LỜI MỞ ĐẦUHệ thống điện là một hệ thống quan trọng của hệ thống năng lượng của Việt Nam và không thể thiếu được trước sự phát triển công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa Đất Nước. Do nguồn điện thường đặt xa nơi tiêu thụ điện năng nên phải chuyền qua các trạm biến áp tăng hoặc giảm áp. Đối với nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, mà hệ thống điện lại kéo dài từ Bắc vào Nam do đó phải đi qua nhiều vùng có khí hậu khác nhau đặc biệt là những nơi có độ ẩm cao, mật độ giông sét nhiều. Thiệt hại do giống sét gây ra cho ngành điện là rất lớn dẫn đến ảnh hưởng đến sự phát triển ổn định của nền kinh tế quốc dân là rất lớn.Vì vậy chúng ta phải đầu tư vào nghiên cứu, tìm ra những giải pháp để chống sét đánh vào các nhà máy, trạm biến áp, đường dây để giảm đến mức tối thiểu thiệt hại do sét gây ra cho hệ thống lưới điện nhằm giảm bớt thiệt hại cho nền kinh tế. Với yêu cầu như vậy, nên em đã chọn đồ án “Thiết kế bảo vệ chống sét cho đường dây và trạm biến áp 11022kV” nhằm đưa ra phương án tốt nhất để chuẩn bị cho công việc sau này. Bản thiết kế của em bao gồm 5 chương.Chương 1: Tình hình giông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của nó tới lưới điện. Chương 2: Tính toán chống sét cho trạm biến áp 11022kV.Chương 3: Tính toán nối đất cho toàn trạm biến áp 11022kV.Chương 4: Tính toán chỉ tiêu chống sét cho đường dây 110kV.Chương 5: Bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm biến áp.Do thời gian có hạn nên việc thiết kế của em không tránh khỏi những sai sót, em mong được sự góp ý chỉ bảo của các thầy cô bộ môn hệ thống điện.
Đồ án tốt nghiệp LỜI MỞ ĐẦU Hệ thống điện hệ thống quan trọng hệ thống lƣợng Việt Nam thiếu đƣợc trƣớc phát triển công công nghiệp hóa, đại hóa Đất Nƣớc Do nguồn điện thƣờng đặt xa nơi tiêu thụ điện nên phải chuyền qua trạm biến áp tăng giảm áp Đối với nƣớc ta nƣớc có khí hậu nhiệt đới gió mùa, mà hệ thống điện lại kéo dài từ Bắc vào Nam phải qua nhiều vùng có khí hậu khác đặc biệt nơi có độ ẩm cao, mật độ giông sét nhiều Thiệt hại giống sét gây cho ngành điện lớn dẫn đến ảnh hƣởng đến phát triển ổn định kinh tế quốc dân lớn Vì phải đầu tƣ vào nghiên cứu, tìm giải pháp để chống sét đánh vào nhà máy, trạm biến áp, đƣờng dây để giảm đến mức tối thiểu thiệt hại sét gây cho hệ thống lƣới điện nhằm giảm bớt thiệt hại cho kinh tế Với yêu cầu nhƣ vậy, nên em chọn đồ án “Thiết kế bảo vệ chống sét cho đƣờng dây trạm biến áp 110/22kV” nhằm đƣa phƣơng án tốt để chuẩn bị cho công việc sau Bản thiết kế em bao gồm chƣơng Chƣơng 1: Tình hình giông sét Việt Nam ảnh hƣởng tới lƣới điện Chƣơng 2: Tính toán chống sét cho trạm biến áp 110/22kV Chƣơng 3: Tính toán nối đất cho toàn trạm biến áp 110/22kV Chƣơng 4: Tính toán tiêu chống sét cho đƣờng dây 110kV Chƣơng 5: Bảo vệ chống sóng điện áp truyền từ đƣờng dây vào trạm biến áp Do thời gian có hạn nên việc thiết kế em không tránh khỏi sai sót, em mong đƣợc góp ý bảo thầy cô môn hệ thống điện Em xin bày tỏ lòng biết ơn thầy môn hệ thống điện Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy hƣớng dẫn TS Đoàn Đức Tùng giúp đỡ hƣớng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn Bình Định, ngày tháng năm 2015 Sinh viên thực Dƣơng Văn Đông SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG TÌNH HÌNH GIÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA GIÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN Việc nghiên cứu giông sét đƣa biện pháp chống sét có lịch sử lâu dài với phát triển ngành điện Ngày ngƣời ta tìm đƣợc biện pháp, hệ thống thiết bị kỹ thuật cao để đề phòng sét đánh cách hữu hiệu an toàn Tuy nhiên mật độ, thời gian xảy sét đánh dự đoán xác đƣợc trƣớc nên việc nghiên cứu chống sét quan trọng đặc biệt ngành điện 1.1 Tình hình giông sét Việt Nam Theo đề tài KC 03 07 viện lƣợng, năm số ngày sét đánh miền Bắc khoảng 70-100 ngày số lần có giông từ 150-300 lần Vùng có giông sét nhiều miền Bắc khu vực Móng Cái, Tiên Yên (Quảng Ninh) hàng năm có từ 100-110 ngày giông sét, tháng 7 có đến 25 ngày giông sét tháng Một số vùng có địa hình chuyển tiếp vùng núi vùng đồng bằng, số lần giông đến 200 lần/năm, với số ngày đến 100 ngày/năm Nơi giông Quảng Bình, hàng năm có hoảng 80 ngày giông Xét diễn biến mùa giông năm,mùa giông không hoàn toàn đồng vùng Nói chung miền Bắc mùa giông tập trung từ tháng đến tháng 9, miền Tây tập trung khoảng từ tháng đến tháng năm Trên vùng duyên hải Trung Bộ phía Bắc đến Quảng Ngãi khu vực tƣơng đối nhiều giông tháng đến tháng với số ngày giông xấp xỉ 10 ngày/tháng Tháng nhiều tháng từ 12 đến 15 ngày Những ngày từ đầu mùa cuối mùa có đến ngày/tháng Từ Bình Định trở vào khu vực giông thƣờng có tháng với số ngày xấp xỉ 10 ngày (Tuy Hòa: 10 ngày, Nha Trang: ngày, Phan Thiết: 13 ngày), tháng khác mùa đông quan sát từ đến ngày giông sét Ở miền Nam có nhiều giông hàng năm quan sát đƣợc từ 40-50 ngày tùy nơi Khu vực nhiều miền đồng Nam Bộ, số ngày giông sét lên tới 120 đến 140 ngày Mùa giông Nam Bộ từ tháng đến tháng 11 số ngày giông sét SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang Đồ án tốt nghiệp trung bình 10 ngày/tháng từ tháng đến tháng 10 có khoảng 20 ngày giông ( Sài Gòn: 22 ngày, Hà Tiên: 28 ngày) Ở Tây Nguyên mùa giông sét thƣờng có từ tháng 4, tháng Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan sát đƣợc 15 ngày giông Tây Nguyên trung bình số ngày giông từ 10- 12 ngày (Pleiku: 17 ngày, Kon Tum: 14 ngày, Đà Lạt: 10 ngày) tháng khác mùa Đông trung bình có từ đến ngày/tháng Qua số liệu khảo sát ta thấy trung bình giông sét miền Bắc- Trung- Nam, vùng lân cận có mật độ tƣơng đối giống Kết nghiên cứu ngƣời ta lập đƣợc đồ - phân vùng sét Việt Nam (các thông số cho bảng 1-1) Bảng 1.1 Ngày giông Giờ giông Mật độ sét Tháng giông trung bình trung bình trung bình cực đại (ngày/năm) (giờ/năm) (lần/km) 81,1 215,6 6,47 61,6 219,1 6,33 Cao nguyên 47,6 216,21 3,31 5, Ven biển miền 40,0 95,2 3,55 5, 60,1 89,32 5,37 5, Vùng Đồng ven biển miền Bắc Miền núi trung du Bắc Bộ Trung Đồng miền Nam - Từ số liệu ngày giông, số lƣợng đo lƣờng nghiên cứu thực qua giai đoạn tính toán đƣa số liệu dự kiến mật độ phóng điện xuống khu vực (số liệu dự báo bảng 1-2) Bảng 1.2 Số ngày Đồng Trung du Miền trung Ven biển Đồng giông ven biển miền miền núi Cao Nguyên miền Trung miền Nam Bắc Bắc Bộ SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang Đồ án tốt nghiệp 20 ÷40 2,43 ÷4,68 2,1 ÷4,2 1,2 ÷2,4 1,22 ÷2,44 1,26 ÷2,52 40 ÷60 4,68 ÷7,92 4,2 ÷6,3 2,4 ÷3,6 2,44 ÷3,65 2,52 ÷3,78 60 ÷80 7,92 ÷9,82 6,3 ÷8,4 3,6 ÷4,8 3,65 ÷4,87 3,78 ÷5,06 80 ÷100 9,82 ÷12,15 8,4 ÷10,5 4,8 ÷6,0 4,87 ÷6,09 5,06 ÷6,3 100 ÷120 12,15 ÷14,58 10,5 ÷12,6 6,0 ÷7,2 6,09 ÷7,31 6,3 ÷7,76 1.2 Sự ảnh hƣởng giông sét đến hệ thống điện Ở Việt Nam, khuôn khổ đề tài cấp nhà nƣớc KC 03 07 lắp đặt thiết bị ghi sét ghi tổng hợp đƣờng dây tải điện nhiều năm liên tục, kết thu thập tình hình cố lƣới điện 220kV miền Bắc từ năm 1987 đến năm 1992 đƣợc ghi lại bảng 1-3 Trong tổng hợp cố vĩnh cửu đƣờng dây không 220kV Phả Lại - Hà Đông, nguyên nhân sét 8/11 chiếm 72,7% Sở dĩ lấy kết cố đƣờng dây Phả Lại- Hà Đông làm kết chung cho cố lƣới điện miền Bắc đƣờng dây quan miền Bắc cố đƣờng dây nảy ảnh hƣởng lớn đến tính hình truyền tải điện lƣới điện Ngoài theo đề tài nghiên cứu khoa học - nghiên cứu giải pháp kỹ thuật hoàn thiện hệ thống chống sét bảo vệ lƣới điện trung áp Viện Năng Lƣợng tập trung thống kê, phân biệt tình hình cố lƣới điện 35 đến 110kV miền Bắc nói riêng lƣới điện quốc gia nói chung từ năm 1976 đến năm 1982 Bảng 1.3 : Năm Dƣới 220 kV Đƣờng dây Phả Lại- Hà Đông Tổng số Vĩnh cửu Tổng số Vĩnh cửu Do sét 1987 2 1 1988 5 1989 24 1990 25 1 1991 30 1 1992 19 4 Tổng số 105 16 22 11 SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang Đồ án tốt nghiệp - Từ thống kê cho ta thấy : Tổng cố sét gây đƣờng dây trung áp lớn tổng số đƣờng dây cao áp, tác hại mang lại hệ thống điện lớn, số lần cố lƣới điện 35kV chiếm tỷ lệ lớn đến 45% Bảng 1.4 : Năm theo dõi 1979 1980 1981 1982 Cấp điện áp kV Tổng chiều dài Suất cố đƣờng dây (km) (lần/100km) Tổng số Do sét 110 1050 8,5 1,85 35 3400 11,5 6,00 110 1100 6,8 1,46 35 3400 10,7 5,40 110 1150 5,6 2,50 35 3800 7,7 1,20 110 3300 6,9 2,50 35 11200 10,8 5,10 Kết luận : Qua nghiên cứu tình hình giông sét Việt Nam thiệt hại sét gây cho lƣới điện lớn nên việc đảm bảo chống sét cho đƣờng dây trạm biến áp cần thiết nhằm giảm thấp cố cắt điện đƣờng dây Vì việc đầu tƣ nghiên cứu chống sét quan trọng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện vận hành lƣới điện quốc gia Ở vùng có lãnh thổ khác nhau, điều kiện khí hậu khác trang thiết bị kỹ thuật khác nên đặc điểm giông sét, tính chất mức độ tác hại giông sét gây khác Vì vậy, việc tiếp thu kết nghiên cứu thông số giông sét đặc tính hoạt động giông sét vùng, khu vực để có biện pháp chống sét hiệu thích hợp SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV Trong hệ thống điện (HTĐ), trạm biến áp (TBA) đóng vai trò quan trọng Nó định lớn độ tin cậy cung cấp điện toàn hệ thống điện yếu tố quan trọng dẫn đến ổn định Hệ Thống Điện nhiều yếu tố sóng sét điện áp truyền vào Trạm Biến Áp từ đƣờng dây sét đánh trực tiếp vào trạm Qua thống kê, ngƣời ta thấy số lần cố Hệ Thống Điện bị sét đánh chiếm tỷ lệ lớn so với trƣờng hợp khác Vì việc tính toán bảo vệ Trạm Biến Áp sét đánh để hạ đến mức tối thiểu nhiệm vụ quan trọng cần thiết Khi bị sét đánh vào trạm, thiết bị điện bị hƣ hỏng dẫn đến việc cung cấp điện bị ngƣng toàn bộ, đồng thời làm ảnh hƣởng trực tiếp đến trình sản xuất điện ảnh hƣởng đến ngành kinh tế khác Để đảm bảo chống sét đánh trực tiếp vào trạm cần dùng cột thu sét dây thu sét Các cột thu sét đƣợc đặt độc lập điều kiện cho phép ta vận dụng chiều cao cột, xà cột đèn chiếu sáng Riêng cột độc lập thƣờng tốn kinh tế nên dùng tận dụng đƣợc chiều cao cột, xà Nếu đặt cột thu sét kết cấu trạm phân phối trời dùng dây chống sét để bảo vệ cho đoạn dây dẫn nối từ xà cuối trạm đến cột đƣờng dây chúng nối đất chung với hệ thống nối đất chung trạm độ tăng lớn nhỏ tùy thuộc vào thông số dòng điện sét điện trở nối đất xung kích hệ thống Khi điện áp vƣợt giới hạn cho phép gây nên nguy hiểm cho thiết bị điện, điều kiện cho phép đƣợc đặt cột thu sét công trình trạm dây chống sét trạm Khi thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp yêu cầu kỹ thuật cần phải ý đến vấn đề kinh tế vấn đề mỹ thuật 2.1 Các yêu cầu kỹ thuật Tất thiết bị cần bảo vệ phải đƣợc nằm trọn phạm vi bảo vệ an toàn hệ thống bảo vệ Với mục đích giảm vốn đầu tƣ thiết kế bảo vệ chống sét đánh vào trạm biến áp trời, ngƣời ta thƣờng bố trí cột độ cao có sẵn nhƣ cột, xà… SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang Đồ án tốt nghiệp trạm biến áp 110/22kV có mức cách điện cao nên cột thu sét đặt trực tiếp kết cấu trạm Các trụ kết cấu có đặt cột thu sét phải ngắn cho dòng điện sét (Is) khuyếch tán vào đất theo ÷ hệ thống nối đất Đối với trạm 22kV bố trí cột thu sét trực tiếp xà phải tăng cƣờng độ cách điện đến cấp 110kV, có tổn thất kinh tế Khi dùng cột thu sét độc lập phải ý đến khoảng cách cột thu sét tới phận trạm để tránh khả phóng điện từ cột đến thiết bị bảo vệ Khi dùng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu sét phải cho dây dẫn điện đến bảng đèn vào ống chì chôn dƣới đất Để đảm bảo cho giới chống ăn mòn kim loại cần phải theo quy định loại vật liệu, tiết diện dây dùng mặt đất dƣới đất Nơi yếu trạm phân phối 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 vào hệ thống nối đất cột thu sét vỏ máy biến áp theo đƣờng điện phải lớn 15m Khi bố trí cột thu sét xà trạm phân phối 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 khuyếch tán không đƣợc 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 đƣợc bảo vệ Việc lắp đặt cột thu sét làm tăng xác suất sét đánh vào diện tích công 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 đế đảm bảo tính on định nhiệt có dòng điện sét chạy qua Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi dây dẫn điện đến đèn phải cho vào ống chì chèn vào 2.2 Phạm vi bảo vệ hệ thống thu sét Cột thu sét thiết bị tránh sét mà ngƣợc lại dùng để thu sét phía cách sử dụng mũi nhọn nhân tạo sau dẫn dòng điện sét xuống đất Sử dụng cột thu sét với mục đích để sét đánh xác vào điểm định sẵn mặt SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang Đồ án tốt nghiệp đất vào điểm công trình Cột thu sét tạo khoảng không 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 đƣợc giới hạn mặt hình chóp tròn xoay có đƣờng kính xác định phƣơng trình rx 1,6 (h hx ) hx 1 h Trong : h - độ cao cột thu sét hx - độ cao cần bảo vệ = h – hx - độ cao hiệu dụng cột thu sét rx - bán kính phạm vi bảo vệ Để dễ dàng thuận lợi tính toán thiết kế thƣờng dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn giản hóa đƣờng sinh hình chóp dạng gẫy khúc nhƣ hình sau: Bán kính đƣợc tính toán theo công thức sau: hx ) 0,8h hx ) h Nếu hx h rx 1,5.h p(1 Nếu hx h rx 0,75.h p(1 Các công thức với cột thu sét cao dƣới 30m Hiệu cột thu sét cao SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang Đồ án tốt nghiệp 30m giảm độ cao định hƣớng sét số Có thể dừng công thức để tính toán phạm vi bảo vệ nhƣng phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh p 5,5 h hoành độ lấy giá trị 0,75 hp 1,5 hp b Phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột thu sét Phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột thu sét lớn tổng phạm vi bảo vệ cột đơn cộng lại Nhƣng để cột thu sét phối hợp đƣợc khoảng cách a hai cột phải thỏa mãn a ≤ 7h (trong h độ cao cột thu sét) Phần bên khoảng cách hai cột có phạm vi bảo vệ giống nhƣ cột Phần bên đƣợc giới hạn vòng cung qua điểm: đỉnh cột điểm có độ cao h0 – độ cao lớn hai cột đƣợc bảo vệ xác định theo công thức: h0 h a 7p Khoảng cách nhỏ từ biên phạm vi bảo vệ tới đƣờng nối hai chân cột r0 đƣợc xác định nhƣ sau: hx ) 0,8h0 hx ) h0 Nếu hx h0 r0 x 1,5.h0 p.(1 Nếu hx h0 r0 x 0,75.h0 p.(1 Khi độ cao cột thu sét vƣợt 30m có hiệu chỉnh hệ số p 5,5 h hoành độ lấy giá trị 0,75hp 1,5hp ; h0 tính theo công thức: h0 h SVTH: Dƣơng Văn Đông ; a 7p Trang Đồ án tốt nghiệp c Pham vi bảo vệ hai côt thu sét có đô cao khác - Trƣờng hợp hai cột thu sét có độ cao h1 h2 khác việc xác định phạm vi bảo vệ đƣợc xác định nhƣ sau: Vẽ phạm vi bảo vệ cột thấp (cột 1) cột cao (cột 2) riêng rẽ Qua đỉnh cột thấp (cột 1) vẽ đƣờng thẳng ngang gặp đƣờng sinh phạm vi bảo vệ cột cao điểm điểm đƣợc xem đỉnh cột thu sét giả định Cột 1và cột hình thành đôi cột có độ cao (hi) với khoảng cách a Bằng cách giả sử vị trí X có đặt cột thu lôi có độ cao hi Điểm đƣợc xem nhƣ đỉnh cột thu sét giả định Ta xác định đƣợc khoảng cách hai cột có độ cao hi a X nhƣ sau: Khi hai cột có độ cao khác ta có khoảng cách hai cột đƣợc xác định: a' = a – 1,5.h.p.(1- hx ) 0,8.h Lúc ta có chiều cao cột giả định h3 chiều cao h1, a' khoảng cách h1 h3 a' Chiều cao h : h h 7p ' ' Nếu hx ' ) h0 hx ro' 1,5.h0' p.(1 0,8.h0' Nếu h ' h0 hx ro' 0,75.h0' p.(1 x' ) h0 SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang 10 Đồ án tốt nghiệp hạn nguy hiểm sóng sét truyền vào trạm, vƣợt trị số xảy phóng điện thiết bị trạm Do trạm đƣợc bảo vệ với mức độ an toàn cao nên xét độ bền cách điện thiết bị không kể đến hiệu ứng tích lũy đặc tính cách điện đƣợc lấy với điện áp xung kích Thƣờng sóng điện áp xuất cách điện có độ dài sóng lớn, biên độ điện áp dƣ chống sét van xếp chồng với điện áp nhảy vọt dao động Vì phải lấy điện áp thí nghiệm phóng điện xung kích với sóng cắt toàn sóng so sánh với toàn đƣờng cong sóng điện áp 5.2 Phƣơng pháp tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm Việc tính toán điện áp sóng truyền vào trạm đƣợc thực mô hình tính toán trực tiếp nhờ quy tắc Petersen nguyên lý sóng đẳng trị Dùng phƣơng pháp mô hình cho phép xác định đƣợc đƣờng cong tính toán nguy hiểm cho trạm có kết cấu phức tạp Nó giải đƣợc vấn đề bảo vệ trạm cách xác nhanh chóng Phƣơng pháp tính toán trực tiếp phức tạp phƣơng pháp mô hình dùng trạm có kết cấu đơn giản Cơ sở phƣơng pháp tính toán trực tiếp lập sơ đồ thay thế, dựa quy tắc sóng đẳng trị, sử dụng sơ đồ Petersen phƣơng pháp lập bảng sóng tới để lần lƣợt tính toán trị số điện áp nút Trên sở coi có sóng tới truyền đến nút nút có sóng phản xạ sóng khúc xạ Vì sóng truyền vào trạm từ khoảng cách không lớn nút nên coi trình truyền sóng trình không biến dạng Do sóng không biến dạng truyền với vận tốc không đổi V đƣờng dây nên: có sóng truyền từ nút m tới nút x, m sóng có dạng Umx(t) tới x sóng có dạng ' U mx U mx (t t ) với t l v SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang 97 Đồ án tốt nghiệp Uxm Umx x m l Hình 5.2a Sơ đồ truyền sóng hai nút Từ ta nhận thấy sóng tới điểm x có biên độ sóng tới điểm m nhƣng chậm sau so với m khoảng thời gian t Theo quy tắc Petersen: sóng truyền đƣờng dây có tổng trở sóng Z m đến tổng trở tập trung Zx cuối đƣờng dây sóng phản xạ khúc xạ đƣợc tính nhờ sơ đồ tƣơng đƣơng với thông số tập trung nhƣ hình: U(t) Z®t Z®t Ux Zx Ux 2.U®t Hình 5.2b : Sơ đồ thay Petersen Với sơ đồ sóng khúc xạ Ux đƣợc tính nhƣ phần tử Zx sóng phản xạ là: Umx= Ux– Ut Trong đó: Ut – sóng tới Umx – sóng từ nút m tới nút x + Nếu Zm Zx thông số tuyến tính Ut hàm thời gian có ảnh hƣởng phức tạp toán tử, ta tìm Ux phƣơng pháp phức tạp phƣơng pháp toán tử + Nếu Zx điện dung tập trung Ut có dạng đƣờng cong Ux đƣợc xác định phƣơng pháp giải gần (nhƣ phƣơng pháp tiếp tuyến) + Nếu Zx điện trở phi tuyến (nhƣ chống sét van) U x đƣợc xác định phƣơng pháp đồ thị Trƣờng hợp nút x có nhiều đƣờng dây đến lập sơ đồ Petersen dựa quy tắc sóng đẳng trị SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang 98 Zx Đồ án tốt nghiệp Quy tắc sóng đẳng trị: có nhiều đƣờng dây nối vào nút nhƣ 5.2c cá đƣờng dây có tổng trở sóng Z1; Z2… dọc theo chúng có dạng sóng U1x; U2x… truyền phía điểm nút x Giả thiết phần tử không phát sinh hổ cảm quy ƣớc chiều dòng phía điểm x chiều dƣơng ta có phƣơng trình : Ux = U1x+ Ux1 = U2x + Ux2 =…= Uax + Uxa U3x U2x Ukx Ux3 Umx Uxk Uxm Ux2 U1x Unx x Ux1 Uxn Zx Hình 5.2c Sơ đồ nút có nhiều đƣờng dây nối vào Với Umx = Zm.imx Uxm= - Zm.imx Từ ta có: ix = U mx U xm n Z m m1 m 1 Z m n U mx U x U mx Z Zm x n U n U n U mx x mx U x m 1 Z x m 1 Z m m 1 Z x m 1 Z m n ix =2 Chia hai vế phƣơng trình cho n Z m 1 ta đƣợc: Ux = 2.Uđt - ix.Zđt m Từ biểu thức ta rút đƣợc quy tắc Petersen: để tính toán trị số điện áp dòng điện điểm nút ta thay tham số phân bố tham số tập trung tạo thành mạch vòng bao gồm tổng trở Zđt Zx ghếp nối tiếp với nguồn E(t)=2.Uđt(t) có trị số tổng trở sóng khúc xạ điểm nút với giả thiết Zx = SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang 99 Đồ án tốt nghiệp U(t) Z®t Z®t Ux Zx 2.U®t Ux Zx Hình 5.2d Sơ đồ xác định điện áp phân tử Zx cuối đƣờng dây 5.3 Lập sơ đồ thay tính toán sóng truyền vào trạm biến áp 5.3.1 Sơ đồ thay tính toán Sơ đồ nối điện trạm phía 110kV Các thiết bị cần đƣợc bảo vệ: Máy biến áp; góp; chống sét van; máy cắt Sơ đồ xuất phát thƣờng phức tạp để trình tính toán không phức tạp ta cần có đơn giản hóa hợp lý Dựa vào sơ đồ đầy đủ phân tích sơ tìm trạng thái SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang 100 Đồ án tốt nghiệp bất lợi Thƣờng trạng thái vận hành mà thiết bị cần bảo vệ (máy biến áp, máy cắt…) xa chống sét van, trình lan truyền sóng đƣờng dây qua nút có điện dung tập trung nhiều đƣờng dây rẽ nhánh Với sơ đồ trạm cho ta có sơ đồ nhƣ hình: - Sơ đồ thay trạng thái sóng nguy hiểm Sơ đồ thay đƣợc lập nhƣ sau Dựa vào trạng thái sóng nguy hiểm lập sơ đồ trạng thái trạng thái sóng nguy hiểm Trong sơ đồ đƣờng dây góp đƣợc thay mạch gồm nhiều chuỗi phần tử hình điện cảm điện dung đƣợc lấy theo tổng trở sóng tốc độ truyền sóng chúng Trong tính toán thƣờng lấy gần tổng trở sóng Z = 400Ω cho đƣờng dây góp Tốc độ truyền sóng lấy v = 300m/s Các thiết bị khác đƣợc thay điện dung tập trung tƣơng đƣơng Sơ đồ thay nhƣ sau Điện dung giá trị sơ đồ nhƣ sau: Máy biến áp: CMBA= 1500pF Dao cách ly: CDCL= 60pF Máy cắt: CMC=500pF Biến điện áp: CBU= 300pF Thanh góp: CTG= CTG0.l (với l=30m) SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang 101 Đồ án tốt nghiệp CTG 1 8,33( pF ) z.v 400.300 CTG= 30.8,33=249,9(pF) Các giá trị đƣợc tra tài liệu hƣớng dẫn thiết kế tốt nghiệp Kỹ Thuật Điện Cao áp tác giả Nguyễn Thị Minh Chƣớc Sơ đồ trạng thái rút gọn điểm nhƣ sau: + Điểm 1: điểm đặt chống sét van + Điểm 2: điểm đặt góp + Điểm 3: điểm đặt chống sét van + Điểm 4: điểm đặt máy biến áp Từ sơ đồ ta có khoảng cách điểm nhƣ sau: Khoảng cách điểm 2: L = 25m Khoảng cách điểm 3: L = 23m Khoảng cách điểm 4: L = 22m Sơ đồ trạng thái sóng nguy hiểm sau đƣợc rút gọn: Trong đó: C1= CBU+CCL1+ CMC+ CCL2+ CTG+ CCL3= 300+60+500+60+249,9+60=1229,9(pF) 5.3.2 Tính toán điện áp nút a Thiết lập phương pháp tính điện áp với tất nút sơ đồ rút gọn: Thời gian truyền sóng nút: - Thời gian truyền sóng nút 1-2: t12 L12 25 0,083( s) v 300 - Thời gian truyền sóng nút 2-3: t 23 L23 23 0,077( s) v 300 Thời gian truyền sóng nút 3-4: t 34 L34 22 0,073( s) v 300 Ta chọn t = 0,005(s) SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang 102 Đồ án tốt nghiệp Để thuận lợi cho việc tính toán điện áp nút ta lấy thời điểm sóng tới nút làm gốc thời gian Vì theo đƣờng truyền sóng, gốc thời gian nút sau chậm nút trƣớc khoảng thời gian thời gian truyền từ nút trƣớc t (1) t (s) t ( 2) t (1) t12 t 0,083( s) t (3) t ( 2) (t12 t 23 ) t (0,083 0,077) t 0,16( s) t ( 4) t (3) (t12 t 23 t 34 ) t (0,083 0,077 0,073) t 0,233( s) Nút 1: Là nút có hai đƣờng dây tới với tổng trở sóng Z=400Ω Tổng trở tập trung điện trở phi tuyến chống sét van nên ta có: Ta có: Z đt Z 400 200() 2 2.Z đt 2.200 1 Z 400 n ' ' 2.U đt m1.U m' U 01 U 21 m 2.U đt I csv Z đt U csv 0.025 Với U vsc 295.I cvs - Khi t < 2.t12 = 2.0,083 = 0,166 (s) ( gốc thời gian nút 1) ' ' nên 2U đt U 01 Thì U 21 - Khi t > 2.t12 = 2.0,083 = 0,166 (s) ( gốc thời gian nút 1) ' ' ' nên: 2.U đt U 01 Thì U 21 U 21 SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang 103 Đồ án tốt nghiệp Để tính đƣợc 2.Uđt thời gian ta phải quan tâm tới nút Ta tạm dừng tính nút tính nút khoảng thời gian 2.t12 Sau tính đƣợc điện áp nút ta quay trở lại tính điện áp nút ' U 21 U 21(t 0,083) ' U 21 U U 21 Do tổng trở tập trung điện trở phi tuyến nên ta sử dụng phƣơng pháp đồ thị Nút 2: Là nút có hai đƣờng dây tới với tổng trở sóng Z = 400Ω Tổng trở tập trung điện dung C1 Ta có sơ đồ Ta có: Z đt Z 400 200() 2 2.Z đt 2.200 1 Z 400 n ' 2.U đt m U m' U 12' U 32 m - Khi t < t23 = 2.0,077 = 0,154 (s) (gốc thời gian nút 2) t < 2.t23 + 0,083 = 0,154+0,083 = 0,237(s) (gốc thời gian nút 1) U 32' nên: 2.U đt U 12' U 12' U 12 (t 0,083) ' U 12 U U 21 Khi t > t23 = 2.0,077 = 0,154 (s) ( gốc thời gian nút 2) t > 2.t23 + 0,083 = 0,154 + 0,083 = 0,237 (s) (gốc thời gian nút 1) SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang 104 Đồ án tốt nghiệp ' U 32' 2.U đt U12' U 32 Để tính đƣợc 2.Uđt thời gian ta phải quan tâm tới nút Ta tạm dừng tính nút tính nút Sau tính đƣợc điện áp nút ta quay trở lại tính điện áp nút ' U 32 U 32 (t t 23 ) ' U 32 U 32 (t 0,077) ' U 32 U U 23 Do tổng trở tập trung nút điện dung C1 = 1229,9pF Nên theo phƣơng pháp tiếp tuyến ta có: Tc1 Z đt C1 200.1229,9 245980( pF ) 0,25(F ) U Ta có: t 0,005 (2U đt U (t )) (2U đt U (t )) 0,02.(2U đt U (t )) Tc1 0,25 U (t t ) U (t ) U Với U2(0) = (gốc thời gian nút 2) Nút 3: Là nút có hai đƣờng dây tới với tổng trở sóng Z =400Ω Tổng trở tập trung điện trở phi tuyến chống sét van Ta có hình: Z 400 200() 2 2.Z đt 2.200 1 Z 400 Z đt n ' ' 2.U đt m3 U m' U 23 U 43 m SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang 105 Đồ án tốt nghiệp 0, 025 ( với U csv 295.I csv ) Ta có : 2.Uđt = Icsv.Zđt + Ucsv Khi t < t34 = 2.0,073 = 0,146() (gốc thời gian nút 3) t < 2.t34 + 0,16 = 0,146 + 0,16 = 0,306 (s) ( gốc thời gian nút 1) ' 2.U đt U 23 ' ' U 43 nên U 23 U 23 (t 0,077) ' U 23 U U 32 - Khi t > 0,077s (gốc thời gian nút 3) t > 0,306s (gốc thời gian nút 1) ' ' ' U 43 nên 2U đt U 23 U 43 Để tính đƣợc 2.Uđt thời gian ta phải quan tâm tới nút Ta tạm dừng tính nút tính nút Sau tính đƣợc điện áp nút ta quay lại tính điện áp nút ' U 43 U 43 (t 0,073) ' U 43 U U 34 Do tổng trở tập trung nút phần tử phi tuyến nên ta sử dụng phƣơng pháp đồ thị để Từ 2.Uđt ta tìm đƣợc U3 Nút 4: Là nút có đƣờng dây tới với tổng trở sóng Z = 400Ω Tổng trở tập trung điện dung C Ta có sơ đồ: Z đt Z 400() 2.Z đt 2.400 2 Z 400 ' 2.U đt m4 U m' 2.U 34 SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang 106 Đồ án tốt nghiệp ' U 34 U 34 (t t 34 ) U 34 (t 0,015) ' U 34 U U 43 Do tổng trở tập trung nút điện dung C2 = 1500pF Nên ta sử dụng phƣơng pháp tiếp tuyến ta có: Tc2 Z đt C 400.1500 600000( pF ) 0,6( s) U t 0,005 (2U đt U (t )) (2U đt U (t )) 0,008.(2.U đt U (t )) Tc2 0,6 U 4(t t ) U (t ) U Với U4(0) = (gốc thời gian nút 4) b Các đặc tính cách điện nút cần bảo vệ Với trạm cần bảo vệ ta tiến hành tính toán với dạng sóng xiên góc có biên độ điện áp U50% cách điện đƣờng dây Ta có phƣơng trình dạng sóng nhƣ sau 300.t (kV ) t đs U 465(kV ) t đs Trong đó: a: độ dốc đầu sóng (kV/s) U50%: điện áp phóng điện U50% đƣờng dây Với đƣờng dây 110kV ta có U50% = 465kV Ta lần lƣợt tiến hành với sóng có độ dốc khác Chọn tính toán với a= 300(kV/s) Sau xác định đƣợc điện áp nút 3, thời điểm từ t12 đến t12 + t24 ta xác định đƣợc tất sóng phản xạ tất nút cho thời điểm từ lúc xác định lần lƣợt điện áp tất nút theo thời gian - Từ tính toán ta tính đƣợc điện áp dòng điện chống sét van Từ kết tính đƣợc ta vẽ đồ thị điện áp dòng điện chống sét van Cũng từ ta kiểm tra đƣợc chống sét van có bị phá hỏng dòng điện hay không (dòng qua chống sét van không đƣợc 10kA) Kết ta tính với sóng sét có thông số có dạng sau: SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang 107 Đồ án tốt nghiệp Đồ thị điện áp U1: Đồ thị điện áp nút 2: 600 500 400 300 200 100 -100 SVTH: Dƣơng Văn Đông 0.5 1.5 Trang 108 Đồ án tốt nghiệp Đồ thị điện áp nút 3: Đồ thị chống sét van: 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.10.00 0.50 1.00 1.50 Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy sóng sét có thông số biên độ U=465kV độ dốc đầu sóng a=300kV/s truyền vào trạm trạm đảm bảo an toàn SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang 109 Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu đồng thời có giúp đỡ nhiệt tình thầy hƣớng dẫn, em hoàn thành đồ án theo thời gian quy định Thông qua đồ án giúp em hệ thống lại kiến thức học, đồng thời giúp em tìm hiểu thêm số kiến thức Đặc biệt giúp em hiểu sâu mức độ quan trọng hệ thống chống sét trạm nhằm đảm bảo an toàn trạm biến áp Trong đồ án đƣợc giúp đỡ bạn bè, thầy cô tìm hiểu mình, em làm biết đƣợc phần nhƣ sau : Tình hình giông sét Việt Nam ảnh hƣởng tới lƣới điện Tính toán chống sét cho trạm biến áp 110/22kV Tính toán nối đất cho toàn trạm biến áp 110/22kV Tính toán tiêu chống sét cho đƣờng dây 110kV Bảo vệ chống sóng điện áp truyền từ đƣờng dây vào trạm biến áp Nó tảng để em phát triển phục vụ chống sét đảm bảo an toàn cho tòa nhà cao tầng, công trình cao, trạm biến áp… Tuy cố gắng nghiên cứu tìm hiểu nhƣng nhiều hạn chế, lần làm nhiệm vụ nghiên cứu hạn chế thân nhƣ thời gian Cuốn đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong có đƣợc bảo góp ý thầy cô để đồ án tốt nghiệp em đƣợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy hƣớng dẫn TS Đoàn Đức Tùng thầy cô môn Hệ Thống Điện tận tình hƣớng dẫn em suốt thời gian vừa qua để em hoàn thành đồ án SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang 110 Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Nguyễn Thị Minh Chƣớc Hướng dẫn thiết kế đồ án tốt nghiệp Kỹ Thuật Điện Cao Áp – Nhà xuất : Xƣởng in giao thông Hồ Văn Nhật Chƣơng Bài tập Kỹ Thuật Điện Cao Áp – Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh – Trƣờng Đại Học Bách Khoa PGS.TS Võ Viết Đạn – Giáo trình Kỹ Thuật ĐIện Cao Áp – Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viễn Sum – Chống Sét Cho Nhà Máy Các Công Trình – Nhà xuất bả : Khoa Học - Kỹ Thuật Ths Ngô Minh Khoa – Bài giảng an toàn điện – Đại Học Quy Nhơn – Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang 111 [...]... a – hệ số phụ thuộc trị số dòng điện sét chọn trong tính toán với Imax=150kA thì a=0,5 RXK – trị số điện trở tản xung kích của dòng điện sét đi qua bộ phận nối đất Sđ= 0,5.RXK 2.4 Trình tự tính toán chống sét đánh trực tiếp - Bố trí các cột thu sét - Xác định chiều cao hiệu dụng của cột : tìm đƣờng kính D của đƣờng tròn ngoại tiếp đa giác đi qua đỉnh thu cột sét sao cho diện tích đa giác đo bảo vệ... độ cao L của cột thu sét h hx ha - Kiểm tra khả năng bảo vệ đối với vật nằm ngoài phạm vi cột thu sét bảo vệ : + Tính bán kính bảo vệ của một cột thu sét SVTH: Dƣơng Văn Đông Trang 12 Đồ án tốt nghiệp + Tính bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét và tính bán kính rx mà h0 0 bảo vệ đƣợc + Vẽ khu vực bảo vệ theo kích thƣớc tính đƣợc - Kiểm ttra lại toàn bộ bản vẽ thiết kế nếu có độ cao xà... nếu có độ cao xà nào đó mà cần bảo vệ còn nằm ngoài bán kính bảo vệ rx thì cần phải xét lại thiết kế : tăng độ cao cột hoặc bố trí thếm 0 cột sao cho các độ cao cần đƣợc bảo vệ phải nằm trong phạm vi bảo vệ của các cột thu sét 2.5 Phƣơng án bố trí cột 2.5.1: Phƣơng án 1 Bố trí 11 cột sét trong đó có 6 cột thu sét đặt trên đầu của xà đƣờng dây còn 5 cột dựng độc lập a Xét các cặp cột : *.Các cặp cột...Đồ án tốt nghiệp d Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột thu sét ( số cột >2 ) Để bảo vệ đƣợc một diện tích giới hạn bởi một đá giác thì độ cao tác dụng của một cột thu sét phải thỏa mãn : ha D 8 Trong đó : D là đƣờng kính vòng tròng ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột ha h hx : độ cao hiệu dụng của cột thu sét Nhóm cột tam giác có 3 cạnh là a, b, c ta có: D 2R a.b.c 4 p.( p... p.( p l56 ).( p l57 ).( p l67 ) 2 63,5.(63,5 57).(63,5 35).(63,5 35) h D 60,3 7,5(m) 8 8 Với hx=11m cho nên chiều cao của các cột là 11+7,5=18,5(m) Từ kết quả ta tính đƣợc ở trên ta chọn chiều cao các cột chống sét phía là 22m Xét các cột phía 22kV : * Các cặp cột 7-8-9 : Ta có : l7-8=50m ; l7-9=40m ; l8-9= 50m 1 1 p (l78 l79 l89 ) (50 40 50) 70(m) 2 2 D h' (l... p l 7 9 ).( p l910 ) 50.40.50 2 70.(70 50).(70 40).(70 50) 36,8(m) D 36,8 4,6(m) 8 8 Với hx=11m cho nên chiều cao của các cột là 9+4,6=13,5(m) Vậy từ kết quả ta tính đƣợc ở trên ta chọn chiều cao các cột chống sét phía 7-8-9-10 là 16m b Xét các cặp cột bao quanh trụ : * Xét các cặp cột có chiều cao h=22m Xét cặp 1-2 : Vì 2 2 h 22 14,7m hx 11m 3 3 Ta có phạm vi bảo vệ của... phạm vi bảo vệ của các cột có độ cao là 16m : Vì 2 ' h 10,7m hx' 7,5m 3 rx 1,5h p.(1 ' h x' 0,8h' ) 1,5.16.1.(1 7,5 ) 9,94(m) 0,8.16 Hai cột thu sét có độ cao khác nhau nên tạo ra một cột thu sét có độ cao h’’=16m cách cột thu sét một khoảng : a' 50 1,5.22.1.(1 16 ) 47m 0,8.22 Lúc này ta có độ cao của h0' nằm giữa cột h’’ và h’ là : h0' h' a' 47 16 9,3m 7 7 Với hx' ... phạm vi bảo vệ của các cột có độ cao là 16m : Vì 2 ' h 10,7m hx 7,5m 3 rx10 1,5h' p.(1 hx' 7,5 ) 1,5.16.1.(1 ) 9,94(m) ' 0,8h 0,8.16 Hai cột thu sét có độ cao khác nhau nên tạo ra một cột thu sét có độ cao h’’=16m cách cột thu sét một khoảng : a' 50 1,5.22.1.(1 16 ) 47m 0,8.22 Lúc này ta có độ cao của h0' nằm giữa cột h’’ và h’ là : h0' h' a' 47 16 9,3m 7 7 Với hx' ... phạm vi bảo vệ của các cột có độ cao là 16m : Vì 2 ' h 10,7m hx' 7,5m 3 hx' 7,5 rx9 1,5h p.(1 ) 1,5.16.1.(1 ) 9,94(m) ' 0,8h 0,8.16 ' Hai cột thu sét có độ cao khác nhau nên tạo ra một cột thu sét có độ cao h’’=16m cách cột thu sét một khoảng : a' 40 1,5.22.1.(1 16 ) 37m 0,8.22 Lúc này ta có độ cao của h0' nằm giữa cột h’’ và h’ là : h0' h' a' 37 16 10,7m 7 7 Với hx' ... l57 ).( p l67 ) 57.37.37 58,0(m) 2 65,5.(65,5 57).(65,5 37).(65,5 37) D 58,0 7,3(m) 8 8 Với hx=11m cho nên chiều cao của các cột là 11+7,3=18,3(m) Từ kết quả ta tính đƣợc ở trên ta chọn chiều cao các cột chống sét phía 1-2-3-4-56-11-13 là 22m Xét các cột phía 22kV : * Các cặp cột 7-8-9 : Ta có : l7-8=49m ; l7-9=39m ; l8-9= 35m 1 1 p (l78 l79 l89 ) (49 39 35) 61,5(m)