Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp chương 3

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Chơng bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp 110/35 kV 3.1-Khái niệm chung Trạm biến áp mét bé phËn quan träng hƯ thèng trun t¶i phân phối điện Đối với trạm biến áp 110/35kV thiết bị điện trạm đợc đặt trời nên có sét đánh trực tiếp vào trạm xảy hậu nặng nề làm hỏng đến thiết bị trạm mà gây nên hậu cho ngành công nghiệp khác bị ngừng cung cấp điện Do trạm biến áp thờng có yêu cầu bảo vệ cao Hiện để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp ngời ta dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi Tác dụng cuả hệ thống tập trung điện tích để định hớng cho phóng điện sét tập trung vào đó, tạo khu vực an toàn bên dới hệ thống Hệ thống thu sét phải gồm dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ nối đất Để nâng cao tác dụng hệ thống trị số điện trở nối đất phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện cách nhanh nhất, đảm bảo cho có dòng điện sét qua điện áp phận thu sét không đủ lớn để gây phóng điện ngợc đến thiết bị khác gần Ngoài thiÕt kÕ hƯ thèng b¶o vƯ chèng sÐt 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 3.2- Các yêu cầu kỹ thuật tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp Tất thiết bị cần bảo vệ phải đợc nằm trọn phạm vi bảo vệ an toàn hệ thống bảo vệ Hệ thống bảo vệ trạm 110/35kV ta dùng hệ thống cột thu lôi, hệ thống đợc đặt thân công trình đặt độc lập tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể Đặt hệ thống thu sét thân công trình tận dụng đợc độ cao phạm vi bảo vệ giảm đợc độ cao cột thu lôi Nhng mức cách điện trạm phải đảm bảo an toàn điều kiện phóng điện ngợc từ hệ thống thu sét sang thiết bị Vì đặt kim thu sét xà trạm có phóng điện sét, dòng điện sét gây nên điện áp giáng điện trở nối đất phần điện cảm cột, phần điện áp lớn gây phóng điện ng ợc Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp từ hệ thống thu sét đến phần tử mang điện trạm mà mức cách điện không ®đ lín Do ®ã ®iỊu kiƯn ®Ĩ ®Ỉt cét thu lôi hệ thống xà trạm mức cách điện cao trị số điện trở tản phận nối đất nhỏ Đối với trạm phân phối có điện áp từ 110kV trở lên có mức cách điện cao (cụ thể khoảng cách thiết bị đủ lớn độ dài chuỗi sứ lớn) đặt cột thu lôi kết cấu trạm kết cấu có đặt cột thu lôi phải nối đất vào hệ thống nối đất trạm theo đờng ngắn cho dòng điện sét khuyếch tán vào đất theo đến cọc nối đất, mặt khác trụ phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất Khâu yếu trạm phân phối trời điện áp từ 110kV 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 đờng điện 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 lôi dây dẫn điện phải đợc cho vào ống chì chôn đất 3.3- Tính toán thiết kế, phơng án bố trí cột thu lôi Với yêu cầu thiết kế hệ thống chống sét cho trạm 110kV dựa vào độ cao thiết bị ta bố trí đợc cột thu lôi tính đợc độ cao chúng 3.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán - Độ cao cột thu lôi: h =hx + (3 – 1) Trong ®ã: + hx : ®é cao vật đợc bảo vệ + : độ cao tác dụng cột thu lôi, đợc xác định theo tõng nhãm cét (ha  D/8 m) (víi D đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo chân cột) - Phạm vi bảo vệ cột thu lôi độc lập là: 1,6 rx ( h  h x ) h 1 x h (3  2) - NÕu hx  2/3h th×: rx 1,5 h.(1  hx ) 0,8h - NÕu hx > 2/3h thì: rx 0,75 h.(1 hx ) h Trần Tử Bình - HTĐ.K35 (3 3) (3-4) Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Phạm vi bảo vệ hai nhiều cột thu lôi lớn cột đơn cộng lại Nhng để cột thu lôi phối hợp đợc khoảng cách a hai cột phải thoả mÃn a 7h ( h độ cao cột thu lôi ) Khi có hai cột thu lôi đặt gần phạm vi bảo vệ độ cao lớn hai cột ho đợc xác định theo công thức: h o h a (3 5) Khoảng cách nhỏ từ biên phạm vi bảo vệ tới đờng nối hai chân cột rxo đợc xác định nh sau: 1,6 rxo  h 1 x ho (3  ) R h 0,2h rx hx ho=h-a/7 a 0,75h 1,5h rxo rx Hình (3 ): Tr ờng hợp hai cột thu l«i cã chiỊu cao b»ng - Trêng hợp hai cột thu lôi có độ cao khác việc xác định phạm vi bảo vệ đợc xác định nh sau: - Khi có hai cột thu lôi A B có độ cao h1 h2 nh hình vẽ dới đây: Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp R h1 h2 a' a (H×nh ): Tr ờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao khác - Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h , khoảng cách AB = a; BC = a' Khi xác định đợc khoảng cách x a' nh sau: 1,6 x (h  h ) h2 1 h1 a' a - x a - 1,6 (h  h ) h2 1 h1 (3  7) §èi víi trờng hợp có hai cột thu lôi cao ta có phạm vi bảo vệ độ cao lớn hai cột ho : h o h a Tơng tự ta có phạm vi bảo vệ độ cao lớn hai cột B vµ C lµ: a' 1,6 h  a  ( h  h ) h2 1 h1 1,6 rxo  ( h o  h x ) h 1 h1 h o h 3.3.2- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp 110/35kV - Trạm có diện tích là: 57 x 58,350m bao gồm: + Hai máy biến áp T1 T2 + lộ 110kV lộ 35kV Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp - Độ cao xà phía 110kV 10m 8m - Độ cao xµ phÝa 35kV lµ 9m vµ 7m - Ngoµi trạm có cột chiếu sáng cao 21m 3.3.3- Trình tự tính toán Trạm biến áp E35 Phủ Lý đợc hai đờng 110kV cấp, đờng từ Hà Đông cấp về, đờng từ Ninh Bình cấp lên, hai đờng 110kV đợc nối với qua máy cắt liên lạc hai hệ thống góp Trạm có cấp điện áp 110/35kV có hai máy biến áp T ; T2 đợc nối với hai lộ đờng dây vào 110kV sáu lộ đờng dây 35kV PhÝa 110kV cã hai hƯ thèng gãp vµ cã máy cắt liên lạc Sau khảo sát sơ sơ đồ mặt trạm, vị trí bố trí thiết bị trạm yêu cầu bảo vệ thiết bị, ta đa hai phơng án đặt cột thu lôi nh sau: 3.3.3.1- Phơng án - Các cột thu lôi phía trạm 110kV đợc bố trí ®éc lËp lµ cét sè cã ®é cao lµ 21m; cột số đến số đợc bố trí xà có độ cao 10m cột có độ cao 21m ( tính từ xà đến kim thu sét 6m, kim thu sét cao 5m) - Các cột thu lôi phía 35kV đợc bố trí xà có độ cao 9m, cét cao thªm 7m, kim thu sÐt cao 5m cột số 6;7;8;9 Ngoài hai cột thu lôi độc lập cao 21m cột số 10 11 Hình ( ) Hình (33): Đờng tròn ngoại tiếp tam giác qua chân cột thu lôi Tính độ cao tác dụng cột thu lôi: Để bảo vệ đợc diện tích giới hạn tam giác (hoặc tứ giác) độ cao cột thu lôi phải thoả mÃn: D 8ha Trong đó: - D: Là đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác ( tứ giác), tạo chân cột phạm vi mà nhóm cột bảo vệ đợc Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp - : Là độ cao tác dụng cột thu lôi Phạm vi bảo vƯ cđa hai hay nhiỊu cét thu l«i bao giê lớn phạm vi bảo vệ cột đơn cộng lại Điều kiện hai cột thu lôi phối hợp đợc với để bảo vệ đợc vật có độ cao hx là: a 7h Với a khoảng cách hai cột thu lôi - Xét nhóm cột 1;2;5 Phạm vi bảo vệ nhóm cột đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo cột 1;2;5 (1 = 26m; từ điểm 12 với = 8,5m ) Và đờng kính vòng tròn là: Xét tam giác (1;2;5) , ta cã: (1;2)=26 m ; (0;5)=8,5 m, suy : (2;5)  (0;5)  (0;2)  13  8,5 15,53m Ta cã c«ng thøc để tính đờng kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5): r a.b.c (3  8) p.(p  a ).(p b).(p c) Trong đó: + p nưa chu vi tam gi¸c (1;2;5): p  a  b c + r bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5) Thay số vào (3 ) ta có: Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5) là: p r 26 15,53 15,53 28,53 26.15,53.15,53 28,53.(28,53  26).(28,53  15,53).(28,53 15,53) 14,2.m Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5) là: D =14,2 = 28,4m Độ cao tác dụng tối thiểu để cột 1;2;5 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới hạn chúng là:  D 28,4  3,55.m 8 - XÐt nhóm cột (3;4;5) ta có: Phạm vi bảo vệ nhóm cột đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo cột 3;4;5 (3 = 17m; khoảng cách từ đến (34)= 20,35m ) Đoạn (45): 20,5 20,9.m Đoạn (35): 13  20,5 24,27.m 17  20,9  24,27 p 31 r 17.20,9.24,27 31.(31  17).(31 20,9).(31 24,27) 12,55.m Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (3;4;5) là: D =12,55 = 25,1m Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Độ cao tác dụng tối thiểu để cột 3;4;5 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới hạn chúng là: D 25,1  3,14.m 8 - XÐt nhãm cét (6;7;11) ta có: Phạm vi bảo vệ nhóm cột đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo c¸c cét 6;7;11 Cã: (6  7) = 15m; (611) = 15m ); (711) = 15.1,41 = 21,2m 15  15  21,2 p 25,6 r 15.15.21,2 25,6.( 25,6  15).( 25,6  15).(25,6  21,2) 10,6.m §êng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11) là: D = 10,6 =21,2m Độ cao tác dụng tối thiểu để cột 6;7;11 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới hạn chúng là: D 21,2 2,65.m 8 Vì tam giác (8;9;10)bằng tam giác (6;7;11) nên ta có độ cao tác dụng tối thiểu để cột 8;9;10 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới hạn chúng là: D 21,2  2,65.m 8 C¸c cét 2;5;3 Cã: (2  5) = 19m; (35) = 24m ); (23) = 28,85m 19  24  28,85 p 35,9 r 19.24.28,85 35,9.(35,9  19).(35,9  24).(35,9  28,85) 14,75.m §êng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11) là: D = 14,75 =29m Độ cao tác dụng tối thiểu để cột 2;5;3 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới hạn chúng là: D 29 3,6.m 8 Qua tính toán độ cao tác dụng cột thu lôi, lấy chung giá trị độ cao tác dụng tối thiểu cột thu lôi toàn trạm chiều cao tác dụng nhóm cột có giá trị lớn Do vËy ta lÊy: = 3,6m TÝnh ®é cao cét thu lôi chọn kim thu sét: Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đợc xác định bởi: Trong ®ã: + h: ®é cao cét thu l«i + hx: độ cao vật đợc bảo vệ Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật ®iƯn cao ¸p + ha: ®é cao t¸c dơng cđa cột thu lôi Đối với phía 110kV xà cao 10m (h x = 10m) ®ã ®é cao tối thiểu cột thu lôi là: h = hx + =10 + 3,6 = 13,6m Vì chủng loại chung cột ly tâm cốt sắt có độ cao 12m ;16 m, mặt khác có cột chiếu sáng có độ cao 21m, nên ta chọn loại cột 16m Kim thu sét ta chọn loại sắt ống có chiều cao 5m Do độ cao cột thu lôi là: h = 16 + = 21m Vậy độ cao bảo vệ phía 110kV là: 21m Đối với phía 35kV xà cao 9m (hx = 9m) ®ã ®é cao tèi thiĨu cđa cét thu lôi là: h = hx + =9 + 3,55 = 12,6m Ta chọn độ cao bảo vệ phía 35kV là: 21m Tính phạm vi bảo vệ cột thu lôi: * Bán kính bảo vệ cột thu lôi cao 21m: - Bán kính bảo vệ ®é cao 10m: hx =10 m < 2/3 h = 14 m Nªn: hx  10    rx 1,5.h   1,5.21   12,75m 0,8.h 0,8.21 - Bán kính bảo vệ ë ®é cao 9m: hx     rx 1,5.h   1,5.21   14,625m 0,8.h 0,8.21 - Bán kính bảo vƯ ë ®é cao 8m: hx     rx 1,5.h   1,5.21   16,5m 0,8.h  0,8.21    - B¸n kÝnh bảo vệ độ cao 7m: hx   rx 1,5.h   1,5.21   18,375m 0,8.h  0,8.21    * Ph¹m vi bảo vệ cặp cột thu lôi: - Xét cặp cột 1;2 Khoảng cách hai cột là: a = 26m §é cao lín nhÊt cđa khu vùc bảo vệ hai cột thu lôi là: h o h  a 26 21  17,3m 7 B¸n kính khu vực bảo vệ hai cột thu lôi là: độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 11,5m Nªn :  hx rxo 1,5.h o   0,8.h o   10    1,5.17,3.   7,2m 0,8.17,3    ë ®é cao 8m: hx = 8m < 2/3h = 11,5m Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang đồ ¸n tèt nghiÖp  hx rxo 1,5.h o  0,8.h o Kỹ thuật điện cao áp    1,5.17,3.   10,95m 0,8.17,3 - Xét cặp cột 1;5: khoảng cách hai cột : 1;2 a1;5      8,5  13  8,5 15,53m §é cao lín nhÊt khu vực bảo vệ hai cột thu lôi lµ: h o h  a 15,53 21  18,78m 7 Bán kính khu vực bảo vệ hai cột thu lôi là: độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 12,52m  hx rxo 1,5.h o   0,8.h o   10    1,5.18,78.   9,42m 0,8.18,78    ë ®é cao 8m: hx = < 2/3ho = 12,52m  hx rxo 1,5.h o   0,8.h o      1,5.18,78.   13,17m , 18 , 78 Tơng tự nh cặp cột 1;5, cặp cét 2;5 cã: ë ®é cao 10m: rxo = 9,42m ; ë ®é cao 8m : rxo =13,17m - XÐt cặp cột 3;4: khoảng cách hai cột là: a =17m Độ cao lớn khu vực bảo vệ hai cột thu lôi là: h o h a 17 21  18,57 m 7 ë ®é cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 12,38m hx  rxo 1,5.h o   0,8.h o      1,5.18,57.   12,855m 0,8.18,57    ë ®é cao 8m: hx = 8m < 2/3ho = 12,38m  hx rxo 1,5.h o   0,8.h o      1,5.18,57.   12,855m , 18 , 57    - XÐt cỈp cét 3;5: khoảng cách hai cột là: a 13  20,5 24,27 m §é cao lín nhÊt khu vực bảo vệ hai cột thu lôi lµ: h o h  a 24,27 21  17,53m 7 ë ®é cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 11,688m  hx rxo 1,5.h o   0,8.h o   10    1,5.17,53.   7,545m 0,8.17,53    TrÇn Tư Bình - HTĐ.K35 Trang đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp độ cao 8m: hx = 8m