BÀI TẬP DÀI MÔN KĨ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP (ĐỀ 4)

Bài tập môn học kĩ thuật điện cao áp bước đầu giúp sinh viên ngành hệ thống điện làm quen với việc thiết kết bảo vệ, tính toán bảo vệ, đánh giá các tiêu chuẩn kĩ thuật của công trình điện. Thông qua ba nhiệm vụ cơ bản là thiết kế hệ thống chống sét cho trạm biến áp, thiết kế và đánh giá hệ thống nối đất an toàn và hệ thống nối đất chống sét và cuối cùng là tính toán sóng quá điện áp lan truyền vào trạm.

BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC

KĨ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

CÁC THễNG SỐ ĐỀ BÀI :

A.Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp

B.Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét của trạm đảm bảo tiêu chuẩn nối

CÁC HÌNH VẼ :

MBA TG

M¸y biÕn ¸p

§-êng ®i

§-êng ®i

Xµ ®-êng d©y phÝa 110kV

Xµ ®-êng d©y phÝa 35kV

Nhµ ®iÒu khiÓn vµ lµm viÖc

PHẦN 1 BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP

1.1 Giới thiệu:

Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp và nhà máy điện là việc phải làm và có ý nghĩa quan trọng để bảo vệ các công trình điện và tránh những hậu quả nghiêm trọng do sét đánh gây ra từ đó đảm bảo an toàn tin cậy trong sản xuất, phân phối và cung cấp điện năng

Trước khi đi vào thiết kế hệ thống chống sét cho trạm biến áp nêu ta xác định các yêu cầu thiết kế như sau:

Nhằm đảm giảm thấp nhất vốn đầu tư khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét cho trạm biến áp ta cố gắng đặt các cột thu sét trên các kết cấu cao có sẵn của trạm

mà không ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kĩ thuật cần thiết Ngoài các tiêu chuẩn kĩ thuật cũng cần xem xét mặt mỹ thuật của công trình

Đối với các trạm phân phối ngoài trời từ cấp 110kV trở lên do mức cách điện cao nên có thể đặt cột thu lôi ngay trên kết cấu của trạm phân phối Phải đặt để các cột thu lôi thấp nhất và cho dòng điện sét khuếch tán vào đất nhanh và phải

có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất

Khi bố trí cột thu lôi trên xà cần chú ý:

+ các kết cấu có cột thu lôi cần có nối đất bổ sung ngay trụ của các kết

cấu này nhằm đảm bảo điện trở nối đất không vượt quá 4Ω

+ khi dùng cột thu lôi phải đảm bảo khoảng cách đến các phần mang điện của trạm để tránh rò điện và chạm chập qua cột thu lôi Đồng thời phải đảm bảo cho dòng điện sét được thông thoát nhanh chóng và tránh hiện tượng phóng điện từ cột thu lôi đến các vật cần được bảo vệ

Nếu không thể tận dụng được các kết cấu trạm thì bố trí các cột thu lôi nối đất độc lập

Theo yêu cầu của đề bài thì ở đây ta quan tâm đến bào vệ chống sét đánh thẳng vào trạm, tạm thời không sét đến quá điện áp lan truyền vào trạm

Ta sẽ bố trí cho các thiết bị cần bảo vệ nằm trọn trong phạm vi bảo vệ của hệ thống cột thu lôi

Phần thứ 2 không kém quan trọng là thiết kế nối đất để tản dòng điện sét vào đất một cách an toàn

1.2 Tính toán:

1.2.1 Lý thuyết:

- Độ cao cột thu lôi:

+ 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:



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

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

o

a

h  h

Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân

1,6 1

xo

x o

r

h h





- 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:

2 1

2 1

h h

hh

,a

h7

a'h

1 2 2

2

1

61

hh

0,8.209,375 m

0,8.145,06 m



Lẽ ra ta nên tính cả phạm vi bảo vệ giữa 2 cột có cùng độ cao và 2 cột có

độ cao khác nhau nhưng do phạm vi bảo vệ của các hình chữ nhật đã đủ bảo vệ cho trạm nên ta không tính nữa

Ta có pham vi bảo vệ ở hình 2.2

PHẦN 2 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT AN TOÀN VÀ NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT

CHO TRẠM BIẾN ÁP

2.1 Giới thiệu:

Trong hệ thống điện có 3 loại nối đất như sau:

Nối đất làm việc Nối đất an toàn (hay còn gọi là nối đất bảo vệ ) Nối đất chống sét

Trong phần này ta xét 2 loại nối đất cuối cùng Do 2 loại nối đất an toàn

và nối đất chống sét có các mục đích khác nhau dẫn đến yêu cầu kĩ thuật của chúng phải khác nhau Về nguyên tắc là phải tách rời 2 hẹ thống nối đất này vì phảo đề phòng khi có dòng điện sét hay dòng ngắn mạch lớn thì hệ thống nối đất không được gây quá áp lên hệ thống nối đất an toàn Mặc dù vậy việc tách rời sẽ gây lãng phí và không kinh tế do vậy 2 hệ thống này được gộp chung vào làm 1, khi ấy hệ thống nối đất chung phải có yêu cầu kĩ thuật là điện trở nối đất bé

Theo yêu cầu thì điện trở nối đất không nhỏ hơn 0,5 Ω

Trị số điện trở nối đất cho phép của nối đất an toàn được chọn sao cho các trị số điện áp bước và điên áp tiếp xúc trong mọi trường hợp không được phép vượt quá trị số cho phép Theo quy phạm thì tiêu chuẩn nối đất ăn toàn như sau:

Đối với các thiết bị nối có điểm trung tính trực tiếp nối đất thì trị số điện trở cho phép là R≤ 0,5Ω

Đối với các thiết bị có trung tính cách điện thì điện trở nối đất

Đối với nối đất của hệ thống thu sét ở các trạm biến áp khi bộ phận thu sét đặt ngay trên các xà nhừ trong đồ án này thì phần nối đất chống sét phải nối chung với mạch vòng nối đất an toàn của trạm

Trong đó thường chọn các đơn vị theo biểu thức tính sau:

Công thức tính điện trở toàn móng:

là 1 biện pháp hỗ trợ thêm

Ta chọn hình thức nối đất là dùng các thanh tròn đường kính d=2cm làm mạch vòng quanh trạm và chôn sâu cách mặt đất 0,8m theo chu vi của trạm là hình chữ nhật

Điện trở nối đất của mạch

)(

.ln 2

L K L

t: độ chôn sâu của điện cực làm mạch vòng, t=0,8m

L: chu vi mạch vòng hình chữ nhật ta đặt các thanh sắt cách hàng rào (tường) 1m mà trạm biến áp thiết kế có kích thước là 108m x 186 m vậy ta có:

Như vậy trị số điện trở nối đất của hệ thống chưa đạt yêu cầu Do đó ta cần thực hiện phương án bổ sung các cọc đóng dọc theo chu vi của mạch vòng

Tính điện trở nối đất của cọc

)]

'.4

'.4ln(

.2

1.2.[ln

l t d

l l

t’ = t+

2

38,0

R R R

mv c c

mv

mv c ht

đến cho trường hợp tính toán hệ thống nối đất chống sét, nên ta tăng mức độ dự phòng lên (nếu chọn số cọc là 97 thì không đảm bảo được chỉ tiêu về điện áp tại chỗ nối đất_ quá trình này đã được tính toán nhưng trong phạm vi bài tập dài

này em không đưa ra bảng tính lại nữa mà chọn số cọc tăng lên cần thiết thỏa mãn cho cả hệ thống nối đất chống sét) Trường hợp nếu số cọc không đảm bảo được chỉ tiêu chống sét, ta cần tăng số cọc đóng lên

55,0



c

26,0

c mv ht

),

.0

2 1 1

1 ( , ) [ 2 (1 ).cos( )]

t k

l G L

2 0 0

),0(),0

1

21.[

1),0

Để đơn giản hoá, người ta bỏ qua quá trình phóng điện tia lửa trong đất và giả thiết bỏ qua nối đất tự nhiên, bỏ qua các thanh cân bằng áp

Lúc này ta xem như mạch vòng chỉ có 2 tia có chiều dài l ghép song song với nhau Để đơn giản hoá, người ta bỏ qua quá trình phóng điện tia lửa trong đất

và giả thiết bỏ qua nối đất tự nhiên, bỏ qua các thanh cân bằng áp

Lúc này ta xem như mạch vòng chỉ có 2 tia có chiều dài l ghép song song với

r: bán kính của tiết diện thanh điện cực: r = d/2=0,01m

Hiệu chỉnh trị số điện trở nối đất mạch vòng theo hệ số mùa sét:

. 0,727942.1,25

0,568705 1,6

c mv ht

2 0 0





k

l G L

ds



2 0 0

L

10,3286 3

1

21.[

2

1)

,0

PHẦN 3 BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP LAN TRUYỀN VÀO TRẠM

Chống sét van không có khe hở

Bảo vệ điện áp phía 110kV

Hãy tính điện áp tại các điểm nút của TBA khi có sóng quá điện áp lan truyền từ đường dây tới

Sơ đồ mô hình mạch để tính sóng truyền :

Điểm đặt máy biến áp : Điểm 2

Điểm dặt chống sét van: Điểm 3

của CSV Các đặc tính này cần tra trong các sổ tay và phải phù hợp với cấp điện

áp đang xét

càng nhỏ thì kết quả tính toán càng chính xác Việc tính toán sẽ đỡ phức tạp hơn

về giữa các nút

3.2 Điện áp tại nút 1:

23/.2

Z

Z Z

Z

m dt

Do đó:

).(

667,0

01

' 31

' 21

' 21

U dt1 C1 C1 C1

Tính theo sai phân ta được :

U T

t U

U T

t

C C C dt

C

1 1 1 1

1

.2

U t t

U1(  ) 1( ) C1

U U U U U U

U U U U U U

' 21 1 12 1

' 21 12

' 31 1 13 1

' 31 13

U U

U

C

21

12

12 '

2 21

tiếp tuyến để tính điện áp

U d T U

U dt

U d C Z U

C

C C

dt

C

C dt

dt

2

2 2

2

2

2 2

2 2

.2

2

Vậy:

U U

t t

khe hở nên ta áp dụng phơng pháp đồ thị để tính toán điện áp

Z Z

dt

dt

' 13 3

322

U13 1 31'

31

V-A của chống sét van):

U I

Z

U dt  dt csv csv

Để bảo vệ cho thiết bị điện của trạm biến áp ta sử dụng chống sét van loại

Kết quả tính đợc ghi vào bảng tính điện áp tại các nút để tính các giá trị

3.4 Kết quả tính toán: (bảng số liệu đi kèm)

0,58 190,82 -38,67 10,09 108,22 3,72 95,00 133,67 105,88 84,90 76,22 211,76 5,95 66,73 -39,14 152,44 96,81 20,59 0,6 197,40 -40,11 12,08 112,97 4,32 99,31 139,43 110,08 87,24 79,71 220,17 6,08 72,81 -37,27 159,42 96,32 16,61 0,62 203,98 -41,14 10,91 115,89 4,46 103,77 144,91 115,89 92,87 81,56 231,77 6,17 78,99 -36,90 163,12 97,23 15,67 0,64 210,56 -41,68 10,65 119,75 3,96 107,73 149,42 121,12 97,08 87,28 242,24 6,40 85,39 -35,74 174,56 103,00 15,72 0,66 217,14 -41,54 11,62 124,87 3,92 111,66 153,20 127,88 100,04 81,31 255,75 6,57 91,96 -35,92 162,62 121,30 39,99 0,68 223,72 -41,00 9,76 128,39 4,32 115,97 156,97 133,67 106,21 84,98 267,33 6,86 98,82 -34,85 169,96 168,46 83,48 0,7 230,30 -40,64 9,16 132,61 4,06 120,03 160,67 139,43 110,87 84,90 278,85 7,06 105,88 -33,54 169,80 168,30 83,40 0,72 236,88 -39,14 10,36 138,80 4,11 124,14 163,28 144,91 113,78 87,24 289,83 7,25 113,13 -31,78 174,48 172,78 85,54 0,74 243,46 -37,27 20,59 151,26 4,79 128,93 166,20 149,42 108,34 92,87 298,83 7,40 120,53 -28,88 185,73 184,03 91,17 0,76 250,04 -36,90 16,61 153,24 7,30 136,22 173,12 153,20 119,61 97,08 306,40 7,47 128,00 -25,20 194,16 192,46 95,38 0,78 256,62 -35,74 15,67 157,78 5,56 141,78 177,52 156,97 126,11 100,04 313,94 7,47 135,48 -21,49 200,08 198,38 98,34 0,8 263,20 -35,92 15,72 162,08 5,23 147,01 182,93 160,67 131,29 106,21 321,34 7,48 142,96 -17,72 212,42 210,72 104,51 0,82 269,78 -34,85 39,99 183,38 4,92 151,93 186,78 163,28 111,94 110,87 326,57 7,47 150,43 -12,85 221,73 220,03 109,17 0,84 276,36 -33,54 83,48 217,64 10,27 162,21 195,75 166,20 78,73 113,78 332,40 7,38 157,81 -8,39 227,57 225,27 111,48 0,86 282,94 -31,78 83,40 223,15 18,11 180,31 212,10 173,12 96,91 108,34 346,25 7,32 165,13 -8,00 216,67 214,37 106,04 0,88 289,52 -28,88 85,54 230,90 13,99 194,31 223,19 177,52 108,77 119,61 355,04 7,59 172,71 -4,80 239,22 236,92 117,31 0,9 296,10 -25,20 91,17 241,50 11,95 206,26 231,46 182,93 115,10 126,11 365,85 7,64 180,35 -2,57 252,23 249,93 123,81 0,92 302,68 -21,49 95,38 251,17 11,51 217,77 239,26 186,78 122,39 131,29 373,56 7,77 188,13 1,35 262,58 260,28 128,99 0,94 309,26 -17,72 98,34 260,05 10,91 228,68 246,40 195,75 130,34 111,94 391,50 7,77 195,90 0,15 223,88 221,58 109,64 0,96 315,84 -12,85 104,51 271,80 10,25 238,93 251,78 212,10 134,42 78,73 424,19 8,20 204,09 -8,01 157,45 155,15 76,43 0,98 322,42 -8,39 109,17 282,27 10,74 249,67 258,06 223,19 140,50 96,91 446,38 9,22 213,31 -9,87 193,82 191,52 94,61

1 329,00 -8,00 111,48 288,47 10,65 260,32 268,32 231,46 148,83 108,77 462,91 9,77 223,08 -8,38 217,53 213,69 104,93 1,02 335,58 -4,80 106,04 291,35 9,20 269,51 274,32 239,26 163,48 115,10 478,53 10,05 233,13 -6,14 230,19 226,35 111,26 1,04 342,16 -2,57 117,31 304,75 7,13 276,65 279,22 246,40 159,34 122,39 492,80 10,28 243,41 -2,99 244,79 240,95 118,55 1,06 348,74 1,35 123,81 316,09 9,18 285,83 284,48 251,78 162,01 130,34 503,57 10,45 253,86 2,07 260,68 256,84 126,50 1,08 355,32 0,15 128,99 323,13 9,89 295,71 295,57 258,06 166,73 134,42 516,12 10,46 264,32 6,26 268,84 265,00 130,58 1,1 361,90 -8,01 109,64 309,18 8,96 304,67 312,68 268,32 195,03 140,50 536,63 10,55 274,87 6,56 281,00 276,20 135,70 1,12 368,48 -9,87 76,43 290,17 1,47 306,14 316,02 274,32 229,72 148,83 548,64 10,97 285,84 11,52 297,67 292,87 144,03 1,14 375,06 -8,38 94,61 307,68 -5,22 300,92 309,30 279,22 206,31 163,48 558,44 11,01 296,85 17,63 326,95 322,15 158,68