4 ∗0,904 * * 10−6 ≥ -4 => 𝑥𝑘 ≤ 22,350(𝑟𝑎𝑑) Với 𝑥𝑘 thỏa mãn nghiệm phương trình: 𝑡𝑎𝑛𝑥𝑘 = − 𝑅𝑀𝑉𝑠 𝑅𝐵𝑆 * 𝑥𝑘 = - −0,553 10,231 * 𝑥𝑘 = −0,054𝑥𝑘 Giải phương trình cách dị nghiệm máy tính cầm tay ta nghiệm 𝑥𝑘 bảng sau: 𝑥𝑘 (rad) 𝑥𝑘 −𝑥𝑘 𝜏 𝑒 𝐿1 𝑔1 𝑑𝑠 2,982 5,971 8,974 11,992 15,026 18,076 21,140 8,892 35,656 80,525 143,801 225,790 326,751 446,889 0,931 0,752 0,525 0,316 0,164 0,073 0,028 𝑐𝑜𝑠 𝑥𝑘 + 𝑅𝑀𝑉𝑠 𝑅𝐵𝑆 1,080 1,158 1,289 1,473 1,712 2,007 2,357 −𝑥𝑘 𝑅𝑀𝑉𝑠 𝜏 𝐿 𝑒 𝑔1 𝑑𝑠 𝑅 + 𝑀𝑉𝑠 𝑅𝐵𝑆 𝑐𝑜𝑠 𝑥𝑘 0,954 0,718 0,450 0,237 0,106 0,040 0,013 2,518 Tổng 37 Vậy tổng trở nối đất hệ thống nối đất có nối đất bổ sung là: 𝑍(0, 𝜏𝑑𝑠 ) = 𝐴 + 𝐵 = 0,525 + 2,518 = 3,043 (Ω) Kiểm tra điện áp thiết bị Ta có 𝑈(0, 𝜏𝑑𝑠 ) = 𝑍(0, 𝜏𝑑𝑠 ) ∗ Ismax = 3,269 ∗ 150 = 456,441 𝑘𝑉 => 𝑈(0, 𝜏𝑑𝑠 ) = 456,441𝑘𝑉 < U50%MBA = 460kV (thỏa mãn) Kết luận: Vậy hệ thống nối đất chống sét gồm mạch vịng có nối đất bổ sung đảm bảo yêu cầu để bảo vệ thiết bị trọng trạm 2.6.Kết luận Vậy hệ thống nối đất gồm mạch vịng có nối đất bổ sung (gồm có cọc) đảm bảo yêu cầu nối đất an toàn nối đất chống sét cho trạm 220/110kV 38 ...CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 1.1 Mở đầu Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện đường dây trạm biến áp thể thống Trong trạm biến áp phần tử quan trọng,... tốn bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt ngồi trời quan trọng Qua ta đưa phương án bảo vệ trạm cách an toàn kinh tế nhằm đảm bảo toàn thiết bị trạm bảo vệ chống sét đánh trực tiếp. .. việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào thiết bị trạm ta phải ý đến việc bảo vệ cho đoạn đường dây gần trạm đoạn dẫn nối từ xà cuối trạm cột đường dây 1.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống chống sét