Giáo trình Cao áp - Chương 5

Giáo trình Cao áp Trường: BÁCH KHOA HÀ NỘI Giảng viên: TRẦN VĂN TỚP

Phần I Chơng : Nối đất chống sét Chơng : Nối đất chống sét 5.1 Giới thiệu 5.1.1 Định nghĩa Mạng nối đất bao gồm tất phận hệ thống nối đất nh : + điện cực nối đất (điện cực nối đất vật dẫn kim loại chôn đất ngập móng bê tông) + nèi NhiƯm vơ cđa hƯ thèng nèi đất tản dòng điện cố (h hỏng cách điện) đảm bảo an toàn cho ngời bảo vệ thiết bị Trong trờng hợp có dòng điện sét, đặc tính hệ thống nối đất phải tính toán với dòng điện lớn đạt tới hàng trăm kilo-ampe tần số đến mÐgahertz HƯ thèng nèi ®Êt cho phÐp lËp thÕ quy chiếu tần số cao, tất liên lạc có tính trở kháng, đặc biệt thành phần tự cảm dây nối Khái niệm quy chiếu không tồn nhiệm vụ mạng nối đất mặt chế ngự chênh lệch để giảm điện áp bớc điện áp tiếp xúc, mặt khác hạn chế chênh lệch ngang hai điểm kề công trình để giảm nguy phóng điện nhiễu điện từ 5.1.2 Chức hệ thống nối đất Nối đất đem phận kim loại có nguy bị tiếp xúc với dòng điện (h hỏng cách ®iƯn) nèi víi hƯ thèng nèi ®Êt T theo hiƯu nhiệm vụ ngời ta chia hệ thống nối ®Êt thµnh ba lậi Nèi ®Êt lµm viƯc : Cã nhiệm vụ đảm bảo cho làm việc bình thờng thiết bị số phận thiết bị theo chế độ làm việc đà đợc qui định sẵn + nối đất trung tính máy biến áp, + nèi ®Êt cđa TU + nèi ®Êt trung tÝnh cđa hệ thống trung tính nối đất Nối đất an toàn : Có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho ngời cách điện bị h hỏng thiết bị bị dò điện vỏ Nối đất an toàn đuợc thực cách đem nối đất phận kim loại bình thờng không mang điện (vỏ thiết bị điện, giá đỡ kim loại, chân sứ ) Khi cách điện bị h hỏng vật có xuất điện nhng có nối đất nên giữ đuực mức điện thấp không gây nguy hiểm cho ng−êi tiÕp xóc víi chóng Nèi ®Êt chèng sét có mục đích để tản dòng điện sét sét Nó có nhiêm vụ hạn chế hình thành lan truyền sóng điện áp phóng điện sét gây nên Nó cúng có nhiệm vụ hạn chế hiệu điện hai điểm cột điện đất Nếu không, có sét đánh vào cột chống sét đờng dây, sóng điện áp d có khả phóng điện ngợc tới thiết bị công trình cần bảo vệ, phá huỷ thiết bị điện máy biến áp 5.1.3 Mạng nối đất Định nghĩa "đất quy chiếu" nằm cách xa điểm dòng điện vào đất không Dòng điện sét vào đất dẫn tăng điểm mặt đất, mô phóng tăng tổng trở nối điểm nối đất điểm đo Xem xét thiết bị có hai nối đất riêng biệt + Nối đất thứ đặt điểm A, (ví dụ nối ®Êt chèng sÐt) qua ®ã cã dßng ®iƯn I + Nối đất B nối đất (ví dụ cho thiết bị điện tử) qua có dòng ®iƯn It ®i qua Kü tht ®iƯn ¸p cao PDF by http://www.ebook.edu.vn Phần I Chơng : Nối đất chống sÐt It thùc tÕ lµ rÊt nhá so víi I UA =ZA I + ZC (I + It) UB =ZB It + ZC (I + It) tăng cđa ®Êt B so víi ®Êt A : UAB =ZA I - ZBIt ZA et ZB - tỉng trë cđa hai nối đất so với đất cục bộ, ZC tổng trở đất cục với đất quy chiếu Điện áp tăng cao, không phụ thuộc vào chất lợng nối đất ZC Nếu hai điểm nối đất A B gần nhau, chênh lệch đủ để gây phóng điện hai mạng Muốn giảm mức tăng thế, cần nối chung tối đa tất phận trở thành dây dẫn trở dòng điện đất Điều cho phép trớc hết giảm tổng trở nối đất, phân tán dòng điện vào ®Êt theo nhiỊu nhanh (gi¶m ZAI) nèi ®Êt (®Êt cục bộ) công trình tập hợp tất mạng cho phép đảm bảo quy chiếu dọc theo công trình Điều kiện chủ yếu hiệu bảo vệ chống hiệu ứng điện từ dòng điện sét hạn chế hiệu điện điểm mạch nối đất liền kề loại bỏ khả xảy phóng điện Mạng mát Mạng mát bao gồm vỏ kim loại vật cần bảo vệ : khung cốt, giàn giá đờng cáp kết cấu kim loại Mỗi phần tử tham gia vào mạng mát có tác dụng giảm đáng kể hiệu ứng trờng điện từ kênh sét dòng điện sét gây nên Mạng nối đất Cần phải trọng hiệu nối đất tốt theo lý : nối đất vỏ thiết bị điện bắt buộc : mạng nối đất phải thoả mÃn tiêu chuẩn bảo đảm an toàn cho ngời; hệ thống nối đất phải hạn chế chênh lệch điện đặc biệt điện áp bớc, đặc biệt vùng xung quanh chu vi mạch vòng nối đất; Nối đất thiết bị Các dây dẫn có dòng điện sét qua gây nên điện từ trờng mạnh nguồn gây nhiễu loạn cho thiết bị Với mục đích giảm ánh hởng này, dây nối đợc phân tán xung quanh công trình cần đợc bảo vệ 5.1.4 Điện trở nối đất Điện trở nối ®Êt lµ mét sè liƯu rÊt quan träng ®Ĩ tèi để đảm bảo an toàn, phụ thuộc vào điện trở suất đất kích thớc ddiện cực nối đất Mọi mạng nối đất gồm điện cực kim loại chôn nằm ngang chôn thẳng đứng đất Trờng hợp tổng quát, sơ đồ tơng đơng mạng nối đất : Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn Phần I Chơng : Nối ®Êt chèng sÐt + ®iÖn trë r, + ®iÖn cảm L thân điện cực, + điện trở tản R môi trờng xung quanh điện cực, + ®iƯn dung C cđa c¸c ®iƯn cùc so víi ®iĨm không Có thể bỏ qua điện trở tác dụng điện cực nối đất nhỏ so với điện trở tản R Ngời ta không xét đến điện dung C điện cực so với đất dòng điện dung bé chí có dòng điến sét L L I g g g g C¸c tham sè L g phụ thuộc vào số yếu tố hiệu ứng chúng tuỳ thuộc vào điều kiện tính toán Khi có dòng điện mà biến thiên theo thời gian nhanh chạy qua hệ thống nối đất (dòng điện sét), điện cảm điện cực + ban đầu cản trở không cho dòng điện đến cuối, dẫn đến phân bố điện áp không đồng theo thời gian dọc theo chiều dài điện cực + Sau đó, ảnh hởng điện cảm giảm dần phân bố áp trở nên dòng điện tản vào đất dòng điện chiều dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp, bỏ qua ảnh hởng điện cảm L tất hệ thống nối đất biểu diễn điện trở tản Rt Thời gian tồn trình độ phơ thc vµo h»ng sè thêi gian : T=Lgl2 (5 1) Với dòng điện sét, tham số thể nối đất phụ thuộc tơng quan số thời gian T thời gian đầu sóng f dòng điện sét + Nếu T1) Chiều dài giới hạn mạng nối đất chèng sÐt (I=40kA, τ=3-6μs) ρ (Ω.m) ChiỊu dμi tíi h¹n lth (m) 500 1000 2000 4000 25÷35 35÷50 60÷80 80÷100 Chiều dài giới hạn điện cực nối đất thẳng đứng chôn đất đồng (.m) Chiều dμi tíi h¹n lth (m) 300 500 1000 2.5 8.5 Trong trờng hợp hệ thống nối đất phức tạp gồm điện cực thẳng đứng nằm ngang, điện trở nối đất đợc tính toán theo bớc sau : + tính điện trở tản tần số thấp cọc + tính toán phân bố dòng điện sét qua phần tử hệ thống nối đất theo nguyên tắc tỉ lệ nghịch với điện trở với mục đích xác định hệ số xung kích imp + xác định điện trở xung kích hệ thống nối đất R ht = Rxkc : điện trở tản cọc Rxkt : điện trở tản xung kích tất xk : hƯ sè sư dơng xung kÝch n : sè lợng cọc Kỹ thuật điện áp cao R xkc R xkt R xkc + nR xkt p η xk (5 28) Phần I 5.3 Chơng : Truyền sóng điện áp đờng dây tải điện Lựa chọn phơng án nối đất Để bảo vệ ngời thiết bị, hệ thống nối đất có điện trở nối đất bé tản dòng điện cố nhanh giữ thấp vật nối đất Tuy nhiên muốn giảm điện trở nối đất lại phải tăng chi phí đầu t cho hệ thống nối đất Từ cần thiết phải thiết lập trị số quy định điện trở nối đất 5.3.1 Nối đất an toàn nối đất làm việc Bộ phận nối đất có trị số điện.trở tản bé thực đợc tốt nhiệm vu tản dòng điện đất giữ đợc múa điện thấp vật đợc nối đất giữ đợc mức điện áp thấp vật đợc nối đất Tuy nhiên việc giảm thấp điện trở tản đòi hỏi phải tốn nhiều kim loại khối lợng thi công Do việc xác định tiêu chuẩn nối đất lựa chọn phơng án nối đất phải cho hợp lý kinh tế kỹ thuật Đối với nối đất lm việc trị số điện trờ nối đất cho phép định yêu cầu tình trạng làm việc của,từng thiết bị cụ thể, khòng xét tới Trị sè ®iƯn trë nèi ®Êt cho phÐp cđa nèi ®Êt an ton (bảo vệ) đợc chọn cho trị số điện áp bớc tiếp xúc trờng.hợp không vợt giới hạn cho phép Cho đến cha có đầy đủ số liệu để xác định trị số điện áp cho phép đối vừa ngời theo quan điểm an toàn chúng phụ thuộc vào rÊt nhiỊu u tè Mét c¸c u tè quan trọng thời gian tác dụng điện áp, thời gian này,giảm điện áp chịu đựng ngời tăng lên Điều cho phép giảm nhẹ yêu cầu nối đất an toán thiết bị có dòng điện ngắn mạch chạm đất lớn (I > 500 A) thời gian tồn ngắn mạch ngắn định thời gian tác động hệ thống bảo vệ rơ le Ngoài thời gian có ngắn ngạch chạm đất ngắn xác suất có ngời khu vực có điện áp tăng cao lúc có cố giảm nhiều Theo các, quy định hành, tiêu chuẩn nối đất an toàn đợc quy định nh sau : Đối với thiết bị điện có điểm trung tinh trực tiếp nối đất (dòng điện ngắt mạch chạm đất lớn) trị số điện trở nối đất cho phÐp : R ≤ 0,5Ω (5 29) §èi víI thiÕt bị có điểm trung tính cách điện (dòng điện ngắn cham đất bé) : R 250 I (5 30) 125 I (5 31) phần nối đất dùng cho thiết bị cao áp R dùng chung cho phần cao áp hạ áp nhng không đợc 10 Khi lới điện không đặt cuộn dập hồ quang (cuộn Pêtecxen) tài dòng điện I dòng điện dung toàn l−íi : I = 3U phωC (5 32) Uph - ®iƯn ¸p pha, , C - ®iƯn dung cđa pha ®èi víi ®Êt : Trong tr−êng hỵp cã bï dòng điện điện dung, dòng điện tinh toán dòng điện d (phần cha bù) với giả.thiết lới đà cắt cuộn dập hồ quang có công suất lớn trờng hợp dòng điện không đợc lớn 30A Dòng điện tinh toán nối đất trạm có đặt cuộn dập hå quang sÏ Êy b»ng 125% I®m cđa cn dËp hồ quang Kỹ thuật điện áp cao Phần I Chơng : Truyền sóng điện áp đờng dây tải điện Trong nhà máy điện trạm biến áp nối đất làm việc nối đất an toàn cấp điện áp khác thờng đợc nối thành hệ thống chung Việc nối đất riêng rẽ theo loại nối đất theo cấp điện áp có u điểm dòng điện ngắn mạch chạm đất phận nối đất không làm tăng điện áp phận nối đất khác, nhng thực cách ly chúng gặp nhiều khó khăn nhiều thực đợc Khi nối thành hệ thống chung, phải đạt đợc yêu cầu loại nối đất có trị số điện trở nối đất cho phép bé Trong thực nối đất cần tận dụng hình thức nối đất có sẵn ví dụ đờng ống (ống nớc, vỏ cáp) vâ kết cấu kim loại công trình chôn đất mông bê tông cốt thép Việc tính toán điện trở tản đờng ống chôn đất hoàn toàn giống với điện cực tia nhng tác dụng điện cảm nên độ dài điện cực không nên 1km Thời gian gần đà tiến hành nghiên cứu nhiễu tác dụng nối đất móng bê tống cốt thép Kết nghiên cứu cho thấy vùng đất ẩm (có 3.104 m) sau thời gian thi công vài tháng lớp bê tông móng trở thành môi trờng có trị số điện dẫn cao ổn định Do có thề xem phần cốt thép đặt móng chằn cột bê tông nh điện cực nối đất Có thể sử dụng công thức tinh toán thông thờng để tính điện trở nối đất chân cột.và móng bê tông cần ý điểm sau : + Do nối đất làm việc môi trờng không đồng đất- bê tông nên điện trở suất lớn so với trị số điện trở suất đất tuý tính toán lấy tăng thêm 25% + Vì khung cốt thép đặc mà đan lại với thành lới nên phải hiệu chỉnh cách nhân thêm hệ số = 1,4, hệ số chuyển từ cực lới sang cực đặc Đối với thiết bị có dòng điện ngắn mạch chạm đất bé điện trở tản phân nối đất có sẵn đạt đợc yêu cầu trị số điện trở cho phép không cần phải có thêm phần nối đất nhân tạo, nhng thiết bị có dòng điện ngắn mạch chạm đất lớn dù phần nối đất có sẵn đà đạt yêu cầu tri số điện trở cho phép phải đặt thêm phận nối đất nhân tạo với trị số điện trở tản không Đối với nối đất an toàn, song song với việc thực yêu cầu trị số điện trở nối đất cần phải sử dụng biện pháp cân điện áp để tạo nên phân bố điện áp mặt đất, làm giảm trị số điện áp bớc điện áp tiếp xúc Điều đặc biệt quan thiết bị có dòng điện ngắn mạch lớn Với mục đích đó, thơng dùng nối đất mạch vòng bố trí dọc theo chu vi trạm để làm tăng điện áp cửa phần mặt đất bên nh giảm đợc trị số điện áp tiếp xúc điện ¸p b−íc 5.3.2 Nèi ®Êt chèng sÐt Nèi ®Êt chống sét thờng gặp 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 thờng bố trí độc ập (không có liên hệ với phận khác) nên cần sử dụng hình thức nối đất tập trung đề có hiệu tản dòng điện tốt 9 Nối đất cột ®iƯn lµ mét vÊn ®Ị cã ý nghÜa r Êt lớn kinh tế kỹ thuật Khi sét đánh vào đờng dày, Khi sét đánh vào cột điện vào dây chống sét đờng dây tải điện, điện áp xuất cách điện đờng dây phụ thuộc lớn vào trị số điện trở hệ thống nối đất ngẫu hợp mạch dòng điện sét dây dẫn Phần điện áp giáng phận nối đất cột điện chiếm tỷ lệ lớn toàn điện áp tác dụng lên cách điện Nếu Kỹ thuật điện áp cao Phần I Chơng : Truyền sóng điện áp đờng dây tải điện điện áp đạt vợt ngỡng phóng điện cách điện đờng dây xảy tợng phóng điện bề mặt chuỗi cách điện mà ngời ta gọi phóng điện ngợc Tỉ lệ phóng điện ngợc phụ thuộc vào động thái độ hệ thống nối đất Do đặc tính nối đất có vai trò quan trọng Nếu nối đất có trị số điện trở tản bé hạn chế đợc khả phóng điện ngợc tớ i dây đẫn, đảm bảo vận hành an toàn Nhng việc giảm điện trở nối đất phải huy động nhiều sắt thép khối lợng thi công tiêu chuẩn nối đầt cột điện đợc quy định cho hợp lý Hiện tiêu chuẩn nối đất cột điện đợc quy định theo điện trở suất đất : Điện trở suất đất (.cm) Điện trở nối đất cột điện R (m) ρ