Tốc độ di chuyên trung bình của tỉa tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng I,5.Ifcm/s, các lần phóng điện sau thi tốc độ tăng lên khoảng 2.10°em/s trong một đợt sét đánh có thể có
Khái niệm chưng 2.2222 5 1.1.2 Tỉnh hình dông sét ở Việt Nam 6 1.2 Ảnh hướng của hiện tượng dông sét tới hệ thống điện Việt Nam
Dông sét là hiện tượng thiên nhiên đặc trưng bởi sự phóng tia lửa điện khi khoảng cách giữa các điện cực đạt khoảng 5km Hiện tượng này bao gồm hai loại phóng điện chính: giữa các đám mây tích điện và giữa các đám mây tích điện với mặt đất Bài viết này sẽ tập trung nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện và mặt đất.
(phóng điện mây-đất) Vì hiện tượng phóng điện này gây ảnh hưởng trực tiếp tới hệ thống điện
Các đám mây tích điện với mật độ cao tạo ra cường độ điện trường lớn, dẫn đến dòng điện phát triển hướng về mặt đất Giai đoạn nảy là giai đoạn phóng điện tiên đạo, với tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5 km/s Tốc độ này sẽ tăng lên ở các lần phóng điện tiếp theo.
Trong một đợt sét đánh, có thể xảy ra nhiều lần phóng điện liên tiếp do sự hình thành nhiều trung tâm điện tích trong cùng một đám mây, và các trung tâm này sẽ lần lượt phóng điện xuống đất với tốc độ 2.10°em/s.
Tia tién đạo là môi trường Plasma với điện tích lớn, nơi đầu tia kết nối với trung tâm điện tích của đám mây, cho phép một phần điện tích này di chuyển vào tia Điện tích được phân bố đều theo chiều dải xuống mặt đất Dưới tác động của điện trường, điện tích khác dấu sẽ tập trung trên mặt đất, với vị trí tập kết phụ thuộc vào khả năng dẫn điện của đất Nếu đất dẫn điện đồng nhất, điểm nảy sẽ nằm ngay dưới đầu tia, trong khi nếu đất không đồng nhất, điện tích sẽ tập trung ở vùng có khả năng dẫn điện cao Quá trình phóng điện diễn ra theo đường sức nối giữa đầu tia và nơi tập trung điện tích, xác định trước địa điểm sét đánh trên mặt đất.
Để định hướng phóng điện sét, cần tạo ra khu vực có mật độ điện cao, từ đó bảo vệ các công trình khỏi sét đánh trực tiếp Tốc độ phát triển của phóng điện ngược (n) và mật độ điện trường (d) trong tỉa tiên đạo có thể được tính toán bằng công thức: điện tích đi vào đất là is = n.d trong một đơn vị thời gian Công thức này áp dụng cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt với điện trở nhỏ.
Tham số chính của phóng điện sét là dòng điện sét, có biên độ và độ đốc phân bố rộng rãi, từ vài kA đến hàng trăm kA Dạng sóng của dòng điện sét là sóng xung kích, với sự gia tăng đột ngột tương ứng với giai đoạn phóng điện ngược.
Khi sét đánh vào thiết bị phân phối tại trạm, nó có thể gây ra quá điện áp khí quyền, dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng như ngắn mạch đầu thanh góp, cháy nổ và mất điện trên diện rộng.
1.1.2 Tỉnh hình dông sét ở Việt Nam
Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét mạnh và đặc điểm dông sét khác nhau ở từng miền Ở miền Bắc, số ngày có dông dao động từ 70 đến 110 ngày mỗi năm, với số lần dông từ 150 đến 300 lần, trung bình mỗi ngày có từ 2 đến 3 cơn dông Móng Cái là vùng có số lần dông cao nhất tại miền Bắc, với khoảng 250 đến 300 lần dông trong 100 đến 110 ngày Tháng 7 và tháng 8 là thời điểm có nhiều dông nhất trong năm.
Một số vùng có địa hình thuận lợi thường là khu vực chuyển tiếp giữa vùng núi và đồng bằng, với số ngày dông có thể lên tới 200 lần và 100 ngày trong một năm Các vùng khác ghi nhận từ 150 đến 200 cơn dông mỗi năm, tập trung trong khoảng 90 đến 100 ngày Nơi có ít dông nhất ở miền Bắc là Quảng Bình, với chỉ dưới 80 ngày dông mỗi năm.
Mùa đông ở Việt Nam không đồng nhất giữa các vùng, với Bắc Bộ có mùa đông kéo dài từ tháng 5 đến tháng 9 Trong khi đó, khu vực ven biển Trung Bộ, từ Bình Định trở vào, có số ngày đông rất ít, chỉ khoảng 10 ngày/tháng vào tháng 5, như Tuy Hòa 10 ngày, Nha Trang 8 ngày, và Phan Thiết 13 ngày Ngược lại, miền Nam, đặc biệt là đồng bằng Nam Bộ, lại có số ngày đông nhiều nhất, dao động từ 120 đến 140 ngày/năm, với thành phố Hồ Chí Minh có khoảng 138 ngày/năm và Hà Tiên 129 ngày/năm.
Việt Nam là quốc gia chịu ảnh hưởng lớn từ hiện tượng đông sét, gây ra nhiều bất lợi cho hệ thống điện Điều này yêu cầu ngành điện phải đầu tư đáng kể vào các thiết bị chống sét Hơn nữa, các nhà thiết kế cần chú trọng trong việc tính toán và thiết kế các công trình điện để đảm bảo hệ thống vận hành hiệu quả, kinh tế, và cung cấp điện liên tục, tin cậy.
1.2 Ảnh hướng của hiện tượng dông sét tới hệ thống điện Việt Nam
Dòng sét có thể đạt biên độ lên đến hàng trăm kA, tạo ra nhiệt lượng lớn khi đi qua các vật thể Đã có trường hợp dây tiếp địa bị nóng chảy và đứt do chất lượng đất kém khi bị tác động của dòng điện sét Các cách điện bằng sứ cũng có thể bị vỡ và chảy ra như nhũ thạch khi chịu ảnh hưởng của sét Phóng điện sét không chỉ gây ra sự di chuyển lớn của điện tích mà còn tạo ra điện từ trường mạnh, gây ra nhiễu loạn cho các thiết bị điện tử và ảnh hưởng đến khu vực rộng lớn, thậm chí lên đến hàng trăm km.
Khi sét đánh vào đường dây điện hoặc gần đó, sóng điện tử sẽ truyền dọc theo đường dây, gây ra quá điện áp và làm hỏng cách điện Sự cố này có thể dẫn đến ngắn mạch pha-đất hoặc pha-pha, buộc các thiết bị bảo vệ phải hoạt động Đối với các đường dây truyền tải công suất lớn, việc ngắt mạch có thể gây mất ổn định cho hệ thống, và nếu các hệ thống tự động không kịp thời xử lý, có thể dẫn đến rã lưới Ngoài ra, sóng sét cũng có thể truyền từ đường dây vào trạm biến áp, gây phóng điện trên cách điện, tương đương với ngắn mạch trên thanh góp và gây ra hậu quả nghiêm trọng Nếu chống sét van tại đầu cực máy biến áp không hoạt động hiệu quả, cách điện của máy biến áp có thể bị chọc thủng, dẫn đến thiệt hại lớn.
Sự cô do sét có ảnh hưởng lớn đến sự cố lưới điện, khiến nó trở thành mối nguy hiểm chính đe dọa hoạt động của hệ thống điện.
Nghiên cứu về tình hình dông sét tại Việt Nam cho thấy ảnh hưởng của dông sét đến hoạt động của lưới điện là rất lớn Việc tính toán và thiết kế các biện pháp chống sét cho lưới điện và trạm biến áp là cần thiết nhằm nâng cao độ tin cậy trong vận hành hệ thống điện Đề án môn học Kỹ thuật điện cao áp sẽ tập trung vào vấn đề này.
CHƯƠNG 2 BẢO VỆ CHÓNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP
BAO VE CHONG SET ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM
Lý thuyết về tính chiều cao cột và phạm vi bảo vệ
2.3.1 Pham vi bao vệ của một cột thu lôi
Phạm vi bảo vệ của cột thu lôi có chiều cao h được mô tả bằng hình chóp tròn xoay, với đường sinh được xác định theo công thức: r = 1,6(h - h) x h x + ox a.
Hinh 2.1 Pham vi bao vé cho một cột thu lôi Trong đó: - h: chiều cao cột thu lôi
-h„: chiêu cao cân được bảo vệ
Trong tính toán, đường sinh được đưa về dạng đường gãy khúc ABC được xác định như sau: Đề án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Hình 2.2 Phạm vỉ báo vệ của một thu lôi (đường sinh gấp khúc) Bán kính bảo vệ rx được tính như sau: é 2
BN sth ` cứu — sha gel )=l,5h-l87Sh, 8h
Các công thức trên chỉ để sử dụng cho hệ thống thu sét có độ cao h < 30m Khi h > 30m ta cần hiệu chỉnh các công thức đó theo hệ số p, với 55
Phụ 2.3.2 Phạm vi bảo vệ cầu hai hay nhiều cột thu lôi
2.3.2.1 Pham vi bao vệ của hai cột thu lôi a Hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau
Xét 2 cột thu lôi có độ cao bằng nhau h:=h=h, cách nhau 1 khoảng a Đề án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Khi chiều cao của hai cột thu lôi bằng nhau và khoảng cách giữa chúng là a = 7h, mọi vật nằm trên mặt đất ở khoảng giữa hai cột sẽ không bị sét đánh vào.
+ Khi a < 7h thi khoảng giữa 2 cột sẽ bảo vệ được cho độ cao lớn nhất hạ được xác định như sau: h = h - a ° 7
Các công thức được áp dụng cho hệ thống chống sét có độ cao dưới 30m Đối với hệ thống có độ cao từ 30m trở lên, các công thức cần được điều chỉnh theo hệ số p đã đề cập Ngoài ra, cần lưu ý khi có hai cột thu lôi với độ cao khác nhau.
Xét 2 cột thu lôi có độ cao hị và ie, cách nhau Í khoảng a được bố trí như hình Đề án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu lôi có độ cao khác nhau
2.3.2.2 Phạm vi bảo vệ cho nhiều cột thu lôi
Đối với các công trình có mặt bằng rộng, việc sử dụng một hoặc một vài cặp cột sẽ gặp khó khăn trong thi công lắp đặt do độ cao lớn của cột Vì vậy, cần thiết phải sử dụng nhiều cột thu sét để giảm độ cao Phạm vi bảo vệ bên ngoài được xác định bởi từng đôi cột, với yêu cầu khoảng cách a < 7h Không cần thiết phải vẽ phạm vi bảo vệ bên trong đa giác hình thành bởi các cột thu sét, mà chỉ cần kiểm tra các điều kiện an toàn.
Cua nhém 3 và nhom 4 cột thu 161 có cùng độ cao, và phạm vi bảo vệ của chúng được xác định trong đa giác Để vật có độ cao h nằm trong khu vực bảo vệ này, nó cần phải thỏa mãn các điều kiện cụ thể.
15 Đề án môn học Kỹ thuật điện cao áp D to 34+ 38, 21+ 44, 38 X.295 Cw) Đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác đỉnh là:
TA 3 ` 5,73 (m Độ cao hiệu dụng của nhóm 2 là: _ > D; _ 45,82 (m) l2 8 8
Tính toán tương tự cho các đa giác còn lại ta có bảng sau:
Bảng 2.1 Chiều cao hữu dụng của các nhóm cột phía 110kV phương án l Đa giác ¡ am) | bím) | cứm) | pám) | D(m) | ha(m) | hạ ma, (m) 26-27-33-32:
16-25-26 3727 | 20 | 44.38 [50.825 [44.71 | 5.59 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
20 Đề án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Nhén xét: Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột nay la: hạa-max = 5,73 (m)
Để đảm bảo an toàn và thuận tiện trong thi công, chiều cao tối đa cần bảo vệ đối với nhóm cột thu sét là 17m, được tính từ độ cao 10,4m cộng với 5,73m, tổng cộng là 16,13m Việc nâng cột lên 17m không chỉ tăng cường độ an toàn cho thiết bị mà còn hỗ trợ hiệu quả trong quá trình thi công.
Ta chia 24 cột phía 220kV thành I3 hình chữ nhật và 4 hình tam giác
+ Có 4 nhóm cột tạo thành hình chữ nhật bằng nhau: (1,2,6,7), (2.3,8,7), (3.4,9,8),
+ Có § nhóm cột tạo thanh hinh chit nhat bang nhau: (6,7,12,11), (7,8,13,12),
+ Có 2 nhóm cột tạo thành hình tam giác vuông bằng nhau: (18,21,22), (19,23,24)
+ Có 2 nhóm cột tạo thành hình tam giác bằng nhau: (17,18,21), (19,20,24)
Tính toán tương tự như phía 1 I0kV cho các đa giác ta có bảng sau:
Bảng 2.2 Chiều cao hữu dụng của các nhóm cột phía 220kV phương án l Đa giác a(m) b(m) c(m) | p(m) | Dim) | ba (m) | ba - max(m)
21 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Nhận xét: Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột nay la:
Chiều cao tối đa cần bảo vệ ở phía 220kV là 16,4m, cộng với chiều cao tối đa của cột thu sét là 5,06m, dẫn đến chiều cao tổng cộng cần thiết là 21,46m Để đảm bảo thuận tiện trong thi công và nâng cao độ an toàn cho thiết bị, cột thu sét được nâng lên tới 22m.
+ Bước 3: Tính toán phạm vi bảo vệ cột thu lôi
Chúng tôi chỉ xem xét phạm vi bảo vệ của các cột thu sét dọc theo đa giác đỉnh, vì khu vực bên trong đã được bảo vệ Chiều cao của các cột thu sét nhỏ hơn 30m, do đó trong công thức tính toán, không cần nhân với hệ số hiệu chỉnh p.
- Pham vi bao vé cua cac c6t phia 110kV cao 17m:
Bán kính bảo vệ cho độ cao Ix = 10,4 (m) Ia:
3 Bán kính bảo vệ cho d6 cao Ix = 8,4 (m) Ia:
Do hx = 8,4 m< ? 17 = lI,3 (m) nên Tzœ4) = I,5.17 — I,875.8,4 = 9,75 (m)
3 Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 22m Bán kính bảo vệ cho độ cao Ix = 16,4 (m) Ia:
3 Bán kính bảo vệ cho độ cao Ix = 10,4 (m) Ia:
22 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp ¢ Tinh ban kính bảo vệ của các cấp cột biên:
+ Xét cặp cột (25-31) có d6 cao ns = lái = 17m va đặt cách nhau một khoảng là a= 16m
Do a= 16m < 7h2s= 7.17 = 119 (m) nén chiều cao lớn nhất được bảo vệ giữa 2 cột là: hosai =h- = 17- “= 1471 (m)
Bán kính bảo vệ cho độ cao h‹ = 10,4m valk = 8,4m Ia:
Nén: rox25-31(8,4) = 1,5-ho2s-31 — 1,875 hy = 1,5.14,71 — 1,875.8,4 = 6,32 (m) -_ Phía 220kV:
+ Xét cặp cột (1-2) có độ cao hy = hạ = 22m và đặt cách nhau một khoảng là a 34m i Do a= 34m < 7h = 7.22 = 154 (m) nên chiều cao lớn nhất được bảo vệ giữa 2 cột a hoa =h-"" -! a = 17,14 (m)
Bán kính bảo vé cho d6 cao h, = 16,4m vah,,4m la:
+ Xét cap cdt (16-25) cd d6 cao hic = 22m va hes = 17m va đặt cách nhau một khoảng là a = 37,27m
23 Đề án môn học Kỹ thuật điện cao áp Bán kính bảo vệ của cột hị¿ cho độ cao hạ; là:
24 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Nên r„ = 0,75.(22-17) = 3,75 (m)
Khoảng cách giữa cột hzs và cột giả tưởng có cùng độ cao là 33,52 mét, được tính bằng công thức a = a - x = 37,27 - 3,75 Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột này là h = h - ®# - ””2lI (m).
Bán kính bảo vé cho d6 cao bx = 10,4 m la:
Bán kính bảo vé cho d6 cao h, = 8,4 m 1a:
Tính toán cho các cặp cột biên còn lại đã cho kết quả được trình bày trong bảng 2.3, thể hiện kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên theo phương án.
Phia ôep hệm) | a(m) | hàm) | 5 Po) | hy Gm) | rm) | hm) |r (mm)
26 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Pham vì hảo vệ của hx=l6 4m
Phưm vỉ bảo vệ của hx-10,4m
Hình 2.8 Phạm vi bảo vệ của phương án Í Kết luận: Phương án bảo vệ thỏa mãn yêu cầu đặt ra
Tổng chiều dai kim thu sét lả:
+ Bước I: Ta bế trí 31 cột thu sét ở các vị trí như hình vẽ sau:
Phía 220kV bế trí 19 cột, trong đó có 5 cột trên xà đón dây có độ cao I6,4m, 4 cột trên xà máy biến áp cao 16,4 m, 10 cột trên xà thanh góp cao 10,4m
Phía LI0kV bế trí 12 cột, trong đó 6 cột trên xà đón dây có độ cao 10,4m, 6 cột trên xà thanh góp cao 8,4m
27 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp § "“ & : ơ đ.m
Hình 2.9 Bồ trí các cột thu sét của phương án 2 + Bước 2: Tính chiều cao hiệu dụng của các cột thu lôi:
Do cấu trúc của các cột thu lôi tạo thành lưới cột, chúng ta sẽ phân chia lưới cột thành các nhóm đa giác Tiếp theo, cần tính toán độ cao hiệu dụng hạ của từng nhóm cột dựa trên các điều kiện đã được xác định.
8 Trong đó: D là đường kính của đường tròn ngoại tiếp đa giác đính a
28 Đề án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Hinh 2.10 Chia da giac cho vi trí đặt các cột thụ sét cho phương an 2
Tính toán tương tự phương an 1, ta co bang sau:
Bảng 2.4 Chiều cao hữu dụng của các nhóm cột phía 110kV phương án 2
29 Đa giác am) | bím) | c(m) | p(m) | Dim) | ba(m) | ha max (m)
30 | 216 Đề án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Nhén xét: Ta thay chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột nay la: ha-max= 5,73 (m)
Để đảm bảo an toàn cho thiết bị ở độ cao lớn nhất cần bảo vệ tại trạm 110kV là 16,13 m, chiều cao của các nhóm cột thu sét nên được nâng lên Cụ thể, chiều cao cột được tính bằng h = h₀ + bₓmax = 10,4 + 5,73 Việc nâng cột không chỉ thuận tiện cho thi công mà còn tăng cường độ an toàn cho thiết bị.
Bảng 2.5 Chiều cao hữu dụng của các nhóm cột phía 220kV phương án 2 Đa giác a(m) bm) | cm) | p(m) | Dim) | ha (m) | ha -max(m)
Nhận xét: Ta thay chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột nay la: ha.ma„ = 6,01 (m)
Chiều cao tối đa cần bảo vệ cho hệ thống 220kV là 16,4m, cộng với chiều cao bảo vệ an toàn 6,01m, tổng cộng là 22,41m Để đảm bảo thuận tiện trong thi công và tăng cường an toàn cho thiết bị, chiều cao của các cột thu sét được nâng lên tới 23m.
30 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao ap + Bước 3: Tính toán phạm vi bảo vệ cột thu lôi
Chúng tôi chỉ xem xét phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên dọc theo đa giác đỉnh, vì diện tích bên trong đã được bảo vệ Chiều cao của các cột thu sét nhỏ hơn 30m, do đó trong công thức tính, không cần nhân với hệ số hiệu chỉnh p.
- Pham vi bao vệ của các cột phía 110KV cao 17m:
Ban kinh bao vé cho dé cao bk = 10,4 (m) là:
3 Bán kính bảo vệ cho d6 cao hk = 8,4 (m) là:
3 Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 23m Bán kính bảo vệ cho độ cao h = 16,4 (m) là:
3 Ban kính bảo vệ cho độ cao h = 10,4 (m) là:
Do hx= 10,4 m < ?23 = 15,33 (m) nên rx(io4)= l,5.23 — I,875.10,4 = L5 (m)
31 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp ¢ Tinh ban kính bảo vệ của các cấp cột biên:
Tớnh toỏn tương tự phương ỏn ẽ ta cú bảng sau:
Bảng 2.6 Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên phương án 2
Cặp cột h(m) | am) | ho(m) 2 yh) h„ (m) | t„(m) | h„(m) | r,„(m)
32 Đề án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Pham vì bảo vệ Plươn vì bạn: về của hx,4m lx-16.4m
Hinh 2.11 Pham vi bao vệ của phương án 2 Kết luận: Phương án báo vệ thỏa mãn yêu cầu đặt ra
Tổng chiều dai kim thu sét lả:
33 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp 2.5 Chọn phương án tối ưu
Cả hai phương án đều đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, tuy nhiên, để lựa chọn, cần xem xét đến yếu tố kinh tế Phương án tối ưu là phương án có tổng chiều cao cột thu sét nhỏ nhất.
Bảng 2.7 So sánh 2 phương án
GV Phương án Phuong an | Phương án 2 Chỉ tiêu >
Dựa vào bảng so sánh, phương án l có số lượng cột và tổng chiều dài kim thu sét lớn hơn phương án 2 Vì vậy, chúng tôi quyết định chọn phương án 2 để thi công.
34 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao ap
THIET KE HE THONG NOI DAT AN TOAN CHO TRAM
Bộ phận nối đất là phần cuối cùng của mạch chồng sét, bao gồm một vật kim loại bất kỳ được chôn sâu xuống đất, có khả năng dẫn điện và tạo ra điện trở Nhiều bộ phận nối đất kết hợp lại tạo thành hệ thống nối đất, có nhiệm vụ tản dòng điện sét xuống đất để giữ cho điện thế trên vật nối đất ở mức an toàn Hệ thống này rất quan trọng trong việc bảo vệ quá điện áp, bao gồm các thành phần như nồi đất của trạm, cột thu lôi, đường dây và thiết bị chống sét Trong hệ thống điện, có ba loại nối đất khác nhau.
Nối đất làm việc đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo thiết bị hoạt động bình thường theo chế độ đã quy định Loại nối đất này bao gồm nối đất điểm trung tính của máy biến áp trong hệ thống, nối đất cuộn thứ cấp của máy biến áp đo lường, các kháng điện bù ngang cho tải điện xa, và nối đất cho thiết bị chống sét.
Nối đất an toàn là biện pháp quan trọng nhằm bảo vệ người dùng khi hệ thống cách điện gặp sự cố Việc thực hiện nối đất bao gồm kết nối tất cả các bộ phận kim loại không mang điện như vỏ máy biến áp, vỏ động cơ, vỏ máy cắt và các giá đỡ kim loại Khi cách điện bị hỏng, những bộ phận này có thể mang điện, nhưng nhờ vào hệ thống nối đất, điện thế được duy trì ở mức an toàn, giúp ngăn chặn nguy cơ gây nguy hiểm đến tính mạng con người khi tiếp xúc.
Nối đất chống sét là biện pháp quan trọng nhằm tản dòng điện sét xuống đất khi có sét đánh vào cột thu lôi hoặc đường dây, giúp duy trì điện thế an toàn trên thân cột Điều này hạn chế phóng điện tới các công trình được bảo vệ Tại các nhà máy điện và trạm biến áp, cần tách rời hệ thống nối đất làm việc và nối đất an toàn để ngăn ngừa điện thế cao khi có dòng ngắn mạch lớn hoặc dòng điện sét Tuy nhiên, thực tế cho thấy việc tách rời này gặp nhiều khó khăn, do đó thường sử dụng một hệ thống nối đất chung cho cả hai nhiệm vụ Hệ thống nối đất cần đảm bảo có điện trở nối đất nhỏ nhất, yêu cầu không vượt quá 0,5 Ω.
Để đảm bảo yêu cầu về nối đất và giảm khối lượng kim loại trong việc xây dựng hệ thống nội đất, cần tận dụng các loại nối đất tự nhiên.
+ Hệ thống dây chống sét, cét,
Kết cấu kim loại trong các công trình xây dựng bao gồm các yếu tố như móng nhà bằng sắt, ống nước chôn dưới đất và các ống kim loại khác, đảm bảo không chứa các chất dễ gây cháy nổ.
Khi sử dụng nối đất tự nhiên, cần tuân thủ các quy định của quy phạm Nếu điện trở nối đất tự nhiên đáp ứng yêu cầu cho thiết bị có dòng ngắn mạch thấp, không cần thiết phải lắp đặt nối đất nhân tạo Tuy nhiên, đối với các thiết bị có yêu cầu khác, việc lắp đặt nối đất bổ sung có thể cần thiết.
35 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao ap dòng ngắn mạch lớn thì cần phải làm thêm nối đất nhân tạo với điện trở phải nhỏ hơn
3.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống nối đất
3.2.1 Trị số cho phép của điện trớ nối đất
Trị số điện trở nối đất chủ yếu phụ thuộc vào điện trở của lớp đất tại điểm tiếp xúc với bộ phận nối đất khi có dòng điện đi qua, tức là phụ thuộc vào trị số điện trở suất của đất (9m) Ngoài ra, nó còn bị ảnh hưởng bởi hình dạng, kích thước và cách bố trí của bộ phận nối đất trong đất Mức độ an toàn của hệ thống chống sét, hay khả năng tiêu tán dòng điện sét vào đất nhanh chóng, phụ thuộc vào trị số điện trở nối đất; nếu trị số này càng thấp, mức độ bảo vệ an toàn của hệ thống chống sét càng cao.
Giảm điện trở nối đất có thể làm tăng chi phí xây dựng do yêu cầu sử dụng nhiều kim loại Do đó, cần quy định trị số cho phép của điện trở nối đất Hệ thống nối đất phải đáp ứng yêu cầu làm việc của từng thiết bị theo quy phạm.
+ Đối với các thiết bị có điểm trung tính nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất là: R < 0,5 9
Đối với các thiết bị có điểm trung tính cách điện với đất, yêu cầu về điện trở nối đất cần phải đảm bảo rằng R < ?'? ohm, đặc biệt nếu phần đất này chỉ được sử dụng cho thiết bị cao áp.
Nếu hệ thống có điểm trung tính cách điện và sử dụng hệ thống nối đất chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp, yêu cầu về điện trở nối đất cần đảm bảo R < “ “9.
Voi I la dong điện chạm dat, I tùy thuộc vào mỗi trường hợp chạm đất nó có giá trị khác nhau
Đất là môi trường phức tạp, không đồng nhất về kết cấu và thành phần, dẫn đến điện trở suất của đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần muối, axit, độ ẩm và nhiệt độ Thay đổi khí hậu theo mùa ảnh hưởng đến độ ẩm và nhiệt độ của lớp đất bề mặt, trong khi lớp đất sâu có độ dao động về độ ẩm ít hơn Do đó, khi thiết kế hệ thống nối đất, cần chú ý đến giá trị điện trở suất tính toán của đất, được xác định theo công thức cụ thể.
36 Đề án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Trong do: ỉ,: điện trở suất tớnh toỏn của đất
"ỉ;: điện trở suất đo được của đất
-_ kmủa: hệ số mùa, phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu của hệ thống nối đất khi đo đất khô hay âm
Bang 3.1 Bang hé số kinia
Hệ số mùa K ứng ơ ak với cỏc trạng thỏi
Loại nôi đât Dạng cực BỊ —————m——.xxm
Các số liệu dùng để tính toán nối đất: Điện trở suất đo được của đất: m = 94 Ôm Điện trở nối đất của cột đường dây: R; = 10 ©
Dây chống sét sử dụng loại C-70, có điện tro don vi 1a ro = 2,38 O/km
Chiéu dai khoang vuot eta duéng day 220kV 1a: 120 = 414 m
Chiéu dai khoang vwot eta duémg day 110kV la: 1h) = 344 m Điện trở tác dụng của dây chống sét trên một khoáng vượt lả:
Res220 = to lo20 = 2,38.414.10-3 = 0,99 (Q) Resi10 = t.li10 = 2,38.344.10-3 = 0,82 (Q)
Số lộ đường dây trong trạm: Phía 220kV n= 5 lộ
Phía II0kV n= l0 lộ 3.3.1 Nối đất an toàn làm việc
Trạm điện thiết kế là trạm 220kV/1 10kV, là mạng có điểm trung tính trực tiếp nối đât nên yêu cầu của nội đất an toàn là: Rur < 0,5 Ô
Ta có điện trở nối đất của hệ thống là:
TN Đề án môn học Kỹ thuật điện cao áp
NT TN Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao ap
Voi Row: 1d dién trở nối đất tự nhiên
Raur: là điện trở nối đất nhân tạo, yêu cau Ryr See TT ol oy “fe 10 WOOF
Vay ta có điện trở nối đất tự nhiên của toàn trạm lả:
Để thực hiện nối đất nhân tạo, chúng ta sử dụng thanh ngang thép góc 50x50x5mm, được chôn sâu 0,8m xung quanh chu vi khu vực xà tường bao của trạm, cách tường bao Im theo kích thước như trong Hình vẽ 3.
Mạch vòng là hình chữ nhật có kích thước 175x1I30m
39 Đề án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Hình 3.1 Sơ đỗ mạch vòng nhân tạo và tường trạm Điện trở suất của đất: pa= 94 ÔOm Điện trở mạch vòng của trạm là:
L: là chu vi mạch vòng, L = 175.2+130.2 = 610 m ỉ, : điện trở suất tớnh toỏn của đắt đối với thanh làm mạch vũng chụn ở độ sâu t:
Pu R ma Tra bảng 3 l, với thanh ngang chôn sâu 0,8 m, khi đo đất khô, ta có kmủa =l,6:
Pr 1,6 = 150,4 (Om) d: đường kính thanh làm mạch vòng , do thanh bằng thép góc nên : d= 0,95.b= 0,95.50.10' = 0,047Xm}
K: hệ số hình dạng phụ thuộc hình đáng của mạch vòng (l,/);)
Giá trị của K phụ thuộc vào kích thước mạch vòng (l 712 được cho ở bảng sau:
40 Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Bang 3.2 Bang hệ số hình dáng của mạch vòng nổi đất ù 1 1,5 2 3 4
K 5,53 5,81 6,42 8,17 10,4 ro nen gL 175 r ya ALS
Ta có,ứng với tisô ~= —= 1,346 taco hé so hinh dang nhu sau: lạ 130 _ G,81=5,53),346=1)_— k=5,53+ =>
Như vậy điện trở mạch vòng là:
Ta có điện trở nối đất của hệ thống là:
Ta thấy Rụy 0,14 (3)