CHƯƠNG IV: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
4.3: Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây
4.3.4: Suất cắt do sét đánh vào đường dây
1, Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn.
Số lần cắt của đường dây :
pd.
dd
dd N
n
Trong đó: pd là xác suất phóng điện được xác định như sau:
pd= Zdd
U
e26,1.
. 4 50%
kV
U50% 1140 ZA469,049( )
Xác suất phóng điện :
4.1140 26,1.469.049
d 0, 689
p e
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 57
: xác suất hình thành hồ quang f E( lv) xác định như sau:
pd lv lv l E U
) ( 3 127 220
3 kV
Ulv Udm
lpd: chiều dài phóng điện, lấy bằng chiều dài chuỗi sứ n
l lpd su.
Trong đó: lsứ: độ cao một bát sứ.
n: số bát sứ của chuỗi sứ.
170.12 2040( ) 2( ) lpd mm m
127 63,5( / )
lv 2
E kV m
Từ đồ thị Hình 4-2 ta có 0,69.
Vậy số lần cắt của đường dây trong 1 năm là
ndd=0,754.0,689.0,69=0,358(lần.năm/100km) 2, Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt.
Khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét, để đơn giản cho tính toán ta giả thiết sét đánh vào chính giữa khoảng vượt, dòng điện sét chia đều sang hai bên như hình vẽ.
Hình 4-5: Sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 58 Lấy với dạng sóng xiên góc. Lúc này trên dây chống sét và mỗi cột sẽ có dòng điện là
2 is . Khi tính toán ta cần tính với các giá trị khác nhau của dòng điện sét.
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.
a, 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).
) 3 ( ). . 1
( al kV
K Ucd vq
Trong đó: 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.
b, 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:
lv c
cd t U t U
U ( ) ( )
Trong đó: Ulv là điện áp làm việc, công thức trang 46, sách hướng dẫn:
lv 0
1 2.U.sin .t.dt 2 2
U .U.
3 3
) ( 4 , 114 220 . 52 ,
0 kV
Ulv
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 59 Uc(t): điện áp tại đỉnh cột.
. ( )
( ) .(1 )
2 2.
c s s
c c vq
R i t di
U t L K
dt
Với dạng sóng xiên góc xét với thời gian t ds thì:
) 1 2 .(
2 . . ) .
( c c vq
c a K
t L a t R
U
Rc:điện trở nối đất cột điện RC 10;15. Lc: điện cảm thân cột LC L0. hC
0 0,6 ; C 28,5
l H h m
0,6.28,5 17,1( )
LC H
Kvq: hệ số ngẫu hợp có kể đến ảnh hưởng của vầng quang pha B(C) với dây chống sét Kvq 0,188.
Thay vào công thức ta có:
Với Rc= 10 10. .
( ) 17,1. .(1 0,188) a.(4.06.t 6,94)
2 2
c
a t a
U t
Ucđ(t)= (4,06t+ 6,94)a+ 114,4 (kV).
Ta thấy Ucđ(t) = f(a,t). Vì vây ta cần kiểm tra với nhiều giá trị a, t như sau a = 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100(kA/s).
t = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 (s).
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 60 Ta có bảng sau :
Bảng 4-2: giá trị Ucd(t) tác dụng lên chuỗi sứ
a
t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1 224.4 334.4 444.4 554.4 664.4 774.4 884.4 994.4 1104.4 1214.4 2 265 415.6 566.2 716.8 867.4 1018 1168.6 1319.2 1469.8 1620.4 3 305.6 496.8 688 879.2 1070.4 1261.6 1452.8 1644 1835.2 2026.4 4 346.2 578 809.8 1041.6 1273.4 1505.2 1737 1968.8 2200.6 2432.4 5 386.8 659.2 931.6 1204 1476.4 1748.8 2021.2 2293.6 2566 2838.4 6 427.4 740.4 1053.4 1366.4 1679.4 1992.4 2305.4 2618.4 2931.4 3244.4 7 468 821.6 1175.2 1528.8 1882.4 2236 2589.6 2943.2 3296.8 3650.4 8 508.6 902.8 1297 1691.2 2085.4 2479.6 2873.8 3268 3662.2 4056.4 9 549.2 984 1418.8 1853.6 2288.4 2723.2 3158 3592.8 4027.6 4462.4 10 589.8 1065.2 1540.6 2016 2491.4 2966.8 3442.2 3917.6 4393 4868.4
Đồng thời ta cũng có bảng đặc tính V-S của chuỗi sứ 4,5 như sau: (bảng 25 trang 96 sách hướng dẫn)
Bảng 4-3: Đặc tính phóng điện của chuỗi sứ.
t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
U 1780 1620 1440 1360 1280 1220 1180 1180 1180 1180
Từ hai bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị biểu diễn mối quan hệ của Ucđ(t) và đặc tính phi tuyến V – S của chuỗi sứ
Hình 4-6: Đồ thị Ucd(a,t)
0 1000 2000 3000 4000 5000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
a=100(kA/àS) a=90(kA/àS) a=80(kA/àS) a=70(kA/àS) a=60(kA/àS) a=50(kA/àS) a=40(kA/àS) a=30(kA/àS) a=20(kA/àS) a=10(kA/àS)
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 61 Từ đồ thị này ta xác định được các cặp thông số (ti,ai) là giao của đường cong Ucđ(t) và đặc tuyến 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 pd.
a I MNH
pd P ( , )
n
i
a I
pd i i
1
.
n
i
a a I
pd i i i
1
) .( 1
1 , 26
i
i
I
I e
9 , 10
i
i
a
a e
Ta có bảng sau:
Bảng 4-4: Đặc tính xác suất phóng điện với Rc = 10Ω
) / (kA s
a t(s) I(kA)
Ii
v vai
ai
v
ai
I v v .
10 15.84 158.4 0,0023 0,4 0,24 5,5.10-4
20 10.5 210 0,0003 0,16 0,096 3,1.10-5
30 7.08 212.4 2,9,10-4 0,064 0,038 1,1.10-5
40 5.4 216 2,5.10-4 0,025 0,015 3,9.10-6
50 4.3 215 2,6,10-4 0,010 0,006 1,6.10-6
60 3.5 210 3,2.10-4 0,004 0,002 7,8.10-7
70 2.9 203 4,2.10-4 0,0016 9,7.10-4 4,1.10-7
80 2.56 204.8 3,9.10-4 0,0006 3,9.10-4 1,5.10-7 90 2.07 186.3 4.10-4 0,0003 1,5.10-4 6,2.10-8
100 2.04 204 4.10-4 0,0001
vpđ = ∑vIi.Δvai 0.000604
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 62 Với các giá trị Ii và ai ở bảng trên ta xác định được miền nguy hiểm như đồ thị sau:
Hình 4-7: Đồ thì miền nguy hiểm.
Xác định xác suất phóng điện:
1
. 0, 000604
i i
n
pd I a
i
Suất cắt điện của đường dây khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét,
kv kv
kv pd
n N .V . 116, 235.0,000604.0,690,04844(lần/100km,năm) Tính toán tương tự cho trường hợp Rc= 15 ta có bảng kết quả sau :
Bảng 4-5: Bảng tổng hợp kết quả tính toán
Rc pd
nkv
10 6,04.10-4 0,04844
15 6,5.10-4 0,04691
0 50 100 150 200 250
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Miền nguy hiểm
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 63 3, Tính suất cắt đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột.
Để đơn giản và dễ tính toán ta giả thiết sét chỉ đánh vào đỉnh cột điện, khi đó phần lớn dòng điện sét sẽ đi vào nối đất cột điện, phần nhỏ còn lại sẽ đi theo dây chống sét vào các bộ phận nối đất của các cột lân cận như hình vẽ:
Hình 4-8: Sét đánh vào đỉnh cột có treo d y chống sét
Trong trường hợp này ta phải tính toán suất cắt cho pha có quá điện áp đặt lên cách điện lớn nhất Ucđ(t) max, Do đó ta phải tiến hành tính toán điện áp đặt lên cách điện đối với từng pha.
Số lần cắt do sét đánh vào đỉnh cột: Ndcc N .V .dc pddc Số lần sét đánh vào đỉnh cột: dc kv N
N N
2 Xác suất phóng điện do sét đánh vào đỉnh cột
dc dc cs
pd cd 50%
V P U (t) U (t)
Trong đó: Udccd (t) là điện áp trên cách điện đường dây khi có sét đánh vào đỉnh cột được tính theo công thức sau:
dc c t d
cd c c c c c cs lv
U (t) i .R L .di U (t) U (t) K.U (t) U
dt ò ò
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 64 Trong đó:
- Thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột do dòng điện sét gây nên:
c
c c c c
U (t) i .R L .di
dt
Với Lc là điện cảm của cột từ mặt đất đến dây dẫn:
dd
c dd
td dd
2H Δh H
L =0,2.h ln + ln -1
r 2h Δh
Hoặc Lc = L0.hdd với L0 là điện cảm đơn vị dài của thân cột L0=0,6.
hdd là độ treo cao của dây dẫn.
- Thành phần điện của điện áp cảm ứng:
d cs dd c
c 2
dd c
(vt h ). (vt H).(vt h) K.h 0,1.a.h
U (t) (1 ). .ln
h (1 ) .h . h.H
ò
Với:
+ V: là vận tốc phóng điện ngược v= β.c (β: hệ số vận tốc của dòng sét β=0,3.C với C là vận tốc ánh sáng C=3.108 m/s)
+ Hc: là độ cao của cột + H = hc+hdd, ∆h= hc-hdd
+ K: là hệ số ngẫu hợp của dây chống sét và dây dẫn có kể đến ảnh hưởng vầng quang, K=K0.λ
- Thành phần từ của điện cảm ứng:
t dd s
c
U (t) M (t).di
dt
ò
Với Mdd(t): là hỗ cảm giữa khe phóng điện sét với mạch vòng dây dẫn – đất.
dd
dd dd
vt H h H
M (t) ln .ln 1 .0, 2.h
(1 ).H 2.h h
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 65 dis
dt a
- Thành phần điện áp do dòng điện đi trong dây chống sét gây ra:
Udcs=-K.Ucs
- Thành phần điện áp làm việc:
T 2 lv
0
2
fam 0
U 2. 2.U.sin t.dt T
2 2 2
.U.sin t.dt .U 3
Ta xét 2 trường hợp:
a, Trường hợp 1: Khi chưa có sóng phản xạ từ cột bên trở về:t 2.lkv
v Trong đó:
+ lkv: là chiều dài khoảng vượt.
+ v = C.β với C là vận tốc ánh sáng.
β là tốc độ phóng điện ngược tương đối của dòng sét.
Sơ đồ tương đương của mạch dẫn dòng điện sét như hình vẽ:
Hình 4-9: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi chưa có sóng phản xạ tới
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 66 Trong sơ đồ dòng sét được coi như một nguồn dòng, còn thành phần từ của điện áp cảm ứng trên dây chống sét như một nguồn áp.
Trong hình trên ta có:
- Lcsc là điện cảm của cột từ mặt đất tới dây chống sét được xác định theo công thức: Lcsc L h0. dcs
- Rc là điện trở cột.
- Mcs(t) là hỗ cảm giữa khe phóng điện sét với mạch vòng dây chống sét – đất được xác định theo công thức:
dd
dd dd
vt H h H
M (t) ln .ln 1 .0, 2.h
(1 ).H 2.h h
với hdd được thay bằng hcs:
dd
cs cs
vt H h H
M (t) ln .ln 1 .0, 2.h
(1 ).H 2.h h
- Zcsvq là tổng trở sóng của dây chống sét có xét đến điều kiện vầng quang.
Từ sơ đồ thay thế dây chống sét được biểu thị bởi tổng trở sóng của dây chống sét, có xét đến ảnh hưởng của vầng quang. Từ sơ đồ Hình 4-9 ta viết hệ phương trình như sau:
vq
cs c cs
c c cs cs
c cs s
di Z
i .R L . a.M (t) 2i . 0 (*)
dt 2
i 2i i a.t (**)
Trong đó (*) là phương trình mạch vòng và (**) là phương trình điện thế nút.
Giải hệ phương trình ta được kết quả:
vq
vq cs
c vq cs cs
1
cs c
a Z
i (t) Z .t 2M (t)
Z 2R
vq
cs c
1 cs
c vq
c cs
vq
cs c
Z 2.R 2.L
di a.Z
dt Z 2.R
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 67 Tổng trở sóng của dây chống sét Zcs được xác định bởi:
tb cs cs
cs
Z 60.ln2.h
r Trong đó:
tb
cs cs cs cs
2 ds
h h f ; r
3 2
Điện áp giáng trên dây chống sét Ucs(t) = ics(t).Zcs
b, Trường hợp 2: Khi có sóng phản xạ từ cột bên trở về: t > 2lkv/v:
Trường hợp này tính chính xác phải áp dụng phương pháp đặc tính, ở đây để đơn giản ta tính gần đúng tức là có thể thay dây chống sét bằng điện cảm tập trung nối tiếp với điện trở của đất của hai cột bên cạnh như Hình 4-9.
Hình 4-10: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi có sóng phản xạ tới Lcs: là điện cảm của một khoảng vượt dây chống sét không kể đến ảnh hưởng của vầng quang.
0.cs kv cs
L Z .l
C Trong đó:
+ Z0.cs là tổng trở sóng của dây chống sét không kể đến ảnh hưởng của vầng quang.
+ lkv là chiều dài khoảng vượt.
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 68 + C là vận tốc ánh sáng C = 3.108m/s
Từ sơ đồ ta xác định được:
cs cs 2.t c
c
a. L 2M (t)
i (t) .(1 e )
2R
cs cs 2.t c
2 c
a. L 2M (t)
di . .e
dt 2R
c
2 c
cs cs
2R
L 2.L
Điện áp trên dây chống sét trong trường hợp này là:
( ) . dcs. . ( )
cs c c c cs
U t i R L dic a M t dt
Xác suất phóng điện Vpđ:
Từ các giá trị điện áp giáng trên chuỗi cách điện và từ đặc tuyến vôn – giây của chuỗi sứ ta có các giá trị thời gian xảy ra phóng điện (ti) . Biên độ dòng điện sét nguy hiểm sẽ là: Ii = ai. ti
Từ đây ta sẽ có xác suất phóng điện là:
i i
n
pd I a
i 1
V V . V
Số lần sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột được xác định:
dc kv N 232, 47
N N 116, 235
2 2
(Lần/100km/năm)
Xác suất hình thành hồ quang η = 0,69
Để xác định Vpđ ta phải xác định điện áp đặt trên chuỗi cách điện khi sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột:
Vận tốc phóng điện ngược của dòng điện sét:
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 69 v = .c = 0,3.3.108 = 90 m/s
Điện áp làm việc trung bình của đường dây:
lv
2. 2.220
U 114, 4kV
. 3
Các thành phần còn lại của điện áp trong công thức
dc c t d
cd c c c c c cs lv
U (t) i .R L .di U (t) U (t) K.U (t) U
dt ò ò
đều phụ thuộc vào độ dốc a, thời gian t và độ cao của dây dẫn.
Để so sánh Ucđ(a,t) ta sẽ tiến hành so sánh với giá trị a và t cụ thể như sau:
a = 10kA/μs ; t = 3 μs ; Rc = 10Ω
Điện áp giáng trên chuỗi cách điện của pha A:
- Thành phần điện của điện áp cảm ứng:
Thành phần của điện áp cảm ứng được xác định theo công thức như sau:
d cs dd c
c 2
dd c
(vt h ). (vt H).(vt h) K.h 0,1.a.h
U (t) (1 ). .ln
h (1 ) .h . h.H
ò
Trong đó:
+ Hệ số ngẫu hợp khi có ảnh hưởng của vầng quang pha A: KA-csvq = 0,272 (Đã tính ở mục 4.3.2 phần 4).
+ hcs = hc = 28,5m ; hdd = hddA = 22m H = hcs + hddA = 28,5 + 22 = 50,5m.
Δh = hcs – hddA = 28,5 – 22 = 6,5m.
β = 0,3; lấy a = 10 ; t = 3μs thay vào công thức trên ta được:
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 70
d
c 2
(90.3 28,5). (90.3 50,5).(90.3 6,5) 0, 272.28,5 0,1.10.22
U (t) (1 ). .ln
22 0,3 (1 0,3) .28,5. 6,5.50,5
219,576kV
ò
Thành phần từ của điện cảm ứng:
Thành phần từ của điện cảm ứng được xác định theo công thức như sau:
t dd s
c
U (t) M (t).di
dt
ò
Thành phần hỗ cảm giữa khe phóng điện sét với mạch vòng dây dẫn – đất được xác định theo công thức sau:
dd
dd dd
vt H h H
M (t) ln .ln 1 .0, 2.h
(1 ).H 2.h h
90.3 50,5 6,5 50,5
ln .ln 1 .0, 2.22 10,044 H
(1 0,3).50,5 2.22 6,5
Vậy:
. . 10, 044.10 100, 44( )
dd
cu tu dd
U M a kV
- Điện áp trên dây dẫn gây ra bởi dòng điện sét đi trong dây chống sét K.Ucs(t):
cs c cs s
cs c c c
di di
U (t) i .R L . M (t).
dt dt
Lccs = Lo . hcs = 0,6.28,5 = 17,1 H
Áp dụng công thức dd cs
cs
vt H h H
M (t) ln .ln 1 .0, 2.h
(1 ).H 2.h h
Ta có:
CS cs
cs cs
vt 2.h
M (t) ln 1 .0, 2.h
(1 ).2.h 90.3 2.28,5
ln 1 .0, 2.28,5 9,626 H
(1 0,3).2.28,5
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 71 Ta tính toán với
2.lkv 2.250
t 0,3 s 1,667 s
c 300
Nên ta chỉ xét cho trường hợp sau khi có sóng phản xạ từ cột lân cận trở về:
2.lkv 2.250
t 1,667 s
v 300
Điện cảm của một khoảng vượt dây chống sét không kể đến ảnh hưởng của vầng quang:
o.cs kv cs
Z .l 546,718.250
L 455,598 H
c 300
Theo công thức
cs cs 2.t c
c
a. L 2M (t)
i (t) .(1 e )
2R
cs cs 2.t c
2 c
a. L 2M (t)
di . .e
dt 2R
Ta có:
c
2 cs
cs c
2.R 2.10
0,0408 455,598 2.17,1
L 2.L
cs cs 2.t 0,0408.3
c
2 c
a. L 2M (t) 10. 455,598 2.9, 626
di . .e .0, 0408.e
dt 2R 2.10
7,8759 kA / s
Viết lại biểu thức điện áp trên chuỗi cách điện:
Với dis/dt = a ta có:
cs c cs
cs c c c
U (t) i R L di a.M (t) dt
25,1348.10 17,1.7,8759 10.9, 626 482, 286 (kV)
Điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột do dòng điện sét đi trong cột gây ra:
Được xác định theo công thức:
c
c c c c
U (t) i .R L .di
dt
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 72 Trong đó Lddc được xác định theo công thức: ddc dd
td dd
2H Δh H
L =0,2.h ln + ln -1
r 2h Δh
0. 0, 6.22 13, 2
dd
c dd
L L h H; Rc = 10Ω
Vậy U a tc( , )Uc(10;3) 25,1348.10 13,2.7,8759 355,309 ( kV) Thay số vào ta có điện áp tác dụng lên pha A là :
A
U ( , )cd (10,3) 355,309 219,576 100, 44 0, 272.482, 286 114, 4 658,544( )
A
a t Ucd
kV
Điện áp giáng trên chuỗi cách điện của pha B : - Thành phần điện của điện áp cảm ứng :
Thành phần điện của điện áp cảm ứng được xác định theo công thức như sau :
d cs dd c
c 2
dd c
(vt h ). (vt H).(vt h) K.h 0,1.a.h
U (t) (1 ). .ln
h (1 ) .h . h.H
ò
Trong đó:
+ Hệ số ngẫu hợp khi có ảnh hưởng của vầng quang pha B: KB-csvq =0,188 (Đã tính ở mục 4.3.2 phần 4).
+ hcs = hc =28,5m ; hdd = hddB = 18m.
H = hcs + hdd = 28,5 + 18 = 46,5m.
h = hcs – hddB =28,5 – 18 = 10,5 m.
= 0,3 ;lấy a = 10 ; t = 3s.
Thay vào công thức trên ta được :
d
c 2
(90.3 28,5). (90.3 46,5).(90.3 10,5) 0,188.28,5 0,1.10.18
U (t) (1 ). .ln 186, 498kV
18 0,3 (1 0,3) .28,5. 10,5.46,5
ò
Thành phần từ của điện áp cảm ứng :
Thành phần từ của điện áp cảm ứng được tính theo công thức như sau :
t dd s
c
U (t) M (t).di
dt
ò
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 73 Thành phần hỗ cảm giữa khe phóng điện sét với mạch vòng dây dẫn – đất được xác định theo công thức như sau:
dd
dd dd
vt H h H
M (t) ln .ln 1 .0, 2.h
(1 ).H 2.h h
90.3 46,5 10,5 46,5
ln .ln 1 .0, 2.18 7,997 H
(1 0,3).46,5 2.18 10,5
Vậy: Ucu tudd. Mdd.a7,997.1079,97(kV)
- Điện áp trên dây dẫn gây ra bởi dòng điện sét đi trong dây chống sét K.Ucs(t) :
cs c cs s
cs c c c
di di
U (t) i .R L . M (t).
dt dt
Được xác định ở pha A với
Lccs = 17,1 H, M (t) 9,626 H,CS Lcs 455,598 H. i (t) 25,1348kA,c dic
7,8759kA / s
dt
- Điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột do dòng điện sét đi trong cột gây ra :
Được xác định theo công thức :
dd c
c c c c
U (t) i .R L .di
dt
Lcdd = Lo.hdd = 0,6.18 = 10,8H Ta có :
( , ) (10;3) 25,1348.10 10,8.7,8759 336, 408 ( )
c c
U a t U kV
Thay số vào ta có điện áp tác dụng lên pha B :
U ( , )cdB a t UcdB(10,3)336, 408 79,97 186, 498 0,188.482, 286 114, 4 626, 606 (kV) Kết luận:
(10;3) 658,544
A
Ucd kV UcdB C, (10;3)626, 606 kV.
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 74
Tính toán quá điện áp đặt lên chuỗi sứ Ucđ(a,t):
+ Thành phần điện áp làm việc: Ulv = 114,4kV + Thành phần điện của điện cảm ứng:
d cs dd c
c 2
dd c
(vt h ). (vt H).(vt h) K.h 0,1.a.h
U (t) (1 ). .ln
h (1 ) .h . h.H
ò
d
c 2
(90.t 28,5). (90.t 50,5).(90.t 6,5) 0, 272.28,5 0,1.a.22
U (t) (1 ). .ln
22 0,3 (1 0,3) .28,5. 6,5.50,5
ò
(90. 28,5). (90. 50,5).(90. 6,5)
( , ) 4,75 .ln ( )
872,63
d cu
t t t
U a t a kV
Cho a, t biến thiên ta có các giá trị của ucut ( , )a t được cho trong Bảng 4-7.
+ Thành phần điện áp giáng trên cột:
Để tính được phần này ta cần tính ic(a,t), di a tc( , )
dt trong hai trường hợp:
- Khi chưa có sóng phản xạ về 2.250 1, 67( ) t 300 s
CS cs
cs cs
vt 2.h
M (t) ln 1 .0, 2.h
(1 ).2.h
90.t 2.28,5 90t 57
ln 1 .0, 2.28,5 ln 1 .5,7 ( H)
(1 0,3).2.28,5 74,1
1
2. 390, 513 2.10
2. 2.17,1 12
vq
cs c
c
Z R
L
390,513
( , ) (390,513. 2. ( ) )
390,513 2.10 12
(390,513. 2. ( ) 32,54)( ) 410,513
c cs
cs
i a t a t M t
a t M t kA
( , )
.390,513 0,95. ( / ) 410,513
di a tc a
a kA s
dt
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 75 - Khi có sóng phản xạ về 2.250 1, 67( )
t 300 s
90. 2.28,5 90. 57
( ) 0, 2.28,5. ln 1 5, 7. ln 1 ( )
2.(1 0,3).28,5 74,1
cs
t t
M t H
2
2.10 0, 0408 455,598 2.17,1
0,0408.
0,0408.
( , ) (455, 598 2. ( )).(1 )
2.10
(455, 598 2. ( )).(1 )( ) 20
t
c cs
t cs
i a t a M t e
a M t e kA
0,0408.
( , )
(455,598 2. ( )).0,0408. ( / ) 20
c t
cs
di a t a
M t e kA s
dt
+ Thành phần điện áp giáng lên thân cột được tính theo công thức
c
c c c c
U (t) i .R L .di
dt
Uc(a,t) =10.ic(a,t) +13,2. di a tc( , )( ) dt kV
+ Thành phần điện áp trên dây chống sét:
( , )
( ) 0, 272.(10 ( , ) 17,1. c . ( ))( )
dcs c cs
di a t
U t i a t a M t kV
dt
Từ các thành phần trên ta tính được Ucđ(a,t):
( , ) ( , ) t ( , ) t ( , ) ( , )
cd c cu cu dcs lv
U a t U a t U a t U a t U a t U
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 76 Bảng 4-6:
Khi chưa có sóng phản xạ a
t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 -0.998 -1.995 -2.993 -3.990 -4.988 -5.985 -6.983 -7.980 -8.978 -9.975 1 8.252 16.504 24.757 33.009 41.261 49.513 57.765 66.018 74.270 82.522 1,5 12.934 25.869 38.803 51.738 64.672 77.607 90.541 103.476 116.410 129.344 1,67
14.530 29.061 43.591 58.121 72.652 87.182 101.712 116.243 130.773 145.303 Khi có sóng phản xạ
a
t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1,67 14.243 28.485 42.728 56.971 71.213 85.456 99.699 113.941 128.184 142.427 2 16.884 33.769 50.653 67.537 84.421 101.306 118.190 135.074 151.958 168.843 3 24.612 49.224 73.837 98.449 123.061 147.673 172.285 196.898 221.510 246.122 4 31.961 63.921 95.882 127.842 159.803 191.763 223.724 255.684 287.645 319.605 5 38.963 77.926 116.888 155.851 194.814 233.777 272.740 311.702 350.665 389.628 6 45.644 91.288 136.932 182.576 228.219 273.863 319.507 365.151 410.795 456.439 7 52.024 104.048 156.072 208.096 260.120 312.144 364.168 416.192 468.216 520.241 8 58.121 116.241 174.362 232.482 290.603 348.723 406.844 464.965 523.085 581.206 9 63.949 127.897 191.846 255.795 319.744 383.692 447.641 511.590 575.539 639.487 10 69.522 139.045 208.567 278.089 347.612 417.134 486.656 556.178 625.701 695.223 15 93.982 187.964 281.945 375.927 469.909 563.891 657.873 751.854 845.836 939.818 20 113.645 227.291 340.936 454.582 568.227 681.873 795.518 909.164 1022.809 1136.455
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 77 Bảng 4.7:Giá trị
dt t a dIC( , )
Khi chưa có sóng phản xạ a
t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 9.5 19.0 28.5 38.0 47.5 57.0 66.5 76.0 85.5 95.0
1 9.5 19.0 28.5 38.0 47.5 57.0 66.5 76.0 85.5 95.0
1,5 9.5 19.0 28.5 38.0 47.5 57.0 66.5 76.0 85.5 95.0
1,6 9.5 19.0 28.5 38.0 47.5 57.0 66.5 76.0 85.5 95.0
Khi có sóng phản xạ a
t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1,6 7.839 15.677 23.516 31.354 39.193 47.031 54.870 62.709 70.547 78.386
2 7.631 15.261 22.892 30.522 38.153 45.783 53.414 61.044 68.675 76.305
3 7.048 14.097 21.145 28.194 35.242 42.291 49.339 56.387 63.436 70.484
4 6.524 13.048 19.572 26.096 32.620 39.144 45.668 52.193 58.717 65.241
5 6.046 12.092 18.139 24.185 30.231 36.277 42.324 48.370 54.416 60.462
6 5.608 11.216 16.824 22.432 28.041 33.649 39.257 44.865 50.473 56.081
7 5.205 10.410 15.615 20.820 26.024 31.229 36.434 41.639 46.844 52.049
8 4.833 9.666 14.499 19.332 24.164 28.997 33.830 38.663 43.496 48.329
9 4.489 8.978 13.467 17.956 22.445 26.934 31.423 35.913 40.402 44.891
10 4.171 8.342 12.513 16.684 20.855 25.026 29.196 33.367 37.538 41.709
15 2.896 5.793 8.689 11.586 14.482 17.379 20.275 23.172 26.068 28.965
20 2.017 4.035 6.052 8.069 10.086 12.104 14.121 16.138 18.156 20.173
+Giá trị Uc được tính bằng công thức :
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 78 ( , )
( , ) 10. ( , ) 13, 2. C
C C
di a t U a t i a t
dt
Bảng 4.8:Giá trị ( ) Khi chưa có sóng phản xạ a
t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 115.425 230.850 346.275 461.700 577.125 692.549 807.974 923.399 1038.824 1154.249 1 207.922 415.844 623.766 831.688 1039.610 1247.532 1455.454 1663.377 1871.299 2079.221 1,5 254.744 509.489 764.233 1018.978 1273.722 1528.467 1783.211 2037.956 2292.700 2547.445 1,6 270.703 541.407 812.110 1082.813 1353.517 1624.220 1894.923 2165.626 2436.330 2707.033
Khi có sóng phản xạ a
t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1,6 245.896 491.792 737.688 983.583 1229.479 1475.375 1721.271 1967.167 2213.063 2458.959 2 269.566 539.131 808.697 1078.263 1347.828 1617.394 1886.960 2156.525 2426.091 2695.656 3 339.161 678.323 1017.484 1356.645 1695.806 2034.968 2374.129 2713.290 3052.452 3391.613 4 405.723 811.446 1217.169 1622.892 2028.614 2434.337 2840.060 3245.783 3651.506 4057.229 5 469.438 938.876 1408.315 1877.753 2347.191 2816.629 3286.067 3755.505 4224.944 4694.382 6 530.466 1060.932 1591.398 2121.864 2652.330 3182.796 3713.262 4243.728 4774.194 5304.660 7 588.945 1177.890 1766.835 2355.781 2944.726 3533.671 4122.616 4711.561 5300.506 5889.451 8 645.000 1290.000 1934.999 2579.999 3224.999 3869.999 4514.999 5159.998 5804.998 6449.998 9 698.743 1397.486 2096.229 2794.972 3493.715 4192.458 4891.201 5589.945 6288.688 6987.431 10 750.279 1500.558 2250.838 3001.117 3751.396 4501.675 5251.954 6002.233 6752.513 7502.792 15 978.051 1956.103 2934.154 3912.206 4890.257 5868.308 6846.360 7824.411 8802.463 9780.514 20 1163.083 2326.166 3489.249 4652.331 5815.414 6978.497 8141.580 9304.663 10467.746 11630.829
+Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trong d y chống sét g y ra,
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 79 ( , )
( ) 0, 272.(10. ( , ) 13, 2. c . ( ))( )
dcs c cs
di a t
U t i a t a M t kV
dt
Bảng 4.9:Giá trị ( )
Từ các thành phần điện áp ta tính được Ucd(a,t),
Khi chưa có sóng phản xạ a
t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 -52.909 -105.819 -158.728 -211.638 -264.547 -317.457 -370.366 -423.276 -476.185 -529.095 1 -92.757 -185.514 -278.271 -371.028 -463.785 -556.541 -649.298 -742.055 -834.812 -927.569 1.5 -109.633 -219.266 -328.899 -438.533 -548.166 -657.799 -767.432 -877.065 -986.698 -1096.331 1,6 -115.163 -230.325 -345.488 -460.651 -575.813 -690.976 -806.139 -921.301 -1036.464 -1151.627
Khi có sóng phản xạ a
t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1,6 -106.653 -213.305 -319.958 -426.610 -533.263 -639.916 -746.568 -853.221 -959.873 -1066.526 2 -114.946 -229.892 -344.838 -459.784 -574.730 -689.676 -804.622 -919.568 -1034.514 -1149.460 3 -138.249 -276.498 -414.748 -552.997 -691.246 -829.495 -967.745 -1105.994 -1244.243 -1382.492 4 -159.567 -319.134 -478.701 -638.269 -797.836 -957.403 -1116.970 -1276.537 -1436.104 -1595.672 5 -179.421 -358.841 -538.262 -717.683 -897.103 -1076.524 -1255.945 -1435.366 -1614.786 -1794.207 6 -198.089 -396.178 -594.267 -792.356 -990.445 -1188.534 -1386.623 -1584.712 -1782.801 -1980.890 7 -215.745 -431.489 -647.234 -862.978 -1078.723 -1294.467 -1510.212 -1725.957 -1941.701 -2157.446 8 -232.505 -465.011 -697.516 -930.022 -1162.527 -1395.033 -1627.538 -1860.044 -2092.549 -2325.055 9 -248.458 -496.916 -745.374 -993.832 -1242.291 -1490.749 -1739.207 -1987.665 -2236.123 -2484.581 10 -263.670 -527.339 -791.009 -1054.679 -1318.348 -1582.018 -1845.688 -2109.358 -2373.027 -2636.697 15 -330.247 -660.494 -990.742 -1320.989 -1651.236 -1981.483 -2311.731 -2641.978 -2972.225 -3302.472 20 -383.946 -767.891 -1151.837 -1535.782 -1919.728 -2303.673 -2687.619 -3071.564 -3455.510 -3839.456
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 80
lv dcs
dd tu cu dd
dien cu C
cd a t U a t U a t U a t U a t U
U ( , ) ( , ) . ( , ) . ( , ) ( , )
Bảng 4.10: Giá trị ( ) với RC = 10Ω Khi chưa có sóng phản xạ
a
t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 219.25 324.10 428.95 533.80 638.65 743.50 848.35 953.20 1058.06 1162.91 1 472.98 831.57 1190.15 1548.73 1907.32 2265.90 2624.49 2983.07 3341.65 3700.24 1.5 546.13 977.87 1409.60 1841.34 2273.07 2704.81 3136.54 3568.28 4000.01 4431.75 1,6 568.62 1022.84 1477.06 1931.28 2385.51 2839.73 3293.95 3748.17 4202.39 4656.61
Khi có sóng phản xạ a
t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1,6 552.32 990.25 1428.17 1866.09 2304.02 2741.94 3179.87 3617.79 4055.71 4493.64 2 588.46 1062.53 1536.59 2010.66 2484.72 2958.79 3432.85 3906.92 4380.98 4855.05 3 683.49 1252.57 1821.66 2390.75 2959.83 3528.92 4098.00 4667.09 5236.18 5805.26 4 764.71 1415.02 2065.32 2715.63 3365.94 4016.25 4666.55 5316.86 5967.17 6617.48 5 837.11 1559.82 2282.54 3005.25 3727.96 4450.67 5173.38 5896.10 6618.81 7341.52 6 903.13 1691.87 2480.60 3269.34 4058.07 4846.81 5635.54 6424.28 7213.01 8001.75 7 964.17 1813.94 2663.71 3513.48 4363.25 5213.02 6062.80 6912.57 7762.34 8612.11 8 1021.11 1927.81 2834.52 3741.22 4647.93 5554.64 6461.34 7368.05 8274.75 9181.46 9 1074.55 2034.70 2994.84 3954.99 4915.14 5875.29 6835.44 7795.59 8755.73 9715.88 10 1124.94 2135.48 3146.02 4156.55 5167.09 6177.63 7188.17 8198.71 9209.25 10219.79 15 1340.74 2567.07 3793.41 5019.75 6246.08 7472.42 8698.76 9925.10 11151.43 12377.77 20 1511.17 2907.94 4304.71 5701.48 7098.25 8495.02 9891.79 11288.56 12685.33 14082.10
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 81 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của Ucđ(t) và đặc tính phi tuyến V–S của chuỗi sứ
ình 4.11:Đồ thị Ucd(a,t)khi Rc=10
Từ đồ thị này ta xác định được các cặp thông số (ti,ai) là giao của đường cong Ucđ(a,t) và đặc tuyến 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 Vpđ.
Bảng 4.11: Đặc tính xác suất phóng điện pd.
a(kA/μs) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
) ( s
t 11.2 3.75 2.18 1.29 0.87 0.63 0.51 0.34 0.3 0.7 )
(kA
I 112 75 65.4 51.6 43.5 37.8 35.7 27.2 27 70
Ii
0.0137 0.0565 0.0816 0.1385 0.1889 0.235 0.2547 0.3527 0.3554 0.0684
ai
0.3995 0.1596 0.0638 0.0255 0.0102 0.0041 0.0016 0.0007 0.0003 0.0001
ai
0.2399 0.0959 0.0383 0.0153 0.0061 0.0024 0.001 0.0004 0.0002
ai
I
. 0.0033 0.0054 0.0031 0.0021 0.0012 0.0006 0.0003 0.0001 6.10-5
Từ kết quả trên ta xác định được đồ thị miền nguy hiểm như hình vẽ sau:
0 4000 8000 12000
0 2 4 6 8 10 12
a=70(kA/àS) a=60(kA/àS) a=50(kA/àS) a=100(kA/àS) a=90(kA/àS) a=80(kA/àS)
a=40(kA/àS) a=30(kA/àS) a=20(kA/àS) a=10(kA/àS)
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 82 Hình 4-12: Miền nguy hiểm
0 20 40 60 80 100 120
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Miền nguy hiểm
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 83 Tính toán tương tự với trường hợp RC = 15 Ω
Bảng 4-12: Giá trị Ucd(a,t) với RC = 15Ω Khi chưa có sóng phản xạ
a
t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 220.15 325.90 431.65 537.40 643.15 748.90 854.65 960.40 1066.15 1171.90 1 452.78 791.16 1129.54 1467.92 1806.30 2144.68 2483.06 2821.44 3159.82 3498.20 1.5 515.25 916.10 1316.95 1717.80 2118.65 2519.49 2920.34 3321.19 3722.04 4122.89 1,6 534.09 953.79 1373.48 1793.18 2212.87 2632.57 3052.26 3471.96 3891.65 4311.35
Khi có sóng phản xạ a
t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1,6 593.14 931.16 1339.54 1747.92 2156.30 2564.68 2973.06 3381.44 3789.82 4198.20 2 636.38 992.43 1431.44 1870.46 2309.47 2748.49 3187.50 3626.52 4065.53 4504.55 3 751.31 1150.16 1668.04 2185.92 2703.80 3221.68 3739.56 4257.44 4775.32 5293.20 4 850.23 1281.74 1865.41 2449.08 3032.76 3616.43 4200.10 4783.77 5367.44 5951.11 5 938.33 1397.02 2038.33 2679.64 3320.95 3962.26 4603.57 5244.88 5886.19 6527.50 6 1018.24 1500.77 2193.96 2887.15 3580.34 4273.52 4966.71 5659.90 6353.09 7046.27 7 1091.51 1595.73 2336.39 3077.05 3817.72 4558.38 5299.04 6039.70 6780.37 7521.03 8 1159.18 1683.59 2468.18 3252.77 4037.37 4821.96 5606.55 6391.15 7175.74 7960.33 9 1221.98 1765.52 2591.08 3416.64 4242.20 5067.76 5893.31 6718.87 7544.43 8369.99 10 1280.46 1842.36 2706.33 3570.31 4434.29 5298.27 6162.25 7026.22 7890.20 8754.18 15 1521.29 2167.95 3194.73 4221.50 5248.28 6275.05 7301.83 8328.60 9355.38 10382.15 20 1698.16 2422.50 3576.55 4730.60 5884.65 7038.70 8192.75 9346.80 10500.85 11654.90
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 84 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của Ucđ(t) và đặc tính phi tuyến V–S của chuỗi sứ
Hình 4-13: Đồ thị Ucd(a,t) khi Rc = 15Ω Bảng 4-13: Đặc tính xác suất phóng điện pd.
a(kA/μs) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
) ( s
t 8.1 3 1.8 1.45 0.825 0.65 0.53 0.42 0.34 0.275 )
(kA
I 81 60 54 58 41.25 39 37.1 33.6 30.6 27.5
Ii
0.0449 0.1004 0.1263 0.1084 0.2059 0.2244 0.2414 0.276 0.3096 0.3487
ai
0.3995 0.1596 0.0638 0.0255 0.0102 0.0041 0.0016 0.0007 0.0003 0.0001
ai
0.2399 0.0959 0.0383 0.0153 0.0061 0.0024 0.001 0.0004 0.0002
ai
I
. 0.0108 0.0096 0.0048 0.0017 0.0013 0.0006 0.0002 0.0001 5.10-5
Từ kết quả trên ta xác định được đồ thị miền nguy hiểm như hình vẽ sau:
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
0 2 4 6 8 10
a=40(kA/àS) a=30(kA/àS) a=20(kA/àS) a=10(kA/àS) a=80(kA/àS) a=70(kA/àS) a=60(kA/àS) a=50(kA/àS) a=100(kA/àS) a=90(kA/àS)
SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 85 Hình 4-14: Miền nguy hiểm
Ta có:
1
i. i
n
pd I a
i
Suất cắt điện của đường dây khi sét đánh vào đỉnh cột
pd đc Nkv
n .. - Khi RC = 10Ω:
1
. 0, 01616
i i
n
pd I a
i
pd đc Nkv
n .. = 116,235.0,69.0,01616=1,296(lần/100km.năm).
- Khi RC = 15Ω:
1
. 0, 02915
i i
n
pd I a
i
pd đc Nkv
n .. = 116,235.0,69.0,02915=2,338(lần/100km.năm).
Suất cắt tổng cộng do sét đánh vào đường dây.
- Khi RC = 10Ω:
Suất cắt điện do sét đánh vào đường dây :
dc kv dd
c n n n
n =0,358+0,04844+1,296 =1,702 (lần/100km.năm) Chỉ tiêu chống sét của đường dây tải điện:
1 1
0,588 1, 702
c
n n (năm/1lần cắt điện).
- Khi RC = 15Ω:
0 20 40 60 80 100 120
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Miền nguy hiểm