Bài tập dài đề tài thiết kế bảo vệ chống sét trạm biến áp 220 110kv

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN ====o0o==== ĐỀ TÀI: BÀI TẬP DÀI THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV Giảng viên hướxng dẫn: Sinh viên thực hiện: Lớp: MSSV: PGS.TS TRẦN VĂN TỚP TRẦN ANH TUẤN Điện 02 – K63 20181294 Hà Nội, 11-2021 Mục Lục A Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp……………………3 I, Khái quát chung………………………………………………………………………3 II, Các yêu cầu kĩ thuật………………………………………………………………….3 III, Phạm vi bảo vệ cột thu sét …………………………………………………… 1, Phạm vi bảo vệ cột thu sét độc lập………………………………………… 2, Phạm vi bảo vệ hay nhiều cột thu sét có độ cao giống nhau………………5 3, Phạm vi bảo vệ hay nhiều cột thu sét có độ cao khác nhau……………… 4, Phạm vi bảo vệ nhóm cột ( số cột >2 )………………………………….6 5, Phạm vi bảo vệ dây thu sét………………………………………………… IV, Tính tốn phương án bảo vệ chống sét đánh cho trạm biến áp…………………8 1, Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ……………………………………………………8 2, Sơ đồ mặt …………………………………………………………………10 3, Sơ đồ mạch đường dây………………………………………………………….10 4, Sơ đồ mạch máy biến áp……………………………………………………… 11 5, Sơ đồ mặt đơn giản ……………………………………………………….11 6, Tính toán phương án chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp………………11 B Thiết kế hệ thống nối đất………………………………………………………………22 I, Khái quát chung…………………………………………………………………… 22 II, Các yêu cầu kĩ thuật……………………………………………………………… 22 III, Lý thuyết tính tốn nối đất……………………………………………………… 24 1, Tính tốn nối đất an tồn……………………………………………………… 24 2, Tính tốn nối đất chống sét…………………………………………………… 27 IV, Tính tốn nối đất an toàn………………………………………………………….30 1, Nối đất tự nhiên…………………………………………………………………30 2, Nối đất nhân tạo ……………………………………………………………… 31 V, Tính tốn nối đất chống sét ……………………………………………………… 32 1, Tính tốn nối đất chống sét kiểm tra điều kiện phóng điện………………….32 2, Nối đất bổ sung…………………………………………………………………33 A Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp I Khái quát chung 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 Do thiết bị trạm bị sét đánh trực tiếp dẫn đến hậu nghiêm trọng làm hỏng thiết bị trạm mà cịn ảnh hưởng lớn đến tồn hệ thống điện Do việc tính tốn bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp quan trọng Qua đó, ta đưa phương án bảo vệ trạm cách an toàn kinh tế Nhằm đảm bảo toàn thiết bị trạm bảo vệ an toàn khỏi 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 dây dẫn nối từ xà cuối trạm cột đường dây Do tùy trạm cụ thể mà ta thiết kế hệ thống thu sét phù hợp đáp ứng nhu cầu kỹ thuật kinh tế trạm II Các yêu cầu kỹ thuật Tất thiết bị bảo vệ cần phải nằm phạm vi an toàn hệ thống bảo vệ Tùy thuộc vào đặc điểm mặt trạm cấp điện áp mà hệ thống cột thu sét đặt độ cao có sẵn cơng trinhg 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 nhỏ: Đối với trạm biến áp ngồi trời từ 110kV 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 I, khuếch tán vào đất theo – 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 Nơi yếu trạm biến áp 110 kV trở lên cuộn dây máy biến áp Vì dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp yêu cầu khoảng cách điểm nối đất vào hệ thống nối đất hệ thống thu sét vỏ máy biến áp theo đường điện phải lớn 15m Khi đặt cách ly hệ thống thu sét cơng trình phải có khoảng cách troPhần dẫn điện hệ thống thu sét phải có tiết diện đủ lớn để đảm bảo thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt độ có dịng điện sét qua III Phạm vi bảo vệ cột thu sét Phạm vi bảo vệ cột thu sét độc lập Phạm vi bảo vệ cột thu sét miền giới hạn mặt ngồi hình chóp trịn xoay có đường kính xác định cơng thức = 1+ℎℎ 1,6 (ℎ−ℎ ) h: độ cao cột thu sét ℎ : độ cao vật cần bảo vệ h-ℎ : độ cao hiệu dụng cột thu sét : bán kính phạm vi bảo vệ Để dễ dàng thuận tiện tính tốn thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn giản hóa với đường sinh hình chóp có dạng đường gãy khúc biểu diễn hình + + Bán kính bảo vệ mức cao khác tính tốn theo cơng thức sau: Nếu ℎ ≤ 23 h = 1,5h(1 − 0,8ℎℎ) Nếu ℎ > 23 h = 1,75h (1 − ℎℎ )  Cơng thức áp dụng với cột thu sét cao 30m Phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột thu sét có độ cao giống Phạm vi bảo vệ cột thu sét kết hợp lớn nhiều so với tổng phạm vi bảo vệ cột đơn Nhưng để cột thu sét phối hợp khoảng cách a cột phải thỏa mã điều kiện a < 7h (h chiều cao cột) - Khi cột thu sét có độ cao h, đặt cách khoảng a (a ℎ0 = 0,75ℎ0(1 - ℎ0 Khi chiều cao cột thu sét vượt q 30m cịn phải tính ℎ theo công thức a (với p = ℎ0=ℎ- ) - Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao khác Giả sử có 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 cách ℎ2 đoạn a’ Phần lại giống phạm vi bảo vệ cột với a’ = a – x x= 1,6(ℎ1−ℎ2) 1+ ℎ ℎ1 - - Sơ đồ phạm vi bảo vệ cột thu sét khác chiều cao Phạm vi bảo vệ nhóm cột (số cột > 2) Một nhóm cột hình thành đa giác phạm vi bảo vệ toàn miền đa giác phần giới hạn bao giống đôi cột Sơ đồ phạm vi bảo vệ nhóm cột - - Vật có độ cao ℎ nằm đa giác hình thành cột thu sét bảo vệ thỏa mãn điều kiện: - Với D đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành cột thu sét Khi độ cao cột thu sét lớn 30m điều kiện bảo vệ cần hiệu chỉnh D a) - theo p = 5,5 √ℎ ≤ (h - ℎ ) p Phạm vi bảo vệ dây thu sét Phạm vi bảo vệ dây thu sét độc lập Phạm vi bảo vệ dây thu sét độc lập dải rộng Chiều rộng phạm vi bảo vệ phụ thuộc vào mức cao ℎ biểu diễn hình vẽ 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 ℎ ≤ ℎ = 1,2h(10.8ℎ ℎ > + Nếu ℎ  b) - ℎ ) ℎ Chú ý: Khi độ cao cột lớn 30m điều kiện bảo vệ cần hiệu chỉnh theo p = 5,5 √ℎ Phạm vi bảo vệ hai dây thu sét Để phối hợp bảo vệ dây thu sét phải đảm bảo khoảng cách dây < 4ℎ Với khoảng cách s dây bảo vệ điểm độ cao ℎ ℎ =ℎ− - = 1,2h(1- Sơ đồ phạm vi bảo vệ 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 IV - độ cao ℎ0 = ℎ − so với đất Tính tốn phương án bảo vệ chống sét đánh cho trạm biến áp Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ Trạm biến áp: Trạm 220/110kV Số lượng MBA: máy Sơ đồ nối điện chính: Phía 220kV: sơ đồ góp, đường dây 220kV Phía 110kV: sơ đồ góp có góp vịng, đường dây 110kV - Độ cao xà đón dây 220 kV: 16,7m; độ cao xà góp 220 kV: 10,4m Độ cao xà đón dây 110 kV: 11,4m; độ cao xà góp 110 kV: 7,7m Khoảng cách pha phía 220kV: 4,3m Khoảng cách pha phía 110kV: 2,3m Khoảng cách sân 220/110kV: 24m Tổng diện tích trạm: 22418,24 10