- Với h( )m h 12,47( )m
CHƯƠNG III: TÍNH TỐN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG
3.1 KHÁI NIỆM CHUNG
Hệ thống nối đất là tập hợp các điện cực (các cọc, thanh kim loại ) chơn trong đất, được nối với nhau và nối với vật cần nối đất.
Nhiệm vụ của nối đất là tản dịng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên vật nối đất cĩ trị số bé. Trong việc bảo vệ quá điện áp, nối đất của trạm biến áp, của các cột thu sét, của đường dây và của thiết bị chống sét rất quan trọng. Hệ thống nối đất cĩ vai trị rất quan trọng kết hợp cùng với hệ thống chống sét đánh trực tiếp phát huy tối đa khả năng chống sét bảo vệ an tồn cho trạm biến áp nĩi riêng và cho tồn hệ thống điện nĩi chung. Do đĩ việc tính tốn nối đất cho trạm biến áp là rất cần thiết, việc tính tốn hệ thống nối đất phải đảm bảo được các yêu cầu về mặt kỹ thuật, mỹ thuật cũng như yêu cầu về kinh tế.
Trong hệ thống điện cĩ ba loại nối đất khác nhau đĩ là: - Nối đất làm việc.
- Nối đất an tồn. - Nối đất chống sét.
Hệ thống nối đất phụ thuộc nhiều vào điện trở nối đất Rđ.
3.1.1 NỐI ĐẤT LÀM VIỆC
Nhiệm vụ của nối đất này là đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị hoặc một số bộ phận thiết bị ở trạng thái đã được quy định sẵn. Nối đất làm việc gồm cĩ:
-Nối đất điểm trung tính của máy biến áp trong hệ thống cĩ điểm trung tính trực tiếp nối đất
-Nối đất của máy biến ấp đo lường và của kháng điện bù ngang trên đường dây tải điện đi xa.
3.1.2 NỐI ĐẤT AN TỒN
Nối đất an tồn hay cịn gọi là nối đất bảo vệ, cĩ nhiệm vụ bảo đảm an tồn cho người khi cách điện của thiết bị điện bị hỏng. Thực hiện nối đất an tồn bằng cách đem nối đất mọi bộ phận kim loại bình thường khơng mang điện (vỏ máy, thùng máy biến áp, khung, giá của máy cắt điện, các giá đỡ kim loại, chân sứ .... ), khi cách điện bị hư hỏng trên các bộ phận này xuất hiện điện thế nhưng do đã được nối đất nên giữ được mức điện thế thấp, do đĩ đảm bảo được an tồn cho người khi tiếp xúc với chúng.
3.1.3 NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT
Nối đất chống sét nhằm tản dịng điện sét vào trong đất khi cĩ sét đánh vào cột thu sét hoặc trên đường dây, để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên thân cột khơng quá lớn do đĩ hạn chế được các phĩng điện ngược tới các cơng trình cần bảo vệ.
3.2.1 YÊU CẦU VỀ NỐI ĐẤT
Ở các nhà máy điện và trạm biến áp về nguyên tắc là phải tách rời các hệ thống nối đất bảo vệ, nối đất chống sét, nối đất an tồn để đề phịng khi cĩ dịng điện ngắn mạch lớn ( hay dịng điện sét ) đi vào hệ thống nối đất làm việc sẽ khơng gây điện thế cao trên hệ thống nối đất an tồn. Nhưng trong thực tế điều đĩ khĩ thực hiện vì nhiều lý do, cho nên thường chỉ dùng một hệ thống nối đất chung cho các nhiệm vụ trên. Do đĩ hệ thống nối đất chung ấy phải thỏa mãn các yêu cầu của thiết bị, cần cĩ điện trở nối đất bé nhất. Điện trở nối đất của hệ thống này yêu cầu khơng được quá 0,5 Ohm.
Để đảm bảo về yêu cầu nối đất cũng như để giảm khối lượng kim loại trong việc xây dựng hệ thống nối đất, nên tận dụng các loại nối đất tự nhiên như:
- Ống nước chơn dưới đất hay các ống kim loại khác (khơng chứa các chất dễ cháy, dễ nổ).
- Hệ thống dây chống sét - cột.
- Kết cấu kim loại của các cơng trình (như ở các nhà máy thủy điện).
Khi dùng nối đất tự nhiên phải tuân theo những quy định của quy phạm. Nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thỏa mãn các yêu cầu của thiết bị cĩ dịng điện ngắn mạch chạm đất bé thì khơng cần làm thêm nối đất nhân tạo nữa. Nhưng đối với các thiết bị cĩ dịng điện ngắn mạch chạm đất lớn thì cần phải nối đất nhân tạo và yêu cầu trị số điện trở nối đất nhân tạo vẫn phải nhỏ hơn 1Ω.
3.2.2 TRỊ SỐ CHO PHÉP CỦA ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT
Trị số điện trở nối đất càng bé thì tác dụng của nối đất càng cao. Nhưng việc giảm trị số của điện trở nối đất sẽ làm tăng giá thành xây dựng lên nhiều vì khối lưọng kim loại tăng,do đĩ cần phải quy định trị số cho phép của điện trở nối đất.
Đối với hệ thống nối đất làm việc, trị số của nĩ phải thảo mãn các yêu cầu của tình trạng làm việc của mỗi thiết bị. Theo quy trình:
- Đối với các thiết bị nối đất trực tiếp thì yêu cầu điện trở nối đất: R ≤ 0,5Ω.
- Đối với các thiết bị cĩ điểm trung tính khơng nối đất trực tiếp thì yêu cầu: R ≤ 250I Ω.
nếu như hệ thống nối đất ấy chỉ dùng cho các thiết bị cao áp.
Nếu hệ thống cĩ điểm trung tính cách điện và hệ thống nối đất cho cả các thiết bị cao áp và hạ áp thì yêu cầu:
R ≤ 125I Ω. nhưng khơng được quá 10Ω.
Dịng điện I tùy theo mỗi trưịng hợp sẽ cĩ trị số khác nhau:
- Trong hệ thống khơng cĩ thiết bị bù thì dịng điện tính tốn I là dịng điện khi cĩ chạm đất một pha (cả mạng trên khơng và mạng cáp):
I = 3. Uf.ω.C.
Trong đĩ: C là điện dung của một pha của hệ thống nối đất.
- Nếu hệ thống cĩ thiết bị bù thì dịng điện tính tốn là một phần dịng điệncịn lại hay chưa được bù của dịng điện ngắn mạch chạm đất trong mạng khi đã cắt đi thiết bị bù cĩ cơng suất lớn nhất, nhưng chú ý là phần dịng điện ấy khơng được quá 30A.
- Dịng điện tính tốn trong hệ thống nối đất mà trong đĩ cĩ nối thiết bị bù lấy bằng 125% dịng điện định mức của thiết bị bù.
Ngồi việc đảm bảo trị số điện trở nối đất đã quy định và giảm nhỏ điện trở nối đất của trạm và nhà máy điện, cịn cần phải chú ý đến sự phân bố thế trên tồn diện tích của trạm.
3.3 CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TỐN NỐI ĐẤT
Theo nhiệm vụ thiết kế cho:
- Diện tích trạm: S = 79×44 = 3476 (m2)
- Hệ thống cột thu lơi được bố trí và tính tốn ở chương 1. - Điện trở suất của đất đo được: ρđ = 100 Ω.m (đất sét pha ) - Điện trở nối đất của cột điện đường dây là: Rcột = 10Ω. - Dây chống sét sử dụng loại dây TK-50 cĩ r0 = 3,7 Ω/km. - Chiều dài khoảng vượt: lkv = 200m. (cấp điện áp 110 kV)
- Cường độ điện trường cho phép trong khơng khí và trong đất là: Ecpkk = 500 kV/m; Ecpđ = 300 kV/m.
- Biên độ dịng điện sét: Is = 150 kA.
- Độ dốc dịng điện sét a = dis/dt = 30 kA/µs.
- Điện cảm trên đơn vị dài của dây nối đất L0 = 1,7 µH/m. - Điện áp U50% bé nhất của máy biến áp U50% = 460kV.
- Dịng điện chạm đất cực đại đi qua hệ thống nối đất: I = 5.4kA. - Điện trở suất của lớp đá dăm rải trên nền trạm: ρs = 3000 Ω.m. - Độ dày lớp đá dăm hs = 0,15m
3.4 TRÌNH TỰ TÍNH TỐN
3.4.1 TÍNH TỐN NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP 110 kV DIÊN SANH THEO TCVN 4756 - 1989 THEO TCVN 4756 - 1989
Trong phạm vi đề tài này ta chỉ xét nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống chống sét cột và đường dây của đường dây tải điện 110kV tới trạm.
Cơng thức tính tốn điện trở của hệ thống chống sét cột đường dây:
Rcsc = Rtn = m R R R cs c c 1 . 4 1 2 1+ + (Ω)
Trong đĩ: m: Là số lộ đường dây 110kV.
Rcs: Là điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vượt.