Số lần sét đánh gây phóng điện trên cách điện đường dây Nog =0,6hy¿m,n, Ñ +1-V_ R Với +[— Vyas + Yow ky KV 2-2 Trong đó: hinges: độ treo cao trung bình của dây chống sét, mh,: độ cao cột
GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
Mọi thiết bị điện khi lắp đặt đều được dự kiến đưa vào vận hành lâu dài ở một cấp điện áp nào đó và thường được lựa chọn dựa trên điện áp định mức của lưới điện mà thiết bi đó được dau nỗi vao Tuy nhiên, trong thực tế vận hành, đôi lúc lại xảy ra quá điện áp tam thời do nhiều nguyên nhân gây ra: có thé là do các sự cố chạm đất, do thao tác đóng cắt, do sét đánh trực tiếp và sét cảm ứng Trong đó, quá điện áp do sét là nguy hiểm nhất, bởi vì quá điện áp này rất lớn gây phóng điện đánh thủng cách điện và phá hủy thiết bị.
2 Mục tiêu và tính cấp thiết của đề tài 2.1 Mục tiêu của dé tài:
- Xây dựng thuật toán tính toán nhanh về ảnh hưởng của các thông số lên chỉ tiêu chồng sét của trạm biến áp cao thé.
2.2 Y nghia và tinh cap thiết của đề tai:
Hệ thống điện bao gm nhà máy điện, đường dây và trạm biến áp, là một thé thống nhất Trong đó, trạm biến áp là một phan tử hết sức quan trọng, nó thực hiện nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng Do đó khi các thiết bị của trạm bị sét đánh trực tiếp thì sẽ dẫn đến những hậu qua rất nghiêm trong, không những chi làm hỏng các thiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn bộ trong một thời gian dài, làm ảnh hưởng đến việc sản xuất điện năng và các ngành kinh tế quốc dân khác Do đó việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số lên chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp là việc làm cực ky quan trọng.
3 Điểm mới của luận văn Sử dụng phan mềm Matlab để viết thuật toán xác định chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp cao thế nhằm xuất ra kết quả trực quan và đánh giá toàn diện hơn.
4 Kế hoạch thực hiện đề tài Kế hoạch thực hiện luận văn trong 05 tháng (15/01/2018 - 17/06/2018)
GIỚI THIỆU TONG QUAN
1.1 Cac thông số chủ yếu của sét
Dòng điện sét như hình 1.1, có dạng sóng xung Trung bình trong khoảng vai micro giây, dòng điện tăng nhanh đến trị số cực đại tạo nên phần đầu sóng và sau đó giảm xuống cham chậm trong khoảng 20 + 100us, tạo nên phần đuôi sóng.
Hinh 1.1 Dang dong dién sét
Sự lan truyền sóng điện từ tao nên bởi dòng điện sét gây nên quá điện áp trong hệ thống điện, do đó can phải biết những thông số chủ yếu của nó.
- Biên độ dong điện sét với xắc suất xuất hiện của nó - — Độ đốc dau sóng dòng điện sét hoặc thời gian đầu sóng Tz, VOI XÁC suat xuat hién cua no.
- D6 dài sóng dong điện sét 7, (tức thời gian cho đến khi dòng sét giảm còn % biên độ của nó.
- Cực tính dòng điện sét
Việt Nam năm hoàn toàn trong vành đai nhiệt đới của nửa cầu bắc, thiên về chí tuyến hơn là phía xích đạo VỊ trí đó đã tạo cho Việt Nam có một nên nhiệt độ cao.
Nhiệt độ trung bình năm từ 22°C đến 27°C Hàng năm có khoảng 100 ngày mưa với lượng mưa trung bình từ 1.500 đến 2.000mm Độ am không khí trên dưới 80% Số giờ năng khoảng 1.500 - 2.000 giờ, nhiệt bức xạ trung bình năm 100kcal/cm”.
Chế độ gió mùa cũng làm cho tính chất nhiệt đới âm của thiên nhiên Việt Nam thay đôi Nhìn chung, Việt Nam có một mùa nóng mưa nhiều và một mùa tương đối lạnh, ít mưa Trên nền nhiệt độ chung đó, khí hậu của các tỉnh phía bắc (từ đèo Hải Vân trở ra Bac) thay đổi theo bốn mùa: Xuân, Ha, Thu, Đông.
Việt Nam chịu sự tác động mạnh của gió mùa Đông Bắc nên nhiệt độ trung bình thấp hơn nhiệt độ trung bình nhiều nước khác cùng vĩ độ ở Châu Á So với các nước này, nhiệt độ Việt Nam về mùa đông lạnh hơn và mùa hạ ít nóng hơn.
Do ảnh hưởng gió mùa, hơn nữa sự phức tạp về địa hình nên khí hậu của Việt Nam luôn luôn thay đổi trong năm, từ giữa năm nay với năm khác và giữa nơi nay với nơi khác (từ Bắc xuống Nam và từ thấp lên cao).
1.3 Hoạt động gidng sét 1.3.1 Khái quát
Trên thế giới có ba tâm giông sét gồm: Châu A, châu Phi, châu Mỹ Trong đó, Việt Nam năm ở tâm giông sét châu Á Trung bình mỗi năm, Việt Nam có khoảng hai triệu lần sét đánh xuống đất Vì nước ta năm trong khu vực nhiệt đới có độ âm cao, lại gân biển, có đường bờ biển kéo dai nên gió từ biển đưa vào càng tăng thêm độ âm trong vùng đất liền, gây mưa giông.
Hình 1.3.1 Ban đồ tong lượng phóng điện cho thay Việt Nam nam trong một tâm giông thế giới 1.3.2 Các yếu tô ảnh hướng
Sét thường chỉ xảy ra trong các cơn giông Đặc biệt là những cơn giông đầu mùa mưa thường mang theo những trận sét nguy hiểm nhất Lý do là vào thời điểm giao mùa thường xuất hiện hai luéng không khí nóng âm và lạnh Điểm giao thoa giữa hai luồng không khí này chính là nơi xảy ra giông Đây cũng là địa điểm tập trung sét Vì thế, những nơi xảy ra hiện tượng tập trung gidng, sét với mật độ cao trong một thời gian nhất định, thực chất là đang có sự hoạt động mạnh mẽ của hai luồng không khí nóng am và lạnh.
Mùa giông ở Việt Nam tương đối dài bắt đầu từ tháng 4 và kết thúc vào tháng 10.
Số ngày giông trung bình khoảng 100 ngay/nam và số giờ giông trung bình là 250 giờ/năm Trên nên hoạt động giông tương đối mạnh này có độ chênh lệch khá lớn về mức độ hoạt động giông ở các vùng.
Cam Ranh là nơi có số giờ giông nhỏ nhất là 55h/năm A Lưới (Thừa Thiên - Huế) đạt mức giờ giông cao nhất là 489 gid/nam Sự chênh lệch này do nguyên nhân chính
HVTH: Nguyễn Trung Tiến 4 là yếu tố phân chia lãnh thổ bởi những dãy núi cao có hướng khác nhau, làm tăng cường hoạt động giông ở vùng nảy và hạn chế hoạt động giông ở vùng khác.
Việc phân bố giông sét ở Việt Nam không đồng đều Những khu vực xuất hiện nhiều giông sét là Cổ Dũng (Hải Dương), Sơn Lộc (Hà Tĩnh), Yên Thành (Nghệ An), Đồng bang sông Cửu Long Sở dĩ có sự khác biệt về tần suất giông sét giữa các địa phương là do điều kiện khí hậu có sự phân hóa Vùng có nhiễu động khí quyền mạnh, có địa hình thuận lợi cho việc hình thành các dòng thăng luôn có nguy cơ vé sét cao hơn các vùng khác.
1.4 Ảnh hưởng của giông sét lên trạm biến áp Giông sét là hiện tượng tự nhiên Mật độ, thời gian và cường độ sét mang tính ngẫu nhiên cho nên việc nghiên cứu chống sét là rất quan trọng đối với các công trình.
SET CUA DUONG DAY CAO THE
dụ; (2)
Hình 2.4.2.f — Đường day có treo hai dây chống sét 1; 2: dây chống sét; 3: dây dan
Hệ số ngẫu hợp giữa dây 3 đối với dây 2 va 1 là:
Các độ cao của dây dẫn va dây chống sét tính với độ cao trung bình Nếu tinh đến ảnh hưởng của vang quang xung thì hệ số ngẫu hợp được hiệu chỉnh bởi hệ số hiệu chỉnh k;:
Bảng 2.4.2 Hệ số hiệu chỉnh k,
Sau khi hiệu chỉnh ảnh hưởng vang quang xung thì hệ số ngẫu hợp sẽ được tinh lại như sau:
%* Dòng điện chạy qua cột i,(t) và at khi sét đánh vào đỉnh cội:di e Truong hợp chưa có sóng phản xạ từ các cột lân cận trở vê: t< —*
1 vq vq tb tb di, (Z.+2R, |; „8i Fi peach (ty TƯỜNG a (2-30)
Giải phương trình vi phân này với điều kiện ban đầu i.(0) = 0 sẽ tìm được dòng điện qua cột i,(t). e Truong hợp đã có sóng phản xạ từ các cột lân cận trở vê: t> —* c
Ta có so đồ mạch điện thay thế:
Hình 2.4.2.g — Sơ đồ mạch điện thay thế di L di
R.i(t)+ LS —£-—*.2i, (t) -—#* 2 —““-a M,_(t)=0 2-31 i,(t)+21,.,(0 =1,(0 =a, t (2-32) Tu đó suy ra:
Hình 2.4.2.h — Sơ đồ mạch điện rút gon lân — L oes đụ (2-34)
Ze = na “ha (2-36) tb k, Vacs Từ sơ đồ mạch thay thé trên tim được hệ phương trình sau:
Tu hé phuong trinh (3-34) va (3-35):
HVTH: Nguyén Trung Tién 17 di 1 3R, c 1.(t)+
2U° +L 0) 2U°4+L, 2U84+L,, 2U° +L,alas aRet „04a he C vt+2h. dt (1+B).2h?.
Giải phương trình (3-37) với điều kiện ban dau i,(0) = 0 sẽ tim được dòng điện ua cột i,(t) va d I. qua cot 1, dt
Có thé giải gan đúng phương trình vi phân của hai trường hợp trên bằng phương pháp Runge-Kutta như sau:
Y¥(Xo0)=Yo Phương pháp Runge-Kutta đưa ra phương pháp giải gan đúng y;~y(x;) theo công thức:
Bước h có thể chọn tuỳ theo độ chính xác nhiều ít, chọn bước h cảng nhỏ thì độ chính xác càng cao.
Nếu biết được Yo=uy(Xo) sẽ tìm được y¡=y(X¡), (Xị=Xo+h), y¡=Y(%a)
Với phương pháp Runge-Kutta, việc giải gần đúng phương trình vi phân có điều kiện đầu có thé đưa vào máy tính điện tử và độ chính xác tương đối cao. Áp dụng phương pháp này để giải phương trình vi phân cho hai trường hợp
HVTH: Nguyễn Trung Tiến 18 trên như sau:
Bài toán Co-si trong trường hợp này là: i, =f(t,i,)
Trường hợp chưa có sóng phản xa từ các cột lân cận trở về: vq vq _ 0, 2 he t 2n° as ts i (I+).2h `
Trường hợp đã có sóng phan xạ từ các cột lân cận trở về:
Bước h có thé chọn khoảng 0,1us (độ chính xác tỷ lệ với h°) Như vậy, điện áp tác dụng lên chuỗi sứ ugqi(t) sẽ được xác định (vì các thành phan đã xác định).
Ta thay rang trong công thức tính u¿a¡(t), mỗi số hạng bên trong đều tỷ lệ với độ dốc dòng điện sét a) Điều kiện để xảy ra phóng điện chuỗi sứ là điện áp ueai(> Upar(t) (với Upai(t): đặc tính volt-giay cua chuỗi sứ) Do đó độ dốc dòng điện sét a, phải đủ lớn để u¿ai(> Upai(t) thì mới xảy ra phóng điện trên chuỗi sứ.
% Trị số a, dé gây phóng điện trên chuỗi sứ: Điện áp tác dụng lên chuỗi sứ u¿a¡( được viết lại dưới dạng sau: tai (t) 7 Uy — UR, (t) 4 us, (t) 4 Uo (t) k U ges (t)
Ua (t)-— Uy, — R, ơ— Mavs ) ust) + pet de i, 1 1 M(t a, a, h a, ay cac dt a,
Các trị số 1,0) te Í Meus đêu được tinh từ các biéu thức trên. a, dta, a, Ứng với thời điểm t, thi độ dốc dòng điện sét a, có thé gây ra phóng điện trên chuối sứ như sau: tran Cf;)— uy, oe [at (t,)—u, 6) a li
Biên độ dòng điện sét: I,); = aj; t;
Tim được độ dôc va dòng điện sét sé tìm được xác suat Vo, „vị, ở thời điêm tị:
V,,, : xác suất phóng điện khi độ dốc dòng điện sét > aj;
Vị : xác suất phóng điện khi biên độ dòng điện sét > Ty;
Có được cặp trị số ( V,, ; Vị _) ở từng thời điểm t, sẽ vẽ được quan hệ V,=f(V))
> Xác suất phóng điện trên chuỗi sứ khi sét đánh vào đỉnh cột Vai được tính như sau:
Về trị số thì Vuai bang dién tich phan gach chéo ở hình trên.
“ Đặc tính volt-giây của chuỗi sứ:
Thông thường được cho dưới dạng bảng số, nhưng cũng có thể biểu diễn gần đúng dưới dạng biểu thức toán học:
Trong đó: u¡: điện áp phóng điện của chuỗi sứ ở thời điêm t¡
0=-— (2-51)u u, u¡: điện áp phóng điện của chuỗi sứ ở thời điểm t; us: điện áp phóng điện của chuỗi sứ ở thời điểm t, tị: có thé lay khoảng I+2s to: có thé lay khoảng 8+10p1s
Hình 2.4.2.k — Đường đặc tính vôn-giây của chuỗi sứ 2.4.3 Xác suất phóng điện trên chuỗi sứ khi sét đánh vào dây chống sét trong khoáng vượt khoảng vượt V parca
Khi sét đánh vào dây chống sét ở giữa khoảng vượt thì sau một thời gian
| ry ` 4 ° ~ t= 5 , sóng điện từ sẽ truyên dén cột điện gây một điện áp trên chudi sứ như sau:
Ha; ~~ tị + Ug + Ug + U ges? 1 _ k,,) (2-52)
Trong đó: u¡,: điện áp làm việc của đường dây đ „ ` aằ ` ` on Kẻ on 4 2 Lỏ ^ ^ 2đ on ` s2:05.2 : các thành phân từ và điện của điện áp cảm ứng gây nên bởi điện từ u trường ke sét.
Udcs2(1-kyq): điện áp gây nên bởi dòng điện trong dây chồng sét k¿a: hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn va dây chống sét có kế ảnh hưởng vang quang xung.
Với a; là độ dốc dòng điện sét (kA/us)
B I+B I+B _ B_—0:2hj| 1 ¡ 1+B 5/12/102/,, vhs (Be Ji—B)) [1K PS
Tương ứng với khoảng thời gian truyền song từ giữa khoảng vượt đến cột điện
| on L4 L4 A Ke Lá ~ ` T= 50 thì điện áp tác dụng lên chuỗi sứ sẽ là:
C C Điện áp uạa; nay sẽ gây phóng điện trên chuỗi sứ nếu:
Ucar 23 Uso, — Uy, (2-65) Độ dốc dòng điện sét dé gây ra phóng điện ở chuỗi sứ sé là:
Tương ứng với độ dốc ở trên thì biên độ dòng điện sét là:
Xác suất phóng điện Vpazca là:
2.4.4 Xác suất phóng điện trong khoảng cách không khí giữa dây chống sét va dây dẫn khi sét đánh vào dây chống sét trong khoảng vượt V pa2kk Khi sét đánh vào dây chống sét ở giữa khoảng vượt thi sau một thời gian
T= 2c" sóng điện từ sẽ truyền đến cột điện gây một điện áp trên chuỗi sứ như sau:
Các trị số A;, A>, A3, Bị, Bo, Ba đã xác định ở phan 3.4.3 Đề có thể xảy ra phóng điện ở khoảng không khí giữa dây chống sét và dây dẫn thi Ug 2 Uae (Upa2 là đặc tính volt-giay cua khoảng không khí giữa day chống sét và dây dẫn) Tương ứng với trường hop nay thì độ dốc dòng điện sét ứng với thời điểm t; là:
Biờn độ dũng điện sột: ẽsĂ = ap; ô t;
Xác suất xảy ra phóng điện ở khoảng không khí giữa dây chống sét và dây dẫn là
(tương ứng với l,s¡ và az¡)
Có (V„a¡, Vini) sẽ vẽ được quan hệ V9 = f(Vy) Về trị số Vopd2kk SẼ bang dién tich phan gach chéo bên trên đồ thị Vạa= f(Vp)
Hình 2.4.4 - Quan hệ Vụ; =f (Vp) Đặc tính volt-giây của khoảng không khí có thé biểu diễn gần đúng theo dang sau:
Với: s là khoảng không khí giữa dây chống sét và dây dan, (m) Khi Upaa(t) < usoạ = 750.s thì có thé lay upgo(t) = uzoz
2.4.5 Xác suất xảy ra phóng điện trên chuỗi sứ khi sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn Vay Khi sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn, bản thân dòng điện sét sẽ tạo trên dây dẫn một điện áp ugg
I,: biên độ dòng điện sét (kA)
Z7: tong trở sóng của dây dẫn có xét ảnh hưởng vang quang xung (Q) Trị sô Z44 được tính như sau:
Với: k¡: hệ số hiệu chỉnh hệ số ngẫu hợp theo ảnh hưởng vang quang xung h” : độ cao trung bình dây dẫn (m) rạu: bán kính dây dẫn (m) Trên chuỗi sứ sẽ chịu một điện áp tác dụng là (uggtuyy) và dé có thể xảy ra phóng điện trên chuỗi sứ trong trường hợp này phải thoả điều kiện:
Với: u¡,: điện áp làm việc đường dây (kV) usoz: điện áp phóng điện bé nhất của chuỗi sứ (kV) Từ bất đăng thức trên suy ra biên độ dòng điện sét gây ra phóng điện là:
Tri sô Vpa3 được tính như sau:
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHÍ TIỂU CHONG SET CUA TRAM BIEN ÁP CAO THE
A, {ị u›a;: đặc tính vôn-giây của
khoảng không khí giữa dây VỀ =expl -— chông sét và dây dân -
%2 P R uc: điện áp tác dụng lên chuối
Vi ja2kk — Vay TX¡.X; Ỷ
R.: điện trở cột điện dcs aA 3 ^ TA h
L.ˆ` : điện cảm cột điện tính đến độ cao treo dây chống sét
Z4: tong trở sóng của dây chống sét có xét anh hưởng vâng quang xung Vyazxx: xác suât phóng điện trên chuôi sứ khi sét đánh vào dây chong sét trong khoảng vượt Vai: xác suât phóng điện trên chuôi sứ khi sét đánh vào đỉnh cột.
| h k} | h ki k, =h.f,(x,+—.y,+— i a 12 CX; 2 Yj 2 k, hLOtS yi + 2)
D 5 t,< 21v Ỷ NC tư Ỷ Cc dl, =f,(t;,1,) dl =f,(t,,1,)
nH Mụ,.= 0.29 {In
Chit thich: v: toc độ phóng điện ngược B: hệ sô phóng điện ngược k,,: hệ sô ngau hợp hị ,hị : chiều cao trung bình des ? dây chống sét, dây dẫn
Le : điện cảm cột điện tính đến độ cao treo dây dẫn uạe„¡: điện áp trên dây chống set
Usa: : điện áp cam ứng gay ra bởi từ trường của khe phóng điện sét u,„¡: điện áp cảm ứng gây ra bởi điện trường của khe phóng điện sét
Uy: điện áp làm việc u›a¡: đặc tinh vôn-giây của chuỗi sứ Ucar: điện áp tác dụng lên chuỗi su uạc: điện áp giáng trên điện trở nối đất của cột điện
Mga: hỗ cảm giữa khe sét va mạch vòng dây dẫn-đất Macs: hỗ cảm giữa khe sét và mạch vòng dây chống sét-đất
N„=6h,„m.n, xu 107 ly, ơ BEV +ũ=— sˆ"ngs“`th kv kV
N„ = OM ges! yg, 10° | 20-V) |v 2 MOV le „mg (x„—x)10? tbdcsˆs ngs**th s ngs kv kV
3.3.3 Các thuật toán đặc biệt
3.3.3.1 Thuật toán dé giải phương trình vi phân bằng phương pháp Runge-Kutta Việc tính toán dòng điện qua cột khi sét đánh vào đỉnh cột thực chất là việc giải phương trình vi phân.
Khi chưa có sóng phản xạ từ các cột lân cận trở về: di Z12+2RÌÀ¡ Z° 02h° t+2h°
The Qua bảng kết qua và đồ thi, nhận thay rằng:
Chỉ tiêu chống sét của trạm với m đường dây dau đến trạm giảm dan theo độ tăng của điện trở nối đất của cột.
+ Khi R, < 25Q, chỉ tiêu chống sét M giảm nhanh.
+ Khi R, > 25Q, chỉ tiêu chống sét M giảm chậm hơn và có xu hướng 6n định.
3.4.1.2 Trường hợp đường dây được bảo vệ bang hai dây chống sét Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau:
Hình 3.4.1.2 Đặc tuyến M thay đổi theo R,
> Qua bảng kết quả và đồ thị, nhận thấy rằng:
Chỉ tiêu chống sét của trạm với m đường dây dau đến trạm giảm dan theo độ tăng của điện trở nối đất của cột.
+ Khi R, < 25Q, chỉ tiêu chống sét M giảm nhanh.
+ Khi R, > 25Q, chỉ tiêu chống sét M giảm chậm hơn và có xu hướng 6n định.
Chỉ tiêu chống sét của trạm với m đường dây đấu đến trạm trong trường hợp có hai dây chống sét bảo vệ sẽ lớn hơn so với trường hợp có một dây chống sét bảo vệ trên cùng giá trị điện trở nối đất cột.
3.4.2 Góc bảo vệ của dây chong sét đối với dây dẫn (góc a) ơ là góc tạo thành giữa đường thăng nối liền các điểm treo dây chống sét và dây dẫn và đường thăng vuông góc với mặt đất qua dây chống sét. Đường dây có chiều dải lớn, ở các cấp siêu cao áp có thể đến hàng ngàn km, một mùa sét có thé chịu đến hàng trăm lần sét đánh, việc tăng mức an toàn (chọn góc a bé) của đường dây sẽ làm giảm xác suât sét đánh vào dây dân một cách đáng kê.
3.4.2.1 Trường hợp đường dây được bảo vệ bằng một dây chống sét Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau:
Bang 3.4.2.1 Quan hệ giữa M = f (a) alpha | M=—
> Qua bảng kết quả và đồ thị, nhận thấy rằng:
Chỉ tiêu chống sét của trạm với m đường dây đấu đến trạm tăng dần theo độ tăng của góc 0.
3.4.2.2 Trường hợp đường dây được bảo vệ bằng hai dây chống sét Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau:
Bang 3.4.2.2 Quan hệ giữa M = f (a) alpha | M=—
Hình 3.4.2.2 Đặc tuyến M thay đổi theo góc a
> Qua bảng kết quả và đồ thị, nhận thấy rằng:
Chỉ tiêu chống sét của trạm với m đường dây đấu đến trạm tăng dần theo độ tăng của góc 0.
Chỉ tiêu chống sét của trạm với m đường dây đấu đến trạm trong trường hợp có hai dây chống sét bảo vệ sẽ lớn hơn so với trường hợp có một dây chống sét bảo vệ trên cùng giá tri của góc a.
3.4.3 Anh hưởng của dây chống sét Khi so sánh với đường dây cột thép hoặc bêtông cốt thép cùng cấp điện áp, suất cắt đường dây cột xà gỗ nhỏ hơn 16 lần.
Như vậy khi đường dây đi qua những vùng đất dẫn điện xấu, việc thực hiện nối đất đến trị số bé gặp nhiều khó khăn thì việc dùng cột xà gỗ là hop lý về kinh tế-kỹ thuật, vì không phải đầu tư vào dây chống sét và nỗi đất cột điện, mà mức an toàn chịu sét cao hơn. Ở đây cần nhắn mạnh thêm là dây chống sét chỉ có hiệu quả chống quá điện áp khí quyên cao khi điện trở nối đất dây chống sét bé Trường hợp ngược lại, điện áp giáng trên điện trở nối đất sẽ cao và thường xuyên gây phóng điện ngược từ xà, cột (phần tử được nối đất) sang dây dẫn Trong các vùng đất dẫn điện xấu (p>1000Qm) khó thực hiện nói đất đến trị số bé (vô cùng tốn kém) Trường hợp đó dây chống sét không còn phát huy tác dụng đáng ké nữa, có thé không cân đặt dây chống sét ngay cả ở đường dây 220+330kV (theo quy phạm xây lắp thiết bị điện của Liên Xô năm 1965). Đường dây các cấp điện áp thấp (từ 35kV trở xuống) có mức cách điện xung không cao, dù có đặt dây chống sét thì số lần phóng điện trên cách điện đường dây cũng không giảm bao nhiêu (do phóng điện ngược thường xuyên xảy ra) nên nói chung cũng không cần đặt dây chống sét, trong trường hợp nảy nếu dùng cột xà gỗ thì mức bảo vệ chống sét của đường dây sẽ tăng khá cao.
Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau:
Bảng 3.4.3 Quan hệ giữa M thay đồi theo số dây chống sét
Số day chống sét | = 6 dây chông sé
Hình 3.4.3 Đặc tuyến M thay đổi theo số dây chống sét
> Qua bảng kết quả và đồ thị, nhận thấy rằng:
Chỉ tiêu chống sét của trạm với m đường dây đấu đến trạm tăng dan theo độ tăng của số lượng dây chống sét.
3.4.4 Số lượng đĩa sứ trong chuỗi sứ (loại chuỗi sứ) Khi sét đánh vào dây chống sét ở giữa khoảng vượt, còn phải xét đến khả năng phóng điện trên chuỗi sứ khi sóng truyền đến cột điện Sứ cách điện thường có ba loại: sứ cách điện gốm, sứ cách điện thủy tỉnh và sứ cách điện polymer Hiện nay, sứ cách điện polymer đang thay thé dần các sứ cách điện bang gốm, thủy tinh cỗ truyền.
Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau:
Bảng 3.4.4 Quan hệ giữa M thay đổi theo số đĩa sứ
Hình 3.4.4 Đặc tuyến M thay đôi theo số đĩa sứ
> Qua bảng kết quả và đồ thị, nhận thấy rằng:
Chỉ tiêu chống sét của trạm với m đường dây đấu đến trạm tăng dần theo độ tăng của số đĩa sứ trong chuỗi sứ.
3.4.5 Anh hưởng cột-xà và phương pháp bảo vệ đoạn đường dây tới trạm biến áp Đối với đường dây cột xà gỗ điện áp từ 35+110kV, ở đoạn tới trạm từ 1+2km phải đặt dây chống sét và nối đất tại các cột điện Mức cách điện xung trong đoạn này giảm đi rất nhiều vì cột gỗ đã bị nối tắt bởi dây nỗi đất của dây chống sét Ví dụ, đường dây 110kV khi treo dây chống sét, cách điện pha gồm chuỗi sứ và 2m xà gỗ, mức cách điện xung vào khoảng 850kV, trong khi đó ở phần đường dây không treo dây chống sét, cách điện pha còn gồm cả phan lớn thân cột, mức cách điện xung có thé vượt 1700kV.
BIEN ÁP BINH LONG 2
Trong chương nay tập trung khảo sát chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp cao thé 220/110kV Bình Long 2, phía 220kV có 4 đường dây được bảo vệ chống sét toàn tuyến, sử dụng hai thanh góp có thanh góp vòng.
Trong trường hợp trạm có 4 đường dây đấu vào thì các thuật toán tính toán được sử dụng tương tự trong phan 3.3, nhưng chỉ tiêu chống sét sẽ được tính lại cho 4 đường dây như sau:
4.1 Sơ đồ khối chỉ tiết để tính toán chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp cao thé đấu với 4 đường dây
Vv my ; Kị ; Œ; hạa ; Macs 3 fad ; facs 3 hạ: Cc BS ha :
Io3 ; S ; Tacs ; Tad Nhập: L; mags 3 1x ; ly ; © ; Uy ; U2 ; Usom 3 Uam ;
(1+B).2he, f(x,y) =—-R,.y+R,x—-R, Ề 5 hà — Naa “la 2 ly T 3 đm
I: sô dây chống sét Dngs: số ngày sét l,: khoảng cách giữa hai dây chống sét liv; chiều dài khoảng vượt c: tốc độ ánh sáng u¡,u›: điện áp phóng điện của chuỗi sứ ở thời điểm tị, t; uzoz: điện áp phóng điện bé nhất của chuỗi sứ
Uam: điện áp lưới điện m,; mật độ sét k¡: hệ số hiệu chỉnh a: góc bảo vệ của dây chống sét đối với dây dẫn hạa,hạ.„: chiều cao dây dẫn, dây chống sét h ,h? : chiều cao trung bình dây chống sét, dây dẫn faa.fa.„: độ võng dây dẫn, dây chống sét ra : điện trở tương đương của cột điện
B: hệ số phóng điện ngược lio: khoảng cách giữa dây chống sét 1 và 2 lzs;: khoảng cách giữa dây chống sét 2 và 3 s: khoảng cách không khí gan nhất giữa dây dẫn và dây chống sét raos,raa: bán kính dây chống sét, dây dẫn v: tốc độ phóng điện ngược Z⁄4¿: tong trở sóng của dây chống sét có xét ảnh hưởng vang quang xung
Zi, : tong trở sóng của dây dẫn có xét ảnh hưởng vang quang xung
Chú thích: h,: chiêu cao cột điện hạa,hạ„;: chiêu cao dây dân, dây chông sét h® ,h® : chiều cao trung bình dây chống sét, dây dẫn k;: hệ sô hiệu chỉnh l¿„: chiêu dài khoảng vượt ra : điện trở tương đương của cột điện Vụ: xác suât sét đánh vòng qua dây chông sét vào dây dân d A 2 ^ “A Lá
LS : điện cảm cột điện tính đến độ cao treo dây chống sét dd gen 8 CAU GIẢ sự
Lo: điện cảm cột điện tinh đến độ cao treo dây dẫn
Li, : điện cảm sóng của dây chông sét có xét ảnh hưởng vâng quang xung
L„, : điện cảm sóng dây chông sét
Cú thích: h° hi: des ? chiéu cao trung binh day chéng sét, day dan
B: hệ sô phóng điện ngược l¿„: chiêu dài khoảng vượt u¡,ua: điện áp phóng điện cua chuối sứ ở thời điêm tt, tạ
Ls : điện cảm cột điện tinh đến độ cao treo dây chống sét
L„, : điện cảm sóng dây chống sét
Zi tổng trở sóng của dây chống sét có xét anh hưởng vâng quang xung
HVTH: Nguyễn Trung Tiến 63 di, =4/( des — we) Thy 8 "
Dig = VD; HD; đạ =^A/dị:.d›¿
R.: điện trở cột điện c: tôc độ ánh sáng k„„: hệ sô ngau hợp Ivy: chiêu dài khoảng vượt uzoz: điện áp phóng điện bé nhat của chuôi sứ u¡,: điện áp làm việc de “A 2 ^ “A Lễ
LS : điện cảm cột điện tính đên độ cao treo dây chông sét vq “A 2 Lễ 2 ^
Lj điện cảm sóng của dây chông sét có xét ảnh hưởng vâng quang xung vq A 2 Lễ 2 ^
Z ics tông trở sóng của dây chông sét có xét ảnh hưởng vâng quang xung
Un =~Ajt +B, đ _ ca; Ủy, + Uou2_ t ga A, =A,4,
Udeso! điện áp trên dây chống sét
{ A Lễ 2 LA ^ u,„› : điện áp cam ứng gây ra bởi từ trường của khe phóng điện sét đ A Lễ 2 LA ^ u,„› : điện áp cam ứng gây ra bởi điện trường của khe phóng điện sét
Uy: điện áp làm việc k,, hệ sô ngau hợp u›a;: đặc tính vôn-giây của khoảng không khí giữa dây chông sét và dây dân uc: điện áp tác dụng lên chuối su
Vi ja2kk = Viaaw TX¡: X 2
R.: điện trở cột điện dcs aA 3 ^ TA h
L.ˆ` : điện cảm cột điện tính đến độ cao treo dây chống sét
Z4: tong trở sóng của dây chống sét có xét ảnh hưởng vâng quang xung Vyazxx: xác suât phóng điện trên chuôi sứ khi sét đánh vào dây chong sét trong khoảng vượt Vai: xác suât phóng điện trên chuôi sứ khi sét đánh vào đỉnh cột.
| h k} | h ki k, =h.f,(x,+—.y,+— i a 12 CX; 2 Yj 2 k, hLOtS yi + 2)
D 5 t,< 21v Ỷ NC tư Ỷ Cc dl, =f,(t;,1,) dl =f,(t,,1,)
(+)2n®. tp 0/1 hà In (vt, +h} )J(v.t, + Ah)(vt, +H)
Chit thich: v: toc độ phóng điện ngược B: hệ sô phóng điện ngược k,,: hệ sô ngau hợp hị ,hị : chiều cao trung bình des ? day chéng sét, day dan
Le : điện cảm cột điện tính đến độ cao treo dây dẫn uạe„¡: điện áp trên dây chống set
Usa: : điện áp cam ứng gây ra bởi từ trường của khe phóng điện sét
Uo: điện áp cảm ứng gây ra bởi điện trường của khe phóng điện sét
Uy: điện áp làm việc u›a¡: đặc tinh vôn-giây của chuỗi sứ Ucar: điện áp tác dụng lên chuỗi
Sứ Upc: điện áp giáng trên điện trở nối đất của cột điện
Mga: hỗ cảm giữa khe sét va mạch vòng dây dẫn-đất Macs: hỗ cảm giữa khe sét và mạch vòng dây chống sét-đất
N„=6h,„m.n, xu 107 ly, ơ BEV +ũ=— sˆ"ngs“`th kv kV
N„ = OM ges! yg, 10° | 20-V) |v 2 MOV le „mg (x„—x)10? tbdcsˆs ngs**th s ngs kv kV
4.2 Kết qua tính toán chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp Bình Long 2 Thông số 4 đường dây 220kV cấp điện cho trạm biến áp 220/110kV (lộ 1 và lộ 2 có thông số giỗng nhau lộ 3 và lộ 4 có thông số giống nhau):
Bảng 4.2.a Thông số đường dây của 4 lộ dau vào trạm
Lộ 1 Lộ 2 Lộ 3 Lộ 4 Độ cao cột h, (m) 28 28 32 32 Độ cao dây chong sét hacs (m) 28 28 32 32 Độ võng dây chông sét fucs (m) 18 1,8 1,8 1,8 Bán kính dây chong sét racy (m) 00063 | 0/0063 | 0,0063 | 0.0063 Độ cao dây dan hạa (m) 22 22 25 25 Độ võng dây dẫn fag (m) 2,5 2,5 2,5 2,5 Bán kính dây chong sét racy (m) 00126 | 0/0126 | 0/0126 100126 Khoảng cách giữa dây dan va dây chong sét(m) 6,265 6,265 8,5 8,5 Chiêu đài trung bình khoảng vượt I, (m) 300 300 350 350 Số ngày sột trong năm nyằ, (ngày sột/năm) 100 100 100 100 Mật độ sét trung bình m, (lân/kmˆ.ngày sét) 0,15 0,15 0,15 0,15 Hệ sô phóng điện ngược B 03 03 03 03 Điện áp phóng điện của chuỗi sứ ở thời điểm t¡(kV) 1780 1780 1780 1780 Điện áp phóng điện của chuỗi sứ ở thời điểm t2(kV) 1220 1220 1220 1220 Điện trở nôi dat cột điện (Q) 10 10 10 10
Các số liệu tinh toán được cho trong bang sau:
Bảng 4.2.b Bảng kết quả tính chỉ tiêu chống sét trạm biến áp Bình Long 2
4.3 Khao sát các thông số anh hưởng đến chỉ tiêu chong sét của trạm biến áp
Các thông số đường dây được sử dụng ở phần này giống như các thông số đã đề cập ở bảng 4.2.a.
4.3.1 Trường hop thay doi thông số điện tro nối dat cột điện 4.3.1.1 Đường dây được bảo vệ bằng một dây chống sét
Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau:
Bảng 4.3.1.1 Quan hệ giữa M, N„a thay đối theo điện trở nối đất cột
R.| N N N N Mea c pd.l pđ.2 pd.3 pd.4 ằ ST i=l
Bảng 4.3.1.1 Đặc tuyến M thay đổi theo điện trở nối đất cột
> Qua bảng kết quả, nhận thấy rang:
Số lần phóng điện tăng dan theo độ tăng của điện trở nối đất của cột.
Chỉ tiêu chồng sét của trạm giảm dần theo độ tăng của điện trở nối đất của cột.
+ Khi R, < 35Q, chỉ tiêu chồng sét M giảm nhanh.
+ Khi R, > 35Q, chỉ tiêu chống sét M giảm chậm hơn và có xu hướng 6n định.
4.3.1.2 Đường dây được bảo vệ bang hai dây chống sét Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau:
Bảng 4.3.1.2 Quan hệ giữa M, Na thay đôi theo điện trở nối đất cột
Bảng 4.3.1.2 Đặc tuyến M thay đổi theo điện trở nối đất cột
> Qua bảng kết quả, nhận thấy rang:
Số lần phóng điện tăng dan theo độ tăng của điện trở nối đất của cột.
Chỉ tiêu chông sét của trạm giảm dân theo độ tăng của điện trở nôi đât của cột.
+ Khi Re < 35Q, chỉ tiêu chồng sét M giảm nhanh.
+ Khi Re > 35Q, chỉ tiêu chống sét M giảm chậm hơn va có xu hướng 6n định.
Chỉ tiêu chống sét của trạm trong trường hợp có hai dây chống sét bảo vệ sẽ lớn hơn so với trường hợp có một dây chống sét bảo vệ trên cùng giá trị điện trở nỗi đất cột.
4.3.2 Trường hợp thay doi thông số góc bảo vệ của dây chống sét đối với dây dẫn
(góc a) 4.3.2.1 Đường dây được bảo vệ bằng một dây chống sét Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau:
Bảng 4.3.2.1 Quan hệ giữa M, Na thay đối theo góc a lph M=—— a a —
(độ) Nga Nga2 Npa3 Npa4 S Nai i=l
Hình 4.3.2.1 Dac tuyến M thay đổi theo góc a
> Qua bảng kết quả, nhận thấy rang:
Số lần phóng điện trên đường dây tỷ lệ nghịch với góc a (góc bảo vệ của dây chống sét đối với dây dẫn).
Góc ơ càng giảm thì xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn càng giảm.
Chỉ tiêu chống sét M tăng dan khi tăng góc bảo vệ của dây chống sét đối với dây dẫn.
4.3.2.2 Đường dây được bảo vệ bằng hai dây chong sét Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau:
Bang 4.3.2.2 Quan hệ giữa M, Na thay đối theo góc a
Hình 4.3.2.2 Đặc tuyến M thay đổi theo góc a
> Qua bảng kết quả, nhận thấy rang:
Số lần phóng điện trên đường dây ty lệ nghịch với góc a (góc bảo vệ của dây chống sét đối với dây dẫn).
Góc ơ càng giảm thì xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn càng giảm.
Chỉ tiêu chống sét M tang dan khi tăng góc bảo vệ của dây chống sét đối với dây dân.
Chỉ tiêu chống sét của trạm trong trường hợp có hai dây chống sét bảo vệ sẽ lớn hơn so với trường hợp có một day chong sét bảo vệ trên cùng giá tri góc a.
4.3.3 Trường hợp thay đối số dây chong sét Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau:
Bảng 4.3.3 Quan hệ giữa M, Na thay đối theo số dây chống sét
Số dây chống sét Nha 1 Npa2 Npa3 Npa4 M=
Hình 4.3.3 Đặc tuyến M thay đổi theo số dây chống sét
> Qua bảng kết quả, nhận thấy rằng:
Số lần phóng điện trên đường dây giảm khi tăng số dây chống sét.
Chỉ tiêu chỗng sét M tăng dan khi tăng số dây chống sét.
4.3.4 Trường hop thay đối số lượng đĩa sứ trong chuỗi sứ cách điện (loại chuỗi str)
Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau:
Bang 4.3.4 Quan hệ giữa M, Npq thay đối theo số đĩa sứ
Số đĩa sứ | N N N N + pd.l pđ.2 pọ3 pd.4 ằ ST i=l
Hình 4.3.4 Đặc tuyến M thay đổi theo số đĩa sứ
> Qua bảng kết quả, nhận thấy rang:
Số lần phóng điện trên đường dây giảm khi tăng số đĩa sứ trong chuỗi sứ cách điện.
Chỉ tiêu chống sét M tăng dan khi tăng số đĩa sứ.
4.3.5 Trường hợp thay doi chiều dài xà đối với đường dây cột xà gỗ Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau:
Bang 4.3.5 Quan hệ giữa M, Na thay đối theo chiều dải xa
(m) Nga Npa2 Npa3 Nga+ 3 Nhà, i=l
Hình 4.3.5 Đặc tuyến M thay đổi theo chiều dai xà
> Qua bảng kết quả, nhận thấy rang:
Số lần phóng điện trên đường dây giảm khi tăng chiều dài xà.
Chỉ tiêu chỗng sét M tăng dan khi tăng chiều dài xà.
4.3.6 Trường hợp thay doi độ cao dây dẫn Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau:
Bang 4.3.6 Quan hệ giữa M, Npq thay đổi theo độ cao dây dẫn
DO _ dân Nga Npa2 Npa3 Nga+ M 3 Nhà, - l ial
Hình 4.3.6 Đặc tuyến M thay đổi theo độ cao dây dẫn
> Qua bảng kết quả, nhận thấy rang:
Số lần phóng điện trên đường dây tăng khi tăng độ cao dây dẫn.
Chỉ tiêu chỗng sét M giảm dan khi tăng độ cao dây dẫn.
4.3.7 Trường hợp thay đối khoảng cách được tăng cường bảo vệ trước khi đến trạm
Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau:
Bang 4.3.7 Quan hệ giữa M, Npq thay đối theo chiều dai đoạn tăng cường
Chiều đài đoạn tang cườn M= 1
(m) 5 5 Nga: Npa2 Npa3 Npa4 3 Noa; i=l
Chieu dai doan tang cuong (m)
Hình 4.3.7 Đặc tuyến M thay đổi theo chiều dai đoạn tăng cường
> Qua bảng kết quả, nhận thấy rang:
Số lần phóng điện trên đường dây giảm khi tăng chiều dai đoạn tăng cường.
Chỉ tiêu chỗng sét M tăng dan khi tăng chiều dài đoạn tăng cường.
KET LUẬN Qua phan tính toán cho ta thay
Chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp cao thé ty lệ nghịch với tổng số lần phóng điện của m đường dây đấu đến trạm.
Chỉ tiêu chong sét của trạm biến áp cao thế ty lệ nghịch với độ treo cao trung bình của dây chống sét.
Chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp cao thế tỷ lệ nghịch với độ treo cao trung bình của dây dẫn.
Chỉ tiêu chồng sét của trạm biến áp cao thế tỷ lệ nghịch với độ cao của cột điện.
Chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp cao thế ty lệ nghịch với mat độ sét đánh trung bình.
Chỉ tiêu chống sét của trạm biến áp cao thé ty lệ nghịch với số ngày sét trong một năm.
Chỉ tiêu chồng sét M giảm dần theo độ tăng điện trở nối đất cột.
Chỉ tiêu chống sét M tăng dan khi tăng góc bảo vệ của dây chống sét đối với dây dẫn.
Chỉ tiêu chỗng sét M tăng dan khi số dây chống sét tăng lên.
Chỉ tiêu chỗng sét M tăng dan khi tăng số đĩa sứ trong chuỗi sứ cách điện.
Chỉ tiêu chống sét M tăng dần khi tăng chiều dài đoạn tăng cường bảo vệ trước khi đến trạm.