BÀI TẬP DÀI MÔN KĨ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP (ĐỀ 5)

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 Kỹ thuật điện cao áp Trần Xuân Qùynh 1 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Họ và tên : Trần Xuân Quỳnh Lớp : HT_Vnh Phúc Số thứ tự sinh viên : 29 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Trần Xuân Qùynh 2 Phần I : Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp và nối đất MặT BằNG 1 3 2 6 5 4 7 8 MBA MBA 25.0 30 30 30 20 25 6.0 6.0 m 12 11 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Trần Xuân Qùynh 3 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Trần Xuân Qùynh 4 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 đất an toàn và yêu cầu chống sét khi có dòng điện sét 150 kA, độ dốc 50 kA/ s . (N- số thứ tự của sinh viên) Trạm biến áp Cấp điện áp 110/35kV Số ngăn lộ 5 Kích th-ớc ngăn lộ 10m đối với cấp đIện áp 110kV 4m đối với cấp điện áp 35kV Độ cao cần bảo vệ 11 m đối với cấp điện áp 110kV 8,5m đối với cấp đIện áp 35kV Sơ đồ nối điện chính 2 thanh góp Đ-ờng đi Rộng 6 m Khoảng cách TG-MBA 30 m Điện trở suất của đất 63,4 m/ Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Trần Xuân Qùynh 5 A Tính toán hệ thống bảo vệ chống sét 1.1. Dn nhp: Khi thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp ngoài các yêu cầu về kỹ thuật còn phải chú ý đến các mặt kinh tế và mỹ thuật. Các trạm phân phối ngoài trời từ 110kV trở lên do có mức cách điện cao nên có thể đặt cột thu lôi trên kết cấu của trạm phân phối, nh-ng yêu cầu là dòng điện sét. Khi đó phải đ-ợc khuếch tán vào trong đất theo 3 - 4 thanh cái của hệ thống nối đất. Khoảng cách giữa hai điểm nối vào hệ thống nối đất của cột thu lôi và vỏ máy biến áp phải lớn hơn 15m. Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm phân phối ngoài trời 110 kV trở nên thì phải thực hiện các điều kiện 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 quá 4. Khi dùng cột thu lôi độc lập thì cần 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 các vật cần đợc bảo vệ. Không nên đặt cột thu lôi trên kết cấu của trạm phân phối 10 35kV Theo kết cấu của trạm, ta bố trí các cột thu lôi từ 1 đến 10 nh- trên hình vẽ. Trong đó các cột 1, 2, 3 đ-ợc bố trí trên xà cao 11m; các cột 4, 6, trên xà cao 7,5m ; các cột 5,7,8,9,10,11,12 bố trí độc lập. Bo v chng sột ỏnh trc tip cho trm bin ỏp v nh mỏy in l vic phi lm v cú ý ngha quan trng bo v cỏc cụng trỡnh in v trỏnh Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Trần Xuân Qùynh 6 nhng hu qu nghiờm trng do sột ỏnh gõy ra t ú m bo an ton tin cy trong sn xut, phõn phi v cung cp in nng. Trc khi i vo thit k h thng chng sột cho trm bin ỏp nờu ta xỏc nh cỏc yờu cu thit k nh sau: - Nhm m gim thp nht vn u t khi thit k h thng bo v chng sột cho trm bin ỏp ta c gng t cỏc ct thu sột trờn cỏc kt cu cao cú sn ca trm m khụng nh hng n cỏc ch tiờu k thut cn thit. Ngoi cỏc tiờu chun k thut cng cn xem xột mt m thut ca cụng trỡnh. - i vi cỏc trm phõn phi ngoi tri t cp 110kV tr lờn do mc cỏch in cao nờn cú th t ct thu lụi ngay trờn kt cu ca trm phõn phi. Phi t cỏc ct thu lụi thp nht v cho dũng in sột khuch tỏn vo t nhanh v phi cú ni t b sung ci thin tr s in tr ni t. - Khi b trớ ct thu lụi trờn x cn chỳ ý: + Cỏc kt cu cú ct thu lụi cn cú ni t b sung ngay tr ca cỏc kt cu ny nhm m bo in tr ni t khụng vt quỏ 4. + Khi dựng ct thu lụi phi m bo khong cỏch n cỏc phn mang in ca trm trỏnh rũ in v chm chp qua ct thu lụi. ng thi phi m bo cho dũng in sột c thụng thoỏt nhanh chúng v trỏnh hin tng phúng in t ct thu lụi n cỏc vt cn c bo v. - Nu khụng th tn dng c cỏc kt cu trm thỡ b trớ cỏc ct thu lụi ni t c lp Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Trần Xuân Qùynh 7 Theo yờu cu ca bi thỡ õy ta quan tõm n bo v chng sột ỏnh thng vo trm, tm thi khụng sột n quỏ in ỏp lan truyn vo trm. - Ta s b trớ cho cỏc thit b cn bo v nm trn trong phm vi bo v ca h thng ct thu lụi - Phn th 2 khụng kộm quan trng l thit k ni t tn dũng in sột vo t mt cỏch an ton. 1.2. Tớnh toỏn: I Lý thuyết - cao ct thu lụi: h =h x + h a + hx : cao ca vt c bo v. + ha : cao tỏc dng ca ct thu lụi, c xỏc nh theo tng nhúm ct. (ha (D/8 m) , vi D l ng kớnh vũng trũn ngoi tip a giỏc to bi cỏc chõn ct) - Phm vi bo v ca mt ct thu lụi c lp l: 1,6 () 1 xx x r h h h h Phm vi bo v ca hai hoc nhiu ct thu lụi thỡ ln hn tng ct n cng li. Nhng cỏc ct thu lụi cú th phi hp c thỡ khong cỏch a gia hai ct phi tho món a < 7h ( trong ú h l cao ca ct thu lụi ). Khi cú hai ct thu lụi t gn nhau thỡ phm vi bo v cao ln nht gia hai ct l ho v c xỏc nh theo cụng thc. i vi trng hp khi cú hai ct thu lụi cao bng nhau ta cú phm vi bo v cao ln nht gia hai ct l ho : 7 o a hh Khong cỏch nh nht t biờn ca phm vi bo v ti ng ni hai chõn ct l r xo v c xỏc nh nh sau: Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Trần Xuân Qùynh 8 1,6 1 xo x o r h h 0 Tr-ờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao bằng nhau . r x 0,2h h 1,5h 0,75h r xo r x R h x a - Trng hp hai ct thu lụi cú cao khỏc nhau thỡ vic xỏc nh phm vi bo v c xỏc nh nh sau: - Khi cú hai ct thu lụi A v B cú cao h1 v h2 - Bng cỏch gi s v trớ x cú t ct thu lụi C cú cao h2 , khi ú cỏc khong cỏch AB = a; BC = a'. Khi ú xỏc nh c cỏc khong cỏch x v a' nh sau: 12 2 1 12 2 1 1,6 .( ) 1 a' 1,6 a-x a- .( ) 7 1 x h h h h hh h h Tng t ta cú phm vi bo v cao ln nht gia hai ct B v C l: 1,5h 0 0,75h 0 h 0 0,2h 0 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Trần Xuân Qùynh 9 )hh.( h h , ah 7 a' hh o 21 1 2 22 1 61 )hh.( h h , r xoxo 1 2 1 61 II-Tính độ cao của các cột thu sét *Xét nhóm cột 1, 2, 5, 4 và 2, 3, 6, 5. Đ-ờng kính của vòng tròn ngoại tiếp hai đa giác này là: D = 3025 22 = 39,05 m Do đó để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi hai đa giác ấy đ-ợc bảo vệ thì: D 8. h a m9,4 8 05,39 8 D h a Nh- vậy đối với tất cả các cột thu lôi phía 110kV có thể lấy chung một độ cao tác dụng là: h a =4,9 Vì độ cao cực đại của vật đ-ợc bảo vệ phía 110kV là 11m nên độ cao của các cột thu lôi phía 110kV là: h 1 =h x +h a =11+4,9 =15,9m Chọn h 1 = 16m *Xét nhóm cột 7,8,12,11: D = 27,2 x 2 = 54,4m 8 4,54 8 D h a = 6,8 m *Xét nhóm cột 7,8,9,10 : D = 22 2025 = 32 m m4 8 32 8 D h a Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Trần Xuân Qùynh 10 Nh- vậy đối với tất cả các cột thu lôi phía 35 kV có thể lấy chung một độ cao tác dụng là m8,6 h a . Vì độ cao cực đại cần bảo vệ phía 35 kV là 8,5m nên độ cao của các cột thu lôi phía 35 kV là : m3,158,65,8 hhh ax2 Chọn 2 16m h III-Tính bán kính bảo vệ của các cột thu sét 1.Các cột phía 110 kV: *Độ cao cần bảo vệ 11m: h x = 11m > 3 2 .h 1 = 3 2 .16 = 10,67 Do đó : r 110 1x =0,75.h 1 (1- 1 x h. h ) = 0,75.16.(1- 16 11 ) =3,75m *Độ cao cần bảo vệ 8,5 m : h x = 8,5m < 3 2 .h 1 = 3 2 .16 = 10,67 Do đó : r 110 1x =1,5.h 1 (1- 1 x h8,0 h ) = 1,5.16.(1- 16x8,0 5,8 ) =8,06 m 2.Các cột phía 35 kV: *Độ cao cần bảo vệ 8,5m: 2 22 8,5 .16 10,67 33 x mm hh Do đó : r 35 1x =1,5.h 1 (1- 2 x h.8,0 h ) = 1,5.16.(1- 8,5 0,8.16 ) =8,06 m III- Tính bán kính bảo vệ giữa các cặp cột thu sét liền kề 1.Các cột thu sét phía 110 kV: *Xét các cặp cột 1-2 và 2-3 ,4-5 và 5-6 với khoảng cách m25 aa 3221 - Độ cao giả t-ởng : h 0 = h 1 - 7 a = 16 - 7 25 = 12,43m - Bán kính bảo vệ của cột giả t-ởng cao h 0 =12,43 ở độ cao:h x =11m [...]... 1,65 m 8 và 9 7 và 11 8 và 12 Trần Xuân Qùynh 13 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp PHạM VI BảO Vệ 1 3 2 4 4' 6 6' 5 11 MBA 12 MBA Phạm vi bảo vệ ở 11m 7 8 Phạm vi bảo vệ ở 8,5 m 10 9 Trần Xuân Qùynh 14 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp B tính toán nối đất chống sét I.Tính toán nối đất an toàn *Yêu cầu đối với nối đất an toàn: Tiêu chuẩn quy định trị số điện nối đất lớn nhất là 0,5 ( Rd 0,5 ) *Chọn... thanh điện cực: r = d/2=0,01m L0_là điện cảm của 1 đơn vị dài của đIện cực nối đất ( H / m ): l 178 L0 = 0,2.[ln -0,31] = 0,2.[ln -0,31] = 1,895 H / m r 0,01 Trần Xuân Qùynh 18 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp G0_là điện dẫn của 1 đơn vị dài (1/ .m ): 1 G0 = 2 Rht l Hiệu chỉnh trị số điện trở nối đất mạch vòng theo hệ số mùa sét: R ms mv R K K mv ms mua 0,81.1, 25 0, 63 1, 6 Hiệu chỉnh trị số điện. .. nghiệp Kỹ thuật điện cao áp ta có: c 0,39 mv 0,17 R R R n. R R c mv ht mv c c mv 26, 76 x0,81 0,5 0,17 x24,14 119 x0,39 x0,81 Trần Xuân Qùynh 16 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Vừa đạt yêu cầu II.Nối đất chống sét Trong tính toán nối đất chống sét ta sử dụng phần nối đất an toàn đã đ-ợc tính toán ở trên Trong trạm biến áp, phần tử quan trọng và có mức cách điện yếu nhất là máy biến áp Vì vậy... 7,8,9,10,11,12 16 m 8,06 m Cặp cột Độ cao của Khoảng cách Độ cao Bán kính bảo cột vệ ở độ cao 2 cột h0 m hx=11 m 1 và 2, 2 và 3 16m 25m 12,43m 1,07 m 1 và 4, 3 và 6 16m 30m 11,71m 0,53 m Cặp cột Độ cao của Khoảng cách Độ cao h 0 cột 2 cột Bán kính bảo vệ ở độ cao 8,5m 4 và 11 16m 35m 11 m Trần Xuân Qùynh 12 0m Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp 6 và 12 7 và 8 ;9và10 16 m 25m 12,43 m 2,95 m 7 và 10 16... t-ởng cao ho= 13,14 m ở độ cao: hx= 8,5m hx=8,5m > r 35 7 10 =0,75.h0(10x 2 2 h0 = x13,14 =8,76 m 3 3 hx 8,5 ) = 0,75x13,14.(1) =3,48 m 13,14 h 0 *Xét các cặp cột 7-8 và 10-9 với khoảng cách a7-8= a10-9= 25 - Độ cao giả t-ởng : h0 = h2- a 25 = 16 = 12,43 m 7 7 - Bán kính bảo vệ của cột giả t-ởng cao h0 = 12,43 m ở độ cao: hx= 8,5m Trần Xuân Qùynh 11 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp 2 2 h0 = x12,43 =8,29... xà nên ta có thể nối đất chống sét chung với nối đất an toàn Sơ đồ thay thế của đ-ờng dây dài: I G0 G0 G0 G0 Hệ ph-ơng trình truyền sóng cho đ-ờng dây dài: U i L0 (1) x t i G0 U (2) x Với dạng sóng xiên góc ta tìm đ-ợc điện áp u(x,t) trên hệ thống nối đất: Trần Xuân Qùynh 17 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp 1 t a kx u(x, t ) [t 2 T1 2 (1 e T k ) cos( )] t l k 1 k Trong đó: 2 2 L 0 G0 l... 2..356 0,8.0, 02 Nh- vậy trị số điện trở nối đất của hệ thống ch-a đạt yêu cầu Do đó ta cần thực hiện ph-ơng án bổ sung các cọc đóng dọc theo chu vi của mạch vòng 2.Tính điện trở nối đất của cọc Rc tt 2..l [ln 2.l 1 4.t' l ln( )] d 2 4.t'l Trần Xuân Qùynh 15 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp ở đây ta dùng cọc sắt góc L60x60x6 dài l=3m, chôn sâu 0,8m cách mặt đất (t=0,8m) Điện trở suất tính toán của đất... 35kV có cách điện yếu do đó ta phải tách riêng nối đất chống sét với nối đất an toàn Trị số điện trở tản yêu cầu của mạch vòng nối đất chống sét 5 Hệ thống nối đất chống sét phải cách hệ thống nối đất an toàn 1m.và phải không đ-ợc phóng điện ng-ợc vào các thiết bị đặt gần Ta bố trí cách nối đất chống sét nh- sau Trần Xuân Qùynh 20 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Sử dụng cọc tròn dài 2m , đ-ờng... =79,25 m Điện trở tản xoay chiều của thanh là t K.L2 81, 79 5,53x602 ln Rt= = 3,04 ln 2 x3,14 x60 0, 02 x0,8 2L d.t Điện trở tản của một cọc là: Rc = = c 2 4t [ ln + 0,5ln ] d 4t 2 4x(1 0,8) 2 2x2 79, 25 [ ln + 0,5.ln ] 2 x3.14 x 2 4x(1 0,8) 2 0,05 =29,4 Điện trở tản xoay chiều của hệ thống cọc là : Trần Xuân Qùynh 21 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Rc = 29, 4 =2,45 12 Dòng điện sét chạy.. .Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp hx=11m > r 110 =0,75.h0(10 x1 2 2 h0 = 12,43 =8,29 m 3 3 hx 11 ) = 0,75.12,43.(1) =1,07m 12,43 h 0 *Xét cặp cột 1-4 , 2-5,và 3-6 với khoảng cách: a1-4=a2-5=a3-6=30m - Độ cao giả t-ởng : h0 = h1- a 30 = 16 = 11,71m 7 7 - Bán kính bảo vệ của cột giả t-ởng cao h0 =11,71m ở độ cao: hx=11m 2 2 h0 = x11,71 =7,81 m 3 3 hx=11m . thu lôi phía 35 kV có thể lấy chung một độ cao tác dụng là m8,6 h a . Vì độ cao cực đại cần bảo vệ phía 35 kV là 8,5m nên độ cao của các cột thu lôi phía 35 kV là : m3, 158 , 65, 8 hhh ax2 . r 110 1x =1 ,5. h 1 (1- 1 x h8,0 h ) = 1 ,5. 16.(1- 16x8,0 5, 8 ) =8,06 m 2.Các cột phía 35 kV: *Độ cao cần bảo vệ 8,5m: 2 22 8 ,5 .16 10,67 33 x mm hh Do đó : r 35 1x =1 ,5. h 1 (1- 2 x h.8,0 h ). =0, 75. h 0 (1- 0h. h x ) = 0, 75 x 10,7.(1- 8 ,5 10,7 ) =1, 65 m Bảng tổng kết Vị trí cột Độ cao cột Bán kính bảo vệ ở độ cao h x = 11m Bán kính bảo vệ ở độ cao h x = 8,5m 1,2,3,4 ,5, 6,