thiết kế chông sét đánh trực tiếp và nối đất cho trạm biến áp.đồ án tốt nghiệp của bộ môn hệ thống điện trường dh công nghiệp do thầy ninh văn nam hướng dẫn.có file slide trinh chiếu và bản cad ai tải tài liệu thì lh gmail tranviethoangd5k8gmail.com để lấy nhé
1 MỤC LỤC Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang LỜI MỞ ĐẦU Trong hệ thống điện trạm biến áp phần tử quan trọng, làm nhiệm vụ cung cấp lượng điện [2] Bảo vệ trạm biến áp nhiệm vụ quan trọng để việc cung cấp lượng điện liên tục ổn định Khi thiết bị trạm phân phối đặt trời bị sét đánh trực tiếp gây hậu ngiêm trọng: gây nên hư hỏng thiết bị điện, dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn trạm thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản xuất điện ngàng kinh tế quốc dân khác Hiện để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho cơng trình thường dùng hệ thống thu sét như: cột thu sét, dây thu sét Hệ thống thu sét gồm phận thu sét (kim, dây), phận nối đất dây dẫn liên hệ hai phận với [2] Cột thu sét đặt độc lập điều kiện cho phép đặt kết cấu trạm Vì bảo vệ chống sét cho trạm biến áp việc khơng thể thiếu thiết kế lưới điện nhóm chúng em lựa chọn đề tài “Thiết kế hệ thống nối đất chống sét cho trạm biến áp 110/22kV” Trong thời gian học tập thời gian thực đề tài tốt nghiệp em nhận bảo, động viên tận tình thầy cơ, gia đình bạn, đặc biệt hướng dẫn thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Quân giúp em hoàn thành tốt đồ Một lần em xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy, cô môn Hệ thống điện Sinh viên Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang CHƯƠNG SỰ HÌNH THÀNH VÀ TÁC HẠI CỦA SÉT 1.1 Khái niệm sét Sét tượng phóng điện đám mây tích điện trái dấu đám mây đất cường độ điện trường đạt đến trị số cường độ điện trường phóng điện khơng khí Hình 1.1 Sét đánh vào cơng trình Khi bảo vệ chống sét cho cơng trình, thiết bị mặt đất, cần quan tâm đến tượng phóng điện đám mây đất 1.2 Q trình phóng điện sét Phần đám mây giơng tích điện âm, cảm ứng mặt đất điện tích dương tương ứng tạo nên tụ điện khơng khí khổng lồ Theo đà tích lũy điện tích âm đám mây, cường độ điện trường tụ mây – đất tăng dần lên chỗ cường độ điện trường đạt tới trị số tới hạn 25 – 30kV/cm khơng khí bị ion hóa tạo thành dịng plasma bắt đầu trở lên dẫn điện, mở đầu cho trình phóng điện sét Phóng điện sét chia giai đoạn chính(thể hình 1.2): - Phóng điện tiên đạo Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang - Hình thành khu vực ion hóa mạnh Phóng điện ngược Kết thúc q trình phóng điện Hình 1.2 Q trình phóng điện sét a) b) c) d) Giai đoạn phóng điện tiên đạo Tiên đạo gần đến mặt đất hình khu vực ion hóa mạnh Giai đoạn phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu Giai đoạn phóng điện kết thúc 1.3 Tham số sét Biên độ sét từ chục nghìn ampe tới hàng trăm nghìn ampe Trị số cực đại dòng điện sét đạt đến 200 – 300 kA, xong nhìn chung dịng điện sét có biên độ đạt đến kA Do đó, thực tế tùy theo tầm quan trọng đối tượng cần bảo vệ, người ta thường lấy dòng điện sét 50 – 100 kA tốc độ trung bình atb = 50 kA/s Đường đặc tính dịng điện sét thể hình 1.3 Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang Hình 1.3 Dịng điện sét.(1- dịng điện sét ghi máy sóng, 3- dịng điện sét tính tốn) Cụ thể : Khi Is kA lấy atb = 30 kA/s [2] Khi Is kA lấy atb =130 kA/s [2] Ngoài cần ý tới tds ts - tds: thời gian đầu sóng, thời gian dòng điện sét đạt tới trị số cực đại ts: thời gian sóng, thời gian phát triển dịng điện sét đến trị số dòng điện sét cực đại giảm nửa (0,5 Is)[2] 1.4 Cường độ hoạt động sét Cường độ hoạt động sét biểu thị số ngày xuất dông sét năm nngs mật độ sét ms ( số lần sét đánh 1km2 diện tích ứng với ngày sét năm) Các trị số xác định theo số liệu quan trắc đài trạm khí tượng phân bố lãnh thổ nước Theo thống kê nhiều nước, số ngày sét năm trung bình vùng khí hậu sau: - Vùng xích đạo: 100 – 150 (ngày/năm) Vùng nhiệt đới: 60 – 100 (ngày/năm) Vùng ôn đới: 30 – 50 (ngày/năm) Vùng hàn đới : (ngày/năm) Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang Nước ta vào vùng khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm thuận lợi cho việc hình thành mây giơng sét Qua nghiên cứu tình hình hoạt động dơng sét nước ta cho thấy[2]: - Số ngày dơng sét trung bình: 44 – 61,6 (ngày/năm) Số ngày dông sét cực đại: 114 (ngày/năm) Mật độ sét trung bình: 3,3 – 6,47 (lần/km2, năm) 1.5 Tác hại sét Sét nguy hiểm trước hết nguồn điện áp cao dòng lớn, dòng sét sinh nhiệt độ lực học lớn Khi người bị sét đánh trực tiếp thường bị chết ngay; sét đánh vào vật liệu dễ cháy nổ gây nên đám cháy lớn Nhiều trường hợp tháp cao, cối bị nổ tung dịng sét qua nung nóng phần lõi, nước bốc nhanh cộng lực tác động gây phá vỡ tháp thân Nhiều sét khơng phóng điện trực tiếp gây nguy hiểm dịng điện sét gây nên chênh lệch lớn vùng đất gần nhau, người gia súc đứng gần phải chịu điện áp bước nguy hiểm đến tính mạng Trong thực tế, xuất mây dơng cơng trình, thiết bị, vật thể mặt đất bị cảm ứng tĩnh điện, có tập chung điện tĩnh cục Khi điện tích cảm ứng đủ lớn xuất phóng tia lửa điện, gây nguy hiểm cho người thiết bị Ngồi có đường dây điện, đường cáp, đường ống kim loại, dây phơi kim loại, dẫn vào nhà hay cơng trình có sét đánh xa, sóng sét lan truyền qua đường dây, đường ống vào công trình, nhà cửa, thiết bị gây nguy hiểm cho người thiết bị Đặc biệt sét đánh vào đường dây tải điện, sóng điện áp truyền vào trạm biến áp nối với đường dây bị sét đánh phá hỏng máy biến áp thiết bị đóng cắt trạm Quá điện áp khí phát sinh sét đánh trực tiếp vào cơng trình, thiết bị đặt ngồi trời sét đánh gần cơng trình điện Mỗi Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang điện áp định mức có mức cách điện tương ứng nó; dùng mức cách điện cao nhiều trị định mức làm tăng giá thành thiết bị điện, hạ thấp mức cách điện trị định mức dẫn tới cố nặng nề Do vậy, mức cách điện phải xác định tùy theo đặc tính trị số điện áp có tham số thiết bị dùng để hạn chế điện áp Khả cách điện chịu điện áp khí xác định điện áp thí nghiệm xung kích Tóm lại, sét gây nguy hiểm trực tiếp gián tiếp cho người công trình, thiết bị, nội dung nghiên cứu bảo vệ chống sét bao gồm: bảo vệ chống sét đánh trực tiếp bảo vệ chống sét đánh lan truyền cảm ứng Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM BIẾN ÁP 110/22 KV 2.1 Khái quát chunng hệ thống bảo vệ Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp, tải thể thống Trong trạm biến áp phầm tử quan trọng, thực niệm vụ truyền tải phân phối điện Do thiết bị trạm bị sét đánh trực tiếp dẫn đến hậu nghiêm trọng, làm hỏng thiết bị trạm mà cịn dẫn đến việc ngừng cung cấp điện khoảng thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản xuất điện ngành kinh tế khác Do việc tính tốn bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt ngồi trời quan trọng Qua ta đưa phương án bảo vệ trạm cách an toàn kinh tế Để hạn chế thiệt hại người cơng trình, thiết bị sét đánh trực tiếp có nhiều biện pháp ngày hoàn thiện dựa vào nguyên lý cổ điển FANKLIN phát minh vào năm 1750 dùng vật thu sét (kim thu sét, dây thu sét, ) đặt cao vật cần bảo vệ nối với hệ thống nối đất có điện trở nhỏ dây (hoặc thanh) dẫn kim loại có tiết diện hợp lý để tản dịng điện sét Mục đích dùng vật đặt cao cơng trình, thiết bị nối vật với hệ thống có điện trở nhỏ để tập chung điện tích cảm ứng dễ dàng xuất mây dông, vật thu tập trung điện tích từ mặt đất, tạo nên cừng độ điện trường lớn vật thu sét mây định hướng phóng điện sét phía để tạo nên khơng gian an tồn cho cơng trình, thiết bị cần bảo vệ Mặt khác hệ thống nối đất có điện trở nhỏ để tản dòng điện sét cách dễ dàng; đồng thời có dịng điện sét qua phận thu, dẫn sét, điện áp cao phận khơng đủ để gây phóng điện ngược từ nơi tới cơng trình gần Như vậy, hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp gồm: - Bộ phận thu sét (cột dây thu sét) Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang - Bộ phận nối vật thu sét với điện cực nối đất (dây dẫn dòng - điện sét) Bộ phận tản dòng điện sét vào đất (điện cực nối đất) Hình 2.1 Hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp bản(1-kim thu sét, 2dây dẫn, 3-điện cực nối đất) Bộ phận thu sét thực tế hay dùng kim hay dây thu sét Muốn cơng trình bảo vệ an tồn phận thu sét phải bố trí cho phạm vi bảo vệ bao kín cơng trình - Kim thu sét: thông dụng, dùng loại kim nhọn thép tròn 16 - 20 , dài từ – 1,5m, riêng dùng cho nhà mái kim nên cao 0,3 – 0,6m Để chống rỉ kim nêm mạ kẽm trám đồng - Dây thu sét: thông dụng dùng thép tròn - 10 Cột thu sét dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho cơng trình, thiết bị đặt ngồi trời như: kho tàng, nhà cửa, trạm biến áp điện lực, dây thu sét dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp đường dây tải điện Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang 10 2.2Các yêu cầu kĩ thuật hệ thống chống sét đánh trực tiếp Để đảm bảo an toàn cho trạm biến áp , hệ thống chống sét đánh trực tiếp cần thực yêu cầu sau: - Tất thiết bị bảo vệ phải nằm trọng phạm vi an toàn hệ thống bảo vệ.Tùy thuộc vào đặc điểm mặt trạm cấp điện áp mà hệ thống cột thu sét đặt dộ cao có sẵn cơng trình xà, - cột đèn chiếu sáng, đặt độc lâp Khi đặt đặt hệ thống cột thu sét thân cơng trình tận dụng độ cao vốn có cơng trình nên giảm độ cao hệ thống thu sét Tuy nhiên điều kiện đặt hệ thống thu sét cơng trình mang điện phải đảm bảo mức cách điện cao trị số điện trở tản hệ thống nối đất bé - Đối với trạm biến áp trời từ 110 kV trở lên có cách điện cao (khoảng cách thiết bị đủ lớn độ dài chuỗi sứ lớn) nên đặt cột thu sét kết cấu trạm Tuy nhiên trụ kết cấu có đặt cột thu sét phải nối đất hệ thống nối đất trạm phân phối Theo đường ngắn cho dòng điện sét khuếch tán vào đất nhanh - Ngoài trụ kết cấu phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất nhằm đảm bảo điện trở không 4.[1] - Nơi cần bảo vệ trạm biến áp trời điện áp 110kV trở lên cuộn dây máy biến áp Vì dùng chống sét van để bảo vệ yêu cầu khoảng cách hai điểm nối đất vào hệ thống nối đất hệ thống thu sét vỏ MBA theo đường điện phải lớn 15m.[1] - Khi đặt cách ly hệ thống thu sét cơng trình phải có khoảng cách định, - khoảng cách bé có phóng điện khơng khí đất Phần dẫn điện hệ thống thu sét phải có tiết diện đủ lớn để đảm bảo thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt có dịng điện sét qua Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang 44 Nếu dùng cho thiết bị cao áp: R≤ 125 ≤ 10(Ω) I [1] (4.2) Nếu dùng cho cao áp hạ áp: -Trong nhà máy điện trạm biến áp, nối đất làm việc nối đất an toàn cấp điện áp khác thường nối thành hệ thống chung Khi nối thành hệ thống chung phải đạt yêu cầu loại nối đất có trỉ số điện trở nối đất cho phép bé -Trong thực nối đất, cần tận dụng hình thức nối đất có sẵn ví dụ đường ống kết cấu kim loại cơng trình chơn đất, móng bê tơng cốt thép Việc tính tốn điện trở tản đường ống chơn đất hồn tồn giống với điện cực hình tia * Nối đất chống sét thông thường nối đất cột thu sét, cột điện nối đất hệ thống thu sét trạm biến áp nhà máy điện - Do phận nối đất cột thu sét cột điện thường bố trí độc lập (khơng có liên hệ với phận khác) nên cần sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu tản dòng điện tốt Hiện tiêu chuẩn nối đất cột điện quy định theo điện trở suất đất cho bảng: - Khi đường dây qua vùng đất ẩm nên tận dụng phần nối đất có sẵn móng chân cột bê tông để bổ sung thay cho phần nối đất nhân tạo 4.3 Tính tốn nối đất an tồn cho trạm biến áp 4.3.1 Lý thuyết tính tốn nối đất an tồn cho trạm biến áp Với cấp điện áp lớn 110kV nối đất an toàn phải thoả mãn điều kiện là: - Điện trở nối đất hệ thống có giá trị R ≤ 0,5 Ω [1] - Cho phép sử dụng nối đất an toàn nối đất làm việc thành hệ thống Điện trở nối đất hệ thống: Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang 45 RHT = RNT / / RTN = RNT RTN ≤ 0,5(Ω) RTN + RNT (4.3) Trong đó: RTN: điện trở nối đất tự nhiên RNT: điện trở nối đất nhân tạo - Nối đất tự nhiên: Ta có cơng thức tính tốn: Rtn= Rc Rc 1 + + Rcs [1] (4.4) Trong đó: Rcs: điện trở tác dụng dây chống sét khoảng vượt Rc: điện trở nối đất cột điện - Nối đất nhân tạo: Hình 4.4 Điện cực bán cầu Xét trường hợp đơn giản trường hợp điện cực hình bán cầu Dịng điện chạm đất I qua nơi cố tạo nên điện áp giáng phận nối đất U=I R (4.5) R: điện trở tản nối đất Theo tính toán xác định phân bố điện áp mặt đất theo công Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang 46 thức: Ur = I ρ 2.π r (4.6) Trong thực tế nối đất có hình thức cọc dài ÷ 3m sắt trịn hay sắt góc chơn thẳng đứng: dài chôn nằm ngang độ sâu 0,5 ÷ 0,8m đặt theo hình tia mạch vịng hình thức tổ hợp hình thức Trị số điện trở tản hình thức nối đất cọc xác định theo công thức (4.5) Đối với nối đất chơn nằm ngang dùng cơng thức chung để tính trị số điện trở tản xoay chiều: ρ K L2 R= ln 2.π l d t (4.7) Trong đó: L: chiều dài tổng điện cực d: đường kính điện cực điện cực dùng sắt trịn Nếu dùng sắt dẹt trị số d thay b (b - chiều rộng sắt dẹt) t: độ chôn sâu K: hệ số phụ thuộc vào sơ đồ nối đất [1] Khi hệ thống nối đất gồm nhiều cọc bố trí dọc theo chiều dài tia theo chu vi mạch vòng, điện trở tản hệ thống tính theo cơng thức R ht = Rt Rc Rc ηt + n.Rt η c (4.8) Trong đó: Rc: điện trở tản cọc Rt: điện trở tản tia mạch vòng Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang 47 n : số cọc ηt : hệ số sử dụng tia dài mạch vòng ηc : hệ số sử dụng cọc 4.3.2 Tính tốn nối đất an tồn a) Nối đất tự nhiên Dây chống sét đồ án nhóm em dự định sử dụng loại dây C-95 có ro =1,88 Ω / km Ta có điện trở suất đất ρ = 300 Ω m Trạm có lộ 110kV, lộ 22 kV có độ dài khoảng vượt dây 0,3km 0,2km Theo công thức (4.4) ta có: R TN = n Rc + Rc + Rcs Trong đó: n- số lộ dây - Đối với lộ đường dây chống sét 110 kV: R CS = r0 L KV = 1,88 0,3 = 0,564 (Ω) R= 15 15 + + 0,564 = 1,32(Ω) - Đối với lộ đường dây chống sét 22 kV: Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang 48 R CS = r0 L KV = 1,88 0,2 = 0,376 (Ω) R= 15 15 + + 0,376 = 0,31(Ω) Vậy: R TN = 1,32.0,31 = 0,25(Ω) 1,32 + 0,31 Nhận xét: Ta thấy Rtn < 0,5Ω mặt lý thuyết đạt yêu cầu nối đất an toàn Tuy nhiên nối đất tự nhiên xảy biến động, ta cần phải nối đất nhân tạo Giả sử biến động làm thành phần nối đất tự nhiên,chỉ nối đất nhân tạo nên giá trị Rnt cần đảm bảo Rnt =Rht < 0,5Ω b) Nối đất nhân tạo Vì hệ thống nối đất dự tính gồm cọc nên ta dùng cơng thức (4.8) để tính điện trở nhân tạo R nt = Rt.Rc Rt.η c + n.Rc.η t - Tính Rt (giá trị điện trở thanh) Với trạm bảo vệ có kích thước hình chữ nhật có chiều là: l1 = 60,3(m) l = 24,5(m) Ta lấy lùi lại đầu 0.5 m để cách móng tường trạm Do ta sử dụng mạch vịng bao quanh trạm hình chữ nhật ABCD có kích thước sau: Chiều dài l1 = 59,3 m ; Chiều rộng l2 = 23,5 m Vậy áp dụng công thức (4.7): Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang 49 Rt = ρ tt K L2 ln 2.π L t.d Trong đó: + L: chu vi mạch vòng L = (l1 + l2) L = (59, + 23.5) = 165, (m) + t: độ chôn sâu làm mạch vòng, lấy t =0,8 m + ρ tt : điện trở suất tính tốn đất chơn độ sâu t ρ tt = ρ kmùa Tra bảng với ngang chôn sâu 0,8 m ta có kmùa =1,6 [1] ⇒ ρ tt = 300 1,6 = 480 ( Ω.m) + d: đường kính làm mạch vịng (nếu dẹt có bề rộng b d = b/2) Trong đồ án ta dự kiến dùng dẹt có kích thước 50x5 cm đó: d = b/2 = 50/2 =25 (cm)= 0, 25 (m) Ta có : l1 = 2,63 l2 K: hệ số phụ thuộc hình dáng hệ thống nối đất Giá trị l K = f( 1) l2 Bảng 4.1: Bảng cho bảng 2.5: l K = f( 1) l2 Đồ Án Tốt Nghiệp [1] Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang 50 l1/l2 1.5 K 5.5 5.81 6.42 8.17 10.4 Từ bảng 4.1 ta vẽ đồ thị hình 4.5: Hình 4.5 Đồ thị hệ số phụ thuộc hình dáng K Từ đồ thị hình 4.5 ta xác định K = 7,5 Thay số tính vào cơng thức (4.7) ta : Rt = ρ tt K L2 480 7,5.165,6 ln = ln = 6,38(Ω) 2.π L t.d 2.3,14.165,6 0,8.0,25 - Tính Rc (giá trị điện trở cọc) Rc = ρ tt 2.l 4.t + l (ln + ln ) 2.π l d 4.t − l Ta lấy chiều dài cọc l = m Đường kính cọc d = 0,05 m t = Rc = Suy : Đồ Án Tốt Nghiệp l +h= + 0,8 = 2,3( m) 2 480 2.3 4.2,3 + (ln + ln ) = 130,58 2.3,14.3 0,05 4.2,3 − ( Ω ) Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hồng – Hồ Minh Sang 51 Nhóm em dự định dùng 36 cọc cho hệ thống tiếp địa η mv = 0,41 η c = 0,68 , [1] R nt = Suy Rt.Rc 6,68.4,66 = = 0,42 < 0,5 Rt.η c + n.Rc.η t 6,68.0,68 + 36.4,66.0,41 (Ω) (thỏa mãn yêu cầu) Vậy điện trở nối đất hệ thống là: R ht = Rtn Rnt 0,25.0,42 = = 0,16 < 0,5 Rtn + Rnt 0,25 + 0,42 (Ω) Kết luận: Hệ thống nối đất đảm bảo an tồn cho trạm 110/22kV Hình 4.6 Sơ đồ nối đất cho trạm biến áp 4.4 Nối đất chống sét 4.4.1 Lý thuyết tính tốn nối đất chống sét Q trình độ phân bố điện áp dọc theo chiều dài điện cực.[2] Q trình phóng điện đất Khi chiều dài điện cực ngắn (nối đất tập trung) khơng cần xét q trình q độ mà cần xét q trình phóng điện đất Ngược lại nối đất Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang 52 dùng hình thức tia dài mạch vịng (phân bố dài) đồng thời phải xem xét đến hai q trình, chúng có tác dụng khác hiệu nối đất Điện trở tản xung kích nối đất tập trung: Qua nghiên cứu tính tốn người ta thấy điện trở tản xung kích khơng phụ thuộc vào kích thước hình học điện cực mà quy định biên độ dịng điện I, điện trở suất ρ đặc tính xung kích đất ρ Vì trị số điện trở tản xoay chiều nối đất tỉ lệ với nên hệ số xung kích có trị số là: α xk = R xk = R I ρ (4.9) dạng tổng quát: α xk = f (I ρ ) [3] (4.10) Tính tốn nối đất phân bố dài khơng xét tới q trình phóng điện đất Sơ đồ đẳng trị nối đất thể sau: Hình 4.7 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 đến phần điện dung C trường hợp sóng xung kích, dịng điện dung nhỏ so với dòng điện qua điện trở tản Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang 53 Sơ đồ đẳng trị lúc có dạng: Hình 4.8 Sơ đồ đẳng trị thu gọn Trong sơ đồ thay thì: Lo: Điện cảm điện cực đơn vị dài [3] Go: Điện dẫn điện cực đơn vị dài [3] l Lo = 0, 2[ln( )-0, 31] r Go = 2.l.RNTSET ( µ H/m) (4.11) (4.12) Trong đó: l: Chiều dài cực r: Bán kính cực phần trước cực thép dẹt có bề rộng b (m) Do đó: r =b/4 Gọi Z (x, t) điện trở xung kích nối đất kéo dài, hàm số không gian thời gian t: Z (x, t) = U ( x, t ) I ( x, t ) (4.13) Trong U(x, t), I(x, t) dòng điện điện áp xác định từ hệ phương trình vi phân: Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang 54 ∂I ∂U − = Lo ∂x ∂t ∂ I − = Go U ∂x (4.14) Giải hệ phương trình ta điện áp điểm thời điểm t điện cực: t ∞ − a TK U ( x, t ) = t + 2.T1.∑ 1 − e Go l k =1 k k.π x ÷cos ÷ l (4.15) Từ ta suy tổng trở xung kích đầu vào nối đất Z ( 0, t ) = t − 2.T1 ∞ 1 + ∑ 1 − e TK Go l t k =1 k ÷ ÷ (4.16) Với: Lo Go l Tk = 2 k π T1 = Lo Go l π2 (hằng số thời gian) Tk = ; T1 k Tính tốn nối đất phân bố dài có xét q trình phóng điện đất Việc giảm điện áp mật độ dòng điện phần xa điện cực làm cho q trình phóng điện đất nơi có yếu so với đầu vào nối đất Do điện dẫn nối đất (trong sơ đồ đẳng trị) phụ thuộc vào I, ρ mà cịn phụ thuộc vào toạ độ Việc tính tốn tổng trở phức tạp giải phương pháp gần phạm vi đề tài ta bỏ qua q trình phóng điện đất 4.4.2 Tính tốn nối đất chống sét cho trạm biến áp Trong thiết kế nối đất chống sét cho trạm biến áp 110/22kV cho phép nối đất chống sét nối chung với nối đất an toàn Giá trị Lo Go xác định sau: Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang 55 • Tính Lo: Theo cơng thức (4.11) ta có: l Lo = 0, ln − 0,31÷ r µH / m ( ) [3] Trong đó: l chiều dài điện cực l= L 160 = = 80 2 (m) Trong : L = (l1+l2).2 chu vi mạch vịng r: bán kính điện cực r= L0 = 0,2(ln d b 0,5 = = = 0,125 4 80 − 0,31) = 1,23 0,125 ( àH / m (m) ) ã Tớnh Go: Áp dụng công thức (4.12) Go = 2.l RNTSET [3] Trong đó: R NTS = RMVS = RMVAT k SET k AT kmùa at=1,6 [3] kmùa set =1,25 [3] Rts = G0 = 6,58.1,25 = 5,14 1,6 (Ω) = 1,22.10 −3 2.80 5,14 (1/Ω.m) • Tính phân bố điện áp tổng trở xung kích hệ thống nối đất Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang 56 Trong thiết kế tính tốn ta chọn dạng sóng xiên góc dịng điện sét có biên độ khơng đổi Phương trình sóng có dạng sau thể hình 2.10: at Is = I = a τ ds khi t < τ ds t > τ ds Is(A) I = a t(s) Hình 4.9 Đồ thị dạng sóng dịng điện sét Với biên độ dòng điện sét I =70 kA [3] µ Độ dốc dịng sét a=30 kA/ s [3] µ Nên thời gian đầu sóng τđs= ( s)[3] Theo cơng thức (2.13) ta có tổng trở xung kích hệ thống nối đất nhân tạo là: Z ( 0,τ ds ) τ − ds ∞ 2.T1 e TK = + ∑ − k2 Go l τ ds k =1 k ÷ ÷ ÷ [3] Do coi mạch vòng ghép song song hai tia nên Z ( 0,τ ds ) MV τ − ds ∞ 2.T1 e TK = + ∑ − k2 2.Go l τ ds k =1 k ÷ ÷ ÷ [3] Để xác định ZΣ(0, τđs), ta xét chuỗi số sau: Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang 57 ∞ Chuỗi số: 1 1 = + + + ∑k =1 k 12 2 k + ∞ Chuỗi số: ∑k k =1 e τ − ds TK − = τ ds T1 − [3] τ ds T2 − τ ds TK e e e + + + + 2 k [3] Trong chuỗi số ta xét đến số hạng chứa e -4 (Từ số hạng e-5 trở có giá trị nhỏ so với số hạng trước nên ta bỏ qua) Tức ta tính đến k cho: τ ds ≥4 Tk (k∈Z+) Ta có: τ ds τ ds = ≥4 T1 Tk k2 Hay: k2 ≥ 4.T1 τ ds k ≥ (k∈Z+) T1 τ ds L0G0l 1,23.1,22.10 −3.80 T1 = = = 0,96 π2 3,14 k ≥ ( µs ) T1 0,96 = = 1,28 τ ds 2,33 Ta chọn k khoảng từ 1÷2 (k∈Z+) Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang 58 ∞ ∑ Bảng 4.2 Bảng tính tốn chuỗi k =1 k k2 1,000 0,250 Tk(µs) τ ds Tk e τ − ds TK − τ ds TK e k2 169,50 τ ds − TK e k 42,376 0,029 0,118 0,971 0,889 0,971 0,222 Từ bảng 4.2 ta có: = 1, 25 k2 − τ ds e TK k2 = 1,193 Vậy: Z (0, τ ds ) = 2.0,8 [1 + (1,25 − 1,193)] = 6,35( Ω ) −3 2.1,22.10 80 2,33 Kiểm tra điện áp thiết bị: Trong trạm biến áp phần tử quan trọng trạm biến áp, phần tử yếu nên ta cần kiểm tra với máy biến áp Đối với trạm biến áp có dịng điện sét vào nối đất để đảm bảo an toàn phải thoả mãn điều kiện: Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang ... sét đặt độc lập điều kiện cho phép đặt kết cấu trạm Vì bảo vệ chống sét cho trạm biến áp việc thiếu thiết kế lưới điện nhóm chúng em lựa chọn đề tài ? ?Thiết kế hệ thống nối đất chống sét cho trạm. .. ta chọn phương án làm phương án tính tốn thiết kế chống sét cho trạm biến áp Kết luận: Chọn phương án để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp Đồ Án Tốt Nghiệp Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt... nhà máy điện trạm biến áp, nối đất làm việc nối đất an toàn cấp điện áp khác thường nối thành hệ thống chung Khi nối thành hệ thống chung phải đạt yêu cầu loại nối đất có trỉ số điện trở nối đất