hoan_thanh

n Tt Nghip K thut in cao ỏp Chơng mở đầu : hiện tợng dông sét và ảnh hởng của dông sét đến hệ thống điện việt nam MĐ.1.Hiện tợng dông sét Dông sét là một hiện tợng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi khoảng cách giữa các điện cực khá lớn (khoảng 5km). Hiện tợng phóng điện của dông sét gồm hai loại chính đó là phóng điện giữa các đám mây tích điện và phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất. Trong phạm vi đồ án này ta chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất (phóng điện mây - đất). Với hiện tợng phóng điện này gây nhiều trở ngại cho đời sống con ngời. Các đám mây đợc tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cờng độ điện trờng lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này là giai đoạn phóng điện tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.10 7 cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng 2.10 8 cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau bởi vì trong cùng một đám mây thì có thể hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lần lợt phóng điện xuống đất). Tia tiên đạo là môi trờng Plasma có điện tích rất lớn. Đầu tia đợc nối với một trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâm này đi vào trong tia tiên đạo. Phần điện tích này đợc phân bố khá đều dọc theo chiều dài tia xuống mặt đất. Dới tác dụng của điện trờng của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay ở phía dới đầu tia tiên đạo. Còn nếu vùng đất có điện dẫn không đồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao. Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đờng sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất và nh vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất đã đợc định sẵn. Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 1 n Tt Nghip K thut in cao ỏp Do vậy để định hớng cho các phóng điện sét thì ta phải tạo ra nơi có mật độ tập trung điện diện tích lớn. Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các công trình đợc dựa trên tính chọn lọc này của phóng điện sét. Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngợc là và mật độ điện trờng của điện tích trong tia tiên đạo là thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và trong đất sẽ là: i s = . Công thức này tính toán cho trờng hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ không đáng kể). Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên độ và độ dốc phân bố theo hàng biến thiên trong phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm kA) dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của sét ứng với giai đoạn phóng điện ngợc (hình M-1) - Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khí quyển và gây hậu quả nghiêm trọng nh đã trình bày ở trên. T ( à s) I(kA ) t I max Hình M-1 : Sự biến thiên của dòng diện sét theo thời gian Việt Nam là một trong những nớc khí hậu nhiệt đới, có cờng độ dông sét khá mạnh. Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nớc Việt nam có một đặc điểm dông sét khác nhau : + ở miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70 ữ 110 ngày trong một năm và số lần dông từ 150 ữ 300 lần nh vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2 ữ 3 cơn dông. Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 2 n Tt Nghip K thut in cao ỏp + Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ 250 ữ 300 lần dông tập trung trong khoảng 100 ữ 110 ngày. Tháng nhiều dông nhất là các tháng 7, tháng 8. + Một số vùng có địa hình thuận lợi thờng là khu vực chuyển tiếp giữa vùng núi và vùng đồng bằng, số trờng hợp dông cũng lên tới 200 lần, số ngày dông lên đến 100 ngày trong một năm. Các vùng còn lại có từ 150 ữ 200 cơn dông mỗi năm, tập trung trong khoảng 90 ữ 100 ngày. + Nơi ít dông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có dới 80 ngày dông. Xét dạng diễn biến của dông trong năm, ta có thể nhận thấy mùa dông không hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng. Nhìn chung ở Bắc Bộ mùa dông tập chung trong khoảng từ tháng 5 đến tháng 9. Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, ở phần phía Bắc (đến Quảng Ngãi) là khu vực tơng đối nhiều dông trong tháng 4, từ tháng 5 đến tháng 8 số ngày dông khoảng 10 ngày/ tháng, tháng nhiều dông nhất (tháng 5) quan sát đợc 12 ữ 15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng .), những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10) dông còn ít, mỗi tháng chỉ gặp từ 2 ữ 5 ngày dông. Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít dông nhất, th- ờng chỉ có trong tháng 5 số ngày dông khoảng 10/tháng nh Tuy Hoà 10ngày/tháng, Nha Trang 8 ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng. ở miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120 ữ 140 ngày/năm, nh ở thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/ năm. Mùa dông ở miền Nam dài hơn mùa dông ở miền Bắc đó là từ tháng 4 đến tháng 11 trừ tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dông đều quan sát đợc trung bình có từ 15 ữ 20 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều dông nhất trung bình gặp trên 20 ngày dông/tháng nh ở thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày. ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn hơn và số lần dông cũng ít hơn, tháng nhiều dông nhất là tháng 5 cũng chỉ quan sát đợc khoảng 15 ngày dông ở Bắc Tây Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 3 n Tt Nghip K thut in cao ỏp Nguyên, 10 ữ 12 ở Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, PLâycu 17 ngày. Ta thấy Việt Nam là nớc phải chịu nhiều ảnh hởng của dông sét, đây là điều bất lợi cho H.T.Đ Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu t nhiều vào các thiết bị chống sét. Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kế phải chú trọng khi tính toán thiết kế các công trình điện sao cho HTĐ vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy. MĐ.2- ảnh hởng của dông sét đến hệ thống điện việt nam: - Nh đã trình bày ở phần trớc biên độ dòng sét có thể đạt tới hàng trăm kA, đây là nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua vật nào đó. Thực tế đã có dây tiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị nóng chảy và đứt, thậm chí có những cách điện bằng sứ khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ và chảy ra nh nhũ thạch, phóng điện sét còn kèm theo việc di chuyển trong không gian lợng điện tích lớn, do đó tạo ra điện từ trờng rất mạnh, đây là nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị điện tử , ảnh hởng của nó rất rộng, ở cả những nơi cách xa hàng trăm km. - Khi sét đánh thẳng vào đờng dây hoặc xuống mặt đất gần đờng dây sẽ sinh ra sóng điện từ truyền theo dọc đờng dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của đờng dây. Khi cách điện của đờng dây bị phá hỏng sẽ gây nên ngắn mạch pha - đất hoặc ngắn mạch pha pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đờng dây phải làm việc. Với những đờng dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể gây mất ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy điện làm việc không nhanh có thể dẫn đến rã lới. Sóng sét còn có thể truyền từ đờng dây vào trạm biến áp hoặc sét đánh thẳng vào trạm biến áp đều gây nên phóng điện trên cách điện của trạm biến áp , điều này rất nguy hiểm vì nó tơng đơng với việc ngắn mạch trên thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng. Mặt khác, khi có phóng điện sét vào trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áp làm việc không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn. Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự cố lới điện, vì vậy dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của lới điện. Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 4 n Tt Nghip K thut in cao ỏp *Kết luận: Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hởng của dông sét tới hoạt động của lới điện. Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho lới điện và trạm biến áp là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lới điện. Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 5 n Tt Nghip K thut in cao ỏp Chơng 1: Bảo Vệ Chống Sét Đánh Trực Tiếp Vào Trạm Biến áp 110/35 kV 1.1. Khái niệm chung: Trong hệ thống điện trạm biến áp là một phần tử hết sức quan trọng thực hiện nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng. Do đó khi các thiết bị của trạm bị sét đánh trực tiếp thì sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn bộ trong một thời gian dài làm ảnh hởng đến việc sản suất điện năng và các ngành kinh tế quốc dân khác. Do đó việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt ngoài trời là rất quan trọng. Ta có thể đa ra những phơng án bảo vệ trạm một cách an toàn và kinh tế, nhằm đảm bảo toàn bộ thiết bị trong trạm đợc bảo vệ an toàn không bị sét đánh trực tiếp . Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào các thiết bị trong trạm ta cũng phải chú ý đến việc bảo vệ cho các đoạn đờng dây gần trạm và đoạn dây dẫn nối từ xà cuối cùng của trạm ra cột đầu tiên của đờng dây . Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp, ngời ta dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi.Các cột thu lôi có thể đặt độc lập hoặc trong những điều kiện cho phép có thể đặt trên các kết cấu của trạm và nhà máy,các cột đèn chiếu sáng Để bảo vệ cho đoạn đờng dây nối từ xà cuối cùng của trạm đến cột đầu tiên của đờng dây ta dùng dây chống sét . Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện tích để định hớng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên dới hệ thống này. Chiều cao của cột và cách bố trí các cột thu lôi tuỳ thuộc vào từng mặt bằng trạm, cách bố trí các thiết bị trong trạm, độ cao bảo vệ theo yêu cầu . Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi có dòng Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 6 n Tt Nghip K thut in cao ỏp điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ngợc đến các thiết bị khác gần đó. Điện trở nối đất của hệ thống thu sét của các trạm biến áp có cấp điện áp khác nhau là không giống nhau. Với trạm biến áp có cấp điện áp từ 110KV trở nên thì hệ thống nối đất chống sét và hệ thống nối đất an toàn có thể ghép chung. Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm bên cạnh những vấn đề đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế và mỹ thuật của hệ thống nối đất. Thông thờng để giảm vốn đầu t và cũng để tận dụng các độ cao ở các trạm biến áp và các nhà máy điện ta cố gắng đặt các cột thu lôi trên các cột đèn chiếu sáng, trên các kết cấu của trạm, trên mái nhà .Cột thu lôi độc lập đắt hơn nên chỉ dùng khi không thể tận dụng đợc các chiều cao khác. 1.2- Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp. * Hệ thống chống sét phải đảm bảo tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải đợc nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ. * Đối với trạm phân phối ngoài trời có điện áp từ 110KV trở lên do có mức cách điện khá cao nên có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm.Tuy nhiên các trụ của kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi thì phải nối vào hệ thống nối đất của trạm theo đờng ngắn nhất sao cho dòng điện sét i S khuếch tán vào đất theo 3 ữ 4 thanh nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu đó phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất . * Khâu yếu nhất của trạm phân phối ngoài trời điện áp từ 110KV trở lên là cuộn đây 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 vào hệ thống nối đất của cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đờng điện. Tuy nhiên nếu ta sử dụng hệ thống nối đất chung thì ta có thể bỏ qua yêu cầu này. * Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm có đặt cột thu lôi và bộ phận mang điện không đợc bé hơn độ dài của chuỗi sứ . Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 7 n Tt Nghip K thut in cao ỏp * Khi đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng đợc độ cao của phạm vi bảo vệ và sẽ giảm đợc độ cao của cột. Nhng mức cách điện của trạm phải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngợc từ hệ thống thu sét sang thiết bị. Do đó điều kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà của trạm là mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ. * Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm phân phối ngoài trời 110 kV trở lên thì phải thực hiện yêu cầu : ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có nối đất bổ xung (dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở nối đất không đợc quá 4 (ứng với dòng điện tần số công nghiệp). * Khi dùng cột thu lôi độc lập thì phải thì phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu lôi đến các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu lôi đến thiết bị đợc bảo vệ . * 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 lôi thì các dây dẫn điện phải đợc cho vào ống chì và đợc chôn trong đất. 1.3. Các phơng thức sử dụng để tính toán chiều cao cột và phạm vi bảo vệ . 1.3.1. Công thức tính chiều cao của cột thu lôi . h = h x + h a Trong đó : . h- là chiều cao cột thu lôi . . h x - là độ cao cần đợc bảo vệ . . h a - là độ cao tác dụng của cột thu lôi . h a - xác định theo nhóm cột với điều kiện là h a D/8. . D-là đờng kính đờng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các cột . Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 8 n Tt Nghip K thut in cao ỏp 1.3.2. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là miền giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp tròn xoay có đờng sinh xác định bởi phơng trình : r x = ( ) x x hh h h 1 6,1 + Trong đó : r x -Là phạm vi bảo vệ ở mức cao hx của cột thu lôi . Để dễ dàng thuận tiện trong việc tính toán thiết kế thờng dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn giản hoá. Đợc tính toán theo công thức : - Nếu h x h 3 2 thì ) h.8,0 h 1.(h.5,1r x x = - Nếu h x h. 3 2 > thì ) h h 1.(h.75,0r x x = * Các công thức trên chỉ đúng với những cột thu lôi cao dới 30 m. Hiệu quả của cột thu lôi hơn 30 m sẽ giảm do độ cao định hớng của sét là hằng số . Khi cột có chiều cao trên 30m thì ta vẫn dùng công thức trên nhng phải nhân thêm với hệ số hiệu chỉnh p = h 5,5 Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 9 h r x h x 2/3h 0,75h 1,5h0,75h 1,5h 0,2h Hình 1.1Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi n Tt Nghip K thut in cao ỏp Và trên hình vẽ ta sử dụng các hoành độ 0,75.h.p 1,5.h.p 1.3.3. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi thì lớn hơn nhiều so với tổng số phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột đơn .Nhng để hai cột thu lôi có thể phối hợp bảo vệ đợc khoảng giữa chúng thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn điều kiện a 7.h a) Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có cùng độ cao . Khi hai cột thu lôi có cùng độ cao h đặt cách nhau một khoảng cách là a(a 7.h) thì độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là h 0 đợc xác định : h 0 = h - 7 a Bán kính phạm vi bảo vệ tại khoảng giữa hai cột đợc tính nh sau : - Nếu h x 0 h 3 2 thì r 0x = ) h.8,0 h 1.(h.5,1 0 x 0 - Nếu h x 0 h 3 2 > thì r 0x = ) h h 1.(h.75,0 0 x 0 Trong đó : . h 0 -là độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi . r 0x -là bán kính phạm vi bảo vệ tại khoảng giữa hai cột thu lôi Khi độ cao của cột thu lôi lớn hơn 30 m thì ta cũng phải thêm hệ số hiệu chỉnh p nh mục 1.3.2 và tính h 0 theo h 0 = h - p.7 a ; p = h 5,5 Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 10 . 1 và T 2 + Sơ đồ đấu dây của trạm là sơ đồ hai thanh góp có thanh góp đờng vòng. - Độ cao các thanh xà là 11 m và 7,5m phía 110kV và 7,5m phía 35kV. theo đờng ngắn nhất sao cho dòng điện sét i S khuếch tán vào đất theo 3 ữ 4 thanh nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu đó phải có nối đất bổ xung để