- Với h( )m h 12,47( )m
CHƯƠNG IV: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG
4.2 CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ CƠNG THỨC TÍNH SUẤT CẮT ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
CẮT ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
Để đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cũng như kinh tế, khi tính tốn bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện cần chú ý đến các yêu cầu sau:
• Quá điện áp khơng những chỉ gây nên phĩng điện trên cách điện đường dây mà cịn truyền sĩng vào trạm biến áp gây sự cố phá hoại cách điện trong trạm. Do đĩ khi giải quyết vấn đề bảo vệ chống sét đường dây phải cĩ quan điểm tổng hợp nghĩa là phải cĩ kết hợp chặt chẽ với việc chống sét ở trạm, đặc biệt ở đoạn đường dây gần trạm ( đoạn tới trạm) phải được bảo vệ cẩn thận vì khi sét đánh ở khu vực này sẽ đưa vào trạm các quá điện áp với tham số lớn, rất nguy hiểm cho cách điện của trạm.
• Quá điện áp khí quyển cĩ thể là do sét đánh thẳng lên đường dây hoặc sét đánh xuống mặt đất gần đĩ và gây nên quá điện áp cảm ứng trên đường dây. Cĩ thể thấy trường hợp đầu nguy hiểm nhất vì đường dây phải chịu đựng tồn bộ năng lượng của phĩng điện sét, do đĩ nĩ được chọn để tính tốn chống sét đường dây.
Ngồi ra, vì trị số của quá điện áp khí quyển rất lớn nên khơng thể chọn mức cách điện đường dây đáp ứng được hồn tồn yêu cầu của quá điện áp khí quyển mà chỉ chọn theo mức độ hợp lý về kinh tế và kỹ thuật. Do đĩ yêu cầu đối với bảo vệ
chống sét đường dây khơng phải loại trừ hồn tồn khả năng sự cố do sét mà chỉ là giảm số sự cố tới giới hạn hợp lý.
Chính vì thế, trong tính tốn bảo vệ chống sét đường dây sẽ tập trung vào cách tính tốn số lần cắt điện do sét, trên cơ sở đĩ xác định được phương hướng và biện pháp để giảm số lần cắt điện đường dây.
Khi đĩ xem mật độ sét là đều trên tồn bộ diện tích vùng cĩ đường dây đi qua, thì số lần sét đánh trực tiếp vào đường dây trong một năm là:
N = ms.nng−s. cs tb
h
L.6. .10−3 lần (4.1) Trong đĩ: ms= ( 0.1 ÷ 0.15) [lần/ Km2.ngày]
nng−s - số ngày cĩ sét trong một năm [ngày/ năm] cs
tb
h - độ cao trung bình của dây trên cùng, m L - chiều dài đường dây, Km.
Từ (4.1), nếu xem chiều dài đường dây là L = 100 Km; thì số lần sét đánh lên chiều dài 100 Km đường dây trong một năm được xác định như sau:
N = (0.1 ÷ 0.15) .nng−s. cs tb h . 6 .100.10−3 [lần/ 100 Km.năm] Hay: N = (0.06 ÷ 0.09) .nng−s. cs tb h [lần/ 100 Km.năm] (4.2) Đối với đường dây cĩ treo dây chống sét thì chủ yếu sét sẽ đánh vào dây chống sét ngồi ra cịn một số lần rất ít sét đánh vịng qua dây chống sét vào dây dẫn, khả năng này được xác định bởi xác suất đánh vịng (Vα ) và được xác định theo cơng thức kinh nghiệm sau:
lgVα = 90 c h α - 4 (4.3) Trong đĩ: hc- chiều cao cột điện, m
α - gĩc bảo vệ: là gĩc giữa đường thẳng thẳng đứng đi qua dây chống sét và đường thẳng nối liền dây chống sét và dây dẫn (độ).
Mặt khác, khi sét đánh vào dây chống sét cần phân biệt trường hợp sét đánh ở ngay cột điện hoặc khu vực ở gần cột điện và trường hợp sét đánh khoảng vượt. Vì thế, số lần sét đánh vào đường dây cĩ treo dây chống sét gồm:
• Số lần sét đánh vào đỉnh cột (kể cả số lần sét đánh vào dây chống sét lân cận đỉnh cột):
2
N
Nc ≈ (4.4) • Số lần sét đánh vịng qua dây chống sét vào dây dẫn:
α
N = N.Vα (4.5) • Số lần sét đánh trong khoảng vượt:
kv
N = N - Nc-Nα 2
N
≈ (4.6)
Khi bị sét đánh, quá điện áp tác dụng vào cách điện đường dây (sứ và khoảng cách khơng khí giữa dây dẫn và dây chống sét) cĩ thể gây ra phĩng điện. Khả năng phĩng điện được đặc trưng bởi xác suất phĩng điện Vpđ. Như thế ứng với số lần sét đánh Ni, số lần phĩng điện là:
pđđ
N = Ni.Vpđ (4.7)
Trong đĩ: Vpđ - phụ thuộc trị số của quá điện áp và đặc tính cách điện V-S của đường dây.
Khi cĩ phĩng điện trên cách điện của đường dây, máy cắt cĩ thể bị cắt ra nếu cĩ xuất hiện vầng quang tần số cơng nghiệp tại nơi phĩng điện. Xác suất thành hồ quang
η phụ thuộc vào điện áp làm việc trên cách điện pha của đường dây và độ dài cách
điện của đường dây.
Vậy số lần cắt điện của đường dây tương ứng với số lần sét đánh Ni:
cđđ
n = Npđđ.η = Ni.Vpđ.η (4.8)
(η: Xác suất chuyển từ dạng phĩng điện tia lửa do sét gây nên sang dạng ngắn
mạch hồ quang xoay chiều η = f(Elv))
Từ đĩ xác định số lần cắt điện tổng cộng của đường dây:
cđ
n = ∑ncđđ (4.9)
Khi sét đánh vào giữa khoảng vượt của dây chống sét, quá điện áp trên sứ cách điện cĩ trị số nhỏ (xem Giáo trình Kỹ thuật điện cao áp). Quá điện áp này chỉ lớn so với khoảng cách khơng khí giữa dây dẫn và dây chống sét. Tuy nhiên khi thiết kế người ta chọn khoảng khơng khí này đủ lớn nên khả năng phĩng điện xảy ra rất nhỏ, do đĩ cĩ thể bỏ qua. Vì thế trong chỉ tiêu bảo vệ chống sét, khơng cần tính đến số lần cắt do sét đánh vào giữa khoảng vượt của dây chống sét.
Quá điện áp cảm ứng do sét đánh gần đường dây chỉ gây ra xác suất phĩng điện đáng kể đối với đường dây 35 kV và thấp hơn. Đường dây 110 kV và cao hơn khơng cần tính đến quá điện áp cảm ứng.