CHƯƠNG IV:BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
4.2. Lý thuyết tính toán
Với độ cao treo dây trung bình của dây trên cùng ( dây dẫn hoặc dây chống sét ) là h, đường dây sẽ thu hút về phía mình các phóng điện sét trên dải đất có chiều rộng 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây L. Với mật độ sét là ( 0,1 ÷ 0,15 ) có thể tính được tổng số lần có sét đánh thẳng lên đường dây hàng năm :
(0,1 0,15).6. .10 . .3 ngs
N= ÷ h − L n
N
(0, 6 0,9). .10 . .h −3L nngs
= ÷
(lần) (4-1) Trong đó :
nngs : Số ngày sét hàng năm trong khu vực có đường dây đi qua h: Chiều cao trung bình của đường dây tính theo m
L: Chiều dài đường dây tính theo km
Vì tham số của phóng điện sét bao gồm biên độ dòng điện Is và độ dốc của dòng điện a , có thể có nhiều trị số khác nhau do đó không phải tất cả các lần sét đánh trên đường dây đều gây phóng điện trên cách điện . Để có phóng điện , khả năng này được biểu thị bởi xác suất phóng điện ( vpd ) và như vậy số lần xảy ra phóng điện trên cách điện sẽ là :
. (0, 6 0,9). . .10 . .3
pd pd pd ngs
N =N v = ÷ v h − L n
(4-2) Trong khi thời gian làm việc của hệ thống bảo vệ rơle là không bé quá một nửa chu kì tần số công nghiệp tức là 0,01s , thời gian tác động của quá điện áp khí quyển là rất nhỏ chỉ khoảng 100às , do đú phúng điện xung kớch chỉ gõy nhảy mỏy cắt đường dây khi tia lửa phóng điện xung kích trên cách điện đường dây chuyển thành hồ quang duy trì bởi điện áp làm việc của lưới điện . Xác suất chuyển từ tia lửa phóng điện xung kích thành hồ quang duy trì phụ thuộc vào nhiều yếu tố , trong đó yếu tố quan trọng nhất là gradient của điện áp làm việc dọc theo đường phóng điện. Trị số gradient càng lớn thì việc duy trì điện dẫn trong khe hở phóng điện và chuyển thành hồ quang càng thuận lợi.
Với xác suất hình thành hồ quang là η thì số lần cắt điện do sét đánh hàng năm của đường dây là :
(0, 6 0,9). . . . . .10 3
cd ngs pd
n = ÷ h L n v η −
(lần) (4-3) Để so sánh khả năng chịu sét của các đường dây có các tham số khác nhau , đi qua các vùng có cường độ hoạt động của sét khác nhau , thường tính trị số “ suất cắt của đường dây ” tức là số lần cắt khi đường dây có chiều dài 100 km :
(0, 06 0,09). . . .
cd ngs pd
n = ÷ h n v η
(lần) (4-4) Treo dây chống sét là biện pháp rất hiệu quả trong việc giảm số lần cắt điện đường dây , tuy nhiên cần lưu ý một số vấn đề sau :
+ Dây chống sét làm nhiệm vụ bảo vệ chống sét đánh thẳng cho đường dây nhưng chưa phải là biện pháp an toàn tuyệt đối , vì vẫn có khả năng sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây pha , xác suất này tăng theo chiều cao của cột và góc bảo vệ α theo biểu thức :
lg 4
90 hc
vα α
= −
Trong đó : α: góc bảo vệ của dây chống sét (độ ) hc : chiều cao cột điện (m)
+ Khi sét đánh xuống gần khu vực đường dây thì dưới tác dụng điện từ trường dòng sét , trên dây dẫn sẽ xuất hiện điện áp cảm ứng , nếu biên độ điện áp cảm ứng vượt quá mức cách điện đường dây (U50%) thì sẽ gây ra phóng điện trên cách điện đường dây. Số lần phóng điện do quá điện áp cảm ứng trên chiều dài 100 km đường dây hàng năm.
50%
260 50%
(15,6 23, 4). . .
U ngs pd
N n h e
U
÷ −
=
(4-6) Trong đó : h : Được tính bằng m
U50% : được tính bằng kV
Thực nghiệm đã chứng minh được đối với các đường dây 110 kV trở lên trong tính toán chống sét có thể không xét đến quá điện áp cảm ứng vì số lần phóng điện gây nên quá nhỏ so với khi có sét đánh thẳng lên đường dây .
Gọi N là số lần sét đánh trên đường dây được xác định theo công thức :
(0,6 0,9). .10 . .3 ngs
N = ÷ h − L n
(lần) Trị số này sẽ được phân bố như sau :
-Số lần đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn là :
dd .
N =N vα
(4-7) (với vα là xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét )
-Số lần đánh vào đỉnh cột hoặc khu vực gần đỉnh cột là:
.
2 2
c N N v N N = − α ≈
(4-8) -Số lần đánh vào điểm giữa khoảng vượt và lân cận khoảng vượt là :
.
2 2
kv N N v N N = − α ≈
(4-9)
4.3. Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây