LỜI MỞ ĐẦU 3 TỔNG QUAN CHUNG VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP 4 1. Khái quát cơ bản về hiện tượng dông sét 5 2. Ảnh hưởng, tác hại của dông sét 6 3. Các phương pháp phòng chống sét 8 Chương 1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 12 1.1. Mở đầu 12 1.2. Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét đánh trực tiếp 12 1.3. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét 13 1.3.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét 13 1.3.2. Phạm vi bảo vệ của dây thu sét: 17 1.4. Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ 18 1.5. Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp 19 1.5.1. Phương án 1 19 1.5.2. Phương án 2 26 1.6. So sánh và tổng kết phương án 31 Chương 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT 33 2.1. Mở đầu 33 2.2. Các yêu cầu kĩ thuật 33 2.3. Lý thuyết tính toán nối đất 35 2.3.1. Tính toán nối đất an toàn 35 2.3.2. Tính toán nối đất chống sét 37 2.4. Tính toán nối đất an toàn 40 2.4.1. Nối đất tự nhiên 40 2.4.2. Nối đất nhân tạo 41 2.5. Tính toán nối đất chống sét 42 2.5.1. Tính toán nối đất chống sét và kiểm tra điều kiện phóng điện 42 2.5.2. Nối đất bổ sung 45 2.6. Kết luận 54 Chương 3. BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY 55 3.1. Mở đầu. 55 3.2. Chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây. 55 3.2.1. Cường độ hoạt động của sét 55 3.2.2. Số lần sét đánh vào đường dây: 56 3.2.3. Số lần phóng điện do sét đánh. 57 3.3. Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây. 59 3.3.1. Mô tả đường dây cần bảo vệ 59 3.3.2. Độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở, hệ số ngẫu hợp của đường dây. 60 3.3.3. Tính số lần sét đánh vào đường dây. 63 3.3.4. Suất cắt do sét đánh vào đường dây. 64 Chương 4. BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM BIẾN ÁP TỪ PHÍA ĐƯỜNG DÂY 110 KV 92 4.1. Mở đầu. 92 4.2. Lý thuyết tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm. 93 4.2.1. Xác định điện áp trên Zx là điện dung 96 4.2.2. Xác định điện áp và dòng điên trong chống sét van. 97 4.3. Tính toán bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền vào trạm. 98 4.3.1. Mô tả trạm cần bảo vệ. 98 4.3.2. Lập sơ đồ thay thế tính toán trạng thái sóng của trạm. 100 4.4. Kết luận. 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 PHỤ LỤC…………………………………………………………………………112
Khái quát cơ bản về hiện tượng dông sét
Dông sét là hiện tượng thời tiết nguy hiểm, thường đi kèm với sấm chớp, hình thành từ khối không khí nóng ẩm Cơn dông có thể kéo dài từ 30 phút đến 12 tiếng và trải rộng hàng trăm kilômét, giống như một nhà máy phát điện nhỏ với công suất hàng trăm MW Điện thế của sét có thể đạt 1 tỷ V, với dòng điện từ 10-200 kA Sét được sinh ra do sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và mặt đất, với một tia sét có khả năng thắp sáng bóng đèn 100 W trong ba tháng Trung bình, trên trái đất xảy ra khoảng 100 cú phóng điện mỗi giây, với công suất có thể lên tới hàng tỷ kW và nhiệt độ tại vị trí phóng điện đạt tới 28,000 độ C, gấp ba lần nhiệt độ bề mặt mặt trời.
Các đám mây dông tích điện hình thành do sự cọ xát giữa các hạt nước và hạt băng, tạo ra điện tích Thông qua quá trình đối lưu, điện tích dương tập trung ở đỉnh mây, trong khi điện tích âm dồn xuống phía dưới Nghiên cứu cho thấy, mây dông thường có cấu trúc với vùng điện tích âm ở độ cao 6 km, vùng điện tích dương ở độ cao 8-12 km, và một khối điện tích dương nhỏ ở chân mây Khi các điện tích đủ mạnh, hiện tượng phóng điện sét sẽ xảy ra.
Sét có thể gây hại nghiêm trọng cho con người và thiết bị khi đánh xuống đất Có hai loại sét chính: sét âm và sét dương Sét âm chiếm khoảng 90% và thường xuất hiện từ phần dưới của đám mây Trong khi đó, sét dương, xuất hiện từ đỉnh đám mây, thường xảy ra bất ngờ và rất nguy hiểm, ngay cả khi trời quang đãng và chưa có mưa.
Việt Nam, nằm ở tâm dông châu Á, là một trong ba khu vực trên thế giới có hoạt động dông sét mạnh mẽ Mùa dông tại đây kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10, với khoảng 100 ngày dông và 250 giờ dông trung bình mỗi năm Hàng năm, Việt Nam ghi nhận khoảng hai triệu cú sét đánh xuống mặt đất.
Việc phòng chống sét đánh vào các công trình, đặc biệt là hệ thống điện, là rất quan trọng Điều này không chỉ bảo vệ tài sản mà còn ảnh hưởng lớn đến việc cung cấp điện cho nền kinh tế quốc dân.
Ảnh hưởng, tác hại của dông sét
- Sét đánh vào vật gần nạn nhân, các tia lửa điện sinh ra phóng qua không khí vào nạn nhân (còn gọi là sét đánh tạt ngang).
- Sét đánh xuống mặt đất và lan truyền ra xung quanh.
Sét có thể lan truyền qua đường dây điện và điện thoại, gây ra những tác hại nghiêm trọng cho các công trình và vật dụng Các tác hại này bao gồm đánh trực tiếp, cảm ứng tĩnh điện và cảm ứng điện từ, ảnh hưởng lớn đến an toàn và hoạt động của hệ thống điện.
Sét đánh trực tiếp gây ra những tác hại nghiêm trọng, thường xảy ra tại các vị trí cao như cột điện, cột thu phát sóng viễn thông, và nhà cao tầng do hiện tượng mũi nhọn thu hút điện tích Tuy nhiên, sét cũng có thể đánh vào những nơi thấp nếu chúng dẫn điện tốt hơn Khi bị sét đánh, không khí có thể nóng lên đến mức làm chảy các tấm sắt dày 4mm, gây nguy hiểm đặc biệt cho các công trình chứa vật liệu dễ cháy nổ như kho mìn và bể xăng dầu Đáng chú ý, có trường hợp sét đã phá vỡ ống khói gạch dài 30-40m, với mảnh vỡ văng xa tới 200m.
Tác hại gián tiếp của sét gồm cảm ứng tĩnh điện và cảm ứng điện từ.
Cảm ứng tĩnh điện có thể xảy ra ở các công trình trên mặt đất khi hệ thống nối đất không tốt, đặc biệt khi có những đám mây dông mang điện tích Khi đó, phần trên của công trình sẽ phát sinh điện tích trái dấu với điện tích của đám mây Nếu sét đánh gần, điện tích trên công trình có thể bị mất đi nhanh chóng, dẫn đến việc điện thế này có thể xâm nhập vào bên trong nhà qua dây điện, dây mạng hoặc ống kim loại Điều này có thể tạo ra tia lửa điện, gây ra cháy nổ hoặc tai nạn cho con người.
Khi sét đánh vào các dây dẫn sét gần công trình, nó tạo ra một từ trường biến đổi mạnh xung quanh dây dẫn Từ trường này gây ra hiện tượng cảm ứng điện động trong các mạch vòng kín, dẫn đến phóng điện thành tia lửa, rất nguy hiểm.
Hệ thống điện rất dễ bị tổn thương trước tác động của dông sét, đặc biệt là các đường dây tải điện trên không có chiều dài lớn và đi qua nhiều khu vực khác nhau, làm tăng nguy cơ bị sét đánh Khi sét đánh vào đường dây, có thể xảy ra hiện tượng phóng điện trên cách điện, dẫn đến sự cố cắt điện Một điểm duy nhất trên đường dây dài bị sét đánh có thể gây ra sự cố ngắn mạch, làm máy cắt hoạt động và ngừng cung cấp điện, gây tổn thất nghiêm trọng Do đó, các sự cố do sét gây ra chủ yếu xảy ra trên các đường dây tải điện.
Sét đánh vào đường dây điện có thể gây ra sóng quá điện áp lan truyền về phía trạm biến áp, thường bị biến dạng do hiệu ứng vầng quang Quá điện áp khí quyển xuất hiện khi sét đánh trực tiếp hoặc gần đường dây, với sét đánh trực tiếp là mối nguy hiểm lớn nhất vì đường dây phải chịu toàn bộ năng lượng từ phóng điện Nếu sét đánh vào phần dẫn điện của trạm biến áp kết nối với nhiều đường dây bên ngoài, dòng điện sét có thể truyền ra ngoài và quá điện áp trên thanh cái sẽ được xác định bởi các yếu tố liên quan.
Trong đó: Zc – tổng trở xung kích của đường dây (cỡ 400Ω);); n – số đường dây được nối với phần bị sét đánh.
Trường hợp quá điện áp xuất hiện khi n = 1, có thể đạt đến 800 kV với dòng điện sét nhỏ khoảng 2 kA Điện áp cao này có khả năng gây phóng điện và dẫn đến sự cố trong trạm Để bảo vệ các thiết bị trong trạm, việc sử dụng khe hở phóng điện hoặc chống sét van là rất cần thiết.
Nếu sét đánh vào khu vực làm việc của trạm cách ly kết nối với lưới điện bên ngoài, phần bị ảnh hưởng sẽ có thể được mô tả bằng một điện dung và quá điện áp với giá trị cụ thể.
Quá điện áp này đặc trưng bởi độ dốc và biên độ lớn, cùng với khoảng khe hở khí có thời gian phóng điện kéo dài, dẫn đến việc cả chống sét van lẫn khe hở không thể bảo vệ hiệu quả cho các thiết bị.
Việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào đường dây tải điện và trạm biến áp là vô cùng cần thiết, như đã được phân tích một cách đơn giản ở trên.
Các phương pháp phòng chống sét
Trên thế giới hiện nay, sau 250 năm kể từ khi Franklin đề xuất phương pháp chống sét, đã xuất hiện nhiều phương pháp khác nhau trong lĩnh vực phòng chống sét Dưới đây là một số phương pháp phổ biến.
Phương pháp dùng lồng Faraday:
Dựa vào tính chất đặc biệt của vật dẫn, khi ở trạng thái cân bằng tĩnh điện, điện trường bên trong vật dẫn luôn bằng 0, do đó, khi đặt vật cần bảo vệ trong một lòng kim loại dẫn điện, nó sẽ không bị ảnh hưởng bởi điện trường bên ngoài Nguyên lý này chính là hoạt động của lồng Faraday, được lý thuyết xem là phương pháp lý tưởng để phòng chống sét Tuy nhiên, do tính tốn kém và không khả thi trong thực tế áp dụng cho tất cả các công trình, phương pháp này chỉ được sử dụng để bảo vệ một số khu vực đặc biệt như nơi chứa vũ khí thuốc nổ và hạt nhân.
Phương pháp chống sét bằng cột thu sét truyền thống
Cột thu sét, được phát minh bởi Benjamin Franklin vào năm 1752, sử dụng một cây thép cao 40 foot để thu các tia lửa điện từ đám mây Sau hơn 250 năm, nguyên lý này vẫn được áp dụng rộng rãi, khẳng định hiệu quả trong việc bảo vệ khỏi sét.
Về nguyên tác, cột thu sét là 1 dụng cụ đơn giản gồm 3 bộ phận chính:
- Kim thu sét: là 1 que kim loại nhọn gắn trên đỉnh của công trình cần bảo vệ. Thường có đường kính khoảng 2 cm.
- Hệ thống dây dẫn xuống đất.
- Hệ thống tiếp địa: là 1 hay nhiều thanh sắt (thép) dẫn điện tốt được đóng chặt xuống đất có nhiệm vụ tản dòng điện sét vào trong đất.
Phương pháp chống sét truyền thống có hai dạng:
- Hệ gắn thẳng (dùng kim thu sét).
- Hệ dạng lưới bao quanh hay nằm trên đối tượng cần được bảo vệ (lưới thu sét).
Phương pháp thu sét giúp dẫn hướng phóng điện sét đến các điểm đã được xác định trên mặt đất, từ đó tản dòng điện sét vào đất và ngăn chặn sét đánh trực tiếp vào công trình Hệ thống thu sét hoạt động hiệu quả nhờ vào việc điện tích tập trung tại đỉnh các thiết bị thu sét, tạo ra điện trường mạnh mẽ mở đường cho tia tiên đạo Khi tia tiên đạo phát triển từ hệ thống thu sét lên trên, nó gia tăng điện trường và dẫn đến việc sét được thu hút về các cột thu lôi và dây chống sét Những công trình nằm gần hệ thống thu sét và có độ cao thấp hơn sẽ được bảo vệ tốt hơn, giảm thiểu khả năng bị sét đánh.
Hệ thống chống sét Franklin không đảm bảo hiệu quả 100% trong việc ngăn chặn sét Mặc dù kim thu sét có khả năng thu hút sét tốt, nhiều nghiên cứu cho thấy sét vẫn có thể đánh trực tiếp vào công trình, ngay cả khi kim thu sét được lắp đặt ở vị trí cao.
Cột thu sét Franklin được cải tiến với tính năng phát tia tiên đạo, giúp nâng cao hiệu suất so với cột thu sét truyền thống Sự cải tiến này nhằm khắc phục nhược điểm thụ động trong việc thu sét, mang lại hiệu quả tốt hơn trong việc bảo vệ công trình khỏi sét.
Đầu thu là một thiết bị cố định, có chức năng thu sét và bảo vệ đầu phát xạ ion bên trong Nó được thiết kế để tạo ra dòng không khí chuyển động qua đầu phát ion, giúp phân tán các ion vào không gian xung quanh, từ đó tạo ra môi trường thuận lợi cho việc kích hoạt sớm hiện tượng phóng điện (Corona).
Thân kim được chế tạo từ đồng đã qua xử lý hoặc inox, với một hoặc nhiều đầu nhọn ở phía trên để phát xạ ion Các đầu nhọn này được kết nối với bộ phát xạ ion thông qua dây dẫn được luồn bên trong ống cách điện.
Bộ kích thích phát xạ ion được chế tạo từ vật liệu ceramic và được lắp đặt phía dưới thân kim trong buồng cách điện Nó được kết nối với các đầu phát xạ thông qua dây dẫn chịu điện áp cao Khi có dông sét xảy ra, bộ phận này sẽ phát ra các điện tích dưới tác động của lực.
Nguyên lý hoạt động của kim thu sét dựa trên sự dao động nhỏ của kim so với cột đỡ, cùng với áp lực tạo ra trong bộ kích thích, dẫn đến các áp lực biến đổi ngược nhau Điều này tạo ra điện thế cao tại các đầu nhọn, phát xạ ion và sinh ra một lượng lớn ion xung quanh kim thu sét Những ion này ion hóa không khí xung quanh và phía trên đầu thu, từ đó kích thích sự phóng điện vào kim thu sét, giúp giảm thiểu nguy cơ sét đánh vào công trình bên dưới.
Vậy hệ Franklin phát tia tiên đạo chủ động hơn hệ truyền thống.
Phương pháp không truyền thống:
Một số hệ chống sét khác với dang Franklin nổi lên trong hàng trục năm gần đây Đáng chú ý là:
- Hệ ngăn chặn sét (Hệ tiêu tán năng lượng sét).
Những người bảo vệ hệ thống kim thu sét phát xạ sớm cho rằng chúng phóng tia tiên đạo sớm hơn so với hệ thống Franklin Một số dụng cụ như nguồn phóng xạ và kích thích điện của kim được sử dụng để gây phát xạ sớm Vào năm 1999, 17 nhà khoa học từ hội đồng khoa học ICLP (Hội nghị Quốc tế về Bảo vệ Sét) đã tham gia vào nghiên cứu này.
Hệ thống ngăn chặn sét được thiết kế để phân tán điện tích của mây dông trước khi xảy ra hiện tượng phóng điện Mục tiêu chính là tạo ra một đám mây điện tích dương tại khu vực bảo vệ, nhằm làm chệch hướng tia sét Các dụng cụ phân tán thường được sử dụng bao gồm nhiều kim mũi nhọn nối đất, có thể được hình thành dưới dạng lưới kim loại hoặc bàn chải.
Hút sét bằng tia laser:
Ngày nay, việc chống sét cho các công trình hiện đại yêu cầu các phương pháp hiệu quả cao Các nhà nghiên cứu hàng đầu trong lĩnh vực này bao gồm giáo sư Bazelyan từ Nga và giáo sư Zen Kawazaki từ Nhật Bản, đã đạt được những kết quả bước đầu đáng ghi nhận Năm 1997, sau nhiều thử nghiệm, Nhật Bản đã thành công trong việc thu được tia sét hai lần Mặc dù về mặt kỹ thuật, việc này khả thi, nhưng thách thức lớn nhất nằm ở việc đồng bộ hóa và chi phí thực hiện phương pháp này, có thể cao hơn giá vàng Nghiên cứu trong lĩnh vực này vẫn đang tiếp tục được phát triển.
Phương pháp phòng chống tích cực:
Dự báo dông sét sớm là một phương pháp hiệu quả được sử dụng trong những năm gần đây Nhờ vào các thiết bị hiện đại như radar, vệ tinh và hệ thống định vị phóng điện, khả năng xảy ra dông sét tại khu vực có thể được dự báo trong khoảng thời gian từ 30 phút đến vài giờ Các phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không, điện lực và đảm bảo an toàn cho con người.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP
Mở đầu
Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, đường dây và trạm biến áp, trong đó trạm biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải và phân phối điện năng Sét đánh trực tiếp vào thiết bị của trạm có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng, dẫn đến ngừng cung cấp điện và ảnh hưởng đến sản xuất cũng như các ngành kinh tế khác Do đó, việc tính toán và thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét cho trạm biến áp ngoài trời là rất cần thiết Điều này giúp đảm bảo an toàn và kinh tế, bảo vệ toàn bộ thiết bị trong trạm khỏi tác động của sét.
Để đảm bảo an toàn cho các thiết bị trong trạm, cần chú ý không chỉ đến việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp mà còn phải bảo vệ các đoạn đường dây gần trạm Điều này bao gồm cả đoạn dây dẫn từ xà cuối cùng của trạm ra đến cột đầu tiên của đường dây.
Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét đánh trực tiếp
Tất cả thiết bị bảo vệ cần nằm trong phạm vi an toàn của hệ thống bảo vệ Tùy thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các cấp điện áp, hệ thống cột thu sét có thể được lắp đặt trên các độ cao có sẵn như xà hoặc cột đèn chiếu sáng, hoặc được đặt độc lập.
Khi lắp đặt hệ thống cột thu sét trên công trình, việc tận dụng độ cao sẵn có giúp giảm chiều cao của hệ thống thu sét Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn cho các công trình mang điện, cần phải đảm bảo mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất phải nhỏ.
Trạm biến áp ngoài trời từ 110 kV trở lên có cách điện cao, cho phép đặt cột thu sét nối đất vào hệ thống nối đất của trạm phân phối Dòng điện cần được khuyếch tán vào đất qua 3-4 cọc nối đất theo đường ngắn nhất Mỗi trụ trong cấu trúc này cũng cần có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất, đảm bảo giá trị không vượt quá 4Ω.
Cuộn dây MBA là phần yếu nhất của trạm biến áp ngoài trời có điện áp từ 110 kV trở lên Để bảo vệ MBA bằng chống sét van, cần đảm bảo khoảng cách giữa hai điểm nối đất vào hệ thống thu sét và vỏ MBA theo đường điện phải lớn hơn 15m.
Khi thiết lập khoảng cách cách ly giữa hệ thống thu sét và công trình, cần đảm bảo khoảng cách này đủ lớn để tránh hiện tượng phóng điện trong không khí và đất Đồng thời, phần dẫn điện của hệ thống thu sét phải có tiết diện đủ lớn để đảm bảo ổn định nhiệt khi có dòng điện sét đi qua.
Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét
1.3.1 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét a) Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập
Phạm vi bảo vệ của cột thu sét được xác định bởi hình chóp tròn xoay, với đường kính được tính toán theo công thức cụ thể.
Cột thu sét có độ cao h và vật cần bảo vệ có độ cao hx, chênh lệch giữa chúng là ha = h - hx, thể hiện độ cao hiệu dụng của cột thu sét Bán kính của phạm vi bảo vệ được ký hiệu là rx Để thuận tiện trong thiết kế, phạm vi bảo vệ thường được đơn giản hóa thành hình chóp với đường sinh dạng gãy khúc, như được minh họa trong hình vẽ 1.1.
Bán kính bảo vệ ở các mức cao khác nhau được tính toán theo công thức sau
Hình 1- 1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét.
Các công thức tính toán cột thu sét chỉ áp dụng cho chiều cao dưới 30m Đối với cột thu sét có chiều cao trên 30m, hiệu quả sẽ giảm do độ cao định hướng của sét giữ hằng số Khi thực hiện tính toán, cần nhân với hệ số hiệu chỉnh h để đảm bảo độ chính xác.
5 , p5 và trên hình vẽ dùng các hoành độ 0,75hp và 1,5hp b) Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét
Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét kết hợp vượt trội hơn so với hai cột đơn Để đảm bảo sự phối hợp hiệu quả giữa hai cột thu sét, khoảng cách a giữa chúng cần phải nhỏ hơn 7h, trong đó h là chiều cao của cột.
Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có cùng độ cao
Khi hai cột thu sét có cùng chiều cao h và được đặt cách nhau một khoảng a (với a < 7h), độ cao tối đa của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét sẽ được tính toán dựa trên công thức cụ thể.
Hình 1- 2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét giống nhau
Chú ý: Khi độ cao của cột thu sét vượt quá 30m thì ngoài các hiệu chỉnh như trong phần chú ý của mục 1 thì còn phải tính ho theo công thức:
p (1 – 7) c) Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau
Giả sử có hai cột thu sét: cột 1 có chiều cao h1, cột 2 có chiều cao h2 và
1 2 h h Hai cột cách nhau một khoảng là a
Đầu tiên, xác định phạm vi bảo vệ của cột cao h1, sau đó vẽ một đường thẳng ngang từ đỉnh cột thấp h2 đến điểm 3, nơi đường thẳng này giao với đường sinh của phạm vi bảo vệ cột cao Điểm 3 được coi là đỉnh của cột thu sét giả định, tạo thành một cặp cột có chiều cao bằng h2 và khoảng cách a’ Phần còn lại của phạm vi bảo vệ tương tự như của cột 1 với a' = a - x.
Hình 1- 3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét khác nhau d) Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột (số cột >2)
Một nhóm cột sẽ tạo thành một đa giác, và phạm vi bảo vệ được xác định bởi toàn bộ miền của đa giác cùng với phần giới hạn bên ngoài, tương tự như từng đôi cột a, b, r, x, r, o, x, r, o.
Hình 1- 4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột
Vật có độ cao hx nằm trong đa giác hình thành bởi các cột thu sét sẽ được bảo
D 8 ha = 8 (h - hx) (1 – 10) Với D là đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét
Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được hiệu chỉnh theo p
1.3.2 Phạm vi bảo vệ của dây thu sét: a) Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét
Phạm vi bảo vệ của dây thu sét rất rộng, và chiều rộng này phụ thuộc vào chiều cao h của dây thu sét Cụ thể, chiều rộng của phạm vi bảo vệ được xác định bằng cách sử dụng tỷ lệ 0,8h, trong đó h là chiều cao của dây thu sét.
Hình 1- 5: Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét
Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét tương tự cột thu sét ta có các hoành độ 0,6h và 1,2h
Khi cột có độ cao vượt quá 30m, cần điều chỉnh các điều kiện bảo vệ theo quy định Đối với việc bảo vệ bằng hai dây thu sét, khoảng cách giữa chúng phải đảm bảo rằng s < 4h.
Với khoảng cách s trên thì dây có thể bảo vệ được các điểm có độ cao
Phạm vi bảo vệ như hình vẽ h 0,2h
Hình 1- 6: Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét
Phần ngoài của phạm vi bảo vệ giống như một dây, trong khi phần bên trong được xác định bởi vòng cung nối liền hai điểm treo dây thu sét và một điểm có độ cao cụ thể.
Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ
- Trạm biến áp: Trạm 220/110 kV
+ Phía 220kV 6 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh góp vòng
+ Phía 110kV 10 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh góp vòng, được cấp điện từ 2 máy biến áp tự ngẫu (AT1, AT2)
- Độ cao xà đón dây 220 kV: 17 m; độ cao xà thanh góp 220 kV:11 m
- Độ cao xà đón dây 110 kV: 11 m; độ cao xà thanh góp 110 kV: 7,8 m;
- Khoảng cách pha phía 220 kV: 4,30 m; phía 110 kV: 2,25 m.
Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp
- Phía 220 kV dùng 15 cột trong đó cột 1÷5 được đặt trên xà đón dây cao 17m; cột 6÷15 được đặt trên xà thanh góp cao 11m
- Phía 110 kV dùng 13 cột trong đó cột 16÷19, 21÷24 được đặt trên xà thanh góp cao 7,8 m; cột 25÷28 được đặt trên xà đón dây cao 11 m và cột 20 được xây thêm
Vậy: - Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 220 kV là hx = 11 m và hx = 17 m
- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 110 kV là hx = 7,8 m và hx = 11 m
Hình 1-7: Sơ đồ bố trí cột thu sét PA 1
Để đảm bảo bảo vệ hiệu quả cho một khu vực giới hạn bởi tam giác hoặc tứ giác, độ cao của cột thu lôi cần được tính toán chính xác.
Trong đó D: đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác hoặc tứ giác ha: độ cao hữu ích của cột thu lôi.
Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi luôn lớn hơn phạm vi bảo vệ của một cột đơn Để hai cột thu lôi có thể hoạt động hiệu quả cùng nhau, điều kiện cần thiết là khoảng cách giữa chúng không được vượt quá 7 lần chiều cao của cột.
Với a: khoảng cách giữa 2 cột thu sét h: chiều cao toàn bộ cột thu sét
Xét nhóm cột 1-2-7-6 tạo thành hình chữ nhật: a1-2 = 51,6 m ; a1-6 = 39,2 m Hình chữ nhật có đường chéo là: D = 51, 6 2 39, 2 2 64,801 (m)
Vậy độ cao hữu ích của cột thu lôi: ha
Xét nhóm cột 11, 12, 16 tạo thành hình tam giác vuông: a = a11-16 = (51,6 7,6) 2 40 2 59, 464 (m) b = a16-12 = 7,6 2 30 2 40,716 (m) c = a12-11 Q,6 (m)
- Nửa chu vi tam giác là: p = 59, 464 40,716 51,6
(m) Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác là:
Vậy độ cao hữu ích của cột thu sét: ha
Tính toán tương tự cho các đa giác còn lại, ta có bảng kết quả sau:
Bảng 1-1 Độ cao hữu ích của cột thu lôi phương án 1 ĐA GIÁC Đường kính vòng tròn ngoại tiếp (m) ha
Chọn độ cao tác dụng cho toàn trạm biến áp
Sau khi tính toán độ cao tác dụng chung cho các nhóm cột thu sét, ta chọn độ cao tác dụng cho toàn trạm như sau:
Chiều cao tối đa của phía 220kV là 8,1 m và phía 110kV là 7,8 m Do đó, chúng ta chọn chiều cao chung ha = 9 m cho cả hai phía do sự chênh lệch hmax là nhỏ Để tính toán độ cao của cột thu sét, ta sử dụng công thức h = ha + hx, trong đó độ cao lớn nhất cần bảo vệ là hx = 17 m.
Do đó, độ cao các cột thu sét phía 220kV là: h = ha + hx = 9 + 17 = 26 (m)
- Phía 110kV: Độ cao tác dụng ha = 8 m Độ cao lớn nhất cần bảo vệ hx = 11m
Do đó, độ cao các cột thu sét phía 110kV là: h = ha + hx = 9 + 11 = 20 (m)
Bán kính bảo vệ của cột thu sét ở các độ cao bảo vệ tương ứng:
Bán kính bảo vệ của các cột 20 m (các cột N16 N28 phía 110kV)
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m là:
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 7,8 m là:
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 8m là:
Bán kính bảo vệ của các cột 26m (các cột N1 N15 phía 220 kV)
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m là:
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 17 m là:
Bảng 1 – 2: Bán kính bảo vệ của cột thu sét phương án 1
Cột Chiều cao h (m) Bán kính bảo vệ tương ứng rx (m)
Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu sét
* Xét cặp cột 1-2 có: a = 51,6 m và h = 26 m
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
- Bán kính của khu vực giữa hai côt thu sét là:
* Xét cặp cột 11, 20 có độ cao khác nhau
3 3 h h (m) Do vậy ta vẽ cột giả định 11’ có độ cao
Vậy khoảng cách từ cột giả định đến cột 20 là:
59, 228 4,5 54,728 a a x (m) Phạm vi bảo vệ của hai cột 11’ và 20 là:
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
- Bán kính của khu vực giữa hai cột thu sét là:
Bảng 1- 3: Phạm vi bảo vệ của các căp cột thu sét phương án 1
Từ bảng số liệu trên ta vẽ được phạm vi bảo vệ đối với các độ cao khác nhau như sau:
Hình 1 – 8: Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét PA 1
- Phía 220 kV dùng 15 cột trong đó cột 1÷5 được đặt trên xà đón dây cao
17m; cột 6÷15 được đặt trên xà thanh góp cao 11m
- Phía 110 kV dùng 13 cột trong đó cột 17÷23 được đặt trên xà thanh góp cao 7,8 m; cột 24÷30 được đặt trên xà đón dây cao 11 m và cột 16 được xây thêm
- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 220 kV là hx = 11 m và hx = 17 m
- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 110 kV là hx = 7,8 m và hx = 11 m
Hình 1-9: Sơ đồ bố trí cột thu sét phương án 2
Tính toán độ cao hữu ích của cột thu lôi:
Tính toán tương tự như phương án ta thu được kết quả tính toán được trình bầy trong bảng:
Bảng 1-4 Độ cao hữu ích của cột thu sét phương án 2 ĐA GIÁC Đường kính vòng tròn ngoại tiếp (m) ha
Chọn độ cao tác dụng cho toàn trạm biến áp
Sau khi tính toán độ cao tác dụng chung cho các nhóm cột thu sét, ta chọn độ cao tác dụng cho toàn trạm như sau:
Chiều cao tối đa của phía 220kV là 8,1 m và phía 110kV là 7,8 m Do sự chênh lệch giữa hmax của hai phía là nhỏ, chúng ta chọn chiều cao chung ha = 9 m cho cả hai phía Để tính độ cao của cột thu sét, công thức sử dụng là h = ha + hx.
- Phía 220 kV: Độ cao tác dụng ha = 9 m Độ cao lớn nhất cần bảo vệ hx = 17 m
Do đó, độ cao các cột thu sét phía 220kV là: h = ha + hx = 9 + 17 = 26 (m)
- Phía 110kV: Độ cao tác dụng ha = 9 m Độ cao lớn nhất cần bảo vệ hx = 11m
Do đó, độ cao các cột thu sét phía 110kV là: h = ha + hx = 9 + 11 = 20 (m)
Tính toán tương tự phương án 1 – mục 1.5.1 ta có:
Bảng 1-5: Bán kính bảo vệ của cột thu sét PA 2
Cột Chiều cao h (m) Bán kính bảo vệ tương ứng rx (m)
Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu sét
Tính toán tương tự phương án 1 – mục 1.5.1 ta có bảng kết quả phạm vi bảo vệ như sau:
Bảng 1-6: Phạm vi bảo vệ của các căp cột thu sét PA 2
Từ bảng số liệu trên ta vẽ được phạm vi bảo vệ đối với các độ cao khác nhau như sau:
Hình 1 – 10: Phạm vi vảo vệ của các cột thu sét PA 2
So sánh và tổng kết phương án
Cả hai phương án bố trí cột thu sét đều đảm bảo bảo vệ toàn bộ thiết bị trong trạm và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cần thiết.
- Phía 220kV dùng 15 cột cao 26 m trong đó 5 cột đặt trên xà cao 17 m; 10 cột đặt trên xà cao 11m.
- Phía 110kV dùng 13 cột cao 20 m trong đó 8 cột đặt trên xà cao 7,8 m; 4 cột đặt trên xà cao 11 m và 1 cột được xây thêm
-Tổng chiều dài cột là:
- Phía 220kV dùng 15 cột cao 26 m trong đó 5 cột đặt trên xà cao 17 m; 10 cột đặt trên xà cao 11m.
- Phía 110kV dùng 15 cột cao 19 m trong đó 7 cột đặt trên xà cao 7,8 m; 7 cột đặt trên xà cao 11 m và 1 cột được xây thêm
-Tổng chiều dài cột là:
Do phương án 1 có số cột thu sét ít và tổng chiều dài cột nhỏ hơn, chúng tôi quyết định chọn phương án 1 để tính toán thiết kế hệ thống chống sét cho trạm biến áp.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT
Mở đầu
Nối đất là quá trình kết nối các bộ phận kim loại có khả năng tiếp xúc với dòng điện do hư hỏng cách điện vào một hệ thống nối đất Trong hệ thống điện, có ba loại nối đất chính.
Nối đất an toàn là biện pháp quan trọng nhằm bảo vệ người dùng khi cách điện của thiết bị bị hư hỏng Việc nối đất được thực hiện bằng cách kết nối mọi bộ phận kim loại không mang điện như vỏ máy, thùng máy biến áp và các giá đỡ kim loại Khi cách điện bị hư hỏng, điện thế có thể xuất hiện trên các bộ phận này, nhưng nhờ vào việc nối đất, mức điện thế sẽ được giảm thiểu, từ đó đảm bảo an toàn cho người tiếp xúc.
Nối đất làm việc đảm bảo thiết bị hoạt động bình thường theo quy định Nó bao gồm nối đất điểm trung tính MBA trong hệ thống điện có điểm trung tính nối đất, cùng với nối đất của MBA đo lường và các kháng điện bù ngang trên các đường dây tải điện.
Nối đất chống sét là hệ thống có chức năng phân tán dòng điện sét vào lòng đất khi xảy ra hiện tượng sét đánh vào cột thu sét hoặc dây dẫn Mục tiêu của nó là duy trì điện thế an toàn tại mọi điểm trên thân cột, từ đó giảm thiểu nguy cơ phóng điện ngược, bảo vệ hiệu quả cho các công trình cần được bảo vệ.
Các yêu cầu kĩ thuật
Để đảm bảo an toàn, trị số điện trở tản của bộ phận nối đất cần phải ở mức thấp nhất có thể Tuy nhiên, việc giảm điện trở tản thường yêu cầu sử dụng nhiều kim loại và khối lượng thi công lớn Do đó, việc xác định tiêu chuẩn nối đất và lựa chọn phương án nối đất phải hợp lý về mặt kinh tế, đồng thời đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật Điện trở nối đất an toàn được lựa chọn sao cho các trị số điện áp bước và tiếp xúc không vượt quá giới hạn cho phép trong mọi trường hợp.
Theo quy trình hiện hành tiêu chuẩn nối đất được quy định như sau:
- Đối với thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất (dòng ngắn mạch chạm đất lớn) trị số điện trở nối đất cho phép là: R 0,5
- Đối với thiết bị điện có điểm trung tính cách điện (dòng ngắn mạch chạm đất bé) thì:
Nếu chỉ dùng cho các thiết bị cao áp
Nếu dùng cho cả cao áp và hạ áp
Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, hệ thống nối đất làm việc và nối đất an toàn thường được kết nối chung Để đảm bảo an toàn, cần đạt yêu cầu về loại nối đất với trị số điện trở nối đất cho phép nhỏ nhất.
Khi thực hiện nối đất, cần sử dụng các phương pháp nối đất hiện có như đường ống và kết cấu kim loại chôn trong đất, cũng như móng bê tông cốt thép Việc tính toán điện trở tản của các đường ống chôn trong đất tương tự như điện cực hình tia.
Khi nối đất trong môi trường không đồng nhất như đất và bê tông, điện trở suất của hệ thống sẽ cao hơn so với điện trở suất của đất thuần túy Do đó, trong các tính toán, cần tăng giá trị điện trở suất lên 25% để đảm bảo độ chính xác.
Khung cốt thép là lưới không cần hiệu chỉnh bằng cách nhân thêm hệ số β = 1,4, vì nó không phải là cực đặc Đối với thiết bị có dòng điện ngắn mạch chạm đất nhỏ, nếu điện trở tản của các phần nối đất đạt yêu cầu thì không cần nối đất bổ sung Tuy nhiên, với thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất lớn, cần phải lắp đặt thêm nối đất nhân tạo với điện trở tản không vượt quá 1 Ω.
Nối đất chống sét thông thường là nối đất của cột thu sét, cột điện và nối đất
Bộ phận nối đất của cột thu sét và cột điện thường được thiết kế độc lập, không liên quan đến các bộ phận khác Do đó, việc áp dụng hình thức nối đất tập trung là cần thiết để đạt hiệu quả tản dòng điện tốt nhất.
Khi đường dây đi qua các vùng đất ẩm với độ dẫn điện thấp ( 3.10 4 .cm), việc tận dụng phần nối đất có sẵn từ móng và chân cột bê tông là cần thiết để bổ sung hoặc thay thế cho phần nối đất nhân tạo.
Đối với hệ thống thu sét tại các trạm biến áp, khi bộ phận thu sét được lắp đặt trên xà trạm, phần nối đất chống sét cần phải kết nối với mạch vòng nối đất an toàn của trạm Việc này dẫn đến sự xuất hiện của nối đất phân bố dài, làm tăng điện trở Zxk và gây ra điện áp giáng, có thể gây phóng điện trong đất Do đó, việc nối đất chung này chỉ khả thi với các trạm biến áp có cấp điện áp từ 110kV trở lên Bên cạnh đó, cần thực hiện các biện pháp bổ sung, với khoảng cách từ chỗ nối đất của hệ thống thu sét phải đạt tối thiểu 15m trong mạch dẫn điện trong đất.
Lý thuyết tính toán nối đất
2.3.1 Tính toán nối đất an toàn
Với cấp điện áp lớn hơn 110kV nối đất an toàn phải thoả mãn điều kiện là:
- Điện trở nối đất của hệ thống có giá trị R 0,5
- Cho phép sử dụng nối đất an toàn và nối đất làm việc thành một hệ thống Điện trở nối đất của hệ thống
Trong đó: RTN: điện trở nối đất tự nhiên
RNT: điện trở nối đất nhân tạo (R NT 1 )
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào việc phân tích hệ thống nối đất tự nhiên của trạm điện, bao gồm các biện pháp chống sét cho đường dây và cột điện 110kV và 220kV dẫn đến trạm.
Ta có công thức tính toán như sau:
Trong đó: Rcs: điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vượt
Rc: điện trở nối đất của cột điện
Xét trường hợp đơn giản nhất là trường hợp điện cực hình bán cầu
Dòng điện chạm đất I đi qua điểm sự cố sẽ tạo nên điện áp giáng trên bộ phận nối đất
Với R là điện trở tản của nối đất
Theo tính toán xác định được sự phân bố điện áp trên mặt đất theo công thức: r
Trong thực tế, hệ thống nối đất thường sử dụng cọc dài từ 2 đến 3m bằng sắt tròn hoặc sắt góc được chôn thẳng đứng, cùng với thanh dài chôn nằm ngang ở độ sâu từ 0,5 đến 0,8m, được bố trí theo hình tia hoặc mạch vòng Trị số điện trở tản của hệ thống nối đất bằng cọc được xác định dựa trên các công thức đã được quy định Đối với hệ thống nối đất chôn nằm ngang, có thể áp dụng công thức chung để tính trị số điện trở tản xoay chiều.
Chiều dài tổng của điện cực được ký hiệu là L, trong khi độ chôn sâu được ký hiệu là t Đường kính của điện cực khi sử dụng sắt tròn là d, và nếu sử dụng sắt dẹt, trị số d sẽ được thay thế bằng b, với b là chiều rộng của sắt dẹt.
K: hệ số phụ thuộc vào sơ đồ nối đất (tra bảng)
Khi hệ thống nối đất có nhiều cọc được sắp xếp dọc theo chiều dài tia hoặc theo chu vi mạch vòng, điện trở tản của hệ thống có thể được tính toán bằng công thức cụ thể.
Trong đó: Rc: điện trở tản của một cọc
Rt: điện trở tản của tia hoặc của mạch vòng n : số cọc
t: hệ số sử dụng của tia dài hoặc của mạch vòng
c: hệ số sử dụng của cọc
2.3.2 Tính toán nối đất chống sét
Hai quá trình đồng thời xảy ra khi có dòng điện tản trong đất
- Quá trình quá độ của sự phân bố điện áp dọc theo chiều dài điện cực
- Quá trình phóng điện trong đất
Khi điện cực nối đất ngắn, chỉ cần xem xét quá trình phóng điện trong đất mà không cần quan tâm đến quá trình quá độ Trong trường hợp nối đất bằng tia dài hoặc mạch vòng, cả hai quá trình đều cần được xem xét vì chúng ảnh hưởng khác nhau đến hiệu quả của hệ thống nối đất Nghiên cứu cho thấy điện trở tản xung kích của nối đất tập trung không phụ thuộc vào kích thước hình học của điện cực, mà chủ yếu được xác định bởi biên độ dòng điện I, điện trở suất và đặc tính xung kích của đất.
Vì trị số điện trở tản xoay chiều của nối đất tỉ lệ với nên hệ số xung kích có trị số là:
Tính toán nối đất phân bố dài không xét tới quá trình phóng điện trong đất
Sơ đồ đẳng trị của nối đất được thể hiện như sau:
Hình 2-1: Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất.
Trong mọi trường hợp, điện trở tác dụng R có thể bị bỏ qua do giá trị của nó nhỏ hơn điện trở tản Đồng thời, phần điện dung C cũng không cần xem xét, vì ngay cả trong tình huống sóng xung kích, dòng điện dung vẫn rất nhỏ so với dòng điện qua điện trở tản Do đó, sơ đồ đẳng trị có thể được rút gọn như sau.
Hình 2 – 2: Sơ đồ đẳng trị thu gọn
Trong sơ đồ thay thế trên thì:
L0: điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài
G0: điện dẫn của điện cực trên một đơn vị dài
Với l: chiều dài cực r: bán kính cực ở phần trước nếu cực là thép dẹt có bề rộng b (m)
Gọi Z(x, t) là điện trở xung kích của nối đất kéo dài, nó là hàm số của không gian và thời gian t
U(x, t), I(x, t) là dòng điện và điện áp xác định từ hệ phương trình vi phân:
Giải (2 – 14) ta được điện áp tại điểm bất kỳ và tại thời điểm t trên điện cực:
Từ đó ta suy ra tổng trở xung kích ở đầu vào của nối đất
T k (hằng số thời gian) Đặt T 1 L G l o 2 o 2
Tính toán nối đất phân bố dài khi có xét quá trình phóng điện trong đất.
Việc giảm điện áp và mật độ dòng điện ở các phần xa của điện cực dẫn đến quá trình phóng điện trong đất yếu hơn so với đầu vào của nối đất Do đó, điện dẫn của nối đất không chỉ phụ thuộc vào phương pháp gần đúng mà còn vào các yếu tố khác Trong phạm vi đề tài này, chúng ta có thể bỏ qua quá trình phóng điện trong đất.
Tính toán nối đất an toàn
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào việc phân tích hệ thống nối đất tự nhiên của trạm, bao gồm các biện pháp chống sét cho đường dây và cột điện 110kV và 220kV kết nối đến trạm.
+ Dây chống sét ta sử dụng loại C-70 có ro = 2,38 / km
+ Điện trở suất của đất = 80 m
+ Chiều dài khoảng vượt đường dây: LKV = 210m
Trạm có 6 lộ 220kV, 10 lộ 110 kV Theo công thức (2 – 4) ta có:
Trong đó: n - số lộ dây
- Đối với các lộ đường dây chống sét 220 kV:
- Đối với các lộ đường dây chống sét 110 kV:
RTN < 0,5Ω được coi là tiêu chuẩn lý thuyết cho nối đất an toàn Tuy nhiên, do nối đất tự nhiên có thể gặp phải sự biến động, việc thực hiện nối đất nhân tạo là cần thiết để đảm bảo an toàn.
Với trạm bảo vệ có kích thước hình chữ nhật có các chiều là:
Ta lấy lùi lại mỗi đầu 1 m để cách xa móng tường trạm
Mạch vòng bao quanh trạm được thiết kế dưới dạng hình chữ nhật ABCD với kích thước l1 = 213m và l2 = 172,6m Điện trở nối đất của hệ thống mạch vòng là một yếu tố quan trọng cần được xem xét.
Với: L: chu vi của mạch vòng L = (l1 + l2) 2 = (172,6 + 213) 2 = 771,2 (m) t: độ chôn sâu của thanh làm mạch vòng, lấy t = 0,8 m
tt : điện trở suất tính toán của đất đối với thanh làm mạch vòng chôn ở độ sâu t : tt = do Kmùa
Tra bảng với thanh ngang chôn sâu 0,8 m ta có kmùa =1,6
= 80 1,6 = 128 ( m) d: đường kính thanh làm mạch vòng (nếu thanh dẹt có bề rộng b thì d = b/2)
Ta chọn thanh có bề rộng là b = 4cm do đó: d = b/2 = 4/2 =2 (cm) = 0,02 (m)
K: hệ số phụ thuộc hình dáng của hệ thống nối đất
Bảng 2 – 1: Hệ số K phụ thuộc vào (l 1 /l 2 ) l1/l2 1 1,5 2 3 4
172, 6 l l Giá trị này nằm trong khoảng (1; 1,5).
Sử dụng phương pháp nội suy tuyến tính ta có:
Thay các công thức trên vào công thức tính RMV ta được
Vậy điện trở nối đất của hệ thống là:
0,122( ) 0,161 0,507 tn nt ht tn nt
Kết luận: Hệ thống thiết kế nối đất trên đảm bảo an toàn cho TBA 110/220kV
Tính toán nối đất chống sét
2.5.1 Tính toán nối đất chống sét và kiểm tra điều kiện phóng điện
Khi thiết kế hệ thống nối đất chống sét cho trạm biến áp 110/220kV, cần kết hợp nối đất chống sét với nối đất an toàn Hệ thống nối đất chống sét sẽ được thực hiện dưới dạng mạch vòng phân bố dài Sơ đồ thay thế cho hệ thống chống sét được minh họa trong hình 2 – 1.
Giá trị của L0 và G0 o được xác định như sau:
+ Tính Lo: Theo (2 - 11) ta có : o 0, 2 ln 0,31
Trong đó: l: chiều dài điện cực : 771, 2 385,6
CHUVI l L (m) r: bán kính điện cực: 0, 04 0, 01
Trong đó: NTSet MVSet MVat Set at
k kmùa at = 1,6 và kmùa set = 1,25
+ Tính phân bố điện áp và tổng trở xung kích của hệ thống nối đất
Chọn dạng sóng xiên góc của dòng điện sét có biên độ không đổi: khi t khi t ds s ds ds
Hình 2- 3: Đồ thị dạng sóng của dòng điện sét.
Với biên độ dòng điện sét là I 0 kA Độ dốc của dòng sét là a = 30 kA / s
Nên thời gian đầu sóng là s
a Theo (2 – 13) ta có tổng trở xung kích của hệ thống nối đất nhân tạo:
Do coi mạch vòng là sự ghép song song của hai tia nên
Để xác định được Z(0, đs), ta xét các chuỗi số sau:
Trong chuỗi số này, chúng ta chỉ xem xét các số hạng chứa e^-4, vì các số hạng từ e^-5 trở đi có giá trị rất nhỏ so với các số hạng trước đó và có thể bỏ qua Điều này có nghĩa là chúng ta chỉ tính đến k sao cho: ds 4.
kmin = 9 Ta chọn k trong khoảng từ 19 (k Z )
Bảng 2 –2: Bảng tính toán chuỗi 2
Từ bảng trên ta có: 8 2
Kiểm tra quá điện áp trên các thiết bị:
Trong trạm biến áp, máy biến áp là phần tử quan trọng nhất nhưng cũng là phần yếu nhất, do đó việc kiểm tra máy biến áp là cần thiết Để đảm bảo an toàn cho trạm biến áp khi có dòng điện sét đi vào, cần phải thoả mãn các điều kiện nối đất.
Trong đó: I : biên độ của dòng điện sét
ZXK(0, đs): tổng trở xung kích ở đầu vào nối đất của dòng điện sét
U50% MBA : điện áp 50% của máy biến áp
- Đối với MBA 110(kV) U50% MBA = 460 kV
- Đối với MBA 220(kV) U50%MBA = 900 kV
Kiểm tra điều kiện này ta thấy:
Uđ=I ZXK(0, đs) = 150 4,632 = 694,7 kV > U50%MBA = 460 kV
Ta thấy rằng phải tiến hành nối đất bổ sung để đảm bảo không có phóng điện ngược
Để giảm điện trở nối đất và đảm bảo tiêu chuẩn nối đất chống sét, chúng ta cần thực hiện việc nối đất mạch vòng kết hợp với cọc xung quanh Phương án này bao gồm việc đóng cọc bổ sung, tạo thành một mạch vòng hiệu quả Công thức tính toán cho mạch vòng là: l_a = h + l/2 + l/2 + h.
Hệ thống nối đất của trạm điện sử dụng thanh vòng cọc, trong đó điện trở nối đất nhân tạo được tính toán theo công thức cụ thể.
R n. C R Trong đó: Rmv :điện trở nối đất của mạch vòng.
Rc: điện trở nối đất của cọc. n: số cọc.
c ,mv: hệ số sử dụng của cọc và thanh. Điện trở nối đất của cọc:
Trong đó : l: chiều dài cọc, ta chọn l = 3 m, cọc được làm bằng thép tròn 40
tt: điện trở suất tính toán,với cọc ta tính được tt = 0 K ms c ét
Tra giáo trình hướng dẫn thiết kế kỹ thuật điện ta có ét c
K ms =1,25 Vậy ta có: tt = 80.1,25 = 100 .m Độ chôn sâu của cọc: h = 0,8 m
Giá trị của t được tính như sau: t = l h 3 0,8 2,3
Ta tính được điện trở tản của một cọc như sau:
= 28,39() Ở trên ta đã tính được điện trở của mạch vòng là Rmv = 0,396
Vì vậy ta cần tính n, c, mv.
Việc xác định các giá trị này được tiến hành như sau:
Vậy ta có số lượng cọc dọc theo chu vi mạch vòng là: n = 771, 2 258
Tra bảng 4 và bảng 6 phần phụ lục giáo trình hướng dẫn thiết kế KTĐCA ta được: c= 0,35 và mv = 0,19.
Thay các giá trị Rmv, Rc, n, c, mv vào công thức ta có điện trở nối đất của hệ thống nối đất mạch vòng – thanh – cọc như sau:
0,396.258.0,35 28,39.0,19 = 0,273() Tính tổng trở xung kích
Ta tính được T1 như sau: T1 3 2
Do ta coi hệ thống nối đất gồm có hai tia ghép song song nên tổng trở nối đất tại thời điểm t = đs = 5s là:
Bảng 2 – 3: Bảng tính toán chuỗi K ds
Kiểm tra điều kiện an toàn cho máy biến áp:
Giá trị điện áp đầu vào trong đất là:
Uđ = Iz ZXK (0,đs) = 150.3,449 = 517,3 kV
Như vậy: Uđ = 517,3 kV > U50% MBA F0kV.
Qua kết quả tính toán này ta phải đi tính toán nối đất bổ sung để đảm bảo không có phóng điện ngược.
Nối đất mạch vòng kèm theo nối đất bổ sung cho trạm.
Trong hệ thống nối đất bổ sung, chúng ta áp dụng phương pháp nối đất tập trung, bao gồm thanh và cọc tại chân các cột thu sét cũng như chân các thiết bị Việc xác định Zbs theo lý thuyết gặp nhiều khó khăn, vì vậy chúng ta lựa chọn hình thức nối đất bổ sung này để đảm bảo hiệu quả và an toàn.
Chọn thanh nối đất bổ sung là loại thép dẹt có :
- Khoảng cách giữa hai cọc: a = 3 m
Để tính toán nối đất cho hệ thống chống sét, ta sử dụng hệ số Kmùa Cụ thể, với thanh ngang chôn sâu 0,8m, giá trị Kmùa được xác định là 1,25, dựa trên bảng 2.1 trong giáo trình hướng dẫn thiết kế KTĐCA của Nguyễn Minh Chước.
Sơ đồ nối đất bổ sung như sau:
Hình 2-5 Sơ đồ nối đất bổ sung.
+ Điện trở thanh: RT = ln 2
L : chiều dài thanh (L = 8m) t : độ chôn sâu của thanh làm tia t = 0,8 m
tt.T: điện trở suất tính toán của nối đất đối với thanh làm tia chôn ở độ sâu t
Vì ta chọn thanh dẹt có bề rộng b = 0,04m nên đường kính thanh làm tia bằng: d = b/2 = 0,02(m).
K: hệ số hình dáng lấy k = 1 do nối đất là tia ngang.
Trong đó: - ttc là điện trở suất của đất với cọc ở độ sâu: t = 0,8 m
= 28,392 () Điện trở bổ sung được tính theo công thức sau: RBS =
T, c : hệ số sử dụng của thanh và cọc Với: n = 3, lcọc = 3 m, a = 3 m, a/l = 1
(Tra bảng 3 bảng 5 phần phụ lục sách hướng dẫn thiết kế KTĐCA ta được:
Ta có công thức tính tổng trở xung kích khi có nối đất bổ sung như sau:
, trong chuỗi số này ta chỉ tính đến e -4 (vì từ e -5 trở đi có giá trị rất nhỏ) có nghĩa là ta tính với XK sao cho:
Hệ thống nối đất được mô tả bằng mạch vòng là sự kết hợp song song của hai tia có chiều dài giống nhau, mỗi tia dài 385,6 m Sơ đồ thay thế của hệ thống nối đất được thể hiện như sau:
Trong đó: L’, G’ lần lượt là điện cảm và điện dẫn của 1 đơn vị dài
Hình 2-6 Sơ đồ thay thế của hệ thống nối đất
Giải phương trình trên bằng Matlab như sau:
******************************************************* function tinhnghiem n = 0; for x = [0:0.00001:34.02]; y = tan(x)+ 0.0503*x; if abs(y) < 1e-4 n = n + 1 ; x0(n)=x; y0(n)=y; end end e = 1e-3; for i = 1:n-1 for j = i+1:n if abs(x0(i)-x0(j)) abs(y0(j)) x0(i)=0; y0(i)=0; else x0(j)=0; y0(j)=0 ; end end end end for i=1:n if ~(x0(i) == 0) disp(x0(i)); end end
Bảng 2 –4: Bảng tính toán giá trị
Tính toán cho thấy Z XK (0, đs) = A + B = 0,377 + 2,657 = 3,034 (Ω) Điện áp tại thời điểm dòng điện đi vào nối đất, khi t = ds (thời điểm dòng điện sét đạt giá trị cực đại), được xác định.
Uđ = I.ZXK(0, đs )0.3,304 = 455,1 kV < U50%MBA = 460 kV.
Với giá trị của Ud nhỏ hơn 50% MBA, hệ thống nối đất bổ sung đảm bảo yêu cầu cho việc chống sét Do đó, máy biến áp sẽ được bảo vệ an toàn khi có hiện tượng sét đánh vào trạm.
Kết luận: Phương án nối đất mạch vòng với nối đất bổ sung đáp ứng đầy đủ yêu cầu về an toàn và chống sét Do đó, chúng ta sẽ áp dụng phương án này để thực hiện nối đất cho trạm.
Phương án ta chọn có 29 cột chống sét như vậy số lượng sắt thép dùng trong nối đất bổ sung là: L2 = 29.(8+3x3) = 493 (m)
Số lượng sắt thép dùng trong hệ thống nối đất là:
Kết luận
Sau khi thực hiện việc nối đất bổ sung cho các cột thu sét, hệ thống nối đất đã đạt tiêu chuẩn kỹ thuật về nối đất chống sét cho trạm 110/220 kV.
BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY
Mở đầu
Đường dây tải điện chủ yếu là đường dây trên không dài, đi qua nhiều khu vực, nên có nguy cơ cao bị sét đánh, dẫn đến phóng điện trên cách điện và sự cố cắt điện Khi sét đánh vào đoạn dây gần trạm, sóng truyền vào trạm có thể gây hư hỏng cách điện của thiết bị điện Vì vậy, việc nghiên cứu và triển khai biện pháp chống sét cho đường dây tải điện, đặc biệt là các đoạn gần trạm, là rất quan trọng và cần được tính toán cẩn thận.
Quá điện áp khí quyển xảy ra khi sét đánh trực tiếp vào đường dây hoặc khi sét đánh xuống đất gần đó, tạo ra quá điện áp cảm ứng Trị số quá điện áp này rất lớn, khiến cho việc chọn mức cách điện cho đường dây không thể đáp ứng hoàn toàn yêu cầu, mà chỉ có thể lựa chọn mức hợp lý về kinh tế và kỹ thuật Do đó, yêu cầu bảo vệ chống sét cho đường dây không cần phải đạt an toàn tuyệt đối, mà chỉ cần ở mức độ giới hạn hợp lý.
Chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây
Trong phần này, chúng ta sẽ tiến hành tính toán các chỉ tiêu bảo vệ chống sét cho đường dây, từ đó xác định các phương hướng và biện pháp nhằm giảm thiểu số lần cắt điện của đường dây cần bảo vệ.
3.2.1 Cường độ hoạt động của sét
Số ngày sét thể hiện cường độ hoạt động của sét thông qua số ngày có giông sét hàng năm (nng s) Các số liệu này được xác định dựa trên quan trắc từ các đài trạm khí tượng trên toàn quốc.
Mật độ sét được xác định bằng cách tính số lần sét đánh trên diện tích 1 km² trong một ngày Thông thường, trị số này khoảng ms, cung cấp thông tin quan trọng cho việc đánh giá tần suất phóng điện xuống đất.
Tần suất sét đánh vào các công trình hoặc đường dây tải điện được tính toán là từ 0,1 đến 0,15 lần/km²/ngày Kết quả này cho thấy giá trị trung bình của số lần sét đánh xảy ra.
3.2.2 Số lần sét đánh vào đường dây: a) Số lần sét đánh vào đường dây
Mật độ sét trên toàn bộ diện tích vùng có đường dây đi qua là đồng đều, cho phép tính toán số lần sét đánh trực tiếp vào đường dây trong một năm.
Trong đó: ms: mật độ sét vùng có đường dây đi qua nng s: số ngày sét trong một năm h: chiều cao trung bình của các dây dẫn (m)
L: chiều dài của đường dây (km)
Lấy L = 100km ta sẽ có số lần sét đánh vào 100km dọc chiều dài đường dây trong một năm
Tùy thuộc vào vị trí sét đánh, điện áp quá mức trên cách điện đường dây sẽ có giá trị khác nhau Có ba khả năng phân biệt số lần sét đánh trực tiếp vào đường dây có dây chống sét Một trong những khả năng là sét đánh vào đỉnh cột.
N N (3 – 3) c) Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: dd
Trong đó N: tổng số lần sét đánh vào đường dây
: xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn, nó phụ thuộc vào góc bảo vệ và được xác định theo công thức sau: lg 4
Với: hc: chiều cao của cột (m)
: góc bảo vệ (độ) d) Sét đánh vào điểm giữa khoảng vượt: dd 2 kv dc
3.2.3 Số lần phóng điện do sét đánh
Khi xảy ra hiện tượng sét đánh, quá điện áp có thể tác động lên cách điện của đường dây, bao gồm sứ và khoảng cách không khí giữa dây dẫn và dây chống sét, dẫn đến hiện tượng phóng điện Khả năng phóng điện này được đặc trưng bởi xác suất phóng điện, ký hiệu là pd, tương ứng với số lần sét đánh Ni và số lần phóng điện pdi i.
Xác suất phóng điện pd phụ thuộc trị số của quá điện áp và đặc tính cách điện (V-s) của đường dây
(3 – 8) a) Số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây
Khi xảy ra phóng điện trên cách điện của đường dây, máy cắt có nguy cơ bị cắt ra nếu hồ quang tần số công nghiệp xuất hiện Xác suất hình thành hồ quang (η) phụ thuộc vào điện áp làm việc trên cách điện pha và độ dài cách điện của đường dây Có thể xác định η dựa trên bảng tương ứng.
Bảng 3 - 1: Bảng xác suất hình thành hồ quang f ( E lv ). cs lv lv L
Với Ulv: điện áp pha làm việc.
Lcs : chiều dài chuỗi sứ
Ta có đồ thị như sau:
Hình 3- 1: Đồ thị f E( lv ). Đối với đường dây dùng cột gỗ tính theo công thức
Etb là cường độ trường trung bình trên tổng chiều dài cách điện (kV/m)
Vậy số lần cắt của đường dây tương ứng với số lần sét đánh Ni:
Số lần cắt điện tổng cộng của đường dây: cd cdi n n (3 – 11) b) Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng
Số lần phóng điện do sét đánh gần đường dây cảm ứng gây phóng điện trên cách điện đường dây
Số lần cắt điện tổng cộng của đường dây: cd cdi n n (3 – 11) b) Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng
Số lần phóng điện do sét đánh gần đường dây cảm ứng gây phóng điện trên cách điện đường dây
Trong đó ns: số ngày sét trong một năm h: độ treo cao trung bình của dây dẫn
U50%: điện áp phóng điện 50% của chuỗi sứ
Số lần đường dây bị cắt điện do quá điện áp cảm ứng được tính theo công thức n = N η Đối với các đường dây 110kV trở lên, mức cách điện cao (U50% lớn) dẫn đến suất cắt do quá điện áp cảm ứng có trị số nhỏ, vì vậy trong tính toán có thể bỏ qua thành phần này.
Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây
3.3.1 Mô tả đường dây cần bảo vệ a) Kết cấu cột điện
Hình 3-2: Sơ đồ cột lộ đơn 110kV.
Loại cột: sắt, mạch đơn
Chuỗi sứ: + Số lượng 7 bát
Loại 4,5 có chiều dài 1 bát sứ là 170mm, với độ cao treo dây dẫn pha A là 21m, pha B là 16m, và pha C cũng là 16m Nội dung cũng đề cập đến dây dẫn và dây chống sét.
Dây dẫn AC – 240 có d = 21,6 mm
Dây chống sét C70 có d = 9,44 mm
Khoảng vượt lkv = 210 m c) Nối đất cột điện Điện trở nối đất cột điện Rc = 16
3.3.2 Độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở, hệ số ngẫu hợp của đường dây a) Độ võng của dây Độ võng của dây dẫn AC - 240: f dd 5 (m) Độ võng của dây chống sét: f dcs 4(m) b) Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha A (h A tb ) Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha A là:
Tương tự ta có: Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha B và C là: 12,67 m
Góc bảo vệ pha B và C: B C 19 17' 0 Độ treo cao trung bình của dây chống sét:
3 3 tb cs cs cs h h f (m) c) Tổng trở sóng của dây dẫn
Tổng trở sóng của dây dẫn được tính theo công thức:
Trong đó: r: bán kính dây dẫn h: độ treo cao trung bình của dây dẫn
Dây dẫn pha A là dây AC-240 có r = 10,8.10-3m nên:
Tổng trở sóng pha B(C): Tương tự ta có Z B dd Z C dd 465,63
Tổng trở sóng dây chống sét
Dây chống sét là dây C-70 có r = 4,72 10 -3 m
+ Khi không kể đến ảnh hưởng của vầng quang
+ Khi có kể đến ảnh hưởng của vầng quang cs vq cs
Với : là hệ số hiệu chỉnh khi xuất hiện vầng quang.
Tra bảng 3.3 sách Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA – Nguyễn Minh Chước ta có: 1,3
Z d) Hệ số ngẫu hợp l xà d 12
Hình 3-3: Sơ đồ xác đinh hệ số ngẫu hợp
Khi chưa có vầng quang thì hệ số ngẫu hợp K được tính như sau với dây dẫn
Trong đó: h2: độ treo cao của dây chống sét r2: bán kính của dây chống sét d12: khoảng cách giữa dây chống sét và dây dẫn
D12: khoảng cách giữa dây chống sét và ảnh của dây dẫn
Khi xét đến ảnh hưởng của vầng quang điện:
+ Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn pha A và dây chống sét
Với pha A ta có: Độ treo cao của dây dẫn h1 = 21m Độ treo cao của dây chống sét h2 = 26m Độ dài của xà lxà = 2,5m
+ Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn pha B(C) và dây chống sét
Tính toán tương tự ta có:
Khi tính toán chỉ tiêu chống sét ta chọn trường hợp nguy hiểm nhất để tính
Khi sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn ta chỉ xét cho pha A (pha có góc bảo vệ lớn nhất)
Khi sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét ta tính cho pha B hoặc C (pha có hệ số ngẫu hợp nhỏ hơn)
Khi sét đánh vào đỉnh cột ta sẽ tính với pha có Ucđ(a,t) lớn nhất
3.3.3 Tính số lần sét đánh vào đường dây
Nếu gọi N là tổng số lần sét đánh trên đường dây và với nng.s = 85ngày/năm; hcs = 23,33 m ta có:
Ta lấy khả năng nguy hiểm nhất để tính N = 178,47 lần/100km năm dd dc kv
Nđc: số lần sét đánh vào đỉnh cột
Nkv: số lần sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét a) Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn
Trong trường hợp này ta tính với dây dẫn pha A Trước tiên ta cần đi xác định xác suất phóng điện với các thông số như sau: 26 33'; 0 h c 26m
Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét:
Số lần sét đánh vào dây dẫn:
N dd N (lần/100km năm) b) Số lần sét đánh vào đỉnh cột và khoảng vượt
3.3.4 Suất cắt do sét đánh vào đường dây a) Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn
Số lần cắt của đường dây:
. dd dd pd n N Trong đó: pd là xác suất phóng điện được xác định như sau:
Thay vào ta được: pd e 26,1.485,59 4.660 0,812
: xác suất hình thành hồ quang f E( lv ) xác định như sau: lv lv pd
U U kV lpd: chiều dài phóng điện, lấy bằng chiều dài chuỗi sứ l pd l su n lsứ: độ cao một bát sứ n: số bát sứ của chuỗi sứ
Từ đồ thị 3 1 và phương pháp ngoại suy ta có 0,62
0,571.0,812.0,62 0,287 n dd (lần/100km năm) b) Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét.
Khi sét đánh vào khoảng vượt, ta giả định rằng sét sẽ đánh vào chính giữa, dẫn đến dòng điện sét phân chia đều sang hai bên.
Hình 3- 4: Sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét.
Lúc này trên dây chống sét và mỗi cột sẽ có dòng điện là
Khi tính toán ta cần tính với các giá trị khác nhau của dòng điện sét.
Giả thiết dòng điện sét có dạng sóng xiên góc với phương trình là:
t ds s ds ds a t khi i a khi
Khi đường dây tải điện bị sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét thì sẽ sinh ra các điện áp là:
- Điện áp tác dụng lên cách điện không khí giữa dây dẫn và dây chống sét
- Điện áp tác dụng lên cách điện của chuỗi sứ
Khi điện áp đạt đến mức đủ lớn, hiện tượng phóng điện sét có thể xảy ra trên cách điện, dẫn đến việc cắt điện trên đường dây Chúng ta sẽ phân tích từng loại điện áp một cách cụ thể.
Điện áp tác dụng lên cách điện không khí giữa dây dẫn và dây chống sét
Suất cắt điện xảy ra khi quá điện áp tác động lên cách điện không khí giữa dây dẫn và dây chống sét, đặc biệt khi xem xét pha B hoặc C, do hệ số ngẫu hợp của hai pha này thấp hơn so với pha A.
Kvq: hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét có kể đến vầng quang a: độ dốc dòng điện sét l: khoảng vượt của đường dây
Từ đó ta có thể tính được xác suất phóng điện và tính các giá trị Npđ và npđ
Trong thiết kế và thi công đường dây, việc chọn khoảng cách giữa các dây lớn là rất quan trọng để tránh hiện tượng chạm dây Điều này giúp giảm thiểu khả năng phóng điện, và nếu có xảy ra, xác suất hình thành hồ quang cũng rất thấp Do đó, suất cắt trong trường hợp này có thể được xem là không cần thiết.
Điện áp tác dụng lên chuỗi sứ
Khi có sét đánh vào khoảng vượt thì điện áp đặt lên cách điện chuỗi sứ là:
Trong đó: Ulv là điện áp làm việc:
Ta tính với Uđm = 110kV U lv 0,52.110 57, 2( kV)
Uc(t) là điện áp tại đỉnh cột:
Với dạng sóng xiên góc xét với thời gian t ds thì:
Trong đó: Rc là điện trở nối đất cột điện R C 16
Lc: điện cảm thân cột L C L h 0 C với L 0 0,6H m h; C 26m
Kvq: hệ số ngẫu hợp có kể đến ảnh hưởng của vầng quang pha B(C) với dây chống sét K vq 0, 212
Thay vào công thức 3-21 ta có:
Ta thấy Ucđ(t) = f(a,t) Vì vây ta cần kiểm tra với nhiều giá trị a, t như sau + Độ dốc a = 10, 20, 30, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 (kA/s)
Bảng 3- 2: Giá trị U cđ (a,t) tác dụng lên chuỗi sứ Độ dốc a kA s
6 6918,64 Đồng thời ta cũng có bảng đặc tính V-S của chuỗi sứ 4 , 5 như sau:
Bảng 3-3: Đặc tính phóng điện của chuỗi sứ t 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Dựa vào bảng 3.2 và 3.3 ta vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ của Ucđ(t) và đặc tính phi tuyến V-s của chuỗi sứ:
Từ đồ thị này ta xác định được các cặp thông số (Ii,ai) là giao của đường cong
Đường cong nguy hiểm I = f(a) có thể được xác định dựa vào các cặp thông số Ucđ(t) và đặc tuyến V-S Từ đó, chúng ta có thể xác định miền nguy hiểm và xác suất phóng điện pd.
Bảng 3-4: Đặc tính xác suất phóng điện pd a t s I (kV) V I V a V a A
Thông qua các kết quả tính toán cho ở bảng 3-4 ta có:
Suất cắt điện của đường dây khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét
Để tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và các khu vực lân cận, ta giả thiết rằng sét chỉ đánh vào đỉnh cột điện Trong trường hợp này, phần lớn dòng điện sét sẽ đi vào hệ thống nối đất của cột điện, trong khi một phần nhỏ sẽ theo dây chống sét vào các bộ phận nối đất của các cột lân cận.
Hình 3-6: Sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chống sét
Trong trường hợp này, cần tính toán suất cắt cho pha có điện áp đặt lên cách điện lớn nhất Ucđ(t) max Do đó, việc tính toán điện áp đặt lên cách điện cho từng pha là rất quan trọng.
Ucđ(t) được xác định theo công thức sau:
( ) ( ) dd ( ) dd ( ) ( ) cd c cu tu cu dien dcs lv
U t U t U t U t U t U (3 – 27) Theo công thức trên điện áp xuất hiện trên cách điện khi sét đánh vào đỉnh cột bao gồm
+ Thành phần điện áp giáng trên cột
+ Thành phần điện áp cảm ứng từ do hỗ cảm của dây dẫn và kênh sét gây ra
(3 – 30) Với: hdd là độ cao của dây dẫn c dd
: hệ số vận tốc của dòng điện sét được lấy = 0,3 v c(với c300m s là vận tốc truyền sóng)
Khi tính toán với dạng sóng xiên góc is= a.t ta có thể tính U cu dd tu ( t ) theo công thức
+ Thành phần điện áp cảm ứng do cảm ứng tĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích của dòng điện sét
(1 ) dd c dd c cu dien dd c v t h v t H v t h h a h
Trong đó: a: độ dốc đầu sóng của sóng xiên góc
K: hệ số ngẫu hợp có kể đến ảnh hưởng của vầng quang + Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trên dây chống sét gây ra
(3 – 34) + Thành phần điện áp làm việc
Để tính toán các thành phần điện áp cho các pha, trước tiên cần xác định dòng điện vào cột ic(t) và thành phần biến thiên của dòng điện theo thời gian, được ký hiệu là dt di c.
Khi tính toán dòng điện này ta có thể dựa vào sơ đồ tương đương của mạch dẫn dòng điện sét trong hai trường hợp như sau:
+ Khi chưa có sóng phản xạ từ cột bên cạnh về v t 2 l kv
Hình 3-7: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi chưa có sóng phản xạ
Trong đó: L cs c : điện cảm của cột L cs c l h 0 c
Rc: điện trở nối đất cột điện
Zcs: tổng trở sóng dây chống sét có kể đến ảnh hưởng của vầng quang
Từ sơ đồ ta tính được:
+ Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về 2.l kv t v
Hình 3-8: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi có sóng phản xạ
Với: Lcs là điện cảm của một khoảng vượt của dây chống sét c l
+ Điện áp đặt lên cách điện pha A Để so sánh Ucđ(a,t) ta sẽ tiến hành so sánh với 1 giá trị cụ thể như sau: a = 10 kA s ; t = 3 s
Ta có các thông số đối với pha A như sau.
Từ đó ta tính được các giá trị của các thành phần điện áp như sau.
Ở thời gian này có sóng phản xạ từ cột lân cận về do đó điện áp đặt lên cách điện được tính theo sơ đồ hình 3-9.
- Thành phần điện áp giáng trên cột.
- Thành phần điện áp cảm ứng do hỗ cảm giữa dây dẫn và kênh sét.
- Thành phần điện áp cảm ứng do cảm ứng tĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích dòng điện sét.
- Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trong dây chống sét gây ra.
- Thành phần điện áp làm việc
Vây điện áp tác dụng lên cách điện pha A.
+ Điện áp tác dụng lên cách điện pha B hoặc C.
Tính toán tương tự pha A ta có:
Kết luận: Pha A có điện áp Ucđ(t) lớn hơn, do đó, chúng ta sẽ tiếp tục tính toán điện áp đặt lên cách điện chuỗi sứ trong trường hợp tổng quát với pha A.
Tính toán quá điện áp đặt lên chuỗi sứ Ucđ(a,t).
+ Thành phần điện áp cảm ứng do cảm ứng tĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích dòng điện sét.
Bảng 3-5: Giá trị U cu dd dien ( a , t ) a = 10 a = 20 a = 30 a = 40 a = 50 a = 60 a = 70 a = 80 a = 90 a = 100 t
+ Thành phần điện áp cảm ứng do hỗ cảm giữa dây dẫn và kênh sét.
Kết quả tính toán với các a, t khác nhau cho ở bảng:
Bảng 3-6: Giá trị U cu tu dd ( , )a t a = 10 a = 20 a = 30 a = 40 a = 50 a = 60 a = 70 a = 80 a = 90 a = 100 t (s)
+ Thành phần điện áp giáng trên cột: ( , )
Xét trong 2 trường hợp sau:
- Khi chưa có sóng phản xạ về 2.210
- Khi có sóng phản xạ về 2.210
Bảng 3-8: Giá trị di a t c ( , ) dt a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
+ Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trên dây chống sét gây ra,
Tương tự tính được ic(a,t) và dt t a di c ( , ) như ở thành phần điện áp giáng trên thân cột:
- Khi chưa có sóng phản xạ về 2.210
- Khi có sóng phản xạ về 2.210
- Thành phần điện áp làm việc
Từ các thành phần điện áp ta tính được Ucđ(a,t), lv dcs dd tu cu dd dien cu C cd a t U a t U a t U a t U a t U
Kết quả tính toán với các a,t khác nhau cho ở bảng:
10 1113,051 2168,903 3224,754 4280,606 5336,457 6392,309 7448,160 8504,012 9559,863 10615,715 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của Ucđ(t) và đặc tính phi tuyến V–s của chuỗi sứ
Xác định xác suất phóng điện pd
Bảng 3-12: Đặc tính xác suất phóng điện pd a
Suất cắt điện của đường dây khi sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột:
89,235.0,62.0,0779 4,31 dc dc pd n N (lần/100km.năm)
Suất cắt tổng cộng do sét đánh vào đường dây
0, 287 0, 29 4,31 4,887 c dd kv dc n n n n (lần/100km.năm)
Chỉ tiêu chống sét của đường dây tải điện
Suất cắt n c 4,887 tại trạm là khá cao do khu vực có số ngày dông sét lớn và cách điện của chuỗi sứ nhỏ, khiến dễ xảy ra phóng điện Để giảm suất cắt, cần gia tăng cách điện bằng cách tăng chiều dài chuỗi sứ từ 7 lên 8 hoặc 9 phần tử, tuy nhiên chi phí đầu tư sẽ tăng theo Do đó, cần cân nhắc giữa đầu tư và thiết kế để đảm bảo an toàn cho đường dây mà vẫn tiết kiệm chi phí.
Tính toán khi tăng chuỗi sứ lên 8, 9 phần tử ta có: Đường đặc tính V-s của chuỗi sứ được xác định theo công thức:
Với n: chiều dài chuỗi sứ, (m)
- Khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét: Điện áp đặt lên cách điện của chuỗi sứ được biểu diễn trên hình sau:
Tính toán tương tự mục 3.3.4b ta có suất cắt trong trường hợp này:
+ Khi đặt 8 sứ: pd 0,00441 n kv N kv pd 89, 235.0,62.0,00441 0, 244 + Khi đặt 9 sứ: pd 0,00354 n kv N kv pd 89, 235.0,62.0,00354 0,196
- Khi sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột: Điện áp đặt lên cách điện chuỗi sứ được biểu diễn như hình sau:
Tính toán tương tự mục 3.3.4c ta được suất cắt trong trường hợp này:
+ Khi đặt 8 sứ: pd 0,05473 n dc N dc pd 89, 235.0,62.0,05473 3, 028+ Khi đặt 9 sứ: pd 0,0392 n dc N dc pd 89, 235.0,62.0,0392 2,168
Suất cắt tổng cộng do sét đánh vào đường dây trong 2 trường hợp:
0, 287 0, 244 3,028 3,559 c dd kv dc n n n n (lần/100km.năm)
0,287 0,196 2,168 2,651 c dd kv dc n n n n (lần/100km.năm)
Chỉ tiêu chống sét của đường dây tải điện
0, 281 3,559 c nn (năm/1lần cắt điện) + Khi đặt 9 sứ:
BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM BIẾN ÁP TỪ PHÍA ĐƯỜNG DÂY 110 KV
Mở đầu
Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp là rất quan trọng do sự hiện diện của các thiết bị thiết yếu như máy biến áp và máy cắt, có cách điện yếu hơn so với đường dây Phóng điện trên cách điện có thể dẫn đến ngắn mạch và gây ra sự cố nghiêm trọng trong hệ thống, ngay cả với công nghệ hiện đại Mặc dù cố gắng nâng cao mức cách điện trong mạch, quá trình lão hóa có thể làm giảm hiệu quả và dẫn đến hiện tượng chọc thủng điện môi dưới tác động của quá điện áp Mặc dù không thể đạt được mức an toàn tuyệt đối, việc tính toán các biện pháp chống sét phải nhằm giảm thiểu xác suất sự cố xuống mức thấp nhất, với "chỉ tiêu chịu sét của trạm" yêu cầu hàng trăm năm vận hành an toàn mà không xảy ra điện áp nguy hiểm đối với cách điện.
Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp bao gồm việc bảo vệ chống sét đánh thẳng và sóng truyền từ đường dây vào trạm Bảo vệ chống sét đánh thẳng được thực hiện bằng cột thu lôi, trong khi chương này tập trung vào việc nghiên cứu chống sét truyền từ đường dây Mức cách điện xung kích của trạm được xác định dựa trên trị số điện áp dư của chống sét van, và đang ngày càng giảm do chất lượng thiết bị cải thiện Do đó, mức cách điện của trạm không chỉ phụ thuộc vào mức cách điện đường dây mà còn thấp hơn nhiều Quá điện áp từ sét đánh vào dây chống sét có thể gây phóng điện ngược tới dây dẫn hoặc lan truyền từ nơi bị sét đánh vào trạm Nếu quá điện áp vượt quá mức cách điện xung kích của đường dây, sẽ xảy ra phóng điện xuống đất, làm giảm biên độ quá điện áp tới mức điện áp xung kích đường dây (U50%).
Lý thuyết tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm
Việc tính toán quá điện áp do sóng truyền vào trạm có thể thực hiện qua mô hình hoặc tính toán trực tiếp theo quy tắc sóng đẳng trị Phương pháp mô hình cho phép xác định đường cong nguy hiểm cho các trạm có kết cấu phức tạp, giúp bảo vệ một cách chính xác và nhanh chóng Ngược lại, phương pháp tính toán trực tiếp phức tạp hơn và chỉ áp dụng cho trạm có kết cấu đơn giản Cơ sở của phương pháp này là lập sơ đồ thay thế, dựa trên quy tắc sóng đẳng trị và phương pháp lập bảng để tính toán điện áp tại các điểm nút chính.
Sóng truyền vào trạm giữa các nút với khoảng cách ngắn có thể được xem như một quá trình biến dạng Sóng không bị biến dạng và di chuyển với vận tốc không đổi v trên đường dây Khi sóng từ nút m có dạng Umx(t) đến nút x, thì dạng sóng tại nút x sẽ được xác định dựa trên quá trình truyền này.
l: khoảng cách từ nút m tới nút x v: vận tốc truyền sóng
Hình 4-1: Quá trình truyền sóng giữa hai nút
Từ đây ta thấy rằng sóng tới điểm x có biên độ bằng biên độ sóng tới tại điểm m nhưng chậm sau so với điểm m một khoảng thời gian là t.
Việc xác định sóng phản xạ và khúc xạ tại một nút dễ dàng giải được nhờ quy tắc Petersen và nguyên lý sóng đẳng trị.
Theo quy tắc Petersen, khi một sóng di chuyển trên đường dây với tổng trở sóng Zm và gặp tổng trở tập trung Zx ở cuối, sóng sẽ phản xạ và khúc xạ Việc tính toán các hiện tượng này được thực hiện thông qua sơ đồ tương đương với thông số tập trung, như thể hiện trong hình vẽ.
Hình 4-2: Sơ đồ tương đương của quy tắc Petersen.
Sóng khúc xạ Ux được tính như điện áp trên phần tử Zx.
Sóng phản xạ : U mx U x U t (Ut là sóng tới).
Nếu Zm và Zx là các thông số tuyến tính, thì Ux có thể được xác định bằng cách sử dụng phương pháp phức hoặc phương pháp toán tử, với Ut là hàm thời gian có ảnh phức hoặc toán tử.
Khi nút x có nhiều đường dây đi đến thì có thể lập sơ đồ Petersen dưạ trên quy tắc sóng đẳng trị.
Quy tắc sóng đẳng trị :
Khi nhiều phần tử như đường dây và các tham số R, L, C kết nối tại một điểm, tổng trở sóng được xác định là Z1, Z2,…, Zn Dọc theo các phần tử này, có các dạng sóng U1x, U2x,…, Unx truyền về phía điểm nút x.
Giả sử không có sự phát sinh hỗ cảm giữa các phần tử, và quy ước chiều dòng điện đi về phía điểm nút x là chiều dương, ta có phương trình như sau:
Hình 4- 3: Sơ đồ nguyên lý sóng đẳng trị
Từ đó ta có: n n mx xm mx x mx x m 1 m m m 1 m m
Chia hai vế phương trình này cho n m 1 m
Ux = 2.Uđt - ix.Zđt (4 – 1) Với Ux : điện áp nút x.
Ix : dòng điện đi trong phần tử Zx.
Quy tắc Petersen cho phép tính toán trị số điện áp và dòng điện tại nút bằng cách thay thế các tham số phân bố rải bằng các tham số tập trung Điều này tạo thành mạch vòng với tổng trở Zđt và Zx nối tiếp với nguồn e(t)=2.Uđt, tương ứng với tổng các sóng khúc xạ tại điểm nút, giả thiết Zx= .
Trong đó: 2 Z dt : hệ số khúc xạ tại điểm x của sóng truyền từ mạch Z
4.2.1 Xác định điện áp trên Zx là điện dung
Khi tổng trở Zx chỉ có điện dung C thì phương trình điện áp được viết như sau
2.Uđt(t) = UC(t) + Zđt.iC(t) (4 – 3) Trong đó : UC(t): điện áp trên tụ điện C.
IC(t): dòng điện đi qua tụ điện C.
Zđt: tổng trở sóng đẳng trị của n đường dây tới nút x.
Thay vào công thức (4 – 3) ta có : dt C dt C.du C
Từ công thức (4 – 4) ta rút ra được dạng sai phân :
Với TC = C.Zđt khi TC >> t thì :
Từ đây rút ra ta được:
Với điều kiện đầu là UC(0) = 0
4.2.2 Xác định điện áp và dòng điên trong chống sét van.
Việc tính toán bảo vệ chống sóng truyền vào trạm chính là việc tính toán để chọn chống sét van
Chống sét van được phân làm hai loại :
+ Chống sét van có khe hở
+ Chống sét van không khe hở
Chúng tôi chọn loại chống sét van không khe hở để bảo vệ trạm khỏi sóng truyền Loại này mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với van có khe hở, đặc biệt là van kiểu mới với điện trở làm từ ôxit kẽm (ZnO) Hệ số phi tuyến của ZnO chỉ bằng 1/10 so với SiC, giúp cải thiện hiệu suất bảo vệ.
Xét đặc tính của chống sét van (V-A) được viết dưới dạng : U K I
Hình 4- 5: Đặc tính V – A của chống sét van.
Miền II ứng với miền làm việc của chống sét van (có dòng điện I 1kA) thì điện áp dư 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 sẽ có độ an toàn cao hơn, ngoài ra nó còn đem lại hiệu quả kinh tế do làm giảm thấp mức cách điện xung kích trong trạm.
Miền I ứng với khi không có quá điện áp, dòng điện rò trên điện trở gốc ZnO rất bé so với dòng điện rò trên điện trở gốc SiC và bé đến mức có thể nối thẳng loại điện trở này vào lưới điện mà không đòi hỏi phải cách ly bằng khe hở như chống sét van cổ điển (dùng điện trở gốc SiC) Bởi vậy loại này không có khe hở, việc không dùng khe hở chẳng những làm đơn giản hóa cấu trúc của thiết bị bảo vệ, thu gọn kích thước, mà còn loại được dập hồ quang của dòng điện kế tục trên khe hở này, một vấn đề phức tạp trong sản xuất, chế tạo cũng như thử nghiệm về khả năng dập hồ quang.
Trạm cao áp phía 220 kV sử dụng chống sét van không khe hở có điện trở phi tuyến là ZnO.
Từ sơ đồ Petersen hình (4- 4) ta có phương trình điện áp sau :
Tính toán bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền vào trạm
4.3.1 Mô tả trạm cần bảo vệ.
Hình 4 - 6 Sơ đồ một sợi phía 110kV trạm biến áp
Sơ đồ thay thế được lập như sau:
Trong sơ đồ, đường dây thanh góp đã được thay thế bằng một mạch gồm nhiều chuỗi phần tử hình , trong đó điện dung được xác định dựa trên tổng trở sóng và tốc độ truyền sóng của chúng.
+ Trong tính toán thường lấy gần đúng tổng trở sóng Z = 400Ω cho cả đường dõy và thanh gúp Tốc độ truyền súng lấy: v = 300m/às.
Các thiết bị khác được thay bằng điện dung tập trung tương đương của nó Có thể lấy trị số theo bảng 4.1.
Bảng 4 - 1 Giá trị điện dung của các thiết bị trong trạm
Loại thiết bị Đặc tính của thiết bị Điện dung, pF
Máy biến áp điện lực
Công suất lớn, có bù điện dung 1000-3000 1500 Công suất bé, không bù điện dung 300-1000 500 Máy biến áp đo lường 200-500 300
Máy cắt điện Ở trạng thái đóng 300-800 500 Ở trạng thái mở 200-500 300
Dao cách ly Ở trạng thái đóng 40-80 60 Ở trạng thái mở 30-60 40
Sứ xuyên Kiểu tụ điện 150-300 200
Các thiết bị chính cần được bảo vệ trong trạm là: Máy biến áp, thanh góp, máy biến điện áp, chống sét van.
Ta tính giá trị điện dung thay thế của các thiết bị như sau
+ Máy biến áp: CMBA= 1500 pF.
+ Dao cách ly và máy cắt: CDCL= 60pF và CMC = 500 pF.
+ Thanh góp: C TG C 0 TG TG l 8,33.172 1432,76 pF
Ta có sơ đồ thay thế dạng đầy đủ như sau:
Hình 4 - 7 Sơ đồ thay thế tính toán dạng đầy đủ của các thiết bị
4.3.2 Lập sơ đồ thay thế tính toán trạng thái sóng của trạm.
Trạng thái vận hành nguy hiểm nhất là khi chỉ có một máy biến áp hoạt động Trong trường hợp này, sóng sét truyền qua đường dây vào thanh góp sẽ bị phân tán, làm giảm tác động lên cách điện của trạm Tuy nhiên, nếu có một đường dây, sóng sét sẽ truyền trực tiếp vào trạm, gây nguy hiểm cho cách điện Do đó, cần xem xét tình huống vận hành với một đường dây và một máy biến áp để đảm bảo an toàn.
Hình 4 - 8 Sơ đồ tinh toán trạng thái sóng nguy hiểm nhất.
Từ sơ đồ thay thế trạng thái sóng nguy hiểm ta rút gọn sơ đồ về 4 điểm như sau: + Điểm 1: điểm đặt máy biến điện áp BU1.
+ Điểm 2: điểm đặt tại thanh góp.
+ Điểm 3: điểm đặt tại chống sét van.
+ Điểm 4: điểm đặt tại máy biến áp.
Hình 4 - 9 Sơ đồ thay thế tính toán trạng thái sóng nguy hiểm nhất.
Sơ đồ rút gọn như sau:
Hình 4 - 10 Sơ đồ rút gọn trạng thái sóng truyền.
Từ sơ đồ ta có khoảng cách giữa các điểm như sau:
+ Khoảng cách giữa điểm 1 và điểm 2: L12 = 30 m.
+ Khoảng cách giữa điểm 3 và điểm 4: L34 = 12 m.
+ Điện dung tập trung tại điểm đặt máy biến áp đường dây là:
+ Điện dung tập trung tại thanh góp là:
+ Điện dung tập trung tại điểm đặt chống sét van:
+ Điện dung tập trung tại máy biến áp:
C C pF a) Tính điện áp tại tất cả các nút trên sơ đồ.
Thời gian truyền sóng giữa nút 1 và nút 2 là:
Thời gian truyền sóng giữa nút 2 và 3 là:
Thời gian truyền sóng giữa nút 3 và 4 là:
Ta có sơ đồ như sau:
Ta tính được tham số T c 1:
Sơ đồ nút 2 như sau:
Ta tính được tham số T C 2:
Khi thực hiện tính toán, điện dung C3 được loại bỏ vì nó chỉ ảnh hưởng đến độ dốc mà không làm thay đổi biên độ của sóng tại nút CSV Càng có giá trị C3 lớn, độ dốc sẽ càng nhỏ.
Trong trường hợp bỏ qua C3, nếu CSV vẫn đảm bảo an toàn, điều này cho thấy rằng với điện dung C3, CSV vẫn có khả năng đảm bảo an toàn.
Ta tính được tham số T C 4:
Trường hợp 1: Đặc tính của chống sét van là: U 258 I 0,025 (kV)
Sóng tới có dạng xiên góc:
Ta có bảng kết quả điện áp các nút khi sóng tới có độ dốc a = 300 kA s được trình bày ở Phụ lục 1.
Trường hợp 2: Đặc tính của chống sét van là: U 258 I 0,025 (kV)
Sóng tới có dạng xiên góc:
Tương tự như trường hợp 1, chúng ta đã tính toán và thu được bảng kết quả điện áp tại các nút khi sóng tới có độ dốc 500 kA/s, được trình bày chi tiết trong Phụ lục 2.
Kiểm tra đặc tính cách điện ở các nút cần bảo vệ.
+Đặc tính cách điện của máy biến áp 110kV
Tra trong giáo trình kỹ thuật điện cao áp ta có đặc tính cách điện của máy biến áp theo điện áp chịu đựng Uđm0kV ; UmaxU0kV
Bảng 4 - 2 Đặc tính chịu đựng của máy biến áp
Hình 4 - 11 Đồ thị điện áp đặt lên cách điện máy biến áp.
Máy biến áp được bảo vệ an toàn trước sóng quá điện áp vì đường điện áp sóng truyền vào trạm luôn nằm dưới đường đặc tính cách điện của máy biến áp.
+ Điểm nút chống sét van. Đồ thị biểu diễn điện áp và dòng điện tại nút đặt chống sét van
Hình 4 - 12 Đồ thị điện áp và dòng điện tại nút đặt chống sét van
Dũng điện qua CSV tăng nhanh trong khoảng 1 - 2 giây đầu tiên, sau đó dao động xung quanh một giá trị ổn định Giá trị này nhỏ hơn mức an toàn là 10kA, điều này cho thấy CSV hoạt động hiệu quả và an toàn.
+ Kiểm tra an toàn cách điện cho thanh góp 110 kV. Đặc tính cách điện của thanh góp chính là đặc tính phóng điện của chuỗi sứ
Bảng 4 - 5: Đặc tính V-s của thanh góp
U(kV) 1120 960 900 855 830 810 805 800 Đồ thị sau biểu diễn sóng truyền tới thanh góp.
Hình 4 - 13 Đồ thị điện áp đặt lên cách điện của thanh góp
Đường điện áp sóng truyền tại nút thanh góp luôn nằm dưới đường đặc tính cách điện của thanh góp, điều này đảm bảo an toàn cho thiết bị.
Kết luận
Kết quả tính toán và hình vẽ mô tả quá trình truyền sóng tại các nút ở những thời điểm khác nhau cho thấy các thiết bị quan trọng của trạm biến áp được bảo vệ an toàn, ngay cả khi đối mặt với sóng sét có độ dốc lớn.