ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV BẮC NINH Giáo viên hướng dẫn NGUYỄN ĐÌNH THẮNG

I.Trường: ĐHBK Hà Nội, Bộ môn HỆ THỐNG ĐIỆN II.Giáo viên hướng dẫn: TS NGUYỄN ĐÌNH THẮNG III.Đề tài: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV/110KV BẮC NINH 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 110kV. 4) Tính toán bảo vệ chống sóng truyền từ đường dây tới trạm biến áp phía 110kV.

Trang 1

Số liệu ban đầu gồm:

- Khoảng vượt đường dây 220 kV là: 290 m

- Khoảng vượt đường dây 110 kV là: 200 m

- Điện trở cột đường dây 10Ω

- Kích thước trạm:

(Sơ đồ mặt bằng trạm cho trong hình vẽ dưới đây)

+ Phía 220 kV: m với 2 lộ vào+ Phía 110 kV: m với 4 lộ ra

II, Chương II: Tính toán hệ thống nối đất trạm biến áp 220/110 kV

III, Chương III: Tính chỉ tiêu chống sét cho đường dây 110 kV

IV, Chương IV: Tính toán bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp

từ đường dây 110 kV

Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:

Ngày hoàn thành thiết kế:

Giáo viên hướng dẫn

Trang 2

Nhµ ph©n phèi

220kV 110kV

Trang 3

LỜI NÓI ĐẦU

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

Chương III: Tính chỉ tiêu chống sét cho đường dây 110 kV.

Chương IV: Tính bảo vệ chống sóng truyền từ đường dây vào trạm biến

áp phía 110 kV.

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 Nguyễn Đình Thắng, bản đồ án này 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 thầy cô giáo đã giúp đỡ hướng dẫn cho em hoàn

thành bản đồ án này

Sinh viên thực hiện Trần Minh Phương

Trang 4

Chương I:

TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO

TRẠM BIẾN ÁP 220/110 kV BẮC NINH

I.1 Mở đầu:

Khi các thiết bị điện trong trạm biến áp bị sét đánh trực tiếp thì sẽ đưa đến các

hậu quả nghiêm trọng: gây nên hư hỏng các thiết bị điện, dẫn đến việc ngừng cung cấp

điện toàn bộ trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản xuất điện năng và làm

ảnh hưởng đến các ngành kinh tế quốc dân khác

Đối với nhà máy điện và các trạm biến áp ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực

tiếp vào thiết bị điện cần phải chú ý bảo vệ các công trình khác như:

- Đoạn dây nối từ xà cuối của trạm ra cột đầu tiên của đường dây

- Đoạn dây dẫn hay thanh dẫn nối máy phát điện và máy biến áp

- Gian máy của các loại nhà máy điện kiểu hở, các thiết bị thu đựng khí Hidro

ngoài trời, các thiết bị chứa dung dịch điện phân ngoài trời

- Kho dầu, các thùng dầu để ngoài trời, kho xăng

Đối với các công trình dễ cháy nổ thì không những cần bảo vệ chống sét đánh

trực tiếp mà phải đề phòng sự phát sinh tia lửa do điện áp gây nên, vì vậy khi tiến hành

thiết kế bảo vệ đối với phần này cần nghiên cứu thêm qui trình đối với các công trình

dễ cháy nổ

Để bảo vệ sét đánh trực tiếp ở các nhà máy điện và trạm biến áp cần dùng cột

thu lôi Các cột thu lôi có thể được đặt độc lập hoặc trong các điều kiện cho phép có

thể đặt trên các kết cấu của trạm, nhà máy

Thông thường để giảm vốn đầu tư và cũng là để tận dụng độ cao ở các trạm biến

áp và nhà máy điện người ta cố gắng đặt các cột thu lôi trên các kết cấu trong trạm,

trên các cột đèn pha dùng để chiếu sáng, trên mái nhà … Cột thu lôi độc lập thường đắt

hơn nên chỉ dùng khi không tận dụng được độ cao khác

Nếu đặt cột thu lôi trên các kết cấu của trạm phân phối điện ngoài trời và dùng

dây chống sét để bảo vệ cho đoạn dây dẫn nối từ xà cuối của trạm đến cột đầu tiên của

đường dây thì chúng sẽ được nối đất chung vào hệ thống nối đất của trạm Vì vậy khi

sét đánh vào dây thu lôi hay vào dây chống sét thì toàn bộ dòng điện sét sẽ đi vào hệ

thống nối đất của trạm và do đó làm tăng thế của các thiết bị được lối đất chung với hệ

thống nối đất của trạm Độ tăng đó lớn thì có thể gây nên nguy hiểm cho các thiết bị

ấy, do vậy chỉ trong điều kiện cho phép mới được đặt cột thu lôi trên các công trình

trong trạm hoặc dùng dây chống sét ở trong trạm

Khi thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp và nhà máy điện ngoài các yêu

cầu kỹ thuật còn phải chú ý đến các mặt kinh tế và mỹ thuật

Trang 5

I.2 Các yêu cầu kỹ thuật :

Đối với các trạm phân phối ngoài trời từ 110 kV trở lên do có mức cách

điện cao nên có thể đặt cột thu lôi trên kết cấu của trạm phân phối Các trụ của các kết

cấu trên đó có đặt côt thu lôi phải được ngắn nhất và sao cho dòng điện sét Is khuếch

tán vào trong đất theo 3 đến 4 thanh cái của hệ thống nối đất Ngoài ra ở mỗi trụ của

kết cấu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số của điện trở nối đất

- Nơi yếu nhất của trạm phân phối ngoài trời điện áp 110 kV trở lên là cuộn

dây của máy biến áp, vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp

thì yêu cầu khoảng cách giữa 2 điểm nối vào hệ thống nối đất của cột thu lôi

và vỏ máy biến áp theo đường điện phải lớn hơn 15 m

- Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm phân phối ngoài trời 110 kV trở lên

phải thực hiện các yêu cầu sau:

+ Ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần

phải có nối đất bổ sung (dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở

khuếch tán không được quá 4 Ω (ứng với dòng điện tần số công nghiệp)

+ Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm trên có đặt cột thu

lôi và bộ phận mang điện không được bé hơn chiều dài của chuỗi sứ

- Có thể nối cột thu lôi độc lập vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp

điện áp 110 kV nếu như các yêu cầu trên được thực hiện

- Khi dùng cột thu lôi độc lập phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu lôi đến

các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu lôi đến vật

được bảo vệ

- Khi dùng cột đèn chiếu sáng để làm giá đỡ cho cột thu lôi phải cho dây dẫn

điện đến đèn vào ống chì và chôn vào trong đất

- Có thể nối dây chống sét bảo vệ đoạn đến trạm vào hệ thống nối đất của

trạm nếu như khoảng cách từ chỗ nối đất của trạm đến điểm nối đất của máy

biến áp lớn hơn 15 m

- Để đảm bảo về mặt cơ tính và để chống ăn mòn cần phải theo đúng qui định

về loại vật liệu, tiết diện dây dẫn dùng trên mặt đất và dưới đất:

I.3 Đặc điểm về kết cấu côt thu lôi:

Trong nhưng điều kiện cho phép, như trên đã nói, nếu tận dụng được các độ cao

của các công trình trong trạm như các xà để làm giá đỡ cho cột thu lôi

Đối với cột thu lôi độc lập nếu:

+ Độ cao h của cột thu lôi không quá 20 m thì dùng các ống kim loại ghép lại

+ Độ cao h lớn hơn 20 m thì dùng loại kết cấu kim loại kiểu mạng để làm giá đỡ

bộ phận thu sét

Trang 6

I.4 Phạm vi bảo vệ của cột thu lôi:

I.4.1 phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập:

Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là miền được giới hạn bởi mặt ngoài

hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình

)hh(h

h1

6,1

Để rễ dàng thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng

đơn giản hóa, được tính theo công thức sau:

h1(h5,1

rx hx

Hình 1-1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lậpChú ý các công thức trên chỉ đúng khi cột thu lôi cao dưới 30 m Hiệu quả của

cột thu lôi cao quá 30 m có giảm sút do độ cao định hướng của sét giữ hằng số Có thể

dùng các công thức trên để tính phạm vi bảo vệ nhưng phải hiệu chỉnh kết quả bằng

cách nhân với hệ số hiệu chỉnh

h

5,5

p= và trên hình vẽ dùng các hoành độ 0,75hp và1,5hp

I.4.2 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 phạm vi

bảo vệ của 2 hay nhiều cột đơn cộng lại Nhưng để hai cột thu lôi có thể phối hợp được

thì khoảng cách a giữa chúng phải thỏa mãn điều kiện a < 7h

Khi hai cột thu lôi có cùng độ cao h đặt cách nhau khoảng cách a (a < 7h) thì độ

cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu lôi h0 được tính như sau:

Trang 7

ah

h0 = − =>

7

ah

h0 = −

ho=h-a/7 Rx

hx

a

Rx

1.5ho 1.5h

Hình 1-2 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi cùng độ caoCác phần bên ngoài giống như các trường hợp một cột còn phần bên trong được

giới hạn bởi vòng tròn đi qua 3 điểm hai đỉnh cột và điểm ở giữa có độ cao h0, mặt cắt

thẳng đứng theo mặt phẳng vuông góc đặt giữa hai cột của phạm vi bảo vệ được vẽ

giống như một cột có độ cao h0, từ hai mặt cắt này có thể vẽ được phạm vi bảo vệ của

các mức cao khác nhau

Khi độ cao vượt qúa 30 m cũng có các hiệu chỉnh tương tự như trên và độ cao h0

cũng được tính theo

p7

ah

h0 = −

Cách vẽ phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có chiều cao khác nhau được trình bày

như hình vẽ (1-3) Trước tiên ta vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao sau đó qua đỉnh cột thấp

vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở điểm 3 điểm này

được xem là đỉnh cột thu sét giả định, nó sẽ cùng với cột thấp hình thành đôi cột có độ

cao bằng nhau với khoảng cách a’

Trang 8

Rx hx

h

h1(h75,0

h8,0

h1(h5,1

1

2 1

h0 = 2 − =>

7

'ah

h0 = 2 −

Khi độ cao vượt qúa 30 m cũng có các hiệu chỉnh tương tự như trên và độ cao h0

cũng được tính theo

p7

'ah

h0 = 2−

Khi công trình cần được bảo vệ chiếm khu vực rộng lớn, nếu chỉ dùng một vài

cột thu lôi thì phải rất cao gây nhiều khó khăn cho thi công, lắp ráp Trong các trường

hợp này sẽ dùng nhiều cột phối hợp bảo vệ Phần ngoài của phạm vi bảo vệ được xác

định như của từng đôi cột (yêu cầu khoảng cách a≤7h, không cần vẽ phạm vi bảo vệ

Trang 9

bên trong đa giác hình thành bởi các cột thu lôi mà chỉ kiểm tra điều kiện an toàn Vật

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

a

x) 8hh

h(8

php)hh(8

I.5 Trình tự tính toán:

Trình tự hành:

- Xem xét toàn bộ các cột thu lôi ở những vị trí đã chọn

- Tính độ cao tác dụng hacủa các cột xác định đường kính D vòng tròn ngoại

tiếp tam giác qua 3 đỉnh cột (hoặc ngoại tiếp tứ giác)

Để cho toàn bộ diện tính giới hạn bởi tam giác (hoặc tứ giác ấy) được bảo vệ thì

a

h

Lấy chung một độ cao tác dụng lớn nhất cho toàn trạm

- Tính độ cao h của cột thu lôi:

h = ha+ hx,Trong đó :

hx độ cao của vật được bảo vệ

- Kiểm tra lại khả năng bảo vệ đối với các vật nằm ngoài phạm vi bảo vệ :

+ Tính bán kính bảo vệ của một cột thu lôi:

h1(h5,1

+ Tính bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu lôi:

Tính độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu lôi h0:

7

ah

h0 = − a là khoảng cách giữa 2 cột thu lôiTính rxnhư trên theo độ cao h0

- Vẽ các khu vực bảo vệ theo kích thước đã tính

Trang 10

- Kiểm tra lại nếu có vật được bảo vệ nào nằm ngoài khu vực bảo vệ thì cần

phải tăng độ cao cột thu lôi hoặc bố trí thêm cột và tính toán theo trình tự

trên

Nếu dùng cột thu lôi độc lập thì phải kiểm tra khoảng cách giữa cột thu lôi đến

các bộ phận của trạm, phải tính khoảng cách trong không khí Sk và khoảng cách trong

đất Sd

Cho là sóng dòng điện có dạng xiên góc với độ dốc trung bình là:

)dt

di( s = a

Khi sét đánh vào cột thu lôi thì điện thế tại điểm cách mặt đất một đọan l0 bằng

chiều cao của vật được bảo vệ là:

Rđ– là điện trở nối đất xung kích của cột thu lôi

L – điện cảm phần dây dẫn có chiều dài l0:L= L0l0

Để tránh hiện tượng phóng điện từ cột thu lôi sang vật bảo vệ có độ cao l0 thì

yêu cầu p

 > Trong đó υpđ là điện áp phóng điện xung kích của cách điện của vật

được bảo vệ

Để thực hiện yêu cầu trên thì khoảng cách trong không khí Sk giữa vật được bảo

vệ và cột thu lôi phải:

l k cpk

U S E

≥

Mặt khác do có dòng điện Is đi vào Rđ của cột thu lôi cho nên để tránh phóng

điện từ hệ thống nối đất của cột đến vật ở trong đất thì yêu cầu:

cpđ

đ s dE

RI

Trang 11

I.6.1 Phương án 1 bố trí cột như hình vẽ 1-4:

Phía 220 kV bố trí 9 (cột 1 đến cột 9) cột đặt trên xà bên trong trạm

Phía 110 kV bố trí 10 (cột 10 đến cột 19) cột đặt trên xà bên trong trạm

Xác định độ cao hiệu dụng của các cột thu sét:

Để tính được độ cao tác dụng hacủa các cột chống sét trên mặt bằng bản vẽ coi

những nhóm cột đó như những đa giác hình học, từ đó xác định được bán kính đường

tròn ngoại tiếp đa giác đó

Độ cao hiệu dụng của cột thu sét hađể nhóm 4 cột trên bảo vệ được hoàn toàn

diện tích của chúng phải thỏa mãn:

Trang 12

Thực hiện: Trần Minh Phương – HTĐ Trạm Điện Lực Hưng Yên 9

136,0m

8,0m 30,0m

Nhµ ph©n phèi

220kV 110kV

Trang 13

bP)(

aP(P2

c.b.a

Trang 14

D =

)cP)(

bP)(

aP(P2

c.b.a

bP)(

aP(P2

c.b.a

bP)(

aP(P2

c.b.a

Trang 15

bP)(

aP(P2

c.b.a

bP)(

aP(P2

c.b.a

Trang 16

12-13-14-1514-15-16-1716-17-18-19

Qua tính toán cụ thể độ cao tác dụng cho từng nhóm cột ta nhận thấy:

Đối với trạm 220 kV thì hamax = 6,05 m vì ta chọn ha chung cho cả trạm nên

thu sét phía 110 kV là:

h = ha+hx= 11 + 9,5 = 20,5 (m)

Tính bán kính bảo vệ của 1 cột thu lôi:

Trang 17

Bên phía 220 kV bảo vệ bằng cột thu lôi cao 23,5 m và các độ cao cần bảo vệ là

Trang 20

Vậy phương án I đặt 19 cột thu lôi trong đó có 9 cột cao 23,5 m (2 cột đặt trên

xà cao 17 m và 7 cột đặt trên xà cao 11 m) và 10 cột cao 20,5 m (1 cột đặt trên xà cao 8

Trang 21

8,0m 30,0m 90,0m

Nhà phân phối

220kV 110kV

R14,6m R7,2m

R1,2m

R7,3m R1,2m R9,3mR3,9m

R15,8m R10,1m

R4,9m

R9,4m

R3,2m R0,8m

Phạm vi bảo vệ cho độ cao 11m

Phạm vi bảo vệ cho độ cao 17m Phạm vi bảo vệ cho độ cao 8m

Hỡnh 1-5 Phạm vi bảo vệ của phương ỏn 1

Trang 22

Thực hiện: Trần Minh Phương – HTĐ Trạm Điện Lực Hưng Yên 19

136,0m

8,0m 30,0m

Nhµ ph©n phèi

220kV 110kV

Trang 23

I.6.2.Phương án 2 bố trí cột như hình vẽ 1-6:

Phía 220 kV bố trí 6 cột (cột 1 đến cột 6) đặt trên xà bên trong trạm

Phía 110 kV bố trí 10 cột (cột 7 đến cột 16) đặt trên xà bên trong trạm

Xác định độ cao hiệu dụng của các cột thu sét:

Để tính được độ cao tác dụng hacủa các cột chống sét trên mặt bằng bản vẽ coi

những nhóm cột đó như những đa giác hình học từ đó xác định được bán kính đường

tròn ngoại tiếp đa giác đó

bP)(

aP(P2

c.b.a

Trang 24

aP(P2

c.b.a

bP)(

aP(P2

c.b.a

Trang 25

aP(P2

c.b.a

bP)(

aP(P2

c.b.a

Trang 26

= 46, 5.30.66

2 71, 25(71, 25 46, 5)(71, 25 30)(71, 25 66) − − − = 74,5 (m)

Qua tính toán cụ thể độ cao tác dụng cho từng nhóm cột ta nhận thấy:

Đối với trạm 220 kV thì hamax = 7,71 m vì ta chọn ha chung cho cả trạm nên

chọn hachung cho cả trạm 220 kV là 8 m

Đối với trạm 110 kV thì thì hamax = 9,3 m vì ta chọn ha chung cho cả trạm nên

chọn hachung cho cả trạm 110 kV là 9,5 m

Trang 27

Phía 220 kV cần bảo vệ cho độ cao lớn nhất là hx = 17 m cho nên độ cao của cột

h = ha+hx= 17 + 8 = 25 (m)Phía 110 kV cần bảo vệ cho độ cao lớn nhất là hx = 11 m cho nên độ cao của cột

h = ha+hx= 11 + 9,5 = 20,5 (m)

Tính bán kính bảo vệ của 1 cột thu lôi:

Bên phía 220 kV bảo vệ bằng cột thu lôi cao 25 m và các độ cao cần bảo vệ là

Trang 31

Vậy phương án II đặt 16 cột thu lôi trong đó có 6 cột cao 25 m (1cột đặt trên xà

cao 17 m và 5 cột đặt trên xà cao 11 m) và 10 cột cao 20,5 m (5 cột đặt trên xà cao 8 m

Từ việc tính toán và so sánh giữa 2 phương án ta thấy phương án 1 là phương án

thoản mãn các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật nên được dùng làm phương án trong cho

thiết kế

Trang 32

Thực hiện: Trần Minh Phương – HTĐ Trạm Điện Lực Hưng Yờn 29

136,0m

8,0m 30,0m

Nhà phân phối

220kV 110kV

R16,9m R6,0m

R9,6m R2,4m

R5,8m

R0,5m R3,1m

R7,7m R3,9m

R9,2m

R2,7m R0,4m

Phạm vi bảo vệ cho độ cao 11m Phạm vi bảo vệ cho độ cao 17m

Hỡnh 1-7 Phạm vi bảo vệ của phương ỏn 2

Trang 33

Chương II:

TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP 220/110 KV BẮC NINH

II.1 Mở đầu:

Tác dụng của hệ thống nối đất là để tản dòng điện và giữ mức điện thế thấp trên

các vật được nối đất Trong hệ thống điện có ba loại nối đất khác nhau:

- Nối đất an toàn (bảo vệ): có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người khi cách

điện bị hư 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 ) Nhưng khi cách điện bị hư hỏng, trên các bộ phận này xuất

hiện điện thế, do đã được nối đất nên giữ được mức điện thế thấp do đó

đảm bảo an toàn cho người khi tiếp xúc với chúng

- Nối đất làm việc: nhiệm vụ của loại nối đất này là đảm bảo sự làm việc

bình thường của thiết bị hoặc của một số bộ phận của thiết bị theo chế độ

làm việc đã được quy định sẵn Loại nối đất này gồm có 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 nối đất của điện kháng dùng trong bù ngang trên các

đường dây tải điện đi xa của hệ thống điện

- Nối đất chống sét: nối đất chống sét nhằm tản dòng điện sét trong đất (khi

có sét đánh vào cột chống sét trên đường dây) để giữ cho điện thế tại mọi

điểm trên thân cột không quá lớn do đó hạn chế được phóng điện ngược

tới công trình cần bảo vệ

II.2 Trị số cho phép 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 của điện trở nối đất sẽ làm tăng giá thành xây dựng lên nhiều vì số lượng

kim loại tăng lên, do đó cần phải qui định trị số cho phép của điện trở nối đất

Đối với hệ thống nối đất làm việc, trị số của nó phải thỏa mãn các yêu cầu của

tình trạng làm việc của mỗi thiết bị Theo qui trình:

- Đối với các thiết bị nối đất trực tiếp thì yêu cầu điện trở nối đất phải thỏa

Trang 34

- Nếu như hệ thống có điểm trung tính cách điện và hệ thống nối đất cho cả

các thiết bị cao áp và hạ áp thì yêu cầu:

I

125

R ≤ Ω nhưng không được quá 10 Ω

Dòng điện I tùy theo từng trường hợp sẽ có trị số khác nhau:

- Trong hệ thống không có thiết bị bù thì dòng điện tính toán I là dong điện

khi có chạm đất một pha:

CU3

Trong đó:

C là điện dung của một pha của hệ thống nối đất

- Nếu hệ thống có thiết bị bù thì dòng điện tính toán I là phần dòng điện còn

lại hay chưa được bù của dòng điện ngắn mạch chạm đất trong mạng khi đã

cắt đi thiết bị bù có công suất lớn nhất, nhưng chú ý là không được quá 30

A

- 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

Ngoài việc đảm bảo trị số điện trở nối đất đã qui định và giảm nhỏ điện trở nối

đất của trạm và nhà máy, còn cần phải chú ý đến việc cải thiện sự phân bố thế trên trên

toàn diện tích của trạm

II.3 Hệ số mùa

Đất là môi trường phức tạp không đồng nhất về kết cấu cũng như thành phần, do

đó điện trở suất của đất phụ thuộc phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần, độ ẩm,

nhiệt độ của đất Do khí hậu các mùa thay đổi nên độ ẩm, nhiệt độ của đất luôn luôn

thay đổi, đặc biệt đối với lớp đất ở trên, còn đối với lớp đất sâu thì dao động của độ ẩm

ít hơn

Vì vậy khi thiết kế hệ thống nối đất, về trị số tính toán điện trở suất của đất cần

chú ý đến trị số lớn nhất của nó có trong các mùa được tính theo:

Kđo

II.4 Tính toán nối đất:

Với cấp điện áp lớn hơn 110 kV nối đất an toàn phải thỏa mãn điều kiện là: điện

trở nối đất của hệ thống phải có giá trị R≤0,5 Ω Điều kiện này xuất phát từ việc ở cấp

điện áp lớn hơn 110 kV dòng điện ngắn mạch lớn, khi chạm vỏ hoặc khi rò điện thì

dòng điện sẽ rất lớn gây nguy hiểm

Trang 35

Ở cấp điện áp 110 kV trở lên do có trị số điện trở tản bé và có mức cách điện cao

nên có thể thực hiện nối đất an toàn và nối đất chống sét chung

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

5,0RR

RRR

//

RR

TN NT

TN NT TN

RTN: là điện trở nối đất tự nhiên

RNT: là điện trở nối đất nhân tạo RNT ≤ 1 Ω

II.4.1 Nối đất tự nhiên:

Nối đất tự nhiên bao gồm các dạng sau:

- Các hệ thống ống dẫn nước, các ống kim loại chôn dưới đất không chứa các

chất dễ cháy, nổ

- Hệ thống dây chống sét, điện trở nối đất, cột điện đường dây mà được nối

vào hệ thống nối đất của trạm

- Các kết cấu kim loại của trạm như móng nhà, tường trạm

Trong phạm vi đồ án này ta chỉ xét nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống dây

chống sét - điện trở của cột điện của đường dây 110 kV, 220 kV tới trạm

Ta có công thức tính toán điện trở của hệ thống dây chống sét cột là:

4

1R

R21

RR

cs c

c cs

++

Rc là điện trở nối đất của cột

Nếu trạm có n đường dây đi vào thì điện trở nối đất tự nhiên của trạm:

RTN= Rcs

n

1

(2-5)Dây chống sét dùng ở đây là dây C-70 có điện trở đơn vị là r0=2,38Ω/km

Có 2 lộ đường dây 220 kV, khoảng vượt L1= 290 m

Có 4 lộ đường dây 110 kV, khoảng vượt L2= 200 m

Điện trở nối đất của cột điện là 10 Ω

Giả thiết khoảng vượt của các đường dây cùng cấp điện áp và khoảng vượt của

các khoảng cột trong cùng đường dây là bằng nhau thì ta có:

Trang 36

cs

R R

c

cs

R R

TN TN TN

Trong lưới điện trung tính cách đất khi trị số điện trở nối đất đã đảm bảo thì

không cần thực hiện nối đất nhân tạo, tuy nhiên lưới 220 kV và lưới 110 kV là lưới

trung tính nối đất dòng điện ngắn mạch lớn cho nên ta vẫn phải thực hiện nối đất nhân

tạo và yêu cầu điện trở nối đất nhân tạo là RNT ≤1 Ω và đảm bảo yêu cầu về nối đất

chống sét

II.4.2 Nối đất nhân tạo:

Ta phải thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo với yêu cầu RNT ≤1Ω

Nối đất nhân tạo trong phạm vi đồ án này ta dùng là nối đất dạng mạch vòng

Trang 37

80,5m 136,0m

52,5m

30,0m

133,0m

220kV 110kV

Hình vẽ 2-1 Mạch vòng nối đấtChu vi của mạch vòng:

L= (136-2)+(133-2)+106-2)+80,5+30+(52,5-2)= 530(m)Diện tích của mạch vòng:

S=134.50,5+104.80,5=15139(m2)Điện trở tản xoay chiều của mạch vòng:

dt

LKlnL2R

2 tt

mv

⋅

⋅π

⋅

ρ

Trong đó:

L: là chiều dài tổng của điện cực (chu vi của mạch vòng)

t: độ chôn sâu của thanh làm mạch vòng, lấy t = 0,8 m

tt

ρ : điện trở suất tính toán của đất đối với thanh làm mạch vòng chôn

ở độ sâu t

mùa đo

tt =ρ k

ρ , lấy hệ số mùa với độ chôn sâu 0,8 m kmùa= 1,6

4 4

tt =0,75⋅10 ⋅1,6=1,2⋅10

Trang 38

d: đường kính của thanh làm mạch vòng (nếu thanh là thanh dẹt có

l Giá trị K=f(

2

1l

l) đượccho trong bảng:

Sll

L)ll(22 1

2 1

2 2,18 1

Hình vẽ 2-2 Hệ số hình dángNhư vậy trị số điện trở tản xoay chiều của mạch vòng nối đất nhân tạo:

Trang 39

LKlnL2R

2 tt

mv

⋅

⋅π

RNT= Rmv= 0,63 Ω < 1 Ω cho nên đã đảm bảo yêu cầu nối đất an toàn

Tuy nhiên cần kiểm tra thêm về điều kiện nối đất chống sét, nếu như đã đảm bảo

về điều kiện nối đất chống sét thì không cần phải tiến hành nối đất bổ sung, còn nếu

không đảm bảo yêu cầu của nối đất chống sét thì cần phải tiến hành nối đất bổ sung

T= ⋅ ⋅ Như vậy T tỷ lệ với trị số điện cảm tổng (L⋅l) và điện dẫn tổng (g⋅l) của

điện cực Từ công thức trên ta thấy rằng khi dòng tản trong đất là dòng điện một chiều

hoặc dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp thì ảnh hưởng của L là không đáng kể

và bất kỳ hình thức nối đất nào (thẳng đứng hay nằm ngang) cũng đều biểu thị trị số

điện trở tản

Khi dòng điện đi vào trong đất là dòng điện sét, tham số biểu thị của nối đất tùy

thuộc vào tương quan giữa hằng số thời gian T và thời gian đầu sóng của dòng điện

Với T<< τđs quá trình quá độ diễn ra rất nhanh, khi dòng điện sét đạt tới trị số

cực đại thì quá trình quá độ cũng kết thúc và hệ thống nối đất thể hiện như một điện trở

tản, trường hợp này ứng với trường hợp nối đất tập trung

Nếu điện cực dài, l lớn, hằng số thời gian lớn có thể đạt đến τđs và tại thời điểm

dòng điện sét đạt tới trị số cực đại, quá trình quá độ chưa kết thúc, nối đất thể hiện như

một tổng trở Z và có trị số rất lớn so với trị số điện trở tản Trường hợp này gọi là nối

đất phân bố dài

Đối với trạm biến áp 220/110 kV khi có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất thì

dòng điện sét I đi vào phải thỏa mãn điều kiện:

),0(ZI

Trong đó:

I là biên độ dòng điện sét

Zxk(0,t) là tổng trở xung kích đầu vào của hệ thống nối đất

Đối với phía 110 kV thì U50%MBA= 460 kV

Đối với phía 220 kV thì U50%MBA= 900 kV

Như vậy điều kiện của nối đất chống sét là Uđ< U50%MBA = 460 kV

Trong thiết kế ta chọn dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xiên góc có

biên độ không đổi cho dưới đây:

Trang 40

đs S

tKhia

=I

tKhiat

=I

Biên độ của dòng điện sét thường được dùng để tính là I = 150 kA

Độ dốc của dòng điện sét là: 300 (kA/μs)

Như vậy thời gian đầu sóng là: τđs= 5

30

150a

với U50%MBA =460 kV Nếu thỏa mãn rồi thì thôi còn ngược lại nếu chưa thỏa mãn thì

cần phải tiến hành nối đất bổ sung

- Kiểm tra phương án mạch vòng nối đất nhân tạo theo điều kiện nối đất chống

sét.

Trong nối đất chống sét:

Khi dùng thanh ngang chôn sâu 0,8 m thì kmùasét=1,25

mùasét mùaantoàn

Để tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét ta xét các điều kiện sau:

- Bỏ qua nối đất tự nhiên và các thanh cân bằng điện áp trong trạm

- Trong tính toán để đơn giản ta bỏ qua điện trở bản thân cực, vì nó rất nhỏ so

với điện cảm, ta cũng bỏ qua tác dụng của điện dung vì nó cũng rất nhỏ so

với điện dẫn

- Không xét quá trình phóng điện trong đất

- Ta xem mạch vòng của hệ thống nối đất nhân tạo là sự ghép song song của 2

tia chiều dài mỗi tia là l=L/2, với L là chu vi của mạch vòng, l = 530/2 = 265

m

Định dạng
Số trang	105
Dung lượng	2,29 MB