Tài liệu Tính toán nối đất cho trạm 110/35 KV pdf

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 61 Chơng 4 Tính toán nối đất cho trạm 110/35 kv 4.1- Giới thiệu chung v một số vần đề kỹ thuật khi tính toán nối đất trạm biến áp. Nhiệm vụ của nối đất l tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên vật nối đất có trị số bé. Hệ thống nối đất l một phần quan trọng trong việc bảo vệ quá điện áp, do đó việc nối đất của trạm biến áp, các cột thu lôi, các đờng dây, các thiết bị chống sét phải đợc tính toán cụ thể trong khi thiết kế. Nối đất lm việc. Nhiệm vụ chính l đảm bảo sự lm việc bình thờng của thiết bị, hoặc một số bộ phận của thiết bị yêu cầu phải lm việc ở chế độ nối đất trực tiếp. Thờng l nối đất điểm trung tính máy biến áp. Trong hệ thống điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất, nối đất của máy biến áp đo lờng v các kháng điện dùng trong bù ngang trên các đờng dây cao áp truyền tải điện. Nối đất chống sét. Có tác dụng lm tản dòng điện sét vo trong đất (khi sét đánh vo cột thu lôi hay đờng dây) để giữ cho điện thế mọi điểm trên thân cột không quá lớn tránh trờng hợp phóng điện ngợc từ cột thu lôi đến các thiết bị cần đợc bảo vệ. Nối đất an ton. Có tác dụng đảm bảo an ton cho con ngời khi cách điện bị h hỏng. Thực hiện nối đất an ton bằng cách nối đất các bộ phận kim loại không mang điện nh vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, các giá đỡ kim loại để khi cách điện bị h hỏng do lão hoá thì trên các bộ phận kim loại sẽ có một điện thế nhỏ không nguy hiểm (nếu không nối đất thì điện thế ny sẽ lm nguy hiểm đến con ngời khi chạm vo chúng). Do đó nối đất các bộ phận ny l để giữ điện thế thấp v bảo đảm an ton cho con ngời khi tiếp xúc với chúng.Về nguyên tắc l phải tách rời các hệ thống nối đất nói trên nhng đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 62 trong thực tế ta chỉ dùng một hệ thống nối đất chung cho các nhiệm vụ. Song hệ thống nối đất chung phải đảm bảo yêu cầu của các thiết bị khi có dòng ngắn mạch chạm đất lớn do vậy yêu cầu điện trở nối đất phải nhỏ. Khi điện trở nối đất cng nhỏ thì có thể tản dòng điện với mật độ lớn, tác dụng của nối đất tốt hơn an ton hơn. Nhng để đạt đợc trị số điện trở nối đất nhỏ thì rất tốn kém do vậy trong tính toán ta phải thiết kế sao cho kết hợp đợc cả hai yếu tố l đảm bảo về kỹ thuật v hợp lý về kinh tế. Một số yêu cầu về kỹ thuật của điện trở nối đất: + Đối với các thiết bị điện nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất phải thoả mãn: R 0,5.(Theo tiêu chuẩn nối đất an ton trang 189 giáo trình kỹ thuật điện cao áp). + Đối với các thiết bị có điểm trung tính không trực tiếp nối đất thì: I R 250 + Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện với đất v chỉ có một hệ thống nối đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp v hạ áp thì: I 125 R + Khi dùng nối đất tự nhiên nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn yêu cầu của các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé thì khong cần nối đất nhân tạo nữa. Còn nếu điện trở nối đất tự nhiên không thoả mãn đối với các thiết bị cao áp có dòng ngắn mạch chạm đất lớn thì ta phải tiến hnh nối đất nhân tạo v yêu cầu trị số của điện trở nối đất nhân tạo l: R 1 . Bất kỳ một hệ thống nối đất no cũng phải có các điện cực chôn trong đất v nối với thiết bị m ta cần nối đất (điện cực thờng sử dụng l các cọc sắt thẳng đứng hay các thanh di nằm ngang) các điện cực ny đợc chôn trong đất có mức tản dòng điện sét phụ thuộc vo trạng thái của đất (vì đất l môi trờng không đồng nhất, khá phức tạp, nó phụ thuộc vo thnh phần của đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 63 đất nh các loại muối, a xít . chứa trong đất ). Điều kiện khí hậu cũng ảnh hởng đến độ dẫn điện của đất. ở Việt nam khí hậu thay đổi theo từng mùa độ ẩm của đất cũng thay đổi theo dẫn đến điện trở suất cuả đất cũng biến đổi trong phạm vi rộng. Do vậy trong tính toán thiết kế về nối đất thì trị số điện trở suất của đất dựa theo kết quả đo lờng thực địa v sau đó phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích l tăng cờng an ton. Công thức hiệu chỉnh nh sau: tt = đ .K m Trong đó: tt : l điện trở suất tính toán của đất. đ : điện trở suất đo đợc của đất. K m : hệ số mùa của đất. Hệ số K phụ thuộc vo dạng điện cực v độ chôn sâu của điện cực. Đối với trạm biến áp ta thiết kế có cấp điện áp 110/35kV v các cột thu lôi độc lập do đó ta sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu quả tản dòng điện tốt nhất. Mặt khác do đặt các cột thu lôi trên x nên phần nối đất chống sét ta nối chung với mạch vòng nối đất của trạm. 4.2- Các số liệu dùng để tính toán nối đất. Điện trở suất đo đợc của đất: đ = 1,3.10 4 /cm =1,3.10 2 /m. Điện trở nối đất cột đờng dây: R c = 20 . Dây chống sét sở dụng loại C- 70 có điện trở đơn vị l: R o =2,38 /km. Chiều di khoảng vợt đờng dây l: Đối với 110kV: l = 150m. Dạng sóng tính toán của dòng điện sét: = <= dss dss khiII tkhit.aI đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 64 Trong đó: a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/ s I: biên độ dòng điện sét I = 150kA đs : thời gian đầu sóng lấy bằng 5 s = s a I s ds === 5 30 150 I s đs I t Hình (41) : Dạng sóng của dòng sét. 4.3- trình tự tính toán. Trạm điện thiết kế có điện áp l 110/35kV, phía 110kV l mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất nên yêu cầu của nối đất an ton l: R 0,5 . Thnh phần điện trở nối đất R gồm hai thnh phần: + Điện trở nối đất tự nhiên (R tn ). + Điện trở nối đất nhân tạo (R nt ). Đối với các thiết bị có điểm trung tính trực tiếp nối đất (có dòng chạm đất lớn) thì yêu cầu điện trở nối đất nhân tạo phải có trị số nhỏ hơn 1 . Vậy điều kiện nối đất l: (4 2 ) (4 1 ) )(R )(,R//R t.n t.nn.t 1 50 Từ đó rút ra: )( ,R ,.R R n.t n.t t.n 50 50 4.3.1- Điện trở nối đất tự nhiên. R t.n = 1,25 (đã cho trớc). đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 65 4.3.2- Điện trở nối đất nhân tạo. )(, ,, ,., ,R ,.R R n.t n.t t.n = = 8330 50251 50251 50 50 Ta sẽ tính toán thiết kế hệ thống nối đất theo điều kiện điện trở nối đất nhân tạo l: R n.t.yc 0,833 . 4.3.3- Tính nối đất nhân tạo của trạm 110kV. Đối với trạm biến áp 110kV khi thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo ta sử dụng hình thức nối đất theo mạch vòng có chôn cọc. Mạch vòng bao quanh trạm có hình chữ nhật ABCD có kích thớc nh sau: Chiều di l 1 = 57m ; Chiều rộng l 2 = 56,55m. Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của trạm nh hình (4 2 ): B A D C Hình (4 2 ): Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của l 1 l Hệ thống nối đất mạch vòng của trạm ta chọn cọc loại thép góc 50x50x5, chiều di l =2,5m với lý do l để thuận lợi cho việc thi công m vẫn đảm bảo độ dẫn điện tốt. Mạch vòng nối giữa các cọc dùng loại sắt dẹt có kích thớc 50x5. Sơ đồ bố trí mạch vòng cọc trong hệ thống nối đất của trạm nh hình (4 3 ): a: l khoảng cách giữa các cọc theo chu vi mạch vòng. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 66 l: chiều di cọc l = 2,5m. t: độ chôn sâu cọc t =0,8m. t a l=2,5m Điện trở tản nhân tạo đối với mạch vòng có chôn cọc đợc xác định theo công thức sau: )( R n.R R.R R v.mcv.mc v.mc t.n 34 + = Trong đó: R c : l điện trở tản nối đất của cọc ( ). R m.v : l điện trở tản nối đất của mạch vòng ( ). n : l số cọc sử dụng. m.v v c : tơng ứng l hệ số sử dụng mạch vòng, sử dụng cọc phụ thuộc vo số cọc v tỷ số l a Tính điện trở của mạch vòng quanh trạm R m.v : )()( d.t L.k ln L R v.m 44 2 2 = Trong đó: = đo .K mùa (thanh) l điện trở suất tính toán của mạch vòng.Tra bảng (2 1) sách hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA ta có: Hình (4 3 ): Sơ đồ bố trí mạch vòng cọc trong hệ thống nối đất của t đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 67 K mùa (thanh) = 1,6 vậy = .1,6 = 2,08.10 2 ( .m). L l chu vi mạch vòng: L = 2.(l 1 + l 2 ) = 2.(57+56,55) = 227,1m. d l đờng kính thanh nối: d = b/2 = 50/2 = 25 (m.m) = 2,5.10 -2 m. t l độ chôn sâu (để đảm bảo cho ổn định ) : t = 0,8m. k l hệ số phụ thuộc hình dạng của hệ thống nối đất . Ta có: 1007951 5556 57 2 1 == , ,l l Tra bảng (2 5) sách hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA đợc k = 5,53. Thay số vo biểu thức (4 3) ta có: ).(, .,., ,., ln ,.,. ., d.t L.k ln L R v.m = = = 42 105280 1227535 12271432 10082 2 2 222 Ta nhận thấy điện trở của mạch vòng xung quanh trạm lớn hơn điện trở nhân tạo cho phép để tính toán thiết kế (R nđ = 0,833 ).Vậy phải dùng thêm số cọc vo hệ thống mạch vòng để giảm trị số điện trở nối đất của hệ thống. Qua kết quả tính toán R m.v chứng tỏ rằng ta chọn hình thức nối đất an ton bằng mạch vòng có chôn cọc l hợp lý. Tính điện trở nối đất của một cọc (dùng cọc sắt góc ). Đối với cọc điện trở tản xoay chiều đợc xác định theo công thức sau: )( lt. lt. ln. d l. ln. l R coc 54 4 4 2 12 2 + + = t ' 0,8m l Hình (4 4): Các kích thớc nối đất cọc Trong đó: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 68 Cọc có kích thớc: l = 2,5m. l điện trở suất của đất đối với cọc: = đo .K mùa (cọc) . đo =1,3.10 2 ( .m). K mùa (cọc) = 1,4. (Tra bảng (2-1) sách hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA) ặ = 1,3.10 2 .1,4 = 1,82.10 2 ( .m). d l đờng kính cọc (m) đợc tính nh sau: d = 0,95.b = 0,95.50. 10 -3 = 4,75. 10 -2 m. t l độ chôn sâu: t = 0,8m. Giá trị t / đợc tính: )m(,, , , l t 05280 2 52 80 2 =+=+= Thay số liệu vo (4 5 ) ta có: = + + = 657 520524 520524 2 1 10754 522 521432 10821 2 2 , ,,. ,,. ln. ., ,. ln. ,.,. ., R coc Vậy điện trở của một cọc l 57,6 . Sau khi tính đợc R c v R mv ta tính điện trở nhân tạo theo công thức (4 3) . Trong công thức ny ta chỉ mới biết R c v R mv vậy ta phải tìm số cọc để R nt đạt giá trị nhỏ nhất v phải đảm bảo nhỏ hơn hoặc bằng giá trị tính toán cho phép R nt 0,833 . mv v c phụ thuộc số cọc ta sử dụng trong mạch vòng. Ta xét từng trờng hợp theo tỷ số l a với các thông số l: L (chu vi mạch vòng) = 227,1m. l (chiều di cọc) = 2,5m. * Khi 30, l a = (có nghĩa l khoảng cách giữa các cọc a = l =0,75m. Ta có số cọc chôn theo chu vi mạch vòng l: 303 750 1227 1 1 === , , a L n cọc. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 69 Tra bảng 4 phần phụ lục sách hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA ta có: c = 0,21. Theo bảng 6 trong phần phụ lục sách hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA ta có: thanh = 0,185. Điện trở nhân tạo trong trờng hợp ny l: ., ,.,.,., ,., R )( t.n = + = 8460 422103031850657 42657 1 Khi 250, l a = (Có nghĩa l khoảng cách giữa hai cột a = 0,625m) Ta có số cọc chôn theo chu vi l: 364 6250 1227 2 2 === , , a L n cọc Tra bảng 4 v bảng 6 trong phần phụ lục sách hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA kết hợp với phơng pháp nội suy nh hình (4 5) ta có : c = 0,19 ; thanh = 0,17 Điện trở nhân tạo trong trờng hợp ny l: ., ,.,.,., ,., R )( t.n = + = 7860 19042364170657 42657 2 Từ kết quả tính toán có: R n.t(1) = 0,846. > R nhân tạo yêu cầu = 0,833. . Phơng án ny không đảm bảo do giá trị điện trở nối đất lớn hơn giá trị điện trở yêu cầu nên bị loại. R n.t(2) = 0,786 < 0,833 = R nhân tạo yêu cầu Phơng án ny đảm bảo yêu cầu do giá trị điện trở nối đất nhỏ hơn giá trị điện trở yêu cầu. Vậy ta chọn R n.t(2) = 0,786 . Số cọc l 364 cọc. Khoảng cách giữa các cọc l a = 0,625 m. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 70 4.4- tính toán nối đất chống sét. Khi có dòng điện sét đi vo bộ phận nối đất, nếu tốc độ biến thiên của dòng điện theo thời gian rất lớn thì trong thời gian đầu điện cảm sẽ ngăn cản không cho dòng điện đi tới các phần cuối của điện cực khiến cho điện áp phân bố không đều, sau một thời gian, ảnh hởng của điện cảm mất dần v điện áp phân bố sẽ đều hơn. Thời gian của quá trình quá độ nói trên phụ thuộc vo hằng số thời gian. T =L.g.l 2 (4 6 ) Từ (46) ta thấy: T tỷ lệ với trị số điện cảm tổng L.l v điện dẫn tổng R l.g 1 = của điện cực. Từ biểu thức (46) ta thấy khi dòng điện tản trong đất l dòng điện một chiều hoặc xoay chiều tần số công nghiệp thì ảnh hởng của L không đáng kể v bất kỳ hình thức nối đất no ( thẳng đứng hoặc nằm ngang ) cũng đều biểu thị bởi trị số điện trở tản. Khi dòng điện tản trong đất l dòng điện sét, tham số biểu thị của nối đất tuỳ thuộc vo tơng quan giữa hằng số thời gian T v thời gian đầu sóng của dòng điện. Khi T<< đ.s (khi dòng điện đạt trị số cực đại) thì cần xét quá trình quá độ đã kết thúc v nối đất thể hiện nh một điện trở tản. Trờng hợp ny ứng với các hình thức nối đất dùng cọc hoặc thanh có chiều di không lớn lắm v goị l nối đất tập trung. Nếu điện cực di, hằng số thời gian có thể đạt tới mức đ.s v tại thời điểm dòng điện đạt trị số cực đại, quá trình quá độ cha kết thúc v nh đã phân tích tác dụng của điện cảm, nối đất sẽ thể hiện nh một tổng trở Z có giá trị rất lớn so với điện trở tản. Trờng hợp ny gọi l nối đất phân bố di. Trong tính toán thiết kế trạm biến áp 110kV, thờng thì phần nối đất nối chung với mạch vòng nối đất an ton của trạm. Nh vậy sẽ gặp trờng hợp nối đất phân bố di, tổng trở xung kích Z x.k có thể lớn gấp nhiều lần so [...]... trở nối đất nhân tạo tính cho nối đất chống sét l: Rn.t sét =0,647 4.4.4- Tính tổng trở đầu vo của nối đất chống sét Z(0; đ.s) Để tính tổng trở đầu vo của nối đất chống sét ta xét các điều kiện sau: + Bỏ qua nối đất t nhiên + Bỏ qua các thanh nối cân bằng điện áp trong trạm biến áp + Trong tính toán, để đơn giản ta bỏ qua quá trình phóng điện tia lửa trong đất v giả thiết điện trở suất của đất không... trên bộ phận nối đất v có thể gây phóng điện ngợc đến các phần mang điện của trạm Do đó ta phải tính toán, kiểm tra theo yêu cầu của nối đất chống sét trong trờng hợp có dòng điện sét đi vo hệ thống nối đất 4.4.1- Dạng sóng tính toán của dòng điện sét Trong tính toán thiết kế ta chọn sóng tính toán của dòng điện sét l dạng sóng xiên góc có biên độ không đổi (xem hình 4-1) Dạng sóng tính toán của dòng... trở nối đất nhân tạo tính cho nối đất chống sét l: R cọc R m v R n.t (sét ) = (4 7) R cọc m v + n.R m v cọc Trong đó: R cọc = = Rm.v v Rcọc ta vừa tính đợc n l số cọc đã tính đợc n = 364 cọc cọc v m.v đã tính đợc ở phần nối đất nhân tạo ứng với n = 364 cọc ta có cọc = 0,19 ; m.v = 0,17 Vậy: R n.t (sét ) = R cọc R m v R cọc m v + n.R m v cọc = 47,3.1,8 = 0,647 47,3.0,17 + 364.1,8.0,19 Vậy điện trở nối. .. đ.s) = 2,27 ứng với 2 giá trị trên tại thời điểm dòng điện sét đi vo hệ thống nối đất thì thế tại điểm dòng điện sét đi vo l: Usét = I Z(0, đ.s) = 150.2,27= 340, 5kV Vậy Usét = 340, 5kV < U50% = 46 0kV Nhận xét: Do điện trở nối đất đạt yêu cầu nên không phải nối đất bổ xung cho hệ thống chống sét 4.5- Kết luận Hệ thống nối đất nhân tạo mạch vòng có chôn cọc nh phơng án đã chọn l 364 cọc, khoảng cách giữa... bảo an ton cho cách điện của máy biến áp : I.Z(0, đ.s ) U0,5 Trong đó: I : l trị số dòng điện sét lấy bằng 15 0kV Z(0, đ.s ): l tổng trở xung kích nối đất tại thời điểm ngay chỗ dòng điện sét đi vo điện cực U0,5 : trị số điện áp phóng điện xung kích bé nhất của máy biến áp U0,5 (MBA) = 46 0kV 4.4.3- Tính toán lại trị số điện trở nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét Do việc dùng hệ thống nối đất an ton... các cọc l 0,625m, Rn.t = 0,786 < 0,833 = Rn.t.y.c Mạch vòng nhân tạo đảm bảo an ton cách điện cho máy biến áp khi có dòng điện sét Sau khi kiểm tra lại nối đất theo yêu cầu chống sét đã đảm bảo điện áp giáng trên máy biến áp khi dòng sét đi vo Usét = 340, 5kV < U50% = 46 0kV, ta không phải tính toán nối đất bổ xung nữa Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 76 ... biến áp U0,5 (MBA) = 46 0kV 4.4.3- Tính toán lại trị số điện trở nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét Do việc dùng hệ thống nối đất an ton lm hệ thống nối đất chống sét nên ta phải tính toán lại trị số điện trở nối đất nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét Tra bảng 19- 2 sách kỹ thuật điện cao áp ta chọn hệ số mùa sét l: Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 71 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Km.v... điện cực nối đất vì trở rất nhỏ so với thnh phần điện kháng v điện dẫn ứng với tần số dòng điện sét Ta xem mạch nối vòng đất gồm hai tia di ghép song song với nhau l Hình (4 6): Mạch vòng nối đất gồm hai tia di ghép song song Ta có sơ đồ thay thế: L0 Is/2 g0 L0 L0 g0 g0 Hình (4 7): Sơ đồ thay thế của mỗi tia Với L v g l điện cảm v điện dẫn trên một đơn vị di 1 1 R l .m R l điện trở nối đất ổn định... ổn định của cực nối đất R = 0,647 g0 = l L 0 = 0,2. ln 0,3 r (H / m ) Với r l bán kính cực nối đất: b 50 = = 12,5m m = 1,25.10 2 m 4 4 Thay số vo ta có: r= 113,55 0,31 = 1,76H / m L 0 = 0,2. ln 2 1,25.10 Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 73 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Vì điện dẫn ghép song song nên ta có: 1 1 1 = = 6,8.10 3 2, R n.t l 2.0,647.113,55 .m Tính toán phân bố di... ( 4 9) k 2 2 T nên T k = 1 Từ đó suy ra tổng trở xung kích ở k2 2 hai đầu vo nối đất: a 2.T1 1 Z (0, t ) = l+ g 0 l ds k =1k 2 t Tk 1 e (4 10) Tổng trở xung kích của nối đất ở đầu vo thời điểm t = đ.s v xét tới hai tia ghép song song l: 1 a 2.T1 1 Z (0, ds ) = l+ ds k =1k 2 2 g 0 l Để tính Z(0, Vì : 1 e k2 t Tk 1 e (4 11) đ.s) xét chuỗi: ds Tk ds . Chơng 4 Tính toán nối đất cho trạm 110/35 kv 4.1- Giới thiệu chung v một số vần đề kỹ thuật khi tính toán nối đất trạm biến áp. Nhiệm vụ của nối đất l tản. nên phần nối đất chống sét ta nối chung với mạch vòng nối đất của trạm. 4.2- Các số liệu dùng để tính toán nối đất. Điện trở suất đo đợc của đất: đ =