Kỹ thuật điện cao áp

đồ án tốt nghiệp Chơng 1: Kỹ thuật điện cao áp tính toán tiêu bảo vệ chống sét cho đờng dây 110kV Đờng dây HTĐ làm nhiệm vụ truyền tải điện đến hộ dùng điện Đờng dây phần tử phải hứng chịu nhiều phóng điện sét so với phần tử khác HTĐ Khi đờng dây bị phóng điện sét biên độ dòng sét lớn tới mức làm cho điện áp xuất lớn điện áp phóng điện xung kích cách điện dẫn đến phóng điện gây ngắn mạch đờng dây, buộc máy cắt đầu đờng dây phải tác động Nh việc cung cấp điện bị gián đoạn Nếu điện áp nhỏ trị số phóng điện xung kích cách điện đờng dây sóng sét truyền từ đờng dây vào trạm biến áp dẫn tới cố trầm trọng trạm biến áp Vì bảo vệ chống sét cho đờng dây phải xuất phát từ tiêu kinh tế kết hợp với yêu cầu kỹ thuật yêu cầu cung cấp điện đờng dây 1.1- lý thuyết tính toán 1.1.1- Phạm vi bảo vệ dây chống sét Phạm vi bảo vệ dây chống sét đợc thể nh ( hình 1-1 ) Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Dây chống sét 0,2h h hx 1,2h 0,6h hx Hình 1-1: Phạm vi bảo vệ dây chống sét Chiều rộng phạm vi bảo vệ mức cao h đợc tính theo công thức sau: + Khi hx > 2/3h bx = 0,6h (1-hx/h ) (1 1) + Khi hx h bx = 1,2h (1- hx/0,8h (1 2) Chiều dài phạm vi bảo vệ dọc theo chiều dài đờng dây nh hình (1 ) Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp A C B Hình 1-2: Góc bảo vệ dây chống sét Có thể tính toán đợc trị số giới hạn góc = 310, nhng thực tế thờng lấy khoảng = 20 ữ 250 1.1.2- Xác suất phóng điện sét số lần cắt điện sét đánh vào đờng dây Với độ treo cao trung bình dây (dây dẫn dây chống sét ) h, đờng dây thu hút phía phóng điện sét dải đất có chiều rộng 6h chiều dài chiều dài đờng dây (l) Từ số lần phóng điện sét xuống đất diện tích km2 ứng với ngày sét 0,1ữ0,15 ta tính đợc tổng số lần có sét đánh thẳng vào đờng dây (dây dẫn dây chống sét) N=(0,6ữ0,9) h 10-3.l.nng.s (1 3) Trong đó: + h: độ cao trung bình dây dẫn dây chống sét (m) + l: chiều dài đờng dây (km ) + nng s:số ngày sét /năm khu vực có đờng dây qua Vì tham số phóng điện sét : biên độ dòng điện (I s) độ dốc dòng điện (a = dis /dt), có nhiều trị số khác nhau, tất lần có sét đánh lên đờng dây dẫn đến phóng điện cách điện Chỉ có phóng điện cách điện đờng dây điện áp khí có trị số lớn Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp mức cách điện xung kích đờng dây Khả phóng điện đợc biểu thị xác suất phóng điện ( Vp đ ) Số lần xảy phóng điện là: Npđ = N Vpđ = ( 0,6ữ0,9 ) h 10-3 l nng s Vpđ (14) Vì thời gian tác dụng lên điện áp khí ngắn khoảng 100 às mà thời gian bảo vệ rơle thờng không bé nửa chu kỳ tần số công nghiệp tức khoảng 0,01s Do có phóng điện cách điện đờng dây bị cắt Đờng dây bị cắt tia lửa phóng điện xung kích cách điện trở thành hồ quang trì điện áp làm việc đờng dây Xác suất hình thành hồ quang ( ) phụ thuộc vào Gradien điện áp làm việc dọc theo đờng phóng điện : = (Elv) ; Elv = Ulv/lpđ (kV/m ) Trong đó: + : xác suất hình thành hồ quang + Ulv: điện áp làm việc đờng dây ( kV ) + lpđ: chiều dài phóng điện ( m) Do số lần cắt điện sét đờng dây là: Ncđ = Npđ = (0,6ữ0,9) h nng s vpđ (1 5) Để so sánh khả chịu sét đờng dây có tham số khác nhau, qua vùng có cờng độ hoạt động sét khác ngời ta tính trị số " suất cắt đờng dây" tức số lần cắt sét đờng dây có chiều dài 100km ncđ = ( 0,06ữ0,09) h nng s Vpđ (1 6) Đờng dây bị tác dụng sét ba nguyên nhân sau: + Sét đánh thẳng vào đỉnh cột dây chống sét lân cận đỉnh cột + Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn + sét đánh vào khoảng dây chống sét khoảng cột Cũng có sét đánh xuống mặt đất gần đờng dây gây điện áp cảm ứng đờng dây, nhng trờng hợp không nguy hiểm ba trờng hợp Khi đờng dây bị sét đánh trực tiếp phải chịu đựng toàn lợng phóng Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp điện sét, tính toán dây chống sét cho đờng dây với ba trờng hợp Cuối ta có số lần cắt sét đờng dây ncđ = nc + nkv + ndd ( 7) Trong đó: + nc : số lần cắt sét đánh vào đỉnh cột +nkv: số lần cắt sét đánh vào khoảng vợt + ndd: số lần cắt sét đánh vào dây dẫn 1.1.2.1 - Các số liệu chuẩn bị cho tính toán Đờng dây tính toán l = 150km (Phả Lại Đông Anh) Xà đỡ kiểu thông, lắp cột bê tông đơn Dây chống sét treo đỉnh cột Dây dẫn đợc treo chuỗi sứ - 4,5 gồm bát sứ, bát sứ cao170mm Dây chống sét dùng dây thép C-70 có d = 11mm ; r = 5,5mm Dây dẫn dùng dây AC-120mm có d = 19mm; r = 9,5mm Khoảng vợt 205m 1.1.2.2 - Xác định độ treo cao trung bình dây chống sét dây dẫn Độ treo cao trung bình dây đợc xác định theo công thức: hdd = h 2/3f (1 8) Trong đó: + h: độ cao dây đỉnh cột hay khoá néo chuỗi sứ + f: độ võng dây chống sét hay dây dẫn fdd = l2/ (1 9) = p/s =492/120 1000 = 0,0041 (p : khối lợng 1km dây AC- 120 ,p=492 Kg/Km ; s: tiết diện dây AC-120 , s= 120 mm2.) : hệ số đờng dây nhiệt độ trung bình , = 7,25 Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 1,5m 3m A 3m 18m C 1,75m 1,2m B 13,8m 10,8 m Hình 1-3: Độ cao dây chống sét dây dẫn l: chiều dài khoảng vợt đờng dây = 205m fdd = 0,0041.2052/8 7,25 = 2,97 m m fcs = 1,5 m Độ treo cao trung bình dây dẫn theo (1-9) là: hddcs = hcs 2/3 fcs = 18 2/3.1,5 = 17m hddtbA = hddA 2/3 fdd = 13,8 2/3 = 11,8 m hddtbB = hddB 2/3 fdd = 10,8 2/3 = 8,8 m 1.1.2.3- Tổng trở sóng dây chống sét dây dẫn Zdd = 60.ln (2.hdd / r) ( 10 ) ZddA = 60 ln [ ( 13,8) / (9,5 10-3 ) ] = 478 ZddB = 60 ln [ ( 10,8 ) / ( 9,5 10-3 ) ] = 463 Với dây chống sét ta phải tính tổng trở có vầng quang vầng quang + Khi vầng quang: Zdcs =60 ln [ ( 17 ) / ( 5,5 10-3 )] = 524 + Khi có vầng quang, ta phải chia Zdcs cho hệ số hiệu chỉnh vầng quang = 1,3 ( tra bảng 3-3 sách hớng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp) Zdvqcs = Zdcs / = 524/1,3 = 402,89 Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 1.1.2.4 - Hệ số ngẫu hợp dây dẫn chống sét với dây pha Công thức (1 11) đợc xác định theo hình (1 4) d12 h2 (A;B;C) D12 2' Hình 1-4: Phép chiếu gương qua mặt đất D12 d 12 K= 2h ln r2 ln (1 11) Trong đó: + h2: độ cao trung bình dây chống sét + D12: khoảng cách dây pha ảnh dây chống sét + d12: khoảng cách dây chống sét dây pha + h1: độ cao trung bình dây dẫn pha + : hệ số hiệu chỉnh vầng quang ( = 1,3) Theo kết tính trớc ta có: hddA = 10m ; hddB = hddC = 7m ; hddcs = 15,2m áp dụng định lý Pitago ta có khoảng cách từ dây chống sét đến dây pha từ dây pha đến ảnh dây chống sét nh hình ( 5) Với pha A: d12 = ( ID) + ( IA) = 4,2 + 1,5 = 4,46m Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp A 1,5m C B 10,8m K 13,8 m 18m 4,2m D 18m 1,75m K D' Hình 1-5: Xác định khoảng cách theo phép chiếu gương qua mặt đất D12 = ( IA) + ( IE ) = 1,5 + 27,6 = 27,64m Với pha B,C: d12 = ( ID) + ( IB) = 7,2 + 1,75 = 7,41m D12 = ( IB ) + ( IE) = 1,75 + 18 = 18,08m Hệ số ngẫu hợp pha A dây chống sét : áp dụng công thức (1 11): 24,5 4,46 = 0,19768 2.15,2 ln K= ln 5,5.10 Khi có vầng quang: KA-csvq = KA-cs = 1,3 0,19768 = 0,257 Hệ số ngẫu hợp pha B (hoặc pha C )với dây chống sét: Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp ln K B cs = K C cs = ln Kỹ thuật điện cao áp 18,08 7,41 = 0,1 2.15,2 5,5.10 Khi có vầng quang : vq vq K B cs = K C cs = 0,1.1,3 = 0,13 1.1.2.5- Góc bảo vệ chống sét Từ hình (1 ) ta có: 1,5 = 0,357 A = 19,65 4,2 1,75 tg B = tg C = = 0,243 B = C = 13,66 7,2 1.1.2.6- Số lần sét đánh vào đờng dây tg A = áp dụng công thức (1-4) với l = 100km ; h ddcs = 15,2 m ; nng.s= 110ngày/ năm ; mật độ sét = 0,15 Ta có: N = 0,15 15,2 110 100 10-3 = 150 lần/ 100km năm Từ sở lý thuyết kết ta tiến hành tính toán suất cắt cho đờng dây với ba khả nêu đờng 110kV 1.2 - tính suất cắt đờng dây 110kv sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn Đờng dây có U 110kV đợc bảo vệ dây chống sét, có trờng hợp sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn Tuy xác suất nhỏ nhng đợc xác định công thức sau: lgV = hcs 90 (1-15) Trong đó: : góc bảo vệ dây chống sét ( độ) hcs : chiều cao cột đỡ dây chống sét ( m) Khi dây dẫn bị sét đánh, dòng dây dẫn IS/4, mạch khe sét đợc nối với tổng trở sóng dây dẫn có trị số nh hình (1 ) Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Is Z0 Is / Is / Is/4 Zdd /2 Zdd / Hình (1 6): Dòng điện sét sét đánh vào dây dẫn Có thể coi dây dẫn hai phía ghép song song Z dd = (400ữ500) nên dòng điện sét giảm nhiều so với sét đánh vào nơi có nối đất tốt Ta có dòng điện sét nơi đánh là: I = Is Z0 I s Z Z + dd (1 13) Z0: Tổng trở sóng khe sét Điện áp lúc dây dẫn là: U dd = I s Z dd (1-14) Khi Udd U50%s chuỗi sứ có phóng điện cách điện gây cố ngắn mạch pha N(1 ) từ ( 14) ta viết: I s Z dd U s50% Hay độ lớn dòng điện sét gây nên phóng điện cách điện là: Is 4U s50% Z dd Ta có xác suất phóng điện cách điện là: Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp 22.000 20.000 Kỹ thuật điện cao áp Ucđ (KV) 18.000 16.000 14.000 12.000 10.000 8000 6000 4000 2000 V-S 100/às 90/às 80/às 70/às 60/às 50/às 40/às 30/às 20/às 10/às 10 t(às) Hình 3-6: Đồ thị Ucđ (a, t) R = 20 : Từ đồ thị ta có bảng giá trị sau: Bảng (3-7) a,i 10 20 30 40 50 60 70 ti 7,88 3,88 2,64 1,96 1,52 1,2 1,04 Ii 78,8 77,6 79,2 78,4 76 72 72,8 2.3.3- Tính suất cắt tổng sét đánh vào khoảng vợt đờng dây tải điện 110kV Suất cắt sét đánh vào khoảng vợt đợc xác định theo công thức: nkv = Nkv Vpđ (lần / 100km năm ) ( 35 ) Nkv = N/ = 150/ = 75 Vậy: nkv = 75 0,00767 0,63 = 0,362 ( lần / 100km năm ) 1.4- tính suất cắt đ ờng dây110kV sét đánh vào Ics I đỉnh cột cslân cận đỉnh cột I0 Đối với đờng dây có dây chống sét bảo vệ, phần lớn sét đánh vào dây chống sét khoảng vợt đánh vào khu vực đỉnh cột lân cận đỉnh cột Để đơn giản ta xét trờng hợp sét đánh đỉnh cột nh hình (1 12 ): ic ic Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 Rc Rc ic Rc Hình 1-12 : Sét đánh đỉnh cột đường dây có dây chống sét bảo vệ đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 1.4.1- Lý thuyết tính toán Khi sét đánh vào đỉnh cột đờng dây có treo dây chống sét, đa số dòng điện sét vào đất qua phận nối đất cột, phần lại theo dây chống sét vào phận nối đất cột lân cận Điện áp cách điện đờng dây sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chống sét là: d iC d is dd U cd (t ) = i c R c + Ldd + M ( t ) + U dcu ( t ) kU cs ( t ) + U lv ( 36 c dt dt ) Trong biểu thức điện áp xuất cách điện gồm: + Thành phần điện áp giáng điện trở điện cảm cột dòng sét cột gây ra: i c R c + Ldd c d ic dt +Thành phần điện điện áp cảm ứng xuất dây dẫn hỗ cảm dây dẫn kênh sét gây ra: + M dd (t ) d is dt +Thành phần từ cuả điện áp cảm ứng xuất dây dẫn hỗ cảm dây dẫn kênh sét gây ra: + U dcu +Thành phần điện áp dòng điện dây chống sét gây ra, k hệ số ngẫu hợp dây dẫn dây chống sét : kUcs Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp +Điện áp làm việc trung bình đờng dây : Ulv Dấu trừ (-) thể điện áp ngợc dấu với thành phần điện áp khác công thức (1 36).Vì thành phần làm giảm điện áp cách điện bị sét đánh 1.4.1.1- Các thành phần điện áp giáng điện trở điện cảm cột dòng điện sét cột gây Các thành phần điện áp giáng điện trở điện cảm cột dòng điện sét cột điện áp dây chống sét liên quan với chúngphụ thuộc vào điện áp cột dây chống sét Để tính toán thành phần dựa vào sơ đồ tơng đơng mạch dẫn dòng điện sét Ta chia làm hai trờng hợp: a/ Trờng hợp 1: Khi cha có sóng phản xạ từ cột bên trở về: t 2.l kv v Trong : + lkv: chiều dài khoảng vợt + = c với: c tốc độ ánh sáng ; : tốc độ phóng điện ngợc tơng đối dòng sét Sơ đồ tơng đơng mạch dẫn dòng điện sét nh hình ( 13 ) is ics ics ic ic is 2ics Lcs c M cs (t ) di s dt vq Z cs Rc Hình ( 13 ): Sơ đồ tơng đơng mạch đẫn dòng sét cha có sóng phản xạ tới Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trong sơ đồ dòng sét đợc coi nh nguồn dòng, thành phần từ điện áp cảm ứng dây chống sét nh nguồn áp Mcs hỗ cảm kênh sét mạch vòng " dây chống sét - đất " v.t + H h H M cs ( t ) = 0,2.h cs ln ln + (1 + ).H h cs h (1-37) Trong đó: +hcs : độ cao dây chống sét ; hdd: độ treo cao dây dẫn ; hc: độ cao cột +H = hdd + hcs ; +h = hc - hdd ; + : tốc độ phóng điện ngợc tơng đối dòng sét Theo sách hớng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp ta có = 0,3 + = .c với c tốc độ ánh sáng c = 3.108 m/s = 300m/às +Lccs ; Lcdd : điện cảm cột từ mặt đất tới dây chống sét dây dẫn 2H h H Ldd = , h ln + ln c dd rtd h dd h ( 38 ) Khi tính cho dây chống sét ta việc thay hdd hcs rtd: Bán kính tơng đơng dây tiếp địa từ cột xuống cọc nối đất dây dẫn dòng sét thân cột Từ sơ đồ thay dây chống sét đợc biểu thị tổng trở sóng dây chống sét, có xét đến ảnh hởng vầng quang Từ sơ đồ hình ( 13 ) ta viết hệ phơng trình nh sau: Phơng trình mạch vòng(*) Phơng trình nút(**) vq i R + Lcs di c + a.M (t ) + 2i Z cs = (*) c cs s c dt i c + 2i cs = i s = a.t (**) Giải hệ phơng trình nàyđợc kết là: Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp vq Z cs a vq Z t 2M cs (t ) i c (t ) = vq cs Z cs = (1 39 ) vq Z cs + 2.R c 2.Lcs c vq di c a.Z cs = vq dt Z cs + 2.R c Tổng trở sóng dây chống sét Zcs đợc xác định bởi: 2.h tb cs Z cs = 60 ln rcs (1 40 ) Trong đó: h tb cs = h cs fcs ds rcs = Điện áp giáng dây chống sét Ucs (t) =ics (t).Zcs b/ Trờng hợp 2: Khi có sóng phản xạ từ cột bên trở về: t > 2lkv / v: Trờng hợp tính xác phải áp dụng phơng pháp đặc tính, để đơn giản ta tính gần tức thay dây chống sét điện cảm tập trung nối tiếp với điện trở đất hai cột bên cạnh nh hình ( 14 ) 2ics ic is 2ics Lcs c Lcs di M cs (t ) s dt R cs Rc Hình 114: Sơ đồ tơng đơng mạch dẫn dòng điện có sóng phản xạ tới Lcs : điện cảm khoảng vợt dây chống sét khong kể đến ảnh hởng vầng quang Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp L cs = Kỹ thuật điện cao áp Z o.cs i kv c ( 41 ) Trong đó: + Zo.cs : tổng trở sóng dây chống sét không kể đến ảnh hởng vầng quang + lkv : chiều dài khoảng vợt + c : tốc độ ánh sáng c =300/às Từ sơ đồ ta xác định đợc: a.[ Lcs M cs (t )] (1 e t ) 2R dic a.[ Lcs M cs (t )] = e t dt 2R ic (t ) = = (1 42) (1 43) 2R L cs + 2.Lccs 1.4.1.2-Thành phần điện điện áp cảm ứng Khi dây chống sét: U cud (t ) = 0,1.hdd a (V t + hcv ) (V t + h ).(V t + H ) ln (1 + ) h.H (1 44) Khi có dây chống sét: h U dcu ( t ) = U dcu.o (t ). K cs h dd (1-45) Với K hệ số ngẫu hợp dây dẫn với dây chống sét 1.4.1.3-Thành phần từ điện áp cảm ứng: Độ dốc dòng sét a = (dic/dt) coi số dòng điện sét Do để tính thành phần từ điện áp cảm ứng ta phải xác định Mdd(t) v.t + H h H M dd (t ) = 0,2hdd ln ln + h (1 + ).H 2hdd (1 46) 1.4.1.4-Xác định suất phóng điện Vpđ : Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Từ giá trị điện áp giáng chuỗi cách điện từ đặc tuyến vôn giây chuỗi sứ ta có giá trị thời gian xảy phóng điện (t i) Biên độ dòng điện sét nguy hiểm là: Ii = ti Từ ta có xác suất phóng điện là: n V pd = V I i Vai (1 47) i =1 Suất cắt sét đánh vào đỉnh cột: nc = Vpđ Nc 1.4.2-Trình tự tính toán Số lần sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột Nc =N/2 = 150/2 = 75 lần /100km.năm Xác suất hình thành hồ quang: = 0,63 Xác định Vpđ : Để xác định Vpđ ta phải xác định điện áp đặt chuỗi cách điện sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột Rc = 20 Lcdd = Lo.hdd = 0,6.12 = 7,2àH với Lo điện cảm đơn vị dài thân cột v = .c = 0,3.300 = 90 m/às vận tốc phóng điện ngợc dòng điện sét (theo sách hớng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp ta có = 0,3 ; c vận tốc ánh sáng c = 300m/às) Ulv vận tốc trung bình đờng dây U lv = 2 110 = 57,17 kV Các thành phần lại điện áp công thức ( 36 ) phụ thuộc vào độ dốc a, thời gian t độ cao dây dẫn 1.4.2.1- Điện áp giáng chuỗi cách điện pha A a/ Thành phần điện điện áp cảm ứng: Thay công thức( 43 ) vào công thức ( 44 ) ta có: K h U (t ) = A cs hdd d cu 0,1.hddA a (v.t + hc ) (v.t + h).(v.t + H ) ln (1 + ) hc h.H Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 (1 48) Trong đó: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp +Hệ số ngẫu hợp có ảnh hởng vầng quang pha A : KA-csvq = 0,257 (đã tính 1.1.2.4 ) + hcs =hc =16,2m ; hdd = hddA = 12m H = hcs + hdd = 16,2+12 = 28,8m ; h = hcs hdd =16,2 12 = 4,2m = 0,3 ;lấy a = 10 ; t = 3às Ta có bảng (2 ) b/ Thành phần từ điện áp cảm ứng: di c di U tcu ( t ) = Ldd + M dd (t ) s ; c dt dt Lcdd = Lo.hddA = 7,2àH áp dụng công thức ( 46 ) ta có: 4,2 28,2 90.3 + 28,2 M dd ( t ) = 0,2.12. ln ln + = 8,95 àH 4,2 (1 + 0,3).28,2 2.12 a =dis/dt : độ dốc đầu sóng sét dic/dt: tốc độ biến thiên dòng điện thân cột có xét tới thay đổi trớc sau phản xạ sóng sét từ cột lân cận trở c/ Điện áp dây dẫn gây dòng điện sét dây chống sét K.Ucs(t).: U cs (t ) = i s R s + Lcs c di c di + M cs (t ) c dt dt Lccs = Lo hcs = 9,72àH - Ta phải tìm ic dic /dt hai trờng hợp: + Trờng hợp 1: Trớc có sóng phản xạ từ cột lân cận khoảng thời gian t 2.lkv /c (lkv = 150m chiều dài khoảng vợt ) t 2.150 /300 =1às Theo công thức ( 39 ) ( 40 ) ta có: Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp vq Z cs a vq Z t 2M cs (t ) i c (t ) = vq cs Z cs vq di c a.Z cs = vq dt Z cs + 2.R c : = vq Z cs + 2.R c 2.Lcs c Nhận xét: Khi R; a; t thay đổi ic (t) dic /dt thay đổi + Trờng hợp 2: Khi có sóng sét phản xạ từ cột lân cận trở : Đó thời gian t > 2.lkv hay t > 2.150 /300 = 1às Theo công thức ( 42 ) ( 43 ) ta có: i c (t ) = a.[ L cs M cs (t )] (1 e t ) 2R (2 49) Và : di c a.[ L cs M cs ( t )] = e t dt 2R (2 50) Trong đó: = 2.R c L cs + 2.Lcs c = 2.20 = 0,144 257,19 + 2.9,72 Viết lại biểu thức điện áp chuỗi cách điện: d iC d U cd (t ) = i c R c + Ldd + M dd ( t ) is + U dcu ( t ) kU cs (t ) + U lv c dt dt Với dis / dt = a ta có : U cs (t ) = i c R c + Ldd c di c + a.M cs ( t ) dt Ta có: U cd (t ) = i c R c (1 K ) + di c dd dd cs d (L c K.Lcs c ) + a.( M (t ) + K.M (t ) + U cu (t ) + U lv dt Với K hệ số ngẫu hợp pha A với dây chống sét có kể đến ảnh hởng vầng quang KA-csv q = 0,254 Thay số vào ta có: Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp di c (7,2 0,257.9,72) + dt (1 51) a.{M dd ( t ) + 0,257.M cs ( t )} + U dcu ( t ) + 57,17 U cd (t ) = i c R c (1 0,257) + 2.4.2.2 - Điện áp giáng chuỗi cách điện pha B; C a/ Thành phần Ucuđ(t) theo công thức (2-) (2-) Với = 0,3; KB-csvq = 0,257 ; hdd = hddB = m ; H = hcs+ hddB = 16,2 + = 25,2m h = hcs- hddB = 7,2m 0,172.16,2 0,1.a.9 (90.t + 16,2) (90.t + 4,2).(90.t + 28,2) U cud (t ) = ln (1 + 0,3) 16,2 4,2.28,2 0,3 [ U cud (t ) = 2,07.a ln (0,3t + 0,054) 8100.t + 2916t + 118,44 ] b (1 52) /Thành phần Ucut (t) : Lcdd = L0hddB = 5,4àH U cut (t ) = M dd (t ) di s dic + Ldd c dt dt (1 53) 90t + 28,2 7,2 28,2 M dd = 0,2.9 ln ln + (1 + 0,3).28,2 2.9 7,2 M dd = 1,8[ ln(2,45t + 0,77) 0,05 ln 3,9 + 1] (1 54) c / Thành phần điện áp dây dẫn gây dòng điện sét dây chống sét: k.Ucs(t) U cu (t ) = i c R c + Lcs c di c di + M cs (t ) s dt dt Theo tính toán pha A ta xác định đợc ; Lcs Theo công thức ( ) ta có : 90t + 28,2 7,2 28,2 M cs = 0,2.16,2 ln ln + (1 + 0,3).28,2 2.16,2 7,2 cs M = 3,24.[ ln(2,45t + 0,77) 0,22 ln 3,9 + 1] (1 55) d/ Với pha B,C ta có : Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp U cd B (C ) Kỹ thuật điện cao áp dic (7,2 0,257.9,72) + dt a.{M dd (t ) + 0,257.M cs (t )} + U cud (t ) + 57,17 (t ) = ic Rc (1 0,257) + 1.4.2.3- So sánh điện áp giáng chuỗi cách điện pha A pha B thời gian tác động độ dốc dòng điện sét, thời gian tác động độ dốc dòng điện sét, chuỗi cách điện pha có điện áp giáng lớn pha có xác suất phóng điện lớn Chọn thông số dòng điện sét tính toán : t = 3às; a =10kA/às a/ Tính toán với pha A: Thay t a vào công thức ( 52 ); ( 53 ) ; ( 54 ): U dcu ( t ) = 146,5kV 4,2 28,2 90.3 + 28,2 M dd ( t ) = 0,2.12 ln ln + = 6,63 4,2 (1 + 0,3).28,2 2.12 4,2 28,2 90.3 + 28,2 M cs ( t ) = 0,2.16,2 ln ln + = 9,23 4,2 (1 + 0,3).28,2 2.16,2 Thay t ; a chọn R =20 vào công thức ( 39 ) ( 40 ): i c (t ) = ( ) 10 [ 257,19 9,23] e 0,144.3 = 30,8kV 2.20 di c 10.e 0,144.3 = ( 257,19 2.9,23) dt 257,19 + 9,72 = 5,6kA / às Thay giá trị Ucdd(t); Mdd(t) ; Mcs(t) ; ic(t) ; dic/dt vào ( 0): UcđA (t) = (1-0,254).20.30,8+5,6.(7,2-0,254.9,72)+ +10 (6,63+0,254 9,23)+146,5+57,17 b/Tính toán với pha B: Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 = 716,3kV đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 16,2.0,13 0,1.10.9 ( 90.3 + 16,2) (90.3 + 7,2).(90.3 + 25,2 U dcu (t ) = ln 0,3 (1 + 0,3) 16,2 7,2.25,2 = 124,15kV 25,2 90.3 + 25,2 7,2 M dd ( t ) = 0,2.9 ln ln + = 5,236 2.9 7,2 1,3 + 25,2 7,2 25,2 90.3 + 25,2 M cs (t ) = 0,2.16,2ln ln + = 9,46 , 25 , 2 16 , , 10 ( 257,19 2.9,46) e 0,144.3 i c (t ) = = 20,85 2.20 ( ) di c 10.e 0,144.3 = (257,19 2.9,46) dt 257,19 + 2.9,72 = 5,59 Thay giá trị vừa tính toán vào công thức ta có: UcđB(t) = (1-0,13)20.20,85+5,59(5,4- 0,13.9,72)+10(5,236+0,13.9,46) +124,15+57,17 = 631,9kV So sánh điện áp cách điện đờng dây bị phóng điện ta thấy: UcđA = 716,3kV > UcđB = 631,9kV Vậy với tham số dòng điện sét chuỗi cách điện pha A phải chịu điện áp lớn so với pha B Pha C Do ta tính xác suất phóng điện sét đánh vào đỉnh cột với thông số kỹ thuật pha A 1.4.3-Tính xác suất phóng điện Trong biểu thức tính ic(t) dic/dt ta phải tính trớc Mcs(t) với khoảng chia nhỏ thời gian (với t = 3às) 90.t + 28,2 4,2 28,2 M dd ( t ) = 0,2.12 ln ln + = 6,63 4,2 (1 + 0,3).28,2 2.12 90.t + 28,2 4,2 28,2 M cs ( t ) = 0,2.16,2 ln ln + = 8,41 4,2 (1 + 0,3).28,2 2.16,2 Bảng (2 5): Giá trị tính toán Mcs(t) Mdd(t) "với t = 3às " Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 0,5 10 3,26 4,41 5,76 6,63 7,26 7,76 8,2 8,53 8,83 9,1 9,4 3,86 5,41 7,24 8,41 9,26 9,94 10 11 11,4 11,7 12 t(às) Mdd(t) Mcs(t) Từ kết bảng ( 2- ) ta tính ic(t); dic/dt theo a R với khoảng thời gian t 1às t 1às a/ Với t 1às ta tính ic(t) ; dic /dt theo công thức (249) công thức (2 50) i c (t ) = vq 2.M cs (t ) Z cs t ; vq Z cs + 2R c i c (t ) = 2.M cs (t ) a 397 t 387 + 2.20 22,5 a = 397 + 2.20 = 22,5 2.9,72 vq di c a.Z cs a.397 = = = 0,908.a vq dt 397 + 20 Z cs + 2.R c b/ Với t 1às ta xác định ic(t) dic /dt theo công thức ( 49 ) (2 50) ta đợc kết bảng (2 ) bảng (2 ): i c (t ) = [ ] a L cs2.M cs ( t ) (1 e t ) 2.R c = 0,144 a [ 257,19 M cs (t )].(1 e 0,144.t ) 2.20 di c a, e t a.e 0,144.t = [ L cs 2M cs (t )] = dt L + 2Lc 257,19 + 2.9,72 cs cs i c (t ) = Cho biên độ dòng sét nhận giá trị khác từ 10 đến 100kA tính đợc điện áp đặt lên cách điện đờng dây Kết tính đợc ghi bảng (2 8) Từ bảng (2 8) vẽ dồ thị Ucd (t , a) đặc tính (v - s) ta dợc giá trị Ti số liệu tính toán bảng (2 9) Từ bảng (2 9) ta tính đợc Vpđ = 0,0397 Tính suất cắt sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột: nc = Nc Vpđ (lần / 100km năm ) Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Nc = N / = 96 / = 48 Vậy: n = 48 0,0397 0,63 = 1,2 ( lần / 100km năm ) 2.5- Tính suất cắt tổng sét đánh vào đờng dây tải điện 110kV Suất cắt toàn đờng dây có sét đánh trực tiếp đợc xác định bởi: n = ndd + nkv + nđc (lần /100km.năm) Ta tính đợc suất cắt ndd ; nkv ; nđc phần trên: n = 0,03676 + 0,204 + 1,2 = 1,44 (lần/100km.năm) 2.6- Tính tiêu chống sét cho đờng dây tải điện 110kV Phả lại - Đông Anh Chỉ tiêu chống sét cho đờng dây số năm vận hành an toàn hai lần cố liên tiếp, ta tính đợc suất cắt đờng dây bị sét đánh Chỉ tiêu chống sét cho đờng dây Phả Lại - Đông Anh có l = 150km là: m= 150 150 = = 0,77.1,5 = 1,04 (Năm / lần cố ) n 100 1,44 100 Nhận xét: Sau tính toán suất cắt cho đờng dây tải điện 110kV ta thấy: - Suất cắt đờng dây sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn không phụ thuộc vào trị số điện trở nối đất cột điện, nhng lại phụ thuộc vào góc bảo vệ , để giảm số lần cắt điện sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn phải giảm góc bảo vệ - Khi sét đánh vào khoảng vợt khả phóng điện cách điện đờng dây phụ thuộc vào trị số điện trở nối đất Nếu điện trở nối đất nhỏ khả phóng điện sét đánh vào dây chống sét khoảng vợt gây sóng điện áp truyền cột điện, sóng gặp điện trở nối đất nhỏ nên điện áp vào phận nối đất đợc giảm thấp - Khi sét đánh vào đỉnh cột phần lớn dòng điện sét vào hệ thống nối đất cột điện Phần lại theo dây chống sét vào hệ thống nối đất Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp cột điện bên cạnh Do trị số điện trở nối đất ảnh hởng lớn đến trị số điện áp tác dụng lên cách điện đờng dây Vậy để giảm số lần cắt điện đờng dây sét phải giảm điện trở nối đất cột điện tăng cờng cách điện cho đờng dây Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 [...]... dcu +Thành phần điện áp do dòng điện đi trong dây chống sét gây ra, k là hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét : kUcs Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp +Điện áp làm việc trung bình của đờng dây : Ulv Dấu trừ (-) thể hiện điện áp này ngợc dấu với thành phần điện áp khác trong công thức (1 36).Vì vậy thành phần này làm giảm điện áp trên cách điện khi bị sét đánh... 1.4.1.1- Các thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột do dòng điện sét đi trong cột gây ra Các thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột do dòng điện sét đi trong cột và điện áp trên dây chống sét liên quan với nhau vì chúngphụ thuộc vào điện áp đi trong cột và dây chống sét Để tính toán các thành phần này có thể dựa vào sơ đồ tơng đơng của mạch dẫn dòng điện sét Ta chia... của điện áp cảm ứng: Độ dốc của dòng sét a = (dic/dt) có thể coi là một hằng số đối với mỗi dòng điện sét Do đó để tính thành phần từ của điện áp cảm ứng ta phải xác định Mdd(t) v.t + H h H M dd (t ) = 0,2hdd ln ln + 1 h (1 + ).H 2hdd (1 46) 1.4.1.4-Xác định suất phóng điện Vpđ : Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Từ các giá trị điện áp giáng trên chuỗi cách điện. .. điện áp xuất hiện trên cách điện gồm: + Thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột do dòng sét đi trong cột gây ra: i c R c + Ldd c d ic dt +Thành phần điện của điện áp cảm ứng xuất hiện trên dây dẫn do hỗ cảm giữa dây dẫn và kênh sét gây ra: + M dd (t ) d is dt +Thành phần từ cuả điện áp cảm ứng xuất hiện trên dây dẫn do hỗ cảm giữa dây dẫn và kênh sét gây ra: + U dcu +Thành phần điện. .. áp làm việc của đờng dây Xác suất các dòng điện sét có biên độ I Is và độ dốc a as là: VI,a = e ( Is a + s ) 26,1 10,9 Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 (1 22) 1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Tại thời điểm ti nào đó điện áp trên cách điện lớn hơn hoặc bằng điện áp chịu đựng cho phép của cách điện, lấy theo đặc tính vôn giây (V- S) của chuỗi sứ, thì phóng điện sẽ xảy ra: U cd (t i ) = U cd ( I i ;... nghiệp U cd B (C ) Kỹ thuật điện cao áp dic (7,2 0,257.9,72) + dt a.{M dd (t ) + 0,257.M cs (t )} + U cud (t ) + 57,17 (t ) = ic Rc (1 0,257) + 1.4.2.3- So sánh điện áp giáng trên chuỗi cách điện pha A và pha B ở cùng một thời gian tác động và cùng một độ dốc của dòng điện sét, ở cùng một thời gian tác động và cùng độ dốc của dòng điện sét, nếu chuỗi cách điện của pha nào có điện áp giáng lớn hơn thì... dốc a, thời gian t và độ cao của dây dẫn 1.4.2.1- Điện áp giáng trên chuỗi cách điện của pha A a/ Thành phần điện của điện áp cảm ứng: Thay công thức( 2 43 ) vào công thức ( 2 44 ) ta có: K h U (t ) = 1 A cs hdd d cu 0,1.hddA a (v.t + hc ) (v.t + h).(v.t + H ) ln (1 + ) 2 hc h.H Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 1 (1 48) Trong đó: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp +Hệ số ngẫu hợp khi có... ta có: lg V = 19,65 16,2 4 = 3,12 V = 0,756.10 3 90 Xác suất phóng điện trên cách điện pha A theo công thức ( 1 15 ) s 4.U 50% Is 4.660 Vpd = e 26,1 = e 26,1.Z dd = e 26,1.463,75 = 0,804 U50%c = 660kV đối với đờng dây 110kV [ tra bảng ( 9 5) Kỹ thuật điện cao áp ] Nguyễn xuân Hãnh - HTĐ.K1 1 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Thay số vào (1 18 ) ta có: ndd = 137 0,756.10-3 0,804 0,63 = 0,05246... +124,15+57,17 = 631,9kV So sánh điện áp trên cách điện khi đờng dây bị phóng điện ta thấy: UcđA = 716,3kV > UcđB = 631,9kV Vậy với cùng một tham số của dòng điện sét thì chuỗi cách điện của pha A phải chịu điện áp lớn hơn so với pha B và Pha C Do đó ta sẽ tính xác suất phóng điện khi sét đánh vào đỉnh cột với các thông số kỹ thuật của pha A 1.4.3-Tính xác suất phóng điện Trong biểu thức tính ic(t)... điện khi sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột Rc = 20 Lcdd = Lo.hdd = 0,6.12 = 7,2àH với Lo là điện cảm đơn vị dài thân cột v = .c = 0,3.300 = 90 m/às là vận tốc phóng điện ngợc của dòng điện sét (theo sách hớng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp ta có = 0,3 ; c là vận tốc ánh sáng c = 300m/às) Ulv vận tốc trung bình của đờng dây U lv = 2 2 110 3 = 57,17 kV Các thành phần còn lại của điện áp ... 239 0 2724 30 57 33 90 465 872 1280 1688 2095 25 03 2910 33 18 37 26 4 133 539 1021 15 03 1985 2467 2949 34 31 39 12 439 4 4876 6 13 1170 1726 2282 2 838 33 94 39 51 4507 50 63 5619 688 131 8 1949 2579 32 10 38 40... 2 130 238 9 2648 37 2 687 1002 131 6 1 631 1946 2261 2576 2890 32 05 428 798 1169 1 539 1910 2280 2651 30 21 33 92 37 63 4 83 910 133 6 1762 2188 2615 30 41 34 67 38 94 432 0 539 1021 15 03 1985 2467 2949 34 31... 1167 138 9 1611 1 833 2055 31 6 575 834 1094 135 3 1612 1871 2 130 238 9 35 3 650 946 1242 1 538 1 835 2 131 2427 27 23 391 724 1057 139 1 1724 2057 239 1 2724 30 58 428 798 1169 1 539 1910 2280 2651 30 21 33 92