Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp

Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Phần I : Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp nối đất Họ tên Lớp Số thứ tự sinh viên : Trần Quốc Anh : HTĐ3_K47 :1 PHN 1: Bo v chng sột ỏnh trc tip v ni t A.Thit k h thng bo v chng sột ỏnh trc tip cho trm bin ỏp B.Tớnh toỏn ni t an ton v ni t chng sột ca trm m bo tiờu chun ni t an ton v yờu cu chng sột cú dũng in sột 150kA, dc 50kA/ s PHN 2: Bo v chng song quỏ in ỏp lan truyn Tớnh in ỏp ti cỏc im nỳt ca trm bin ỏp cú song quỏ in ỏp lan truyn t ng dõy ti.Súng ti dng xiờn gúc biờn U50% , dc a, chng sột cp in ỏp tng ng Trạm biến áp Cấp điện áp Số ngăn lộ Kích thớc ngăn lộ Độ cao cần bảo vệ Sơ đồ nối điện Đờng Khoảng cách TGMBA Điện trở suất đất 220/110kV 17m cấp điện áp 220kV 9m cấp điện áp 110kV 17m cấp điện áp 220kV 11m cấp điện áp 110kV góp Rộng m 35 m 65+0,1*N=65+0,1*1=65,1 m MặT BằNG Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp MBA 10 12 11 13 PHN 1: BO V CHNG SẫT NH TRC TIP V NI T Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Theo kết cấu trạm, ta bố trí cột thu lôi từ đến 10 nh hình vẽ Trong cột 1, 2đợc bố trí xà cao 17m; cột 3,4, 5, 6, xà cao 11m; cột 7, 8trên xà cao 8m; cột 9, 10 xà cao 11m I-Tính độ cao cột thu sét *Xét nhóm cột 1, 2, 3, Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác là: D = 682 + 242 = 72,45 Do toàn diện tích giới hạn hai đa giác đợc bảo vệ thì: D h a D 72,45 = = 9,05m 8 = *Xét nhóm cột 3,4,6, : Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác là: D = 682 + 352 = 76,48 m h a D 76,48 = = 9,56m 8 = Nh tất cột thu lôi phía 220kV lấy chung độ cao tác dụng là: h a = 10m Vì độ cao cực đại vật đợc bảo vệ phía 220kV 17m nên độ cao cột thu lôi phía 220kV là: h =h +h x *Xét nhóm cột5,6, 8, 7: a = 17 + 10 = 27m D = 77,58m h a = *Xét nhóm cột 7,8,10,9: D 77,58 = = 9,697m 8 D =51,32m h a = D 51,32 = = 6,415m 8 Nh tất cột thu lôi phía 110 kV lấy chung độ cao tác dụng = 10m Vì độ cao cực đại cần bảo vệ phía 110 kV 11m nên độ cao cột thu lôi phía 110 kV : h =h +h Chọn h x a = 11 + 10 = 21m = 20 m II-Tính bán kính bảo vệ cột thu sét 1.Các cột phía 220 kV: *Độ cao cần bảo vệ 17m: h Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 x = 17 m < 2 = 27 = 18m h 3 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp r ( 220 ) x1 = 1,5 h1 (1 h x 0,8 h1 ) = 1,5.27.(1 17 ) = 8,6265m 0,8.27 *Độ cao cần bảo vệ 11m: 2 = 27 = 18m h 3 11 ) = 1,5 h1 (1 hx ) = 1,5.27.(1 ) = 19,8855m Do : r (x220 0,8 h1 0,8.27 h x = 11m < 2.Các cột phía 110 kV: *Độ cao cần bảo vệ 11m: 2 = 21 = 14m h 3 11 hx ) Do : r (x110 = 1,5 h (1 0,8 h ) = 1,5.21.(1 0,8.21) = 13,984m h x = 11m < III- Tính bán kính bảo vệ cặp cột thu sét liền kề 1.Các cột thu sét phía 110 kV: *Xét cặp cột 7-9 8-10với khoảng cách a =9 = a8=10 = 37m a 37 = 21 = 15,71m 7 - Bán kính bảo vệ cột giả tởng cao h0 = 15,71m độ cao - Độ cao giả tởng : h =h h x = 11m : 2 = 15,71 = 10,47 m h 3 11 (110 ) h r x1 = 0,75 h0 (1 x ) = 0,75.15,71.(1 115,71) = 3,534m h0 h x = 11m > *Xét cặp cột 9-10 với khoảng cách a 10 = 36m : a 36 = 21 = 15,857 m 7 - Bán kính bảo vệ cột giả tởng cao h0 = 15,857 m độ cao - Độ cao giả tởng : h =h h x = 11m : 2 = 11m > h0 = 15,857 = 10,57 m 3 11 (110 ) h r x = 0,75 h0 (1 x ) = 0,75.15,857.(1 15,857 ) = 3,64m h0 h x *Xét cặp cột 6-8 5-7 với khoảng cách a68 = a57 = 56,79m nhng có độ cao khác h1 = 27m (cột cột 6), h2 = 21m (cột cột 8): -Xác định khoảng cách cột cột giả tởng 6: (Xác định giống nh bán kính bảo vệ cột cao 27m độ cao 21m) h =h x Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 2 = 21m > h1 = 27 = 18m 3 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp x 6 ' = 0,75 h1.(1 hx ) = 0,75.27.(1 h 21 ) = 4,495m 27 -Xác định khoảng cách cột cột giả tởng 6: a '= = a6=8 x6=6 ' = 56,79 4,495 = 52,295m -Bán kính bảo vệ cặp cột 8: (Xác định giống nh bán kính bảo vệ hai cột cao 18m) h =h a6 '8 = 21 52,295 = 13,53m Do bán kính bảo vệ cột giả tởng độ cao 11m: 2 = 11m > h0 = 13,55 = 9,03m 3 11 (110 ) h r x 7'10 = 0,75 h0 (1 x ) = 0,75.13,55.(1 13,55 ) = 1,913m h0 h x 2.Các cột thu sét phía 220 kV: *Xét cặp cột 1-2 với khoảng cách a = 68m 68 = 17,29m - Bán kính bảo vệ cột giả tởng cao h0 = 17,29m độ cao - Độ cao giả tởng : a h = h = 27 h x = 17 m : 2 = 17 m > h0 = 17,29 = 11,53m 3 17 ( 220 ) h r x12 = 0,75 h0 (1 x ) = 0,75.17,29.(1 17,29 ) = 0.26m h0 h x *Xét cặp cột 1-4 2-3 với khoảng cách a = a23 = 24m 24 = 23,57 m - Bán kính bảo vệ cột giả tởng cao h0 = 23,57m độ cao - Độ cao giả tởng : a h = h = 27 h x = 17m : 2 = 17 m > h0 = 23,57 = 13,62m 3 17 ( 220 ) ( 220 ) h r x14 = r x 23 = 0,75 h0 (1 x ) = 0,75.23,57.(1 23,57 ) = 4,95m h0 h x *Xét cặp cột 4-6 3-5 với khoảng cách - Độ cao giả tởng : a h = h = 27 a = a35 = 35m 35 = 22m - Bán kính bảo vệ cột giả tởng cao h = 19m độ cao hx = 17m : 2 hx = 17m > h0 = 22 = 14,66m Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp r ( 220 ) x 47 = r x 69 = 0,75 h0 (1 hx ) = 0,75.22.(1 ( 220 ) h 17 ) = 3,75m 22 Bảng tổng kết Vị trí cột Độ cao cột 1,2,3,4,5,6 7,8,910, Cặp cột Bán kính bảo vệ độ cao h 27m 21m Độ cao cột x = 17m Bán kính bảo vệ độ cao hx = 11m 8,6265m -Khoảng cách cột Độ cao h0 2, 4, và 6, 27m 27m 27m 68m 24m 35m 17,29m 23,57m 19m Cặp cột Độ cao cột Khoảng cách cột Độ cao h0 19,8855m 13,984m Bán kính bảo vệ độ cao h x = 17m 0,26m 4,95m 3,75m Bán kính bảo vệ độ cao h x = 11m và 7 và 10 27m 21m 56,79m 13,53m 0,1,913m 21m 37m 15,71m 3,53m 10 21m 36m 15,857m 3,64m PHạM VI BảO Vệ Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp MBA 10 12 11 13 B tính toán nối đất chống sét I.Tính toán nối đất an toàn *Yêu cầu nối đất an toàn: Tiêu chuẩn quy định trị số điện nối đất lớn 0,5 ( Rd 0,5 ) Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp *Chọn hình thức nối đất: Dùng tròn đờng kính d =20mm làm mạch vòng quanh trạm theo chu vi hình chữ nhật, chôn sâu 0,2m k 12 10 0 l1/l2 Hinh (2-1): thi k=f(l1/l2) 1.Tính điện trở nối đất mạch vòng tt K L2 ln ( ) R mv = 2..L t.d Trong đó: Điện trở suất tính toán đất hiệu chỉnh theo hệ số mùa: tt = K mua d = 1,6.66,4 = 106,24m t_là độ chôn sâu đIện cực làm mạch vòng, t=0,8m L_là chu vi mạch vòng hình chữ nhật: L=2.( l1 + l )=2.(68+151)=438m d_là đờng kính tròn làm đIện cực, d=0,02m K_là hệ số hình dạng, phụ thuộc tỷ số l / l Với l l = 151 = 2,2 Tra bảng đợc K=6,18 68 Do đó: Rmv = Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 104,16 6,18.438 ln( ) = 0,68 > 0,5 2..438 0,8.0,02 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Nh trị số điện trở nối đất hệ thống cha đạt yêu cầu Do ta cần thực phơng án bổ sung cọc đóng dọc theo chu vi mạch vòng 2.Tính điện trở nối đất cọc tt 2.l 4.t '+l [ln + ln( )] Rc = 2..l d 4.t 'l ta dùng cọc sắt góc L60x60x6 dài l=3m, chôn sâu 0,8m cách mặt đất (t=0,8m) , hai cột cạnh cách khoảng a = m Điện trở suất tính toán đất ứng với cọc: tt = K mua d =1,4.65,1=91,14 m Đờng kính cọc: d = 0,95.b = 0,95.0,06 = 0,057m Độ chôn sâu tính từ đỉnh cọc tới mặt đất: t=0,8m mặt đất t Mạnh vòng t a l Độ chôn sâu tính từ cọc tới mặt đất: l t = t+ = 0,8 + = 2,3m 2 Suy ra: R c = 91,14 2.3 4.2,3 + [ln( ) + ln( )] = 19,52 2..3 0,057 4.2,3 Tính toán đIện trở nối đất tổng hợp mạch vòng_cọc: Rc R mv R ht = mv Rc + n. c Rmv n_là số cọc sử dụng mạch vòng mv , c _ hệ số sử dụng mạch vòng cọc (phụ thuộc vào số cọc đợc thể qua tỷ số a/l) Với L=438m; l=3m; a/l=2 hay a=2.l=2.3=6m Số cọc : L a n= = Tra bảng ta có: Rht = 438 = 73 ; c = 0,55 mv = 0,26 R R R + n. R c mv c Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 = mv c mv 19,52.0,68 = 0,41 < 0,5 0,26.19,52 + 73.0,68.0,55 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp II.Nối đất chống sét Trong tính toán nối đất chống sét ta sử dụng phần nối đất an toàn đợc tính toán Trong trạm biến áp, phần tử quan trọng có mức cách điện yếu máy biến áp Vì việc tính toán nối đất chống sét cho trờng hợp phải thoả mãn yêu cầu: Điện áp nối đất chỗ có dòng đIện sét i s vào hệ thống nối đất U d = I Z (0, ds ) phải nhỏ mức cách điện trung bình cách điện máy biến áp Với trạm 220 kV ta phải có: U d < U 50% BA = 990kV Với trạm 110 kV ta phải có: U d < U 50% BA = 660kV Sơ đồ thay đờng dây dài: I G0 G0 G0 G0 Hệ phơng trình truyền sóng cho đờng dây dài: U i = L0 (1) x t i = G0 U (2) x Với dạng sóng xiên góc ta tìm đợc điện áp u(x,t) hệ thống nối đất: t a kx u ( x, t ) = [t + 2.T (1 eT k ).cos( )] k =1 k t l Trong đó: 2 L L G l G l ; T k = 2 = T21 T1 = k k Từ suy tổng trở xung kích lớn hệ thống nối đất (x=0, t= ds ): u (0, ds ) Z xk (0, ds ) = i (0, ds ) ds 2T [1 + (1 e T k )] (*) Z xk (0, ds ) = G l ds k =1 k Theo ta có dòng điện sét i s có dạng xiên góc (a=50 kA/ às ): Với t< ds i s = at =50.t (kA) Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 10 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Với t ds Suy ra: i s = I s = 150kA I s 150 = 3às ds = = a 50 Để đơn giản hoá, ngời ta bỏ qua trình phóng điện tia lửa đất giả thiết bỏ qua nối đất tự nhiên, bỏ qua cân áp Lúc ta xem nh mạch vòng có tia có chiều dài l ghép song song với nhau: L 438 = 219m l= = có tham số G0 L0 r_ bán kính tiết diện điện cực: r = d/2=0,01m L0_là điện cảm đơn vị dài đIện cực nối đất ( àH / m ): 219 l L0 = 0,2.[ln -0,31] = 0,2.[ln -0,31] = 1,937 àH / m 0,01 r G0_là điện dẫn đơn vị dài (1/ .m ): G0 = Rht l Hiệu chỉnh trị số điện trở nối đất mạch vòng theo hệ số mùa sét: R ms mv R K K = mv ms mua = 0,68.1,25 = 0,53 1,6 Hiệu chỉnh trị số điện trở nối đất cọc theo hệ số mùa sét: R ms c = R K K c mua R R R = + n. R R c = mv ht Do : mv c G0 = = ms c mv = 19,52.1,15 = 16,03 1,4 16,03.0,53 = 0,333 0,26.16,03 + 73.0,55.0,53 = 0,0068(1 / .m) 2.0,333.219 Rht l Trong phơng trình (*) ta tính toán với k thoả mãn điều kiện: ds ds hay L0 G l Tk 2 k 2 k ds , suy ra: k 2l L0 G0 = 2.219 1,937.0,0068 = 9,23 ds L0 G l Chọn k=1,2,3,,9 Theo công thức (*) tổng trở xung kích đợc tính cho mạch Do tổng trở xung kích hệ thống đợc tính theo công thức: Z xk (0, ds) = Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 2.G l [1 + 2T ds k =1 ds ( T e k )] k 11 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp k G0 L0 0.0068 1.937 0.0068 1.937 0.0068 1.937 0.0068 1.937 0.0068 1.937 0.0068 1.937 0.0068 1.937 0.0068 1.937 0.0068 1.937 ds 3 3 3 3 T1 63.18804 63.18804 63.18804 63.18804 63.18804 63.18804 63.18804 63.18804 63.18804 Tk 63.18804 15.79701 7.020894 3.949253 2.527522 1.755223 1.289552 0.987313 0.780099 ds 1- e Tk 0.046368 0.172966 0.34773 0.532164 0.694844 0.818987 0.902352 0.952096 0.978628 (1- ds e T k )/ k 0.046368 0.043241 0.038637 0.03326 0.027794 0.02275 0.018415 0.014876 0.012082 Z(0, ds ) Ud k =1 0.257423 3.678505 551.7758 Nh điện áp nối đất chỗ có dòng điện sét vào hệ thống nối đất có giá trị: Ud=551,7758kV[...]... 400 Chống sét van không có khe hở Bảo vệ điện áp phía 110kV Điện dung MBA : 1500+10.1=1510(pF) Điện dung TG : 8,33(pF/m) Yêu cầu: Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 12 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Hãy tính điện áp tại các điểm nút của TBA khi có sóng quá điện áp lan truyền từ đờng dây tới.Sóng tới có dạng xiên góc biên độ U50%, độ dốc a, chống sét van cấp điện áp tơng ứng Sơ đồ thay thế trạng thái sóng:... toán điện áp tại các nút 1, 2, 3 I .Điện áp tại nút 1: Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 13 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Nút 1 có ba đờng dây đi tới đều có tổng trở sóng là Z=400 Nút 1 có điện dung tập trung C1=374,85pF nên phải áp dụng phơng pháp tiếp tuyến ' U 01 0 U 01 ' U 12 U12 1 U 10 C1 U '21 U13 U31' 2 U21 ' U 13 U 31 3 Gốc thời gian t=0 đợc chọn là thời điểm sóng U '01 tới nút 1 Đoạn đờng dây 0-1 dài. .. 12 + U 21 = U 1 U 12 = U 1 U 21 Vậy: II.Tính điện áp tại nút 2: Nút 2 chỉ có một đờng dây đi tới có chiều dài l12 hữu hạn, tổng trở sóng Z=400 ' U 12 1 U 12 U 21 2 C2 Sơ đồ Petecxen: Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 15 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Z đt2 2 C2 2U đt2 Nút 2 có điện dung tập trung C2 = 1640pF nên ta áp dụng phơng pháp tiếp tuyến để tính điện áp Z dt 2 = Z = 400 ' 2U dt 2 = 2U 12 Lại có: d... às C2 Vậy: =U 2 U 2 (t + t ) = U 2 + U C 2 III.Tính điện áp tại nút 3: Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 16 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp U13 ' U 13 3 1 U31 CSV Nút 3 có một đờng dây đi tới có chiều dài l13 hữu hạn, tổng trở sóng Z=400 Nút 3 có tổng trở tập trung là điện trở phi tuyến của chống sét van nên ta áp dụng phơng pháp đồ thị để tính toán điện áp Sơ đồ Petcxen: Z đt3 2Uđt3 3 CSV Z dt 3 = Z = 400.. .Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Với t ds thì Suy ra: i s = I s = 150kA I s 150 = 3às ds = = a 50 Để đơn giản hoá, ngời ta bỏ qua quá trình phóng điện tia lửa trong đất và giả thiết bỏ qua nối đất tự nhiên, bỏ qua các thanh cân bằng áp Lúc này ta xem nh mạch vòng chỉ có 2 tia có chiều dài l ghép song song với nhau: L 2 438 = 219m 2 l= = và... '01) Khi t 0,22 às thì 2U dt1 = 0,667.(U '21 + U 31 ' Với U 01 = a.t = 314.t ' 21 U 21 = U 21 (t + 0,1) ' U Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 ' 31 = U 31 (t + 0,11) 14 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp Theo sơ đồ Petecxen, phơng trình vi phân với điện áp tại nút 1 là: d 2U dt1 = Z dt1.C1 U C1 + U C1 dt 2U dt1 = T C1 U C1 = = trong đó: t T C1 d U C1 dt + U C1 (2U dt1 U C1) 0,01 (2 ) = 0,2(2U dt1 U C1) 0,05... = 245 I csv Các bớc tính điện áp tại nút 3: Vẽ đờng đặc tính V-A dựa vào đặc tính đã chọn U csv = 245 I 0csv, 025 Vẽ đờng thẳng U = Z dt 3 I csv = 400 I csv Cộng đồ thị hai đờng vừa vẽ ta đợc đờng cong có phơng trình: U = 245 I 0csv, 025 + 400 I csv Với mỗi giá trị của 2U dt 3 kẻ một đờng thẳng nằm ngang cắt đờng Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 17 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp U = 245 I 0csv, 025 +... bán kính của tiết diện thanh điện cực: r = d/2=0,01m L0_là điện cảm của 1 đơn vị dài của đIện cực nối đất ( àH / m ): 219 l L0 = 0,2.[ln -0,31] = 0,2.[ln -0,31] = 1,937 àH / m 0,01 r G0_là điện dẫn của 1 đơn vị dài (1/ .m ): 1 G0 = 2 Rht l Hiệu chỉnh trị số điện trở nối đất mạch vòng theo hệ số mùa sét: R ms mv R K K = mv ms mua = 0,68.1,25 = 0,53 1,6 Hiệu chỉnh trị số điện trở nối đất của cọc theo... chỉ đợc tính cho 1 mạch Do đó tổng trở xung kích của cả hệ thống đợc tính theo công thức: Z xk (0, ds) = Trần Quốc Anh-HTĐ3-K47 1 2.G l 0 [1 + 2T 1 ds 9 k =1 ds ( 1 T e k )] 2 1 k 11 Bài tập dài Kỹ thuật điện cao áp k 1 2 3 4 5 6 7 8 9 G0 L0 0.0068 1.937 0.0068 1.937 0.0068 1.937 0.0068 1.937 0.0068 1.937 0.0068 1.937 0.0068 1.937 0.0068 1.937 0.0068 1.937 ds 3 3 3 3 3 3 3 3 3 T1 63.18804 63.18804... 0 , do đó : U 13 = U 1 Tính đợc U3 bằng phơng pháp đồ thị (dựa vào U dt , Z dt , đặc tính V-S, V-A của chống sét van): 2U dt 3 = Z dt 3 I csv + U csv Để bảo vệ cho thiết bị điện của trạm biến áp ta sử dụng chống sét van loại không có khe hở đợc chế tạo từ ZnO Do đó hệ số phi tuyến có giá trị : = 0,02 ữ 0,03 Để tính đợc điện áp tại các nút trong mạng điện ta chọn loại chống sét van không khe hở có