chuong_3

Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp chơng II Bảo vệ chống sét đờng dây 220 kV 3.1 mở đầu Đờng dây là phân tử dài nhất trên hệ thống điện nên thờng bị sét đánh gây nên quá điện áp. Quá trình này có thể dẫn tới cắt máy cắt đờng dây làm ảnh hởng tới cung cấp điện và an toàn của các thiết bị trong trạm. Vì thế đờng dây cần đợc bảo vệ chống sét với mức an toàn cao. Trị số của quá điện áp khí quyển là rất lớn nên không thể chọn mức cách điện của đ- ờng dây đáp ứng đợc hoàn toàn yêu cầu của quá điện áp mà chỉ có thể chọn theo mức hợp lý về mặt kinh tế và kỹ thuật. Do đó yêu cầu đối với bảo vệ chống sét đờng dây không phải là an toàn tuyệt đối mà chỉ cần ở mức độ giới hạn hợp lý. Trong phần này ta sẽ tính toán các chỉ tiêu bảo vệ chống sét đờng dây, trên cơ sở đó xác định đợc các phơng hớng và biện pháp để giảm số lần cắt điện của đờng dây cần bảo vệ. 3.2 Các yêu cầu kỹ thuật Việc đa ra chỉ tiêu bảo vệ chống sét đờng dây là một vấn đề phức tạp. Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh kết cấu, yêu cầu cung cấp điện . vì vậy khó có thể đa ra một chỉ tiêu chung. Do đó trong tính toán hiện nay của bảo vệ chống sét tính với thời gian một năm hoặc một trăm giờ sét cho chiều dài 100km đờng dây có thể so sánh với các chỉ tiêu chống sét của các đờng dây điển hình. Các đờng dây này qua kinh nghiệm thiết kế và vận hành đã đợc xác nhận mức độ bảo vệ chống sét là hợp lý. Nếu so sánh chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đờng dây thiết kế kém hơn nhiều so với các đờng dây điển hình thì cần có biện pháp tăng cờng bảo vệ chống sét nh đặt thêm dây chống sét, giảm góc bảo vệ, giảm điện trở nối đất NGUYễN Tiến dũng lớp HTĐ - khóa 1 trạm hảI dơng 56 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp 3.3 Các chỉ tiêu bảo vệ chống sét đờng dây 1) C ờng độ hoạt động của sét a) Số ngày sét Cờng độ hoạt động của sét đợc biểu thị bằng số ngày có giông sét hàng năm (n ng.s ). Các số liệu này đợc xác định theo số liệu quan trắc ở các đài trạm khí tợng phân bố trên lãnh thổ từng nớc. Theo số liệu thống kê của nhiều nớc ta có : - Số ngày sét hàng năm ở vùng xích đạo : 100 ữ 150 ngày. - Số ngày sét hàng năm ở vùng nhiệt đới : 75 ữ 100 ngày. - Số ngày sét hàng năm ở vùng ôn đới : 30 ữ 50 ngày. b) Mật độ sét Để tính toán số lần có phóng điện xuống đất cần biết về số lần có sét đánh trên diện tích 1km 2 mặt đất ứng với một ngày sét, nó có trị số khoảng m s = 0,1 ữ 0,15 lần/km 2 .ngày sét. Từ đó sẽ tính đ- ợc số lần sét đánh vào các công trình hoặc lên đờng dây tải điện. Kết quả tính toán này cho một giá trị trung bình. 2) Sô lần sét đánh vào đ ờng dây. Coi mật độ sét là đều trên toàn bộ diện tích vùng có đờng dây đi qua, có thể tính số lần sét đánh trực tiếp vào đờng dây trong một năm là: N = m s .n ng.s .L.h.10 -3 (lần) ( 3 - 1 ) Trong đó : m s : mật độ sét vùng có đờng dây đi qua n ng.s : số ngày sét trong một năm. h : chiều cao trung bình của các dây dẫn (m). L : chiều dài của đờng dây (km). Lấy L = 100km ta sẽ có số lần sét đánh vào 100km dọc chiều dài đờng dây trong một năm. N = (0,1 ữ 0,15).n ng.s .6.h.100.10 -3 = (0,06 ữ 0,09).n ng.s .h ( 3 2 ) NGUYễN Tiến dũng lớp HTĐ - khóa 1 trạm hảI dơng 57 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Tuỳ theo vị trí sét đánh quá điện áp xuất hiện trên cách điện đờng dây có trị số khác nhau. Ngời ta phân biệt số lần sét đánh trực tiếp vào đờng dây có dây chống sét thành ba khả năng. - Sét đánh vào đỉnh cột : 2 N N dc ( 3 3 ) - Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn : .NN dd = ( 3 4 ) Trong đó : N : tổng số lần sét đánh vào đờng dây. : là xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn, nó phụ thuộc vào góc bảo vệ và đợc xác định theo công thức sau: 4 90 lg = c h ( 3 5 ) Trong đó ; h c : là chiều cao của cột(m). : là góc bảo vệ (độ). - Sét đánh vào điểm giữa khoảng vợt: 2 N NNNN dddckv = ( 3 6 ) 3) Số lần phóng điện do sét đánh vào đ ờng dây Khi bị sét đánh, quá điện áp tác dụng vào cách điện của đờng dây ( sứ và khoảng cách không khí giữa dây dẫn và dây chống sét ) có thể gây ra phóng điện. Khả năng phóng điện đợc đặc trng bởi xác suất phóng điện V pđ . Nh thế ứng với số lần sét đánh N i số lần phóng điện : N pđi = N i . V pđ ( 3 7 ) Xác suất phóng điện V pđ phụ thuộc trị số của quá điện áp và đặc tính cách điện ( V S ) của đờng dây. { } d.d pdcdpd UU P = ( 3 8 ) NGUYễN Tiến dũng lớp HTĐ - khóa 1 trạm hảI dơng 58 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp 4) Số lần cắt điện do sét đánh vào đ ờng dây Khi có phóng điện trên cách điện của đờng dây, máy cắt có thể bị cắt ra nếu có xuất hiện hồ quang tần số công nghiệp tại nơi phóng điện. Xác suất hình thành hồ quang phụ thuộc vào điện áp làm việc trên cách điện pha của đờng dây và độ dài cách điện của đờng dây. Có thể xác định theo bảng sau. Bảng 3 - 2 : Bảng xác suất hình hình thành hồ quang )E(f lv = E lv = cs lv L U 50 30 20 10 0,6 0,45 0,25 0,1 U lv : điện áp pha làm việc. L cs : chiều dài chuỗi sứ Đối với đờng dây dùng cột gỗ tính theo công thức 2 (1,5. 4).10 tb E = ( 3 9 ) E tb : cờng độ trờng trung bình trên tổng chiều dài cách điện ( kV/m). Cuối cùng có thể tính số lần cắt của đờng dây tơng ứng với số lần sét đánh N i : N.Nn pdipdicdi == ( 3 10 ) Số lần cắt điện tổng cộng của đờng dây = cdicd nn ( 3 11 ) 5) Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng. Số lần phóng điện do sét đánh gần đờng dây cảm ứng gây phóng điện trên cách điện đ- ờng dây. N pđ c = 260 %50 U %50 s e. U h.n).4,236,15( ữ ( 3 12 ) Trong đó : n s : số ngày sét trong một năm. h : độ treo cao trung bình của dây dẫn. U 50% : điện áp phóng điện 50% của chuỗi sứ. NGUYễN Tiến dũng lớp HTĐ - khóa 1 trạm hảI dơng 59 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Nh vậy số lần đờng dây bị cắt điện do quá điện áp cảm ứng n cđ c = N pđ c . ( 3 13 ) Đờng dây 110kV trở lên do mức cách điện cao (U 50% lớn) nên suất cắt do quá điện áp cảm ứng có trị số bé và trong cách tính toán có thể bỏ qua thành phần này. 3.4 tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đờng dây 1) Mô tả đ ờng dây cần bảo vệ a) Kết cấu cột điện. Loại cột : cột đơn. Chiều cao cột : 25m. Chuỗi sứ : + Số lợng 14 bát + Loại 5,4C có chiều dài 1 bát sứ là l sứ = 146mm. Góc bảo vệ pha A : 0 A 22 = . Góc bảo vệ pha B : 0 B 20 = . Góc bảo vệ pha C : 0 C 20 = . 13m 5m 7m h c =25m A BC 4,5m 3m Hình 3 - 1: Sơ đồ cột lộ đơn 220kV. b) Dây dẫn và dây chống sét. NGUYễN Tiến dũng lớp HTĐ - khóa 1 trạm hảI dơng 60 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Dây dẫn AC 240 Dây chống sét C 70 Khoảng vợt l kv =200m c) Nối đất cột điện Điện trở suất của nối đất 0,9 .cm = Điện trở nối đất cột điện R c = 10 2) Độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở, hệ số ngẫu hợp của đ ờng dây. a) Độ võng của dây. Độ võng của dây chống sét C - 70 có khoảng vợt l = 200m Các thông số sủa dây chống sét: ứng suất cho phép: 2 cp mm/kg31 = . Modul đàn hồi: E = 200.10 3 kg/mm 2 Hệ số giãn nở nhiệt: C/110.12 06 = . Tải trọng do trọng lợng gây ra g 1 = 8.10 -3 kg/m.mm 2 . Tải trọng do gió gây ra và tính với áp lực gió cấp 3 ta có v =30m/s V 2 XV V 3 F. 16 V .C.P F P g = = với , C X đợc tra trong bảng gió cấp 3 )mm.m/kg(10.3,6 70 44,0 g )m/kg(44,010.4,9.1. 16 30 .2,1.7,0P 23 3 3 2 V == == Tải trọng tổng hợp )mm.m/kg(10.18,1010.3,68ggg 23322 2 2 2 1 =+=+= Nhiệt độ ứng với trạng thái bão C25 0 oãb = Nhiệt độ ứng với trạng thái min C5 0 min = Từ đây ta tính đợc l gh : NGUYễN Tiến dũng lớp HTĐ - khóa 1 trạm hảI dơng 61 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp 24 ( - ) bão min l = . CP 2 2 gh g -g 3 1 -6 24.12.10 (25-5) =31. =373,7(m) -3 2 -3 2 (10,18.10 ) -(8.10 ) l = 200m < l gh Vậy phơng trình trạng thái lấy lấy trạng thái ứng với min làm trạng thái xuất phát. Phơng trình trạng thái có dạng : 0BA 23 = 3,21333 24 200.10.200.)10.8( 24 l.E.g B 2,39)525.(10.200.10.12 31.24 10.200.)10.8.(200 31 ).(E. 24 E.g.l A 232322 36 2 3232 minoãb 2 0 2 1 2 0 === == = Phơng trình trạng thái : )mm/kg(13,19 03,21333.2,39 2 22 = =+ )m(1,2 13,19.8 200.10.8 .8 l.g f 232 === Độ võng của dây dẫn AC - 240 khoảng vợt 200m. Các thông số sủa dây AC - 240: ứng suất cho phép: 2 cp mm/kg58,8 = . Modul đàn hồi: E = 8250kg/mm 2 Hệ số giãn nở nhiệt: C/110.2,19 06 = . Tải trọng do trọng lợng gây ra g 1 = 3,46.10 -3 kg/m.mm 2 . Tải trọng do gió gây ra và tính với áp lực gió cấp 3 ta có v =30m/s NGUYễN Tiến dũng lớp HTĐ - khóa 1 trạm hảI dơng 62 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp V 2 XV V 3 F. 16 V .C.P F P g = = với , C X đợc tra trong bảng gió cấp 3 )mm.m/kg(10.46,3 240 83,0 g )m/kg(83,010.5,17.1. 16 30 .2,1.7,0P 23 3 3 2 V == == Tải trọng tổng hợp )mm.m/kg(10.510.46,36,3ggg 23322 2 2 2 1 =+=+= Nhiệt độ ứng với trạng thái bão C25 0 oãb = Nhiệt độ ứng với trạng thái min C5 0 min = Từ đây ta tính đợc l gh : )m(2,228 )10.46,3()10.5( )525(10.2,19.24 .58,8 gg ).(.24 .l 2323 6 2 1 2 3 minoãb CPgh = = = l = 200m < l gh Vậy phơng trình trạng thái lấy lấy trạng thái ứng với min làm trạng thái xuất phát. Phơng trình trạng thái có dạng : 0BA 23 = 58,47 24 200.8250.)10.46,3( 24 l.E.g B 5,3)525.(8250.10.2,19 58,8.24 8250.)10.46,3.(200 58,8 ).(E. 24 E.g.l A 22322 6 2 232 minoãb 2 0 2 1 2 0 === == = Phơng trình trạng thái : )mm/kg(13,3 058,47.5,3 2 22 = = NGUYễN Tiến dũng lớp HTĐ - khóa 1 trạm hảI dơng 63 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp )m(53,5 13,3.8 200.10.46,3 .8 l.g f 232 === b) Độ treo cao trung bình của dây dẫn và dây chống sét. Độ treo cao trung bình của dây chống sét - Do điểm cao nhất của cột là 25m nên h cs = 25m. - Độ treo cao trung bình của dây chống sét là: )m(6,231,2. 3 2 25f. 3 2 hh cscs tb cs === Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha A ( h A tb ). - Dây dẫn pha A có góc bảo vệ 0 A 22 = . - Ta có: Acs A hh 3 tg = )m(18 22tg 322tg.25 tg 3tg.h h 0 0 A Acs A = = - Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha A là: )m(3,1453,5. 3 2 18f. 3 2 hh ddA tb A === Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha B, C(h B tb , h C tb ). - Dây dẫn pha B(C) có góc bảo vệ 0 CB 20 == . - Ta có: Bcs B hh 5,4 tg = )m(13 20tg 5,420tg.25 tg 5,4tg.h hh 0 0 B Bcs CB = == - Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha B là: )m(3,953,5. 3 2 13f. 3 2 hhh ddB tb C tb B ==== c) Tổng trở sóng của dây dẫn. NGUYễN Tiến dũng lớp HTĐ - khóa 1 trạm hảI dơng 64 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Tổng trở sóng của dây dẫn đợc tính theo công thức: r h.2 ln.60Z dd = ( 3 14 ) Trong đó: r: bán kính dây dẫn. h: độ treo cao trung bình của dây dẫn. Tổng trở sóng pha A. Dây dẫn pha A là dây AC-240 có r = 8,74.10 -3 m nên: )(6,485 10.74,8 3,14.2 ln.60 r h.2 ln.60Z 3 tb A dd A === Tổng trở sóng pha B, C. Dây dẫn pha B, C là dây AC-240 có r = 8,74.10 -3 m nên: )(9,459 10.74,8 3,9.2 ln.60 r h.2 ln.60ZZ 3 tb C,B C dd B dd ==== Tổng trở sóng dây chống sét. Dây chống sét là dây C 70 có r = 4,72.10 -3 m nên ta tính đợc tổng trở sóng của dây chống sét nh sau - Khi không kể đến ảnh hởng của vầng quang. )(6,552 10.72,4 6,23.2 ln.60 r h.2 ln.60Z 3 tb cs cs === - Khi có kể đến ảnh hởng của vầng quang. cs VQ CS Z Z = : là hệ số hiệu chỉnh khi xuất hiện vầng quang. Đợc tra từ bảng. Với cấp điện áp 220kV: =1,4 )(7,394 4,1 6,552 Z Z cs VQ CS === NGUYễN Tiến dũng lớp HTĐ - khóa 1 trạm hảI dơng 65 . dạng : 0BA 23 = 3, 2 133 3 24 200.10.200.)10.8( 24 l.E.g B 2 ,39 )525.(10.200.10.12 31 .24 10.200.)10.8.(200 31 ).(E. 24 E.g.l A 232 322 36 2 32 32 minoãb 2. 2 XV V 3 F. 16 V .C.P F P g = = với , C X đợc tra trong bảng gió cấp 3 )mm.m/kg(10.46 ,3 240 83, 0 g )m/kg( 83, 010.5,17.1. 16 30 .2,1.7,0P 23 3 3 2 V