tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp và ðýờng dây 220 110kv

II – NỘI DUNG TÍNH TOÁN Phần I: Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp và nối đất trạm biến áp và đường dây Chương 1: Hiện tượng dông sét và ảnh hưởng của nó đến hệ thống điện Việt Na

-ĐỀ TÀI THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN

ÁP VÀ ĐƯỜNG DÂY 220/110kV

I – DỮ LIỆU BAN ĐẦU

+ Độ cao xà cần bảo vệ phía 220 kV là 11m và 16m

+ Độ cao xà cần bảo vệ phía 110 kV là 8m và 11m

+ Các kích thước hình học khác được cho trên bản vẽ

II – NỘI DUNG TÍNH TOÁN

Phần I: Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp và nối đất trạm biến áp và đường

dây

Chương 1: Hiện tượng dông sét và ảnh hưởng của nó đến hệ thống điện Việt Nam

Chương 2: Tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp

Chương 3: Tính toán hệ thống nối đất cho trạm biến áp

Chương 4: Bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện.

Phần II: Chuyên đề tính toán quá điện áp và lựa chọn công suất kháng điện cho

đường dây vận hành không tải trong chế độ xác lập

III – CÁC BẢN VẼ:

 Các phương án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Phạm vi bảo vệ của cột thu séttrong các phương án khác nhau

 Các kết quả tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét cho trạm biến áp

 Phương pháp và kết quả tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện

 Các kết quả tính toán quá điện áp và công suất kháng bù ngang cho đường dây tảiđiện 500kV

……….

Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 22/10/2013

Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Ngày 20 tháng 10 năm 2013

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Là một sinh viên đang học tập và rèn luyện tại trường đại học Điện Lực HàNội, em cảm thấy một niềm tự hào và động lực to lớn cho sự phát triển của bản thântrong tương lai Sau bốn năm học đại học, dưới sự chỉ bảo, quan tâm của các thầy cô,

sự nỗ lực của bản thân, em đã thu được những bài học rất bổ ích, đựơc tiếp cận cáckiến thức khoa học kĩ thuật tiên tiến phục vụ cho lĩnh vực chuyên môn mình theođuổi Có thể nói, những đồ án môn học, bài tập lớn hay những nghiên cứu khoa học

mà một sinh viên thực hiện chính là một cách thể hiện mức độ tiếp thu kiến thức vàvận dụng sự dạy bảo quan tâm của thầy cô

Chính vì vậy em đã dành thời gian và công sức để hoàn thành đồ án tốt nghiệp“Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp và đường dây 220/110kV ”nàynhư một cố gắng đền đáp công ơn của thầy cô cũng như tổng kết lại kiến thức thuđược sau một quá trình học tập và rèn luyện tại trường đại học Điện Lực

Trong thời gian học tập cũng như thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp em luônnhận được sự chỉ bảo, động viên tận tình của các thầy cô, gia đình và các bạn, đặc biệt

là sự hướng dẫn của thầy giáo Trần Anh Tùng đã giúp em hoàn thành tốt bản đồ này Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn TS Trần Anh Tùng và các thầy,các cô cùng toàn thể các bạn trong bộ môn Hệ thống điện

Sinh viên

Trần Hữu Kiên

PHẦN I: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ

NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP VÀ ĐƯỜNG DÂY

Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp và hộ tiêu thụđiện Trong đó trạm biến áp là một phần tử hết sức quan trọng, nó thực hiện nhiệm vụtruyền tải và phân phối điện năng Do đó khi các thiết bị của trạm bị sét đánh trực tiếpthì sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng không những chỉ làm hỏng đến cácthiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn bộ trong mộtthời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản suất điện năng và các ngành kinh tế quốc dânkhác Do đó việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt ngoàitrời là rất quan trọng Qua đó ta có thể đưa ra những phương án bảo vệ trạm một cách

an toàn và kinh tế Nhằm đảm bảo toàn bộ thiết bị trong trạm được bảo vệ an toànchống sét đánh trực tiếp

Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào các thiết bị trong trạm ta cũngphải chú ý đến việc bảo vệ cho các đoạn đường dây gần trạm và đoạn đây dãn nối từ

xà cuối cùng của trạm ra cột đầu tiên của đường dây

Do đó tùy từng trạm cụ thể mà ta thiết kế hệ thống chống sét phù hợp và đápứng nhu cầu kỹ thuật cũng như kinh tế của trạm

THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

1.1 Hiện tượng dông sét

1.1.1 Khái niệm chung

Dông sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khikhoảng cách giữa các điện cực khá lớn (trung bình khoảng 5km) Hiện tượng phóngđiện của dông sét gồm hai loại chính đó là:

+ Phóng điện giữa các đám mây điện tích với nhau

+ Phóng điện giữa các đám mây điện tích với mặt đất

Trong phạm vi đồ án này ta chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tíchđiện với mặt đất (phóng điện mây - đất) Với hiện tượng phóng điện này gây nhiều trởngại cho đời sống con người

Các đám mây được tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cường độđiện trường lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất Giai đoạn này là giaiđoạn phóng điện tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóngđiện đầu tiên khoảng 1,5.10 7cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng2.10 8 cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau bởi vìtrong cùng một đám mây thì có thể hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lầnlượt phóng điện xuống đất)

Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích rất lớn Đầu tia được nối với mộttrong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâm này

đi vào trong tia tiên đạo Phần điện tích này được phân bố khá đều dọc theo chiều dàitia xuống mặt đất Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trungđiện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điệncủa đất Nếu vùng đất có địên dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay ở phía dưới đầutia tiên đạo Còn nếu vùng đất có điện dẫn không đồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫnkhác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao

Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiênđạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất và như vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất

đã được định sẵn

Do vậy để định hướng cho các phóng điện sét thì ta phải tạo ra nơi có mật độtập trung điện diện tích lớn Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các côngtrình được dựa trên tính chọn lọc này của phóng điện sét

Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngược là ν và mật độ điện trường của điệntích trong tia tiên đạo là δ thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và trong đất sẽlà:

is = ν δ

Công thức này 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 của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên độ

và độ dốc phân bố theo hàng biến thiên trong phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trămkA) dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của sét ứng vớigiai đoạn phóng điện ngược (hình 1-1)

- Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khí quyển vàgây hậu quả nghiêm trọng như đã trình bày ở trên

1.1.2 Tình hình dông sét ở Việt Nam

Việt Nam là một trong những nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét khámạnh Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt nam có một đặcđiểm dông sét khác nhau :

+ Ở miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70 ÷ 110 ngày trong một năm và số lần dông

từ 150 ÷ 300 lần như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2 ÷ 3 cơn dông

+ Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái Tại đây hàng năm có từ 250 ÷300lần dông tập trung trong khoảng 100 ÷ 110 ngày Tháng nhiều dông nhất là các tháng

7, tháng 8

+ Một số vùng có địa hình thuận lợi thường là khu vực chuyển tiếp giữa vùng núi vàvùng đồng bằng, số trường hợp dông cũng lên tới 200 lần, số ngày dông lên đến 100

15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng ), những tháng đầu mùa(tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10) dông còn ít, mỗi tháng chỉ gặp từ 2 ÷ 5 ngàydông

Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít dông nhất,thường chỉ có trong tháng 5 số ngày dông khoảng 10/tháng như Tuy Hoà10ngày/tháng, Nha Trang 8 ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng

ở miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120 ÷ 140 ngày/năm,như ở thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/ năm Mùa dông ởmiền Nam dài hơn mùa dông ở miền Bắc đó là từ tháng 4 đến tháng 11 trừ tháng đầumùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dông đều quan sát được trungbình có từ 15 ÷ 20 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều dông nhất trung bình gặp trên 20ngày dông/tháng như ở thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày

Ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn hơn và số lần dông cũng ít hơn, thángnhiều dông nhất là tháng 5 cũng chỉ quan sát được khoảng 15 ngày dông ở Bắc TâyNguyên, 10 ÷ 12 ở Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, PLâycu 17ngày

Số ngày dông trên các tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam xem bảng 1

1-Từ bảng 1.1 ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét,đây là điều bất lợi cho H.T.Đ Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư nhiều vào cácthiết bị chống sét Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kế phải chú trọng khi tínhtoán thiết kế các công trình điện sao cho HTĐ vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảocung cấp điện liên tục và tin cậy

0,

3 6,3 6,3 15 7,7

9,6

9,

6 11

5,

3 0,3 0,0 70Cửa Tùng 0,

0

0,

3 1,2 5,7 10 13

9,7

1,

0 7,8

0,

7 0,0 0,0 59,1Quy Nhơn 0,

7,

3 9,6

3,

3 0,6 0,0 43,3Nha Trang 0,

5,

8 8,5

2,

3 0,6 0,1 39,2Phan Thiết 0,

2

0,

0 0,2 4,0 13 7,2

8,8

7,

4 9,0

6,

8 1,8 0,2 59,0Kon Tum 0,

2

1,

2 6,8 10 14 8,0

3,4

0,

2 8,0

4,

0 1,2 0,0 58,2Playcu 0,

3

1,

7 5,7 12 16 9,7

7,7

2,

8 7,2

7,

0 4,0 0,0 70,2Sài Gòn 1,

4

1,

0 2,5 10 22 19 17 16 19 15 11 2,4 138Sóc Trăng 0,

0 9,7 15 15 4,3 128

+Như đã trình bày ở phần trước biên độ dòng sét có thể đạt tới hàng trăm kA, đây lànguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua vật nào đó Thực tế đã có dâytiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị nóng chảy vàđứt, thậm chí có những cách điện bằng sứ khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ vàchảy ra như nhũ thạch, phóng điện sét còn kèm theo việc di chuyển trong không gianlượng điện tích lớn, do đó tạo ra điện từ trường rất mạnh, đây là nguồn gây nhiễu loạn

vô tuyến và các thiết bị điện tử , ảnh hưởng của nó rất rộng, ở cả những nơi cách xahàng trăm km

+ Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ sinh rasóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điệncủa đường dây Khi cách điện của đường dây bị phá hỏng sẽ gây nên ngắn mạch pha -đất hoặc ngắn mạch pha – pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đường dây phải làm việc.Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể gây mất ổnđịnh cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy điện làm việc không nhanh cóthể dẫn đến rã lưới Sóng sét còn có thể truyền từ đường dây vào trạm biến áp hoặc sétđánh thẳng vào trạm biến áp đều gây nên phóng điện trên cách điện của trạm biến áp ,điều này rất nguy hiểm vì nó tương đương với việc ngắn mạch trên thanh góp và dẫnđến sự cố trầm trọng Mặt khác, khi có phóng điện sét vào trạm biến áp, nếu chống sétvan ở đầu cực máy biến áp làm việc không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp bịchọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn

Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự cốlưới điện, vì vậy dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của lưới điện

Kết luận:

Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của dông séttới hoạt động của lưới điện Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho lưới điện và trạmbiến áp là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện

Với trạm biến áp 110/220kV, các thiết bị của trạm đặt ngoài trời nên khi có sét đánhtrực tiếp vào trạm sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng: gây hư hỏng các thiết bịđiện, có thể đưa đến việc cung cấp điện bị ngừng toàn bộ trong thời gian dài, làm ảnhhưởng đến việc sản xuất điện năng và các nghành kinh tế quốc dân khác Do đó việctính toán bảo vệ chống sét cho trạm là rất quan trọng.

Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm, ta dùng hệ thống cột thu sét Tácdụng của hệ thống này là định hướng các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khuvực an toàn bên dưới hệ thống này

Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào

hệ thống nối đất Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở của bộ phậnthu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ngược đến các thiết bị khác ở gần đó

Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào bên cạnh vấn

đề đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật, ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế và mỹquan của công trình

2.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với chống sét đánh thẳng

Tất cả các thiết bị bảo vệ cần phải được nằm trọn trong phạm vi an toàn của hệthống bảo vệ Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các cấp điện áp mà hệ thốngcác cột thu sét có thể được đặt trên các độ cao có sẵn của công trình như xà, cột đènchiếu sáng hoặc được đặt độc lập

- Khi đặt hệ thống cột thu sét trên bản thân công trình, sẽ tận dụng được độ cao vốn cócủa công trình nên sẽ giảm được độ cao của hệ thống thu sét Tuy nhiên điều kiện đặt

hệ thống thu sét trên các công trình mang điện là phải đảm bảo mức cách điện cao vàtrị số điện trở tản của bộ phận nối đất bé

+ Đối với trạm biến áp ngoài trời từ 110 kV trở lên do có cách điện cao (khoảng cáchcác thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) nên có thể đặt cột thu sét trên các kết cấu

của trạm Tuy nhiên các trụ của kết cấu trên đó có đặt cột thu sét thì phải nối đất vào

hệ thống nối đất của trạm phân phối Theo đường ngắn nhất và sao cho dòng điện iskhuyếch tán vào đất theo 3- 4 cọc nối đất Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải cónối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất nhằm đảm bảo điện trở không quá

4Ω

+ Nơi yếu nhất của trạm biến áp ngoài trời điện áp 110 kV trở lên là cuộn dây củaMBA Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ MBA thì yêu cầu khoảng cách giữahai điểm nối đất vào hệ thống nối đất của hệ thống thu sét và vỏ MBA theo đường điệnphải lớn hơn 15m

- Khi đặt cách ly giữa hệ thống thu sét và công trình phải có khoảng cách nhất định,nếu khoảng cách này quá bé thì sẽ có phóng điện trong không khí và đất

Phần dẫn điện của hệ thống thu sét có phải có tiết diện đủ lớn để đảm bảo thoảmãn điều kiện ổn định nhiệt khi có dòng điện sét đi qua

2.3 Phạm vi bảo vệ của cột chống sét và dây chống sét

2.3.1 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét

2.3.1.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập

Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là miền được giới hạn bởi mặt ngoài củahình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi công thức

) ( 1

6 , 1

x h h h

h − +

=

(2-1)

Trong đó: h: độ cao cột thu sét

hx: độ cao vật cần bảo vệh- hx= ha: độ cao hiệu dụng cột thu sét

rx: bán kính của phạm vi bảo vệ

Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệdạng dạng đơn giản hoá với đường sinh của hình chóp có dạng đường gãy khúc đượcbiểu diễn như hình vẽ 1.1 dưới đây

Bán kính bảo vệ ở các mức cao khác nhau được tính toán theo công thức sau:

Nếu

2 3

0,75h

1,5h

R

Hình 2- 1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét.

Các công thức trên chỉ đúng trong trường hợp cột thu sét cao dưới 30m Hiệuquả của cột thu sét cao quá 30m có giảm sút do độ cao định hướng của sét giữ hằng số

Có thể dùng các công thức trên để tính phạm vi bảo vệ nhưng phải nhân với hệ số hiệu

chỉnh p Với h

5,5

p=

và trên hình vẽ dùng các hoành độ 0,75hp và 1,5hp

2.3.1.2 Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét

Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét kết hợp thì lớn hơn nhiều so với tổng phạm

vi bảo vệ của hai cột đơn Nhưng để hai cột thu sét có thể phối hợp được thì khoảngcách a giữa hai cột thì phải thoả mãn điều kiện a < 7h (h là chiều cao của cột)

Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có cùng độ cao

- Khi hai cột thu sét có cùng độ cao h đặt cách nhau khoảng cách a (a < 7h) thì độ caolớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét ho được tính như sau:

h 0,2h

h o h x

1,5h

r x R

=

(2-7)

2.3.1.3 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau

Trường hợp hai cột thu sét có độ cao h1 và h2 khác nhau thì việc xác định phạm

vi bảo vệ được xác định như sau:

Vẽ phạm vi bảo vệ của cột thấp (cột 1) và cột cao (cột 2) riêng rẽ Qua đỉnh cộtthấp vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở điểm 3 điểmnày được xem là đỉnh của cột thu sét giả định Cột 1 và cột 3 hình thành đôi cột có độcao bằng nhau và bằng h1 với khoảng cách a’ Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thulôi 3 có độ cao h1 Điểm này được xen như đỉnh cột thu sét giả định Ta xác định đượckhoảng cách giữa hai cột có cùng độ cao h1 là a’ và x như sau:

( ta coi x là bán kính bảo vệ của cột cao h2 cho cột thấp h1)

Khi đó khoảng cách giữa cột thấp h1 và cột giả tưởng là: a’ = a – x

Phần còn lại tính toán giống phạm vi bảo vệ cột 1

2.3.1.4 Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét

Một nhóm cột sẽ hình thành 1 đa giác và phạm vi bảo vệ được xác định bởi toàn bộmiền đa giác và phần giới hạn bao ngoài giống như của từng đôi cột

r ox

r x

c

b a

Hình 2- 4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột

Vật có độ cao hx nằm trong đa giác hình thành bởi các cột thu sét sẽ được bảo

vệ nếu thoả mãn điều kiện:

D ≤

8 ha = 8 (h - hx) (2 –10)

Với D là đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét

Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được hiệu chỉnh theo

p

D ≤

8.ha p= 8 (h - hx).p ( 2-11)

2.3.2 Phạm vi bảo vệ của dây thu sét

2.3.2.1 Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét

Phạm vi bảo vệ của dây thu sét là một dải rộng Chiều rông của phạm vi bảo vệphụ thuộc vào mức cao hx được biểu diễn như hình vẽ

a' b

c

a

h 0,8h

0,2h

0,6h

1,2h

2b x

Hình 2- 5: Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét

Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét tương tự cột thu sét

h

- h.(11,2

h

- 0,6.h.(1

x=

( 2-13) Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được hiệu chỉnh theo

p

2.3.2.2 Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét

Để phối hợp bảo vệ bằng hai dây thu sét thì khoảng cách giữa hai dây thu sét

phải thoả mãn điều kiện s < 4h

Với khoảng cách s trên thì dây có thể bảo vệ được các điểm có độ cao

4

h-h

ho =

( 2-14)

Phạm vi bảo vệ như hình vẽ

h 0,2h

1,2h bx R

Hình 2- 6: Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét

Phần ngoài của phạm vi bảo vệ giống của một dây còn phần bên trong đượcgiới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm là hai điểm treo dây thu sét và điểm có độ cao

+ Độ cao xà cần bảo vệ phía 220 kV là 11m và 16m

+ Độ cao xà cần bảo vệ phía 110 kV là 8m và 11m

Đề xuất phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng vào trạm biến áp

Ta bố trí các cột như hình vẽ

14, 15, 16 được đặt trên xà cao 11m; cột 10, 11, 12 được đặt trên xà cao 8m và cột 17,

18 được xây thêm

Vậy:

- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 220 kV là hx =11 m và hx =16 m

- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 110 kV là hx =8 m và hx =11 m

Hình 2-7: Sơ đồ bố trí cột thu sét

2.5 Tính toán phương án sử dụng cột thu sét

2.5.1 Tính toán độ cao hiệu dụng của cột thu sét

Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi tam giác hoặc đa giác nào đó thì độ caocột thu lôi phải thỏa mãn:

D ≤

8 ha hay ha

D

Trong đó D: Là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác hoặc đa giác

ha: Độ cao hữu ích của cột thu lôi

-Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột bao giờ cũng lớn hơn phạm vi bảo vệ của 1 cột.Điều kiện để hai cột thu lôi phối hợp được với nhau là a ≤

7.hTrong đó: a – Khoảng cách giữa 2 cột thu sét

h – Chiều cao toàn bộ cột thu sét

Tính toán tương tự cho các đa giác còn lại, ta có bảng sau:

Bảng 2.1 chiều cao hiệu dụng của các nhóm cột

- Phía 220Kv có hmax = 11,149 m nên ta chọn ha = 12m

- Phía 110kV có hmax = 8,408 m nên ta chọn ha = 9 m

2.5.2 Tính chiều cao của cột thu sét

Độ cao lớn nhất cần bảo vệ hx = 11(m)

Do đó, độ cao các cột thu sét phía 110kV là: h = ha + hx = 9 + 11 = 20(m)

2.5.3 Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu sét

Ta chỉ xét phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên dọc theo chu vi của trạm dophần diện tích bên trong đã được bảo vệ Chiều cao các cột thu sét đều nhỏ hơn 30mnên trong công thức tính ta không cần nhân thêm hệ số hiệu chỉnh

2.5.3.1 Tính bán kính bảo vệ của một cột thu sét

- Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 20 m (cột 10÷18)

Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 11(m) là:

211( ) 20 13,333( )

- Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 28(m) (cột 1÷9)

Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 11(m) là:

211( ) 28 18,67( )

Tính toán tương tự cho các cặp cột còn lại ta có bảng sau:

Bảng 2.2 Phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu sét

28-16,066

28-16,186

8

9,438

12 40

R21,375

R12

R1.928

R2.571 R3,000

Pham vi bao

ve cho do cao 11(m)

Pham vi bao

ve cho do cao 16(m)

Hình 2-8 Phạm vi bảo vệ của phương án 1

Sơ đồ bố trí dây chống sét

2.6.1 Tính toán độ cao hiệu dụng treo dây chống sét

Để bảo vệ toàn bộ xà trong trạm thì độ cao dây chống sét cần thỏa mãn:

g l f

g l f

−

=

(m)Với trạm 220kV:

Độ cao cột khi treo dây thu sét:

Vậy ta chọn độ cao treo dây thu sét phía 110kV là 20(m)

2.6.2 Tính toán phạm vi bảo vệ của dây thu sét

= 18,667(m)

)=1,2.28(1-160,8.28

)= 9,6(m)+ Tại điểm treo thấp nhất của dây thu sét :

)=1,2.27,842(1-160,8.27,842

)= 9,410(m)Bảo vệ ở độ cao 11(m), h = 20(m)

= 13,333(m)

nên bxmax = 1,2h(1-0,8.

h h

)=1,2.20(1-110,8.20

)=7,5(m)+ Tại điểm treo thấp nhất của dây thu sét :

)=1,2.19,909(1-110,8.19,909

)=7,391(m)

2.6.3 Tính toán độ cao cột treo dây chống sét

+) Phạm vi bảo vệ của 1 cột treo dây thu sét cao 28(m)

= 18,667(m)

Nên rx = 1,5h(1-0,8.

x

h h

)=1,5.28(1-160,8.28

)= 12(m)Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét cao 20(m)

= 13,333(m)

nên rx = 1,5h(1-0,8.

x

h h

)=1,5.20(1-110,8.20

)=9,375(m)Phạm vi bảo vệ của hai cột (1 – 3) treo dây thu sét cao 28m cách nhau 45m :+ Độ cao bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là :

)=0,75.21,571(1-1621,571

)= 4,178(m)Phạm vi bảo vệ của hai cột (3 – 5) treo dây thu sét cao 28m cách nhau 30 m:+ Độ cao bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là:

)=0,75.23,714(1-1623,714

)= 5,785(m)Phạm vi bảo vệ của hai cột (14 – 16) treo dây thu sét cao 20(m) cách nhau 33(m) :+ Độ cao bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là :

)=0,75.15,286(1-11

15, 286

)= 3,214(m)Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét ( 8 – 9) cách nhau 33,541m

Chiều cao cột cao h12=28m

rx12 = 1,5.h(1-

x

h 0,8.h)=1,5.28(1-

11 0,8.28

rx=0,75.h(1-

x

h h)=0,75.28.(1-

20 28)= 6(m)

,

a 7

= 20 -

27,541 7

11 16,065

)= 3,799(m)Tính toán tương tự cho các cột còn lại ta có kết quả ghi trong bảng sau:

12 40

Pham vi bao

ve cho do cao 16(m)

1

2

3

4 6

5 7

2.7 Chọn phương án tối ưu

Ta thấy trong ba phương án thì có phương án 2 và phương án 3 đều đảm bảoyêu cầu về mặt kĩ thuật nên ta xét đến yêu cầu về mặt kinh tế để lựa chọn Phương ántối ưu là phương án có tổng chiều cao của các cột thu lôi và chiều dài của các dây thulôi là nhỏ nhất Ta có bảng so sánh hai phương án như sau:

Bảng 2.8: So sánh giữa hai phương án

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP

Nối đất có nghĩa là nối các bộ phận bằng kim loại có nguy cơ tiếp xúc với dòngđiện do hư hỏng cách điện đến một hệ thống nối đất Trong HTĐ có 3 loại nối đất khácnhau:

- Nối đất an toàn:

Nối đất an toàn có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người khi cách điện của thiết

bị bị hư hỏng Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem nối đất mọi bộ phân kim loạibình thường không mang điện (vỏ máy, thùng máy biến áp, các giá đỡ kim loại …)Khi cách điện bị hư hỏng trên các bộ phận này sẽ xuất hiện điện thế nhưng do đã đượcnối đất nên mức điện thế thấp Do đó đảm bảo an toàn cho người khi tiếp xúc vớichúng

- Nối đất làm việc:

Nối đất làm việc có nhiệm vụ đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bịhoặc một số bộ phận của thiết bị làm việc theo chế độ đã được quy định sẵn Loại nốiđất này bao gồm: Nối đất điểm trung tính MBA trong HTĐ có điểm trung tính nối đất,nối đất của MBA đo lường và của các kháng điện bù ngang trên các đường dây tải điện

đi xa

-Nối đất chống sét:

Nhiệm vụ của nối đất chống sét là tản dòng điện sét trong đất (khi có sét đánhvào cột thu sét hoặc trên đường dây) để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên thân cộtkhông quá lớn… do đó cần hạn chế các phóng điện ngược trên các công trình cần bảovệ

3.2 Các yêu cầu kĩ thuật

Bộ phận nối đất có trị số điện trở tản càng bé càng tốt Tuy nhiên việc giảm thấpđiện trở tản đòi hỏi phải tốn nhiều kim loại và khối lượng thi công Do đó việc xácđịnh tiêu chuẩn nối đất và lựa chọn phương án nối đất phải sao cho hợp lý về mặt kinh

tế và đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật

Trị số điện trở nối đất cho phép của nối đất an toàn được chọn sao cho các trị sốđiện áp bước và tiếp xúc trong mọi trường hợp đều không vượt qua giới hạn cho phép.Theo quy trình hiện hành tiêu chuẩn nối đất được quy định như sau:

- Đối với thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất (dòng ngắn mạch chạm đấtlớn) trị số điện trở nối đất cho phép là:R≤0,5 Ω

- Đối với các thiết bị có điểm trung tính không nối đất trực tiếp thì yêu cầu:

) (

250

R ≤ Ω

I

(3-1)

(nếu như hệ thống nối đất ấy chỉ dùng cho các thiết bị cap áp)

- Nếu hệ thống có điểm trung tính các điện và hệ thống nối đất cho cả các thiết bị cao

áp và hạ áp thì yêu cầu:

) (

125

R ≤ Ω

I

(3-2)

(nhưng không được quá 10 Ω)

- Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, nối đất làm việc và nối đất an toàn ở cáccấp điện áp khác thường được nối thành hệ thống chung Khi nối thành hệ thống chungphải đạt được yêu cầu của loại nối đất nào có trỉ số điện trở nối đất cho phép bé nhất

- Trong khi thực hiện nối đất, cần tận dụng các hình thức nối đất có sẵn ví dụ như cácđường ống và các kết cấu kim loại của công trình chôn trong đất, móng bê tông cốtthép Việc tính toán điện trở tản của các đường ống chôn trong đất hoàn toàn giốngvới điện cực hình tia

- Do nối đất làm việc trong môi trường không đồng nhất (đất - bê tông) nên điện trởsuất của nó lớn hơn so với điện trở suất của đất thuần tuý và trong tính toán lấy tănglên 25%

- Vì khung cốt thép là lưới không phải cực đặc nên không phải hiệu chỉnh bằng cáchnhân thêm hệ số

1,4

=

β

đó là hệ số chuyển từ cực lưới sang cực đặc

- Đối với các thiết bị có dòng điện ngắn mạch chạm đất bé khi điện trở tản của cácphần nối đất có sẵn đạt yêu cầu thì không cần nối đất bổ sung Với các thiết bị có dòngngắn mạch chạm đất lớn thì phải đặt thêm nối đất nhân tạo với trị số điện trở tản khôngquá 1Ω

1.104 < ρ <5.104 ≤155.104 < ρ < 10.104 ≤20

Bảng 3.1 Trị số quy định của điện trở nối đất ở tần số công nghiệp

- Khi đường dây đi qua các vùng đất ẩm (ρ≤

3 104 Ω

cm) nên tận dụng phần nối đất

có sẵn của móng và chân cột bê tông để bổ sung hoặc thay thế cho phần nối đất nhântạo