Đồ án tốt nghiệp - Cao áp (P3) ppt

Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi có dòng điện sét đi qua thì điện

Trang 1

Chương 3

BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP

TRẠM BIẾN ÁP 110/35 KV

3.1-KHÁI NIỆM CHUNG

Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện

Đối với trạm biến áp 110/35kV thì các thiết bị điện của trạm được đặt ngoài trời nên khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn gây nên những hậu quả cho những ngành công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện Do vậy trạm biến áp thường có yêu cầu bảo vệ khá cao

Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta dùng

hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi Tác dụng cuả hệ thống này là tập trung điện tích

để định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên dưới hệ thống này

Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ nối đất Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn

để gây phóng điện ngược đến các thiết bị khác gần đó

Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo về yêu cầu

Trang 2

thống cột thu lôi, hệ thống này có thể được đặt ngay trên bản thân công trình hoặc đặt độc lập tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể

Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng được độ cao của phạm vi bảo vệ và sẽ giảm được độ cao của cột thu lôi Nhưng mức cách điện của trạm phải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị Vì đặt kim thu sét trên các thanh xà của trạm thì khi có phóng điện sét, dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phần điện cảm của cột, phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ thống thu sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi mà mức cách điện không đủ lớn Do đó điều kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà của trạm là mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ

Đối với trạm phân phối có điện áp từ 110kV trở lên có mức cách điện khá cao (cụ thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) do đó có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm và các kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm theo đường ngắn nhất sao cho dòng điện sét khuyếch tán vào đất theo 3 đến 4 cọc nối đất, mặt khác mỗi trụ phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất

Khâu yếu nhất trong trạm phân phối ngoài trời điện áp từ 110kV trở lên là cuộn dây máy biến áp vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa điểm nối vào hệ thống của cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đường điện

Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt khi có dòng điện sét chạy qua

Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện phải được cho vào ống chì và chôn trong đất

Trang 3

3.3- TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CỘT THU

LÔI

Với yêu cầu thiết kế hệ thống chống sét cho trạm 110kV và dựa vào độ cao của các thiết bị ta có thể bố trí được các cột thu lôi và tính được độ cao của chúng

3.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán

- Độ cao cột thu lôi:

h =hx + ha (3 – 1)

Trong đó: + hx : độ cao của vật được bảo vệ

+ ha : độ cao tác dụng của cột thu lôi, được xác định theo từng nhóm cột (ha ≥ D/8 m)

(với D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột)

- Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là:

)23()

hh(h

h1

6,1

h1.(

h5,1

rx = − x (3 –3)

- Nếu hx > 2/3h thì: )

h

h1.(

h75,0

rx = − x (3-4) Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn từng cột đơn cộng lại Nhưng để các cột thu lôi có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn a ≤ 7h ( trong đó h là độ cao của cột thu lôi )

Khi có hai cột thu lôi đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là ho và được xác định theo công thức:

)(

ah

Trang 4

h

,r

o x

a

- Trường hợp hai cột thu lôi có độ cao khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo vệ được xác định như sau:

- Khi có hai cột thu lôi A và B có độ cao h1 và h2 như hình vẽ dưới đây:

(H×nh 3 – 2 ): Tr−êng hîp hai cét thu l«i cã chiÒu cao kh¸c

a

Trang 5

- Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h2 , khi đó các khoảng cách AB = a; BC = a' Khi đó xác định được các khoảng cách x và a' như sau:

)()

hh.(

hh

,-ax-aa'

)hh.(

hh

,x

731

611

61

2 1 1 2

−

−+

=

−+

=

Đối với trường hợp khi có hai cột thu lôi cao bằng nhau ta có phạm vi bảo vệ

ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là ho :

7

ah

ho = −Tương tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột B và C là:

)hh.(

hh

,ah7

a'h

1 2 2

hh

3.3.2- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp 110/35kV

- Trạm có diện tích là: 57 x 58,350m và bao gồm:

+ Hai máy biến áp T1 và T2

+ 2 lộ 110kV và 6 lộ 35kV

- Độ cao các thanh xà phía 110kV là 10m và 8m

- Độ cao các thanh xà phía 35kV là 9m và 7m

- Ngoài ra trạm còn có 3 cột chiếu sáng cao 21m

3.3.3- Trình tự tính toán

Trạm biến áp E35 Phủ Lý được hai đường 110kV cấp, một đường từ Hà Đông cấp về, một đường từ Ninh Bình cấp lên, hai đường 110kV này được nối với nhau qua máy cắt liên lạc giữa hai hệ thống thanh góp

Trang 6

Trạm có cấp điện áp 110/35kV và có hai máy biến áp T1 ; T2 được nối với hai lộ đường dây vào 110kV và sáu lộ đường dây 35kV

Phía 110kV có hai hệ thống thanh góp và có máy cắt liên lạc

Sau khi khảo sát sơ bộ sơ đồ mặt bằng trạm, vị trí bố trí các thiết bị trong trạm và yêu cầu bảo vệ của mỗi thiết bị, ta đưa ra hai phương án đặt cột thu lôi như sau:

3.3.3.1- Phương án 1

- Các cột thu lôi phía trạm 110kV được bố trí độc lập là cột số 5 có độ cao là 21m; các cột số 1 đến số 4 được bố trí trên các thanh xà có độ cao 10m và các cột này có độ cao là 21m ( tính từ xà đến kim thu sét là 6m, kim thu sét cao 5m)

- Các cột thu lôi phía 35kV được bố trí trên các thanh xà có độ cao 9m, cột cao thêm 7m, kim thu sét cao 5m là các cột số 6;7;8;9 Ngoài ra còn hai cột thu lôi độc lập cao 21m là cột số 10 và 11 Hình ( 3 – 3 )

Tính độ cao tác dụng của cột thu lôi:

Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi một tam giác (hoặc tứ giác) thì độ cao của cột thu lôi phải thoả mãn: D ≤ 8ha

Trong đó:

- D: Là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác ( hoặc tứ giác), tạo bởi các chân cột đó là phạm vi mà nhóm cột có thể bảo vệ được

- ha : Là độ cao tác dụng của cột thu lôi

Hình (3–3): Đường tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột thu lôi

5

1 0 2

Trang 7

Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi bao giờ cũng lớn hơn phạm vi bảo vệ của cột đơn cộng lại Điều kiện để cho hai cột thu lôi có thể phối hợp được với nhau để bảo vệ được vật có độ cao hx nào đó là: a ≤ 7h

Với a là khoảng cách giữa hai cột thu lôi

- Xét nhóm cột 1;2;5

Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 1;2;5 (1 ÷ 2 = 26m; từ điểm giữa 1÷2 với 5 = 8,5m ) Và đường kính vòng tròn là:

Xét tam giác (1;2;5) , ta có: (1;2)=26 m ; (0;5)=8,5 m, suy ra :

m53,155

,813)

2

;0()5

;0()

cp).(

bp).(

ap.(

p

c.b.a

= + r là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5)

Thay số vào (3 –8 ) ta có:

Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5) là:

53282

5315531526

,,

,

),,

).(

,,

).(

,.(

,

,.,

531553285315532826532853284

53155315

Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5) là: D =14,2 2 = 28,4m

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 1;2;5 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là:

m.,,D

8

428

Trang 8

Đoạn (4÷5): = 42 +20,52 =20,9.m

Đoạn (3÷5): = 132 +20,52 =24,27.m

312

2724920

p

m.,),).(

,).(

.(

,.,

272431920311731314

2724920

Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (3;4;5) là: D =12,55 2 = 25,1m

m.,,D

8

125

2211515

,

m.,),,

).(

,).(

,.(

,

22162515625156256254

22115

Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11) là: D = 10,6 2 =21,2m

m.,,D

8

221

8

221

8 = =

=

Các cột 2;5;3 Có: (2 ÷ 5) = 19m; (3÷5) = 24m ); (2÷3) = 28,85m

9352

85282419

,,

Trang 9

).(

,).(

,.(

,

852893524935199359354

852824

Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11) là: D = 14,75 2 =29m

m.,

Tính độ cao cột thu lôi – chọn kim thu sét:

Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp được xác định bởi:

Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi

+ hx: độ cao của vật được bảo vệ

+ ha: độ cao tác dụng của cột thu lôi

Đối với phía 110kV các thanh xà cao 10m (hx = 10m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi là: h = hx + ha =10 + 3,6 = 13,6m

Vì chủng loại chung của cột ly tâm cốt sắt có độ cao 12m ;16 m, mặt khác do

có các cột chiếu sáng có độ cao là 21m, nên ta chọn loại cột 16m Kim thu sét ta chọn loại sắt ống có chiều cao là 5m Do đó độ cao cột thu lôi là:

h = 16 + 5 = 21m

Vậy độ cao bảo vệ phía 110kV là: 21m

Đối với phía 35kV các thanh xà cao 9m (hx = 9m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi là: h = hx + ha =9 + 3,55 = 12,6m

Ta cũng chọn độ cao bảo vệ phía 35kV là: 21m

Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi:

* Bán kính bảo vệ của cột thu lôi cao 21m:

- Bán kính bảo vệ ở độ cao 10m: hx =10 m < 2/3 h = 14 m Nên:

Trang 10

,

,h.,

hh

.,

2180

101

21518

015

,

,h.,

hh

.,

2180

9121518

015

,

,h.,

hh

.,

2180

8121518

015

,

,h.,

hh

.,

2180

7121518

015

* Phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu lôi:

- Xét cặp cột 1;2 Khoảng cách giữa hai cột là: a = 26m

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

m,

ah

7

2621

.,.,.,h

.,

hh

.,r

o

x o

31780

101

317518

015

.,

,.,h

.,

h

h.,r

o

x o

31780

81

317518

015

ah

7

531521

−

=

Trang 11

Bán kính của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

Ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 12,52m

.m,,

.,

,.,h

.,

h

h.,r

o

x o

781880

101

7818518

015

.,.,.,h

.,

h

h.,r

o

x o

781880

81

7818518

015

- Xét cặp cột 3;4: khoảng cách giữa hai cột là: a =17m

m,

ah

7

1721

.,.,.,h

.,

h

h.,r

o

x o

571880

81

5718518

015

.,.,.,h

.,

h

h.,r

o

x o

571880

81

5718518

015

a= 132 +2052 =2427

.m,,

ah

7

272421

.,

,.,h

.,

h

h.,r

o

x o

531780

101

5317518

015

Trang 12

.,

,.,h

.,

h

h.,r

o

x o

531780

81

5317518

015

a= 42 +2052 =2088

.m,

ah

7

882021

,

.,h

.,

h

h.,r

o

x o

1880

101

18518

015

,

.,h

.,

h

h.,r

o

x o

1880

8118518

015

- Xét cặp cột 2;3: khoảng cách giữa hai cột là: a =28,85m

.m,,

ah

7

852821

.,.,.,h

.,

h

h.,r

o

x o

8781680

101

87816518

015

.,.,.,h

.,

h

h.,r

o

x o

8781680

81

87816518

015

- Xét cặp cột 6;7: khoảng cách giữa hai cột là: a = 15m

.m,

ah

7

1221

7 = − =

−

=

Ở độ cao 9m: hx = 9m < 2/3ho = 12,85m

Trang 13

, m

,.,.,.,h

.,

hh

.,r

o

x o

281980

91

2819518

015

.,

,.,h

.,

h

h.,r

o

x o

281980

71

2819518

015

.m,

ah

7

1221

a= (6−7) = =

.m,,

ah

7

212121

.,

,.,h

.,

h

h.,r

o

x o

9691780

91

96917518

015

.,

,.,h

.,

h

h.,r

o

x o

9691780

71

96917518

015

.m,

ah

7

1221

Trang 14

.m,

ah

7

1221

a= (8−9) = =

.m,,

ah

7

212121

.,

,.,h

.,

h

h.,r

o

x o

9691780

91

96917518

015

.,.,.,h

.,

h

,

r

o

x o

9691780

71

96917518

015

.m,

ah

7

1021

.,

,.,h

.,

h

h.,r

o

x o

571980

91

5719518

015

.,.,.,h

.,

h

h.,r

o

x o

571980

71

5719518

015

cho toàn trạm Cụ thể được trình bày ở hình (3 – 5 )

Trang 15

Từ hình vẽ (3 – 5 ) ta thấy rằng toàn bộ các thiết bị của trạm đều nằm trong phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi

Vậy với cách bố trí thu lôi như phương án I là đảm bảo về mặt kỹ thuật

Bảng (3–1) và bảng (3-2) trình bày kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu lôi ở phương án I

Bảng 3-1 : Kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu lôi

Trang 17

- Các cột thu lôi phía 35kV được bố trí trên các thanh xà có độ cao 9m, cột cao thêm 7m, kim thu sét cao 5m là các cột số 6;7;8;9 Ngoài ra còn hai cột thu sét độc lập cao 21m là cột số 10 và 11 ta đặt ở vị trí mới như hình ( 3 – 6 )

Tính độ cao tác dụng của cột thu lôi:

Cách tính được tiến hành tương tự như ở phương án 1

Xét nhóm cột (1;2;5) (2;3;5) (3;4;5):

Tương tự như ở phương án 1 ta có bảng ( 3 – 3 ):

Nhóm cột Đường kính vòng tròn

ngoại tiếp tam giác (D)

Độ cao tối thiểu để nhóm cột bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng (ha)

7716771615

,,

,

.m,),,

).(

,,

).(

,.(

,

771627247716272415272427244

77167716

Trang 18

Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11)là: D =9,37.2 = 18,75m

Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột (6;7;11) bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là:

.m,,

D

8

7518

=

Tương tự ta có nhóm cột (8;9;10) có các giá trị như nhóm cột (6;7;11):

ha =2,34m

Tính độ cao của cột thu lôi – kim thu sét:

- Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp được xác định bởi:

Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi

+ hx: độ cao của vật được bảo vệ

+ ha: độ cao tác dụng của cột thu lôi

- Đối với phía 110kV các thanh xà cao 10m (hx = 10m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi là: h = hx + ha =10 + 3,6 = 13,6m

Vì chủng loại chung của cột ly tâm cốt sắt có độ cao 12m; 16m, mặt khác do

có các cột chiếu sáng có độ cao là 21m, nên ta chọn loại cột 16m Kim thu sét ta chọn loại sắt ống có chiều cao là 5m Do đó độ cao cột thu lôi là:

h = 16 + 5 = 21m

Vậy độ cao bảo vệ phía 110kV là: 21m

- Đối với phía 35kV các thanh xà cao 9m (hx = 9m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi là: h = hx + ha =9 + 3,6 = 12,6m

Ta cũng chọn độ cao bảo vệ phía 35kV là: 21m

Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi:

* Bán kính bảo vệ của cột thu lôi cao 21m:

Ở các độ cao (10;9;8;7)m như đã tính ở phần 1 ta có bảng (3 –4 )

* Phạm vi bảo vệ của các cặp cột (1;2), (1;5), (2;5), (3;4), (3;5), (4;5), (2;3) như bảng (3 – 5 )

Xét cặp cột (6;7) và (8;9) có:

Trang 19

Ở độ cao 9m như ở phương án1 ta có bảng ( 3 – 4 ) :

Xét cặp cột (6;11) khoảng cách giữa hai cột là: a = 16,77m

Độ cao lớn nhất của khu vực được bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

.m,,

ah

7

771621

.,.,.,h

.,

h

h,r

o

x o

81680

91

816518

015

.,.,.,h

.,

h

h,r

o

x o

81680

71

816518

015

Định dạng
Số trang	23
Dung lượng	395,15 KB