Hình thức nối đất nhân tạo:

III. Tính toán nối đất cột đường dây 110KV: 60 1 Nhiệm

2. Hình thức nối đất nhân tạo:

- Hình thức nối đất căn cứ vào hình dạng của móng cột đường dây.

+ Với móng “Lọ mực” thì chỉ cần đặt thêm mạch vòng dưới hố móng hoặc làm thêm tia - cọc là đủ.

+ Với loại “móng cọc” thì có thể chôn cọc ngày vào lỗ móng hay dùng nối đất dạng tia - cọc.

Đối với tia thì độ dài giới hạn là:

Chiều dài giới hạn của tia Điện trở suất của đất (Ωm)

40m ς≤ 5.104

60m ς≤ 25.104

100m ς≤100.104

Bảng 2-16

- Ta chọn móng lọ mực để làm móng cho cột đường dây có treo một dây chống sét 110KV và ta tiến hành tính toán nối đất với dạng là tia - cọc. Ta có điện trở ρ= 0.8.104 (Ωcm)nên ta tính toán nối đất sao cho điện trở nối đất của cột đường dây là R<15(Ω)

Ta giả thiết rằng tất cả các cột đường dây đều được thiết kế xây dựng trên một vùng đất có điện trở suất là tương đối như trước:

= ρ 0.8.104 (Ωcm) = 0,8.102 (Ωm) - Sơ đồ móng đường dây: + móng cột đường dây là móng lọ mực có 4 trụ 1 hố + Nối đất bằng tia - cọc Hình 2-17 78

3 - Các phương án nối đất:

a. phương án 1:

- Tia dài 6m bằng thép có b = 40mm = 0,04m tia được chôn sâu 1,5m - Cọc dùng loại cọc bằng thép góc 40 x 40 x4mm

→ d = 0,95.40 → d = 0.940 = 38(mm) = 0,038(m)

Khoảng cách các cọc là 3m, chiều dài cọc là 3m - Hệ số mùa: Kmt = 1,6 ; Kmc = 1,45

ρtt 2l 1

* Điện trở của thanh nối: Rt =ln

2Π.l t.b Trong đó: ρtt = 0.8.102.1,6 =1,28.102(Ωm) l = 6m, t = 1,5m ; b = 0,04m 1,28.102 2.62 1 .3,14.3 ⎣

* Điện trở của hệ thống nối đất tia - cọc:

⇒ Rt = ln = 24,09(Ω) 2.3,14.6 1,5.0,04 * Điện trở của cọc thép góc 40 x 40 x 4mm ρtt ⎡ 2l 1 4t′ + 1⎤ R c = 2Πl ⎢⎣ln d + 2 ln 4t′ − 1⎥⎦ Trong đó: ρtt = 0.8.102.1,45 =1,16.102(Ωm) l = 3m t/ = 1/2 = 1,5m d = 0,04m 1,16.102 ⎡ 2.3 4.1,5+ 3⎤ ⇒ Rc = ⎢ln 0,04 + ln 4.1,5−3⎦⎥= 34,23 (Ω) Rt .Rc Rnt = Rc .η+ nRt .ηc Trong đó: n - Là số cọc cần sử dụng là 2 cọc

ηc và ηt - Là hệ số sử dụng được xác định trong bảng sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp cao áp với a/l =1

ηt = 0,87 Ta có:

ηc = 0,85

⇒ Rnt = =11,61 (Ω)

Ta thấy rằng RHT =11,61Ω <15 Ω do vậy hệ thống nối đất nhân tạo như trên là đạt yêu cầu.

b. Phương án 2:

- Gồm 2 tia mỗi tia dài 6m chèn sâu 1,5m

- Cọc bằng thép góc 40 x 40 x 4mm gồm 3 cọc có chiều dài 3m và được bố trí như hình dưới.

- Hệ số mùa: Kmt= 1,6; Kmc= 1,45.

* Điện trở của thanh nối

ρtt 2l 1 R t = ln 2πl t.b với : ρtt = 1,28 .10 2 (Ωm ) l = 6m t = 1,5 m b = 0,04 m 1,28.102 2.62 ⇒ Rt = ln = 24,09 (Ω) 1 2πl ⎣ d 2 4t − l ⎦ 81

2π.6 1,5.0,04 * Điện trở của cọc thép 40 x 40 x 4mm ρtt ⎡ 2l 1 4t / + l ⎤ R c = ⎢ln + ln / ⎥ Với: ρtt = 0,8.102.1,45 =1,16.102 (Ω) L = 3 ( m) D = 0,038( m) T/ = 1,5 m 1,16.102 ⎡ 2.3 1 4.1,5+ 3⎤ ⇒ Rc = ⎢ln 0,038 + 2 ln 4.1,5−3⎥⎦ = 34,55 (Ω) 2.3,14.3 ⎣

Điện trở của hệ thống nối đất tia cọc:

Rc .Rt RHT =

Rc .ηt +Rt .ηc .n

Trong đó:

n = 4 ( là số lượng cọc sử dụng)

ηt và ηc tra trong bảng 3,5 sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật

a điện cao áp với = 2. l ⎧ηt = 0,77 ⎨ ⎩ηc = 0,74 ⇒ RHT = = 8,5 (Ω) 82

Ta thấy rằng RHT = 8,5 <15 Ω do vậy hệ thống nối đát nhân tạo như trên là đật yêu cầu.

* Kết luận: cả hai phương án nối đất nhân tạo trên đều đẩm bảo yêu cầu < Ryc =15 Ω. Tuy nhiên ta chọn phương án một làm phương án thiết kế nối đất cột đường dây 110Kv vì có trị số điện trở yêu cầu, để thiết kế tốn ít vật liệu, giá thành rẻ...

CHƯƠNG III

TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 110KV

Đường dây tải điện là phần tử dài nhất của HTĐ nên thường bị sét đấnh và chịu tác động của điện áp khí quyển, có thể dẫn đến cắt máy, cắt đường dây ảnh hưởng tới sự cung cấp điện của lưới đồng thời phá hoại thiết bị trong trạm. Do đó ta phải nghiên cứu chống sét cho đường dây tải điện, đặc biệt là những đoạn gần trạm, vì khi sét đánh có thêr tạo nên sáng truyền vào trạm gây nguy hiểm cho người và thiết bị trong trạm.

Qua điện áp khí quyển xuất hiện trên đường dây là do sét đánh trực tiếp vào đường dây dẫn, dây chống sét, cột hoặc xuống đất gần đường dây. Khi xét đến chỉ tiêu kinh tế ta chỉ có thể chọn theo mức độ hợp lý về kinh tế và kỹ thuật, tan không thể chọn được mức cách điện theo yêu cầu của quá điện áp khí quyển vì trị số của nó là lớn.

Với mức độ treo cao trung bình của dây trên cùng ( dây chống sét) là h, đường dây sẽ thu về các phóng điện sét trên dãi đất rộng 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây. Tổng số lần sét đánh thẳng lên đường dây hằng năm được tính là:

N = (0,6 ÷ 0,9)hTB.103.L.nngs

Trong đó: hTB- Độ cao trung bình của dây cao nhất ( m)

Nngs- số ngày sét đánh hằng năm trong khu vực dây đi qua

Nngs = 70 ÷100 ngày. L- chiều dài đường dây ( km)

Do tham số dòng sét đánh là khác nhau, không phải lần nào cũng dẫn đến

phóng điện trên cách điện. Để xảy ra phóng điện khi sét đánh thì trị số quá điện áp khí quyển phải lớn hơn mức cách điện xung kích của đường dây. Do vậy

số

lần phóng điện trên trên cách điện phụ thuộc vào giá trị xác suất phóng điện rpđ

và số lần phóng điện được xác định:

Npd = Nrpd = (0,6÷0,9)hTb.10−3.L.nngs.rpd

Phóng điện trên cánh điện chỉ gây cắt điện khi phóng điện xung kích trên cách điện chuyển thành hoò quang duy trì bởi điện áp làm việc xác suất trở thành hồ quang η phụ thuộc vào građien điện áp làm việc dọc theo đường dây phóng điện:

ULV KV )η =

f(E.Lo) với E.Lo= (

Lpd m

Trong đó: ULV- điện áp làm việc của đường dây.

Lpđ- chiều dài đường phóng điện.

Vậy số lần cắt điện hàng năm do sét đấnh vào đường dây tải điện là: Nc = N.rpd.η= (0,6÷0,9)htb.10−3.L.nngs.rpd.η

Để so sánh khả năng chịu sét của đường dây tải điện có tham số khác nhau người ta dùng trị số suâts cắt đường dây tức là số lần cắt khi đường dây có chiều dài L = 100km được tính là:

ncd = (0,6÷0,9).htb.rpd.η

Do đó để giảm số lần cắt diện ta phải giảm rpđ hoặc η.

+ Giảm rpđ: bằng cách tăng cường cách điện đường dây và treo dây chống sét. Treo dây chống sét là có hiệu quả nhất. Với vùng đất có ς>105Ωcm thì dây chống sét sẽ không phát huy tác dụng.

Giảmη: giảm được η khi giảm được cường độ điện trường dọc theo đường phóng điện hay phiải tăng Lpđ( tăng số bát sứ).

Ta thấy rằng đường dây 110KV đi qua vùng có sét đánh hoạt động mạnh cần được bảo vệ bằng dây chống sét. Đường dây 22KV có trung tính cách điện và cách điện của đường dây là rất yếu nên không treo dây chống sét.

I.ĐƯỜNG DÂY 110KV.

1.Tham số cột đường dây 110KV

- Dây dẫn dùng loại AC - 185 có đường kính d = 18,8 mm = 18,8.10-3m pha A1, A2 treo cao 20,8m, B1 và B2 treo cao 17,8 m, C1 và C2 treo cao 14,8

m.Cột đường dây 110kv - 2lộ - 1 dây chống sét.

Hình 3-1:Cột đường dây 110KV- 2 lộ- 1 dây chống sét

- Dây chống sét là dây thép C- 70 có đường kính d = 11,4 mm, r = 5,7 mm treo ở độ cao h = 25 m.

- Độ võng của dây chống sét là fcs= 6 m. độ võng của dây dẫn điện là fdd= 8,5 m.

- Chuỗi cách điện dùng loại sứ treo Π− 4,5 có 7 bát sứ. - Khoảng vượt đường dây là lKV= 200m.

- U50% cách điện 110Kv là 650 Kv/7 bát sứ.

- Hệ số hiệu chỉnh vầng quang ở cấp điện áp 110Kv là λ=1,3

2. Các số liệu tính toán:

- Độ treo trung bình của dây chống sét.

Hcstb= hcs- 2/3 fcs= 25 - 6(2/3)o= 21 m. - Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha A1, A2.

hA1A2tb = hA −(2 )fdd =20,8−(2 ).8,5=15,13m

3 3

- Độ treo cao trung bình của dây dẫn B1, B2.

hB1B2tb = hB −(2 )fdd =17,8−(2 )8,5=12,13(m)

3 3

- Độ treo cao trung bình của dây dẫn C1, C2.

hC1C2tb = hc −(2 )fdd =14,8−(2 ).8,5=9,13(m)

3 3

- Tổng trở sóng của dây dẫn được tính theo công thức:

2h Zdd = 60.ln

r

Trong đó: h - độ treo cao trung bình của dây dẫn.

18,8.10−3 −3

+ r là bán kính của dây dẫn: = 9,4.10 = r

2

- Tổng trở sóng của dây dẫn pha A1, A2

2.hA1A2tb 2.15,13

Zdd =60.ln. =60.ln −3 =484,612 (Ω) r 9,4.10

- Tổng trở sóng của dây dẫn B1, B2

2hB1B2tb 2.12,13

Zdd = 60ln = 60ln −3 = 471,352 (Ω) r 9,4.10

- Tổng trở sóng của dây dẫn pha C1, C2.

2.hC1C2tb 2.9,13 Zdd60ln = 60ln. −3 = 454,305 (Ω) r 9,4.10 - Tổng trở sóng của dây chống sét: 2.hcstb 2.21 Zcs = 60ln = 60ln −3 = 534,297 (Ω) r 5,7.10

- Tổng trở sóng của dây chống sét khi có vầng quang:

vq Zcs 534,297

Zcs = = = 410,998 (Ω) λ 1,3

lx - Góc bảo vệ pha A1, A2: αA = arctg

∆h

Trong đó: lx- chiều dài xà treo dây pha tính từ tâm cột.

∆h= hc −hA là ký hiệu giữa chiều cao cột và chiều cao dây dẫn các pha.

- Góc bảo vệ pha B1, B2:

αB1−2 = arctg = 24,29o

- Góc bảo vệ pha C1, C2:

αC1−2 = arctg =16,39o

Ta thấy rằng các góc bảo vệ các pha đến < 30o. Vậy đảm bảo yêu cầu về chống sét nên ta chọn loại cột sắt và treo dây dẫn, dây chống sét như trên đẻ tính toán.

* Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét. - Hệ số ngẫu hợp pha A1-2 và dây chống sét:

D ln12 d 12 Ko = 2h2 ln r 2 89 αA1−2 = arctg = 25,46o 70

D12- khoảng cách giữa dây chống sét và ảnh hưởng cảu pha A1-2 d12- khoảng cách giữa dây chống sét và dây dẫn pha A1-2

h2- bán kính dây chống sét. D12 = (h1 +h2)2 +lx2 = (15,13+21)2 +22 =36,185m d12 = (h2 −h1)2 +lx2 = (21−15,13)2 +22 =6,2m ⇒ Ta có: D12 36,185 ln ln d12 6,2 Ko = = =0,198 2h2 2.21 ln ln r2 5,7.10−3

Khi có ảnh hưởng của vầng quang thì: Korq = Ko.λ=0,198.1,3=6,257

- Hệ số ngẫu hợp giữa pha B1-2 và dây chống sét. D12 = (h1 +h2)2 +lx2 = (21+12,13)2 + 3,252 = 33,29 m d12 = (h2 −h1)2 +lx2 = (21−12,13)2 + 3,252 = 9,45m ⇒ Ta có: D12 33,29 ln ln d12 9,45 Ko = = =0,141 2h2 2.21 ln ln 90

r2 5,7.10−3

Khi có ảnh hưởng của vầng quang thì: K0rq =

Koλ=0,141.1,3=0,183

- Hệ số ngẫu hợp giữa pha C1-2 và dây chống sét. D12 = (h1 +h2)2 +lx2 = (21+ 9,13)2 + 32 = 30,3m d12 = (h2 −h1)2 +lx2 = (21− 9,13)2 + 32 =12,24 (m) D12 30,3 ln ln d12 12,24 ⇒ Ta có: Ko= = =0,101 2h22.21 ln ln r2 5,7.10−3

Khi có ảnh hưởng của vầng quang thì: K0rq = K0.λ=0,101.1,3=0,131

Qua tính toán ta thấy rằng hệ số ngẫu hợp giữa dây chống sét và pha A1-2 là lớn nhất do đó:

+ Để tính suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vàodây dẫn ta xét cho pha A1-2 có góc bảo vệ α lớn và treo cao hơn.

+ Để tính sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét ta tính cho pha có điện áp khí quyển đặt lên lớn hơn tức là pha có hệ số ngẫu hợp nhỏ hơn. + Để tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột ta phải xác định quá điện áp khí quyển đặt lên cách điện các pha và ta tính với trường hợp nguy hiểm tức

90 25 25 46,

là có Ucđ(a,t) lớn hơn.

II.TÍNH TOÁN THAM SỐ KHI SÉT ĐÁNH LÊN ĐƯỜNG DÂY 110KV

1.Số lần sét đánh vào đường dây:

Công thức tính: N= (0,6÷0,9)hcstb.10−3.nngs.L Trong đó: + hcstb=21 m

+ L - chiều dài đường dây tải điện lấy 110 km + nngs- số ngày sét đánh trong năm lấy 100ngày

⇒ Ta có: N= (0,6 ÷ 0,9)21.10−3.100.100 =126 ÷189 lần / năm. Mà: N = Nα + Nc +NKV

Trong đó: Nα- số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn . Nc- số lần sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột. NKV- số lần sét đánh vào khoảng vượt.

2. Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét nào dây dẫn.

Đặc trưng cho số xác suất V2không những chỉ phụ thuộc vào góc bảo vệ

α ma còn tăng theo chiều cao cột được tính là:

α hc lgUα = − 4

90

α là góc bảo vệ tính với pha A1 - 2 = 25,460

hc là chiều cao của cột = 25m

lgUα = − 4 = −2,585 ⇒U2 = 2,6.10−3a

Vậy số lần sét đánh vòng qua dòng dây chống sét vào pha A12 là: N2 = NU2 =189.10−3.2,6=0,49(lÇn/100km/n¨m Ta lấy

N = 189 là giá trị lớn nhất để tính.

3. Số lần sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận và khoảng trượt

N 189

Ndc = NKV = = = 94,5(lÇn/100Kmn¨m)

2 2

4. Tính suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn.

Theo công thức: ndd = N2.UPd.η

Vpđ là xác suất phóng điện do quá điện áp đường dây khi có sét đánh vào dây dẫn. η là xác suất hình thành hồ quang.

* Tính Vpđ : Khi sét đánh vào dây dẫn mạch của khe sắt ghép nối tiếp với tổng trở sóng này có trị số là Zdd/2 (ta giả sử sét đánh vào chính giữa đường dây). Z0 IS Ta có: Ic = Ic. víi Zdd ≈ 2Z0 ⇒ Ic = Zdd 2 Z0 + 2

Điện áp trên dây khi sét đánh vào là: IS.Zdd U d d = 4 93

1 26 − , π 2 3 2 . 14 3 2 3 2 , .

Khi điện áp trên dây dẫn Udd vượt qua mức điện xung kích của chuỗi cách điện Udd ≥U50%thì dây đến phóng điện trên chuỗi cách điện.

Zdd 4.U50%

IS ≥U50% nên IS ≥

4 Zdd

Khi đó xác suất phóng điện khi quá áp trên đường dây chính là xác suất để cho: 4 U IS ≥ 50% Zdd 4U50% 4U50% ⎛ 4U50% ⎞ Zdd −26,1.484,612 ⎟ Vpd = f⎜⎜⎝IS ≥ Zdd ⎟⎠ = l = l = 0,865 Với Zdd là tổng trở sóng pha A1-2 ULV * Tính η: trị sốη phụ thuộc vào tỉ số ELV = lcs + ULV- điện áp làm việc + lcs- chiều dài chuỗi sứ.

ULV = .Udmdd = .110=57,21Kv

Ở cấp điện áp 110 Kv ta chọn loại sứ cách điện cho đường dây là loại sứπ− 4,5 có 7 bát sứ. ⇒ lcs =1,2m Ulv 57,21 Ta có: ELV = = = 47,68 (kv/km) lcs 1,2

Từ bảng xác suất hình thành hồ quang ( trang 205 - sách kỹ thuật điện cao áp) ta có Bảng 3-2:

Elv 50 30 20 10

η 0,6 0,45 0,25 0,01

Theo bảng số liệu trong bảng ta vẽ được đồ thị biểu diễn quan hệ ELV và

η.

Sau đó ELV ta xác định được giá trị η tương ứng là ELV= 47,68(kv/km) ⇒ η

=0,58.

Thay vào công thức: ndd = Nα.Vpd.η=

o,49.0,58=0,26(lần/100 km.năm)

Ta thấy rằng để giảm ndd có thể giảm η bằng cách tăng cường chuỗi cách điện ... hoặc giảm Nα bằng cách giảm góc bảo vệ α tăng độ cao dây chống sét.

Hình 3-3

ELV 40 30 20 10 50 1 , 0 25 , 0 45 , 0 0 57,

5. Tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt:

Khi có sét đánh vào dây chống sét trong khoảng thì tại vị trí sét đánh coi như dòng điện sét sẽ chia đều cho 2 phần của dây chống sét.

Giả thiết là sóng sét có dạng xiên góc, phương trình dòng điện do sét là: Is= at nếu t < Tđs

Is= I nếu t≥ Tdc

Khi tính toán ta phải tính với các giá trị khác nhau của dòng sét với a = 10,...100 (KA )và t = 1,2 ...10 (μs) và giá trị Rc =11Ω. μs