Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống chống sét cho một trạm biến áp và đường dây cao áp dẫn tới trạm

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Thiết kế hệ thống chống sét cho trạm biến áp đường dây cao áp dẫn tới trạm MỞ ĐẦU GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HIỆN TƯỢNG SÉT Ở VIỆT NAM Qua việc nghiên cứu giông sét biện pháp bảo vệ chống sét cho cơng trình, thiết bị có lịch sử từ lâu đời Ngày người ta tìm biện pháp, hệ thống thiết bị kỹ thuật tiên tiến để phòng chống sét cách hữu hiệu an tồn Tuy nhiên giơng sét tượng tự nhiên Mật độ, thời gian cường độ sét mang tính ngẫu nhiên việc nghiên cứu chống sét quan trọng cơng trình Ở vùng khác nhau, điều kiện khí hậu thiết bị kỹ thuật khác nên đặc điểm giông sét gây tác hại khác Tuỳ theo vùng mà có biện pháp thích hợp để phịng chống sét có hiệu A.Tình hình giơng sét việt nam: Theo đề tài KC-03-07 Viện lượng năm số ngày giông Miền bắc nước ta thường giao động khoảng từ 70 đến 110 ngày số lần giông từ 150 đến 300 lần, vào mùa mưa trung bình ngày xảy từ đến giông Vùng giông nhiều Miền Bắc vùng Tiên Yên, Móng Cái; Tại hàng năm có từ 100 đến 110 ngày, tháng nhiều giơng tháng VII, VIII có tới 25 ngày/ tháng Một số vùng khác có địa hình chuyển tiếp cồng số lần giông nhiều tới 200 lần với số ngày giông khoảng 100 ngày, vùng cịn lại từ 150 đến 200 giơng năm tập chung khoảng 90 đến 100 ngày Nơi giơng vùng Quảng Bình hàng năm có 80 ngày giơng Xét dạng diễn biến mùa giông năm ta thấy mùa giông không Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP hoàn toàn đồng vùng Nói chung Bắc Bộ mùa mưa bão tập chung khoảng từ tháng đến tháng phía tây Bắc Bộ mùa giông tập trung khoảng từ đầu tháng đến tháng Ở nơi khác thuộc Bắc Bộ tháng 5, tháng Hà Tĩnh, Quảng Bình Vùng Duyên hải trung phần phía bắc đến Quảng Ngãi khu vực tương đối nhiều giông tháng từ tháng đến tháng Số ngày giông tập trung xấp xỉ 10 ngày/tháng Tháng nhiều giông (tháng ) quan sát 12 đến 15 ngày Những tháng đầu mùa (tháng 4) tháng cuối mùa (tháng 10) tháng gặp từ đến lần giơng Phía nam Dun Hải trung (từ Bình định trở vào) khu vực giơng thường có tháng số ngày giông xấp xỉ lớn 10 ngày (Tuy hoà 10 ngày, Nha Trang ngày, Phan Thiết 13 ngày) cịn tháng khác mùa đơng tháng quan sát từ đến ngày giông Miền Nam nhiều giông hàng năm trung bình quan sát từ 40 đến 50 ngày đến 100 ngày tuỳ nơi Khu vực nhiều giông vùng đồng Nam Bộ số ngày giông trung bình hàng năm lên tới 120 đến 140 ngày (Sài Gòn 138 ngày, Hà Tiên 129 ngày) Bắc Bộ vào khoảng 100 ngày Mùa giông Nam từ tháng đến tháng 11, trừ tháng đầu mùa tháng tháng cuối mùa tháng 11 số ngày giơng trung bình 10 ngày tháng tháng tháng đến tháng 10 tháng quan sát trung bình gặp 20 ngày giơng (sài gịn 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày) Tây Ngun mùa giơng thường có 2, tháng số ngày giơng đạt tới 10 đến 15 ngày tháng 4, tháng tháng Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan sát chừng 15 ngày giông bắc Tây Nguyên 10 đến 12 ngày, nam Tây Nguyên (P Lây Cu 17 ngày Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày) tháng khác mùa đơng tháng trung bình từ đến ngày giông Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Qua số liệu khảo sát ta thấy tình hình giơng sét ba miền khác nhau, vùng lân cận lại có mật độ giơng sét tương đối giống Kết nghiên cứu đề tài KC-03-07 người ta lập đồ phân vùng giơng tồn Việt nam phân thành vùng 147 khu vực Các thông số cho ghi bảng Bảng : Ngày giơng Giờ giơng trung bình trung bình (ngày/năm) (giờ/năm) Đồng ven biển Miền 81,1 215,6 Bắc Miền núi trung du Miền 61,6 219,1 Bắc Cao nguyên Miền Trung 47,6 126,21 Ven biển Miền Trung 44,0 95,2 Đồng Miền Nam 60,1 89,32 Vùng Mật độ Tháng sét trung giơng bình cực đại 6,47 6,33 3,31 3,55 5,37 5;8 5;8 5;9 Từ số liệu ngày giông số lượng đo lường nghiên cứu thực qua giai đoạn tính tốn đưa số liệu dự kiến mật độ phóng điện xuống khu vực (bảng 2) Bảng : Số Khuvực Khuvực miền Khu vực Khu vực Khu vực ngày đồng ven núi trung du cao nguyên ven biển đồng giông biển miền bắc miền bắc miền trung miền trung miền nam 20 ÷ 40 2,43 ÷ 4,68 2,1 ÷ 4,2 1,2 ÷ 2,4 1,22 ÷ 2,44 1,26 ÷ 2,52 4o ÷ 60 4,86 ÷ 7,92 4,2 ÷ 6,3 2,4 ÷ 3,6 2,44 ÷ 3,65 2,52 ÷ 3,78 60 ÷ 80 7,92 ÷ 9,72 6,3 ÷ 8,4 3,6 ÷ 4,8 3,65 ÷ 4,87 3,78 ÷ 5,04 80 ÷ 100 100 ÷ 120 9,72 ÷ 12,1 8,4 ÷ 10,5 4,8 ÷6,0 4,87 ÷ 6,09 5,04 ÷ 6,3 12,15÷14,58 10,5 ÷12,6 6,0 ÷7,2 6,09 ÷ 7,31 6,3 ÷ 5,76 Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Qua nghiên cứu ta thấy Việt Nam nước có số ngày giơng nhiều mật độ phóng điện lớn dòng sét gây nên thiệt hại đáng kể cho lưới điện cơng trình xây dựng Việt Nam B Ảnh hưởng giông sét Ở Việt Nam khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KC-03-07 lắp đặt vật ghi sét ghi tổng hợp đường dây tải điện nhiều năm liên tục Kết thu thập tình hình cố lưới điện 220kV Miền Bắc từ năm 1987÷1992 (bảng ) Bảng : ĐDK phả lại ÷ Hà đơng Loại cố năm Dưới 220KV Tổng số Vĩnh cửu Tổng số Vĩnh cửu Do sét 1987 2 1 1988 5 1989 24 1990 25 1 1991 30 1 1992 19 4 Tổng số 106 16 38 11 Trong tổng số cố vĩnh cửu đường dây khơng 220 kV Phả Lại ÷ Hà Đông nguyên nhân sét 8/11 chiếm 72,7% Sở dĩ lấy kết cố đường dây Phả Lại ÷ Hà Đơng làm kết chung cho cố lưới điện Miền Bắc đường dây quan trọng Miền Bắc cố đường dây ảnh hưởng lớn đến tình hình chuyên tải điện Miền Bắc Kết luận : Qua nghiên cứu tình hình giơng sét Việt Nam tác hại sét gây nên lưới điện, việc bảo vệ chống sét cho đường dây điện trạm biến áp thiếu thiết kế Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP lưới điện Vì việc đầu tư nghiên cứu chống sét cần thiết để nâng cao độ tin cậy vận hành lưới điện nước ta CHƯƠNG I : TÍNH TỐN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 1.1 :Giới thiệu chung ƒ Khi thiết bị điện trạm phân phối điện trời bị sét đánh trực tiếp gây hậu ngiêm trọng : gây nên hư hỏng thiết bị điện, dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn trạm thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản xuất điện ngàng kinh tế quốc dân khác ƒ Hiện để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho cơng trình thường dùng hệ thống thu sét như: cột thu sét, dây thu sét Hệ thống thu sét gồm phận thu sét (kim, dây ), phận nối đất dây dẫn liên hệ hai phận với Cột thu sét đặt độc lập điều kiện cho phép đặt kết cấu trạm nhà máy ƒ Thông thường để giảm vốn đầu tư để tận dụng độ cao trạm biến áp người ta đặt cột thu sẻt xà đỡ, cột đèn chiếu sáng, mái nhà Cột thu lôi độc lập thường đắt nên dùng tận dụng độ cao khác ƒ Nếu đặt cột thu lôi kết cấu trạm phân phối điện trời dùng dây chống sét để bảo vệ cho đoạn dây dẫn nối từ xà cuối trạm đến cột đường dây chúng nối đất chung vào hệ thống nối đất trạm.Vì sét đánh vào thu lôi hay đoạn dây chống sét tồn dịng điện sét vào hệ thống nối đất trạm làm tăng thiết bị nối đất chung với hệ thống nối đất trạm Độ tăng lớn gây nguy hiểm cho thiết bị, điều kiện Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP cho phép đặt cột thu lơi cơng trình trạm dùng dây chống sét trạm ƒ Tác dụng bảo vệ hệ thống thu sét chỗ tập trung điện tích đỉnh phận thu sét, tạo nên điện trường lớn với đầu tia tiên đạo Do thu hút phóng điện sét hình thành khu vực an tồn bên dưới, chung quanh hệ thống thu sét Bộ phận nối đất hệ thống thu sét cần có điện trở nối đất bé để việc tập trung điện tích cảm ứng đất dễ dàng có dịng điện sét qua điện áp phận hệ thống thu sét khơng đủ gây nên phóng điện ngược từ tới cơng trình đặt gần Khi thiết kế hệ thống chống sét phải ý so sánh mặt kỹ thuật, mỹ thuật vấn đề nối đất cột thu lôi Đối với trạm phân phối ngồi trời 110kV trở nên có mức cách điện cao nên đặt cột thu lôi kết cấu trạm phân phối ,các trụ kết cấu có đặt cột thu lơi phải ngắn cho dịng điện sét khuếch tán vào đất theo 3÷4 hệ thống nối đất Ngoài trụ kết cáu phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất Khi bố trí cột thu sét trạm phân phối trời 110kV trở lên phải0 thực điều sau: + Ở chỗ nối kết cấu có đặt cột thu lơi vào hệ thống nối đất cần phải có nối đất bổ xung nhằm đảm bảo điện trở khơng q 4Ω + Khi bố trí cột thu lôi xà trạm 35kV phải tăng cường cách điện lên đến mức cách điện cấp 110kV +Trên đầu cuộn dây 6÷10kV cần đặt chống sét van +Để bảo vệ cuộn dây 35kV cần đặt chống sét van Khoảng cách chỗ nối vào hệ thống nối đất vỏ máy biến áp chống sét van phải nhỏ 5m + Khoảng cách khơng khí kết cấu trạm có đặt cột thu lôi phận mang điện không bé chiều dài chuỗi sứ + Có thể nối cột thu lôi vào hệ thống nối đất trạm phân phối cấp110kV yêu cầu thực Khi dùng cột thu lôi độc lập phảI ý Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP đến khoảng cach cột thu lôi đến phận trạm để tránh khả phóng điện từ cột thu lơi đến vật bảo vệ Đối với nhà máy điện dùng sơ đồ đặt cột thu lôi xà máy biến áp máy phát điện máy biến áp lối với cầu bọc kín hai đầu lối đất Nếu cầu có phân đoạn khơng phép đặt cột thu lôi xà máy biến áp Để đảm bảo mặt khí để trống ăn mịn cần phải theo qui định loại vật liệu, tiếp diện dây dẫn dùng mặt đất đất 1.2 u cầu đối vơí cột trịng sét dây thu sét Cột thu sét lên dùng giá đỡ cột bê tơng cốt thép để làm dây dẫn dịng điện sét từ kim thu sét đến hệ thống lối đất để giảm vốn đầu tư + Cột thu lôi thiết kế làm việc trạng thai tự không làm việc trạng thá căng + Khi trọn phần tử cột thu lôi (phần thu dây dẫn dịng điện sét) dựa phát nóng chúng tính tốn bỏ qua tản nhiệt môi trường xung quanh Kim thu sét phải nhỏ nhọn để tập trung điện tích tạo lên trường lớn với tia tiên đạo thu hút dịng điện sét hình thành khu vực an toàn bên xung quanh hệ thống thu sét + Dây thu sét phải có tiết diện nhỏ bề mặt dẫn điện tốt để đảm bảo dòng điện sét chạy qua, tập trung điện tích thu hút dịng điện sét phía không gây ảnh hưởng đến phần tử nằm phạm vi bảo vệ đem lại an toàn cho thiết bị - Khi bố trí dây thu sét để bảo vệ cho đường dây cao áp tuỳ theo cách bố trí dây đãn cột treo hai thu sét Các dây trống sét treo đường dây tải điện cho dây dẫn ba pha nằm phạm vi bảo vệ dây 1.3 Tính tốn hệ thống chống sét Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP 1.3.1.Các công thức sử dụng tính tốn bảo vệ chống sét a Phạm vi bảo vệ cột thu sét: Phạm vi bảo vệ cột thu sét miền giới hạn mặt ngồi hình chóp trịn xoay có bán kính đáy xác định phương trình : rx = 1,6 (h - hx ) hx 1+ h (1-1) Trong : - h độ cao cột thu sét - rx bán kính phạm vi bảo vệ mức cao hx - hx độ cao vật cần bảo vệ - h - hx độ cao hiệu dụng cột thu sét Để dễ dàng thuận tiện tính tốn thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn giản hố (hình 1-1) đường sinh hình chóp có dạng gấp khúc Khi bán kính bảo vệ tính tốn theo công thức sau : hx ) 0,8h (1-2) hx ) h (1-3) - Khi hx ≤ h ; rx = 1,5h (1 - - Khi hx ≥ h ; rx = 0,75h (1 - Các công thức dùng trường hợp cột thu sét cao tới 30m Khi cột có độ cao 30m phải nhân theo hệ số hiệu chỉnh P với P = 5,5 h hình vẽ dùng hoành độ 0,75h.P 1,5h.P Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Mặt phạm vi bảo vệ mức cao hx Hình 1.2 Phạm vi bảo vệ cột thu sét b Phạm vi bảo vệ cuả hai cột thu sét có độ cao Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có kích thước lớn nhiều so với tổng số phạm vi bảo vệ hai cột đơn Bằng thực nghiệm người ta chứng minh khu vực có xác suất 100% phóng điện vào cột thu sét có bán kính r =3,5h Như hai cột thu sét đặt cách a = 2R = 7h điểm mặt đất khoảng hai cột khơng bị sét đánh Từ suy hai cột thu sét đặt cách khoảng cách a < 7h bảo vệ độ cao h0 xác định : h - h0 = a ⇒ h0 = h - a (1-4) Mặt cắt thẳng đứng qua hai cột thu sét phạm vi bảo vệ cho hình ( 1-3): Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Hình Phạm vi bảo vệ cột thu sét có độ cao c Phạm vi bảo vệ cột thu sét có độ cao khác Cột có độ cao h1 Cột có độ cao h2 (h1< h2) Khoảng cách cột a Ta có cách vẽ phạm vi bảo vệ : Hình Phạm vi bảo vệ cột thu sét có độ cao khác Khi độ cao cột thu sét vượt 30m có hiệu chỉnh tương tự và: h0 = h - a 7p Cách vẽ phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có chiều cao khác đựoc trình bày ( hình - ) Trước tiên vẽ phạm vi bảo vệ cột cao, sau qua đỉnh cột thấp vẽ đường thẳng gặp đường sinh phạm vi bảo vệ cột Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 10 ... để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho cơng trình thường dùng hệ thống thu sét như: cột thu sét, dây thu sét Hệ thống thu sét gồm phận thu sét (kim, dây ), phận nối đất dây dẫn liên hệ hai phận... thu sét để bảo vệ cho đường dây cao áp tuỳ theo cách bố trí dây đãn cột treo hai thu sét Các dây trống sét treo đường dây tải điện cho dây dẫn ba pha nằm phạm vi bảo vệ dây 1.3 Tính tốn hệ thống. .. trạm. Vì sét đánh vào thu lôi hay đoạn dây chống sét tồn dịng điện sét vào hệ thống nối đất trạm làm tăng thiết bị nối đất chung với hệ thống nối đất trạm Độ tăng lớn gây nguy hiểm cho thiết bị,