Tính toán bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV và đường dây 220kV

KHÁI NIỆM CHUNG

CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT

- Đối với trạm phân phối ngoài trời từ 110 (kV) trở lên do có cách điện cao (khoảng cách các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) nên có thể đặt cột thu lôi trên các kết cấu của trạm phân phối. Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ MBA thì yêu cầu khoảng cách giữa hai điểm nối đất vào hệ thống nối đất của cột thu lôi và vỏ MBA theo đường điện phải lớn hơn 15(m).

CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CỘT THU SÉT 1.Phương án I

3.Bán kính bảo vệ của cột thu sét ở các độ cao cần bảo vệ hx tương ứng.

Khái niệm chung

Tuy nhiên trên thực tế khó thực hiện vì nhiều lí do, nên thường chỉ dùng 1 hệ thống để làm 2 nhiệm vụ. Vì vậy hệ thống nối đất chung ấy phải thoả mãn yêu cầu của các thiết bị cần có điện trở nối đất bé nhất. + Ống nước chôn dưới đất hay các ống kim loại khác (không được chứa các chất dễ gây cháy nổ).

Khi dùng hệ thống nối đất tự nhiên phải tuân theo những qui định của qui phạm. Nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn các yêu cầu của thiết bị có dòng ngắn mạch bé thì không cần làm thêm nối đất nhân tạo nữa. Nhưng đối với các thiết bị có dòng điện ngắn mạch lớn thì cần phải nối đất nhân tạo và yêu cầu trị số điện trở nhân tạo < 1Ω.

Tính nối đất an toàn

Nếu như đã đảm bảo về điều kiện của nối đất chống sét thì ta không cần phải tiến hành nối đất bổ xung, còn nếu không đảm bảo yêu cầu của nối đất chống sét thì ta cần phải tiến hành nối đất bổ xung. Khi có dòng điện sét đi vào bộ phận nối đất và tốc độ biến thiên của dòng điện sét theo thời gian rất lớn trong thời gian đầu của điện cảm của khu vực nối đất sẽ ngăn cản không cho dòng điện đi tới phần cuối của điện cực khiến cho điện áp phân bố không đều.Trong thời gian về sau ảnh hưởng của điện cảm mất dần và điện áp sẽ phân bố đều hơn .Thời gian của quá trình quá độ trên phụ thuộc vào hằng số thời gian T = L.g.l2. Từ công thức trên ta thấy rằng khi dòng điện tản trong đất là dòng 1 chiều hay dòng xoay chiều tần số công nghiệp thì ảnh hưởng của L không đáng kể và bất kỳ hình thức nối đất nào (thẳng đứng hoặc nằm ngang ) cũng đều biểu thị trị số của điện trở tản.

Nếu điện cực dài, hằng số thời gian có thể đạt tới mức τđs và tại thời điểm dòng điện đạt trị số cực đại, quá trình quá độ chưa kết thúc, nối đất thể hiện như một tổng trở Z và có trị số rất lớn so với trị số điện trở tản.Trường hợp này gọi là nối đất phân bố dài. Trong khi ta thiết kế bảo vệ chống sét cho các TBA thường thì hệ thống nối đất chống sét được nối chung với nối đất an toàn tạo thành hệ thống nối đất chung ( chỉ áp dụng cho cấp điện áp Uđm ≥ 110 kV). + Thành phần ổn định có trị số bằng trị số điện trở xoay chiều là: 1/(2.G.l) Tổng trở xung kích của hệ thống nối đất tiến tới trị số ổn định càng nhanh thì trị số điện trở tản càng ngắn .Chiều dài của điện cực càng lớn thì điện áp ở đầu cuối càng bé, điều này chứng tỏ các phần ở cuối của điện cực phát huy tác dụng kém.

Yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đ ường dây 220kV

Ta có thể thấy rằng trường hợp sét đánh thẳng vào đường dây là nguy hiểm nhất vì đường dây phải chịu toàn bộ năng lượng của phóng điện sét, do đó được chọn để tính toán chống sét cho dường dây. Trị số quá điện áp cảm ứng thường rất lớn nên ta không thể chọn được mức cách điện đường dây đáp ứng được yêu cầu của quá điện áp khí quyển mà ta chỉ có thể chọn theo mức độ hợp lý về mặt kinh tế và kỹ thuật. Trong phạm vi của đồ án chỉ tập trung vào cách tính toán số lần cắt điện do sét , trên cơ sở đó xác định được phương hướng và biện pháp để giảm số lần cắt điện.Với độ treo cao trung bình của dây dẫn trên cùng ( dây dẫn hoặc dây chống sét ) là h, đường dây sẽ thu hút về phía mình các phóng điện sét trên dải đất có chiều dài là 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây.

Để so sánh khả năng chịu sét của đường dây tải điện có các tham số khác nhau , đi qua những vùng có cường độ sét khác nhau người ta thường dùng trị số suất cắt đường dây tức là số lần cắt khi đường dây có chiều dài L = 100 km. Nếu có phóng điện sét mà điện trở nối đất cột đường dây khá lớn thì điện áp tác dụng lên cách điện có khả năng vượt qua mức cách điện xung kích của nó và gây nên phóng điện ngược tới dây dẫn. Trong trường hợp đầu thì cách điện đường dây nằm trong vùng có điện từ trường mạnh của khe phóng điện sét và đi qua cột điện là toàn bộ dòng điện sét, còn các trường sau do cách điện ở xa nên không xét đến ảnh hưởng của điện từ trường của khe sét đồng thời trị số dòng điện sét cũng giảm thấp (bằng 1/2 so với khi sét đánh vào đỉnh cột và. phải chia làm 2 phần gần như đều nhau đi vào các cột điện lân cận ).

Trình tự tính toán

Để cụ thể hơn ta sẽ đi vào tính toán các rham số khi sét đánh vào đường dây 220 kV.

Các tham số sử dụng để tính toán

*Khoảng cách không khí được chọn theo sự phối hợp cách điện với chuỗi sứ là :2210 mm. * Tổng sóng của dây chống sét khi không xét tới ảnh hưởng của vầng quang : Zcs = 60 ln. * Tổng trở sóng của dây chống sét khi xét tới ảnh hưởng của vầng quang : Khi đó thành phần của điện dung tăng làm cho tổng trở sóng giảm.

Vì vậy, ta cần hiệu chỉnh lại bằng cách lấy tổng trở sóng Zcs chia cho hệ số hiệu chỉnh λ.

Hệ số ngẫu hợp giữa dây chống sét và dây dẫn các pha

Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn Trong trường hợp này ta tính với dây pha A. Suất cắt của 100Km đường dây do sét đánh vòng qua dây thu sét vào dây dẫn. Nên dòng điện sét giảm đi rất nhiều so với khi sét đánh vào nơi có nối đất tốt.

Ta nhận thấy dây dẫn pha A có độ cao và góc bảo vệ lớn hơn dây dẫn pha B và pha C nên ta chọn pha A để tính toán. Nghĩa là khi có sét đánh vòng qua dây thu sét vào đường dây thì chỉ đánh vào dây dẫn pha A.

Tính suất cắt của đường dây 220kV do sét đánh vào khoảng vượt

Khi đường dây tải điện bị sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét thì sẽ sinh ra các điện áp là: điện áp tác dụng không khí giữa dây dẫn và dây chống sét (ở đây ta chỉ xét với dây dẫn pha A ), điện áp tác dụng lên cách điện của chuỗi sứ. Như vậy điện áp tác dụng lên cách điện không khí sẽ phụ thuộc vào a,l .Trong thiết kế và xây dựng đường dây người ta thường chọn khoảng cách l đủ lớn để tránh trạm dây, nên khả năng xảy ra phóng điện ở giữa khoảng vượt là không đáng kể. - Để đơn giản ta giả thiết rằng sét chỉ đánh vào đỉnh cột điện, khi đó phần lớn dòng điện sét is sẽ đi vào đất qua bộ phận nối đất của cột điện, phần còn lại rất nhỏ sẽ đi theo dây chống sét đi vào các bộ phận nối đất của các cột điện lân cận.

- Khi có quá điện áp khí quyển tác dụng lên cách điện đường dây, đối với các pha khác nhau thì không giống nhau, do đó ta phải tiến hành tính toán điện áp đặt lên cách điện đối với từng pha. Sau khi xác định được giá trị quá điện áp khí quyển tác dụng lên chuỗi sứ pha A là nguy hiểm hơn thì ta sẽ tính toán Ucđ(a,t) pha A theo các giá trị của a và t thay đổi. Xác suất phóng điện để dòng điện sét có biên độ I lớn hơn một giá trị Ii nào đó và xác suất để độ dốc a của dòng điện sét lớn hơn giá trị của độ dốc a nào đó được xác định tương tự như với trường hợp sét đánh vào đỉnh khoảng vượt.

+ Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn không phụ thuộc vào trị số điện trở nối đất của cột điện và có thể giảm được khi ta giảm góc bảo vệ α hay giảm độ cao của cột điện nhưng việc giảm góc bảo vệ hay giảm. Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt hay đỉnh cột cũng phụ thuộc vào độ cao dây chống sét và dây dẫn nhưng chủ yếu phụ thuộc vào trị số điện trở nối đất cột điện.