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 Nguyễn Quốc Việt. HTĐ3_K47 1 Phần I : Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp và nối đất Họ và tên : Nguyễn Quốc Việt Lớp : HTĐ3_K47 Số thứ tự của sinh viên : 53 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 5m 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 35 m Điện trở suất của đất 65+0,1*N=65+0,1*53=70,3 m Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Nguyễn Quốc Việt. HTĐ3_K47 2 MặT BằNG 1 3 2 6 5 4 7 8 MBA MBA 25.0 30 3535 20 25 6.0 6.0 m 1211 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Nguyễn Quốc Việt. HTĐ3_K47 3 A-BảO Vệ CHốNG SéT ĐáNH TRựC TIếP I-Yêu cầu khi đặt cột thu sét 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 nên do có mức cách điện cao nên có thể đặt cột thu lôi trên kết cấu của trạm phân phối, nhng 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. 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: Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Nguyễn Quốc Việt. HTĐ3_K47 4 h 1 =h x +h a =11+4,9 =15,9m Chọn h 1 = 16m *Xét nhóm cột 7,8,12,11: D = 27,2x2 = 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 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 m15 h 2 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 ) =8,06m 2.Các cột phía 35 kV: *Độ cao cần bảo vệ 8,5m: m1015. 3 2 3 2 m5,8 hh 2x Do đó : r 35 1x =1,5.h 1 (1- 2 x h.8,0 h ) = 1,5.15.(1- 15.8,0 5,8 ) =6,56m 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 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Nguyễn Quốc Việt. HTĐ3_K47 5 - Bán kính bảo vệ của cột giả t-ởng cao h 0 =12,43 ở độ cao:h x =11m h x =11m > 3 2 .h 0 = 3 2 .12,43 =8,29 m r 110 1x0 =0,75.h 0 (1- 0h. h x ) = 0,75.12,43.(1- 43,12 11 ) =1,07m *Xét cặp cột 1-4 , 2-5,và 3-6 với khoảng cách: a 1-4 =a 2-5 =a 3-6 =30m - Độ cao giả t-ởng : h 0 = h 1 - 7 a = 16 - 7 30 = 11,71m - Bán kính bảo vệ của cột giả t-ởng cao h 0 =11,71m ở độ cao: h x =11m h x =11m > 3 2 .h 0 = 3 2 x11,71 =7,81 m r 110 1x0 =0,75.h 0 (1- 0h. h x ) = 0,75.11,71.(1- 71,11 11 ) =0,53m *Xét các cặp cột 4-11 và 6-12; với khoảng cách a 4-11 =a 6-12 =35m nh-ng có độ cao khác nhau h 1 = 16m (cột 4;5;6), h 2 = 15m (cột 11 và 12): -Xác định khoảng cách cột 4 và cột giả t-ởng 4: (Xác định giống nh- bán kính bảo vệ của cột 4 cao 16m ở độ cao 13m) h x =h 2 =15m > 3 2 .h 1 = 3 2 .16 =10,67 x 4-4' =0,75.h 1 (1- 1 x h h ) = 0,75x16x(1- 16 15 ) = 0,75 m -Xác định khoảng cách cột 7 và cột giả t-ởng 4: a 4'-10 = a 4-7 - x 4-4' = 35 - 0,75 = 34,25 m -Bán kính bảo vệ giữa cặp cột 4 và 11: (Xác định giống nh- bán kính bảo vệ của hai cột đó cao bằng nhau và bằng 13m) h 0 = h 1 - 7 a = 15 - 7 25,34 = 10,1 m Do đó bán kính bảo vệ của cột giả t-ởng ở độ cao 8,5m: h x =8,5m > 3 2 .h 0 = 3 2 x10,1 =6,7 m r 35 1x0 =0,75.h 0 (1- 0h. h x ) = 0,75x10,1.(1- 1,10 5,8 ) = 1,2m 2.Các cột thu sét phía 35 kV: Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Nguyễn Quốc Việt. HTĐ3_K47 6 *Xét các cặp cột 7-10 và 8-9 với khoảng cách m20 aa 98107 - Độ cao giả t-ởng : h 0 = h 2 - 7 a = 15 - 7 20 = 12,1m - Bán kính bảo vệ của cột giả t-ởng cao h o = 12,1 ở độ cao: h x = 8,5m h x =8,5m > 3 2 .h 0 = 3 2 x12,1 =8,1 m r 35 107x0 =0,75.h 0 (1- 0h. h x ) = 0,75x12,1.(1- 1,12 5,8 ) =2,7m *Xét các cặp cột 7-8 và 10-9 với khoảng cách a 7-8 = a 10-9 = 25 - Độ cao giả t-ởng : h 0 = h 2 - 7 a = 15 - 7 25 = 11,4m - Bán kính bảo vệ của cột giả t-ởng cao h 0 = 11,4 m ở độ cao: h x = 8,5m h x =8,5m > 3 2 .h 0 = 3 2 x11,4 =7,6 m r 35 87x0 =0,75.h 0 (1- 0h. h x ) = 0,75x11,4.(1- 4,11 5,8 ) =2,2 m *Xét các cặp cột 7-11 và 12-8 với khoảng cách a 7-11 = a 12-8 = 37 m - Độ cao giả t-ởng : h 0 = h 2 - 7 a = 15 - 7 37 = 9,7m - Bán kính bảo vệ của cột giả t-ởng cao h 0 = 9,7m ở độ cao: h x = 8,5m h x =8,5m > 3 2 .h 0 = 3 2 x9,7 =6,5 m r 35 7x0 11 =0,75.h 0 (1- 0h. h x ) = 0,75x9,7.(1- 7,9 5,8 ) =0,9 m Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Nguyễn Quốc Việt. HTĐ3_K47 7 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, 16m 3,75m 8,06 m 7,8,9,10,11,12 15m 6,56 m Cặp cột Độ cao của cột Khoảng cách 2 cột Độ cao h 0 m Bán kính bảo vệ ở độ cao h x =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 cột Khoảng cách 2 cột Độ cao h 0 Bán kính bảo vệ ở độ cao 8,5m 4 và 11 6 và 12 16m và 15m 35m 10,1m 1,2 m 7 và 8 ;9và10 15 m 25m 11,4m 2,2 m 7 và 10 8 và 9 15 m 20m 12,1m 2,7 m 7 và 11 15m 37m 9,7 0,9m Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Nguyễn Quốc Việt. HTĐ3_K47 8 PHạM VI BảO Vệ 1 3 2 6 5 4 7 8 10 9 MBA 1211 MBA 4' 6' Phạm vi bảo vệ ở 11m Phạm vi bảo vệ ở 8,5 m Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Nguyễn Quốc Việt. HTĐ3_K47 9 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 ( 5,0 R d ) *Chọn hình thức nối đất: Dùng thanh tròn đ-ờng kính d =20mm làm mạch vòng quanh trạm theo chu vi hình chữ nhật, chôn sâu 0,2m. 1.Tính điện trở nối đất của mạch vòng )( d.t .K ln. L 2 L R 2 tt mv Trong đó: Điện trở suất tính toán của đất đã hiệu chỉnh theo hệ số mùa: m48,1123,70x6,1. d mua tt K t_là độ chôn sâu của đIện cực làm mạch vòng, t=0,8m L_là chu vi mạch vòng hình chữ nhật: L=2.( ll 21 )=2.(53+125)=356m d_là đ-ờng kính thanh tròn làm đIện cực, d=0,02m K_là hệ số hình dạng, phụ thuộc tỷ số ll 12 / Với 36,2 53 125 l l 1 2 . Tra bảng đ-ợc K=6,5 Do đó: 5,089,0) 02,0.8,0 356x5,6 ln(. 356 2 48,112 2 mv R 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 )] l't.4 l't.4 ln(. 2 1 d l.2 .[ln l 2 tt c R 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 ứng với cọc: d mua tt . K =1,4.70,3 =98,42 m Đ-ờng kính cọc: d = 0,05m Độ chôn sâu tính từ đỉnh cọc tới mặt đất: t=0,8m Độ chôn sâu tính từ giữa cọc tới mặt đất: Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Nguyễn Quốc Việt. HTĐ3_K47 10 t = t+ 2 3 8,0 2 l = 2,3m Suy ra: 76,26)] 33,24 33,24 ln(. 2 1 ) 05,0 32 .[ln( 3 2 42,98 R c Tính toán đIện trở nối đất tổng hợp mạch vòng_cọc: RR RR R mv c c mv mvc ht n. . + = n_là số cọc sử dụng trong mạch vòng mv , c _ là hệ số sử dụng của mạch vòng và của cọc (phụ thuộc vào số cọc và đ-ợc thể hiện qua tỷ số a/l với a là khoảng cách giữa các cọc). Với L=356m; l=3m; a/l=1 hay a=1x3=3m Số cọc : n= 7,118 3 356 a L ; làm tròn thành 119 cọc Tra bảng 4 và bảng6 -Phụ lục sách h-ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp ta có: 39,0 c 17,0 mv 51,0 89,0x39,0x11976,26x17,0 89,0x76,26 n. . RR RR R mv c c mv mvc ht 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 việc tính toán nối đất chống sét cho mọi tr-ờng hợp phải thoả mãn yêu cầu: Điện áp nối đất tại chỗ có dòng đIện sét i s đi vào hệ thống nối đất ),0(Z.I ds d U phải nhỏ hơn mức cách điện trung bình của cách điện máy biến áp. Với trạm 110 kV ta phải có: kV660BA%50U U d Với trạm 35 kV ta phải có: kV380BA%50U U d 1. Nối đất chống sét phía 110 kV. ở phía 110 kV có mức cách điện cao và các cột thu sét đ-ợc bố trí trên xà nên ta có thể nối đất chống sét chung với nối đất an toàn. [...]... U'31 qua điện áp nút 3 Khi CSV làm việc : U2(t ) đ-ợc tính bằng đồ thị III.Tính điện áp tại nút 3: u'23 Nguyễn Quốc Việt HTĐ3_K47 20 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Sơ đồ Petecxen: Zđt3 2Uđt3 Nút 3 có một đ-ờng dây đi tới tổng trở sóng Zđt3=Z= 400 hệ số phản xạ : 23 = 1 2Uđt3(t) =23.U'23 = U'23 Khi CSV ch-a làm việc U'23= U'13 Việc tính toán điện áp tại nút3 đ-ợc tính bằng ph-ơng pháp tiếp tuyến... Nguyễn Quốc Việt HTĐ3_K47 11 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp l= L 356 178m 2 2 và có tham số là G0 và L0 r_ là bán kính của tiết diện thanh điện cực: r = d/2=0,01m L0_là điện cảm của 1 đơn vị dài của đIện cực nối đất ( H / m ): 178 l L0 = 0,2.[ln -0,31] = 0,2.[ln -0,31] = 1,895 H / m r 0,01 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... chọn: t =0,05 s để tính toán Bây giờ lần l-ợt xét biểu thức tính toán điện áp tại các nút 1, 2, 3 I .Điện áp tại nút 1: Nút 1 có 2 đ-ờng dây đi tới đều có tổng trở sóng là Z=400 U01 1 U21 C1 Gốc thời gian t=0 đ-ợc chọn là thời điểm sóng U '01 tới nút 1 Nguyễn Quốc Việt HTĐ3_K47 17 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Đoạn đ-ờng dây 0-1 dài vô hạn, nghĩa là nếu tại nút 1 có sóng phản xạ U10 trở về 0 thì... Việt HTĐ3_K47 16 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Lấy đặc tính của chống sét van : U, kV c tớnh volt-ampere v volt-sec ca chng sột van 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 I, kA t, microsec Điện áp phóng điện xung kích : 300 kV Trong quá trình tính toán còn cần kể đến các đặc tính V-S, đặc tính V-A của CSV Các đặc tính này cần tra trong các sổ tay và phải phù hợp với cấp điện áp đang xét là... 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 Nguyễn Quốc Việt HTĐ3_K47 13 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Sử dụng cọc tròn dài 2m ,... 2.(0,24+0,23) = 0,94 s thì U'21=U'31 = 0 khi t > 0,94 s thì U'31 đ-ợc tính nhờ điện áp tại nút 3 Khi CSV làm việc : khi t 2.t12 = 0,48 s thì U'21 = 0 nên 2U'đt = U'01 khi t > 0,48 s thì U'21 ta phải xét đến nút 2 II.Tính điện áp tại nút 2: Sơ đồ thay thế : u'12 u'32 Sơ đồ Petecxen: Nguyễn Quốc Việt HTĐ3_K47 19 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Zđt2 CSV 2Uđt2 Khi CSV ch-a làm việc: ta coi nh- không có CSV nên.. .Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp 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: 1 t a kx u(x, t ) [t 2 T1 2 (1 e T k ) cos( )] t l k 1 k Trong... =0,0069 (1 / .m) Nguyễn Quốc Việt HTĐ3_K47 12 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp k 1 2 3 4 5 6 7 T1 41,98 41,98 41,98 41,98 41,98 41,98 41,98 Tk 41,98 10,49 4,66 2,62 1,68 1,17 0,86 ds 1- e T k 0,07 0,25 0,47 0,68 0,83 0,92 0,97 ds (1- e T k )/ k 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,03 0,02 7 2 Z(0, ds ) Ud 0,31 2,92 438,00 1 Nh- vậy điện áp nối đất tại chỗ có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất có giá trị:... TBA khi có sóng quá điện áp lan truyền từ đ-ờng dây tới Sóng tới có dạng xiên góc biên độ U50%, độ dốc a Chống sét van cấp điện áp t-ơng ứng Sơ đồ thay thế trạng thái sóng: thay thế các thết bị bằng tụ C Nguyễn Quốc Việt HTĐ3_K47 15 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp TG phía 110 kV dài : 10x5=50m nên C1=50.C0=50.8,33.10-12=416,5.10-12(F) C2=1500pF=1500.10-12F Thời gian truyền sóng trên các đoạn đ-ờng dây... điện áp lan truyền vào TBA l2= 68m l1= 73m Khoảng cách : MBA - CSV l2 = 15+N (m) = 15+53 = 68 (m) TG - CSV l1 = 20+N = 20+53 = 73 (m) Tổng trở sóng : Zc = 400 Điện dung TG : C1= 8,33x5x10 =416,5 pF MBA : C2= 1500+10x53 =2030 pF Độ dốc : a = 300+N = 300+53 = 353 (kV/ s ) Chống sét van có khe hở Bảo vệ điện áp phía 110kV Yêu cầu: Hãy tính điện áp tại các điểm nút của TBA khi có sóng quá điện áp . 7 30 = 11 ,71 m - Bán kính bảo vệ của cột giả t-ởng cao h 0 =11 ,71 m ở độ cao: h x =11m h x =11m > 3 2 .h 0 = 3 2 x11 ,71 =7, 81 m r 110 1x0 =0 ,75 .h 0 (1- 0h. h x ) = 0 ,75 .11 ,71 .(1- 71 ,11 11 ). 3 2 .h 1 = 3 2 .16 =10, 67 x 4-4' =0 ,75 .h 1 (1- 1 x h h ) = 0 ,75 x16x(1- 16 15 ) = 0 ,75 m -Xác định khoảng cách cột 7 và cột giả t-ởng 4: a 4'-10 = a 4 -7 - x 4-4' = 35 - 0 ,75 = 34,25. và 12-8 với khoảng cách a 7- 11 = a 12-8 = 37 m - Độ cao giả t-ởng : h 0 = h 2 - 7 a = 15 - 7 37 = 9,7m - Bán kính bảo vệ của cột giả t-ởng cao h 0 = 9,7m ở độ cao: h x = 8,5m h x =8,5m