KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

BTD - KTĐ Cao áp Phần Trang bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp 35 kV 1.1-Khái niệm chung Trạm biến áp phận quan trọng hệ thống truyền tải phân phối điện Đối với trạm biến áp 35kV thiết bị điện trạm đợc đặt trời nên có sét đánh trực tiếp vào trạm xảy hậu nặng nề làm hỏng đến thiết bị trạm mà gây nên hậu cho ngành công nghiệp khác bị ngừng cung cấp điện Do trạm biến áp thờng có yêu cầu bảo vệ cao Hiện để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp ngời ta dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi Tác dụng cuả hệ thống tập trung điện tích để định hớng cho phóng điện sét tập trung vào đó, tạo khu vực an toàn bên dới hệ thống Hệ thống thu sét phải gồm dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ nối đất Để nâng cao tác dụng hệ thống trị số điện trở nối đất phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện cách nhanh nhất, đảm bảo cho có dòng điện sét qua điện áp phận thu sét không đủ lớn để gây phóng điện ngợc đến thiết bị khác gần Ngoài thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần phải quan tâm đến tiêu kinh tế cho hợp lý đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật 1.2- Các yêu cầu kỹ thuật tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp Tất thiết bị cần bảo vệ phải đợc nằm trọn phạm vi bảo vệ an toàn hệ thống bảo vệ Hệ thống bảo vệ trạm 35kV ta dùng hệ thống cột thu lôi, hệ thống đợc đặt thân công trình đặt độc lập tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể Đặt hệ thống thu sét thân công trình tận dụng đợc độ cao phạm vi bảo vệ giảm đợc độ cao cột thu lôi Nhng mức cách điện trạm phải đảm bảo an toàn điều kiện phóng điện ngợc từ hệ thống thu sét sang thiết bị Vì đặt kim thu sét xà trạm có phóng điện sét, dòng điện sét gây nên điện áp giáng điện trở nối đất phần điện cảm cột, phần điện áp lớn gây phóng điện ngợc từ hệ thống thu sét đến phần tử mang điện trạm mà mức cách điện Nguyễn Minh Tởng Lớp HTĐ2 - K44 BTD - KTĐ Cao áp Trang không đủ lớn Do điều kiện để đặt cột thu lôi hệ thống xà trạm mức cách điện cao trị số điện trở tản phận nối đất nhỏ Tiết diện dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn 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 phải đợc cho vào ống chì chôn đất 1.3- Tính toán thiết kế bố trí cột thu lôi Với yêu cầu thiết kế hệ thống chống sét cho trạm 110kV dựa vào độ cao thiết bị ta bố trí đợc cột thu lôi tính đợc độ cao chúng 1.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán - Độ cao cột thu lôi: h = hx + Trong đó: + hx : độ cao vật đợc bảo vệ + : độ cao tác dụng cột thu lôi, đợc xác định theo nhóm cột (ha D/8 m) (với D đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo chân cột) - Phạm vi bảo vệ cột thu lôi độc lập là: rx = 1,6 (h hx ) hx 1+ h - Nếu hx 2/3h thì: rx = 1,5h.(1 hx ) 0,8h rx = 0,75h.(1 hx ) h - Nếu hx > 2/3h thì: Phạm vi bảo vệ hai nhiều cột thu lôi lớn cột đơn cộng lại Nhng để cột thu lôi phối hợp đợc khoảng cách a hai cột phải thoả mãn a 7h ( h độ cao cột thu lôi ) Khi có hai cột thu lôi đặt gần phạm vi bảo vệ độ cao lớn hai cột ho đợc xác định theo công thức: a (3 5) Khoảng cách nhỏ từ biên phạm vi bảo vệ tới đờng nối hai chân cột rxo đợc xác định nh sau: ho = h rxo = 1,6 h 1+ x ho Nguyễn Minh Tởng (3 6) Lớp HTĐ2 - K44 BTD - KTĐ Cao áp Trang - Trờng hợp hai cột thu lôi có độ cao khác việc xác định phạm vi bảo vệ đợc xác định nh sau: - Khi có hai cột thu lôi A B có độ cao h1 h2 nh hình vẽ dới đây: R h1 h2 a' a (Hình ): Tr ờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao khác - Bằngnhau cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h , khoảng cách AB = a; BC = a' Khi xác định đợc khoảng cách x a' nh sau: Nguyễn Minh Tởng Lớp HTĐ2 - K44 BTD - KTĐ Cao áp x= Trang 1,6 (h h2 ) h2 1+ h1 a' = a - x = a - 1,6 ( h h2 ) h2 1+ h1 Đối với trờng hợp có hai cột thu lôi cao ta có phạm vi bảo vệ độ cao lớn hai cột ho : a Tơng tự ta có phạm vi bảo vệ độ cao lớn hai cột B C là: ho = h ho = h2 rxo = a' = h2 a + 1,6 ( h1 h ) h2 1+ h1 1,6 ( h h x ) h2 o 1+ h1 1.3.2/Bố trí cột thu sét Theo sơ đồ kết cấu trạm biết diện tích mặt mà cha biết cụ thể vị trí đặt thiết bị trạm Với thông tin ta cần bố trí cột chống sét cho cột bảo vệ đợc phần diện tích mặt trạm với độ cao hX đợc Với kết cấu trạm ta bố trí cột N1ữ N6 có khoãng cách cột nh hình 1: Nguyễn Minh Tởng Lớp HTĐ2 - K44 BTD - KTĐ Cao áp Trang Hình Đờng kính vòng tròn qua đỉnh nhóm cột 1245 2356 là: D = 50 + 45 = 67.26m Do để chọn toàn diện giới hạn nhóm tứ giác đợc bảo vệ D 8.ha Vậy độ cao hiệu dụng nhóm cột là: = Nguyễn Minh Tởng 67.28 = 8.4m Lớp HTĐ2 - K44 BTD - KTĐ Cao áp Trang Nh tất cột thu sét lấy chung độ cao tác dụng lớn : = 8.4m Từ độ cao tác dụng h a ta có độ cao cột thu sét để bảo vệ đợc trạm có độ cao hX Theo đề ta có độ cao hx = 7.4m Để tính toán đơn giản ta chọn toàn cột có độ cao nhau.Nh hình vẽ cao cho thoả mãn điều kiện D 8( h hX) Ta bố trí cột thu sét với khoãng cách nh hình 2: Với cách bố trí ta chọn độ cao cột là: h = 20 m Kiểm tra lại điều kiện bảo vệ vùng tứ giác Ta có: D =67.26m 8(h hX) = 8(20 7.4 ) =100.8m Vậy cột cao 20 m thỏa mãn điều kiện Vậy: Ta chọn cột thu sét cao h = 20m a./Tính toán vẽ phạm vi bảo vệ cột thu sét + Bán kính khu vực bảo vệ cột thu sét bảo vệ cho độ trạm cao hX = 7.4m là: Vì hX 2/3h nên : rx = 1,5.h.(1 hx ) = 1,5.20.(1 ) = 16.12m 0,8.h 0,8.20 + Độ cao lớn khu vực bảo vệ hai cột thu lôi độ cao h X =7.4 m với khoảng cách a = 45m là: Nguyễn Minh Tởng Lớp HTĐ2 - K44 BTD - KTĐ Cao áp Trang ho = h a 45 = 20 = 13.57m 7 Nh bán kính khu vực bảo vệ cột thu sét hX = 7.4 m với khoảng cách a = 45m : Vì hX 2/3 h0 nên: rox = 0,75.ho (1 hx ) = 0,75.13.57(1 ) = m ho 13.57 + Độ cao lớn khu vực bảo vệ hai cột thu lôi độ cao h X =7.4 m với khoảng cách a = 45m là: ho = h a 50 = 20 = 12.85m 7 Nh bán kính khu vực bảo vệ cột thu sét hX = 7.4m với khoảng cách a = 50m : Vì hX 2/3 h0 nên: rox = 0,75.ho (1 hx ) = 0,75.12.85(1 ) = 4.1m ho 12.85 Từ số liệu tính toán phạm vi bảo vệ cột thu sét ta có vẽ phạm vi bảo vệ sau: (hình 3.) Hình 3: Phạm vi bảo vệ cột thu sét Nguyễn Minh Tởng Lớp HTĐ2 - K44 BTD - KTĐ Cao áp Phần Trang Tính toán nối đất 2.1- Giới thiệu chung số vần đề kỹ thuật tính toán nối đất trạm biến áp Nhiệm vụ nối đất tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện vật nối đất có trị số bé Hệ thống nối đất phần quan trọng việc bảo vệ điện áp, việc nối đất trạm biến áp, cột thu lôi, đờng dây, thiết bị chống sét phải đợc tính toán cụ thể thiết kế Nối đất làm việc Nhiệm vụ đảm bảo làm việc bình thờng thiết bị, số phận thiết bị yêu cầu phải làm việc chế độ nối đất trực tiếp Thờng nối đất điểm trung tính máy biến áp Trong hệ thống điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất, nối đất máy biến áp đo lờng kháng điện dùng bù ngang đờng dây cao áp truyền tải điện Nối đất chống sét Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào đất (khi sét đánh vào cột thu lôi hay đờng dây) để giữ cho điện điểm thân cột không lớn tránh trờng hợp phóng điện ngợc từ cột thu lôi đến thiết bị cần đợc bảo vệ Nối đất an toàn Có tác dụng đảm bảo an toàn cho ngời cách điện bị h hỏng Thực nối đất an toàn cách nối đất phận kim loại không mang điện nh vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, giá đỡ kim loại để cách điện bị h hỏng lão hoá phận kim loại có điện nhỏ không nguy hiểm (nếu không nối đất điện làm nguy hiểm đến ngời chạm vào chúng) Do nối đất phận để giữ điện thấp bảo đảm an toàn cho ngời tiếp xúc với chúng.Về nguyên tắc phải tách rời hệ thống nối đất nói nhng thực tế ta dùng hệ thống nối đất chung cho nhiệm vụ cấp điện áp từ 110 kV trở lên 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 Đối với trạm biến áp từ 35kV trở xuống hệ thống nối đất an toàn nối đất chống sét phải tách rời Khi điện trở nối đất nhỏ tản dòng điện với mật độ lớn, tác dụng nối đất tốt an toàn Nhng để đạt đợc trị số điện trở nối đất nhỏ Nguyễn Minh Tởng Lớp HTĐ2 - K44 BTD - KTĐ Cao áp Trang tốn tính toán ta phải thiết kế cho kết hợp đợc hai yếu tố đảm bảo kỹ thuật hợp lý kinh tế Một số yêu cầu kỹ thuật điện trở nối đất: + Đối với thiết bị điện nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất phải thoả mãn: R 0,5.(Theo tiêu chuẩn nối đất an toàn trang 189 giáo trình kỹ thuật điện cao áp) + Đối với thiết bị có điểm trung tính không trực tiếp nối đất thì: 250 I + 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 thì: R R 125 I + Khi dùng nối đất tự nhiên điện trở nối đất tự nhiên thoả mãn yêu cầu thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé khong cần nối đất nhân tạo Còn điện trở nối đất tự nhiên không thoả 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 Bất kỳ hệ thống nối đất phải có điện cực chôn đất nối với thiết bị mà ta cần nối đất (điện cực thờng sử dụng cọc sắt thẳng đứng hay dài nằm ngang) điện cực đợc chôn đất có mức tản dòng điện sét phụ thuộc vào trạng thái đất (vì đất môi trờng không đồng nhất, phức tạp, phụ thuộc vào thành phần đất nh loại muối, a xít chứa đất ) Điều kiện khí hậu ảnh hởng đến độ dẫn điện đất Việt nam khí hậu thay đổi theo mùa độ ẩm đất thay đổi theo dẫn đến điện trở suất cuả đất biến đổi phạm vi rộng Do tính toán thiết kế nối đất trị số điện trở suất đất dựa theo kết đo lờng thực địa sau phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích tăng cờng an toàn Công thức hiệu chỉnh nh sau: tt = đ.Km Trong đó: tt: điện trở suất tính toán đất đ: điện trở suất đo đợc đất Km : hệ số mùa đất Nguyễn Minh Tởng Lớp HTĐ2 - K44 BTD - KTĐ Cao áp Trang 10 Hệ số K phụ thuộc vào dạng điện cực độ chôn sâu điện cực Đối với trạm biến áp ta thiết kế có cấp điện áp 35kV cột thu lôi độc lập ta sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu tản dòng điện tốt 2.2- Các số liệu dùng để tính toán nối đất Điện trở suất đo đợc đất: đ =0.8.104 /cm =0.8.102 /m Điện trở nối đất cột đờng dây: Rc = 12 Dạng sóng tính toán dòng điện sét: I s = a.t t < ds I s = I ds Trong đó: a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/às I: biên độ dòng điện sét I = 150kA I 150 ds = s = = 5às a 30 đs: thời gian đầu sóng lấy 5às = Is đs I t Hình (41) : Dạng sóng dòng sét 1.Tính toán nối đất an toàn - Yêu cầu nối đất an toàn trạm 35kV điện trở yêu cầu nhỏ Ôm a Tính toàn nối đất mạch vòng quanh trạm RMV tt k L2 = RT = ln 2..L h.d Trong đó: RT: điện trở nối đất tt : điện trở suất tính toán Nguyễn Minh Tởng Lớp HTĐ2 - K44 BTD - KTĐ Cao áp Trang 11 tt = k mtat = 0.8.10 ì 1,6 = 1.2810 cm h: độ chôn sâu h = 0,8 m L: chu vi mạch vòng nối đất L = 2( l1 + l2 ) = 2( 90+50 ) =280m d: đờng kính Sử dụng có tiết diện tròn với d = cm k: hệ số hình dáng k = f(l1/ l2) = f(90/50) = f(1.8) = 6.1 Với số liệu ta có giá trị điện trở nối đất mạch vòng RMV 1.28.10 6.1.280 2.10 = ì ln = 1,27 2. 280.10 0,8.10 2.2 Ta có: RMV Ryc = W nên ta không cần phải đóng cọc vào hệ thống nối đất 2./Nối đất chống sét: Sơ đồ đẳng trị nối đất chống sét đợc biểu thị hình sau: IS LO GO Điện áp điểm thân cột cách phận nối đất đoạn dài l đợc tính theo công thức U = Is * Rxk + L(dis/dt) Trong : -Is biên độ dòng điện sét,kV - L điện cảm phần nối đất dài l, àH - Rxk điện trở nối đất xung kích phận nối, - (dIs/dt) độ dốc trung bình phần đầu sóng dòng điện sét kA/às Trong tính toán thờng lấy Is = 150 kA (dIs/dt) = 30 kA/às Lo= 1.7àH/m; Rxk =12 l=10m Từ ta tính đợc : U = Is * Rxk + L(dis/dt)= 150 Rxk + 50*l=2000kV Và điện áp phận nối đất : Uđ=Is* Rxk =1500kV Nguyễn Minh Tởng Lớp HTĐ2 - K44 BTD - KTĐ Cao áp Trang 12 Do để không xảy phóng điện từ hệ thống thu sét tới công trình, khoảng cách không khí (Sk) khoảng cách đất (Sđ) phải đủ lớn để có mức cách điện không thấp so với trị số điện áp nói Cờng độ cách điện không khí thờng lấy 500kV/m, trị số trờng phóng điện đất lấy 300kV/m Từ ta có khoảng cách an toàn tính m: Sk =U1/500= 0.3* Rxk +0.1*l= 0.3*12+0.1*30= 6.6 lớn giới hạn nhỏ 5m Sk thoả mãn yêu cầu Sđ= Uđ/300=150* Rxk /300=150*12/300= 6m lớ giới hạn nhỏ 3m khoản cách chọn cột nối đất l = 10m Nguyễn Minh Tởng Lớp HTĐ2 - K44