NGOÀI TRỜI CỦA TRẠM BIẾN ÁP
2.2.1. Khỏi niệm chung.
Hiện nay để bảo vệ chống sột đỏnh thẳng cho cỏc cụng trỡnh thường dựng cỏc hệ thống thu sột - cột thu sột, dõy thu sột - gồm bộ phận thu sột ( kim, dõy ), bộ phận nối đất và cỏc dõy dón liờn hệ hai bộ phận trờn với nhau ( dõy nối đất).
Tỏc dụng bảo vệ của hệ thống thu sột là ở chỗ tập trung điện tớch ở đỉnh bộ phận thu sột, tạo nờn trường lớn nhất giữa nú với đầu tia tiờn đạo ... do đú thu hỳt cỏc phúng điện sột và hỡnh thành khu vực an toàn ở bờn dưới và chung quanh hệ thống thu sột.
Bộ phận nối đất của hệ thống thu sột cú điện trở nối đất bộ để việc tập trung vđiện tớch cảm ứng từ phớa mặt đất được dễ dàng và khi cú dũng điện sột đi qua điện ỏp trờn cỏc bộ phận của hệ thống thu sột sẽ khụng đủ gõy nờn phúng điện ngược từ nú tới cỏc cụng trỡnh đặt gần.
Độ cao so với mặt đất mà từ đú phúng điện tiờn đạo bắt đầu cú xu hướng phỏt triển về hệ thống thu sột gọi là độ cao định hướng của sột (H). Độ cao này phụ thuộc vào độ cao của bộ phận thu sột (h), nếu bộ phận thu sột cao dưới 30m thỡ H = k.h, với hệ số k trong khoảng từ 10 ữ 20.
Để nghiờn cứu tỏc dụng bảo vệ của hệ thống thu sột, trờn hỡnh 1-7 cho điểm định hướng của sột di chuyển trờn đường nằm ngang cựng chung mặt phẳng với cột thu sột. Khi điểm này nằm đỳng phớa trờn đỉnh cột Thu sột, phúng điện sẽ phỏt
H
h U01
U02
Nghiên cứu tác dụng bảo vệ của hệ thống thu sét triển về phớa cột thu sột, Nhưng khi điểm định hướng di chuyển về hai phớa Thỡ cú khả năng phúng điện xuống đất, khả năng này càng tăng khi điểm định hướng càng đi ra xa.
Vớ dụ: Ở vị trớ mà điện ỏp phúng điện U01 = U02
thỡ khả năng phúng điện về cột thu sột và khả năng phúng điện xuống đất sẽ bằng nhau và nếu điểm định hướng ra xa hơn thỡ sột chủ yếu sẽ phúng điện xuống đất. Để cụng trỡnh được bảo vệ an toàn, phải đạt điều kiện sao cho điện ỏp phúng điện từ điểm định hướng tới nú lớn hơn điện ỏp phúng điện tới cột thu sột (U01) hoặc tới mặt đất (U02). Điều đú cú nghĩa là cụng trỡnh cú độ cao thấp hơn và đặt gần cột thu sột.
2.2.2 Bảo vệ sột chống sột đỏnh trực tiếp vào trạm biến ỏp 110 kV.
Trạm biến ỏp là một bộ phận rất quan trọng trong quỏ trỡnh truyền tải và phõn phối điện năng của hệ thống điện; đặc biệt là những trạm cú cụng suất lớn, điện ỏp cao. Cỏc thiết bị phõn phối lắp đặt trong cỏc trạm biến ỏp thường rất đắt tiền. Đối với cỏc trạm biến ỏp cấp điện ỏp 110 kV trở lờn thường cỏc thiết bị phõn phối chủ yếu được lắp đặt ngoài trời. Nếu cỏc thiết bị trong trạm bị sột đỏnh trực tiếp thỡ sẽ dẫn đến những hậu quả nghiờm trọng, khụng những chỉ làm hỏng những thiết bị trong trạm dẫn đến ngừng cung cấp điện trong thời gian dài, làm ảnh hưởng đến việc cung cấp điện liờn tục mà cũn ảnh hưởng đến cỏc ngành kinh tế khỏc. Do đú việc tớnh toỏn bảo vệ chống sột đỏnh trực tiếp vào trạm biến ỏp là rất quan trọng, nhằm bảo đảm toàn bộ cỏc thiết bị trong trạm được bảo vệ an toàn chống sột đỏnh trực tiếp vào trạm, duy trỡ sự ổn định của hệ thống điện.
Để bảo vệ chống sột đỏnh trực tiếp vào trạm biến ỏp người ta thường dựng cột thu lụi. Cỏc cột thu lụi cú thể được đặt độc lập hay trong những điều kiện cho phộp cú thể đặt lờn trờn cỏc kết cấu của trạm phõn phối – Cỏc trụ của cỏc kết cấu trờn đú cú đặt cột thu lụi phải được ngắn nhất và sao cho dũng điện sột Is khuyếch
tỏn vào đất theo 3ữ4 thanh cỏi của hệ thống nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu
Nơi yếu nhất của trạm phõn phối ngoài trời điện ỏp 110kV trở lờn là cuộn dõy của mỏy biến ỏp, vỡ vậy khi dựng chống sột van để bảo vệ mỏy biến ỏp thỡ yờu cầu khoảng cỏch giữa hai điểm nối vào hệ thống nối đất của hệ thống nối đất của cột thu lụi và vỏ mỏy biến ỏp theo đường điện phải lớn hơn 15m.
Khi bố trớ cột thu lụi trờn trờn xà của trạm phõn phối ngoài trời 110kV trở lờn phải thực hiện cỏc điều sau:
- Ở chỗ nối cỏc kết cấu trờn đú cú đặt cột thu lụi vào hệ thống nối đất cần phải cú nối đất bổ sung ( dựng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở khuyếch
tỏn khụng được quỏ 4Ω ( ứng với dũng điện tần số cụng nghiệp).
- Khi bố trớ cột thu lụi trờn xà của trạm phõn phối 35kV phải tăng cường cỏch điện của nú lờn mức cỏch điện của cấp 110kV.
- Trờn đầu ra của cuộn dõy 6ữ10kV của mỏy biến ỏp phải đặt cỏc chống sột
van, cỏc thiết bị chống sột này cú thể đặt ngay trờn vỏ mỏy.
- Để bảo vệ cuộn dõy 35kV cần đặt cỏc chống sột van. Khoảng cỏch giữa chỗ nối vào hệ thống nối đất của vỏ mỏy biến ỏp và của chống sột van ( theo đường điện) phải nhỏ hơn 5m. Khoảng cỏch ấy cú thể tăng lờn nếu điểm nối đất của chống sột van ở vào giữa hai điểm nối đất của vỏ mỏy biến ỏp và của kết cấu trờn đú cú đặt cột thu lụi.
- Khoảng cỏch trong khụng khớ giữa kết cấu của trạm trờn đú cú đặt cột thu lụi và bộ phận mang điện khụng được bộ hơn chiều dài của chuỗi sứ.
Cú thể nối cột thu lụi độc lập vào hệ thống nối đất của trạm phõn phối cấp điện ỏp 110kV nếu như cỏc yờu cầu trờn được thực hiện.
Khụng nờn đặt cột thu lụi trờn kết cấu của trạm phõn phối 20ữ35kV, cũng
như khụng nờn nối cỏc cột thu lụi vào hệ thống nối đất của trạm 20ữ35kV.
Khi dựng cột thu lụi độc lập phải chỳ ý đến khoảng cỏch giữa cột thu lụi đến cỏc bộ phận của trạm để trỏnh khả năng phúng điện từ cột thu lụi đến vật được bảo vệ.
Khi dựng cột đốn chiếu sỏng để làm giỏ đỡ cho cột thu lụi phải cho dõy dẫn điện đến đốn vào ống chỡ và chụn vào đất.
Đối với cỏc nhà mỏy điện dựng sơ đồ bộ thỡ chỉ được đặt cột thu lụi trờn xà mỏy biến ỏp khi mỏy phỏt điện và mỏy biến ỏp được nối với nhau bằng cầu chỡ bọc
kớn và hai đầu được được nối đất. Nếu cầu cú phõn đoạn thỡ khụng được phộp đặt cột thu lụi trờn xà mỏy biến ỏp. Với mỏy bự đồng bộ cũng ỏp dụng điều này.
Cú thể nối dõy chống sột bảo vệ đoạn đến trạm vào hệ thống nối đất của trạm nếu như khoảng cỏch từ chỗ nối đất của trạm đến điểm nối đất của mỏy biến ỏp lớn hơn 15m.
Để đảm bảo về mặt cơ tớnh ( độ bền cơ học) và để chống ăn mũn cần phải theo đỳng quy định về loại vật liệu, tiết diện dõy dẫn dựng trờn mặt đất và dưới đất. ( bảng 1-1).
Loại vật liệu Dõy dẫn dũng điện sột
dựng trờn mặt đất Dõy dẫn dũng điện sột dựng dưới đất Thộp trũn mạ kẽm φ 8 mm φ 10 mm Thộp dẹt mạ kẽm 20 x 2,5 mm 2 30 x 3,5 mm 2 Cỏp thộp Khụng được dựng Khụng được dựng Thanh đồng trũn φ 8 mm φ 8 mm Thanh đồng dẹt 20 x 2,5 mm 2 20 x 2,5 mm 2
Dõy đồng xoắn Khụng được dựng Khụng được dựng
Thanh nhụm trũn Khụng được dựng Khụng được dựng
Từ một hệ thống thu sột phải cú nhiều dõy nối đất ( ớt nhất là 2 dõy ) để phũng trường hợp đứt dõy.
2.2.3. Trỡnh tự tớnh toỏn bảo vệ chống sột đỏnh thẳng cho thiết bị điện phõn phối ngoài trời của TBA.
1.Dựa vào mặt bằng của trạm phõn phối bố trớ cột thu lụi thỏa món yờu cầu kỹ thuật.
( D ).
+ Với tam giỏc :
D = 4 p(p−a)(abcp−b)(p−c) (2-10)
Trong đú :
a, b, c : là cỏc cạnh của tam giỏc hợp bởi ba chõn cột. p : nửa chu vi tam giỏc, p =
2
c b a+ +
+ Với tam giỏc vuụng, hỡnh vuụng và hỡnh chữ nhật. D = a2 +b2
Trong đú D là cạnh huyền tam giỏc vuụng hay đường chộo hỡnh chữ nhật.
3. Xỏc định độ cao của cột thu sột:
a x h h= +h
Cụng trỡnh cú độ cao hx nằm bờn trong đa giỏc hỡnh thành bởi cỏc cột thu sột cú độ
cao h sẽ được bảo vệ an toàn nếu thừa món điều kiện sau:
( ) 8. x 8. a D≤ h h− = h 8 a D h ⇒ ≥
Trong đú: D là đường kớnh đường trũn ngoại tiếp đa giỏc hỡnh thành bởi cỏc cột thu sột.
h là độ cao cột thu sột ( m ).
x
h là độ cao cụng trỡnh cần bảo vệ ( m ).
a
h là độ cao hiệu dụng của cột thu sột ( m ).
4. Xỏc định phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sột: a. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sột.
Phạm vi bảo vệ của một cột thu sột là miền được giới hạn bởi mặt ngoài của hỡnh chúp trũn xoay cú đường sinh xỏc định bởi phương trỡnh:
) ( 1 6 , 1 x x x h h h h r − + = (2-1) Trong đú : h- độ cao cột thu sột.
h-hx- độ cao hiệu dụng của cột thu sột.rx- bỏn kớnh của phạm vi bảo vệ ở mức cao hx.
Để dễ dàng thuận tiện trong tớnh toỏn thiết kế, thường dựng phạm vi bảo vệ dạng đơn giản hoỏ và được tớnh toỏn theo cụng thức:
+ Khi hx>2/3h: rx=0,75h(1- h hx )p (2-2) + Khi hx≤2/3h: rx=1,5h(1- h hx 8 , 0 )p (2-3) Trong đú p: hệ số hiệu chỉnh. P=1 nếu h≤ 30m. P= h 5 , 5 nếu h > 30m. h 2/3h rx o hx 0.2h 1.5h 0.75h 0.75h 1.5h
Hỡnh 2-2: Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sột
b. Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột thu sột:
Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sột lớn hơn nhiều so với tổng số phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột đơn. Qua thực nghiệm đó chứng tỏ khu vực cú xỏc suất 100% phúng điện vào cột thu sột cú bỏn kớnh R=3,5h. Như vậy khi hai cột thu sột đặt cỏch nhau khoảng a=7h thỡ bất kỳ điểm nào trờn mặt đất trong khoảng giữa hai cột sẽ khụng bị sột đỏnh, từ đú suy ra nếu hai cột thu sột đặt cỏch nhau một khoảng a<7h thỡ sẽ bảo vệ được độ cao h0 xỏc định bởi:
ho= h - 7
a
( 2-4 ).hoặc h- h0= 7
a
h 0,2h 0,75h a ho hx 1,5h rx R r0x
Hỡnh 2-3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sột cao bằng nhau.
Bỏn kớnh bảo vệ cỏc phần bờn ngoài rx đựơc tớnh như trong trường hợp một cột.
Bỏn kớnh phạm vi bảo vệ khu vực giữa hai cột được tớnh như sau: + Khi hx> 3 2 ho : rox= 0,75ho(1- 0 h hx ) (2-5) + Khi hx≤ 32ho : rox=1,5ho(1- 0 . 8 , 0 h hx ) (2-6)
Mọi cụng trinh cần bảo vệ an toàn bằng hai cột thu sột phải được nằm gọn trong phạm vi bảo vệ này nghĩa là cú độ cao cụng trỡnh hx ≤ ho= h -
7
a
và mặt bằng cụng
trỡnh được giới hạn trong mặt bằng của phạm vi bảo vệ ở mức cao hx. Khi độ cao
cột thu sột vượt quỏ 30m cũng cú cỏc hiệu chỉnh tương tự như một cột và độ cao h0
sẽ được tớnh theo ho= h - 7a.p
* Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sột cú độ cao khụng bằng nhau:
Giả sử cú hai cột thu lụi:
Cột 1 cú độ cao h1; cột 2 cú độ cao h2; khoảng cỏch giữa hai cột là a; h1>h2.
Trước tiờn ta vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h1 sau đú từ đỉnh cột thấp h2 vẽ đường
thẳng ngang sang cột h1, cắt đường sinh của phạm vi bảo vệ của cột 1 tại điểm 3. Điểm này được coi là đỉnh của cột thu lụi giả định ( cột 3), cột thu lụi giả định này cú cựng độ cao với cột 2 và hỡnh thành đụi cột cú chiều cao bằng nhau cỏch nhau một khoảng a’.
Hỡnh 2-4 : Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sột cú độ cao khụng bằng nhau. 1,5h1 0,75h1 0,75h2 1,5h2 2 3 1 o h1 hx h0 h2 R r2x r1x r0x a' x a
Dễ dàng nhận thấy khoảng cỏch x từ cột h1 ( cột 1) đến cột giả định ( cột 3)
chớnh là bỏn kớnh bảo vệ của cột cao h1 đối với chiều cao cần bảo vệ bằng h2. Do
đú khoảng cỏch x được xỏc định theo cụng thức: + Khi h2≥ 32h1 : x = 0,75h1(1- 1 2 h h ) (2-7) + Khi h2 ≤ 23h1 : x =1,5h1(1- 1 2 8 , 0 h h ) (2-8)
Từ đú ta tớnh được a’ = a-x và h0 = h2 – a’/7; và ta tớnh được bỏn kớnh bảo vệ r0x : + Khi hx≥ 3 2 h0 : r0x = 0,75h0(1- 0 h hx ) + Khi hx ≤ 3 2 ho : rox=1,5ho(1- 0 8 , 0 h hx )
* Phạm vi bảo vệ của nhiều cột phối hợp:
Khi cụng trỡnh cần được bảo vệ an toàn chiếm khu vực rộng lớn, nếu chỉ dựng một vài cột thỡ cột phải rất cao gõy nhiều khú khăn cho thi cụng và lắp đặt. Trong cỏc trường hợp này sẽ dựng nhiều cột phối hợp bảo vệ. Phần ngoài của phạm vi
bảo vệ xỏc định như của từng đụi cột một ( yờu cầu khoảng cỏch a≤ 7h). Khụng
cần vẽ phạm vi bảo vệ bờn trong đa giỏc hỡnh thành bởi cỏc cột mà chỉ cần kiểm
tra điều kiện bảo vệ an toàn. Vật cú độ cao hx nằm trong đa giỏc sẽ được bảo vệ an
toàn nếu thỏa món điều kiện sau : D≤ 8( h-hx) = 8ha ⇒ ha ≥ D/8
Trong đú : D là đường kớnh đường trũn ngoại tiếp đa giỏc.
+ Với tam giỏc :
D = 4 p(p−a)(abcp−b)(p−c) (2-10)
Trong đú :
a, b, c : là cỏc cạnh của tam giỏc hợp bởi ba chõn cột. p : nửa chu vi tam giỏc, p =
2
c b a+ +
+ Với tam giỏc vuụng, hỡnh vuụng và hỡnh chữ nhật. D = a2 +b2
Hỡnh 2-5 : Phạm vi bảo vệ nhiều cột phối hợp
5. Kiểm tra điều kiện bảo vệ an toàn, nếu khụng đảm bảo thỡ cú hai cỏch:
+ Bố trớ lại cột thu sột. + Nõng cao cột thu sột.
Sau đú tớnh toỏn trở lại từ bước 2, cho đến khi điều kiện bảo vệ an toàn được thỏa món.