Các phơng thức sử dụng để tính toán chiều cao cột và phạm vi bảo vệ
1.3.1 Công thức tính chiều cao của cột thu lôi h = hx + ha
h-Là chiều cao cột thu lôi
hx-Là độ cao cần đợc bảo vệ
ha-Là độ cao tác dụng của cột thu lôi ha:Xác định theo nhóm cột với điều kiện là ha D/8.
D-Là đờng kính đờng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các cột
1.3.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập
Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là miền giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp tròn xoay có đờng sinh xác định bởi phơng trình : rx 1,6
Trong đó : rx-Là phạm vi bảo vệ ở mức cao hx của cột thu lôi Để dễ dàng thuận tiện trong việc tính toán thiết kế thờng dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn giản hoá Đợc tính toán theo công thức :
* Các công thức trên chỉ đúng với những cột thu lôi cao dới 30 m Hiệu quả của cột thu lôi hơn 30 m sẽ giảm do độ cao định hớng của sét là hằng số
Khi cột có chiều cao trên 30m thì ta vẫn dùng công thức trên nhng phải nhân thêm với hệ số hiệu chỉnh p 5,5
Và trên hình vẽ ta sử dụng các hoành độ 0,75.h.p
1.3.3 Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi
Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi thì lớn hơn nhiều so với tổng số phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột đơn Nhng để hai cột thu lôi có thể phối hợp bảo vệ đợc khoảng giữa chúng thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn điều kiện a ¿ 7.h a) Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có cùng độ cao
Khi hai cột thu lôi có cùng độ cao h đặt cách nhau một khoảnh a(a ¿ 7.h) thì độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là h0đợc xác định : h0 = h - a
7 Bán kính phạm vi bảo vệ tại khoảng giữa hai cột đợc tính nhu sau :
h0-Là độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi
r0x-Là bán kính phạm vi bảo vệ tại khoảng giữa hai cột thu lôi
Khi độ cao của cột thu lôi lớn hơn 30 m thì ta cũng phải thêm hệ số hiệu chỉnh p nh mục 1.3.2 và tính h0 theo h0 = h - a
Hình 1.2 Tr ờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao bằng nhau r x h 0,2h
R h x a b) Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau Đợc xác định nh sau :
Giả sử có hai cột thu lôi : Cột 1 có độ cao h1
Khoảng cách giữa hai cột la a và h1 > h2
Trớc tiên ta vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h1sau đó từ đỉnh của cột thấp h2 gióng đờng thẳng ngang sang cột h1 Cắt đờng sinh của phạm vi bảo vệ của cột 1 tại điểm 3 Điểm này đợc coi là đỉnh của cột thu lôi giả định (cột 3) Cột thu lôi giả định này có cùng độ cao với cột 2 và hình thành đôi cột có chiều cao bằng nhau, cách nhau một khoảng a ,
Hình 1.3 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Dễ dàng nhận thấy khoảng cách x từ h1 (cột 1) đến cột giả tởng (cột 3) chính là bán kính bảo vệ của cột cao h1 đối với chiều cao cần bảo vệ bằng h2
Do đó tính khoảng cách x theo :
Từ đó ta tính đợc a’ = a - x và h0 = h2 - a’/7
Từ đó ta tính đợc bán kính bảo vệ r0x
NÕu h x ≤2/3h 0 ⇒r 0 x =1,5 h 0 ( 1− 0,8 h x h 0 ) h x >2/3h 0 ⇒r 0 x =0,75.h 0 ( 1− h h x 0 ) c) Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét
Khi công trình cần đợc bảo vệ chiếm một khu vực rộng lớn nếu chỉ dùng một vài cột thì cột phải rất cao gây nhiều khó khăn cho việc thi công và lắp ráp Trong tr- ờng hợp này ta dùng phối hợp nhiều cột với nhau để bảo vệ Phần ngoài của phạm vi bảo vệ sẽ đợc xác định cho từng đôi cột một ( với yêu cầu khoảng cách là a 7h ) Còn phần bên trong đa giác sẽ đợc kiểm tra theo điều kiện an toàn. Vật có độ cao hx nằm trong đa giác sẽ đợc bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:
D - đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét ha = h - hx là độ cao hiệu dụng của cột thu sét.
Nếu độ cao cột vợt quá 30 m thì điều kiện an toàn sẽ đợc hiệu chỉnh là
1.4- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp 110kV
Với yêu cầu của đề tài Thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm.
- Trạm có diện tích là: 140 x 92m 2 và bao gồm:
+ Hai máy biến áp T1 và T2
+ Sơ đồ đấu dây của trạm là sơ đồ hai thanh góp có thanh góp đờng vòng.
- Độ cao các thanh xà là 11 m và 7,5m.
- Độ cao nhà điều khiển : 5 m
Các phơng án bố trí cột thu lôi bảo vệ
Sơ đồ mặt bằng trạm và cách bố trí các cột thu lôi nh hình vẽ ,ở phơng án này ta bố trí 5 cột thu lôi (1) ; (3) ; (4) ; (5) ; (6) trên xà của trạm có chiều cao 11 m và 1 cột thu lôi cột (2) đặt trên xà cao 7,5 m Đồng thời sử dụng các cột đèn chiếu sáng (7) ; (8) ; (9) ; (với chiều cao của các cột đèn là 21m ) để bảo vệ.Ta tiến hành tính toán chiều cao của các cột và phạm vi bảo vệ của hệ thống.
1.5.1.1.Độ cao tác dụng của các cột thu lôi Để tính đợc độ cao tác dụng ha của các cột thu lôi Trớc hết ta cần xác định đờng kính D của đờng tròn ngoại tiếp tam giác (hoặc tứ giác) đi qua 3 (hoặc 4) đỉnh cột Để cho toàn bộ phần diện tích giới hạn bởi tam giác (hoặc tứ giác ) đó đợc bảo vệ thì : D 8.ha hay ha
Từ sơ đồ bố trí các cột của phơng án 1 ta thấy các nhóm cột bố trí hình thành nên những hình chữ nhật bằng nhau nh :
Và các cặp tam giác bằng nhau nh :
Từ đó ta chỉ cần xác định đờng kính đờng tròn ngoại tiếp của một trong các HCN ,TG bằng nhau này : a) XÐt nhãm cét (1),(2),(4):
Nhóm 3 cột này hình thành một tam giác thờng có độ dài các cạnh là : a12 = 55,1m ; a14 = 27m ; a42 = 66,03m
Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột bất kì đợc xác định bởi công thức Hê rông: r= a b c
2 : là nửa chu vi của tam giác.
- a,b,c: là độ dài các cạnh của tam giác. p=a+b+c
Suy ra ; D = 2.R = 2.33,67= 67,34m Độ cao tác dụng để nhóm cột (1),(2),(4) bảo vệ đợc hoàn toàn phần diện tích giới hạn bởi 3 đỉnh cột phải thoả mãn điều kiện : ha D/8 67,34
Nhóm 3 cột này hình thành một tam giác vuông có các cạnh là
Ta cã: a25 = 38 m ; a45 T m Đờng kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác vuông này chính là cạnh huyền của tam giác và bằng a24 đợc xác định
T r Độ cao tác dụng để nhóm cột (2),(4),(5) bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng phải thoả mãn điều kiện ha D/8 66,03
Nhóm cột này hình thành một hình chữ nhật có độ dài các cạnh a45 = 54 m ; a47 = 44 m Đờng kính đờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật này chính là độ dài đờng chéo của hình chữ nhật :
472=√ 54 2 + 44 2 i , 65 m Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột (4),(5),(7),(8) bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là: h a ≥D
8 =8,707m d)Chọn độ cao tác dụng chung cho toàn trạm
Qua tính toán độ cao tác dụng của các cột thu lôi, có thể lấy chung một giá trị độ cao tác dụng lớn nhất của cột thu lôi cho toàn trạm là
Do vËy ta lÊy : ha =8,8m.
1.5.1.2 Tính độ cao của các 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 = ha + hx
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 của đề tài các thanh xà cần bảo vệ có độ cao lớn nhất là 11m (hx = 11m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi là: h = hx + ha + 8,8 = 19,8 m.
Nhng do các cột (7),(8),(9) đợc đặt trên các cột đèn chiếu sáng có độ cao là 21m, nên ta tận dụng hết độ cao này để làm cột thu sét
Từ đó ta chọn chiều cao chung của các cột thu sét cho toàn trạm là h = 22 m 1.5.1.3 Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi: a) Bán kính bảo vệ của từng cột thu lôi ở độ cao 11m: h = 22 m : hx m :
Nên: r x =1,5 h ( 1−0,8 h x h ) =1,5 22 ( 1− 110,8 22) , 37 m b) Bán kính bảo vệ của từng cột ở độ cao 7,5 m: h = 22 m : hx =7,5 m :
1.5.1.4 Phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu lôi a) Xét cặp cột (1),(2).
Có độ cao bằng nhau : h1 = h2 = 22 m
Khoảng cách giữa hai cột là: a = 55,11 m.
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: h o =h−a
- Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 11m: hx = 11m >
Nên : r xo =0,75 h o ( 1− h h x o ) =0 , 75 14 , 13 ( 1− 11 14 ,13 ) =2 ,35 m ở độ cao 7,5m: hx = 7,5m
3 15,72 = 10,48 m. r xo =1,5 h o ( 1− 0,8 h h x o ) =1,5 15 , 72 ( 1− 15 7,5 , 72 ) =9 , 52m d) Xét cặp cột (7),(8) : Độ cao các cột : h1 = h2 = 22 m
Khoảng cách giữa hai cột là: a = 54 m.
-Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: h o =h−a
-Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 11m: hx = 11m >
3 14,29 = 9,52m Nên : r xo =0,75 h o ( 1− h h x o ) =0 , 75 14 , 29 ( 1− 11 14 ,29 ) =2 , 47 m ở độ cao 7,5m: hx = 7,5m
1.5.2.5 Bảng kết quả tính toán của ph ơng án II a) Bảng (1-3) và bảng (1-4) trình bày kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu lôi ở phơng án II
Kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của từng cột thu lôi phơng án II
Cét sè h(m) hx(m) ha= h - hx(m) rx(m) (1)(11
Kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của từng cặp cột thu lôi phơng án 1I
7,5 14,66 b)Tổng chiều dài của các cột thu lôi ở phơng án II
- Phơng án II bố trí 11 cột thu lôi cao 23 m
- Tổng chiều dài của các cột là 11.23 = 253 m
Từ số liệu tính toán và diện tích mặt bằng bố trí thiết bị ta vẽ đợc phạm vi bảo vệ của phơng án II.
Ta thấy rằng toàn bộ các thiết bị cần đợc bảo vệ đều nằm trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ.
Tính Toán Nối Đất Cho Trạm Biến áp
Khái niệm chung
Nối đất làm việc
Là loại nối đất có nhiệm vụ đảm bảo sự làm việc bình thờng của thiết bị, hoặc một số bộ phận của thiết bị theo chế độ làm việc đã đợc quy định sẵn Loại nối đất này bao gồm :
- Nối đất điểm trung tính máy biến áp trong hệ thống có điểm trung tính nối đất
- Nối đất của máy biến áp đo lờng và của kháng điện bù ngang trên đờng dây tải điện
Nối đất an toàn
Có nhiệm vụ bảo đảm an toàn cho ngời khi cách điện của thiết bị điện bị hỏng.Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem nối đất mọi bộ phận kim loại bình th- ờng không mang điện (vỏ máy,thùng máy biến áp,máy cắt điện ,các giá đỡ kim loại ,chân sứ khi cách điện bị h hỏng trên các bộ phần này xuất hiện điện thế nhng do đã đợc nối đất nên giữ đợc mức điện thế thấp Do đó đảm bảo đợc an toàn cho ngời khi tiếp xúc với chúng
Nối đất chống sét
Nối đất chống sét nhằm tản dòng điện sét trong đất (khi có sét đánh vào cột thu sét , hoặc trên đờng dây ) Để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên thân cột không quá lớn,do đó hạn chế đợc các phóng điện ngợc tới các công trình cần bảo vệ
* Nhìn chung ở các nhà máy điện và trạm biến áp về nguyên tắc là phải tách rời các hệ thống nối đất nói trên (để đề phòng khi có dòng điện ngắn mạch lớn hay dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất làm việc sẽ không gây điện thế cao trên hệ thống nối đất an toàn Tuy nhiên trong thực tế điều đó khó thực hiện vì nhiều lí do, cho nên ta chỉ dùng một hệ thống nối đất chung cho các nhiệm vụ. Song hệ thống nối đất chung phải đảm bảo yêu cầu của các thiết bị khi có dòng ngắn mạch chạm đất lớn do vậy yêu cầu điện trở nối đất phải nhỏ Điện trở nối đất của hệ thống này yêu cầu không đợc vợt quá 0,5
Khi điện trở nối đất càng nhỏ thì có thể tản dòng điện với mật độ lớn, tác dụng 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 hai yếu tố là đảm bảo về kỹ thuật và hợp lý về kinh tế.
Các số liệu dùng để tính toán nối đất
Theo đề tài điện trở suất đo đợc của đất: đ = 0,9.10 4 /cm =0,9.10 2 /m. Điện trở nối đất cột đờng dây: Rc = 10 .
Trong thực tế đất là một môi trờng phức tạp không đồng nhất về kết cấu cũng nh về thành phần , do đó điện trở suất của đất sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố ,thành phần ,độ ẩm,nhiệt độ Do khí hậu các mùa thay đổi nên độ ẩm ,nhiệt độ của đất luôn thay đổi Do đó trong quá trình tính toán nối đất,giá trị điện trở suất của đất cần phải đợc hiệu chỉnh theo hệ số mùa
Công thức hiệu chỉnh nh sau:
(Đợc xác định theo bảng tơng ứng với các dạng nối đất và các loại cọc ) Bảng 2 – 1: Hệ số Kmùa
Loại nối đất Dạng cực Hệ số Kmùa
An toàn và làm việc Thanh ngang,chôn sâu 0,8 m 2
Chống sét Thanh ngang chôn sâu 0,8 m 1,25
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: Đối với 110kV: l = 200 m.
Một số yêu cầu về kỹ thuật của điện trở nối đất :
Trị số điện trở nối đất càng bé thì tác dụng của nối đất càng cao Nhng việc giảm trị số điện trở nối đất sẽ làm tăng giá thành xây dựng vì số lợng kim loại tăng do đó phải qui định trị số cho phép của điện trở nối đất. Đối với hệ thống nối đất làm việc thì trị số của nó phải thoả mãn các yêu cầu của tình trạng ,làm việc theo quy trình thì:
Đối với các thiết bị điện nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất phải thoả mãn: R 0,5.
Đối với các thiết bị có điểm trung tính không trực tiếp nối đất thì:
Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện với đất và chỉ có một hệ thống nối đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì:
I nhng không đợc vợt quá 10.
Khi lới điện không đặt cuộn dập hồ quang thì dòng điện I sẽ là dòng điện điện dung của toàn lới:
C : điện dung của pha với đất.
Nếu trong hệ thống có thiết bị bù thì dòng điện tính toán I là phần dòng điện ngắn mạch chạm đất trong mạng khi đã có bù công suất lớn nhất nhng chú ý là phần dòng điện đó không đợc vợt quá 50 A
Dòng điện tính toán trong hệ thống nối đất mà trong đó có nối thiết bị bù đợc lấy bằng 125% dòng điện định mức của thiết bị bù ấy.
Ngoài việc đảm bảo trị số điện trở nối đất đã quy định và giảm nhỏ trị số điện trở nối đất của trạm và của nhà máy điện còn phải chú ý đến việc cải thiện sự phân bố thế trên toàn bộ diện tích trạm Đối với trạm biến áp ta thiết kế bảo vệ có cấp điện áp 110kV và có các cột thu lôi độc lập do đó ta sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu quả tản dòng điện tốt nhất.
Mặt khác do đặt các cột thu lôi trên xà nên phần nối đất chống sét ta nối chung với mạch vòng nối đất của trạm.
Nối đất an toàn
Nối đất tự nhiên
Để đảm bảo yêu cầu về nối đất cũng nh để giảm khối lợng kim loại trong việc xây dựng hệ thống nối đất nên tận dụng các loại nối đất tự nhiên:
Các hệ thống vỏ cáp ngầm ,ống nớc chôn dới đất hay các ống kim loại khác (không chứa các chất dễ cháy nổ)
Hệ thống chống sét cột và dây của đờng dây tải điện.
Kết cấu kim loại các công trình nh móng nhà tờng trạm chôn dới đất.
Khi dùng nối đất tự nhiên phải tuân theo những điều kiện quy định của quy phạm Nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn các yêu cầu của thiết bị có dòng điện chạm đất bé thì không cần làm thêm nối đất nhân tạo nữa Nhng với các các thiết bị có dòng ngắn mạch lớn thì cần phải có nối đất nhân tạo và yêu cầu trị số điện trở nối đất nhân tạo vẫn phải nhỏ hơn 1.
Trong phạm vi của đề tài này ta chỉ xét nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống chống sét cột và đờng dây của đờng dây tải điện 110 KV tới trạm
Công thức tính toán điện trở của hệ thống chống sét cột đờng dây
RCS -Là điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vợt
RC -Là điện trở nối đất của cột n -Là số lợng đờng dây đi ra a) Tính điện trở tác dụng của dây chống sét RCS
Với đờng dây 110kV ta sử dụng dây chống sét loại C-70 có r0 =2,38 / ¿ ¿ km và khoảng vợt của đờng dây là lkv 0 km.
Ta giả thiết rằng các khoảng vợt có độ dài nh nhau
Từ đó ta tính đợc :
RCS =r0.l =2,38.200.10 -3 =0,476 b) Điện trở nối đất của cột RC víi ® = 0,9.10 4 /cm
Ta tra trong bảng 19-6 Trang 191 sách Kỹ Thuật Điện Cao áp đợc Rc
Do trạm thiết kế bảo vệ có 4 lộ đờng dây 110 KV nên điện trở nối đất tự nhiên của trạm sẽ là :
Nối đất nhân tạo
Để đảm bảo điện trở nối đất của hệ thống đảm bảo :
R HT =R TN // R NT R TN R NT
C Hình 2 – 1: Sơ đồ nối đất mạch vòng của trạm. l1 l2
Ta tiến hành nối đất nhân tạo cho hệ thống với yêu cầu :
RNT ¿ 1 Đối với nối đất nhân tạo cho trạm biến áp thì có nhiều cách thức khác nhau để thực hiện nh nối đất kiểu lới ,kiểu mạch vòng Đối với trạm thiết kế bảo vệ ta sẽ sử dụng nối đất dạng mạch vòng xung quanh trạm bằng các thanh nối dẹt Với trạm bảo vệ có kích thớc hình chữ nhật có các chiều là : l 1 0m ; l 2 m
Do đó ta sử dụng mạch vòng bao quanh trạm là hình chữ nhật ABCD có kích thíc nh sau:
Ta lấy lùi lại mỗi đầu 1 m để cách xa móng tờng trạm
Sơ đồ nối đất mạch vòng thanh dẹt của trạm nh hình (2 – 1 ):
Tính toán điện trở mạch vòng :
+ L -Là chu vi của mạch vòng ,xác định theo công thức:
+ t -Là độ chôn sâu của thanh làm mạch vòng Ta lấy t = 0,8 m + ρ tt =ρ đ o K mùa
- ρ do theo đề tài cho ρ do =0,9.10 4 cm
- Kmùa Đối với thanh ngang chôn sâu 0,8 m chọn Kmùa = 2
+ d- Đờng kính của thanh làm mạch vòng, với thanh dẹt có bề rộng b = 4 cm
+ k - hệ số phụ thuộc vào tỉ số l1 / l2
Với bảng giá trị của K = f(l1 / l2) ta có bảng sau :
Bảng 2 – 2: Hệ số K phụ thuộc vào (l1/l2) l1 / l2 1 1,5 2 3 4
Từ bảng trên ta vẽ đợc quan hệ K = f(l1 / l2) Đồ thị quan hệ K = f(l1 / l2).
Với mạch vòng ta sử dụng : l1 / l2 = 138 / 90 = 1,533
Từ đồ thị bằng phơng pháp nội suy ta xác định đợc K = 5,9
Thay các giá trị vừa xác định vào công thức tính RMV ta có :
RMV = 1,42 > 1 Do vậy để đảm bảo RNT 1 ta phải tiến hành đóng thêm cọc thành hệ thống nối đất mạch vòng - cọc .
Gọi n là số cọc cần đóng thêm : với c , MV là hệ số sử dụng cọc và mạch vòng
Sau khi đóng thêm cọc thì điện trở nhân tạo đợc xác định theo công thức :
Các thông số của cọc đóng nh sau :
Hình 2 – 3:Các kích th ớc nối đất cọc
Ta chọn cọc trong chôn sâu dới mặt đất có :
Điện trở của cọc Rcọc đợc xác định bằng công thức sau :
là điện trở suất của đất đối với cọc: = đo.Kmùa (cọc)
Tra bảng (2-1) sách “hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta đợc:
= 0,9.10 2 1,4 = 1,26.10 2 (.m). t là độ chôn sâu: t = 0,8m Giá trị t / đợc tính: t '=l
2+0,8=2,3(m) Thay số liệu vào (4 - 5 ) ta có:
Xác định các hệ số n , MV , cọc :
Với chu vi của mach vòng : L = 456(m)
Gọi khoảng cách giữa hai cọc là a
Từ bảng 4( phụ lục sách hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp ), ta xác định đợc quan hệ cọc = f(n) Hình vẽ trang 45 theo các tỷ số a / l khác nhau
Từ bảng 6(phụ lục sách hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp), ta xác định đợc quan hệ MV = f(n) Hình vẽ trang 46 sau:
Từ các đồ thị biểu diễn quan hệ ta vừa xây dựng ta tiếp tục tính :
Ta xét từng trờng hợp theo tỷ số a l với các thông số là:
L (chu vi mạch vòng) = 456 (m). l (chiều dài cọc) = 3( m ).
* Khi a1/ l = 1 khoảng cách giữa các cọc a1=l =3 ( m ).
Ta có số cọc chôn theo chu vi mạch vòng là: n 1 = L a 1 E6
Bằng phơng pháp nội suy từ hai đồ thị c = f(n) và MV = f(n) ta xác định đ- ợc :
c = 0,37 ; MV = 0,18 Điện trở nhân tạo trong trờng hợp này là:
* Khi a2 / l = 2 khoảng cách giữa hai cột a2 = 2.l = 2.3 = 6(m)
Ta có số cọc chôn theo chu vi là: n 2 = L a 2 E6
6 v cọc Tơng tự nh trên ta tra đợc :
c = 0,58 ; MV = 0,25 Điện trở nhân tạo trong trờng hợp này là:
* Khi a3 / l = 3 khoảng cách giữa hai cột a3 = 3.l = 3.3 = 9(m)
Ta có số cọc chôn theo chu vi là: n 3 = L a 3 E6
Ta cũng xác định đợc :
c = 0,68 ; MV = 0,37 Điện trở nhân tạo trong trờng hợp này là:
Nh vậy trong các trờng hợp : a1/l = 1 ; n1 = 152 cọc ; RNT = 0,58() a2/l = 2 ; n1 = 76 cọc ; RNT = 0,69() a3/l = 3; n1 = 50 cọc ; RNT = 0,78()
Ta thấy các trờng hợp trên đều thoả mãn yêu cầu về kỹ thuật RNT 1 Tuy nhiên để giảm thiểu chi phí về kinh tế cho công trình chống sét ta chọn trờng hợp : a3/l = 3; n1 = 50 cọc ; RNT = 0,78
Trờng hợp trên có số cọc chôn là ít nhất
* Vậy ta có : Hệ thống nối đất nhân tạo đợc sử dụng trong đề tài là hệ thống mạch vòng – cọc” Với mạch vòng hình chữ nhật kích thớc 138x90 m, sử dụng loại thép dẹt có bề rộng b = 0,04 m , chôn sâu t = 0,8 m có RMV = 1,14 Cọc chôn theo mạch vòng là loại cọc tròn có chiều dài l = 3m , đờng kính d
= 0,04 m , Rcọc = 35,76 Dùng 50 cọc chôn cách nhau a = 9m ,cọc = 0,68 ,
Do đó điện trở của hệ thống nối đất là :
RNT - điện trở của hệ thống nối đất nhân tạo ( R NT = 0,78)
RTN - điện trở của hệ thống nối đất tự nhiên (RTN = 0,49) Vậy hệ thống nối đất sử dụng thoả mãn điều kiện về kỹ thuật
Tính toán điện trở nối đất xung kích
Dạng sóng tính toán của dòng điện sét
Trong tính toán thiết kế ta chọn sóng tính toán của dòng điện sét là dạng sóng xiên góc có biên độ không đổi (xem hình vẽ)
Dạng sóng tính toán của dòng điện sét: { I s = a.t khi t U50%MBA F0 kV.
Ta thấy với giá trị điện áp Uđ này không thoả mãn với điều kiện kiểm tra là :
Uđ < U50%máy biến áp F0 kV
Do đó ta phải tiến hành nối đất bổ xung để đảm bảo đạt đợc giá trị điện áp này.
2.3.6 Nối đất bổ xung Để đảm bảo yêu cầu về điện trở nối đất và để không xảy ra phóng điện ngợc tới thiết bị bảo vệ thì ngoài việc nối chúng vào hệ thống nối đất chúng ta còn phải đặt thêm một điện trở nối đất ngay ở chân cột thu lôi, nơi đặt các thiết bị. Đó là nối đất bổ xung.
Trong nối đất bổ xung ta sử dụng nối đất tập chung gồm thanh và cọc.
Do việc xác định Zbx bằng lý thuyết là rất phức tạp, nên ta sẽ chọn hình thức nối đất bổ xung nh sau sẽ thuận tiện cho quá trình tính toán Zbx
Với thanh nối đất bổ xung là loại thép dẹt có kích thớc:
Dọc theo chiều dài thanh có chôn 3 cọc tròn có kích thớc:
-Khoảng cách giữa hai cọc a = 5 m
Độ chôn sâu của thanh và cọc t = 0,8 m
Sơ đồ nối đất của hệ thống khi có nối đất bổ xung :
4 2 khi có nối đất bổ xung t = 0,8m t’ lt lcọc
Hình2-10:Sơ đồ nối đất của tia bổ xung Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Sơ đồ nối đất của tia bổ xung :
Với nối đất chống sét nên hệ số mùa Kmùa đợc xác định :
- Đối với thanh chôn sâu t = 0,8 m ; Kmùa = 1,25
- Đối với cọc dài 2,5 m chôn sâu t = 0,8 m ; Kmùa = 1,15
2.3.6.1 Điện trở nối đất của thanh bổ xung :
Công thức sử dụng để tính toán : R T = ρ ttT
- t : độ chôn sâu của thanh ; t = 0,8 m
- tt T : điện trở suất tính toán của đất đối với thanh
- d : đờng kính của thanh làm tia với thanh dẹt có bề rộng b = 0,04 m => d=b
- K : hệ số hình dáng, với nối đất là hình tia ngang nên ta lấy K = 1
Thay các giá trị vào công thức tính toán ta đợc :
2.6.6.2 Điện trở nối đất của cọc bổ xung
- tt T : điện trở suất của đất đối với cọc chôn sâu 0,8 m
tt T = đo Kmùa(cọc)= 0,9.10 4 1,15 = 1,035.10 4 cm = 1,035.10 2 m
Thay vào công thức tính RC ta tính đợc:
2.3.6.3 Điện trở nối đất bổ xung Điện trở nối đất bổ xung của hệ thống nối đất thanh và cọc đợc xác định theo công thức:
- t, c : hệ số sử dụng của thanh và cọc víi n = 3 ; lcoc = 2,5 m ; a = 5 m => a l = 5
2,5=2 Tra bảng 3 và 5 Phần phụ lục sách “HDTKTN KTĐCA” ta đợc c = 0,86; t = 0,9
Thay các giá trị vào công thức ta đợc :
Hình 2 –11:Sơ đồ thay thế của 1 tia dài.
Từ đó tính đợc tổng trở của hệ thống khi có nối đất bổ xung.
2.3.6.4 Tổng trở vào của hệ thống nối đất khi có nối đất bổ xung
Ta sử dụng toán tử Laplax tìm đợc công thức tính tổng trở xung kích của hệ thống nối đất:
[ ∑ R NT R 2 bx ( sÐt) R NT + cos ( sÐt) 1 2 x K e − ( X π k 2 2 τ T d /s 1 ) ]
Với chuỗi số này ta chỉ xét đến giá trị e -4 (vì từ e -5 trở đi có giá trị rất nhỏ) Tơng đơng với việc tính xk sao cho : x k 2 π 2 τ k
Do có nối đất bổ xung nên ta xét ảnh hởng của nối đất bổ xung lên điện trở xung kÝch
Với việc coi mạch vòng của hệ thống nối đất là sự ghép // của hai tia có cùng độ dài l = 228 m nên ta có sơ đồ thay thế:
5/2 7/2 3/2 y=-0,08.XK Hình 2 – 12:Giải hệ ph ơng trình bằng ph ơng pháp đồ thị
L’ : điện cảm tơng đơng của một đơn vị dài L’ = L/2
G’ : điện dẫn tơng đơng của một đơn vị dài G’ = 2.G
Do đó ta tính đợc:
Trong đó xk là nghiệm của phơng trình : tgx k =−R NT ( sÐt)
Tơng đơng với việc giải hệ phơng trình y 1 =tgx k y2 = - 0,08.xk
Ta dùng phơng pháp đồ thị để giải phơng trình này:
Khi k = 6 thì xk > 17,25 nên ta chỉ lấy 5 nghiệm trên.
Sau đó ta lập bảng để tính giá trị của chuỗi số với các giá trị xk,; k = (15)
Bảng 2-4:Bảng kết quả tính toán Bk
Từ bảng trên ta có :
Vậy điện áp khi có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất tại thời điểm t = τ đ/s (thời điểm dòng điện sét đạt giá trị cực đại ) là :
Uđ = 334,5 < U0,5MBA = 460 kV nên hệ thống nối đất có bổ xung nh trên là thoả mãn.
Tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét
Khi có dòng điện sét lớn đi vào trong hệ thống nối đất làm cho điện trở suất của đất thay đổi Và nếu cờng độ trờng đạt đến trị số tới hạn thì trong đất sẽ có hiện tợng phóng điện Xung quanh cực nối đất xuất hiện hồ quang ,dẫn đến kích thớc của cực tăng và điện trở nối đất sẽ giảm Điện trở nối đất ứng với tr ờng hợp này gọi là điện trở nối đất xung kích Nó có quan hệ với điện trở ở tần số công nghiệp nh sau :
Trong đó : α Là hệ số xung kích
R là điện trở nối đất ổn định Để tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét cần chú ý:
+ Bỏ qua nối đất tự 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.
+Tong tính toán để đơn giản ta bỏ qua thành phần điện trở tác dụng R,vì nó rất nhỏ so với điện cảm của nó Và vì ảnh hởng của điện dung C cũng rất nhỏ so với thành phần điện dẫn ứng với tần số dòng điện sét nên ta cũng bỏ qua tác dụng của C.
Ta coi mạch nối vòng đất gồm hai tia dài ghép song song với nhau.
Ta có sơ đồ thay thế:
Hình 2-8: Sơ đồ thay thế của mỗi tia.
Với L và g là điện cảm và điện dẫn trên một đơn vị dài. g 0 = 1
R là điện trở nối đất ổn định của cực nối đất R = 0,596( ).
Với r là bán kính cực nối đất: r= b
Thay số vào ta có:
Vì điện dẫn ghép song song nên ta có: g 0 = 1
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:
Giải hệ phơng trình trên ta đợc điện áp tại điểm bất kỳ x và thời điểm bất kỳ t trên điện cực.
Từ đó ta suy ra tổng trở xung kích ở đầu vào của nối đất:
Trong đó T là hằng số thời gian.
Do ta coi hệ thống nối đất là sự ghép song song của hai tia nên tổng trở xung kích ở đầu vào của hệ thống nối đất tại t = đ/s là:
Từ công thức trên ta thấy tổng trở xung kích tổng của nối đất gồm 2 thành phÇn:
- Thành phần ổn định có trị số bằng trị số điện trở tải xoay chiều:
- Thành phần biến thiên theo thời gian (thành phần điện cảm):
Ta thấy tổng trở xung kích của hệ thống nối đất tiến tới trị số ổn định càng nhanh khi chiều dài điện cực càng ngắn (chiều dài điện cực càng lớn thì điện áp ở đầu cực càng bé) Điều này chứng tỏ các phần ở cuối của điện cực phát huy tác dụng kém. Để xác định ZZ ( 0, đ/s) ta xét các chuỗi số sau:
Trong chuỗi số này chỉ xét đến số hạng chứa e -4
Ta có thể bỏ qua các giá trị từ e -5 trở đi vì chúng rất nhở so với các số hạng tr- íc.
Tức là ta tính với k sao cho τ d/ s
Với k = 15 ta có bảng kết quả sau :
Bảng 2-3: Kết quả tính toán e
Từ bảng số liệu trên ta tính đợc : ∑ k=1
23,68.10 −3 228 [ 1+ 2.37 5 , 7 ( 1 ,645−1 ,0647 ) ] = 5,81 Điện áp khi có dòng điện sét đi vào nối đất tại thời điểm t = d/s
Thời điểm dòng đạt cực đại : Uđ = I.ZZ (0, d/s) = 150.5,81 = 871,6 kV
Ta thÊy U® = 871 kV > U50%MBA F0 kV.
Ta thấy với giá trị điện áp Uđ này không thoả mãn với điều kiện kiểm tra là :
Uđ < U50%máy biến áp F0 kV
Do đó ta phải tiến hành nối đất bổ xung để đảm bảo đạt đợc giá trị điện áp này.
Nối đất bổ xung
Để đảm bảo yêu cầu về điện trở nối đất và để không xảy ra phóng điện ngợc tới thiết bị bảo vệ thì ngoài việc nối chúng vào hệ thống nối đất chúng ta còn phải đặt thêm một điện trở nối đất ngay ở chân cột thu lôi, nơi đặt các thiết bị. Đó là nối đất bổ xung.
Trong nối đất bổ xung ta sử dụng nối đất tập chung gồm thanh và cọc.
Do việc xác định Zbx bằng lý thuyết là rất phức tạp, nên ta sẽ chọn hình thức nối đất bổ xung nh sau sẽ thuận tiện cho quá trình tính toán Zbx
Với thanh nối đất bổ xung là loại thép dẹt có kích thớc:
Dọc theo chiều dài thanh có chôn 3 cọc tròn có kích thớc:
-Khoảng cách giữa hai cọc a = 5 m
Độ chôn sâu của thanh và cọc t = 0,8 m
Sơ đồ nối đất của hệ thống khi có nối đất bổ xung :
4 2 khi có nối đất bổ xung t = 0,8m t’ lt lcọc
Hình2-10:Sơ đồ nối đất của tia bổ xung Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Sơ đồ nối đất của tia bổ xung :
Với nối đất chống sét nên hệ số mùa Kmùa đợc xác định :
- Đối với thanh chôn sâu t = 0,8 m ; Kmùa = 1,25
- Đối với cọc dài 2,5 m chôn sâu t = 0,8 m ; Kmùa = 1,15
2.3.6.1 Điện trở nối đất của thanh bổ xung :
Công thức sử dụng để tính toán : R T = ρ ttT
- t : độ chôn sâu của thanh ; t = 0,8 m
- tt T : điện trở suất tính toán của đất đối với thanh
- d : đờng kính của thanh làm tia với thanh dẹt có bề rộng b = 0,04 m => d=b
- K : hệ số hình dáng, với nối đất là hình tia ngang nên ta lấy K = 1
Thay các giá trị vào công thức tính toán ta đợc :
2.6.6.2 Điện trở nối đất của cọc bổ xung
- tt T : điện trở suất của đất đối với cọc chôn sâu 0,8 m
tt T = đo Kmùa(cọc)= 0,9.10 4 1,15 = 1,035.10 4 cm = 1,035.10 2 m
Thay vào công thức tính RC ta tính đợc:
2.3.6.3 Điện trở nối đất bổ xung Điện trở nối đất bổ xung của hệ thống nối đất thanh và cọc đợc xác định theo công thức:
- t, c : hệ số sử dụng của thanh và cọc víi n = 3 ; lcoc = 2,5 m ; a = 5 m => a l = 5
2,5=2 Tra bảng 3 và 5 Phần phụ lục sách “HDTKTN KTĐCA” ta đợc c = 0,86; t = 0,9
Thay các giá trị vào công thức ta đợc :
Hình 2 –11:Sơ đồ thay thế của 1 tia dài.
Từ đó tính đợc tổng trở của hệ thống khi có nối đất bổ xung.
2.3.6.4 Tổng trở vào của hệ thống nối đất khi có nối đất bổ xung
Ta sử dụng toán tử Laplax tìm đợc công thức tính tổng trở xung kích của hệ thống nối đất:
[ ∑ R NT R 2 bx ( sÐt) R NT + cos ( sÐt) 1 2 x K e − ( X π k 2 2 τ T d /s 1 ) ]
Với chuỗi số này ta chỉ xét đến giá trị e -4 (vì từ e -5 trở đi có giá trị rất nhỏ) Tơng đơng với việc tính xk sao cho : x k 2 π 2 τ k
Do có nối đất bổ xung nên ta xét ảnh hởng của nối đất bổ xung lên điện trở xung kÝch
Với việc coi mạch vòng của hệ thống nối đất là sự ghép // của hai tia có cùng độ dài l = 228 m nên ta có sơ đồ thay thế:
5/2 7/2 3/2 y=-0,08.XK Hình 2 – 12:Giải hệ ph ơng trình bằng ph ơng pháp đồ thị
L’ : điện cảm tơng đơng của một đơn vị dài L’ = L/2
G’ : điện dẫn tơng đơng của một đơn vị dài G’ = 2.G
Do đó ta tính đợc:
Trong đó xk là nghiệm của phơng trình : tgx k =−R NT ( sÐt)
Tơng đơng với việc giải hệ phơng trình y 1 =tgx k y2 = - 0,08.xk
Ta dùng phơng pháp đồ thị để giải phơng trình này:
Khi k = 6 thì xk > 17,25 nên ta chỉ lấy 5 nghiệm trên.
Sau đó ta lập bảng để tính giá trị của chuỗi số với các giá trị xk,; k = (15)
Bảng 2-4:Bảng kết quả tính toán Bk
Từ bảng trên ta có :
Vậy điện áp khi có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất tại thời điểm t = τ đ/s (thời điểm dòng điện sét đạt giá trị cực đại ) là :
Uđ = 334,5 < U0,5MBA = 460 kV nên hệ thống nối đất có bổ xung nh trên là thoả mãn.
Bảo vệ chống sét đờng dây tải điện 110 kv
Yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đờng dây
Đờng dây là một phần tử dài nhất trong hệ thống điện.Chúng bố trí dàn trải Nên thờng bị sét đánh và thờng chịu tác dụng của quá điện áp khí quyÓn.
Quá điện áp không chỉ gây nên phóng điện trên cách điện đờng dây mà còn truyền sóng vào trạm biến áp có thể gây cắt máy cắt đờng dây và sự cố phá hoại cách điện các thiết bị trong trạm ảnh hởng đến sự cung cấp điện của lới Do đó khi giải quyết vấn đề bảo vệ chống sét đờng dây phải có quan điểm tổng hợp , phải có kết hợp chặt chẽ với việc bảo vệ chống sét cho trạm ,đặc biệt là đoạn đờng dây gần trạm phải đợc bảo vệ tuyệt đối vì khi sét đánh ở khu vực này sẽ đa vào trạm các quá điện áp với tham số lớn, rất nguy hiểm cho cách điện của các thiết bị trong trạm.
Quá điện áp khí quyển có thể do sét đánh trực tiếp vào đờng dây hoặc do sét đánh xuống mặt đất gần đó gây nên quá điện áp cảm ứng trên đ- ờng dây Ta thấy trờng hợp sét đánh thẳng vào đờng dây là nguy hiểm
0,6.h 1,2.h 2.bx nhất vì đờng dây phải chịu toàn bộ năng lợng của dòng điện sét Vì vậy trờng hợp này đợc chọn để tính toán chống sét cho đờng dây
Do trị số quá điện áp khí quyển là rất lớn nên ta không thể chọn mức cách điện đờng dây đáp ứng hoàn toàn yêu cầu của quá điện áp khí quyển mà chỉ chọn theo mức độ hợp lý về kinh tế và kỹ thuật Do đó yêu cầu đối với bảo vệ chống sét đờng dây không phải loại trừ hoàn toàn khả năng sự cố do sét mà chỉ là giảm bớt số lần sự cố do sét tới giới hạn hợp lý ( xuất phát từ yêu cầu và sơ đồ cung cấp điện của phụ tải, số lần cắt dòng điện ngắn mạch cho phép của máy cắt điện, đờng dây có hoặc không có trang thiết bị tự động đóng lại…).Tức là phải tìm đợc phơng thức bảo vệ đờng dây sao cho tổn hao do sét gây ra là thấp nhÊt.
Trong việc tính toán của bảo vệ chống sét đờng dây do sét đánh ta sẽ tính toán cho một năm và với chiều dài đờng dây là 100 km
Lý thuyết tính toán
3.2.1 Phạm vi bảo vệ của 1 dây chống sét:
Chiều rộng của phạm vi bảo vệ bx ở độ cao hx đợc tính theo công thức sau:
Phạm vi bảo vệ bảo vệ của một dây thu sét nh hình vẽ:
Hình 3.1 Phạm vi bảo vệ của 1 dây thu lôi
Dây thu sét đợc dùng để bảo vệ chống sét cho đờng dây điện cao áp Vì độ treo cao trung bình của dây dẫn thờng lớn hơn 2/3 độ treo cao của dây thu sét (tỷ lệ hx/h bằng khoảng 0,8) nên có thể không cần đề cập đến phạm vi bảo vệ mà biểu thị bằng góc bảo vệ (là góc giữa đờng thẳng đứng với đờng thẳng nối liền dây thu sét và d©y dÉn)
Góc bảo vệ của 1 dây thu sét:
Hình 3.2 Góc bảo vệ của một dây thu sét
Có thể tính toán đợc trị số giới hạn của góc là 31 o (tg = 0.6), trong thùc tÕ thêng lÊy = (20 25) o
3.2.2 Chỉ tiêu chống sét của đờng dây:
Với độ treo cao trung bình của dây trên cùng (có thể là dây dẫn hoặc dây chống sét) là h tb , đờng dây sẽ thu hút về phía mình các phóng điện sét trên dải đất có chiều rộng là 6.h tb và chiều dài chính bằng chiều dài đờng dây L Từ số lần có phóng điện sét xuống diện tích 1 Km 2 ứng với 1 ngày sét là 0,1 0,15 lần có thể tính đợc:
Tổng số lần sét đánh trực tiếp vào đờng dây:
* Tổng số lần sét đánh trực tiếp vào đờng dây đợc tính theo công thức sau:
h tb : Là độ treo cao trung bình của dây trên cùng tính bằng m
L : Chiều dài đờng dây đợc tính bằng Km.
nngs: Số ngày sét trong một năm (tính cho khu vực có đờng dây đi qua).
Tuỳ theo vị trí sét đánh, quá điện áp xuất hiện trên cách điện của đ- ờng dây có trị số khác nhau Ngời ta phân biệt số lần sét đánh trực tiếp vào đờng dây có treo dây chống sét gồm:
- Số lần sét đánh vào đỉnh cột (Kể cả số lần sét đánh vào đoạn dây chống sét gần đỉnh cột):
- Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn:
*Với là xác suất sét đánh vòng qua chống sét vào dây dẫn Kinh nghiệm vận hành cho thấy không chỉ phụ thuộc vào góc bảo vệ mà còn tăng theo chiều cao cột điện, xác suất này đợc biểu thị bằng công thức kinh nghiệm: lg ν α = 90 α √ h c −4
( o ) : Là góc bảo vệ của dây chống sét.
hc(m) : Là chiều cao của cột điện.
- Số lần sét đánh vào điểm giữa khoảng vợt (bao gồm số lần sét đánh vào dây chống sét ở khoảng cách xa cột).
NC: Là số lần sét đánh vào đỉnh cột.
N: Là số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn
NKV: Là số lần sét đánh vào khoảng vợt
Số lần xảy ra phóng điện trên cách điện đờng dây:
Vì tham số của dòng điện sét (biên độ Is, độ dốc a = dis/dt) có nhiều trị số khác nhau Do đó không phải tất cả những lần có sét đánh thẳng vàoNguyễn Đặng Hồng Chinh H8A
T r a đờng dây đều dẫn đến phóng điện trên cách điện đờng dây Điều kiện để có phóng điện trên cách điện đờng dây là quá điện áp khí quyển phải có trị số lớn hơn mức cách điện của đờng dây, khả năng này đợc biểu thị bởi xác suất phóng điện pđ và nh vậy số lần xảy ra phóng điện trên cách điện đờng dây sẽ là:
Số lần xảy ra cắt điện đờng dây:
Do thời gian tác dụng của quá điện áp khí quyển rất ngắn (khoảng 100
s), trong khi thời gian làm việc của hệ thống bảo vệ Rơle thờng không nhỏ hơn 1 nửa chu kỳ tần số công nghiệp (bằng 0,01s) nên các Rơle bảo vệ cha kịp tác động Vì vậy Npđ cha phải là số lần nhảy máy cắt do sét đánh hàng năm Phóng điện trên cách điện đờng dây chỉ gây nên cắt điện đờng dây khi tia lửa phóng điện xung kích trên cách điện chuyển thành hồ quang duy trì bởi điện áp làm việc của lới điện Xác suất chuyển từ tia lửa phóng điện xung kích thành hồ quang ký hiệu là , phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó yếu tố quan trọng nhất là Građiên điện áp làm việc dọc theo đờng phóng điện Sự phụ thuộc này đợc biểu diễn nh sau:
= f (Elv); víi Elv = Ulv / lp® (KV/m).
: Là xác suất hình thành hồ quang.
Ulv (KV): là điện áp làm việc của đờng dây
lpđ(m): Là chiều dài đờng phóng điện.
Do đó số lần cắt điện đờng dây đợc tính bằng công thức sau:
Nc® = (0,6 0,9).h tb 10 –3 L.nngs. p®. (lÇn/LKm.n¨m)
* Để so sánh khả năng chịu sét của các đờng dây có các tham số khác nhau, đi qua những vùng có cờng độ hoạt động của sét khác nhau ta dùng trị số Suất cắt đờng dây ”, chính là số lần cắt diện khi đờng dây có chiều dài L 100Km ta cã: nc® = (0,06 0,09).6.h tb nngs. p®. (lÇn/ 100Km.n¨m)
Hình 3.3 Kết cấu cột của đ ờng dây 110KV
Từ đó ta xác định đợc chỉ tiêu chống sét cho đờng dây :
Nó là khả năng vận hành toàn của đờng dây đối với quá điện áp khí quyển,là khoảng thời gian giữa hai lần cắt của đờng dây
* Từ công thức trên ta có 2 hớng khác nhau để giảm số lần cắt điện do sét đánh thẳng vào đờng dây: giảm hoặc giảm pđ.
Giảm xác suất hình thành hồ quang : đợc thực hiện bằng cách giản c- ờng độ điện trờng dọc theo đờng phóng điện bằng việc tăng chiều dài đờng phóng điện
Giảm xác suất phóng điện pđ: đợc thực hiện bằng cách treo dây chống sét và tăng cờng cách điện của đờng dây Treo dây chống sét là biện pháp rất hiệu quả trong việc giảm số lần cắt điện đờng dây:
Tính toán chỉ tiêu chống sét cho đờng dây 110 kV
3.3.1 Các tham số sử dụng để tính toán:
+Với đờng dây truyền tải cấp điện áp 110KV thuộc loại quan trọng, dùng để truyền tải điện đi xa với công suất lớn Loại cột sử dụng là loại cột sắt, kết cấu của cột hình Tháp :
+ Dây chống sét (1 dây, treo tại đỉnh cột) dùng dây thép loại C - 70 có đ ờng kính d = 11mm bán kính r = 5,5mm.(tra o tài lieeeuh nào)
+ Dây dẫn các pha dùng loại dây nhôm lõi thép AC - 120 có đờng kính d = 19,2mm bán kính r = 9,6 mm.(tra ử tài liệu nào)
+ Cách điện chuỗi sứ dùng loại - 4,59(tra ử đâu) có 7 bát mỗi bát cao 170mm do đó chiều dài chuỗi sứ l = 7.170 = 1190mm
+ Độ treo cao của dây chống sét là: hcs = 18,4m.
+ Độ treo cao của dây dẫn pha A là: hA = 14,6m.
+ Độ treo cao của dây dẫn pha B,C là: hB = hC = 11,3m.
+ Xà đỡ pha A dài lxà A = 2m.
+ Xà đỡ pha B,C dài lxà B = lxà C = 2,6 m.
+ Khoảng vợt của đờng dây l 0m.
+ U50% của cách điện 110 KV là 660KV/ 7 bát sứ.
Khoảng cách giữa các pha đợc cho trong hình 3-3.
B:Xác định góc bảo vệ :
+ Góc bảo vệ của dây chống sét đối với các pha đợc tính dựa vào kết cấu cét:
- Với pha B và C: tg α B =¿tg α C = 2,6
7,1=0,366⇒α B =¿α C o ¿ ¿ + Vậy góc bảo vệ của dây chống sét đối với các pha nh trên thoả mãn yêu cầu kü thuËt ( 31 o ).
C:Xác định độ treo cao trung bình của dây chống sét và dây dẫn:
+ Độ treo cao trung bình của dây đợc xác định theo công thức sau:
h(m): Là độ cao của dây tại đỉnh cột hay tại khoá néo của chuỗi sứ.
f(m): là độ võng của dây
+ Với dây chống sét ta có hcs = 18,4m; fcs = 2,5m, nên: h cs tb =h cs − 2
+ Với dây dẫn pha A ta có hA = 14,6m; fdd =4m nên: h tb A =h A − 2
+ Với dây dẫn các pha B,C ta có hB = hC = 11,3m; fdd =4m nên: h tb B =h C tb = h B − 2
D:Xác định tổng trở sóng của dây dẫn và dây chống sét:
Tổng trở sóng của dây dẫn đợc xác định theo công thức
Trong đó : h tb : Là độ treo cao trung bình của dây. r : Là bán kính của dây
+ Tổng trở sóng của dây dẫn pha A:
Z dd A = 60 ¿ ln 2¿ h tb A r dd ` ¿ ln 2 ¿ 11 , 93
+ Tổng trở sóng của dây dẫn pha B và pha C:
Z dd B = Z dd C ` ¿ ln 2 ¿ h tb B,C r dd ` ¿ ln 2.8 , 63
+ Tổng trở sóng của dây chống sét khi không xét tới ảnh hởng của hồ quang
Z cs ` ¿ ln 2 ¿ h cs tb r cs ` ¿ ln 2.16 , 73
+ Tổng trở sóng của dây chống sét khi có xét đến ảnh hởng của vầng quang:
- Khi có xét đến ảnh hởng của vầng thì thành phần điện dung tăng lên làm cho tổng trở sóng giản.Do đó tổng trở sóng sẽ giảm đi lần : -Hệ số hiệu chỉnh vÇng quang.
- Với điện áp 110KV, sử dụng 1 dây chống sét ta có = 1,3.(Tra trong bảng 3 – 3 sách hớng dẫn thiết kế kỹ thuật cao ápnguyen minh chớc,trang 43,).
Z cs vq =Z cs λ R2,8 1,3 @2,2. E:Hệ số ngẫu hợp giữa chống sét với dây dẫn các pha:
Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn pha A và dây chống sét
+ Khi cha xét đến ảnh hởng của vầng quang thì hệ số ngẫu hợp hình học Ko đợc xác định theo công thức sau:
h2: Là độ cao trung bình của dây chống sét: h 2 = h cs tb , 4 m
r2: là bán kính của dây chống sét: r2 = 5,5mm.
Hình 3 – 4 Phép chiếu g ơng phẳng
d12: Là khoảng cách giữa dây chống sét và dây dẫn pha A.
D12: Là khoảng cách giữa dây chống sét và ảnh của dây dẫn pha qua phép chiếu gơng phẳng qua mặt đất
+ Phép chiếu gơng phẳng qua mặt đất nh hình vẽ dới đây:
+ Trên hình vẽ ta có:
h1: Là độ treo cao trung bình của dây dẫn pha A. h1=h A tb
*h2 :Là độ treo cao trung bình của dây chống sét h2= h cs tb
= √ 2 2 +4,8 2 =5,2 m + Hệ số ngẫu hợp hình học: K0
+ Khi xét đến ảnh hởng của vầng quang ta xét thêm hệ số hiệu chỉnh vầng quang ,víi =1,3
Tính hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn pha B, pha C và dây chống sét:
Khi cha xét đến ảnh hởng của vầng quang
+ Ta có: lxà B,C = 2,6. ¿ h 1 =h B tb =8,63m ; Δhh=h 2 −h 1 ,73−8,63=8,1m ;
+ Khi xét đến ảnh hởng của vầng quang:
Qua quá trình tính toán ở trên ta thấy rằng hệ số ngẫu hợp giữa dây chống sét và dây dẫn pha A lớn hơn hề số ngẫu hợp giữa dây chống sét và dây pha B,pha C do đó ta có kết luận:
+Để tính toán suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn ta chỉ xét cho pha có góc bảo vệ lớn hơn - Là pha A.
+Để tính toán suất cắt do sét đánh vào khoảng vợt dây chống sét ta sẽ tính toán cho pha có quá điện áp khí quyển đặt lên cách điện lớn hơn tức là pha có hệ số ngẫu hợp nhỏ hơn.Ta tính cho pha B,C.
+Để tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột ta phải xác định quá điện áp khí quyển đặt lên cách điện các pha và sẽ tính toán với trờng hợp nguy hiểm nhất tức là pha có Ucd(a,t) lớn hơn
3.3.2 Xác định tổng số lần sét đánh vào đờng dây hàng năm
Tính số lần sét đánh vào đờng dây hàng năm
N = ( 0,1 0,15).6.h cs tb.10 -3 L.nngs ( lÇn/LKm.n¨m )
(0,1 0,15): Là số lần sét đánh vào diện tích 1 Km 2 trong một ngày sét.
h cs tb(m): Là độ treo cao trung bình của dây chống sét h cs tb = 16,73m.
L(m): Là chiều dài đờng dây, ở đây ta tính số lần cắt điện đờng dây trên 100Km L= 100Km.
nngs: Là số ngày sét trong một năm: nngs = 80 (ngày/năm).
+ Thay vào công thức trên ta đợc:
N = ( 0,1 0,15).6.16,73.10 -3 100.80 = (80 120) (LÇn/100 Km.n¨m) + Trong tính toán thiết kế nhằm nâng cao độ an toàn ta chọn :
Từ cơ sở lý thuyết và các tham số đã tính đợc ở trên, ta tiến hành tính suất cắt cho đờng dây 110KV trong các trờng hợp:
Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn.
Sét đánh vào khoảng vợt đờng dây
Sét đánh vào đỉnh cột
3.3.3 Tính suất cắt của đờng dây 110KV do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn:
+ Đờng dây 110KV đợc bảo vệ bằng dây chống sét tuy vậy vẫn có trờng hợp sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn.
+ Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn đợc tính bằng công thức: N = N (Lần/100Km.năm).
+ Suất cắt của đờng dây do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn xác định bởi: n = N. . pđ. (Lần/100Km.năm).
N (Lần/100Km.năm): Là tổng số lần sét đánh vào dây dẫn trong một n¨m.
: Là xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn.
pđ: Là xác suất xảy ra phóng điện trên cách điện
: Là xác suất hình thành hồ quang
+ đợc tính theo công thức vận hành kinh nghiệm nh sau: lg ν α = 90 α √ h c − 4
( o ) : Là góc bảo vệ của dây chống sét.
hc(m) : Là chiều cao của cột điện.
+ Khi dây dẫn bị sét đánh có thể xem tại nơi sét đánh mạch của khe sét đợc ghép nối tiếp với tổng trở sóng của dây dẫn có trị số bằng Zdd/2 (dây dẫn 2 phía ghép song song) Vì tổng trở sóng của dây dẫn khá lớn, khoảng (400 500), nên dòng điện sét giảm đi rất nhiều so với khi sét đánh vào nơi có nối đất tốt Ta có dòng điện ở nơi sét đánh chỉ còn là:
+ Điện áp lúc đó trên đờng dây là: U dd =
+ Khi Udd U0,5 của chuỗi sứ thì có phóng điện trên cách điện gây sự cố ngắn mạch 1 pha N (1) Từ công thức trên ta có thể viết:
Xác suất phóng điện trên cách điện là: ν pd =e −
+ Xác suất hình thành hồ quang phụ thuộc vào Građiên của điện áp dọc theo đờng phóng điện: = f (Elv) víi Elv = Ulv / lp® (KV/m).
: Là xác suất hình thành hồ quang.
Ulv (KV): là điện áp làm việc của đờng dây bằng điện áp pha của đờng d©y:
lpđ(m): Là chiều dài đờng phóng điện, lấy bằng chiều dài chuỗi sứ
+ Bảng 21 - 1 sách kỹ thuật điện cao áp cho ta quan hệ = f (Elv) nh sau:
+ Vẽ đồ thị và sử dụng phơng pháp nội suy để tính :
Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn quan hệ = f (E lv )
+ Bằng phơng pháp vẽ đồ thị và nội suy nh trên ta đợc: = 0,625.
Từ các công thức tính và pđ: lg ν α = 90 α √ h c − 4 ν pd =e −
+ Ta nhận thấy và pđ đều phụ thuộc tỷ lệ chiều cao cột hc hay độ treo cao dây dẫn và góc bảo vệ Chiều cao cột hc hay góc bảo vệ tăng thì tăng, độ
6 2 treo cao dây dẫn tăng thì Zdd tăng pđ tăng, do đó ta chọn dây dẫn pha A để tính toán vì dây dẫn pha A có độ treo cao và góc bảo vệ lớn hơn độ treo cao và góc bảo vệ của dây dẫn pha B,C Có nghĩa là ta coi khi xó sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn thì chỉ đánh vào dây dẫn pha A
Víi d©y dÉn pha A ta cã: ¿ h dd A ,6 m ; Z dd A F9,1; α A ',7 o
U0,5 = 660KV (Tra trong bảng 9 – 5 sách kỹ thuật điện cao áp).
` + Thay các số liệu trên vào công thức tính và pđ ta đợc: lg ν α = 90 α A √ h c − 4 = 27 90 , 7 √ 18 , 4 − 4 =−2 , 68 ⇒ ν α =0 , 002 ν pd =e
Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn:
Suất cắt của đờng dây do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: n = N. p®. = 120 0,002 0,806 0,625 = 0,1209 (lÇn/100Km n¨m).
3.3.4 Tính suất cắt của đờng dây 10KV do sét đánh vào khoảng vợt:
+ Số lần sét đánh vào khoảng vợt của đờng dây đợc tính theo công thức:
N: Là tổng số lần sét đánh vào 100 Km đờng dây, trong một năm.
+ Suất cắt của đờng dây 110KV do sét đánh vào khoảng vợt đợc tính bằng công thức sau: n KV =N KV v pd η= N
Trong đó xác suất hình thành hồ quang = 0,625 (đã tính đợc ở phần tr- íc).
+ Nh vậy để tính đợc nKV ta phải xác định đợc vpd.
1 Phơng pháp xác định v pd :
+Với giả thiết coi dòng điện sét có dạng xiên góc với biên độ Is = a.t.
+ Khi đờng dây tải điện bị sét đánh vào khoảng vợt sẽ sinh ra các điện áp là: a/ Điện áp tác dụng lên cách điện không khí giữa dây chống sét và dây dẫn:
+ Ta chỉ xét với dây dẫn pha A có khoảng cách đến dây chống sét là nhỏ nhất Khi giá trị này đủ lớn sẽ gây phóng điện trên cách điện không khí của đờng d©y.
+ Điện áp tác dụng lên cách điện không khí của đờng dây đợc tính bằng công thức: Ucđđd
k: hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét.
a: độ dốc dòng điện sét.
+ Với cờng độ cách điện xung kích của khe hở khí (trong phạm vi thời gian đầu sóng) khoảng 750KV/1m và gọi S là khoảng cách giữa dây dẫn và dây chống sét thì điều kiện phóng điện viết theo biểu thức: a≥2250.S
+ Từ đó có thể tính đợc xác suất phóng điện ,số lần cắt điện ,suất cắt của đ- ờng dây do phóng điện trên cách điện không khí của đơng dây
+ Tuy nhiên trong thiết kế và thi công đờng dây thờng chọn khoảng cách đủ lớn để tránh chạm dây nên khả năng phóng điện ở giữa 2 khoảng vợt rất ít xảy ra và dù có xảy ra thì xác suất hình thành hồ quang rất bé cho nên khả năng cắt điện đờng dây là không đáng kể Do đó ta sẽ bỏ qua không tính toán ảnh hởng của loại điện áp này. b/ Điện áp đặt lên cách điện chuỗi sứ Ucd.
+ Quá điện áp sét xuất hiện trên cách điện đờng dây phụ thuộc vào tham số của dòng điện xét đợc phân làm 2 thành phần, đợc tính theo công thức sau:
U’cđ(I,a) là thành phần quá điện áp do dòng sét gây ra phụ thuộc biên độ
I và độ dốc của dòng điện sét a.
Ulv là điện áp làm việc của đờng dây.
+ Trong tính toán I và a đợc coi nh những tham số với xác suất các dòng điện sét có biên độ I IS và độ dốc a aS là:
+ Nếu điện áp trên cách điện tại thời điểm ti nào đó lớn hơn điện áp chịu đựng cho phép của cách điện ở thời điểm tơng ứng, lấy theo đặc tính Vôn - giây (V - S) thì phóng điện xảy ra, vậy ở trạng thái tới hạn:
Uc®(ti) = Up®(ti) hay Uc®(Ii, ai) + Ulv = Up®(ti) víi Ii = ai.ti (*)
Upđ(ti): điện áp phóng điện lấy theo đặc tính V-S tại thời điểm ti.
Ii, ai là biên độ và độ dốc của dòng điện sét tơng ứng với trạng thái nguy hiểm ở thời điểm ti.
Tính chỉ tiêu chống sét của đờng dây 110kV
+ Suất cắt tổng trên 100Km đờng dây do sét đánh là : n = n + nkv + nc = 0.1209 + 0.0424 + 1,742 n = 1,9053 lÇn /n¨m
Chỉ tiêu chống sét của đờng dây : m=1 n= 1
Tính toán bảo vệ chống sóng truyền vào trạm phía 110KV.
Khái niệm chung
Quy tắc petecxen
+ Khi môi trờng truyền sóng thay đổi thì sẽ có hiện tợng phản xạ và khúc xạ của sóng tại điểm nút Một sóng truyền trên đờng dây có tổng trở Z 1 đến một tổng trở tập trung ở cuối đờng dây Z 2 thì sẽ có thành phần sóng khúc xạ sang môi trờng mới có tổng trở Z 2 và thành phần phản xạ trở về môi trờng cũ có tổng trở Z 1
Xét trờng hợp sóng truyền từ môi trờng Z 1 sang môi trờng Z 2 :
+ Cụ thể ta xét trờng hợp sóng truyền từ môi trờng Z1 sang môi trờng Z2
Ut-Là sóng tới từ môi trờng 1
Uk-Là sóng khúc xạ sang môi trờng 2
Uf-Là sóng phản xạ trở về môi trờng 1
+ Giả sử môi trờng Z2 dài vô tận tức là không có sóng phản xạ từ cuối môi trờng
Z2 trở về Phơng trình điện áp và dòng điện đợc viết nh sau : ut + uf = uk (1) it + if = ik (2) Nhân cả hai vế phơng trình (2) với Z1 ta đợc : it.Z1 + if.Z1 = ik.Z1
Mặt khác : ut = it.Z1 uf = - if.Z1
Do đó ta có : ut - uf = ik.Z1 (3)
Cộng phơng trình (1) với phơng trình (3) ta đợc :
Với uk là sóng khúc xạ sang môi trờng 2 do môi trờng 2 dài vô tận nên :
Hình 4.3 Sơ đồ sóng đẳng trị i2 = ik u2 = uk =i2.Z2 = ik.Z2
+ Phơng trình này ứng với sơ đồ thay thế nh sau :
qui tắc sóng đẳng trị
+ Trong thực tế gặp nhiều trờng hợp có nhiều phần tử cùng nối vào một điểm nút Mỗi phần tử đều có một tổng trở sóng Z1 , Z2 , , Zn và dọc trên mỗi phần tử đều có các dạng sóng bất kỳ U1x, U2x , Unx lan truyền về phía điểm nút Sơ đồ cụ thể nh sau :
Hình 4.4 Sơ đồ thay thế quy tắc sóng đẳng trị.
+ Tại nút X có phần tử Zx, giả sử giữa các phần tử không có phát sinh ngẫu hợp và qui ớc chiều dòng điện đi về phía điểm nút là chiều dơng ta có thể viết: ux = u1x + ux1 = umx + uxm = unx + uxn (m = 1,2,3 n)
Trong đó : umx = Zm.imx uxm = - Zm.ixm
Chia cả hai vế cho ∑ m=1 n 1
Z m là hệ số khúc xạ 2.U®t = ix.(Z®t + Zx)
=> Ta có sơ đồ thay thế nh hình vẽ :
Xác định điện áp trên z x khi nó là điện dung
Trong trờng hợp này ta có sơ đồ thay thế : m=1 ∑ n
Hình 4.5 Sơ đồ Petecxen + Sơ đồ thay thế theo qui tắc petecxen nh hình 4 - 5
Khi tổng trở ZX chỉ có tụ điện với điện dung C thì :
+ Từ sơ đồ thay thế ta có thể viết
UC(t)-Là điện áp trên tụ điện C iC(t)-Là dòng điện đi qua tụ điện C
Zđt-Là tổng trở sóng đẳng trị của n đờng dây tới nút x
Do : q = UC.C dq = iC.dt
Nên ta có : iC(t) dq dt =C.dU C dt
Thay vào công thức (*) ở trên ta đợc
Từ đó ta rút ra đợc dạng sai phân ΔhU C Δht =2.U dt ( t) −U C (t )
Hình 4.6: Đặc tính (V-A)của chống sét van
+ Cuối cùng ta đợc: Uc.(t + .t) = {Uc.(t) + Uc.(t)}
Với điều kiện ban đầu là ΔhU C(0)
Xác định điện áp và dòng điện trên chống sét van
Ta chọn chống sét van không khe hở để bảo vệ chống sóng truyền vào trạm Bởi vì loại này có nhiều u điểm hơn chống sét van có khe hở Thành phần chủ yếu của điện trở chống sét van không khe hở đợc làm từ ZnO(Chiếm 99,9%)
Hệ số phi tuyến của ZnO chỉ bằng 1/10so với của SiC (Loại có khe hở ) α= 0,02 ¿ 0,03.Trong khi đó loại có khe hở α = 0,18 ¿ 0,24 Đặc tính của chống sét van (V-A) đợc viết dới dạng U = A.I α
Xét miền làm việc của chống sét van Icsv 1 KA Thì điện áp d của loại chống sét van có điện trở phi tuyến làm bằng ZnO thấp hơn loại chống sét van có điện trở làm bằng SiC : U d ư
Nh vậy ta sử dụng loại chống sét van không khe hở sẽ có độ an toàn cao hơn Ngoài ra nó còn đem lại hiệu quả kinh tế do việc làm giảm thấp mức cách điện xung kích trong trạm
Khi không có quá điện áp chống sét van làm việc với điện áp bình thờng thì dòng điện trên điện trở ZnO chỉ là dòng rò có trị số rất nhỏ so với dòng trên điện trở SiC : I rồ
Giá trị này rất bé, bé đến mức có thể mắc thẳng loại điện trở này vào hệ thống mà không đòi hỏi phải cách ly bằng khe hở.
Hình 4.7 Sơ đồ thay thế chống sét van
4.8 Sơ đồ Petecxen của chống sét van
Vì không có khe hở nên không xuất hiện hồ quang và không cần bộ phận dập hồ quang nên kích thớc nhỏ gọn ,đơn giản
+ Sơ đồ đẳng trị nh trên hình 4.7
+ Sơ đồ thay thế theo qui tắc Petecxen nh trên hình 4.8
Với loại chống sét van không khe hở 110 KV có điện trở phi tuyến là zno đã chọn :
+ Từ sơ đồ Pe tec xen ta có phơng trình mạch:
+ Để xác định điện áp trên chống sét van ta sử dụng phơng pháp đồ thị
-Phần bên phải vẽ đờng đặc tính (V-A) UCSV = f(iCSV) của điện trở phi tuyến ZnO, và điện áp giáng trên tổng trở sóng Zđt (iCSV.Zđt) Sau đó xây dựng đờng cong UCSV + iCSV.Zđt Bằng cách cộng cộng các giá trị trên hai đờng UCSV và iCSV.Zđt tơng ứng với một giá trị iCSV nào đó
-Phần bên trái ta vẽ quan hệ 2.Uđt = f(t) ứng với một sóng tới bất kỳ ta đều xác định đợc một điểm a nào đó trên đờng 2.Uđt (t) Từ a ta gióng song song với trục OI cắt đờng UCSV + iCSV.Zđt tại b Từ b ta gióng xuống song song với trục ou cắt đờng UCSV = f(iCSV) tại c Từ c ta gióng song song với trục ot cắt đờng gióng từ a xuông song song với trục OU tại d –d chính là giá trị UCSV(t) ứng với giá trị 2.Uđt của điểm a
Thay đổi các giá trị của a khác nhau và thực hiện một cách tơng tự ta xây dựng đợc đờng cong UCSV(t) Hình 4.9 Xác định điện áp trên chống sét van bằng phơng pháp đồ thị
DCL MC DCL DCL MC DCL
DCL MC DCL DCL MC DCL
Trình tự tính toán
Tính sóng truyền trong trạm biến áp 110KV
Ta sử dụng phơng pháp lập bảng để tính toán ,xác định điện áp trên cách điện của trạm biến áp bảo vệ :
+ Theo quy tắc truyền sóng dạng tổng quát :
Uj : là sóng điện áp tại nút j.
Ui j : là sóng truyền từ nút i đến nút j.
U'i j : là sóng phản xạ từ i về j nhng có kể đến gốc thời gian
( Với khoảng thời gian trễ là 2.Ti j = 2.li j / v ). Đẻ tiến hành tính toán ta phải chọn bớc thời gian tính toán t Khoảng chia t càng nhỏ thì kết quả tính toán càng chính xác Việc chọn t phải dựa trên nguyên tắc t đợc chộn phải là ớc số chung của các Ti j
+ Xét với đờng dây của trạm ta có sơ đồ thay thế nh sau :
Thời gian sóng đi và về hết quãng đờng 1 – 2 là :
Thời gian sóng đi và về hết quãng đờng 2 - 3 là :
300=0,3μss. Thời gian sóng đi và về hết quãng đờng 2 - 4 là :
Ta sẽ chọn t là ớc số chung của các giá trị T12T23T24 và ta có t = 0,1s Để thuật tiện cho việc tính toán tại các nút ta quy ớc chung cho mọi nút là lấy thời điểm sóng tới nút lần đầu tiên làm gốc thời gian cho nút đó
Gốc thời gian của các nút phía sau chậm hơn so với các nút phía trớc nó một khoảng thời gian bằng thời gian truyền sóng từ nút trớc Do đó ta có các gốc thời gian nh sau
Tại nút 1 ta lấy gốc thời gian t = 0s.
Tại nút 2 ta lấy gốc thời gian t = 0,1s.
Tại nút 3 ta lấy gốc thời gian t = 0,25s.
Tại nút 4 ta lấy gốc thời gian t = 0,15s.
Ta lần lợt đi tính điền áp giữa các nút :
I)Tính điện áp tại nút 1
+ Điện áp tại nút 1 chính là điện áp trên dao cách ly phía đờng dây Nút này có 2 đờng dây đi tới
Với tổng trở sóng của đờng dây là Z = 400
Do đó tổng trở đẳng trị đợc xác định :
Ta có sơ đồ Petecxen :
+ Hệ số khúc xạ tại điểm 1:
+ Hằng số thời gian nạp mạch :
+Xác định tỷ số Δht
+ Từ sơ đồ Petecxen ta có :
Với U'01 : Là sóng truyền từ đờng dây tới điểm 1
U'21 : Là sóng truyền từ điểm 2 tới điểm 1 Nó có biên độ là U21 nhng chậm sau một khoảng thời gian t = 2 T12 = 0,2 s.
- Khi t < 2 T12 = 0,2 s thì U'21 = 0 vì cha có sóng phản xạ từ nút 2 trở về Do đó 2.Uđt = U'01
Từ sơ đồ thay thế Petexen ta viết phơng trình mạch:
⇒ 2U dt 1 =T C 1 dU 1 (t) dt +U 1 (t) Viết theo dạng sai phân với TC1 = 0,318 s.Ta có:
Nguyễn Đặng Hồng Chinh H8A α m 1 = 2 Z dt
Hình 4.17: Sơ đồ Petecxen của nút 2
Và ta xác định đợc U1 (t + t) = U1 (t) + U1
Víi thêi ®iÓm ban ®Çu U1 (0) = 0
II) Tính điện áp tại nút 2 :
Nút 2 là nút trên thanh góp của trạm biến áp Là nơi có 3 đờng dây đi tới ,mỗi đ- ờng dây có tổng trở sóng là Z = 400 .
Do đó tổng trở sóng đẳng trị đợc xác định :
. Giá trị điện dung C2 là : C2 = 1716,66 pF.
+ Ta có sơ đồ Petecxen sau:
+ Hệ số khúc xạ tại điểm 2 :
+ Hằng số thời gian nạp mạch :
+Xác định tỷ số Δht
Hình 4.18: Sơ đồ Petecxen của nút 3 Δht
+ Từ sơ đồ Petecxen ta có :
Trong đó : U 12 ' , U 32 ' , U 42 ' Là các sóng phản xạ từ nút 1,3,4 trở về nút 2 Trong khoảng thời gian (tơng ứng với nút 2).
U 12 ' Là sóng tới nút 2 do sóng phản xạ từ nút 1 là U12 truyền tới
Ta biết đợc các giá trị 2.Uđt ,Zđt ,C2 do đó tính đợc điện áp tại nút 2 theo phơng pháp tiếp tuyến
III Tính điện áp tại nút 3 :
Nút 3 là nút đặt tại máy biến áp nút này có một đờng dây đi tới Do dó điện áp tại nút 3 cũng đợc xác định bằng phơng pháp tiếp tuyến
Do đó ta có tổng trở đẳng trị Zđt = Z = 400 .
+ Ta có sơ đồ Petecxen
+ Ta có hệ số khúc xạ : α m 3 =2 Z dt
+ Hằng số thời gian nạp mạch :
+Xác định tỷ số Δht
+ Vậy từ sơ đồ Petecxen ta có :
U'23 Là sóng tới nút 3 do sóng phản xạ U23 từ nút 2 truyền đến
*) Với thời gian (tơng đối đối với nút 2 ) t < 2.T23 = 0,3 s
Thì U'32 = 0 ; Do đó ta sẽ có U23 = U2
Do đó tính đợc điện áp tại nút 3
+ Từ sơ đồ Petecxen ta viết phơng trình mạch
+ Viết theo dạng sai phân với TC3 = 0,6992s Ta có :
Hình 4.19: Sơ đồ Petecxen của nút 4
Tính điện áp nút 3 theo phơng pháp tiếp tuyến :
IX Tính điện áp tại nút 4:
Nút 4 có 1 đờng dây đi tới Tổng trở sóng tập trung là điện trở phi tuyến của chống sét van Do đó để tính toán ta phải sử dụng phơng pháp đồ thị
Ta có điện dung tập trung tại chống sét van là C4 = 220 pF.
+ Ta có hệ số khúc xạ : α m 4 = 2 Z dt
+ Hằng số thời gian nạp mạch :
+ Từ sơ đồ Petecxen ta có :
U 24 ' Chính là sóng phản xạU24 từ nút 2 truyền tới
*) Với thời gian (tơng đối đối với nút 4 ) t < 2.T24 = 0,1 s Th× U'42 = 0 U24 = U2
Ta có thể tính đợc U4 trong khoảng thời gian này bằng phơng pháp đồ thị dựa vào Uđt ; Zđt và đặc tính V- A của chống sét van
Với chống sét van không khe hở ZnO chỉ làm việc khi nào có sóng tác dụng lên chống sét van cắt đờng đặc tính V - S của nó Vậy để tính toán tại nút 2 ta chia làm 2 giai đoạn
Khi chống sét van cha làm việc, coi nh điểm 4 hở mạch
Khi chống sét van làm việc
Bằng phơng pháp đồ thị ta xác định đợc :UCSV và iCSV
Sau khi đã phân tích và tìm đợc các biểu thức tính toán điện áp tại các nút từ14 Ta tiến hành lập bảng tính toán bằng số , thể hiện ở bảng sau:
Hình 4-20.Đặc tính điện áp đặt lên cách điện máy biến áp Đ ờng chịu điện áp của máy biến áp t(s) U(kV)
Hình 4-21.Đặc tính điện áp U2 đặt lên chuỗi sứ tại thanh góp
Kiểm tra an toàn các thiết bị trong trạm …
Từ bảng kết quả tính toán bằng phơng pháp lập bảng ở trên ta vẽ đợc đờng đặc tính điện áp đặt lên cách điện của máy biến áp nh sau :
Ta thấy sóng điện áp truyền vào trạm đặt lên cách điện của máy biến áp luôn nhỏ hơn khả năng chịu điện áp của máy biến áp Do vậy khi đặt chống sét van bảo vệ trạm với khoảng cách đã tính toán thì máy biến áp đợc bảo vệ an toàn khi có sóng truyền vào trạm
II)Với cách điện của thanh góp 110 kV
Nguyễn Đặng Hồng Chinh H8A t(s ) Đặc tính (V-S) của chuỗi sứ
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Đặc tính điến áp đặt lên chống sét van
Từ hình vẽ trên ta thấy sóng điện áp xuất hiện trên cách điện của thanh góp tại trạm luôn nhỏ hơn đặc tính phóng điện của chuỗi cách điện Vì vậy thanh góp đợc bảo vệ an toàn
III)Víi chèng sÐt van
Từ kết quả tính toán trong bảng số liệu ta thấy dòng điện qua chống sét van khi có sóng truyền vào đều nhỏ hơn 10 kA vì vậy chống sét van đợc an toàn
Ta vẽ đợc đờng điện áp đặt lên chống sét van dựa vào bảng số liệu
Bảo Vệ Chống Sét Đánh Trực Tiếp Vào TBA 10
1.2- Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán chống sét đánh trực tiếp vào TBA 11
1.3 Các phơng thức sử dụng để tính toán chiều cao cột và phạm vi bảo vệ 12
1.4- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ TBA 110kV 17
1.5 Các phơng án bố trí cột thu lôi bảo vệ 17
Tính Toán Nối Đất Cho Trạm Biến áp 36
2.1.4 Các số liệu dùng để tính toán nối đất 37
2.3 Tính toán điện trở nối đất xung kích: 48
2.3.1 Dạng sóng tính toán của dòng điện sét 50
2.3.3 Tính toán trị số điện trở nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét 51
2.3.4 Tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét 52
CH¦¥NG III Bảo vệ chống sét đờng dây tải điện 110 kV 64
3.1 Yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đờng dây 64
3.3 Tính toán chỉ tiêu chống sét cho đờng dây 110 kV 70
3.4 Tính chỉ tiêu chống sét của đờng dây 110kV 124 chơng Iv Tính toán bảo vệ chống sóng truyền vào TBA 125
4.1.2 qui tắc sóng đẳng trị : 129
4.1.3.Xác định điện áp trên zx khi nó là điện dung : 131
4.1.4 Xác định điện áp và dòng điện trên chống sét van : 132
4.2.1 Sơ đồ tính toán quá trình truyền sóng trong TBA …… 136
4.3 Tính sóng truyền trong trạm biến áp 110KV 141
4.4.Kiểm tra an toàn các thiết bị trong trạm ………150
Hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp Kỹ Thuật Điện Cao áp
Khoa đại học tại chức - Đại học Bách Khoa Hà Nội 1976.
Giáo trình Kỹ Thuật Điện Cao áp
Khoa đại học tại chức - Đại học Bách Khoa Hà Nội 1972.
Bảo vệ toà nhà và các công trình
4) Trịnh Hùng Thám – Nguyễn Hữu Khái - Đào Quang Thạch
Lã Văn út – Phạm Văn Hoà - Đào Kim Hoa
Nhà Máy Điện và Trạm Biến áp
Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật 1996