ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 110KV VÀ ĐƯỜNG DÂY 110KV Giáo viên hướng dẫn NGUYỄN MINH CHƯỚC (ĐỀ 1)

I.Trường: ĐHBK Hà Nội, Bộ môn HỆ THỐNG ĐIỆN II.Giáo viên hướng dẫn: TS NGUYỄN MINH CHƯỚC III.Đề tài: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 110/35KV VÀ ĐƯỜNG DÂY 110KV VI. Các nội dung chính: 1) Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 110/35kV. 2) Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét cho trạm biến áp 110/35kV. 3) Tính toán chỉ tiêu chống sét cho đường dây 110kV. 4) Tính toán bảo vệ chống sóng truyền từ đường dây tới trạm biến áp phía 110kV.

Trang 3

Sinh viờn thực hiện: by Giangdt 1

Chương mở đầu : hiện tượng dông sét và ảnh hưởng của dông sét đến hệ

thống điện việt nam

điện với mặt đất (phóng điện mây - đất) Với hiện tượng phóng điện này gây nhiềutrở ngại cho đời sống con người

Các đám mây được tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cường độ

điện trường lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất Giai đoạn này là giai

đoạn phóng điện tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lầnphóng điện đầu tiên khoảng 1,5.107cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lênkhoảng 2.108cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếpnhau bởi vì trong cùng một đám mây thì có thể hình thành nhiều trung tâm điệntích, chúng sẽ lần lượt phóng điện xuống đất)

Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích rất lớn Đầu tia được nối với mộttrong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâmnày đi vào trong tia tiên đạo Phần điện tích này được phân bố khá đều dọc theochiều dài tia xuống mặt đất Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có

sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tìnhhình dẫn điện của đất Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay

ở phía dưới đầu tia tiên đạo Còn nếu vùng đất có điện dẫn không đồng nhất (cónhiều nơi có điện dẫn khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điệndẫn cao

Trang 4

Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiên

đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất và như vậy địa điểm sét đánh trên mặt

đất đã được định sẵn

Do vậy để định hướng cho các phóng điện sét thì ta phải tạo ra nơi có mật độtập trung điện diện tích lớn Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các côngtrình được dựa trên tính chọn lọc này của phóng điện sét

Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngược làν và mật độ điện trường của điệntích trong tia tiên đạo là δthì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và trong đất

sẽ là:

is=ν.δCông thức này tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số

điện trở nhỏ không đáng kể)

Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên độ và

độ dốc phân bố theo hàng biến thiên trong phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trămkA) dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của sét ứngvới giai đoạn phóng điện ngược (hình M-1)

- Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khíquyển và gây hậu quả nghiêm trọng như đã trình bày ở trên

Trang 5

Việt Nam là một trong những nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét khámạnh Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt nam có một đặc

điểm dông sét khác nhau :

+ ở miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70 ữ 110 ngày trong một năm và sốlần dông từ 150 ữ 300 lần như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2 ữ 3 cơndông

+ Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái Tại đây hàng năm có từ

250ữ300 lần dông tập trung trong khoảng 100ữ110 ngày Tháng nhiều dông nhất

đến tháng 8 số ngày dông khoảng 10 ngày/ tháng, tháng nhiều dông nhất (tháng 5)quan sát được 12ữ15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng ),những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10) dông còn ít, mỗitháng chỉ gặp từ 2ữ5 ngày dông

Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít dông nhất,thường chỉ có trong tháng 5 số ngày dông khoảng 10/tháng như Tuy Hoà10ngày/tháng, Nha Trang 8 ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng

ở miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120 ữ 140ngày/năm, như ở thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/ năm.Mùa dông ở miền Nam dài hơn mùa dông ở miền Bắc đó là từ tháng 4 đến tháng 11

Trang 6

trừ tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dông đềuquan sát được trung bình có từ 15 ữ 20 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều dôngnhất trung bình gặp trên 20 ngày dông/tháng như ở thành phố Hồ Chí Minh 22ngày, Hà Tiên 23 ngày

ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn hơn và số lần dông cũng ít hơn, thángnhiều dông nhất là tháng 5 cũng chỉ quan sát được khoảng 15 ngày dông ở Bắc TâyNguyên, 10ữ 12 ở Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, PLâycu

17 ngày

Ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét, đây là điềubất lợi cho H.T.Đ Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư nhiều vào các thiết bịchống sét Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kế phải chú trọng khi tính toánthiết kế các công trình điện sao cho HTĐ vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cungcấp điện liên tục và tin cậy

MĐ.2- ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện việt nam:

- Như đã trình bày ở phần trước biên độ dòng sét có thể đạt tới hàng trăm kA,

đây là nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua vật nào đó Thực tế đã

có dây tiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị nóngchảy và đứt, thậm chí có những cách điện bằng sứ khi bị dòng điện sét tác dụng đã

bị vỡ và chảy ra như nhũ thạch, phóng điện sét còn kèm theo việc di chuyển trongkhông gian lượng điện tích lớn, do đó tạo ra điện từ trường rất mạnh, đây là nguồngây nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị điện tử , ảnh hưởng của nó rất rộng, ở cảnhững nơi cách xa hàng trăm km

- Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ sinh

ra sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách

điện của đường dây Khi cách điện của đường dây bị phá hỏng sẽ gây nên ngắnmạch pha - đất hoặc ngắn mạch pha – pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đường dâyphải làm việc Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy cóthể gây mất ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy điện làmviệc không nhanh có thể dẫn đến rã lưới Sóng sét còn có thể truyền từ đường dây

Trang 7

vào trạm biến áp hoặc sét đánh thẳng vào trạm biến áp đều gây nên phóng điện trêncách điện của trạm biến áp , điều này rất nguy hiểm vì nó tương đương với việcngắn mạch trên thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng Mặt khác, khi có phóng

điện sét vào trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áp làm việc khônghiệu quả thì cách điện của máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn.Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự cốlưới điện, vì vậy dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của lưới

điện

*Kết luận:

Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của dông séttới hoạt động của lưới điện Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho lưới điện vàtrạm biến áp là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện

Trang 8

Chương i:

Bảo Vệ Chống Sét Đánh Trực Tiếp Vào

Trạm Biến áp 110/35 kV

1.1 Khái niệm chung:

Trong hệ thống điện trạm biến áp là một phần tử hết sức quan trọng thực hiệnnhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng Do đó khi các thiết bị của trạm bị sét

đánh trực tiếp thì sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng không những chỉ làmhỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến việc ngừng cung cấp điệntoàn bộ trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản suất điện năng và cácngành kinh tế quốc dân khác Do đó việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếpvào trạm biến áp đặt ngoài trời là rất quan trọng Ta có thể đưa ra những phương ánbảo vệ trạm một cách an toàn và kinh tế, nhằm đảm bảo toàn bộ thiết bị trong trạm

được bảo vệ an toàn không bị sét đánh trực tiếp

Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào các thiết bị trong trạm ta cũngphải chú ý đến việc bảo vệ cho các đoạn đường dây gần trạm và đoạn dây dẫn nối

từ xà cuối cùng của trạm ra cột đầu tiên của đường dây

Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp, người ta dùng hệ thống cộtthu lôi, dây thu lôi.Các cột thu lôi có thể đặt độc lập hoặc trong những điều kiệncho phép có thể đặt trên các kết cấu của trạm và nhà máy,các cột đèn chiếu sáng

Để bảo vệ cho đoạn đường dây nối từ xà cuối cùng của trạm đến cột đầu tiên của

đường dây ta dùng dây chống sét Tác dụng của 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 bêndưới hệ thống này Chiều cao của cột và cách bố trí các cột thu lôi tuỳ thuộc vàotừng mặt bằng trạm, cách bố trí các thiết bị trong trạm, độ cao bảo vệ theo yêu cầu

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 bộphận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi

Trang 9

có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gâyphóng điện ngược đến các thiết bị khác gần đó

Điện trở nối đất của hệ thống thu sét của các trạm biến áp có cấp điện áp khácnhau là không giống nhau Với trạm biến áp có cấp điện áp từ 110KV trở nên thì hệthống nối đất chống sét và hệ thống nối đất an toàn có thể ghép chung

Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm bêncạnh những vấn đề đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật ta cần phải quan tâm đến cácchỉ tiêu kinh tế và mỹ thuật của hệ thống nối đất

Thông thường để giảm vốn đầu tư và cũng để tận dụng các độ cao ở các trạmbiến áp và các nhà máy điện ta cố gắng đặt các cột thu lôi trên các cột đèn chiếusáng, trên các kết cấu của trạm, trên mái nhà Cột thu lôi độc lập đắt hơn nên chỉdùng khi không thể tận dụng được các chiều cao khác

1.2 Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp.

* Hệ thống chống sét phải đảm bảo tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằmtrọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ

* Đối với trạm phân phối ngoài trời có điện áp từ 110KV trở lên do có mứccách điện khá cao nên có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm.Tuy nhiêncác trụ của kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi thì phải nối vào hệ thống nối đất củatrạm theo đường ngắn nhất sao cho dòng điện sét iS khuếch tán vào đất theo 3ữ4thanh nối đất Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu đó phải có nối đất bổ xung để cảithiện trị số điện trở nối đất

* Khâu yếu nhất của trạm phân phối ngoài trời điện áp từ 110KV trở lên là cuộn

đây máy biến áp Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầukhoảng cách giữa hai điểm nối vào hệ thống nối đất 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 Tuynhiên nếu ta sử dụng hệ thống nối đất chung thì ta có thể bỏ qua yêu cầu này

* Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm có đặt cột thu lôi và bộphận mang điện không được bé hơn độ dài của chuỗi sứ

Trang 10

* Khi đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng được độ cao củaphạm vi bảo vệ và sẽ giảm được độ cao của cột Nhưng mức cách điện của trạmphải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sangthiết bị Do đó điều kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà của trạm làmức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ

* Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm phân phối ngoài trời 110 kV trở lên thìphải thực hiện yêu cầu :

ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải cónối đất bổ xung (dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở nối đất không đượcquá 4Ω(ứng với dòng điện tần số công nghiệp)

* Khi dùng cột thu lôi độc lập thì phải thì phải chú ý đến khoảng cách giữa cộtthu lôi đến các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu lôi đếnthiết bị được bảo vệ

* Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệtkhi 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 được chôn trong đất

1.3 Các phương thức sử dụng để tính toán chiều cao cột và

phạm vi bảo vệ

1.3.1.Công thức tính chiều cao của cột thu lôi

h = hx+ haTrong đó :

h- là chiều cao cột thu lôi

hx- là độ cao cần được bảo vệ

ha- là độ cao tác dụng của cột thu lôi

ha - xác định theo nhóm cột với điều kiện là ha≥ D/8

D-là đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các cột

Trang 11

1.3.2.Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập

Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là miền giới hạn bởi mặt ngoài củahình chóp tròn xoay có đường sinh xác định bởi phương trình :

xhhh

h1

6,1

−+

Trong đó :

rx-Là phạm vi bảo vệ ở mức cao hx của cột thu lôi

Để dễ dàng thuận tiện trong việc tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệdạng đơn giản hoá Được tính toán theo công thức :

h1.(

h.5,1

h.75,0

1,5h

0,2h

Hình 1.1Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi

Trang 12

Khi cột có chiều cao trên 30m thì ta vẫn dùng công thức trên nhưng phải nhân thêmvới hệ số hiệu chỉnh p =

h

5,5

Và trên hình vẽ ta sử dụng các hoành độ 0,75.h.p

1,5.h.p1.3.3.Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi

Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi thì lớn hơn nhiều so với tổng sốphạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột đơn Nhưng để hai cột thu lôi có thể phối hợpbảo vệ được khoảng giữa chúng thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn điềukiện a ≤7.h

a) Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có cùng độ cao

Khi hai cột thu lôi có cùng độ cao h đặt cách nhau một khoảng cách là a(a≤7.h)thì độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là h0được xác định :

h0 = h

-7aBán kính phạm vi bảo vệ tại khoảng giữa hai cột được tính như sau :

h1.(

h.5,1

h.75,0

0

x

Trong đó :

h0-là độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi

r0x-là bán kính phạm vi bảo vệ tại khoảng giữa hai cột thu lôi

Khi độ cao của cột thu lôi lớn hơn 30 m thì ta cũng phải thêm hệ số hiệu chỉnh

p như mục 1.3.2 và tính h0theo

h0= h

-p.7

a

; p =

h

5,5

Trang 13

0

Hình 1.2 Trường hợp hai cột thu lôi có chiều cao bằng nhau

rx

0,2hh

b) Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau được xác định như sau :Giả sử có hai cột thu lôi : Cột 1 có độ cao h1

Cột 2 có độ cao h2Khoảng cách giữa hai cột la a và h1> h2

Trước tiên ta vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h1sau đó từ đỉnh của cột thấp h2gióng đường thẳng ngang sang cột h1 Cắt đường sinh của phạm vi bảo vệ của cột 1tại điểm 3

Điểm này được coi là đỉnh của cột thu lôi giả định (cột 3) Cột thu lôi giả địnhnày có cùng độ cao với cột 2 và hình thành đôi cột có chiều cao bằng nhau, cáchnhau một khoảng a,

1,5h0

0,75h0

h0

0,2h0

Trang 14

Dễ dàng nhận thấy khoảng cách x từ h1 (cột 1) đến cột giả tưởng (cột 3) chính

là bán kính bảo vệ của cột cao h1đối với chiều cao cần bảo vệ bằng h2

1 1

2

h h x

h h

0 0

8 , 0 1 5 , 1 3

2

h

h h

r h

x x

h

x x

Trang 15

c) Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét

Khi công trình cần được bảo vệ chiếm một khu vực rộng lớn nếu chỉ dùngmột vài cột thì cột phải rất cao gây nhiều khó khăn cho việc thi công và lắp ráp.Trong trường hợp này ta dùng phối hợp nhiều cột với nhau để bảo vệ Phần ngoàicủa phạm vi bảo vệ sẽ được xác định cho từng đôi cột một ( với yêu cầu khoảngcách là a ≤ 7h ) Còn phần bên trong đa giác sẽ được kiểm tra theo điều kiện antoàn

Vật có độ cao hxnằm trong đa giác sẽ được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:

D ≤8.(h - hx) = 8.haTrong đó :

D - đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét

ha= h - hxlà độ cao hiệu dụng của cột thu sét

Nếu độ cao cột vượt quá 30 m thì điều kiện an toàn sẽ được hiệu chỉnh là

D ≤8.(h - hx).p = 8.ha.p ; p =

h

5,5

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

Với yêu cầu của đề tài Thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào TBA110/35kV

+ Hai máy biến áp T1và T2

+ Sơ đồ đấu dây của trạm là sơ đồ hai thanh góp có thanh góp đường vòng

- Độ cao các thanh xà là 10,7 m phía 110kV và 7,5m phía 35kV

- Sơ đồ TBA được biểu diễn trên hình vẽ 1.4

1.5 Các phương án bố trí cột thu lôi bảo vệ

1.5.1.Phương án 1.

Sơ đồ mặt bằng trạm và cách bố trí các cột thu lôi như hình vẽ (1 – 5), ở phương

án này ta bố trí cột thu lôi (3) ; (5) trên xà của trạm có chiều cao 7,5 m và các cột 1,

2, 4, 6, 7 đặt độc lập

Trang 16

Sinh viên thực hiện: 14

9.0m

9.0m 6.0m

Trang 17

Sinh viờn thực hiện: 15

60,00m

Hình 1.5 Sơ đồ mặt bằng trạm và cách bố trí các cột thu lôi phương án 1

Trang 18

Ta tiến hành tính toán chiều cao của các cột và phạm vi bảo vệ của hệ thống

1 Độ cao tác dụng của các cột thu lôi

Để tính được độ cao tác dụng ha của các cột thu lôi, trước hết ta cần xác định

đường kính D của đường tròn ngoại tiếp tam giác (hoặc tứ giác) đi qua 3 (hoặc 4)

đỉnh cột

Để cho toàn bộ phần diện tích giới hạn bởi tam giác (hoặc tứ giác ) đó được bảo

vệ thì : D≤ 8.ha hay ha≥

8D

Trang 19

Nhóm 3 cột này hình thành một tam giác thường có độ dài các cạnh là :

a = a34= 33,6 m ; b = a45= 33,6 m; c = a35= 60 m

Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột bất kì được xác địnhbởi công thức Hê rông:

)cp)(

bp)(

ap.(

p

c.b.ar

p = + + : là nửa chu vi của tam giác.

- a,b,c: là độ dài các cạnh của tam giác

2

cb

)(

.(

.2

c p b p a p p

c b a D

Qua tính toán độ cao tác dụng của các cột thu lôi, có thể lấy chung một giá trị

độ cao tác dụng lớn nhất của cột thu lôi cho toàn trạm là hmax= 9,47 m

Do vậy ta lấy : ha = 9,47 m

2 Tính độ cao của các cột thu lôi

Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp

được xác định bởi: h = ha+ hx

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

Trang 20

- Đối với phía 110kV của đề tài các thanh xà cần bảo vệ có độ cao là 10,7m(hx= 10,7m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi là:

h = hx+ ha=10,7 + 9,47 = 20,17 m

Để thi công thuận tiện và tăng phạm vi bảo vệ an toàn cho thiết bị ta nâng độcao của cột thu lôi cho phía 110kV là: h = 21 m

- Đối với phía 35kV của đề tài các thanh xà cần bảo vệ có độ cao là 7,5 m do

đó độ cao tối thiểu cột thu lôi là:

Trang 21

4 Phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu lôi

a, Xét cặp cột (1-2); (6-7)

Có độ cao bằng nhau : h1= h2= h6= h7=21 m

Khoảng cách giữa hai cột là: a = 36,8 m

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

Khoảng cách giữa hai cột là: a = 60 m

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

2

h =17m> h =14m

3

Trang 22

Kho¶ng c¸ch gi÷a hai cét lµ: a = 33,6m

- §é cao lín nhÊt cña khu vùc b¶o vÖ gi÷a hai cét thu l«i lµ:

Trang 23

Trang 24

R2,49m

R11,44m

R4,24m

R11,44m R1,30m

R2,49m

R4,24m

R11,44m R11,44m

R17,44m R17,44m

Hình 1.6 Sơ đồ phạm vi bảo vệ cột thu sét phương án 1

Trang 25

Hình 1.7 Sơ đồ mặt bằng trạm và cách bố trí các cột thu lôi phương án 2

Trang 26

Ta tiến hành tính toán chiều cao của các cột và phạm vi bảo vệ của hệ thống

1 Độ cao tác dụng của các cột thu lôi

Để tính được độ cao tác dụng ha của các cột thu lôi, trước hết ta cần xác định

đường kính D của đường tròn ngoại tiếp tam giác (hoặc tứ giác) đi qua 3 (hoặc 4)

đỉnh cột

Để cho toàn bộ phần diện tích giới hạn bởi tam giác (hoặc tứ giác ) đó được bảo

vệ thì : D≤ 8.ha hay ha≥

8D

Trang 27

c Chọn độ cao tác dụng chung cho toàn trạm

Qua tính toán độ cao tác dụng của các cột thu lôi, có thể lấy chung một giá trị

độ cao tác dụng lớn nhất của cột thu lôi cho toàn trạm là hmax= 9,84 m

Do vậy ta lấy : ha = 9,84 m

2 Tính độ cao của các cột thu lôi

Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp

được xác định bởi: h = ha+ hx

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 của đề tài các thanh xà cần bảo vệ có độ cao là 10,7m(hx= 10,7m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi là:

h = hx+ ha=10,7 + 9,84 = 20,54 m

Để thi công thuận tiện và tăng phạm vi bảo vệ an toàn cho thiết bị ta nâng độcao của cột thu lôi cho phía 110kV là: h = 21 m

- Đối với phía 35kV của đề tài các thanh xà cần bảo vệ có độ cao là 7,5 m do

đó độ cao tối thiểu cột thu lôi là:

Trang 28

Kho¶ng c¸ch gi÷a hai cét lµ: a = 47 m

Trang 29

Trang 30

Cả hai phương án đều được chấp nhận về mặt kỹ thuật

Phương án 1: sử dụng 7 cột thu sét với tổng chiều dài là 135m

Phương án 2: Sử dụng 6 cột thu sét với tổng chiều dài là 120m

So sánh cả hai phương án ta chọn phương án 2 làm phương án tính toán cho cácphần sau

Trang 31

Sinh viên thực hiện: by Giangdt 29

R11,44m R2,69m

Trang 32

Chương II :

Tính Toán Nối Đất Cho Trạm Biến áp 110/35kv

1 Khái niệm chung :

Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên vật nối đất có trị số bé Trong hệ thống điện có 3 loại nối đất khác nhau :

Nối đất làm việc.

Nối đất an toàn

Nối đất chống sét

1 Nối đất làm việc: Nối đất làm việc là loại nối đất có nhiệm vụ đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị, hoặc một số bộ phận của thiết bị theo chế độ làm việc đã được quy định sẵn Loại nối đất này bao gồm :

Nối đất điểm trung tính máy biến áp trong hệ thống có điểm trung tính nối đất

Nối đất của máy biến áp đo lường và của kháng điện bù ngang trên đường dây tải

điện

2 Nối đất an toàn: Nối đất an toàn có nhiệm vụ bảo đảm an toàn cho người khi cách điện của thiết bị điện bị hỏng Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem nối

đất mọi bộ phận kim loại bình thường không mang điện (vỏ máy,thùng máy biến

áp,máy cắt điện ,các giá đỡ kim loại ,chân sứ ) khi cách điện bị hư hỏng trên các

bộ phần này xuất hiện điện thế nhưng do đã được nối đất nên giữ được mức điện thế thấp do đó đảm bảo được an toàn cho người khi tiếp xúc với chúng

3.Nối đất chống sét: Nối đất chống sét nhằm tản dòng điện sét trong đất (khi

có sét đánh vào cột thu sét , hoặc trên đường dây ) để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên thân cột không quá lớn, hạn chế được các phóng điện ngược tới các công trình cần bảo vệ

* Nhìn chung ở các nhà máy điện và trạm biến áp về nguyên tắc là phải tách rời các hệ thống nối đất nói trên để đề phòng khi có dòng điện ngắn mạch lớn hay dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất làm việc sẽ không gây điện thế cao trên hệ

Trang 33

thống nối đất an toàn Tuy nhiên trong thực tế điều đó khó thực hiện vì nhiều lí do, cho nên ta chỉ dùng một hệ thống nối đất chung cho các nhiệm vụ Song hệ thống nối đất chung phải đảm bảo yêu cầu của các thiết bị khi có dòng ngắn mạch chạm

đất lớn do vậy yêu cầu điện trở nối đất phải nhỏ Điện trở nối đất của hệ thống này yêu cầu không được vượt quá 0,5 Ω

Khi điện trở nối đất càng nhỏ thì có thể tản dòng điện với mật độ lớn, tác dụng của nối đất tốt hơn an toàn hơn Nhưng để đạt được trị số điện trở nối đất nhỏ thì rất tốn kém do vậy trong tính toán ta phải thiết kế sao cho kết hợp được cả hai yếu tố là đảm bảo về kỹ thuật và hợp lý về kinh tế.

4 Các số liệu dùng để tính toán nối đất.

Theo đề tài điện trở suất đo được của đất:

ρđ = 0,6.104 Ω cm =0,6.102 Ω m.

Điện trở nối đất cột đường dây: Rc= 10 Ω

Trong thực tế đất là một môi trường phức tạp không đồng nhất về kết cấu cũng như

về thành phần , do đó điện trở suất của đất sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố ,thành phần ,độ ẩm,nhiệt độ Do khí hậu các mùa thay đổi nên độ ẩm ,nhiệt độ của đất luôn thay đổi Do đó trong quá trình tính toán nối đất,giá trị điện trở suất của đất cần phải

được hiệu chỉnh theo hệ số mùa

Trang 34

Bảng 2 – 1: Hệ số Kmùa

An toàn và làm việc Thanh ngang,chôn sâu 0,8 m 1,6

Cọc dài 2 ữ 3 m,chôn sâu 0,8 m 1,4

Cọc dài 2 ữ 3 m,chôn sâu 0,8 m 1,15

Dây chống sét sở dụng loại C- 70 có điện trở đơn vị là: Ro = 2,38 Ω /km.

Chiều dài khoảng vượt đường dây là: Đối với 110kV: lkv= 200 m.

Một số yêu cầu về kỹ thuật của điện trở nối đất :

Trị số điện trở nối đất càng bé thì tác dụng của nối đất càng cao Nhưng việc giảm trị số điện trở nối đất sẽ làm tăng giá thành xây dựng vì số lượng kim loại tăng

do đó phải qui định trị số cho phép của điện trở nối đất.

Đối với hệ thống nối đất làm việc thì trị số của nó phải thoả mãn các yêu cầu của tình trạng ,làm việc theo quy trình thì:

• Đối với các thiết bị điện nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất phải thoả mãn: R ≤ 0,5 Ω

• Đối với các thiết bị có điểm trung tính không trực tiếp nối đất thì:

nhưng không được vượt quá 10 Ω

Khi lưới điện không đặt cuộn dập hồ quang thì dòng điện I sẽ là dòng điện

điện dung của toàn lưới:

Trang 35

I = 3Uph ω C

Uph: điện áp pha

C : điện dung của pha với đất.

Nếu trong hệ thống có thiết bị bù thì dòng điện tính toán I là phần dòng điện ngắn mạch chạm đất trong mạng khi đã có bù công suất lớn nhất nhưng chú ý là phần dòng điện đó không được vượt quá 50A.

Dòng điện tính toán trong hệ thống nối đất mà trong đó có nối thiết bị bù được lấy bằng 125% dòng điện định mức của thiết bị bù ấy.

Ngoài việc đảm bảo trị số điện trở nối đất đã quy định và giảm nhỏ trị số điện trở nối đất của trạm và của nhà máy điện còn phải chú ý đến việc cải thiện sự phân bố thế trên toàn bộ diện tích trạm.

Đối với trạm biến áp ta thiết kế bảo vệ có cấp điện áp 110kV và có các cột thu lôi

độc lập do đó ta sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu quả tản dòng điện tốt nhất.

Mặt khác do đặt các cột thu lôi trên xà nên phần nối đất chống sét ta nối chung với mạch vòng nối đất của trạm.

2 Tính toán nối đất

2.3.1 Phía 110kV

1 Nối đất an toàn :

Trị số điện trở nối đất cho phép của nối đất an toàn được chọn sao cho các trị số

điện áp bước và tiếp xúc trong mọi trường hợp không vượt quá giá trị cho phép Với trạm biến áp cần bảo vệ có cấp điện áp 110 KV thì nối đất an toàn phải thoả mãn

điều kiện:

Điện trở nối đất của hệ thống phải có giá trị: R ≤ 0 , 5Ω .

Điện trở nối đất của hệ thống phải thoả mãn các điều kiện sau :

TN

HT R

+R 0,5R

R.R

NT TN

RNT≤1Ω

Trang 36

Trong đó : RTN- Là điện trở nối đất tự nhiên

RNT- Là điện trở nối đất nhân tạo

a Nối đất tự nhiên:

Khi dùng nối đất tự nhiên phải tuân theo những điều kiện quy định của quy phạm Nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn các yêu cầu của thiết bị có dòng

điện chạm đất bé thì không cần làm thêm nối đất nhân tạo nữa Nhưng với các các thiết bị có dòng ngắn mạch lớn thì cần phải có nối đất nhân tạo và yêu cầu trị số điện trở nối đất nhân tạo vẫn phải nhỏ hơn 1 Ω

Công thức tính toán điện trở của hệ thống chống sét cột đường dây :

1

RCS -Là điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vượt

RC-Là điện trở nối đất của cột

n -Là số lượng đường dây đi ra a1) Tính điện trở tác dụng của dây chống sét RCS

Với đường dây 110kV ta sử dụng dây chống sét loại C-70 có r0 =2,38 Ω /km

và khoảng vượt của đường dây là lkv=200 km.

Ta giả thiết rằng các khoảng vượt có độ dài như nhau

Từ đó ta tính được :

RCS = r0.l = 2,38.200.10-3= 0,476 Ω.

a2) Điện trở nối đất của cột RC

với ρđ = 0,6.104 Ω cm