Phân Tíh Á Phương Pháp Làm Giảm Trị Số Tiếp Địa Ở Những Vùng Ó Điện Trở Suất Ao, Áp Dụng Thự Tế Vào Trạm Biến Áp 25000Kva 1103522Kv Kỳ Anh Hà Tĩnh.pdf

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc Ph©n tÝch c¸c ph¬ng ph¸p lµm gi¶m trÞ sè tiÕp ®Þa ë nh÷ng vïng cã ®iÖn trë suÊt ®Êt cao, ¸p dông thùc tÕ vµo tr¹m biÕn[.]

Bộ giáo dục và đào tạo

Trờng đại học bách khoa hà nội

-

Luận văn thạc sĩ khoa học

Phân tích các phơng pháp làm giảm trị số tiếp địa

ở những vùng có điện trở suất đất cao, áp dụng thực tế vào trạm biến áp 25000KVA- 110/35/22kV

Mục lục

Trang Danh mục các bảng

Danh mục hình vẽ, đồ thị

Chơng I: Những phơng pháp và thiết bị nghiên cứu dông sét để

xây dựng bản đồ mật độ sét ở Việt nam

4

1.1.ảnh hởng của dông sét đến kinh tế xã hội và hệ t hống điện 4 1.2.Phơng pháp và thiết bị nghiên cứu dông sét 6

2.ảnh hởng của điện trở nốt đất đến suất cắt đối với đờng dây

không treo dây chống sét có điểm trung tính không nối đất

23

3.ảnh hởng của điện trở nốt đất đến suất cắt đối với đờng dây

không treo dây chống sét có điểm trung tính nối đất

27

4.Mối liên hệ giữa điện trở nối đất với điện áp tiếp xúc và điện áp

3.2.Tính điện trở nối đất dạng lới của trạm biến áp theo phơng

Chơng IV:Những biện pháp làm giảm trị số hệ thống tiếp địa ở

những vùng có điện trở suất đất cao

68

4.1.Hệ thống tiếp địa ở những vùng có điện trở suất đất cao, các biện

pháp khắc phục

68

2.Thay đất gốc có điện trở suất đất cao bằng đất mới có điện trở

suất đất thấp

69

4.2 ứng dụng các biên pháp để giảm trị số tiếp địa ở trạm 110kV Kỳ

anh

78

2.Đánh giá về kết quả nhận đợc của các lần xử lý hệ thống tiếp

địa của TBA Kỳ anh

79

3.Phân tích và thiết kế hệ thống nối đất phù hợp với địa hình, địa

chất trạm biến áp 110kV Kỳ anh

79

5.Khảo sát phân tích địa chất khu vực trạm và khu vực xung quanh

Danh mục các bảng

Trang Bảng 1.1: Số lần sự cố và số lần sự cố do sét trên một số đờng dây tải

điện trong năm 2005

5

Bảng 1.2 Mẫu số liệu với y là vĩ độ, x là kinh độ tính từ vị trí tâm trạm 10

Bảng 3.1: Giá trị của hệ thống nối đất tính theo công thức của Nga và

IEEE

60

Bảng 3.3: Thông số hệ thống tiếp địa dạng lới chôn các điện cực

thẳng đứng tại các góc ô lới

63

Hình 1.5: Tần suất xuất hiện sét theo tháng trong năm 2004 15

Hình 1.7: Dạng sóng kênh điện đặc trng cho sét âm xung đầu ngày

Hình 2.2: ảnh hởng của điện trở chân cột tới suất cắt đờng dây 35kV

trung tính không nối đất

29

Hình 2.3: ảnh hởng của điện trở chân cột tới suất cắt đờng dây 10kV

trung tính không nối đất

29

Hình 2.4: ảnh hởng của điện trở chân cột tới suất cắt đờng dây

6kVtrung tính không nối đất

30

Hình 2.5: ảnh hởng của điện trở chân cột đến suất cắt đờng dây22kV

trung tính nối đất

30

Hình 2.6: ảnh hởng của điện trở chân cột đến suất cắt đờng dây10kV

trung tính nối đất

31

Hình 2.8: Sơ đồ khối chơng trình tính điện áp bớc và điện áp tiếp xúc

trạm biến áp

39

Hình 2.9: Quan hệ giữa điện trở suất đất với điện áp tiếp xúc và điện áp

bớc ở lới nối đất có diện tích S= 40x40mP

2

40

áp bớc ở lới nối đất có diện tích S= 60x60mP

2

Hình 2.11: Quan hệ giữa điện trở suất đất với điện áp tiếp xúc và điện

áp bớc ở lới nối đất có diện tích S= 80x80mP

2

41

Hình 2.12: Quan hệ giữa điện trở suất đất với điện áp tiếp xúc và điện

áp bớc ở lới nối đất chôn thêm 32 điện cực thẳng đứng

lR b R 2,= 5m, có diện tích S= 40x40mP 2

42

Hình 2.13: Quan hệ giữa điện trở suất đất với điện áp tiếp xúc và điện

áp bớc ở lới nối đất chôn thêm 48 điện cực thẳng đứng

lR b R =2,5m, có diện tích S= 60x60mP 2

42

Hình 2.14: Quan hệ giữa điện trở suất đất với điện áp tiếp xúc và điện

áp bớc ở lới nối đất chôn thêm 64 điện cực thẳng đứng

lR b R =2,5m, có diện tích S= 80x80mP 2

43

Hỡnh 3.1: Hệ số tương tự A đối ới l v ưới trong sự phụ thu vộc ào s lố ượng

mắt lưới m theo cạnh bờn của lưới cở ỏc t s khỷ ố ỏc nhau dR 0 R/ S

Hỡnh 3.9: Giỏ trị của hệ số KR 1 R và KR 2 Rvới hệ thống tiếp đất dạng lưới phụ

thuộc vào tỷ số chiều dài và chiều rộng của diện tớch tiếp đất

58

Hình 3.11: Sơ đồ khối chơng trình tính điện trở nối đất theo phơng

pháp của Nga và của IEEE

59

Hình 3.13: Hệ thống tiếp địa định hình trạm biến áp 110kV 62 Hình 3.14: Giá trị điện trở tiếp đất trạm phụ thuộc vào điện trở suất đất,

Hình 4.3: Sơ đồ bố trí hệ cực đo sâu đối xứng Wener-Schumberger và

cách biễu diễn các giá trị ρR k Rtại một điểm đo sâu trên tuyến

81

1 Mở đầu

Mở đầu

Việc phát triển nguồn điện cũng nh hệ thống điện vào những năm gần

đây đã và đang đợc nhà nớc đầu t xây dựng, đặc biệt trong chiến lợc phát triển kinh tế xã hội Việt nam những năm tiếp theo Đảng đã xác định các ngành lĩnh vực khoa học và công nghệ cần đợc u tiên trong đó có lĩnh vực phát triển năng lợng điện Vì vậy những năm qua các công trình điện không ngừng đợc xây dựng nh thuỷ điện Yaly, nhiệt điện Phú Mỹ, thuỷ điện Sơn

la, đờng dây siêu cao áp 500kV mạch 2 và hàng loạt các tuyến đờng dây 220kV, 110kV trên địa bàn toàn quốc

Việt nam là một nớc thuộc vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm ma nhiều

có cờng độ hoạt động dông sét rất mạnh Thực tế sét đã gây nhiều tác hại đến

đời sống sinh hoạt và tính mạng của con ngời gây h hỏng thiết bị, gây nên những sự cố trong vận hành hệ thống điện Trong thời gian qua đã có nhiều công trình nghiên cứu và đã phân vùng mật độ sét trên lãnh thổ nớc ta, vì vậy việc lựa chọn và đa ra bản đồ mật độ sét chi tiết để phục vụ cho công tác thiết kế và bảo vệ chống sét cho các đờng dây tải điện và trạm biến áp là một việc cần làm

Nối đất là một khâu cực kỳ quan trọng để bảo vệ an toàn, đảm bảo chế

độ làm việc tin cậy cho các hệ thống cấp điện và các trang thiết bị điện Nối

đất có tác dụng cân bằng điện thế và tiêu tán năng lợng quá áp, quá dòng xuống đất Những năng lợng quá áp, quá dòng này do hệ thống điện hoặc do phóng điện khí quyển ( dông, sét) gây ra, mục đích chung của hệ thống nối

đất là đảm bảo cho các thiết bị làm việc theo chế độ đã xác lập và bảo vệ an toàn cho con ngời, thiết bị cũng nh các tài sản khác khi có sự cố, do nguồn

điện ngắn mạch, quá dòng quá áp do sét hoặc thiết bị đóng, cắt nguồn điện gây ra Vì vậy cần phải xây dựng cơ sở tính toán và lập chơng trình tính để xem xét ảnh hởng của trị số điện trở nối đất đối với suất cắt của lới điện

2 Mở đầu

trung áp làm cơ sở để đa ra các giải pháp hữu hiệu giảm suất cắt của đờng dây trung áp T ong những năm gần đây các đờng dây cao áp và các trạm rbiến áp trung gian đợc xây dựng nhiều đặc biệt là các trạm biến áp 110kV/35/22(10)kV Những vấn đề gặp phải đó là các đờng dây này đi qua hoặc là các trạm biến áp đặt ở những vùng có điện trở suất của đất cao, nên việc lắp đặt hệ thống tiếp địa đảm bảo trị số cho phép là một công việc hết sức khó khăn và tốn kém Mặt khác công tác khảo sát và thiết kế hệ thống nối đất của một số trạm biến áp hiện nay cha thật đợc kỹ lỡng do vậy những năm qua chỉ riêng trong Công ty Điện lực I đã có một số trạm biến áp 110/35/22(10)kV đa vào vận hành không đạt trị số tiếp địa theo quy định nh trạm biến áp 110kV Kỳ anh, Trạm biến áp 110kV Xuân mai và một số vị trí cột của đờng dây 110kV nh ĐZ 171 E18 1, 172 E15.1… cũng không đạt trị -

số quy định Nghiên cứu các biện pháp làm giảm trị số tiếp địa của hệ thống nối đất ở những vùng có điện trở suất đất cao là một công việc cần thiết

Để giải quyết vấn đề nêu trên tôi đã thực hiện đề tài Phân tích các phơng “pháp làm giảm trị số tiếp địa ở những vùng có điện trở suất đất cao, áp dụng

Toàn bộ nội dung luận văn đợc trình bày với các nội dung sau đây:

1 Những phơng pháp và thiết bị nghiên cứu dông sét để xây dựng bản

đồ mật độ sét ở Việt nam

2.Vai trò của nối đất đối với đờng dây và trạm biến áp

3 Lựa chọn hơng pháp tính toán nối đất trạm biến áp p

4 Các giải pháp làm giảm trị số hệ thống tiếp địa ở những vùng có điện trở suất đất cao, áp dụng thực tế tại trạm biến áp 110kV Kỳ Anh, Hà tĩnh

Do tài liệu tham khảo cũng nh khả năng nghiên cứu còn nhiều hạn chế luận văn chắc chắn không tránh khỏi những sai sót nhất định Kính mong

sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp của các thầy cô cùng bạn đồng nghiệp

3 Mở đầu

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hớng dẫn Phó giáo s, T iến sĩ

đại học Bách khoa Hà nội, tập thể phòng Kỹ thuật Điện lực Hà tĩnh cùng các bạn đồng nghiệp đã giúp tôi hoàn thành luận văn này

Tác giả

Nguyễn Trí Dũng

Chơng I Phơng pháp nghiên cứ dông sét4

Chơng I:

Những phơng pháp và thiết bị nghiên cứu dông sét

để xây dựng bản đồ mật độ sét ở Việt nam

1.1 ảnh hởng của dông sét đến kinh tế xã hội và hệ thống điện.

Việt nam nằm ở tâm dông Châu á, một trong ba tâm dông trên thế giới

có hoạt động giông sét mạnh, mùa dông ở Việt Nam tơng đối dài bắt đầu từ khá sớm (có những nơi bắt đầu ngay từ tháng giêng) và kết thúc khá muộn Số ngày dông sét trung bình khoảng 100 ngày/năm Trên nền hoạt động dông tơng đối mạnh này có độ chênh lệch khá lớn về mức độ hoạt động dông ở các vùng có những nơi có số giờ dông sét nhỏ nh Phan rang, song lại có những khu vực đạt số giờ dông sét tới 544 giờ/năm nh ở Móng cái Có thể giải thích bởi những dãy núi cao có hớng khác nhau, có tác dụng tăng cờng hoạt động dông sét ở vùng này và hạn chế hoạt động dông sét ở vùng khác

Hoạt động dông sét gây ảnh hởng trực tiếp đến hoạt động kinh tế - xã hội Sét thờng xuyên là hiểm họa gây thiệt hại về ngời và của, rất nhiều công trình, đờng dây tải điện kho tàng, các thiết bị nghiên cứu khoa học các thiết bị điện điện tử đã bị sét đánh hỏng gây thiệt hại lớn, sét còn gây thiệt hại

về ngời, gây tâm lý hoang mang ở một số địa phơng nh Bắc Giang, Lâm

đồng, Vĩnh long, Long an, Hà tĩnh Trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện

đại đất nớc, muốn xây dựng các khu công nghiệp lớn thu hút vốn đầu t nớc ngoài nhất thiết phải bắt đầu từ việc nghiên cứu các thông số về sét

Nghiên cứu dông sét, ở Việt nam có thể chia làm hai giai đoạn: Trớc

và sau năm 1987 Có thể kể đến các công trình nghiên cứu về điện dông của Viện vật lý địa cầu, công trình nghiên cứu chống sét và bảo vệ công trình điện của Viện Năng lợng Việc nghiên cứu dông sét tại nớc ta đã đạt đợc một

số kết quả nhng nhìn chung số liệu về sét từ trớc đến nay ở nớc ta còn cha chính xác, các số liệu hoạt động về dông sét trên lãnh thổ nớc ta cha

Chơng I Phơng pháp nghiên cứ dông sét5

đủ và không đủ độ tin cậy để đáp ứng đợc nhu cầu thực tế hiện nay Trớc

đây bản đồ mật độ sét, ngày sét đợc xây dựng chủ yếu trên số liệu ngày giờ dông trên các đài trạm hí tợng quan sát bằng mắt thờng, dùng công thức k

số liệu về dông sét, cũng nh việc đầu t kinh phí để nghiên cứu sét và phòng chống sét

ảnh hởng của sét đến đờng dây tải điện rất lớn, sét đã phá hỏng các thiết bị trong trạm biến áp, gây sự cố trên các đờng dây, gây mất điện kéo dài

ở các phụ tải, ảnh hởng đến kinh tế, an ninh chính trị xã hội Trong thời gian qua sét đã gây nên một số sự cố tại các trạm biến áp nh:

Ngày 13/6/1996 sét đánh nổ MBA tự dùng trạm Pleiku

Ngày 20/4/2000 sét đánh nổ MBA pha C trạm Hoà bình

Sự cố do sét trên một số đờng dây cao áp thể hiện ở bảng 1.1( )

Bảng 1.1: Số lần sự cố và số lần sự cố do sét trên một số đờng dây tải

1.2 Các phơng pháp và thiết bị nghiên cứu dông sét.

Trớc đây nghiên cứu dông sét ở nớc ta chủ yếu sử dụng ngày giờ , giông sét quan sát bằng mắt thờng tại các trạm khí tợng, một số hạn chế máy đếm sét CIGRE đặt tại một số nơi, các thiết bị đo biên độ, độ dốc dòng sét trên các đờng dây tải điện Đến nay các nguồn số liệu, thiết bị mới bổ sung để nghiên cứu dông sét gồm có:

1 Số liệu phóng điện qua vệ tinh

Một hớng hiệu quả trong việc nghiên cứu dông sét đợc phát triển mạnh trong những năm gần đây là áp dụng chụp ảnh phóng điện qua vệ tinh Giáo s Hugh J Christian Chủ tịch Hội Điện khí quyển Thế giới là ngời thực hiện chơng trình này Hiện nay có 2 vệ tinh đang hoạt động đặt các bộ cảm biến OTD và LIS Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ NASA dự tính sẽ phóng tiếp hai vệ tinh trên đó có đặt thiết bị nghiên cứu sét hoàn thiện hơn vào các năm tới Tổ chức nghiên cứu sét của NASA này đã cung cấp số phóng

điện qua vệ tinh TRMM trên lãnh thổ Việt nam để làm cơ sở xây dựng bản đồ sét ở Việt nam Việc sử dụng ảnh chụp phóng điện qua vệ tinh có thể cho ta một bức tranh toàn cục trên lãnh thổ, lãnh hải việt nam và cả những nơi mà

Chơng I Phơng pháp nghiên cứ dông sét7

mặt đất rất khó thực hiện Trong điều kiện kinh phí hạn hẹp nh nớc ta thìviệc sử dụng ảnh chụp phóng điện của vệ tinh nh tài liệu tham khảo để xác

định mật độ sét sẽ góp phần tích cực trong việc phòng chống sét tại Việt Nam

ở nớc ta, hệ thống trạm thu ảnh mây vệ tinh phân giả cao đã đợc lắp đặt và i

đi vào hoạt động từ giữa năm 1997 bao gồm hệ thống thu và xử lý số liệu ảnh NOAA, GMS Thông tin số liệu vệ tinh thu đợc hiện nay cho phép liên tục theo dõi, phân tích và xác định các yếu tố về trờng mây khí quyển Dùng vệ tinh, lợi dụng nó để nghiên cứu dông sét là một việc cần làm và có lợi ích kinh

tế cao Đây là vấn đề mới đã và đang đợc các nớc trên thế giới ứng dụng mạnh mẽ Các số liệu qua ảnh vệ tinh kết hợp với các số liệu đo bằng những (phơng pháp khác) đó là cơ sở trong việc thiết lập bản đồ mật độ sét trên toàn lãnh thổ Việt Nam

2 Số liệu qua mạng trạm ra đa thời tiết và sân bay

Trạm ra đa thời tiết có khả năng ghi nhận những đặc điểm cấu trúc mây qua giá trị phản hồi vô tuyến từ các hạt nớc và các tinh thể băng trong mây Các nhà khí tợng sẽ phân tích và phát hiện sớm những mây có khả năng phát triển mạnh trong vùng bán kính quan trắc của ra đa, theo dõi sự phát triển của chúng và đánh giá khả năng xuất hiện dông, sét nhờ các chỉ tiêu nhận biết hiện tợng Hiện nay ở Việt nam từ năm 2000 2002 đã có các trạm ữ ra đa thời tiết bao gồm 3 trạm (Phù liễn, Việt trì, Vinh) với thiết bị ra đa số hoá TRS-

2730 do Pháp sản xuất, 3 trạm ra đa đốple, số hoá DWSR do Mỹ sản xuất (Tam kỳ, Nha trang và thành phố Hồ Chí Minh) với tính năng kỹ thuật khác nhau Các trạm có bán kính quan trắc tới vài trăm km

3 Thiết bị nghiên cứu dông sét hiện đại

Các dụng cụ nghiên cứu dông sét trong những năm gần đây đã có những bớc tiến đáng kể nhờ vào kỹ thuật điện tử tiên tiến và kiến thức về dông sét ngày càng tăng lên Trong năm 2001 ại phòng Vật lý khí quyển t

Chơng I Phơng pháp nghiên cứ dông sét8

mây - đất (ESID) với các bán kính hoạt động khác nhau, độ chính xác khá lớn

và thiết bị đo cờng độ điện trờng (ESM) Các thiết bị này hoạt động rất tốt

Các thiết bị này kết hợp với ra a thời tiết, ngoài hai thiết bị trên còn có các đthiết bị định vị phóng điện LD 250 của hãng Boltek Canada đợc lắp đ- - ặt tại Thái nguyên, Sơn la, Hà nội, Quảng trị, Bình thuận, Bạc liêu vào năm 2001 Nh vậy để xây dựng nên bản đồ giông sét Việt nam cần những số liệu và thiết bị để nghiên cứu dông sét chính bao gồm :

1.Mạng máy đếm phóng điện sét tổng hợp từ các thiết bị EID, LD 250,

-và thiết bị định vị sét GP1

2.Số liệu ngày giờ dông sét mạng lới 158 trạm khí tợng quan trắc bề mặt

3.Nguồn số liệu thu thập đợc qua vệ tinh TRMM, NOAA, GMS

4.Số liệu mạng trạm ra đa thời tiết

5.Các số liệu phụ trợ khác nh các đề tài đã đợc thực hiện trớc đây

1.3 Phơng pháp xử lý số liệu

Từ năm 2003 đến nay, mạng trạm định vị sét trên phạm vi cả nớc lần lần đầu tiên đợc duy trì hoạt động 24/24 giờ Mạng lới gồm 4 trạm phía Bắc

và 4 trạm phía Nam với vùng bao phủ có thể đảm bảo xác định mật độ sét trên toàn lãnh thổ Việt nam Nguyên lý hoạt động là sử dụng các ăngten thu sóng

điện từ do tia sét phát ra, iết bị đợc chế tạo gồm 2 ăng ten từ có khả năng th

định vị hớng sét xảy ra Tín hiệu tỷ lệ với dòng điện thành phần thẳng đứng của tia sét, khoảng cách đến tia sét và hớng sét đi tới, khi sét đến gần mặt đất tia sét thờng đi thẳng và do đó ăng ten từ có khả năng định vị tốt Với việc sử dụng ăng ten điện từ nh trong thiết bị GP1, ta có thể có thêm thông tin về cực của tia sét Dải tín hiệu của tín hiệu thu nhận là từ 3kHz 400kHz Tỷ lệ giữa ữhai đỉnh của xung điện và thời gian giữa các đỉnh đợc sử dụng để phân biệt phóng điện trong mây với phóng điện xuống mặt đất Khi thiết bị làm việc sẽ

có lỗi hệ thống do vị trí đặt Các lỗ này xảy ra do những vật kim loại gần ăngi

Chơng I Phơng pháp nghiên cứ dông sét9

ten hấp thụ sóng điện từ và phát xạ lại Tín hiệu cũng có thể bị nhiễu bởi các

đài phát gần hay do tơng tác với địa hình mặt đất khi sóng lan truyền từ vị trí sét đánh đến trạm thu Trong khi lắp đặt phải lựa chọn những vị trí đảm bảo để cho thiết bị hoạt động tốt nhất Nh chúng ta đã biết, phóng điện sét biến thiên rất nhiều trong các cơn dông Sóng sét gây nên cũng vậy, với phép đo đạc tam giác khi sử dụng thêm các trạm khác, lỗi xác định vị trí sẽ đợc giảm đi đáng

kể

Thực chất bài toán đặt ra ở đây là cần giải quyết bài toán xác suất khi số liệu càng nhiều năm và càng nhiều trạm thì vị trí định vị sẽ đợc đánh giá một cách tốt hơn Khoảng cách r có thể đợc tính bởi công thức r = AyP

p

P ở đây y là thông số thống kê, là giá trị median từ trờng đỉnh Bmax, trong góc phơng vị

và A, p là các hằng số Các thông số A, p phụ thuộc vào góc phơng vị đến

Độ lớn tí hiệu thu nhận của ăng ten phụ thuộc vào đặc tính bền mặt giữa tia sét

và trạm thu, cũng nh phụ thuộc vào tính chất của dông sét Đối với góc1P

0

P sắp xếp các giá trị trờng từ nhỏ đến lớn Chia khoảng giá trị thành các phần bằng nhau và lấy đại diện Các giá trị đại diện này đợc sử dụng làm giá trị chuẩn

để xác định khoảng cách đến nguồn sét cho một góc tới Việc sử dụng kỹ thuật này, kết hợp với phép đo đạc tam giác giữa các trạm dẫn đến độ chính xác đến dới 5km khi có tập hợp số liệu nhiều năm

1 Số liệu :

Trong quá trình vận hành các p dữ liệu từ các trạm đợc gử về trung tậ i tâm tại Nghĩa đô (Hà nội) để xử lý Dạng tệp gốc có số liệu ghi phóng điện sét của thiết bị LD-250 với các thông số là (t,ϕ λ) hay (t,y,x) Mẫu số liệu xem ,bảng 1.2 ( )

Chơng I Phơng pháp nghiên cứ dông sét10

Bảng 1.2 Mẫu số liệu với y là vĩ độ, x là kinh độ tính từ vị trí tâm trạm

( mẫu b là mã hoá các gia trị vĩ độ và kinh độ)

Đối với thiết bị GPI, dạng sóng điện từ của tia sét đợc ghi lại ở hình 1.1

Hình 1.1: Kênh từ xung sét qua máy GP1

Chơng I Phơng pháp nghiên cứ dông sét11

Máy ESID có thể định vị sét đến 60km quanh trạm và phân biệt đợc phóng điện trong mây với mây đất Trên hình 1.2 là phóng điện sét tại trạm

323 cú sét đánh ở xa và 187 cú phóng điện trong mây

OVH NEART DISTANT CLOUD

323

1870

50100

OVH NEART DISTANT CLOUD

Hình 1.2: Phóng điện tại Phú Thụy theo máy ESID

2 Phần mềm xử lý số liệu định vị phóng điện

-Để xử lý số liệu máy đếm sét LD 250 sử dụng phần mềm VNMapDset1.0 trên ngôn ngữ lập trình Visual C++6.0 có tại Viện vật lý địa cầu Phần mềm đợc tích hợp từ những modul chính sau:

-Giao diện kết nối với cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý, tạo việc xây dựng các thuật toán xử lý trong không gian, thời gian một cách thuận lợi Các

số liệu sau khi đợc xử lý trong phần mềm này có thể dễ dàng hiển thị trong những chơng trình làm việc với hệ thông tin địa lý nh MapInfo, Arcview

-Giao diện điều khiển cơ sở dữ liệu giúp ta có thể lựa chọn trạm hay số liệu của từng giai đoạn để xử lý Một thuật toán đã đợc xây dựng để lọc các tệp theo các trạm Các thuật toán khác cho phép xem số liệu trong khi lựa

Chơng I Phơng pháp nghiên cứ dông sét12

quan, tính hiệu ứng giảm sóng điện từ theo khoảng cách, nghiên cứu lỗi hệ thống do cáp tín hiệu, nghiên cứu biến thiên theo mật độ sét, theo góc tới và theo khoảng cách, tính toán các đặc trng theo ngày của hoạt động dông sét…

-Giao diện xem từng file số liệu, chuyển đổi sang dạng text, thực hiện xem ảnh động, hiển thị cơn dông di chuyển

-Đợc xây dựng trên cơ sở lập trình hớng đối tợng, có thể dễ dàng nâng cấp, thêm các tiện ích khác nhằm xử lý số liệu tốt hơn

Dùng thuật toán đo đạc tam giác để xác định vị trí của tia sét theo 3 trạm Việc xử lý số này nâng cao độ chính xác của hệ thống định vị sét và có thể đạt độ chính xác tới 1 5km ữ ở nớc ta do các trạm cha đợc trang bị hệ thống xác định giờ chính xác nên việc thực hiện phép toán này gặp khó khăn Trong những năm tới thì tại các trạm có thể sẽ đợc đa các đồng hồ GPS vào vận hành

Trong khi xử lý, xem xét kết hợp với số liệu ra đa, vệ tinh, ngày giờ dông sét của các trạm khí tợng để kiểm tra sự phân bố của các nhóm phóng

điện sét

Nếu các phóng điện ghi trên máy có cùng thời gian và hớng tới thì coi

đó là một cú sét Với giả thiết này, số lần phóng điện có cùng thời gian và hớng tới chính là số xung sét trong một phóng điện sét

Giải bài toán phân tích không gian thời gian để xác định các thông số

đặc trng của hoạt động dông sét Xây dựng ô lới theo tọa độ Đề các và tọa

độ cực Phân bố của sét có thể đợc miêu tả bằng hàm mật độ biến thiên trong không gian và thời gian:

) ( ) ( )

,

(

1

i i

N

t t r r t

r

f = ∑δ − δ − (1.1)

ở đây δ là hàm Đirắc

Chơng I Phơng pháp nghiên cứ dông sét13

Lấy tích phân của hàm này ta thu đợc gi trị mật độ sét Hàm tơng á quan có dạng:

) , ( ) , ( )

S

T

T

τ ρ τ

Với việc nghiên cứu này cho ta biết đợc sự biến đổi của hàm mật độ khi thực hiện các phép toán dịch chuyển không gian thời gian Nh vậy có thể tính đợc các giá trị nh đờng kính cơn dông, tốc độ và hớng di chuyển của dông

hệ thống định vị dày đặc nh ở nuớc Mỹ cũng có hiệu quả phát hiện khoảng 70% cho những vị trí xa trạm Vì lý do này, số liệu mật độ sét mà thiết bị định

vị phóng điện thu đợc sẽ có xu hớng giảm khi khoảng cách định vị tăng lên Trong khi xử lý số liệu căn cứ vào các nghiên cứu có thể coi hiệu quả định vị

ở khoảng cách 50 100km là bằng 1 Mật độ sét ở các khoảng cách xa hơn ữ

đợc tính theo xác suất suy giảm của tất cả các góc tới

1.4 Các kết quả chính

1 Tiến trình ngày hoạt động dông sét.

Cũng nh các số liệu khác, mật độ phóng điện biến thiên trong ngày trên hình 1.3 là biến trình sét theo giờ trong ngày của số liệu năm 2003 tại trạm Nghĩa đô Ta có thể thấy rất rõ hoạt động dông sét mạnh buổi chiều tối

Giờ

Hình 1.3: Biến trình sét theo giờ trong ngày ở trạm Nghĩa đô

Hình 1.4: Biến trình sét trong ngày tại một số trạm định vị sét

Tiến trình năm của hoạt động dông sét

Tần suất hoạt động sét theo tháng đợc thể hiện trên hình 1.5)( cho số liệu năm 2004, tất cả các đờng cong đều có đỉnh phụ Sét xuất hiện sớm ở

Đông hà, Sơn la (tháng 4 với tần suất lớn hơn 20%) Tiếp đến hoạt động sét mạnh nhất vào tháng 5 ở Phú yên, Bình thuận, Đông hà ở Nghĩa đô năm

2004 dông sét hoạt động mạnh nhất vào tháng 6 7 Đỉnh phụ thứ 2 của tất cả các trạm xuất hiện vào tháng 9 10 Trên số liệu này có thể thấy rõ sự phân hoá -theo mùa của hoạt động dông sét trên lãnh thổ nớc ta Số liệu nhiều năm quan trắc dông của các trạm khí tợng bề mặt cũng cho những kết luận tơng tự

Nghĩa đô

1

Đông hà 2 Phú yên 3 Sơn la 4 B.thuận 5

1

2 3

4 5

Hình 1.5: Tần suất xuất hiện sét theo tháng trong năm 2004

2 Số xung sét trong một phóng điện

Một thông số rất quan trọng trong chống sét là số xung (số thành phần)

sét trong một cú sét Trên hình 1.6 trình bày số liệu 3 năm tại trạm Nghĩa đô

Hình1.6: Số xung sét trong một phóng điện sét

Số liệu cho thấy sét đơn chiếm 52%, sét có 2 xung chiếm 17%, sét 3

xung chiếm 9%, sét có nhiều hơn 4 xung chiếm 22% ở đây cần để ý rằng khả

trng của xung sét Trên hình 1.7 1.9)( ữ là các dạng xung sét cơ bản thờng gặp Ngoài kênh điện, thiết bị còn ghi hai kênh từ (hình 1.1) nhằm xác định hớng tới của tia sét Sau khi xác định hớng tới và dạng xung, bằng việc phân tích phổ và mô hình có thể chính xác hoá vị trí của tia sét Việc xác định vị trí sét đánh sẽ càng đợc chính xác hơn nếu thời gian ghi sét đợc chính xác hoá Hiện nay các trạm định vị ở Việt nam cha đợc trang bị thiết bị GPS nên việc xác định thời gian tới của tia sét là cha đợc thực hiện Trong tơng lai nếu

sử dụng công nghệ này thì việc xác định vị trí phóng điện sẽ đợc nâng lên một bậc Với việc kết nối trực tuyến số liệu các trạm chúng ta sẽ có một hệ thống định vị nh các nớc tiên tiến

Hình 1.7: Dạng sóng kênh điện đặc trng cho sét âm xung đầu ngày

22/05/2003 tại trạm Nghĩa đô

Qua phân tích sơ bộ đại bộ phận các xung có thời gian sờn trớc từ 7

đến 11 s, nhng cũng có xung có độ dài nhỏ hơn Những xung này có thể coi à

là những xung thứ cấp trong tia sét Thời gian xung dòng sét giảm dao động trong khoảng 20ữ50às Việc xử lý số liệu cho thấy sự đa dạng của dạng sóng Trên hình 1.10)( thể hiện một số dạng sóng qua 2 kênh đo từ trờng Trục ngang là trục thời gian tính từ 0 đến 100 Ta có thể thấy có những xung kéo àsdài, có những xung rất ngắn với độ dốc lớn Việc tính toán chống sét sử dụng các xung chuẩn trong quy phạm có thể sẽ dẫn đến thiết bị chống sét hoạt động

H×nh 1.10b

H×nh 1.10c

Xử lý các số liệu đã thu thập đợc nêu trên tiến hành xây dựng bản đồ mật độ sét cho ô luới 0,2P

Ch¬ng I Ph¬ng ph¸p nghiªn cø d«ng sÐt20

Ch¬ng I Ph¬ng ph¸p nghiªn cø d«ng sÐt21

Chơng I Phơng pháp nghiên cứ dông sét22

1.6 Kết luận:

-Bằng các thiết bị nghiên cứu EID, LD 250, GP1, số liệu từ 158 trạm khí tợng quan trắc, qua vệ tinh TRMM, NOAA, GMS, trạm ra đa thời tiết đã xây dựng đợc bản đồ mật độ sét, ngày dông sét trung bình chi tiết hơn cácbản đồ trong những đề tài trớc đa ra

Mật độ sét, số ngày dông sét lớn nhất nằm ở các khu vực ác vùng ven cbiển phía bắc tỉnh Quảng ninh, một số huyện phía nam, tây nam của tỉnh Hoà bình, vùng núi phía tây tỉnh Nghệ an, Thanh hoá, một số tỉnh Nam bộ nh Phớc long, Tây ninh, Đồng tháp, Long an, Kiên giang

-Mật độ sét và số ngày dông sét bé nhất bao gồm các huyện phía tây nam tỉnh Kon Tum và phía tây tỉnh Gia Lai, các huyện phía đông nam tỉnh Bình Định, phía đông các tỉnh Phú Yên, Khánh Hoà, Ninh Thuận

-Bản đồ mật độ sét, số ngày dông sét trung bình đã đợc xây dựng ở trên là cơ sở số liệu để tính cho các phần tiếp theo trong đề tài

Chơng II 23 Vai trò của nối đât

Chơng II Vai trò của nối đất trong vận hành đờng

dây và trạm biến áp

2 1 ảnh hởng của điện trở nối đất tới suất cắt của

đờng dây tải điện trung áp

1 ả nh hởng của điện trở nối đất tới suất cắt của đờng dây không treo dây chống sét

Đờng dây không treo dây chống sét thờng chỉ áp dụng cho đờng dây

có cấp điện áp nhỏ hơn 35kV, với các loại đờng dây này khi xét đến suất cắt

do sét đánh phải xét đến phơng thức nốt đất điểm trung tính của lới điện ở nớc ta lới điện có cấp điện áp 6 KV, 10kV, 35kV trung tính không nối đất hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang, lới điện 22kV nối đất trực tiếp hoặc qua

điện trở R Mạng điện trung tính không nối đất máy cắt chỉ cắt khi xẩy ra phóng điện trên hai pha hoặc ba pha, còn ở mạng trung tính nối đất trực tiếpmáy cắt sẽ cắt khi có sự phóng điện trên một pha, hai pha hoặc ba pha của dây dẫn

2 ảnh hởng của điện trở nốt đất đến suất cắt đối với đờng dây không treo dây chống sét có điểm trung tính không nối đất

a Suất cắt khi sét đánh trực tiếp

Với đặc thù của đờng dây trung áp là khoảng vợt bé (chủ yếu từ 60m

đến 120m), các cột gần nhau vì vậy khi xác định suất cắt của các đờng dây này ta phải coi mọi trờng hợp sét đánh nh là tính cho trờng hợp nguy hiểm nhất là khi sét đánh vào dây dẫn ở chỗ gần cột điện, lúc này khe phóng điện sét xem nh bị ngắn mạch qua điện trở nối đất R của cột điện và dòng điện sét

có trị số bằng toàn bộ I Điện áp giáng trên bộ phận nối đất có trị số bằng

Chơng II 24 Vai trò của nối đât

IR s RR, đó cũng là điện áp trên dây dẫn bị sét đánh, điện áp trên thân và xà cột

điện Đồng thời các pha không bị sét đánh cũng có xuất hiện điện áp với trị số

kR d R.IR s R.R (KR d R là hệ số ngẫu hợp giữa dây không bị sét đánh và dây dẫn bị sét

đánh khi có xét đến ảnh hởng của vầng quang), nh vậy cách điện của dây dẫn thứ hai sẽ phải chịu điện áp U = IR s R.R(1-KR d R) và sẽ có phóng điện trên đó nếu đạt điều kiện ( phóng điện hai pha):

) 1 (

Với R: Điện trở nối đất của cột

UR 50 R%: Điện áp phóng điện 50% của chuỗi cách điện (kV)

KR 12 R: Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn không bị sét đánh (ở vị trí xa nhất) và dây dẫn bị sét đánh có kể đến ảnh hởng của vầng quang

D K

2 ln

ln

12 12

012 = (2.3)

Trong đó: DR 12 R Khoảng cách giữa dây không bị sét đánh và ánh xạ của dây bị sét đánh qua mặt đất (m)

-dR 12 R khoảng cách giữa dây bị sét đánh và dây không bị sét đánh (m) –

h -Độ treo cao của dẫn bị sét đánh (m)

r –Bán kính dây dẫn (m)

Vậy xác suất phóng điện hai pha là:

(2.4)

Chơng II 25 Vai trò của nối đât

P

PTơng tự ta có xác suất phóng điện ba pha là:

(2.5)

KR 12-3 R: Hệ số ngẫu hợp giữa hai pha phóng điện với pha thứ ba có kể

r h d

D K

2 ln

Xác suất phóng điện bề mặt xung kích 2 pha chuyển thành hồ quang ngắn mạch ηR 2ph R đợc đánh giá theo công thức:

η2hq = 1 , 6 Ulv / l − 0 , 06 (2.8)

Với: UR lv R điện áp pha của đờng dây (kV)

-l –Chiều dài cách điện của đờng dây (cm) Coi xác suất không dập tắt hồ quang của ngắn mạch ba pha là không phụ thuộc nhau, vậy biểu thức tính xác suất chuyển đổi phóng điện ba pha về phóng điện hồ quang ngắn mạch đợc tính theo (2.9)

η =η (2-η ) (2.9)

Chơng II 26 Vai trò của nối đât

Vậy suất cắt điện do sét đánh vào đờng dây sẽ đợc tính

nR ctt R = 6.mR s R.nR s R.L.hR tb R.10P -3

P {(Vpđ2ph R R-VR pđ3ph R).ηR 2hq R +VR pđ3ph Rη3hq } (2.10) Với ms: Mật độ sét trung bình ở vùng có đờng dây đi qua (lần/kmP

2

P.ngày sét.)

ns: Số ngày sét trong năm

L : Chiều dài đờng dây (km)

htb: chiều cao trung bình của các dây dẫn (m)

b Suất cắt do điện áp cảm ứng

Những sự kiện tiếp theo dẫn đến cắt điện đờng dây trung thế từ quá

điện áp cảm ứng đợc tạo nên từ phóng điện sét gần đờng dây Mặc dù trên tất cả ba pha quá điện áp gần nh nhau, song sự phóng điện giữa các pha có thể xẩy ra chỉ sau khi có phóng điện giữa một trong các pha xuống đất Các quá điện áp khi xảy ra phóng điện hai và ba pha có trị số bằng:

dd

dd cu

Z K

Z R U

U

5 , 0 ) 1 (

5 , 0

%

12 50

12

12 50

Z K

K Z

R U

=

−

(2.12)

Với Zdd là tổng trở sóng của dây dẫn (có xét đến ảnh hởng của vầng quang) đợc xác định theo công thức :

r

h

Zdd 60ln 2λ

2

56 ,

cu

tb s s

U

h L n m

Chơng II 27 Vai trò của nối đât

Tơng tự ta xác định đợc số lợng quá điện áp cảm ứng Ncu3 vợt quá mức Ucu3

3 3

3

56 ,

cu

tb s s

U

h L n m

N = − (2.15)

Suất cắt đờng dây do quá điện áp cảm ứng đợc tính bởi công thức:

nccu = {Ncu3.η3hq +(Ncu2-Ncu3).η2hq ) (2.16)

Vậy suất cắt của đờng dây là:

nc =nctt +nccu (2.17)

3 ảnh hởng của điện trở nốt đất đến suất cắt đối với đờng dây không treo dây chống sét có điểm trung tính nối đất.

a Suất cắt khi sét đánh trực tiếp

Đối với đờng dây không treo dây chống sét, điểm trung tính nối đất trực tiếp, khi sét đánh vào dây dẫn điều kiện phóng điện xẩy ra khi

Ch¬ng II 28 Vai trß cña nèi ®©t

260

% 50

% 50

56 ,

tb s s

U

h L n m N

Chơng II 29 Vai trò của nối đât

Sử dụng kết quả tính từ chơng trình đã lập, ta xây dựng đợc đờng cong quan hệ giữa điện trở nối đất chân cột với suất cắt của đờng dây trung

áp dùng cột li tâm, sử dụng hai loại cách điện đứng và cách điện treo, với việc

bố trí dây dẫn khác nhau, các dây dẫn nằm trên đỉnh tam giác và nằm trên cùng một mặt phẳng (phụ lục 3) Suất cắt tính cho lới điện trung áp khu vực tỉnh Hà tĩnh, vùng có mật độ sét ms=0,52lần/kmP

2

P.năm)

Hình 2.2: ảnh hởng của điện trở chân cột tới suất cắt đờng dây 35kV(trung tính không nối đất), cột litâm: 1 cách điện sứ đứng, ba pha nằm - trên một mặt phẳng (ĐT 35); 2 Cách điện treo, ba pha nằm trên ba đỉnh tam - - giác (ĐTZ 35); Cách điện treo, ba pha nằm trên một mặt phẳng (ĐT - Π- 35)

Ch¬ng II 30 Vai trß cña nèi ®©t

13.7 18.9 23.7 25.9 27 27.6 27.9 28.1 28.2 28.1 28.1 28 28 28 28 28 28 4.09 6.48 10.3 12.7 14.1 15 15.7 16.1 16.5 16.7 16.9 17.1 17.2 17.3 17.4 17.4 17.5

Chơng II 31 Vai trò của nối đât

2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 38.1 45.1 50.3 52.5 53.8 54.6 55.1 55.5 55.8 56.1 56.3 56.4 56.6 56.7 56.8 56.9 11.8 17.1 20.3 22.4 23.8 24.8 25.5 26.1 26.6 27 27.3 27.6 27.9 28.1 28.2 28.4

4 Nhận xét

Từ đồ thị ta thấy điện trở nối đất có ảnh hởng rất lớn đến suất cắt của

đờng dây

-Đối với đờng dây 35kV cách điện đứng nếu trị số nối đất của cột là

5 Ω thì suất cắt là 7,11 lần, khi điện trở nối đất chân cột tăng lên 10 Ω thì suất cắt là 13,32 lần, nhiều hơn 6,21 lần/100km đờng dây Khi sử dụng cách điện treo thì suất cắt đờng dây giảm xuống nhiều, điều này dễ dàng nhìn thấy từ các đờng cong, với đờng dây 35kV cùng với một trị số điện trở nối đất là

5 khi sử dụng cách điện đứng thì suất sự cố là 7,11 lần trong khi sử dụng Ωcách điện treo là 0,727 lần, ít hơn 383 6, lần/100km đờng dây

- Suất cắt đờng dây không treo dây chống sét trung tính nối đất với

đờng dây trung tính không nối đất chênh lệch nhau khá lớn, trên các đờng cong ta thấy đờng dây 10kV, sử dụng cách điện treo khi điện trở nối đất chân cột là 10Ω thì suất cắt của đờng dây trung tính nối đất là 17,09 lần còn đối với đờng dây trung tính không nối đất là 2,89 lần, ít hơn 14,2 lần/100km

Chơng II 32 Vai trò của nối đât

-Từ các đờng cong ta dễ thấy rằng suất cắt biến đổi lớn khi điện trở cột tăng đến 30 , còn khi trị số điện trở chân cột lớn hơn 30 thì ảnh hởng của Ω Ω

nó đến suất cắt của đờng dây không còn nhiều Đây là một trong những lý do chứng minh rằng trong quy phạm ngời ta quy định điện trở nối đất chân cột không nên vợt quá 30 Ω (bảng 2.1)

Bảng 2.1: Giá trị điện trở nối đất cột điện phụ thuộc điện trở suất đất

(trích quy phạm trang bị điện)

2.2 Vai trò của nối đất đối với trạm biến áp

Trong trạm biến áp cần phân biệt 3 kiểu nối đất: Nối đất chống sét, Nối

đất làm việc, nối đất an toàn nhằm bảo vệ cho con ngời

1 Nối đất chống sét :

Nối đất chống sét để thoát dòng sét xuống đất từ các kiểu chống sét (chống sét van, chống sét ống, khe hở chống sét) hay các cột (dây) thu lôi nhằm giảm thấp biên độ điện áp xuống dới mức nguy hiểm cho cách điện của thiết bị

Để bảo vệ chống sét đánh thẳng cho thiết bị phân phối ngoài trời, trong phạm vi trạm biến áp điện áp cao, ngời ta thực hiện bằng cách nối đất của các cột thu lôi đợc sử dụng chung với nối đất trạm hoặc bố trí nối đất riêng biệt Khi sử dụng nối đất trạm chung với nối đất bảo vệ chống sét cho phép

bố trí cột thu lôi trên các kết cấu cột đỡ của trạm và khi đó hệ thống bảo vệ chống sét đợc thực hiện đơn giản hơn, kinh tế hơn, tận dụng tối đa vùng bảo