Đồ Án Kỹ thuật điện cao áp

đồ án kỹ thuật điện cao áp gvhd phạm thị thanh đam.........................đồ án kỹ thuật điện cao áp gvhd phạm thị thanh đam.........................đồ án kỹ thuật điện cao áp gvhd phạm thị thanh đam.........................đồ án kỹ thuật điện cao áp gvhd phạm thị thanh đam.........................

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP LỜI MỞ ĐẦU Đất nước bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, đại hoá, ngành điện giữ vai trò quan trọng việc phát triển kinh tế quốc dân Trong sống điện cần cho phục vụ sản xuất sinh hoạt Cùng với phát triển xã hội đòi hỏi việc cung cấp điện phải đảm bảo liên tục có chất luợng cao Xuất phát từ thực tế việc đảm bảo cho trạm biến áp đường dây truyền tải làm việc an toàn, không gặp cố, không gây gián đoạn cung cấp điện đặc biệt quan trọng Nhằm hoàn thiện kiến thức học bước đầu làm quen với thực tế em nhà trường khoa Hệ Thống Điện giao cho đề tài: “Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét trạm cắt 220kV ” Đồ án tốt nghiệp gồm có phần: Phần I: Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm cắt 220kV Phần II: Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo trường Đại học Điện Lực nói chung thầy cô giáo khoa Hệ Thống Điện nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến cô Ths Phạm Thị Thanh Đam, cô tận tình giúp đỡ trực tiếp bảo hướng dẫn em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Do thiếu kinh nghiệm thức tế nên đề tài tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu quý thầy cô bạn để kiến thức em lĩnh vực hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2016 Sinh viên Đinh Văn Long SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP CHƯƠNG MỞ ĐẦU : TÌNH HÌNH DÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT TỚI LƯỚI ĐIỆN Việc nghiên cứu dông sét biện pháp chống sét có từ lâu lịch sử lâu dài với phát triển ngành điện Ngày người ta tìm phương pháp hệ thống thiết bị phòng chống sét đánh Sét tượng tự nhiên có mật độ, biên độ, thời gian phóng điện, biên độ dốc sét dự đoán trước nên việc nghiên cứu chống sét quan trọng đặc biệt ngành điện A) Hiện tượng dông sét * Khái niệm chung - Dông tượng thời tiết kèm theo sấm, chớp xảy Cơn dông hình thành có khối không khí nóng ẩm chuyển động thẳng Cơn dông kéo dài 30 phút đến 12 giờ, trải rộng từ vài chục đến hàng trăm kilomet Sét tượng phóng điện tia lửa khoảng cách điện cực lớn (trung bình khoảng 5km) Quá trình phóng điện sét giống trình xảy trường không đồng - Quá trình hình thành sét Các trình khí tạo nên đám mây mang điện tích: Các điện tích âm (-) tập trung thành nhóm, điện tích dương (+) rải đám mây Quá trình phóng điện từ điện tích (+) sang điện tích (-) tạo nên tượng trung hòa điện Các điện tích (-) lại phát triển phía mặt đất hình thành tia tiên đạo (dòng plasma có điện dẫn lớn) Tia tiên đạo phát triển phía mặt đất trường đầu dòng tăng làm ion hóa mãnh liệt môi trường xung quanh tạo nên thác điện tử chứa nhiều điện tích Càng gần mặt đất số điện tích lớn tạo nên dòng phóng điện ngược phát triển phía đám mây, hoàn thành phóng điện sét Tốc độ dòng sét xuôi từ đám mây đến mặt đất: Vx = 1,5.107 ÷ 2.108 cm/s Tốc độ dòng sét ngược từ mặt đất đến đám mây: SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Vng = 1,5 109 ÷ 2.1010 cm/s Tia tiên đạo Hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt Địa điểm phụ thuộc điện trở suất đất Hoàn thành phóng điện sét Dòng phóng điện ngược Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển phóng điện sét b) Các dạng sóng sét  Dạng tổng quát Imax is Trong đó: 0,5.Imax   ds thời gian đầu sóng  is = ÷ Imax  Ts thời gian toàn sóng  ds t Ts Hình 1.2 Dạng tổng quát sóng sét  Dạng xiên góc SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP is Trong đó: Imax  is = a.t (t <  ds)  is = a. ds = Imax (t >  ds)  a độ dốc đầu sóng Tds t Hình 1.3 Dạng xiên góc sóng sét  Dạng hàm số mũ Tính cho trình xảy chậm ( Quá trình phát nhiệt dòng sét) is Trong đó: Imax is  I max e t T  t T Ts 0,7 Hình 1.4 dạng hàm số mũ sóng sét  Cường độ hoạt động sét a Số ngày sét năm nngs Vùng lãnh thổ nngs Vùng xích đạo 100 ÷ 150 ngày Vùng nhiệt đới 60 ÷ 150 ngày ( Việt Nam) Vùng ôn đới 30 ÷ 50 ngày Vùng hàn đới < ngày b.Mật độ sét Là số lần sét đánh xuống 1km2 mặt đất ngày có sét: ms  0,1  0,15 SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Số lần phóng điện xuống đất năm: N  m s n ngs   0,1  0,15 n ngs  Tình hình dông sét Việt Nam Theo đề tài KC – 03 - 07 viện lượng, năm số ngày sét miền bắc khoảng từ 70 đến 100 ngày số lần có dông từ 150-300 lần Vùng có nhiều dông miềm bắc khu vực Móng Cái, Tiên Yên (Quảng Ninh) năm có 100 – 110 ngày dông sét Nơi dông Quảng Bình , hàng năm có 80 ngày dông, xét diễn biến mùa dông năm, mùa dông không hoàn toàn đồng vùng Nói chung miền bắc dông tập trung từ tháng 4-9 , phía tây bắc dông tập trung từ tháng 5-8 năm Trên vùng duyên hải trung từ phía bắc đến Quảng Ngãi khu vực tương đối nhiều dông tháng Số ngày có dông xấp xỉ 10 ngày / tháng, tháng có nhiều dông tháng 5, có từ 12 – 15 ngày Miền nam có nhiều dông , hàng năm quan sát từ 40 đến 50 ngày đến 100 ngày tùy nơi Khu vực nhiều dông sét đồng nam bộ, số ngày dông sét lên đến 120 – 140 ngày / năm Qua số liệu khảo sát ta thấy trung bình dông sét miền Bắc – Trung – Nam, vùng lân cận lại có mật độ sét tương đối giống Theo kết nghiên cứu người ta lập đồ phân vùng dông sét toàn Việt Nam Bảng 1: Số liệu sét năm 2012 địa phương Vùng Đồng ven biển Ngày dông trung bình Giờ dông trung bình (ngày / năm) ( / năm) 81,1 215,6 SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Mật độ sét trung bình Tháng dông cực đại 6,47 Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Miền núi trung du bắc 61,6 219,1 6,33 Cao nguyên miền trung 47,6 126,21 3,31 5,8 Ven biển miền trung 44 95,2 3,55 5,8 Đồng miền nam 60,1 89,32 5,37 5,9 Từ số liệu ngày dông, số lượng đo lường nghiên cứu thực giai đoạn tính toán đưa số liệu dự kiến mật độ phóng điện xuống khu vực Bảng 2:Mật độ phóng điện xuống khu vực Số ngày dông Đồng ven biển Miền núi trung du phía bắc Cao nguyên miền trung Ven biển trung Đồng miền nam 20  40 2,43 2, 68 2,1  4,2 12  2,4 1,22  2,44 1,26  2,52 40 60 4,68  4,92 4,2  6,3 2,4  3,6 2,44  3,65 2,52  3,78 60 80 7,92  9,72 6,3  8,4 3,6  4,8 3,65  4,87 3,78  5,06 80 100 9,72  12,15 8,4  10,5 4,8  4,87  6,09 5,06  6,3 100 120 12,15  14,58 10,5  12,6  7,2 6,09  7,31 6,3  7,76  Ảnh hưởng dông sét Ở Việt Nam khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KC – 03 – 07 lắp đặt thiết bị ghi sét ghi tổng hợp đường dây tải điện nhiều năm liên tục, kết thu thập tình hình cố lưới điện 220 kV miền bắc từ năm 1987 đến năm 1992 ghi bảng SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Bảng 1.3:Tình hình cố lưới điện miền bắc Dưới 220 kV Loại cố Đường dây Phả Lại – Hà Đông Tổng số Vĩnh cữu Tổng số Vĩnh cửu Do sét 1987 2 1 1988 5 1989 24 1990 25 1 1991 30 1 1992 19 4 105 16 22 11  Vấn đề chống sét: Qua nghiên cứu tình hình dông sét Việt Nam tác hại sét gây nên lưới điện, việc bảo vệ chống sét cho đường dây trạm biến áp điều thiếu Vì việc đầu tư nghiên cứu chồng sét cần thiết để nâng cao độ tin cậy vận hành lưới điện nước ta CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM CẮT 220 kV 1.1 Khái niệm chung Tra ̣m biế n áp và đường dây truyề n tải là mô ̣t bô ̣ phâ ̣n quan trọng ̣ thố ng truyề n tải và phân phố i điê ̣n Đố i với tra ̣m biế n áp thì các thiế t bi ̣ phân phối của tra ̣m thường đươ ̣c đă ̣t ngoài trời, nên bị sét đánh trực tiếp sẽ gây hâ ̣u quả nă ̣ng nề (phóng điện, phá hủy cách điện, gây cắt điện…) không bảo vệ Sự cố điện trạm còn ảnh hưởng đế n các ngành công nghiê ̣p khác hâ ̣u quả của viê ̣c mấ t điê ̣n Do vâ ̣y SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP tra ̣m biế n áp có yêu cầ u bảo vê ̣ cao Để bảo vệ chống sét đánh trực tiế p cho tra ̣m biế n áp người ta dùng cô ̣t thu lôi và dây chố ng sét dùng đảm bảo mặt kỹ thuật , kinh tế mỹ thuật Tác du ̣ng của ̣ thố ng tập trung điê ̣n tích để định hướng cho các phóng điê ̣n sét tâ ̣p trung vào đó ta ̣o khu vực an toàn bên dưới ̣ thố ng Ngoài thiế t kế hệ thống bảo vê ̣ chố ng sét đánh trực tiế p vào tra ̣m ta cầ n phải đảm bảo mặt kỹ thuật quan tâm tới tiêu kinh tế cho hợp lý 1.2 Các yêu cầu kĩ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng Yêu cầu bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp tất các thiế t bị cầ n bảo vê ̣ phải nằ m tro ̣n pha ̣m vi bảo vê ̣ an toàn của ̣ thố ng bảo vê ̣ Đố i với tra ̣m cắt 220 kV ta dùng cột thu lôi, còn đố i với đường dây ta dùng dây chố ng sét Đố i với tra ̣m biến áp từ 110 kV trở lên có mức cách điê ̣n cao, đó có thể đă ̣t các thiế t bi ̣ thu lôi các kế t cấu của tra ̣m gắ n vào hệ thố ng nố i đấ t của tra ̣m theo đường ngắ n nhấ t cho dòng điện sét khuyế ch tán vào hệ thố ng nố i đấ t theo đế n nố i đấ t với ̣ thống, mă ̣t khác phải có nố i đấ t bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất Khâu yếu trạm phân phối trời cuộn dây máy biến áp, dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp yêu cầu khoảng cách điểm nối vào cột thu lôi điểm nối vào hệ thống nối đất vỏ máy biến áp phải lớn 15m Tiết diện dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt có dòng sét chạy qua Đố i với các dây chố ng sét ta treo dọc theo chiề u dài của đường dây cần bảo vê ̣ và đă ̣t cao các đường dây đươ ̣c bảo vê ̣ 1.3 Các công thức sử dụng để tính toán 1.3.1 Độ cao cột thu lôi h = hx + (1.1) Trong đó: h : Độ cao cột thu lôi hx : Độ cao vật cần bảo vệ SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP : Độ cao tác dụng cột thu lôi xác định theo nhóm cột ≥ D ( Với D đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác tạo chân cột ) 1.3.2 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi độc lập Phạm vi bảo vệ cột thu lôi độc lập miền giới hạn mặt hình chóp tròn xoay có đường kính xác định phương trình: rx  1,6 (h  h x ) hx 1 h (1.2) - Nế u hx 2/3h thi:̀ rx  1,5h.(1  hx ) 0,8h (1.3) - Nế u hx> 2/3h thi:̀ rx  0,75h.(1  hx ) h (1.4) Biểu diễn hình vẽ sau: (Hình 2-1) a 0.2h b h 0,8h c 0,75h 1,75h R Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ cột thu sét  Chú ý: Các công thức trường hợp cột thu lôi cao 30m Khi cột thu lôi cao 30m công thức phải nhân với hệ số hiệu chỉnh p SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Với p  ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP 5,5 hình vẽ dùng hoành độ 0,75hp 1,5hp h 1.3.3 Phạm vi bảo vệ hay nhiều cột thu lôi Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi lớn nhiều so với tổng phạm vi bảo vệ hai cột đơn Nhưng để hai cột thu lôi phối hợp khoảng cách a cột phải thỏa mãn điều kiện a < 7h ( h chiều cao cột ) a Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao Khi cột thu lôi có độ cao h đặt cách khoảng cánh a (a < 7h) độ cao lớn khu vực bảo vệ hai cột thu lôi h0 tính sau: h0 = h − a Tính rox :  Nếu hx ≤ h h0 rox  1,5h (1  x ) 0,8h (1.5)  Nếu hx > h h0 rox  0,75h (1  x ) h0 (1.6) Chú ý: độ cao cột thu lôi vượt 30 (m) phần hiệu chỉnh phần ý mục 2.3.2 phải tính h0 theo công thức :  h0 = h − a 7p Biểu diễn hình vẽ sau: (Hình 1.2) SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Nên r17= 0,75.(h-hx)= 0,75.(23,5-17) =4,875 (m) c) Phạm vi bảo vệ của cặp cột biên - Xét cặp cột (1-2): Khoảng cách hai cột là: a = đoạn (1-2) = 30,8 m Độ cao lớn khu vực bảo vệ hai cột thu lôi là: a 30.8 h  h   23,5   19,1m 7 Bán kính khu vực bảo vệ hai cột thu sét là: Ở độ cao 11m: hx = 11m < h0 = 12,73 m → r0x  1,5h (1  hx 11 )  1,5.19,1.(1  )  8,025m 0,8h 0,8.19,1 Ở độ cao 17m: hx = 17m > h0 = 12,73m → r0x  0,75h (1  - hx 17 )  0,75.19,1.(1  )  1,575m h0 19,1 Tính toán tương tự cho cặp cột biên lại ta có kết bảng sau: Bảng 1.2: Kết tính bán kính bảo vệ cặp cột biên Cặp cột Độ cao cột a (m) h0 (m) r0x (m) (m) 220 kV hx=11 m hx= 17m 1-2, 2-3, 330,8 19,1 8,025 1,575 1-8 24 20,071 9,482 2,303 8-15 37,5 18,143 6,589 0,857 4, 4-5,5-6,6- 23,5 SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page 24 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Tổng số cột: 21 Tổng chiều kim thu lôi:262,5 m 1.5.2.3 Pha ̣m vi bảo vê ̣ của phương án 21 14 20 13 19 12 18 11 17 10 16 15 Hình 1.11 Phạm vi bảo vệ phương án Nhâ ̣n xét: Ta thấ y tấ t cả thiế t bi ̣trong tra ̣m đề u đươ ̣c bảo vệ 1.6 So sánh và lựa cho ̣n phương án Cả hai phương án đảm bảo mặt kỹ thuật Phương án 1: ta sử dụng 15 cột thu sét với tổng chiều dài 202,5 (m) Phương án 2: ta sử dụng 21 cột thu sét với tổng chiều dài 262,5 (m) So sánh hai phương án ta chọn phương án phương án bố trí cột thu sét chống sét đánh trực tiếp cho trạm SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page 25 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 2.1 Yêu cầu nối đất cho trạm biến áp Nhiệm vụ nối đất tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện áp vật nối đất có trị số bé Hệ thống nối đất phận quan trọng việc bảo vệ điện áp, Tuỳ theo nhiệm vụ hiệu mà hệ thống nối đất chia làm loại Nối đất làm việc Nhiệm vụ đảm bảo làm việc bình thường thiết bị, số phận thiết bị yêu cầu phải làm việc chế độ làm việc quy định sẵn Nối đất an toàn Có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người cách điện bị hư hỏng Thực nối đất an toàn cách nối đất phận kim loại không mang điện vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, giá đỡ kim loại Khi cách điện bị hư hỏng lão hoá phận kim loại có điện nối đất nên điện nhỏ không gây nguy hiểm cho người Nối đất chống sét Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào đất có sét đánh vào cột thu lôi hay dây chống sét 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 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 bước 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 thoả mãn: R  0,5 + Đối với thiết bị có điểm trung tính cách điện thì: R  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  125  I 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 SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page 26 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP điện trở nối đất nhân tạo là: R  1 + Trong thực nối đất tận dụng hình thức nối đất sẵn có đường ống kết cấu kim loại công trình chôn đất Việc tính toán điện trở tản đường ống chôn đất hoàn toàn giống với điện cực hình tia + Vì đất môi trường không đồng nhất, phức tạp điện trở suất đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần đất loại muối, axít 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 suất đất dựa theo kết đo lường thực địa sau phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích tăng cường an toàn Công thức hiệu chỉnh sau: TT   K m (2.1) Trong đó: tt: điện trở suất tính toán đất đo: điện trở suất đo đất Km: hệ số mùa đất Hệ số Km phụ thuộc vào dạng điện cực độ chôn sâu điện cực Hệ số mùa K ứng Loại nối đất Dạng cực Với trạng thái Đất khô Đất ẩm An toàn Thanh ngang chôn sâu 0,5 m 4,5 6,5 Làm việc Thanh ngang chôn sâu 0,8 m 1,6 3,0 Cọc dài 2-3m chôn sâu 0,8m 1,4 2,0 Thanh ngang chôn sâu 0,5 m 1,4 1,8 Chống Thanh ngang chôn sâu 0,8 m 1,25 1,45 sét Cọc dài 2-3 m 1,25 1,3 1,0 1,1 Nối đất chôn sâu với độ sâu 2-3 m 2.2 Tính toán nối đất Điện trở suất đo đất: d  78.4m Điện trở nối đất cột đường dây ta xét với giá trị: Rc  10 SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page 27 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Dây chống sét sử dụng loại C- 70, điện trở 1km đường dây 2,38  /km Chiều dài khoảng vượt đường dây ta chọn là: l  300  34  334m phía 220kV Điện trở tác dụng dây chống sét khoảng vượt : Rcs 220  r0 l  2,38.334.103  0,795() n 8 Số lộ trạm: 2.2.1 Nối đất an toàn Điện trở nối đất hệ thống : RHT  R NT // RTN  R NT RTN  0,5 R NT  RTN (2.2) Với RTN: điện trở nối đất tự nhiên RNT: điện trở nối đất nhân tạo RNT  1 a- Điện trở nối đất tự nhiên Nối đất tự nhiên trạm hệ thống chống sét đường dây cột điện 220kV tới trạm Ta có công thức sau: Rc n Rc   Rcs RTN  (2.3) Trong : n: số lộ dây Rcs: điện trở tác dụng dây chống sét khoảng vượt Rc : điện trở nối đất cột điện, với Rc= 10(  ) -Phía 220kV 10 RTN 220   0,306() 10   0, 795 Ta thấy RTN < 0,5Ω Vì ta nối đất nhân tạo b Điện trở nối đất nhân tạo Nối đất có hình thức cọc dài 2-3m sắt tròn hay sắt chôn thẳng đứng Thanh dài SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page 28 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP chôn nằm ngang độ sâu 0,5-0,8m đặt theo hình tia; mạch vòng tổ hợp hai hình thức - Đối với nối đất chôn nằm ngang dùng công thức chung sau: R  K L2 ln 2. l d t (2.4) Trong : L: chiều dài tổng điện cực d: đường kính điện cực điện cực dùng sắt tròn Nếu dùng sắt dẹt trị số d thay b với b chiều rộng sắt dẹt t: độ chôn sâu K: hệ số hình dạng phụ thuộc sơ đồ nối đất - Hệ thống nối đất gồm nhiều cọc bố trí dọc theo chiều dài tia theo chu vi mạch vòng: R HT  RT RC RC  T  n.RT  C (2.5) Trong đó: RC: điện trở tản cọc RT: điện trở tản tia mạch vòng n: số cọc ηT: hệ số sử dụng tia dài mạch vòng ηC: hệ số sử dụng cọc Đối với trạm biến áp ta thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo sử dụng hình thức nối đất mạch vòng xung quanh trạm dẹt chôn sâu 0.8m Mạch vòng cách móng tường bao quanh trạm chiều 1m Mạch vòng bao quanh trạm có chiều dài l1=223 m, chiều rộng l2 =79 m có chu vi Lt=604 (m) Điện trở mạch vòng trạm là: RMV   tt K L2 t ln 2. L d t (3.6) Trong đó: Lt: chu vi mạch vòng, Lt=604 m SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page 29 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP t: Độ chôn sâu thanh, t= 0,8m ρtt: điện trở suất tính toán đất với làm mạch vòng chôn độ sâu t  tt   d k mua Tra bảng với ngang chôn sâu t=0,8m ta có kmùa=1,6 tt  78.4.1,6  125.44(.m) d: đường kính làm mạch vòng Chọn có bề rộng b=4cm d b 4.10 2   2.10  (m) 2 K: hệ số hình dạng phụ thuộc hình dáng hệ thống nối đất l l2 Giá trị K  f ( ) cho bảng sau: l l2 Bảng2.1: Bảng K  f ( ) l1/l2 1.5 K 5,53 5,81 6,42 8,17 10,4 Ta có đồ thị sau: l l2 Hình 2.1: Hệ số hình dạng K  f ( ) l1 223   2.82 Tra đồ thị ta có: K  7,78 l2 79 Vậy điện trở mạch vòng là: SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page 30 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC RMV ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP 125, 44 7, 78.604  ln  0, 628() 2. 604 0,8.2.10 2 Vì RMV  0, 628  1 đạt yêu cầu.Nên ta đóng cọc vào hệ thống nối đất Ta có điện trở nối đất hệ thống: RHT  RNT / / RTN  RNT RTN 0,306.0, 628   0, 206() RNT  RTN 0,306  0, 628 RHT  0, 206  0,5 đạt yêu cầu nối đất an toàn làm việc 2.2.2 Nối đất chống sét Ở phải đề cập đến hai trình đồng thời xẩy có dòng điện tản đất: - Quá trình độ phân bố điện áp dọc theo chiều dài điện cực - Quá trình phóng điện đất 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  Điện trở tản xung kích nối đất tập trung: Điện trở tản xung kích không phụ thuộc vào kích thước hình học điện cực mà quy định biên độ dòng điện I, điện trở suất ρ đặc tính xung kích đất Vì trị số điện trở tản xoay chiều nối đất tỷ lệ với ρ nên hệ số xung kích có giá trị  xk  R xk  R (2.7) I  dạng tổng quát:  xk  f ( I ,  )  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 C SVTH: Đinh Văn Long D8H5 L G C R L G C R L G R C Page 31 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP 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 qua điện trở tản L L G G L G L G Hình 2.3: Sơ đồ đẳng trị rút gọn Trong đó: L: điện cảm điện cực đơn vị dài G: điện dẫn điện cực đơn vị dài L  0,2.ln l r   0,31 H  m  Với: (2.9) l - chiều dài điện cực, l = L=514m (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 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 ) (2.10) Trong U(x,t); I(x,t) dòng điện điện áp xác định từ hệ phương trình vi phân: I  U  x  L t   I  G.U  x (2.11) Giải hệ phương trình ta điện áp điểm thời điểm t điện cực: SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page 32 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP  a  t  2.T1  U ( x, t )  G.l  k 1 k  t   1  e TK      cos k  x   l    (2.12) Tổng trở xung kích đầu vào nối đất: a  2.T1  t  Z (0, t )   G.l  t k 1 k  t   1  e TK       (2.13) Với: TK  T L.G.l L.G.l T  ; ; TK  12 2 k   K Tính toán cho trạm thiết kế: Đây trạm 220 kV nên cho phép nối đất chống sét nối chung vào với nối đất an toàn Do nối đất chống sét nối đất phân bố dài dạng mạch vòng gồm hai tia nối song song Chiều dài tia l  Lt 604   302(m) 2 Điện cảm điện cực đơn vị dài là:   l   L  0,  ln    0, 31  H m  r   d b 4.102  0, 01(m) Có bán kính điện cực r    4 Vậy    302   L  0, ln   0,31  2, 001  H  m   0, 01    Điện dẫn điện cực đơn vị dài: G 2.l.RMV ( sét ) (2.14) Với : R MV ( set )  Vậy G= K MV ( set ) RMV ( an toan) K MV (an toan) = 0,628 1,25 = 0,491 1,6  3,372.103 (1/.m) 2.302.0, 491 SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page 33 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Trong thiết kế tính toán ta chọn dạng sóng dòng điện sét dạng sóng xiên góc có biên độ không đổi Phương trình sóng có dạng sau: t   ds at IS   a. ds (2.15) t   ds Biên độ dòng điện sét quy định I  150kA Độ dốc dòng sét a  30kA / s Thời gian đầu sóng  ds  I 150   5( s ) a 30 Tổng trở xung kích hệ thống nối đất nhân tạo là:  2.T1  1  Z (0, ds )   G.l   ds k 1 k    ds  1  e TK       (2.16) Do coi mạch vòng ghép song song hai tia nên: Z (0, ds ) MV  2.T1  1    2.G.l   ds k 1 k    ds  1  e TK       (2.17) Để xác định Z∑(0,τds) ta xét chuỗi số sau: 1 1 2        1,645  12 2 k2 k 1 k   ds    ds   ds  (2.18)  ds  TK e T1 e T2 e TK e       12 22 k2 k 1 k (2.19) Trong dãy số ta xét đến số hạng chứa e-4, từ số e-5 trở có giá trị nhỏ so với số hạng trước nên ta bỏ qua, ta tính đến k cho:  ds TK  ds TK   ds T1 k2 Với: T1   hay k  L.G.l 2  4.T1 4 k2  ds 2, 001.3,372.103.3022 SVTH: Đinh Văn Long D8H5 2 (2.20) T1  ds  62,352(  s ) Page 34 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Tk  ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP T L.g l => Tk  12 2 K K  k  T1  ds  62,352  7, 062 Vậy ta lấy giá trị k=16   ds  Bảng 2.2: Bảng tính toán chuỗi số  e TK k 1 k e K K2 16 25 36 Tk 62,352 15,588 6,928 3,897 2,494 1,732  ds Tk 0,080 0,320 0,722 1,283 2,005 2,887  ds Tk 0,923 0,726 0,486 0,277 0,135 0,056 0,923 0,182 0,054 0,017 0,005 0,002  ds Tk e K2   ds  TK e  1.183  k 1 k k  1 1    1, 451 2 Với Z (0, ds ) MV   2.62,352  1 (1, 451  1,183)   3, 773() 3  2.3,372.10 302   Khi có dòng điện sét vào nối đất để đảm bảo an toàn phải thoả mãn điều kiện: U d  I Z XK (0, ds )  U 50%220kV (2.21) ZXK(0,τds): Tổng trở xung kích đầu vào nối đất dòng điện sét U50%220 kV : Mức phóng điện xung kích nhỏ trạm 220 kV Ta có U50%220 kV =900kV Kiểm tra điểu kiện: U d  150.3, 773  565,95(kV ) SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page 35 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Có U d  U 50%220 kV tiến hành nối đất bổ sung Kết luận :Với phương án bảo vệ nêu trạm biến áp an toàn có sét đánh vào trạm SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page 36 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Mục Lục CHƯƠNG MỞ ĐẦU : TÌNH HÌNH DÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT TỚI LƯỚI ĐIỆN……………………………………………………………  Cường độ hoạt động sét……………………………………4  Tình hình dông sét Việt Nam………………………………  Ảnh hưởng dông sét……………………………………… CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM CẮT 220 kV……………………………………………………… 1.1 Khái niệm chung……………………………………………………… 1.2 Các yêu cầu kĩ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng…………8 1.3 Các công thức sử dụng để tính toán……………………………………8 1.3.1 Độ cao cột thu lôi …………………………………………………… 1.3.2 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi độc lập………………………….9 1.3.3 Phạm vi bảo vệ hay nhiều cột thu lôi………………………….10 1.4 Mô tả đối tượng bảo vệ………………………………………………… 14 1.5 Tính toán phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp 15 1.5.1 Phương án 1: 1.5.1.1 Bố trí các cô ̣t thu lôi:……………………………………………………15 1.5.1.2 Tính toán cho phương án 1…………………………………………… 16 1.5.1.3 Pha ̣m vi bảo vê ̣ của phương án …………………………………… 21 1.5.2 phương án 1.5.2.1 Bố trí dây thu sét……………………………………………………22 1.5.2.2 Tính toán cho phương án 2…………………………………………… 23 1.5.2.3 Pha ̣m vi bảo vê ̣ của phương án 2………………………………………25 1.6 So sánh và lựa cho ̣n phương án………………………………………… 25 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP…………26 SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page 37 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP 2.1 Yêu cầu nối đất cho trạm biến áp…………………………………………… 26 2.2 Tính toán nối đất 27 2.2.1 Nối đất an toàn……………………………………………………………… 28 2.2.2 Nối đất chống sét 30 SVTH: Đinh Văn Long D8H5 Page 38