Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp

Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp Phần I: Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp và nối đất 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 à . Cấp điện áp 220/110kV Số ngăn lộ 5 Kích thớc ngăn lộ 17m Độ cao cần bảo vệ 17m Sơ đồ nối điện chính 2 thanh góp Đờng đi Rộng 6 m Khoảng cách TG-MBA 35 m Điện trở suất của đất 65 + 0,1. N = 65 + 0,1. 3 = 65,3 m MặT BằNG trạm biến áp Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 1 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp A-BảO Vệ CHốNG SéT ĐáNH TRựC TIếP Theo kết cấu của trạm, ta bố trí các cột thu lôi từ 1 đến 13 nh trên hình vẽ. Trong đó các cột 1, 2, 3 đợc bố trí trên xà cao 17m; các cột 4, 6, 7, 9 trên xà cao 11m; các cột 10, 11 trên xà cao 7,5m; các cột 12, 13 trên xà cao 9m và các cột 5, 8 bố trí độc lập. Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 2 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp I-Tính độ cao của các cột thu sét. *Xét nhóm cột 1, 2, 5, 4 và 2, 3, 6, 5. Đờng kính của vòng tròn ngoại tiếp hai đa giác này là: D = 2 2 42,5 23 + = 48,32 (m) Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi hai đa giác này đợc bảo vệ thì: D 8.h a )m(04,6 8 32,48 8 D h a === *Xét nhóm cột 4, 5, 8, 7 và 5, 6, 9, 8: D = 2 2 42,5 35+ = 55,06 (m) )m(88,6 8 06,55 8 D h a === Nh vậy đối với tất cả các cột thu lôi phía 220kV có thể lấy chung một độ cao tác dụng là: h a =6,88 (m) Vì độ cao cực đại của vật đợc bảo vệ phía 220kV là 17m nên độ cao của các cột thu lôi phía 220kV là: h 1 = h x +h a = 17 + 6,88 = 23,88 (m) Ta chọn )m(24h 1 = *Xét nhóm cột 7, 8, 10 và 8, 9, 11: Ta tính đợc : D = 75,4 (m) trong đó : ( )( )( ) 10810787 10810787 aPaPaPP2 a.a.a D = ; với ( ) 10810787 aaa 2 1 P ++= )m(4,9 8 4,75 8 D h a === *Xét nhóm cột 8,10,11: Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 3 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp D = 78,1m )m(8,9 8 1,78 8 D h a === *Xét nhóm cột 10, 11, 13, 12: )m(9,575,3645D 22 =+= )m(24,7 8 9,57 8 D h a === Nh vậy đối với tất cả các cột thu lôi phía 110 kV có thể lấy chung một độ cao tác dụng là m8,9h a = . Vì độ cao cực đại cần bảo vệ phía 110 kV là 9m nên độ cao của các cột thu lôi phía 110 kV là : )m(8,188,99 =+=+= h h h ax2 Ta chọn )m(19h 2 = II-Tính bán kính bảo vệ của các cột thu sét: 1.Các cột phía 220 kV: *Với độ cao cần bảo vệ là 17(m): m1624. 3 2 h 3 2 m17h 1x ==>= Do đó bán kính bảo vệ của 1 cột thu lôi là: )m(25,5 24 17 1.24.75,0 h h 1h.75,0r 1 x 1 )220( 1x = = = 2.Các cột phía 110 kV: *Độ cao cần bảo vệ 9m: m7,1219. 3 2 h 3 2 m9h 2x ==<= Do đó : )m(625,11 19.8,0 9 1.19.5,1 h.8,0 h 1h.5,1r 2 x 2 )110( x = = = 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 10-12 và 11-13 với khoảng cách m5,36 aa 13111210 == Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 4 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp - Độ cao giả tởng : )m(79,13 7 5,36 19 7 a hh 2o === - Bán kính bảo vệ của cột giả tởng cao m79,13h 0 = ở độ cao m9h x = : )m(19,979,13. 3 2 h 3 2 m9h 0x ==<= )m(81,3 79,13.8,0 9 1.79,13.5,1 h.8,0 h 1h.5,1r 0 x 0 )110( 1x0 = = = *Xét cặp cột 12-13 với khoảng cách m45 a 1312 = : - Độ cao giả tởng : )m(57,12 7 45 19 7 a hh 20 === - Bán kính bảo vệ của cột giả tởng cao m57,12h 0 = ở độ cao m9h x = : )m(38,857,12. 3 2 h. 3 2 m9h 0x ==>= )m(68,2) 57,12 9 1.(57,12.75,0) h h 1.(h.75,0 0 x 0 )110( 2x0 r === *Xét các cặp cột 10-7 và 11-9 với khoảng cách m72 aa 911710 == nhng có độ cao khác nhau m24h 1 = (cột 7 và cột 9), m19h 2 = (cột 10 và cột 11): -Xác định khoảng cách cột 7 và cột giả tởng 7: Tính nh bán kính bảo vệ của cột 7 nhng ở độ cao 19m )m(1624. 3 2 h. 3 2 m19hh 12x ==>== )m(75,3) 24 19 1.(24.75,0) h h 1.(h.75,0 1 x 1 '77 x === -Xác định khoảng cách cột 10 và cột giả tởng 7: )m(25,6875,372 x aa '77 10710'7 === - Bán kính bảo vệ giữa cặp cột 7 và 10: (Xác định giống nh bán kính bảo vệ của hai cột đó cao bằng nhau và bằng 19m) )m(25,9 7 25,68 19 7 hh a 10'7 20 === Do đó bán kính bảo vệ của cột giả tởng ở độ cao 9m: Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 5 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp )m(2,625,9. 3 2 h. 3 2 m9h 0x ==>= )m(19,0) 25,9 9 1.(25,9.75,0) h h 1.(h.75,0 0 x 0 )110( 10'7x0 r === 2.Các cột thu sét phía 220 kV: *Xét các cặp cột 1-2 và 2-3 với khoảng cách )m(5,42 aa 3221 == - Độ cao giả tởng : )m(9,17 7 5,42 24 7 a hh 10 === - Bán kính bảo vệ của cột giả tởng cao m9,17h 0 = ở độ cao m17h x = : m9,119,17. 3 2 h. 3 2 m17h 0x ==>= )m(68,0) 9,17 17 1.(9,17.75,0) h h 1.(h.75,0 0 x 0 )220( 21x0 r === *Xét các cặp cột 1-4 và 3-6 với khoảng cách m23 aa 6341 == - Độ cao giả tởng : )m(7,20 7 23 24 7 a hh 10 === -Bán kính bảo vệ của cột giả tởng cao m7,20h 0 = ở độ cao h x =17m )m(8,137,20. 3 2 h. 3 2 m17h 0x ==>= )(78,2) 7,20 17 1.(7,20.75,0)1.(.75,0 0 0 )220( 630 )220( 410 m h h h x xx rr ==== *Xét các cặp cột 4-7 và 6-9 với khoảng cách m35 aa 9674 == - Độ cao giả tởng : )m(19 7 35 24 7 a hh 10 === - Bán kính bảo vệ của cột giả tởng cao m19h 0 = ở độ cao h x =17m )m(67,1219. 3 2 h. 3 2 m17h 0x ==>= )m(5,1) 19 17 1.(19.75,0) h h 1.(h.75,0 0 x 0 )220( 96x0 )220( 74x0 rr ==== Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 6 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp Bảng tổng kết Vị trí cột Độ cao cột Bán kính bảo vệ ở độ cao h x =17m Bán kính bảo vệ ở độ cao m9h x = 1,2,3,4,5,6,7,8,9 24m 5,25m 10,11,12,13 19m 11,625m Cặp cột Độ cao cột Khoảng cách 2 cột Độ cao 0 h Bán kính bảo vệ ở độ cao m17h x = 1 và 2, 2 và 3 24m 42,5m 17,9m 0,68m 1 và 4, 3 và 6 24m 23m 20,7m 2,78m 4 và 7, 6 và 9 24m 35m 19m 1,5m Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 7 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp Cặp cột Độ cao cột Khoảng cách 2 cột Độ cao 0 h Bán kính bảo vệ ở độ cao m9h x = 7 và 10 9 và 11 24m & 19m 72m 9,25m 0,19m 12 và 13 19m 45m 12,57m 2,68m 10 và 12 11 và 13 19m 36,5m 13,79m 3,81m PHạM VI BảO Vệ Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 8 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp MBA MBA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 7' 9' B tính toán nối đất chống sét Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 9 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp 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 ( 5,0R d ) *Chọn hình thức nối đất: Dùng thanh tròn đờng kính d =20mm làm mạch vòng quanh trạm theo chu vi hình chữ nhật, chôn sâu 0,8m. 1.Tính điện trở nối đất của mạch vòng )( d.t L.K ln. L 2 2 tt mv R = Trong đó: Điện trở suất tính toán của đất đã hiệu chỉnh theo hệ số mùa: )m(48,1043,65.6,1.K dmuatt === 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.(l 1 + l 2 ) = 2.(85+164,5)=499 (m) d: là đờng kính thanh tròn làm điện cực, d = 0,02m K: là hệ số hình dạng, phụ thuộc tỷ số l 2 / l 1 Với 94,1 85 5,164 l l 1 2 == . Tra bảng đợc K=6,42 Do đó: >= = 5,061,0) 02,0.8,0 499.42,6 ln(. 499 2 48,104 R 2 mv Nh vậy trị số điện trở nối đất của hệ thống cha đạt yêu cầu. Do đó ta cần thực hiện phơng 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 l d l.2 .[ln l 2 tt c R + + = ở đây ta dùng cọc sắt góc L60x60x6 dài 3m, chôn sâu 0,8m . Điện trở suất tính toán của đất ứng với cọc: dmuatt .K = =1,4.65,3 = 91,42( m ) Đờng kính cọc: d = 0,95.b = 0,95.0,06 = 0,057m Độ chôn sâu tính từ đỉnh cọc tới mặt đất: t=0,8m Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 10 [...]... trờng hợp phải thoả mãn yêu cầu: Điện áp nối đất tại chỗ có dòng điện sét i s đi vào hệ thống nối đất Ud = I.Z(0, ds ) phải nhỏ hơn mức cách điện trung bình của cách điện máy biến áp Với trạm 220 kV ta phải c : U d < U 50% = 990kV Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 11 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp Với trạm 110 kV ta phải c : U < U 5 0% = 660kV d Sơ đồ thay thế của đờng dây dài: Lp I Go Go Go Go Hệ phơng... 645.5069 Nh vậy điện áp nối đất tại chỗ có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất có giá tr : Ud=645,5059 kV < U50% =660 kV Vậy ta không cần tiến hành nối đất bổ sung Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 14 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp Phần II Bảo vệ chống sóng quá điện áp lan truyền Khoảng cách : MBA CSV : l23 = 15 + N (m) = 15 + 3 = 18 (m) TG - CSV : l12 = 20+N = 20 + 3 = 23 (m) Tổng trở sóng : Zc = 400... hạn, tổng trở sóng Z=400 Sơ đồ Petecxen: Nút 3 có điện dung tập trung C2 =1530.10-12 (F) nên ta áp dụng phơng pháp tiếp tuyến để tính điện áp Z dt 3 = Z = 400 2U dt 3 = 2 U ' 23 Lại c : 2U dt 3 = Z dt 3 C 3 2U dt 3 = TC 3 dU C 3 + 2U C3 dt dU C 3 + U C3 dt t t 2U dt 3 = U C 3 + U C 3 TC 3 TC 3 Hay: Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 18 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp U C 3 = t 0,02 (2 U dt 3 U C 3 ).. .Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp Độ chôn sâu tính từ giữa cọc tới mặt đất: l 3 t = t+ = 0,8 + = 2,3(m) 2 2 Suy ra: 91,42 2.3 1 4.2,3 + 3 [ln( ) + ln( )] = 24,23() 2..3 0,057 2 4.2,3 3 Tính toán điện trở nối đất tổng hợp mạch vòng- cọc: RC = R ht = R c R mv mv R c + n.c R mv n: là số cọc sử dụng trong mạch vòng mv , : là hệ số sử dụng của mạch vòng và của... Độ dốc : a = 300 + N = 300 + 3 = 303 (kV/ às ) Chống sét van có khe hở Bảo vệ điện áp phía 220kV Điện dung MBA : 1500 +10N = 1500 + 10*3 = 1530 (pF) Điện dung TG : 8,33 (pF/m ) Yêu cầu: Hãy tính điện áp tại các điểm nút của TBA khi có sóng quá điện áp lan truyền từ đờng dây tới Sóng tới có dạng xiên góc biên độ U50%, độ dốc a Chống sét van cấp điện áp tơng ứng Sơ đồ thay thế trạng thái sóng: thay... sóng là Z=400 Nút 1 có điện dung tập trung C1=374,85pF nên phải áp dụng phơng pháp tiếp tuyến Gốc thời gian t = 0 đợc chọn là thời điểm sóng U'01 tới nút 1 Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 16 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp Đoạn đờng dây 0-1 dài vô hạn, nghĩa là nếu tại nút 1 có sóng phản xạ U10 trở về 0 thì không có sóng phản xạ trở lại Sơ đồ Petecxen: Zđt1 1 C1 2Uđt1 Trong đ : = Z01 // Z12 = dt 1 Z... =1 k k Theo bài ra ta có dòng điện sét Với t < ds thì i i i s có dạng xiên góc (a=50 kA/ às ): = at =50.t (kA) Với t > ds thì (*) = I s = 150(kA) s s Suy ra: I s 150 = = 3às a 50 Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 ds = 12 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp Để đơn giản hoá, ngời 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... C1 + U C1 dt Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 17 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp t t 2 U dt1 = U C1 + U C1 TC1 TC1 U C1 = t 0,02 (2U dt1 U C1 ) = (2U dt1 U C1 ) = 0,286(2 U dt1 U C1 ) TC1 0,07 trong đ : TC1 = C1 Z dt1 = 374,85.10 -12 200 = 0,07às U1 = U C1 Vậy: U1 ( t + t ) = U1 ( t ) + U C1 U 12 + U ' 21 = U 1 U 12 = U 1 U ' 21 II.Tính điện áp tại nút 3: Nút 3 chỉ có một đờng dây đi tới có chiều... song song với nhau: l= L 499 = = 249,5m 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 ( àH / m ): 249,5 l L0 = 0,2.[ln - 0,31] = 0,2.[ln - 0,31] = 1,963 (àH / m) 0,01 r G0 : là điện dẫn của 1 đơn vị dài (1/ .m ): G0 = 1 2.R ht l Hiệu chỉnh trị số điện trở nối đất mạch vòng theo hệ số mùa sét: R ms = mv R... 0 , U '12 = 0 do đó : 2 U dt 2 = 0 ' +Khi t12 t < 2t23+t12 thì U ' 32 = 0 do đó : 2U dt 2 = U 12 Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 19 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp ' ' +Khi t 2t23+t12 thì 2U dt 2 = U 32 + U 12 *Lúc chống sét van cha hoạt động 2U dt 2 = U 2 *Lúc chống sét van hoạt động Tính đợc U2 bằng phơng pháp đồ thị (dựa vào U ,Z dt dt , đặc tính V-S, V-A của chống sét van ): 2U dt 2 = Z dt 2 I . K47 8 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp MBA MBA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 7' 9' B tính toán nối đất chống sét Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 9 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp I.Tính. - HTĐ3 K47 14 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp Phần II Bảo vệ chống sóng quá điện áp lan truyền Khoảng cách : MBA CSV : l 23 = 15 + N (m) = 15 + 3 = 18 (m) TG - CSV : l 12 = 20+N =. k : 1.Các cột thu sét phía 110 kV: *Xét các cặp cột 10-12 và 11-13 với khoảng cách m5,36 aa 13111210 == Nguyễn Ngọc Bách - HTĐ3 K47 4 Bài tập lớn : Kỹ thuật điện cao áp - Độ cao giả tởng :