Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ. Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các yêu cầu cụ thể, hệ thống các cột thu sét có thể được đặt trên các độ cao có sẵn như xà đỡ dây,xà đỡ thanh góp,hoặc được đặt độc lập.
Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp ĐỀ BÀI Page Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 1.1 Các yêu cầu Tất thiết bị cần bảo vệ phải nằm trọn phạm vi bảo vệ an toàn hệ thống bảo vệ Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt trạm yêu cầu cụ thể, hệ thống cột thu sét đặt độ cao có sẵn xà đỡ dây,xà đỡ góp,hoặc đặt độc lập Khi đặt hệ thống cột thu sét kết cấu trạm tận dụng độ cao vốn có cơng trình nên giảm độ cao cột thu sét Tuy nhiên đặt hệ thống thu sét xà trạm có sét đánh 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 sang phần tử mang điện cách điện khơng đủ lớn Do điều kiện để đặt cột thu sét hệ thống xà trạm mức cách điện cao điện trở tản phận nối đất nhỏ Đối với trạm trời từ 110kV trở lên có cách điện cao nên đặt cột thu sét kết cấu trạm phân phối Các trụ kết cấu có đặt cột thu sét phải nối đất vào hệ thống nối đất trạm phân phối theo đường ngắn cho dòng điện IS khuyếch tán vào đất theo - cọc nối đất Ngoài trụ kết cấu phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất Nơi yếu trạm phân phối ngài trời điện áp 110kV trở lên cuộn dây máy biến áp Vì dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp yêu cầu khoảng cách hai điểm nối đất hệ thống nối đất cột thu sét vỏ máy biến áp theo đường điện phải lớn 15m Khi bố trí cột thu sét xà trạm trời 110kV trở lên cần ý nối đất bổ sung chỗ nối kết cấu có đặt cột thu sét vào hệ thống nối đất nhằm đảm bảo điện trở khuếch tán không 4Uf Page Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp Khi dùng cột thu sét độc lập phía 35kV phải ý đến khoảng cách cột thu sét đến phận trạm để tránh khả phóng điện từ cột thu sét đến vật bảo vệ.Việc lắp đặt cột thu sét làm tăng xác suất sét đánh vào diện tích cơng trình cần bảo vệ, cần chọn vị trí lắp đặt cột thu sét cách hợp lý Tiết diện dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt có dòng điện sét chạy qua Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu sét dây dẫn điện đến đèn phải cho vào ống chì chèn vào 1.2 Phạm vi bảo vệ hệ thống thu sét 1.2.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét Cột thu sét thiết bị để tránh sét mà ngược lại dùng để thu hút phóng điện sét phía cách sử dụng mũi nhọn nhân tạo sau dẫn dòng điện sét xuống đất Sử dụng cột thu sét với mục đích để sét đánh xác vào điểm định sẵn mặt đất vào điểm cơng trình Cột thu sét tạo khoảng không gian gần cột thu sét (trong có vật cần bảo vệ), có khả bị sét đánh gọi phạm vi bảo vệ 1.2.1.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét độc lập Phạm vi bảo vệ cột thu sét độc lập miền giới hạn mặt ngồi hình chóp tròn xoay có đường kính xác định phương trình Trong : h: độ cao cột thu sét hX: độ cao cần bảo vệ ha=h-hX: độ cao hiệu dụng cột thu sét rX: bán kính phạm vi bảo vệ Page Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp Để dễ dàng thuận tiện tính tốn thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng dạng đơn giản hoá đường sinh hình chóp có dạng đường gẫy khúc hình sau: a 0,2h b 0,8h c 0,75h h 1,5h Rx Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ cột thu sét Bán kính tính tốn theo cơng thức sau: Nếu (1.2) Nếu (1.3) Các cơng thức cột thu sét cao 30m Hiệu cột thu sét cao 30m giảm độ cao định hướng sét giữ số Có thể dùng cơng thức để tính tốn phạm vi bảo vệ phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh hoành độ lấy giá trị 0,75hp 1,5hp 1.2.1.2 Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao Phạm vi bảo vệ hai nhiều cột thu lơi lớn tổng phạm vi bảo vệ cột đơn cộng lại Nhưng để cột thu lơi phối hợp khoảng cách a hai cột phải thoả mãn a ≤ 7h (trong h độ cao cột thu sét) Phần bên khoảng cách hai cột có phạm vi bảo vệ giống cột Phần bên giới hạn Page Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp vòng cung qua điểm hai đỉnh cột điểm có độ cao h0 - phạm vi bảo vệ độ cao lớn hai cột xác định theo công thức: Khoảng cách nhỏ từ biên phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột r x0 xác định sau: Nếu (1.5) Nếu (1.6) Khi độ cao cột thu sét vượt q 30m có hiệu chỉnh hệ số hoành độ lấy giá trị 0,75hp 1,5hp h0 tính theo công thức: R hx h0 0,75h 1,5h a rox h rx Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao giống 1.2.1.3 Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao khác Trường hợp hai cột thu sét có độ cao h h2 khác việc xác định phạm vi bảo vệ xác định sau: Page Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp Vẽ phạm vi bảo vệ cột cao (cột 1) cột thấp (cột 2) riêng rẽ Qua đỉnh cột thấp (cột 2) vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh phạm vi bảo vệ cột cao điểm điểm xem đỉnh cột thu sét giả định Cột cột hình thành đơi cột có độ cao h2 với khoảng cách a’ Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lơi có độ cao h2 Điểm xem đỉnh cột thu sét giả định Ta xác định khoảng cách hai cột có độ cao h2 a' x sau: 0,2h1 0,2h2 0,8h1 h2 0,8h2 h1 ho 0,75h2 x a' 1,5h2 0,75h1 a 1,5h1 Hình 1.3: Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao khác Nếu Nếu (1.8) (1.9) Phần lại giống phạm vi bảo vệ cột 1.2.1.4 Phạm vi bảo vệ nhóm cột thu sét (số cột >2) Để bảo vệ diện tích giới hạn đa giác độ cao cột thu lơi phải thoả mãn: Trong đó: D đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo chân cột Page Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp Nhóm cột tam giác có ba cạnh a, b,c có: với p nửa chu vi : Nhóm cột tạo thành hình chữ nhật: với a, b độ dài hai cạnh hình chữ nhật Độ cao tác dụng cột thu sét phải thoả mãn điều kiện: a a D b c D b Hình1.4: Phạm vi bảo vệ nhóm cột tạo thành tam giác chữ nhật 1.2.2 Phạm vi bảo vệ dây thu sét 1.2.2.1 Phạm vi bảo vệ dây thu sét Phạm vi bảo vệ dây thu sét dải rộng Chiều rộng phạm vi bảo vệ phụ thuộc vào mức cao hx biểu diễn sau : Page Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp a 0,2h b 0,8h h c a' 0,6h 1,2h 2bx Hình1.5 : Phạm vi bảo vệ dây thu sét Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét tương tự cột thu sét ta có hồnh độ 0,6h 1,2h Nếu (1.16) Nếu (1.17) Khi độ cao cột lớn 30m điều kiện bảo vệ cần hiệu chỉnh theo p 1.2.2.2 Phạm vi bảo vệ hai dây thu sét Để phối hợp bảo vệ hai dây thu sét khoảng cách hai dây thu sét phải thoả mãn điều kiện S ≤ 4h Với khoảng cách dây bảo vệ điểm có độ cao h Phần ngồi phạm vi bảo vệ giống phạm vi bảo vệ dây, phần bên giới hạn vòng cung qua ba điểm hai điểm treo dây thu sét điểm có độ cao h0 Page Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp 0,2h 0,8h h ho bx 0,6h S 1,2h Hình 1.6: Phạm vi bảo vệ hai dây thu sét 1.3 Các phương án bảo vệ hệ thống thu sét 1.3.1 Phương án 1.3.1.1 Sơ đồ mặt bố trí cột thu sét 15 10 11 13 12 16 17 18 14 19 Hình 1.7: Sơ đồ mặt bố trí cột thu sét Page Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp 1.3.1.2 Tính tốn cho phương án a Tính độ cao tác dụng cột thu sét Để tính độ cao tác dụng cột thu sét ta cần xác định đường kính D đường tròn ngoại tiếp tam giác (hoặc tứ giác) qua ba (hoặc bốn) đỉnh cột Để cho toàn diện tích giới hạn tam giác (hoặc bốn) bảo vệ phải thoả mãn điều kiện : Ta xét nhóm cột hình chữ nhật: Nhóm cột a(m) b(m) D(m) ha(m) 1-2-5-4 23,2 28,6 36,827 4,603 2-3-6-5 23,2 28,6 36,827 4,603 4-5-8-7 23,2 23,2 32,810 4,101 5-6-9-8 23,2 23,2 32,810 4,101 7-8-11-10 23,2 46 51,519 6,440 12-13-18-17 38,4 46,8 60,538 7,567 13-14-19-18 28,8 46,8 54,952 6,869 Ta xét nhóm cột hình tam giác: Nhóm cột a(m) b(m) c(m) p(m) D(m) ha(m) 8-9-11 23,2 46,0 51,5 60,360 51,519 6,440 9-11-12 51,5 47,3 34,4 66,632 53,024 6,628 10-11-15 23,2 46,8 52,2 61,117 52,235 6,529 11-15-16 52,2 47,1 28,8 64,084 52,607 6,576 11-12-16 34,4 47,1 55,0 68,243 55,344 6,918 12-16-17 55,0 46,8 28,8 65,276 54,952 6,869 Page 10 Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp Từ bảng ta thấy hamax = 7,567 m Ta chọn = 8,7 m phía cao áp = 8,2 m phía hạ áp, hx độ cao xà đón dây Do độ cao thực tế cột thu sét phía 110kV là: h = hx + = 11,3 + 8,7 = 20 m Do dộ cao thực tế cột thu sét phía 35kV là: h = hx + = 8,8 + 8,2 = 17 m b Phạm vi bảo vệ cột thu sét Phạm vi bảo vệ cột 1: Do: Vậy: Tương tự ta có bảng sau: Cột h 20 20 17 17 110kV 35kV 2/3.h 13,3 13,3 11,3 11,3 hx 11,3 8,6 8,8 6,8 rx 8,81 13,88 9,00 12,75 c Phạm vi bảo vệ cặp cột biên • Xét cặp cột (1-2),(2-3) có độ cao với khoảng cách a = 23,2 m Độ cao h0 mà cặp cột bảo vệ : Do: • Xét cặp cột 7-10 với khoảng cách a = 49 m có độ cao khác h7 = 20 m h10 = 17 m Do: Page 11 Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp Ta xét cột giả tưởng cách cột khoảng : Do: • Các cặp cột khác ta xét tương tự: Ta có bảng sau: Nhóm cột có độ cao 110kV Cặp cột h a hx 20 23,2 8,6 (1-2),(2-3),(4-7),(6-9) 20 23,2 11,3 20 28,6 8,6 (1-4),(3-6) 20 28,6 11,3 35kV 17 46,8 6,8 (10-15),(14-19) 17 46,8 8,8 17 28,8 6,8 (15-16),(16-17),(18-19),(13-14) 17 28,8 8,8 17 38,4 6,8 (12-13),(17-18) 17 38,4 8,8 cặp cột (7-10) (9-12) hc 20 20 hh 17 17 Nhóm cột có độ cao khác a x a' h'0 46 2,3 43,8 10,8 47,3 2,3 45,1 10,6 Page 12 h0 16,7 16,7 15,9 15,9 2/3.h0 11,1 11,1 10,6 10,6 r0x 8,9 4,0 7,7 3,5 10,3 10,3 12,9 12,9 11,5 11,5 6,9 6,9 8,6 8,6 7,7 7,7 2,7 1,1 6,6 3,1 4,5 2,0 2/3 h'0 7,2 7,0 hx 8,8 8,8 r'0x 1,5 1,3 Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp 1.3.1.3 Phạm vi bảo vệ phương án 1 10 15 11 16 12 13 14 17 18 19 Hình 1.8 Phạm vi bảo vệ phương án Vậy phương án thỏa mãn yêu cầu đặt Tổng số cột 19 cột có cột cao 19,3 m 10 cột cao 16,8 m Page 13 Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp 1.3.2 Phương án 1.3.2.1 Sơ đồ mặt bố trí cột thu sét 12 10 16 14 13 15 11 17 18 19 20 Hình 1.9: Sơ đồ mặt bố trí cột thu sét 1.3.2.2 Tính tốn cho phương án a Tính độ cao tác dụng cột thu sét Để tính độ cao tác dụng cột thu sét ta cần xác định đường kính D đường tròn ngoại tiếp tam giác (hoặc tứ giác) qua ba (hoặc bốn) đỉnh cột Để cho toàn diện tích giới hạn tam giác (hoặc bốn) bảo vệ phải thoả mãn điều kiện : Ta xét nhóm cột hình chữ nhật: Nhóm cột a(m) b(m) D(m) ha(m) 1-2-5-4 23,2 28,6 36,827 4,603 2-3-6-5 23,2 28,6 36,827 4,603 Page 14 Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp 4-5-8-7 23,2 23,2 32,810 4,101 5-6-9-8 23,2 23,2 32,810 4,101 7-8-11-10 23,2 49 54,215 6,777 12-13-18-17 38,4 46,8 60,538 7,567 13-14-19-18 28,8 46,8 54,952 6,869 Ta xét nhóm cột hình tam giác: Nhóm cột a(m) b(m) c(m) p(m) D(m) ha(m) 8-9-11 23,2 49 54,2 63,207 54,215 6,777 9-11-12 54,2 50,3 34,4 69,439 55,613 6,952 10-11-15 23,2 46,8 52,2 61,117 52,235 6,529 11-15-16 52,2 49,5 28,8 65,247 53,226 6,653 11-12-16 34,4 49,5 55,0 69,406 55,856 6,982 12-16-17 55,0 46,8 28,8 65,276 54,952 6,869 Từ bảng ta thấy hamax = 7,567 m Ta chọn = m , hx độ cao xà đón dây Do độ cao thực tế cột thu sét phía 110kV là: h = hx + = 11,3 + = 19,3 m Do dộ cao thực tế cột thu sét phía 35kV là: h = hx + = 8,8 + = 16,8 m b Phạm vi bảo vệ cột thu sét Phạm vi bảo vệ cột 1: Do: Page 15 Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp Vậy: Tương tự ta có bảng sau: Cột h 19,3 19,3 16,8 16,8 110kV 35kV 2/3.h 12,9 12,9 11,2 11,2 hx 11,3 8,6 8,8 6,8 rx 7,76 12,83 8,70 12,45 c Phạm vi bảo vệ cặp cột biên • Xét cặp cột (1-2),(2-3) có độ cao với khoảng cách a = 23,2 m Độ cao h0 mà cặp cột bảo vệ : Do: • Xét cặp cột 7-10 với khoảng cách a = 49 m có độ cao khác h7 = 19,3 m h10 = 16,8 m Do: Ta xét cột giả tưởng cách cột khoảng : Do: • Các cặp cột khác ta xét tương tự: Ta có bảng sau: Nhóm cột có độ cao Page 16 Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp Cặp cột (1-2),(2-3),(4-7),(6-9) (1-4),(3-6) (10-15),(14-19) (15-16),(16-17),(18-19),(13-14) (12-13),(17-18) cặp cột (7-10) (9-12) hc 19.3 19.3 hh 16.8 16.8 110kV h a 19.3 23.2 19.3 23.2 19.3 28.6 19.3 28.6 35kV 16.8 46.8 16.8 46.8 16.8 28.8 16.8 28.8 16.8 38.4 16.8 38.4 hx 8.6 11.3 8.6 11.3 h0 16.0 16.0 15.2 15.2 2/3.h0 10.7 10.7 10.1 10.1 r0x 5.5 3.5 5.0 2.9 6.8 8.8 6.8 8.8 6.8 8.8 10.1 10.1 12.7 12.7 11.3 11.3 6.7 6.7 8.5 8.5 7.5 7.5 2.5 1.0 4.4 2.9 3.4 1.9 Nhóm cột có độ cao khác a x a' h'0 49 1.9 47.1 10.1 50.3 1.9 48.4 9.9 Page 17 2/3 h'0 6.7 6.6 hx 8.8 8.8 r'0x 1.0 0.8 Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp 1.3.2.3 Phạm vi bảo vệ phương án 2 10 15 11 16 12 13 14 17 18 19 Hình 1.10 Phạm vi bảo vệ phương án Vậy phương án thỏa mãn yêu cầu đặt Tổng số cột 19 cột có cột cao 19,3 m 10 cột cao 16,8 m Page 18 Bài Tập Dài Kỹ Thuật Điện Cao Áp TÍNH TỐN BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN TỪ ĐƯỜNG DÂY PHÍA ĐIỆN CAO ÁP VÀO TRẠM BIẾN ÁP TG MBA C SV Hình 2.1 Sơ đồ thay q trình truyền sóng Với thơng số biết trước: Biên độ sóng tới là: U = 640 kV Thời gian đầu sóng: τđs = 2,8 s Khoảng cách góp với chống sét van là: l1 = 45 m Khoảng cách góp với máy biến áp là: l2= 66 m Đặc tính chống sét van là: U = 258.I0,03 kV Sóng tới có dạng xiên góc cho bởi: Giả thuyết thời điểm t = 0, sóng vừa đến điểm Thời gian để sóng từ điểm đến là: Page 19