Bảo vệ chống sét cho đường dây và trạm biến áp 110220kV

Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Bộ giáo dục và đào tạo cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam Trờng đH Bách khoa hà nội Độc lập Tự do Hạnh phúc Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp Họ và tên sinh viên: Khoa : Điện Ngành : Hệ thống điện Lớp : Hệ Thống Điện K1 Hải Dơng 1- ĐầU Đề THIếT Kế Bảo vệ chống sét trạm biến áp và đờng dây Trạm biến áp + Sơ đồ 110kV 2TG+TGV 220kV 2TG+TGV + Độ cao cần bảo vệ 110kV 11 m 220kV 16.5m + Mặt bằng: + Mặt cắt : + Máy biến áp 2AT 110/220kV + Đờng dây vào trạm 110kV 2 220kV 5 + Điện trở suất của đất 80.m đờng dây + Cấp điện áp 220kV + Cột Loại cột Sắt Chiều cao cột 26,8m Độ treo cao dây dẫn pha A20,8m Độ treo cao dây dẫn pha B16,8m Độ treo cao dây dẫn pha C16,8m Góc bảo vệ pha A 25 0 Góc bảo vệ pha B 15,6 0 Góc bảo vệ pha C 15,6 0 + Dây dẫn Loại dây AC-240 Độ võng của dây dẫn 6m + Dây chống sét Loại dây C70 Số dây chống sét 1 Độ võng dây chống sét 4m. + Cách điện Loại cách điện Treo Đặc tính 14 -1- Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp + Khoảng vợt Phía 220 kV: 290m + Điện trở nối đất cột điện 9; 16; 23 + Vùng ô nhiễm II + Số ngày giông sét 80 2- Nội dung các phần tính toán - Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp - Tính toán nối đất cho trạm biến áp - Tính toán chỉ tiếu chống sét của đờng dây 220kV - Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp từ phía đờng dây 220 kV 3- các bản vẽ - Phạm vi bảo vệ của cột thu sét, các phơng án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp - Các kết quả tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét của trạm - Phơng pháp và kết quả tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đờng dây - Các kết quả tính toán bảo vệ trạm biến áp chống sóng truyền. 4- cán bộ hớng dẫn : 5- Ngày giao nhiệm vụ thiết kế : 6- Ngày hoàn thành nhiệm vụ Nộp quyển Bảo vệ Cán bộ hớng dẫn (Ghi rõ họ tên và ký tên) B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI BN NHN XẫT N TT NGHIP H v tên sinh viên: Ng nh: Hệ Thống Điện Khoá: 1 Hải D ơng Giáo viên hng dn: Giáo viên duyệt : Ni dung thit k tt nghip: -2- Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp 1. Nhn xét ca giáo viên : Ng y tháng n m Giáo viên duyệt ( Ký, ghi rõ h v tên ) Li núi u * * * t nc ang bc vo thi k cụng nghip hoỏ, hin i hoỏ, ngnh in gi mt vai trũ quan trng trong vic phỏt trin nn kinh t quc dõn. Trong cuc sng in nng rt cn cho phc v sn xut v sinh hot. Cựng vi s phỏt trin ca xó hi ũi hi vic cung cp in phi m bo liờn tc v cú cht lung cao. Xut phỏt t thc t ú vic m bo cho cỏc trm bin ỏp v ng dõy truyn ti lm vic an ton, khụng gp s c, khụng gõy giỏn on cung cp in c bit quan trng. Nhm hon thin kin thc ó c hc v bc u lm quen vi thc t em ó c khoa in v b mụn H Thng in trng i hc Bỏch Khoa H Ni -3- Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp giao nhim v thit k tt nghip vi ti: Bo v chng sột cho ng dõy v trm bin ỏp 110/220kV. Em xin chõn thnh cm n s giỳp v hng dn tn tỡnh ca cỏc thy, cụ giỏo trong b mụn c bit l trong sut quỏ trỡnh hon thnh ỏn. Hà nội tháng 6-2007 Sinh viên -4- Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Mục lục 5 đặt vấn đề 6 chơng I 6 bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 7 1.1. các yêu cầu: 7 1.2. phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét: 8 1.2.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét 8 1.2.1. Phạm vi bảo vệ của dây thu sét 12 1.3. phơng án bảo vệ của hệ thống thu sét: 13 1.3.1. Phơng án 1 13 1.3.2. Phơng án 2 17 1.3.3. Phơng án 3 20 chơng ii 25 Tính toán nối đất cho trạm 25 2.1. yêu cầu kỹ thuật khi nối đất trạm biến áp 25 Nối đất làm việc 25 Nối đất an toàn 25 Có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho con ngời khi cách điện bị h hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách nối đất các bộ phận kim loại không mang điện nh vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, các giá đỡ kim loại. Khi cách điện bị h hỏng do lão hoá thì trên các bộ phận kim loại sẽ có một điện thế nhng do nối đất nên điện thế này có giá trị nhỏ không nguy hiểm cho ngời tiếp xúc 25 Nối đất chống sét 25 2.2- Các số liệu dùng để tính toán nối đất 27 27 2.2.1. Nối đất an toàn 27 Trong đó : RTN: điện trở nối đất tự nhiên 27 Nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống chống sét đờng dây và cột điện 110kV và 220kV tới trạm 27 2.2.2. Nối đất chống sét 32 2.2.3. Nối đất bổ sung 37 -5- Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp đặt vấn đề Trong hệ thống điện trạm biến áp đợc dùng rất rộng rãi, làm nhiệm vụ truyền tải điện năng từ lới điện có điện áp U 1 sang lới điện có điện áp U 2 phục vụ cho việc truyền tải và phân phối năng lợng điện. Do vậy quá trình vận hành của trạm biến áp ảnh hởng lớn tới việc cung cấp và chất lợng điện năng. Bảo vệ chống sét trạm biến áp bao gồm các phần: + Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp: các trạm biến áp đợc bảo vệ bằng dây chống sét (treo trên các thiết bị và các xà đỡ dây, thanh cái) hoặc các cột chống sét kiểu Franklin. + Mạng lới nối đất: để tản dòng điện sét trong đất hạn chế các phóng điện ngợc trên các công trình cần bảo vệ. + Bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đờng dây vào trạm. Yêu cầu đề ra là thiết kế chống sét cho trạm 110/220kV với số liệu sau : Sơ đồ: 110kV Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng. 220kV Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng. Độ cao cần bảo vệ: 220kV là 16,5 m 110kV là 11 m Máy biến áp: 2AT 110/220 kV Đờng dây vào trạm: 110kV 2 220kV 5 Điện trở suất của đất: 80 .m Sơ đồ mặt bằng, mặt cắt đi kèm. chơng I -6- Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 1.1. các yêu cầu: Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải đợc 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 đợc đặt trên các độ cao có sẵn nh xà, cột đèn chiếu sáng hoặc đợc đặt độc lập. Khi đặt hệ thống cột thu sét trên kết cấu của trạm sẽ tận dụng đợc độ cao vốn có của công trình nên sẽ giảm đợc 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 ngợc 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 đờng 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 đờng 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 đợc quá 4. Khi dùng cột thu sét độc lập 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 đ- ợc 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. -7- Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu sét thì các dây dẫn điện đến đèn phải đợc cho vào ống chì và chèn vào. 1.2. phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét: 1.2.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét. Cột thu sét là thiết bị không phải để tránh sét mà ngợc 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. a. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập là miền đợc giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp tròn xoay có đờng kính xác định bởi phơng trình. )( 1 6,1 X X X hh h h r + = (1-1) Trong đó : h: độ cao cột thu sét. 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 thờng dùng phạm vi bảo vệ dạng dạng đơn giản hoá đờng sinh của hình chóp có dạng đờng gẫy khúc nh hình sau: Rx 0,2h a b c 0,75h 1,5h 0,8h h -8- Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét. Bán kính đợc 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) Các công thức trên chỉ đúng khi cột thu sét cao dới 30m. Hiệu quả của cột thu sét cao trên 30m giảm đi do độ cao định hớng của sét giữ hằng số. Có thể dùng các công thức trên để tính toán phạm vi bảo vệ nhng phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh h p 5,5 = và trên hoành độ lấy các giá trị hp75,0 và hp5,1 . b. 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. Nhng để các cột thu lôi có thể phối hợp đợc 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 nh của một cột. Phần bên trong đợc 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 đợc xác định theo công thức: 7 0 a hh = (1.4) Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đờng nối hai chân cột là r x0 và đợc xác định nh 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) Khi độ cao của cột thu sét vợt 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) -9- Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp 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. c. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau. Trờng hợp hai cột thu sét có độ cao h 1 và h 2 khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo vệ đợc xác định nh 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 đờng thẳng ngang gặp đờng sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở điểm 3 điểm này đợc xem là đỉnh của một cột thu sét giả định. Cột 2 và cột 3 hình thành đôi cột có độ cao bằng nhau và bằng h 2 với khoảng cách a. Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi 3 có độ cao h 2 . Điểm này đợc xem nh đỉnh của một cột thu sét giả định. Ta xác định đợc các khoảng cách giữa hai cột có cùng độ cao h 2 là a ' và x nh sau: -10- [...]... chữ nhật Độ cao tác dụng của cột thu sét ha phải thoả mãn điều kiện: ha D 8 (1.14) -11- Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp a a D c D b b Hình1.4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột tạo thành tam giác và chữ nhật 1.2.1 Phạm vi bảo vệ của dây thu sét a Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét Phạm vi bảo vệ của dây thu sét là một dải rộng Chiều rộng của phạm vi bảo vệ phụ thuộc vào mức cao hx đợc biểu diễn nh sau... Phía 220kV có treo 3 dây chống sét C-70 khoảng cách giữa hai dây lần lợt là: S14=35.3 m; S47=34 m Để bảo vệ toàn bộ xà trong trạm thì h h0 + S 35.3 = 16.5 + = 25.33(m) 4 4 Do dây thu sét bị võng nên độ cao của cột treo dây phải tính đến độ võng của dây Độ võng của dây chống sét là f=4 m Vậy độ cao cột treo dây thu sét : h1 = h + f = 25.33 + 4 = 29.33(m) Chọn độ cao của cột thu sét la h1= 29.5 (m)... các dây thu sét là:S36=35.3 m;S6 10=43.15 m Để bảo vệ toàn bộ xà trong trạm thì h h0 + S 43.15 = 11 + = 21.79(m) 4 4 Tính đến độ võng của dây ta chọn độ cao treo dây của dây thu sét là: -20- Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp h1 = h + f = 21.79 + 4 = 25.79(m) Ta chọn h1 = 26 m 2 5 4 7 3 6 8 9 Hình 1.11 Sơ đồ mặt bằng bố trí cột thu sét và dây chống sét 1.3.3.2 Tính toán cho phơng án 3 a.)Phạm vi bảo. .. vi bảo vệ của một dây thu sét -12- Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Mặt cắt thẳng đứng theo phơng vuông góc với dây thu sét tơng tự cột thu sét ta có các hoành độ 0,6h và 1,2h 2 3 hx ) 0,8h (1.15) 2 3 hx ) h (1.16) Nếu hx h thì bx = 1,2.h (1 Nếu hx > h thì bx = 0,6.h (1 Khi độ cao cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần đợc hiệu chỉnh theo p b Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét Để phối hợp bảo. .. của hai dây thu sét Để phối hợp bảo vệ bằng hai dây thu sét thì khoảng cách giữa hai dây thu sét phải thoả mãn điều kiện S 4h Với khoảng cách trên thì dây có thể bảo vệ đợc các điểm có độ cao h0 h0 = h S 4 (1.17) Phần ngoài của phạm vi bảo vệ giống phạm vi bảo vệ của một dây, còn phần bên trong đợc giới hạn bởi vòng cung đi qua ba điểm là hai điểm treo dây thu sét và điểm có độ cao h0 1 2 0,2h 0,8h... máy biến áp, các giá đỡ kim loại Khi cách điện bị h hỏng do lão hoá thì trên các bộ phận kim loại sẽ có một điện thế nhng do nối đất nên điện thế này có giá trị nhỏ không nguy hiểm cho ngời tiếp xúc Nối đất chống sét Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất khi sét đánh vào cột thu lôi hay đờng dây Hạn chế hình thành và lan truyền của sóng quá điện áp do phóng điện sét gây nên Nối đất chống sét. .. trên cột điện và đất Nếu không, mỗi khi có sét đánh vào cột chống sét hoặc trên đờng dây, sóng điện áp có khả năng phóng điện ngợc tới các thiết bị và công trình cần bảo vệ, phá huỷ các thiết bị điện và máy biến áp Về nguyên tắc là phải tách rời các hệ thống nối đất nói trên nhng trong thực tế ta chỉ dùng một hệ thống nối đất chung cho các nhiệm vụ Song hệ thống nối đất chung phải đảm bảo yêu cầu của... 6,3() 3 1 + 2.3,46.10 312.5 5 Do máy biến áp là phần tử yếu nhất nên ta chỉ cần kiểm tra với máy biến áp Khi có dòng điện sét đi vào nối đất để đảm bảo an toàn phải thoả mãn điều kiện: U d = I Z XK (0, ds ) < U 50% MBA (2.22) Trong đó I: Biên độ của dòng sét ZXK(0,ds): Tổng trở xung kích ở đầu vào nối đất của dòng điện sét U50%MBA : Điện áp 50% của máy biến áp Ta có U 50%110 =460kV; U 50% 220 = 900... cao áp chơng ii Tính toán nối đất cho trạm 2.1 yêu cầu kỹ thuật khi nối đất trạm biến áp Nối đất là đem các bộ phận bằng kim loại có nguy cơ bị tiếp xúc với dòng điện (h hỏng cách điện) nối với hệ thống nối đất Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên vật nối đất có trị số bé Hệ thống nối đất là một phần quan trọng trong việc bảo vệ quá điện áp Tuỳ theo nhiệm vụ và. .. trên ta thấy độ cao lớn nhất cần bảo vệ là hx=11m và hmax=7,13m Ta chọn ha=7.5 m Do đó độ cao thực tế của các cột thu sét phía 110kV là : h0 = hx + ha = 11 + 7.5 = 18,5(m) b) Phạm vi bảo vệ của từng cột : Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 23m Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m 2 Do hx = 11 < 23 = 15.33 vậy r010,5 = 1,5.23.(1 3 11 ) = 13.88(m) 0,8.23 Bán kính bảo vệ ở độ cao 16.5m 2 3 Do hx = 16.5 . lợng điện năng. Bảo vệ chống sét trạm biến áp bao gồm các phần: + Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp: các trạm biến áp đợc bảo vệ bằng dây chống sét (treo trên các thiết bị và các xà đỡ dây, thanh cái). giông sét 80 2- Nội dung các phần tính toán - Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp - Tính toán nối đất cho trạm biến áp - Tính toán chỉ tiếu chống sét của đờng dây 220kV - Bảo vệ chống. cao dây dẫn pha C16,8m Góc bảo vệ pha A 25 0 Góc bảo vệ pha B 15,6 0 Góc bảo vệ pha C 15,6 0 + Dây dẫn Loại dây AC-240 Độ võng của dây dẫn 6m + Dây chống sét Loại dây C70 Số dây chống sét