ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV VÀ ĐƯỜNG DÂY 220KV Giáo viên hướng dẫn TRẦN VĂN TỚP (ĐỀ 1)

I.Trường: ĐHBK Hà Nội, Bộ môn HỆ THỐNG ĐIỆN II.Giáo viên hướng dẫn: TS TRẦN VĂN TỚP III.Đề tài: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV VÀ ĐƯỜNG DÂY 220KV VI. Các nội dung chính: 1) Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 220/110kV. 2) Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét cho trạm biến áp 220/110kV. 3) Tính toán chỉ tiêu chống sét cho đường dây 220kV. 4) Tính toán bảo vệ chống sóng truyền từ đường dây tới trạm biến áp phía 220kV.

By Giangdt Cán bộ hướng dẫn TRẦN VĂN TỚP Mục lục Chơng 1. TíNH TOáN BảO Vệ Chống SéT ĐáNH TRựC TIếP VàO TRạM Biến áp 220/110KV 1 1.1. Mở đầu 1 1.2. Các yêu cầu 2 1.3. Phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét 3 1.3.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét 3 1.3.2. Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ 6 1.4. Các phơng án bố trí cột thu sét 9 1.4.1. Phơng án 1 9 1.4.2. Phơng án 2 19 1.5. Phơng án kiến nghị 27 Chơng 2. TíNH TOáN NốI ĐấT CHO TRạM BIếN áP 220/110KV 28 2.1. Mở đầu 28 2.1.1. Nối đất an toàn: 28 2.1.2. Nối đất làm việc : 28 2.1.3. Nối đất chống sét: 28 2.2. Các yêu cầu kĩ thuật 29 2.3. Lý thuyết tính toán nối đất 30 2.3.1. Tính toán nối đất an toàn. 30 2.3.2. Tính toán nối đất chống sét 31 2.4. Tính toán nối đất an toàn 34 2.4.1. Nối đất tự nhiên 34 2.4.2. Nối đất nhân tạo 35 2.5. Nối đất chống sét 37 2.5.1. Sơ đồ nối đất chống sét 37 2.5.2. Nối đất bổ sung 40 Chơng 3. Bảo vệ chống sét đờng dây 220 kV 45 3.1. Mở đầu 45 3.2. Các yêu cầu kỹ thuật 45 3.3. Các chỉ tiêu bảo vệ chống sét đờng dây 45 3.3.1. Cờng độ hoạt động của sét 45 3.3.2. Sô lần sét đánh vào đờng dây. 46 3.3.3. Số lần phóng điện do sét đánh vào đờng dây 47 3.3.4. Số lần cắt điện do sét đánh vào đờng dây 47 3.3.5. Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng. 48 3.4. Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đờng dây 49 3.4.1. Mô tả đờng dây cần bảo vệ 49 3.4.2. Độ võng, độ treo cao trung bình, hệ số ngẫu hợp đờng dây. 50 3.4.3. Tính số lần sét đánh vào đờng dây. 55 By Giangdt 3.4.4. Suất cắt do sét đánh vào đờng dây. 56 3.4.5. Kết luận 84 Chơng 4: Bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đờng dây vào trạm 85 4.1. Mở đầu 85 4.2. Các yêu cầu kỹ thuật 86 4.3. Lý thuyết tính điện áp trên cách điện khi có sóng truyền 87 4.3.1. Khái niệm 87 4.3.2. Xác định điện áp tại điểm nút bằng phơng pháp đồ thị 89 4.4. Tính toán bảo vệ sóng qúa điện áp truyền vào trạm 91 4.4.1. Mô tả trạm cần bảo vệ 91 4.4.2. Lập sơ đồ thay thế tính toán trạng thái sóng của trạm 92 4.4.3. Thiết lập phơng pháp tính điện áp với các nút sơ đồ rút gọn 95 4.4.4. Dạng sóng quá điện áp truyền vào trạm 102 4.4.5. Kiểm tra an toàn các thiết bị trong trạm 102 4.5. Kết luận 103 By Giangdt By Giangdt LỜI NÓI ĐẦU Chúng ta đang sống ở thế kỷ 21, thế kỷ của cách mang khoa học kỹ thuật. Cùng với sự phát triển của khoa học thì điện năng là nguồn năng lượng hết sức quan trọng đối với mọi lĩnh vực. Nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá nên điện năng góp một phần đáng kể đối với sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Để đảm bảo cung cấp điện liên tục và chất lượng tốt thì bảo vệ và chống sét cho hệ thống điện có một vị trí rất quan trọng. Trong phạm vi đồ án thiết kế chúng ta phải làm các vấn đề sau: Chương I : Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm 220/110kV Chương II : Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét cho trạm biến áp 220/110kV Chương III: Tính chỉ tiêu chống sét cho đường dây vào trạm biến áp 220 kV. Chương IV: Tính bảo vệ chống sóng truyền từ đường dây vào trạm biến áp 220kV. Từ việc hoc tập, nghiên cứu, tính toán đồ án này rút ra được một số kết luận sau: Quá trình học tập cùng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Trần Văn Tớp, bản đồ án náy đã được hoàn thành. Nhưng do thời gian có hạn, cùng với sự thiếu sót về kinh nghiệm thực tế nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót cần bổ sung. Em xin chân thành cảm ơn các thày cô giáo đã giúp đỡ hướng dẫn cho em hoàn thành bản đồ án này. By Giangdt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp SV: Trịnh Anh Sơn Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh 1 Chơng 1. TíNH TOáN BảO Vệ Chống SéT ĐáNH TRựC TIếP VàO TRạM Biến áp 220/110KV ******* 1.1. Mở đầu Việt Nam là nớc nhiệt đới ma nhiều có độ ẩm cao và sét hoạt động mạnh, số ngày sét trong 1 năm từ 50 -:- 100 ngày. Sét rất nguy hiểm và có thể sẽ đa đến những hậu quả hết sức nghiêm trọng nếu nh các thiết bị điện của trạm phân phối điện ngoài trời bị sét đánh trực tiếp. Vì khi sét đánh trực tiếp vào các công trình sẽ gây tăng áp trên các thiết bị, phá hỏng cách điện và có thể dẫn đến phóng điện sang các thiết bị khác ở xung quanh, gây nên h hỏng và đồng thời có thể làm ngừng việc cung cấp điện toàn bộ trong một thời gian dài làm thiệt hại về kinh tế, ảnh hởng trực tiếp tới các ngành sản xuất và sinh hoạt của nhân dân, mà hầu hết các trạm đều đợc xây dựng ở ngoài trời. Nếu không có biện pháp bảo vệ thì nguy cơ rủi ro sẽ rất cao. Do vậy cần thiết phải bảo vệ chống sét đánh trực tiếp. Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp ngời ta thờng đặt cột thu sét hoặc dây thu sét. Cột thu sét là thiết bị không phải để tránh sét mà ngợc lại dùng để thu hút phóng điện sét về phía nó bằng cách sử dụng các mũi nhọn nhân tạo sau đó dẫn dòng điện sét xuống đất. Sử dụng các cột thu sét với mục đích là để sét đánh chính xác vào một điểm định sẵn trên mặt đất chứ không phải là vào điểm bất kỳ nào trên công trình. Cột thu sét tạo ra một khoảng không gian gần cột thu sét (trong đó có vật cần bảo vệ), ít có khả năng bị sét đánh gọi là phạm vi bảo vệ. By Giangdt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp SV: Trịnh Anh Sơn Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh 2 1.2. CáC YÊU CầU Kỹ THUậT 1) Tất cả các thiết bị bảo vệ cần phải đợc nằm trọn trong phạm vi an toàn của hệ thống bảo vệ. Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các cấp điện áp mà hệ thống các cột thu sét có thể đợc đặt trên các độ cao có sẵn của công trình nh xà, cột đèn chiếu sáng. . . hoặc đợc đặt độc lập. - Khi đặt hệ thống cột thu sét trên bản thân công trình, sẽ tận dụng đợc độ cao vốn có của công trình nên sẽ giảm đợc độ cao của hệ thống thu sét. Tuy nhiên điều kiện đặt hệ thống thu sét trên các công trình mang điện là phải đảm bảo mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất bé +Đối với trạm biến áp ngoài trời từ 110 kV trở lên do có cách điện cao (khoảng cách các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) nên có thể đặt cột thu sét trên các kết cấu của trạm. Tuy nhiên các trụ của kết cấu trên đó có đặt cột thu sét thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm phân phối. Theo đờng ngắn nhất và sao cho dòng điện i s khuyếch tán vào đất theo 3- 4 cọc nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất nhằm đảm bảo điện trở không quá 4. +Nơi yếu nhất của trạm biến áp ngoài trời điện áp 110 kV trở lên là cuộn dây của MBA. Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ MBA thì yêu cầu khoảng cách giữa hai điểm nối đất vào hệ thống nối đất của hệ thống thu sét và vỏ MBA theo đờng điện phải lớn hơn 15m. - Khi đặt cách ly giữa hệ thống thu sét và công trình phải có khoảng cách nhất định, nếu khoảng cách này quá bé thì sẽ có phóng điện trong không khí và đất 2) Phần dẫn điện của hệ thống thu sét có phải có tiết diện đủ lớn để đảm bảo thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt khi có dòng điện sét đi qua. By Giangdt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp SV: Trịnh Anh Sơn Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh 3 1.3. phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét 1.3.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét 1. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là miền đợc giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp tròn xoay có đờng kính xác định bởi công thức. )hh( h h 1 6,1 r x x x ( 1 1 ) Trong đó: h: độ cao cột thu sét h x : độ cao vật cần bảo vệ h- h x = h a : độ cao hiệu dụng cột thu sét r x : bán kính của phạm vi bảo vệ Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thờng dùng phạm vi bảo vệ dạng dạng đơn giản hoá với đờng sinh của hình chóp có dạng đờng gãy khúc đợc biểu diễn nh hình vẽ dới đây. a' b c a h 0,8h 0,2h 0,75h 1,5h R Hình 1-1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét Bán kính bảo vệ ở các mức cao khác nhau đợc tính toán theo công thức sau. + Nếu h 3 2 h x thì ) h.8,0 h -1,5.h.(1r x x ( 1 2 ) + Nếu h 3 2 h x thì ) h h -0,75.h.(1r x x ( 1 3 ) By Giangdt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp SV: Trịnh Anh Sơn Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh 4 Chú ý: Các công thức trên chỉ đúng trong trờng hợp cột thu sét cao dới 30m. Hiệu quả của cột thu sét cao quá 30m có giảm sút do độ cao định hớng của sét giữ hằng số. Có thể dùng các công thức trên để tính phạm vi bảo vệ nhng phải nhân với hệ số hiệu chỉnh p. Với h 5,5 p và trên hình vẽ dùng các hoành độ 0,75hp và 1,5hp. 2. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét kết hợp thì lớn hơn nhiều so với tổng phạm vi bảo vệ của hai cột đơn. Nhng để hai cột thu sét có thể phối hợp đợc thì khoảng cách a giữa hai cột thì phải thoả mãn điều kiện a < 7h (h là chiều cao của cột). a. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có cùng độ cao - Khi hai cột thu sét có cùng độ cao h đặt cách nhau khoảng cách a (a < 7h) thì độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét h o đợc tính nh sau: 7 a - hh o ( 1 4 ) Sơ đồ phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có chiều cao bằng nhau. h 0,2h 0,75h a ho hx 1,5h rx R r0x Hình 1-2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét giống nhau Tính r ox : + Nếu ox h 3 2 h thì ) h8,0 h (1 h1,5r o x oox ( 1 5 ) By Giangdt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp SV: Trịnh Anh Sơn Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh 5 + Nếu ox h 3 2 h thì ) h h -(10,75hr o x oox ( 1 6 ) Chú ý: Khi độ cao của cột thu sét vợt quá 30m thì ngoài các hiệu chỉnh nh trong phần chú ý của mục 1 thì còn phải tính h o theo công thức: p7 a -hh o ( 1 7 ) b. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau. Giả sử có hai cột thu sét : cột 1 có chiều cao h 1 , cột 2 có chiều cao h 2 và h 1 > h 2 . Hai cột cách nhau một khoảng là a. Trớc tiên vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h 1 , sau đó qua đỉnh cột thấp h 2 vẽ đờng thẳng ngang gặp đờng sinh của phạm vi bảo vệ của cột cao tại điểm 3. Điểm này đợc xem là đỉnh của cột thu sét giả định, nó sẽ cùng với cột thấp h 2 , hình thành đôi cột ở độ cao bằng nhau và bằng h 2 với khoảng cách là a. Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ của cột 1 h2 0,2h2 0,75h2 a' ho 1,6h2 3 0,75h1 1,6h1 a x h1 2 1 Hình 1-3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét khác nhau c. Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột (số cột >2). Một nhóm cột sẽ hình thành 1 đa giác và phạm vi bảo vệ đợc xác định bởi toàn bộ miền đa giác và phần giới hạn bao ngoài giống nh của từng đôi cột By Giangdt [...]... hx).p (19) 1.3.2 Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ Tên trạm biến áp : Trạm biến áp 220/110 Trạm có tổng diện tích S = 172 x 152 = 26144 m2, gồm hai phần 110kV và 220kV. Gồm có 2 MBA 220/110kV MBA1 và MBA2 - Phía 110kV bao gồm 9 lộ dây ra và xà đỡ Có thêm 2 lộ được bố trí dành cho lắp đặt Máy cắt liên lạc và máy cắt vòng Độ cao của các xà cần bảo vệ là 10,5m - Phía 220kV bao gồm 6 lộ dây các xà đỡ Có thêm... cột By Giangdt chống sét trên trạm đơn giản hơn SV: Trịnh Anh Sơn 27 Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Chương 2 TíNH TOáN NốI ĐấT CHO TRạM BIếN áP 220/110KV ******* 2.1 Mở đầu Như ta đã biết nhiệm vụ của bảo vệ chống sét đánh trực tiếp là thu hút phóng điện sét Nhưng điều này sẽ làm tăng áp trên các thiết bị Nếu điện áp tăng quá cao sẽ gây phóng điện sang các thiết bị khác,... H 1k Sơ đồ nối điện chính trong trạm SV: Trịnh Anh Sơn 8 Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh By Giangdt Đồ án tốt nghiệp 1.4 các phương án bố trí cột thu sét MBA1 MBA2 Hình 1-5: Sơ đồ bố trí cột của phương án 1 Sơ đồ mặt bằng trạm và cách bố trí cột thu sét như hình 1-5 - Phía 110kV đặt 6 cột thu sét: N9 ữ N14 - Phía 220kV bố trí 8 cột thu sét bao gồm các cột N1 ữ N8 By Giangdt 1.4.1 Phương án 1 Đồ án tốt nghiệp Kỹ... điện cao áp Do đó, độ cao của các cột thu sét phía 110kV là: h = ha + hx = 11 + 10,5 = 21,5 m 3 Bán kính bảo vệ của cột thu sét ở các độ cao cần bảo vệ hx tương ứng a Bán kính bảo vệ của các cột thu sét cao 21,5 m (Các cột phía 110kV) - Bán kính bảo vệ ở độ cao 10,5m: h x = 10,5m < Nên rx = 1,5h ( 1 2 2 h = 21,5 = 14,33 ( m) 3 3 hx 10,5 ) = 1,5.21,5.(1 ) = 12,56(m) 0,8h 0,8.21,5 b Bán kính bảo vệ của... Hình 1-7: Sơ đồ bố trí thu sét theo phương án 2 Sơ đồ mặt bằng trạm và cách bố trí cột thu sét như hình 1-7 - Phía 110kV đặt 6 cột thu sét: N7 ữ N12 - Phía 220kV bố trí 6 cột thu sét bao gồm các cột N1 ữ N6 SV: Trịnh Anh Sơn 19 Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh By Giangdt PHA 220kV Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 1 Tính độ cao tác dụng của cột thu sét Để tính được độ cao tác dụng ha của các cột thu sét, trước... 2.1.3 Nối đất chống sét: Nhiệm vụ của nối đất chống sét là 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 Do đó cần hạn chế các phóng điện ngược trên các công trình cần bảo vệ SV: Trịnh Anh Sơn 28 Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh By Giangdt nối đất Trong hệ thống điện có 3 loại nối đất khác nhau: Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật... Phía 220kV: Độ cao tác dụng: ha = 11m Độ cao lớn nhất cần bảo vệ là: hx = 16m Do đó, độ cao của các cột thu sét phía 220kV là: h = ha + hx =11+ 16 = 27 m - Phía 110kV: Độ cao tác dụng: ha = 11m Độ cao lớn nhất cần bảo vệ là: hx = 10,5m Do đó, độ cao của các cột thu sét phía 110kV là: h = ha + hx = 11 + 10,5 = 21,5 m 3 Bán kính bảo vệ của cột thu sét ở các độ cao cần bảo vệ hx tương ứng a Bán kính bảo vệ. .. Giangdt R12560 R12560 Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 1.5 Phương án kiến nghị - Cả 2 phương án đều được chấp nhận về mặt kỹ thuật: +Phương án 1: ta sử dụng 14 cột thu sét với tổng chiều dài là 176m +Phương án 2 : ta sử dụng 12 cột thu sét với tổng chiều dài là 160,5m - So sánh 2 phương án: Ta chọn phương án 2 làm phương án tính toán Bởi vì phương án 2 có số cột ít hơn phương án 1 trong khi đó tổng... nhiên của trạm là hệ thống chống sét đường dây và cột điện 110kV và 220kV tới trạm Ta có công thức tính toán như sau RTN= Rc Rc 1 1 2 R cs 4 (24) Trong đó : Rcs: điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vượt Rc : điện trở nối đất của cột điện 2 Nối đất nhân tạo Xét trường hợp đơn giản nhất là trường hợp điện cực hình bán cầu Dòng điện trạm đất I đi qua nơi sự cố sẽ tạo nên điện áp giáng trên... thu sét h = ha + hx - Phía 220kV: Độ cao tác dụng: ha = 13m Độ cao lớn nhất cần bảo vệ là: hx = 16m Do đó, độ cao của các cột thu sét phía 220kV là: h = ha + hx =13+ 16 = 29 m - Phía 110kV: Độ cao tác dụng: ha = 11m Độ cao lớn nhất cần bảo vệ là: hx = 10,5m SV: Trịnh Anh Sơn 22 Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh By Giangdt - Đường kính của đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật này chính là đường chéo: Đồ án tốt nghiệp . h×nh 1-5 . - PhÝa 110kV ®Æt 6 cét thu sÐt: N9 ÷ N14. - PhÝa 220kV bè trÝ 8 cét thu sÐt bao gåm c¸c cét N1 ÷ N8. By Giangdt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp SV: Trịnh Anh Sơn Lớp HTĐ - ĐL Hà. Trịnh Anh Sơn Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh 7 172000 152000 30000 16500 13000 20000 13000 20000 35000 51000 17000 MBA2MBA1 PHA 220kV PHA 110kV By Giangdt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp SV: Trịnh Anh. giữa hai cột thu sét h o đợc tính nh sau: 7 a - hh o ( 1 4 ) Sơ đồ phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có chiều cao bằng nhau. h 0,2h 0,75h a ho hx 1,5h rx R r0x Hình 1-2 : Phạm vi bảo vệ của hai