CHƯƠNG IV. BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
IV.3 Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây
IV.3.5. Tính suất cắt của đường dây 110 kV do sét đánh vào khoảng vượt
Khi sét đánh vào dây chống sét ở trong khoảng vƣợt ,ở nơi sét đánh cũng đƣợc biểu thị bằng cách ghép nối tiếp tổng trở sóng ZCS /2 với tổng trở sóng Z0 của khe sét :
Khi sóng điện áp truyền tới các cột lân cận do điện trở của cột điện rất bé so với tổng trở sóng của dây chống sét nên sóng sẽ bị phản xạ âm toàn phần để đơn giản ta giả thiết là sét đánh vào chính giữa khoảng vƣợt , nghĩa là các sóng phản xạ cũng đồng thời trở về thời điểm sét đánh . Vì tổng trở Z0 có giá trị gần bằng tổng trở sóng xung kích của dây chống sét cho nên không có sóng phản xạ và khúc xạ tiếp và điện áp tại điểm này đƣợc xác định gần đúng theo sơ đồ trên .
Giả thiết dòng điện sét có dạng xiên góc : { ≤ Ta tiến hành tính toán với các thông số biến thiên :
Độ dốc đầu súng a biến thiờn từ 10 đến 100 kA/às
Độ dài đầu súng biến thiờn từ 1 đến 10 às
Điện áp đặt lên chuỗi sứ cách điện khi sét đánh vào khoảng vượt đường dây là :
. ( ) ( )
( , ) . .(1 )
2 2
c s cs s
cd c lv
R i t di t
U a t L K U
dt
(4-12) Trong đó :
Ucd(a,t) - Điện áp đặt lên cách điện chuỗi sứ
Ulv - Điện áp làm việc của đường dây
Rc- Điện trở nối đất
is - Dòng điện sét
K - Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây thu sét
SVTH: NGUYỄN ĐỨC VINH - 68 - LỚP: Đ4-H1 Với dòng điện sét có dạng : is =at thì di ts( ) d at( )
dt dt a
.
( , ) . .(1 )
2 2
c cs
cd c lv
R at a
U a t L K U
( , ) ( )(1 )
2
cs
cd c c lv
U a t a R tL K U (4-13)
Ta nhận thấy nếu hệ số ngẫu hợp K nhỏ thì Ucd(a,t) lớn do đó khi tính ta sẽ chọn pha B hoặc C là pha có hệ số ngẫu hợp nhỏ nhất để tính Ucd(a,t).
KB = KC =0, 241 Cùng với đó ta có điện trở nối đất cột : RC =14 Ω Điện kháng thân cột : Lcsc L h0. c
Trong đó :
L0 - Điện khỏng đơn vị của thõn cột L0 = 0,6 àH/m
hc - Chiều cao của cột ( hc = 27 m)
Lcsc L h0. c 0, 6.2716, 2(H)
Điện áp Ulv là điện áp làm việc trung bình của đường dây được tính :
max 0
1 2 2
.sin( ). ( ) . .110 57,18( )
p 3
U t d t kV
Thay vào công thức (4-13) ta đƣợc :
( , ) (14. 16, 2)(1 0, 241) 57,18 2
5,313 6,148 57,18
cd
U a t a t
at a
Tiến hành tính toán với các thông số biến thiên :
SVTH: NGUYỄN ĐỨC VINH - 69 - LỚP: Đ4-H1
Bảng IV-2: Các giá trị của Ucd(a,t) a
(kV/às)
t(às)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
10 171,79 224,92 278,60 331,18 384,31 437,44 490,57 543,70 596,83 649,96 20 286,40 392,66 500,02 605,18 711,44 817,70 923,96 1030,22 1136,48 1242,74 30 401,01 560,4 721,44 879,18 1038,57 1197,96 1357,35 1516,74 1676,13 1835,52 40 515,62 728,14 942,86 1153,18 1365,70 1578,22 1790,74 2003,26 2215,78 2428,30 50 630,23 895,88 1164,28 1427,18 1692,83 1958,48 2224,13 2489,78 2755,43 3021,08 60 744,84 1063,62 1385,69 1701,18 2019,96 2338,74 2657,52 2976,30 3295,08 3613,86 70 859,45 1231,36 1607,11 1975,18 2347,09 2719,00 3090,91 3462,82 3834,73 4206,64 80 974,06 1399,1 1828,53 2249,18 2674,22 3099,26 3524,3 3949,34 4374,38 4799,42 90 1088,67 1566,84 2049,95 2523,18 3001,35 3479,52 3957,69 4435,86 4914,03 5392,20 100 1203,28 1734,58 2271,37 2797,18 3328,48 3859,78 4391,08 4922,38 5453,68 5984,98
SVTH: NGUYỄN ĐỨC VINH - 70 - LỚP: Đ4-H1 Tra tài liệu hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp ta có bảng IV.3 :
Bảng IV-3: Đặc tính Vol – giây (V-S) của chuỗi sứ cách điện :
T(às) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Upd (kV) 1020 960 900 855 830 810 805 800 797 795 Từ các bảng thống kê trên ta vẽ đƣợc đồ thị :Xem hình I.V
Khi điện áp đặt lên chuỗi sứ lớn hơn điện áp phóng điện của chuỗi sứ thì sẽ có phóng điện , trên miền đồ thị ta xác định đƣợc các cặp thông số nguy hiểm (ai , ti) là giao điểm các đường Ucd(ai,ti) với đường đặc tính Upd(kV) của chuỗi sứ
Với I=ai.ti ta lập đƣợc bảng kết quả
Hình IV-4: Đồ thị Ucd(a,t)=f(a,t) khi sét đánh vào khoảng vƣợt
2000 400600 1000800 12001400 16001800 20002200 24002600 28003000 32003400 36003800 40004200 44004600 48005000 52005400 56005800 60006200 64006600 68007000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ucd (kV)
t(às) a=100kV/às a=90kV/às a=80kV/às a=70kV/às
a=60kV/às a=50kV/às a=40kV/às a=30kV/às a=20kV/às a=10kV/às Upd(kV)
SVTH: NGUYỄN ĐỨC VINH - 71 - LỚP: Đ4-H1
Bảng IV-4: Bảng các giá trị của I=ai.ti
ai(kV/às) 10 20 30 40 50 60 70 80
ti(às) 11.79 5.86 3.9 2.88 2.18 1.76 1.37 1.09 Ii(kA) 117.9 117.2 117 115.2 109 105.6 95.9 87.2
Với các giá trị Ii và ai ở bảng trên ta xây dựng đường cong nguy hiểm với điện trở cột Rc =14Ω
Hình IV-5: Đồ thị I=f(a) xác định miền nguy hiểm khi có sét đánh vào khoảng vƣợt Xác suất phóng điện vpd là xác suất để cho cặp thông số nguy hiểm của phóng điện sét (I,a) thuộc miền nguy hiểm : I > Ii và a > ai, do đó ta có :
pd I. a
dv v dv hay
0
.
t
pd I a
v v dv
26,1 Ii
vI e
10,9
ai
va e
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
10 20 30 40 50 60 70 80 I(kA)
a(kV/às) MIỀN NGUY HIỂM
SVTH: NGUYỄN ĐỨC VINH - 72 - LỚP: Đ4-H1 Trong đó :
vI - xác suất để dòng điện sét I lớn hơn một giá trị Ii nào đó
va - xác suất để cho độ dốc dòng điện sét a lớn hơn một giá trị ai nào đó
Nhận xét :
Khi có dòng điện sét mà có biên độ lớn thì xác suất hiện tại nhỏ .
Khi mà biên độ dòng điện sét nhỏ , để quá trình phóng điện xảy ra thì độ dốc của dòng điện sét lại cần phải rất lớn do đó xác suất này xảy ra cũng thấp .
Kết luận :
Để tớnh xỏc suất vpd ta chỉ cần tớnh xỏc suất vpd trong miền a ≤ 100 às
Nhƣng ta không thể xác định đƣợc hàm phụ thuộc f(i) mà chỉ có các thông số rời rạc không liên tục do đó cần phải chia miền để tính :
Chia a thành 10 miền từ 10 đến 100 às Khi đó :
1 1
.
n n
pd pdi Ii ai
i i
v v v v
với
1
26,1; 10,9 10,9
i i i
I a a
Ii ai
v e v e e
Bảng IV-5: Bảng tính toán các giá trị
a(kV/às) I(kA) vIi vai vai vpdi
10 117,9 0,01092 0,39954 0,23991 0,00262
20 117,5 0,01122 0,15964 0,09585 0,00108
30 117 0,01130 0,06378 0,0383 0,00043
40 115,2 0,01211 0,02548 0,0153 0,00019
50 109 0,01536 0,01018 0,00611 0,00009
60 105,6 0,01749 0,00407 0,00244 0,00004
70 95,9 0,02537 0,00163 0,00098 0,00002
80 87,2 0,03540 0,00065 0,00039 0,00002
Ta có xác suất phóng điện là :
10
6 1
4490.10
pd pdi
i
v v
SVTH: NGUYỄN ĐỨC VINH - 73 - LỚP: Đ4-H1 Như vậy suất cắt của đường dây khi sét đánh vào khoảng vượt trong trường hợp điện trở cột Rc =14Ω là :
. . 115, 472.4490.10 .0, 61 0,31636
kv kv pd
n N v (lần/100km/năm)
IV.3.6. Tính suất cắt của đường dây 110 kV do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận