đồ án tốt nghiệp thiết kế bảo vệ chống sét và quá điện áp trạm biến áp 220 110 kv

Dông sét là m t hiộ ện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi khoảng cách giữa các điện c c khá lự ớn trung bình kho ng 5 km.. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạ

2

ĐỀ TÀI T T NGHIỆP Ố

1- TÊN ĐỀ TÀI THI ẾT KẾ Ố T T NGHI P Ệ

+ Thi t k b o v ế ế ả ệ chống sét và quá điện áp tr m bi n áp 220/110 kV ạ ế và đường dây truyền tải điện 110 kV

S ố liệu Trạm biến áp 220/110 kV

Cho sơ đồ nối điện chính và các kích thước cơ bản của trạm biến áp,

Sơ đồ 2 thanh góp phía điện áp 220 kV, 2 thanh góp phía điện áp 110 kV; 3 mạch đường dây 220 kV; 6 mạch đư ng dây 110 kV; 2 MBA 220/110 kV; ờ

Kích thước chính : độ cao xà đón dây 220 kV :1 m; độ7 cao xà thanh góp 220kV :

11 m; độ cao xà đón dây 110 kV : 11 m ; độ cao xà thanh góp 110 kV : 9 m; kho ng ảcách pha phía 220 kV: 4,25 m; khoảng cách pha phía 110 kV : 2,50 m

Điện tr ở su t của đất tại tr m: 110 Ωm (phục vụấ ạ tính toán n i đ t) ố ấ

S ố liệu Đường dây tải điện

Cho các s u chính cố liệ ủa đường dây truy n tề ải, tính chỉ tiêu b o vả ệ chống sét của đường dây

2- CÁC NỘ I DUNG YÊU C U TÍNH TOÁN : Ầ

i Thi t kế ế h ệ thống b o v ả ệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp

ii Thi t kế ế h ệ thống nối đất cho tr m biạ ến áp

iii Tính toán chống sét của đường dây 110 kV

iv Bảo v ệ chống sóng truy n tề ừ đường dây 110 kV vào trạm biến áp

3- CÁC B N VẢ Ễ Ao T ỐI THIỂ U

i Phạm vi b o v cả ệ ủa cột thu sét, các phương án bảo v ệ chống sét đánh trực tiếp

ii Các kết qu tính toán nả ối đất an toàn và nối đất chống sét của trạm

iii Phương pháp và kết quả tính toán ch tiêu bỉ ảo v chống sét cệ ủa đường dây

iv K t qu tính toán bế ả ảo vệ chống sóng truy n tề ừ đường dây vào trạm

4

Mục L c ụ

CHƯƠNG MỞ ĐẦU HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ

ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN i

1.1 Hiện tượng dông sét i

1.2 Ảnh hưởng của dông sét tới hệ thống điện Việt Nam iii

1.3 Kết luận v về ấn đề chống sét iv

CHƯƠNG 1 BẢO V Ệ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TI P CHO TR M BI N ÁP Ế Ạ Ế 220/110 kV 1

1.4 Các yêu c u ầ Error! Bookmark not defined. 1.4.1 Phạm vi bảo v c t thu sét và dây chệ ộ ống sét 1

1.4.2 Phạm vi bảo v c a dây thu sét 6ệ ủ 1.5 Các phương án bảo vệ hệ thống chống sét 7

1.5.1 Phương án 1 7

1.5.2 Phương án 2 12

1.5.3 Phương án 3 17

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM.Error! Bookmark not defined. 2.1 Yêu cầu kỹ thuật nối đất tr m biạ ến áp 23

2.1.1 Nối đất làm việc 23

2.1.2 Nối đất an toàn 23

2.1.3 Nối đất chống sét 23

2.1.4 Một số yêu c u v k thuầ ề ỹ ậ ủa điện trở nt c ối đất 24

2.2 Các số liệu dùng tính toán nối đất 24

2.2.1 Nối đất an toàn 25

2.2.2 Nối đất chống sét 28

2.2.3 Nối đất b sung 33ổ CHƯƠNG 3 BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN Error! Bookmark not defined. 3.1 Khái niệm và yêu cầu chung đối với bảo v ệ chống sét đường dây 38

3.2 Các chỉ tiêu b o v ả ệ chống sét đường dây 38

3.2.1 Phạm vi bảo v c t thu sét 38ệ ộ 3.2.2 Tính toán chung về chỉ tiêu chống sét 39

3.3 Tính toán chỉ tiêu bảo v ệ chống sét của đường dây 42 3.3.1 Thông số đường dây c n b o v 42ầ ả ệ

3.3.2 Xác định độ võng, độ treo cao trung bình, t ng tr , c a dây ch ng sét ổ ở ủ ố

và đường dây 43

3.3.3 Tính số l n sét ầ đánh vào đường dây 46

3.3.4 Tính suất cắt khi sét đánh vào đường dây 46

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN SÓNG TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY 110KV VÀO TRẠM BIẾN ÁP Error! Bookmark not defined. 4.1 Lý thuyết chung 62

4.1.1 Quy tắc Peterson 63

4.1.2 Quy tắc sóng đẳng trị 64

4.1.3 Xác định điện áp trên điện dung (phương pháp tiếp tuyến) 65

4.1.4 Xác định điện áp và dòng điện trên chống sét van 66

4.2 Trình tự tính toán 68

4.2.1 Sơ đồ tính toán quá trình truyền sóng trong trạm biến áp 68

4.2.2 Tính sóng truyền trong trạm biến áp 71

4.2.3 Kiểm tra an toàn cách điện t i các nút b o v 79ạ ả ệ 4.3 Tính toán mô phỏng h ệ thống c n b o v b ng ph n m m ATP/EMTP 80ầ ả ệ ằ ầ ề 4.3.1 Giới thiệu ph n m m 80ầ ề 4.3.2 Ứng d ng tính toán 81ụ 4.3.3 Nhận xét 86

6

Hình 1 Sự bi n thiên cế ủa dòng điện theo th i gian ờ ii Hình 2 Phạm vi bảo v cệ ủa mộ ột thu sét 2t c

Hình 3 Phạm vi b o v cả ệ ủa hai cột thu sét có độ cao giống nhau 4

Hình 4 Phạm vi bảo v cệ ủa hai cột thu sét có độ cao khác nhau 4

Hình 5 Phạm vi bảo v cệ ủa nhóm cộ ạo thành tam giác và ch nht t ữ ật 6

Hình 6 Phạm vi bảo v cệ ủa một dây thu sét 6

Hình 7 Phạm vi bảo v cệ ủa hai dây thu sét 7

Hình 8 Vị trí đặt cột thu sét Phương án 1 8

Hình 9 Phạm vi bảo vệ phương án 1 11

Hình 10 Vị trí đặ ột thu sét Phương án 2t c 12

Hình 11 Phạm vi b o vả ệ phương án 2 15

Hình 12 Vị trí đặ ột-dây thu sét Phương án 3t c 18

Hình 13 Phạm vi b o vả ệ phương án 3 21

Hình 14 Sơ đồ mặt bằng tr m 27ạ Hình 15 Đồ hthị ệ s hình dố ạng 28

Hình 16 Sơ đồ ng tr hđẳ ị ệ th ng n i đất 29ố ố Hình 17 Sơ đồ ng trđẳ ị rút gọn 29

Hình 18 Dòng điện sét 31

Hình 19 Sơ đồ nối đất b ổsung 34

Hình 20 Xác suất hình thành h quang 41ồ Hình 21 Kết cấu cột điện 42

Hình 22 Sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét 47

Hình 23 Đồ Uthị cd(a,t) và đường đặc tính c a chuủ ỗi sứ 49

Bảng 1 Tình hình s cự ố lưới điện 220 kV mi n Bề ắc từ năm 1987-2009 iv

Bảng 2 Chi u cao lề ớn nhất của kim chống sét phía 110 kV phương án 1 9

Bảng 3 Chi u cao lề ớn nhất kim chống sét nhóm tam giác phương án 1 9

Bảng 4 Phạm vi bảo v cệ ủa các cột phía 220 kV cao 27 m 9

Bảng 5 Phạm vi bảo v cệ ột biên phía 220 kV phương án 1 10

Bảng 6 Phạm vi bảo v cệ ột biên phía 110 kV phương án 1 10

Bảng 7 Phạm vi bảo v ệ các cộ ột đ cao khác nhau phương án 1 10

Bảng 8 Chi u cao lề ớn nhất kim chống sét phía 220 kV phương án 1 13

Bảng 9 Chi u cao lề ớn nhất của kim chống sét phía 110 kV phương án 1 13

Bảng 10 Chi u cao lề ớn nh t kim ch ng sét nhóm tấ ố am giác phương án 1 13

Bảng 11 Ph m vi b o v cạ ả ệ ủa các cột phía 220 kV cao 25 m 14

Bảng 12 Ph m vi b o v cạ ả ệ ủa các cột phía 110 kV cao 18 m 14

Bảng 13 Ph m vi b o v cạ ả ệ ột biên phía 220 kV phương án 2 14

Bảng 14 Ph m vi b o v cạ ả ệ ột biên phía 110 kV phương án 2 15

Bảng 15 Ph m vi b o v ạ ả ệ các cộ ột đ cao khác nhau phương án 1 15

Bảng 16 Ph m vi b o v vạ ả ệ ị trí đầu cột phía 220 kV phương án 3 19

Bảng 17 Ph m vi b o v vạ ả ệ ị trí thấp nhất phía 220 kV phương án 3 19

Bảng 18 Ph m vi b o v vạ ả ệ ị trí đầu cột phía 110 kV phương án 3 19

Bảng 19 Ph m vi b o v vạ ả ệ ị trí thấp nhất phía 110 kV phương án 3 20

Bảng 20 Ph m vi b o v cạ ả ệ ủa các cột phía 220 kV cao 31 m 20

Bảng 21 Ph m vi b o v cạ ả ệ ủa các cột phía 110 kV cao 20 m 20

Bảng 22 Ph m vi b o v vạ ả ệ ị trí cột biên phía 220 kV độ cao b o v 17m 20ả ệ Bảng 23 Ph m vi b o v vạ ả ệ ị trí cột biên phía 220 kV độ cao b o v 11m 20ả ệ Bảng 24 Ph m vi b o v vạ ả ệ ị trí cột biên phía 110 kV độ cao b o v 11m 21ả ệ Bảng 25 Ph m vi b o v vạ ả ệ ị trí cột biên phía 110 kV độ cao b o v 9m 21ả ệ Bảng 26 Ph m vi b o v ạ ả ệ độ cao khác nhau phương án 3 21

Bảng 27 Giá trị h s hình d ng K 27ệ ố ạ Bảng 28 Tính dòng điện sét 33

Bảng 29 Tính giá trị B ktheo Xk 37

Bảng 30 Giá trị xác xuất hình thành hồ quang 41

Bảng 31 Đặc tính của chuỗi sứ 49

Bảng 32 Tính xác suất phóng điện 𝜗𝑝𝑑 50

CHƯƠNG MỞ ĐẦU HI ỆN TƯỢ NG DÔNG SÉT VÀ

ẢNH HƯỞ NG C ỦA NÓ ĐẾ N HỆ TH ỐNG ĐIỆ N CHƯƠNG 1 Hiện tượng dông sét

Dông sét là m t hiộ ện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi khoảng cách giữa các điện c c khá lự ớn (trung bình kho ng 5 km) Hiả ện tượng phóng điện của dông sét gồm hai loại chính đó là phóng điện giữa các đám mây tích điện và phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặ ất t đ

Ở đây ta chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện v i mớ ặt đất ( phóng điện mây - đất) Vì hiện tượng phóng điện này gây ảnh hưởng trực tiếp tới

hệ thống điện

Các đám mây được tích điện v i mớ ật độ điện tích l n, có th tớ ể ạo ra cường độđiện trường l n s hình thành dòng phát tri n v phía mớ ẽ ể ề ặt đất Giai đoạn này là giai đoạn phóng điện tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.10 cm/s, các l7 ần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên kho ng 2.10 cm/s (trong mả 8 ột đợt sét đánh có thể có nhi u lề ần phóng điện k ếtiếp nhau b i vì trong cùng mở ột đám mây thì có thể hình thành nhi u trung tâm ềđiện tích, chúng sẽ lần lượt phóng điện xuống đất)

Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích r t lấ ớn Đầu tia được nối v i m t ớ ộtrong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâm này đi vào trong tia tiên đạo Phần điện tích này được phân bố khá đều dọc theo chiều dài tia xu ng mố ặt đất Dưới tác d ng cụ ủa điện trường của tia tiên đạo, sẽ có

sự tập trung điện tích khác d u trên mấ ặt đất mà địa điểm t p k t tùy thu c vào tình ậ ế ộhình dẫn điện của đất Nếu vùng đất có địên dẫn đồng nhất thì điểm này n m ngay ằ

ở phía dưới đầu tia tiên đạo Còn nếu vùng đất có điện dẫn không đồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ t p trung v ậ ề nơi có điện dẫn cao

Quá trình phóng điện s phát tri n dẽ ể ọc theo đường s c n i li n giứ ố ề ữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất và như vậy địa điểm sét đánh trên mặt

đất đã đư c định sẵn ợ

Do vậy để định hướng cho các phóng điện sét thì ta ph i tả ạo ra nơi có mật độtập trung điện di n tích l n Nên vi c b o v ệ ớ ệ ả ệ chống sét đánh trực ti p cho các công ếtrình được dựa trên tính chọ ọn l c này của phóng điện sét

N u tế ốc độ phát tri n cể ủa phóng điện ngược là và mật độ điện trường của điện tích trong tia tiên đạo là  thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và trong đất sẽ là:

.s

Công thức này tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất t (có trtố ị s ốđiện tr nhỏ ở không đáng kể)

Tham số chủ ế y u của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên

độ và độ dốc phân bố theo hàm biến thiên trong phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm kA) dạng sóng của dòng điện sét là d ng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của ạsét ứng với giai đoạn phóng điện ngược

Khi sét đánh thẳng vào thi t b phân ph i trong tr m sế ị ố ạ ẽ gây quá điện áp khí quyển và gây h u qu nghiêm trậ ả ọng như: Ngắn mạch đầu thanh góp, cháy n , mổ ất điện trên diện rộng…

Hình 1 S bi n thiên cự ế ủa dòng điện theo th i gian ờ

Để nâng cao độ tin c y cung cậ ấp điện và cao độ an toàn khi vận hành, đồng th i ờchúng ta phải tính toán và b trí bố ảo v ệ chống sét cho h ệ thống điện

Việt Nam là một trong những nước khí h u nhiậ ệt đới, có cường độ dông sét khá mạnh Theo tài li u thệ ống kê cho th y trên m i miấ ỗ ền đất nước Vi t nam có mệ ột đặc điểm dông sét khác nhau

Ở miền Bắc, số ngày dông dao động t -110 ngày trong mừ 70 ột năm và số ầ l n dông t 150-300 lừ ần như vậy trung bình m t ngày có th x y ra t 2-ộ ể ả ừ 3 cơn dông Vùng dông nhi u nh t trên mi n B c là Móng Cái Tề ấ ề ắ ại đây hàng năm có từ 250-

300 l n dông t p trung trong kho ng 100-110 ngày Tháng nhi u dông nh t là các ầ ậ ả ề ấtháng 7, tháng 8 M t s ộ ố vùng có địa hình thu n lậ ợi thường là khu v c chuy n ự ể tiếp giữa vùng núi và vùng đồng bằng, số trường hợp dông cũng lên tới 200 lần, số ngày dông lên đến 100 ngày trong một năm Các vùng còn lại có từ 150-200 cơn dông mỗi năm, tập trung trong kho ng 90-ả 100 ngày Nơi ít dông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có dưới 80 ngày dông

Xét d ng di n bi n cạ ễ ế ủa dông trong năm, ta có thể nh n th y mùa dông không ậ ấhoàn toàn đồng nhất giữa các vùng Nhìn chung, ở Bắc Bộ mùa dông tập chung trong kho ng t ả ừ tháng 5 đến tháng 9 Trên vùng Duyên H i Trung Bả ộ, ở phần phía Bắc (đến Quảng Ngãi) là khu vực tương đối nhiều dông trong tháng 4, từ tháng 5 đến tháng 8 số ngày dông khoảng 10 ngày/tháng, tháng nhiều dông nhất (tháng 5) quan sát được 12-15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng ),

20 ngày/tháng như ở thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày…

CHƯƠNG 2 Ảnh hưởng của dông sét t i h ớ ệ thống điện Việt Nam

Như đã trình bày ở phần trước, biên độ dòng sét có thể đạ ới hàng trăm kA, t tđây là nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua vật nào đó Thực tế

đã có dây tiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã bịnóng chảy và đứt, th m chí có nhậ ững cách điện b ng s khi bằ ứ ị dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ và chảy ra như nhũ thạch, phóng điện sét còn kèm theo việc di chuyển trong không gian lượng điện tích l n, do ớ đó tạo ra điện t ừ trường r t m nh, ấ ạđây là nguồn gây nhiễu loạn vô tuy n và các thi t b ế ế ị điệ ử ảnh hưởn t , ng c a nó rủ ất rộng, c nhở ả ững nơi cách xa hàng trăm km

Khi sét đánh thẳng vào đường dây ho c xu ng mặ ố ặt đấ ần đườt g ng dây s sinh ẽ

ra sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của đường dây Khi cách điện của đường dây bị phá hỏng sẽ gây nên ngắn mạch pha-đất ho c ng n m ch pha pha bu c các thi t bặ ắ ạ – ộ ế ị b o vả ệ đầu đường dây phải làm vi c V i nhệ ớ ững đường dây truy n t i công su t l n, khi máy c t nh y có ề ả ấ ớ ắ ả

thể gây mất ổn định cho hệ ống, n u hth ế ệ ống tth ự động ở các nhà máy điện làm việc không nhanh có thể dẫn đến rã lưới Sóng sét còn có th truy n tể ề ừ đường dây vào tr m bi n áp hoạ ế ặc sét đánh thẳng vào tr m biạ ến áp đều gây nên phóng điện trên cách điện của trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm vì nó tương đương với việc ng n m ch trên thanh góp và dắ ạ ẫn đến s cự ố trầm trọng M t khác, khi có ặphóng điện sét vào trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áp làm việc không hi u quệ ả thì cách điện của máy bi n áp bế ị chọc th ng gây thi t h i vô ủ ệ ạcùng lớn

Ở Việt Nam đã lắp đặt các thi t b ghi sét và b ghi t ng hế ị ộ ổ ợp trên các đường dây tải điện trong nhiều năm liên tục, k t qu thu th p tình hình s cế ả ậ ự ố lưới điện 220kV mi n Bề ắc từ năm 1987-2009 được cho trong b ng sau: ả

Bảng 1 Tình hình s c ự ố lưới điện 220 kV mi n B c t ề ắ ừ năm 1987-2009.

Khi đặ ệ thốt h ng c t thu sét trên kộ ết cấu c a trủ ạm sẽ ậ t n dụng được độ cao vốn

có của công trình nên s giẽ ảm được độ cao c a củ ột thu sét Tuy nhiên đặt hệ thống thu sét trên các thanh xà c a trủ ạm thì khi có sét đánh sẽ gây nên một điện

áp giáng trên điện tr nở ối đất và trên ộ m t phần điện cảm của cột Phần điện áp này khá l n và có th ớ ể gây phóng điện ngượ ừ ệ thốc t h ng thu sét sang các ph n t ầ ửmang điện khi cách điện không đủ ớn Do đó điề l u kiện để đặt cột thu sét trên hệ thống các thanh xà trạm là mức cách điện cao và điện tr t n cở ả ủa bộ ph n nậ ối đất nhỏ

Đối v i trớ ạm ngoài trời từ 110kV tr ở lên do có cách điện cao nên có th ể đặt cột thu sét trên các kết c u cấ ủa trạm phân ph i Các tr c a kố ụ ủ ế ấu trên đó có đặt t ccột thu sét thì phải n i ố đất vào hệ thống nối đất của trạm phân phối theo đường ngắn nhất và sao cho dòng điện I khuys ếch tán vào đất theo 3 - 4 c c nọ ối đất Ngoài ra ở mỗi trụ ủ c a kết cấ ấu y phải có nối đấ ổ sung để ảt b c i thi n tr sệ ị ố điện trở nối đất

Nơi yếu nhất của trạm phân ph i ngài trố ời điện áp 110kV tr lên là cu n dây ở ộcủa máy bi n áp Vì v y khi dùng chế ậ ống sét van để ả b o v ệ máy biến áp thì yêu cầu kho ng cách gi a ả ữ hai điểm nối đất trong hệ thống nối đất của c t thu sét và ộ

vỏ máy biến áp theo đường điện phả ớn hơn 15m i l

Khi bố trí cột thu sét trên xà c a tr m ngoài tr i 110kV trủ ạ ờ ở lên cần chú ý nối

đất bổ sung chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu sét vào hệ thống n i đất ở ốnhằm đảm bảo điện tr khuở ếch tán không được quá 4Ω

Khi dùng cột thu sét độc lập phải chú ý đến kho ng cách giả ữa cột thu sét đến các

bộ ph n cậ ủa trạm để tránh kh ả năng phóng điệ ừ ột thu sét đến t c n vật được bảo

vệ

Việc lắp đặt các cột thu sét làm tăng xác suất sét đánh vào diện tích công trình cần b o vả ệ, do đó cần ch n v ọ ị trí lắp đặt các cột thu sét một cách hợp lý Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ ớn để đả l m bảo tính ổn định nhi t khi ệ

điện sét xuống đất.

S d ng các c t thu sét vử ụ ộ ới mục đích là để sét đánh chính xác vào m t điộ ểm

định sẵn trên mặt đất chứ không phải là vào điểm b t k nào trên công trình Cột ấ ỳthu sét tạo ra m t kho ng không gian g n cộ ả ầ ột thu sét (trong đó có vậ ầt c n b o vả ệ),

Hình 2 Phạm vi b o v c a m t c t thu sét ả ệ ủ ộ ộBán kính được tính toán theo công thức sau:

3

3x

h  h thì 1,5 1

0,8

x x

h

= và trên hoành độ lấy các giá trị 0,75 và 1,5hp hp.

Phạm vi bảo v c a hai hoệ ủ ặc nhiều c t thu lôi thì lộ ớn hơn tổng ph m vi b o v ạ ả ệcác cột đơn cộng lại Nhưng đểcác cột thu lôi có th ph i hể ố ợp được thì kho ng ảcách a gi a hai cữ ột phải thoả mãn a ≤ 7 (trong đó h là độ h cao của cột thu sét) Phần bên ngoài kho ng cách gi a hai c t có phả ữ ộ ạm vi bảo v giệ ống như của một cột Phần bên trong được giới hạn b i vòng ở cung đi qua 3 điểm là hai đỉnh c t và ộđiểm có độ cao h0 - phạm vi bảo vệ cao lớn nhất giữa hai cột được xác đ nh ở độ ịtheo công thức:

a

Khoảng cách nh ỏ nhấ ừt t biên của phạm vi bảo v tệ ới đường n i hai chân cố ột là

rx0 và được xác định như sau:

3x

01,5 10,8

x x

Hình 3 Phạm vi b o v c a hai cả ệ ủ ột thu sét có độ cao gi ng nhau ố

Trường h p hai cợ ột thu sét có độ cao h1 và h khác nhau thì vi2 ệc xác định phạm vi bảo vệ được xác định như sau:

V phẽ ạm vi bảo v cệ ủa cột cao (cột 1) và cột thấp (c t 2) riêng rộ ẽ Qua đỉnh cột thấp (cột 2) v ẽ đường th ng ngang gẳ ặp đường sinh của phạm vi bảo v cệ ột cao ở điểm 3 điểm này được xem là đỉnh của một cột thu sét giả định Cột 2 và cột 3 hình thành đôi c t có độ ộ cao b ng nhau và b ng h v i khoằ ằ 2 ớ ảng cách a’ Bằng cách gi s vả ử ị trí x có đặt cột thu lôi 3 có độ cao h2 Điểm này được xem như đỉnh của một cột thu sét giả định Ta xác định được các khoảng cách giữa hai cột có cùng độ cao h2 là a' và x như sau:

Hình 4 Phạm vi b o v c a hai cả ệ ủ ột thu sét có độ cao khác nhau

1

h

h 1

1,5 10,8

h  h thì 1,2 1

0,8

x x

7

3x

Khi độ cao cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được hiệu chỉnh theo p

Để phối h p bảo vệ bằng hai dây thu sét thì khoảng cách giữa hai dây thu sét ợphải thoả mãn điều ki n ệ S ≤ 7h

Với khoảng cách trên thì dây có th b o vể ả ệ được các điểm có độ cao h 0

Hình 7 Phạm vi b o v c a hai dây thu sét ả ệ ủ

CHƯƠNG 4 Các phương án bảo v h ệ ệ thố ng ch ng sét ố

a) Sơ đồ bố trí cột thu sét

Ta bố trí các cột thu sét như sau:

Phía 220 kV đặt 8 cột, 6 c (1-4, 5, 8ột ) đặt trên xà 17 m, 2 c t (6-7) t trên xà 11 ộ đặ

m

Phía 110 kV đặt 2 cột (10,11) đặt trên xà 8 m, 6 c t (13-16,9,12ộ ) đặt trên xà 11 m

D (m)

ha (m)

ha max (m)

8.50

Từ b ng trên ta thả ấy độ cao lớn nhất cần b o v ả ệ là hx=1 m và h7 max=8,50 m

Ta chọn h =10 a m Do đó độ cao th c tự ế ủ c a các cột thu sét phía 220 kV là :

9

- Phía 110 kV:

Bảng 3 Chiều cao lớn nhất của kim chống sét phía 110 kV phương án 1

Phía 110 kV Nhóm ch ữ nhậ t a

(m)

b (m)

D (m)

ha (m)

ha max

(m)

9,10,14,13 65.00 31.00 72.01 9.00

9.00 10,11,15,14 52.00 31.00 60.54 7.57

c (m)

p (m)

D (m)

ha (m)

h max

(m)

5,6,9 46.2 34.45 33.11 56.88 46.298 5.787

5.874 6,9,10 33.11 33.98 44.5 55.795 44.825 5.603

2 Phạm vi bảo v vệ ới cột thu lôi

Bảng 5 Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220 kV cao 27 m

Độ cao h x

(m)

2/3 h (m)

r x

(m)

- Những cột ở độ cao khác nhau: b o vả ệ độ cao 11m

Bảng 9 Phạm vi bảo vệ các cột độ cao khác nhau phương án 1

a (m)

a' (m)

h 0 ' (m)

r ox ' (m)

8,12 27 18 18 Bằng nhau 6.75 25.18 18.43 15.367 3.275 5,9 27 18 18 Bằng nhau 6.75 34.45 27.7 14.043 2.282

a) Sơ đồ bố trí cột thu sét

Ta bố trí các cột thu sét như sau:

Phía 220kV đặt 12 cột, 8 cột (1-4,5,8,9,12) đặt trên xà 17 m, 4 cột (6,7,10,11) đặt trên xà 11 m

Phía 110kV đặt 2 cột (14,15) đặt trên xà 9 6 c t (13,16,17-20m, ộ ) đặt trên xà 11 m

Hình 10 V ị trí đặ ột thu sét Phương án 2t c

b) Tính toán cho phương án 2

1 Tác dụng của cột thu lôi sét

Đểtính được độ cao tác dụng ha c a các cột thu sét ta củ ần xác định đường kính D của đường tròn ngo i ti p tam giác (hoạ ế ặc tứ giác) qua ba (hoặc bốn) đỉnh cột Đểcho toàn bộ di n tích giệ ới hạn bởi tam giác (hoặc bốn) đó được bảo v ệ thì phải thoả mãn điều kiện

8aD

h 

- Phía 220kV:

Những cộ ột đ c l p phía 220 kV: ậ

D (m)

ha (m)

ha max (m)

Từ b ng trên ta thả ấy độ cao lớn nhất cần b o v ả ệ là hx=1 m và h7 max=6.94m

Ta chọn h =8 m a Do đó độ cao th c tự ế ủ c a các cột thu sét phía 220 kV là :

h0 = hx+ ha= 17 8 + = 25(m)

- Phía 110 kV:

Bảng 11 Chiều cao lớn nhất của kim chống sét phía 110 kV phương án 1

Phía 110 kV Nhóm ch ữ nhậ t a

(m)

b (m)

D (m)

ha (m)

ha max

(m)

9,10,14,13 65.00 31.00 72.01 9.00

9.00 10,11,15,14 52.00 31.00 60.54 7.57

c (m)

p (m)

D (m)

ha (m)

h max

(m)

9,10,13 46.2 34.45 33.11 56.88 46.298 5.787

5.874 10,13,14 33.11 33.98 44.5 55.795 44.825 5.603

2 Phạm vi bảo v vệ ới cột thu lôi

Bảng 13 Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220 kV cao 25 m

Độ cao h x

(m)

2/3 h (m)

- Những cột ở độ cao khác nhau: b o vả ệ độ cao 11m

Bảng 17 Phạm vi bảo vệ các cột độ cao khác nhau phương án 1

a (m)

a' (m)

h 0 ' (m)

r ox ' (m)

12,16 25 18 16.67 Lớn hơn 5.25 25.18 19.93 15.153 3.115 9,13 25 18 16.67 Lớn hơn 5.25 34.45 29.2 13.829 2.121

Hình 11 Phạm vi b o vả ệ phương án 2

d) Kết lu n ậ

Phương án bảo vệ thoả mãn yêu cầu đặt ra

Tổng s cố ột: 20 cột trong đó có 12 ột 2 m , c 5 8 c 18 ột m

Tổng chi u dài : 8.(25-17 4.(18-11ề )+ )+ 18-9)+6.(25-11) = 194 (m) 2.(

17

a) Sơ đồ bố trí dây và cột thu sét

Phía 220 kV có treo 2 dây ch ng sét C-95 ố chiều dài 138,6 chia làm 3 kho ng m ảvượt khoảng cách giữa hai dây lần lượt là: S = 49,9 m 13

Để bảo vệ toàn bộ xà trong trạm thì: 0 17 49,9 29, 475

• Nhiệt độ ng vứ ới trạng thái bão: bao=25 C

• Nhiệt độ ng vứ ới trạng thái min: min=  5 C

• Tải trọng do trọng lượng gây ra: 3 3

• Tải trọng do gió gây ra(áp lực vớ v=30m/s)i : 3 Pv

gF

=Trong đó: 2

Kiểm tra điều kiện th y l = 46,2 < 310,35(m) ấ

Vậy phương trình trạng thái ứng với mincó dạng: 3−A.2− = B 0

Ứng với khoảng vượt l = 46,2(m) thì độ võng của dây chống sét là: 0,15 f= m.

Vậy độ cao cột treo dây thu sét: h h 1= + f = 29,475 0,15 + = 29,725(m)

Chọn độ cao của cột thu sét là: h1= 31 (m)

Phía 0kV có treo 2 dây ch ng sét C-95 11 ố chiều dài 117 chia làm 3 kho ng m ảvượt khoảng cách giữa hai dây lần lượt là: S = 49,9 m 13

Khoảng cách gi a các dây thu sét là: Sử 9,13=31 m

Để bảo vệ toàn bộ xà trong trạm thì 0 11 31 18,75

19

1 Phạm vi bảo v dây thu sét ệ

- Phía 220 kV tính cho hai v ị trí cao nhất và th p nhấ ất

Bảng 21 Phạm vi bảo vệ v trí th p nhị ấ ất phía 110 kV phương án 3

Độ cao h x

(m)

2/3h (m)

a (m)

a' (m)

h 0 ' (m)

r ox ' (m)

8-12 31 20 20.66667 Lớn hơn 8.25 25.18 16.93 17.581 4.936 5-9 31 20 20.66667 Nhỏ hơn 8.25 34.45 26.2 16.257 3.761

1.3.3.4 Ph ạm vi bả o v ệ phương án 3

Hình 13 Phạm vi b o vả ệ phương án 3

d) K ết luận

Phương án bảo vệ thoả mãn yêu cầu đặt ra

Tổng s cố ột: 12 cột trong đó có 8 c 31 ột m , 8 cột 20 m và 511,2 m dây ch ng ốsét

Tổng chi u dài c t thu sétề ộ : 4.(31-17)+4.(31-11)+4.(20-8)+ 4.(20-8) =220 (m)

Nhận xét:

C ả ba phương án trên đều tho mãn nhu c u k ả ầ ỹ thuật đề ra Qua tính toán ta thấy phương án 1 có chiều dài cột tính toán nhỏ nhất do vậy chi phí xây d ng ựcũng nhỏ nhất vì v y ta chậ ọn phương án để1 thiế ết k

23

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO

TRẠM BIẾN ÁP

CHƯƠNG 6 Yêu c u k thu t nầ ỹ ậ ố đấi t tr m bi n áp ạ ế

Nối đất là đem các bộ ph n b ng kim loậ ằ ại có nguy cơ bị tiế p xúc với dòng điện (hư ỏng cách điệ h n) nối với hệ thống nối đất Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên vật nối đất có trị số bé Hệ thống n i ố đất là m t phộ ần quan tr ng trong viọ ệc bảo vệ quá điện áp Tuỳ theo nhiệm vụ và hi u quệ ả mà hệ thống nối đ t đưấ ợc chia làm ba lo ại

Nhi m v ệ ụ chính là đảm bảo s làm viự ệc bình thường c a thiủ ết bị, hoặc một số

bộ ph n cậ ủa thiết bị yêu c u ph i làm viầ ả ệc ở chế độ làm việc đã được quy định sẵn

- Nối đ t điấ ểm trung tính máy bi n áp ế

- Hệ thống điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất

- Nối đất của máy biến áp đo lường và các kháng điện dùng trong bù ngang trên các đường dây cao áp truy n tề ải điện

Có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho con người khi cách điện bị hư hỏng Thực hiện n i ố đất an toàn bằng cách nối đất các bộ ph n kim loậ ại không mang điện như vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, các giá đỡ kim loại Khi cách điện bị hư hỏng do lão hoá thì trên các b ph n kim lo i sộ ậ ạ ẽ có một điện thế nhưng do nối đất nên điện thế này có giá trị nhỏ không nguy hiểm cho người tiếp xúc

Có tác d ng làm tụ ản dòng điện sét vào trong đất khi sét đánh vào cột thu lôi hay đường dây Hạn chế hình thành và lan truyền của sóng quá điện áp do phóng điện sét gây nên Nối t ch ng sét còn có nhiệm vụ hạn chế hiđấ ố ệu điện thế giữa hai điểm bất kỳ trên cột điện và đất

N u không, mế ỗi khi có sét đánh vào cột ch ng sét hoố ặc trên đường dây, sóng điện áp có khả năng phóng điện ngược t i các thiết b và công trình cần bảo vệ, ớ ịphá hu các thiỷ ết bị điện và máy biến áp

V nguyên t c là phề ắ ải tách rời các h ệ thống nối đất nói trên nhưng trong thực

tế ta chỉ dùng m t h ộ ệ thống nối đất chung cho các nhi m v Song hệ ụ ệ thống nối

đất chung phải đảm bảo yêu c u của các thiết b khi có dòng ngắn mạch chạm đất ầ ịlớn do v y yêu cậ ầu điện trở nối đất phải nh ỏ

Khi điện tr nở ối đất càng nh thì có th tỏ ể ản dòng điện với mật độ ớ l n, tác d ng ụcủa nối đất tốt hơn an toàn hơn Nhưng để đạt được trị số điện tr nở ối đất nhỏ thì rất tốn kém do v y trong ậ tính toán ta phải thi t k ế ế sao cho kế ợp được cả hai t hyếu t ố là đảm bảo v kề ỹ thuật và hợp lý v kinh t ề ế

Tr sị ố điện tr nở ối đấ ủt c a nối đất an toàn được ch n sao cho các tr sọ ị ố điện áp bước và tiếp xúc trong mọi trư ng hờ ợp đều không vượt quá giới hạn cho phép

- Đối với các thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất yêu cầu điện trở nối đất ph i thoả mãn: ả R ≤ 0,5Ω

- Đối v i các thiớ ết bị có điểm trung tính cách điện thì: 250

ttRI

ra biến động như đất đây chống sét tại khoảng vượt gần trạm

- Trong khi thực hiện nối đất có thể ậ t n d ng các hình thụ ức nối đất sẵn có như các đường ống và các kế ất c u kim loại của công trình chôn trong

đất Việc tính toán điện tr tản c a các ở ủ đường ống chôn trong đất hoàn toàn giống với điện cực hình tia

- Vì đất là môi trường không đồng nhất, khá phức tạp do đó điện trở suất của đất phụ thuộc vào nhiều y u t : thành ph n cế ố ầ ủa đất như các loại muối,

a xít chứa trong đất, độ ẩm, nhiệt độ và điều ki n khí h u ệ ậ ở Việt nam khí hậu thay đổi theo từng mùa độ ẩm của đất cũng thay đổi theo dẫn đến điện tr suất cuả đất cũng biến đổi trong phạm vi r ng Do vậy trong tính ở ộtoán thi t kế ế v nề ối đất thì tr s ị ố điện trở suấ ủa đấ ựa theo kết c t d t quả đo lường thực đ a và sau đó phải hiệu ch nh theo hệ s mùa, mục đích là tăng ị ỉ ốcường an toàn

Công thức hiệu chỉnh như sau:

tt doK

Trong đó:

ρtt: là điện trở suất tính toán của đất

ρđo: điện trở suất đo được của đất

Km: hệ ố mùa của đất s

H s K ph thu c vào dệ ố m ụ ộ ạng điện cực và độ chôn sâu của điện cực

CHƯƠNG 7 Các s u dùng tính toán n ố liệ ối đất

Điện tr suất đo đưở ợc của đất: ρd = 110 m Ω

Điện tr nở ối đ t cột đường dây: ấ R = 12(Ω) , R = 13(Ω)

25

Dây chống sét s d ng loử ụ ại C- 70 có điện tr ở đơn vị là: r0 = 2,37 Ω/km Chiều dài khoảng vượt đường dây phía 220 kV là: l = 290 m

Chiều dài khoảng vượt đường dây phía 110 kV là: l = 210 m

Điện tr tác d ng của dây chống sét trong m t khoở ụ ộ ảng vượt là :

RTN: điện tr nở ối đất tự nhiên

RNT: điện tr nở ối đất nhân tạ Ro NT ≤ 1Ω

Nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống chống sét đường dây và cột điện 110 kV và

c cs

RR

Rcs: điện tr tác d ng cở ụ ủa dây chống sét trong m t khoộ ảng vượt

Rc : điện tr nở ối đất của cột điện

RTN = (RTN220) // (RTN110) = 0,193(Ω)

Ta thấy giá trị điện tr Rở TN<0,5Ω đạt yêu c u v lý thuy t Tuy v y nầ ề ế ậ ối đất tựnhiên có nhiều thay đổi vì vậy để đảm bảo an toàn ta ph i nả ối đất nhân t o ạ

Nối đất có các hình thức c c dài 2-3 ọ m bằng sắt tròn hay sắt chôn thẳng đứng Thanh dài chôn n m ngang sâu 0,5 - 0,8 ằ ở độ m đặt theo hình tia; mạch vòng hoặc tổ h p c a hai hình ợ ủ thức trên

- Đối vớ ối đấi n t chôn nằm ngang có thể dùng công th c chung sau: ứ

2.ln

K LR

L: chiều dài t ng cổ ủa điện cực

d: đường kính điện cực khi điện c c dùng sự ắt tròn Nếu dùng s t dắ ẹt thì trị ố s

d thay b ng ằ b /2 v i b là chi u r ng cớ ề ộ ủa sắ ẹt.t d

t: độ chôn sâu

K: hệ ố s hình d ng ph ạ ụ thuộc sơ đồ ối đất n

- Hệ thống nối đấ ồt g m nhi u cề ọc bố trí dọc theo chi u dài tia ho c theo chu vi ề ặmạch vòng:

T c HT

R RR

R nR

=+

Điện tr mở ạch vòng của trạm là:

2.ln

MV

K LR

27

Hình 14 Sơ đồ ặ ằ m t b ng tr m ạVới sơ đồ mặt bằng trạm đã cho ta cần quy đổi mạch vòng trạm về mạch vòng hình ch nh t có các c nh là l = 179ữ ậ ạ 1 (m), l2 = 120(m) => LMV = 598 m

t: Độ chôn sâu c a thanh l y t = 0,8 ủ ấ m

ρtt: điện trở xuất tính toán của đất đối với thanh làm mạch vòng chôn ở độ sâu t

K: hệ s hình d ng ph ố ạ ụ thuộc hình dáng của hệ thống nối đất

Giá trị của K = f(l1/l2 )được cho ở ả b ng sau:

Bảng 29 Giá tr hị ệ số hình dạng K

Ta có đồ thị sau:

Hình 15 Đồ thị ệ ố h s hình d ng ạ

Ta có l1/l2 = 1,492 nên ch n K = 5,9 ọ

Vậy điện trở mạch vòng là:

2 3

2 598 0,2.10 0,8MV

- Quá trình quá độ của sự phân bố điện áp d c theo chiọ ều dài điện cực

- Quá trình phóng điện trong đất

Khi chiều dài điện cực ngắn (nối đất tập trung) thì không cần xét quá trình quá độ mà chỉ cần xét quá trình phóng điện trong đất Ngược lại khi nối

đất dùng hình thức phân bố dài (tia dài hoặc mạch vòng) thì đồng th i ờphải xét cả hai quá trình có ảnh hưởng khác nhau đến hi u qu nệ ả ối đất

a)

a) ĐĐĐiiiiiệệệệện trn trn trởởởởở t t t t tảảảảản xung kíchn xung kích c c củủủủủa na nối đất tậậậậập trungp trung

Điện tr tản xung kích không phụ thuộc vào kích thướở c hình học của điện cực mà

nó được quy định bởi biên độ dòng điện I, điện tr ở suất ρ và đặc tính xung kích của đất

Trị s ố điện trở t n xoay chi u nả ề ối đất t ệ ới ρ nên hệ ốỷ l v s xung kích có giá trị :

1

29

( , )

f I

- Tính toán nối đất phân b ố dài không xét đến quá trình phóng điện trong đất:

Sơ đồ đẳng trị của nối đất được thể hiện như sau:

Hình 16 Sơ đồ đẳ ng tr h ị ệ thống nối đất Trong mọi trường hợp đều có th b ể ỏ qua điện trở tác d ng R vì nó bé so v i tr ụ ớ ị

số điện trở tản, đồng thời cũng không cần xét t i phớ ần điện dung C vì ngay c trong ảtrường h p sóng ợ xung kích, dòng điện dung cũng rất nh so vỏ ới dòng điện qua điện trở tản

Hình 17 Sơ đồ đẳ ng tr rút g n ị ọTrong đó:

L: điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài

G: điện d n cẫ ủa điện cực trên một đơn vị dài