- Chống sét van dùng để lựa chọn thiết bị phân phối điện năng và các trạm biến áp, đặt biệt là các máy biến áp điện lực chống lại quá điện áp khí quyển do sét đánh trực tiếp vào dây, hoặc sét đánh gần đường dây do cảm ứng tạo thành quá điện áp trên đường dây. Quá điện áp cũng cĩ thể do đĩng cắt đường dây hoặc máy biến áp khơng tải. Khi thiết kế và lựa chọn chống sét van cần phải tuân theo các tiêu chuẩn sau:
+ Điện áp đánh thủng + Mức bảo vệ
+ Khả năng hấp thụ năng lượng + Điện áp tần số tối đa
- Theo IEC 99 – 4 điện áp liên tục của van chống sét khơng được thấp hơn trị số hiệu dụng của điện áp tần số nguồn cĩ thể xảy ra ở đầu cực lâu hơn 10 phút trong lúc làm việc
- Điện áp này được xác định dựa trên cơ sở của điện áp làm việc cao nhất tác động lên lưới đang xét ở chế độ làm việc bình thường. Nếu số liệu này khơng được xác định rõ ràng cĩ thể lấy bằng điện áp cao nhất đối với thiết bị.
- Van chống sét giữa các pha và đất
+ Đối với hệ thống cĩ tổng trở nối đất nhỏ ( CE = 1,4 ) + Ult ≥ CE *1,05* Ulvmax/ 3
+ Đối với các hệ thống cĩ sự cố chạm đất được bù hoặc trung tính cách ly ( CE = 1,732 )
+ Ult ≥ CE * Ulvmax
- Van chống sét điểm trung tính
+ Đối với các hệ thống cĩ tổng trở nối đất nhỏ + Ult ≥ CE * Ulvmax
- Đối với các hệ thống cĩ sự cố chạm đất được bù hoặc trung tính cách ly + Ult ≥ Ulvmax/ 3
- Trong đĩ:
+ Ult : Điện áp liên tục của chống sét van
+ Ulvmax: Điện áp làm việc lớn nhất của hệ thống
1- Chọn chống sét van pha cho cấp 220(KV):
⇒Ult ≥ 186,7( ) 3 220 * 05 , 1 * 4 , 1 3 * 05 , 1 * max KV U CE lv = =
⇒ Chọn chống sét van loại EXLM do hãng AEG sản suất cĩ các thơng số kỹ thuật sau
Ulvmax = 220(KV) ULA = 192 (KV) - Dịng điện sét định mức
Isđm = 10(KA)
3- Chọn chống sét van trung tính cho cấp 110(KV):
Ult ≥ Ulvmax/ 3 = 110/ 3 = 65,3 (KA)
⇒ Chọn chống sét van loại MO do hãng ABB sản suất cĩ các thơng số kỹ thuật sau Ulvmax = 65,3 (KV) ULA = 72 (KV) - Dịng điện sét định mức Isđm = 10(KA) 4- Chọn chống sét pha cho cấp 22(KV):
Ult ≥ 18,8( ) 3 22 * 05 , 1 * 4 , 1 3 * 05 , 1 * max KV U CE lv = =
⇒ Chọn chống sét van loại MO do hãng SIEMENS sản suất cĩ các thơng số kỹ thuật sau Ulvmax = 24 (KV) ULA = 19 (KV) - Dịng điện sét định mức Isđm = 10(KA) V- LỰA CHỌN SỨ CÁCH ĐIỆN:
- Sứ cĩ nhiệm vụ làm giá đỡ, treo các bộ phận mang điện, vừa làm vật cách điện giữa các bộ phận cách điện với đất, do đĩ sứ phải cĩ khoảng cách điện bề mặt cần thiết giữa các phần cĩ điện với đất, cĩ đủ bộ đèn chịu được lực điện động cho dịng ngắn mạch gây ra, đồng thời phải chịu đựoc điện áp của mạch lúc bình thường cũng như lúc quá điện áp khí quyển hay nội bộ.
- Sứ cĩ nhiều loại khác nhau: sứ treo, sứ đở, sứ xuyên… dùng vào nhiều mục đích khác nhau, tuỳ theo vị trí sử dụng cĩ thể phân ra sứ dùng trong nhà hay ngồi trời, sứ dùng trong trạm hay đường dây…
- Đi kèm theo sứ cịn cĩ các bộ phận khác như mĩc kẹp, phụ tùng chống tia lửa ( điện áp ≥220(KV)) và một số phụ kiện khác
1- Tính tốn chọn sứ cho trạm:
a) Chọn sứ đở cho thanh gĩp cứng 22(KV):
- Sứ đở thanh gĩp cứng chọn theo các điều kiện sau. + Điện áp : Uđmsứ ≥ Umạng
+ Kiểm tra độ bền cơ: F’tt = Ftt *H’/H - Trong đĩ:
F’tt:Lực điện động tác động lên đầu sứ khi ngắn mạch ba pha H : Chiều cao của sứ
H’: Chiều cao từ đáy sứ đến trọng tâm thanh dẫn điều kiện độ bền của sứ Ftt ≥0,6*Fph
Fph:Lực phá hoại cho phép của sứ ( tra bảng số tay ) Ftt : Lực tác động lên thanh dẫn giữa
Ftt = 1,76*10-8*(l/a)*i2 xk (kg)
= 1,76*10-8*(50/50)*41,132 = 29,7 (kg) - Chọn sứ sau cho Fcp ≥ Ftt
- Chọn sứ đỡ đặt trong nhà của hãng ABB ( cẩm nang đĩng cắt ABB trang 633) cĩ các thơng số kỹ thuật sau:
+ Điện áp chịu xung sét: Ux = 95 (KV) + Ứng suất uốn định mức: Fđm = 5 (kN) + Chiều cao sứ: H = 175 (mm)
Kiểm tra sứ đã chọn:
+ Chiều cao sứ H = 175 (mm)
+ Chiều cao thanh dẫn h = 100 (mm)
⇒Suy ra H’ = H + h/2 = 175 + 100/2 = 225(mm) F’tt = Ftt* H’/H = 65,5* 225/175 = 84 (kg) 0,6 * Fđm = 0,6 *5000 = 3000(kg)
- Vậy Ftt = 84(kg) < 0,6 *Fđm = 3000(kg) (Thoả điều kiện)
b) Chọn sứ treo cho cấp điện áp 220, 110(KV):
- Chọn sứ treo theo tiêu chuẩn + Điện áp : Uđmsứ ≥ UđmHT
+ Chiều dài rị phĩng điện nhỏ hơn chiều dài cho phép
+ Đảm bảo độ bền cơ khi khi chịu tải trọng đường dây, giĩ, lực điện động. Ơû đây ta chỉ đảm bảo độ cách điện đối với từng cấp điện áp
Tính số bát sứ cách điện dùng cho chuổi sứ:
- Chiều dài đường rị yêu cầu của chuổi sứ cách điện phải thoả: Icđ > Iyc = Iqđ *k* Uđmmax
- Trong đĩ:
Lyc: chiều dài đường rị yêu cầu (cm) Iqđ : chiều dài đường rị điện qui định (cm)
Uđmmax: điện áp làm việc lớn nhất theo tiêu chuẩn IEC Cấp 220(KV) là 245(KV)
Cấp 110KV là 123(KV)
k: Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ phụ thuộc vào vật liệu cách điện, nếu dùng thuỷ tinh k = 1
- Mặt khác: Iyc = n* Ir
n: là số bát sứ trong chuổi
Ir : chiều dài đường rị 1 bát sứ theo tiêu chuẩn IEC qui định đối với sứ thuỷ tinh Ir = 29(cm)
- Kiểm tra lại sứ đã chọn theo điều kiện quá điện áp nội bộ k* Uqđanb < n* Upđsứ
- Trong đĩ:
+ k: Hệ số phát sinh khả năng quá điện áp nội bộ thường ta lấy k = 1,1 + Uqđanb: Điện áp tăng lên khi xảy ra quá điện áp nội bộ Uqđanb = 3Uphađm + Upđsứ: Điện áp phĩng điện ước ở tần số 50Hz theo tiêu chuẩn IEC đối với sứ thủy tinh U ù = 40(KV)
Chọn sứ treo cho cấp điện áp 220(KV):
- Đối với vùng cơng nghiệp nhiều bụi ta chọn Iqđ = 2 (cm/kv) - Suy ra Iyc = Iqđ * k* Uđmmax = 2* 1* 245 = 490 (cm) - Số bát sứ chọn là n = 16,9 29 490 = = r yc I I - Chọn số bát sứ n = 17 bát cho cấp điện áp 220(KV) - Kiểm tra cách điện theo điều kiện quá điện áp nội bộ
n * Upđsứ = 17*40 = 680 (KV) k* Uqđanb = 1,1* 3* 438( ) 3 220 KV =
- Suy ra n* Upđsứ > k* Uqđanb ( Thỏa điều kiện )
Chọn sứ treo cho cấp điện áp 110(KV)
- Ta cĩ chiều dài đường rị điện đã chọn Iqđ = 2 (cm/kv) - Suy ra Iyc = 2* 123 = 246 (cm) - Số bát sứ cần tìm là: n = 8,5 29 246 = = r yc I I - Chọn số bát sứ cho cấp điện áp 110(KV) là n = 9 bát - Kiểm tra theo điều kiện quá điện áp nội bộ
k* Uqđanb = 1,1 * 3* 243( ) 3 123 KV = n * Upđsứ = 9 * 40 = 360 (KV)
- Suy ra n* Upđsứ > k * Uqđanb ( Thỏa điều kiện )
CHƯƠNG X
I – KHÁI NIỆM CHUNG:
- Nguồn điện tự dùng đĩng vai trị rất quan trọng trong nhà máy điện và trạm biến áp.
- Thơng thường cơng suất tự dùng khơng đáng kể khoảng 0,2 đến 0,3% cơng suất của trạm và phụ thuộc vào trạm cĩ người trực hay khơng. Nguồn tự dùng đĩng vai trị quan trọng trong việc hoạt động bình thường và độ tin cậy của trạm
II – NGUỒN TỰ DÙNG TRONG TRẠM:
1- Nguồn tự dùng xoay chiều:
- Nguồn tự dùng xoay chiều lấy từ máy biến áp tự dùng 380/220V, để đảm bảo an tồn trong hệ thống điện ta phải nối đất trung tính.
- Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và giảm dịng ngắn mạch trên thanh gĩp 0,4KV. Ta dùng sơ đồ một hệ thống thanh gĩp cĩ phân đoạn bằng CB hạ áp.
2- Nguồn tự dùng một chiều:
- Nguồn này được lấy bộ chỉnh lưu và hệ thống bình ắc qui dự trữ - Cung cấp cho mạch điều khiển, bảo vệ, thơng tin tín hiệu. - Cung cấp chiếu sáng sự cố trong trạm
III- CHỌN CƠNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP TỰ DÙNG:
- Vì 2 máy biến áp làm việc song song nên chọn theo điều kiện quá tải sự cố: SđmTD = (0,2% ÷0,5%).SΣmaxquaMBA SđmTD = 3 , 1 2 , 0 SΣmaxquaMBA = 0100,2**1501,3 = 230 (KVA) ⇒ Chọn SđmBATD = 250 (KVA)
Điện áp cuộn cao UC = 15/20 (KV) Điện áp cuộn hạ UH = 0,4 (KV) Điện pá ngắn mạch UN% = 5% Dịng điện khơng tải iO% = 2% Tổn thất khơng tải ∆Po = 900 (W) Tổn thất ngắn mạch ∆PN = 4400 (W)
Kích thước D – R – C : 1,52 – 1,01 – 1,83 (m) Trọng lượng 1,439 (tấn)
Giá tiền 1 máy 3,13.103 (USD) Kiểu CTY
Nước sản xuất: VN
1- Chọn cáp từ thanh cái 22(KV) đến máy biến áp tự dùng:
- Dịng điện làm việc bình thường lớn nhất
Icbmax = 9,18( ) 22 * 3 250 * 4 , 1 * 3 * 4 , 1 A U S dm dmBA = =
- Thời gian sử dụng cơng suất cực đại > 5000h , ta chọn cáp đồng 1 lõi cĩ mật độ dịng điện kinh tế là : J = 2 (A/mm2)
- Chọn cáp đồng 1 lõi bọc XLPE cĩ đai thép đồng hãng ALCATEL (Pháp) chế tạo cĩ tiết diện F = 25(mm2) cĩ dịng điện cho phép Icp = 173 (A)
Kiểm tra cáp: Skt = 5,8( ) 2 6 , 11 2 max mm J I kt cb = = Icp = k1 * k2 * k3* Iđm ≥ Ibtmax - Trong đĩ: k1: Hệ số hiệu chỉnh theo nhệt độ k1 = 0,95 35 90 40 90 = − −
k2: Hệ số cáp đặt trong hầm sâu 0,7 đến 1,2(m) ba sợi thẳng hàng tra bảng ta được k2 = 0,86
k3: Hệ số xét đến quá tải của cáp tra bảng ta được k3 = 1,25
- Ta cĩ Icp = 0,95 * 0,86 * 1,25 * 173 = 176,7 (A) > Icbmax = 11,6 (A) - Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện kiểm tra
2- Chọn CB hạ áp và nguồn điện tự dùng:
- CB là khí cụ điện dùng để đĩng cắt mạch điện lúc bình thường cũng như lúc sự cố, quá tải, ngắn mạch, sụt áp, cơng suất ngược…
- Dịng điện bình thường làm việc lớn nhất là:
Icbmax = 505( ) 4 , 0 * 3 250 * 4 , 1 * 3 4 , 1 * A U S dm BA = =
- Dịng điện ngắn mạch, dịng xung kích, điện áp định mức: INM = 14,38 (KA)
ixk = 30,50 (KA) Uđm = 0,4 (KV)
- Ta chọn CB ( Aùp to mát ) do Nhật chế tạo, cĩ các thơng số sau: - Loại CB 01 N cĩ 4 cực
- Dịng điện định mức Iđm = 800(A) > Icbmax = 505 (A) - Điện áp định mức UđmCB = 690 (V) > Uđm = 400 (V) - Dịng điện ngắn mạch IN = 25 (KA) > INM = 14,38 (KA
THIẾT KẾ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP
I –BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VAØO TRẠM BIẾN ÁP: 1-Kết cấu của một hệ thống cột thu sét:
- Việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp được thực hiện bằng các cột thu sét và dây chống sét đối với trạm biến áp 220KV thì chủ yếu dựa vào kết cấu cơng trình cĩ sẵn.
- Một hệ thống thu sét bao gồm các bộ phận sau: + Bộ phận thu sét (1)
+ Bộ phận dẫn dịng điện sét (2) + Bộ phận nối đất (3)
- Bộ phận thu sét: cịn gọi là kim thu sét được làm bằng thép ống hay thanh cĩ tiết diện khơng nhỏ hơn 100 mm2 đặt thẳng đứng cĩ chiều cao phải cao hơn vất cần bảo vệ.
- Bộ phận dẫn dịng điện sét: cĩ thể là kết cấu thép của cột thép, cột bê tơng cốt thép cĩ tiết diện khơng nhỏ hơn 50 mm2 hoặc là dây dẫn dịng điện sét được nối từ kim thu sét đến bộ phận nối đất.
- Bộ phận nối đất: được tạo bởi hệ thống cột và thanh nối liền nhau chơn sâu trong đất cĩ điện trở tản bé để dẫn dịng điện sét xuống đất dễ dàng hơn
Hình 1: Cấu tạo một cột thu sét
2 -Một số yêu cầu kinh tế khi thiết kế kỹ thuật khi thiết kế hệ thống thu sét: -Về mặt kỹ thuật
+Phải đảm bảo xác xuất số lần sét đánh trực tiếp vào trạm
+Hệ thống nối đất chống sét phải được thiết kế và tính tốn sao cho khơng xảy ra phĩng điện ngược trên cách điện của trạm.
-Về mặt kinh tế
+Phương án kỹ thuật được lựa chọn phải cĩ chi phí đầu tư thấp nhất. +Tận dụng triệt để kết cấu cơng trình của trạm để đặt hệ thống kim thu sét.
1- Phương pháp dùng cột thu sét:
- Phạm vi bảo vệ của cột thu sét đứng riêng rẽ là một hình chĩp ( hình nĩn ) trịn xoay, cĩ đường sinh dạng Hyperbol, tiết diện ngang là hình trịn ứng với độ cao hx thì ta cĩ bán kính bảo vệ tương ứng là rx được xác định theo cơng thức sau: Rx = 1,6*h*p* x x h h h h + − - Trong đĩ:
hx:chiều cao của vật cần bảo vệ. h :chiều cao của cột thu sét.
rx: bán kính bảo vệ xung quanh cột
p : hệ số phụ thuộc vào chiều cao cột thu sét. p = 1 khi h ≤ 30 m p = h 5 , 5 khi h > 30 m
Hình 2: Cách xác định phạm vi bảo vệ của một cột thu sét
- Trong thiết kế để đơn giản người ta thường thay thế đường sinh dạng hyperbol giới hạn khu vực bảo vệ bởi hai đoạn thẳng như hình vẽ. Khi đĩ nếu vật được bảo vệ cĩ độ cao hx ≤ *h
3 2
thì phạm vi bảo vệ đươc xác định như sau: rx=1,5*h*p*(1- ) * 8 , 0 h hx nếu hx > 2*h thì rx = 0,75*h*p*(1-hx)
2- Phương pháp dùng hai cột thu sét: a) Hai cột thu sét cĩ cùng độ cao:
- Nếu hai cột thu sét đặt cách nhau một khoảng a < 7 *h thì hai cột thu sét sẽ bảo vệ được một vật cĩ độ cao h0 đặt giữa chúng, h0 được xác định như sau
h0 = h -
h a
* 7
- Trong đĩ: a là khoảng cách giữa hai cột thu sét.
Cột
h1 Cột h2
Cột giả tưởng
Hình 3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét cĩ cùng độ cao
- Mặt khác để bảo vệ được một vật cĩ độ cao h0 đặt giữa hai cột thu sét thì khoảng cách giữa hai cột thu sét phải thoả cơng thức sau:
a ≥ 7*p*( h - h0 )
- Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét được xác định như sau:
- Khu vực xung quanh cột được xác định như phạm vi bảo vệ của một cột, cịn khu vực giữa hai cột cĩ phạm vi bảo vệ được giới hạn bởi chiều cao là h0 đặt giữa khoảng cách giữa hai cột, được xác định như sau:
rox = 1,6 * h0 * ( ) 0 0 x x h h h h + − - Trong đĩ:
h0 : Độ cao nhỏ nhất mà hai kim được bảo vệ được hx : Độ cao của vật cần bảo vệ
b) Hai cột thu sét cĩ độ cao khác nhau:
- Phạm vi bảo vệ của chúng được xác định như sau:
- Phạm vi bảo vệ xung quanh hai cột được xác định như trường hợp từng cột riêng lẻ.
- Phạm vi bảo vệ giữa hai cột được xác định bằng cách: Từ đỉnh cột thấp (h1) kẻ một đường thẳng vuơng gĩc với đơ cao (h2), tại điểm vuơng gĩc đĩ cĩ độ cao bằng (h1), vậy khu vực được bảo vệ giữa hai cột được xác định giữa hai cột