Đồ án cao áp mẫu đại học điện lực

ĐAMH Kỹ thuật điện cao áp CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG DƠNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NĨ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1.1 Hiện tượng dông sét 1.1.1 Khái niệm chung Dông sét tượng thiên nhiên, phóng tia lửa điện khoảng cách điện cực lớn (trung bình khoảng 5km) Hiện tượng phóng điện dơng sét gồm hai loại phóng điện đám mây tích điện phóng điện đám mây tích điện với mặt đất Ở ta nghiên cứu phóng điện đám mây tích điện với mặt đất (phóng điện mây-đất) Vì tượng phóng điện gây ảnh hưởng trực tiếp tới hệ thống điện Các đám mây tích điện với mật độ điện tích lớn, tạo cường độ điện trường lớn hình thành dòng phát triển phía mặt đất Giai đoạn giai đoạn phóng điện tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình tia tiên đạo lần phóng điện khoảng 1,5.107cm/s, lần phóng điện sau tốc độ tăng lên khoảng 2.10 8cm/s (trong đợt sét đánh có nhiều lần phóng điện đám mây hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng phóng điện xuống đất) Tia tiên đạo mơi trường Plasma có điện tích lớn Đầu tia nối với trung tâm điện tích đám mây nên phần điện tích trung tâm vào tia tiên đạo Phần điện tích phân bố dọc theo chiều dài tia xuống mặt đất Dưới tác dụng điện trường tia tiên đạo, có tập trung điện tích khác dấu mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện đất Nếu vùng đất có điện dẫn đồng điểm nằm phía đầu tia tiên đạo Còn vùng đất có điện dẫn khơng đồng (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) điện tích đất tập trung nơi có điện dẫn cao.Q trình phóng điện phát triển dọc theo đường sức nối liền đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích mặt đất địa điểm sét đánh mặt đất định sẵn Do để định hướng cho phóng điện sét ta phải tạo nơi có mật độ tập trung điện diện tích lớn Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho cơng trình dựa tính chọn lọc phóng điện sét Nếu tốc độ phát triển phóng điện ngược n mật độ điện trường điện tích SVTH: Trang ĐAMH Kỹ thuật điện cao áp tia tiên đạo d đơn vị thời gian điện tích đất là:is=n d Cơng thức tính tốn cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ khơng đáng kể) Tham số chủ yếu phóng điện sét dòng điện sét, dòng điện có biên độ độ dốc phân bố theo hàm biến thiên phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm kA) dạng sóng dòng điện sét dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt sét ứng với giai đoạn phóng điện ngược Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trạm gây điện áp khí gây hậu nghiêm trọng như: Ngắn mạch đầu góp, cháy nổ, điện diện rộng… 1.1.2 Tình hình dơng sét Việt Nam Việt Nam nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dơng sét mạnh Theo tài liệu thống kê cho thấy miền đất nước Việt nam có đặc điểm dơng sét khác Ở miền Bắc, số ngày dơng dao động từ 70÷110 ngày năm số lần dơng từ 150÷300 lần trung bình ngày xảy từ 2÷3 dơng Vùng dơng nhiều miền Bắc Móng Cái Tại hàng năm có từ 250÷300 lần dơng tập trung khoảng 100÷110 ngày Tháng nhiều dông tháng 7, tháng Một số vùng có địa hình thuận lợi thường khu vực chuyển tiếp vùng núi vùng đồng bằng, số trường hợp dông lên tới 200 lần, số ngày dông lên đến 100 ngày năm Các vùng lại có từ 150÷200 dơng năm, tập trung khoảng 90÷100 ngày Nơi dơng miền Bắc vùng Quảng Bình hàng năm có 80 ngày dơng Xét dạng diễn biến dơng năm, ta nhận thấy mùa dơng khơng hồn tồn đồng vùng Nhìn chung, Bắc Bộ mùa dông tập chung khoảng từ tháng đến tháng Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) khu vực dơng nhất, thường có tháng số ngày dơng khoảng 10 ngày/tháng Tuy Hồ 10 ngày/tháng, Nha Trang ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng Ở miền Nam khu vực nhiều dông đồng Nam Bộ từ 120÷140 ngày/năm, thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/năm SVTH: Trang ĐAMH Kỹ thuật điện cao áp 1.2 Ảnh hưởng tượng dông sét tới hệ thống điện Việt Nam Như trình bày phần trước, biên độ dòng sét đạt tới hàng trăm kA, nguồn sinh nhiệt vơ lớn dòng điện sét qua vật Thực tế có dây tiếp địa phần nối đất khơng tốt, bị dòng điện sét tác dụng bị nóng chảy đứt, chí có cách điện sứ bị dòng điện sét tác dụng bị vỡ chảy nhũ thạch, phóng điện sét kèm theo việc di chuyển khơng gian lượng điện tích lớn, tạo điện từ trường mạnh, nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến thiết bị điện tử, ảnh hưởng rộng, nơi cách xa hàng trăm km Khi sét đánh thẳng vào đường dây xuống mặt đất gần đường dây sinh sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên điện áp tác dụng lên cách điện đường dây Khi cách điện đường dây bị phá hỏng gây nên ngắn mạch pha-đất ngắn mạch pha–pha buộc thiết bị bảo vệ đầu đường dây phải làm việc Với đường dây truyền tải công suất lớn, máy cắt nhảy gây ổn định cho hệ thống, hệ thống tự động nhà máy điện làm việc khơng nhanh dẫn đến rã lưới Sóng sét truyền từ đường dây vào trạm biến áp sét đánh thẳng vào trạm biến áp gây nên phóng điện cách điện trạm biến áp, điều nguy hiểm tương đương với việc ngắn mạch góp dẫn đến cố trầm trọng Mặt khác, có phóng điện sét vào trạm biến áp, chống sét van đầu cực máy biến áp làm việc không hiệu cách điện máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vơ lớn Qua ta thấy cố sét gây lớn, chiếm chủ yếu cố lưới điện, dông sét mối nguy hiểm lớn đe doạ hoạt động lưới điện 1.3 Kết luận Sau nghiên cứu tình hình dơng sét Việt Nam ảnh hưởng dông sét tới hoạt động lưới điện Ta thấy việc tính tốn chống sét cho lưới điện trạm biến áp cần thiết để nâng cao độ tin cậy vận hành lưới điện SVTH: Trang ĐAMH Kỹ thuật điện cao áp CHƯƠNG II BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV 2.1 Khái niệm chung Đối với trạm biến áp 220 kV với thiết bị đặt ngồi trời, có sét đánh trực tiếp vào trạm xảy hậu nghiêm trọng, làm hư hỏng thiết bị điện, phải ngừng cung cấp điện thời gian dài làm ảnh hưởng đến sản xuất gây chi phí tốn cho ngành điện, ảnh hưởng đến kinh tế quốc dân Do vậy, trạm biến áp thường có yêu cầu bảo vệ cao Hiện để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta thường dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi Tác dụng hệ thống tập trung điện tích để định hướng cho phóng điện sét tập trung vào đó, tạo khu vực an toàn bên hệ thống Hệ thống thu sét phải gồm dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ thống nối đất Để nâng cao tác dụng hệ thống trị số điện trở nối đất phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện sét cách nhanh nhất, đảm bảo cho dòng điện sét qua điện áp phận thu sét khơng đủ lớn để gây phóng điện ngược đến thiết bị khác gần Ngồi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần phải quan tâm đến tiêu kinh tế cho hợp lý đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật 2.2 Các u cầu kỹ thuật tính tốn bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Tất thiết bị cần bảo vệ phải nằm gọn phạm vi bảo vệ an toàn hệ thống bảo vệ Ở đây, hệ thống bảo vệ trạm 220/110kV ta dùng hệ thống cột thu lơi, hệ thống đặt thân cơng trình độc lập tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể Đặt hệ thống thu sét thân cơng trình tận dụng độ cao phạm vi bảo vệ giảm độ cao cột thu lôi Nhưng mức cách điện trạm phải đảm bảo an toàn điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị, dòng điện sét 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 đến phần tử mang điện SVTH: Trang ĐAMH Kỹ thuật điện cao áp trạm mức cách điện không đủ lớn Do điều kiện để đặt cột thu lơi hệ thống xà trạm mức cách điện cao trị số điện trở tản phận nối đất nhỏ Đối với trạm biến áp có điện áp từ 110 kV trở lên có mức cách điện cao (cụ thể khoảng cách thiết bị đủ lớn độ dài chuỗi sứ lớn) đặt cột thu lơi kết cấu trạm kết cấu có đặt cột thu lôi phải ngắn cho dòng điện sét khuếch tán vào đất theo đến hệ thống nối đất, mặt khác phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất Khâu yếu trạm biến áp trời điện áp từ 110 kV trở lên cuộn dây máy biến áp, dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp yêu cầu khoảng cách điểm nối vào hệ thống cột thu lôi điểm nối vào hệ thống nối đất vỏ máy biến áp phải lớn 15m theo đường điện Tiết diện dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt có dòng điện sét chạy qua Đối với cấp điện áp 110 kV trở lên cần phải ý:  Ở nơi kết cấu có đặt cột thu lơi vào hệ thống nối đất cần phải có nối đất bổ sung (dùng nối đất bổ sung) nhằm đảm bảo điện trở khuyếch tán không 4 (ứng với tần số công nghiệp)  Khoảng cách khơng khí kết cấu trạm có đặt cột thu lơi phận mang điện không bé độ dài chuỗi sứ Có thể nối cột thu lơi độc lập vào hệ thống nối đất trạm phân phối cấp điện áp 110kV yêu cầu thực Khi dùng cột thu lơi độc lập cần phải ý đến khoảng cách cột thu lôi đến phận trạm để tránh khả phóng điện từ cột thu lơi đến vật cần bảo vệ Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lơi dây dẫn điện phải cho vào ống chì chơn đất.Có thể nối dây chống sét vào hệ thống nối đất trạm khoảng cách từ chỗ nối đất điểm nối đất đến điểm nối đất máy biến áp lớn 15m 2.3 Lý thuyết để tính chiều cao cột phạm vi bảo vệ 2.3.1 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi SVTH: Trang ĐAMH Kỹ thuật điện cao áp Phạm vi bảo vệ cột thu lơi có độ cao h tính cho độ cao h x hình chóp tròn xoay có đường sinh xác định sau: rx  1, (h  hx ) hx 1 h h hx rx r Hình 2.1 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi Trong đó: - h: chiều cao cột thu lơi - hx: chiều cao cần bảo vệ Trong tính tốn, đường sinh đưa dạng đường gãy khúc ABC xác định sau: A B h x h3 C 1,5 h 0,75 h 0,75 h O 0,8 h h 1,5 h r x Hình 2.2 Phạm vi bảo vệ cột thu lơi tính tốn (đường sinh gấp khúc) Bán kính bảo vệ rx tính sau: + Nếu hx rx = 1,5.h.(1-) = 1,5h – 1,875hx + Nếu hx > rx = 0,75.h.(1-) = 0,75.(h – hx) SVTH: Trang ĐAMH Kỹ thuật điện cao áp Các công thức để sử dụng cho hệ thống thu sét có độ cao h < 30m Khi h30m ta cần hiệu chỉnh cơng thức theo hệ số p, với p 2.3.2 Phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột thu lôi 2.3.2.1 Phạm vi bảo vệ hai cột thu lơi a Hai cột thu lơi có độ cao Xét cột thu lơi có độ cao h1 = h2 = h, cách khoảng a O h R 0,8h h0 0,8h 0,8h h h x 1,5h 0,75h 1,5h O 0,75h 1 rx O a rx O 0,75h 1,5h rx Hình 2.3 Phạm vi bảo vệ hai cột thu lơi có độ cao  Khi a = 7h vật nằm mặt đất khoảng cột không bị sét đánh vào  Khi a < 7h khoảng cột bảo vệ cho độ cao lớn h xác định sau: h0 = h Các công thức áp dụng hệ thống chống sét có độ cao nhỏ 30m Nếu hệ thống chống sét có độ cao lớn 30m cơng thức cần hiệu chỉnh theo hệ số p nêu mục b Hai cột thu lơi có độ cao khác Xét cột thu lơi có độ cao h1 h2, cách khoảng a bố trí hình vẽ: SVTH: Trang ĐAMH Kỹ thuật điện cao áp O h rx h R h r0 x a a’ O O h x rx x O O Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ cột thu lơi có độ cao khác 2.3.2.2 Phạm vi bảo vệ cho nhiều cột thu lơi Với cơng trình có mặt rộng lớn, sử dụng một vài cặp cột gây khó khăn cho việc thi cơng lắp đặt độ cao cột lớn Do ta cần sử dụng nhiều cột thu sét để giảm độ cao cột Phần phạm vi bảo vệ xác định đôi cột (yêu cầu khoảng cách a 7h) Không cần vẽ phạm vi bảo vệ bên đa giác hình thành cột thu sét mà cần kiểm tra điều kiện an toàn rx1 r x2 rx1 rx1 D