3.2.1 Cường độ hoạt động của sét
Sổ ngày sét
Cường độ hoạt động của sét được biểu thị bằng số ngày có giông sét hàng năm (nng.s). Các số liệu này được xác định theo số liệu quan trắc ở các đài trạm khí tượng phân bố trên lãnh thổ từng nước. Theo số liệu thống kê của nhiều nước ta có :
- Số ngày sét hàng năm ở vùng xích đạo : 100 150 ngày. - Số ngày sét hàng năm ở vùng nhiệt đới : 75 ^ 100 ngày. - Số ngày sét hàng năm ở vùng ôn đới : 30 ^ 50 ngày.
II 50 30 20 10
n 0,6 0,45 Đồ án tốt nghiệp môn cao áp0,25 0,1
Để tính toán số lần có phóng điện xuống đất cần biết về số lần có sét đánh trên diện tích lkm2 mặt đất ứng với một ngày sét, nó có trị số khoảng ms= 0,1 -ỉ- 0,15 lần/km2.ngày sét. Từ đó sẽ tính được số lần sét đánh vào các công trình hoặc lên đường dây tải điện. Ket quả tính toán này cho một giá trị trung bình.
3.2.2 Số lần sét đánh vào đường dây
Coi mật độ sét là đều trên toàn bộ diện tích vùng có đường dây đi qua, có thế tính số lần sét đánh trực tiếp vào đường dây trong một năm là:
N = ms.nngs.L.h.\0~ĩ (3.1) Trong đó: ms: mật độ sét vùng có đường dây đi qua
nng s: số ngày sét trong một năm. h : chiều cao trung bình của các dây dẫn (m) L : chiều dài của đường dây (km).
Lấy L = lOOkm ta sẽ có số lần sét đánh vào lOOkm dọc chiều dài đường dây trong một năm.
AÍ = (0,U0,15).«„S,A6.100.10-3 = (0,06+ 0 , 0 9 ) . ( 3 . 2 ) Tuỳ theo vị trí sét đánh quá điện áp xuất hiện trên cách điện đường dây có trị số
khác nhau. Người ta phân biệt số lần sét đánh trực tiếp vào đường dây có dây chống sét thành ba khả năng.
- Sét đánh vào đỉnh cột:
N
dc 2 (3.3)
- Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn :
= (3.4)
Trong đó N : tống số lần sét đánh vào đường dây.
0 : xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn, nó phụ thuộc vào góc bảo vệ a và được xác định theo công thức sau:
lg^=^-4 (3.5)
VŨ Đức Ngọc-HTD2-K50 Page 37
Đồ án tốt nghiệp môn cao áp Trong đó hc: chiều cao của cột (m).
a : góc bảo vệ (độ).
- Sét đánh vào điếm giữa khoảng vượt:
Nk, = N-NJí-NJd*tt (3.6)
3.2.3 Số lần phóng điện do sét đánh vào đường dây
Khi bị sét đánh, quá điện áp tác dụng vào cách điện của đường dây ( sứ và khoảng cách không khí giữa dây dẫn và dây chống sét) có thể gây ra phóng điện. Khả năng phóng điện được đặc trung bởi xác suất phóng điện Vpđ. Như thế ứng với số lần sét đánh Nj số lần phóng điện :
Kpdi=Nrupd (3.7)
Xác suất phóng điện Vpđ phụ thuộc trị số của quá điện áp và đặc tính cách điện (V-
s ) của đường dây.
vpJ = p{ucd>Udj}(3.8)
3.2.4 Số lần cắt điện do sét đánh vào đưòng dây
Khi có phóng điện trên cách điện của đường dây, máy cắt có thể bị cắt ra nếu có xuất hiện hồ quang tần số công nghiệp tại nơi phóng điện. Xác suất hình thành hồ quang
TỊ phụ thuộc vào điện áp làm việc trên cách điện pha của đường dây và độ dài cách điện của đường dây. Có thế xác định T| theo bảng sau.
ncd i = N p drĩ1 = Ni-u p d-ĩỉ (3.10) ncd = ỴJncd, (3.11) ly pdcu - x u 50%
Với U|v : điện áp pha làm việc. Lcs : chiều dài chuồi sứ
Đồ án tốt nghiệp môn cao áp
Đối với đường dây dùng cột gỗ tính theo công thức
77 = (1,5.£/Ế-4).10-2 (3.9)
Etb: là cường độ trường trung bình trên tống chiều dài cách điện ( kv/m).
Cuối cùng có thế tính số lần cắt của đường dây tương ứng với số lần sét đánh Nji SỐ lần cắt điện tổng cộng của đường dây:
3.2.5 Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng
Số lần phóng điện do sét đánh gần đường dây cảm ứng gây phóng điện trên cách điện đường dây.
(15,6 + 23,4).«,./, -a* Trong đó ns: số ngày sét trong một
h : độ treo cao trung bình của dây dẫn. u50%: điện áp phóng điện 50% của chuỗi sứ.
ncdcu = N pdcu-n (3-1 3)
Đồ án tốt nghiệp môn cao áp
Đường dây 1 lOkV trở lên do mức cách điện cao (U5o%lớn) nên suất cắt do quá điện áp cảm ứng có trị số bé và trong cách tính toán có thể bỏ qua thành phần này.
3.3 Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đưòng dây 3.3.1 Thông số đưòng dây cần bảo vệ
a) Kết cấu cột điện Hình 3.2: Sơ đồ cột đơn 220kV Loại cột: cột đơn. Chiều cao cột: 28m. Chuồi sứ : + Sổ lượng ĩ 4 bát
+ Loại nc - 4,5 có chiều dài 1 bát sứ là lsứ = 170mm. Độ cao treo dây dẫn pha A: 22m Độ cao treo dây dẫn pha B: 16m
Đồ án tốt nghiệp môn cao áp Độ cao treo dây dẫn pha C: 16m.
b) . Dây dẫn và dây chổng sét.
Dây dẫn ACSR400 Dây chống sét c 90 Khoảng vượt lkv=220m
c) . Nối đất cột điện
Điện trở suất của nối đất p = 105Q..m.
Điện trở nối đất cột điện với 3 giá trị Rc = 8;16;24Q.
3.3.2. Tính độ võng, độ treo cao trung bình, tống trở, của dây chống sét và đường dây.
3.3.2.1 Dây chống sét
Các thông số sủa dây chống sét (C-90): ửng suất cho phép: ơcp = 31 kglmm2.
Modul đàn hồi: E = 200.1 o3 kg / mm2. Hệ số giãn nở nhiệt: a = 12.10 61/°C.
Tải trọng do trọng lượng gây ra g, = 8.10-3 kg/m.mm2.
Tải trọng do gió gây ra và tính với áp lực gió cấp 3 ta có V = 30m/s.
V2 Py — a.Cỵ.
——. Fv
I Ó
với a, Cx được tra trong bảng gió cấp 3
Py =0,7.1,2.—. 1.9,4.10~3 =0,44(£g/m) 16
c'l gỉ -gỉ A=ỗ«-!^Sễ-a E-(^-^
Đồ án tốt nghiệp môn cao áp
Nhiệt độ ứng với trạng thái bão ớlro = 25° c Nhiệt độ ứng với trạng thái min 6 = 5°c
Từ đây ta tính được lghi
I= c ^-(^o-^in)24 Ị 24.12.10~6 .(25 - 5) y (10,18.10~3)2 -(8.10~3)2
373,7{m)
1 = 220m < lgh
Vậy phương trình trạng thái lấy lấy trạng thái ứng với 0 làm trạng thái xuất phát. Phương trình trạng thái có dạng : ổ3 - AS2 - B-0 24ổ0 = 31_ 2201(10,18 10-y.200.10- 10-6 200 , 24.312 = -60,49 B = g .E.I2 2 =( 10,18.1Q-3 ) 2 .200.103 .2202 =417984 24 24 Phương trình trạng thái: ố3 +60,49.£2 -41798,4 = 0 ổ = 22,45(kg / mm2) Độ võng của dây chống sét: .220: S.Ổ
Độ treo cao trung bình của dây chống sét:
hịbs = hcs -ịf = 28 - ?2,74 = 26,17Cm)
Tống trở sóng dây chống sét.
Cí r 5,35.10-3
Q Ằ 1,4
3 400 Đồ án tốt nghiệp môn cao áp
Dây chống sét là dây c - 90 có r = 5,35.10‘3m nên ta tính được tổng trở sóng của dây chống sét như sau:
Khi không kể đến ảnh hưởng của vầng quang.
z„ = 60. In = 60.In = 551,3(0)
Khi có kế đến ảnh hưởng của vầng quang.
'y cs __
* ~ Ã
X: là hệ số hiệu chỉnh khi xuất hiện vầng quang được tra từ bảng với cấp điện áp 220kV: X=ÌA
ZfQ =— =39378^0)
3.3.2.2 Dây dẫn
a). Độ võng của dây dẫn
Các thông số sủa dây ACSR 400/52: ủng suất cho phép: ơcp = 21,6kglmm2.
Tải trọng do trọng lượng gây ra g, = 0,015kglmmm1. Modul đàn hồi: E = 8250kg/mm2.
Hệ số giãn nở nhiệt: a = 19,2.10“61/°C.
Tải trọng do gió gây ra và tính với áp lực gió cấp 3 ta có V = 30m/s.
V2 Py = a.CX. — .Fy 302 Py = 0,7.1,2.——.1.17,5.10“3 = 0,83(Zrg/m) 16 Tải trọng tổng họp g = yjgị2 + g Ị2 = V0,0152 +0,0022= 0,015 \{kg / m.mm2)
A = ổo--f7r-a-E-(0bo-0mJ
Đồ án tốt nghiệp môn cao áp Nhiệt độ ứng với trạng thái bão 6ba0 = 25° c.
Nhiệt độ ứng với trạng thái min 6 = 5°c. Từ đây ta tính được lgh: Igh ÕCp '24-a.(0bao -0m m) g2 -g|2 ^ 24.19,2.10"6(25-5) , = 27, 6 . 1 ’ : v f = 1527 ,2(m) V (0,0151 )2 - (0,015 )2 1 = 220m < l„h
Vậy phương trình trạng thái lấy lấy trạng thái ứng với ớ, làm trạng thái xuất phát.
Phương trình trạng thái có dạng : Ỏ3-AỔ2-B = 0 Trong đó: /2 ợ2 E 24ổ0 = 27,6- 220:.(0,015r.825Q _, ,825 25 _5 24.27,62 = 19,52 B = ^ = (0^)2 .8250.2202 = 3 24 24 Phương trình trạng thái: ố3-19,52.£2 -3743,43 = 0 3 =25,34(kg/mmx) Độ võng của dây dẫn: r_gf__ 0,015.2202 ~ S.Ổ ~ 8.25,34
b). Độ treo cao trung bình của đây dân
Độ treo cao trung bình của dây dẫn (pha A) là:
2 2
*A = hA- |f = 22 -|3,58 = 19,6 1 (m}
Ko =
Đồ án tốt nghiệp môn cao áp Độ treo cao trung bình của dây dẫn (pha B,C) là:
B.c-\f = 16- 3^53 = 13,61(m) artan ị---] = 26°33 GÓC bảo vệ pha A: v»c - / 4,5 \ artanị——---Ị = 20°33 GÓC bảo vệ pha B: v*c - hB Jf
c). Tống trở sóng của dây dân.
Tổng trở sóng của dây dẫn được tính theo công thức:z„„=60.1n^
r
Trong đó: r là bán kính dây dẫn, r=13,8.l0 3(^)
h: là độ treo cao trung bình của dây dẫn
^=Ế0-ĩẫ^=477'i3(n) ln 2.13,61 ZR = 60. 13,8.10-3 = 455,22(0) d). Hệ số ngẫu hợp
Khi chưa có vầng quang thì hệ số ngẫu hợp K được tính như sau với dây dẫn và dây chổng sét.
In ttp-
d\2 ——
Trong đó: h2 là độ treo cao của dây chống sét. r2: bán kính của dây chống sét. di2: khoảng cách giữa dây chống sét và dây dẫn.
D12: khoảng cách giữa dây chống sét và ảnh của dây dẫn. Khi xét đến ảnh hưởng của vầng quang điện :
d\2 = 'ịlJ + (h2 -h\)2 D\2 = V/-2 + + f ĩ2)2
d\2 = yíhj + ( h2 - h y
Đồ án tốt nghiệp môn cao áp
Hệ sổ ngâu hợp giữa dây dân pha A và dây chống sét.
Với pha A ta có:
Độ treo cao trung bình của dây dẫn li! = 19,61m. Độ treo cao trung bình của dây chống sét h2 = 26,17m. Độ dài của xà lxà = 3m Bán kính dây chống sét r2 = 5,35.10‘3m Ta tính được: = y^32 +(26,17-19,61)2 = 7,2\{m) = yl32 +(26,17+ 19,61)2 = 45,87(w) 1 45,87 * » = 7 2 H r =0’2 l n — — — 5,35.10“3 ^=1,4.0,18 = 0,28
Hệ sổ ngẫu hợp giữa dây dan pha B (C)và dây chống sét.
Với pha B (C) ta có:
Độ treo cao trung bình của dây dẫn li! = 13,61 m. Độ treo cao trung bình của dây chống sét h2 = 26,17m. Độ dài của xà lxà = 4,5m Bán kính dây chổng sét r2 = 5,35.10‘3m Ta tính được: = y4,52 +(26,17 -13,61)2 = 13,34(m) Dì 2=-ylL2+(hi+h2)2 = y 4,52 +(26,17 +13,61)2 = 40,03(w) Vũ Đức Ngọc-HTD2-K50 Page 46
K° K° 2*26,17 0,12
ndd = Ndd& Pd-r!
17pde
Đồ án tốt nghiệp môn cao áp
ln 5,35.10
* ' = * £ = 1,4.0,13 = 0,17
3.3.3. Tính số lần sét đánh vào đưòng dây.
Tổng số lần sét đánh vào lOOkm đường dây trong 1 năm là:
N = (0,06 -r- 0,09)wJfgí h = (0,06 -r- 0,09).85.19,61 = 100,01 -r-150,02 (lần/1 OOkm.năm) Số lần sét đánh vào đỉnh cột, khoảng vượt.
N. « — = 50,005 -ỉ-75,01 (lần/iookm.năm)
Số lần sét đánh vào dây dẫn (pha A)
NM=N.S'
Trong đó:
,g^ = W^-4A6ffi8-4 = -2,44
90 90
=>^=3,64.10"*
Vậy số lần sét đánh vào lOOkm/năm là: 14^=0,36^ 0,55(lần/100km.năm)
3.3.4. Suất cắt do sét đánh vào đưòng dây
a) Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dân
Số lần cắt của đường dây :
Trong đó: 9pd là xác suất phóng điện được xác định như sau:
n 26,1
ư5ữ% = 1140kV ;ZA = 477,7(Q)
-4.1140 í777
l Pd =lsu-n
Đồ án tốt nghiệp môn cao áp
lpdi chiều dài phóng điện, lấy bằng chiều dài chuồi sứ lsứ: độ cao một bát sứ. n: số bát sứ của chuỗi sứ. lpd = 170.14 = 2380(mm) = 2,38(m) 127 £■,lv = — = 53,36(kV/m) 2,38 Từ đồ thị 3.1 ta có 77 = 0,67.
Vậy số lần cắt của đường dây trong 1 năm là:
ndd = 0,55.0,693.0,67 = 0,255 .nă77i^
b). Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt.
Khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét, đế đơn giản cho tính toán ta giả thiết sét đánh vào chính giữa khoảng vượt, dòng điện sét chia đều sang hai bên như hình vẽ.
Hình 3.3 Sét đánh vào khoảng vượt dây chổng sét
Đồ án tốt nghiệp môn cao áp
Lấy với dạng sóng xiên góc. Lúc này trên dây chống sét và mỗi cột sẽ có dòng điện
2
Khi tính toán ta cần tính với các giá trị khác nhau của dòng điện sét.
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 lên cách điện không khí giữa dây dẫn và dây chổng sét. Điện áp tác dụng lên cách điện của chuỗi sứ.
Neu các điện áp này đủ lớn thì sẽ gây ra phóng điện sét trên cách điện làm cắt điện trên đường dây.
*)Suat cắt điện do quả điện áp tác dụng lên cách điện không khí giữa dây dẫn và dây chống sét (ta xét với pha B hoặc c vì hệ sổ ngâu hợp của 2 pha này nhỏ hơn pha của
Trong đó: Kvq: hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét có kế đến vầng quang.
Trong thiết kế và thi công đường dây, thường chọn khoảng cách giữa các dây đủ lớn đế tránh chạm dây nên khả năng xảy ra phóng điện trong trường hợp này ít xảy ra và dù có xảy ra thì xác suất hình thành hồ quang cũng rất nhỏ. Vì vậy suất cắt trong trưong hợp này có thế bỏ qua.
*)Suat cắt diện do quá diện áp tác dụng lên chuôi sứ.
Điện áp tác dụng lên chuỗi sứ khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét là:
pha A).
v , = ( l -K„,).j(kV) (3.15)
a: độ dốc dòng điện sét. 1: khoảng vượt của đường dây.
ưcAt) = ưc(t) + ul v
1 217,30 320,20 423,10 526,00 731,80 834,70 937,60 1040,50 2 250,50 386,60 522,70 658,80 931,00 1067,10 1203,20 1339,30 3 283,70 453,00 622,30 791,60 1130,20 1299,50 1468,80 1638,10 4 316,90 519,40 721,90 924,40 1329,40 1531,90 1734,40 1936,90 5 350,10 585,80 821,50 1057,20 1528,60 1764,30 2000,00 2235,70 6 383,30 652,20 921,10 1190,00 1727,80 1996,70 2265,60 2534,50 7 416,50 718,60 1020,70 1322,80 1927,00 2229,10 2531,20 2833,30 8 449,70 785,00 1120,30 1455,60 2126,20 2461,50 2796,80 3132,10 9 482,90 851,40 1219,90 1588,40 2325,40 2693,90 3062,40 3430,90 10 516,10 917,80 1319,50 1721,20 2524,60 2926,30 3328,00 3729,70 15 682,10 1249,80 1817,50 2385,20 3520,60 4088,30 4656,00 5223,70 20 848,10 1581,80 2315,50 3049,20 4516,60 5250,30 5984,00 6717,70 t 0 2 3 4 5 6 8 9 10 15 20 25 u 1740 1580 1220 1180 1180 1180 1180 1180 1180
Đồ án tốt nghiệp môn cao áp
uc(t): điện áp tại đỉnh cột.
Với dạng sóng xiên góc xét với thời gian t < Td thì:
(3.19) Rc :điện trở nối đất cột điện Rc = 8;16;24Q.
Lc: điện cảm thân cột Lc = Lữ.hc
/0 = 0,6juH; hc = 28 m
Lc =0,6.28 = 16, S(juH)
Kvq: hệ số ngẫu hợp có kế đến ảnh hưởng của vầng quang pha B(C) với dây chống sét Kvq =0,17.
Thay vào công thức 3.19 ta có: +)Vói Rc = 8«
uc(0 = PỆ + 16,8-).(1 - 0,17) = 3,32at + 6,97a Theo 3.16 thì:
ơedCO = 3,32 a t +6,97 a +114,4(Ả:l.7)
Ta thấy Ucđ(t) = f(a,t). Vì vây ta cần kiểm tra với nhiều giá trị a, t như sau a = 10, 20, 30, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100(kA/ps). t= 1 , 2 , 3 , 4 , 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20(jLts).
Ta có bảng sau :
Bảng 3.2. Giá trị Ucd(a,t) tác dụng lên chuôi sứ
Vũ Đức Ngọc-HTD2-K50 Page 50
Đô án tôt nghiệp môn cao áp
Đồng thời ta cũng có bảng đặc tính V-S của chuồi sứ K - 4,5 như sau:
0,00004 0,00002 0,00004 0,00014 0,00018 0,00010 0,00008 0,00010 0,00012 0,39954 0,15963 0,06378 0,02548 0,01018 0,00406 0,00162 0,00064 0,00025 0,23990 0,09585 0,03829 0,01530 0,00611 0,00244 0,00097 0,00039 0,000156 *9/ -A<9„. 1,1.10"* nkv = NkvV-Vpd = 75,01.0,67.0,00002 = 0,001 (Ịần/lOOkm năm) a t 1 250,50 386,60 522,70 658,80 794,90 931,00 1067,10 1203,20 1339,30 1475,40 2 316,90 519,40 721,90 924,40 1126,90 1329,40 1531,90 1734,40 1936,90 2139,40 3 383,30 652,20 921,10 1458,90 1727,80 1996,70 2265,60 2534,50 2803,40 4 449,70 785,00 1120,30 1790,90 2126,20 2461,50 2796,80 3132,10 3467,40 5 516,10 917,80 1319,50 2122,90 2524,60 2926,30 3328,00 3729,70 4131,40