Bài tập dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp 2

BTD quá điện áp LỜI MỞ ĐẦU Giông sét là hiện tượng tự nhiên, là sự phóng tia lửa điện khổng lồ trong khí quyển giữa các đám mây và mặt đất, khi sét đánh trực tiếp hay gián tiếp vào các công trình điện, không những gây thiệt hại về mặt kinh tế mà còn đe doạ đến tính mạng của con người. .Mà nước ta lại nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa thường xuyên xảy ra mưa dông, sét hay còn gọi là quá điện áp khi quyển,nó có thể gây ra các sự cố trên đường dây hay làm tê liệt các trạm biến áp ảnh hưởng tới độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống. Vì thế cần thiết phải có các hệ thống chống sét và biện pháp để bảo vệ an toàn Em xin cảm ơn thầy Trần Văn Tớp và thầy Nguyễn Đoàn Quyết đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành bài tập dài này. Trong quá trình tính toán có thể xảy ra sai sót , và một số phần em chưa làm thật sự hoàn hảo , e mong thầy sau khi đọc bài có thể gửi đánh giá cho em. Em xin cảm ơn! Sinh viên Nguyễn Đình Thanh Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 –K53-20082344 1 BTD quá điện áp Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 –K53-20082344 2 BTD quá điện áp NỘI DUNG PHẦN 1 Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp và nối đất trạm biến áp 1.1Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp phía 110kv phía 35kv Sơ đồ nối dây chi tiết Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 –K53-20082344 3 BTD quá điện áp Hình chiếu bằng trạm biến áp 110/35 kV Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 –K53-20082344 4 BTD quá điện áp Sơ đồ đơn giản hóa Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 –K53-20082344 5 BTD quá điện áp 1.1 .1Các yêu cầu Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ. Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các yêu cầu cụ thể, hệ thống các cột thu sét có thể được đặt trên các độ cao có sẵn như xà đỡ dây,xà đỡ thanh góp,hoặc được đặt độc lập. Khi đặt hệ thống cột thu sét trên kết cấu của trạm sẽ tận dụng được độ cao vốn có của công trình nên sẽ giảm được độ cao của cột thu sét. Tuy nhiên đặt hệ thống thu sét trên các thanh xà của trạm thì khi có sét đánh sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phần điện cảm của cột. Phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang các phần tử mang điện khi cách điện không đủ lớn. Do đó điều kiện để đặt cột thu sét trên hệ thống các thanh xà trạm là mức cách điện cao và điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ. Đối với trạm ngoài trời từ 110kV trở lên do có cách điện cao nên có thể đặt cột thu sét trên các kết cấu của trạm phân phối. Các trụ của kết cấu trên đó có đặt cột thu sét thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm phân phối theo đường ngắn nhất và sao cho dòng điện I S khuyếch tán vào đất theo 3 - 4 cọc nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất. Nơi yếu nhất của trạm phân phối ngài trời điện áp 110kV trở lên là cuộn dây của máy biến áp. Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa hai điểm nối đất trong hệ thống nối đất của cột thu sét và vỏ máy biến áp theo đường điện phải lớn hơn 15m. Khi bố trí cột thu sét trên xà của trạm ngoài trời 110kV trở lên cần chú ý nối đất bổ sung ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu sét vào hệ thống nối đất nhằm đảm bảo điện trở khuếch tán không được quá 4Ù. Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 –K53-20082344 6 BTD quá điện áp Khi dùng cột thu sét độc lập đối với phía 35kV phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu sét đến các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu sét đến vật được bảo vệ. Việc lắp đặt các cột thu sét làm tăng xác suất sét đánh vào diện tích công trình cần bảo vệ, do đó cần chọn vị trí lắp đặt các cột thu sét một cách hợp lý Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt khi có dòng điện sét chạy qua. Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu sét thì các dây dẫn điện đến đèn phải được cho vào ống chì và chèn vào. 1.1.2 Phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét a. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét. Cột thu sét là thiết bị không phải để tránh sét mà ngược lại dùng để thu hút phóng điện sét về phía nó bằng cách sử dụng các mũi nhọn nhân tạo sau đó dẫn dòng điện sét xuống đất. Sử dụng các cột thu sét với mục đích là để sét đánh chính xác vào một điểm định sẵn trên mặt đất chứ không phải là vào điểm bất kỳ nào trên công trình.Cột thu sét tạo ra một khoảng không gian gần cột thu sét (trong đó có vật cần bảo vệ), ít có khả năng bị sét đánh gọi là phạm vi bảo vệ. + Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập là miền được giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình. )( 1 6,1 X X X hh h h r − + = (1-1) Trong đó : h: độ cao cột thu sét. Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 –K53-20082344 7 BTD quá điện áp h X : độ cao cần bảo vệ. h a =h-h X : độ cao hiệu dụng cột thu sét. r X : bán kính của phạm vi bảo vệ. Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng dạng đơn giản hoá đường sinh của hình chóp có dạng đường gẫy khúc như hình sau: Rx 0,2h a b c 0,75h 1,5h 0,8h h Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét. Bán kính được tính toán theo công thức sau: Nếu hh X 3 2 ≤ thì ) 8,0 1(5,1 h h hr x X −= (1.2) Nếu hh X 3 2 > thì )1(75.0 h h hr x X −= (1.3) Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 –K53-20082344 8 BTD quá điện áp Các công thức trên chỉ đúng khi cột thu sét cao dưới 30m. Hiệu quả của cột thu sét cao trên 30m giảm đi do độ cao định hướng của sét giữ hằng số. Có thể dùng các công thức trên để tính toán phạm vi bảo vệ nhưng phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh h p 5,5 = và trên hoành độ lấy các giá trị hp75,0 và hp5,1 . + Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau. Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn tổng phạm vi bảo vệ các 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 ha 7 ≤ (trong đó h là độ cao của cột thu sét). Phần bên ngoài khoảng cách giữa hai cột có phạm vi bảo vệ giống như của một cột. Phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm là hai đỉnh cột và điểm có độ cao h 0 - phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột được xác định theo công thức: 7 0 a hh −= (1.4) Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột là r x0 và được xác định như sau: Nếu 0 3 2 hh x ≤ thì ) 8,0 1.(.5,1 0 00 h h hr x x −= (1.5) Nếu 0 3 2 hh x > thì )1.(.75,0 0 00 h h hr x x −= (1.6) Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 –K53-20082344 9 BTD quá điện áp Khi độ cao của cột thu sét vượt quá 30m thì có các hiệu chỉnh hệ số h p 5,5 = ; trên hoành độ lấy các giá trị hp75,0 và hp5,1 ; khi đó h 0 tính theo công thức p a hh 7 0 −= (1.7) 0,75h a 1,5h R rox 1 2 hx h0 h rx Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao giống nhau. + Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau. Trường hợp hai cột thu sét có độ cao h 1 và h 2 khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo vệ được xác định như sau: Vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao (cột 1) và cột thấp (cột 2) riêng rẽ. Qua đỉnh cột thấp (cột 2) vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 –K53-20082344 10 [...]... Thanh HTĐ1 –K53 -20 0 823 44 26 BTD quá điện áp (1 ,2, 3,4,5,11, 12, 13,14,15,16,17,18,19 ,20 ,21 ,22 ,23 ,24 ,25 ) Tương tự với cách tính ở phương án 1 Nhóm tứ giác Nhóm cột 1 -2- 11- 12 2-3- 12- 13 3-4-13-14 4-5-14-15 16-17 -21 -22 17-18 -22 -23 18-19 -23 -24 19-10 -24 -25 Cạnh a (m) 33,6 Cạnh b(m) 48,6 D (m) ha (m) 43 ,23 7,384 44,8 48,6 66,098 8 ,26 2 27 ,6 46,6 54,16 6,77 Nhóm tam giác Nhóm cột 11- 121 6 12- 1617 12- 1317 13-1718... D =2. R ha (m) (m) (m) (m) (m) ( m) (m) (m) 65.58 54.57 43 54.571 33.6 6 722 .4 27 .28 6 1 6. 821 62. 79 593.49 55.09 43. 422 54.571 27 .6 7 1 27 .549 8 6.887 67.75 722 .40 59.05 43. 422 58.481 33.6 2 8 29 . 527 4 7.3 82 65.36 593.40 60. 72 44.653 58.481 27 .6 7 5 30.364 9 7.591 70.47 722 .40 65.11 44.653 62. 703 33.6 8 5 32. 556 3 8.139 68.46 593.38 67.99 46. 629 62. 703 27 .6 6 9 33.998 6 8.500 62. 15 705.64 48. 92 46. 629 ... BTD quá điện áp Cặp cột 110k v a h hxđd hxTG h0 (1 -2) (3-4) 33.6 44.8 11 .2 11 .2 8.5 8.5 27 .2 20 11 .2 8.5 22 .4 20 11 .2 8.5 27 .6 18 8.7 6.7 46.6 (4-5) (1-6) (5-10) 20 20 18 8.7 6.7 15 .2 13.6 16.11 4 (6-11) (10-15) 35kv (16-17) (1 920 ) (16 -21 ) (20 25) 16.8 14.05 7 11.34 3 2h0/3 10.13 3 9.067 10.74 3 11 .20 0 r01 r 02 3.000 1.800 6.863 4.463 3.686 8 .23 4 4 .20 0 9 .26 3 9.371 4.773 8. 523 7.5 62 1.9 82 4.4 52 Phạm vi... giác Nhóm cột 1 -2- 6-7 2- 3-7-8 3-4-8-9 4-5-9-10 6-7-11- 12 7-8- 12- 13 8-9-13-14 9-10-14-15 16-17 -21 -22 19 -20 -24 -25 Cạnh a (m) 33,6 Cạnh b(m) 27 ,2 D (m) ha (m) 43 ,23 5,404 44,8 27 ,2 52, 411 6,551 33,6 22 ,4 40,3 82 5,048 44,8 22 ,4 50,088 6 ,26 1 27 ,6 46,6 54,160 6,777 Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 –K53 -20 0 823 44 16 BTD quá điện áp Nhóm tam giác Nhóm cột 11- 121 6 12- 1617 12- 1317 13-1718 13-1418 14-1819 14-1 920 15-1914 Cạnh... bảo vệ các cặp cột có độ cao khác nhau: Cặp cột a 11-16 15 -20 43 55,53 1 h1 20 20 h2 18 18 x 1,5 1,5 a’=a-x h0’=h2a’/7 2h0’/3 r01’ r 02 41,5 54,03 1 8,048 6,85 9,6 82 8 ,24 6 Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 –K53 -20 0 823 44 hxTG hx cao TG hạ 12, 071 8,5 6,7 10 ,28 1 8,5 6,7 25 7, 125 7, 125 BTD quá điện áp 1 6 2 7 3 4 8 11 12 9 10 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 phuong an 1 • 5 Phương án 2 Đặt các cột thu sét ở... 14-1 920 15-1914 Cạnh a Cạnh b Cạnh c P S R=4.s/abc D =2. R ha (m) (m) (m) (m) (m) ( m) (m) (m) 65.58 54.57 43 54.571 33.6 6 722 .4 27 .28 6 1 6. 821 62. 79 593.49 55.09 43. 422 54.571 27 .6 7 1 27 .549 8 6.887 67.75 722 .40 59.05 43. 422 58.481 33.6 2 8 29 . 527 4 7.3 82 65.36 593.40 60. 72 44.653 58.481 27 .6 7 5 30.364 9 7.591 70.47 722 .40 65.11 44.653 62. 703 33.6 8 5 32. 556 3 8.139 68.46 593.38 67.99 46. 629 62. 703 27 .6... (m) Độ cao 6,7 m: hx = 6,7m < r0 x = 1,5h(1 − Nên 2 h0 3 hx 6,7 ) = 1,5.14,057(1 − ) = 8, 523 0,8 ⋅ h 0,8 ⋅ 14,057 (m) + Xét cặp cột (16 -22 ), (17 -23 ), (18 -24 ), (19 -25 ), (20 -26 ), (21 -27 ) h = 18 m, a = 46,6 m Độ cao lớn nhất(độ cao giả tưởng) của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: h0 = h − a 46,6 = 18 − = 11,343 7 7 Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 –K53 -20 0 823 44 22 (m) BTD quá điện áp 2 2 h0 = 11,343 = 7,5 62 3... = 20 m, a1 -2 = 33,6 m Độ cao lớn nhất(độ cao giả tưởng) của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: h0 = h − a 33,6 = 20 − = 15 ,2 7 7 2 2 h0 = 15 ,2 = 10,133 3 3 (m) m Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: + Độ cao 11 ,2 m: hx = 11 ,2 m > 2 2 h0 = 15 ,2 = 10,133 3 3 r0 x = 0,75h0 (1 − Nên + hx 11 ,2 ) = 0,75 ⋅15 ,2( 1 − )=3 h0 15 ,2 Độ cao 8,5 m: hx = 8,5m < m 2 h0 3 Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 –K53 -20 0 823 44... 6.7 15 .2 13.6 13,05 7 14.05 7 11.34 3 2h0/3 r01 r 02 10.13 3 9.067 3.000 1.800 6.863 4.463 8,705 1,393 3,648 9.371 4.773 8. 523 7.5 62 1.9 82 4.4 52 Phạm vi bảo vệ các cặp cột có độ cao khác nhau: Cặp cột a 11-16 15 -20 43 55,53 1 h1 20 20 h2 18 18 x 1,5 1,5 a’=a-x h0’=h2a’/7 2h0’/3 r01’ r 02 41,5 54,03 1 8,048 6,85 9,6 82 8 ,24 6 Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 –K53 -20 0 823 44 hxTG hx cao TG hạ 12, 071 8,5 6,7 10 ,28 1 8,5... Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 –K53 -20 0 823 44 14 BTD quá điện áp tới 15, bên phía 35 kV được đánh số từ 16 tới 27 ) đồng thời đặt các cột chống sét cho trạm biến áp như hình vẽ: 1 6 2 3 4 5 8 9 10 13 14 15 7 11 12 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 –K53 -20 0 823 44 15 BTD quá điện áp Ta sẽ tính toán độ cao cột chống sét cần thiết để bảo vệ được các thiết bị trong trạm biến áp: Bên sân phía 110kv ta . đánh giá cho em. Em xin cảm ơn! Sinh viên Nguyễn Đình Thanh Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 K53- 20082344 1 BTD quá điện áp Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 K53- 20082344 2 BTD quá điện áp NỘI DUNG PHẦN 1 Thiết kế. chi tiết Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 K53- 20082344 3 BTD quá điện áp Hình chiếu bằng trạm biến áp 110/35 kV Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 K53- 20082344 4 BTD quá điện áp Sơ đồ đơn giản hóa Nguyễn Đình Thanh. sét vào hệ thống nối đất nhằm đảm bảo điện trở khuếch tán không được quá 4Ù. Nguyễn Đình Thanh HTĐ1 K53- 20082344 6 BTD quá điện áp Khi dùng cột thu sét độc lập đối với phía 35kV phải chú ý đến