CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC
4.3. Tính toán bảo vệ chống sét cho đường dây 220kV
4.3.2. Xác định tổng số lần sét đánh vào đường dây
4.3.3.2 Tính suất cắt đường dây khi sét đánh vào khoảng vượt
Khi sét đánh vào dây chống sét trong khoảng vượt, để đơn giản ta giả thiết rằng sét đánh vào chính giữa của khoảng vượt và dòng điện sét được chia về hai phía như trên hình vẽ:
Đường dây
D is D
RC
RC
Dây chống sét
Hình 4.7. Sét đánh vào khoảng vượt
Lúc này trên dây chống sét và mỗi cột sẽ có dòng điện là . Ta sử dụng dạng sóng xiên góc để tính toán.
Hình 4.8. Dạng sóng tính toán của dòng điện sét Ta có phương trình của dòng điện sét dạng xiên góc:
is = a t nếu t ¿ τds is = I nếu t >τds Ta sẽ tính toán cho các giá trị:
Độ dốc đầu súng: a = 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 (kA/às)
Tại cỏc thời điểm: t = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 (às) Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt được tính theo công thức:
ncđ (kv) = lần/(100km.năm) (4.14) Trong đó:
-Nkv : số lần sét đánh vào khoảng vượt, Nkv = 123 lần/(100km.năm) -η: xác suất hình thành hồ quang
-Vpđ: xác suất phóng điện.
Khi đường dây tải điện bị sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét thì sẽ sinh ra các điện áp là:
Điện áp tác dụng lên cách điện không khí giữa dây dẫn và dây chống sét.
Điện áp tác dụng lên cách điện của chuỗi sứ.
Nếu các điện áp này đủ lớn thì sẽ gây ra phóng điện sét trên cách điện làm cắt điện trên đường dây.
* Suất cắt điện do quá điện áp tác dụng lên cách điện không khí giữa dây dẫn và dây chống sét (ta xét với pha B hoặc C vì hệ số ngẫu hợp của 2 pha này nhỏ hơn của pha A) .
(4.15) Với Kvq: hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét có kể đến vầng quang.
a: độ dốc dòng điện sét.
l: khoảng vượt của đường dây.
Trong thiết kế và thi công đường dây, thường chọn khoảng cách giữa các dây đủ lớn để tránh khả năng xảy ra phóng điện trong trường hợp này ít xảy ra và dù có xảy ra thì xác suất hình thành hồ quang cũng rất nhỏ. Vì vậy suất cắt trong trường hợp này có thể bỏ qua.
* Suất cắt điện do quá điện áp tác dụng lên chuỗi sứ.
Điện áp tác dụng lên chuỗi sứ khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét là:
Ucd( t )= Uc( t )+ Ulv
(4.16) Trong đó: Ulv là điện áp làm việc.
Uc(t): điện áp tại đỉnh cột.
Với dạng sóng xiên góc xét với thời gian t < τds thì i
s = at, vậy ta có:
(4.18) Trong đó:
Rc: Điện trở nối đất của cột, Rc = 12 Ω Lc: Điện cảm thân cột.
L0 = 0,6 àH/m là điện cảm đơn vị của thõn cột.
hc = 30m là độ cao của cột.
Lc = L0.hc =
Kvq: hệ số ngẫu hợp có kể đến ảnh hưởng của vầng quang dây pha với dây chống sét. Ở đây ta có nên ta chọn pha B (C) để tính toán, Kvq = 0,172.
Vậy ta có Ucđ(t) là:
(4.19) Ta có bảng đặc tính V-S của chuỗi sứ sử dụng như sau:
Bảng 4.2. Đặc tính V-S của chuỗi sứ
t(às) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Upđ(kV) 1780 1620 1400 1360 1280 1220 1180 1180 1160 1140 Thay các giá trị của a vào trong công thức trên ta được bảng các giá trị của Ucđ theo thời gian tương ứng như sau :
Bảng 4.3. Giá trị Ucđ(a,t) tác dụng lên chuỗi sứ a
t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1 251,217 375,417 499,617 623,817 748,017 872,217 996,417 1120,617 1244,817 1369,017
2 300,897 474,777 648,657 822,537 996,417 1170,297 1344,177 1518,057 1691,937 1865,817
3 350,577 574,137 797,697 1021,257 1244,817 1468,377 1691,937 1915,497 2139,057 2362,617
4 400,257 673,497 946,737 1219,977 1493,217 1766,457 2039,697 2312,937 2586,177 2859,417
5 449,937 772,857 1095,777 1418,697 1741,617 2064,537 2387,457 2710,377 3033,297 3356,217
6 499,617 872,217 1244,817 1617,417 1990,017 2362,617 2735,217 3107,817 3480,417 3853,017
7 549,297 971,577 1393,857 1816,137 2238,417 2660,697 3082,977 3505,257 3927,537 4349,817
8 598,977 1070,937 1542,897 2014,857 2486,817 2958,777 3430,737 3902,697 4374,657 4846,617
9 648,657 1170,297 1691,937 2213,577 2735,217 3256,857 3778,497 4300,137 4821,777 5343,417
10 698,337 1269,657 1840,977 2412,297 2983,617 3554,937 4126,257 4697,577 5268,897 5840,217
Từ bảng số liệu trên kết hợp với đường đặc tính V-S của chuỗi sứ, ta vẽ được đồ thị sau:
Hình 4.9. Đồ thị Ucđ(a,t)
Từ đồ thị trên ta xác định được các cặp thông số (ai, ti) là giao của đường cong Ucđ
(a,t) với đường đặc tính V-S. Dựa vào các cặp thông số này ta xác định được đường cong nguy hiểm I = f(a) từ đó xác định được miền nguy hiểm và xác suất phóng điện.
Kết quả cho ở bảng sau:
Bảng 4.4. Các cặp thông số (ai,Ii)
a(kA/às) 20 30 40 50 60 70 80 90 100
t(às) 8,40 5,48 4,00 3,07 2,42 2,02 1,53 1,38 1,15
I(kA) 168 164,4 160 153,5 145,2 141,4 122,4 124,2 115 Từ các giá trị ở trên ta xác định được đường cong thông số nguy hiểm:
20 30 40 50 60 70 80 90 100 0
20 40 60 80 100 120 140 160
180 MIỀN NGUY HIỂM
a (kA/s)
I (kA)
Hình 4.10. Đường cong nguy hiểm
Xác suất phóng điện Vpđ là xác suất mà cặp thông số (a, I) của phóng điện sét thuộc miền nguy hiểm và được tính như sau:
Vpđ = P {(a, I) Miền nguy hiểm}
Ta có bảng kết quả sau:
Bảng 4.5 Kết quả tính toán xác suất phóng điện
a (kA/às) I (kA) VIi (10-4) Va(10-2) ∆Vai(10-2) ∆Vpđ(10-6)
20 168 16,01553 15,96355 9,585406 153,5153
30 164,4 18,38417 6,378141 3,829792 70,40754
40 160 21,75997 2,548348 1,530171 33,29648
50 153,5 27,91361 1,018177 0,611371 17,06556
60 145,2 38,36409 0,406807 0,24427 9,37118
70 141,4 44,37676 0,162537 0,097596 4,331014
80 122,4 91,89855 0,064941 0,038994 3,583499
90 124,2 85,77432 0,025947 0,01558 1,336351
100 115 122,0231 0,010367
Vậy xác suất phóng điện:
Ta được suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt là:
ncđ (kv) = lần/(100km.năm)
ncđ(kv) = 123 292,907 10-6 0,6 = 0,0216 lần/(100km.năm)