ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Trang 7 chương2: TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY Đường dây trong HTĐ làm nhiệm vụ truyền tải điện năng đến các hộ dùng điện. Đường dây là phần tử phải hứng chịu nhiều phóng điện sét nhất so với các phần tử khác trong HTĐ. Khi đường dây bị phóng điện sét nếu biên độ dòng sét lớn tới mức làm cho quá điện áp xuất hiện lớn hơn điện áp phóng điện xung kích của cách điệ n sẽ dẫn đến phóng điện và gây ngắn mạch đường dây, buộc máy cắt đầu đường dây phải tác động. Như vậy việc cung cấp điện bị gián đoạn. Nếu điện áp nhỏ hơn trị số phóng điện xung kích của cách điện đường dây thì sóng sét sẽ truyền từ đường dây vào trạm biến áp và sẽ dẫn tới các sự cố trầm trọng tại trạm biến áp. Vì vậy bảo vệ chống sét cho đường dây phải xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế kết hợp với yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu cung cấp điện của đường dây đó. 2.1- LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN. 2.1.1- Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét được thể hiện như ( hình 2-1 ) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Trang 8 h x H×nh 2-1: Ph¹m vi b¶o vÖ cña mét d© y chèn g sÐ t 1,2h 0,6h h x h 0,2h D© y chèn g sÐt Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở mức cao h 2 cũng được tính theo công thức sau: + Khi h x > 2/3h thì b x = 0,6h (1-h x /h ) (2 – 1) + Khi h x ≤ h thì b x = 1,2h (1- h x /0,8h (2 – 2) Chiều dài của phạm vi bảo vệ dọc theo chiều dài đường dây như hình (2– 2 ). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Trang 9 C B A α 2 α 1 H×nh 2-2: Gãc b¶o vÖ cña mét d© y chèn g sÐt. Có thể tính toán được trị số giới hạn của góc α là α = 31 0 , nhưng trong thực tế thường lấy khoảng α = 20 0 ÷ 25 0 . 2.1.2- Xác suất phóng điện sét và số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây. Với độ treo cao trung bình của dây trên cùng (dây dẫn hoặc dây chống sét ) là h, đường dây sẽ thu hút về phía mình các phóng điện của sét trên dải đất có chiều rộng là 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây (l). Từ số lần phóng điện sét xuống đất trên diện tích 1 km 2 ứng với một ngày sét là 0,1÷0,15 ta có thể tính được tổng số lần có sét đánh thẳng vào đường dây (dây dẫn hoặc dây chống sét). N=(0,6÷0,9). h .10 -3 .l.n ng.s (2 – 3) Trong đó: + h: độ cao trung bình của dây dẫn hoặc dây chống sét (m). + l: chiều dài đường dây (km ). + n ng. s :số ngày sét /năm trong khu vực có đường dây đi qua. Vì các tham số của phóng điện sét : biên độ dòng điện (I s ) và độ dốc của dòng điện (a = di s /dt), có thể có nhiều trị số khác nhau, do đó không phải tất cả các lần có sét đánh lên đường dây đều dẫn đến phóng điện trên cách điện. Chỉ có phóng điện trên cách điện của đường dây nếu quá điện áp khí quyển có trị số lớn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Trang 10 hơn mức cách điện xung kích của đường dây. Khả năng phóng điện được biểu thị bởi xác suất phóng điện ( V p đ ). Số lần xảy ra phóng điện sẽ là: N pđ = N. V pđ = ( 0,6÷0,9 ). h . 10 -3 . l . n ng s . V pđ . ( 2 – 4 ) Vì thời gian tác dụng lên quá điện áp khí quyển rất ngắn khoảng 100 μs mà thời gian của các bảo vệ rơle thường không bé quá một nửa chu kỳ tần số công nghiệp tức là khoảng 0,01s. Do đó không phải cứ có phóng điện trên cách điện là đường dây bị cắt ra. Đường dây chỉ bị cắt ra khi tia lửa phóng điện xung kích trên cách điện trở thành hồ quang duy trì bởi điện áp làm vi ệc của đường dây đó. Xác suất hình thành hồ quang (η ) phụ thuộc vào Gradien của điện áp làm việc dọc theo đường phóng điện : η = ƒ(E lv ) ; E lv = U lv /l pđ (kV/m ). Trong đó: + η: xác suất hình thành hồ quang. + U lv : điện áp làm việc của đường dây ( kV ). + l pđ : chiều dài phóng điện ( m). Do đó số lần cắt điện do sét của đường dây là: N cđ = N pđ . η. = (0,6÷0,9). h. n ng .s . V pđ . η. (2 – 5) Để so sánh khả năng chịu sét của đường dây có các tham số khác nhau, đi qua các vùng có cường độ hoạt động của sét khác nhau người ta tính trị số " suất cắt đường dây" tức là số lần cắt do sét khi đường dây có chiều dài 100km. n cđ = ( 0,06÷0,09). h. n ng s . V pđ .η. (2 – 6) Đường dây bị tác dụng của sét bởi ba nguyên nhân sau: + Sét đánh thẳng vào đỉnh cột hoặc dây chống sét lân cận đỉnh cột. + Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. + sét đánh vào khoảng dây chống sét ở giữa khoảng cột. Cũng có khi sét đánh xuống mặt đất gần đường dây gây quá điện áp cảm ứng trên đường dây, nhưng trường hợp này không nguy hiểm bằng ba trường hợp trên. Khi đường dây bị sét đánh trực tiếp sẽ phải chịu đựng toàn bộ năng lượng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Trang 11 của phóng điện sét, do vậy sẽ tính toán dây chống sét cho đường dây với ba trường hợp trên. Cuối cùng ta có số lần cắt do sét của đường dây. n cđ = n c + n kv + n dd ( 2 – 7) Trong đó: + n c : số lần cắt do sét đánh vào đỉnh cột. +n kv : số lần cắt do sét đánh vào khoảng vượt. + n dd : số lần cắt do sét đánh vào dây dẫn. 2.1.2.1 - Các số liệu chuẩn bị cho tính toán. Đường dây tính toán l = 150km. (Ninh Bình – Hà Đông) Xà đỡ kiểu cây thông, lắp trên cột bê tông đơn. Dây chống sét treo tại đỉnh cột. Dây dẫn được treo bởi chuỗi sứ Π- 4,5 gồm 7 bát sứ, mỗi bát sứ cao170mm. Dây chống sét dùng dây thép C-70 có d = 11mm ; r = 5,5mm. Dây dẫn dùng dây AC-120mm có d = 19mm; r = 9,5mm. Khoảng vượt là 150m. 2.1.2.2 - Xác định độ treo cao trung bình của dây chống sét và dây dẫn. Độ treo cao trung bình của dây được xác định theo công thức: h dd = h – 2/3f . (2 – 8) Trong đó: + h: độ cao của dây tại đỉnh cột hay tại khoá néo của chuỗi sứ. + f: độ võng của dây chống sét hay dây dẫn. f dd = γ. l 2 / 8. σ. (2 – 9) γ = p/s =492/120. 1000 = 0,0041. (p : khối lượng 1km dây AC- 120 ,p=492 Kg/Km ; s: tiết diện dây AC- 120 , s= 120 mm 2 .) σ : hệ số cơ của đường dây ở nhiệt độ trung bình , σ = 7,25. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Trang 12 16,2m 12m 1,5m 3m 3m C B A 9,0m 1,2m 1,75m H×nh 2-3: §é cao d© y chèn g sÐt vμ d© y dÉ n . l: chiều dài khoảng vượt của đường dây = 150m. f dd = 0,0041.150 2 /8. 7,25 = 1,5905 m ≈ 1,6 m ở đây ta lấy f dd = 1,8 m. f cs = 1,5 m. Độ treo cao trung bình của dây dẫn theo (2-9) là: h dd cs = h cs – 2/3 f cs = 16,2 – 2/3.1,5 = 15,2m. h dd tbA = h dd A – 2/3 f dd = 12 – 2/3. 1,8 = 10,8 m. h dd tbB = h dd B – 2/3 f dd = 9 – 2/3. 1,8 = 7,8 m. 2.1.2.3- Tổng trở sóng của dây chống sét và dây dẫn. Z dd = 60.ln (2.h dd / r). ( 2 – 10 ) Z dd A = 60. ln [ ( 2. 10,8) / (9,5. 10 -3 ) ] = 463,75 Ω. Z dd B = 60. ln [ ( 2. 7,8 ) / ( 9,5. 10 -3 ) ] = 444,22 Ω. Với dây chống sét ta phải tính tổng trở khi có vầng quang và khi không có vầng quang. + Khi không có vầng quang: Z d cs =60. ln [ ( 2. 15,2 ) / ( 5,5. 10 -3 )] = 517 Ω + Khi có vầng quang, ta phải chia Z d cs cho hệ số hiệu chỉnh vầng quang. λ = 1,3 ( tra bảng 3-3 sách hướng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Trang 13 Z dvq cs = Z d cs / λ = 517/1,3 = 397,69 Ω. 2.1.2.4 - Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn chống sét với các dây pha. Công thức (2 – 11) được xác định theo hình (2 – 4). 2' h 2 D 12 1 (A;B;C) d 12 2 H×nh 2-4: PhÐ p chiÕu g −¬n g q ua mÆt ®Ê t . )( r h ln d D ln K 112 2 2 2 12 12 −= Trong đó: + h 2 : độ cao trung bình của dây chống sét. + D 12 : khoảng cách giữa dây pha và ảnh của dây chống sét. + d 12 : khoảng cách giữa dây chống sét và dây pha. + h 1 : độ cao trung bình của dây dẫn pha. + λ: hệ số hiệu chỉnh vầng quang (λ = 1,3) Theo kết quả tính trước ta có: h dd A = 10,8m ; h dd B = h dd C = 7,8m ; h dd cs = 15,2m. Áp dụng định lý Pitago ta có khoảng cách từ dây chống sét đến các dây pha và từ dây pha đến ảnh của dây chống sét như hình ( 2 – 5). Với pha A: N TT NGHIP K thut in cao ỏp Trang 14 m,,,)IA()ID(d 4645124 2222 12 =+=+= D ' K B C 1,75m A D 4 , 2m 12m 9m 16,2m 16 , 2m K 1,5m Hình 2-5: Xác định khoản g cách theo p hé p chiếu g ơn g q ua mặt đất. m,,)IE()IA(D 046242451 2222 12 =+=+= Vi pha B,C: m,,,)IB()ID(d 41775127 2222 12 =+=+= m,,)IE()IB(D 081818751 2222 12 =+=+= H s ngu hp gia pha A v dõy chng sột : ỏp dng cụng thc (2 11): 197680 1055 2152 464 524 3 , ., ,. ln , , ln K == Khi cú vng quang: K A-cs vq = K A-cs . = 1,3. 0,19768 = 0,257. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Trang 15 Hệ số ngẫu hợp pha B (hoặc pha C )với dây chống sét: 10 1055 2152 417 0818 3 , ., ,. ln , , ln KK csCcsB === − −− Khi có vầng quang : 1303110 ,,.,KK vq csC vq csB === −− 2.1.2.5- Góc bảo vệ của chống sét. Từ hình (2 – 2 ) ta có: 0 65193570 24 51 ,, , , tg AA =α⇒==α 0 66132430 27 751 ,, , , tgtg CBCB =α=α⇒==α=α 2.1.2.6- Số lần sét đánh vào đường dây. Áp dụng công thức (2-4) với l = 100km ; h dd cs = 15,2 m ; n ng.s = 70ngày/ năm ; mật độ sét = 0,15. Ta có: N = 0,15. 6 . 15,2. 70. 100. 10 -3 = 96 lần/ 100km. năm. Từ cơ sở lý thuyết và các kết quả trên ta tiến hành tính toán suất cắt cho đường dây với ba khả năng đã nêu đối với đường 110kV. 2.2 - TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY 110KV DO SÉT ĐÁNH VÒNG QUA DÂY CHỐNG SÉT VÀO DÂY DẪN. Đường dây có U ≥ 110kV được bảo vệ bằng dây chống sét, tuy vậy vẫn có những trường hợp sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. Tuy xác suất này nhỏ nhưng vẫn được xác định bởi công thức sau: 4 90 h Vlg cs − α =α (2-15) Trong đó: α: góc bảo vệ của dây chống sét ( độ). h cs : chiều cao cột đỡ dây chống sét ( m). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Trang 16 Khi dây dẫn bị sét đánh, dòng trên dây dẫn là I S /4, vì mạch của khe sét sẽ được nối với tổng trở sóng của dây dẫn có trị số như hình (2 – 6 ) Z dd /2 Z dd / 2 I s / 4 I s /4 I s / 2 I s Z 0 H×nh (2 – 6): Dßn g ®iÖn sÐt khi sÐt ®¸nh vμo d© y dÉn. Có thể coi dây dẫn hai phía ghép song song và Z dd = (400÷500) Ω nên dòng điện sét giảm đi nhiều so với khi sét đánh vào nơi có nối đất tốt. Ta có dòng điện sét ở nơi đánh là: )( I Z Z Z II s dd s 132 2 2 0 0 −≈ + = Z 0 : Tổng trở sóng của khe sét. Điện áp lúc đó trên dây dẫn là: 4 Z.I U dds dd = (2-14) Khi U dd ≥ U 50% s của chuỗi sứ thì có phóng điện trên cách điện gây sự cố ngắn mạch 1 pha N (1 ) từ ( 2 – 14) ta có thể viết: s % dds U Z.I 50 4 ≥ Hay độ lớn của dòng điện sét có thể gây nên phóng điện trên cách điện là: [...]... Mcs l h cm gia kờnh sột v mch vũng " dõy chng sột - t " v.t + H h H M cs (t ) = 0,2.h cs ln ln + 1 (1 + ).H 2 h h cs Trong ú: +hcs : cao dõy chng sột ; hdd: treo cao ca dõy dn ; hc: cao ca ct Trang 29 ( 2-3 7) N TT NGHIP K thut in cao ỏp +H = hdd + hcs ; +h = hc - hdd ; + : tc phúng in ngc tng i ca dũng sột Theo sỏch hng dn thit k k thut in cao ỏp ta cú = 0,3 + = .c vi c l tc ỏnh sỏng c... vng quang KA-csv q = 0,254 Thay s vo ta cú: U cd (t ) = i c R c (1 0,257) + di c (7,2 0,257.9,72) + dt a.{M (t ) + 0,257.M (t )} + dd cs U d (t ) cu (2 51) + 57,17 2.4.2.2 - in ỏp giỏng trờn chui cỏch in ca pha B; C a/ Thnh phn Ucu(t) theo cụng thc ( 2-) v ( 2-) Vi = 0,3; KB-csvq = 0,257 ; hdd = hddB = 9 m ; H = hcs+ hddB = 16,2 + 9 = 25,2m Trang 35 N TT NGHIP K thut in cao ỏp h = hcs- hddB = 7,2m... e 26,1 = e 26,1.Z dd = e 26,1.463,75 = 0,804 s Trang 18 N TT NGHIP K thut in cao ỏp U50%c = 660kV i vi ng dõy 110kV [ tra bng ( 9 5) K thut in cao ỏp ] Thay s vo (2 18 ) ta cú: ndd = 96 0,756.1 0-3 0,804 0,63 = 0,03676 ln / 100km nm 2. 3- TNH SUT CT CA NG DY 110KV DO SẫT NH VO KHONG VT Theo sỏch hng dn thit k K thut in cao ỏp thỡ s ln sột ỏnh vo khong vt l: Nkv= N / 2 ( 2 19) Trong ú: N l s ln sột... K thut in cao ỏp T cỏc giỏ tr trờn ta v ng Uc = f(t) v a, trờn hỡnh v cũn th hin ng c tớnh (V- S) ca chui cỏch in ng c tớnh vụn giõy (V S) ca chui cỏch in s ct cỏc hm Uc = f(a; t; Rc) ti cỏc v trớ m t ú ta cú thi gian xy ra phúng in trờn chui s nh hỡnh (2 11) c tuyn vụn giõy (V-S) ca chui s c tra trong bng 25 sỏch hng dn thit k tt nghip k thut in cao ỏp Bng ( 2 3 ): c tớnh vụn giõy (V-S) ca chui... = Ucs- Kvq Ucs + Ulv ( 2 31 ) Uc = Ucs ( 1- Kvq ) + Ulv ( ) a U cd = (R c t + L c ) 1 K vq + U lv 2 ( 2 32 ) T biu thc ( 2 32 ) ta thy khi Kvq nh thỡ Uc ln do vy theo ti liu hng dn thit k tt nghip cao ỏp thỡ khi tớnh toỏn phi tớnh vi pha cú h s ngu hp nh nht mc ( 2.1.3.3 ) ta cú: vq vq vq K A cs = 0,257; K B cs = K C cs = 0,13 Ta tớnh Uc vi Kvq = 0,13; Rc = 20 Uc = a/2 (20 t + 9,72 ) ( 1- 0,257)... ln / 100km nm ) 2. 4- TNH SUT CT CA NG DY110KV DO SẫT NH VO NH CT HOC LN CN NH CT i vi ng dõy cú dõy chng sột bo v, phn ln thỡ sột ỏnh vo dõy chng sột khong vt v ỏnh vo khu vc nh ct hoc lõn cn nh ct n gin ta xột trng hp sột ỏnh ngay nh ct nh hỡnh (2 12 ): Ics Ics I0 ic Rc ic ic Rc Rc Hỡnh 2-1 2 : Sột ỏnh nh ct ng dõy cú dõy chng sột bo v Trang 27 N TT NGHIP K thut in cao ỏp 2.4. 1- Lý thuyt tớnh toỏn... TT NGHIP 10 20 K thut in cao ỏp 30 40 50 60 70 80 90 a (kA/s) Hỡnh(2 10): ng cong thụng s nguy him khi sột ỏnh vo khong vt Trong hỡnh 2-1 1 di õy ta lu ý cỏc im sau : - Xỏc sut phúng in Vp l xỏc sut m ti ú cú cỏc cp thụng s (Ii;ai) thuc min nguy him Vpd = P{(a; I) N} - Cỏc cp s (Ii ; ai) nm trong min gii hn nguy him thỡ s xy ra phúng in Do ú xỏc sut phúng in trờn cỏch in chớnh l xỏc sut cho cp s (Ii... hn giỏ tr ai no ú gõy ra phúng in Trang 25 N TT NGHIP 5000 0 1 K thut in cao ỏp a=100kA/s 2 3 4 5 a=90kA/s 4000 a=80kA/s a=70kA/s 3000 a=60kA/s a=50kA/s c tớnh (v-s) 2000 a=40kA/s a=30kA/s 1000 a=20kA/s a=10kA/s 0 1 2 3 4 Hỡnh 211: in ỏp t lờn cỏch in ca ng dõy khi sột ỏnh vo khong vt Uc (a,t) vi Rc = 20 v c tớnh vụn giõy (V-S) ca chui cỏch in Up (t) + P(a ai) = P( ai da a ai + da ) = dVa Vi: a... Trong ú: + Rc: in tr ni t ct + Lc: in tr thõn ct tớnh theo chiu cao v trớ dõy chng sột Lc = hcs L0 L0: in cm n v di ca ct ( L0 = 0,6 H/m ) Vi hcs = 16,2m ta cú Lc=16,2.0,6 = 9,72 H in ỏp trờn dõy dn l Udd cú k n nh hng ca vng quang: Udd = - Kvq.Ucs + Ulv Trong ú: + Ulv l in ỏp trung bỡnh ca pha Trang 22 ( 2 30 ) N TT NGHIP K thut in cao ỏp 1 2 U sin .t.dt 2 2 U lv = = U 0 3 3 U lv = 2 2 110 =... Ulv Du tr (-) th hin in ỏp ny ngc du vi thnh phn in ỏp khỏc trong cụng thc (2 36).Vỡ vy thnh phn ny lm gim in ỏp trờn cỏch in khi b sột ỏnh 2.4.1. 1- Cỏc thnh phn in ỏp giỏng trờn in tr v in cm ca ct do dũng in sột i trong ct gõy ra Cỏc thnh phn in ỏp giỏng trờn in tr v in cm ca ct do dũng in sột i trong ct v in ỏp trờn dõy chng sột liờn quan vi nhau vỡ chỳngph Trang 28 N TT NGHIP K thut in cao ỏp thuc . dây đó. 2. 1- LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN. 2.1. 1- Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét được thể hiện như ( hình 2-1 ) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Trang. 1,3 ( tra bảng 3-3 sách hướng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp) . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Trang 13 Z dvq cs = Z d cs / λ = 517/1,3 = 397,69 Ω. 2.1.2.4 - Hệ số ngẫu hợp. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp Trang 19 U 50%c = 660kV đối với đường dây 110kV [ tra bảng ( 9 – 5) Kỹ thuật điện cao áp ]. Thay số vào (2 – 18 ) ta có: n dd = 96. 0,756.10 -3 .