Đồ án – Kỹ thuật điện cao áp

-1- Đồ án – Kỹ thuật điện cao áp 1- ĐầU Đề THIếT Kế Bảo vệ chống sét trạm biến áp và đường dây Trạm biến áp + Sơ đồ 110kV 2TG+TGV 220kV 2TG+TGV + Độ cao cần bảo vệ 110kV 11 m 220kV 16.5m + Mặt bằng: …………………………… + Mặt cắt : …………………………… + Máy biến áp 2AT 110/220kV + Đường dây vào trạm 110kV 2 220kV 5 + Điện trở suất của đất 80Ω.m đường dây + Cấp điện áp 220kV + Cột Loại cột Sắt Chiều cao c ột 26,8m Độ treo cao dây dẫn pha A………………20,8m Độ treo cao dây dẫn pha B………………16,8m Độ treo cao dây dẫn pha C………………16,8m Góc bảo vệ pha A 25 0 Góc bảo vệ pha B 15,6 0 Góc bảo vệ pha C 15,6 0 + Dây dẫn Loại dây AC-240 Độ võng của dây dẫn …6m…… + Dây chống sét Loại dây C70 -2- Số dây chống sét 1 Độ võng dây chống sét …4m……. + Cách điện Loại cách điện Treo Đặc tính 14 + Khoảng vượt Phía 220 kV: 290m + Điện trở nối đất cột điện 9; 16; 23Ω + Vùng ô nhiễm II + Số ngày giông sét 80 2- Nội dung các phần tính toán - Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp - Tính toán nối đất cho trạm biến áp - Tính toán chỉ tiếu chống sét của đường dây 220kV - Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp từ phía đường dây 220 kV 3- các bản vẽ - Phạm vi bảo vệ của cột thu sét, các phương án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp - Các kết quả tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét của trạm - Phương pháp và kết quả tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây - Các kết quả tính toán bảo vệ trạm biến áp chống sóng truyền. 4- cán bộ hướng dẫn : 5- Ngày giao nhiệm vụ thiết kế : 6- Ngày hoàn thành nhiệm vụ Nộp quyển Bảo vệ Cán bộ hướng dẫn (Ghi rõ họ tên và ký tên) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------------------- BẢN NHẬN XẫT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Phạm Văn Kiên Ngành: Hệ Thống Điện Khoá: 1 Hải Dương Giáo viên hướng dẫn: Giáo viên duyệt : -3- Nội dung thiết kế tốt nghiệp: . . . . . . . . 1. Nhận xét của giáo viên : . . . . . . . . . . Ngày tháng năm Giáo viên duyệt ( Ký, ghi rõ họ và tên ) Lời nói đầu * * * -4- Đất nước đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá, ngành điện giữ một vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân. Trong cuộc sống điện năng rất cần cho phục vụ sản xuất và sinh hoạt. Cùng với sự phát triển của xã hội đòi hỏi việc cung cấp điện phải đảm bảo liên tục và có chất luợng cao. Xuất phát t ừ thực tế đó việc đảm bảo cho các trạm biến áp và đường dây truyền tải làm việc an toàn, không gặp sự cố, không gây gián đoạn cung cấp điện đặc biệt quan trọng. Nhằm hoàn thiện kiến thức đã được học và bước đầu làm quen với thực tế em đã được khoa Điện và bộ môn Hệ Thống Điện trường đại học Bách Khoa Hà Nội giao nhi ệm vụ thiết kế tốt nghiệp với đề tài: ”Bảo vệ chống sét cho đường dây và trạm biến áp 110/220kV”. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của các thầy, cô giáo trong bộ môn đặc biệt là trong suốt quá trình hoàn thành đồ án. Hà nội tháng 6-2007 Sinh viên Phạm Văn Kiên Mục lục đặt vấn đề 6 chương I 6 bảo vệ chống sét đ ánh trực tiếp . 6 1.1. Các yêu cầu: 6 1.2. Phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét: 7 1.2.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét. . 7 1.2.1. Phạm vi bảo vệ của dây thu sét. 12 1.3. Phương án bảo vệ của hệ thống thu sét: 13 1.3.1. Phương án 1. 13 1.3.2. Phương án 2. 17 1.3.3. Phương án 3. 21 chương ii . 25 Tính toán nối đất cho trạm 25 2.1. Yêu cầu kỹ thuật khi nối đất trạm biến áp. . 25 -5- 2.2- Các số liệu dùng để tính toán nối đất. . 27 2.2.1. Nối đất an toàn. 28 2.2.2. Nối đất chống sét. 32 2.2.3. Nối đất bổ sung. . 37 Chương iii . Error! Bookmark not defined. Bảo vệ chống sét đường dây . Error! Bookmark not defined. 3.1. Mở đầu Error! Bookmark not defined. 3.2. Các chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây Error! Bookmark not defined. 3.2.1.Cường độ hoạt động của sét . Error! Bookmark not defined. 3.2.2. Số lần sét đánh vào đường dây. . Error! Bookmark not defined. 3.2.3. Số lần phóng điện do sét đánh vào đường dây Error! Bookmark not defined. 3.2.4. Số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây . Error! Bookmark not defined. 3.2.5. Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng. . Error! Bookmark not defined. 3.3. Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây . Error! Bookmark not defined. 3.3.1. Mô tả đường dây cần bảo vệ . Error! Bookmark not defined. 3.3.2. Độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở, hệ số ngẫu hợp của đường dây. . Error! Bookmark not defined. 3.3.3. Tính số lần sét đánh vào đường dây. Error! Bookmark not defined. 3.3.4. Suất cắt do sét đánh vào đường dây. . Error! Bookmark not defined. chương IV . Error! Bookmark not defined. Bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm Error! Bookmark not defined. 4.1. Mở đầu. . Error! Bookmark not defined. 4.2. Phương pháp tính toán quá điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm. . Error! Bookmark not defined. 4.2.1. Tác dụng của sóng bất kỳ lên điện trở phi tuyến đặt ở cuối đường dây. . Error! Bookmark not defined. 4.2.2. Sóng bất k ỳ tác dụng lên chống sét van đặt cuối đường dây.Error! Bookmark not defined. 4.2.3. Sóng bất kỳ tác dụng lên điện dung đặt cuối đường dây (phương pháp tiếp tuyến). . Error! Bookmark not defined. 4.3.Tính toán bảo vệ khi có sóng quá điện áp truyền . Error! Bookmark not defined. 4.3.1.Mô tả trạm cần bảo vệ. . Error! Bookmark not defined. -6- 4.3.2. Lập sơ đồ thay thế tính toán trạng thái sóng của trạm. Error! Bookmark not defined. tài liệu tham khảo Error! Bookmark not defined. Phụ lục Error! Bookmark not defined. đặt vấn đề Trong hệ thống điện trạm biến áp được dùng rất rộng rãi, làm nhiệm vụ truyền tải điện năng từ lưới điện có điện áp U 1 sang lưới điện có điện áp U 2 phục vụ cho việc truyền tải và phân phối năng lượng điện. Do vậy quá trình vận hành của trạm biến áp ảnh hưởng lớn tới việc cung cấp và chất lượng điện năng. Bảo vệ chống sét trạm biến áp bao gồm các phần: + Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp: các trạm biến áp được bảo vệ bằng dây chống sét (treo trên các thiết bị và các xà đỡ dây, thanh cái) hoặc các cột chống sét kiểu Franklin. + Mạng lưới nối đất: để tản dòng điện sét trong đất hạn chế các phóng điện ngược trên các công trình cần bảo vệ. + Bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm. Yêu cầu đề ra là thiết kế chống sét cho trạm 110/220kV với số liệu sau : Sơ đồ: 110kV Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng. 220kV Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng. Độ cao c ần bảo vệ: 220kV là 16,5 m 110kV là 11 m Máy biến áp: 2AT 110/220 kV Đường dây vào trạm: 110kV 2 220kV 5 Điện trở suất của đất: 80 Ω.m Sơ đồ mặt bằng, mặt cắt đi kèm. -7- chương I bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 1.1. các yêu cầu: 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 sẵ n như xà, cột đèn chiếu sáng . hoặc được đặt độc lập. Khi đặt hệ thống cột thu sét trên kết cấu của trạm sẽ tận dụng được độ cao vốn có của công trình nên sẽ giảm được độ cao của cột thu sét. Tuy nhiên đặt hệ thống thu sét trên các thanh xà của trạm thì khi có sét đánh sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phần đi ện cảm của cột. Phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang các phần tử mang điện khi cách điện không đủ lớn. Do đó điều kiện để đặt cột thu sét trên hệ thống các thanh xà trạm là mức cách điện cao và điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ. Đối với trạ m ngoài trời từ 110kV trở lên do có cách điện cao nên có thể đặt cột thu sét trên các kết cấu của trạm phân phối. 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 I S khuyếch tán vào đất theo 3 - 4 cọc nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất. Nơi yếu nhất của trạm phân phối ngài trời điện áp 110kV trở lên là cuộn dây của máy biến áp. Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa hai điểm nối đất trong hệ thống nối đất của cột thu sét và vỏ máy biến áp theo đường điện phải lớn hơn 15m. Khi bố trí cột thu sét trên xà của trạm ngoài trời 110kV trở lên cần chú ý nối đất bổ sung ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu sét vào hệ thống nối đất nhằm đảm bảo điện trở khuếch tán không được quá 4Ω. Khi dùng cộ t thu sét độc lập phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu sét đến các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu sét đến vật được bảo vệ. Việc lắp đặt các cột thu sét làm tăng xác suất sét đánh vào diện tích công trình cần bảo vệ, do đó cần chọn vị trí lắp đặt các cột thu sét một cách hợp lý -8- Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt khi có dòng điện sét chạy qua. Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu sét thì các dây dẫn điện đến đèn phải được cho vào ống chì và chèn vào. 1.2. phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét: 1.2.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét. Cột thu sét là thiết bị không phải để tránh sét mà ngược lại dùng để thu hút phóng điện sét về phía nó bằng cách sử dụng các mũi nhọn nhân tạo sau đó dẫn dòng điện sét xuống đất. Sử dụng các cột thu sét với mục đích là để sét đánh chính xác vào một điểm định sẵn trên mặt đất chứ không phải là vào điểm bất kỳ nào trên công trình. Cột thu sét tạo ra một khoảng không gian gần cột thu sét (trong đó có vậ t cần bảo vệ), ít có khả năng bị sét đánh gọi là phạm vi bảo vệ. a. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập là miền được giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình. )( 1 6,1 X X X hh h h r − + = (1-1) Trong đó : h: độ cao cột thu sét. h X : độ cao cần bảo vệ. h a =h-h X : độ cao hiệu dụng cột thu sét. r X : bán kính của phạm vi bảo vệ. Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng dạng đơn giản hoá đường sinh của hình chóp có dạng đường gẫy khúc như hình sau: -9- Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét. Bán kính được tính toán theo công thức sau: Nếu hh X 3 2 ≤ thì ) 8,0 1(5,1 h h hr x X −= (1.2) Nếu hh X 3 2 > thì )1(75.0 h h hr x X −= (1.3) Các công thức trên chỉ đúng khi cột thu sét cao dưới 30m. Hiệu quả của cột thu sét cao trên 30m giảm đi do độ cao định hướng của sét giữ hằng số. Có thể dùng các công thức trên để tính toán phạm vi bảo vệ nhưng phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh h p 5,5 = và trên hoành độ lấy các giá trị hp75,0 và hp5,1 . b. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau. Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn tổng phạm vi bảo vệ các cột đơn cộng lại. Nhưng để các cột thu lôi có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn ha 7≤ (trong đó h là độ cao của cột thu sét). Phần bên ngoài khoảng cách giữa hai cột có phạm vi bảo vệ giống như của một cột. Phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm là hai đỉnh cột và điểm có độ cao h 0 - phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột được xác định theo công thức: 7 0 a hh −= (1.4) Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột là r x0 và được xác định như sau: Rx 0,2h a b c 0,75h 1,5h 0,8h h -10- Nếu 0 3 2 hh x ≤ thì ) 8,0 1.(.5,1 0 00 h h hr x x −= (1.5) Nếu 0 3 2 hh x > thì )1.(.75,0 0 00 h h hr x x −= (1.6) Khi độ cao của cột thu sét vượt quá 30m thì có các hiệu chỉnh hệ số h p 5,5 = ; trên hoành độ lấy các giá trị hp75,0 và hp5,1 ; khi đó h 0 tính theo công thức p a hh 7 0 −= (1.7) Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao giống nhau. c. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau. Trường hợp hai cột thu sét có độ cao h 1 và h 2 khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo vệ được xác định như sau: Vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao (cột 1) và cột thấp (cột 2) riêng rẽ. Qua đỉnh cột thấp (cột 2) vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở điểm 3 điểm này được xem là đỉnh của một cột thu sét giả định. Cột 2 và cột 3 hình thành đôi cộ t có độ cao bằng nhau và bằng h 2 với khoảng cách a’. Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi 3 có độ 0,75h a 1,5h R rox 1 2 hx h0 h rx [...]... xét: Cả ba phương án trên đều thoả mãn nhu cầu kỹ thuật đề ra Qua tính toán ta thấy phương án 2 có chiều dài cột tính toán nhỏ nhất do vậy chi phí xây dựng cũng nhỏ nhất vì vậy ta chọn phương án 2 để thiết kế chương ii Tính toán nối đất cho trạm 2.1 yêu cầu kỹ thuật khi nối đất trạm biến áp Nối đất là đem các bộ phận bằng kim loại có nguy cơ bị tiếp xúc với dòng điện (hư hỏng cách điện) nối với hệ thống... biến áp + Hệ thống điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất + Nối đất của máy biến áp đo lường và các kháng điện dùng trong bù ngang trên các đường dây cao áp truyền tải điện Nối đất an toàn Có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho con người khi cách điện bị hư hỏng Thực hiện nối đất an toàn bằng cách nối đất các bộ phận kim loại không mang điện như vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, các giá đỡ kim loại Khi cách điện. .. do vậy yêu cầu điện trở nối đất phải nhỏ Khi điện trở nối đất càng nhỏ thì có thể tản dòng điện với mật độ lớn, tác dụng của nối đất tốt hơn an toàn hơn Nhưng để đạt được trị số điện trở nối đất nhỏ thì rất tốn kém do vậy trong tính toán ta phải thiết kế sao cho kết hợp được cả hai yếu tố là đảm bảo về kỹ thuật và hợp lý về kinh tế Một số yêu cầu về kỹ thuật của điện trở nối đất: Trị số điện trở nối... trình phóng điện trong đất: Sơ đồ đẳng trị của nối đất được thể hiện như sau: L G R L G C R L G C R L G C R C Hình 2.2: Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất Trong mọi trường hợp đều có thể bỏ qua điện trở tác dụng R vì nó bé so với trị số điện trở tản, đồng thời cũng không cần xét tới phần điện dung C vì ngay cả trong trường hợp sóng xung kích, dòng điện dung cũng rất nhỏ so với dòng điện qua điện trở... 2 2 2 k π π K Tính toán nối đất phân bố dài khi có xét quá trình phóng điện trong đất Việc giảm điện áp và mật độ dòng điện ở các phần xa của điện cực làm cho quá trình phóng điện trong đất ở các nơi này có yếu hơn so với đầu vào của nối đất Do đó điện dẫn của nối đất (trong sơ đồ đẳng trị) không những chỉ phụ thuộc vào I, ρ mà còn phụ thuộc vào toạ độ -34- Tuy nhiên việc tính toán tổng trở sẽ rất phức... kim loại sẽ có một điện thế nhưng do nối đất nên điện thế này có giá trị nhỏ không nguy hiểm cho người tiếp xúc Nối đất chống sét Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất khi sét đánh vào cột thu lôi hay đường dây Hạn chế hình thành và lan truyền của sóng quá điện áp do phóng điện sét gây nên Nối đất chống sét còn có nhiệm vụ hạn chế hiệu điện thế giữa hai điểm bất kỳ trên cột điện và đất Nếu không,... đến cả hai quá trình đồng thời xảy ra khi có dòng điện tản trong đất: -32- - Quá trình quá độ của sự phân bố điện áp dọc theo chiều dài điện cực - Quá trình phóng điện trong đất Khi chiều dài điện cực ngắn (nối đất tập trung) thì không cần xét quá trình quá độ mà chỉ cần xét quá trình phóng điện trong đất Ngược lại khi nối đất dùng hình thức phân bố dài (tia dài hoặc mạch vòng) thì đồng thời phải xét... trị số điện áp bước và tiếp xúc trong mọi trường hợp đều không vượt quá giới hạn cho phép -26- + Đối với các thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất yêu cầu điện trở nối đất phải thoả mãn: R ≤ 0,5Ω + Đối với các thiết bị có điểm trung tính cách điện thì: R ≤ 250 Ω I tt + Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện với đất và chỉ có một hệ thống nối đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp và... trong tính toán thiết kế về nối đất thì trị số điện trở suất của đất dựa theo kết quả đo lường thực địa và sau đó phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích là tăng cường an toàn Công thức hiệu chỉnh như sau: ρ TT = ρ do K m (2.1) Trong đó: ρtt: là điện trở suất tính toán của đất ρđo: điện trở suất đo được của đất Km: hệ số mùa của đất Hệ số Km phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu của điện cực 2.2-... bảng trên ta thấy độ cao lớn nhất cần bảo vệ là hx=11m và hmax=7.65m Ta chọn ha=8m Do đó độ cao thực tế của các cột thu sét phía 110kV là : h0 = h x + ha = 11 + 8 = 19( m) b) Phạm vi bảo vệ của từng cột : Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 26m Bán kính bảo vệ ở độ cao 16.5m 2 16.5 Do hx = 16.5 < 26 = 17.33 vậy r016.5 = 1,5.26.(1 − ) = 8.06(m) 3 0,8.26 Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m Do h x = 11 . -1- Đồ án – Kỹ thuật điện cao áp 1- ĐầU Đề THIếT Kế Bảo vệ chống sét trạm biến áp và đường dây Trạm biến áp + Sơ đồ 110kV 2TG+TGV 220kV 2TG+TGV + Độ cao. Trong hệ thống điện trạm biến áp được dùng rất rộng rãi, làm nhiệm vụ truyền tải điện năng từ lưới điện có điện áp U 1 sang lưới điện có điện áp U 2 phục