TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220110KV

BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp BÀI TẬP DÀI MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp: Đ3-H3 Khoa: Hệ Thống Điện Giáo viên hướng dẫn: Th.S Trần Hoàng Hiệp TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV I SỐ LIỆU BAN ĐẦU: * Trạm biến áp: Phía 220 kV có diện tích: (73x81) m2 Phía 110 kV có diện tích: (73x99) m2 * Điện trở suất đất: ρđ =81 Ωm * Đường dây: - Trạm 220 kV có lộ - Trạm 110 kV có lộ - Dây dẫn: ACO – 240 - Dây chống sét: C-70 * Chiều dài khoảng vượt đường dây 110 kV: l = 200 m * Chiều dài khoảng vượt đường dây 220 kV: l = 300 m * Khi tính nối đất: Rc = Ω II NỘI DUNG BÀI TẬP DÀI Phần I: * Chương I: Tính toán bảo vệ sét đánh trực vào trạm biến áp 220/110 kV A Lý thuyết chung + Các yêu cầu hệ thống thu sét + Cách xác định, tính toán PVBV hệ thống thu sét ( cột, cột …) B Tính toán * Chương II: Tính toán hệ thống nối đất trạm biến áp 220/110 kV Phần II: Các vẽ liên quan SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Khoa: Hệ Thống Điện BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp I.1 Cơ sở lý thuyết chung: I.1.1 Những yêu cầu hệ thống thu sét: Các thiết bị phân phối điện đặt trời đường dây, trạm biến áp dễ bị điện áp điện áp khí (sét đánh trực tiếp, cảm ứng hay lan truyền đường dây), điện áp nội Trong đó, điện áp khí sét đánh nguy hiểm gây thiệt hại nghiêm trọng cho công trình hệ thống điện Vì vậy, bảo vệ chống sét đánh trực tiếp yêu cầu hàng đầu thiết kế vận hành mạng điện Hệ thống thu sét phận công trình quan trọng nhằm bảo vệ phận hệ thống điện đường dây, trạm biến áp khỏi hư hỏng bị sét đánh Đối với đường dây, để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp người ta sử dụng hệ thống dây chống sét Đối với trạm biến áp nhà máy điện người ta sử dụng cột thu lôi Các cột thu lôi đặt độc lập điều kiện cho phép đặt kết cấu trạm nhà máy Yêu cầu hệ thống thu sét phải có điện trở nối đất đủ nhỏ để đảm bảo tản nhanh dòng điện sét xuống đất, tránh tượng phóng ngược dòng điện sét từ thiết bị sang thiết bị khác, từ cột thu sét hay dây chống sét sang công trình mang điện đặt lân cận Khi thiết kế bảo vệ chống sét cần đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, kinh tế mỹ thuật - Đối với trạm phân phối trời từ 110 kV trở lên có mức cách điện cao nên đặt cột thu lôi kết cấu trạm phân phối Các trụ cột kết cấu có đặt cột thu lôi phải ngắn cho dòng điện sét I S khuếch tán vào đất theo 3÷4 hệ thống nối đất Ngoài trụ kết cấu phải có nối đất bổ sung để cải thiện số điện trở nối đất - Nơi yếu trạm phân phối trời với điện áp từ 110 kV trở lên cuộn dây máy biến áp, dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp yêu cầu khoảng cách hai điểm nối vào hệ thống nối đất cột thu lôi vỏ máy biến áp theo đường điện phải lớn 15m SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Khoa: Hệ Thống Điện BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp - Khi bố trí cột thu lôi xà trạm phân phối trời 110 kV trở lên phải thực điểm sau: + Ở chỗ nối kết cấu có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có nối đất bổ sung (dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở khuếch tán không 4Ω (ứng với dòng điện tần số công nghiệp) + Khi bố trí cột thu lôi xà trạm 35kV phải tăng cường cách điện lên đến mức cách điện cấp 110 kV + Trên đầu cuộn dây – 10kV máy biến áp phải đặt cột chống sét van (CSV), thiết bị chống sét đặt vỏ máy + Để bảo vệ cuộn dây 35 kV cần đặt cột chống sét van Khoảng cách chỗ nối vào hệ thống nối đất vỏ máy biến áp chống sét van (theo đường điện) phải nhỏ 5m Khoảng cách tăng lên điểm nối đất chống sét van vào hai điểm nối đất vỏ máy biến áp kết cấu có đặt cột thu lôi + Khoảng cách không khí kết cấu trạm có đặt cột thu lôi phận mang điện không bé chiều dài chuỗi sứ - Có thể nối cột thu lôi độc lập vào hệ thống nối đất trạm phân phối cấp điện áp 110kV yêu cầu thực - Không nên đặt cột thu lôi kết cấu trạm phân phối20 ÷ 35 kV, không nên nối cột thu lôi vào hệ thống nối đất trạm 20 ÷ 35 kV - Khi dùng cột thu lôi độc lập phải ý đến khoảng cách cột thu lôi đến phân trạm để tránh khả phóng điện từ cột thu lôi đến vật bảo vệ - Khi dùng cột đèn chiếu sáng để làm giá đỡ cho cột thu lôi phải cho dây dẫn điện đến đèn vào ống chì chôn vào đất - Đối với nhà máy điện dùng sơ đồ đặt cột thu lôi xà máy biến áp máy phát điện máy biến áp nối với cầu bọc kín hai đầu SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Khoa: Hệ Thống Điện BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp nối đất Nếu cầu có phân đoạn không phép đặt cột thu lôi xà máy biến áp Với máy bù đồng áp dụng điều - Có thể nối dây chống sét bảo vệ đoạn đến trạm vào hệ thống nối đất trạm khoảng cách từ chỗ nối đất trạm đến điểm nối đất máy biến áp lớn 15m - Để đảm bảo mặt tính (độ bền học) chống ăn mòn cần phải theo quy định loại vật liệu, tiết diện dây dẫn dùng mặt dất đất phải theo bảng sau: Bảng 1.1 Bảng qui định qui cách loại dây dẫn dùng để dẫn dòng điện sét Loại vật liệu Dây dẫn dòng điện sét Dây dẫn dòng điện sét dùng mặt đất dùng mặt đất Thép tròn mạ kẽm φ mm φ 10 mm Thép dẹt mạ kẽm 20 x 2,5 mm2 30 x 3,5 mm2 Không dùng Không dùng Thanh đồng tròn φ mm φ mm Thanh đồng dẹt 20x2,5 mm2 20x2,5 mm2 Dây đồng xoắn Không dùng Không dùng Thanh nhôm tròn Không dùng Không dùng Cáp thép 1.2 Cách xác định phạm vi bảo vệ hệ thống thu sét: 1.2.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét: Phạm vi bảo vệ cột thu sét có độ cao h tính cho độ cao h x hình chóp tròn xoay có đường sinh xác định sau: SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Khoa: Hệ Thống Điện BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp = rx 1,6 (h − h x ) hx 1+ h h hx rx r Hình 1.1 Phạm vi bảo vệ cho cột thu sét Trong đó: - h: chiều cao cột thu sét - hx: chiều cao cần bảo vệ - h – hx: chiều cao hiệu dụng Trong tính toán, đường sinh đưa dạng đường gãy khúc abc xác định sau: a b 0,8h 3h h hx c 0,75h 1,5h rx Hình 1.2 Phạm vi bảo vệ cột thu sét (đường sinh gấp khúc) Trong đó: ab: đường thẳng nối từ đỉnh cột đến điểm mặt đất cách xa chân cột khoảng 0,75h SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Khoa: Hệ Thống Điện BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp bc: đường thẳng nối điểm có độ cao thân cột 0,8h đến điểm mặt đất cách chận cột 1,5h Khi: hx ≤ h Thì: rx = 1,5h(1Khi: hx ≥ hx ) = 1,5h – 1,875hx 0,8h h Thì: rx = 0,75h(1- hx ) = 0,75h – 0,75hx h Các công thức để sử dụng cho HTTS có độ cao h < 30m Khi h ≥ 30m ta cần hiệu chỉnh công thức theo hệ số p p= 5,5 h 1.2.2 Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét: a Hai cột thu sét có độ cao nhau: Xét cột thu sét có độ cao h1 = h2 = h, cách khoảng a Hình 1.3 Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao + Khi a = 7h vật nằm mặt đất khoảng cột không bị sét đánh vào + Khi a < 7h khoảng cột bảo vệ cho độ cao lớn h xác định sau: h0 = h - a Phạm vi bảo vệ: - Phần ngoài: giống cột SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Khoa: Hệ Thống Điện BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp - Phần giữa: cung tròn qua điểm 1,2,3 (điểm điểm đặt cột giả tưởng có độ cao h0 +) Tính toán phạm vi bảo vệ: - Bán kính bảo vệ cột: rx1 = rx2 = rx - Bán kính bảo vệ hai cột: r0x - Độ cao lớn bảo vệ hai cột: h0 = h - a ≤ h0 Nếu: hx Thì: r0x = 1,5h0.(1 Nếu: hx ≥ hx ) 0,8h h0 Thì: r0x = 0,75h0.(1 - hx ) h0 Các công thức áp dụng hệ thống chống sét có độ cao nhỏ 30m Nếu hệ thống chống sét có độ cao lớn 30m công thức cần hiệu chỉnh theo hệ số p nêu mục b Hai cột thu sét có độ cao khác nhau: Xét cột thu sét có độ cao h h2, cách khoảng a bố trí hình vẽ: Hình 1.4 Phạm vi bảo vệ cột có độ cao khác + Xác định phạm vi bảo vệ: SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Khoa: Hệ Thống Điện BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp - Phần ngoài: giống cột - Phần trong: từ đỉnh cột h dóng đường thằng nằm ngang cắt phạm vi bảo vệ cột h2 3’, với 3’ vị trí đặt cột giả tưởng có độ cao h1 - Phần giữa: giống hai cột có độ độ cao h1 ( O1O 3' = a ' = O1O − O 3' O = a − x , x bán kính bảo vệ cột cao h ' cho cột giả tưởng h + Tính toán phạm vi bảo vệ: - Tính bán kính bảo vệ cột rx1, rx2 - Tính bán kính bảo vệ hai cột rox - Khoảng cách cột thấp cột giả tưởng a’ = a – x ( x bán kính bảo vệ cột cao h cho cột giả tưởng có độ cao h1) - Độ cao lớn bảo vệ 1, 3’: h 01−3' = h1 - a' I.1.2.3.Phạm vi bảo vệ cho nhiều cột thu sét: +) Phạm vi bảo vệ cho cột thu sét: Phạm vi bảo vệ cho cột thu sét có độ cao h = h2 = h3 = h bảo vệ cho độ cao hx minh họa hình vẽ rx1 r x1-2 r x1-3 0 rx3 r x2-3 rx2 Hình 1.5 Bán kính bảo vệ cột có độ cao Đó phần diện tích nằm đường bao mà đường tròn tạo Trong đó: - rx1 = rx2 = rx3 = rx: bán kính bảo vệ cột - rox1-2 = r0x1-3 = r0x3-2: bán kính bảo vệ chung cột 1-2, 2-3, 3-1 +) Phạm vi bảo vệ cho cột thu sét: SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Khoa: Hệ Thống Điện BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp Phạm vi bảo vệ cho cột thu sét có độ cao h = h2 = h3 = h4 = h bảo vệ cho độ cao hx minh họa hình vẽ rx1 r0x1-2 Hình 1.6 Phạm vi bảo vệ bốn cột thu sét có độ cao Phạm vi bảo vệ phần diện tích công trình nằm đường bao hình vẽ Với: rx1 = rx2 = rx3 = rx4 = rx rox1-2 = r0x3-4: bán kính bảo vệ chung cột 1-2, 3-4 rox1-4 = r0x2-3: bán kính bảo vệ chung cột 1-4, 2-3 Điều kiện để công trình nằm miền giới hạn cột thu sét bảo vệ an toàn là: D ≤ 8.(h-hx)) - đó: D đường tròn ngoại tiếp phần mặt có dạng hình tam giác, chữ nhật; h: chiều cao cột thu sét; hx: chiều cao cần bảo vệ II Tính toán: SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Khoa: Hệ Thống Điện BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp Theo sơ đồ kết cấu trạm, ta biết diện tích mặt trạm mà chưa biết vị trí thiết bị trạm Vì cần bố trí cột thu sét cho bảo vệ phần diện tích mặt có độ cao hx Đối với phía 220 kV: hx = 16,5m Đối với phía 110 kV: hx = 11m Ta thực tính toán cho phía Ta xét phương án đặt vị trí cột thu sét cho trạm biến áp *) Phương án A Trong phương án này, ta sử dụng 15 cột thu sét bố trí mặt trạm biến áp hình vẽ 10 13 33 40 14 11 40.5 12 49.5 81 15 99 A-1 Tính toán phạm vi bảo vệ cho phía 220 kV: Điều kiện cần để công trình bảo vệ an toàn là: D ≤ 8.(h-hx) Suy ra: h ≥ hx+ D *)Xét nhóm cột (5,8,9,6) tạo thành hình chữ nhật bảo vệ cho độ cao 16,5m + Cạnh (5-8) = 40,5m = a + Cạnh (5-6) = 40 m =b SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Điện 10 Khoa: Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp phận kim loại có điện nối đất nên điện có giá trị nhỏ không nguy hiểm cho người tiếp xúc *)Nối đất chống sét Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào đất sét đánh vào cột thu lôi hay đường dây Hạn chế hình thành lan truyền sóng điện áp phóng điện sét gây nên Nối đất chống sét có nhiệm vụ hạn chế hiệu điện hai điểm cột điện đất Nếu không, co sét đánh vào cột chống sét đường dây, sóng điện áp có khả phóng điện ngược tới thiết bị công trình cần bảo vệ, phá hủy thiết bị điện máy biến áp Về nguyên tắc phải tách rời hệ thống nối đất nói thực tế ta dùng hệ thống nối đất chung cho nhiệm vụ Song hệ thống nối đất chung phải đảm bảo yêu cầu thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất lớn yêu cầu điện trở nối đất phải nhỏ Khi điện trở nối đất nhỏ tản dòng điện với mật độ lớn, tác dụng nối đất tốt an toàn Nhưng để đạt trị số điện trở nối đất nhỏ tổn tính toán ta phải thiết kế cho kết hợp hai hai yếu tố đảm bảo kỹ thuật hợp lý kinh tế - Một số yêu cầu kỹ thuật điện trở nối đất Trị số điện trở nối đất nối đất an toàn chọn cho trị số điện áp bược tiếp xúc trường hợp không vượt giới hạn cho phép + Đối với thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất yêu cầu điện trở nối đất phải thỏa mãn : R ≤ 0,5 Ω + Đối với thiết bị có điểm trung tính cách điện thì: R ≤ SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Điện 23 250 (Ω) I tt Khoa: Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp + Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện với đất có hệ thống nối đất dùng chung cho thiết bị cao áp hạ áp : R≤ 125 (Ω) I tt + Khi dùng nối đất tự nhiên điện trở nối đất tự nhiên thỏa mãn yêu cầu thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé không cần nối đất nhân tạo Còn điện trở nối đất tự nhiên không thỏa mãn thiết bị cao áp có dòng ngắn mạch chạm đất lớn ta phải tiến hành nối đất nhân tạo yêu cầu trị số điện trở nối đất nhân tạo là: R ≤ Ω Thực tế dù R TN ≤ 0,5 Ω phải nối đất nhân tạo R TN xảy biến động đứt dây chống sét khoảng vượt gần trạm + Trong thực nối đất tận dụng hình thức nối đất sẵn có đường ống kết cấu kim loại công trình chộn đất… Việc tính toán điện trở tản đường ống chon đất hoàn toàn giống với điện cực hình tia + Vì đất trường không đồng nhất, phức tạp điện trở suất đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần đất loại muối, axit…chứa đất, độ ẩm, nhiệt độ điều kiện khí hậu Ở Việt Nam khí hậu thay đổi theo mùa, độ ẩm đất thay đổi theo dẫn đến điện trở suất đất biến đổi phạm vi rộng Do tính toán thiết kế nối đất trị số điện trở đất dựa theo kết đo lường thực địa sau phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích tăng cường an toàn Công thức hiệ chỉnh sau: ρ tt = ρd k mua Trong đó: ρ tt điện trở suất tính toán đất ρd điện trở suất đo đất k mua hệ số mùa đất Hệ số k mua đất phụ thuộc vào dạng điện cực độ chộn sâu điện cực 2.2 CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Điện 24 Khoa: Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp Điện trở suất đo đất ρd =100 Ωm Điện trở nối đất cột đường dây : Rc = Ω Dây chống sét sử dụng loại C-70 có điện trở đơn vị r0 = 2,38 Ω/km Chiều dài khoảng vượt đường dây: Phía 220kV: l220 = 300m Phía 110kV: l110 = 300m Điện trở tác dụng dây chống sét khoảng vượt là: R cs.220 = ro l 220 = 2,38.300.10−3 = 0,714 ( Ω ) R cs.110 = ro l110 = 2,38.300.10 −3 = 0,714 ( Ω ) Số lộ trạm: Trạm 220kV : n = lộ Trạm 110kV : n = lộ 2.2.1 Nối đất an toàn Cho phép sử dụng nối đất an toàn với nối đất làm việc thành hệ thống Điện trở nối đất hệ thống : R HT = R TN / /R NT = R TN R NT ≤ 0,5 ( Ω ) R TN + R NT Trong đó: R TN : Điện trở nối đất tự nhiện R NT : Điện trở nối đất nhân tạo, R NT ≤ Ω a/ Điện trở nối đất tự nhiên Nối đất tự nhiên trạm hệ thống chống sét đường dây cột điện 110kV 220kV tới trạm SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Điện 25 Khoa: Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp Rc R TN = n Rc Ta có công thức sau: + + R cs Trong đó: n : số lộ dây Rcs:là điện trở tác dụng dây chống sét khoảng vượt Rc : điện trở nối đất cột điện - Phía 220 kV Rc 1 R TN.220 = = = 0,581( Ω ) n Rc 1 + + + + 0,714 R cs.220 - Phía 110 kV Rc 1 R TN.110 = = = 0,349 ( Ω ) n Rc 1 + + + + 0,714 R cs.110 −1 → R TN = R TN.220 / /R TN.110   = + ÷ = 0, 208 ( Ω )  0,581 0,349  Ta thấy giá trị điện trở RTN < 0,5Ω đạt yêu cầu lý thuyết Tuy nối đất tự nhiên có nhiều thay đổi để đảm bảo an toàn ta phải nối đất nhân tạo b/ Điện trở nối đất nhân tạo Nối đất có hình thức cọc dài 2-3m sắt tròn hay sắt chọn thẳng đứng Thanh dài chon nằm ngang độ sâu 0,5 ÷ 0,8 m đặt theo hình tia, mạch vòng tổ hợp hai hình thức Trạm biến áp thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo ta sử dụng hình thức nối đất mạch vòng xung quanh trạm dẹt SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Điện 26 Khoa: Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp Điện trở mạch vòng trạm là: R MV ρ tt K.L2 = ln 2.π.l d.t Trong L chu vi mạch vòng L=2.(l1+l2)=2.(90+220)=620(m) t : độ chon sâu lấy t = 0,8m ρtt : điện trở suất tính toán đất làm mạch vòng chon độ sâu t: ρ tt = ρd k mua Tra bảng với ngang chộn sâu 0,8m ta có kmua = 1,6 → ρ tt = ρd k mua = 100.1,6 = 160(Ωm) d: đường kính làm mạch vòng Chọn có bề rộng 4cm b 4.10−2 d= = = 2.10−2 ( m ) 2 K : hệ số hình dạng phụ thuộc hình dáng hệ thống nối đất Giá trị K phụ thuộc vào kích thước mạch vòng cho bảng sau: L1/L2 1,5 K 5,53 5,81 6,42 8,17 10,4 Đồ thị SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Điện 27 Khoa: Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp K 10,4 8,17 7,144 6,42 5,81 5,53 1,5 2,444 l1/l2 Từ đồ thị ứng với tỉ số l1/l2 =220/90=2,444 ta nội suy đựơc K=7,144 Như điện trở mạch vòng : R MV R MV ρ tt K.L2 160 7,144.6202 = ln = ln = 0,779 ( Ω ) 2.π.l d.t 2.π.620 2.10−2.0,8 = R NT = 0,779Ω < 1Ω điện trở hệ thống nối đất nhân tạo đạt yêu cầu Nên đóng thêm cọc vào hệ thống nối đất Ta có điện trở nối đất hệ thống: R HT = R NT / /R TN = 0, 208.0,779 = 0,164(Ω) 0, 208 + 0,779 R HT = 0,164Ω < 0,5Ω Nên hệ thống nối đất chọn thỏa mãn yêu cầu nối đất làm việc an toàn 2.2.2 Nối đất chống sét Ở đề cập đến hai trình đồng thời xảy có dòng điện tản đất : - Quá trình độ phân bố điện áp dọc theo chiều dài điện cực - Quá trình phóng điện đất SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Điện 28 Khoa: Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp Khi chiều dài điện cực ngắn (nối đất tập trung) không cần xét trình độ mà cần xét trình phóng điện đất Ngược lại nối đất dùng hình thức phân bố dài (tia dài mạch vòng) đồng thời phải xét hai trình có ảnh hưởng khác đến hiệu nối đất Vì hình thức nối đất chọn cho trạm biến áp nối đất dài (mạch vòng theo chu vi trạm) nên đồng thời xét hai trình Vì hệ thống nối đất dùng cho ba nhiệm vụ nên ta dùng nối đất an toàn làm việc để tính toán cho nối đất chống sét *)Tính toán nối đất phân bố dài không xét đến trình phóng điện đất Sơ đồ đẳng trị nối đất thể sau: L G R L G C R L G C R L G C R C Hình 2.2 : Sơ đồ đẳng trị hệ thống nối đất Trong trường hợp bỏ qua điện trở tác dụng R bé so với trị số điện trở tản, đồng thời không cần xét tới phần điện dung C trường hợp sóng xung kích, dòng điện dung nhỏ so với dòng điện trở tản L G L G L G L G Hình 2.3: Sơ đồ đẳng trị rút gọn Trong đó: L0 - điện cảm điện cực đơn vị dài G0 - điện dẫn điện cực đơn vị dài SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Điện 29 Khoa: Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp  l  L0 = 0,  ln − 0,31÷µH / m  r  Với: l - chiều dài điện cực, l = L=620m (nối đất mạch vòng theo chu vi trạm) r - bán kính cực phần trước cực thép dẹt có bề rộng b (m) Do r = b/4 = 0,01m Thay số ta có :  620   l  L0 = 0,  ln − 0,31÷ = 0,  ln − 0,31÷ = 2,145µH / m  r   0,01  Khi ta điện dẫn điện cực: G0 =    ÷ R.l  Ωm  Trong đó: R: điện trở xoay chiều tính cho mùa sét: Trong nối đất chống sét dùng ngang chôn sâu 0,8 m kmùa = 1,25 R set MV R atMV set = at k mua k mua Vì ta thực việc nối đất cách dùng mạch vòng bao quanh trạm mà không đóng thêm cọc nên giá trị điện trở nhân tạo mùa sét tính theo công thức: R set NT =R set MV R set 0,779.1,25 = atmua ×.k set = 0,608Ω mua = k mua 1,6 Thay số vào ta điện dẫn điện cực là: G0 = 1 = = 2,653.10−3 ( ) R.l 0,608.620 Ωm *)Tính tổng trở xung kích hệ thống nối đất Từ sơ đồ đẳng trị ta có: SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Điện 30 Khoa: Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp Gọi Z(x,t) điện trường xung kích nối đất kéo dài, hàm số không gian thời gian: Z(x, t) = U(x, t) I(x, t) Trong U(x,t) ; I(x,t) dòng điện điện áp xác định từ hệ phương trình vi phân: ∂I  ∂U − = L  ∂x ∂t  − ∂I = G.U  ∂x Giải hệ phương trình vi phân với dạng sóng dòng điện đầu vào hệ thống nối đất có dạng sóng xiên góc i(o,t) = a.t ta điện áp điểm điện cực: ∞ k.π.x   U(x, t) = a.R  t + 2.T1 ∑ − e − t/TK cos l  k =1 k  ( ) Suy tổng trở xung kích đầu vào nối đất: U(0, t)  2.T1 ∞  Z(0, t) = = 1+ − e − t /Tk  ∑  I(0, t) G.l  t k =1 k  ( ) L0 G l L G l2 Trong T1 = ,Tk = 2 , t = τds = 5µs π2 k π  620  2,145.2,653.10  ÷ Thay số: L.G.l2   T1 = = = 55, 41( µs ) π2 3,142 −3 Tổng trở tiến tới trị số ổn định khi: t ≤4 Tk ≤ k ≤ 6,658 T lấy k = k SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Điện 31 Khoa: Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP ∞ ∑ k =1 k t −  Tk 1 −e   GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp t  π2 −Tk −∑ e ÷= ÷ k =1 k  −5 − 5.4 − 5.9 − 5.16 − 5.25 − 5.36  55,41 55,41 55,41 55,41 55,41 55,41  −  1.e + e + e + e + e + e ÷  ÷ 16 25 36   = 0, 488 Do tổng trở sóng đầu vào tính bằng: π2 = Z(0,t ) = 2.55,41 (1 + 0,488) = 7,184Ω −3 2,653.10 620 Tổng trở sóng xung kích Zxk = Z(0, t) = 3,592Ω Điều kiện nối đất chống sét thỏa mãn Uxk = IS Zxk < U50% Trong đó, dòng điện sét IS = 150kA, điện áp 50% trạm U50% = 460kV Ta có điện áp xung kích : Uxk = 3,592 150 = 538,8kV > U50% Tức giá trị điện trở nối đất chưa đạt nên ta cần tiến hành tính toán nối đất bổ sung Nối đất bổ sung: Việc tiến hành nối đất bổ sung nhằm đảm bảo cho giá trị điện trở nối đất đạt trị số yêu cầu để đảm bảo an toàn Chúng ta thực việc cách đặt thêm điện trở nối đất chân cột thu lôi, chân máy biến áp Về hình thức nối đất bổ sung loại nối đất tập trung (gồm hay cọc) Do việc xác định Zbs phức tạp nên để thuận tiện cho trình tính toán ta chọn hình thức nối đất bổ sung sau: - Thanh nối đất bổ sung thép dẹt tròn có chiều dài 10 m, bề rộng b = 0,04 m.; dọc theo chiều dài có chôn ba điện cực tròn có kích thước: chiều dài cọc 2,5 m; đường kính d = 0,04 m, khoảng cách hai cọc m Cọc chôn độ sâu 0,8 m Ta có nối đất chống sét: SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Điện 32 Khoa: Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp - Với ngang chôn độ sâu 0,8 m hệ số kmùa = 1,25 - Với cọc dài 2,5 m chôn sâu 0,8 m hệ số kmùa = 1,15 Như vậy, điện trở nối đất bổ xung bằng: ρTtt K.l2 1,25.100 1.102 RT = ln = ln 2.π.l t.d 2.3,14.10 0,8 0,04 = 17,388 Ω Điện trở nối đất cọc bổ sung: ρtt C  2l 4t '+ l  1,15.100  2.2,5 4.2, 05 +  RC =  ln + ln ln + ×ln = 36,246 Ω ÷=  2.π.l  d 4t '− l  2π.2,5  0, 04 4.2, 05 − ÷  Điện trở nối đất bổ sung hệ thống cọc xác định theo công thức: R bs = R t R c R t ηc n + R C ηt đó: ηT , ηC : hệ số sử dụng cọc Với n = 3; lcọc = 2,5 m; a = m => a = = Tra bảng phần phụ lục sách l 2,5 “Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Nguyễn Minh Chước”, ta ηT = 0,9 ; ηC = 0,86 17,388.36, 246 Thay giá trị vào công thức ta tính được: Rbs = 17,388.0,86.3 + 36, 246.0,9 = 8,134 Ω * Ta tính tổng trở hệ thống có nối đất bổ sung: Ta công thức tính toán giá trị tổng trở nối đất có nối đất bổ xung là: ZXK (0; τd/s ) = R bs R NT(sÐt ) R bs + R NT(sÐt )    X k τd/s    − 2.R NT(sÐt )  π T ÷ ÷    + ∑ e R   NT(sÐt ) +   R bs cos x K   =A+B SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Điện 33 Khoa: Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp Trong đó: A= R bs R ND 8,134.0,608 = = 0,566 Ω R bs + R ND 8,134 + 0,608 B =∑ 2.R NT(sÐt ) R NT(sÐt ) R bs Xét chuỗi số: + cos x K e X τ − k2 d/s  π T1   ÷ ÷  X τ  − k2 d / s  ∞  π T1  ∑e  k =1 Ta xét đến giá trị e-4 (vì từ e-5 trở có trị số nhỏ) Điều tương đương với việc tính xk cho: x k τd/s T ≤ ⇒ x k ≤ 2.π π T1 τd/s xk > Do có nối đất bổ sung nên ta xét ảnh hưởng nối đất bổ sung lên điện trở xung kích Ta coi mạch vòng hệ thống ghép song song tia có độ dài 614/2 = 307 m ta có sơ đồ thay cho tia: Trong đó: - L’: điện cảm tương đương đơn vị dài L’ = L/2 - g’: điện dẫn tương đương đơn vị dài g’ = 2.g Do đó, ta tính được: ' ' L.g l L.G.l2 2,145.2, 653.10 −3.3102 = = = 55, 41 π2 3,142 T1 π => xk ≤ 2.π T1 55, 41 = 2.3,14 = 20,916 τxk τd/s = 5µs Trong đó: SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Điện 34 Khoa: Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp xk nghiệm phương trình: tgxk =− R NDMV 0, 608 ×x k ⇔ tgx k = − ×x k = −0, 075.x k R BS 8,134 Phương trình tương đương với hệ sau: y = tgxk y = - 0,075.xk Ta dùng phương pháp đồ thị (vẽ phần mềm matlab) để giải phương trình này: SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Điện 35 Khoa: Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp Ta nghiệm: - X1 = 0,023 rad X2 = 1,473 rad X3 = 3,015 rad X4 = 4,33 rad X5 = 5,962 rad X6 = 7,232 rad X7 = 8,955 rad X8 = 9,997 rad X9= 11,947 rad suy suy suy suy suy suy suy suy suy cos X1 =0,999 cos X2 = 0,097 cos X3 = -0,992 cos X4 = -0,373 cos X5 = 0,949 cos X6 = 0,583 cos X7 = -0,892 cos X8 = -0,84 cos X9 = 0,814 Khi k = 10 xk = 21,015 > 20,916 nên ta lấy nghiệm Sau ta lập bảng để tính giá trị chuỗi số với xk τds = = 0, 09 T1 55, 41 Ta có T1 = 55,41 µS => Và: Rbx = 8,134 Ω => R MV 0, 608 = = 0, 075 R bx 8,134 Ta có bảng tính chuỗi số sau: Bảng Bảng tính chuỗi số K Xk 0,023 1,473 3,015 4,33 5,962 7,232 8,955 9,997 11,947 CosXk 0,999 0,097 -0,992 -0,373 0,949 0,583 -0,892 -0,84 0,814 1,002 106,281 1,016 7,187 1,11 2,942 1,257 1,417 1,509 R MV + R BS cos x k 1,077 106,356 1,091 7,262 1,185 3,017 1,332 1,492 1,584 τds T1 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,31 1,011 1,989 3,691 5,389 8,215 10,216 14,552 cos x k  x k  τds  ÷  π  T1 Ta có: SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Điện 36 Khoa: Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP Bk = GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp 2.R NT (sÐt ) R NT (sÐt ) R bx + X τ  − k2 d / s   π T1  e  cos x k Từ bảng ta có: B = ∑ B k = 1,496 i =1 Do đó, tổng trở xung kích: Zxk = A + B = 1,496 + 0,566 = 2,062 Ω Vậy điện áp có dòng điện sét vào hệ thống thời điểm t = τds là: U = Zxk.IS = 2,062.150 = 309,3 kV < U50%MBA=460kV.Như hệ thống có nối đất bổ xung thỏa mãn SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Điện 37 Khoa: Hệ Thống [...]... thấp h13 =19m Ta tính bán kính bảo vệ của từng cột cho độ cao 11 m Cột 13 theo kết quả phần trên ta tính được là rx13 =7,875 m Ta tính cho cột 10 - Bán kính bảo vệ của cột 10 là rx10 Ta có: hx = 11m < 2 2 ×h10 = ×24,5 = 16,33 m Nên: 3 3 Bán kính bảo vệ của cột 10 là: rx10 = 1,5.h(1- hx 11 )=1,5.24,5(1)= 16,125 m 0,8.h 0,8.24,5 Bán kính bảo vệ của cột cao h10=24,5m cho độ cao cần bảo vệ là chiều cao... m * )Tính bán kính bảo vệ của cột thu lôi được bố trí như hình vẽ: - Tính bán kính bảo vệ của một cột thu lôi +Xét cột 6: Ta có: hx=16,5(m) > 2 2 h= 24,5=16,33(m) 3 3 Vậy bán kính bảo vệ của 1 cột thu lôi với độ cao cần bảo vệ hx=16,5m rx6=0,75.h(1- 16,5 hx )=0,75.24,5.(1)=6 (m) 24,5 h +Xét cột 20: Ta có: 2 3 hx=11(m)< h= 2 19=12,667(m) 3 Vậy bán kính bảo vệ của 1 cột thu lôi với độ cao cần bảo vệ hx=11m... Tổng kết 2 phương án Cả hai phương án trên đều thỏa mãn nhu cầu kỹ thuật đề ra Qua tính toán ta thấy phương án A có chiều dài cột tính toán nhỏ hơn do vậy chi phí xây dựng cũng nhỏ hơn vì vậy ta chọn phương án A làm phương án thiết kế SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Mai Lớp:Đ3-H3 Điện 21 Khoa: Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp CHƯƠNG II TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV... nguy hiểm cho người tiếp xúc *)Nối đất chống sét Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất khi sét đánh vào cột thu lôi hay đường dây Hạn chế hình thành và lan truyền của sóng điện áp do phóng điện sét gây nên Nối đất chống sét còn có nhiệm vụ hạn chế hiệu điện thế giữa hai điểm bất kỳ trên cột điện và đất Nếu không, mỗi khi co sét đánh vào cột chống sét hoặc trên đường dây, sóng điện áp có khả... có ảnh hưởng khác nhau đến hiệu quả nối đất Vì hình thức nối đất chúng ta chọn cho trạm biến áp là nối đất dài (mạch vòng theo chu vi trạm) nên sẽ đồng thời xét cả hai quá trình Vì hệ thống nối đất của chúng ta được dùng cho cả ba nhiệm vụ nên ta sẽ dùng nối đất an toàn và làm việc để tính toán cho nối đất chống sét * )Tính toán nối đất phân bố dài không xét đến quá trình phóng điện trong đất Sơ đồ đẳng... Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp B-2 Tính toán phạm vi bảo vệ cho phía 110 kV: Xét nhóm cột (17,18,20,21) tạo thành hình chữ nhật để bảo vệ cho độ cao 11 m +Cạnh (17-18)=50m=k +Cạnh (18-21)=40m=l Đường kính D của đường tròn ngoại tiếp đi qua các đỉnh cột là: k 2 + l 2 = 502 + 40 2 = 64,031 m D= Độ cao tác dụng tối thiểu để cho các cột bảo vệ hoàn toàn diện tích giới hạn... toàn - Nối đất chống sét *)Nối đất làm việc Nhiệm vụ chính là đảm bảo sự là việc bình thường của thiết bị, hoặc một số bộ phận của thiết bị yêu cầu phải làm việc ở chế độ làm việc đã được quy định sẵn + Nối đất điểm trung tính máy biến áp + Hệ thống điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất + Nối đất của máy biến áp đo lường và các kháng điện dùng trong bù ngang trên các đường dây cao áp truyền tải... khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là: rx10-11=0,75.h0(1- hx 11 )=0,75.14,286.(1)=2,464 (m) h0 14,286 Hai cột cột chiều cao khác nhau: +Xét hai cột (7-10) với khoảng cách giữa 2 cột a=50m Chiều cao cột cao h7=26,5m Chiều cao cột thấp h10 =20m Ta tính bán kính bảo vệ của từng cột cho độ cao 11 m Cột 10 theo kết quả phần trên ta tính được là rx10 = 9,375 m Ta tính cho cột 7 - Bán kính bảo vệ của cột... tổn kém do vậy trong tính toán ta phải thiết kế sao cho kết hợp được cả hai được cả hai yếu tố là đảm bảo về kỹ thuật và hợp lý về kinh tế - Một số yêu cầu kỹ thuật của điện trở nối đất Trị số điện trở nối đất của nối đất an toàn được chọn sao cho các trị số điện áp bược và tiếp xúc trong mọi trường hợp đều không vượt quá giới hạn cho phép + Đối với các thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối... Hệ Thống BÀI TẬP DÀI MÔN KTĐ CAO ÁP GVHD:Th.S Trần Hoàng Hiệp *) Phương án B Trong phương án này, ta sử dụng 21 cột thu sét được bố trí trên mặt bằng trạm biến áp như hình vẽ 2 10 7 8 16 20 17 14 11 19 50.000 5 13 90.000 4 1 3 18 40.000 9 6 40.000 12 15 120.000 30.000 40.000 21 100.000 B-1 Tính toán phạm vi bảo vệ cho phía 220 kV: Điều kiện cần để công trình được bảo vệ an toàn là: D ≤ 8.(h-hx) Suy