BÀI TẬP DÀI MÔN KĨ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP (ĐỀ 7)

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.

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

MÆT B»NG

6 5

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:

05,398

D

ha   

Nh- vậy đối với tất cả các cột thu lôi phía 110kV có thể lấy chung một độ

cao tác dụng là:

ha=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:

h1=hx+ha=11+4,9 =15,9m Chọn h1= 16m

*Xét nhóm cột 7,8,12,11:

D = 27,2x2 = 54,4m

8

4,548

328

D

ha    Nh- vậy đối với tất cả các cột thu lôi phía 35 kV có thể lấy chung một độ

cao tác dụng là ha 6,8m 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

h h

h2  x a    Chọn h215m

III-Tính bán kính bảo vệ của các cột thu sét

3

2.16 = 10,67

h) = 0,75.16.(1-

16

11) =3,75m

*Độ cao cần bảo vệ 8,5 m :

hx= 8,5m <

3

2 h1 =

3

2.16 = 10,67

h) = 1,5.16.(1-

16 x 8 , 0

5 , 8) =8,06m

2.Các cột phía 35 kV:

*Độ cao cần bảo vệ 8,5m:

m1015.3

23

2m5,

h

) = 1,5.15.(1-

15.8,0

5,8

- Bán kính bảo vệ của cột giả t-ởng cao h0 =12,43 ở độ cao:hx=11m

hx=11m >

3

2.h0 = 3

2.12,43 =8,29 m

r110 1 x

0 =0,75.h0(1-

0h

hx) = 0,75.12,43.(1-

43 , 12

11) =1,07m

*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-

7

a = 16 -

2x11,71 =7,81 m

r110 1 x

0 =0,75.h0(1-

0 h

hx) = 0,75.11,71.(1-

71 , 11

11) =0,53m

2.16 =10,67

x4-4'=0,75.h1(1-

1

x h

h) = 0,75x16x(1-

16

15) = 0,75 m

7

25,34

2x10,1 =6,7 m

r350 1 =0,75.h0(1-

0h

hx) = 0,75x10,1.(1-

1,10

5,8) = 1,2m

2.Các cột thu sét phía 35 kV:

*XÐt c¸c cÆp cét 7-10 vµ 8-9 víi kho¶ng c¸ch a710a8920m

- §é cao gi¶ t-ëng : h0 = h2-

7

a = 15 -

2x12,1 =8,1 m

r35 10 7 x

0 =0,75.h0(1-

0h

hx) = 0,75x12,1.(1-

1,12

5,8) =2,7m

*XÐt c¸c cÆp cét 7-8 vµ 10-9 víi kho¶ng c¸ch a7-8= a10-9= 25

- §é cao gi¶ t-ëng : h0 = h2-

7

a = 15 -

2x11,4 =7,6 m

r35 8 7 x

0 =0,75.h0(1-

0 h

hx

) = 0,75x11,4.(1-

4,11

5,8) =2,2 m

*XÐt c¸c cÆp cét 7-11 vµ 12-8 víi kho¶ng c¸ch a7-11= a12-8= 37 m

- §é cao gi¶ t-ëng : h0 = h2-

7

a = 15 -

2x9,7 =6,5 m

r35 7 x

0 11 =0,75.h0(1-

0h

hx) = 0,75x9,7.(1-

7,9

5,8) =0,9 m

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 (R d  50, )

.Kln.L 2

L R

2 tt

,70x6,1 d

356x5,6ln(

.356 2

48,

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.4ln(

.2

1d

l.2.[lnl 2

tt c

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:

t’ = t+

2

38,02

l   = 2,3m Suy ra:

33,24ln(

.2

1)05,0

32.[ln(

3 2

42,98

Rc

Tính toán đIện trở nối đất tổng hợp mạch vòng_cọc:

R R

R R R

mv c c

mv

mv c

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 :

3

356a

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

.n

R R

R R R

mv c c

mv

mv c 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 isđi vào hệ thống nối đất

),

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

Sơ đồ thay thế của đ-ờng dây dài:

)]

l

xkcos(

)

1(

1 2t.[

t

a)t,x(

k

t 1

T . . ;

k

T k

l G L

2 0 0 k

),0(u),0(

ds

ds ds

1

21.[

l

1),0

k

T G

150a

Is



Để đơn giản 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 nh- mạch vòng chỉ có 2 tia có chiều dài l ghép song song

với nhau:

l= 178m

2

3562

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):

L0 = 0,2.[ln

r

l-0,31] = 0,2.[ln

01,0

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

25,1.89,0

K

K R R

mua

ms mv ms

15,176,26

K

K R R

mua

ms c ms c

.n

R R

R R R

mv c c

mv

mv c ht

Do đó :

G0 =

l 2

1

Rht

= 0,0069(1/ m)

17841,02

2 2

2 0 0





k

l G L

ds



4

0069,0895,11782

l2

Theo công thức (*) thì tổng trở xung kích chỉ đ-ợc tính cho 1 mạch Do đó

tổng trở xung kích của cả hệ thống đ-ợc tính theo công thức:

)]

1(

1

21.[

l

1)

,0

k

T G

2

Nh- vậy điện áp nối đất tại chỗ có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất

có giá trị:

Ud=2,92150 =438 kV< U50%BA=660 kV

Do đó ta không cần tiến hành nối đất bổ sung

2 Nối đất chống sét phía 35 kV :

Phía 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

Sử dụng cọc tròn dài 2m , đ-ờng kính d=50mm và cách nhau 5m

Thanh thép dẹt 40x4 cm2 , chôn sâu trong đất 0,8m

tra bảng 2-1 (Sách h-óng dẫn thiết kế TN KTĐCA ) ta có:

L.KlnL2

2 t

8,0x02,0

60x53,5ln60x14,3x2

69,

t4

]

=

2x14.3x2

88,87

[ ln05,0

2x2 + 0,5.ln

2)8,01(x4

2)8,01(x4

Dòng điện sét chạy trong thanh vòng là :

Is = 150

38,372,2

72,2

 = 66,9 kA Dòng điện sét chạy trong 1 cọc là :

IC = 150 83,1

72,238,3

38,

XKt XKC 1

.R.nR

RR







= 1,1  < 5

Nh- vậy hệ thống nối đất chống sét phía 35 kV đã đạt yêu cầu

Phần II – Bảo vệ chống sóng quá điện áp lan truyền

Hãy tính điện áp tại các điểm nút của 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

 Lấy đặc tính của chống sét van :

Đặc tớnh volt-ampere và volt-sec của chống sột

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 110kV

Để tiến hành tính toán, cần chọn b-ớc thời gian tính  Khoảng chia t t 

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

tạp hơn nhiều nếu chọn  là -ớc số chung của các khoảng thời gian truyền t

Đoạn đ-ờng dây 0-1 dài vô hạn, nghĩa là nếu tại nút 1 có sóng phản xạ

Z

m m

1 dt 1

dt 2

12

2Z

2/Z.22

dt U U

2

Do đó: 2U (U U'01)

' 21 1

dt  

Trong đó U'01 và U'02 là giá trị sóng tới nút 1 từ phía 0 ( phía đ-ờng dây)

và phía 2 Nếu chọn thời điểm U'01 đến nút 1 làm gốc thời gian của nút 1

thì thời điểm U'21 đến 1 lần đầu là : t= 2.t1=2.0,24 = 0,48 s

1 C 1

1 dt 1 dt

dt

d

U

U T

1 C 1

C 1 dt

dt

d

2Uđt1 = TC1  

)t(Ut

)t(U1tU

1 1

Z//Z

Z

Zdt 1 01 21

 U1t1 = [2.U  t U  t ]

T

t

1 dt

1 C

Víi gi¶ thiÕt U1( t=0 )= 0 ( tÝnh theo gèc thêi gian cña nót 1 )

 Khi CSV ch-a lµm viÖc ta cã :

CSV 2U®t2

 Khi CSV ch-a lµm viÖc:

ta coi nh- kh«ng cã CSV nªn :

U2= 2U®t2(t) = U'12+U'32 = U'13+U'31 Khi t2t23 20,220,44s tÝnh theo gèc cña nót 2 th× U'31=0

nªn U2=U'12 Khi t > 0,44 s ta ph¶i tÝnh U'31 qua ®iÖn ¸p nót 3

Khi CSV ch-a lµm viÖc U'23= U'13 ViÖc tÝnh to¸n ®iÖn ¸p t¹i nót3 ®-îc tÝnh

b»ng ph-¬ng ph¸p tiÕp tuyÕn nh- t¹i nót 1