Kỹ thuật điện cao áp

đồ án tốt nghiệp Chơng 3: 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 2.1- lý thuyết tính toán 2.1.1- Phạm vi bảo vệ dây chống sét Phạm vi bảo vệ dây chống sét đợc thể nh ( hình 2-1 ) Dây chống sét 0,2h h hx 1,2h 0,6h hx Hình 2-1: 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 ) (2 1) Ngô Gia Phùng - HTĐ.K41 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp + Khi hx h bx = 1,2h (1- hx/0,8h (2 2) Chiều dài phạm vi bảo vệ dọc theo chiều dài đờng dây nh hình (2 ) A C B Hình 2-2: 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 2.1.2- 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 (2 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 Ngô Gia Phùng - HTĐ.K41 Trang 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 (24) 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 (2 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 (2 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 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 Ngô Gia Phùng - HTĐ.K41 Trang 10 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp + ndd: số lần cắt sét đánh vào dây dẫn 2.1.2.1 - 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 200m 2.1.2.2 - 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 (2 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/ (2 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 1,5m 3m A 3m 16,2m C 1,75m 1,2m B 12m 9,0m Hình 2-3: Độ cao dây chống sét dây dẫn l: chiều dài khoảng vợt đờng dây = 200m Ngô Gia Phùng 11 - HTĐ.K41 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp fdd = 0,0041.2002/8 7,25 = 2,82758 m 2,8 m fcs = 1,5 m Độ treo cao trung bình dây dẫn theo (2-9) là: hddcs = hcs 2/3 fcs = 16,2 2/3.1,5 = 15,2m hddtbA = hddA 2/3 fdd = 12 2/3 1,8 = 10,8 m hddtbB = hddB 2/3 fdd = 2/3 1,8 = 7,8 m 2.1.2.3- Tổng trở sóng dây chống sét dây dẫn Zdd = 60.ln (2.hdd / r) ( 10 ) ZddA = 60 ln [ ( 10,8) / (9,5 10-3 ) ] = 463,75 ZddB = 60 ln [ ( 7,8 ) / ( 9,5 10-3 ) ] = 444,22 Với dây chống sét ta phải tính tổng trở có vầng quang vầng quang + Khi vầng quang: Zdcs =60 ln [ ( 15,2 ) / ( 5,5 10-3 )] = 517 + 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 / = 517/1,3 = 397,69 2.1.2.4 - Hệ số ngẫu hợp dây dẫn chống sét với dây pha Công thức (2 11) đợc xác định theo hình (2 4) d12 h2 (A;B;C) D12 2' Hình 2-4: Phép chiếu g ơng qua mặt đất Ngô Gia Phùng 12 - HTĐ.K41 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp D ln 12 d12 K= 2h ln r2 ( 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 = 10,8m ; hddB = hddC = 7,8m ; 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 A 1,5m C B K 16,2m 9m 1,75m 12m 16,2m 4,2m D K D' Hình 2-5: Xác định khoảng cách theo phép chiếu g ơng qua mặt đất Ngô Gia Phùng 13 - HTĐ.K41 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp D12 = ( IA ) + ( IE ) = 1,5 + 24 = 24,046m 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 (2 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: ln K B cs = K C cs = Khi có vầng quang : vq ln 18,08 7,41 = 0,1 2.15,2 5,5.10 vq K B cs = K C cs = 0,1.1,3 = 0,13 2.1.2.5- Góc bảo vệ chống sét Từ hình (2 ) 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 2.1.2.6- Số lần sét đánh vào đờng dây áp dụng công thức (2-4) với l = 100km ; h ddcs = 15,2 m ; nng.s= 80ngày/ năm ; mật độ sét = 0,15 Ta có: N = 0,15 15,2 80 100 10-3 = 109 lần/ 100km năm Từ sở lý thuyết kết ta tiến hành tính toán suất cắt cho đờng dây với ba khả nêu đờng 110kV tg A = Ngô Gia Phùng 14 - HTĐ.K41 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 2.2 - 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: lg V = h cs 90 (2-15) 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 (2 ) Z0 Is Is / Is / Zdd /2 Is/4 Zdd / Hình (2 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: Z0 I s Z Z + dd Z0: Tổng trở sóng khe sét Điện áp lúc dây dẫn là: I = Is Ngô Gia Phùng 15 - HTĐ.K41 ( 13) Trang đồ án tốt nghiệp U dd = I s Z dd Kỹ thuật điện cao áp (2-14) 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: Vpd = e Is 26,1 =e 4.U s50% 26,1.Z dd (2 15) Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: N = N V (2 16) Trong đó: N: tổng số lần phóng điện sét 100 km đờng dây đợc xác định mục 2.1.4 là: 96 lần / 100km năm V: Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn đợc xác định theo ( 12) Xác suất hình thành hồ quang phụ thuộc vào gradien điện áp làm việc dọc theo đờng phóng điện ( Elv): E lv = U lv l pd ( kV / m) (2 17) + lpđ: Chiều dài đờng phóng điện lấy chiều dài chuỗi sứ ( m ) + Ulv: Điện áp pha đờng dây E lv = 110 = 52,9 ( kV / m) 3.1,2 Dựa vào bảng (21 1) sách giáo trình kỹ thuật điện cao áp vẽ đồ thị phơng pháp nội suy ta có: = 0,63 Bảng 1: Xác định hình thành hồ quang: Ngô Gia Phùng - HTĐ.K41 16 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp U lv ( kV / m) l pd 50 30 20 10 (đơn vị tơng đối) 0,6 0,45 0,25 0,1 E lv = Ta có suất cắt sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: ndd = Nv vpđ 60 (2 18) Elv (kV/m) 50 40 30 20 10 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Hình (2 7): nội suy để xác định Từ ( 18) ta thấy v vpđ phụ thuộc tỷ lệ chiều cao cột h hay độ cao dây dẫn góc bảo vệ , độ cao dây dẫn tăng tăng làm cho ndd tăng, ta chọn pha A pha có góc bảo vệ lớn hddA lớn so với pha B pha C để tính suất cắt cho đờng dây Pha A có A = 19,65 0; hddA = 10,8m ZddA = 463,75 ; hcs= 16,2m Thay số liệu vào công thức ( 12 ) ta có: 19,65 16,2 = 3,12 V = 0,756.10 90 Xác suất phóng điện cách điện pha A theo công thức ( 15 ) lg V = Ngô Gia Phùng 17 - HTĐ.K41 Trang đồ án tốt nghiệp a t 10 168 242 20 278 427 30 388 611 40 499 796 50 609 981 60 720 1165 70 830 1350 80 940 1535 90 1051 1720 100 1161 1904 316 575 834 1093 1352 1611 1870 2129 2388 2647 Kỹ thuật điện cao áp 390 724 1057 1390 1724 2057 2390 2724 3057 3390 465 872 1280 1688 2095 2503 2910 3318 3726 4133 539 1021 1503 1985 2467 2949 3431 3912 4394 4876 613 1170 1726 2282 2838 3394 3951 4507 5063 5619 688 1318 1949 2579 3210 3840 4471 5101 5732 6362 762 1467 2172 2876 3581 4286 4991 5696 6400 7105 10 836 1615 2394 3174 3953 4732 5511 6290 7069 7848 Từ giá trị ta vẽ đờng Ucđ = f(t) a, hình vẽ thể đờng đặc tính (V- S) chuỗi cách điện Đờng đặc tính vôn giây (V S) chuỗi cách điện cắt hàm U cđ = f(a; t; Rc) vị trí mà từ ta có thời gian xảy phóng điện chuỗi sứ nh hình (2 11) Đặc tuyến vôn giây (V-S) chuỗi sứ đợc tra bảng 25 sách hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Bảng ( ): Đặc tính vôn giây (V-S) chuỗi cách điện t(às) 10 Upđ (kV) 1020 960 900 855 830 810 805 800 797 795 Từ giá trị ta vẽ đợc đờng f(t) a, hình vẽ thể đờng đặc tính vôn giây (V-S) chuỗi cách điện Ta có đồ thị hình (2 11) Từ đồ thị hình (2 10 ) ta có: 100 ti = 0,53; 0,61; 0,73; 0,88; 1,13; 1,42; 1,95; 2,9; 4,88; 11,9 Tại thời điểm phóng điện ti tơng ứng độ dốc đầu sóng ta có trị số sét nguy hiểm: Ii = ti , từ cặp số (I ; a) ta vẽ đợc đờng cong thông số nguy 80 hình (2 10) hiểm Miền nguy hiểm Miền nguy hiểm 40 I (kA) 60 20 Ngô Gia Phùng 22 - HTĐ.K41 Trang đồ án tốt nghiệp 10 20 30 Kỹ thuật điện cao áp 40 50 60 70 80 90 a (kA/às) Hình(2 10): Đờng cong thông số nguy hiểm sét đánh vào khoảng vợt Trong hình 2-11 dới ta lu ý điểm sau : - Xác suất phóng điện Vpđ xác suất mà có cặp thông số (I i;ai) thuộc miền nguy hiểm Vpd = P{ (a; I ) N} - Các cặp số (Ii ; ai) nằm miền giới hạn nguy hiểm xảy phóng điện Do xác suất phóng điện cách điện xác suất cặp số (Ii ; ai) thuộc miền nguy hiểm dVpđ = P (a ai) P (I Ii ) ( 33 ) Trong đó: + P(I Ii ): xác suất dòng điện I lớn giá trị dòng điện Ii + P(a ai): xác suất độ dốc a lớn giá trị a i để gây phóng điện Ngô Gia Phùng 23 - HTĐ.K41 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp a=100kA/às 5000 a=90kA/às 4000 a=80kA/às a=70kA/às 3000 a=60kA/às a=50kA/às Đặc tính (v-s) 2000 a=40kA/às a=30kA/às 1000 a=20kA/às Hình 211: Điện áp đặt lên cách điện đờng dây sét đánh vào a=10kA/às khoảng vợt Ucđ (a,t) với Rc = 20 đặc tính vôn giây (V-S) chuỗi cách điện Upđ (t) + P(a ai) = P( da a + da ) = dVa Với: Va = e 10 , = P( a a i ) Thay vào biểu thức ( 34 ) đợc: dVpđ = Vi.dVa Vpd = VI dVa Bằng phơng pháp sai phân xác định đợc: n ( 34 ) Vpd = VIi Vai i =1 Với : VI = e Ii 26,1 ; Va = e a i 10, Do tính toán đờng cong thông số nguy hiểm ta tính với 10 giá trị a I nên phải tiến hành ngoại suy để phủ kín giá trị chúng Ta đợc kết nh bảng (2 ) Tính đợc Vp.đ = 0,00767 Ngô Gia Phùng - HTĐ.K41 Trang 24 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 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 Vậy: (lần / 100km năm ) Nkv = N/ = 96/ = 48 nkv = 48 0,00767 0,63 = 0,204 ( 35 ) ( lần / 100km năm ) 2.4- tính suất cắt đ ờng dây110kV sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột 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 (2 12 ): Ics Ics I0 ic ic ic Rc Rc Rc tính toán 2.4.1- Lý thuyết Khi sét đánh vào đỉnh cột đờng dây có treo dây chống sét, đa số dòng điện Hình 2-12 : Sét đánh đỉnh cột đờng dây có dây chống sét bảo vệ 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: d ic dt +Thành phần điện điện áp cảm ứng xuất dây dẫn hỗ cảm dây dẫn kênh sét gây ra: i c R c + Ldd c Ngô Gia Phùng 25 - HTĐ.K41 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp d is dt +Thành phần từ cuả điện áp cảm ứng xuất dây dẫn hỗ cảm dây dẫn kênh sét gây ra: + M dd (t ) + U dcu +Thành phần điện áp dòng điện dây chống sét gây ra, k hệ số ngẫu hợp dây dẫn dây chống sét : kUcs +Điện áp làm việc trung bình đờng dây : Ulv Dấu trừ (-) thể điện áp ngợc dấu với thành phần điện áp khác công thức (2 36).Vì thành phần làm giảm điện áp cách điện bị sét đánh 2.4.1.1- 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: 2.l kv v Trong : + lkv: chiều dài khoảng vợt t + = 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 Ngô Gia Phùng 26 - HTĐ.K41 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp phản xạ tới 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 Trong đó: +hcs : độ cao dây chống sét ; hdd: độ treo cao dây dẫn ; hc: độ cao cột +H = hdd + hcs ; (2-37) +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 ( 38 ) Ldd = , h ln + ln c dd rtd h dd h 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: vq Z cs a vq Z t 2M cs (t ) i c (t ) = vq cs Z cs Ngô Gia Phùng 27 - HTĐ.K41 (2 39 ) Trang đồ án tốt nghiệp = Kỹ thuật điện cao áp 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 (2 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 di M cs (t ) s dt Rc Lcs R cs Hình 214: 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 ( 41 ) Z o.cs i kv c Trong đó: + Zo.cs : tổng trở sóng dây chống sét không kể đến ảnh hởng vầng quang + lkv : chiều dài khoảng vợt L cs = + c : tốc độ ánh sáng c =300/às Ngô Gia Phùng - HTĐ.K41 28 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Từ sơ đồ ta xác định đợc: a.[ L cs M cs (t )] (1 e t ) 2R di c a.[ L cs 2M cs (t )] = e t dt 2R i c (t ) = = ( 42) ( 43) 2R L cs + 2.Lccs 2.4.1.2-Thành phần điện điện áp cảm ứng Khi dây chống sét: ( V.t + h cv ) ( V.t + h ).( V.t + H ) 0,1.h dd a ln (1 + ) h.H Khi có dây chống sét: U dcu (t ) = ( 44) h (2-45) U dcu ( t ) = U dcu.o (t ). K cs h dd Với K hệ số ngẫu hợp dây dẫn với dây chống sét 2.4.1.3-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 ) = 0,2h dd ln ln + ( 46) h (1 + ).H 2h dd 2.4.1.4-Xác định suất phóng điện Vpđ : 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 Vpd = VI i Va i i =1 (2 47) Suất cắt sét đánh vào đỉnh cột: nc = Vpđ Nc 2.4.2-Trình tự tính toán Số lần sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột Nc =N/2 = 96/2 = 48 lần /100km.năm Ngô Gia Phùng 29 - HTĐ.K41 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 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 2.4.2.1- 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 cs d U cu (t ) = hA dd 0,1.h A a ( v.t + h ) ( v.t + h ).( v.t + H) dd ln c ( 48) (1 + ) h c h.H Trong đó: +Hệ số ngẫu hợp có ảnh hởng vầng quang pha A : KA-csvq = 0,257 (đã tính 2.1.3.3 ) + 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 Ngô Gia Phùng 30 - HTĐ.K41 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 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 ( + , ) 28 , 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: vq Z cs a vq Z t 2M cs (t ) i c (t ) = vq cs Z cs vq vq Z cs + 2.R c di c a.Z cs : = = vq dt 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 Trong đó: = 2.R c L cs + 2.Lcs c Ngô Gia Phùng 31 = (2 50) 2.20 = 0,144 257,19 + 2.9,72 HTĐ.K41 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 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: 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: U cd (t ) = i c R c (1 K ) + di c (7,2 0,257.9,72) + (2 51) dt 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 dcu (t ) = ln 0,3 (1 + 0,3) 16,2 4,2.28,2 U dcu (t ) = 2,07.a ln (0,3t + 0,054) 8100.t + 2916t + 118,44 b /Thành phần Ucut (t) : ( 52) Lcdd = L0hddB = 5,4àH U tcu (t ) = M dd ( t ) di s di c + Ldd c dt dt 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] Ngô Gia Phùng 32 - HTĐ.K41 ( 53) ( 54) Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 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 = 0,2.16,2ln ln + (1 + 0,3).28,2 2.16,2 7,2 ( 55) M cs = 3,24.[ ln( 2,45t + 0,77) 0,22 ln 3,9 + 1] d/ Với pha B,C ta có : U cd B (C ) 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) + 2.4.2.3- 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) = 5,6kA / às dt 257,19 + 9,72 Thay giá trị Ucdd(t); Mdd(t) ; Mcs(t) ; ic(t) ; dic/dt vào ( 0): Ngô Gia Phùng - HTĐ.K41 Trang 33 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 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 = 716,3kV b/Tính toán với pha B: 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 1,3.25,2 2.16,2 7,2 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) = 5,59 dt 257,19 + 2.9,72 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 2.4.3-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 Ngô Gia Phùng 34 - HTĐ.K41 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Bảng (2 5): Giá trị tính toán Mcs(t) Mdd(t) "với t = 3às " 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 ) Nc = N / = 96 / = 48 Vậy: Ngô Gia Phùng 35 - HTĐ.K41 Trang đồ án tốt nghiệp n = 48 0,0397 0,63 = 1,2 Kỹ thuật điện cao áp ( 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: 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 m= 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 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 Ngô Gia Phùng 36 - HTĐ.K41 Trang [...]... Trong biểu thức trên 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: 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: i c R c + Ldd c Ngô Gia Phùng 25 - HTĐ.K41 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp d is dt +Thành phần từ cuả điện áp cảm ứng xuất hiện... phần quá điện áp do dòng sét gây ra phụ thuộc vào biên độ (I) và độ dốc sét (a) + Ulv : 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 Ngô Gia Phùng 18 - HTĐ.K41 (2 22) Trang 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... +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 +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 (2 36).Vì vậy thành phần này làm giảm điện áp trên cách điện khi bị sét đánh 2.4.1.1- Các thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của...đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 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 ] Thay số vào (2 18 ) ta có: ndd = 96 0,756.10-3 0,804 0,63 = 0,03676 lần / 100km năm 2.3- Tính suất cắt của đờng dây 110kV do sét đánh vào khoảng vợt Theo sách hớng dẫn thiết kế Kỹ thuật điện cao áp thì số lần sét... +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 2.4.3-Tính xác suất phóng điện Trong biểu thức tính ic(t)... 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 làm hai trờng hợp: a/ Trờng... quang: = 0,63 Xác định Vpđ : Để xác định Vpđ ta phải xác định điện áp đặt trên chuỗi cách 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... Phùng 20 - HTĐ.K41 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp a.t d ( 2 30 ) a.t a a 2 a.t U cs = Rc + Lc = R c + L c = ( R c t + L c ) 2 dt 2 2 2 Trong đó: + Rc: điện trở nối đất cột + Lc: điện trở thân cột tính theo chiều cao vị trí dây chống sét Lc = hcs L0 L0: điện cảm đơn vị dài của cột ( L0 = 0,6 àH/m ) Với hcs = 16,2m ta có Lc=16,2.0,6 = 9,72 àH Điện áp trên dây dẫn là Udd có kể đến ảnh hởng... 57,17 (t ) = ic Rc (1 0,257) + 2.4.2.3- 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 pha đó có xác suất phóng điện lớn hơn Chọn thông số của dòng điện sét tính toán : t = 3às; a =10kA/às a/ Tính... chống sét nh một nguồn áp Mcs là hỗ cảm giữa kênh sét và mạch vòng " dây chống sét - đất " v.t + H h H M cs ( t ) = 0,2.h cs ln ln + 1 (1 + ).H 2 h cs h Trong đó: +hcs : độ cao dây chống sét ; hdd: độ treo cao của dây dẫn ; hc: độ cao của cột +H = hdd + hcs ; (2-37) +h = hc - hdd ; + : tốc độ phóng điện ngợc tơng đối của dòng sét Theo sách hớng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp ta có = 0,3 + = ... 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... 278 427 30 38 8 611 40 499 796 50 609 981 60 720 1165 70 830 135 0 80 940 1 535 90 1051 1720 100 1161 1904 31 6 575 834 10 93 135 2 1611 1870 2129 238 8 2647 Kỹ thuật điện cao áp 39 0 724 1057 139 0 1724... 4507 50 63 5619 688 131 8 1949 2579 32 10 38 40 4471 5101 5 732 636 2 762 1467 2172 2876 35 81 4286 4991 5696 6400 7105 10 836 1615 239 4 31 74 39 53 4 732 5511 6290 7069 7848 Từ giá trị ta vẽ đờng Ucđ = f(t)