ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 220 kV (TUYẾN TRÀ NÓC SÓC TRĂNG BẠC LIÊU)

Với những yêu cầu ngày càng cao trong vấn đề cung cấp điện và sự phát triển của Điện đòi hỏi phải phát triển thêm các cơ sở hạ tầng phục vụ cho nhu cầu phát triển của Điện cũng phát triể

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ

……—@ & ?–……

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY

TRUYỀN TẢI ĐIỆN 220 kV

(TUYẾN TRÀ NÓC - SÓC TRĂNG - BẠC LIÊU)

Ngành: Kỹ Thuật Điện - Khóa: 27

MỤC LỤC

Trang

Chương I: TỔNG QUAN 1

1 Giới thiệu chung về đề tài 1

2 Nhu cầu sử dụng điện, mức tiêu thụ điện - khả năng phát triển của mạng lưới điện khu vực 1

3 Sự cần thiết của đề tài 2

Chương II: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN DÂY DẪN - KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN VẬN HÀNH CỦA ĐƯỜNG DÂY 3

2.1 Tóm tắc lý thuyết chọn dây dẫn 3

2.1.1 Những yêu cầu của đường dây truyền tải 3

2.1.2 Lựa chọn điện áp truyền tải - Chọn sơ đồ nối dây của mạng 3

2.1.3 Lý thuyết lựa chọn dây dẫn 5

2.1.3.1 Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây theo hao tổn điện áp cho phép 5

2.1.3.2 Xác định tiết diện dây dẫn theo chi phí kim loại cực tiểu 6

2.1.3.3 Chọn dây dẫn theo mật độ dòng king tế (Jkt) 8

2.1.3.4 Chọn dây dẫn theo dòng điện cho phép của dây dẫn 8

2.2 Kiểm tra điều kiện vận hành của đường dây 9

2.2.1 Tổn thất điện áp 9

2.2.2 Tổn thất công suất 9

2.2.3 Tổn thất điện năng 10

Chương III: THIẾT KẾ PHẦN CƠ CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 220 kV 12

3.1 Những điểm chính khi thiết kế đường dây truyền tải 12

3.2 Tính toán lựa chọn cột 14

3.3 Tính toán cách điện - Lựa chọn sứ treo, sứ néo 18

3.3.1 Lựa chọn loại và vật liệu cách điện 18

3.3.2 Lựa chọn số đĩa trong chuổi cách điện 19

Mục Lục

3.4 Tính toán sức căng, độ võng, ứng suất của dây 20

3.4.1 Phụ tải cơ giới của dây dẫn và dây chống sét 20

3.4.2 Tính sức căng, độ võng và ứng suất của dây dẫn 21

Chương IV: CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 23

4.1 Khái niệm 23

4.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét đánh trực tiếp 23

4.3 Các biện pháp chống sét cho đường dây truyền tải điện (ĐDTT) 24

4.4 Lý thuyết tính toán dây chống sét 25

4.5 Xác định vùng bảo vệ của dây chống sét 26

4.6 Tính toán nối đất bảo vệ chống sét 27

Chương V: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 220 kV 29

5.1 Tính toán ngắn mạch 29

5.1.1 Khái niệm, nguyên nhân, hậu quả, cách khắc phục và ý nghĩa của tính toán ngắn mạch 29

5.1.2 Hệ đơn vị tương đối trong tính toán ngắn mạch 31

5.1.3 Các phương pháp tính toán ngắn mạch 34

5.1.3.1 Ngắn mạch đối xứng 34

5.1.3.2 Ngắn mạch bất đối xứng 35

5.2 Lý thuyết bảo vệ Rơle 41

5.2.1 Đại cương về bảo vệ Rơle 41

5.2.1.1 Sự cố trong hệ thống điện 41

5.2.1.2 Nhiệm vụ của bảo vệ Rơle 42

5.2.1.3 Một số ký hiệu dùng trong bảo vệ rơle (BVRL) 43

5.2.2 Các yêu cầu cơ bản đối với bảo vệ rơle 43

5.2.2.1 Yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch 43

5.2.2.2 Đối với chế độ làm việc bất bình thường 45

5.2.3 Sơ đồ nối các máy biến dòng và các rơle 45

5.2.3.1 Sơ đồ nối theo hình sao đủ 46

5.2.3.2 Sơ đồ nối theo hình sao thiếu 47

5.2.3.3 Sơ đồ nối rơle theo hiệu hai dòng pha 47

5.2.3.4 Sơ đồ nối các máy biến dòng theo hình tam giác và các rơle - hình sao 47

5.2.4 Nguyên lý thực hiện các bảo vệ rơle 48

Chương VI: CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ BẢO ĐẢM

CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 52

6.1 Khái niệm chung 52

6.2 Các phương pháp điều chỉnh điện áp 54

6.3 Sử dụng máy biến áp điều chỉnh điện áp đường dây 55

6.4 Điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi dòng công suất phản kháng 57 6.4.1 Máy bù đồng bộ 57

6.4.2 Sử dụng tụ bù tĩnh 58

6.5 Đối xứng hóa lưới điện - dùng cơ cấu đối xứng 60

Chương VII: CÁC SỰ CỐ PHỨC TẠP CỦA ĐƯỜNG DÂY 61

7.1 Khái niệm chung 61

7.2 Sơ đồ thay thế các thứ tự thuận, nghịch và thứ tự không của đường dây 61

7.2.1 Sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch 61

7.2.2 Sơ đồ thay thế thứ tự không 63

7.3 Tính toán sự cố đứt dây bằng phương pháp vectơ thành phần đối xứng 65

7.3.1 Hệ phương trình cơ bản 65

7.3.2 Ba phương trình riêng cho từng loại đứt dây 66

Chương VIII: TÍNH TOÁN CỤ THỂ 68

8.1 Tính toán lựa chọn dây dẫn - Kiểm tra điều kiện vận hành đường dây 68

8.1.1 Lựa chọn điện áp truyền tải - Chọn sơ đồ nối dây của mạng 68

8.1.1.1 Lựa chọn điện áp truyền tải 70

8.1.1.2 Chọn sơ đồ nối dây của mạng 71

8.1.2 Kiểm tra điều kiện vận hành của đường dây 78

8.1.2.1 Đoạn Trà Nóc - Sóc Trăng 78

8.1.2.2 Đoạn Sóc Trăng - Bạc Liêu 81

8.2 Tính toán cách điện và phần cơ của đường dây 83

8.2.1 Tính toán cách điện 83

8.2.2 Tính toán phần cơ 84

8.3 Tính toán chống sét cho đường dây 88

Mục Lục

8.3.1 Tính toán dây chống sét 88

8.3.2 Phạm vi bảo vệ của dây chống sét 90

8.3.3 Nối đất dây chống sét cho đường dây truyền tải điện 92

8.4 Tính toán ngắn mạch cho đường dây 94

8.4.1 Ngắn mạch đối xứng (ngắn mạch 3 pha) 94

8.4.2 Ngắn mạch bất đối xứng 95

8.5 Tính toán bảo vệ rơle chống sự cố ngắn mạch 101

8.6 Bảo đảm chất lượng cung cấp điện của đường dây 105

8.6.1 Sử dụng máy biến áp điều chỉnh điện áp đường dây 105

8.6.2 Bù công suất phản kháng cho đường dây 107

Chương IX: KẾT LUẬN CHUNG 109

PHỤ LỤC HÌNH 110

MỤC LỤC BẢNG

Trang

Bảng 2.1 Tải đường dây theo cấp điện áp 4

Bảng 2.2 Cấp điện áp truyền tải theo chiều dài đường dây 4

Bảng 2.3 Giá trị Jkt theo Tmax 8

Bảng 2.5 τ theo Tmax 11

Bảng 3.1 Khoảng vượt theo điện áp 12

Bảng 3.2 Khoảng cách an toàn 13

Bảng 3.3 Khoảng cách giao chéo và đi gần của đường dây 13

Bảng 3.4 Suất chiều dài phóng điện riêng 19

Bảng 3.5 Áp lực gió trên một đơn vị diện tích bề mặt cản gió 21

Bảng 4.1 Khoảng cách giữa dây dẫn và dây chống sét tại điểm thấp nhất 25 Bảng 4.2 Các giá trị của hệ số αvà ψ 28

Bảng 5.1 Các dạng ngắn mạch trong hệ thống điện 29

Bảng 5.2 Công thức xác định điện trở các phần tử hệ thống điện 32

Bảng 5.3 Các dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của các phần tử hệ thống điện 42

Bảng 8.1: Tổng kết thông số dây dẫn chạy trên các đoạn (phương án a/) 75

Bảng 8.2: Tổng kết thông số dây dẫn chạy trên các đoạn (phương án b/) 77

Bảng 8.3 Công suất tự nhiên của đường dây tải điện trên không và đường dây cáp tính theo MW 78

Bảng 8.4 Khả năng tải điện của đường dây trên không 35 - 750 kV 78

Bảng 8.5 Thông số của sứ treo 84

Bảng 8.6 Khoảng vượt tiêu chuẩn theo điện áp 85

Bảng 8.7 Tiêu chuẩn nối đất cột điện 92

Bảng 8.8 Điện trở suất của đất theo loại đất 92

Bảng 8.9 Kết quả tính toán ngắn mạch 101

Bảng 8.10 Kết quả tính toán bảo vệ rơle 105

Mục Lục

MỤC LỤC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Đường dây không phân nhánh 6

Hình 2.2 Đường dây phân nhánh 7

Hình 3.1 Sơ đồ đường dây trên không 14

Hình 3.2 Góc ngoặc của đường dây trên không 15

Hình 3.3 Cột đường dây 220 kV một mạch 16

Hình 3.4 Cột đường dây 220 kV hai mạch 17

Hình 3.5 Phân bố tải trọng trên dây dẫn 20

Hình 3.6 Các khoảng cách trong khoảng cột 21

Hình 4.1 Góc bảo vệ của dây chống sét 24

Hình 4.2 Góc bảo vệ của hai dây chống sét 24

Hình 4.3 Khoảng cách giữa dây chống sét và dây dẫn trên cùng 25

Hình 4.4 Vùng bảo vệ của dây chống sét đơn 26

Hình 4.5 Vùng bảo vệ của dây chống sét kép 26

Hình 5.1 Sơ đồ vector các thành phần thứ tự thuận 36

Hình 5.2 Sơ đồ vector các thành phần thứ tự nghịch 36

Hình 5.3 Sơ đồ vector các thành phần thứ tự không 36

Hình 5.4 Hệ thống ba pha bất đối xứng 36

Hình 5.5 Sơ đồ ngắn mạch một pha chạm đất 38

Hình 5.6 Sơ đồ liên kết thành phần đối xứng khi ngắn mạch chạm đất một pha 38

Hình 5.7 Sơ đồ ngắn mạch hai pha không chạm đất 39

Hình 5.8 Sơ đồ liên kết thành phần đối xứng khi ngắn mạch hai pha không chạm đất 40

Hình 5.9 Sơ đồ ngắn mạch hai pha chạm đất 40

Hình 5.10 Hệ thống thành phần đối xứng cho ngắn mạch hai pha chạm đất 41

Hình 5.11 Sơ đồ phân bố các vùng tác động của BVRL 44

Hình 5.12 Sơ đồ nối các biến dòng và rơle 46

Hình 5.13 Giải thích nguyên lý thực hiện bảo vệ khoảng cách 48

Hình 5.14 Sơ đồ vị trí đặt bảo vệ trên tuyến 49

Hình 5.15 Đặc tính thời gian làm việc của bảo vệ khoảng cách 51

Hình 6.1 Máy biến áp điều chỉnh đường dây 55

Hình 6.2 Đồ thị vector khi điều chỉnh dọc, ngang và dọc ngang 57

Hình 6.3 Nối máy bù đồng bộ 57

Hình 6.4 Sơ đồ mắc tụ bù tĩnh 59

Hình 6.5 Sơ đồ cơ cấu đối xứng 60

Hình 7.1 Sơ đồ thay thế của đường dây 62

Hình 7.2 Sơ đồ điện ba cấp điện áp 62

Hình 7.3 Sơ đồ đẳng trị đường dây lộ đơn có dây chống sét 63

Hình 7.4 Sơ đồ đẳng trị đường dây lộ kép có dây chống sét 64

Hình 7.5 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, nghịch, không tối giản 65

Hình 7.6 Sơ đồ trạng thái đứt dây 66

Hình 8.1 Sơ đồ mạch vòng kín của tuyến đường dây 68

Hình 8.2 Các phương án nối dây của tuyến 71

Hình 8.3 Sơ đồ bố trí dây lộ kép 78

Hình 8.4 Sơ đồ bố trí dây lộ đơn 81

Hình 8.5 Vị trí các dây dẫn cần bảo vệ 88

Hình 8.6 Vị trí dây dẫn cần bảo vệ 89

Hình 8.7 Vùng bảo vệ của dây chống sét trên cột đơn 90

Hình 8.8 Vùng bảo vệ của dây chống sét đường dây lộ kép 91

Hình 8.9 Sơ đồ nối đất đường dây cột tháp sắt 93

Hình 8.10 Các vị trí ngắn mạch 94

Hình 8.11 Sơ đồ thay thế tổng trở các phần tử 94

Hình 8.12 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận 95

Hình 8.13 Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch 95

Hình 8.14 Vị trí đặt bảo vệ rơle trên tuyến dây 101

Hình 8.15 Sơ đồ tổng trở trong MBA 3 cuộn dây 103

Hình 8.16 Máy biến áp điều chỉnh đường dây 106

Hình 8.17 Sơ đồ bù công suất phản kháng tại trạm Sóc Trăng 107

Hình 8.18 Sơ đồ bù công suất phản kháng tại trạm Bạc Liêu 108

Chương I: Tổng quan

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về đề tài

Trong những năm gần đây nền kinh tế nước ta ngày càng phát triển, nước ta cũng đạt được những thành tựu to lớn về kinh tế tạo ra những tiền đề cơ bản để

bước vào thời kỳ mới, thời kì “Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa đất nước”, trong

đó sự phát triển của ngành công nghiệp Điện đóng một vai trò then chốt Cùng với

sự phát triển của nền kinh tế, nhu cầu về điện năng không ngừng tăng lên, thêm vào

đó việc áp dụng các quy trình công nghệ tiên tiến trong nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau, dẫn đến sự ra đời của hàng loạt thiết bị và máy móc hiện đại, đòi hỏi yêu cầu

về độ tinh cậy và chất lượng cung cấp điện…hết sức nghiêm ngặt Điều đó đòi hỏi

hệ thống điện phải được thiết kế hoàn hảo, đảm bảo cung cấp điện đầy đủ, chất lượng và tin cậy cho các hộ dùng điện ở mức cao nhất

Với những yêu cầu ngày càng cao trong vấn đề cung cấp điện và sự phát triển của Điện đòi hỏi phải phát triển thêm các cơ sở hạ tầng phục vụ cho nhu cầu phát triển của Điện cũng phát triển theo… Trong các cơ sở phục vụ cho sự phát triển của điện thì đường dây truyền tải là một trong những phần tử của hệ thống không thể thiếu được để truyền tải công suất điện từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ điện và nối kết các nhà máy điện lại với nhau tạo thành hệ thống điện hoàn hảo Để đáp ứng nhu cầu truyền tải này thì đường dây tải điện phải được thiết kế sao cho đạt được vấn đề về kỹ thuật cũng như kinh tế của đường dây, bảo đảm vận hành an toàn

và đạt hiệu quả kinh tế cao

1.2 Nhu cầu sử dụng điện, mức tiêu thụ điện - khả năng phát triển của mạng lưới điện khu vực

Các tỉnh miền Tây nói chung và Đồng Bằng Sông Cửu Long nói riêng là một trong những vùng kinh tế trọng điểm của đất nước, cùng với sự phát triển của cả nước thì Đồng Bằng Sông Cửu Long ngày càng phát triển theo, sự phát triển này gắn liền với sự phát triển công nghiệp và dịch vụ

Sự phát triển của các ngành các ngành công nghiệp và dịch vụ nó đòi hỏi nhu cầu sử dụng điện tăng lên trong vùng cũng như trong các khu vực và trên toàn quốc

Do yêu cầu cung cấp điện ngày càng lớn cho các khu công nghiệp lớn mới được

hình thành và đang phát triển mạnh cùng với nhu cầu tiêu thụ điện của các ngành khác như nông nghiệp, dịch vụ, kinh tế quốc dân… làm cho nhu cầu sử dụng điện của khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long tăng lên Vấn đề đòi hỏi mức tiêu thụ điện tăng lên làm cho nhu cầu về điện của khu vực càng trở nên cấp thiết Sự phát triển của nền công nghiệp kết hợp với các ngành kinh tế khác đòi hỏi nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng lên, mà thực trạng của khu vực là các nhà máy điện trong vùng không đáp ứng được nhu cầu này đòi hỏi phải liên kết với các khu vực khác để truyền tải một phần lượng công suất điện từ vùng khác vào khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long phục vụ cho nhu cầu sử dụng điện của vùng

Với những yêu cầu về mức tiêu thụ điện ngày càng tăng cùng với khả năng phát triển của mạng lưới điện khu vực nó đòi hỏi chúng ta phải không ngừng cải tạo

và nâng cấp mạng lưới điện khu vực Do đó nhu cầu xây dựng thêm những tuyến đường dây mới để đáp ứng nhu cầu phụ tải tăng là vấn đề cần thiết Để đáp ứng nhu cầu phụ tải tiêu thụ điện ngày càng tăng và kết nối các nhà máy điện lại với nhau tạo thành hệ thống đòi hỏi chúng ta phải xây dựng thêm các tuyến đường dây truyền tải mới để nối kết các nhà máy điện lại với nhau và truyền một phần công suất điện

đi xa Vì vậy với đề tài thiết kế đường dây truyền tải điện 220 kV là nhằm phục vụ cho nhu cầu phát triển của phụ tải điện của khu vực và cho cả vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long nhằm truyền tải truyền công suất điện từ nhà máy điện tới nơi tiêu thụ điện

1.3 Sự cần thiết của đề tài

Thiết kế đường dây truyền tải để phục vụ cho nhu cầu tiêu thụ điện và đáp ứng nhu cầu phụ tải điện tăng lên đây là một vấn đề cấp thiết cần được quan tâm để đầu tư và phát triển cho cả khu vực

“Thiết kế đường dây truyền tải điện trên không 220 kV Tuyến Trà Nóc - Sóc Trăng - Bạc Liêu” cung cấp phần lớn nhu cầu sử dụng điện cho các tỉnh miền

cực Nam của tổ quốc Tuyến đường dây Trà Nóc - Sóc Trăng - Bạc Liêu kết hợp với Tuyến Trà Nóc - Rạch Giá - Bạc Liêu tạo thành một mạch vòng kín cung cấp phần lớn nhu cầu cung cấp điện cho các tỉnh có đường dây đi qua Tuyến Trà Nóc - Sóc Trăng - Bạc Liêu có tổng chiều dài là 128 km cung cấp cho hai phụ tải là trạm Sóc Trăng và trạm Bạc Liêu Đoạn đường dây từ đầu tuyến (Trạm Trà Nóc) đến trạm Sóc Trăng có chiều dài là 75 km cung cấp cho trạm Sóc Trăng có công suất là

125 MVA và đoạn từ trạm Sóc Trăng đến trạm Bạc Liêu có chiều dài 53 km cung cấp cho trạm Bạc Liêu có công suất là 125 MVA Và tuyến Trà Nóc - Rạch Giá - Bạc Liêu có tổng chiều dài 173 km cung cấp cho trạm Rạch Giá 250 MVA Đoạn nối từ Rạch Giá về Bạc Liêu có chiều dài là 102m

Chương II: Tính toán lựa chọn dây dẫn - Kiểm tra điều kiện vận hành của ĐD

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN DÂY DẪN - KIỂM TRA

ĐIỀU KIỆN VẬN HÀNH CỦA ĐƯỜNG DÂY

2.1 Tóm tắt lý thuyết chọn dây dẫn

2.1.1 Những yêu cầu của đường dây truyền tải

Đường dây truyền tải phải truyền công suất qua một khoảng cách kinh tế và

an toàn Đường dây tải lượng công suất có cosϕ cho trước, độ sụt áp qua nó nằm trong giới hạn cho phép và hiệu suất cao Đường dây cũng phải chịu đựng được khi thời tiết thay đổi, chịu được áp lực gió, nhiệt độ môi trường, nói cách khác nó phải chịu đựng được lực tác động cơ học, tổn thất vầng quan hợp lý Nói tóm lại: đường dây phải có khả năng tải công suất yêu cầu, tải liên tục và không hư hỏng do các nguyên nhân về cơ

2.1.2 Lựa chọn điện áp truyền tải - Chọn sơ đồ nối dây của mạng

a Lựa chọn điện áp truyền tải

Vì chưa có sơ đồ nối dây cụ thể, sơ bộ vẽ một đường dây hình tia nối từ nguồn đến phụ tải ở xa hoặc có công suất tiêu thụ lớn Cấp điện áp tải điện phụ thuộc chủ yếu vào công suất và khoảng cách truyền tải Dựa vào công thức Still để tìm điện áp tải điện U (kV):

P 016 , 0 l 34 , 4

trong đó: P - Công suất truyền tải (kW)

l - khoảng cách truyền tải (km)

Hoặc theo công thức:

l 015 , 0 1 , 0 ( P

U = + , với P, l như trên (2.1.2)

l 17

U = + Với P - kW; l - km (2.1.4)

Việc chọn lựa điện thế kết hợp với tiết diện dây dẫn để tổn thất công suất, độ sụt áp của đường dây nằm trong giới hạn cho phép Công suất được truyền tải và khoảng cách tải cùng quyết định điện thế yêu cầu Sơ bộ để chọn điện thế có thể dùng bảng 2.1

Chú ý khoảng cách truyền tải, đường dây 11 kV, 33 kV được dùng cho khoảng cách ngắn, trong khi các đường dây khác có thể dùng khoảng cách gần đúng cho ở bảng 2.2 Đây cũng là bảng hướng dẫn sơ bộ để thiết kế ban đầu

Bảng 2.1 Tải đường dây theo cấp điện áp

Điện thế dây (kV) Tải đường dây (kW.km)

Bảng 2.2 Cấp điện áp truyền tải theo chiều dài đường dây

Điện áp dây

(kV)

Chiều dài đường dây (km)

b Chọn sơ đồ nối dây của mạng điện

Sơ đồ nối dây của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Số lượng phụ tải,

vị trí phụ tải, mức độ liên tục cung cấp điện, công tác vạch tuyến, sự phát triển của mạng điện Thông thường sơ đồ nối dây của mạng điện có các phương pháp lựa chọn sau: Đối với phụ tải không có yêu cầu nghiêm ngặt ta có thể chọn đường dây

lộ đơn Phụ tải có yêu cầu nghiêm ngặt hơn thì chọn đường dây lộ kép hay đường dây mạch vòng kín để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện Ngoài ra trên một tuyến đường dây với nhiều đoạn dây khác nhau và có công suất tải khác nhau, với đoạn có phụ tải lớn ta chọn lộ kép, đoạn có phụ tải nhỏ chọn lộ đơn

Chương II: Tính toán lựa chọn dây dẫn - Kiểm tra điều kiện vận hành của ĐD

2.1.3 Lý thuyết lựa chọn dây dẫn

Tính toán lựa chọn dây dẫn cho đường dây truyền tải điện là các phép toán nhằm tìm ra cấp điện áp thích hợp và tính toán lựa chọn tiết diện dây dẫn và các đặc tính của đường dây cho phù hợp với công suất cần truyền của đường dây nhằm bảo đảm được yêu cầu về kinh tế - kỹ thuật của đường dây Việc tính toán lựa chọn dây chủ yếu dựa vào các phương pháp sau:

2.1.3.1 Chọn tiết diện dây dẫn theo hao tổn điện áp cho phép

Đối với mạng điện hạ áp và mạng điện địa phương thường các thiết bị dùng điện được mắc trực tiếp vào lưới nên vấn đề chất lượng điện được đặt lên hàng đầu, chính vì vậy tiết diện dây dẫn phải chọn lựa trên lượng hao tổn điện áp cho phép Giả sử một mạng điện đã biết công suất truyền tải, điện áp và chiều dài đường dây, hao tổn điện áp có thể xác định theo công thức:

X R

n 1 i i o n

1 i i o

UU

U

lQxlPr

Vì vậy trong bước lập đầu tiên sơ bộ chọn xo như sau: với đường dây hạ áp xo = 0,35 Ω/km; đường dây 10 ÷ 20 kV chọn xo = 0,38 Ω/km; đường dây 35 kV chọn

xo = 0,4 Ω/km

Từ đó xác định được hao tổn điện áp phản kháng:

U

lQxU

n 1 i i 0 X

n 1 i i 0 R

U.U

lPF

∆γ

(2.1.8)

Dựa vào tiết diện dây dẫn vừa tính được, tra bảng để chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất, căn cứ vào tiết diện vừa chọn, tìm được ro và xo Ta tính được hao tổn điện áp thực tế và so sánh với giá trị cho phép ∆ Ucp:

Nếu ∆ Utt ≤ ∆ U cpthì F tìm được là lời giải của bài toán

Nếu ∆ Utt > ∆ Ucp thì phải tăng tiết diện lên một cấp và kiểm tra lại cho đến khi thỏa mãn

2.1.3.2 Xác định tiết diện dây dẫn theo chi phí kim loại cực tiểu

Đối với mạng điện có thời gian sử dụng công suất cực đại nhỏ như mạng cung cấp cho các phụ tải nông nghiệp và chiếu sáng… thì tiết diện dây dẫn được chọn sao cho vốn đầu tư cơ bản nhỏ nhất Ta gọi là mạng điện có tiết diện tối ưu theo chi phí kim loại cực tiểu Dây dẫn được tính toán theo hai trường hợp là mạng điện không phân nhánh và phân nhánh

a Đường dây không phân nhánh

Hình 2.1 Đường dây không phân nhánh

Tiết diện của đường dây không phân nhánh gồm nhiều đoạn được xác định trước hết từ đoạn dây cuối cùng:

∑

∆ γ

1 i i R n

n

U U

P

P F

b Đối với đường dây phân nhánh

Để có thể sử dụng dây dẫn có hiệu quả nhất cần phân bố hao tổn điện áp đến các điểm xa nhất bằng nhau Gọi hao tổn điện áp tác dụng cho phép trên các đoạn

Chương II: Tính toán lựa chọn dây dẫn - Kiểm tra điều kiện vận hành của ĐD

R

U

∆ = ∆ UR1+ ∆ UR2= ∆ UR1+∆ UR3, suy ra: ∆UR2=∆ UR3

Sơ bộ chọn giá trị trung bình của x0, ta xác định được thành phần hao tổn phản kháng trên các tuyến OAB và OAC Chọn giá trị lớn nhất để xác định thành phần hao tổn điện áp tác dụng:

R

U

∆ =∆ Ucp-∆ Ux

Ký hiệu momem tải Mi = PiLi

Thành phần tác dụng của hao tổn điện áp trên đoạn dây chung OA là:

O O

3 3 2 2

R RO

L M

L M L M 1

U U

+ +

n 2 i

i i

R RO

L M

L M 1

U U

L P U U

M F

o

o o o

o

Căn cứ vào F tiêu chuẩn tra được r01 và x01 từ đó tính được hao tổn điện áp thực tế Sau đó xác định hao tổn điện áp tác dụng cho phép còn lại của đoạn 2 (hoặc đoạn 3)

tt cp

3 cp 2

2.1.3.3 Chọn dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế (J kt )

Phương pháp xác định dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế được áp dụng khi thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax nhỏ

Dòng điện lớn nhất chạy trong dây dẫn:

đm

max

U 3

Sau khi tính ra được giá trị Fi tra bảng phụ lục XII.12 [Hướng Dẫn Thiết Kế

Đường Dây Tải Điện] để lựa chọn Fc quy chuẩn và kiểm tra lại hao tổn điện áp thực tế xem có vượt quá giá trị cho phép hay không? Nếu có vượt quá thì cần phải chọn lại cho đảm bảo

Bảng 2.3: Giá trị jkt theo Tmax

1000 ÷ 3000 3000 ÷ 5000 > 5000

2.1.3.4 Chọn tiết diện dây dẫn theo dòng điện cho phép của dây dẫn

Theo phương pháp này tiết diện dây dẫn được chọn theo điều kiện:

Chương II: Tính toán lựa chọn dây dẫn - Kiểm tra điều kiện vận hành của ĐD

Tóm lại: Từ các phương pháp trên ta rút ra rằng phương pháp: “Chọn tiết

diện dây dẫn không đổi của đường dây theo hao tổn điện áp cho phép, Xác định tiết diện dây dẫn theo chi phí kim loại cực tiểu” là không khả thi để tính

toán lựa chọn dây cho đường dây truyền tải Do đó để tính toán chọn dây cho đường

dây truyền tải ta dựa vào hai phương pháp: “Chọn dây dẫn theo mật độ dòng kinh

tế (J kt ) và chọn tiết diện dây dẫn theo dòng điện cho phép của dây dẫn” Trong

đó phương pháp chọn dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế được sử dụng rộng rải

2.2 Kiểm tra điều kiện vận hành của đường dây

2.2.1 Tổn thất điện áp

Cảm kháng mỗi km mỗi pha:

km

H D

D ln 10 2 L

s

m 4

Cảm kháng mỗi pha: Xo = 2 π f Lo l Ω /pha (2.2.2)

Tổng trở mỗi pha: Z = ( Ro + j 2 π fLo) l Ω / pha (2.2.3)

Điện áp đầu phát: U &P = U &N + Z & IN V (2.2.4)

U

U U

% U

U 3

Q P

⇒ R 10 ( kW )

U

S 10 R U

Q P

2

2 3 2

2 2

S 10 X U

Q P X I 3

2

2 3 2

2 2

2 T

o 2 T

o

dt U

S R dt I R 3 dt ).

t (

i 2 i

2 i n

1 i

i 2 i

2 i n

1 i

i 2 i

2

U

Q t

U

P R t U

S

Ta có thể lấy Ui = Uđm để tính gần đúng:

i n

1 i

2 i n

1 i

2 i 2

đm

t Q P

( max2 P 2max Q)

2 đm i

8760 1 i

2 i 8760

1 i

2 i 2

đm

Q P U

R t Q P

U

R

τ +

2 max

8760 0

2 i 2

max

8760 1 i

2 i P

P

dt P P

8760 0

2 i 2

max

8760 1 i

2 i Q

Q

dt Q Q

Chương II: Tính toán lựa chọn dây dẫn - Kiểm tra điều kiện vận hành của ĐD

Trong thực tế tính toán, thường giả thiết rằng đồ thị công suất phản kháng và

đồ thị công suất tác dụng gần giống nhau, cũng có nghĩa cosϕkhông đổi trong năm Với giả thiết này ta có τ P = τ Q = τvà ta có thể viết:

P U

R

max 2

max

2 max 2

max

2 max 2

đm

(2.2.17)

2 max

8760 0

2 i 2

max

8760 0 i

i

2 i

I

dt I S

CHƯƠNG III

THIẾT KẾ PHẦN CƠ CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 220 kV

Tính toán thiết kế phần cơ của đường dây truyền tải nhằm chọn lựa ra phương pháp tối ưu nhất về cách bố trí và lựa chọn loại cột sao cho đường dây vận hành an toàn và đạt hiệu quả cao

3.1 Những điểm chính khi thiết kế phần cơ cho đường dây truyền tải

Đường dây truyền tải trên không phải được thiết kế có khả năng chịu được lực cơ học trong điều kiện thời tiết thay đổi Lực căng dây dẫn treo trên cột không được vượt quá giới hạn cho phép Hệ số an toàn đứt dây phải được chọn trong khoảng 2 ÷ 5 Đặc tính dây dẫn, độ võng, khoảng cách trên không so với mặt đất phải được khảo sát trong quá trình thiết kế

Tải cơ học của đường dây gồm: trọng lượng dây dẫn (tải dọc) và lực gió tác động lên bề mặt dây dẫn (lực ngang) Trọng lượng dây dẫn tác dụng lên cột treo dây phụ thuộc vào khoảng vượt (khoảng cách giữa hai cột) và tiết diện dây dẫn được trọn để truyền tải

Khoảng vượt hay khoảng cách giữa các cột được chọn phụ thuộc vào điện thế (điện áp truyền tải), cỡ dây dẫn được dùng cho đường dây Khi dây dẫn được treo trên trụ (cột) dây dẫn sẻ bị trùng xuống và có độ võng do trọng lượng dây dẫn gây ra Để đảm bảo hành lang an toàn cho mạng lưới điện, an toàn cho người và gia súc đòi hỏi khi thiết kế lúc dây dẫn bị trùng xuống phải có khoảng cách tối thiểu giữa điểm thấp nhất dây dẫn và mặt đất Dây dẫn có lực kéo gọi là sức căng, mối quan hệ giữa khoảng vượt, độ võng và sức căng có đặc điểm sau: Nếu khoảng vượt tăng lên, độ võng sẻ tăng và để giữ khoảng trống tối thiểu trên mặt đất chiều cao cột phải tăng Khoảng vượt thông dụng được cho trong bảng 3.1:

Bảng 3.1: Khoảng vượt theo điện áp

Điện thế (kV) Khoảng vượt (m) Điện thế (kV) Khoảng vượt (m)

Chương III: Thiết kế phần cơ cho ĐDTT 220kV

Khoảng cách tối thiểu từ điểm thấp nhất của đường dây tới mặt đất phụ thuộc vào cấp điện áp của đường dây Gần đúng, khoảng cách tối thiểu từ điểm thấp nhất của đường dây tới mặt đất là 6 + 0,01m mỗi kV Tùy điều kiện cụ thể mà khoảng cách này là 6m ở cấp điện thế thấp và tăng lên ở cấp điện thế cao Khoảng cách an toàn được cho trong bảng 3.2:

4 Đến m/nước cao nhất không thuyền

Đến mặt nước cao nhất có thuyền

2,5 5,5

1 Khoảng cách giữa hai đường dây giao nhau 2 2,5 3,0 4 4,5 5,5 - 8*

2 Khoảng cách giữa hai đường dây đi gần nhau 4,5 4 5 7

3 Khoảng cách giữa ĐD với đường điện yếu 2 3 4 5

4

Khoảng cách từ đường dây tới anten

An ten phát sóng trung và dài

5 Khoảng cách từ dây dẫn tới đường sắt 3 3 6 8 12

6 Khoảng cách từ dây dẫn đến lề đường ô tô

Khoảng cách từ dây dẫn đến mặt đường ô tô Chiều cao cột 7 8

Lc+ 5

10**

7 Khoảng cách từ DD đến lề đường xe điện

Khoảng cách từ DD đến mặt đường xe điện

9,5 10,5

11

12

Ghi chú: ĐD: đường dây; DD: dây dẫn

Theo chức năng các cột của đường dây trên không được chia thành: cột trung gian, cột néo, cột góc, cột cuối và các cột đặt biệt Các cột vượt và cột hoán vị là các cột đặc biệt Khoảng cách giữa hai dây dẫn liền kề nhau được gọi là khoảng vượt

Các cột trung gian được bố trí ở các đoạn thẳng của dường dây Các dây dẫn của đường dây trên không được treo bằng các chuổi sứ cách điện treo (hình 3.1)

Hình 3.1 Sơ đồ đường dây trên không

Trong điều kiện bình thường các cột trung gian không chịu lực kéo của dây dẫn và dây chống sét theo phương đường dây Bởi vì các lực kéo của dây dẫn và dây chống sét ở hai phía cột trung gian có giá trị bằng nhau khi các dây dẫn và dây chống sét không bị đứt Điều đó cho phép chế tạo các cột trung gian có cấu trúc đơn giản và giá thành hạ Trong chế độ sự cố khi một dây dẫn hay là một dây chống sét

ở một phía cột trung gian bị đứt, chuổi sứ bị kéo lệch về phía dây dẫn không bị đứt,

do đó lực kéo của dây dẫn không bị đứt giảm khá nhiều

Các cột néo đượt dùng để kéo căng dây dẫn và kẹp chặt dây dẫn ở các vị trí quan trọng đặc biệt của đường dây trên không Các cột néo được đặt sau mỗi khoảng chiều dài đường dây từ 3 ÷ 5 km để nâng cao độ tin cậy của đường dây trên không Trên các cột néo dây dẫn được treo bằng các chuổi cách điện kéo (hình 3.2), Trong chế độ làm việc bình thường các cột néo chịu toàn bộ lực kéo của dây dẫn và

Chương III: Thiết kế phần cơ cho ĐDTT 220kV

dây chống sét ở giữa hai cột néo, đồng thời các cột được tính theo các điều kiện giống như cột trung gian Nhưng trong các chế độ sự cố, các cột néo được tính theo các lực kéo lớn của dây dẫn và dây chống sét khi đứt đồng thời ở hai dây dẫn hay là hai dây chống sét ở khoảng vượt kề cột néo Do đó các cột néo có cấu tạo phức tạp hơn và đắt tiền hơn các cột trung gian Vì vậy, số lượng các cột néo trên mỗi đường dây cần phải ít Ngoài ra các cột góc và cột cuối của đường dây cũng có cấu tạo đặc biệt gần giống như cột néo do nó cũng chịu phần lớn lực căng của dây

Đối với đường dây truyền tải thông thường người ta chọn số lượng cột đặt bệt trên tuyến là 20 - 25% tổng số cột có trên tuyến, còn lại 80 - 75% là các cột trung gian

Đối với đường dây truyền tải điện 220 kV ta có thể sử dụng các loại cột chính sau: Cột gỗ, cột bê tông cốt thép, cột tháp sắt, cột ống thép

- Cột gỗ: có ưu điểm là giá thành hạ, chế tạo đơn giản, dễ thi công và bảo quản Nhưng có nhược điểm là nhanh mụt nát, mức độ an toàn không cao, chịu lực tác dụng kém, cần phải bảo hành thường xuyên

- Cột bê tông cốt thép: bền hơn cột gỗ, sử dụng ít kim loại và đơn giản trong vận hành vì vậy được sử dụng rộng rãi Cột bê tông cốt thép có giá thành hạ nhưng trọng lượng lớn và có độ bền uốn nhỏ thích hợp sử dụng cho các đường dây có cấp điện áp nhỏ hơn 110 kV

- Cột tháp sắt: là cột thép được thiết kế chế tạo theo kết cấu khung, lắp ghép

từ các thanh Các thanh được sản xuất ở xưởng gia công cơ khí Các thanh thép sau khi sản xuất được nhúng kẽm nóng để mạ kẽm, được chuyển đến địa điểm và lắp ráp thành cột Cột tháp sắt có ưu điểm là chịu được lực lớn, móng chịu lực, thỏa mãn đòi hỏi đường dây tải nặng (mạng kép, phân pha, cỡ dây lớn, khoảng cột lớn), việc chế tạo và lắp đặt đơn giản Nhưng cột tháp sắt lại có nhược điểm là khối lượng cột lớn, làm tăng giá xây dựng, cột chiếm không gian lớn, không có lợi ở vùng đô thị diện tích xây dựng nhỏ

α

β/2

β/2 Hình 3.2 Góc ngoặc của đường dây trên không

Chương III: Thiết kế phần cơ cho ĐDTT 220kV

4200

5200

4500 4500

4200

4000 4000

- Cột ống thép: được chế tạo từ các ống thép rỗng có tiết diện tròn hay lục giác Cột ống thép có giá thành cao hơn cột thép sắt, có độ tin cậy cao trong quá trình vận hành, khả năng đổ cột ít xảy ra

Với các loại cột trên ta thấy cột tháp sắt là loại cột sử dụng cho tuyến đường dây cần thiết kế là phù hợp nhất vì nó đáp ứng được nhu cầu chịu tải lớn, khoảng vượt lớn của đường dây, tuyến đường dây chủ yếu đi qua các vùng nông thôn nên ít ảnh hưởng về diện tích xây dựng Vậy ta lựa chọn cột tháp sắt cho tuyến đường dây

3.3 Tính toán cách điện - Lựa chọn sứ treo, sứ néo

Cách điện đường dây dùng để cách ly các dây dẫn của đường dây trên không đối với cột Để đảm bảo cho đường dây làm việc bình thường, cách điện đường dây phải có các đặc tính điện và cơ tốt Cách điện đường dây được chế tạo từ sứ hay là thủy tinh nung Dựa vào cấu trúc cách điện được chia thành cách điện đứng và cách điện treo Hai loại cách điện này được sử dụng rộng rãi trên đường dây truyền tải, cách điện đứng sử dụng cho đường dây có điện áp thấp từ 35kV trở xuống, còn cách điện treo được sử dụng cho đường dây trên không điện áp 35kV và cao hơn Chuổi cách điện gồm có nhiều cách điện kiểu bát, số lượng cách điện trong chuổi phụ thuộc vào điện áp đường dây

3.3.1 Lựa chọn loại và vật liệu cách điện

Vật liệu cách điện hiện tại có ba loại là cách điện gốm, cách điện thủy tinh và cách điện composit

Hai loại cách điện gốm và thủy tinh có một số ưu và nhược điểm đối kháng nhau, thuộc hai trường phái ưa chuộng Do đó, không nhất thiết nghiêng hẳn về một loại nào, vì không có loại nào có ưu thế tuyệt đối Tuy nhiên, trong vận hành loại cách điện thủy tinh được ưa chuộng hơn do chịu nhiễm bẩn tốt, dể phát hiện khi bị phóng điện

Sứ cách điện được thiết kế và sản xuất cho cấp điện áp nhất định, điện thế tối

đa cho mỗi bát sứ là 35 kV, gồm các dạng chủ yếu sau:

Chương III: Thiết kế phần cơ cho ĐDTT 220kV

Sứ treo được làm thành dạng đĩa và số lượng ghép với nhau tùy theo điện thế đường dây Ưu điểm của việc dùng sứ treo cho đường dây cao thế là điện thế làm việc có thể tăng bằng cách thêm số bát sứ và với chi phí nhỏ

3.3.2 Lựa chọn số đĩa trong chuổi cách điện

Cách điện treo phải được chọn số đĩa trong chuổi theo chỉ tiêu chiều dài phóng điện bề mặt Suất chiều dài phóng điện bề mặt tính toán của cách điện chuỗi xác định theo công thức:

Qo pđ tt

λ - Suất chiều dài phóng điện riêng, tra bảng 3.4

α - Hệ số phóng điện thực, cho trong sổ tay kỹ thuật cách điện Khi tính toán có thể lấy α= 1,3

Bảng 3.4: Suất chiều dài phóng điện riêng

Cấp ô nhiễm I II III IV V VI Đường

Số đĩa trong một chuỗi:

t đ

pđ

n tt pđ t

đ pđ

tt pđ

L

Uk

nL

kU

Trong đó: n - Số đĩa trong một chuỗi;

K - Hệ số chuỗi, chuỗi đơn k = 1, chuỗi kép k = 1,05;

đ pđ

L - Chiều dài phóng điện danh định của đĩa cách điện (cm), tra theo sổ tay quy cách kỹ thuật cách điện;

Un - Điện áp danh định của đường dây;

nt - Số đĩa được cộng thêm

Một số điểm đặc biệt:

i Với đường dây đến 110kV

Chuổi đỡ - nt = 1 ( để dự phòng 1 đĩa bị hư, chuổi vẫn làm việc) Chuỗi néo - nt = 2

ii Với các khoảng vượt có độ cao treo dây trên 40m, chuổi cần cộng thêm số đĩa tăng cường tính như sau:

Khoảng vượt có đặt ống bảo vệ chống sét thêm một đĩa

Khoảng vượt có lắp dây chống sét, tính từ độ cao 40m trở lên, cứ mỗi

khoảng cao 10m cộng thêm một đĩa: ( )

10

40L1

nt = + c−

lấy tròn theo xu thế lớn hơn iii Với đường dây đến 110kV, qua vùng có độ cao trên 1000 ÷ 2500m so với mựt nước biển, và đường dây 220kV đi ở vùng có độ cao trên 1000 ÷ 2000m, phải cộng thêm một đĩa cho mỗi chuỗi sứ

3.4 Tính toán sức căng, độ võng, ứng suất của dây

Độ võng dây dẫn phụ thuộc vào khoảng vượt, điều kiện tải trên dây dẫn, sức căng bị hạn chế bởi lực đứt dây và hệ số an toàn Nếu biết lực căng dây cho phép, khoảng vượt cũng như vị trí của trụ ta có thể tính được độ võng

3.4.1 Phụ tải cơ giới của dây dẫn và dây chống sét

Dây dẫn và dây chống sét sẽ chịu tác dụng của trọng lượng dây theo phương thẳng đứng và tác dụng của gió theo phương nằm ngang Giả thiết rằng phụ tải cơ giới phân bố đều dọc theo dây dẫn và dây chống sét

Tải trọng của gió tác dụng lên một mét dây dẫn được cho bởi công thức:

Pv = 0,001.0,6.p.d (kg/m) (3.3) Trong đó: p - Áp lực gió trên một đơn vị diện tích bề mặt cản gió (kg/m2), phụ thuộc vào tốc độ gió như bảng 3.5

d - Đường kính dây dẫn mm

Chương III: Thiết kế phần cơ cho ĐDTT 220kV

Bảng 3.5: Áp lực gió trên một đơn vị diện tích bề mặt cản gió

P m P

P 1 P P P P

2 v 2

= +

Trong đó P - trọng lượng của 1m dây

2 v

P

P 1

Từ công thức trên ta chia hai vế cho tiết diện dây F (mm)

2 v

2 T

F

P F

P F

Với: g - tỷ tải do trọng lượng dây dẫn (kg/m.mm2)

gv - tỷ tải do trọng lượng gió (kg/m.mm2)

gT - là tỷ tải tổng hợp (kg/m.mm2)

Tỷ tải được định nghĩa là phụ tải cơ giới tác dụng lên một đơn vị chiều dài (1mét) có tiết diện bằng một đơn vị diện tích (1 mm2)

3.4.2 Tính sức căng, độ võng và ứng suất của dây dẫn

Hình 3.6 Các khoảng cách trong khoảng cột

Trong địa phận của tuyến đường dây này đi qua địa hình tương đối bằng phẳng, nên độ cao của các điểm treo dây so với mực nước biển là tương đối bằng nhau hoặc chênh lệch rất ít Vì vậy, để đơn giản trong tính toán ta xem dây dẫn được treo trên cùng điểm treo dây có độ cao bằng nhau

Ở đây ta chọn lực căng theo hệ số an toàn so với lực căng đứt dây

Thành phần ngang của lực căng:

T 2 2

l P T H

2 2

l P cosh P

H f

T T

(3.9) Chiều dài dây dẫn trong khoảng vượt:

l 3

f 8 l

Ứng suất tại điểm thấp nhất:

f 8

g

T = lực căng đứt dây

hệ số an toàn

(3.7))

Chương IV: Chống sét cho ĐDTT

là kết quả của sự phân chia điện tích trái dấu và tập trung chúng trong các phần khác nhau của đám mây Phần dưới của đám mây giông thường có điện tích âm, các đám mây cùng với đất tạo thành các tụ điện mây - đất, phần trên của các đám mây thường tích điện dương Cường độ điện trường của tụ điện mây - đất tăng dần và nếu tại điểm nào đó đạt tới trị số tới hạn 25 – 30kV/cm thì không khí bị ion hoá và

bắt đầu trở nên dẫn điện

Dòng điện sét gây nên những hậu quả rất lớn đối với người và các khu vực xung quanh nơi xảy ra sét Sét nguy hiểm trước hết như một nguồn điện cao áp và dòng điện lớn Khi có sét điện áp phóng điện có thể cảm ứng trên các vật dẫn (cảm ứng tĩnh điện, hoặc các dây dài tạo thành những mạch vòng cảm ứng điện từ) khi có phóng điện sét ở gần Điện áp này có thể lên đến hàng chục kV và do đó rất nguy hiểm Như vậy, sét có thể gây nguy hiểm trực tiếp và gián tiếp nên chúng ta cần phải nghiên cứu cách bảo vệ trực tiếp và gián tiếp đối với sét

4.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét đánh trực tiếp

- Công trình được bảo vệ chống sét phải nằm trong phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét Hệ thống thu sét đặt ngay trên công trình sẽ tận dụng được phạm vi bảo vệ nên sẽ giảm được độ cao của hệ thống như kim thu lôi đặt trên khung giàn trạm biến áp hay dây chống sét treo trên cột điện Nhưng khi có sét đánh, dòng điện sét sinh ra điện áp rơi trên điện trở nối đất và gây sự phóng điện ngược Bởi vậy từ

hệ thống thu sét đến các công trình phải có một khoảng cách đủ để không bị ảnh hưởng của sự phóng điện ngược Ngoài ra, cách điện của các công trình phải cao và điện trở tản của điện trở nối đất phải nhỏ

Đối với các công trình điện áp thấp hơn việc đặt hệ thống thu sét trên công trình sẽ khó khăn và không hợp lý về mặt kinh tế - kỹ thuật Trong trường hợp cần thiết hệ thống thu sét đặt cách ly với công trình Khi đặt cách ly giữa công trình và cột thu lôi phải có khoảng cách nhất định, nếu khoảng cách này quá bé sẽ có khả năng phóng điện trong không khí cũng như trong đất từ hệ thống thu sét tới công trình và như vậy sẽ không kém phần nguy hiểm so với sét đánh trực tiếp

- Phần dẫn điện của hệ thống thu sét (dây tiếp đất) phải có tiết diện cần thiết thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt khi có dòng điện sét đi qua

- Để tránh ăn mòn, dây dẫn cần được sơn hoặc tráng kẽm; các mối nối phải được hàn hay bắt bulông sao cho tiếp xúc tốt nhất

4.3 Các biện pháp chống sét cho đường dây truyền tải điện (ĐDTT)

Lựa chọn dây chống sét cho ĐDTT điện phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Bảo vệ dây dẫn không bị sét

đánh thể hiện qua góc bảo vệ α của

dây chống sét

- Bảo vệ không để xảy ra phóng

điện từ dây chống sét sang dây dẫn

trong thời gian sét đánh vào đường dây

chống sét Thể hiện của điều kiện này

là đảm bảo khoảng cách ở điểm giữa

khoảng cột giữa dây chống sét và dây

dẫn cao nhất trong thời gian quá điện

áp khí quyển

- Ứng suất trong dây chống sét

trong trạng thái ứng suất lớn nhất và

nhiệt độ trung bình năm phải nhỏ hơn

ứng suất cho phép trong các trạng thái

này

Đối với đường dây từ 110 kV

đến 500 kV dùng cột thép hay bê tông

cốt thép đều phải dùng dây chống sét

trên toàn tuyến Dây chống sét thường

là dây thép vặn xoắn TK có đường

Chương IV: Chống sét cho ĐDTT

như hình 4.1 thì góc α không được lớn hơn 30o, dùng hai dây chống sét thì góc bảo

vệ α không lớn hơn 20o (hình 4.2) và khoảng cách a giữa hai dây chống sét không lớn hơn 5 lần độ cao h giữa dây chống sét và dây dẫn để bảo vệ dây giữa

Với đường dây từ 150 kV trở xuống dây chống sét mắt trực tiếp vào cột đỡ không qua sứ cách điện, chỉ ở cột néo dây chống sét mới qua sứ cách điện và có khe

hở phóng điện

4.4 Lý thuyết tính toán dây chống sét

Trên hình 4.3 là quan hệ giữa dây chống sét và dây pha cao nhất Độ võng của dây chống sét trong trạng thái quá điện áp khí quyển bằng hoặc nhỏ hơn fCS

' h h f

Trong đó: + fd là độ võng của dây pha cao nhất

+ h là khoảng cách thẳng đứng giữa điểm treo dây chống sét và dây dẫn

+ h ' là khoảng cách yêu cầu tối thiểu giữa dây chống sét và dây dẫn h ' có giá trị khi không có gió như sau:

Bảng 4.1 Khoảng cách giữa dây dẫn và dây chống sét tại điểm thấp nhất

Từ h ' ta tính được fCS và suy ra ứng suất trong dây chống sét

Hình 4.3 Khoảng cách giữa dây chống sét và dây dẫn trên cùng

Từ công thức tính độ võng của dây chống sét:

CS

2 CS

CS g l 8

Với: σCS - là ứng suất trong dây chống sét

gCS - là tỷ tải của dây chống sét do trọng lượng riêng

l - khoảng cách giữa hai cột

Suy ra:

CS

2 CS CS

f8

lg

=

4.5 Xác định vùng bảo vệ của dây chống sét

Cách vẽ phạm vi của dây chống sét được trình bày như hình 4.4 và hình 4.5 Nếu vật cần bảo vệ có độ cao hx thì phạm vi bảo vệ với độ tin cậy được xác định như hình 4.4

Hình 4.5 Vùng bảo vệ của dây chống sét kép Hình 4.4 Vùng bảo vệ của dây chống sét đơn

Chương IV: Chống sét cho ĐDTT

Dây chống sét có độ cao h ≤30 m

phh

hhh2,1b

x

x x

h1h2,1

Trường hợp đường dây có hai dây chống sét như hình 4.5 Do nửa chiều rộng

B = 2h của khu vực có xác suất 100% phóng điện vào dây thu sét, nên khi dùng hai dây chống sét đặt cách nhau l = 4h thì mọi điểm trên mặt đất nằm giữa hai dây sẽ được bảo vệ an toàn

Nếu khoảng cách l < 4h thì có thể bảo vệ được các dây dẫn (nằm giữa hai dây chống sét) có độ treo cao ho = h − / 4

Phần ngoài phạm vi bảo vệ xác định tương tự như trường hợp 1 dây chống sét, còn phần bên trong giới hạn bởi cung tròn vẽ qua 3 điểm: hai điểm treo dây và điểm giữa có: ho = h − / 4

4.6 Tính toán nối đất bảo vệ chống sét

Nối đất chống sét thuộc loại nối đất làm việc, nhằm tản dòng điện sét càng nhanh càng tốt Việc tính toán nối đất chống sét chỉ khác so với nối đất làm việc và nối đất an toàn ở chổ xác định điện trở xung kích, sự khác biệt này do các nhân tố sau gây nên:

- Mật độ dòng điện lớn dẫn đến điện trở xung giảm do sự xuất hiện của quá trình tạo ra tia lửa điện trong đất, làm tăng bề mặt tiếp xúc của tiếp địa Sự giảm điện trở xung càng lớn khi điện trở xuất của đất càng cao

- Tính chất xung của dòng điện sét: Khi dòng điện sét đi vào hệ thống tiếp địa trong thời gian đầu điện cảm sẽ ngăn cản làm cho sự phân bố điện áp không điều Chiều dài của hệ thống tiếp địa càng lớn thì điện cảm càng cao dẫn đến điện trở xung càng lớn

- Đặc tính của đầu sóng: Nếu hằng số thời gian T quá nhỏ so với đầu sóngτdthì khi dòng điện đạt giá trị cực đại quá trình quá độ đã kết thúc và nối đất thể hiện như một điện trở tản Nếu điện cực tiếp địa dài, hằng số thời gian có thể rất lớn, đạt tới giá trị của đầu sóng và tại thời điểm dòng điện đạt giá trị cực đại quá

trình quá độ chưa kết thúc, lúc đó nối đất thể hiện như một điện trở tổng Z có giá trị rất lớn

Như vậy nếu tiếp địa càng dài, điện trở suất của đất càng thấp và đầu sóng càng ngắn thì điện trở xung của tiếp địa càng cao Điện trở xung được xác định theo biểu thức:

tđ xung R

trong đó: Rtđ - điện trở tiếp địa tần số công nghiệp

α- hệ số xung Điện trở suất của đất:

ψ ρ

=

ρ đo.trong đó: ρđo- điện trở suất của đất đo ở mùa mưa

Chương V: Tính toán lựa chọn phương pháp bảo vệ

CHƯƠNG V

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ

CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 220 kV

5.1 Tính toán ngắn mạch

5.1.1 Khái niệm, nguyên nhân, hậu quả, cách khắc phục và ý nghĩa của tính toán ngắn mạch

a Khái niệm

Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau, pha chập đất (hay pha chập dây

trung tính) Có các loại ngắn mạch và xác suất xảy ra tương ứng như sau [Ngắn

Mạch Và Đứt Dây Trong Hệ Thống Điện]:

phân tích thành các thành phần đối xứng khác nhau: thành phần thứ tự thuận, thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không

b Nguyên nhân

Nguyên nhân chủ yếu sinh ra ngắn mạch là do cách điện bị hỏng Cách điện

bị hỏng có thể là do: sét đánh, quá điện áp nội bộ trong quá trình đóng mở mạch, cách điện lâu ngày già cỗi, quá tuổi thọ Ngắn mạch cũng có thể sinh ra do các nguyên nhân chủ quan như thao tác nhầm, trong nôm các thiết bị không chu đáo, do thi công các công trình gần dây cáp ngầm (có thể đào đất đụng phải dây cáp, do chim đậu, cây đổ)…

c Hậu quả của ngắn mạch

Khi xảy ra ngắn mach dòng điện tăng cao, đồng thời điện áp giảm xuống do

đó gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến trạng thái của các phần tử mạng điện gây một

số hậu quả sau:

- Dòng điện tăng sinh ra phát nóng cục bộ các phần có dòng ngắn mạch đi qua dù là trong thời gian ngắn, có thể dẫn đến phá hỏng cách điện của thiết bị

- Sinh ra lực điện động giữa các bộ phận do dòng xung kích, có thể làm hỏng khí cụ điện và hư hỏng

- Lúc ngắn mạch, điện áp giảm phá vỡ sự hoạt động bình thường của các hộ dùng điện, có thể làm cho động cơ ngừng quay

- Có thể phá hoại sự làm việc đồng bộ của máy phát điện trong hệ thống điện, làm phân bố lại dòng công suất trên các đường dây gây mất ổn định hệ thống

và dẫn tới tan rã hệ thống

- Hồ quang điện xuất hiện khi ngắn mạch gây hỏa hoạn - phá hỏng thiết bị

- Ngắn mạch thường dẫn đến sự gián đoạn cung cấp điện, gây thiệt hại về kinh tế, thậm chí có thể đe dọa đến tính mạng con người

- Lúc ngắn mạch một pha hay hai pha chạm đất sinh ra dòng thứ tự không do

đó làm nhiễu các đường dây thông tin ở gần

- Cung cấp điện bị gián đoạn

d Cách khắc phục dòng ngắn mạch

- Dùng sơ đồ nối dây hợp lý

- Chọn thiết bị và bộ phận có dòng ngắn mạch chạy qua phải chịu đựng được tác dụng nhiệt và động do dòng ngắn mạch gây ra

- Dùng các thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch như: Kháng điện, điện trở…

Chương V: Tính toán lựa chọn phương pháp bảo vệ

- Dùng các thiết bị tự động để loại bỏ phần tử bị sự cố trong thời gian ngắn cho phép

e Ý nghĩa của tính toán ngắn mạch là

- Tính toán ngắn mạch để lựa chọn trang thiết bị khi thiết kế, đảm bảo an toàn dưới tác động của nhiệt và cơ do dòng ngắn mạch gây ra

- Tính toán ngắn mạch để phục vụ cho tính toán hiệu chỉnh các thiết bị bảo

vệ và tự động hóa trong hệ thống điện nhằm loại trừ nhanh các phần tử sự cố ngắn mạch ra khỏi hệ thống điện

- Tính toán ngắn mạch để lựa chọn sơ đồ thích hợp làm giảm dòng ngắn mạch

- Tính toán ngắn mạch để phục vụ thiết kế lựa chọn các thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch

5.1.2 Hệ đơn vị tương đối trong tính toán ngắn mạch

Trong tính toán người ta thường sử dụng các hệ đơn vị khác nhau để tính toán như: hệ đơn vị có tên, hệ đơn vị tương đối… Trong đó hệ đơn vị tương đối được sử dụng rộng rãi do nó phần nào xóa bỏ được những bất cập trong hệ đơn vị

có tên khi tính toán đối với hệ thống lớn có nhiều nút phụ tải và có nhiều cấp điện

áp Với hệ đơn vị tương đối thì công việc tính toán có phần được đơn giản hóa do trong quá trình tính toán chỉ sử dụng một thông số cơ bản cho toàn hệ thống Thực chất của hệ dơn vị tương đối là các đại lượng tham gia trong tính toán ngăn mạch được biểu thị bằng phần trăm hy phần của các đại lượng được chọn làm cơ bản Do các đại lượng điện áp, dòng điện và điện trở có mối quan hệ với nhau qua định luật Ohm (Ôm), còn công suất thì tỷ lệ thuận với tích của điện áp và dòng điện nên người ta chỉ cần chọn hai đại lượng cơ bản là công suất và điện áp, còn các đại lượng khác thì được suy ra từ các biểu thức thông dụng:

cb

cb cb

U 3

S

I = ; và

cb

2 cb cb

cb cb

S

U I 3

U

Về nguyên tắc có thể chọn giá trị công suất cơ bản Scb bất kỳ, nhưng nhìn chung cần phải chọn Scb sao cho bài toán được giải dễ nhất (các con số tính toán không quá lớn, cũng không quá nhỏ và lẻ), thường thì Scb lấy bằng bội số của các công suất định mức của các phần tử tham gia trong mạng điện hoặc bằng giá trị công suất định mức của một trong các phần tử đó Còn điện áp cơ bản thì lấy bằng điện áp định mức ở nơi xảy ra ngắn mạch

Bảng 5.2 Công thức xác định điện trở các phần tử hệ thống điện [Hệ Thống

Cung Cấp Điện]

STT Các phần tử Hệ đơn vị có tên

(Ω)

Hệ đơn vị tương đối

Thành phần thứ tự không

1 Hệ thống

k

2 cb ht

2 Máy phát

mP

2 cb d mp

3 Máy biến áp

2 nBA

2 cb k B

S

U P

R = ∆

nBA

2 cb k B

S 100

U U

Z =

2 B

2 B

2 nBA

cb k

*

S

SP

RB = ∆

nBA

cb k

*

S 100

S U Z

2

* B

2

* B

*

R Z X

2 nBA o

S

U ) 1 3 , 0 (

4 Đường dây

2 n

2 cb o dd

U

U l r

2 n

2 cb o dd

U

U l x

2 n

cb o

*

U

S l r R

2 n

cb o

*

U

S l x X

nkđ kđ kđ

I 3

U x

nkđ

cb kđ

*

I 3

I x X

6 Phụ tải

Pt

2 cb Pt Pt

Trong các công thức trên:

Sk - Công suất ngắn mạch của hệ thống (nếu không biết trước Sk thì có thể chọn Sk = Scắt của máy cắt tổng của mạng điện cần tính toán ngắn mạch), MVA;

Scb - Công suất cơ bản, MVA;

Ucb - Điện áp cơ bản, kV;

Icb - Dòng điện cơ bản, kA;

SnmP - Công suất định mức của máy phát, MVA;

SnBA - Công suất định mức của máy biến áp, MVA;

UnBA - Điện áp định mức của máy biến áp, kV;