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 110220kV + 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 cột 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 250 Góc bảo vệ pha B 15,60 Góc bảo vệ pha C 15,60 + Dây dẫn Loại dây AC240 Độ võng của dây dẫn …6m…… + Dây chống sét Loại dây C702 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 từ 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 nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp với đề tài: ”Bảo vệ chống sét cho đường dây và trạm biến áp 110220kV”. 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 62007 Sinh viên Phạm Văn Kiên Mục lục đặt vấn đề.................................................................................................................................... 6 chương I ...................................................................................................................................... 6 bảo vệ chống sét đánh 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. ................................................................... 255 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 kỳ 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 U1 sang lưới điện có điện áp U2 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 110220kV 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 cần bảo vệ: 220kV là 16,5 m 110kV là 11 m Máy biến áp: 2AT 110220 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 sẵn 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 điện 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 trạm 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 IS 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 cột 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 lý8 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 vật 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 1,6 X X X h h h r h − + = (11) Trong đó : h: độ cao cột thu sét. hX: độ cao cần bảo vệ. ha=hhX: độ cao hiệu dụng cột thu sét. rX: 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 h h X 23 ≤ thì ) 0,8 1,5 (1 h h r h x X = − (1.2) Nếu h h X 23 > thì 0.75 (1 ) hh r h 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 0,75hp và 1,5hp . 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 a ≤ 7h (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 h0 phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột được xác định theo công thức: 0 7 a h = h − (1.4) Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột là rx0 và được xác định như sau: Rx 0,2h a b c 0,75h 1,5h 0,8h h10 Nếu 0 23 h h x ≤ thì ) 0,8 1,5. .(1 0 0 0 h h r h x x = − (1.5) Nếu 0 23 h h x > thì 0,75. .(1 ) 0 0 0 hh r h 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 0,75hp và 1,5hp ; khi đó h0 tính theo công thức ap h h 0 = − 7 (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 h1 và h2 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 cột có độ cao bằng nhau và bằng h2 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 rx11 cao h2. Điểm này được xem như đỉnh của một cột thu sét giả định. Ta xác định được các khoảng cách giữa hai cột có cùng độ cao h2 là a và x như sau: Hình 1.3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau. Nếu 2 1 23 h ≤ h ta có công thức : ) 0.8 1.5 (1 1 2 1 h h x = h − Nếu 2 1 23 h > h ta có công thức: 0,75 (1 ) 2 1 1 hh x = h − (1.8) a= a − x (1.9) Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ cột 1. d. Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột thu sét (số cột >2). Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi một đa giác thì độ cao của cột thu lôi phải thoả mãn: D ≤ 8ha (1.10) Trong đó: D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột. Nhóm cột tam giác có ba cạnh là a, b,c có: + 4 ( )( )( ) 2 2 p p a p b p c abc D R − − − = = × (1.11) với p là nửa chu vi : 2 a b c p + + = (1.12) Nhóm cột tạo thành hình chữ nhật: D = a 2 + b 2 (1.13) với a, b là độ dài hai cạnh hình chữ nhật. Độ cao tác dụng của cột thu sét ha phải thoả mãn điều kiện: D8 h a ≥ (1.14) 0,2h1 0,8h1 h1 ho 2 1 3 0,75h2 a x 0,75h1 1,5h2 a 1,5h1 0,8h2 0,2h2 h212 Hình1.4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột tạo thành tam giác và chữ nhật.
Đồ án – Kỹ thuật điện cao áp 1- ĐầU Đề THIếT Kế Bảo vệ chống sét trạm biến áp đường dây Trạm biến áp + Sơ đồ 110kV 2TG+TGV 220kV 2TG+TGV + Độ cao cần bảo vệ 110kV 11 m 220kV + Mặt bằng: 16.5m …………………………… + Mặt cắt : …………………………… + Máy biến áp 2AT 110/220kV + Đường dây vào trạm 110kV 220kV + Điện trở suất đất 80Ω.m đường dây + Cấp điện áp 220kV + Cột Loại cột Sắt Chiều cao cột 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 250 Góc bảo vệ pha A Góc bảo vệ pha B 15,60 Góc bảo vệ pha C 15,60 + Dây dẫn Loại dây Độ võng dây dẫn + Dây chống sét Loại dây -1- AC-240 …6m…… C70 Số dây chống sét Độ võng dây chống sét + Cách điện Loại cách điện Đặc tính + Khoảng vượt + Điện trở nối đất cột điện + Vùng ô nhiễm + Số ngày giông sét 2- Nội dung phần tính tốn …4m…… Treo 14 Phía 220 kV: 290m 9; 16; 23Ω II 80 - Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp - Tính tốn nối đất cho trạm biến áp - Tính tốn tiếu chống sét đường dây 220kV - Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp từ phía đường dây 220 kV 3- vẽ - Phạm vi bảo vệ cột thu sét, phương án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp - Các kết tính tốn nối đất an tồn nối đất chống sét trạm - Phương pháp kết tính tốn tiêu bảo vệ chống sét đường dây - Các kết tính tốn bảo vệ trạm biến áp chống sóng truyền 4- cán hướng dẫn : 5- Ngày giao nhiệm vụ thiết kế : 6- Ngày hoàn thành nhiệm vụ Nộp Bảo vệ Cán hướng dẫn (Ghi rõ họ tên ký tên) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XẫT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Văn Kiên Ngành: Hệ Thống Điện Khoá: Hải Dương Giáo viên hướng dẫn: Giáo viên duyệt : -2- Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét giáo viên : Ngày tháng năm Giáo viên duyệt ( Ký, ghi rõ họ tên ) Lời nói đầu * * * -3- Đất nước bước vào thời kỳ cơng nghiệp hố, đại hố, ngành điện giữ vai trò quan trọng việc phát triển kinh tế quốc dân Trong sống điện cần cho phục vụ sản xuất sinh hoạt Cùng với phát triển xã hội đòi hỏi việc cung cấp điện phải đảm bảo liên tục có chất luợng cao Xuất phát từ thực tế việc đảm bảo cho trạm biến áp đường dây truyền tải làm việc an tồn, khơng gặp cố, không gây gián đoạn cung cấp điện đặc biệt quan trọng Nhằm hoàn thiện kiến thức học bước đầu làm quen với thực tế em khoa Điện môn Hệ Thống Điện trường đại học Bách Khoa Hà Nội giao nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp với đề tài: ”Bảo vệ chống sét cho đường dây trạm biến áp 110/220kV” Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy, giáo mơn đặc biệt suốt q trình hồn thành đồ án Hà nội tháng 6-2007 Sinh viên Phạm Văn Kiên Mục lục đặt vấn đề chương I bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 1.1 Các yêu cầu: 1.2 Phạm vi bảo vệ hệ thống thu sét: 1.2.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét 1.2.1 Phạm vi bảo vệ dây thu sét 12 1.3 Phương án bảo vệ hệ thống thu sét: 13 1.3.1 Phương án 13 1.3.2 Phương án 17 1.3.3 Phương án 21 chương ii 25 Tính tốn nối đất cho trạm 25 2.1 Yêu cầu kỹ thuật nối đất trạm biến áp .25 -4- 2.2- Các số liệu dùng để tính tốn 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 tiêu bảo vệ chống sét đường dây Error! Bookmark not defined 3.2.1.Cường độ hoạt động 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 sét đánh vào đường dây Error! Bookmark not defined 3.2.4 Số lần cắt điện sét đánh vào đường dây Error! Bookmark not defined 3.2.5 Số lần cắt điện điện áp cảm ứng Error! Bookmark not defined 3.3 Tính tốn 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 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 sét đánh vào đường dây Error! Bookmark not defined chương IV Error! Bookmark not defined Bảo vệ chống sóng 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 tốn q điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm Error! Bookmark not defined 4.2.1 Tác dụng sóng lên điện trở phi tuyến đặt cuối đường dây Error! Bookmark not defined 4.2.2 Sóng tác dụng lên chống sét van đặt cuối đường dây.Error! Bookmark not defined 4.2.3 Sóng tác dụng lên điện dung đặt cuối đường dây (phương pháp tiếp tuyến) Error! Bookmark not defined 4.3.Tính tốn bảo vệ có sóng q điện áp truyền Error! Bookmark not defined 4.3.1.Mô tả trạm cần bảo vệ Error! Bookmark not defined -5- 4.3.2 Lập sơ đồ thay tính tốn trạng thái sóng 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 dùng rộng rãi, làm nhiệm vụ truyền tải điện từ lưới điện có điện áp U1 sang lưới điện có điện áp U2 phục vụ cho việc truyền tải phân phối lượng điện Do trình vận hành trạm biến áp ảnh hưởng lớn tới việc cung cấp chất lượng điện Bảo vệ chống sét trạm biến áp bao gồm phần: + Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp: trạm biến áp bảo vệ dây chống sét (treo thiết bị xà đỡ dây, cái) cột chống sét kiểu Franklin + Mạng lưới nối đất: để tản dòng điện sét đất hạn chế phóng điện ngược cơng trình cần bảo vệ + Bảo vệ chống sóng điện áp truyền từ đường dây vào trạm Yêu cầu đề thiết kế chống sét cho trạm 110/220kV với số liệu sau : Sơ đồ: 110kV Sơ đồ hai góp có góp vịng 220kV Sơ đồ hai góp có góp vịng Độ cao cần bảo vệ: 220kV 110kV Máy biến áp: 2AT 110/220 kV Đường dây vào trạm: 110kV 220kV Điện trở suất đất: 80 Ω.m Sơ đồ mặt bằng, mặt cắt kèm -6- 16,5 m 11 m chương I bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 1.1 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, cột đèn chiếu sáng 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 ngồi 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 4Ω Khi dùng cột thu sét độc lập 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 -7- Tiết diện dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt có dịng 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 dịng 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 a 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 trịn xoay có đường kính xác định phương trình rX = 1,6 (h − h X ) h 1+ X h (1-1) 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 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: -8- a 0,2h b h 0,8h c 0,75h 1,5h Rx Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ cột thu sét Bán kính tính tốn theo công thức sau: Nếu h X ≤ h h rX = 1,5h(1 − x ) 0,8h (1.2) Nếu h X > h h rX = 0.75h(1 − x ) h (1.3) Các công 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 toán phạm vi bảo vệ phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh p = 5,5 h hoành độ lấy giá trị 0,75hp 1,5hp b 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 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: h0 = h − a (1.4) Khoảng cách nhỏ từ biên phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột rx0 xác định sau: -9- Nếu hx ≤ h h0 r0 x = 1,5.h0 (1 − x ) 0,8h0 (1.5) Nếu hx > h h0 r0 x = 0,75.h0 (1 − x ) h0 (1.6) Khi độ cao cột thu sét vượt 30m có hiệu chỉnh hệ số p = 5,5 h ; hoành độ lấy giá trị 0,75hp 1,5hp ; h0 tính theo cơng thức h0 = h − a 7p (1.7) R hx h0 0,75h h 1,5h a rx rox Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao giống c Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao khác Trường hợp hai cột thu sét có độ cao h1 h2 khác việc xác định phạm vi bảo vệ xác định sau: 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 -10- + Đối với 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 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 có hệ thống nối đất dùng chung cho thiết bị cao áp hạ áp thì: R ≤ 125 Ω I tt + Khi dùng nối đất tự nhiên điện trở nối đất tự nhiên thoả mãn yêu cầu thiết bị có dịng ngắn mạch chạm đất bé khơng cần nối đất nhân tạo Cịn điện trở nối đất tự nhiên khơng thoả mãn thiết bị cao áp có dịng ngắn mạch chạm đất lớn ta phải tiến hành nối đất nhân tạo yêu cầu trị số điện trở nối đất nhân tạo là: R ≤ 1Ω Thực tế dù RTN ≤ 0,5 Ω ta phải nối đất nhân tạo RTN xảy biến động đất chống sét khoảng vượt gần trạm + Trong thực nối đất tận dụng hình thức nối đất sẵn có đường ống kết cấu kim loại cơng trình chơn đất Việc tính tốn điện trở tản đường ống chơn đất hồn tồn giống với điện cực hình tia + Vì đất mơi trường khơng đồng nhất, phức tạp điện trở suất đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần đất loại muối, a xít chứa đất, độ ẩm, nhiệt độ điều kiện khí hậu Việt nam khí hậu thay đổi theo mùa độ ẩm đất thay đổi theo dẫn đến điện trở suất cuả đất biến đổi phạm vi rộng Do tính tốn thiết kế nối đất trị số điện trở suất đất dựa theo kết đo lường thực địa sau phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích tăng cường an tồn Cơng thức hiệu chỉnh sau: ρ TT = ρ K m (2.1) Trong đó: ρtt: điện trở suất tính tốn đất ρđo: điện trở suất đo đất Km: hệ số mùa đất Hệ số Km phụ thuộc vào dạng điện cực độ chôn sâu điện cực 2.2- Các số liệu dùng để tính tốn nối đất Điện trở suất đo đất: ρ d = 80Ωm Điện trở nối đất cột đường dây: Rc1 = 9(Ω); Rc = 16(Ω); Rc = 23(Ω) Dây chống sét sử dụng loại C- 70 có điện trở đơn vị là: r0 = 2,38Ω / km Chiều dài khoảng vượt đường dây là: l = 290m Phía 220 kv -27- l = 200m Phía 110 kv Điện trở tác dụng dây chống sét khoảng vượt : Rcs 220 = r0 l = 2,38.290.10 −3 = 0,69(Ω) Rcs110 = r0 l = 2,38.200.10 −3 = 0,476(Ω) Phía 220 kv n = Số lộ trạm: Phía 110 kv n = 2.2.1 Nối đất an toàn Cho phép sử dụng nối đất an toàn với nối đất làm việc thành hệ thống.Điện trở nối đất hệ thống : R HT = R NT // RTN = R NT RTN ≤ 0,5Ω R NT + RTN (2.2) Trong : RTN: điện trở nối đất tự nhiên RNT: điện trở nối đất nhân tạo R NT ≤ 1Ω a) Điện trở nối đất tự nhiên Nối đất tự nhiên trạm hệ thống chống sét đường dây cột điện 110kV 220kV tới trạm RTN = n Ta có công thức sau: Rc Rc + + Rcs Trong : n: số lộ dây Rcs: điện trở tác dụng dây chống sét khoảng vượt Rc : điện trở nối đất cột điện -Phía 220 kv RTN 220 _ = = 0,434(Ω) + + 0,69 16 RTN 220 _ = = 0,599(Ω) 16 + + 0,69 -28- (2.3) 23 RTN 220 _ = = 0,73(Ω) 23 + + 0,69 -Phía 110 kv RTN 110 _ = = 0,922(Ω) + + 0,476 16 RTN 110 _ = = 1,265(Ω) 16 + + 0,476 23 RTN 110 _ = = 1,539(Ω) 23 + + 0,476 RTN_1 = (RTN220_1) // (RTN110_1) = 0,295 (Ω) RTN_2 = (RTN220_2) // (RTN110_2) = 0,431 (Ω) RTN_3 = (RTN220_3) // (RTN110_3) = 0,495 (Ω) Ta thấy giá trị điện trở RTN τ ds Biên độ dòng điện sét quy định I = 150 kA Độ dốc dòng sét a = 30kA / μs -35- τ ds = Thời gian đầu sóng I 150 = = 5( μs ) a 30 Is(A ) I = a t( s ) Tổng trở xung kích hệ thống nối đất nhân tạo là: ⎡ 2.T1 ∞ ⎢1 + Z (0,τ ds ) = ∑ G.l ⎢ τ ds k =1 k ⎣ τ ⎛ − ds ⎜1 − e TK ⎜ ⎝ ⎞⎤ ⎟⎥ ⎟⎥ ⎠⎦ (2.17) Do coi mạch vòng ghép song song hai tia nên: ⎡ 2.T1 ∞ ⎢1 + ∑ = 2.G.l ⎢ τ ds k =1 k ⎣ Z (0,τ ds ) MV τ ⎛ − ds ⎜ − e TK ⎜k2 ⎝ ⎞⎤ ⎟⎥ ⎟⎥ ⎠⎦ (2.18) Để xác định Z∑(0,τds) ta xét chuỗi số sau: 1 1 π2 = + + + + = = 1,645 ∑ 12 2 k2 k =1 k ∞ − τ ds τ ds − τ ds − T2 τ ds e e TK − TK e e = + + + + ∑ k2 12 22 k =1 k ∞ T1 (2.19) (2.20) Trong dãy số ta xét đến số hạng chứa e-4, từ số e-5 trở có giá trị nhỏ so với số hạng trước nên ta bỏ qua ta tính đến k cho: τ ds ≥4 TK τ ds TK = T1 = (2.21) τ ds T1 k2 ≥ hay k ≥ L.G.l k ≥ π2 T1 τ ds = 4.T1 τ ds ; 2,07.3,46.10 −3.312,5 = π2 70,93 = 7,53 -36- k ≥ T1 τ ds = 70,93( μs ) Ta lấy giá trị k từ 1-8: K 16 25 36 49 64 70.9393 17.7348 7.8821 4.4337 2.8375 1.9705 1.4477 1.1084 0.07048 0.28193 0.93194 0.75433 0.6343 0.5302 1.1277 0.3237 1.7620 0.1716 2.5373 0.0790 3.4536 0.0316 4.5109 0.0109 0.93194 0.18858 0.0589 0.0202 0.0068 0.0022 0.0006 0.0001 K TK τ ds e e TK τ ds − τ ds − K TK TK ∞ τ ds − Bảng 2.2: Bảng tính tốn chuỗi số ∑ e TK k =1 k Ta có ∞ τ ds − TK e = 1,2 ∑ k =1 k Vậy: Z (0, τ ds ) MV = ⎡ 2.70,93 ⎤ 1+ (1,645 − 1,2)⎥ = 6,3(Ω) −3 ⎢ 2.3,46.10 312.5 ⎣ ⎦ Do máy biến áp phần tử yếu nên ta cần kiểm tra với máy biến áp Khi có dịng điện sét vào nối đất để đảm bảo an toàn phải thoả mãn điều kiện: U d = I Z XK (0,τ ds ) < U 50% MBA (2.22) Trong I: Biên độ dịng sét ZXK(0,τds): Tổng trở xung kích đầu vào nối đất dòng điện sét U50%MBA : Điện áp 50% máy biến áp Ta có U 50% 110 =460kV; U 50% 220 = 900 kV Vậy lấy U50%MBA = 460 kV Kiểm tra điểu kiện: U d = 150.6,3 = 945( kV ) > U 50% 110 =460 kV Có U d > U 50% MBA cần phải tiến hành nối đất bổ sung 2.2.3 Nối đất bổ sung Trong nối đất bổ sung ta sử dụng dạng nối đất tập trung gồm cọc chõn cỏc cột thu sột Do việc xỏc định Zbs lý thuyết lại khú khăn nờn ta chọn hỡnh thức nối đất bổ sung sau: -37- Chọn nối đất bổ sung loại thộp dẹt cú: Chiều dài lT = 12(m) Bề rộng bT = 0,04(m) Dọc theo chiều dài cú chụn cọc trũn cú: Chiều dài cọc lcọc = 3(m) Đường kớnh d = 0,04(m) Khoảng cỏch hai cọc a = 6(m) Độ chụn sõu t = 8(m) Nối đất tớnh toỏn cho chống sột nờn ta lấy hệ số kmựa sau: Đối với ngang chụn sõu t = 0,8(m); kmựa = 1,2 Đối với cọc dài 3m chụn sõu t = 0,8(m); kmựa = 1,15 Sơ đồ nối đất hệ thống cú nối đất bổ sung sau: lT t=0,8m a lcọc Hình 2.4: Sơ đồ nối đất bổ sung Điện trở Cụng thức sử dụng để tớnh toỏn: RT = ρ tt T k l T ln π l T t d T Trong đú: l: chiều dài l = 12(m) t: độ chụn sõu làm tia t = 0,8(m) ρtt.T: điện trở suất tớnh toỏn đất làm tia chụn độ sõu t ρ tt T = ρ o k mua = 80.1,2 = 96(Ω.m) d: đường kớnh làm tia Chọn dẹt cú bề rộng b = 0,04(m) nờn: d = b = 4.10 −2 = 2.10 −2 (m) k: hệ số hỡnh dỏng lấy k = nối đất tia ngang -38- (2.23) Vậy điện trở bổ sung là: 96 1.12 ln = 11,59(Ω) 2.π 12 0,8.0,02 RT = Điện trở cọc RC = ρ ttC ⎡ 2.l coc 4.t '+l coc ⎤ ⎢ln + ln ⎥ 2.π l coc ⎣ d 4.t '−l coc ⎦ (2.24) Trong đú : ρttC: điện trở suất đất cọc chụn độ sõu t=0,8(m) ρ ttC = ρ o k mua = 80.1,15 = 92(Ω.m) d: đường kớnh cọc: d = 0,04m t' = l coc + t = + 0,8 = 2,3(m) 2 Điện trở bổ sung cọc là: RC = 92 ⎡ 2.3 4.2,3 + ⎤ ln + ln = 26,1(Ω) 2.π ⎢⎣ 0,04 4.2,3 − ⎥⎦ Điện trở bổ sung Cụng thức sử dụng để tớnh toỏn: Rbs = RT RC RT ηC n + RC ηT (2.25) Trong đú: n: số cọc ηT,ηC: hệ số sử dụng cọc Với n=3; lcọc = 3(m); a=6(m); a/l=2 Tra bảng phần phụ lục(trang 82) sỏch hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp ta được: ηC=0,87 Tra bảng phần phụ lục(trang 84) sỏch hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp ta được: ηT=0,89 Điện trở bổ sung là: Rbs = 11,59.26,1 = 5,65(Ω) 11,59.0,87.3 + 26,1.0,89 Tổng trở hệ thống cú nối đất bổ sung Ta cú cụng thức tớnh tổng trở xung kớch cú nối đất bổ sung sau -39- Z XHbs (0,τ ds ) = Rbs RNT ( set ) 2.RNT ( set ) ∞ Rbs + RNT ( set ) +∑ k =1 RNT ( set ) + Rbs cos X K e − X K2 τ ds π T1 (2.26) = A+ B Trong đú: A= Rbs RNT ( set ) Rbs + RNT ( set ) 5,65.0,462 = = 0,43(Ω) 5,65 + 0,462 B= X R NT ( set ) ∞ ∑ R NT ( set ) k =1 R bs + e K π2 τ ds T1 cos X K Xột chuỗi số B = R NT ( set ) ∞ ∑ R NT ( set ) k =1 + R bs e cos − X K π2 τ ds T1 XK Tương tự trờn ta xột đến số hạng e -4 với T1 = 70,93μs τds = 5μs Ta tớnh đến Xk cho: X π k τ ds T1 ≥ X K ≥ 2.π T1 τ ds = 2.π 70,93 = 23,66 Trong đú XK nghiệm phương trỡnh: tgX K = − =− R NT ( set ) Rbs X K 0, 462 X K = − 0,08 X K 5,65 Giải phương trình phương pháp đồ thị xác định nghiệm sau : X1=2,91; X2=5,85; X3= 8,81; X4= 11,81; X5 = 14,84; X6 = 17,89 X7 = 20,96; X8 = 24,04; X9 = 27,14 -40- Hình – 7: Đồ thị xác định nghiệm phương trình tgXk = - 0,08.Xk Ta thấy X7 = 24,04 >23,66 lên ta xét đến X7 Ta có T1 = 70,93(μs); Rbs = 5,65 (Ω); RMVS = 0,462 (Ω) k Xk 2.8874 cos(Xk) 5.802 8.7573 -0.96787 0.886447 11.7529 14.7812 17.8359 20.96 -0.60043 0.528761 -0.51383 -0.78539 0.686981 cos X k 1.067503 1.272608 1.621192 2.118903 2.773842 3.576686 3.787517 R MVS + Rbx cos X k 1.149273 1.354377 1.702962 2.200673 2.855612 3.658456 3.869287 e ⎛X ⎞ τ −⎜ K ⎟ ds ⎝ π ⎠ T1 BK 0.942135 0.786095 0.577929 0.372478 0.209702 0.102856 0.043241 0.757464 0.536299 0.313575 0.156393 0.067854 0.025978 0.010326 Bảng 2.3: Bảng tính tốn chuỗi số B = R NT ( set ) ∞ ∑ k =1 R NT ( set ) R bs + e − X K π2 τ ds T1 =1,85 cos X K Tổng trở xung kích : Z XK (0, τ ds ) = A + B = 0,43 + 1,85 = 2,28(Ω ) Điện áp có dịng điện vào nối đất thời điểm dòng điện sét đạt giá trị cực đại là: U max = I Z XK (0, τ ds ) = 150.2,28 = 342(kV ) Ta thấy U max = 342 kV < U 50% MBA = 460 kV thoả mãn yêu cầu -41- ... cột (m) (m) (m) (m) (m) Chữ 1-2 - 4-5 51 35.3 62.02 8.86 nhật 2-5 - 6-3 51 35.3 62.02 8.86 4-7 - 8-5 51 39 64.20 9.17 5-6 - 8-9 51 39 64.20 9.17 9.17 Từ bảng ta thấy độ cao lớn cần bảo vệ hx=16.5 m hmax=9.17... (m) (m) 4-1 7-1 9 44,45 42,30 56,33 71,54 57,04 7,13 8-1 2-1 5 50,37 44,87 34,00 64,62 51,49 6,43 1 2-1 3-1 5 29,3 48,24 44,87 61,21 49,31 6,16 Nhúm cột 1 7-1 8-1 920 Chữ nhật 1 3-1 4-1 516 1 5-1 6-1 718 Nhúm... 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