Ch-ơng 9: tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đ-ờng dây Đ-ờng dây trong HTĐ làm nhiệm vụ truyền tải điện năng đến các hộ dùng điện. Đ-ờng dây là phần tử phải hứng chịu nhiều phóng điện sét nhất so với các phần tử khác trong HTĐ. Khi đ-ờng 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 điện sẽ dẫn đến phóng điện và gây ngắn mạch đ-ờng dây, buộc máy cắt đầu đ-ờng dây phải tác động. Nh- vậy việc cung cấp điện bị gián đoạn. Nếu điện áp nhỏ hơn trị số phóng điện xung kích của cách điện đ-ờng dây thì sóng sét sẽ truyền từ đ-ờng dây vào trạm biến áp và sẽ dẫn tới các sự cố trầm trọng tại trạm biến áp. Mặt khác việc bảo vệ đ-ờng dây đến mức an toàn tuyệt đối cũng không thể thực hiện đ-ợc vì vốn vào đ-ờng dây quá lớn nh- tăng c-ờng cách điện đ-ờng dây , đặt thiết bị bảo vệ chống sét Vì vậy bảo vệ chống sét cho đ-ờng dây phải xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế kết hợp với yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu cung cấp điện của đ-ờng dây đó. III.1- lý thuyết tính toán. III.1.1- Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét đ-ợc thể hiện nh- ( hình III- 1 ) Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở mức cao h 2 cũng đ-ợc tính theo công thức sau: + Khi h x > 2/3h thì b x = 0,6h (1-h x /h ) (III 1) + Khi h x h thì b x = 1,2h (1- h x /0,8h ) (III 2) Chiều dài của phạm vi bảo vệ dọc theo chiều dài đ-ờng dây nh- hình (III 2 ). A C B Hình III _ 1 : Góc bảo vệ của một dây chống sét Cã thĨ tÝnh to¸n ®-ỵc trÞ sè giíi h¹n cđa gãc lµ = 31 0 , nh-ng trong thùc tÕ th-êng lÊy kho¶ng = 20 0 25 0 . III.1.2- X¸c st phãng ®iƯn sÐt vµ sè lÇn c¾t ®iƯn do sÐt ®¸nh vµo ®-êng d©y. Víi ®é treo cao trung b×nh cđa d©y trªn cïng (d©y dÉn hc d©y chèng sÐt ) lµ h, ®-êng d©y sÏ thu hót vỊ phÝa m×nh c¸c phãng ®iƯn cđa sÐt trªn d¶i ®Êt cã chiỊu réng lµ 6h vµ chiỊu dµi b»ng chiỊu dµi ®-êng d©y (l). Tõ sè lÇn phãng ®iƯn sÐt xng ®Êt trªn diƯn tÝch 1 km 2 ứng với một ngày sét là 0,10,15 ta có thể tính đ-ợc tổng số lần có sét đánh thẳng vào đ-ờng dây (dây dẫn hoặc dây chống sét). N =(0,6 0,9). h .10 -3 .l.n ng.s (III 3) Trong đó: + h: độ cao trung bình của dây dẫn hoặc dây chống sét (m). + l: chiều dài đ-ờng dây (km ). + n ng. s :số ngày sét /năm trong khu vực có đ-ờng 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 đ-ờng dây đều dẫn đến phóng điện trên cách điện. Chỉ có phóng điện trên cách điện của đ-ờng dây nếu quá điện áp khí quyển có trị số lớn hơn mức cách điện xung kích của đ-ờng dây. Khả năng phóng điện đ-ợc biểu thị bởi xác suất phóng điện ( V p đ ). Số lần xảy ra phóng điện sẽ là: N pđ = N. V pđ = ( 0,60,9 ). h . 10 -3 . l . n ng s . V pđ . ( III 4 ) Vì thời gian tác dụng lên quá điện áp khí quyển rất ngắn khoảng 100 s mà thời gian của các bảo vệ rơle th-ờng 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 đ-ờng dây bị cắt ra. Đ-ờng 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 việc của đ-ờng dây đó. Xác suất hình thành hồ quang ( ) phụ thuộc vào Gradien của điện áp làm việc dọc theo đ-ờng phóng điện : = (E lv ) ; E lv = U lv /l pđ (kV/m ). Trong đó: + : xác suất hình thành hồ quang. + U lv : điện áp làm việc của đ-ờng dây ( kV ). + l pđ : chiều dài phóng điện ( m). Do đó số lần cắt điện do sét của đ-ờng dây là: n cđ = N pđ . . = (0,60,9). h. n ng .s . v pđ . . (III 5) Để so sánh khả năng chịu sét của đ-ờng dây có các tham số khác nhau, đi qua các vùng có c-ờng độ hoạt động của sét khác nhau ng-ời ta tính trị số " suất cắt đ-ờng dây" tức là số lần cắt do sét khi đ-ờng dây có chiều dài 100km. n cđ = ( 0,060,09). h. n ng s . V pđ . . (III 6) Đ-ờng 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 đ-ờng dây gây quá điện áp cảm ứng trên đ-ờng dây, nh-ng tr-ờng hợp này không nguy hiểm bằng ba tr-ờng hợp trên. Khi đ-ờng dây bị sét đánh trực tiếp sẽ phải chịu đựng toàn bộ năng l-ợng của phóng điện sét, do vậy sẽ tính toán dây chống sét cho đ-ờng dây với ba tr-ờng hợp trên. Cuối cùng ta có số lần cắt do sét của đ-ờng dây. n cđ = n c + n kv + n dd ( III 7) Trong đó: + n c : số lần cắt do sét đánh vào đỉnh cột. +n kv : số lần cắt do sét đánh vào khoảng v-ợt. + n dd : số lần cắt do sét đánh vào dây dẫn. . có thể tính đ-ợc tổng số lần có sét đánh thẳng vào đ-ờng dây (dây dẫn hoặc dây chống sét). N =(0,6 0 ,9) . h .10 -3 .l.n ng.s (III 3) Trong đó: + h: độ cao trung bình của dây dẫn hoặc dây chống. = ( 0,060, 09) . h. n ng s . V pđ . . (III 6) Đ-ờng 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. III 7) Trong đó: + n c : số lần cắt do sét đánh vào đỉnh cột. +n kv : số lần cắt do sét đánh vào khoảng v-ợt. + n dd : số lần cắt do sét đánh vào dây dẫn.