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.
BI TP DI MễN HC K THUT IN CAO P Sinh viờn thc hin: 1 Họ và tên : Lớp : Số thứ tự : N = 55 CC THễNG S BI : 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) PHN 1 Cp in ỏp 110/35 kV S mch ng dõy 6 Kớch thc ngn l Nh s hỡnh 1.2 cao cn bo v 11m (110kV) +8,5m (35kV) S nụi in chớnh 2 thanh gúp ng i rng 6m Khong cỏch TG -MBA 35m in tr sut ca t 65+0,1*55= 70,5 .m PHN 2. Cõp in ỏp 110/35kV Bo v phớa in ỏp Cp 110 kV Chng sột van CSV khụng cú khe h S bo v S b nh hỡnh 1.1 Khong cỏch MBA-TG : l 2 = 15+55=70 m TG-CSV : l 1 = 20+55=75 m dc a = 300+55=355 kV/s in dung MB 1500+55*10 = 2050 pF in dung TG 8,33 pF/m BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Sinh viên thực hiện: 2 CÁC HÌNH VẼ : MBA TG CSV l2 = 70 m l 1 = 75 m Hình 1.1. Sơ đồ trạm bảo vệ chống sóng quá điện áp lan truyền BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Sinh viên thực hiện: 3 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 5,5 m 8 m 15 m 35 m 10 m 5,5 m 6 m 6 m 100 m 140 m Hnh 1.2. Sơ đồ trạm biến áp rút gọn BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Sinh viên thực hiện: 4 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 BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Sinh viên thực hiện: 5 Phần thứ 2 không kém quan trọng là thiết kế nối đất để tản dòng điện sét vào đất một cách an toàn. BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Sinh viên thực hiện: 6 1.2. Tính toán: 1.2.1. Lý thuyết: Độ cao cột thu lôi: h =h x + h a + 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: 1,6 () 1 xx x r h h h h 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: 7 o a hh Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột là r xo và được xác định như sau: 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: BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Sinh viên thực hiện: 7 12 2 1 12 2 1 1,6 .( ) 1 1,6 a' a-x a- .( ) 1 x h h h h hh h h 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 a hh o Tương tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột B và C là: )hh.( h h , ah 7 a' hh o 21 1 2 22 1 61 )hh.( h h , r xoxo 1 2 1 61 BI TP DI MễN HC K THUT IN CAO P Sinh viờn thc hin: 8 1.2.2. p dng vo tớnh toỏn Với kích th-ớc của trạm ta bố trí 14 cột thu sét, vị trí của các cột trên hình vẽ. Máy biến áp C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 C 7 C 8 C 11 C 10 C 9 C 14 C 13 C 12 Hỡnh 2.2. Phm vi bo v cỏc ct thu sột * Phớa cao ỏp 110kV: Bán kính của đ-ờng tròn đi qua 4 đỉnh của các hình chữ nhật: C1, C2, C5, C6 ; 4 đỉnh C2, C3, C4, C5 v C5, C6, C7, C8 BI TP DI MễN HC K THUT IN CAO P Sinh viờn thc hin: 9 22 48 35 R 28,6577 (m) 2 Vậy để toàn bộ phần diện tích giới hạn bởi các hình chữ nhật đó đ-ợc bảo vệ thì: x h 8 D h với h x là chiều cao vật cần bảo vệ 28,6577.2 h 11 18,16 m 8 Vậy ta chọn chiều cao của các cột thu sét là h 1 =20 (m) với số l-ợng cột là 10 cột ( tính cho phía 110kV). * Phớa h ỏp 35kV: Bán kính của đ-ờng tròn đi qua 4 đỉnh của các hình chữ nhật: C9, C10, C13, C14; 4 đỉnh C10, C11, C12, C13 22 28 27 R 19,0858 (m) 2 Vậy để toàn bộ phần diện tích giới hạn bởi các hình chữ nhật đó đ-ợc bảo vệ thì: x h 8 D h với h x là chiều cao vật cần bảo vệ 19,0858.2 h 8,5 13,27 m 8 Vậy ta chọn chiều cao của các cột thu sét là h 2 = 14 (m) với số l-ợng cột là 8 cột ( tính cho phía 35kV). * Ngoi ra cn tớnh n phm vi bo v riờng r ca tng ct: - Ct bo v phớa 110kV: Ta có x1 22 h 11 .h .20 13,3 33 m BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Sinh viên thực hiện: 10 x 1x 1 1 h r 1,5.h .(1 ) 0,8.h 11 1,5.20.(1 ) 0,8.20 9,375 m - Cột bảo vệ phía 35kV: Ta cã x1 22 h 8,5 .h .14 9,33 33 nªn x 1x 1 1 h r 1,5.h .(1 ) 0,8.h 8,5 1,5.14.(1 ) 0,8.14 5,06 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 [...]... 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 Sóng tới có dạng xiên góc biên độ U50%, độ dốc: a=300+N=300+55=355kV/s Chống sét van cấp điện áp tương ứng.(110kV) Sơ đồ mô hình mạch để tính sóng truyền : Sinh viên thực hiện: 19 BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP 2 1 0 C1 C2 3 Thanh góp : Điểm 1 Điểm đặt máy biến áp : Điểm... 1 U 12 U 1 U 21 ' Sinh viên thực hiện: ' 22 BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP 3.3 Tính điện áp tại nút 2: Nút 2 chỉ có một đường dây đi tới có chiều dài l12 hữu hạn, tổng trở sóng Z=400 ' U 12 U 12 2 1 U 21 C2 Sơ đồ Petecxen: Z ®t2 2 C2 2U ®t2 Nút 2 có điện dung tập trung C2 = 2050pF nên ta áp dụng phương pháp tiếp tuyến để tính điện áp Z dt 2 Z 400 ' 2U dt 2 2U 12 Lại có: d 2U... vậy ta chọn: t =0,03 s để tính toán Bây giờ lần lượt xét biểu thức tính toán điện áp tại các nút 1, 2, 3 Sinh viên thực hiện: 20 BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP 3.2 Điện áp tại nút 1: Nút 1 có ba đường dây đi tới đều có tổng trở sóng là Z=400 Nút 1 có điện dung tập trung C1= 749,7 pF nên phải áp dụng phương pháp tiếp tuyến 0 ' ' U 01 U 01 U 12 U12 1 U 10 C1 U '21 U13 ' U31 2 U21 ' U 13... đất chỉ dành cho phần cao áp thì R 125 I Khi dùng chung cho cả phía cao áp và hạ áp thì điện trở không được vượt quá 10Ω Như vậy với nối đất an toàn và trạm của ta là 110kV/35kV thì trung tính trực tiếp nối đất nên yêu cầu là điện trở nối đất nhỏ hơn 0,5 Ω Sinh viên thực hiện: 11 BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Đối với nối đất của hệ thống thu sét ở các trạm biến áp khi bộ phận thu sét... C 2 23 BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Trong đó : T U C2 C2 C 2.Z dt 2 2050.1012.400 0,82 s U 2 Vậy: U 2 (t t ) U 2 U C 2 U21=U2 –U’12 3.4 Tính điện áp tại nút 3: ' U 13 U13 3 1 U31 CSV Nút 3 có một đường dây đi tới có chiều dài l13 hữu hạn, tổng trở sóng Z=400 Nút 3 có tổng trở tập trung là điện trở phi tuyến của chống sét van có khe hở nên ta áp dụng phơng pháp đồ thị... tại chỗ có dòng đIện sét i s đi vào hệ thống nối đất là U d I Z (0, ds) phải nhỏ hơn mức cách điện trung bình của cách điện máy biến áp Với trạm 220 kV ta phải có: U d U 50%BA 990kV Sinh viên thực hiện: 15 BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Với trạm 110 kV ta phải có: U d U 50%BA 660kV Sơ đồ thay thế của hệ thống nối đất kéo dài khi bỏ qua ảnh hưởng của quá trình phóng điện tia lửa trong... e T k )/ k 2 0.041 3 0.043 2 14 2 0.012 0.245932 4.387745 658.1617 Như vậy điện áp nối đất tại chỗ có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất có giá trị: Ud=658,1617 kV < U50%BA = 660 kV Do đó ta không cần tiến hành nối đất bổ sung Sinh viên thực hiện: 18 BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP PHẦN 3 BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP LAN TRUYỀN VÀO TRẠM 3.1 Xác định yêu cầu: TG MBA CSV Khoảng cách : MBA -... tính toán điện áp Sơ đồ Petcxen: Z ®t3 3 2U®t3 CSV Z dt 3 Z 400 ' 2U dt 3 2U 13 U 13 U 1 U 31 ' ' Khi t . 22 28 27 R 19, 085 8 (m) 2 Vậy để toàn bộ phần diện tích giới hạn bởi các hình chữ nhật đó đ-ợc bảo vệ thì: x h 8 D h với h x là chiều cao vật cần bảo vệ 19, 085 8.2 h 8, 5 13,27 m 8 . 4. 387 745 6 58. 1617 2 3 67.714 16.9 28 0.041 3 3 67.714 7.524 0.037 4 3 67.714 4.232 0.032 5 3 67.714 2.709 0.027 6 3 67.714 1 .88 1 0.022 7 3 67.714 1. 382 0.0 18 8 3. 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 0 0.2 0.4 0.6 0 .8 1 1.2 1.4 1.6 1 .8 2 2.2 2.4 2.6 2 .8 3 3.2 3.4 3.6 3 .8 4 4.2 l1/l2 K Do đó: BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Sinh viên thực