Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Phân bố dòng sét trong hệ thống "nối đất trạm - dây chống sét - cột điện" khi có sét đánh tại một điểm bất kỳ trên dây chống sét

Vì lẽ đó, bài báo đề xuất một kỹ thuật mới nhằm tính toán nhanh giá trị dòng điện sét đi qua một hệ thống nối đất tại trạm khi có sét đánh vào một vị trí xác định trên đường dây chống sé

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

FOG

BÁO CÁO TỔNG KẾT KẾT QUẢ ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: PHÂN BỐ DÒNG SÉT TRONG HỆ THỐNG “ NỐI

ĐẤT TRẠM-DÂY CHỐNG SÉT-CỘT ĐIỆN” KHI CÓ SÉT ĐÁNH TẠI MỘT ĐIỂM BẤT KỲ TRÊN

DÂY CHỐNG SÉT

Mã số đề tài: T-ĐT-2011-18Thời gian thực hiện: từ 03/2011 đến 03/2012Chủ nhiệm đề tài: HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNGCán bộ tham gia đề tài:

Thành phố Hồ Chí Minh – Tháng 06/2012

Danh sách các cán bộ tham gia thực hiện đề tài (Ghi rõ học hàm, học vị, đơn vị công tác gồm bộ môn, Khoa/Trung tâm)

1 2 3

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG 1.Tên đề tài:

Phân bố dòng sét trong hệ thống “nối đất trạm – dây chống sét – cột điện” khi có sét đánh tại một điểm bất kỳ trên dây chống sét

5 Thời gian thực hiện đề tài:

Từ tháng 03 năm 2011 đến tháng 03 năm 2012

6 Dự kiến sản phẩm của đề tài:

*Công bô kết quả nghiên cứu trong một bài báo khoa học *Tài liệu tham khảo cho các nhà nghiên cứu và thiết kế các hệ thống nối đất *Tài liệu học tập cho sinh viên và học viên cao học

MỤC LỤC

Trang PHẦN I: 5

CÔNG THỨC TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ VÀ PHÂN BỐ DÒNG TRONG HỆ THỐNG “NỐI ĐẤT TRẠM-DÂY CHỐNG SÉT-CỘT ĐIỆN” I Tổng quan 5

II Phương Pháp Tính: 1 Giới thiệu 2 Cơ sở tính toán 6 2.1.Tính tổng trở Thevenin nhìn từ đầu đường dây không tải

với mô hình n mạch pi có các thông số và giống nhau 2.2 Tính tổng trở Thevenin khi cuối đường dây có mắc thêm 11 một phần tử Z1:

III Phương pháp tính dòng sét đi qua nối đất của trạm: 13 1 Tính toán trở kháng: 1.1 Khi cuối đường dây hở mạch Z2 = ∞

1.2 Khi cuối đường dây được kết nối với tổng trở Z1 14 2 Tính toán dòng điện: 2.1 Trường hợp sét đánh tại cột cổng trạm biến áp:

2.2 Khi cuối đường dây được nối với hệ thống nối đất trạm biến áp 2: 3 Tóm tắt: 17 PHẦN II: 18

KẾT QUẢ TÍNH TOÁN PHÂN BỐ DÒNG TRONG HỆ THỐNG “NỐI ĐẤT TRẠM-DÂY CHỐNG SÉT-CỘT ĐIỆN” I Khảo sát dòng điện chạy qua nối đất tram biến áp 18 1 Khảo sát dòng điện đi vào nối đất trạm biến áp 1 khi xét tới ảnh hưởng Rp:

2 Khảo sát dòng điện đi vào nối đất trạm biến áp 1 khi xét tới ảnh hưởng 23 giá trị điện trở của dây chống sét Rs:

3 Khảo sát dòng điện đi vào nối đất trạm biến áp 1 khi xét tới ảnh hưởng 26 giá trị điện trở R1

II Tổng kết: 29 PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 30 PHẦN IV: TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

II Phương pháp tính: 1 Giới thiệu:

Để tính toán chính xác giá trị dòng điện sét đi qua một hệ thống nối đất cần thiết phải áp dụng phương pháp phân tích số với sự hỗ trợ của máy tính, việc này đòi hỏi người sử dụng phải có kiến thức về chuyên môn đồng thời phải có khả năng lập trính tính toán trên máy tính hoặc thông qua các phần mềm chuyên dụng rất đắt tiền

Vì lẽ đó, bài báo đề xuất một kỹ thuật mới nhằm tính toán nhanh giá trị dòng điện sét đi qua một hệ thống nối đất tại trạm khi có sét đánh vào một vị trí xác định trên đường dây chống sét

Dựa trên cơ sơ lý thuyết đường dây truyền tải [3, 4, 5, 6, 7], hệ thống đường dây chống sét được đơn giản hoá thành một mạch điện như hình 1 Trong đó, n là số khoảng vượt, ở mỗi khoảng vượt được đặc trưng bởi một trở kháng nối đất của cột (Zp) và một trở kháng của dây chống sét (Zs) Z1 là tổng trở nối đất tại trạm biến áp 1, Z2 là tổng trở nối đất tại trạm biến áp 2 Nếu đường dây hở mạch Z2= Toàn bộ hệ thống dây chống sét_cột được mô hình hoá thành mạch n-pi tương đương, việc tính toán giá trị dòng điện sét sẽ là quá trình tính toán phân bố dòng điện trên mạch n-pi tương đương

Hình 2: Mô hình mạch hình pi

Để tính ta chuyển đổi n mạch điện hình pi thành n mạch điện hình T như sau:

UUAII

AA

⎣ ⎦ (2) +Hở mạch ngõ ra 2 : (I2 = 0)

1111

22

2

sp

sp

ZIZZZU

AUI ZZ

122

2

44

sp

11

22

12

222

ps

sp

ZZII

A

I Z

ZZ

+−

+Thay các thành phần vào (2), ta được :

Như vậy ta có các mạng hai cửa nối tiếp nhau như sau:

Hình 5: Mô hình mạng hai cửa tương đương n hình T nối tiếp nhau

Chuyển đổi n mạng hai cửa về một mạch điện hai cửa tương đương, ta có đặc tính ma trận như sau:

1 2 3 1n

A =A A A KA =A (5) Ta có:

TD

AAAA

A

AAA

⎤⎥⎦

12

Tìm các thông số β0, β1: Ta có hệ phương trình:

101

nn

λ β β λλ β β λ

⎨ (7)

⎩Các thông số β0, β1:

λ λ

n

λ λ λ λβ

λ λ

⎪⎨

−⎪ =

spp

Z

λ ⎛λ + ⎞λ= −⎜⎜ − ⎟⎟ +

Khi p(λ) = 0

2 2

1 02

spp

Z

λ − ⎜⎛⎜ + ⎞⎟⎟λ⎝ ⎠ + = (9) Giải phương trình bậc hai (9) theo λ, có hai nghiệm là:

21

22

⎪=⎪⎪⎩Vậy từ n mạng hai cửa nối tiếp nhau ta chuyển thành một mạng hai cửa tương đương như sau:

ATĐ

Hình 6: Mạng hai cửa tương đương

Ta chuyển đổi dạng về mạng hình T tương đương như sau:

12

sppsTDTD

p

ZZZ

Z

β ββ β

ZZ

TD

p

ZZ

Hình 8: Mạch điện tương đương

Tổng trở thevenin nhìn từ đầu đường dây khi cuối đường dây hở mạch là:

0

ssTDthpTD

ZZZ = + +Z (13) Thay (11) và (12) vào (13), được:

spspsspsps

ZZ ZZZZZ ZZZ

spspsspsps

ZZ ZZZZZ ZZZZZ ZZZZZ ZZ

42

ssps

ZZ ZZ

42

2.2 Tính tổng trở Thevenin khi cuối đường dây có mắc thêm một phần tử Z1:

Xét mô hình mạch điện tương tự như hình 2 nhưng có thêm thành phần Z1 vào cuối đường dây như sau:

Hình 9: Mô hình mạch pi có thêm Z1 cuối đường dây

Biến đổi và tính toán hoàn toàn tương tự như trong trường hợp trên,được mạch điện như sau:

Hình 10: Mạch điện hình pi khi có thêm tổng trở Z1 sau khi biến đổi

Đơn giản hóa mạch điện 10, được:

Hình 11: Mạch điện hình 10 sau khi đơn giản hóa

1

ppTD

ZZ

β= (18)

o đó tổng trở Thevenin là: D

21

2

spTDths

spTD

Z ZZZ

ZZ

+ (19)

hay (16), (17) và (18) vào (19), được:

T

01

pthpsp

ppsp

1

p

ZZZZZZ

ZZZZZ

ZZZZZZ

nối thêm vào cuối đường dây

dây khi cuối đường dây hở mạch

hần trở kháng song song Zp,nối tiếp Zs xác định như

Z1: Phần tử

Zth0: Tổng trở Thevenin nhìn từ đầu đườngZth: Tổng trở song song sau khi biến đổi ZpTD: Tổng trở song song khi biến đổi Mối quan hệ giữa ZpTD và các thành psau:

2

λ λλ λ

spssps

ZZ ZZZ

bZ ZZbZ ZZ

+=

(23)

I Phương pháp tính dòng sét đi qua nối đất của trạm: II

Như đã trình bày ở phần trước công thức xác định tổng trở Thevenin cho đường dây chống

đương sau: n là khoảng vượt, mỗi khoảng sét Trong phần này trình bày phương pháp tính dòng sét đi qua một hệ thống nối đất tại trạm khi có sét đánh trên đường dây tại bất kì vị trí nào

Mô hình được đơn giản hóa bằng mạch điện tươngvượt đặc trưng bởi một trở kháng nối đất cột và một trở kháng đường dây chống sét (đã trình bày ở phần trước), là tổng trở nối đất tại trạm biến áp 1, là tổng trở nối đất tại trạm biến áp 2

Hình 12: Mô hình mạch điện tương đương đường dây chống sét

òng điện chạy qua hệ thống nối đất của trạm biến áp cao thế quyết định độ lớn và phân bố

11.1 Khi cuối đường dây

Kcông thức (15) là:

42

.2 Khi cuối đường dây được kết nối với tổng trở Z1

sau:

ZZ

Z +Z

.1 Trường hợp sét đánh tại cột cổng trạm biến áp:

trạm biến áp 1 ta có mô hình mạch điện như sau:

Hình 13: Mô hình mét đánh tại cột cổng

ng nối đất TBA 2)

2 Tính toán dòng điện: 2

Khi sét đánh vào cột cổng

ạch điện tương đương khi s

Dòng điện đi qua cột cổng được xác định theo hai trường hợp như sau:

+ Trường hợp 1: Cuối đường dây hở mạch (không kết nối với hệ thố

02

ZII

ZZ

=+ (24)

trở Thevenin nhìn từ vị trí sét đánh về trạm biến áp thứ 2 (xác định bởi công thức

i đường dây có kết nối với hệ thống nối đất của TBA 2

(25)

Z g trở của hệ thống nối đ Ω Zth02: Tổng

21), Ω I: Giá trị dòng sét, kA

+ Trường hợp 2: Cuố

(26) 1

2

ZII

2

ZZ

=+ (27) Trong đó:

I1

I2

Z1 Zth2

I

Zth2: Tổng trở Thevenin nhìn từ vị trí sét đánh v trề ạm biến áp thứ 2 (xác định bởi công thức 29), Ω

ờng hợp sét đánh vào cột cổng TBA 2 thì cách tính cũng tương tự như trường hợp

ZZZ

ZZ

+ (28)

2

pTD

ZZ 2 Z 02

Z ZII

12

ththpthpththth

⎪⎪⎪ =

⎪⎪ =

⎪⎩

(32)

Trong đó:

áng Thevenin nhìn từ vị trí sét đánh về phía trạm biến áp thứ 1, Ω

ác định dòng điện tản vào hệ thống nối đất TBA:

⎪

Zth1: Trở khZth2: Trở kháng Thevenin nhìn từ vị trí sét đánh về phía trạm biến áp thứ 1, Ω Zp: Trở kháng song song của cột tại vị trí sét đánh, Ω

XXét mạch điện trở kháng tương đương hình T (quan1) Phân tích mạch điện hình 14 nhánh bên trái, ta vẽ lại mạch điện như sau:

Z1: Tổng trở nối đất tại trạm biến áp 1, Ω

ạch điện hình T của nhánh 1, Ω

n áp thứ 1), Ω ải của mạch điện hình 14 như sau:

17: Mạch điện hình T nhìn từ vị trí sét đánh về trạm biế

ZpTD1: Trở kháng song song khi biến đổi mZth01:Trở kháng Thevenin của nhánh thứ 1 (nhìn từ vị trí sét đánh về trạm biếTương tự phân tích nhánh bên ph

ZI =I (34)

Z2: Tổng trZpTD2: Trở kháng song song khi biến đổi mZth02: Trở kháng Thevenin của nhánh thứ 2 (nhìn từ vị trí sét đánh về trạm biT

12

1

pTDpthz

Tóm tắt:

vào các tổng trở nối đất ta phải thực hiện các bước sau:

Thevenin khi cuối đường dây không đấu nối vào hệ thống nối đất

Xác định các trở kháng Thevenin từ vị trí sét đánh về mỗi phía (trong trường hợp không có đấu nối vào trạm biến áp):

th

ZZZ

1

ZZ

+ (40)

2

pTDthth

th

ZZZ

2

ZZ

+ (41) Trong đó:

spssps

ZZ ZZZ

bZ ZZbZ ZZ

+=

ZII

ZZ

=+ 2 (43) +Khi cuối đường dây được nối với hệ thống nối đất TBA 2:

(44) Xác định dòng điện chảy về hai hướng khi có sét đánh tại k:

21

12

pthpthpththth

pthpthpththth

Z ZII

⎪⎨⎪ =

12

1

pTDpthz

PHẦN II

KẾT QUẢ TÍNH TOÁN PHÂN BỐ DÒNG TRONG HỆ THỐNG “NỐI ĐẤT TRẠM-DÂY CHỐNG SÉT-CỘT ĐIỆN”

I Khảo sát dòng điện chạy qua nối đất tram biến áp

Khi sét đánh vào hệ thống dây chống sét đặt trên đường dây tải điện,dòng sét sẽ từ dây chống sét truyền vào trạm có thể gây nguy hiểm cho trạm và người vận hành trạm Chính vì vậy việc xác định tỉ lệ phần trăm dòng điện sự cố chạy vào trạm có gây nguy hiểm cho trạm hay không là việc đáng quan tâm cho nhà thiết kế Dòng điện sét khảo sát được chọn là 150kA Nghiên cứu lần lượt khảo sát các thông số mạch điện thường có của một đường dây truyền tải cao áp và qua việc khảo sát nầy có thể xem xét dòng sét đi vào trạm, từ đó xác định được những vị trí sét đánh gây nguy hiểm cho trạm

1 Khảo sát dòng điện đi vào nối đất trạm biến áp 1 khi xét tới ảnh hưởng Rp:

Khảo sát với các thông số mạch điện và kết quả nhận được như sau: Điện trở nối đất dọc đường dây thay đổi từ 5÷40(Ω), khoảng thay đổi 5(Ω) Điện trở nối đất trạm biến áp 1: R1 = 1(Ω)

Dây chống sét ПC-25: Rs = 6.32(Ω/km) Số khoảng vượt: n=50

Hình 18: Đồ thị dòng điện (tính bằng %) qua nối đất trạm biến áp 1 theo vị trí sét đánh k

Bảng 1: Dòng điện (tính bằng %) qua trạm biến áp 1 theo vị trí sét đánh

Vị trí sét đánh

%I (Rp=5)

%I (Rp=10

)

%I (Rp=15

)

%I (Rp=20

)

%I (Rp=25

)

%I (Rp=30

)

%I (Rp=35

)

%I (Rp=40

) 0 78.766

8

82.8845

85.1234

86.6071

87.6913

88.5320

89.2105

89.7740 1 45.2183 55.8421 61.6183 65.4462 68.2436 70.4126 72.1630 73.6169 2 25.9589 37.6227 44.6036 49.4557 53.1090 56.0017 58.3732 60.3677 3 14.9025 25.3477 32.2872 37.3721 41.3308 44.5401 47.2185 49.5030 4 8.5552 17.0776 23.3718 28.2409 32.1647 35.4243 38.1954 40.5937 5 4.9113 11.5057 16.9181 21.3408 25.0314 28.1742 30.8965 33.2879 6 2.8195 7.7518 12.2465 16.1266 19.4800 22.4079 24.9924 27.2969 7 1.6186 5.2226 8.8649 12.186

3

15.1599

17.8218

20.2166

22.3841 8 0.9292 3.5187 6.4170 9.2088 11.7978 14.1743 16.3533 18.3556 9 0.5334 2.3706 4.6451 6.9588 9.1814 11.2733 13.2283 15.0520

Nhận xét: Theo hình 18:

Ta thấy khi điện trở dọc đường dây Rp càng nhỏ thì dòng điện khi có sự cố vào trạm biến áp 1 càng nhỏ

Theo bảng 1: Khi Rp = 5(Ω), sự cố sét đánh tại nút thứ 2, tức sét đánh cách trạm 2*0.25=0.5(km), dòng qua trạm chiếm 25.9589% dòng sét, dòng sự cố này có thể gây nguy hiểm cho trạm

Khi Rp = 40(Ω), sự cố sét đánh tại nút thứ 7, tức sét đánh cách trạm 7*0.25=1.75(km), dòng qua trạm chiếm 22.3841% dòng sét, dòng sự cố này có thể gây nguy hiểm cho trạm

Vì vậy điện trở nối đất Rp tăng thì làm tăng xác suất sự cố dòng sét vào trạm gây nguy hiểm cho trạm

Xét ảnh hưởng khi thay đổi Rp đến dòng điện vào trạm khi có sự cố:

Lấy đồ thị dòng điện vào trạm khi có sự cố sét đánh ứng với điện trở nối đất dọc đường dây Rp = 40(Ω) làm chuẩn,dựa vào đó ta xét sự suy giảm dòng điện vào trạm khi giảm điện trờ nối đất dọc đường dây

Hình 19: Độ suy giảm dòng điện (% I) vào trạm theo vị trí sét đánh k

Bảng 2: Độ suy giảm dòng điện (% I) vào trạm theo vị trí sét đánh k khi điện trở nối đất

dọc đường dây Rp giảm

Vị trí sét đánh

Dòng giảm (%I) (Rp=5)

Dòng giảm (%I) (Rp=10)

Dòng giảm (%I) (Rp=15)

Dòng giảm (%I) (Rp=20)

Dòng giảm (%I) (Rp=25)

Dòng giảm (%I) (Rp=30)

Dòng giảm (%I) (Rp=35) 0 -11.0072 -6.8895 -4.6506 -3.1669 -2.0827 -1.242 -0.5635 1 -28.3986 -17.7749 -11.9987 -8.1707 -5.3733 -3.2043 -1.4539 2 -34.4088 -22.7451 -15.7641 -10.9121 -7.2588 -4.3661 -1.9945 3 -34.6006 -24.1554 -17.2158 -12.1309 -8.1723 -4.9630 -2.2845 4 -32.0386 -23.5162 -17.222 -12.3528 -8.4291 -5.1694 -2.3983 5 -28.3765 -21.7822 -16.3698 -11.9471 -8.2565 -5.1137 -2.3913 6 -24.4774 -19.5451 -15.0504 -11.1703 -7.8169 -4.8890 -2.3045 7 -20.7655 -17.1615 -13.5192 -10.1978 -7.2243 -4.5623 -2.1676 8 -17.4263 -14.8369 -11.9385 -9.1467 -6.5578 -4.1812 -2.0022 9 -14.5186 -12.6814 -10.4069 -8.0932 -5.8707 -3.7787 -1.8237 10 -12.0368 -10.7458 -8.9806 -7.0845 -5.1979 -3.3769 -1.6425

11 -9.9458 -9.0455 -7.6876 -6.1479 -4.5610 -2.9905 -1.4659 12 -8.1990 -7.5750 -6.5381 -5.2971 -3.9726 -2.6284 -1.2983 13 -6.7482 -6.3177 -5.5308 -4.5370 -3.4385 -2.2954 -1.1425 14 -5.5480 -5.2521 -4.6580 -3.8665 -2.9604 -1.9936 -0.9998

Nhận xét:

Theo hình 19: Khi điện trở nối đất dọc đường dây Rp giảm, ứng với mỗi vị trí sét đánh, độ suy giảm dòng sét vào trạm theo đó cũng tăng theo Theo vị trí sét đánh, dòng điện vào trạm từ vị trí cột cổng giảm mạnh đến một vài khoảng vượt đầu tiên,sau đó giảm nhỏ dần về cuối đường dây

Cực trị đồ thị có xu hướng tiến lại gần cột cổng khi điện trở nối đất dọc đường dây Rp giảm Theo bảng 2:

Khi Rp = 5(Ω), sự cố sét đánh tại nút thứ 3 dòng giảm mạnh nhất, giảm 34.6006% dòng sét Khi Rp = 35(Ω), sự cố sét đánh tại nút thứ 4 dòng giảm mạnh nhất, giảm 2.3983% dòng sét Việc giảm điện trở nối đất Rp làm giảm mạnh dòng vào trạm, do đó giảm xác suất sự cố sét đánh có thể gây nguy hiểm cho trạm

2 Khảo sát dòng điện đi vào nối đất trạm biến áp 1 khi xét tới ảnh hưởng giá trị điện trở của dây chống sét Rs:

Khảo sát với các thông số mạch điện: Thay đổi dây chống sét ПC-25: Rs = 6.32(Ω/km), ПC-35: Rs = 4.47(Ω/km), ПC-50: Rs = 3.45(Ω/km), ПC-70: Rs = 2.19(Ω/km), ПC-95: Rs = 1.88(Ω/km)

Điện trở nối đất trạm biến áp 1: R1 = 1(Ω) Điện trở nối đất dọc đường dây Rp = 5(Ω) Số khoảng vượt: n=50

Hình 20: Đồ thị dòng điện (tính bằng %) qua nối đất trạm biến áp 1 theo vị trí sét đánh k

Bảng 3: Dòng điện (tính bằng %) qua nối đất trạm biến áp 1 theo vị trí sét đánh

Vị trí sét đánh

%I (ПC-25)

%I (ПC-35)

%I (ПC-50)

%I (ПC-70)

%I (ПC-95) 0 78.7668 74.9228 71.8485 66.1107 64.1047 1 45.2183 46.8990 47.5679 47.5563 47.2339 2 25.9589 29.3571 31.4927 34.2093 34.8031 3 14.9025 18.3765 20.8500 24.6082 25.6437

Theo bảng 3: Khi dây chống sét ПC-25: Rs = 6.32(Ω/km), sự cố sét đánh tại nút thứ 2, tức sét đánh cách trạm 2*0.25=0.5(km), dòng qua trạm chiếm 25.9589% dòng sét, dòng sự cố này có thể gây nguy hiểm cho trạm

Khi dây chống sét ПC-95:Rs = 1.88(Ω), sự cố sét đánh tại nút thứ 3, tức sét đánh cách trạm 3*0.25=1.75(km), dòng qua trạm chiếm 25.6437% dòng sét, dòng sự cố này có thể gây nguy hiểm cho trạm

Xét sự thay đổi dây chống sét, tiết diện dây tăng thì làm tăng xác suất sự cố dòng sét vào trạm gây nguy hiểm cho trạm, tuy nhiên tăng không đáng kể

Lấy đồ thị dòng điện vào trạm khi có sự cố sét đánh ứng với dây chống sét ПC-25 làm chuẩn,dựa vào đó ta xét sự suy giảm dòng điện vào trạm khi tăng tiết diện dây chống sét

Hình 21: Độ suy giảm dòng điện (%I) vào trạm theo vị trí sét đánh k

Bảng 4: Độ suy giảm dòng điện (%I) vào trạm theo vị trí sét đánh k khi thay đổi loại dây chống sét Rs thay đổi

Vị trí sét đánh

Dòng giảm (%I) (ПC-35)

Dòng giảm (%I) (ПC-50)

Dòng giảm (%I) (ПC-70)

Dòng giảm (%I) (ПC-95) 0 -3.8440 -6.9183 -12.6561 -14.6621 1 1.6806 2.3495 2.3379 2.0155 2 3.3982 5.5338 8.2504 8.8442 3 3.4740 5.9475 9.7058 10.7413 4 2.9478 5.2487 9.1466 10.3398 5 2.2891 4.2276 7.8223 9.0109 6 1.6877 3.2310 6.3404 7.4387 7 1.2027 2.3872 4.9705 5.9399 8 0.8369 1.7229 3.8106 4.6401 9 0.5721 1.2224 2.8761 3.5702

Theo hình 21: Khi tiết diện dây chống sét tăng,ứng với vị trí khi có sự cố, tại cột cổng thì độ suy giảm dòng tăng theo tiết diện dây chống sét, về những khoảng vượt sau thì dòng tăng theo tiết diện và giảm dần về cuối đường dây

Theo bảng 4: Dây chống sét ПC-35, dòng giảm mạnh nhất tại cột cổng với 3.844% dòng sét, và tăng mạnh nhất tại nút thứ 3 với 3.474% dòng sét

Dây chống sét ПC-95 dòng giảm mạnh nhất tại cột cổng với 14.6621% dòng sét, và tăng mạnh nhất tại nút thứ 3 với 10.7413% dòng sét

Việc tăng dòng sét khi thay đồi dây chống sét sẽ làm tăng xác suất sự cố sét đánh gây nguy hiểm cho trạm

3 Khảo sát dòng điện đi vào nối đất trạm biến áp 1 khi xét tới ảnh hưởng giá trị điện trở R1

Khảo sát với các thông số mạch điện: Điện trở nối đất trạm biến áp 1 thay đổi từ 0.1÷1(Ω), khoảng thay đổi 0.1(Ω) Điện trở nối đất dọc đường dây: Rp = 5(Ω)

Dây chống sét ПC-25: Rs = 6.32(Ω/km) Số khoảng vượt: n=50

Hình 22: Đồ thị dòng điện (tính bằng %) qua nối đất trạm biến áp 1 theo vị trí sét đánh k

Bảng 5: Dòng điện (tính bằng %) qua trạm biến áp 1 theo vị trí sét đánh

Vị trí sét đánh

%I (R1=0.1)

%I (R1=0.2)

%I (R1=0.3)

%I (R1=0.4)

%I (R1=0.5) 0 97.3751 94.8844 92.5180 90.2667 88.1224 1 55.9010 54.4711 53.1126 51.8202 50.5892 2 32.0916 31.2707 30.4908 29.7489 29.0422 3 18.4231 17.9519 17.5041 17.0782 16.6725 4 10.5763 10.3058 10.0487 9.8042 9.5713 5 6.0716 5.9163 5.7688 5.6284 5.4947 6 3.4856 3.3964 3.3117 3.2311 3.1544 7 2.0010 1.9498 1.9012 1.8549 1.8109 8 1.1487 1.1194 1.0914 1.0649 1.0396 9 0.6595 0.6426 0.6266 0.6113 0.5968

Vị trí sét đánh (R1%I =0.6) (R1%I =0.7) (R1%I =0.8) (R1%I =0.9) (R%I 1=1)

0 86.0776 84.1256 82.2601 80.4756 78.7668 1 49.4153 48.2947 47.2238 46.1993 45.2183 2 28.3683 27.7250 27.1102 26.5220 25.9589 3 16.2856 15.9163 15.5634 15.2257 14.9025 4 9.3492 9.1372 8.9346 8.7408 8.5552 5 5.3672 5.2455 5.1292 5.0179 4.9113 6 3.0812 3.0113 2.9445 2.8807 2.8195 7 1.7688 1.7287 1.6904 1.6537 1.6186 8 1.0155 0.9924 0.9704 0.9494 0.9292 9 0.5830 0.5697 0.5571 0.5450 0.5334

Nhận xét:

Theo hình 22: Ta thấy khi điện trở nối đất trạm R1 càng tăng thì dòng điện khi có sự cố vào trạm biến áp 1 càng nhỏ

Theo bảng 5: Khi R1 = 0.1(Ω), sự cố sét đánh tại nút thứ 2 , tức sét đánh cách trạm 2*0.25=0.5(km), dòng qua trạm chiếm 32.0916% dòng sét, dòng sự cố này có thể gây nguy hiểm cho trạm

Khi R1 = 1(Ω), sự cố sét đánh tại nút thứ 2, tức sét đánh cách trạm 2*0.25=0.5(km), dòng qua trạm chiếm 25.9589% dòng sét, dòng sự cố này có thể gây nguy hiểm cho trạm

Vì vậy điện trở nối đất R1 tăng trong trường hợp này thì không làm thay đổi xác suất sự cố sét đánh gây nguy hiểm cho trạm

Xét ảnh hưởng khi thay đổi R1 đến dòng điện vào trạm khi có sự cố:

Lấy đồ thị dòng điện vào trạm khi có sự cố sét đánh ứng với điện trở nối đất trạm biến áp 1 R1

= 0.1(Ω) làm chuẩn,dựa vào đó ta xét sự suy giảm dòng điện vào trạm khi tăng điện trờ nối đất trạm biến áp 1

Hình 23: Độ suy giảm dòng điện (%I) vào trạm theo vị trí sét đánh k

Bảng 6: Độ suy giảm dòng điện (%I) vào trạm theo vị trí sét đánh k khi điện trở nối đất trạm R1 thay đổi

Vị trí sét đánh

Dòng giảm (%I) (R1=0.2)

Dòng giảm (%I) (R1=0.3)

Dòng giảm (%I) (R1=0.4)

Dòng giảm (%I) (R1=0.5) 0 -2.4907 -4.8571 -7.1083 -9.2527 1 -1.4298 -2.7884 -4.0808 -5.3118 2 -0.8208 -1.6007 -2.3427 -3.0494 3 -0.4712 -0.9189 -1.3449 -1.7506 4 -0.2705 -0.5275 -0.7721 -1.005 5 -0.1553 -0.3029 -0.4432 -0.5769 6 -0.0892 -0.1739 -0.2544 -0.3312 7 -0.0512 -0.0998 -0.1461 -0.1901 8 -0.0294 -0.0573 -0.0839 -0.1092 9 -0.0169 -0.0329 -0.0481 -0.0627

Vị trí sét đánh

Dòng giảm (%I) (R1=0.6)

Dòng giảm (%I) (R1=0.7)

Dòng giảm (%I) (R1=0.8)

Dòng giảm (%I) (R1=0.9)

Dòng giảm (%I) (R1=1) 0 -11.2974 -13.2495 -15.115 -16.8995 -18.6083 1 -6.4856 -7.6063 -8.6772 -9.7016 -10.6826 2 -3.7233 -4.3666 -4.9814 -5.5695 -6.1327

3 -2.1374 -2.5068 -2.8597 -3.1973 -3.5206 4 -1.2271 -1.4391 -1.6417 -1.8355 -2.0211 5 -0.7044 -0.8261 -0.9425 -1.0537 -1.1603 6 -0.4044 -0.4743 -0.5410 -0.6049 -0.6661 7 -0.2322 -0.2723 -0.3106 -0.3473 -0.3824 8 -0.1333 -0.1563 -0.1783 -0.1994 -0.2195 9 -0.0765 -0.0897 -0.1024 -0.1145 -0.1260

Nhận xét:

Theo hình 23: Khi điện trở nối đất trạm biến áp 1 R1 tăng, ứng với mỗi vị trí sét đánh, độ suy giảm dòng sét vào trạm theo đó cũng tăng theo Theo vị trí sét đánh, dòng điện vào trạm từ vị trí cột cổng giảm mạnh nhất ở vị trí cột cổng và giảm dần về cuối đường dây

Theo bảng 6: Độ suy giảm dòng lớn nhất là 18.6083% dòng sét, tương ứng với điện trờ nối đất trạm R1 = 1(Ω) khi có sự cố sét đánh tại cột cổng

Độ suy giảm dòng tại vị trí sét đánh tăng gần như tuyến tính theo độ tăng điện trở nối đất trạm R1

II Tổng kết:

Việc khảo sát ảnh hưởng của các thông số mạch điện, ta có thể rút ra kết luận như sau: Nếu tăng điện trở nối đất dọc đường dây Rp, dòng điện khó tản vào đất, nên dòng điện đi vào trạm khá cao, điều này tăng xác suất sự cố sét đánh gây nguy hiểm cho trạm

Nếu tăng tiết diện dây chống sét, tức giảm Rs, dòng điện vào trạm giảm, tuy nhiên khi sét đánh tại những điểm cách xa trạm,do điện trở Rs giảm nên việc chặn dòng điện vào trạm sẽ giảm, từ đó cũng làm tăng xác suất sự cố sét đánh gây nguy hiểm cho trạm

Khi tăng điện trở nối đất trạm biến áp R1, dòng điện vào trạm sẽ cao, nhưng ít làm thay đổi xác suất gây nguy hiểm cho trạm

PHẦN IV:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] ANSI/IEEE Std 80-1986 IEEE guide for safety in AC substation grounding

[2] E.IA Riabkova.- Grounding on high voltage electrical equipments and apparatuses.- Publisher “Energy”.-Moscow -1978

[3] A P Sakis Meliopoulos.- Power system grounding and transients New York and Basel

[4] L.W.Bewley.- Traveling waves on Transmission Systems.-Dover Publications, Inc., New York

[5] J.P Bickford and Others.- Computation of Power System Transients.-1976 [6].M.I.Lorentzou, N.D.Hatziargyriou – Modelling of Long Grounding Conductors Using EMTP – IPST ’99 – International Conference on Power Systems Transients, June 20-24, 1999, Budapest – Hungary

[7] M.I.Lorentzou, N.D Hatziargyriou.- Overview of Grounding Electrode Modes and Their Representation in Digital Simulations International Conference on Power Systems Transients, IPST 2003 in New Orleans, USA

[8] Ho Van Nhat Chuong Fast calculating formulas of current passing through grounding system of high voltage substation when lightning strikes at the grounding wire of transmission lines Science and technology Development, No 9, Volume 11, pp 34-41; 2008, Vietnam [9] Ho Van Nhat Chuong Formulas for Calculating Physical Grounding Resistance of Grounding Wire – Electric Pole system of High Voltage Transmission lines POWERCON 2008 and 2008 IEEE power India Conference, New Delhi, INDIA, October 12-15, 2008

DÒNG ĐIỆN ĐI QUA NỐI ĐẤT CỦA TRẠM BIẾN ÁP CAO THẾ KHI CÓ SÉT ĐÁNH TRÊN ĐƯỜNG DÂY CHỐNG

SÉT 1 Khảo sát dòng điện vào trạm biến áp 1 khi xét tới ảnh hưởng Rp:

Khảo sát với các thông số mạch điện: • Điện trở nối đất dọc đường dây thay đổi từ 5÷40(Ω), khoảng thay đổi 5(Ω) • Điện trở nối đất trạm biến áp 1: R1 = 1(Ω)

• Dây chống sét ПC-25: Rs = 6.32(Ω/km) • Số khoảng vượt: n=100

Hình 4.1: Đồ thị dòng điện (tính bằng %) qua trạm biến áp 1 theo vị trí sét đánh k

Bảng 4.3: Dòng điện (tính bằng %) qua trạm biến áp 1 theo vị trí sét đánh

Vị trí sét đánh

%I (Rp=5)

%I (Rp=10)

%I (Rp=15)

%I (Rp=20)

%I (Rp=25)

%I (Rp=30)

%I (Rp=35)

%I (Rp=40)0 78.7668 82.8845 85.1234 86.6071 87.6913 88.5320 89.2105 89.77401 45.2183 55.8421 61.6183 65.4462 68.2436 70.4126 72.1630 73.61692 25.9589 37.6227 44.6036 49.4557 53.1090 56.0017 58.3732 60.3677

5 4.9113 11.5057 16.9181 21.3408 25.0314 28.1742 30.8965 33.28796 2.8195 7.7518 12.2465 16.1266 19.4800 22.4079 24.9924 27.29697 1.6186 5.2226 8.8649 12.1863 15.1599 17.8218 20.2166 22.38418 0.9292 3.5187 6.4170 9.2088 11.7978 14.1743 16.3533 18.35569 0.5334 2.3706 4.6451 6.9588 9.1814 11.2733 13.2283 15.0520

Hình 4.2: Độ suy giảm dòng điện (%I) vào trạm theo vị trí sét đánh k

Bảng 4.4: Độ suy giảm dòng điện (%I) vào trạm theo vị trí sét đánh k khi điện trở nối đất dọc đường dây Rp giảm

Vị trí sét đánh

Dòng giảm

(%I) (Rp=5)

Dòng giảm (%I) (Rp=10)

Dòng giảm (%I) (Rp=15)

Dòng giảm (%I) (Rp=20)

Dòng giảm (%I) (Rp=25)

Dòng giảm (%I) (Rp=30)

Dòng giảm (%I) (Rp=35) 0 -11.0072 -6.8895 -4.6506 -3.1669 -2.0827 -1.242 -0.5635 1 -28.3986 -17.7749 -11.9987 -8.1707 -5.3733 -3.2043 -1.4539 2 -34.4088 -22.7451 -15.7641 -10.9121 -7.2588 -4.3661 -1.9945 3 -34.6006 -24.1554 -17.2158 -12.1309 -8.1723 -4.9630 -2.2845

6 -24.4774 -19.5451 -15.0504 -11.1703 -7.8169 -4.8890 -2.3045 7 -20.7655 -17.1615 -13.5192 -10.1978 -7.2243 -4.5623 -2.1676 8 -17.4263 -14.8369 -11.9385 -9.1467 -6.5578 -4.1812 -2.0022 9 -14.5186 -12.6814 -10.4069 -8.0932 -5.8707 -3.7787 -1.8237 10 -12.0368 -10.7458 -8.9806 -7.0845 -5.1979 -3.3769 -1.6425 11 -9.9458 -9.0455 -7.6876 -6.1479 -4.5610 -2.9905 -1.4659 12 -8.1990 -7.5750 -6.5381 -5.2971 -3.9726 -2.6284 -1.2983 13 -6.7482 -6.3177 -5.5308 -4.5370 -3.4385 -2.2954 -1.1425 14 -5.5480 -5.2521 -4.6580 -3.8665 -2.9604 -1.9936 -0.9998

2 Thay đổi thông số điện trở nối đất trạm, ta khảo sát dòng điện vào trạm khi có sự cố sét đánh

Khảo sát với các thông số mạch điện: • Điện trở nối đất dọc đường dây thay đổi từ 5÷40(Ω), khoảng thay đổi 5(Ω) • Điện trở nối đất trạm biến áp 1: R1 = 0.1(Ω)

• Dây chống sét ПC-25: Rs = 6.32(Ω/km) • Số khoảng vượt: n=100

Hình 4.3: Đồ thị dòng điện (tính bằng %) qua trạm biến áp 1 theo vị trí sét đánh k

Vị trí sét đánh

%I (Rp=5)

%I (Rp=10)

%I (Rp=15)

%I (Rp=20)

%I (Rp=25)

%I (Rp=30)

%I (Rp=35)

%I (Rp=40)0 97.3751 97.9768 98.2824 98.4771 98.6158 98.7212 98.8050 98.87371 55.9010 66.0102 71.1437 74.4161 76.7453 78.5165 79.9241 81.07892 32.0916 44.4733 51.4988 56.2339 59.7252 62.4469 64.6512 66.48683 18.4231 29.9632 37.2784 42.4942 46.4797 49.6662 52.2968 54.52084 10.5763 20.1872 26.9847 32.1115 36.1717 39.5013 42.3033 44.70845 6.0716 13.6008 19.5335 24.2657 28.1497 31.4168 34.2194 36.66206 3.4856 9.1633 14.1397 18.3368 21.9068 24.9869 27.6804 30.06387 2.0010 6.1736 10.2353 13.8566 17.0485 19.8729 22.3908 24.65318 1.1487 4.1594 7.4090 10.4710 13.2676 15.8057 18.1121 20.21619 0.6595 2.8023 5.3632 7.9126 10.3251 12.5708 14.6510 16.5777

Hình 4.4: Độ suy giảm dòng điện (%I) vào trạm theo vị trí sét đánh k

trở nối đất dọc đường dây Rp giảm

Vị trí sét đánh

Dòng giảm

(%I) (Rp=5)

Dòng giảm (%I) (Rp=10)

Dòng giảm (%I) (Rp=15)

Dòng giảm (%I) (Rp=20)

Dòng giảm (%I) (Rp=25)

Dòng giảm (%I) (Rp=30)

Dòng giảm (%I) (Rp=35) 0 -1.4987 -0.8969 -0.5914 -0.3966 -0.2580 -0.1525 -0.0687 1 -25.1780 -15.0687 -9.9353 -6.6629 -4.3336 -2.5625 -1.1548 2 -34.3952 -22.0135 -14.988 -10.2529 -6.7616 -4.0399 -1.8356 3 -36.0977 -24.5577 -17.2424 -12.0266 -8.0411 -4.8546 -2.2240 4 -34.1321 -24.5213 -17.7237 -12.5969 -8.5368 -5.2071 -2.4051 5 -30.5904 -23.0613 -17.1286 -12.3964 -8.5123 -5.2453 -2.4426 6 -26.5782 -20.9005 -15.9241 -11.7270 -8.1569 -5.0769 -2.3834 7 -22.6521 -18.4794 -14.4178 -10.7965 -7.6046 -4.7801 -2.2622 8 -19.0674 -16.0567 -12.8071 -9.7452 -6.9486 -4.4105 -2.1040 9 -15.9183 -13.7754 -11.2146 -8.6651 -6.2526 -4.0069 -1.9267 10 -13.2156 -11.7061 -9.7119 -7.6149 -5.5589 -3.5962 -1.7428 11 -10.9302 -9.8755 -8.3373 -6.6292 -4.8943 -3.1958 -1.5609 12 -9.0165 -8.2843 -7.1070 -5.7269 -4.2748 -2.8170 -1.3866 13 -7.4244 -6.9187 -6.0235 -4.9159 -3.7089 -2.4661 -1.2232 14 -6.1058 -5.7580 -5.0810 -4.1972 -3.1997 -2.1465 -1.0728

3 Thay đổi thông số dây chống sét, ta khảo sát dòng điện vào trạm khi có sự cố

sét đành

Khảo sát với các thông số mạch điện: • Điện trở nối đất dọc đường dây thay đổi từ 5÷40(Ω), khoảng thay đổi 5(Ω) • Điện trở nối đất trạm biến áp 1: R1 = 1(Ω)

• Dây chống sét ПC-95: Rs = 1.88(Ω/km) • Số khoảng vượt: n=100

Bàng 4.7: Dòng điện (tính bằng %) qua trạm biến áp 1 theo vị trí sét đánh

Vị trí sét đánh

%I (Rp=5)

%I (Rp=10)

%I (Rp=15)

%I (Rp=20)

%I (Rp=25)

%I (Rp=30)

%I (Rp=35)

%I (Rp=40)0 64.1047 70.7230 74.3627 76.7978 78.5907 79.9894 81.1237 82.07001 47.2339 56.9628 62.3131 65.8928 68.5284 70.5844 72.2519 73.64302 34.8031 45.8798 52.2161 56.5362 59.7543 62.2852 64.3503 66.08123 25.6437 36.9532 43.7551 48.5082 52.1037 54.9618 57.3128 59.29594 18.8949 29.7634 36.6651 41.6202 45.4326 48.4995 51.0450 53.20735 13.9222 23.9725 30.724 35.7103 39.6156 42.7970 45.4626 47.74396 10.2582 19.3083 25.7456 30.6395 34.5435 37.7650 40.4908 42.84157 7.5585 15.5516 21.5738 26.2888 30.1207 33.3247 36.0626 38.44248 5.5693 12.5258 18.0781 22.5559 26.2642 29.4064 32.1188 34.49519 4.1036 10.0887 15.1487 19.3530 22.9015 25.9489 28.6062 30.953110 3.0236 8.1258 12.6941 16.6050 19.9693 22.8979 25.4778 27.774811 2.2279 6.5448 10.6372 14.2471 17.4125 20.2056 22.6915 24.922812 1.6416 5.2714 8.9135 12.2241 15.1831 17.8298 20.2099 22.363713 1.2095 4.2458 7.4692 10.4883 13.2391 15.7334 17.9997 20.067414 0.8912 3.4197 6.2589 8.9990 11.5441 13.8835 16.0312 18.0068

Bảng 4.8: Độ suy giảm dòng điện (%I) vào trạm theo vị trí sét đánh k khi điện

trở nối đất dọc đường dây Rp giảm

Vị trí sét đánh

Dòng giảm

(%I) (Rp=5)

Dòng giảm (%I) (Rp=10)

Dòng giảm (%I) (Rp=15)

Dòng giảm (%I) (Rp=20)

Dòng giảm (%I) (Rp=25)

Dòng giảm (%I) (Rp=30)

Dòng giảm (%I) (Rp=35) 0 -17.9654 -11.3471 -7.7074 -5.2723 -3.4793 -2.0807 -0.9463 1 -26.4091 -16.6802 -11.3298 -7.7502 -5.1146 -3.0586 -1.3911 2 -31.2781 -20.2014 -13.8651 -9.5450 -6.3269 -3.7960 -1.7309 3 -33.6521 -22.3427 -15.5408 -10.7876 -7.1922 -4.3341 -1.983 4 -34.3124 -23.4439 -16.5422 -11.5871 -7.7747 -4.7078 -2.1623 5 -33.8216 -23.7714 -17.0199 -12.0336 -8.1282 -4.9469 -2.2812 6 -32.5832 -23.5332 -17.0959 -12.2019 -8.2980 -5.0764 -2.3507 7 -30.8839 -22.8909 -16.8686 -12.1536 -8.3218 -5.1178 -2.3798 8 -28.9258 -21.9693 -16.4171 -11.9392 -8.2309 -5.0887 -2.3764 9 -26.8495 -20.8644 -15.8044 -11.6001 -8.0517 -5.0042 -2.3469 10 -24.7512 -19.6490 -15.0807 -11.1698 -7.8055 -4.8769 -2.2970 11 -22.6950 -18.3780 -14.2857 -10.6757 -7.5103 -4.7173 -2.2314