Đồ án môn học thiết kế chống sét trạm 110kv

Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN  SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang GVHD: TS. Dương Vũ Văn SVTH: Nguyễn Ngọc Phương MSSV: 409BK055 Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10/05/2013 Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn CHƯƠNG I BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP I. TỔNG QUAN: Sét đánh trực tiếp vào đường dây tải điện, các thiết bị, các bộ phận mang điện của trạm phân phối và nhà máy điện sẽ gây nên quá điện áp nguy hiểm làm ngắn mạch, chạm đất các pha gây hư hỏng cách điện của các thiết bị, làm giảm độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải, gây thiệt hại lớn đối với nền kinh tế. Vì vậy khi thiết kế hệ thống điện phải bảo vệ chống sét đánh trực tiếp một cách hiệu quả và tin cậy. Đối với các trạm biến áp, lợi dụng độ cao của dàn trụ cổng và các trụ vượt, ta đặt lên đó các kim thu sét để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm theo nguyên tắc bảo vệ trọng điểm. Việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp thường được thực hiện bằng các cột thu sét hoặc dây thu sét. Kết cấu của một hệ thống thu sét bao gồm: Bộ phận thu sét: làm bằng thép ống hoặc thép thanh đặt thẳng đứng gọi là kim thu sét; hoặc bằng dây thép căng ngang giữa các cột gọi là dây chống sét. Bộ phận dẫn dòng điện sét: được tạo thành bởi bản thân kết cấu thép của cột thu sét hay bằng dây thép có tiết diện không nhỏ hơn 50mm 2 . Bộ phận nối đất: được tạo bởi hệ thống cọc và thanh bằng đồng hoặc thép nối liền nhau, chôn trong đất có điện trở tản bé để dòng điện sét tản một cách dễ dàng trong đất. II. GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP VÀ CÁC MẶT BẰNG CẦN BẢO VỆ: Trạm biến áp 110kV có thiết bị phân phối được lắp đặt ngoài trời sử dụng hệ thống hai thanh góp gồm: nguồn nhận điện 110kV từ hai MBA chính trạm 220kV, cấp điện cho 4 phát tuyến 110kV. Các độ cao cần bảo vệ: Đường dây vượt có độ cao: 11 m. Thanh góp có độ cao: 7,5 m. Các thiết bị trong trạm lấy theo độ cao của MC là: 5,65m III. QUAN ĐIỂM BẢO VỆ: 1. Về mặt kỹ thuật: Phạm vi bảo vệ cần phải phủ kín toàn bộ các trang thiết bị và các bộ phận mang điện của trạm. Hệ thống nối đất chống sét phải được thiết kế sao cho không xảy ra phóng điện ngược trên cách điện của thiết bị trạm. SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn Kim thu sét đặt ngay trên trụ xà (không được đặt giữa xà) và độ cao không nên vượt quá 50% độ cao xà. Dây chống sét của các đường dây tải điện cấp 110kV trở lên được kéo vào tận các trụ cổng xuất tuyến của trạm và cũng được nối chung vào hệ thống nối đất của trạm, khoảng cách từ điểm nối của cột thu sét hay dây thu sét đến điểm nối đất của máy biến áp phải trên 15m theo mạch thanh dẫn trong đất. Khi đặt kim thu sét trên kết cấu công trình thì nối đất của hệ thống thu sét cùng chung hệ thống nối đất an toàn của trạm. Nếu cần thiết thì đặt nối đất bổ sung ngay tại chỗ nối đất của kim thu sét để giảm tổng trở xung của hệ thống nối đất. Hệ thống chống sét được thiết kế bằng cách tận dụng chiều cao trụ cổng, trụ đỡ vượt có độ cao 14m trong trạm để lắp đặt kim thu sét. Ngoài ra tại các vị trí cần bố trí kim thu sét mà không có trụ thì sẽ dựng trụ bêtông ly tâm cao 14m để lắp kim thu sét. Sau khi chọn xong vị trí đặt kim thu sét, xác định độ cao hệ thống thu sét, cần tính toán và vẽ phạm vi bảo vệ ven chu vi trạm để xem các phần tử của trạm có nằm ngoài phạm vi bảo vệ của các cột thu sét hay không. Phạm vi bảo vệ ven chu vi này được tạo bởi phạm vi bảo vệ của từng đôi cột gần nhau nhất. 2. Về mặt kinh tế: Trước hết phải thỏa mãn tuyệt đối các yêu cầu kỹ thuật, phương án đầu tư xây dựng hệ thống thu sét có kinh phí bé nhất. Do đó trong điều kiện kỹ thuật cho phép phải tận dụng độ cao kết cấu công trình của trạm để đặt kim thu sét. Ngoài ra, hệ thống thu sét phải không gây trở ngại sự vận hành bình thường của trạm, không cản trở phương tiện giao thông ra vào trạm. Đồng thời cũng chú ý đến tính mỹ quan của công trình, nên chọn kim thu sét có cùng độ cao. Tận dụng dây chống sét của các đường dây để bảo vệ một phần trạm. IV. CÁC CÔNG THỨC TÍNH TOÁN: 1. Phạm vi bảo vệ của một kim thu sét: Kim thu sét có độ cao h, độ cao cần bảo vệ là h x , khi đó bán kính bảo vệ r x được tính như sau: Trong đó: • p = 1 khi h< 30m • khi 30m <h< 60m Khi cột thu sét có độ cao lớn hơn 60m, sét không chỉ đánh vào đỉnh kim mà còn đánh cả vào một phần thân cột gần đỉnh. Khi đó, chiều cao của phạm vi bảo vệ của cột thu sét giảm còn . Với cột thu sét có độ cao từ 60 ÷ 100m thì ∆h = 0,5(h – 60) SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn Với cột thu sét cao từ 100 ÷ 250m thì ∆h = 0,2h. 2. Phạm vi bảo vệ của hai kim thu sét có độ cao bằng nhau: Hai cột thu sét có độ cao bằng nhau, đặt cách nhau một khoảng a, tại trung điểm của hai cột sẽ tạo thành một cột giả có độ cao h 0 . Khi đó, phạm vi bảo vệ ở độ cao h x được giới hạn như hình vẽ và được tính như sau: Mặt khác, độ cao h x nằm giữa hai cột thu sét được bảo vệ nếu thoả a ≤ 7(h – h 0 ) SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn 3. Phạm vi bảo vệ của hai kim thu sét có độ cao khác nhau: Hai cột thu sét có độ cao khác nhau h 1 và h 2 đặt cách nhau một khoảng là a, cột thu sét giả h 3 có độ cao bằng h 2 được tạo ra cách h 1 một khoảng: Khi đó, cột giả h 0 được tạo ra từ hai cột có độ cao bằng nhau là h 2 và h 3 , với khoảng cách giữa h 2 và h 3 là . Độ cao h x nằm giữa h 2 và h 3 được bảo vệ nếu thoả Với Phạm vi bảo vệ của hai cột h 1 và h 2 có độ cao không bằng nhau cho độ cao h x được giới hạn như hình vẽ trong đó: 4. Phạm vi bảo vệ của ba kim thu sét: SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn Giả sử ba cột thu sét có độ cao bằng nhau, phạm vi bảo vệ bên ngoài của ba kim thu sét được tạo thành như với hai cột thu sét. Phạm vi bên trong của tam giác được bảo vệ nếu thoả D ≤ 8(h – h x )p, với D là đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác. 5. Phạm vi bảo vệ của bốn kim thu sét: Bốn kim thu sét có độ cao bằng nhau đặt ở vị trí hình chữ nhật, phạm vi bảo vệ bên ngoài hình chữ nhật được tạo thành như với hai cột SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn thu sét. Phạm vi bảo vệ bên trong hình chữ nhật được bảo vệ nếu thoả D ≤ 8(h – h x )p, với D là đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật. V. TÍNH ĐỘ CAO CỦA CỘT THU SÉT & KIỂM TRA PHẠM VI BẢO VỆ: 1. Mặt bằng trụ - xà đỡ và bố trí kim thu sét khu vực trạm 110kV: 2. Tính toán phạm vi bảo vệ: Trạm 110kV được bảo vệ chống sét đánh thẳng bằng các kim thu sét đặt trên các trụ đỡ xà trong trạm có độ cao 14m. Ngoài ra tại các vị trí không có trụ đỡ xà thì trồng thêm trụ BTLT cao 14m. Việc thiết kế vị trí, độ cao kim thu sét có xét thêm phạm vi bảo vệ liên kết các khu vực lân cận. Mặt bằng trạm 110kV được bố trí 6 kim thu sét có số thứ tự từ 17 đến 22 chia làm 2 khu vực bảo vệ như trong bản vẽ mặt bằng trạm 110kV. Trong tính toán độ cao kim thu sét sử dụng công thức trong phần lý thuyết nêu trên và số liệu tính toán theo sơ đồ phạm vi bảo vệ chống sét của trạm 110kV. SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn a. Chọn chiều cao cột thu sét: Với cách bố trí kim thu sét như trên, mặt bằng trạm 110kV tạo thành 2 khu vực bảo vệ hình chữ nhật (I, II) có diện tích khác nhau. Lần lượt tính đường kính đường tròn ngoại tiếp cho từng khu vực: - Khu vực I được tạo thành từ các kim 17, 18, 19, 20 bảo vệ độ cao h x = 11m: Điều kiện: D ≤ 8(h – h x )p - Khu vực II được tạo thành từ các kim 19, 20, 21, 22 bảo vệ độ cao h x = 7,5m: Điều kiện: D ≤ 8(h – h x )p Từ đó chọn chiều cao của cột thu sét là h = 18m. Đặt trên trụ vượt và các trụ bêtông có chiều cao 14m => các kim có độ cao là: h kts = 18 – 14 = 4m. b. Tính toán phạm vi bảo vệ của các kim thu sét: - Phạm vi bảo vệ của một cột ở độ cao 11m: - Phạm vi bảo vệ của một cột ở độ cao 7,5m: - Phạm vi bảo vệ của cột 17-18 và cột 19-20 ở độ cao 11m: SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn - Phạm vi bảo vệ của cột 17-18 và cột 19-20 ở độ cao 7,5m: - Phạm vi bảo vệ của cột 18-19 và cột 17-20 ở độ cao 11m: - Phạm vi bảo vệ của cột 18-19 và cột 17-20 ở độ cao 7,5m: - Phạm vi bảo vệ của cột 19-22 và cột 20-21 ở độ cao 7,5m: c. Phạm vi bảo vệ khu vực trạm 110kV: d. Kết luận: SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn Căn cứ theo kích thước bản vẽ mặt bằng trạm 110kV; cao độ của dây dẫn và các thiết bị điện có trong trạm, toàn bộ khu vực trạm 110kV được bảo vệ chống sét đánh trực tiếp bởi 06 kim thu sét có độ cao h kts = 4m, đặt trên các trụ vượt và các trụ bêtông có chiều cao 14m => chiều cao cột thu sét h = 18m. Ta không tính bảo vệ cho các trụ vượt và các trụ bêtông cao 14m do ở các độ cao này đã có sẵn kim bảo vệ theo tiêu chuẩn của trụ, chỉ cần nối đất các kim này là có thể bảo vệ được các độ cao trên. Vì lý do trên nên ở độ cao 11m nằm giữa hai cột 19-22 cũng không cần bảo vệ vì sét đánh thì sẽ đánh vào độ cao 14m ở hai bên trụ cổng. CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT I. TỔNG QUAN: Tác dụng của nối đất là để tản vào đất dòng điện sự cố (rò cách điện, ngắn mạch, chạm đất hoặc dòng điện sét) và giữ cho điện thế trên các phần tử được nối đất thấp. Nối đất được chia thành 3 loại: nối đất làm việc (đảm bảo làm việc của trang thiết bị, nối đất trung tính máy phát điện, máy biến áp công suất …), nối đất an toàn (đảm bảo an toàn cho người vận hành) và nối đất chống sét (nhằm tản dòng điện sét vào đất). Trong trạm biến áp thì nối đất thực hiện cả ba nhiệm vụ trên. II. CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT: Đối với trạm ngoài trời điện áp từ 110kV trở lên, phần lớn trong các trường hợp hệ thống thu sét được đặt trên các công trình của trạm, nên một phần dòng sét sẽ tản qua mạch nối đất an toàn của trạm vào trong đất. Lưới có điện áp 110kV trở lên thuộc hệ thống có trung tính trực tiếp nối đất (dòng ngắn mạch lớn, trên 500kA) theo quy phạm thì điện trở nối đất phải thoả yêu cầu R ≤ 0,5Ω. SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 10 [...]... 220kV dùng dây chống sét TK_70: r0 = 2,38 (Ω/km)  k : hệ số phụ thuộc số dây chống sét trên đường dây k=1 : có một dây chống sét SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 11 Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn k = 0,5 : có hai dây chống sét Nếu có n đường dây đấu vào trạm thì: 2 Thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo: Nối đất nhân tạo là bộ phận nối đất phải thiết kế thêm để thỏa... tích hình thang vuông Suất cắt điện khi sét đánh vào đỉnh cột hoặc dây chống sét gần đỉnh cột xác định theo: SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 31 Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn Đường dây loại cột thép và cấp điện áp 110kV nên: η1 = 0,7 b Khi sét đánh vào dây chống sét ở giữa khoảng vượt: Sơ đồ phân bố dòng sét khi sét đánh vào giữa khoảng vượt: 0,25is M Zcs... toàn bộ nối đất bổ sung của trạm bằng: Với m là số điểm đặt nối đất bổ sung của toàn trạm Như vậy điện trở nối đất nhân tạo của trạm: III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT: 1 Tính toán nối đất tự nhiên: Trạm 110kV SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 13 Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn - Ta có: ρđo = 174 (Ω.m) - Giả thiết trụ điện đấu vào trạm có nối đất dạng cọc... tốc ánh sáng trong môi trường không khí: c = 300 m/µs 3 Xác suất phóng điện Vp trên đường dây: a Khi sét đánh vào đỉnh cột hoặc DCS gần đỉnh cột: Sơ đồ phân bố dòng sét khi sét đánh vào cột: iS iDCS iDCS iDCS . ngày 10/05/2013 Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn CHƯƠNG I BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP I. TỔNG QUAN: Sét đánh trực tiếp vào đường dây tải điện, các thiết bị, các bộ. đất đã thiết kế thoả mãn yêu cầu theo quy phạm chống sét. V. THIẾT KẾ HỆ THỐNG THANH CÂN BẰNG ĐIỆN THẾ: SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 18 Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV. MSSV: 409BK055 Trang 11 l1 l2 Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn k = 0,5 : có hai dây chống sét Nếu có n đường dây đấu vào trạm thì: 2. Thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo: Nối