tính toán nối đất cho trạm biến áp 220/110 KV

I. Kh¸i niÖm chung. T¸c dông cña nèi ®Êt trong hÖ thèng ®iÖn lµ ®Ó t¶n dßng ®iÖn sÐt xuèng ®Êt, ®¶m b¶o ®iÖn thÕ trªn c¸c vËt nèi ®Êt nhá.Trong HT§ cã 3 lo¹i nèi ®Êt kh¸c nhau : Nèi ®Êt an toµn. Nèi ®Êt lµm viÖc. Nèi ®Êt chèng sÐt.

Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp ChơngIII: tính toán nối đất cho trạm 220/110kV. I. Khái niệm chung. Tác dụng của nối đất trong hệ thống điện là để tản dòng điện sét xuống đất, đảm bảo điện thế trên các vật nối đất nhỏ.Trong HTĐ có 3 loại nối đất khác nhau : Nối đất an toàn. Nối đất làm việc. Nối đất chống sét. 1. Nối đất an toàn: Nối đất an toàn có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho ngời khi cách điện của thiết bị bị h hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem nối đất mọi bộ phận kim loại bình thờng không mang điện ( vỏ máy, thùng máy biến áp, các giá đỡ kim loại ). Khi cách điện bị h hỏng trên các bộ phận này sẽ xuất hiện điện thế nhng do đã đợc nối đất nên mức điện thế thấp. Do đó đảm bảo an toàn cho ngời khi tiếp xúc với chúng. 2. Nối đất làm việc : Nối đất làm việc có nhiệm vụ đảm bảo sự làm việc bình thòng của thiết bị hoặc một số bộ phận của thiết bị làm việc theo chế độ đã đợc quy định sẵn. Loại nối đất này bao gồm: Nối đất điểm trung tính MBA trong HTĐ có điểm trung tính nối đất, nối đất của MBA đo lờng và của các kháng điện bù ngang trên các đờng đây tải điện đi xa. 3. Nối đất chống sét: Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43 Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp Nhiệm vụ của nối đất chống sét là tản dòng điện sét trong đất (khi có sét đánh vào cột thu sét hoặc trên đờng đây) để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên thân cột không quá lớn do đó cần hạn chế các phóng điện ng ợc trên các công trình cần bảo vệ. ở các NMĐ và TBA về nguyên tắc là phải tách rời 2 hệ thống nối đất bảo vệ và làm việc để đề phòng khi có dòng điện ngắn mạch quá lớn (hay dòng điện sét) đi vào hệ thống nối đất làm việc sẽ không gây điện thế cao trên hệ thống nối đất an toàn. Tuy nhiên trên thực tế khó thực hiện vì nhiều lí do. Cho nên thờng chỉ dùng 1 hệ thống để làm hai nhiệm vụ. Vì vậy hệ thống nối đất chung ấy phải thỏa mãn yêu cầu của các thiết bị cần có điện trở nối đất bé nhất. 4. Các tham số dùng để tính toán: Điện trở suất của đất = 95 (.m) Thực tế đất là một môi trờng phức tạp và không đồng nhất về thành phần. Điện trở suất của đất phụ thuộc vào độ ẩm, thành phần nhiệt độ Do khí hậu của các mùa thay đổ nên độ ẩm, nhiệt độ của đất luôn luôn thay đổi. Vì vậy trong khi thiết kề hệ thống nối đất thì với mỗi cực khác nhau ta phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa:= đo .k mùa . Với nối đất an toàn và làm việc: Khi dùng thanh ngang chôn sâu 0,8(m) thì k mùa =1,6. Khi dùng cọc dài 2mữ3m chôn sâu 0,8(m) thì hệ số k mùa =1,4. Với nối đất chống sét ta có : Khi dùng thanh chôn sâu 0,8(m) thì hệ số k mùa =1,2. Khi dùng cọc nối 2(m)ữ3(m) chôn sâu 0,8(m) thì hệ số k mùa =1,15. Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43 Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp II. Nối đất an toàn. Với cấp điện áp lớn hơn 110(kV) nối đất an toàn phải thỏa mãn điều kiện là: Điện trở nối đất của hệ thống phải có giá trị R 0,5. Điều kiện này xuất phát từ việc ở cấp điện áp lớn hơn 110kV dòng ngắn mạch lớn,khi chạm vỏ hoặc khi rò điện thì dòng điện sẽ rất lớn gây nguy hiểm. ở cấp điện áp U đm 110(kV) do có độ dự trữ cách điện cao nên ta sử dụng chung nối đất an toàn, nối đất làm việc, nối đất làm việc thành một hệ thống. Điện trở nối đất của hệ thống phải thỏa mãn các điều kiện sau : 5,0 R+R R.R =R//R=R TNNT TNNT TNNTHT Trong đó : R TN - là điện trở nối đất tự nhiên. R NT - là điện trở nối đất nhân tạo. 1R NT 1.Nối đất tự nhiên. Nối đất tự nhiên bao gồm các dạng sau: Các hệ thống ống dẫn nớc,các ống kim loại chôn dới đất không chứa các chất dễ cháy, nổ. Hệ thống sét cột đờng dây tải điện. Các kết cấu kim loại của trạm nh móng nhà, tờng trạm. Trong phạm vi của đề tài ta chỉ xét nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống chống sét cột đờng dây110(kV),220(kV) tới trạm. Ta có công thức tính toán trạm nh sau: Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43 Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp 4+ R R + 2 1 R =R CS C C TN Trong đó: R CS điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vợt. R C là điện trở nối đất của cột điện. Tính R CS : Dây chống sét ta sử dụng loại C-70 có r 0 =2,38(/km). Khoảng vợt của đờng dây 220(kV) là l =150(m). Giả thiết các khoảng vợt có độ dài nh nhau: R CS =r 0 .l =2,38.150.10 -3 = 0,357() Điện trở nối đất của cột điện R C : Với đo =9,5.10 4 (.cm) thì R C =13() Do kết cấu của trạm có 3 lộ 110(kV) và 2 lộ 220(kV) nên điện trở nối đất tự nhiên sẽ là: R TN =R TN110 //R TN220 66,0= 3 1 . . 4 1 + 357,0 13 + 2 1 13 = 3 1 . 4 1 + R R + 2 1 R =R CS C C 110TN 99,0= 2 1 . . 4 1 + 357,0 13 + 2 1 13 = 2 1 . 4 1 + R R + 2 1 R =R CS C C 220TN Từ đó ta có: Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43 Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp 396,0= 99,0+66,0 99,0.66,0 = R+R R.R =R 220TN110TN 220TN110TN TN * ) Nhận xét : Ta thấy rằng R tn < 0,5 , vì vậy về mặt lý thuyết ta không phải nối đất bổ sung mà chỉ cần sử dụng R tn là đủ đạt yêu cầu cho hệ thống nối đất an toàn. Tuy nhiên nối đất tự nhiên có thể xẩy ra biến động, chính vì vậy ta vẫn cần phải nối đất nhân tạo 2.Nối đất nhân tạo. Đối với nối đất nhân tạo cho trạm biến áp thì có nhiều cách thức khác nhau nh nối đất kiểu lới, kiểu mạch vòng . Nhng ở đây ta sẽ sử dụng nối đất dạng mạch vòng xung quanh trạm bằng các thanh nối dẹt. Kích thớc của trạm có dạng hình chữ nhật, các cạnh có chiều dài là l 1 =109(m), l 2 =111(m). Do đó ta sử dụng mạch vòng nối đất hình chữ nhật có các kích thớc nh sau :l 1 =109(m), l 2 =111(m) (Ta lấy mỗi đầu lùi lại 1(m) để cách xa móng tờng bao quanh trạm). Công thức tính điện trở mạch vòng : d.t L.K ln. L 2 =R 2 tt mv Trong đó : L:Chu vi của mạch vòng. L=(l 1 +l 2 ).2=(109 + 111).2 = 440(m) t : Độ chôn sâu của thanh làm mạch vòng lấy t=0,8(m) tt : Điện trở suất tính toán của đất đối với thanh làm mạch vòng chôn ở độ sâu t. Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43 Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp tt = đo .k mùa = 0,95.1,2.10 4 = 1,14.10 4 (.cm) d: Đờng kính của thanh làm mạch vòng (Nếu thanh dẹt có bề rộng là b thì 2 b =d ).ta chọn thanh có bề rộng là d = 4(cm) Do đó : m02,0=cm2= 2 4 = 2 b =d . k: là hệ số phụ thuộc vào tỷ số 2 1 l l .Giá trị của ) l l (f=k 2 1 .Đợc cho ở bảng sau). Bảng 2-1 l 1 /l 2 1 1,5 2 3 4 K 5,53 5,81 6,42 8,17 10,4 Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43 Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp Ta có : 012,1= 109 111 = l l 2 1 . Từ đồ thị ta ta xách định đợc 7,4k . Thay các giá trị trên vào công thức tính R mv ta đợc: 1<698,0= 02,0.8,0 440.7,4 ln. 440.14,3.2 10.14,1 = d.t L.K ln. L 2 =R 222 tt mv Ta thấy rằng R mv <1(), vậy mạch vòng nối của ta đạt tiêu chuẩn về nối đất an toàn. Lúc này 253,0= 698,0+396,0 698,0.396,0 = R+R R.R =R NTTN NTTN HT . Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật R HT 0,5() Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43 0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 5 l 1 /l 2 k Hình (2-1): Đồ thị k=f(l 1 /l 2 ) Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp III. Nối đất chống sét. 1.Dòng điện sét trong hệ thống nối đất. Khi có dòng điện sét đi vào bộ phận nối đất và nếu tốc độ biến thiên của dòng điện sét theo thời gian rất lớn thì trong thời gian đầu của điện cảm của khu vực nối đất sẽ ngăn cản không cho dòng điện đi tới phần cuối của điện cực khiến cho điện áp phân bố không đều. Trong thời gian về sau ảnh hởng của điện cảm mất dần và điện áp sẽ phân bố đều hơn. Thời gian của quá trình quá độ nói trên phụ thuộc vào hằng số thời gian TL.g.l 2 . Nh vậy T tỷ lệ với trị số điện cảm tổng( L.l) và điện dẫn tổng g.l=1/R của điện cực. Từ công thức trên ta thấy rằng khi dòng điện tản trong đất là dòng một chiều hoặc dòng xoay chiều tần số công nghiệp thì ảnh hởng của L không đáng kể và bất kỳ hình thức nối đất nào(thẳng đứng hoặc nằm ngang )cũng đều biểu thị trị số điện trở tản. Khi dòng điện đi vào trong đất là dòng điện sét, tham số biểu thị của nối đất tùy thuộc vào tơng quan giữa hằng số thời gian T và thời gian đầu sóng của dòng điện. Khi T<< đs thì tới lúc cần xét (khi dòng điện sét đạt trị số cực đại) quá trình quá độ đã kết thúc và nối đất thể hiện nh một điện trở tản.Trong trờng hợp này ứng với hình thức nối đất tập trung. Nếu điện cực dài, hằng số thời gian có thể đạt tới mức đs và tại thời điểm dòng điện đạt trị số cực đại, quá trình quá độ cha kết thúc, nối đất thể hiện nh một tổng trở Z và có trị số rất lớn so với trị số điện trở tản. Trờng hợp này đợc gọi là nối đất phân bố dài. Trong khi ta thiết kế bảo vệ chống sét cho các trạm biến áp thờng thì hệ thống nối đất chống sét đợc nối chung với mạch vòng nối đất an toàn, tạo Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43 Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp thành một hệ thống nối đất chung (chỉ áp dụng cho cấp điện áp U đm 110kV). Do vậy nối đất chống sét sẽ là nối đất phân bố dài. Khi có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất, tổng trở xung kích Z XK có thể lớn gấp nhiều lần so với điện trở nối đất và có thể gây phóng điện ngợc tới các thiết bị điện của trạm. Do đó ta phải tính toán kiểm tra yêu cầu của nối đất chống sét khi có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất. 2.Các yêu cầu cần kiểm tra. Đối với TBA 220/110(kV) khi có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất thì dòng điện sét I đi vào phải thỏa mẵn điều kiện : U đ = I.Z XK (0, đs ) < U 0,5MBA Trong đó : I : là biên độ của dòng điện sét. Z XK (0, đs ) : là tổng trở xung kích ở đầu vào của nối đất. U 0,5MBA = 460(kV) : là trị số phóng điện xung kích nhỏ nhất của MBA. Đối với MBA 110(kV) U 0,5MBA = 460(kV). Đối với MBA 220(kV) U 0,5MBA =900(kV). Vậy điều kiện của nối đất chống sét là U đ < U 0,5MBA = 460(kV). 3.Dạng sóng tính toán của dòng điện sét. Trong tính toán thiết kế ta chọn dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xiên góc có biên độ không đổi. Dạng sóng của dòng điện sét đợc cho nh đồ thị dới đây: Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43 Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp Phơng trình của dòng điện sét có dạng nh sau: Biên độ của dòng sét đợc qui định là I = 150(kA). Độ dốc của dòng sét là:a = 30(kA/às). Thời gian đầu sóng là : đs =I/a=150/30=5(às). Khi tính toán đợc giá trị tại chỗ điện sét đi vào nối đất U đ ta phải so sánh với U 50%MBA = 460(kV).Nếu U đ không thỏa mãn thì ta phải tiến hành nối đất bổ xung. 4.Tính toán lại trị số của điện trở nối đất nhân tạo theo yêu cầu của nối đất bổ xung. Do việc sử dụng một hệ thống nối đất chung cho cả nối đất an toàn và nối đất chống sét nên ta phải tính toán lại điện trở nối đất nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét. Vì trong nối đất chống sét : Khi dùng thanh ngang chôn sâu 0,8(m) thì k mùa =1,25. Khi dùng cọc dài 2(m) ữ3(m) chôn sâu 0,8(m) thì k mùa =1,15(m).Nên ta có Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43 I S (A) I t(s) đs Hình (2- 2) a.t khi t < đs I S = I khi t > đs [...]... (kV) Vì Uđ = 865,5 (kV) > U50%MBA= 460 (kV) nên ta phải tiến hành nối đất bổ xung để đảm bảo không có phóng điện ngợc 6 .Nối đất bổ sung Trong nối đất bổ sung ta sử dụng dạng nối đất tập trung gồm thanh và cọc Do việc xác định Zbsbằng lý thuyết lại rất kho khăn nên ta chọn hình thức nối đất bổ xung nh sau: Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43 Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp Chọn thanh nối đất. .. coc (set ). mv Vì ở đấy nối đất nhân tạo chỉ cần một mạch vòng xung quanh trạm là đủ.Ta không cần đóng thêm cọc nên ta có R NT (set ) = R mv (set ) = R mua (antoan ) 0,698.1,25 k mua (set ) = = 0,545 k mua (antoan ) 1,6 5 .Tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét Để tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét ta xét các điều kiện sau : + Bỏ qua nối đất tự nhiên + Trong tính toán đẻ đơn giản ta bỏ... cọc lcọc=3(m) Đờng kính d=0,04(m) Khoảng cách giữa hai cọc a=6(m) Độ chôn sâu t=0,8(m) Sơ đồ nối đất của hệ thống khi có nối đất bổ xung nh sau : Hình (2-5) Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43 Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp Sơ đồ nối đất của tia : lT t t=0,8m a lcọc Hình (2- 6) Nối đất đợc tính toán cho chống sét nên ta lấy hệ số kmùanh sau: Đối với thanh ngang chôn sâu t=0,8(m);kmùa=1,2 Đối... =1 Từ đó ta tính đợc: ZXK(0,đs) = A + B = 0,506 + 1,766 = 2,272() Điện áp khi có dòng điện đi vào nối đất tại thời điểm t = đs(thời điểm dòng điện sét đạt giá trị cực đại) là: Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43 Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp Uđ = I.ZXK(0,đs) = 150 2,272 = 340,8 (kV) > U50%MBA = 460 (kV) Vì giá trị của Uđ < U50%MBA nên hệ thống nối đất chống sét sau khi nối đất bổ xung thì... trên vào công thức ta đợc : R bx = R T R C 13,78 34,68 = = 7,15 R T C n + R C T 13,78 0,87 3 + 34,68 0,89 6.4.Tổng trở vào của hệ thống nối đất khi có nối đất bổ sung Sử dụng phép toán tử Laplax ta tìm đợc công thức tính tổng trở xung kích của hệ thống nối đất nh sau : R R (set ) 2.R NT (set ) Z XK (0, ds ) = bs NT + e 1 R bs + R NT (set ) k =1 R NT (set ) + R bx cos 2 X K - X 2 K ds 2 T1... trở xung kích của hệ thống nối đất tại thời điểm t = đs sẽ là : 2.T1 1 1 Z ( 0, ds ) = [ 1+ 2 (1 - e 2.G.l ds k =1 k ds TK ) ] Từ công thức trên ta thấy tổng trở xung kích của nối đất gồm hai thành phần: Thành phần biến thiên theo thời gian t (thành phần cảm ứng ) Thành phần ổn định có trị số bằng trị số điện trở xoay chiều là:1/(2.G.l) Tổng trở xung kích của hệ thống nối đất tiến tới trị số ổn định... trong chuỗi số này ta chỉ tính đến e-4(vì từ e-5trở đi có giá k =1 trị rất nhỏ) có nghĩa là ta tính với XK sao cho : Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43 Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp T X 2 K ds 4( X K > 0) X K 2. 1 (XK>0) 2 T1 ds Do coi mạch vòng của hệ thống nối đất là sự ghép song song của hai tia có cùng độ dài l=220(m) nên ta có sơ đồ hệ thống nối đất nh sau : L G Hình (2-... để tính toán : tt T k.l 2 T RT = ln 2..l T t.d T Trong đó : l-là chiều dài của thanh l=12(m) t-độ chôn sâu của thanh làm tia t=0,8(m) tt.T -điệ trở suất tính toán của đất đối với thanh làm tia chôn ở độ sâu t tt T = o k mua = 0,95.10 4.1,2 = 1,14.10 4 .cm = 1,14.10 2 .m d-đờng kính thanh làm tia Vì ta chọn thanh dẹt có bề rộng b=0,04(m) nên d=b/2=0,02(m) k-hệ số hình dáng Lấy k=1 Do nối đất. .. hệ phơng trình này ta đợc điện áp tại điểm bất kỳ và tại thời điểm t trên điện cực: a 1 U ( x, t ) = [ t + 2.T1 2 ( 1 - e G.l k =1 k - t TK ) cos k..x ] l Từ đó ta suy ra tổng trở xung kích ở đầu vào của nối đất 2.T1 1 1 Z ( 0, t ) = [1 + (1 - e G.l t k =1 k 2 - t TK ) ] Với : L.G.l 2 Tk = 2 2 (hằng số thời gian) k T L.G.l 2 T1 = ; Tk = 21 2 k Do coi hệ thống nối đất là sự gép song song của hai... I.ZXK(0,đs) = 150 2,272 = 340,8 (kV) > U50%MBA = 460 (kV) Vì giá trị của Uđ < U50%MBA nên hệ thống nối đất chống sét sau khi nối đất bổ xung thì hoàn toàn đật yêu cầu về nối đất chống sét, do đó máy biến áp sẽ hoàn toàn an toàn khi có sét đánh vào trạm Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43 . điện trở nối đất nhân tạo theo yêu cầu của nối đất bổ xung. Do việc sử dụng một hệ thống nối đất chung cho cả nối đất an toàn và nối đất chống sét nên ta phải tính toán lại điện trở nối đất nhân. đất nhỏ.Trong HTĐ có 3 loại nối đất khác nhau : Nối đất an toàn. Nối đất làm việc. Nối đất chống sét. 1. Nối đất an toàn: Nối đất an toàn có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho ngời khi cách điện của. Loại nối đất này bao gồm: Nối đất điểm trung tính MBA trong HTĐ có điểm trung tính nối đất, nối đất của MBA đo lờng và của các kháng điện bù ngang trên các đờng đây tải điện đi xa. 3. Nối đất