chống sét cho phân xưởng cơ khí

Nguyenvanbientbd47@gmail.com ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHƯƠNG VI: NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT CỦA PHÂN XƯỞNG Trang: Nguyenvanbientbd47@gmail.com ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHƯƠNG VI: THIẾT KẾ CHỐNG SÉT CHO PHÂN XƯỞNG SCCK I Khái niệm: Sét tượng phóng điện khí giửa đám mây đất hay giửa đám mây mang điện trái dấu Hiện tượng sét nguy hiểm cho thiết bò, sét đánh trực tiếp hay gián tiếp vào thiết bò làm hư hỏng thiết bò mà gây bguy hiểm cho người vận hành Do hệ thống cung cấp điện thiết phải có biện pháp an toàn có hiệu để tránh điện giật sét đánh chết người Mộy biện pháp hiệu tương đối rẽ thực nối đất đặt thiết bò chống sét Độ tổn thương điện phụ thuộc vào cường độ dòng điện I, thời gian đường dòng điện chậy qua người, đồng thời phụ thuộc vào sức khoẻ điện trở người Dòng điện 100mA giật chết người, chí từ đến 100mA củng đủ gây chết người II CÁC HÌNH THỨC BẢO VỆ CHỐNG SÉT: Bảo vệ chống sét cột thu lôi Cột thu sét bao gồm phần tử: - Kim thu sét đặt đỉnh cột điện, xà đở dây dẩn điện hay công trình - Dây nối đất liền kim thu sét với hệ thống nối đất - Hệ thống nối đất bao gồm kim loại chôn sau vào đất, có tác dụng tản nhanh dòng điện sét vào đất Bảo vệ chống sét từ đøng dây truyền vào trạm: - Sóng điện áp truyền từ dây vào trạm làm phá hoại thiết bò trạm Nên dùng thiết bò chống sét làm hạ thấp biên độ sóng điện áp đến trò số an toàn cho cách điện cần đïc bảo vệ Thiết bò chống sét chủ yếu cho trạm chống sét van (CSV) kết hợp với chống sét ống (CSO) khe hở phóng điện III TÁC DỤNG CỦA VIỆC NỐI ĐẤT VÀ AN TOÀN KHI NỐI ĐẤT: + Nối đất có chức năng: nối đất làm việc, nối đất chống sét nối đất an toàn + trang bò nối đất bao gồm điện cực dây dẩn nối đất Dây nối đất dùng để nối liền phận nối đất với điện cực + nối đất bảo vệ điện áp vỏ thiết bò so với đất U d = Ι d Rd Trong đó: Ι d Dòng điện ngắn mạch pha chạm đất Rd : điện trở nối đất + Khi người chạm phải vỏ thiết bò có điện áp dòng điện chạy qua người xác đinh Ι ng R = d Ι ′d Rng + điện trở người Rng đïc coi mắc song song với điện trở nối đất Ι d = Ι ′d + Ι ng + thực nối đất cho Rd Rng Ι ng Ι d coi Ι d ≈ Ι ′d Trang: ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Nguyenvanbientbd47@gmail.com Rd Ι d Rng Như thực nối đất tốt, điện trở nối đất đủ nhỏ đảm bảo dòng điện chạy qua người nhỏ không gây nguy hiểm đến tính mạng Khi có trang bò nối đất dòng điện ngắn mạch theo dây dẩn nối đất xuống điện cực chạu tản vào đất Mặt đất chổ đặt điện cực có điện lớn nhất, xa điện cực điện giảm dần 0, nơi cách xa điện cực từ 15m đến 20m Nếu bỏ qua điện trở nhỏ dây nối đất điện trở nối đất xác đònh U Rd ≈ d Ιd Trong đó: U d ; điện áp trang bò nối đất đất Nếu tay người phận thể chạm vào thiết bò đòên áp tiếp xúc U tx điện áp giửa chổ chạm thể người với chân người xác đònh U tx = ϕ d − ϕ Trong đó: ϕ d :điện lớn điểm đặt điện cực nối đất ϕ : điện mặt đất, chổ chân người đứng Điện áp bước xác đònh: Ub = ϕ − ϕ Điện áp tiếp xúc điện áp bước phải nằm giới hạn cho phép Để thoả mãn điều ngøi ta tiến hánh bố trí nối đất để tạo cân tản nhanh dòng điện vào đất IV TÍNH TOÁN TRANG BỊ NỐI ĐẤT: Cách thực nối đất: Nối đất có loại: nối đất tự nhiên nối đất nhân tạo - Nối đất tự nhiên sử dụng ống dẩn nước hay ống kim loại khác đặt đất( trừ ống dẩn nhiên liệu lỏng khí dễ cháy), kết cấu kim loại công trình nhà xưởng có nối đất Nối đất nhân tạo thường thực hòên cọc thép, ống thép, thép dẹt hình chử nhật thép góc dài 2-3 mét chôn sâu xuống đất cho đầu chúng cách mặt đất khoảng 0,5-0,7 mét - Đối với lưới điện áp 1000V có dòng chạm đất lớn yêu cầu Rd ≤ 0,5 Ω ⇒ Ι ng ≈ - Điện trở nối đất nhân tạo không >1 Ω - Đối với lưới điện áp 1000V có dòng chạm đất bé yêu cầu - Khi dùng trang bò nối đất chung cho điện áp 1000V 125 R≤ Ιd - Khi dùng riêng trang bò nối đất cho thiết bò có điện áp 1000V 250 R≤ Ιd Trang: ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Nguyenvanbientbd47@gmail.com Trong đó: 125 250 : điện áp lớn cho phép trang bò nối đất Ιd: dòng điện chạm đất pha Trong trường hợp điện trở nối đất không vượt 10 Ω đối mạng với điện áp 1000V điện trở nối đất thời điểm không lớn Ω - Nối đất lặp lại dây trung tính mạng 380/220V phải có điện trở không 10 Ω - Nối đất lặp lại dây trung tính mạng 220/380V phải có điện trở không 10 Ω Trường hợp có nhiều thiết bò phân phối có điện áp khác đặt khu đất nên thực trang bò nối đất chung Điện trở nối đất chung càn thoả mãn yêu cầu trang bò nối đất náo đòi hỏi điện trở nối đất nhỏ - Đối với thiết bò có điện áp cao 1000V, có dòng chạm đất bé thiết bò có điện áp đến 100V nên sử dung nối đất tự nhiên có sẵng - Đối với dòng truyền tải không cần nối đất cột bê tông cột thép tất đường dây tải điện 35KV - Các đường dây 3-22KV cần nối đất khu vực có dân cư Cần nối đất cột bê tông cốt thép, cột gổ tất loại đường dây cấp điện áp có đặt thiết bò bảo vệ chống sét hay dây chống sét Điện trở nối đất cho phép từ 10-d9 - Trên đường dây pha dây 380/220V có điểm trung tính trực tiếp nối đất, cột sắt, xá sắt cần phải nối với dây trung tính - Trong mạng điện có điện áp 1000V có điểm trung tính cách điện, cột sắt bê tông cốt thép cần có điện trở nối đất không 50 Ω Điện trở nối đất chủ yếu đònh điện trở suất đất , hình dạng, kích thước điện cực độ chôn sâu đất - Điện trở suất đất phụ thuộc thành phần, mật độ , độ ẩm nhòêt độ đất xác đònh xác đo lường - Cát 7.10 Ω m - lẩn đất 10 Ω m - đất sét 10 Ω m - đất vườn, ruộng 0,4 10 Ω m - đất bùn 0,2 10 Ω m Trong tính toán phải lấy trò số lớn năm Ρ tt = Κ max ρ Trong đó: Κ max : hệ số tăng cao Đối với ống thép góc dai2m-3m đầu cách đất 0,5m-0,8m Κ max = 1,2-2 Đối với thép dẹt đặt nằm ngang cách mặt đất 0,8m Κ max =1,5-7 Bản hệ số K hiệu chỉnh điện trở suất đất: Trang: Nguyenvanbientbd47@gmail.com ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Loại cọc nối đất Thanh dẹt nằm ngang (điện cực nang) Thanh dẹt chôn nằm ngang đặt độ sâu 0,5 ÷ 0,8m Cọc đóng thẳng đứng đóng độ sâu cách mặt đất ≥ 0,8m Đất ướt 6,5 Loại đất Đất ướt trung bình 5,0 Đất khô 4,5 3,0 2,0 1,6 2,0 1,5 1,4 Ta có bảng 1: Điện trở khuếch tán ống kim loạichôn sâu đất 200cm, Ω ( điện trở suất đất ρ = 1.10 Ω cm ) Độ dài ống chôn sâu Đường kính ông (inch) đất (m) 1inch = 2,54cm 1,5 2,5 100 0,47 0,35 0,28 500 0,37 0,29 0,24 1000 0,30 0,25 0,20 2000 0,25 0,20 0,17 Ta có bảng 2: Điện trở khuếch tán ống kim loạichôn sâu đất 70cm, Ω ( điện trở suất đất ρ = 1.10 Ω cm ) Độ dài phần cáp chôn sâu Thiết diện cáp mm đất, m 16-35 50-95 50 2,1 1,6 100 2,0 1,5 200 1,8 1,4 500 1,4 1,1 1000 1,2 0,9 0,23 0,19 0,17 0,15 120 1,2 1,1 1,0 0,8 0,7 Tính Toán Nối Đất Tự Nhiên: - Mạng tính gần - Đối với đường ống dẩn nước kim loại, điện trở khuếch tán đïc tính gần bảng chôn sâu đất 200cm Ω - Điện trở suất chuẩn đất Rd = 10 cm.Ω - Đối với vỏbằng chì chôn đất, điên trở khuếch tán tính theo bảng Trang: ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Nguyenvanbientbd47@gmail.com - Các điên trở khuếch tán bảng 1&2, tính phải nhân với hệ số K - Khi rảnh chôn nhiều cáp điện trở khuếch tán tất vỏ cáp phải xét tới ảnh hưởng màng che xác đònh theo biểu thức: R Rc = 1c n - Trong đó: R1c : điện trở khuếch tán cáp n: số cáp chôn rảnh Điện trở nối đất tự nhiên tính theo công thức: R × Rtn2 × Rtn3 × × Rtnn Rtn = 1tn Rtn + Rtn2 + Rtn3 + + Rtnn đó: Rtn1 , Rtn2 , Rtn3 , Rtnn điện trở khuếch tán vỏ cáp ống nước đặt riêng rẽ Tính Toán Nối Đất Nhân Tạo: Nếu Rnt > R điện trở nối đất nhân tạo tính theocông thức R × Rtn Rnt = Rtn − R Trong đó:R điện trở nối đất cho phép lớn trang bò nối đất Rtn : điện trở nối đất tự nhiên Điện trở nối đất nhân tạogồm hệ thống cọc côn thẳng đứng đặt nằm ngang xác đònh theo công thức Rd × Rngang Rnt = Rd + Rngang Trong đó: Rngang điện trở khuếch tán hệ thống chôn nằm ngang Rd : điện trở khuếch tán hệ thống cọc chôn thẳng đứng Đối với cọc thép ống thép góc chôn thẳng đứng điện trở khuếch tán tính 0,366  2l 4t + l  R1c = ρ Κ max  lg + lg ,Ω l  d 4t − l  Trong đó: ρ : điện trở suất đất Ω cm l: chiều dài cọc cm d: đường kính cọc cm t: độ chôn sâu tính từ mặt đất điểm cọc Cm thép góc đường kính đẳng trò tính theo: d= 0,95.b ( với b bề rộng cạnh thép góc) thép dẹt tròn điện rở khuếch tán tính 0,366 2l R1tD = ρ Κ max lg ,Ω l bt Trang: Nguyenvanbientbd47@gmail.com ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN 0,366 l2 , Ω R1tT = Κ max lg l dt Trong đó: b: bề rộng thép dẹt cm d: đường kính thép tròn cm t: độ chôn sâu tính từ mặt đất đến thiết diện ngang Cm R1tT :điện trở khuếch tán thép tròn R1tD : điện trở khuếch tán thép dẹt Khi xác đònh điện trở nối đất toàn mạch vòng cần phải xét tới ảnh hûng màng che cọc Trong trường hợp ta dùng hệ số sử dụng cọc đứng η d điện cực ngang hay nằm ngang η ngang Điện trở khuếch tán n coc có xét tới ảnh hưởng màng che tính theo : R1d Rd = n× η d Trong đó: R1d : điện trở cọc hay môt điện cực thẳng đứng η d : hệ số sử dụng điện cực chôn thẳng đứng Điện trở khuếch tán nằm ngang nồi điện cực đóng thẳng đứng có xét tới ảnh hûng màng che ′ Rngang Rngang = η ngang ′ Trong đó: Rngang : Điện trở khuếch tán nối chưa xét tới ảnh hưởng màng che η ngang : hệ số sử dụng nằm ngang Bảng hệ số η ngang η d : Số cọc chôn thẳng đứng Khi đặt cọc theo chu vi mạch vòng 10 20 Trang: η d 0,69 0,62 0,58 0,55 0,47 Tỉ số a/ l ( a khoảng cách cọc, l chiều dài cọc) η ngang ηd η ngang ηd η 0,45 0,4 0,36 0,34 0,27 0,78 0,73 0,71 0,69 0,64 0,55 0,48 0,43 0,4 0,32 0,58 0,8 0,78 0,76 0,71 ngang 0,7 0,64 0,6 0,56 0,47 Nguyenvanbientbd47@gmail.com ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN 30 50 70 100 B đặt cọc thành dãy 140 15 20 30 0,43 0,4 0,38 0,35 0,78 0,74 0,7 0,63 0,59 0,54 0,49 0,43 0,24 0,21 0,2 0,19 0,8 0,77 0,74 0,72 0,62 0,5 0,42 0,312 0,6 0,56 0,54 0,52 0,86 0,83 0,81 0,77 0,75 0,7 0,68 0,65 0,3 0,28 0,26 0,24 0,92 0,87 0,86 0,83 0,75 0,64 0,56 0,46 0,68 0,66 0,64 0,62 0,41 0,37 0,35 0,33 0,91 0,88 0,87 0,83 0,81 0,78 0,77 0,75 0,95 0,92 0,9 0,88 0,82 0,74 0,68 0,58 Trình Tự Tính Toán Nối Đất: a) Tính toán nối đất cho phân xưởng: p Dụng: chọn n =30 cọc, b = 50mm 50mm 5m, l = 250cm Ở ta dùng phương pháp nối theo mạch vòng, cọc cách nhau(a= 5m) dùng nối thép dẹp chôn cách mặt đất 0,5m a = Vậy tỉ số = l 2,5 Chọn đất cho phân xưởng đất có pha sỏi với k=1,4 điện trở suất ρ = 1.10 Ω m Điện trở khuếch tán cọc : 0,366  2l 4t + l  R1c = ρ k  lg + lg l  d 4t − l  với d= 0,95.b = 0,95.50 = 4,75cm 250 t= 50 + = 175 0,366  2l 4t + l  ρ k  lg + lg l  d 4t − l  0,366  500 700 + 250  × 10 × 1,4 ×  lg + lg =  = 44,3 Ω 250  4,75 700 − 250  Điện trở khuếch tán n cọc: a = tra bảng cung cấp điện Nguyễn Xuân Phú ta η d = 0,6 Với n d =30 = l 2,5 R1c = Trang: ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Nguyenvanbientbd47@gmail.com R1c 44,3 = = 2,46Ω n.η d 30.0,6 Điện trở khuếch tán nằm ngang chưa xét tới ảnh hưởng màng che dùng thép dẹp có b= 0,5cm, l= 2000cm, chôn sâu 50cm 0,366 2l 0,366 × 2000 ′ RttD = × ρ × k × lg = × 10 × 1,4 × lg = 11,9(Ω ) l bt 2000 0,5 × 175 Điện trở khuếch tán nằm ngang xét tới ảnh hưởng màng che R′ 11,9 Rngang = ttD = = 39,8(Ω ) ηt 0,3 với η t = 0,3 tra bảng cung cấp điện Nguyễn Xuân Phú Điên trở nối đất phân xưởng: Rngang × Rc 39,8 × 2,46 Rnd = = = 2,3(Ω ) Rngang + Rc 39,8 + 2,46 ⇒ Rnd < thoã Rc = b) Tính toán nối đất cho trạm biến áp: Dây ta chọn 20 cọc phân bố theo mạch vòng có kích thướt chọn cho nối đất phân xưởng 0,366  2l 4t + l  ρ k  lg + lg = 44,3 (Ω ) l  d 4t − l  với η t = 0,3 η d = 0,6 44,3 = 3,7(Ω ) ⇒ Rc = 0,6 × 20 chọn nằm ngang thép dẹp có b = 5cm, l= 5000cm 0,366 2l 0,366 × 5000 R1td = × ρ × k × lg = × 10 × 1,4 × lg = 4,87( Ω l b × t 5000 × 175 R 4,87 ⇒ Rt = 1td = = 16,2 η ng 0,3 R1c = ) Rc × Rt 3,7 × 16,2 = = 3( Ω ) Rc + Rt 3,7 + 16,2 Rnd = < 4( Ω ) thoả Thiết kế chống sét: a.Thiết kế chống sét cho trạm biến áp vàcủa toàn phân xưởng: - Đây trạm biến áp có công suất lớn 31500KVA loại lớn diện tích nhà máy tương đối lớn việc chống sét cho nhà máy trạm quan trọng - Sau phương pháp chống sét đại sử dụng: + Giải pháp chống setù theo nguyên lý “ Hệ thống dàn phân tán” ( Dissipation Array System DAS) - Dựa sở thực nghiệm áp dụng phương pháp tính toán gần đúng, số chuyên gia chuyên nghành chống sét đề giải pháp chống sét theo nguyên lý dàn phân tán – DAS Mục Vậy: Rnd = Trang: ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Nguyenvanbientbd47@gmail.com đích phương pháp nhằm ngăn chặn tối đa phóng điện sét vào công trình cần bảo vệ cách giảm chênh lệch điện áp cách liên tục mặt đất đám mây - Theo nguyên lý – DAS, mũi nhọn đặt vùng có điện trường mạnh thiếu điện tử ( trình ion hoá phần tử không khí xung quanh mũi nhọn xảy không đáng kể), làm cho điện mũi nhọn tăng lên cao khoảng 10KV trở so với xung quanh - Giải pháp DAS đưa dựa vào nguyên lý tạo thật nhiều điểm mũi nhọn, mũi nhọn có khả ion hoá mạnh phần tử không khí xung quanh Lúc số lượng lớn mũi nhọn có khả ion hoá mạnh, đồng thời ion hoá vùng không khí rộng lớn phía trên, làm giảm chêng lệch lớn điện trường so với mặt đất Như hạn chế phóng điện sét vào cônh trình đám mây đông - Nếu công trình xây dựng nơi mà xung quanh có nhiều cối nhà bao bọc, theo nguyên lý DAS khả sét đánh vào công trình bò hạn chế nhiều - Một hệ thống chống sét theo nguyên lý DAS gồm có ba phần chủ yếu sau: + Phần gắn kim thu sét có khả ion hoá vùng không khí xung quanh + Phần thu điện tích đất + Phần nối điện tích nối liền hai phần b Chống sét cho mặt phân xưởng Ta chọn phương pháp chống sét cột thu sét với diện tích S= 7,4m x 24,4m =180,56 m2 - chiều cao phân xưởng hx = 6,5 m Do pải tính toán cho phân xưởng nằm phạm vi cột thu sét - Chọn chiều cao cột thu sét =5 m ⇒ h = + hx =6,5 +5 = 11,5 m Bán kính bảo vệ cột thu sét h − hx R x = 1,6 × h × Ρ ( chọn P = h< 30m) h + hx 11,5 − 6,5 = 5,1( m ) = 1,6 × 11,5 11,5 + 6,5 Số cột cần thiết cho phân xưởng: 24,4 n= = 2,4 (cột) 5,12 Chọn đường kính dây dẫn chống sét 75mm2 Vậy ta chọn cột thu sét Chọn hai cột cách 10m bề ngang hẹp bx hai cột thu sét là: − a x5 − 10 bx = × 2Rx = x x5,1 = 4,25 14ha − a 14 x5 − 10 2bx =4,25x2=8,5 Thoả bề rộng nhỏ phân xưởng c Chống sét cho trạm biến áp: Chọn chiều cao trạm biến áp hx = 6m Diện tích trạm biến áp S = 8m x 6m = 48m tra sách tra cứu cung cấp điện NGUYỄN XUÂN PHÚ dựa vào Sdm MBA Trang: ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Nguyenvanbientbd47@gmail.com Ta chọn phương pháp chống sét cột thu sét Chọn chiều cao cột thu sét = 5m Ta có: h = + hx = 11m Bán kính bảo vệ cột thu sét h − hx 11 − R x = 1,6.h .Ρ = 1,6.11 .1 = 5,2(m) h + hx 11 + chọn P = h< 30m dựa vào chiều cao trạm biến áp bán kính bảo vệ ta chọn cột Trang: ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Trang: Nguyenvanbientbd47@gmail.com