thiết kế đồ án tốt nghiệp tính toán chống sét cho đz và trạm biến áp 11035kv châu khê – từ sơn – bắc ninh

Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên độ và độ dốc phân bố theo hàng biến thiên trong phạm vi rộng từ vài kA đến vàitrăm kA dạng sóng của dòng điện s

Ch ơng mở đầu :

hiện tợng dông sét và ảnh hởng của dông sét đến hệ thống điện việt nam

Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lợng bao gồm NMĐ - đờngdây - TBA và các hộ tiêu thụ điện Trong đó có phần tử có số lợng lớn và kháquan trọng đó là các TBA, đờng dây Trong quá trình vận hành các phần tử nàychịu ảnh hởng rất nhiều sự tác động của thiên nhiên nh ma, gió, bão và đặc biệtnguy hiểm khi bị ảnh hởng của sét Khi có sự cố sét đánh vào TBA, hoặc đờngdây nó sẽ gây h hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn tới việc ngừng cung cấp

điện và gây thiệt hại lớn tới nền kinh tế quốc dân

Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm chi phí thiệt hại và nâng cao độ antoàn khi vận hành chúng ta phải tính toán và bố trí bảo vệ chống sét cho HTĐ

1.1 - Hiện t ợng dông sét

1.1.1 - Khái niệm chung:

Dông sét là một hiện tợng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khikhoảng cách giữa các điện cực khá lớn (trung bình khoảng 5km)

Hiện tợng phóng điện của dông sét gồm hai loại chính đó là phóng điện giữacác đám mây tích điện và phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất.Trong phạm vi đồ án này ta chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mâytích điện với mặt đất (phóng điện mây - đất) Với hiện tợng phóng điện này gâynhiều trở ngại cho đời sống con ngời

Các đám mây đợc tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cờng độ

điện trờng lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất Giai đoạn này làgiai đoạn phóng điện tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo củalần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.107cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độtăng lên khoảng 2.108 cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng

điện kế tiếp nhau bởi vì trong cùng một đám mây thì có thể hình thành nhiềutrung tâm điện tích, chúng sẽ lần lợt phóng điện xuống đất)

Tia tiên đạo là môi trờng Plasma có điện tích rất lớn Đầu tia đợc nối với mộttrong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâmnày đi vào trong tia tiên đạo Phần điện tích này đợc phân bố khá đều dọc theochiều dài tia xuống mặt đất 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 tùy thuộc vàotình hình dẫn điện của đất Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì điểm này

nằm ngay ở phía dới đầu tia tiên đạo Còn nếu vùng đất có điện dẫn không đồngnhất (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tập trung vềnơi có điện dẫn cao.

Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đờng sức nối liền giữa đầu tiatiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất và nh vậy địa điểm sét đánh trênmặt đất đã đợc định sẵn

Do vậy để định hớng cho các phóng điện sét thì ta phải tạo ra nơi có mật độtập trung điện diện tích lớn Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho cáccông trình đợc dựa trên tính chọn lọc này của phóng điện sét

Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngợc là  và mật độ điện trờng của điệntích trong tia tiên đạo là  thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và trong

đất sẽ là:

is=  

Công thức này tính toán cho trờng hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị

số điện trở nhỏ không đáng kể)

Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên

độ và độ dốc phân bố theo hàng biến thiên trong phạm vi rộng (từ vài kA đến vàitrăm kA) dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt củasét ứng với giai đoạn phóng điện ngợc (hình 1-1)

- Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khíquyển và gây hậu quả nghiêm trọng nh đã trình bày ở trên

1.1.2 - Tình hình dông sét ở Việt Nam:

Việt Nam là một trong những nớc khí hậu nhiệt đới, có cờng độ dông sét khámạnh Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nớc Việt nam có một

đặc điểm dông sét khác nhau :

+ ỏ miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70  110 ngày trong một năm và

số lần dông từ 150  300 lần nh vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2  3cơn dông

+ Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái Tại đây hàng năm có từ

250 300 lần dông tập trung trong khoảng 100  110 ngày Tháng nhiều dôngnhất là các tháng 7, tháng 8

+ Một số vùng có địa hình thuận lợi thờng là khu vực chuyển tiếp giữa vùngnúi và vùng đồng bằng, số trờng hợp dông cũng lên tới 200 lần, số ngày dông lên

đến 100 ngày trong một năm Các vùng còn lại có từ 150  200 cơn dông mỗinăm, tập trung trong khoảng 90  100 ngày

+ Nơi ít dông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có dới 80ngày dông

Xét dạng diễn biến của dông trong năm, ta có thể nhận thấy mùa dông khônghoàn toàn đồng nhất giữa các vùng Nhìn chung ở Bắc Bộ mùa dông tập chungtrong khoảng từ tháng 5 đến tháng 9 Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, ở phầnphía Bắc (đến Quảng Ngãi) là khu vực tơng đối nhiều dông trong tháng 4, từtháng 5 đến tháng 8 số ngày dông khoảng 10 ngày/ tháng, tháng nhiều dông nhất(tháng 5) quan sát đợc 12  15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16ngày/tháng ), những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10)dông còn ít, mỗi tháng chỉ gặp từ 2  5 ngày dông

Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít dông nhất,thờng chỉ có trong tháng 5 số ngày dông khoảng 10/tháng nh Tuy Hoà10ngày/tháng, Nha Trang 8 ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng

ở miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120  140ngày/năm, nh ở thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/ năm.Mùa dông ở miền Nam dài hơn mùa dông ở miền Bắc đó là từ tháng 4 đến tháng

11 trừ tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dông

đều quan sát đợc trung bình có từ 15  20 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiềudông nhất trung bình gặp trên 20 ngày dông/tháng nh ở thành phố Hồ Chí Minh

22 ngày, Hà Tiên 23 ngày

ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn hơn và số lần dông cũng ít hơn,tháng nhiều dông nhất là tháng 5 cũng chỉ quan sát đợc khoảng 15 ngày dông ở

Bắc Tây Nguyên, 10  12 ở Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10ngày, PLâycu 17 ngày

Số ngày dông trên các tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam xem bảng1-1

Từ bảng trên ta thấy Việt Nam là nớc phải chịu nhiều ảnh hởng của dông sét,

đây là điều bất lợi cho H.T.Đ Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu t nhiều vàocác thiết bị chống sét Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kế phải chútrọng khi tính toán thiết kế các công trình điện sao cho HTĐ vận hành kinh tế,hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy

Hà Giang 0,1 0,6 5,1 8,4 15 17 22 20 9,2 2,8 0,9 0,0 102

Sa Pa 0,6 2,6 6,6 12 13 15 16 18 7,3 3,0 0,9 0,3 97 Lào Cai 0,4 1,8 7,0 10 12 13 17 19 8,1 2,5 0,7 0,0 93 Yên Bái 0,2 0,6 4,1 9,1 15 17 21 20 11 4,2 0,2 0,0 104 Tuyên Quang 0,2 0,0 4,0 9,2 15 17 22 21 11 4,2 0,5 0,0 106 Phú Thọ 0,0 0,6 4,2 9,4 16 17 22 21 11 3,4 0,5 0,0 107 Thái Nguyên 0,0 0,3 3,0 7,7 13 17 17 22 12 3,3 0,1 0,0 97

Hà Nội 0,0 0,3 2,9 7,9 16 16 20 20 11 3,1 0,6 0,9 99 Hải Phòng 0,0 0,1 7,0 7,0 13 19 21 23 17 4,4 1,0 0,0 111 Ninh Bình 0,0 0,4 8,4 8,4 16 21 20 21 14 5,0 0,7 0,0 112 Lai Châu 0,4 1,8 13 12 15 16 14 14 5,8 3,4 1,9 0,3 93

Điện Biên 0,2 2,7 12 12 17 21 17 18 8,3 5,3 1,1 0,0 112 Sơn La 0,0 1,0 14 14 16 18 15 16 6,2 6,2 1,0 0,2 99 Nghĩa Lộ 0,2 0,5 9,2 9,2 14 15 19 18 10 5,2 0,0 0,0 99 Thanh Hoá 0,0 0,2 7,3 7,3 16 16 18 18 13 3,3 0,7 0,0 100 Vinh 0,0 0,5 6,9 6,9 17 13 13 19 15 5,6 0,2 0,0 95 Con Cuông 0,0 0,2 13 13 17 14 13 20 14 5,2 0,2 0,0 103

Đồng Hới 0,0 0,3 6,3 6,3 15 7,7 9,6 9,6 11 5,3 0,3 0,0 70 Cửa Tùng 0,0 0,2 7,8 7,8 18 10 12 12 12 5,3 0,3 0,0 85

Phía Nam

Huế 0,0 0,2 1,9 4,9 10 6,2 5,3 5,1 4,8 2,3 0,3 0,0 41,8

Đà Nẵng 0,0 0,3 2,5 6,5 14 11 9,3 12 8,9 3,7 0,5 0,0 69,5 Quảng Ngãi 0,0 0,3 1,2 5,7 10 13 9,7 1,0 7,8 0,7 0,0 0,0 59,1 Quy Nhơn 0,0 0,3 0,6 3,6 8,6 5,3 5,1 7,3 9,6 3,3 0,6 0,0 43,3 Nha Trang 0,0 0,1 0,6 3,2 8,2 5,2 4,6 5,8 8,5 2,3 0,6 0,1 39,2 Phan Thiết 0,2 0,0 0,2 4,0 13 7,2 8,8 7,4 9,0 6,8 1,8 0,2 59,0 Kon Tum 0,2 1,2 6,8 10 14 8,0 3,4 0,2 8,0 4,0 1,2 0,0 58,2 Playcu 0,3 1,7 5,7 12 16 9,7 7,7 8,7 17 9,0 2,0 0,1 90,7

Đà Lạt 0,6 1,6 3,2 6,8 10 8,0 6,3 4,2 6,7 3,8 0,8 0,1 52,1 Blao 1,8 3,4 11 13 10 5,2 3,4 2,8 7,2 7,0 4,0 0,0 70,2 Sài Gòn 1,4 1,0 2,5 10 22 19 17 16 19 15 11 2,4 138 Sóc Trăng 0,2 0,0 0,7 7,0 19 16 14 15 13 1,5 4,7 0,7 104

Hà Tiên 2,7 1,3 10 20 23 9,7 7,4 9,0 9,7 15 15 4,3 128

1.2- ảnh h ởng của dông sét đến h.t.đ việt nam:

- Nh đã trình bày ở phần trớc biên độ dòng sét có thể đạt tới hàng trăm kA,

đây là nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua vật nào đó Thực tế

đã có dây tiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã bịnóng chảy và đứt, thậm chí có những cách điện bằng sứ khi bị dòng điện sét tácdụng đã bị vỡ và chảy ra nh nhũ thạch, phóng điện sét còn kèm theo việc dichuyển trong không gian lợng điện tích lớn, do đó tạo ra điện từ trờng rất mạnh,

đây là nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị điện tử, ảnh hởng của nó rấtrộng, ở cả những nơi cách xa hàng trăm Km.

- Khi sét đánh thẳng vào đờng dây hoặc xuống mặt đất gần đờng dây sẽ sinh

ra sóng điện từ truyền theo dọc đờng dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách

điện của đờng dây Khi cách điện của đờng dây bị phá hỏng sẽ gây nên ngắnmạch pha - đất hoặc ngắn mạch pha – pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đờngdây phải làm việc Với những đờng dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắtnhảy có thể gây mất ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy

điện làm việc không nhanh có thể dẫn đến rã lới Sóng sét còn có thể truyền từ ờng dây vào trạm biến áp hoặc sét đánh thẳng vào trạm biến áp đều gây nênphóng điện trên cách điện của trạm biến áp , điều này rất nguy hiểm vì nó tơng

đ-đơng với việc ngắn mạch trên thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng Mặt khác,khi có phóng điện sét vào trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áplàm việc không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp bị chọc thủng gây thiệthại vô cùng lớn

Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự cốlới điện, vì vậy dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe dọa hoạt động của lới

điện

*Kết luận:

Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hởng của dông séttới hoạt động của lới điện Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho lới điện vàtrạm biến áp là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lới điện Ch

ơng 1:

bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp 110/35 kV Châu Khê - Bắc Ninh.

3.1-Khái niệm chung.

Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải và phânphối điện

Đối với trạm biến áp 110/35kV Châu Khê - Bắc Ninh thì các thiết bị điện của trạm đợc đặt ngoài trời nên khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm

mà còn gây nên những hậu quả cho những ngành công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện Do vậy trạm biến áp thờng có yêu cầu bảo vệ khá cao

Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp ngời ta dùng hệthống cột thu lôi, dây thu lôi Tác dụng cuả 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

d-ới hệ thống này

Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào

hệ nối đất Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của

bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo saocho khi có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn

để gây phóng điện ngợc đến các thiết bị khác gần đó

Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cầnphải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo về yêu cầu về

Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng đợc độ cao củaphạm vi bảo vệ và sẽ giảm đợc độ cao của cột thu lôi Nhng mức cách điện củatrạm phải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngợc từ hệ thống thu sétsang thiết bị Vì đặt kim thu sét trên các thanh xà của trạm thì khi có phóng điệnsét, dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên mộtphần điện cảm của cột, phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ng ợc

từ hệ thống thu sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi mà mức cách điệnkhông đủ lớn Do đó điều kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà củatrạm là mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ

Đối với trạm phân phối có điện áp từ 110kV trở lên có mức cách điện khácao (cụ thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) do đó cóthể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm và các kết cấu trên đó có đặt cộtthu lôi thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm theo đờng ngắn nhất saocho dòng điện sét khuyếch tán vào đất theo 3 đến 4 cọc nối đất, mặt khác mỗi trụphải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất

Khâu yếu nhất trong trạm phân phối ngoài trời điện áp từ 110kV trở lên làcuộn dây máy biến áp vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêucầu khoảng cách giữa điểm nối vào hệ thống của cột thu lôi và điểm nối vào hệthống nối đất của vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đờng điện

Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn địnhnhiệt khi có dòng điện sét chạy qua

Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn

điện phải đợc cho vào ống chì và chôn trong đất

Với yêu cầu thiết kế hệ thống chống sét cho trạm 110kV và dựa vào độ caocủa các thiết bị ta có thể bố trí đợc các cột thu lôi và tính đợc độ cao của chúng

3.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán.

- Độ cao cột thu lôi:

h =hx + ha (3 – 1)

Trong đó: + hx : độ cao của vật đợc bảo vệ

+ ha : độ cao tác dụng của cột thu lôi, đợc xác định theo từng nhóm cột (ha  D/8 m)

(với D là đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột)

- Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là:

)2 3(

) h h(

h 1 (

h 5 , 1

rx   x (3 –3)

h

h 1 (

h 75 , 0

rx   x (3-4)Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn từng cột đơn cộnglại Nhng để các cột thu lôi có thể phối hợp đợc thì khoảng cách a giữa hai cộtphải thoả mãn a  7h ( trong đó h là độ cao của cột thu lôi )

Khi có hai cột thu lôi đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữahai cột là ho và đợc xác định theo công thức:

) (

Hình (3 – 1 ): Tr ờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao bằng nhau

rx

0,2hh

a

- Trờng hợp hai cột thu lôi có độ cao khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo

vệ đợc xác định nh sau:

- Khi có hai cột thu lôi A và B có độ cao h1 và h2 nh hình vẽ dới đây:

(Hình 3 – 2 ): Tr ờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao khác

a

- Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h2 , khi đó cáckhoảng cách AB = a; BC = a' Khi đó xác định đợc các khoảng cách x và a' nh sau:

) ( )

h h (

h h

, - a x - a a'

) h h (

h h

, x

7 3 1

6 1

6

2 1 1 2

2 1 1 2

Đối với trờng hợp khi có hai cột thu lôi cao bằng nhau ta có phạm vi bảo vệ ở

độ cao lớn nhất giữa hai cột là ho :

7

a h

Tơng tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột B và C là:

) h h (

h h

, a h 7

a' h

1 2 2

2

1

6 1

h h

,



 1

2 1

6 1

3.3.2- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp 110/35kV Châu Khê - Bắc Ninh.

- Trạm có diện tích là: 57 x 58,350m và bao gồm:

+ Hai máy biến áp T1 và T2

+ 2 lộ 110kV và 6 lộ 35kV

- Độ cao các thanh xà phía 110kV là 10m và 8m

- Độ cao các thanh xà phía 35kV là 9m và 7m

- Ngoài ra trạm còn có 3 cột chiếu sáng cao 21m

3.3.3- Trình tự tính toán.

Trạm biến áp E27.3 Phù Khê đợc hai đờng 110kV cấp, đó là lộ đờng dâymạch kép Phả Lại đi Đông Anh, hai đờng 110kV này đợc nối với nhau qua máycắt liên lạc giữa hai hệ thống thanh góp

Trạm có cấp điện áp 110/35kV và có hai máy biến áp T1 ; T2 đợc nối với hai

lộ đờng dây vào 110kV và sáu lộ đờng dây 35kV

Phía 110kV có hai hệ thống thanh góp và có máy cắt liên lạc

Sau khi khảo sát sơ bộ sơ đồ mặt bằng trạm, vị trí bố trí các thiết bị trongtrạm và yêu cầu bảo vệ của mỗi thiết bị, ta đa ra hai phơng án đặt cột thu lôi nhsau:

3.3.3.1- Ph ơng án 1

- Các cột thu lôi phía trạm 110kV đợc bố trí độc lập là cột số 5 có độ cao là21m; các cột số 1 đến số 4 đợc bố trí trên các thanh xà có độ cao 10m và các cột

- Các cột thu lôi phía 35kV đợc bố trí trên các thanh xà có độ cao 9m, cột caothêm 7m, kim thu sét cao 5m là các cột số 6;7;8;9 Ngoài ra còn hai cột thu lôi

độc lập cao 21m là cột số 10 và 11 Hình ( 3 – 3 )

5

1 0 2

Tính độ cao tác dụng của cột thu lôi:

Để bảo vệ đợc một diện tích giới hạn bởi một tam giác (hoặc tứ giác) thì độcao của cột thu lôi phải thoả mãn: D  8ha

Trong đó:

- D: Là đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác ( hoặc tứ giác), tạo bởi cácchân cột đó là phạm vi mà nhóm cột có thể bảo vệ đợc

- ha : Là độ cao tác dụng của cột thu lôi

Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi bao giờ cũng lớn hơn phạm vibảo vệ của cột đơn cộng lại Điều kiện để cho hai cột thu lôi có thể phối hợp đợcvới nhau để bảo vệ đợc vật có độ cao hx nào đó là: a  7h

Với a là khoảng cách giữa hai cột thu lôi

- Xét nhóm cột 1;2;5

Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi cáccột 1;2;5 (1  2 = 26m; từ điểm giữa 12 với 5 = 8,5m ) Và đờng kính vòngtròn là:

Xét tam giác (1;2;5) , ta có: (1;2)=26 m ; (0;5)=8,5 m, suy ra :

m 53 , 15 5 , 8 13 )

2

; 0 ( ) 5

; 0 ( )

c p ).(

b p ).(

a p (

p

.

c b a

+ r là bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5)

Hình (3–3): Đờng tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột thu lôi

Thay số vào (3 –8 ) ta có:

Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5) là:

53 28 2

53 15 53 15 26

, ,

,

) , ,

).(

, ,

).(

, (

,

, ,

53 15 53 28 53 15 53 28 26 53 28 53 28 4

53 15 53 15 26

Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5) là: D =14,2 2 = 28,4m

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 1;2;5 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giớihạn bởi chúng là:

m , , D

8

4 28

27 24 9 20 17

9 , 20 31 ).(

17 31 (

31

4

27 , 24 9 , 20 17

Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (3;4;5) là: D =12,55 2 = 25,1m

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 3;4;5 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giớihạn bởi chúng là:

m , , D

8

1 25

2 21 15 15

,

,

m , ) , ,

).(

, ).(

, (

,

,

2 21 6 25 15 6 25 15 6 25 6 25 4

2 21 15 15

Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11) là: D = 10,6 2 =21,2m

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 6;7;11 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tíchgiới hạn bởi chúng là:

m , , D

8

2 21



Vì tam giác (8;9;10)bằng tam giác (6;7;11) nên ta có độ cao tác dụng tốithiểu để các cột 8;9;10 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là:

m , , D

8

2 21



Các cột 2;5;3 Có: (2  5) = 19m; (35) = 24m ); (23) = 28,85m

9 35 2

85 28 24 19

24 9 , 35 ).(

19 9 , 35 (

9 , 35

4

85 , 28 24 19

Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11) là: D = 14,75 2 =29m

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 2;5;3 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giớihạn bởi chúng là:

m ,

Tính độ cao cột thu lôi – chọn kim thu sét:

Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp

đợc xác định bởi:

Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi

+ hx: độ cao của vật đợc bảo vệ

+ ha: độ cao tác dụng của cột thu lôi

Đối với phía 110kV các thanh xà cao 10m (hx = 10m) do đó độ cao tối thiểucủa cột thu lôi là: h = hx + ha =10 + 3,6 = 13,6m

Vì chủng loại chung của cột ly tâm cốt sắt có độ cao 12m ;16 m, mặt khác do

có các cột chiếu sáng có độ cao là 21m, nên ta chọn loại cột 16m Kim thu sét tachọn loại sắt ống có chiều cao là 5m Do đó độ cao cột thu lôi là:

h = 16 + 5 = 21m

Vậy độ cao bảo vệ phía 110kV là: 21m

Đối với phía 35kV các thanh xà cao 9m (hx = 9m) do đó độ cao tối thiểu củacột thu lôi là: h = hx + ha =9 + 3,55 = 12,6m

Ta cũng chọn độ cao bảo vệ phía 35kV là: 21m

Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi:

* Bán kính bảo vệ của cột thu lôi cao 21m:

- Bán kính bảo vệ ở độ cao 10m: hx =10 m < 2/3 h = 14 m Nên:

m ,

,

, h ,

h h

,

21 8 0

10 1

21 5 1 8

0 1 5

m ,

,

, h ,

h h

,

21 8 0

9 1 21 5 1 8

0 1 5

,

, h ,

h h

,

21 8 0

8 1 21 5 1 8

0 1 5

,

, h ,

h h

,

21 8 0

7 1 21 5 1 8

0 1 5

* Ph¹m vi b¶o vÖ cña c¸c cÆp cét thu l«i:

- XÐt cÆp cét 1;2 Kho¶ng c¸ch gi÷a hai cét lµ: a = 26m

§é cao lín nhÊt cña khu vùc b¶o vÖ gi÷a hai cét thu l«i lµ:

m , a

h

7

26 21

, , , h

,

h h

, r

o

x o

3 17 8 0

10 1

3 17 5 1 8

0 1 5

, , , h

,

h

h , r

o

x o

3 17 8 0

8 1

3 17 5 1 8

0 1 5

h

7

53 15 21

, , , h

,

h

h , r

o

x o

78 18 8 0

10 1

78 18 5 1 8

0 1 5

, , , h

,

h

h , r

o

x o

78 18 8 0

8 1

78 18 5 1 8

0 1 5

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

m , a

h

7

17 21

, , , h

,

h

h , r

o

x o

57 18 8 0

8 1

57 18 5 1 8

0 1 5

, , , h

,

h

h , r

o

x o

57 18 8 0

8 1

57 18 5 1 8

0 1 5

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

m , ,

a h

7

27 24 21

, , , h

,

h

h , r

o

x o

53 17 8 0

10 1

53 17 5 1 8

0 1 5

, , , h

,

h

h , r

o

x o

53 17 8 0

8 1

53 17 5 1 8

0 1 5

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

m ,

a h

7

88 20 21

, , h

,

h

h , r

o

x o

18 8 0

10 1 18 5 1 8

0 1 5

, , h

,

h

h , r

o

x o

18 8 0

8 1 18 5 1 8

0 1 5

- Xét cặp cột 2;3: khoảng cách giữa hai cột là: a =28,85m

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

m , ,

a h

7

85 28 21





ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 11,25m

m , ,

, , , h

,

h

h , r

o

x o

878 16 8 0

10 1

878 16 5 1 8

0 1 5

, , , h

,

h

h , r

o

x o

878 16 8 0

8 1

878 16 5 1 8

0 1 5

- XÐt cÆp cét 6;7: kho¶ng c¸ch gi÷a hai cét lµ: a = 15m

§é cao lín nhÊt cña khu vùc b¶o vÖ gi÷a hai cét thu l«i lµ:

m ,

a h

7

12 21

,

h h

, r

o

x o

28 19 8 0

9 1

28 19 5 1 8

0 1 5

,

, , h

,

h

h , r

o

x o

28 19 8 0

7 1

28 19 5 1 8

0 1 5

- XÐt cÆp cét 6;11: kho¶ng c¸ch gi÷a hai cét lµ: a = 15m

§é cao lín nhÊt cña khu vùc b¶o vÖ gi÷a hai cét thu l«i lµ:

m ,

a h

7

12 21

- XÐt cÆp cét 7;11: kho¶ng c¸ch gi÷a hai cét lµ: a  a(67) 2  15 2  21 , 21 m

§é cao lín nhÊt cña khu vùc b¶o vÖ gi÷a hai cét thu l«i lµ:

m , ,

a h

7

21 21 21

, , , h

,

h

h , r

o

x o

969 17 8 0

9 1

969 17 5 1 8

0 1 5

, , , h

,

h

h , r

o

x o

969 17 8 0

7 1

969 17 5 1 8

0 1 5

- XÐt cÆp cét 8;9: kho¶ng c¸ch gi÷a hai cét lµ: a = 15m

§é cao lín nhÊt cña khu vùc b¶o vÖ gi÷a hai cét thu l«i lµ:

m , a

h

7

12 21





- ở độ cao 7m: rxo = 15,795m.

- Xét cặp cột 9;10: khoảng cách giữa hai cột là: a = 15m

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

m ,

a h

7

12 21

a h

7

21 21 21

, , , h

,

h

h , r

o

x o

969 17 8 0

9 1

969 17 5 1 8

0 1 5

, , , h

,

h

h

,

r

o

x o

969 17 8 0

7 1

969 17 5 1 8

0 1 5

- Xét cặp cột 7;8: khoảng cách giữa hai cột là: a = 10m

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

m , a

h

7

10 21

, , , h

,

h

h , r

o

x o

57 19 8 0

9 1

57 19 5 1 8

0 1 5

, , , h

,

h

h , r

o

x o

57 19 8 0

7 1

57 19 5 1 8

0 1 5

Nhận xét: Quá tính toán ở trên ta vẽ phạm vi bảo vệ của hệ thống cột thu lôi

cho toàn trạm Cụ thể đợc trình bày ở hình (3 – 5 )

Từ hình vẽ (3 – 5 ) ta thấy rằng toàn bộ các thiết bị của trạm đều nằm trongphạm vi bảo vệ của các cột thu lôi

Vậy với cách bố trí thu lôi nh phơng án I là đảm bảo về mặt kỹ thuật

Bảng (3–1) và bảng (3-2) trình bày kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cộtthu lôi ở phơng án I

Bảng 3-1 : Kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu lôi

- Các cột thu lôi phía 35kV đợc bố trí trên các thanh xà có độ cao 9m, cột caothêm 7m, kim thu sét cao 5m là các cột số 6;7;8;9 Ngoài ra còn hai cột thu sét

độc lập cao 21m là cột số 10 và 11 ta đặt ở vị trí mới nh hình ( 3 – 6 )

Tính độ cao tác dụng của cột thu lôi:

Cách tính đợc tiến hành tơng tự nh ở phơng án 1

Xét nhóm cột (1;2;5) (2;3;5) (3;4;5):

Tơng tự nh ở phơng án 1 ta có bảng ( 3 – 3 ):

Nhóm cột Đờng kính vòng tròn

ngoại tiếp tam giác (D)

Độ cao tối thiểu để nhóm cột bảo vệ đợchoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng (ha)

77 16 77 16 15

, ,

,

m , ) , ,

).(

, ,

).(

, (

,

.

77 16 27 24 77 16 27 24 15 27 24 27 24 4

77 16 77 16 15

Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11)là: D =9,37.2 = 18,75m

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột (6;7;11) bảo vệ đợc hoàn toàn diện tíchgiới hạn bởi chúng là:

m , ,

D

8

75 18



Tơng tự ta có nhóm cột (8;9;10) có các giá trị nh nhóm cột (6;7;11):

ha =2,34m

Tính độ cao của cột thu lôi – kim thu sét:

- Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp

đợc xác định bởi:

Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi

+ hx: độ cao của vật đợc bảo vệ

+ ha: độ cao tác dụng của cột thu lôi

- Đối với phía 110kV các thanh xà cao 10m (hx = 10m) do đó độ cao tối thiểucủa cột thu lôi là: h = hx + ha =10 + 3,6 = 13,6m

Vì chủng loại chung của cột ly tâm cốt sắt có độ cao 12m; 16m, mặt khác do

có các cột chiếu sáng có độ cao là 21m, nên ta chọn loại cột 16m Kim thu sét tachọn loại sắt ống có chiều cao là 5m Do đó độ cao cột thu lôi là:

h = 16 + 5 = 21m

Vậy độ cao bảo vệ phía 110kV là: 21m

- Đối với phía 35kV các thanh xà cao 9m (hx = 9m) do đó độ cao tối thiểucủa cột thu lôi là: h = hx + ha =9 + 3,6 = 12,6m.

Ta cũng chọn độ cao bảo vệ phía 35kV là: 21m

Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi:

* Bán kính bảo vệ của cột thu lôi cao 21m:

Xét cặp cột (6;11) khoảng cách giữa hai cột là: a = 16,77m

Độ cao lớn nhất của khu vực đợc bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

m , ,

a h

7

77 16 21

, , , h

,

h

h , r

o

x o

8 16 8 0

9 1

8 16 5 1 8

0 1 5

, , , h

,

h

h , r

o

x o

8 16 8 0

7 1

8 16 5 1 8

0 1 5

Vậy với cách bố trí thu lôi nh phơng án I là đảm bảo về mặt kỹ thuật

Bảng (3–6): Kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu lôi ở phơng án 2

Nối đất làm việc.

Nhiệm vụ chính là đảm bảo sự làm việc bình thờng của thiết bị, hoặc một số

bộ phận của thiết bị yêu cầu phải làm việc ở chế độ nối đất trực tiếp Thờng lànối đất điểm trung tính máy biến áp Trong hệ thống điện có điểm trung tính trựctiếp nối đất, nối đất của máy biến áp đo lờng và các kháng điện dùng trong bùngang trên các đờng dây cao áp truyền tải điện

Nối đất chống sét.

Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất (khi sét đánh vào cột thu lôihay đờng dây) để giữ cho điện thế mọi điểm trên thân cột không quá lớn tránh tr-ờng hợp phóng điện ngợc từ cột thu lôi đến các thiết bị cần đợc bảo vệ

Nối đất an toàn.

Có tác dụng đảm bảo an toàn cho con ngời khi cách điện bị h hỏng Thựchiện nối đất an toàn bằng cách nối đất các bộ phận kim loại không mang điện

nh vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, các giá đỡ kim loại để khi cách điện bị hhỏng do lão hoá thì trên các bộ phận kim loại sẽ có một điện thế nhỏ không nguyhiểm (nếu không nối đất thì điện thế này sẽ làm nguy hiểm đến con ngời khichạm vào chúng) Do đó nối đất các bộ phận này là để giữ điện thế thấp và bảo

đảm an toàn cho con ngời khi tiếp xúc với chúng.Về nguyên tắc là phải tách rờicác hệ thống nối đất nói trên nhng trong thực tế ta chỉ dùng một hệ thống nối đấtchung cho các nhiệm vụ Song hệ thống nối đất chung phải đảm bảo yêu cầu củacác thiết bị khi có dòng ngắn mạch chạm đất lớn do vậy yêu cầu điện trở nối đấtphải nhỏ

Khi điện trở nối đất càng nhỏ thì có thể tản dòng điện với mật độ lớn, tácdụng của nối đất tốt hơn an toàn hơn Nhng để đạt đợc trị số điện trở nối đất nhỏ

thì rất tốn kém do vậy trong tính toán ta phải thiết kế sao cho kết hợp đợc cả haiyếu tố là đảm bảo về kỹ thuật và hợp lý về kinh tế

Một số yêu cầu về kỹ thuật của điện trở nối đất:

+ Đối với các thiết bị điện nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất phảithoả mãn: R  0,5.(Theo tiêu chuẩn nối đất an toàn trang 189 giáo trình kỹthuật điện cao áp)

+ Đối với các thiết bị có điểm trung tính không trực tiếp nối đất thì:



 I

125 R

+ Khi dùng nối đất tự nhiên nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn yêucầu của các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé thì không cần nối đất nhântạo nữa Còn nếu điện trở nối đất tự nhiên không thoả mãn đối với các thiết bịcao áp có dòng ngắn mạch chạm đất lớn thì ta phải tiến hành nối đất nhân tạo vàyêu cầu trị số của điện trở nối đất nhân tạo là: R  1

Bất kỳ một hệ thống nối đất nào cũng phải có các điện cực chôn trong đất vànối với thiết bị mà ta cần nối đất (điện cực thờng sử dụng là các cọc sắt thẳng

đứng hay các thanh dài nằm ngang) các điện cực này đợc chôn trong đất

có mức tản dòng điện sét phụ thuộc vào trạng thái của đất (vì đất là môi trờngkhông đồng nhất, khá phức tạp, nó phụ thuộc vào thành phần của đất nh các loạimuối, a xít chứa trong đất ) Điều kiện khí hậu cũng ảnh hởng đến độ dẫn điệncủa đất

ở Việt nam khí hậu thay đổi theo từng mùa độ ẩm của đất cũng thay đổi theodẫn đến điện trở suất cuả đất cũng biến đổi trong phạm vi rộng Do vậy trongtính toán thiết kế về nối đất thì trị số điện trở suất của đất dựa theo kết quả đo l-ờng thực địa và sau đó phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích là tăng cờng antoàn

Công thức hiệu chỉnh nh sau: tt = đ.Km

Trong đó:

tt: là điện trở suất tính toán của đất

đ: điện trở suất đo đợc của đất

Km : hệ số mùa của đất

Hệ số K phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu của điện cực

Đối với trạm biến áp ta thiết kế có cấp điện áp 110/35kV và các cột thu lôi

độc lập do đó ta sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu quả tản dòng điệntốt nhất

Mặt khác do đặt các cột thu lôi trên xà nên phần nối đất chống sét ta nốichung với mạch vòng nối đất của trạm

4.2- Các số liệu dùng để tính toán nối đất.

Điện trở suất đo đợc của đất: đ = 0,65.104 /cm =0,65.102 /m

Điện trở nối đất cột đờng dây: Rc = 9 

Dây chống sét sở dụng loại C- 70 có điện trở đơn vị là: Ro =2,38/km

Chiều dài khoảng vợt đờng dây là:

ds s

khi I I

t khi t a I

Trong đó:

a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/s

I: biên độ dòng điện sét I = 150kA

đs: thời gian đầu sóng lấy bằng 5s = s

Is



đs I tHình (4–1) : Dạng sóng của dòng sét.

4.3- trình tự tính toán.

Trạm điện thiết kế có điện áp là 110/35kV, phía 110kV là mạng điện cótrung tính trực tiếp nối đất nên yêu cầu của nối đất an toàn là: R  0,5 

Thành phần điện trở nối đất R gồm hai thành phần:

+ Điện trở nối đất tự nhiên (Rtn)

+ Điện trở nối đất nhân tạo (Rnt)

Đối với các thiết bị có điểm trung tính trực tiếp nối đất (có dòng chạm đấtlớn) thì yêu cầu điện trở nối đất nhân tạo phải có trị số nhỏ hơn 1.

Vậy điều kiện nối đất là:

) ( , R //

.

t

1

5 0

Từ đó rút ra:

) ( , R

, R R

n t

n t t

5 0

4.3.1- Điện trở nối đất tự nhiên.

Rt.n = 1,25  (đã cho trớc)

4.3.2- Điện trở nối đất nhân tạo.

) ( ,

, ,

, , , R

, R R

n t

n t t

5 0 25 1 5 0

5 0

Ta sẽ tính toán thiết kế hệ thống nối đất theo điều kiện điện trở nối đất

nhân tạo là: Rn.t.yc  0,833 

4.3.3- Tính nối đất nhân tạo của trạm 110kV.

Đối với trạm biến áp 110kV khi thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo ta sử dụnghình thức nối đất theo mạch vòng có chôn cọc

Mạch vòng bao quanh trạm có hình chữ nhật ABCD có kích thớc nh sau:Chiều dài l1 = 57m ; Chiều rộng l2 = 56,55m

Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của trạm nh hình (4 –2 ):

l

2

(4 – 1 )(4 – 2 )

Hệ thống nối đất mạch vòng của trạm ta chọn cọc loại thép góc 50x50x5,chiều dài l =2,5m với lý do là để thuận lợi cho việc thi công mà vẫn đảm bảo độdẫn điện tốt Mạch vòng nối giữa các cọc dùng loại sắt dẹt có kích thớc 50x5.Sơ đồ bố trí mạch vòng cọc trong hệ thống nối đất của trạm nh hình (4 – 3 ):a: là khoảng cách giữa các cọc theo chu vi mạch vòng.

n R

R R R

v.

m c v.

m c

v.

m c t.

Rc : là điện trở tản nối đất của cọc ()

Rm.v : là điện trở tản nối đất của mạch vòng ()

n : là số cọc sử dụng

m.v và c : tơng ứng là hệ số sử dụng mạch vòng, sử dụng cọc phụ thuộc

vào số cọc và tỷ số

l a

Tính điện trở của mạch vòng quanh trạm Rm.v :

) ( )

( d t

L k ln L

t là độ chôn sâu (để đảm bảo cho  ổn định ) : t = 0,8m.

k là hệ số phụ thuộc hình dạng của hệ thống nối đất Ta có:

1 00795 1 55 56

57

2

, l

, ,

, , ln , , , d

L k ln L

5 2 8 0

1 227 53 5 1 227 14 3 2 10 08 2

2 2

2

Ta nhận thấy điện trở của mạch vòng xung quanh trạm lớn hơn điện trở nhântạo cho phép để tính toán thiết kế (Rnđ = 0,833 ).Vậy phải dùng thêm số cọcvào hệ thống mạch vòng để giảm trị số điện trở nối đất của hệ thống Qua kếtquả tính toán Rm.v chứng tỏ rằng ta chọn hình thức nối đất an toàn bằng mạchvòng có chôn cọc là hợp lý

Tính điện trở nối đất của một cọc (dùng cọc sắt góc  )

Đối với cọc điện trở tản xoay chiều đợc xác định theo công thức sau:

) ( l

t.

l t.

ln d

l.

ln l.

.

4

4 2

1 2

, ,

l

2

5 2 8 0

l

Hình (4 – 4): Các kích th ớc nối đất cọc

5 2 05 2 4 2

1 10

75 4

5 2 2 5

2 14 3 2

10 82 1

2

2

, ,

,

, ,

ln

,

, ln , ,

,

Rcoc

Vậy điện trở của một cọc là 57,6 

Sau khi tính đợc Rc và Rmv ta tính điện trở nhân tạo theo công thức (4–3) Trong công thức này ta chỉ mới biết Rc và R mv vậy ta phải tìm số cọc để Rnt

đạt giá trị nhỏ nhất và phải đảm bảo nhỏ hơn hoặc bằng giá trị tính toán chophép Rnt  0,833  mv và c phụ thuộc số cọc ta sử dụng trong mạch vòng

0

1 227

1

,

, a

,

, , R

) (

4 2 6 57

1 227

2

,

, a

, ,

,

, ,



19 0 4 2 364 17 0 6 57

4 2 6 57

2

Từ kết quả tính toán có:

Rn.t(1) = 0,846. > Rnhân tạo yêu cầu = 0,833 

Phơng án này không đảm bảo do giá trị điện trở nối đất lớn hơn giá trị

điện trở yêu cầu nên bị loại

Rn.t(2) = 0,786  < 0,833  = Rnhân tạo yêu cầu

Phơng án này đảm bảo yêu cầu do giá trị điện trở nối đất nhỏ hơn giá trị điệntrở yêu cầu

Vậy ta chọn Rn.t(2) = 0,786  Số cọc là 364 cọc Khoảng cách giữa các cọc là

a = 0,625 m

4.4- tính toán nối đất chống sét.

Khi có dòng điện sét đi vào bộ phận nối đất, nếu tốc độ biến thiên của dòng

điện theo thời gian rất lớn thì trong thời gian đầu điện cảm sẽ ngăn cản khôngcho dòng điện đi tới các phần cuối của điện cực khiến cho điện áp phân bốkhông đều, sau một thời gian, ảnh hởng của điện cảm mất dần và điện áp phân

Khi dòng điện tản trong đất là dòng điện sét, tham số biểu thị của nối đất tuỳthuộc vào tơng quan giữa hằng số thời gian T và thời gian đầu sóng của dòng

điện Khi T<< đ.s (khi dòng điện đạt trị số cực đại) thì cần xét quá trình quá độ

đã kết thúc và nối đất thể hiện nh một điện trở tản Trờng hợp này ứng với cáchình thức nối đất dùng cọc hoặc thanh có chiều dài không lớn lắm và goị là nối

đất tập trung

Nếu điện cực dài, hằng số thời gian có thể đạt tới mức đ.s và tại thời điểmdòng điện đạt trị số cực đại, quá trình quá độ cha kết thúc và nh đã phân tích tácdụng của điện cảm, nối đất sẽ thể hiện nh một tổng trở Z có giá trị rất lớn so với

điện trở tản Trờng hợp này gọi là nối đất phân bố dài

Trong tính toán thiết kế trạm biến áp 110kV, thờng thì phần nối đất nốichung với mạch vòng nối đất an toàn của trạm Nh vậy sẽ gặp trờng hợp nối đấtphân bố dài, tổng trở xung kích Zx.k có thể lớn gấp nhiều lần so với điện trở tản

xoay chiều làm tăng điện áp giáng trên bộ phận nối đất và có thể gây phóng điệnngợc đến các phần mang điện của trạm Do đó ta phải tính toán, kiểm tra theoyêu cầu của nối đất chống sét trong trờng hợp có dòng điện sét đi vào hệ thốngnối đất.

4.4.1- Dạng sóng tính toán của dòng điện sét.

Trong tính toán thiết kế ta chọn sóng tính toán của dòng điện sét là dạngsóng xiên góc có biên độ không đổi (xem hình 4-1)

Dạng sóng tính toán của dòng điện sét: + Is = a.t khi t < đs

+ Is = I khi t  đs

Trong đó: + a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/s

+ I: biên độ dòng điện sét I = 150kA

+ đs: thời gian đầu sóng lấy bằng 5s ; 

4.4.2- Yêu cầu kiểm tra.

Ta kiểm tra theo điều kiện nhằm đảm bảo an toàn cho cách điện của máybiến áp : I.Z(0, đ.s )  U0,5.

4.4.3- Tính toán lại trị số điện trở nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét.

Do việc dùng hệ thống nối đất an toàn làm hệ thống nối đất chống sét nên taphải tính toán lại trị số điện trở nối đất nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét.Tra bảng 19- 2 sách kỹ thuật điện cao áp ta chọn hệ số mùa sét là:

4 , 2 2 , 1 K

.

R K

R

) toàn an (

v m

) toàn an ( v m ) sét (

v m v

.

Điện trở của cọc là:

3 , 47 4

, 1

6 , 57 15 , 1 K

.

R K

R

) toàn an (

cọc

) toàn an ( cọc ) sét (

cọc

Điện trở nối đất nhân tạo tính cho nối đất chống sét là:

) 7 4 (

R n R

R R R

cọc v m v m cọc

v m cọc )

8 , 1 3 , 47

R n

R

R R R

cọc v m v

m cọc

v m cọc )

4.4.4- Tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét Z(0;  đ.s ).

Để tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét ta xét các điều kiện sau:

+ Bỏ qua nối đất t nhiên

+ Bỏ qua các thanh nối cân bằng điện áp trong trạm biến áp

+ Trong tính toán, để đơn giản ta bỏ qua quá trình phóng điện tia lửa trong

đất và giả thiết điện trở suất của đất không đổi

+ Bỏ qua thành phần điện trở, điện dung của điện cực nối đất vì trở rất nhỏ sovới thành phần điện kháng và điện dẫn ứng với tần số dòng điện sét

Ta xem mạch nối vòng đất gồm hai tia dài ghép song song với nhau

Hình (4 – 6): Mạch vòng nối đất gồm hai tia dài ghép song song

Ta có sơ đồ thay thế:

l =L/2

Hình (4–7): Sơ đồ thay thế của mỗi tia.

Với L và g là điện cảm và điện dẫn trên một đơn vị dài

1 l.

, m m ,

b

4

50 4

,

, ln ,

25 1

55 113 2

0

2 0

Vì điện dẫn ghép song song nên ta có:

1 10

8 , 6 55 , 113 647 , 0 2

1 l

R , 2

1

t n 0

Tính toán phân bố dài khi không xét quá trình phóng điện trong đất

Từ sơ đồ thay thế có thể thành lập đợc hệ phơng trình vi phân:

) ( t

x k cos e 1 k

1 T 2 t l g

a )

T t

2 1 0

2 0 0 k

k

l g L T

l g L T

1 k

1 T 2 l l.

T t 2 ds 1 0