4 3 3 hiện tượng dông xét và ảnh hưởng của nó đến hệ thống điện vn

điện cao áp LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP đề tài : “HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM” SVTH: Trần Tử Bình Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang MỤC LỤC Chương : HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1.1 - HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT 1.1.1 - Khái niệm chung: 1.1.2 - Tình hình dơng sét Việt Nam: 1.2- ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN H.T.Đ VIỆT NAM: chương2: TÍNH TỐN CHỈ TIÊU BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY 10 2.1- LÝ THUYẾT TÍNH TỐN 10 2.1.1- Phạm vi bảo vệ dây chống sét 10 2.1.2- Xác suất phóng điện sét số lần cắt điện sét đánh vào đường dây 12 2.1.2.1 - Các số liệu chuẩn bị cho tính tốn 14 2.1.2.2 - Xác định độ treo cao trung bình dây chống sét dây dẫn 14 2.1.2.3- Tổng trở sóng dây chống sét dây dẫn 15 2.1.2.4 - Hệ số ngẫu hợp dây dẫn chống sét với dây pha 16 2.1.2.5- Góc bảo vệ chống sét 18 2.1.2.6- Số lần sét đánh vào đường dây 18 2.2 - TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY 110KV DO SÉT ĐÁNH VÒNG QUA DÂY CHỐNG SÉT VÀO DÂY DẪN 18 2.3- TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY 110KV DO SÉT ĐÁNH VÀO KHOẢNG VƯỢT 22 2.3.1- Phương pháp xác định Vpđ 22 2.3.2- Trình tự tính toán 24 2.3.3- Tính suất cắt tổng sét đánh vào khoảng vượt đường dây tải điện 110kV 30 Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang thuật điện cao áp 2.4- TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY110KV DO SÉT ĐÁNH VÀO ĐỈNH CỘT HOẶC LÂN CẬN ĐỈNH CỘT 30 2.4.1- Lý thuyết tính tốn 31 2.4.1.1- Các thành phần điện áp giáng điện trở điện cảm cột dòng điện sét cột gây 32 2.4.1.2-Thành phần điện điện áp cảm ứng 35 2.4.1.3-Thành phần từ điện áp cảm ứng: 35 2.4.1.4-Xác định suất phóng điện Vpđ : 36 2.4.2-Trình tự tính tốn 36 2.4.2.1- Điện áp giáng chuỗi cách điện pha A 36 2.4.2.2 - Điện áp giáng chuỗi cách điện pha B; C 39 2.4.2.3- So sánh điện áp giáng chuỗi cách điện pha A pha B 40 2.4.3-Tính xác suất phóng điện 41 2.5- TÍNH SUẤT CẮT TỔNG DO SÉT ĐÁNH VÀO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 110KV 43 2.6- TÍNH CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN110KV HÀ ĐÔNG –PHỦ LÝ – NINH BÌNH 43 Chương BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 44 TRẠM BIẾN ÁP 110/35 KV 44 3.1-KHÁI NIỆM CHUNG 45 3.2- CÁC U CẦU KỸ THUẬT KHI TÍNH TỐN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP 45 3.3- TÍNH TỐN THIẾT KẾ, CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CỘT THU LƠI 46 3.3.1- Các cơng thức sử dụng để tính tốn 46 3.3.2- Các số liệu dùng để tính tốn thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp 110/35kV 49 Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 3.3.3- Trình tự tính tốn 49 3.3.3.1- Phương án 50 3.3.3.2- Phương án 61 3.4 -KẾT LUẬN 66 Chương TÍNH TỐN NỐI ĐẤT CHO TRẠM 110/35 KV 67 4.1- GIỚI THIỆU CHUNG VÀ MỘT SỐ VẦN ĐỀ KỸ THUẬT KHI TÍNH TỐN NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP 67 4.2- CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TỐN NỐI ĐẤT 70 4.3- TRÌNH TỰ TÍNH TỐN 70 4.3.1- Điện trở nối đất tự nhiên 71 4.3.2- Điện trở nối đất nhân tạo 71 4.3.3- Tính nối đất nhân tạo trạm 110kV 71 4.4- TÍNH TỐN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT 76 4.4.1- Dạng sóng tính tốn dòng điện sét 77 4.4.2- Yêu cầu kiểm tra 77 4.4.3- Tính tốn lại trị số điện trở nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét 78 4.4.4- Tính tổng trở đầu vào nối đất chống sét Z(0; τđ.s) 79 4.5- KẾT LUẬN 82 Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Chương : HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Hệ thống điện phận hệ thống lượng bao gồm NMĐ đường dây - TBA hộ tiêu thụ điện Trong có phần tử có số lượng lớn quan trọng TBA, đường dây Trong trình vận hành phần tử chịu ảnh hưởng nhiều tác động thiên nhiên mưa, gió, bão đặc biệt nguy hiểm bị ảnh hưởng sét Khi có cố sét đánh vào TBA, đường dây gây hư hỏng cho thiết bị trạm dẫn tới việc ngừng cung cấp điện gây thiệt hại lớn tới kinh tế quốc dân Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm chi phí thiệt hại nâng cao độ an toàn vận hành phải tính tốn bố trí bảo vệ chống sét cho HTĐ 1.1 - HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT 1.1.1 - Khái niệm chung: Dông sét tượng thiên nhiên, phóng tia lửa điện khoảng cách điện cực lớn (trung bình khoảng 5km) Hiện tượng phóng điện dơng sét gồm hai loại phóng điện đám mây tích điện phóng điện đám mây tích điện với mặt đất Trong phạm vi đồ án ta nghiên cứu phóng điện đám mây tích điện với mặt đất (phóng điện mây - đất) Với tượng phóng điện gây nhiều trở ngại cho đời sống người Các đám mây tích điện với mật độ điện tích lớn, tạo cường độ điện trường lớn hình thành dịng phát triển phía mặt đất Giai đoạn giai đoạn phóng điện tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình tia tiên đạo lần phóng điện khoảng 1,5.10 7cm/s, lần phóng điện sau tốc độ tăng lên khoảng 2.10 cm/s (trong đợt sét đánh có nhiều lần phóng Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp điện đám mây hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng phóng điện xuống đất) Tia tiên đạo mơi trường Plasma có điện tích lớn Đầu tia nối với trung tâm điện tích đám mây nên phần điện tích trung tâm vào tia tiên đạo Phần điện tích phân bố dọc theo chiều dài tia xuống mặt đất Dưới tác dụng điện trường tia tiên đạo, có tập trung điện tích khác dấu mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện đất Nếu vùng đất có địên dẫn đồng điểm nằm phía đầu tia tiên đạo Cịn vùng đất có điện dẫn khơng đồng (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) điện tích đất tập trung nơi có điện dẫn cao Q trình phóng điện phát triển dọc theo đường sức nối liền đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích mặt đất địa điểm sét đánh mặt đất định sẵn Do để định hướng cho phóng điện sét ta phải tạo nơi có mật độ tập trung điện diện tích lớn Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho cơng trình dựa tính chọn lọc phóng điện sét Nếu tốc độ phát triển phóng điện ngược ν mật độ điện trường điện tích tia tiên đạo δ đơn vị thời gian điện tích đất là: is = ν δ Công thức tính tốn cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ khơng đáng kể) Tham số chủ yếu phóng điện sét dịng điện sét, dịng điện có biên độ độ dốc phân bố theo hàng biến thiên phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm kA) dạng sóng dịng điện sét dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt sét ứng với giai đoạn phóng điện ngược (hình 1-1) - Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trạm gây điện áp khí gây hậu nghiêm trọng trình bày Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp α.S ρ.S ρ.S ρ.S H×nh 1-1 : Sự biến thiên dòng diện sét theo thêi gian 1.1.2 - Tình hình dơng sét Việt Nam: Việt Nam nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dơng sét mạnh Theo tài liệu thống kê cho thấy miền đất nước Việt nam có đặc điểm dơng sét khác : + Ỏ miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70 ÷ 110 ngày năm số lần dơng từ 150 ÷ 300 lần trung bình ngày xảy từ ÷ dông + Vùng dông nhiều miền Bắc Móng Cái Tại hàng năm có từ 250 ÷300 lần dơng tập trung khoảng 100 ÷ 110 ngày Tháng nhiều dông tháng 7, tháng + Một số vùng có địa hình thuận lợi thường khu vực chuyển tiếp vùng núi vùng đồng bằng, số trường hợp dông lên tới 200 lần, số ngày dông lên đến 100 ngày năm Các vùng cịn lại có từ 150 ÷ 200 dơng năm, tập trung khoảng 90 ÷ 100 ngày + Nơi dơng miền Bắc vùng Quảng Bình hàng năm có 80 ngày dơng Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Xét dạng diễn biến dông năm, ta nhận thấy mùa dơng khơng hồn tồn đồng vùng Nhìn chung Bắc Bộ mùa dông tập chung khoảng từ tháng đến tháng Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, phần phía Bắc (đến Quảng Ngãi) khu vực tương đối nhiều dông tháng 4, từ tháng đến tháng số ngày dông khoảng 10 ngày/ tháng, tháng nhiều dông (tháng 5) quan sát 12 ÷ 15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng ), tháng đầu mùa (tháng 4) tháng cuối mùa (tháng 10) dơng cịn ít, tháng gặp từ ÷ ngày dơng Phía Nam dun hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) khu vực dơng nhất, thường có tháng số ngày dơng khoảng 10/tháng Tuy Hồ 10ngày/tháng, Nha Trang ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng Ở miền Nam khu vực nhiều dông đồng Nam Bộ từ 120 ÷ 140 ngày/năm, thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/ năm Mùa dông miền Nam dài mùa dơng miền Bắc từ tháng đến tháng 11 trừ tháng đầu mùa (tháng 4) tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dơng quan sát trung bình có từ 15 ÷ 20 ngày/tháng, tháng tháng nhiều dơng trung bình gặp 20 ngày dơng/tháng thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày Ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn số lần dơng hơn, tháng nhiều dông tháng quan sát khoảng 15 ngày dơng Bắc Tây Ngun, 10 ÷ 12 Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, PLâycu 17 ngày Số ngày dông tháng số vùng lãnh thổ Việt Nam xem bảng 1-1 Từ bảng ta thấy Việt Nam nước phải chịu nhiều ảnh hưởng dông sét, điều bất lợi cho H.T.Đ Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư nhiều vào thiết bị chống sét Đặc biệt địi hỏi nhà thiết kế phải trọng tính tốn thiết kế cơng trình điện cho HTĐ vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục tin cậy Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Bảng 1-1 : Số ngày dông tháng: Tháng Địa điểm PHÍA BẮC Cao Bắc Cạn Lạng Sơn Móng Cái Hồng Gai Hà Giang Sa Pa Lào Cai Yên Bái Tuyên Quang Phú Thọ Thái Nguyên Hà Nội Hải Phịng Ninh Bình Lai Châu Điện Biên Sơn La Nghĩa Lộ Thanh Hố Vinh Con Cng Đồng Hới Cửa Tùng PHÍA NAM Huế Đà Nẵng Quảng Ngãi Quy Nhơn Nha Trang Phan Thiết Kon Tum Playcu Đà Lạt Blao Sài Gịn Sóc Trăng Hà Tiên 0,2 0,1 0,2 0,0 0,1 0,1 0,6 0,4 0,2 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,4 0,2 0,0 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,6 0,3 0,4 0,4 0,0 0,6 2,6 1,8 0,6 0,0 0,6 0,3 0,3 0,1 0,4 1,8 2,7 1,0 0,5 0,2 0,5 0,2 0,3 0,2 4,2 3,0 2,6 3,9 1,7 5,1 6,6 7,0 4,1 4,0 4,2 3,0 2,9 7,0 8,4 13 12 14 9,2 7,3 6,9 13 6,3 7,8 5,9 7,0 6,9 6,6 1,3 8,4 12 10 9,1 9,2 9,4 7,7 7,9 7,0 8,4 12 12 14 9,2 7,3 6,9 13 6,3 7,8 12 12 12 14 10 15 13 12 15 15 16 13 16 13 16 15 17 16 14 16 17 17 15 18 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,2 0,2 0,3 0,6 1,8 1,4 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 0,1 0,0 1,2 1,7 1,6 3,4 1,0 0,0 2,7 1,3 10 11 12 Cả năm 10 10 10 13 15 9,2 7,3 8,1 11 11 11 12 11 17 14 5,8 8,3 6,2 10 13 15 14 11 12 11 2,8 2,8 4,2 2,2 2,8 3,0 2,5 4,2 4,2 3,4 3,3 3,1 4,4 5,0 3,4 5,3 6,2 5,2 3,3 5,6 5,2 5,3 5,3 0,5 0,2 0,1 0,2 0,2 0,9 0,9 0,7 0,2 0,5 0,5 0,1 0,6 1,0 0,7 1,9 1,1 1,0 0,0 0,7 0,2 0,2 0,3 0,3 0,0 0,1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,9 0,0 0,0 0,3 0,0 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 94 97 90 112 87 102 97 93 104 106 107 97 99 111 112 93 112 99 99 100 95 103 70 85 1,9 2,5 1,2 0,6 0,6 0,2 6,8 5,7 3,2 11 2,5 0,7 4,9 10 6,2 5,3 5,1 4,8 2,3 6,5 14 11 9,3 12 8,9 3,7 5,7 10 13 9,7 1,0 7,8 0,7 3,6 8,6 5,3 5,1 7,3 9,6 3,3 3,2 8,2 5,2 4,6 5,8 8,5 2,3 4,0 13 7,2 8,8 7,4 9,0 6,8 10 14 8,0 3,4 0,2 8,0 4,0 12 16 9,7 7,7 8,7 17 9,0 6,8 10 8,0 6,3 4,2 6,7 3,8 13 10 5,2 3,4 2,8 7,2 7,0 10 22 19 17 16 19 15 7,0 19 16 14 15 13 1,5 0,3 0,5 0,0 0,6 0,6 1,8 1,2 2,0 0,8 4,0 11 4,7 0,0 0,0 0,0 0,0 0,1 0,2 0,0 0,1 0,1 0,0 2,4 0,7 41,8 69,5 59,1 43,3 39,2 59,0 58,2 90,7 52,1 70,2 138 104 10 20 15 4,3 128 Trần Tử Bình - HTĐ.K35 23 17 20 19 18 20 21 14 18 21 19 24 24 15 16 20 17 22 20 15 16 18 13 17 19 17 21 20 17 22 21 17 22 21 17 17 22 16 20 20 19 21 23 21 20 21 16 14 14 21 17 18 18 15 16 15 19 18 16 18 18 13 13 19 14 13 20 7,7 9,6 9,6 10 12 12 9,7 7,4 9,0 9,7 Trang 15 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 1.2- ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN H.T.Đ VIỆT NAM: - Như trình bày phần trước biên độ dịng sét đạt tới hàng trăm kA, nguồn sinh nhiệt vơ lớn dịng điện sét qua vật Thực tế có dây tiếp địa phần nối đất khơng tốt, bị dịng điện sét tác dụng bị nóng chảy đứt, chí có cách điện sứ bị dòng điện sét tác dụng bị vỡ chảy nhũ thạch, phóng điện sét cịn kèm theo việc di chuyển khơng gian lượng điện tích lớn, tạo điện từ trường mạnh, nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến thiết bị điện tử , ảnh hưởng rộng, nơi cách xa hàng trăm km - Khi sét đánh thẳng vào đường dây xuống mặt đất gần đường dây sinh sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên điện áp tác dụng lên cách điện đường dây Khi cách điện đường dây bị phá hỏng gây nên ngắn mạch pha - đất ngắn mạch pha – pha buộc thiết bị bảo vệ đầu đường dây phải làm việc Với đường dây truyền tải công suất lớn, máy cắt nhảy gây ổn định cho hệ thống, hệ thống tự động nhà máy điện làm việc khơng nhanh dẫn đến rã lưới Sóng sét cịn truyền từ đường dây vào trạm biến áp sét đánh thẳng vào trạm biến áp gây nên phóng điện cách điện trạm biến áp , điều nguy hiểm tương đương với việc ngắn mạch góp dẫn đến cố trầm trọng Mặt khác, có phóng điện sét vào trạm biến áp, chống sét van đầu cực máy biến áp làm việc khơng hiệu cách điện máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vơ lớn Qua ta thấy cố sét gây lớn, chiếm chủ yếu cố lưới điện, dơng sét mối nguy hiểm lớn đe doạ hoạt động lưới điện *Kết luận: Sau nghiên cứu tình hình dơng sét Việt Nam ảnh hưởng dông sét tới hoạt động lưới điện Ta thấy việc tính tốn chống sét cho lưới Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Nối đất chống sét Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào đất (khi sét đánh vào cột thu lôi hay đường dây) để giữ cho điện điểm thân cột không lớn tránh trường hợp phóng điện ngược từ cột thu lôi đến thiết bị cần bảo vệ Nối đất an tồn Có tác dụng đảm bảo an toàn cho người cách điện bị hư hỏng Thực nối đất an toàn cách nối đất phận kim loại không mang điện vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, giá đỡ kim loại để cách điện bị hư hỏng lão hố phận kim loại có điện nhỏ không nguy hiểm (nếu không nối đất điện làm nguy hiểm đến người chạm vào chúng) Do nối đất phận để giữ điện thấp bảo đảm an toàn cho người tiếp xúc với chúng.Về nguyên tắc phải tách rời hệ thống nối đất nói thực tế ta dùng hệ thống nối đất chung cho nhiệm vụ Song hệ thống nối đất chung phải đảm bảo yêu cầu thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất lớn yêu cầu điện trở nối đất phải nhỏ Khi điện trở nối đất nhỏ tản dịng điện với mật độ lớn, tác dụng nối đất tốt an toàn Nhưng để đạt trị số điện trở nối đất nhỏ tốn tính tốn ta phải thiết kế cho kết hợp hai yếu tố đảm bảo kỹ thuật hợp lý kinh tế Một số yêu cầu kỹ thuật điện trở nối đất: + Đối với thiết bị điện nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất phải thoả mãn: R ≤ 0,5Ω.(Theo tiêu chuẩn nối đất an toàn trang 189 giáo trình kỹ thuật điện cao áp) + Đối với thiết bị có điểm trung tính khơng trực tiếp nối đất thì: R≤ 250 Ω I + Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện với đất có hệ thống nối đất dùng chung cho thiết bị cao áp hạ áp thì: Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 68 đồ án tốt nghiệp R≤ Kỹ thuật điện cao áp 125 Ω I + Khi dùng nối đất tự nhiên điện trở nối đất tự nhiên thoả mãn yêu cầu thiết bị có dịng ngắn mạch chạm đất bé khong cần nối đất nhân tạo Cịn điện trở nối đất tự nhiên không thoả mãn thiết bị cao áp có dịng ngắn mạch chạm đất lớn ta phải tiến hành nối đất nhân tạo yêu cầu trị số điện trở nối đất nhân tạo là: R ≤ 1Ω Bất kỳ hệ thống nối đất phải có điện cực chôn đất nối với thiết bị mà ta cần nối đất (điện cực thường sử dụng cọc sắt thẳng đứng hay dài nằm ngang) điện cực chôn đất có mức tản dịng điện sét phụ thuộc vào trạng thái đất (vì đất mơi trường khơng đồng nhất, phức tạp, phụ thuộc vào thành phần đất loại muối, a xít chứa đất ) Điều kiện khí hậu ảnh hưởng đến độ dẫn điện đất Ở Việt nam khí hậu thay đổi theo mùa độ ẩm đất thay đổi theo dẫn đến điện trở suất cuả đất biến đổi phạm vi rộng Do tính tốn thiết kế nối đất trị số điện trở suất đất dựa theo kết đo lường thực địa sau phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích tăng cường an tồn Cơng thức hiệu chỉnh sau: ρtt = ρđ.Km Trong đó: ρtt: điện trở suất tính tốn đất ρđ: điện trở suất đo đất Km : hệ số mùa đất Hệ số K phụ thuộc vào dạng điện cực độ chôn sâu điện cực Đối với trạm biến áp ta thiết kế có cấp điện áp 110/35kV cột thu lơi độc lập ta sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu tản dịng điện tốt Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 69 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Mặt khác đặt cột thu lôi xà nên phần nối đất chống sét ta nối chung với mạch vòng nối đất trạm 4.2- CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TỐN NỐI ĐẤT Điện trở suất đo đất: ρđ = 1,3.104 Ω/cm =1,3.102 Ω/m Điện trở nối đất cột đường dây: Rc = 20 Ω Dây chống sét sở dụng loại C- 70 có điện trở đơn vị là: Ro =2,38Ω/km Chiều dài khoảng vượt đường dây là: Đối với 110kV: l = 150m Dạng sóng tính tốn dịng điện sét: I s = a.t t < τ ds   I s = I ≥ τ ds Trong đó: a: độ dốc dịng điện sét a = 30kA/µs I: biên độ dịng điện sét I = 150kA I 150 τđs: thời gian đầu sóng lấy 5µs = τ ds = s = = 5às a 30 Is đs I t Hình (41) : Dạng sóng dòng sét 4.3- TRèNH T TÍNH TỐN Trạm điện thiết kế có điện áp 110/35kV, phía 110kV mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất nên yêu cầu nối đất an toàn là: R ≤ 0,5 Ω Thành phần điện trở nối đất R gồm hai thành phần: Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 70 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp + Điện trở nối đất tự nhiên (Rtn) + Điện trở nối đất nhân tạo (Rnt) Đối với thiết bị có điểm trung tính trực tiếp nối đất (có dịng chạm đất lớn) u cầu điện trở nối đất nhân tạo phải có trị số nhỏ 1Ω Vậy điều kiện nối đất là: (4 – ) R t.n // R n.t ≤ 0,5 (Ω)  (Ω) R n.t ≤ (4 – ) Từ rút ra: R n.t ≤ R t n 0,5 (Ω) R t.n − 0,5 4.3.1- Điện trở nối đất tự nhiên Rt.n = 1,25 Ω (đã cho trước) 4.3.2- Điện trở nối đất nhân tạo R 0,5 1,25.0,5 R n.t ≤ t.n = = 0,833 R t.n − 0,5 1,25 − 0,5 (Ω) Ta tính tốn thiết kế hệ thống nối đất theo điều kiện điện trở nối đất nhân tạo là: Rn.t.yc ≤ 0,833 Ω 4.3.3- Tính nối đất nhân tạo trạm 110kV Đối với trạm biến áp 110kV thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo ta sử dụng hình thức nối đất theo mạch vịng có chơn cọc Mạch vịng bao quanh trạm có hình chữ nhật ABCD có kích thước sau: Chiều dài l1 = 57m ; Chiều rộng l2 = 56,55m Sơ đồ nối đất mạch vịng có chơn cọc trạm hình (4 –2 ): A l Trần Tử Bình - HTĐ.K35 D Trang 71 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Hệ thống nối đất mạch vòng trạm ta chọn cọc loại thép góc 50x50x5, chiều dài l =2,5m với lý để thuận lợi cho việc thi công mà đảm bảo độ dẫn điện tốt Mạch vòng nối cọc dùng loại sắt dẹt có kích thước 50x5 Sơ đồ bố trí mạch vịng cọc hệ thống nối đất trạm hình (4 – ): a: khoảng cách cọc theo chu vi mạch vòng l: chiều dài cọc l = 2,5m t: độ chơn sâu cọc t =0,8m t a l=2,5m Hình (4 – ): Sơ đồ bố trí mạch vịng cọc hệ thống nối đất trạm Điện trở tản nhân tạo mạch vịng có chơn cọc xác định theo công thức sau: R n.t = R c R m.v R c η m.v + n.η c R m.v ( − 3) Trong đó: Rc : điện trở tản nối đất cọc (Ω) Rm.v : điện trở tản nối đất mạch vịng (Ω) Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 72 đồ án tốt nghiệp n Kỹ thuật điện cao áp : số cọc sử dụng ηm.v ηc : tương ứng hệ số sử dụng mạch vòng, sử dụng cọc phụ thuộc vào số cọc tỷ số a l Tính điện trở mạch vịng quanh trạm Rm.v :  ρ  k.L R m v =   ln t.d  2.π.L  (Ω) ( − 4) Trong đó: ρ = ρđo.Kmùa (thanh) điện trở suất tính tốn mạch vịng.Tra bảng (2–1) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có: Kmùa (thanh) = 1,6 ρ = ρ.1,6 = 2,08.102 (Ω.m) L chu vi mạch vòng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(57+56,55) = 227,1m d đường kính nối: d = b/2 = 50/2 = 25 (m.m) = 2,5.10-2 m t độ chôn sâu (để đảm bảo cho ρ ổn định ) : t = 0,8m k hệ số phụ thuộc hình dạng hệ thống nối đất Ta có: l1 57 = = 1,00795 ≈ l 56,55 Tra bảng (2 – 5) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” k = 5,53 Thay số vào biểu thức (4 – 3) ta có:  2,08.10  5,53.227,12  ρ  k.L R m v =  ln = = 2,4 (Ω)   ln  −2 t.d , 14 227 ,  2.π.L    0,8.2,5.10 Ta nhận thấy điện trở mạch vòng xung quanh trạm lớn điện trở nhân tạo cho phép để tính tốn thiết kế (Rnđ = 0,833 Ω).Vậy phải dùng thêm số cọc vào hệ thống mạch vòng để giảm trị số điện trở nối đất hệ thống Qua kết tính tốn Rm.v chứng tỏ ta chọn hình thức nối đất an tồn mạch vịng có chơn cọc hợp lý Tính điện trở nối đất cọc (dùng cọc sắt góc √ ) Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 73 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Đối với cọc điện trở tản xoay chiều xác định theo công thức sau: 4.t ′ + l   ρ   2.l R coc =  ln + ln    4.t ′ − l   2.π.l   d (4 − 5) 0,8m t' l Hình (4 – 4): Các kích thước nối đất cọc Trong đó: Cọc có kích thước: l = 2,5m ρ điện trở suất đất cọc: ρ = ρđo.Kmùa (cọc) ρđo =1,3.102 (Ω.m) Kmùa (cọc) = 1,4 (Tra bảng (2-1) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA”)
ρ = 1,3.102.1,4 = 1,82.102 (Ω.m) d đường kính cọc (m) tính sau: d = 0,95.b = 0,95.50 10-3 = 4,75 10-2m t độ chôn sâu: t = 0,8m Giá trị t/ tính: t′ = l 2,5 + 0,8 = + 0,8 = 2,05( m) 2 Thay số liệu vào (4 – ) ta có:  1,82.10   2.2,5 4.2,05 + 2,5  + ln R coc =  = 57,6Ω . ln 4.2,05 − 2,5   2.3,14.2,5   4,75.10 − 2 Vậy điện trở cọc 57,6 Ω Sau tính Rc Rmv ta tính điện trở nhân tạo theo công thức (4–3) Trong công thức ta biết Rc R mv ta phải tìm số cọc để Rnt đạt giá trị nhỏ phải đảm bảo nhỏ giá trị tính tốn cho phép Rnt ≤ 0,833 Ω ηmv ηc phụ thuộc số cọc ta sử dụng mạch vịng Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 74 đồ án tốt nghiệp Ta xét trường hợp theo tỷ số Kỹ thuật điện cao áp a với thông số là: l L (chu vi mạch vòng) = 227,1m l (chiều dài cọc) = 2,5m * Khi a = 0,3 (có nghĩa khoảng cách cọc a = l =0,75m l Ta có số cọc chơn theo chu vi mạch vịng là: n1 = L 227,1 = = 303 cọc a 0,75 Tra bảng phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có: ηc = 0,21 Theo bảng phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có: ηthanh = 0,185 Điện trở nhân tạo trường hợp là: R n.t (1) = Khi 57,6.2,4 = 0,846Ω 57,6.0,185 + 303.0,21.2,4 a = 0,25 (Có nghĩa khoảng cách hai cột a = 0,625m) l Ta có số cọc chơn theo chu vi là: n2 = L 227,1 = = 364 cọc a 0,625 Tra bảng bảng phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” kết hợp với phương pháp nội suy hình (4 – 5) ta có : ηc = 0,19 ; ηthanh = 0,17 Điện trở nhân tạo trường hợp là: R n.t ( 2) = 57,6.2,4 = 0,786Ω 57,6.0,17 + 364.2,4.0,19 Từ kết tính tốn có: Rn.t(1) = 0,846.Ω > Rnhân tạo yêu cầu = 0,833 Ω Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 75 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Phương án không đảm bảo giá trị điện trở nối đất lớn giá trị điện trở yêu cầu nên bị loại Rn.t(2) = 0,786 Ω < 0,833 Ω = Rnhân tạo yêu cầu Phương án đảm bảo yêu cầu giá trị điện trở nối đất nhỏ giá trị điện trở yêu cầu Vậy ta chọn Rn.t(2) = 0,786 Ω Số cọc 364 cọc Khoảng cách cọc a = 0,625 m 4.4- TÍNH TỐN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT Khi có dịng điện sét vào phận nối đất, tốc độ biến thiên dịng điện theo thời gian lớn thời gian đầu điện cảm ngăn cản khơng cho dịng điện tới phần cuối điện cực khiến cho điện áp phân bố không đều, sau thời gian, ảnh hưởng điện cảm dần điện áp phân bố Thời gian trình q độ nói phụ thuộc vào số thời gian T =L.g.l2 (4 – ) Từ (4–6) ta thấy: T tỷ lệ với trị số điện cảm tổng L.l điện dẫn tổng g.l = điện cực R Từ biểu thức (4–6) ta thấy dòng điện tản đất dòng điện chiều xoay chiều tần số cơng nghiệp ảnh hưởng L khơng đáng kể hình thức nối đất ( thẳng đứng nằm ngang ) biểu thị trị số điện trở tản Khi dòng điện tản đất dòng điện sét, tham số biểu thị nối đất tuỳ thuộc vào tương quan số thời gian T thời gian đầu sóng dịng điện Khi T