Bao ve chong set danh truc tiep vao tram bien ap 80402

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Chơng 1: Bảo Vệ Chống Sét Đánh Trực Tiếp Vào Trạm Biến áp 1.1 Khái niệm chung: Trong hệ thống điện trạm biến áp phần tử quan trọng Nó thực nhiệm vụ truyền tải phân phối điện Do thiết bị trạm bị sét đánh trực tiếp dẫn đến hậu nghiêm trọng làm hỏng đến thiết bị trạm mà dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn thời gian dài làm ảnh hởng đến việc sản suất điện ngành kinh tế quốc dân khác Do việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt trời quan trọng Qua ta đa phơng án bảo vệ trạm cách an toàn kinh tế Nhằm đảm bảo toàn thiết bị trạm đợc bảo vệ an toàn chống 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 đờng dây gần trạm đoạn dÃn nối từ xà cuối trạm cột đờng dây Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp, ngời ta dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi.Các cột thu lôi đặt độc lập điều kiện cho phép đặt kết cấu trạm nhà máy,các cột đèn chiếu sáng Và để bảo vệ cho đoạn đờng dây nối từ xà cuối trạm đến cột đờng dây ta dùng dây chống sét Tác dụng hệ thống tập trung điện tích để định hớng cho phóng điện sét tập trung vào đó, tạo khu vực an toàn bên dới hệ thống Chiều cao cột cách bố trí cột thu lôi tuỳ thuộc vào mặt trạm, cách bố trí thiết bị trạm, độ cao bảo vệ theo yêu cầu Hệ thống thu sét phải gồm dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ nối đất Để nâng cao tác dụng hệ thống trị số ®iƯn trë nèi ®Êt cđa bé phËn thu sÐt ph¶i nhỏ để tản dòng điện cách nhanh nhất, đảm bảo cho có dòng điện sét qua điện áp phận thu sét không đủ lớn để gây phóng điện ngợc đến thiết bị khác gần Điện trở nối đất hệ thống thu sét trạm biến áp có cấp điện áp khác không giống Với trạm biến áp có cấp điện áp từ 110KV trở nên hệ thống nối đất chống sét hệ thống nối đất an toàn ghép chung Ngoài thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm bên cạnh vấn đề đảm bảo yêu cầu kỹ thuật ta cần phải quan tâm đến tiêu kinh tế mỹ tht cđa hƯ thèng nèi ®Êt T r a n Nguyễn Đặng Hồng Chinh H8A g Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Thông thờng để giảm vốn đầu t để tận dụng độ cao trạm biến áp nhà máy điện ta cố gắng đặt cột thu lôi cột đèn chiếu sáng, kết cấu trạm, mái nhà Cột thu lôi độc lập đắt nên dùng tận dụng đợc chiều cao khác 1.2- Các yêu cầu kỹ thuật tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp *Phải đảm bảo tất thiết bị cần bảo vệ phải đợc nằm trọn phạm vi bảo vệ an toàn hệ thống bảo vệ * Đối với trạm phân phối trời có điện áp từ 110KV trở nên có mức cách điện cao nên đặt cột thu lôi kết cấu trạm.Tuy nhiên trụ kết cấu có đặt cột thu lôi phải nối vào hệ thống nối đất trạm theo đờng ngắn cho dòng điện sét iS khuếch tán vào đất theo cọc nối đất Ngoài trụ kết cấu phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất * Khâu yếu trạm phân phối trời điện áp từ 110KV trở nên cuộn máy biến áp Vì dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp yêu cầu khoảng cách hai điểm nối vào hệ thống nối đất cột thu lôi điểm nối vào hệ thống nối đất vỏ máy biến áp phải lớn 15m theo đờng điện Tuy nhiên ta sử dụng hệ thống nối đất chung ta bỏ qua yêu cầu * Khoảng cách không khí kết cấu trạm có đặt cột thu lôi phận mang điện không đợc bé độ dài chuỗi sứ * Khi đặt hệ thống thu sét thân công trình tận dụng đợc độ cao phạm vi bảo vệ giảm đợc độ cao cột Nhng mức cách điện trạm phải đảm bảo an toàn điều kiện phóng điện ngợc từ hệ thống thu sét sang thiết bị Do điều kiện để đặt cột thu lôi hệ thống xà trạm mức cách điện cao trị số điện trở tản phận nối đất nhỏ * Khi bố trí cột thu lôi xà trạm phân phối trời 110 kV trở lên phải thực yêu cầu : chỗ nối kết cấu có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có nối đất bổ xung (dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở nối đất không đợc (ứng với dòng điện tần số công nghiệp) * Khi dùng cột thu lôi độc lập phải phải ý đến khoảng cách cột thu lôi đến phận trạm để tránh khả phóng điện từ cột thu lôi đến thiết bị đợc bảo vệ * Tiết diện dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định T nhiệt có dòng điện sét chạy qua r a n Nguyễn Đặng Hồng Chinh H8A g Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp * Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi dây dẫn điện phải đợc cho vào ống chì đợc chôn đất 1.3 Các phơng thức sử dụng để tính toán chiều cao cột phạm vi bảo vệ 1.3.1 Công thức tính chiều cao cđa cét thu l«i h = hx + Trong : h-Là chiều cao cột thu lôi hx-Là độ cao cần đợc bảo vệ ha-Là độ cao tác dụng cột thu lôi ha:Xác định theo nhóm cột với điều kiện D/8 D-Là đờng kính đờng tròn ngoại tiếp đa giác tạo cột 1.3.2 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi độc lập Phạm vi bảo vệ cột thu lôi độc lập miền giới hạn mặt hình chóp tròn xoay có đờng sinh xác định phơng tr×nh : rx = 1,6 ( h−h x ) hx 1+ h Trong : rx-Là phạm vi bảo vệ ë møc cao hx cđa cét thu l«i 0,2h h 2/3h hx 1,5h 0,75h 0,75h 1,5h rx §Ĩ dƠ dàng thuận tiện việc tính toán thiết kế thờng dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn giản hoá Đợc tính toán theo công thức : Hình 1.1Phạm vi bảo vƯ cđa mét cét thu l«i h ¿ h r x=1,5 h (1− x ) 0,8 h - NÕu hx T r a n Nguyễn Đặng Hồng Chinh H8A g Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật ®iƯn cao ¸p ¿ h - NÕu hx r x=0 ,75 h (1− hx ) h th× * Các công thức với cột thu lôi cao dới 30 m Hiệu cột thu lôi 30 m giảm độ cao định hớng sét số Khi cột có chiều cao 30m ta dùng công thức nhng phải nhân 5,5 thêm với hệ số hiệu chỉnh p = h Và hình vẽ ta sử dụng hoành độ 0,75.h.p 1,5.h.p 1.3.3 Phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột thu lôi Phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột thu lôi lớn nhiều so với tổng số phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột đơn Nhng để hai cột thu lôi phối hợp bảo vệ đợc khoảng chúng khoảng cách a hai cột phải thoả mÃn điều kiện a 7.h a) Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao Khi hai cột thu lôi có độ cao h đặt cách khoảnh a(a 7.h) độ cao lớn khu vực bảo vệ hai cột thu lôi h0đợc xác định : a h0 = h - Bán kính phạm vi bảo vệ khoảng hai cột đợc tÝnh nhu sau : - NÕu hx ¿ h0 - NÕu hx ¿ h0 th× r0x = th× r0x = 1,5 h (1− hx 0,8 h 0 , 75 h0 (1− hx h0 ) ) Trong : h0-Là độ cao lớn khu vực bảo vệ hai cột thu lôi r0x-Là bán kính phạm vi bảo vệ khoảng hai cột thu lôi Khi độ cao cột thu lôi lớn 30 m ta phải thêm hệ số hiệu chỉnh p nh mục 1.3.2 tÝnh h0 theo a 5,5 h0 = h - p ; p = h Nguyễn Đặng Hồng Chinh H8A T r a n g Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp R h 0,2h0 0,2h rx hx a h0 0,75h0 0,75h 1,5h0 1,5h rxo rx Hình 1.2 Tr ờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao b) Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao khác Đợc xác định nh sau : Giả sử có hai cột thu lôi : Cột có độ cao h1 Cột có độ cao h2 Khoảng cách hai cột la a h1 > h2 Trớc tiên ta vẽ phạm vi bảo vệ cột cao h 1sau ®ã tõ ®Ønh cđa cét thÊp h2 giãng ®êng thẳng ngang sang cột h1 Cắt đờng sinh phạm vi bảo vệ cột điểm Điểm đợc coi đỉnh cột thu lôi giả định (cột 3) Cột thu lôi giả định có độ cao với cột hình thành đôi cột có chiều cao nhau, cách khoảng a, R h1 Nguyễn Đặng Hồng Chinh H8A h2 h0 hx T r a n g 1,5h2 0,75h2 a' 0,75h1 x Đồ án tốt nghiệp 1,5h1 Kỹ thuật điện cao áp a r1x r2x r0x Hình 1.3 Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao khác Dễ dàng nhận thấy khoảng cách x từ h (cột 1) đến cột giả tởng (cột 3) bán kính bảo vệ cột cao h1 chiều cao cần bảo vệ h2 Do tính khoảng cách x theo : NÕu : ( h2 ≤2/ h1 ⇒ x=1,5 h1 − h2 0,8 ) h2 > 2/ h1 ⇒ x=0 , 75 ( h1 −h2 ) Tõ ®ã ta tính đợc a = a - x h0 = h2 - a/7 Từ ta tính đợc bán kính b¶o vƯ r0x ( h x≤2 /3 h ⇒r x=1,5 h0 1− NÕu hx 0,8 h0 ) hx h0 ( ) h x >2/ h0 ⇒ r x =0 , 75 h0 1− c) Ph¹m vi bảo vệ nhiều cột thu sét Khi công trình cần đợc bảo vệ chiếm khu vực rộng lớn dùng vài cột cột phải cao gây nhiều khó khăn cho việc thi công lắp ráp Trong trờng hợp ta dùng phối hợp nhiều cột với để bảo vệ Phần phạm vi bảo vệ đợc xác định cho đôi cột ( với yêu cầu khoảng cách a 7h ) Còn phần bên đa giác đợc kiểm tra theo điều kiện an toàn Vật có độ cao hx nằm đa giác đợc bảo vệ thoả mÃn điều kiện: T D  8.(h - hx) = 8.ha r a n NguyÔn Đặng Hồng Chinh H8A g Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trong : D - đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bëi c¸c cét thu sÐt = h - hx độ cao hiệu dụng cột thu sét Nếu độ cao cột vợt 30 m điều kiện an toàn đợc hiệu chỉnh 5,5 D 8.(h - hx).p = 8.ha.p ; p = √h 1.4- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp 110kV Với yêu cầu đề tài Thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm - Trạm có diện tích là: 140 x 92m2 bao gồm: + Hai máy biến áp T1 T2 + lộ dây vào110 kV + Sơ đồ đấu dây trạm sơ ®å hai gãp cã gãp ®êng vßng - Độ cao xà 11 m 7,5m - Độ cao nhà điều khiển : m 1.5 Các phơng án bố trí cột thu lôi bảo vệ 1.5.1 Phơng án Sơ đồ mặt trạm cách bố trí cột thu lôi nh hình vẽ ,ở phơng án ta bố trí cột thu l«i (1) ; (3) ; (4) ; (5) ; (6) xà trạm có chiều cao 11 m cột thu lôi cột (2) đặt xà cao 7,5 m Đồng thời sử dụng cột đèn chiếu s¸ng (7) ; (8) ; (9) ; (víi chiỊu cao cột đèn 21m ) để bảo vệ.Ta tiến hành tính toán chiều cao cột phạm vi bảo vệ hệ thống 1.5.1.1.Độ cao tác dụng cột thu lôi Để tính đợc độ cao tác dụng cột thu lôi Trớc hết ta cần xác định đờng kính D đờng tròn ngoại tiếp tam giác (hoặc tứ giác) qua (hoặc 4) đỉnh cột Để cho toàn phần diện tích giới hạn tam giác (hoặc tứ giác ) đợc D bảo vệ : D 8.ha hay Từ sơ đồ bố trí cột phơng án ta thấy nhóm cột bố trí hình thành nên hình ch÷ nhËt b»ng nh : HCN (4),(5),(8),(7) = HCN (5), (6),(8),(9) Và cặp tam giác nh : T r TG(1),(2),(4) = TG(2),(3),(6) a n Nguyễn Đặng Hồng Chinh H8A g Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp TG(2),(4),(5) = TG(2),(5),(6) Từ ta cần xác định đờng kính đờng tròn ngoại tiếp HCN ,TG : a) Xét nhóm cột (1),(2),(4): Nhóm cột hình thành tam giác thờng có độ dài cạnh lµ : a12 = 55,1m ; a14 = 27m ; a42 = 66,03m Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác qua chân cột đợc xác định công thức Hê rông: r= a.b.c √ p.( p−a)( p−b)( p−c) p= a+b +c : nửa chu vi tam giác - a,b,c: độ dài cạnh tam giác p= a12+ a14 +a 42 55 ,1+27+ 66 ,03 a+b +c = =74 ,05 m 2 = r= Tõ ®ã : a.b.c √ p.( p−a)( p−b)( p−c) = 55 ,1 27 66 , 03 =33 , 67m ( ) ( ) ( ) √74 , 05 74 , 05−55 ,1 74 ,05−27 74, 05−66, 03 Suy ; D = 2.R = 2.33,67= 67,34m §é cao tác dụng để nhóm cột (1),(2),(4) bảo vệ đợc hoàn toàn phần diện tích giới hạn đỉnh cột phải thoả mÃn điều kiện : 67,34 D/8 = =8,42 m b)XÐt nhãm cét (2),(4),(5) Nhãm cột hình thành tam giác vuông có cạnh Ta có: a25 = 38 m ; a45 =54 m Đờng kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác vuông cạnh huyền tam giác a24 đợc xác định D= a 25 +a 45 2= Nguyễn Đặng Hồng Chinh H8A 382 +54 2= 66 ,03 m T r a n g Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Độ cao tác dụng để nhóm cột (2),(4),(5) bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới hạn 66 , 03 =8 ,25 m  D/8 = bëi chóng phải thoả mÃn điều kiện c) Xét nhóm cột (4),(5),(7),(8) Nhóm cột hình thành hình chữ nhật có độ dài cạnh a45 = 54 m ; a47 = 44 m Đờng kính đờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật độ dài đờng chéo hình chữ nhật : D= a 45 +a 47 =√ 54 + 442 =69 , 65 m Độ cao tác dụng tối thiểu để cột (4),(5),(7),(8) bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới hạn bëi chóng lµ: D 69 , 65 ≥ = =8 ,707 m 8 d)Chọn độ cao tác dụng chung cho toàn trạm Qua tính toán độ cao tác dụng cột thu lôi, lấy chung giá trị độ cao tác dụng lớn cột thu lôi cho toàn trạm Do ta lấy : =8,8m 1.5.1.2 Tính độ cao cột thu lôi Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đợc xác định bởi: h = + hx Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi + hx: độ cao vật đợc bảo vệ + ha: độ cao tác dụng cột thu lôi Đối với phía 110kV đề tài xà cần bảo vệ có độ cao lớn 11m (hx = 11m) ®ã ®é cao tèi thiĨu cđa cét thu lôi là: h = hx + =11 + 8,8 = 19,8 m Nhng cột (7),(8),(9) đợc đặt cột đèn chiếu sáng có độ cao 21m, nên ta tận dụng hết độ cao để làm cột thu sét Từ ta chọn chiều cao chung cột thu sét cho toàn trạm h = 22 m 1.5.1.3 Tính phạm vi bảo vệ cột thu lôi: a) Bán kính bảo vệ cột thu lôi độ cao 11m: h = 22 m : hx =11 m : Ta cã : hx =11 < 2/3 h =2/3.22 = 14,76 m T r a n Nguyễn Đặng Hồng Chinh H8A g Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp ( hx ( hx r x=1,5 h 1− ) ( 11 =12 , 37 m 0,8 22 ( 7,5 =18 , 94 m 0,8 22 =1,5 22 ) 0,8 h Nên: b) Bán kính bảo vƯ cđa tõng cét ë ®é cao 7,5 m: h = 22 m : hx =7,5 m : r x=1,5 h 1− ) =1,5 22 1− ) 0,8 h Nên 1.5.1.4 Phạm vi bảo vệ cặp cột thu lôi a) Xét cặp cột (1),(2) Có độ cao b»ng : h1 = h2 = 22 m Khoảng cách hai cột là: a = 55,11 m - Độ cao lớn khu vực bảo vệ hai cột thu lôi là: a 55 ,11 ho =h− =22− =14 , 13 m 7 - B¸n kính khu vực bảo vệ hai cột thu lôi là: độ cao 11m: hx = 11m > ho = 9,42m hx 11 =0 , 75 14 , 13 1− =2 ,35 m ho 14 ,13 ( ) r xo=0 ,75 ho 1− Nên : ( ) độ cao 7,5m: hx = 7,5m < ho = 9,42m ( r xo=1,5 ho 1− hx 7,5 =1,5 14 ,13 1− =7 ,13 m 0,8 h o 0,8 14 , 13 ) ( ) b) XÐt cỈp cét (1),(4) : Độ cao cột : h1 = h2 = 22 m Khoảng cách hai cột là: a = 27 m -§é cao lín nhÊt cđa khu vùc bảo vệ hai cột thu lôi là: a 27 ho =h− =22− =18 ,14 m 7 -B¸n kÝnh khu vực bảo vệ hai cột thu lôi là: độ cao 11m: hx = 11m < ho = 12,1m Nªn : ( r xo=1,5 ho 1− hx 11 =1,5 18 , 14 1− =6 ,59 m 0,8 h o 0,8 18 ,14 ) Nguyễn Đặng Hồng Chinh H8A ( ) T r a n g