Đồ án môn học Kỹ thuật điện Cao áp

Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 110/35 Kv

Đồ án môn học Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: TS ĐẶNG THU HUYỀN Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 110/35 Kv I. DỮ LIỆU BAN ĐẦU: * Trạm biến áp: 110/35 kV có diện tích: (461 x 320) m 2 * Đường dây trên không: - Điện áp 110 kV - Loại cột: cột kim loại - Trạm 110 kV có 5 lộ - Dây dẫn: AC – 150 - Dây chống sét: C-70 * Điện trở của cột R cột = 14 Ω * Điện trở suất của đất: ρ đ =86 Ωm * Độ cao max của vật trong trạm h x = 13m * Chiều dài khoảng vượt đường dây: l=150m * Mức độ ô nhiễm:Trung bình II. NỘI DUNG TÍNH TOÁN Chương I: Tính toán bảo vệ sét đánh trực vào trạm biến áp Chương II: Tính toán hệ thống nối đất cho trạm Phần II: Các bản vẽ liên quan SVTH: Nguyên Đức Dũng Đ3H2 Page 1 Đồ án môn học Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: TS ĐẶNG THU HUYỀN PHẦN I CHƯƠNG I TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP 220/110 kV I.1. Cơ sở lý thuyết chung: I.1.1. Những yêu cầu đối với hệ thống thu sét: Các thiết bị phân phối điện đặt ngoài trời như đường dây, trạm biến áp rất dễ bị quá điện áp có thể là do quá điện áp khí quyển (sét đánh trực tiếp, cảm ứng hay lan truyền trên đường dây), hoặc quá điện áp nội bộ. Trong đó, sự quá điện áp khí quyển do sét đánh là rất nguy hiểm và gây những thiệt hại nghiêm trọng cho các công trình trong hệ thống điện. Vì vậy, bảo vệ chống sét đánh trực tiếp là một trong những yêu cầu hàng đầu khi thiết kế và vận hành một mạng điện. Hệ thống thu sét là một bộ phận công trình quan trọng nhằm bảo vệ các bộ phận của hệ thống điện như đường dây, trạm biến áp khỏi hư hỏng khi bị sét đánh. Đối với đường dây, để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp người ta sử dụng hệ thống dây chống sét. Đối với trạm biến áp và nhà máy điện người ta sử dụng các cột thu lôi. Các cột thu lôi có thể đặt độc lập hoặc trong điều kiện cho phép có thể đặt trên các kết cấu của trạm và của nhà máy. Yêu cầu chính đối với hệ thống thu sét là phải có điện trở nối đất đủ nhỏ để đảm bảo tản nhanh dòng điện sét xuống đất, tránh hiện tượng phóng ngược dòng điện sét từ thiết bị này sang thiết bị khác, hoặc từ cột thu sét hay dây chống sét sang các công trình mang điện đặt lân cận. Khi thiết kế bảo vệ chống sét thì cần đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật, kinh tế và mỹ thuật. - Đối với các trạm phân phối ngoài trời từ 110 kV trở lên do có mức cách điện cao nên có thể đặt cột thu lôi trên kết cấu của trạm phân phối. Các trụ cột của các kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi phải được ngắn nhất và sao cho dòng điện sét I S khuếch tán vào đất theo 3÷4 thanh cái của hệ thống nối đất . Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện chỉ số điện trở nối đất. - Nơi yếu nhất của trạm phân phối ngoài trời với điện áp từ 110 kV trở lên là cuộn dây 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 vào hệ thống nối đất của cột thu lôi và vỏ máy biến áp theo đường điện phải lớn hơn 15m. - Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm phân phối ngoài trời 110 kV trở lên phải thực hiện các điểm sau: + Ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có nối đất bổ sung (dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở khuếch tán không được quá 4Ω (ứng với dòng điện tần số công nghiệp). SVTH: Nguyên Đức Dũng Đ3H2 Page 2 Đồ án môn học Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: TS ĐẶNG THU HUYỀN + Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm 35kV phải tăng cường cách điện của nó lên đến mức cách điện của cấp 110 kV. + Trên đầu ra của cuộn dây 6 – 10kV của máy biến áp phải đặt các cột chống sét van (CSV), các thiết bị chống sét này có thể đặt ngay trên vỏ máy. + Để bảo vệ cuộn dây 35 kV cần đặt các cột chống sét van. Khoảng cách giữa chỗ nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp và của chống sét van (theo đường điện) phải nhỏ hơn 5m. Khoảng cách ấy có thể tăng lên nếu điểm nối đất của chống sét van ở vào giữa hai điểm nối đất của vỏ máy biến áp và của kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi. + Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm trên có đặt cột thu lôi và bộ phận mang điện không được bé hơn chiều dài của chuỗi sứ. - Có thể nối cột thu lôi độc lập vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp điện áp 110kV nếu như các yêu cầu trên được thực hiện. - Không nên đặt cột thu lôi trên kết cấu của trạm phân phối20 ÷ 35 kV, cũng như không nên nối các cột thu lôi vào hệ thống nối đất của trạm 20 ÷ 35 kV. - Khi dùng cột thu lôi độc lập phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu lôi đến các bộ phân của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu lôi đến vật được bảo vệ. - Khi dùng cột đèn chiếu sáng để làm giá đỡ cho các cột thu lôi phải cho dây dẫn điện đến đèn vào ống chì và chôn vào đất. - Đối với các nhà máy điện dùng sơ đồ bộ thì chỉ được đặt cột thu lôi trên xà máy biến áp khi máy phát điện và máy biến áp được nối với nhau bằng cầu bọc kín và hai đầu được nối đất. Nếu cầu có phân đoạn thì không được phép đặt cột thu lôi trên xà của máy biến áp. Với máy bù đồng bộ cũng áp dụng điều này. - Có thể nối dây chống sét bảo vệ đoạn đến trạm vào hệ thống nối đất của trạm nếu như khoảng cách từ chỗ nối đất của trạm đến điểm nối đất của máy biến áp lớn hơn 15m. - Để đảm bảo về mặt cơ tính (độ bền cơ học) và chống ăn mòn cần phải theo đúng quy định về loại vật liệu, tiết diện dây dẫn dùng trên mặt dất và dưới đất phải theo bảng sau: Bảng 1.1 Bảng qui định qui cách loại dây dẫn dùng để dẫn dòng điện sét Loại vật liệu Dây dẫn dòng điện sét dùng trên mặt đất Dây dẫn dòng điện sét dùng dưới mặt đất SVTH: Nguyên Đức Dũng Đ3H2 Page 3 Đồ án môn học Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: TS ĐẶNG THU HUYỀN Thép tròn mạ kẽm φ 8 mm φ 10 mm Thép dẹt mạ kẽm 20 x 2,5 mm 2 30 x 3,5 mm 2 Cáp thép Không được dùng Không được dùng Thanh đồng tròn φ 8 mm φ 8 mm Thanh đồng dẹt 20x2,5 mm 2 20x2,5 mm 2 Dây đồng xoắn Không được dùng Không được dùng Thanh nhôm tròn Không được dùng Không được dùng I.2 Cách xác định phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét: I.2.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét có độ cao là h tính cho độ cao h x là một hình chóp tròn xoay có đường sinh được xác định như sau: r x )hh( h h 1 6,1 x x − + = h x r r x h Hình 1.1. Phạm vi bảo vệ cho một cột thu sét. Trong đó: - h: chiều cao cột thu sét. - h x : chiều cao cần được bảo vệ. - h – h x : chiều cao hiệu dụng. Trong tính toán, đường sinh được đưa về dạng đường gãy khúc abc được xác định như sau: SVTH: Nguyên Đức Dũng Đ3H2 Page 4 Đồ án môn học Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: TS ĐẶNG THU HUYỀN h 0,8h h x 2 3 h 0,75h 1,5h r x a b c Hình 1.2. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét (đường sinh gấp khúc). Trong đó: ab: đường thẳng nối từ đỉnh cột đến điểm trên mặt đất cách xa chân cột một khoảng là 0,75h. bc: là đường thẳng nối 1 điểm có độ cao trên thân cột là 0,8h đến 1 điểm trên mặt đất cách chận cột là 1,5h. Khi: h x ≤ h 3 2 thì: r x = 1,5h(1- h8,0 h x ) = 1,5h – 1,875h x Khi: h x ≥ h 3 2 thì: r x = 0,75h(1- h h x ) = 0,75h – 0,75h x Các công thức chỉ để sử dụng cho HTTS có độ cao h < 30m. Khi h ≥ 30m ta cần hiệu chỉnh các công thức đó theo hệ số p. p h 5,5 = I.2.2 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét: a. Hai cột thu sét có độ cao bằng nhau: Xét 2 cột thu sét có độ cao bằng nhau h 1 = h 2 = h, cách nhau 1 khoảng a. SVTH: Nguyên Đức Dũng Đ3H2 Page 5