. WF ngoài khơi Middelgrunden, Đan Mạch [82]
6. Xác suất sét đánh vào các điểm đã đánh dấu của WT
2.8. So sánh số lần sét đánh trực tiếp vào WT giữa phương pháp EGM và IEC
Qua phân tích, đánh giá dựa trên cơ sở lý thuyết cũng như so sánh, kiểm chứng
giữa hai phương pháp xác định số lần sét đánh trực tiếp WT cho phép kết luận: Phương pháp EGM xem xét đồng thời hai yếu tố biến thiên phù hợp với thực tế khách quan là các phóng điện sét với trị số biên độ dòng điện sét khác nhau và đặc điểm của công trình WT với các cánh lắp đặt đầu thu sét luôn chuyển trong quá trình làm việc nên chắc chắn cho kết quả tính toán chính xác hơn đối với phương pháp IEC chỉ coi dòng điện sét và chiều cao WT ở một trị số không thay đổi.
Với các WT có chiều cao tổng thể (gồm chiều cao cột trụ và chiều dài cánh) dưới 110m có thể sử dụng phương pháp IEC hoặcEGM, nhưng khi chiều cao tổng thể
61
của WT lớn hơn hoặc bằng 110m nên sử dụng phương pháp EGM để xác định số lần sét đánh trực tiếp WT trung bình hàng năm.
2.6. K T LU N Ế Ậ
Trong chương 2, tác giả đã thực hiện được một số vấn đề sau:
1) Giới thiệu tổng quan về mô hình điện hình học (EGM) và các phương pháp xác định số lần sét đánh vào WT trung bình hàng năm. Trên cơ sở mô hình điện hình học tác giả làm rõ hơn các yếu tố ảnh hưởng đến số lần sét đánh trực tiếp vào WT, và xây dựng thuật toán giúp cho việc tính toán số lần sét đánh trực tiếp vào WT trên máy tính theo phương pháp mô hình điện hình học.
2) Áp dụng mô hình điện hình học để tính toán, xác định số lần sét đánh trực tiếp vào WT có công suất (ứng với kích thước) khác nhau lắp đặt tại các khu vực mật độ sét khác nhau trên lãnh thổ Việt Nam. Kết quả cho thấy, số lần sét đánh vào WT lắp đặt tại Việt Nam là rất lớn, đặc biệt đối với các WT có kích thước cao. Vì thế, việc nghiên cứu QĐA sét và bảo vệ chống sét cho các WT tại Việt Nam cần phải được chú trọng từ đó đề ra các biện pháp phối hợp bảo vệ thích hợp nhằm giảm thiểu , thiệt hại, nâng cao độ tin cậy và an toàn cho các phần từ thiết bị trong hệ thống - điện gió.
3) Trên cơ sở phân tích lý thuyết và kết quả tính toán so sánh giữa các phương pháp xác định số lần sét đánh trực tiếp vào WT có công suất (ứng với kích thước) khác nhau theo mật độ sét Việt Nam, cho phép khẳng định rằng: khi WT có chiều cao tổng thể (gồm chiều cao cột trụ và chiều dài cánh) thấp dưới 110m có thể sử dụng một trong hai phương pháp (IEC hoặc EGM), còn khi WT có kích thước tổng thể lớn hơn hoặc bằng 110m nên sử dụng phương pháp EGM.
4) Các số liệu và kết quả tính toán trong chương này có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các dự án điện gió tương lai tại Việt Nam.
62
Chương 3
PHÂN TÍCH QUÁ ĐIỆN ÁP CẢM ỨNG DO SÉT
TRONG H Ệ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHI N C A Ể Ủ
TUA BIN GIÓ
3.1. ĐẶT V N Ấ ĐỀ
Như đã trình bày trong chương 1, các WT ngày nay thường sử dụng thiết kế loại trục ngang (HAWT) với 3 cánh. Sơ đồ bố trí các phần tử chính trong HTĐ&ĐK của loại WT này được trình bày trên hình 3.1a.
Hình 3.1. Sơ đồ ố b trí các ph n t (a) và h ầ ử ệ thống b o v ả ệ chống sét (b) c a WT ủ
63
HTĐ gồm MPĐ đặt trong thùng trên đỉnh cột trụ, MBA và tủ điện (TĐ) đặt phía chân cột trụ; còn hệ thống ĐK gồm các đầu đo ở phía trên thùng, TĐK đặt phía chân cột trụ. Đường cáp điện 690V kết nối MPĐ với MBA và cáp điều khiển kết nối các đầu đo với TĐK cùng được lắp đặt bên trong cột trụ bằng thép rỗng. Mô hình thay thế giản lược sơ đồ hình 3.1a, tập trung vào hệ thống bảo vệ chống sét cho các phần tử cơ bản trong HTĐ&ĐK của WT được trình bày trên hình 3.1b.
Khi sét đánh vào cánh WT, trên đường dẫn dòng điện sét qua cột trụ thép sẽ xuất hiện QĐA sét cảm ứng sang đường cáp điện và cáp điều khiển lắp đặt bên trong cột trụ gây nguy hiểm cho các phần tử thiết bị trong HTĐ&ĐK của WT Vì vậy, trong , . chương này tác giả sẽ đi sâu nghiên cứu, đánh giá sự nguy hiểm của QĐA sét cảm ứng trong HTĐ&ĐK của WT với các nội dung cơ bản tiếp theosau đây :
- Mục 3.2 trình bày phương pháp mô hình các phần tử thiết bị liên quan cho nghiên , cứu QĐA sét cảm ứng trong HTĐ&ĐK của WT.
- Mục 3.3 là đánh giá, lựa chọn WT điển hình của Việt Nam và thực hiện tính toán, xác định các thông số các mô hình phù hợp với WT đã lựa chọn.
- Mục 3.4 tác giả sẽ tiến hành mô phỏng, phân tích làm rõ các yếu tố ảnh hưởng đến QĐA sét cảm ứng trong HTĐ&ĐK của WT đã lựa chọn để đưa ra các khuyến cáo nhằm hạn chế QĐA sét cảm ứng, góp phần nâng cao độ tin cậy và an toàn cho các phần tử thiết bị trong HTĐ&ĐK của WT. -
- Mục 3.5 các kết luận của chương. là
3.2. MÔ HÌNH CÁC PH N TẦ Ử CHO NGHIÊN C U Ứ QUÁ ĐIỆN ÁP
CẢM ỨNG
Để tính toán QĐA sét trong HTĐ&ĐK của WT khi sét đánh vào WT, mô hình các phần tử trên đường đi của dòng điện sét gồmcánh, vành trượt chổi than, cột trụ- cùng các đường cáp đi trong cột trụ hệ thống nối đất, và các phần tử liên quan khác như nguồn điện sét, CSV lắp đặt trong HTĐ&ĐK của WT cần thiết phải được đề cập xem xét.
Dưới đây tác giả sẽ trình bày các phương pháp mô hình các phần tử kể trên, đánh
giá lựa chọn mô hình các phần tử này phù hợp cho nghiên cứu QĐA sét cảm ứng trong HTĐ&ĐK của WT.
64
3.2.1. Cánh WT
Vật dẫn trong cánh WT được nối với hệ thống nối đất qua vành trượt chổi than, - cột trụ. rên cơ sở lý thuyết điện từ trường các nhà khoa học chỉ ra rằng, vật dẫn trong T cánh cũng giống như một cột dẫn điện không tổn thất, có thể được mô hình bằng tổng trở sóng Zb và tốc độ truyền sóng v (tương đương tốc độ truyền ánh sáng 3.108m/s). Theo đó, tổng trở sóng của vật dẫn trong cánh xác định theo công thức [74]:
) ( r H ln Z b b b 2 60 (3.1)
Với Hb và rblần lượt là chiều dài và bán kính vật dẫn đặt trong cánh WT (m)
Như vậy, điều khác biệt duy nhất trong công thức xác nh t ng tr sóng c a cánh đị ổ ở ủ WT lấy theo chiều dài cánh Hb để xét đến độ cao luôn thay đổi phụ thuộc do cánh luôn quay khi làm việc độ ( ng), còn đường dây tải đ ệ thì lấy theo chiều cao treo dây i n dẫn luôn không đổi tĩnh ( ).
3.2.2. Vành trượt ch- ổi than
Vành trượt - chổi than đượ ắp đặt trong đùm (Hub) củc l a WT làm nhi m v d n ệ ụ ẫ dòng điện sét t v t d n trong cánh qua c t tr xu ng h th ng nừ ậ ẫ ộ ụ ố ệ ố ối đất để ả b o v các ệ b phộ ận cơ khí (vòng bi, bánh răng, hộp số) cũng như các phầ ửn t - thi t b quan tr ng ế ị ọ khác trong HTĐ&ĐK của WT. Hình nh c th c a ả ụ ể ủ vành trượt - ch i than do hãng ổ Schunk (Đức) và Vestas (Đan Mạch) sản xuất được trình bày trên hình 3.2.
a) b)
Hình 3.2. Vành trượt chổ- i than dẫn dòng điện sét t cánh qua c t tr ừ ộ ụ xuống h ệ thống nối đấ ủt c a WT hãng Schunk (a) và hãng Vestas (b)
Do ch i than và ổ vành trượt ch là m t v t dỉ ộ ậ ẫn có kích thướ ấc r t nh nên m t cách ỏ ộ gần đúng có thể mô hình đơn giản b ng mằ ột điện tr ở tiếp xúc không đổi [75].
Vành trượt Vành trượt
Chổi than
65
3.2.3. C t tr ộ ụ và các đường cáp đi trong cột tr ụ
Trên đường dẫn dòng điện sét qua cột trụ bên trong lắp đặt cáp điện và cáp điều khiển được chia thành 10 đoạn bằng nhau và mỗi đoạn mô hình hóa bằng một mạch điện với các thông số R, L, C rải đều như trên hình 3.3.
Hình 3.3. Mô hình mạch tương đương trên đường d n dòng sét qua c t tr ẫ ộ ụ WT
Các thông trong mô hình mạch điện tương đương này được liệt kê, chú thích trong bảng 3.1 và được xác định theo các công thức tổng quát sau đây:
a) i
Điện trở này xác định theo công thức:
S l
Ri i (3.2)
Trong đó: ρ điện trở suất của vật liệu dẫn điện; -
li - chiều dài đoạn dẫn điện thứ i, (i = 1, 2, 3, …, 10); - S tiết diện của vật dẫn điện.
66