Đề tài Điện - Điện tử

Header Page of 113 MỤC LỤC PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220kV/110kV CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1.1 Hiện tượng dông sét 1.1.1 Khái niệm chung 1.1.2 Tình hình dông sét Việt Nam 1.2 Ảnh hưởng dông sét đến hệ thống điện Việt Nam CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM PHÂN PHỐI 220/110kV 2.1 Khái niệm chung 2.2 Các yêu cầu kỹ thuật tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 2.3 Phạm vi bảo vệ cột thu sét dây chống sét 2.3.1 Phạm vi cột thu sét 2.3.2 Phạm vi bảo vệ dây chống sét 12 2.4 Mô tả trạm phân phối 220kV cần bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 13 2.4.1 Phương án 14 2.4.1.1 Bố trí các cột thu lôi 14 2.4.1.2.Tính toán cho phương án 14 2.4.1.3 Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét phương án 20 2.4.2 Phương án 20 2.4.2.1 Bố trí các cột thu lôi 20 2.4.2.2.Tính toán cho phương án 20 2.4.1.3 Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét phương án 25 2.4.3 Phương án 25 2.4.3.1 Bố trí dây thu sét 25 2.4.3.2 Tính toán cho phương án 25 2.4.3.3 Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét phương án 28 2.5 So sánh phương án 29 Footer Page ofTS.113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page of 113 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO TRẠM PHÂN PHỐI 220/110kV 30 3.1 Yêu cầu kĩ thuật nối đất trạm biến áp 30 3.2 Tính toán nối đất an toàn 32 3.2.1 Nối đất tự nhiên 32 3.2.2 Nối đất nhân tạo 33 3.3 Nối đất chống sét 35 3.3.1 Khái niệm 35 3.3.2 Trình tự tính toán 36 3.3.2.1 Tính toán nối đất phân bố dài không xét đến quá trình phóng điện đất 36 3.3.2.2 Tính toán trị số điện trở nối đất nhân tạo mùa sét 37 3.3.2.3.Tính toán cho trạm thiết kế 40 3.3.2.5 Kết luận 46 CHƯƠNG IV: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 220kV 47 4.1 Mở đầu 47 4.2 Lý thuyết tính toán 47 4.3 Tính toán tiêu bảo vệ chống sét đường dây 50 4.3.1 Thông số đường dây cần bảo vệ 50 4.3.2 Độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở, hệ số ngẫu hợp đường dây 51 4.3.2.1 Độ võng của dây 51 4.3.2.2 Độ treo cao trung bình của dây dẫn dây chống sét 51 4.3.2.3 Góc bảo vệ của dây thu sét 52 4.3.2.4 Tổng trở sóng của dây dẫn dây chống sét 52 4.3.2.5 Hệ số ngẫu hợp dây dẫn pha với dây chống sét 53 4.3.2.6 Nhận xét 55 4.3.3 Tính số lần sét đánh vào đường dây 55 4.3.3.1 Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 55 4.3.3.2.Số lần sét đánh vào đỉnh cột khoảng vượt 56 4.3.4 Suất cắt đường dây 220 kV sét đánh vòng qua dây dẫn vào dây pha56 4.3.5 Tính suất cắt đường dây 220 kV sét đánh vào khoảng vượt 57 Footer Page ofTS.113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page of 113 4.3.6 Tính suất cắt đường dây 220 kV sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột 63 4.3.7 Tính suất cắt tổng tiêu chống sét đường dây tải điện 80 4.4 Kết luận 80 PHẦN HAI: CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN SÓNG TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN VÀO TRẠM BIẾN ÁP 82 A.KHÁI NIỆM CHUNG 82 B CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP TRÊN CÁCH ĐIỆN CỦA THIẾT BỊ KHI CÓ SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM 83 I Tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phương pháp lập bảng 83 I.1 Nội dung phương pháp 83 I.1.1 Quy tắc Petersen 84 I.1.2 Quy tắc sóng đẳng trị 85 I.1.3 Xác định điện áp điện dung 86 a Phương pháp sơ đồ Petersen 87 b Phương pháp tiếp tuyến liên tiếp 87 I.1.4 Xác định điện áp dòng điện chống sét van 89 I.2) Sơ đồ tính toán 91 II Trình tự tính toán 92 II.1 Thiết lập phương pháp tính điện áp nút sơ đồ rút gọn 95 II.2 Kiểm tra đặc tính cách điện nút cần bảo vệ 100 II.2.1 Đặc tính chịu đựng của máy biến áp 110 kV 100 II.2.2 Đặc tính cách điện của góp 101 II.2.3 Kiểm tra dòng điện qua chống sét van 101 II.2.4 Kết luận 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 Footer Page ofTS.113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page of 113 PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220kV/110kV CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Hệ thống điện phận hệ thống lượng bao gồm: Nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp hộ tiêu thụ điện Trong trạm biến áp đường dây có số lượng lớn quan trọng.Trong trình vận hành phần tử chịu nhiều tác động thiên nhiên mưa, gió, bão đặc biệt sét đánh Khi có sét đánh vào trạm biến áp đường dây, gây hư hỏng cho thiết bị điện trạm dẫn đến việc ngừng cung cấp điện liên tục gây thiệt hại lớn đến kinh tế quốc dân Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm chi phí thiệt hại nâng cao độ an toàn vận hành phải tính toán bố trí bảo vệ chống sét cho hệ thống điện 1.1 Hiện tượng dông sét 1.1.1 Khái niệm chung Dông sét tượng thiên nhiên, phóng tia lửa điện khoảng cách điện cực lớn (trung bình khoảng 5km) Hiện tượng phóng điện giông sét gồm hai loại : +) Phóng điện đám mây tích điện với +) Phóng điện đám mây tích điện với mặt đất Trong phạm vi đồ án nghiên cứu phóng điện đám mây tích điện với mặt đất Hiện tượng gây nhiều trở ngại cho người Các đám mây tích điện với mật độ điện tích lớn tạo cường độ điện trường lớn hình thành dòng phát triển phía mặt đất Giai đoạn giai đoạn phóng điện tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình tia tiên đạo lần phóng điện khoảng 1,5.107cm/s, lần phóng điện sau tốc độ tăng lên khoảng 2.108 cm/s (trong đợt sét đánh có nhiều lần phóng điện đám mây hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng phóng điện xuống đất) Tia tiên đạo môi trường Plasma có điện tích lớn Đầu tia nối với trung tâm điện tích đám mây nên phần điện tích trung tâm vào tia tiên đạo Phần điện tích phân bố dọc theo chiều dài tia xuống mặt đất Dưới tác dụng điện trường tia tiên đạo, có tập trung điện Footer Page ofTS.113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page of 113 tích khác dấu mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện đất Nếu vùng đất có điện dẫn đồng điểm nằm phía đầu tia tiên đạo Còn vùng đất có điện dẫn không đồng (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) điện tích đất tập trung nơi có điện dẫn cao Quá trình phóng điện phát triển dọc theo đường sức nối liền đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích mặt đất, cường độ điện trường có trị số lớn địa điểm sét đánh mặt đất định sẵn.Tính chất chọn lọc phóng điện vận dụng việc đảm bảo chống sét đánh thẳng cho công trình Cột thu sét có độ cao lớn trị số điện trở nối đất bé thu hút phóng điện phía mình, tạo nên khu vực an toàn quanh Nếu mặt đất, điện tích khác dấu tập trung dễ dàng có điều kiện thuận lợi để tạo nên khu vực trường mạnh (ví dụ đỉnh cột điện đường dây cao áp) đồng thời xuất tia tiên đạo từ phía mặt đất phát triển ngược chiều tia tiên đạo từ phía lớp mây điện Khi tia tiên đạo phát triển tới gần mặt đất trường khoảng không gian điện cực có trị số lớn có trình ion hóa mãnh liệt dẫn tới hình thành dòng plasma với mật độ ion lớn nhiều so với tia tiên đạo Do có điện dẫn thân cao, nên đầu dòng có điện mặt đất toàn hiệu số điện tia tiên đạo với mặt đất tập trung vào khu vực với đầu tia tiên đạo Trường khu vực tăng cao gây ion hóa mãnh liệt dòng plasma kéo dài di chuyển ngược phía Giai đoạn gọi giai đoạn phóng điện ngược Tốc độ phát triển phóng điện ngược thay đổi giới hạn 1,5.109 – 1,5.109 (cm/s) tức (0,05 – 0,5) tốc độ ánh sáng Nhưng tốc độ phát triển phóng điện ngược mật độ điện trường điện tích tia tiên đạo , đơn vị thời gian điện tích vào đất . công thức tính dòng điện sét: is =   Công thức tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ không đáng kể) Tham số chủ yếu phóng điện sét dòng điện sét, dòng điện có biên độ độ dốc phân bố theo hàng biến thiên phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm kA) dạng sóng dòng điện sét dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt sét ứng với giai Footer Page ofTS.113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page of 113 đoạn phóng điện ngược Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trạm gây điện áp khí gây hậu nghiêm trọng trình bày 1.1.2 Tình hình dông sét Việt Nam Việt Nam nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét mạnh Theo tài liệu thống kê cho thấy miền đất nước Việt nam có đặc điểm dông sét khác nhau: Ở miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70  110 ngày năm số lần dông từ 150  300 lần trung bình ngày xảy từ  dông Vùng dông nhiều miền Bắc Móng Cái Tại hàng năm có từ 250  300 lần dông tập trung khoảng 100  110 ngày Tháng nhiều dông tháng 7, tháng Một số vùng có địa hình thuận lợi thường khu vực chuyển tiếp vùng núi vùng đồng bằng, số trường hợp dông lên tới 200 lần, số ngày dông lên đến 100 ngày năm Các vùng lại có từ 150  200 dông năm, tập trung khoảng 90  100 ngày Nơi dông miền Bắc vùng Quảng Bình hàng năm có 80 ngày dông Xét dạng diễn biến dông năm, ta nhận thấy mùa giông không hoàn toàn đồng vùng Nhìn chung Bắc Bộ mùa dông tập chung khoảng từ tháng đến tháng Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, phần phía Bắc (đến Quảng Ngãi) khu vực tương đối nhiều dông tháng 4, từ tháng đến tháng số ngày giông khoảng 10 ngày/ tháng, tháng nhiều dông (tháng 5) quan sát 12  15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng ), tháng đầu mùa (tháng 4) tháng cuối mùa (tháng 10) dông ít, tháng gặp từ  ngày dông Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) khu vực dông nhất, thường có tháng số ngày dông khoảng 10/tháng Tuy Hoà 10ngày/tháng, Nha Trang ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng Ở miền Nam khu vực nhiều dông đồng Nam Bộ từ 120  140 ngày/năm, Footer Page ofTS.113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page of 113 thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/ năm Mùa dông miền Nam dài mùa dông miền Bắc từ tháng đến tháng 11 trừ tháng đầu mùa (tháng 4) tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dông quan sát trung bình có từ 15  20 ngày/tháng, tháng tháng nhiều dông trung bình gặp 20 ngày dông/tháng thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày Ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn số lần dông hơn, tháng nhiều dông tháng quan sát khoảng 15 ngày dông Bắc Tây Nguyên, 10  12 Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, PLâycu 17 ngày Số ngày dông tháng số vùng lãnh thổ Việt Nam xem Bảng 1-1 Bảng 1-1: Số ngày dông sét tháng số vùng lãnh thổ Việt Nam Tháng 10 11 12 Cả năm Cao Bằng 0,2 0,6 4,2 5,9 12 17 20 19 10 11 0,5 0,0 94 Bắc Cạn 0,1 0,3 3,0 7,0 12 18 20 21 10 2,8 0,2 0,1 97 Lạng Sơn 0,2 0,4 2,6 6,9 12 14 18 21 10 2,8 0,1 0,0 90 Bắc Ninh 0,2 0,4 2,6 6,9 10 12 16 18 2,8 0,1 0,0 80 Móng Cái 0,0 0,4 3,9 6,6 14 19 24 24 13 4,2 0,2 0,0 112 Sa Pa 0,6 2,6 6,6 12 13 15 16 18 7,3 3,0 0,9 0,3 97 Lào Cai 0,4 1,8 7,0 10 12 13 17 19 8,1 2,5 0,7 0,0 93 Yên Bái 0,2 0,6 4,1 9,1 15 17 21 20 11 4,2 0,2 0,0 104 Tuyên Quang 0,2 0,0 4,0 9,2 15 17 22 21 11 4,2 0,5 0,0 106 Địa điểm Phía Bắc Phú Thọ 0,0 0,6 4,2 9,4 16 17 22 21 11 3,4 0,5 0,0 107 Thái Nguyên 0,0 0,3 3,0 7,7 13 17 17 22 12 3,3 0,1 0,0 97 Hà Nội 0,0 0,3 2,9 7,9 16 16 20 20 11 3,1 0,6 0,9 99 Hải Phòng 0,0 0,1 7,0 7,0 13 19 21 23 17 4,4 1,0 0,0 111 Footer Page ofTS.113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page of 113 Ninh Bình 0,0 0,4 8,4 8,4 16 21 20 21 14 5,0 0,7 0,0 112 Lai Châu 0,4 1,8 13 12 15 16 14 14 5,8 3,4 1,9 0,3 93 Điện Biên 0,2 2,7 12 12 17 21 17 18 8,3 5,3 1,1 0,0 112 Sơn La 0,0 1,0 14 14 16 18 15 16 6,2 6,2 1,0 0,2 99 Nghĩa Lộ 0,2 0,5 9,2 9,2 14 15 19 18 10 5,2 0,0 0,0 99 Thanh Hoá 0,0 0,2 7,3 7,3 16 16 18 18 13 3,3 0,7 0,0 100 Vinh 0,0 0,5 6,9 6,9 17 13 13 19 15 5,6 0,2 0,0 95 Con Cuông 0,0 0,2 13 14 13 20 14 5,2 0,2 0,0 103 Đồng Hới 0,0 0,3 6,3 6,3 15 7,7 9,6 9,6 11 5,3 0,3 0,0 70 Cửa Tùng 0,0 0,2 7,8 7,8 18 85 13 17 10 12 12 12 5,3 0,3 0,0 Phía Nam Huế 0,0 0,2 1,9 4,9 10 6,2 5,3 5,1 4,8 2,3 0,3 0,0 41,8 Đà Nẵng 0,0 0,3 2,5 6,5 14 11 9,3 12 8,9 3,7 0,5 0,0 69,5 Quảng Ngãi 0,0 0,3 1,2 5,7 10 13 9,7 1,0 7,8 0,7 0,0 0,0 59,1 Quy Nhơn 0,0 0,3 0,6 3,6 8,6 5,3 5,1 7,3 9,6 3,3 0,6 0,0 43,3 Nha Trang 0,0 0,1 0,6 3,2 8,2 5,2 4,6 5,8 8,5 2,3 0,6 0,1 39,2 Phan Thiết 0,2 0,0 0,2 4,0 13 7,2 8,8 7,4 9,0 6,8 1,8 0,2 59,0 Kon Tum 0,2 1,2 6,8 10 14 8,0 3,4 0,2 8,0 4,0 1,2 0,0 58,2 Playcu 0,3 1,7 5,7 12 16 9,7 7,7 8,7 17 9,0 2,0 0,1 90,7 Đà Lạt 0,6 1,6 3,2 6,8 10 8,0 6,3 4,2 6,7 3,8 0,8 0,1 52,1 1,8 3,4 11 10 5,2 3,4 2,8 7,2 7,0 4,0 0,0 70,2 22 19 17 16 19 11 2,4 138 0,2 0,0 0,7 7,0 19 16 14 15 13 1,5 4,7 0,7 104 Blao Sài Gòn Sóc Trăng Hà Tiên 13 1,4 1,0 2,5 10 2,7 1,3 10 Footer Page ofTS.113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN 20 15 23 9,7 7,4 9,0 9,7 15 15 4,3 128 SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page of 113 Từ bảng ta thấy Việt Nam nước phải chịu nhiều ảnh hưởng dông sét, điều bất lợi cho hệ thống điện Việt nam đòi hỏi ngành điện phải đầu tư nhiều vào thiết bị chống sét Đặc biệt đòi hỏi nhà thiết kế phải trọng tính toán thiết kế công trình điện cho HTĐ vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục tin cậy 1.2 Ảnh hưởng dông sét đến hệ thống điện Việt Nam Như trình bày phần trước biên độ dòng sét đạt tới hàng trăm kA Đây nguồn sinh nhiệt vô lớn dòng điện sét qua vật Thực tế có dây tiếp địa phần nối đất không tốt, bị dòng điện sét tác dụng bị nóng chảy đứt, chí có cách điện sứ bị dòng điện sét tác dụng bị vỡ chảy nhũ thạch, phóng điện sét kèm theo việc di chuyển không gian lượng điện tích lớn, tạo điện từ trường mạnh, nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến thiết bị điện tử, ảnh hưởng rộng, nơi cách xa hàng trăm km Khi sét đánh thẳng vào đường dây xuống mặt đất gần đường dây sinh sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên điện áp tác dụng lên cách điện đường dây Khi cách điện đường dây bị phá hỏng gây nên ngắn mạch pha - đất ngắn mạch pha – pha buộc thiết bị bảo vệ đầu đường dây phải làm việc Với đường dây truyền tải công suất lớn, máy cắt nhảy gây ổn định cho hệ thống, hệ thống tự động nhà máy điện làm việc không nhanh dẫn đến rã lưới Sóng sét truyền từ đường dây vào trạm biến áp sét đánh thẳng vào trạm biến áp gây nên phóng điện cách điện trạm biến áp, điều nguy hiểm tương đương với việc ngắn mạch góp dẫn đến cố trầm trọng Mặt khác, có phóng điện sét vào trạm biến áp, chống sét van đầu cực máy biến áp làm việc không hiệu cách điện máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vô lớn Qua ta thấy cố sét gây lớn, chiếm chủ yếu cố lưới điện, dông sét mối nguy hiểm lớn đe dọa hoạt động lưới điện Kết luận Sau nghiên cứu tình hình dông sét Việt Nam ảnh hưởng dông sét tới hoạt động lưới điện Ta thấy việc tính toán chống sét cho lưới điện trạm biến áp cần thiết để nâng cao độ tin cậy vận hành lưới điện Footer Page ofTS.113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page 10 of 113 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM PHÂN PHỐI 220/110kV 2.1 Khái niệm chung Trạm biến áp phận quan trọng hệ thống truyền tải phân phối điện Đối với trạm biến áp 220kV thiết bị điện trạm đặt trời, nên có sét đánh trực tiếp vào trạm xảy hậu nặng nề, làm hỏng đến thiết bị trạm mà dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn thời gian dài, làm ảnh hưởng đến việc sản suất điện nghành kinh tế quốc dân khác.Vì vây, việc tính toán bảo vệ chông sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt trời quan trọng Hiện để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi Tác dụng cuả hệ thống tập trung điện tích để định hướng cho phóng điện sét tập trung vào đó, tạo khu vực an toàn bên 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 ngược 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 2.2 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 nằm trọn phạm vi bảo vệ an toàn hệ thống bảo vệ Hệ thống bảo vệ trạm 220/110kV ta dùng hệ thống cột thu lôi, hệ thống đặt thân công trình đặt độc lập tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể Đặt hệ thống thu sét thân công trình tận dụng độ cao phạm vi bảo vệ giảm độ cao cột thu lôi Nhưng mức cách điện trạm phải đảm bảo an toàn điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị Vì đặt Footer Page 10 TS of 113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page 92 of 113 89 sóng phản xạ từ cuối đường dây trở xác định: Upx (t)  Uc (t)  U t (t) Và từ thời điểm này, đường cong 2Ut (t) cần phải thay đường cong: 2U t (t )  U px (t ) I.1.4 Xác định điện áp dòng điện chống sét van * Đặc tính chống sét van Việc tính toán chống sóng truyền vào trạm việc tính toán để lựa chọn chống sét van Chống sét van chia làm hai loại chống sét van có khe hở chống sét van không khe hở Ta chọn loại chống sét van không khe hở có nhiều ưu diểm so với loại chống sét van có khe hở Xét đặc tính V-A chống sét van viết dạng: UCSV  A.i (II-9) A: điện trở dòng điện qua 1[A] α: hệ số phi tuyến chống sét van ZnO Khi cho α giá trị khác nhau, ta vẽ đồ thị sau: U, kV α=1 I II α=0,2 α=0,02 α=0 A I, kA Hình II-6: Đặc tính V-A chống sét van Hệ số phi tuyến chống sét van SiC biến thiên phạm vi 0,18÷0,24 hệ số phi tuyến chống sét van ZnO biến thiên phạm vi 0,02÷0,03 (Hình II-6) Footer Page 92 TS of 113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page 93 of 113 90  Miền II ứng với miền làm việc chống sét van có dòng điện I ≥ 1kA Khi điện áp dư loại chống sét van có điện trở phi tuyến làm ZnO thấp loại chống sét van có điện trở phi tuyến làm SiC Như sử dụng loại chống sét van dùng điện trở phi tuyến làm ZnO có độ an toàn cao (do điện áp dư thấp khả nguy hiểm đến thiết bị khác trạm giảm xuống) làm giảm thấp mức cách điện xung kích trạm  Miền I ứng với điện áp, dòng điện rò điện trở ZnO bé so dòng rò điện trở SiC bé đến mức nối trực tiếp loại điện trở vào lưới điện mà không cần dao cách ly khe hở chống sét van cổ điển (dùng điện trở phi tuyến SiC) Xác định điện áp dòng điện chống sét van Sơ đồ Petersen xác định điện áp chống sét van sau: U1 U2 ZCSV Zdt 2Udt UCSV ZCSV Hình II-7: Sơ đồ thay Petersen cho chống sét van Từ sơ đồ thay thế, ta có phương trình:  2Udt  Zdt iCSV  A.iCSV (II-10) đó: A=295 =0,025  Mặt khác, ta biết đặc tính V-A chống sét van: UCSV  f (iCSV )  A.iCSV nên ta vẽ đồ thị (Hình II-8) Vì UCSV (t) ICSV (t) phụ thuộc hoàn toàn vào đặc tính V-S chống sét van nên ta có cách tính UCSV (t) ICSV (t) theo phương pháp đồ thị sau: - Phần bên phải vẽ đường đặc tính V-A: UCSV=f(iCSV) điện áp giáng tổng trở Ztd Ztd.iCSV, sau xây dựng đường cong UCSV +Ztd.iCSV phương pháp cộng đồ thị tương ứng với giá trị iCSV Footer Page 93 TS of 113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page 94 of 113 - 91 Phần bên trái ta vẽ quan hệ 2Utd (t) Ứng với sóng ta xác định điểm a đường 2Utd (t), từ điểm a ta dóng sang bên phải song song với trục OI, gặp đường cong UCSV+Ztd.iCSV điểm b, từ điểm b ta dóng xuống song song với trục OU, gặp đường UCSV điểm c, từ điểm c ta dóng song song với trục Ot gặp đường dóng thẳng từ điểm a xuống song song với OU d, d giá trị UCSV (t) ứng với giá trị 2Utd (t) điểm a Từ c ta tiếp tục dóng thẳng xuống trục OI cắt trục OI g, từ g ta chuyển sang toạ độ ICSV (t) ta có điểm h (với Oh=Og) Từ h ta dóng song song với Ot gặp đường dóng thẳng từ a xuống e, e giá trị ICSV (t) ứng với giá trị 2Utd (t) điểm a Thay đổi nhiều giá trị a khác làm theo cách tương tự ta có đường cong đặc tính UCSV(t) ICSV(t) U, kV 2Udt UCSV + iCSV.Zdt a b iCSV.Zdt UCSV (t) t O ICSV (t) e UCSV c d g I, kA h ICSV, kA Hình II-8: Đồ thị xác định U(t), I(t) chống sét van từ đặc tính V-A I.2) Sơ đồ tính toán Khi lập sơ đồ tính toán cần xác định chế độ vận hành nguy hiểm mặt bảo vệ sóng truyền vào trạm, điều đảm bảo số liệu tính toán cho khả xác định mức độ bảo vệ an toàn cao Sơ đồ xuất phát thường phức tạp, để trình tính toán không phức tạp Footer Page 94 TS of 113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page 95 of 113 92 cần có đơn giản hóa hợp lý Có thể tiến hành theo trình tự sau: + Dựa vào sơ đồ nguyên lý lập sơ đồ thay trạm trạng thái sóng Trong sơ đồ thay đường dây, góp thay đoạn đường dây dài với tổng trở sóng chúng Trong tính toán thường lấy gần tổng trở sóng Z = 400 Ω cho đường dây góp Tốc độ truyền sóng lấy v = 300 m/µs + Căn vào sơ đồ đầy đủ lập với chiều dài đoạn dây, góp biết, phân tích sơ bộ, tìm trạng thái vận hành bất lợi Thường trạng thái mà thiết bị cần bảo vệ (máy biến áp, máy cắt…) xa chống sét van, trình lan truyền sóng đường dây qua nút có điện dung tập trung nhiều đường dây rẽ nhánh + Tiến hành đơn giản hóa sơ đồ theo nguyên tắc sau: Các nút gần điểm nối vào góp nhập chung thành nút nhằm làm giảm khối lượng tính toán Các điện dung tập trung không nằm vị trí cần xác định điện áp nút phân nhánh đường truyền sóng di chuyển nút gần theo nguyên tắc mô men, nghĩa điện dung chia làm hai phần di chuyển phía hai nút gần với trị số tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ đến nút II Trình tự tính toán Trạm biến áp 110kV mà ta cần tính toán bảo vệ chống sóng truyền vào từ đường dây có sơ đồ nguyên lý sau T1 CL CL CL CL D1 MC MC CSV BU T2 CL CL CL MC CL D2 MC Hình II-9: Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp Điện cảm đơn vị dài góp: Footer Page 95 TS of 113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page 96 of 113 93 L Z 400   1,33 H / m v 300 Điện dung đơn vị dài góp: C 1   8,33( pF / m) Z v 300.400 Từ sơ đồ ta thấy trạng thái vận hành nguy hiểm trạng thái mà trạm vận hành với máy biến áp T1 đường dây D2, đường dây D1 hở mạch máy biến áp T2 nghỉ Sau cắt đường dây D1 máy biến áp T2 nghỉ ta có sơ đồ thay trạm trạng thái nguy hiểm hình II-11 Trong sơ đồ điện dung có giá trị sau: ( theo Bảng 4-1 sách HDTNKTĐCA tác giả Nguyễn Minh Chước) + Máy biến áp : CMBA = 1500µF + Dao cách ly : CDCL = 60µF + Máy biến áp đo lường : CBU = 300µF + Máy cắt : CMC = 500µF D1 CL MC CL 6 60 500 CL MC CL 5 60 60 500 T1 24 60 1500 CL BU CSV 6 60 D2 CL MC CL 60 500 60 300 CL MC CL 60 500 T2 60 1500 Hình II-10: Sơ đồ thay trạng thái đầy đủ Tiến hành tính điện dung điểm sơ đồ rút gọn sơ đồ điểm sau + Điểm điểm đặt dao cách ly đường dây có sóng sét truyền qua Footer Page 96 TS of 113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page 97 of 113 94 + Điểm điểm đặt góp trạm biến áp + Điểm điểm đặt máy biến áp có sóng sét truyền đến + Điểm điểm đặt chống sét van Điện dung góp là: CTG  C0 LTG  8,33.12  100( pF ) CL MC CL 5 60 500 24 T1 60 1500 6 CL BU CSV 60 300 D2 CL MC CL 500 60 60 Hình II-11: Sơ đồ thay trạng thái nguy hiểm Ta có sơ đồ rút gọn C3 m 46 C1 23m C2 17 m C4 CSV Hình II-12: Sơ đồ rút gọn Trong sơ đồ rút gọn (Hình II-12) sau quy đổi ta có điện dung tập chung nút nhận giá trị sau: C1  CCL  CMC 17  CCL 11 500.17  60.11  60   427 pF 25 25 Footer Page 97 TS of 113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page 98 of 113 C3  CT  95 CCL 12  CMC 17  CCL 22 60.12  500.17  60.22  1500   1730 pF 46 46 C4  CBU  CCL 60.6  300   322 pF 17 17 C2  CTG  5.CCL  2.CMC  CBU  CMBA  C1  C4  C3  100  5.60  2.500  300  1500  427 1730  322  721pF II.1 Thiết lập phương pháp tính điện áp nút sơ đồ rút gọn Sóng truyền tới trạm dạng xiên góc, xuất đường dây truyền vào trạm 110 kV với biên độ lớn U50% =660 kV độ dốc dầu sóng a =300(kV/µs)  ds  U 50% 660   2, µs a 300 Ta tính toán với sóng truyền vào trạm sóng xiên góc có phương trình: a.t (t   ds ) u U 50% (t   ds ) kV Thời gian truyền sóng nút nút l12 23   0,08 µs v 300 t12  Thời gian truyền sóng nút nút t24  l24 17   0,06 µs v 300 Thời gian truyền sóng nút nút t23  l23 46   0,15 µs v 300 Chọn gốc thời gian nút t=0µs bước thời gian tính Δt=0,01µs  Tính điện áp nút Nút có đường dây tới tổng trở sóng Z=400Ω Tổng trở tập trung nút tụ điện dung C1=427pF, ta có sơ đồ thay Peterson (Hình II-14) Tổng trở sóng đẳng trị là: Z dt  Footer Page 98 TS of 113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN Z 400   200 2 SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page 99 of 113 96 2Z dt 2.200  1 Z 400 Hệ số khúc xạ nút 1: 1  Suy 2U dt    m1.U m'  U 01'  U 21' m 1 Zdt 2Udt Z=400 Z=400 C1 Hình II-14: Sơ đồ tính điện áp nút Với U 01' U 21' sóng tới nút sóng phản xạ từ đường dây nút truyền + Khi t < 2t12 = 0,15µs U 21' =0 chưa có sóng phản xạ từ nút tới nút Do đó: 2Udt = U’01 + Khi t ≥ 2t12=0,15µs U’21 ≠ Do đó: 2Udt = U’01 + U’21 Do tổng trở tập trung nút điện dung C1=427pF Nên theo phương pháp tiếp tuyến ta có thời gian nạp mạch T1  Zdt C1  200.427.1012  0,09 µs t 0,01   0,11 T1 0,09 ΔU1 = t (2Udt – U1(t)) = 0,11.(2Udt – U1(t)) T1 U1(t+Δt) = ΔU1 + U1(t) ' U12  U1  U 21 + Sóng phản xạ nút 1:  ' U10  U1  U 01  Tính điện áp nút Nút có đường dây tới tổng trở sóng Z=400Ω Tổng trở tập trung nút tụ điện dung C2=721pF, ta có sơ đồ thay Peterson Footer Page 99 TS of 113 GVHD: ĐẶNG THU HUYỀN SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page 100 of 113 97 (Hình II-15) Zdt Z 2Udt Z C2 C2 Z Hình II-15: Sơ đồ tính điện áp nút Sau tính nút khoảng t < 2t12 phải bắt đầu xét nút Tại nút có đường dây nối với điện dung ta phải áp dụng phương pháp tiếp tuyến, sơ đồ Peterson có: Z dt  Z 400   133 Ω 3  m2  2Z dt 2.133   0,667 Z 400 Suy 2U dt   m U m'  0,667(U12'  U 32'  U 42' ) m 1 Với U12' , U 32' , U 42' sóng tới nút sóng phản xạ từ nút 1,3 nút truyền + Khi t < t12+2t24=0,075+0,11=0,185µs U 42' =0, U 32' =0 Do 2U dt  0,667U12' + Khi t12+2t24< t t12+2t23=0,375µs U 42' ≠ 0, U 32' ≠ Do 2U dt  0,667.(U12'  U32'  U 42' ) Để tính 2U dt khoảng thời gian t > t12+t23 ta phải quan tâm tới nút 3,4 Ta tạm dừng tính nút tính nút 3,4 khoảng thời gian từ t=t12 đến t=t12+t23 Sau tính điện áp nút 3,4 ta quay lại tính điện áp nút ' U32'  U32 (t  0,15) với U32  U3  U 23 Footer Page 100TS ofĐẶNG 113 THU HUYỀN GVHD: SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page 101 of 113 98 ' U 42'  U 42 (t  0,06) với U 42  U  U 24 Biết 2U dt , Z dt C2 tính điện áp nút theo phương pháp tiếp tuyến + Thời gian nạp mạch: T2  Zdt C2  133.721.1012  0,10(  s) t 0, 01   0,10 T2 0,10 U  0,1.(2U dt  U (t )) U (t  t )  U  U (t ) + Sóng phản xạ nút 2: U 21  U  U12'  ' U 23  U  U 32  ' U 24  U  U 42 Khi thời gian (tương nút 2): t < 2t24 = 0,11µs t < 2t23 = 0,3µs U 42'  ' U 32  U24 = U23 = U2  Tính điện áp nút Nút có đường dây tới tổng trở sóng Z=400Ω Tổng trở tập trung nút tụ điện dung C3=1730pF, ta có sơ đồ thay Peterson (Hình II-16) Zdt 2Udt Z=400 C3 Hình II-16: Sơ đồ tính điện áp nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Zdt  Z  400 Hệ số khúc xạ nút là: Footer Page 101TS ofĐẶNG 113 THU HUYỀN GVHD: SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page 102 of 113 99  Suy 2Z dt 2.400  2 Z 400 ' ' 2U dt   U 23  2U 23 Với U 23' sóng tới nút sóng phản xạ từ nút truyền tới U 23'  U 23 (t  t23 ) U 23  U  U 32' Do tổng trở tập trung nút điện dung C3=1730pF Nên theo phương pháp tiếp tuyến ta có + Thời gian nạp mạch: T1  Zdt C1  400.1730.1012  0,70 µs t 0, 01   0, 014 T3 0, 70 U  0, 014.(2U dt  U (t )) U (t  t )  U  U (t )  Điện áp nút Nút có đường dây tới tổng trở sóng Z=400Ω Tổng trở tập trung nút tụ điện dung C4=322pF mắc song song với chống sét van không khe hở ZnO, ta có sơ đồ thay Peterson (Hình II-17) Zdt 2Udt Z CSV C4 CSV C4 Hình II-17: Sơ đồ tính điện áp nút Ta dùng chống sét van khe hở nên chống sét van làm việc, tác dụng điện dung C4 không đáng kể Trong sơ đồ Peterson ta xét tổng trở chống sét van mà bỏ qua điện dung C4  U csv  A.I csv : A =295, α=0,025 ' U csv  I csv Z dt  2.U 24  2.U dt với Zdt = 400Ω Footer Page 102TS ofĐẶNG 113 THU HUYỀN GVHD: SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page 103 of 113 100 Ta có U 24' sóng phản xạ từ nút truyền tới U'24  U 24 (t  t 24 )  U 24 (t  0,06) U 24  U  U '42 + Khi t < t12+2t24 = 0,08+0,11 = 0,19µs U 42' = U24=U2 Ta tính U4 khoảng phương pháp đồ thị (dựa vào Udt,Zdt đặc tính V-A chống sét van) + Khi t > 2t24 = 0,12 µs U 42' ≠ tính tiếp có U3 bước trước Quá trình tính toán lặp lặp lại nút II.2 Kiểm tra đặc tính cách điện nút cần bảo vệ II.2.1 Đặc tính chịu đựng của máy biến áp 110 kV Tra giáo trình Kĩ thuật điện cao áp ta có đặc tính cách điện máy biến áp theo điện áp chịu đựng cực đại.Udm = 110kV, Umax = 550kV Bảng II-1: Điện áp chịu đựng máy biến áp theo thời gian t (µs) 1,5 10 U/Umax 0,3 0,98 0,95 0,92 0,89 0,85 U (kV) 165 550 539 522,5 506 489,5 467,5 600 U(kV) 500 U1 400 U2 300 U3 200 U4 100 0 0.5 1.5 2.5 3.5 t(µs) Hình II-18: Đồ thị điện áp đặt lên cách điện máy biến áp Footer Page 103TS ofĐẶNG 113 THU HUYỀN GVHD: SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page 104 of 113 101 Từ (hình II-18) đường điện áp sóng truyền vào trạm nằm đường đặc tính cách điện máy biến áp Vì máy biến áp bảo vệ an toàn trước sóng điện áp II.2.2 Đặc tính cách điện của góp Đặc tính cách điện góp đặc tính phóng điện chuỗi sứ Bảng II-2: Đặc tính Vol – giây (V-S) góp t (µs) 10 U(kV) 1120 960 900 855 830 810 805 800 Đồ thị sau biểu diễn sóng truyền tới góp U(kV) 1200 1000 800 Utg(kV) 600 U2 400 200 t(µs) 0 Hình II-19: Đồ thị điện áp đặt lên cách điện góp Từ (hình II-19) đường điện áp sóng truyền nút góp nằm đường đặc tính cách điện góp nên góp đảm bảo an toàn II.2.3 Kiểm tra dòng điện qua chống sét van Dựa vào kết tính sóng truyền ta có hình vẽ:Dòng điện qua CSV tăng nhanh khoảng – 3,2µs (Hình II-20) Giá trị nhỏ giá trị giá trị an toàn 10kA Điều đảm bảo CSV hoạt động tốt Footer Page 104TS ofĐẶNG 113 THU HUYỀN GVHD: SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page 105 of 113 102 Icsv I(kA) 3.5 2.5 1.5 0.5 t(µs) 0 Hình II-20: Đồ thị điện áp dòng điện nút đặt chống sét van II.2.4 Kết luận Sóng khúc xạ giảm số lượng đường dây tăng lên ngược lại Khi sóng lan truyền từ đường dây vào trạm theo sơ đồ petersen điện áp góp giảm (n-1) lần có n đường dây nối vào góp Trong phần tính toán ta tính cho trường hợp nguy hiểm với đường dây máy biến áp Điện áp sóng truyền vào trạm nằm đường đặc tính cách điện máy biến áp (hình II-18) Máy biến áp bảo vệ an toàn trước sóng điện áp Điện áp sóng truyền nút góp nằm đường đặc tính cách điện góp (hình II-19) Thanh góp bảo vệ an toàn trước sóng điện áp Giá trị dòng điện qua chống sét van nhỏ giá trị giá trị an toàn 10kA Điều đảm bảo CSV hoạt động tốt Thông qua kết tính toán hình vẽ mô tả lại trình truyền sóng nút thời điểm khác ta thấy thiết bị quan trọng trạm biến áp bảo vệ an toàn, với sóng sét có độ dốc lớn Footer Page 105TS ofĐẶNG 113 THU HUYỀN GVHD: SVTH: TRẦN NGỌC TÂM Header Page 106 of 113 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Tớp, “Kỹ thuật điện cao áp – Quá điẹn áp bảo vệ chống điện áp”, Hà nội, 2007 [2] Võ Viết Đạn, “Giáo trình Kỹ thuật điện cao áp”, Hà Nội, 1972 [3] Nguyễn Thị Minh Chước, “Hướng dẫn Thiết kế tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp”, Hà Nội, 2002 [4] Nguyễn Đình Thắng, “Vật liệu kỹ thuật điện”, Hà nội, 2005 [5] Đào Quang Thạc, TS Phạm Văn Hòa, “Phần điện nhà máy điện trạm biến áp”, Hà Nội, 2005 [6] Trần Bách, “Lưới điện & Hệ thống điện (tập 3)”, Hà Nội, 2005 [7] http://www.thunderstorm.org.vn/ Nghiên cứu chống sét biện pháp phòng chống Footer Page 106TS ofĐẶNG 113 THU HUYỀN GVHD: SVTH: TRẦN NGỌC TÂM ... 6,03 ( 6-1 1) (1 0-1 5) 30 43 23,86 5,15 (1 6-1 8) (1 7-1 9) (2 0-2 1) 30 34,5 25,07 6,05 ( 1-5 ) ( 5-2 ) ( 2-3 ) ( 3-4 ) ( 6-7 ) ( 7-8 ) ( 8-9 ) ( 9-1 0) (1 1-1 2) (1 2-1 3) (1 3-1 4) (1 4-1 5) PHÍA 110KV hx = 11,35m (2 0-2 1) 30... 5,70 5,63 (1 6-1 7) (1 8-1 9) 91,40 0,27 26 17 25,73 5,70 5,38 (1 7-2 0) (1 9-2 1) 61,30 0,12 26 17 25,88 5,70 5,55 nhóm cột ( 1-6 ) ( 5-7 ) ( 2-8 ) ( 3-9 ) ( 4-1 0) ( 6-1 1) ( 7-1 2) ( 8-1 3) ( 9-1 4) (1 0-1 5) Phạm vi... 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 ngược từ hệ thống thu sét đến phần tử mang điện trạm mà mức cách điện không