Thiết kế và tính toán chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 220 110 kv

Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG I: thiết kế tính toán chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 220/110 kv I đặt vấn đề Trạm biến áp phần tử quan trọng hệ thống điện, thực việc truyền tải phân phối điện Khi trạm biến áp bị sét đánh trực tiếp gây hậu nghiêm trọng nh làm h hỏng thiết bị điện, làm gián đoạn cung cấp điện, đồng thời làm ảnh huởng nghiêm trọng tới ngành kinh tế quốc dân khác Chính việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp trời quan trọng Để bảo vệ chống sét đánh trùc tiÕp ta sư dơng cét thu l«i ViƯc lùa chọn cột thu lôi nh bố trí phụ thuộc chủ yếu vào sơ đồ trạm, kết cấu trạm nh độ cao công trình cần bảo vệ Việc bố trí cột thu lôi cần đợc ý tới việc tận dụng độ cao có sẵn trạm nh: cột đèn chiếu sáng, xà đỡ Bên cạnh phơng án bảo vệ chống sét cho trạm cần đợc đảm bảo mặt kỹ thuật nh thoả mÃn kinh tế hài hoà mỹ thuật II Các yêu cầu kỹ thuật lý thuyết bảo vệ 2.1 Các yêu cầu kỹ thuật Khi sử dụng cột thu lôi cần đặc biệt lu ý yêu cầu sau: Khoảng cách không khí kết cấu trạm có đặt cột thu lôi phận mang điện không đợc bé độ dài chuỗi sứ Có thể nối đất cột thu lôi độc lập vào hệ thống nối đất trạm phân phối từ 110 kV trở lên Không đợc đặt cột thu lôi lên kết cấu trạm 35 kV, 22 kV, cũng, không đợc nối cột thu lôi vào hệ thống nối đất an toàn 22 kV Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cột thu lôi cần ý cho dây dẫn điện đến đèn vào ống chì chôn sâu vào đất Phần dẫn điện hệ thống thu sét (dây nối đất phận nhận sét) phải đủ tiết diện để thoả mÃn điều kiện ổn định động, ổn định nhiệt có dòng sét chạy qua Có thể nối dây chống sét bảo vệ đoạn đến trạm vào hệ thống nối đất trạm nh khoảng cách từ chỗ nối đất trạm đến điểm nối đất máy biến áp lớn 15 m Để bảo vệ cuộn dây 35 kV phải đặt chống sét van cho khoảng cách từ chỗ nối tới hệ thống nối đất vỏ máy biến áp nhỏ m Khoảng cách Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp tăng lên điểm nối đất chống sét van điểm nối đất vỏ máy biến áp nối đất kết cấu có đặt cột thu lôi Đối với trạm phân phối trời từ 110 kV trở lên mức cách điện cao nên đặt cột thu lôi lên kết cấu xà đỡ 2.2 Lý thuyết tính toán phạm vi bảo vệ cột thu lôi 2.2.1 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi Phạm vi bảo vệ cột thu lôi miền đợc giới hạn mặt hình nón tròn xoay có đờng sinh xác định phơng trình: r x= 1,6 ( h−h x ) hx 1+ h (1- 1) Trong ®ã: h - ®é cao cét thu sÐt; hx - độ cao vật cần bảo vệ; rx - bán kính phạm vi bảo vệ mức hx; h - hx: độ cao hiệu dụng cột thu lôi Tuy nhiên để dễ dàng, thuận tiện thiết kế tính toán ngời ta thờng dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn giản hoá nh hình 1.1 Các đờng sinh hình nón đà đợc thay cách gần đờng thẳng qua đỉnh cột thu lôi tạo với mặt đáy hai đoạn có độ dài tơng ứng 0,75h 1,5h Với đờng sinh thay gần nh ta có đợc phạm vi bảo vệ cột thu lôi đọc tính theo công thức (1-2) công thøc (1-3) 0,2h 2/3h h x 1,5h 0,75h r x Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp Trong bán kính bảo vệ độ cao hx đợc tính theo công thức sau: *) Khi hx h r x=1,5 h 1− x h 0,8 h : ( ) h r x=0 ,75 1− x h h *) Khi hx > : ( ) (1-2) (1-3) 2.2.2 Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao Khi hai cột thu lôi đặt cách đoạn a = 2R = 7h điểm mặt đất khoảng cách hai cột không bị sét đánh Vì hai cột thu lôi đặt cách khoảng a < 7h bảo vệ đợc độ cao h0: h0 =h a Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiÖp / h h h o 1,5h 0,75h r x r o Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao Với: + rx bán kính bảo vệ vật độ cao hx; + rox bán kính bảo vệ cột thu lôi có chiều cao h o bảo vƯ cho vËt cã ®é cao hx hx h x≤ h0 : r ox =1,5 h ( 1− ) 0,8 h *) Khi hx r x =0 , 75 h0 (1− ) h x > h0 h0 *) Khi : (1-4) (1- 5) 2.2.3 Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao khác Hai cột thu lôi có độ cao khác có phạm vi bảo vệ gần giống nh hai cột thu lôi có độ cao nhau, khác chỗ lúc ta phải thay khoảng cách a hai cột khoảng cách a cột thu lôi có độ cao thấp với cột thu lôi giả tởng Điều đợc thể cụ thể hình 1.3 Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp A 0,2h1 B C h1 h h2 D E a a Hình Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao khác Từ hình(1.3): vẽ ta thấy: h DE = 1,5h đồng thời AE = 0,8h, nhờ tam Nếu h giác đồng dạng ta dễ dàng tính đợc BC, từ ta tính a = a BC Lúc phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có chiều cao h2 h đợc quy đổi phạm vi bảo vƯ cđa hai cét thu l«i cã chiỊu cao h cách đoạn a Bán kính bảo vệ cặp cột đợc tính theo công thức (1-4)  NÕu h > h’ th× DE = 0,75 h đồng thời AE = h Nhờ tam giác đồng dạng ta dễ dàng tính đợc BC, từ ta tính a = a BC Lúc phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có chiều cao h h đợc quy đổi phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có chiều cao h cách đoạn a Bán kính bảo vệ cặp cột đợc tính theo công thức (1-5) 2.2.4 Phạm vi bảo vệ nhiều cột thu lôi: Khi công trình cần bảo vệ có diện tích lớn, ta phải sử dụng nhiều cột thu lôi để phối hợp bảo vệ Phần bao phạm vi bảo vệ đợc xác định theo đôi cột nh ta đà xét Khi ba hay bốn cột thu lôi đợc đặt gần miền bảo vệ lúc vòng tròn ngoại tiếp tam giác (tứ giác) qua đỉnh cột thu lôi Lúc ta cần kiểm tra điều kiện an toàn theo tiêu sau: D 8.(h - h x ) = 8h a (1-6) Bé môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp Với: + D đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành cột thu sét; + = h - hx: Độ cao hiệu dụng cột thu lôi Khi cột thu lôi lập thành tam giác vuông hay hình chữ nhật D cạnh huyền tam giác vuông hay đờng chéo hình chữ nhật Chú ý: Cần lu ý trongcác trờng hợp cột thu sét cao 30 m hiệu chúng giảm sút lúc độ cao định hớng sét đợc giữ số Lúc công thức phải nhân thêm với hệ số hiệu chỉnh p: 5,5 p = h (1- 7) Và hoành độ 0,75p 1,5p nh điều kiện bảo vƯ an toµn lóc nµy lµ: D ¿ p (1-8) III Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 220/110 kV I) Mặt trạm: Trạm biến áp ta có hai cấp điện áp 220/110 với: Hai lộ vào 220 kV có độ cao cực đại cần bảo vệ 17 m Tám lộ 110 kV có độ cao cực đại cần bảo vệ 11 m II) Phơng án I: Trong phơng án ta đặt tổng cộng 25 cột thu lôi, đó: *) Cột 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 b¶o vƯ cho phÝa 220kV *) Cét 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 b¶o vƯ cho phía 110kV Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp Phạm vi bảo vệ phơng án I 1) Chọn độ cao cột thu lôi: *) Nhóm cột 1-2-9-10: Nhóm cột tạo thành hình vuông có đờng chÐo lµ: D=L1,9 =√ 342 +342 =48 ,08 ( m ) Do ®ã ®é cao hiƯu dơng cđa cét thu lôi là: D 48 , 08 =6 ,01 ( m) = *) Nhãm cét 2-3-9: Nhãm cột tạo thành tam giác vuông có cạnh huyền là: l39 =D=42 ,5 ( m) Do độ cao hiệu dụng cột thu lôi là: D 42 , =5 , 31 ( m ) = *) Nhóm cột 2-3-8: Nhóm cột tạo thành tam giác có ba cạnh là: l 23 =25,5(m ) l 2−8 =48 ,08( m) l 3−8 =35, 05(m) Vậy nửa chu vi tam giác là: p= (25 , 5+35 , 05+48 , 08)=54 ,32(m ) Theo công thức Heprong đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác là: D= 25,5.35,05.48,08 =49,56(m) 54 ,32.(54,3225,5).(54,3235,05).(54 ,3248,08) Vậy độ cao hiệu dụng cột thu lôi là: Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp D 49 , 56 = = =6 19 ( m ) 8 *) Nhãm cét 3-4-8: Nhãm cét tạo thành tam giác có ba cạnh là: l 3−4 =25 ,5(m) l 3−8 =35 , 05(m) l 4−8=38 ,01(m ) Vậy nửa chu vi tam giác là: p= (25 , 5+35 , 05+38 , 01)=49 , 28(m) Theo công thức Heprong đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác là: D= 25,5.35,05.38,01 =39,18(m) 49,28.( 49,28−25,5).(49,28−35,05).( 49,28−38,01) VËy ®é cao hiƯu dơng cđa cét thu lôi là: D 39 ,18 = = =4,9 ( m ) 8 *) Nhãm cét 4-5-6-7: Nhãm cột tạo thành hình vuông có đờng chéo là: D=L 4,6= √34 +34 2=48 , 08 ( m ) Do ®ã ®é cao hiƯu dơng cđa cét thu lôi là: D 48 , 08 =6 ,01 ( m) = *) Nhãm cét 9-10-11-12: Nhãm cột tạo thành hình chữ nhật có đờng chéo lµ: D=L9−11= √ 332 +342 =47 ,38 ( m ) Do độ cao hiệu dụng cột thu lôi là: Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiÖp D 47 ,38 = = =5 , 92 ( m) 8 *) Nhãm cét 8-9-12-13: Nhãm cét tạo thành hình chữ nhật có đờng chéo là: D=L8−12=√ 33 +34 2=47 , 38 ( m ) Do độ cao hiệu dụng cột thu lôi lµ: D 47 ,38 = = =5 , 92 ( m) 8 *) Nhãm cét 7-8-13: Nhãm cét tạo thành tam giác vuông có cạnh huyền là: l 7−13=D=37 , 12 ( m ) Do ®ã ®é cao hiệu dụng cột thu lôi là: D 37 , 12 = = =4 , 64 ( m ) 8 *) Nhãm cét 7-13-14: Nhãm cét nµy tạo thành tam giác có ba cạnh là: l713=37 ,12(m) l7−14=34 , 08(m) l13−14 =25 ,5(m ) VËy nöa chu vi tam giác là: p= (37 ,12+34 ,08+25 , 5)=48 ,35(m ) Theo công thức Heprong đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác là: D= 37 ,12.34 ,08 25,5 =38 ,33(m) √ 48 ,35.( 48,35−37,12).(48 ,35−34 ,08 ).(48,35−25 ,5) VËy ®é cao hiƯu dơng cđa cột thu lôi là: D 38 , 33 = = =4 , 79 ( m ) 8 Bộ môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp *) Nhóm cột 6-7-14: Nhóm cột tạo thành tam giác có ba cạnh là: l 67 =34 (m) l 614=34 , 08(m) l7−14=41 ,7( m) VËy nöa chu vi tam giác là: p= (34 +34 ,08+ 41, 7)=54 , 89(m) Theo công thức Heprong đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác là: D= 34.34 ,08 41,7 =43 ,06(m) √54 ,89.(54,89−34 ).(54 ,89−34 ,08).(54 ,89−41 ,7) Vậy độ cao hiệu dụng cột thu lôi là: D 43 , 06 = = =5 , 38 ( m ) 8 *) Nhãm cét 6-14-15: Nhãm cột tạo thành tam giác vuông có cạnh huyền là: l614 =D=41, ( m ) Do độ cao hiệu dụng cột thu lôi là: D 41 , = = =5 ,21 ( m ) 8 *) Nhóm cột 16-17-24-25: Nhóm cột tạo thành hình chữ nhật có đờng chéo là: D=L1624= 30 +382 =48 , 41 ( m ) Do ®ã độ cao hiệu dụng cột thu lôi là: D 48 , 41 = = =6 , 05 ( m ) 8 *) Nhãm cét 17-18-23-24: