Đất nước đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá, ngành điện giữ một vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân. Trong cuộc sống điện năng rất cần cho phục vụ sản xuất và sinh hoạt.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Khoa : ĐIỆN Lớp : 1- Ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN Hệ Thống Điện K1 Hải Dương ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ Bảo vệ chống sét trạm biến áp đường dây TRẠM BIẾN ÁP + Sơ đồ 110kV 220kV 2TG+TGV 110kV 11 m 220kV + Độ cao cần bảo vệ 2TG+TGV 16.5m + Mặt bằng: …………………………… + Mặt cắt : …………………………… + Máy biến áp 2AT 110/220kV + Đường dây vào trạm 110kV 220kV + Điện trở suất đất 80Ω.m ĐƯỜNG DÂY + Cấp điện áp 220kV + Cột Loại cột Sắt Chiều cao cột 26,8m Độ treo cao dây dẫn pha A………………20,8m Độ treo cao dây dẫn pha B………………16,8m Độ treo cao dây dẫn pha C………………16,8m Góc bảo vệ pha A 250 Góc bảo vệ pha B 15,60 Góc bảo vệ pha C 15,60 -1- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2- + Dây dẫn Loại dây Độ võng dây dẫn + Dây chống sét Loại dây Số dây chống sét Độ võng dây chống sét + Cách điện Loại cách điện Đặc tính + Khoảng vượt + Điện trở nối đất cột điện + Vùng ô nhiễm + Số ngày giông sét AC-240 …6m…… C70 …4m…… Treo 14 Phía 220 kV: 290m 9; 16; 23Ω II 80 NỘI DUNG CÁC PHẦN TÍNH TỐN 3- KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp Tính tốn nối đất cho trạm biến áp Tính tốn tiếu chống sét đường dây 220kV Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp từ phía đường dây 220 kV CÁC BẢN VẼ - Phạm vi bảo vệ cột thu sét, phương án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp - Các kết tính tốn nối đất an tồn nối đất chống sét trạm - Phương pháp kết tính tốn tiêu bảo vệ chống sét đường dây - Các kết tính tốn bảo vệ trạm biến áp chống sóng truyền 4- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : 5- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ THIẾT KẾ : 6- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ Nộp Bảo vệ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ họ tên ký tên) -2- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Ngành: Hệ Thống Điện Giáo viên hướng dẫn: Giáo viên duyệt : Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Khoá: Hải Dương Nhận xét giáo viên : Ngày tháng năm Giáo viên duyệt ( Ký, ghi rõ họ tên ) -3- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Lời nói đầu * * * Đất nước bước vào thời kỳ cơng nghiệp hố, đại hố, ngành điện giữ vai trò quan trọng việc phát triển kinh tế quốc dân Trong sống điện cần cho phục vụ sản xuất sinh hoạt Cùng với phát triển xã hội đòi hỏi việc cung cấp điện phải đảm bảo liên tục có chất luợng cao Xuất phát từ thực tế việc đảm bảo cho trạm biến áp đường dây truyền tải làm việc an tồn, khơng gặp cố, khơng gây gián đoạn cung cấp điện đặc biệt quan trọng Nhằm hoàn thiện kiến thức học bước đầu làm quen với thực tế em khoa Điện môn Hệ Thống Điện trường đại học Bách Khoa Hà Nội giao nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp với đề tài: ”Bảo vệ chống sét cho đường dây trạm biến áp 110/220kV” Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy, cô giáo môn đặc biệt suốt q trình hồn thành đồ án Hµ nội tháng 6-2007 Sinh viên -4- N TT NGHIP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG I BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP .7 1.1 CÁC YÊU CẦU: 1.2 PHẠM VI BẢO VỆ CỦA HỆ THỐNG THU SÉT: .8 1.2.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét 1.2.1 Phạm vi bảo vệ dây thu sét 13 1.3 PHƯƠNG ÁN BẢO VỆ CỦA HỆ THỐNG THU SÉT: 15 1.3.1 Phương án .15 1.3.2 Phương án .19 1.3.3 Phương án .22 CHƯƠNG II 27 TÍNH TỐN NỐI ĐẤT CHO TRẠM .27 2.1 YÊU CẦU KỸ THUẬT KHI NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP 27 Nối đất làm việc 27 Nối đất an toàn .27 Có nhiệm vụ đảm bảo an tồn cho người cách điện bị hư hỏng Thực nối đất an toàn cách nối đất phận kim loại không mang điện vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, giá đỡ kim loại Khi cách điện bị hư hỏng lão hố phận kim loại có điện nối đất nên điện có giá trị nhỏ không nguy hiểm cho người tiếp xúc 27 Nối đất chống sét 27 2.2- CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TỐN NỐI ĐẤT .29 30 2.2.1 Nối đất an toàn 30 -5- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Trong : RTN: điện trở nối đất tự nhiên 30 Nối đất tự nhiên trạm hệ thống chống sét đường dây cột điện 110kV 220kV tới trạm 30 2.2.2 Nối đất chống sét 34 2.2.3 Nối đất bổ sung 40 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong hệ thống điện trạm biến áp dùng rộng rãi, làm nhiệm vụ truyền tải điện từ lưới điện có điện áp U1 sang lưới điện có điện áp U2 phục vụ cho việc truyền tải phân phối lượng điện Do trình vận hành trạm biến áp ảnh hưởng lớn tới việc cung cấp chất lượng điện Bảo vệ chống sét trạm biến áp bao gồm phần: + Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp: trạm biến áp bảo vệ dây chống sét (treo thiết bị xà đỡ dây, cái) cột chống sét kiểu Franklin + Mạng lưới nối đất: để tản dòng điện sét đất hạn chế phóng điện ngược cơng trình cần bảo vệ + Bảo vệ chống sóng điện áp truyền từ đường dây vào trạm Yêu cầu đề thiết kế chống sét cho trạm 110/220kV với số liệu sau : Sơ đồ: 110kV Sơ đồ hai góp có góp vịng 220kV Sơ đồ hai góp có góp vịng Độ cao cần bảo vệ: 220kV -6- 16,5 m ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP 110kV 11 m Máy biến áp: 2AT 110/220 kV Đường dây vào trạm: 110kV 220kV Điện trở suất đất: 80 Ω.m Sơ đồ mặt bằng, mặt cắt kèm CHƯƠNG I BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 1.1 CÁC YÊU CẦU: Tất thiết bị cần bảo vệ phải nằm trọn phạm vi bảo vệ an toàn hệ thống bảo vệ Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt trạm yêu cầu cụ thể, hệ thống cột thu sét đặt độ cao có sẵn xà, cột đèn chiếu sáng đặt độc lập Khi đặt hệ thống cột thu sét kết cấu trạm tận dụng độ cao vốn có cơng trình nên giảm độ cao cột thu sét Tuy nhiên đặt hệ thống thu sét xà trạm có sét đánh gây nên điện áp giáng điện trở nối đất phần điện cảm cột Phần điện áp lớn gây phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang phần tử mang điện cách điện không đủ lớn Do điều kiện để đặt cột thu sét hệ -7- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP thống xà trạm mức cách điện cao điện trở tản phận nối đất nhỏ Đối với trạm trời từ 110kV trở lên có cách điện cao nên đặt cột thu sét kết cấu trạm phân phối Các trụ kết cấu có đặt cột thu sét phải nối đất vào hệ thống nối đất trạm phân phối theo đường ngắn cho dòng điện I S khuyếch tán vào đất theo - cọc nối đất Ngoài trụ kết cấu phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất Nơi yếu trạm phân phối ngài trời điện áp 110kV trở lên cuộn dây máy biến áp Vì dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp yêu cầu khoảng cách hai điểm nối đất hệ thống nối đất cột thu sét vỏ máy biến áp theo đường điện phải lớn 15m Khi bố trí cột thu sét xà trạm trời 110kV trở lên cần ý nối đất bổ sung chỗ nối kết cấu có đặt cột thu sét vào hệ thống nối đất nhằm đảm bảo điện trở khuếch tán không 4Ω Khi dùng cột thu sét độc lập phải ý đến khoảng cách cột thu sét đến phận trạm để tránh khả phóng điện từ cột thu sét đến vật bảo vệ Việc lắp đặt cột thu sét làm tăng xác suất sét đánh vào diện tích cơng trình cần bảo vệ, cần chọn vị trí lắp đặt cột thu sét cách hợp lý Tiết diện dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt có dịng điện sét chạy qua Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu sét dây dẫn điện đến đèn phải cho vào ống chì chèn vào 1.2 PHẠM VI BẢO VỆ CỦA HỆ THỐNG THU SÉT: 1.2.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét Cột thu sét thiết bị để tránh sét mà ngược lại dùng để thu hút phóng điện sét phía cách sử dụng mũi nhọn nhân tạo sau dẫn dịng điện sét xuống đất -8- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Sử dụng cột thu sét với mục đích để sét đánh xác vào điểm định sẵn mặt đất vào điểm cơng trình Cột thu sét tạo khoảng khơng gian gần cột thu sét (trong có vật cần bảo vệ), có khả bị sét đánh gọi phạm vi bảo vệ a Phạm vi bảo vệ cột thu sét độc lập Phạm vi bảo vệ cột thu sét độc lập miền giới hạn mặt ngồi hình chóp trịn xoay có đường kính xác định phương trình rX = 1,6 (h − hX ) hX 1+ h (1- 1) Trong : h: độ cao cột thu sét hX: độ cao cần bảo vệ ha=h-hX: độ cao hiệu dụng cột thu sét rX: bán kính phạm vi bảo vệ Để dễ dàng thuận tiện tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng dạng đơn giản hố đường sinh hình chóp có dạng đường gẫy khúc hình sau: a 0,2h b 0,8h h c 0,75h 1,5h Rx Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ cột thu sét Bán kính tính tốn theo cơng thức sau: -9- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP hx ) 0,8h Nếu hX ≤ h Nếu hX > h rX = 0.75h(1 − rX = 1,5h(1 − (1.2) hx ) h (1.3) Các công thức cột thu sét cao 30m Hiệu cột thu sét cao 30m giảm độ cao định hướng sét giữ số Có thể dùng cơng thức để tính tốn phạm vi bảo vệ phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh p= 5,5 h hoành độ lấy giá trị 0,75hp 1,5hp b Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao Phạm vi bảo vệ hai nhiều cột thu lơi lớn tổng phạm vi bảo vệ cột đơn cộng lại Nhưng để cột thu lơi phối hợp khoảng cách a hai cột phải thoả mãn a ≤ 7h (trong h độ cao cột thu sét) Phần bên ngồi khoảng cách hai cột có phạm vi bảo vệ giống cột Phần bên giới hạn vòng cung qua điểm hai đỉnh cột điểm có độ cao h0 - phạm vi bảo vệ độ cao lớn hai cột xác định theo công thức: h0 = h − a (1.4) Khoảng cách nhỏ từ biên phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột rx0 xác định sau: Nếu hx ≤ h h0 x r0 x = 1,5.h0 (1 − 0,8h ) h0 x r0 x = 0,75.h0 (1 − h ) (1.5) Nếu hx > h (1.6) -10- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP RTN 110 _ = = 0,922(Ω) + + 0,476 16 RTN 110 _ = = 1,265(Ω) 16 + + 0,476 23 RTN 110 _ = = 1,539(Ω) 23 + + 0,476 RTN_1 = (RTN220_1) // (RTN110_1) = 0,295 (Ω ) RTN_2 = (RTN220_2) // (RTN110_2) = 0,431 (Ω ) RTN_3 = (RTN220_3) // (RTN110_3) = 0,495 (Ω ) Ta thấy giá trị điện trở R TN U 50% 110 =460 Có U d > U 50% MBA kV cần phải tiến hành nối đất bổ sung 2.2.3 Nối đất bổ sung -40- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Trong nối đất bổ sung ta sử dụng dạng nối đất tập trung gồm cọc chân cột thu sét Do việc xác định Z bs lý thuyết lại khó khăn nên ta chọn hình thức nối đất bổ sung sau: Chọn nối đất bổ sung loại thép dẹt có: Chiều dài lT = 12(m) Bề rộng bT = 0,04(m) Dọc theo chiều dài có chơn cọc trịn có: Chiều dài cọc lcọc = 3(m) Đường kính d = 0,04(m) Khoảng cách hai cọc a = 6(m) Độ chơn sâu t = 8(m) Nối đất tính toán cho chống sét nên ta lấy hệ số kmùa sau: Đối với ngang chôn sâu t = 0,8(m); kmùa = 1,2 Đối với cọc dài 3m chôn sâu t = 0,8(m); kmùa = 1,15 Sơ đồ nối đất hệ thống có nối đất bổ sung sau: lT t=0,8m a lcọc Hình 2.4: Sơ đồ nối đất bổ sung Điện trở Công thức sử dụng để tính tốn: RT = ρtt T k l 2T ln 2.π lT t.dT Trong đó: l: chiều dài l = 12(m) -41- (2.23) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP t: độ chôn sâu làm tia t = 0,8(m) ρtt.T: điện trở suất tính tốn đất làm tia chôn độ sâu t ρtt T = ρo k mua = 80.1,2 = 96(Ω.m) d: đường kính làm tia Chọn dẹt có bề rộng b = 0,04(m) nên: d = b = 4.10 −2 = 2.10 −2 ( m) k: hệ số hình dáng lấy k = nối đất tia ngang Vậy điện trở bổ sung là: RT = 96 1.12 ln =11,59(Ω ) 2.π.12 0,8.0,02 Điện trở cọc RC = ρttC 2.π l coc 2.l 4.t '+l coc ln coc + ln d 4.t '−l coc (2.24) Trong : ρttC: điện trở suất đất cọc chôn độ sâu t=0,8(m) ρttC = ρo k mua = 80.1,15 = 92(Ω.m) d: đường kính cọc: t' = d = 0,04m l coc + t = + 0,8 = 2,3( m) 2 Điện trở bổ sung cọc là: RC = 92 2.3 4.2,3 + ) ln 0,04 + ln 4.2,3 − = 26,1(Ω 2.π.3 Điện trở bổ sung Công thức sử dụng để tính tốn: Rbs = RT RC RT ηC n + RC ηT Trong đó: n: số cọc ηT,ηC: hệ số sử dụng cọc Với n=3; lcọc = 3(m); a=6(m); a/l=2 -42- (2.25) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Tra bảng phần phụ lục(trang 82) sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp ta được: ηC=0,87 Tra bảng phần phụ lục(trang 84) sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp ta được: ηT=0,89 Điện trở bổ sung là: Rbs = 11,59.26,1 = 5,65(Ω ) 11,59.0,87.3 + 26,1.0,89 Tổng trở hệ thống có nối đất bổ sung Ta có cơng thức tính tổng trở xung kích có nối đất bổ sung sau Z XHbs (0,τ ds ) = Rbs RNT ( set ) Rbs + RNT ( set ) 2.RNT ( set ) ∞ +∑ k =1 RNT ( set ) Rbs + e − X K τ ds T π cos X K = A+ B (2.26) Trong đó: A= Rbs RNT ( set ) Rbs + RNT ( set ) = 5,65.0,462 = 0,43(Ω ) 5,65 + 0,462 ∞ B=∑ k =1 2.RNT ( set ) RNT ( set ) Rbs + e X K τ ds π T1 cos X K Xét chuỗi số ∞ B=∑ k =1 2.RNT ( set ) RNT ( set ) Rbs + cos X K Tương tự ta xét đến số hạng e -4 với T1 = 70,93μs τds = 5μs Ta tính đến Xk cho: X k2 τ ds ≥4 π T1 X K ≥ 2.π Trong XK nghiệm phương trình: -43- T1 τ ds = 2.π 70,93 = 23,66 e − X K τ ds π T1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP tgX K = − =− RNT ( set ) Rbs X K 0,462 X K = −0,08 X K 5,65 Giải phương trình phương pháp đồ thị xác định nghiệm sau : X1=2,91; X2=5,85; X3= 8,81; X4= 11,81; X5 = 14,84; X6 = 17,89 X7 = 20,96; X8 = 24,04; X9 = 27,14 Hình – 7: Đồ thị xác định nghiệm phương trình tgXk = - 0,08.Xk Ta thấy X7 = 24,04 >23,66 lên ta xét đến X7 Ta có T1 = 70,93(μs); Rbs = 5,65 (Ω); RMVS = 0,462 (Ω) k Xk 2.8874 5.802 8.7573 11.7529 14.7812 17.8359 20.96 -0.96787 0.886447 -0.78539 0.686981 -0.60043 0.528761 -0.51383 1.067503 1.272608 1.621192 2.118903 2.773842 3.576686 3.787517 1.149273 1.354377 1.702962 2.200673 2.855612 3.658456 3.869287 X τ − K ds π T1 0.942135 0.786095 0.577929 0.372478 0.209702 0.102856 0.043241 BK 0.757464 0.536299 0.313575 0.156393 0.067854 0.025978 0.010326 cos(Xk) cos X k RMVS + Rbx cos X k e Bảng 2.3: Bảng tính tốn chuỗi số -44- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP ∞ B=∑ k =1 2.RNT ( set ) RNT ( set ) Rbs + e − X K τ ds π T1 =1,85 cos X K Tổng trở xung kích : Z XK (0, τ ds ) = A + B = 0,43 + 1,85 = 2,28(Ω) Điện áp có dịng điện vào nối đất thời điểm dòng điện sét đạt giá trị cực đại là: U max = I Z XK (0, τ ds ) = 150.2,28 = 342(kV ) Ta thấy U max = 342kV < U 50% MBA = 460kV -45- thoả mãn yêu cầu ... cho trạm biến áp Tính tốn tiếu chống sét đường dây 220kV Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp từ phía đường dây 220 kV CÁC BẢN VẼ - Phạm vi bảo vệ cột thu sét, phương án bảo vệ chống sét. .. cấp chất lượng điện Bảo vệ chống sét trạm biến áp bao gồm phần: + Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp: trạm biến áp bảo vệ dây chống sét (treo thiết bị xà đỡ dây, cái) cột chống sét kiểu Franklin +... Các kết tính tốn nối đất an toàn nối đất chống sét trạm - Phương pháp kết tính tốn tiêu bảo vệ chống sét đường dây - Các kết tính tốn bảo vệ trạm biến áp chống sóng truyền 4- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :