Chuyên đề Tính toán hệ thống nối đất cho trạm biến áp 220110 kV

MỤC LỤC Lời nói đầu 3 Phần I: Phần đồ án Chương I. Tính chỉ tiêu chống sét cho đường dây 220 kV 1.1 Lý thuyết tính toán 4 1.2 Trình tự tính toán 6 1.2.1 Các thông số cho trước 6 1.2.2 Tính toán một số thông số cần thiết 7 1.2.3 Tính số lần sét đánh thẳng lên đường dây 11 1.2.4 Suất cắt của đường dây do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 11 1.2.5 Suất cắt của đường dây do sét đánh vào khoảng vượt 13 1.2.6 Suất cắt của đường dây do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột 23 Chương II. Tính toán bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp từ đường dây 220 kV 2.1 Mở đầu 45 2.2 Phương pháp tính điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng vào trạm 46 2.2.1 Phương pháp lập bảng 46 2.2.2 Phương pháp đồ thị 49 2.2.3 Phương pháp tiếp tuyến 50 2.3 Trình tự tính toán 51 2.3.1 Lập sơ đồ thay thế rút gọn trạng thái nguy hiểm nhất cuả trạm 52 2.3.2 Thiết lập phương pháp tính điện áp các nút trên sơ đồ dút gọn 57 2.3.3 Các đặc tính cách điện của thiết bị tại các nút cần bảo vệ 61 Chương III. Tính toán chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 220/110 kV Mở đầu 64 3.2 Các yêu cầu kỹ thuật 65 3.3 Đặc điểm về kết cấu cột thu lôi 66 3.4 Phạm vi bảo vệ của cột thu lôi 68 3.5 Trình tự tính toán 70 3.6 Các phương án bố trí hệ thống thu sét 72 3.6.1 Phương án 1 72 3.6.2 Phương án 2 93 Chương IV. Tính toán hệ thống nối đất cho trạm biến áp 220/110 kV IV.1 Mở đầu 117 IV.2 Trị số cho phép của điện trở nối đất 118 IV.3 Hệ số mùa 119 IV.4 Tính toán nối đất 119 IV.4.1 Nối đất tự nhiên 119 IV.4.2 Nối đất nhân tạo 120 IV.4.3 Nối đất chống sét 123 Phần II: Phần Chuyên đề A, Đặt vấn đề 137 B, Giải quyết vấn đề 137 1 Tác dụng của phân pha đối với vầng quang 137 1.1 Điên dung hệ 3 dây - đất 137 1.2 Điện cảm và điện kháng thứ tự thuận của đường dây 3 pha 139 1.3 Điện dung và điên cảm của đường dây 3 pha dùng dây phân pha 140 2 Tác dụng của phân pha đối với vầng quang 142 2.1 Vầng quang trên đường dây 3 pha dùng dây đơn 142 2.2 Phân bố điện trường trên mặt dây dẫn khi dùng dây phân pha 145 2.3 Tác dụng của phân pha đối với công suất tự nhiên 151 2.4 Tác dụng của phân pha đối với điện cảm và điện dung đường dây 153 3 Xác định tổn hao công suất và tổn hao điện năng do vầng quang cục bộ 154 3.1 Mở đầu 154 3.2 Xây dựng phương pháp giải tích đồ thị để tính tổn hao công suất và tổn hao điện năng do vầng quang trên đường dây siêu cao áp 156 4 Tính tổn hao vầng quang trên đường dây tải điện siêu cao áp 500 kV Bắc Nam đoạn Hòa Bình – Hà Tĩnh 162 C, Viết chương trình phần mềm tính toán cho phần chuyên đề 164 1 Giới thiệu chương trình 164 2 Sơ đồ khối của chương trình 165 3 Hướng dẫn sử dụng chương trình 166 D, Nhận xét 171 E, Một số đề suất để giảm tổn thất vẩng quang 172 Tài liện tham khảo 173 LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống điện là một phần của hệ thống năng lượng nó bao gồm các nhà máy điện, mạng lưới điện và các hộ tiêu thụ điện. Nhà máy điện có nhiệm vụ biến đổi năng lượng sơ cấp như nhiệt năng, cơ năng…thành điện năng. Mạng lưới điện truyền tải điện năng đến các hộ tiêu thụ điện. Giông sét là hiện tượng tự nhiên, là sự phóng tia lửa điện khổng lồ trong khí quyển giữa các đám mây và mặt đất, khi sét đánh trực tiếp hay gián tiếp vào các công trình điện, không những gây thiệt hại về mặt kinh tế mà còn đe doạ đến tính mạng của con người. Vì thế cần thiết phải có các hệ thống chống sét và biện pháp để bảo vệ an toàn khi có sét đánh vào trạm biến áp. Cùng với sự phát triển của hệ thống điện các đường dây siêu cao áp cũng ngày càng được sử phát triển, vì lí do đó mà trong đồ án tốt nghiệp này em xin được trình bày thêm về phần “nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến tham số đường dây siêu cao áp khi lựa chọn kết cấu phân pha”, và mạnh dạn viết chương trình phần mền cho nó. Chương trình này được em sử dụng để khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố đến tham số đường dây. Do mới được tiếp cận với các lý thuyết về phần này và cũng do thời gian có hạn nên em chưa thể chình bày sâu hơn với các khảo sát chi tiết hơn cho chuyên đề cùng với các phương pháp khác nhau để tính tổn thất vâng quang cho đường dây siêu cao áp. Em rất mong nhận được sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn, em xin trân thành cảm ơn các thầy cô đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án, đặc biệt em cảm ơn thầy giáo PGS-TS Nguyễn Đình Thắng đã tận tình, chỉ bảo giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án để em hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình. Em xin trân thành cám ơn! Hà Nội, ngày 28-5-2007 Sinh viên Lê Chí Linh Chương I: TÍNH CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 220 kV Đường dây tải điện là phần tử dài nhất trong lưới điện nên thường bị sét đánh và gây ra quá điện áp (quá điện áp khí quyển). Quá điện áp có thể gây ra phóng điện tạo thành ngắn mạch làm cho các máy cắt đường dây tác động, ảnh hưởng đến sự cung cấp điện liên tục của lưới và đến sự an toàn của các thiết bị điện khác trong trạm. Vì thế đường dây cần được bảo vệ chống sét đến mức độ an toàn cao. Việc bảo vệ đường dây đến mức an toàn tuyệt đối không thể thực hiện được vì vốn đầu tư vào đường dây qúa lớn như tăng cường cách điện đường dây và đặt các thiết bị bảo vệ chống sét… Do đó phương hướng đúng đắn là việc tính toán mức độ bảo vệ chống sét của đường dây phải xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế, tức là phải tìm phương thức bảo vệ đường dây sao cho tổn hao do sét gây ra thấp nhất. Quá điện áp khí quyển xuất hiện trên đường dây là do sét đánh trực tiếp vào đường dây, vào dây chống sét, vào cột đường dây, thậm chí đánh xuống đất trong phạm vi gần đường dây. I.1 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 giải đất có chiều rộng 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây L. Từ số lần có phóng điện sét xuống đất trên diện tích 1ứng với một ngày sét là (0,1 ) có thể tính được tổng số lần có sét đánh thẳng lên đường dây hàng năm: ( lần) (1-1) 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 tất các lần sét đánh trên đường dây đều gây phóng điện trên cách điện. Để có phóng điện, quá điện áp khí quyển phải có trị số lớn hơn mức cách điện xung kích của đường dây, khả năng này được biểu thị bởi xác suất phóng điện () và như vậy số lần xảy ra phóng điện trên cách điện sẽ là: Npđ (1-2) Trong khi thời gian làm việc của hệ thống bảo vệ rơle là không bé qúa một nửa chu kỳ tần số công nghiệp tức là 0,01s, thời gian tác động của quá điện áp khí quyển là rất nhỏ chỉ khoảng , do đó phóng điện xung kích chỉ gây nhảy máy 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 gradiên của điện áp làm việc dọc theo đường phóng điện. Trị số građiên 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 thì số lần cắt điện do sét đánh hàng năm của đường dây: (lần) (1-3) 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: (lần) (1-4) 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 theo biểu thức: (1-5) Trong đó: : góc bảo vệ của dây chống sét (độ) : chiều cao cột điện (m) - Khi sét đánh xuống đất 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 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: (1-6) 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 qúa 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: (lần) Trị số này sẽ được phân bố như sau: Số lần đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: (1-7) Số lần đánh vào đỉnh cột hoặc khu vực gần đỉnh cột: (1-8) Số lần đánh vào điểm giữa khoảng vượt và lân cận khoảng vượt: (1-9) I.2 Trình tự tính toán: I.2.1 Các thông số cho trước: Với lộ đường dây đi Sơn La ta có: - Dây dẫn là dây nhôm lõi thép AC400/64 có tiết diện phần nhôm FA = 390 ,tiết diện phần thép FC = 63,5 , đường kính dây 27,7 mm, bán kính dây 13,9 mm, trọng lượng riêng 1,572 kG/m = 1,542 DaN/m, ứng suất phá hoại 27,4 DaN/ (tr.164 Lưới điện & hệ thống điện– Trần Bách). - Dây chống sét dùng cho cấp điện áp 220 kV là dây C70 có bán kính 4,72 mm (tr.185 Lưới điện & hệ thống điện– Trần Bách). - Khoảng vượt đường dây 220 kV là 295m. - Cách điện là chuỗi sứ cùng loại có 13 bát, chiều cao 170mm/1bát, như vậy chiều dài chuỗi sứ là: (mm) Độ cao treo dây chọn là 12m như vậy độ cao xà dưới cùng là : (m) Khoảng cách thẳng đứng từ dây dẫn đến mặt đất trong chế độ làm việc bình thường không nhỏ hơn 7m với khu vực ít dân cư. Như vậy độ võng của dây dẫn ta có thể lấy là fdd = 4,5 m, độ võng của dây thu sét ta có thể lấy là fcs = 4 m (trong chế độ nóng nhất thì độ võng của dây dẫn là 4,88 m thỏa mãn khoảng cách an toàn). - Kích thước cột: Hình vẽ 1-1 Khích thước cột I.2.2 Tính toán một số thông số cần thiết: - Góc bảo vệ của dây thu sét: + Pha A: => + Pha B: => + Pha C: => - Độ cao treo dây trung bình của dây thu sét và dây dẫn: + Dây thu sét: = 22 m + Dây dẫn pha A: = 15,5 m + Dây dẫn pha B: = 9 m + Dây dẫn pha C: = 9 m - Tổng trở sóng của dây dẫn và dây chống sét: + Tổng trở sóng của dây được xác định theo công thức: (1-10) Trong đó: : độ cao treo dây trung bình của dây rdd: bán kính của dây. Tổng trở sóng của dây dẫn pha A: ZA = Tổng trở sóng của dây dẫn pha B, C: ZB = ZC = Tổng trở sóng của dây chống sét: Zcs = + Khi có xét tới ảnh hưởng của vầng quang (do sét đánh) thì thành phần của điện dung tăng lên làm cho tổng trở sóng giảm. Vì vậy ta cần phải hiệu chỉnh lại bằng cách lấy tổng trở sóng Zcs chia cho hệ số hiệu chỉnh . Với cấp điện áp 220kV và có 1 dây chống sét thì =1,4 - Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn các pha với dây chống sét: Khi chưa xét ảnh hưởng của vầng quang thì hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét được tính như sau: (1-11) Trong đó các hệ số trên được xác định bằng phép chiếu gương qua mặt phẳng đất: Trong đó: h2: Độ treo cao của dây chống sét. r2: Bán kính dây chống sét. d12: Khoảng cách giữa dây dẫn và dây chống sét. D12: Khoảng cách giữa dây dẫn và ảnh của dây chống sét. Hình vẽ 1-2 Khi có xét đến ảnh hưởng của vầng quang thì hệ số ngẫu hợp K được tính theo công thức: K = Trong đó do chỉ có 1 dây chống sét. + Hệ số ngẫu hợp của dây chống sét với dây dẫn pha A: Trước tiên cần xác định các thông số: lA = 3,5 m m m Khoảng cách giữa dây dẫn pha A và dây chống sét: m Khoảng cách giữa dây dẫn pha A và ảnh của dây chống sét: m Hệ số ngẫu hợp của dây chống sét với dây dẫn pha A: KA= + Hệ số ngẫu hợp của dây chống sét với dây dẫn pha B: Trước tiên cần xác định các thông số: lB = 6,1 m m m Khoảng cách giữa dây dẫn pha B và dây chống sét: m Khoảng cách giữa dây dẫn pha B và ảnh của dây chống sét: m Hệ số ngẫu hợp của dây chống sét với dây dẫn pha B: KB= + Hệ số ngẫu hợp của dây chống sét với dây dẫn pha C: Trước tiên cần xác định các thông số: lC = 3,9 m m m Khoảng cách giữa dây dẫn pha C và dây chống sét: m Khoảng cách giữa dây dẫn pha C và ảnh của dây chống sét: m Hệ số ngẫu hợp của dây chống sét với dây dẫn pha C: KC= I.2.3 Tính số lần sét đánh thẳng lên đường dây. Sét đường dây dài 100 km trong một năm có số lần sét đánh là: Thay số với: m ngày => lần/100km/1năm. Trong thiết kế tính toán ta chọn N = 198 lần/100km/1năm. I.2.4 Tính suất cắt của đường dây 220 kV do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây pha. Trong đó: N = 198 lần/100km/1năm : Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn : Xác suất xảy ra phóng điện trên cách điện đường dây : Xác suất hình thành hồ quang Chúng ta sẽ lần lượt xác định các thông số trên: - Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: Được xác định theo công thức: Ta có góc bảo vệ của dây chống sét đối với dây pha A là góc bảo vệ lớn nhất và dây dẫn pha A cũng nằm cao nhất, cho nên ta giả thiết tất cả sét đánh vòng qua dây chống sét đều đánh vào pha A: = -2,376 => - Xác suất xảy ra phóng điện trên cách điện đường dây : Khi dây dẫn bị sét đánh thì ta có thể xem mạch của khe sét ghép nốt tiếp với tổng trở sóng của dây dẫn có trị số bằng Zdd/2 (dây dẫn ghép song song nhau). Ta có tổng trở sóng của khe sét Z0 vào khoảng 200 và tổng trở sóng của dây dẫn Zdd vào khoảng 400 . Z0 Zdd Zdd Hình vẽ 1-3 Dòng tại điểm sét đánh: Dòng chạy trên dây dẫn là: => Phóng điện trên cách điện đường dây sẽ xảy ra khi: => dòng sét nguy hiểm khi sóng sét có biên độ thỏa mãn: Như vậy xác suất xảy ra phóng điện trên cách điện đường dây là: = với kV - Xác suất hình thành hồ quang: Xác suất hình thành hồ quang phụ thuộc vào građiên của điện áp làm việc dọc theo đường phóng điện. quan hệ này được cho trong bảng 1-1: Bảng 1-1: Elv=(kV/m) 50 30 20 10 (đơn vị tương đối) 0,6 0,45 0,25 0,1 Điện áp pha trong mạng 220 kV là: kV => kV/m η Hình vẽ 1-4 Sử dụng phương pháp đồ thị ta có => Do vậy suất cắt đường dây 220 kV do sét đánh vòng qua dây chống sét (xét trên 100 km đường dây) là: lần/100km/năm I.2.5 Tính suất cắt của đường dây 220 kV do sét đánh vào khoảng vượt: Hình vẽ 1-5 Khi sét đánh vào dây chống sét ở trong khoảng vượt, ở nơi sét đánh cũng được biểu thị bằng cách ghép nối tiếp tổng trở sóng ZCS/2 với tổng trở sóng Z0 của khe sét. Hình vẽ 1-6 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 vượt, nghĩa là các sóng phản xạ cũng đồng thời trở về điểm sét đánh. Vì tổng trở Z0 có giá trị gần bằng tổng trở xung kích của dây chống sét cho nên không có sóng phản xạ và khúc xạ tiếp và điện áp tại điểm này được xác định gần đúng theo sơ đồ trên. Giả thiết dòng điện sét có dạng siên góc: Ta tiến hành tính toán với các thông số biến thiên: - Độ dốc đầu sóng a biến thiên từ 10 đến 100 kA/ - Độ dài đầu sóng biến thiên từ 1 đến 10 Điện áp đặt lên chuỗi sứ cách điện khi sét đánh vào khoảng vượt đường dây là: (1-13) Trong đó: Ucđ(a,t): Điện áp đặt lên cách điện chuỗi sứ ULV: Điện áp làm việc của đường dây Rc: Điên trở nối đất Is: Dòng điện sét K: Hệ số ngẫu hợp dữa dây dẫn và dây thu sét Với dòng điện sét có dạng: Is = at thì Vậy: (1-14) Ta nhận thấy nếu hệ số ngẫu hợp K nhỏ thì Ucđ(a,t) lớn do đó khi tính ta sẽ chọn pha B là pha có hệ số ngẫu hợp nhỏ nhất để tính Ucđ(a,t). KB = 0,116 Cùng với đó ta có điện trở nối đất cột: RC = 10, 15, 20 Điện kháng thân cột: Trong đó: L0: Điện kháng đơn vị của thân cột L0 = 0,6/m hC: Chiều cao của thân cột hC = 24,71 m => Điện áp ULV là điện áp làm việc trung bình của đường dây được tính: kV Thay vào công thức trên ta được: - Với RC = 10 ta được: = Tiến hành tính toán với các thông số biến thiên: - Độ dốc đầu sóng a biến thiên từ 10 đến 100 kA/ - Thời gian t biến thiên từ 1 đến 10 Ta có bảng : Bảng 1-2: a kA/ t() 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 223,6 267,8 312 356,2 400,4 444,6 488,8 533 577,2 621,4 20 333,2 421,6 510 598,4 686,8 775,2 863,6 952 1040 1129 30 442,8 575,4 708 840,6 973,2 1106 1238 1371 1504 1636 40 552,4 729,2 906 1083 1260 1436 1613 1790 1967 2144 50 662 883 1104 1325 1546 1767 1988 2209 2430 2651 60 771,6 1037 1302 1567 1832 2098 2363 2628 2893 3158 70 881,2 1191 1500 1809 2119 2428 2738 3047 3356 3666 80 990,8 1344 1698 2052 2405 2759 3112 3466 3820 4173 90 1100 1498 1896 2294 2692 3089 3487 3885 4283 4681 100 1210 1652 2094 2536 2978 3420 3862 4304 4746 5188 Đặc tính Vol – giây (V-S) của chuỗi sứ cách điện: Bảng 1-3: t() 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Upđ(kV) 1780 1620 1480 1360 1280 1220 1180 1180 1180 1179 Từ các bảng thống kê trên ta vẽ được đồ thị: Hình vẽ 1-7 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 được các cặp thông số nguy hiểm (ai, ti). Bảng 1-4: ai(kA/) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ti(s) 22,6 10,6 6,62 5,08 4,11 3,45 2,95 2,55 2,22 1,94 Ii(kA) 226 211 199 203 206 207 207 204 200 194 - Với RC = 15 ta được: = Tiến hành tính toán với các thông số biến thiên: - Độ dốc đầu sóng a biến thiên từ 10 đến 100 kA/ - Thời gian t biến thiên từ 1 đến 10 Ta có bảng : Bảng 1-5: a kA/ t() 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 246 312 378 445 511 577 644 710 776 842 20 377 510 643 775 908 1040 1173 1306 1438 1571 30 509 708 907 1106 1305 1504 1703 1901 2100 2299 40 641 906 1171 1436 1702 1967 2232 2497 2762 3028 50 773 1104 1436 1767 2099 2430 2762 3093 3425 3756 60 772 1037 1302 1567 1832 2098 2363 2628 2893 3158 70 1036 1500 1964 2428 2892 3356 3821 4285 4749 5213 80 1168 1698 2228 2759 3289 3820 4350 4880 5411 5941 90 1299 1896 2493 3089 3686 4283 4880 5476 6073 6670 100 1431 2094 2757 3420 4083 4746 5409 6072 6735 7398 Đặc tính Vol – giây (V-S) của chuỗi sứ cách điện: Bảng 1-6: t() 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Upđ(kV) 1780 1620 1480 1360 1280 1220 1180 1180 1180 1179 Từ các bảng thống kê trên ta vẽ được đồ thị: Hình vẽ 1-8 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 được các cặp thông số nguy hiểm (ai, ti). Với Ii= Bảng 1-7: ai(kA/) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ti(s) 15,1 7,05 4,9 3,8 3,1 2,59 2,2 1,89 1,63 1,43 Ii(kA) 151 141 147 152 155 155 154 151 147 143 - Với RC = 20 ta được: = Tiến hành tính toán với các thông số biến thiên: - Độ dốc đầu sóng a biến thiên từ 10 đến 100 kA/ - Thời gian t biến thiên từ 1 đến 10 Ta có bảng : Bảng 1-8: a kA/ t() 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 268 356 445 533 621 710 798 887 975 1063 20 422 598 775 952 1129 1306 1482 1659 1836 2012 30 575 841 1106 1371 1636 1901 2167 2432 2697 2962 40 729 1083 1436 1790 2144 2497 2851 3204 3558 3911 50 883 1325 1767 2209 2651 3093 3535 3977 4419 4861 60 1037 1567 2098 2628 3158 3689 4219 4750 5280 5810 70 1191 1809 2428 3047 3666 4285 4903 5522 6141 6759 80 1344 2052 2759 3466 4173 4880 5588 6295 7002 7709 90 1498 2294 3089 3885 4681 5476 6272 7067 7863 8658 100 1652 2536 3420 4304 5188 6072 6956 7840 8724 9608 Đặc tính Vol – giây (V-S) của chuỗi sứ cách điện: Bảng 1-9: t() 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Upđ(kV) 1780 1620 1480 1360 1280 1220 1180 1180 1180 1179 Từ các bảng thống kê trên ta vẽ được đồ thị: Hình vẽ 1-9 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 được các cặp thông số nguy hiểm (ai, ti). Với Ii= Bảng 1-10: ai(kA/) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ti(s) 11,3 5,63 3,97 3,09 2,5 2,08 1,75 1,5 1,29 1,12 Ii(kA) 113 113 119 124 125 125 123 120 116 112 Ta xây dựng được đường cong nguy hiểm với điện trở cột RC = 10, 15, 20 : Hình vẽ 1-10 Xác suất phóng điện là xác suất để cho cặp thông số nguy hiểm của phóng điện sét (I, a) thuộc miền nguy hiểm: Ta đã có: (1-15) Trong đó: Vi là xác suất để cho dòng điện I lớn hơn một giá trị Ii nào đó. Nhận xét: Khi dòng điện sét có biên độ lớn thì xác suất xuất hiện lại nhỏ. Khi mà biên độ dòng điện sét nhỏ, để qúa 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. Từ nhận sét trên ta có được kết luận: Để tính xác suất ta chỉ cần tính xác suất trong miền . Nhưng ta không thể xác định được 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 : Khi đó: + Trường hợp RC = 10 : Bảng 1-11: a 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 I(kA) 226,3 211,4 198,6 203,2 205,5 207 206,5 204 199,8 194 0,172 0,304 0,496 0,416 0,381 0,359 0,366 0,403 0,474 0,591 239,9 95,85 38,3 15,3 6,114 2,443 0,976 0,39 0,156 0,104 41,16 29,11 18,99 6,362 2,327 0,878 0,358 0,157 0,074 0,061 Ta có xác suất phóng điện là: Như vậy suất cắt trong trường hợp điện trở cột RC=10 là: = lần/100km/năm + Trường hợp RC = 15 : Bảng 1-12: a 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 I(kA) 151 141 147 152 155 155 154 151 147 143 3,072 4,506 3,581 2,956 2,635 2,635 2,738 3,072 3,581 4,174 239,9 95,85 38,3 15,3 6,114 2,443 0,976 0,39 0,156 0,104 737 431,9 137,1 45,24 16,11 6,438 2,673 1,198 0,558 0,433 Ta có xác suất phóng điện là: Như vậy suất cắt trong trường hợp điện trở cột RC=15 là: = lần/100km/năm + Trường hợp RC = 20 : Bảng 1-13: a 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 I(kA) 113 113 119 124 125 125 123 120 116 112 13,17 13,17 10,47 8,643 8,319 8,319 8,981 10,07 11,74 13,69 239,9 95,85 38,3 15,3 6,114 2,443 0,976 0,39 0,156 0,104 3161 1263 400,9 132,3 50,86 20,32 8,765 3,929 1,83 1,419 Ta có xác suất phóng điện là: Như vậy suất cắt trong trường hợp điện trở cột RC=20 là: = lần/100km/năm I.2.6 Tính suất cắt của đường dây 220 kV do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột: Để đơn giản ta cho rằng sét đánh vào đúng đỉnh cột như hình vẽ, khi đó phần lớn dòng điện sét Is bị tản vào trong đất qua bộ phận nối đất của cột điện, phần còn lại rất nhỏ sẽ đi theo dây chống sét đi vào đất qua bộ phận nối đất của cột lân cận. Hình vẽ 1-11 Khi có quá điện áp khí quyển tác dụng lên cách điện đường dây, thì có quá điện áp đặt lên cách điện của đường dây và điện áp này được xác định theo công thức: (1-16) Với các thành phần: - là thành phần điện áp giáng trên bộ phận nối đất cột điện. RC = 10, 15, 20 - thành phần điện áp giáng trên điện cảm của phần cột điện tính từ mặt đất tới điểm treo dây dẫn. - điện áp cảm ứng gây ra bởi điện trường của khe phóng điện sét lên dây dẫn. (1-17) Trong đó: : tốc độ tương đối của phóng điện ngược của dòng sét, c: vận tốc ánh sáng c=300000 km/s = 300m/ m/ hdd: độ treo cao của dây dẫn H = hdd + hc hc: độ treo cao của dây chống sét. - thành phần từ của điện áp cảm ứng xuất hiện trên dây dẫn do hỗ cảm giữa khe phóng điện sét với mạch vòng dây dẫn - đất, trị số này phụ thuộc vào thời gian do chiều dài khe phóng điện sét tăng cùng với sự phát triển của phóng điện ngược. (1-18) - kucs(a,t) điện áp trên dây dẫn gây ra bởi dòng điện đi trong dây chống sét, có điên áp là . Mà k là hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét. (1-19) Trong đó: điện cảm của phần thân cột tính từ mặt đất đến điểm treo dây chống sét. hỗ cảm của khe phóng điện sét với mạch vòng dây chống sét - đất. (1-20) - ulv Điện áp làm việc của đường dây, ulv = 114,5 kV Ta cần tìm trị số của dòng điện và trong 2 trường hợp: + Trước khi có sóng phản xạ từ cột bên cạnh trở về: = Sơ đồ tương đương của mạch dẫn dòng điện sét như ở hình vẽ (1-11): Hình vẽ 1-11 Trong sơ đồ dòng điện sét được coi như một nguồn dòng, coi thành phần từ của điện áp cảm ứng trên dây chống sét như một nguồn áp. Dây chống sét được thay bằng một tổng trở sóng có kể đến ảnh hưởng của vầng quang. Giải sơ đồ trên ta được: (1-21) (1-22) Với + Sau khi có sóng phản xạ từ cột bên cạnh trở về: Do ta chỉ xét hai khoảng vượt lân cận bị sét đánh, nên đoạn dây chống sét của khoảng vượt được thay thế bởi điện cảm Lcs, ta có sơ đồ thay thế: Hình vẽ 1-12 Trong đó: Lcs là điện cảm của một khoảng vượt dây chống sét không kể đến ảnh hưởng của vầng quang đã được tính ở phần trước: Giải sơ đồ trên ta được: (1-23) (1-24) Với Đối với các pha khác nhau khi sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột thì điện áp giáng trên cách điện của đường dây của các pha khác nhau là khác nhau, với cùng một dạng sóng sét thì chuỗi cách điện của pha nào chịu điện áp lớn hơn thì pha đó sẽ phóng điện sớm hơn. Để so sánh điện áp đặt lên cách điện của các pha với nhau ta chọn: , t=2, RC= 10 để tính. A, Điện áp đặt lên cách điện pha A: kA = 0,25 hC = 24,71 m hddA = 18,5 m H = hC + hddA = 24,71+18,5 = 43,21 m = hC - hddA = 24,71-18,5 = 6,21 m = = 7,6 = 168,85 kV với , l = 295 m, c = 300 m/ = = = 17,5 kA = = 8,5 kA/ - = 175 kV - kV - kV - kV - = = 412 kV - ulv = 114,5 kV = = 525 kV Như vậy điện áp đặt lên cách điện pha A là: = 525 kV B, Điện áp đặt lên cách điện pha B: kB = 0,116 hC = 24,71 m hddB = 12 m H = hC + hddB = 24,71+12 = 36,71 m = hC - hddB = 24,71-12 = 12,71 m = = 4,68 = 116,81 kV 17,5 kA kA/ - = 175 kV - kV - kV - kV - kV - ulv = 114,5 kV = = 471 kV Như vậy điện áp đặt lên cách điện pha B là: = 471 kV C, Điện áp đặt lên cách điện pha C: kB = 0,127 hC = 24,71 m hddC = 12 m H = hC + hddC = 24,71+12 = 36,71 m = hC - hddC = 24,71-12 = 12,71 m = = 4,68 = 116,81 kV 17,5 kA kA/ - = 175 kV - kV - kV - kV - kV - ulv = 114,5 kV = = 467 kV Như vậy điện áp đặt lên cách điện pha C là: = 467 kV Nhận xét: Qua qúa trình tính toán ta thấy rằng điện áp đặt lên cách điện pha A là lớn nhất. Do vậy ta sẽ chọn pha A là pha để tính toán điện áp tác dụng lên chuỗi sứ khi sét đánh vào đỉnh cột. Tính toán điện áp xuất hiện trên cách điện pha A của đường dây khi sét đánh đỉnh cột: Trong phần trước ta đã tính với một giá trị cụ thể của a và t, trong phần này ta sẽ tính toán với các giá trị biến thiên của a, t. Điện áp tác dụng lên cách điện đường dây được tính theo công thức: Ta xác định từng thành phần của điện áp theo a, t: Cho t chạy từ 0 đến 10 và cho a chạy từ 10 đến 100 kA/ kA = 0,25 hC = 24,71 m hddA = 18,5 m H = hC + hddA = 24,71+18,5 = 43,21 m = hC - hddA = 24,71-18,5 = 6,21 m A,Các hỗ cảm và : = Tính toán với các giá trị khác nhau của t ta có bảng sau: Bảng 1-14: t () Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ 0 0,5 1 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1,52 4,17 5,69 7,6 7,6 8,85 9,79 10,5 11,2 11,7 12,1 12,6 12,9 3,65 6,84 8,77 11,2 11,2 12,9 14,1 15,1 15,9 16,6 17,2 17,8 18,3 B, Dòng điện và đạo hàm của nó: Trước khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về: = = - Sau khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về: , l = 295 m, c = 300 m/ = = = Cho a, t biến thiên ta có các giá trị của ic(a,t) sau: + Giá trị của ic(a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột với RC= 10 : Bảng 1-15: t Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ a 0 0,5 1 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 -0,9 3,72 8,38 17,8 17,5 25,7 33,5 41 48,2 55,1 61,8 68,2 74,4 20 -1,8 7,43 16,8 35,5 35 51,3 66,9 81,9 96,4 110 124 136 149 30 -2,6 11,2 25,1 53,3 52,6 77 100 123 145 165 185 205 223 40 -3,5 14,9 33,5 71,1 70,1 103 134 164 193 220 247 273 298 50 -4,4 18,6 41,9 88,9 87,6 128 167 205 241 276 309 341 372 60 -5,3 22,3 50,3 107 105 154 201 246 289 331 371 409 446 70 -6,2 26 58,7 124 123 180 234 287 337 386 432 477 521 80 -7,1 29,7 67 142 140 205 268 328 385 441 494 546 595 90 -7,9 33,5 75,4 160 158 231 301 369 434 496 556 614 669 100 -8,8 37,2 83,8 178 175 257 335 410 482 551 618 682 744 + Giá trị của ic(a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột với RC= 15 : t Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ a 0 0,5 1 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 -0,9 3,64 8,19 17,4 17,2 25 32,3 39,3 45,8 52 57,8 63,3 68,6 20 -1,7 7,27 16,4 34,7 34,4 50 64,7 78,5 91,6 104 116 127 137 30 -2,6 10,9 24,6 52,1 51,7 75 97 118 137 156 173 190 206 40 -3,4 14,5 32,8 69,4 68,9 100 129 157 183 208 231 253 274 50 -4,3 18,2 40,9 86,8 86,1 125 162 196 229 260 289 317 343 60 -5,1 21,8 49,1 104 103 150 194 236 275 312 347 380 411 70 -6 25,5 57,3 121 121 175 226 275 321 364 405 443 480 80 -6,8 29,1 65,5 139 138 200 259 314 366 416 463 507 548 90 -7,7 32,7 73,7 156 155 225 291 353 412 468 520 570 617 100 -8,5 36,4 81,9 174 172 250 323 393 458 520 578 633 686 + Giá trị của ic(a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột với RC= 20 : t Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ a 0 0,5 1 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 -0,8 3,56 8,01 17 16,9 24,4 31,3 37,7 43,6 49,1 54,2 58,9 63,4 20 -1,7 7,12 16 33,9 33,8 48,8 62,5 75,3 87,2 98,2 108 118 127 30 -2,5 10,7 24 50,9 50,8 73,1 93,8 113 131 147 163 177 190 40 -3,3 14,2 32 67,8 67,7 97,5 125 151 174 196 217 236 253 50 -4,1 17,8 40 84,8 84,6 122 156 188 218 245 271 295 317 60 -5 21,4 48 102 102 146 188 226 262 295 325 354 380 70 -5,8 24,9 56 119 118 171 219 264 305 344 379 413 443 80 -6,6 28,5 64 136 135 195 250 301 349 393 434 472 507 90 -7,4 32 72,1 153 152 219 281 339 392 442 488 531 570 100 -8,3 35,6 80,1 170 169 244 313 377 436 491 542 589 634 + Giá trị của khi sét đánh vào đỉnh cột với RC= 10 : t Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ a 0 0,5 1 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 9,51 9,51 9,51 9,51 8,45 8,11 7,79 7,49 7,21 6,94 6,69 6,44 6,21 20 19 19 19 19 16,9 16,2 15,6 15 14,4 13,9 13,4 12,9 12,4 30 28,5 28,5 28,5 28,5 25,4 24,3 23,4 22,5 21,6 20,8 20,1 19,3 18,6 40 38 38 38 38 33,8 32,4 31,2 30 28,8 27,8 26,7 25,8 24,8 50 47,6 47,6 47,6 47,6 42,3 40,6 39 37,5 36,1 34,7 33,4 32,2 31 60 57,1 57,1 57,1 57,1 50,7 48,7 46,8 45 43,3 41,7 40,1 38,6 37,2 70 66,6 66,6 66,6 66,6 59,2 56,8 54,5 52,5 50,5 48,6 46,8 45,1 43,4 80 76,1 76,1 76,1 76,1 67,6 64,9 62,3 60 57,7 55,5 53,5 51,5 49,6 90 85,6 85,6 85,6 85,6 76,1 73 70,1 67,4 64,9 62,5 60,2 58 55,9 100 95,1 95,1 95,1 95,1 84,5 81,1 77,9 74,9 72,1 69,4 66,9 64,4 62,1 + Giá trị của khi sét đánh vào đỉnh cột với RC= 15 : t Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ a 0 0,5 1 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 9,29 9,29 9,29 9,29 8,16 7,69 7,26 6,86 6,49 6,14 5,81 5,5 5,2 20 18,6 18,6 18,6 18,6 16,3 15,4 14,5 13,7 13 12,3 11,6 11 10,4 30 27,9 27,9 27,9 27,9 24,5 23,1 21,8 20,6 19,5 18,4 17,4 16,5 15,6 40 37,1 37,1 37,1 37,1 32,7 30,8 29,1 27,5 26 24,6 23,2 22 20,8 50 46,4 46,4 46,4 46,4 40,8 38,5 36,3 34,3 32,4 30,7 29 27,5 26 60 55,7 55,7 55,7 55,7 49 46,2 43,6 41,2 38,9 36,8 34,8 33 31,2 70 65 65 65 65 57,1 53,9 50,8 48 45,4 43 40,7 38,5 36,4 80 74,3 74,3 74,3 74,3 65,3 61,5 58,1 54,9 51,9 49,1 46,5 44 41,6 90 83,6 83,6 83,6 83,6 73,5 69,2 65,4 61,8 58,4 55,2 52,3 49,5 46,8 100 92,9 92,9 92,9 92,9 81,6 76,9 72,6 68,6 64,9 61,4 58,1 55 52 + Giá trị của khi sét đánh vào đỉnh cột với RC= 20 : t Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ a 0 0,5 1 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 9,07 9,07 9,07 9,07 7,88 7,3 6,77 6,28 5,84 5,43 5,05 4,69 4,36 20 18,1 18,1 18,1 18,1 15,8 14,6 13,5 12,6 11,7 10,9 10,1 9,38 8,73 30 27,2 27,2 27,2 27,2 23,6 21,9 20,3 18,9 17,5 16,3 15,1 14,1 13,1 40 36,3 36,3 36,3 36,3 31,5 29,2 27,1 25,1 23,4 21,7 20,2 18,8 17,5 50 45,3 45,3 45,3 45,3 39,4 36,5 33,8 31,4 29,2 27,1 25,2 23,5 21,8 60 54,4 54,4 54,4 54,4 47,3 43,8 40,6 37,7 35 32,6 30,3 28,2 26,2 70 63,5 63,5 63,5 63,5 55,2 51,1 47,4 44 40,9 38 35,3 32,8 30,6 80 72,6 72,6 72,6 72,6 63 58,4 54,2 50,3 46,7 43,4 40,4 37,5 34,9 90 81,6 81,6 81,6 81,6 70,9 65,7 60,9 56,6 52,5 48,8 45,4 42,2 39,3 100 90,7 90,7 90,7 90,7 78,8 73 67,7 62,8 58,4 54,3 50,5 46,9 43,6 C, Thành phần điện áp cảm ứng u(a,t): Điện áp cảm ứng điện được xác định như sau: = = kV Cho a, t biến thiên ta có các giá trị của(a,t) như sau:  t Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ a 0 0,5 1 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 -22 79 121 169 169 199 221 238 252 265 275 284 293 20 -43 158 242 338 338 398 442 476 505 529 550 569 586 30 -65 237 363 507 507 597 662 714 757 794 825 853 879 40 -86 316 484 675 675 796 883 952 1009 1058 1100 1138 1172 50 -108 395 605 844 844 994 1104 1190 1262 1323 1376 1422 1464 60 -129 474 725 1013 1013 1193 1325 1429 1514 1587 1651 1707 1757 70 -151 553 846 1182 1182 1392 1546 1667 1767 1852 1926 1991 2050 80 -172 632 967 1351 1351 1591 1767 1905 2019 2116 2201 2276 2343 90 -194 711 1088 1520 1520 1790 1987 2143 2271 2381 2476 2560 2636 100 -215 790 1209 1689 1689 1989 2208 2381 2524 2645 2751 2845 2929 D, Thành phần điện áp trên dây dẫn gây ra bởi dây chống sét : Ta có ucs(a,t) được tính theo công thức: = Cho a, t biến thiên cùng với các giá trị khác nhau của của điện trở nối đất Rc ta có các bảng sau: + Giá trị của khi sét đánh vào đỉnh cột với RC= 10 : t Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ a 0 0,5 1 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 169 247 313 431 413 506 591 672 748 820 889 955 1018 20 337 493 625 862 826 1011 1182 1343 1495 1640 1778 1910 2036 30 506 740 938 1293 1239 1517 1774 2015 2243 2460 2667 2865 3055 40 675 987 1250 1724 1652 2022 2365 2686 2991 3280 3556 3821 4073 50 843 1233 1563 2156 2065 2528 2956 3358 3738 4100 4446 4776 5092 60 1012 1480 1875 2587 2477 3034 3547 4030 4486 4920 5335 5731 6110 70 1181 1727 2188 3018 2890 3539 4139 4701 5234 5740 6224 6686 7129 80 1350 1973 2501 3449 3303 4045 4730 5373 5982 6560 7113 7641 8147 90 1518 2220 2813 3880 3716 4550 5321 6045 6729 7380 8002 8596 9165 100 1687 2467 3126 4311 4129 5056 5912 6716 7477 8201 8891 9552 10184 + Giá trị của khi sét đánh vào đỉnh cột với RC= 15 : t Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ a 0 0,5 1 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 161 261 348 510 492 618 734 842 942 1037 1126 1209 1288 20 323 521 696 1021 983 1236 1468 1683 1885 2073 2251 2418 2576 30 484 782 1045 1531 1475 1854 2202 2525 2827 3110 3377 3628 3864 40 645 1043 1393 2042 1967 2472 2935 3366 3769 4147 4502 4837 5152 50 807 1304 1741 2552 2458 3090 3669 4208 4711 5184 5628 6046 6441 60 968 1564 2089 3062 2950 3707 4403 5050 5654 6220 6753 7255 7729 70 1129 1825 2438 3573 3442 4325 5137 5891 6596 7257 7879 8465 9017 80 1291 2086 2786 4083 3933 4943 5871 6733 7538 8294 9005 9674 10305 90 1452 2346 3134 4593 4425 5561 6605 7574 8481 9331 10130 10883 11593 100 1614 2607 3482 5104 4916 6179 7339 8416 9423 10367 11256 12092 12881 + Giá trị của khi sét đánh vào đỉnh cột với RC= 20 : t Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ a 0 0,5 1 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 154 274 382 586 568 724 867 997 1117 1228 1331 1426 1514 20 309 548 765 1172 1135 1449 1734 1995 2235 2457 2662 2852 3029 30 463 822 1147 1758 1703 2173 2600 2992 3352 3685 3993 4278 4543 40 618 1097 1529 2344 2271 2898 3467 3989 4470 4913 5324 5704 6057 50 772 1371 1912 2930 2838 3622 4334 4986 5587 6142 6655 7130 7571 60 927 1645 2294 3516 3406 4347 5201 5984 6704 7369.9 7986 8556 9086 70 1081 1919 2676 4102 3974 5071 6068 6981 7822 8598 9317 9983 10600 80 1236 2193 3059 4688 4541 5796 6934 7978 8939 9827 10648 11409 12114 90 1390 2467 3441 5274 5109 6520 7801 8975 10056 11055 11979 12835 13628 100 1544 2742 3823 5860 5677 7245 8668 9973 11174 12283 13310 14261 15143 E, Điện áp đặt lên cách điện pha A : = + Giá trị của khi sét đánh vào đỉnh cột với RC = 10 : t Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ a 0 0,5 1 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 162 316 404 535 525 622 707 783 852.9 919.5 980.8 1039 1095 20 211 518 693 956 936 1130 1299 1451 1592 1724 1847 1964 2075 30 259 720 982 1376 1347 1638 1890 2119 2331 2529 2713 2889 3056 40 308 921 1271 1796 1757 2146 2483 2788 3069 3333 3580 3814 4036 50 356 1123 1560 2216 2168 2652 3075 3456 3809 4138 4447 4738 5016 60 404 1325 1848 2637 2578 3160 3667 4125 4547 4942 5313 5664 5996 70 452 1527 2137 3057 2989 3668 4260 4794 5287 5747 6179 6588 6977 80 501 1728 2427 3478 3400 4176 4852 5462 6025 6551 7046 7513 7957 90 549 1930 2716 3898 3811 4684 5443 6130 6764 7356 7912 8438 8938 100 598 2132 3005 4319 4222 5191 6035 6799 7503 8160 8778 9363 9918 + Giá trị của khi sét đánh vào đỉnh cột với RC= 15 : t Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ a 0 0,5 1 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 158 328 431 595 585 708 816 913 1002 1085 1161 1233 1301 20 202 541 748 1076 1056 1302 1517 1711 1890 2055 2208 2352 2487 30 245 754 1065 1557 1527 1895 2217 2509 2777 3025 3255 3471 3674 40 289 967 1381 2037 1997 2489 2918 3307 3664 3995 4302 4590 4860 50 332 1180 1698 2518 2468 3081 3620 4105 4552 4965 5350 5709 6046 60 377 1393 2014 2998 2939 3675 4321 4905 5439 5935 6397 6828 7232 70 420 1606 2331 3479 3410 4269 5022 5703 6327 6905 7444 7947 8419 80 464 1819 2647 3960 3881 4862 5723 6501 7214 7875 8491 9066 9605 90 507 2032 2964 4441 4352 5456 6424 7299 8101 8845 9537 10184 10792 100 551 2245 3281 4922 4823 6049 7125 8097 8989 9815 10584 11304 11978 + Giá trị của khi sét đánh vào đỉnh cột với RC= 20 : t Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ a 0 0,5 1 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 153 338 458 653 644 789 917 1032 1135 1231 1318 1399 1474 20 193 562 801 1191 1173 1464 1720 1949 2157 2347 2522 2684 2833 30 232 786 1144 1730 1702 2139 2522 2866 3178 3464 3726 3968 4192 40 272 1010 1487 2267 2230 2814 3325 3783 4199 4580 4930 5253 5551 50 310 1234 1830 2805 2759 3488 4127 4700 5221 5697 6134 6537 6910 60 350 1458 2172 3344 3288 4163 4930 5618 6242 6813 7338 7822 8269 70 389 1682 2515 3882 3817 4838 5733 6535 7263 7930 8542 9106 9628 80 429 1906 2858 4421 4346 5513 6536 7452 8284 9045 9746 10391 10987 90 468 2130 3201 4959 4875 6188 7338 8369 9305 10162 10949 11675 12347 100 507 2354 3545 5497 5404 6863 8140 9286 10327 11278 12153 12960 13706 Đồ thị khi sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột: + Với giá trị của điện trở cột là: Rc = 10 Hình vẽ 1-13 + Với giá trị của điện trở cột là: Rc = 15 Hình vẽ 1-14 + Với giá trị của điện trở cột là: Rc = 20 Hình vẽ 1-15 Từ đồ thị biểu diễn quan hệ ta xác định được đường cong nguy hiểm Ii = aiti . Khi sóng sét ở trong vùng nguy hiểm thì có phóng điện trên cách điện của đường dây. Xác suất này được tính bằng xác suất của dòng điện sét có biên độ I lớn hơn môt Ii nào đó, đồng thời có độ dốc a lớn hơn độ dốc ai ứng với Ii trên đường cong nguy hiểm. Cách xác định xác suất này tương tự với cách xác định xác suất phóng điện khi sét đánh vào khoảng vượt. Từ các đồ thị trên ta xác định được đường cong nguy hiểm ứng với từng trường hợp của Rc: a() 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 tR=10Ω () 11,5 4,24 2,62 1,72 1,24 0,94 0,74 0,62 0,47 0,39 tR=15Ω () 8,24 3,51 2,17 1,46 1,08 0,82 0,65 0,53 0,43 0,36 tR=20Ω () 6,58 3,04 1,85 1,29 0,96 0,75 0,59 0,48 0,4 0,34  IR=10Ω () 115 84,9 78,7 68,7 62,2 56,6 51,5 49,8 42,7 39,4  IR=15Ω () 82,4 70,1 65,1 58,6 53,9 49,5 45,6 42,1 39 36  IR=20Ω () 65,8 60,8 55,4 51,8 48,1 44,7 41,3 38,6 36,3 34,1 Từ đồ thị trên ta xây dựng được đường cong nguy hiểm: Hình vẽ 1-16 Xác suất phóng điện là xác suất để cho cặp thông số nguy hiểm của phóng điện sét (I, a) thuộc miền nguy hiểm: Ta đã có: Trong đó: Vi là xác suất để cho dòng điện I lớn hơn một giá trị Ii nào đó. Nhận xét: Khi dòng điện sét có biên độ lớn thì xác suất xuất hiện lại nhỏ. Khi mà biên độ dòng điện sét nhỏ, để qúa 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. Từ nhận xét trên ta có được kết luận: Để tính xác suất ta chỉ cần tính xác suất trong miền . Nhưng ta không thể xác định được 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 : Khi đó: + Trường hợp RC = 10 : a 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 I(kA) 115,1 84,86 78,69 68,69 62,21 56,57 51,5 49,83 42,69 39,43 12,14 38,73 49,06 71,96 92,21 114,5 139 148,2 194,9 220,8 239,9 95,85 38,3 15,3 6,114 2,443 0,976 0,39 0,156 0,104 2911 3712 1879 1101 563,7 279,6 135,7 57,79 30,36 22,89 Ta có xác suất phóng điện là: Như vậy suất cắt trong trường hợp điện trở cột RC=10 là: =0,667 lần/100km/năm Suất cắt tổng do sét đánh vào đường dây trong trường hợp Rc=10: = 1,032 lần/100km/năm Chi tiêu chống sét của đường dây tải điện: m = năm/1lần cắt điện. + Trường hợp RC = 15 : a 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 I(kA) 82,43 70,11 65,14 58,57 53,86 49,46 45,6 42,06 38,96 36 42,5 68,13 82,42 106 127 150,3 174,3 199,6 224,8 251,8 239,9 95,85 38,3 15,3 6,114 2,443 0,976 0,39 0,156 0,104 10197 6530 3157 1622 776,5 367,2 170,1 77,84 35,02 26,1 Ta có xác suất phóng điện là: Như vậy suất cắt trong trường hợp điện trở cột RC=15 là: =1,432 lần/100km/năm Suất cắt tổng do sét đánh vào đường dây trong trường hợp Rc=15: = 1,877 lần/100km/năm Chi tiêu chống sét của đường dây tải điện: m = năm/1lần cắt điện. + Trường hợp RC = 20 : a 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 I(kA) 65,76 60,8 55,41 51,77 48,07 44,74 41,3 38,63 36,26 34,14 80,51 97,34 119,7 137,6 158,5 180,1 205,5 227,6 249,3 270,3 239,9 95,85 38,3 15,3 6,114 2,443 0,976 0,39 0,156 0,104 19314 9331 4582 2105 969,2 439,9 200,5 88,76 38,84 28,02 Ta có xác suất phóng điện là: Như vậy suất cắt trong trường hợp điện trở cột RC=20 là: =2,314 lần/100km/năm Suất cắt tổng do sét đánh vào đường dây trong trường hợp Rc=20: = 2,973 lần/100km/năm Chi tiêu chống sét của đường dây tải điện: m = năm/1lần cắt điện. Kết luận: Khi đường dây tải điện có điện trở nối đất cột điện càng nhỏ thì chỉ tiêu chống sét của đường dây đó càng cao. Quan hệ: n = f(Rc) và m = g(Rc) Rc 10 15 20 n 1,032 1,877 2,973 m 0,969 0,533 0,336 Hình vẽ 1-17 Để giảm suất cắt điện thì một biện pháp hữu hiệu là giảm điện trở nối đất Rc, ngoài ra ta còn có thế giảm suất cắt điện bằng cách giảm chiều dài khoảng cột hoặc giảm chiều cao cột. Chương II: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM BIẾN ÁP TỪ ĐƯỜNG DÂY 220 kV II.1 Mở đầu: Bảo vệ chống sét đối với trạm biến áp có yêu cầu cao hơn nhiều so với đường dây. Trước tiên, phóng điện trên cách điện trong trạm tương đương với ngắn mạch trên thanh góp và ngay cả khi có các phương tiện bảo vệ hiện đại cũng vẫn đưa đến sự cố trầm trọng nhất trong hệ thống. Ngoài ra mặc dù trong kết cấu cách điện của thiết bị thường cố gắng sao cho mức cách điện trong lớn hơn mức cách điện ngoài nhưng trong vận hành do quá trình già cỗi của cách điện trong lớn hơn nhiều nên sự phối hợp đó có thể bị phá hoại dưới tác dụng của quá điện áp, có khả năng xảy ra chọc thủng điện môi mà không phải là phóng điện men theo bề mặt của cách điện ngoài. Để bảo vệ chống sóng truyền vào trạm người ta dùng chống sét ống, chống sét van tăng cường bảo vệ cho đoạn dây gần trạm, sử dụng dường dây cáp, tụ điện, kháng điện... Tính toán bảo vệ chống sóng truyền vào trạm nhằm: Xác định chỉ tiêu bảo vệ chống sóng truyền vào trạm (số năm làm việc an toàn của trạm với sóng quá điện áp) sau khi dự kiến đặt thiết bị bảo vệ. Xác định chiều dài cần thiết của đoạn tới trạm cần bảo vệ. Trên cơ sở những số liệu cần tính toán, theo chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, xác định số lượng, vị trí đặt chống sét van và các thiết bị bảo vệ khác một cách hợp lý. Chỉ tiêu bảo vệ chống sóng truyền vào trạm là một số liệu quan trọng, nó cho phép đánh giá mức độ an toàn với sóng quá điện áp của trạm. Tuy nhiên việc tính toán khá phức tạp khối lượng tính toán lớn. Trước hết do tham số của sóng từ đường dây truyền vào trạm rất khác nhau, do đó việc tính toán quá điện áp trong trạm không phải với một hay vài sóng nhất định mà phải với nhiều tham số khác nhau. Dựa vào đó tìm ra tham số tới hạn nguy hiểm của sóng sét truyền vào trạm, vượt qua trị số này sẽ xảy ra phóng điện ở ít nhất một thiết bị nào đó trong trạm. Với trị số tới hạn của tham số sóng sét, biết phân bố xác suất của chúng có thể tính được chỉ tiêu bảo vệ chống sóng truyền vào trạm. Tuy nhiên không giống như tham số của dòng điện sét, phân bố xác suất chung cho các tham số sóng sét truyền đến trạm, vì nó rất khác nhau trong từng lưới điện và từng trạm cụ thể. Việc xác định phân bố này đối với từng trạm là rất phức tạp nên người ta phải sử dụng một số giả thiết đơn giản hóa. Một khó khăn nữa trong viêc tính toán bảo vệ chống sóng truyền vào trạm là khối lượng tính toán lớn. Trước hết bài toán truyền sóng trong trạm với một sóng duy nhất truyền vào trong trạm từ đường dây đã khá phức tạp do mạng có nhiều nút. Thực tế người ta sử dụng phương pháp đo đạc trực tiếp trên mô hình hay trên máy tính điện tử, với những trạm đơn giản người ta có thể tính bằng phương pháp lập bảng. Trong nội dung đồ án này do hạn chế thời gian nên em chỉ dừng lại ở việc xác định quá điện áp xuất hiện trên cách điện của trạm theo một vài dạng sóng truyền vào trạm cho trước. So sánh quá điện áp này với đặc tính phóng điện của thiết bị điện tương ứng để đánh giá khả năng gây phóng điện. Coi rằng trạm an toàn khi tất cả các đường điện áp xuất trên cách điện đều nằm dưới đặc tính V-S của chúng. Do trạm được bảo vệ với mức độ an toàn rất cao, nên khi xét độ bền cách điện của các thiết bị không kể đến hiệu ứng tích lũy và đặc tính cách điện được lấy với điện áp thí nghiệm phóng điện xung kích. Thường sóng quá điện áp xuất hiện trên cách điện có độ dài sóng lớn, biên độ bằng điện áp dư trên chống sét vẫn xếp chồng với một điện áp nhảy vọt hoặc dao động. Vì thế phải lấy điện áp thí nghiệm phóng điện xung kích với sóng cắt và toàn sóng, so sánh với toàn bộ đường cong sóng quá điện áp. II.2 Các phương pháp tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm: II.2.1 Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm bằng phương pháp lập bảng. Thực chất của phương pháp này là giải bài toán truyền sóng trong mạng phức tạp. Ta biết rằng quá trình truyền sóng sẽ hoàn toàn xác định nếu ta xác định được sự biến dạng của sóng khi truyền trên đường dây, xác định được sóng phản xạ và khúc xạ khi truyền tới các nút. Do sóng truyền trong trạm trên những khoảng cách không lớn giữa các nút nên có thể coi quá trình truyền sóng là không biến dạng. Điều đó cho phép tính toán đơn giản và thực hiện dễ dàng bằng phương pháp lập bảng. Ta hãy xét kỹ hơn bản chất của phương pháp này. Trước hết do sóng không biến dạng và chuyền đi với tốc độ không đổi v trên đường dây nên nếu có một có một sóng từ nút m nào đó đến nút x, tại nút m sóng có dạng Umx(t), thì khi tới x sóng có dạng U’mx(t)=Umx(t-) với (hình vẽ 2-1): Từ đó thấy rằng, nếu dùng phương pháp lập bảng, các giá trị của sóng phản xạ tại nút m được ghi trong một cột thì giá trị của sóng đó tới nút x giống như cột sóng phản hồi tại nút m, chỉ lùi một khoảng tọa độ thời gian. Việc xác định sóng phản xạ và khúc xạ tại một nút dễ dàng giải được nhờ quy tắc Peterson và nguyên tắc sóng đẳng trị. Theo quy tắc Peterson, một sóng truyền trên đường dây có tổng trở sóng Z đến một tổng trở Zs ở cuối đường dây thì sóng phản xạ có thể được tính nhờ sơ đồ tương đương với thông số tập trung như hình vẽ 2-2: Hình vẽ 2-2 Quy tắc Peterson Với sơ đồ này, sóng khúc xạ Ux được tính như điện áp trên phần tử Zx còn sóng phản xạ: Umx = Ux – Ut Với Ut là sóng tới. Nếu Z và Zx là các thông số tuyến tính, Ut là hàm thời gian có ảnh phức hoặc toán tử thì có thể tìm Ux bằng phương pháp số hoặc phương pháp toán tử. Nếu Zx là điện dung tập trung và Ut có dạng đường cong bất khì thì Ux được xác định bằng phương pháp gần đúng, ví dụ phương pháp tiếp tuyến. Nếu Zx phi tuyến (tổng trở của chống sét van) thì phải xác định Ux bằng phương pháp đồ thị. - Trường hợp nút x có nhiều đường dây đi đến thì có thể lập sơ đồ Peterson bằng cách áp dụng quy tắc sóng đẳng trị. Trong trường hợp này sơ đồ tương đương vẫn giống như khi có một đường dây, chỉ khác trị số nguồn phải lấy là 2Uđt và tổng trở sóng phải lấy là Zđt. (2-2) Trong đó: Sóng tới x từ nút m Là hệ số khúc xạ Zmx tổng trở sóng của đường dây nối nút m và nút x Sóng khúc xạ Ux cũng được tính bằng phương pháp như đối với trường hợp một đường dây tùy theo tính chất của Zx Hình vẽ 2-3 Quy tắc sóng đẳng trị Sóng phản xạ Uxm: (2-3) Công thức trên vẫn đúng trong trường hợp chỉ có sóng tới từ một vài đường dây. Lúc đó trong một vài đường dây còn lại chỉ có sóng phản xạ Uxm = Ux. Biết chiều dài của các đường dây giữa các nút ta tính được thời gian truyền sóng. Bằng phương pháp nêu trên ta hoàn toàn xác định được quá trình lan truyền sóng trong mạng theo thời gian đồng thời biết được điện áp tại các nút. Để thuận tiện cho việc tính toán tại các nút, người ta qui ước chung là lấy thời điểm sóng tới nút đầu tiên làm gốc thời gian cho nút đó. Như thế theo con đường truyền sóng, gốc thời gian của các nút phía sau chậm hơn so với các nút trước nó một khoảng thời gian bằng thời gian truyền sóng từ nút trước. (2-4) Gốc thời gian của sóng phản xạ từ nút m được chọn theo gốc thời gian của nút m. Gốc thời gian của sóng tới nút x được chọn theo gốc thời gian của nút x. Như vậy nếu ký hiệu Umx là sóng phản xạ từ nút m, là sóng tới nút x do sóng phản xạ Umx từ nút m truyền đến, ta có: (2-5) Nghĩa là với cách chọn gốc thời gian như ở trên thì ”chậm sau” Umx một khoảng thời gian bằng 2 lần truyền sóng giữa 2 nút m và x. Do quá trình truyền sóng có phản xạ nhiều lần nên quá trình tính toán lập đi lập lại với các nút, số liệu của nút sau được sử dụng để tính toán nút trước và ngược lại, do đó dùng phương pháp lập bảng có nhiều thuận lợi. II.2.2 Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm bằng phương pháp đồ thi: Nếu tại điểm nút có ghép điện cảm, điện dung hoặc điện trở và sóng tới có dạng bất kỳ thì việc xác định điện áp điểm nút bằng phương pháp toán học thường rất phức tạp. Trong các trường hợp này có thể dùng phương pháp đồ thị. Tác dụng của sóng bất kỳ lên điện trở phi tuyến đặt ở cuối đường dây (Hình vẽ 2-4). Hình vẽ 2-4 Sóng tác dụng lên điện trở phi tuyến đặt cuối đường dây Ta có phương trình theo sơ đồ Peterson: (2-6) Để xác định điện áp có thể dùng phương pháp đồ thị như hình vẽ 2-5 sau: Với loại chống sét van không khe hở: Hình vẽ 2-5 Phương pháp đồ thị (chống sét van không khe hở) Với loại chống sét van có khe hở: Hình vẽ 2-5 Phương pháp đồ thị (chống sét van có khe hở) Phần bên phải vẽ đặc tính V-A của chống sét van và điện áp giáng trên tổng trở sóng icsvZ sau đó xây dựng đường cong ucsv +icsvZ. Phần bên trái vẽ quan hệ 2ut(t). Ứng với trị số bất kỳ a của sóng tới dóng ngang sang, xác định một điểm b trên đường cong ucsv +icsvZ. Từ điểm b dóng thẳng xuống gặp đường đặc tính V-A được điểm c, từ điểm c dóng ngang sang gặp đường dóng từ trên xuống tại điểm d, điểm d này thuộc đặc tính Ucsv(t), thay đổi giá trị của a ta có các giá trị của d từ đó xây dựng đặc tính Ucsv(t), độ chênh lệch của 2 đường đặc tính bên phía trái cho ta sóng phản xạ từ phía chống sét van về phía đường dây. Khi có sóng dạng bất kỳ vào trạm, trước khi chống sét van làm việc thì điện áp đặt lên cách điện (cũng là điện áp đặt lên chống sét van) có trị số bằng 2ut(t). Chống sét làm việc khi đường đặc tính V-S của nó giao với đường 2ut(t) lúc này điện trở không đường thẳng của chống sét van được ghép trực tiếp vào mạch và điện áp đặt lên chống sét van cũng chính là điện áp đặt lên cách điện của thiết bị. II.2.3 Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm bằng phương pháp tiếp tuyến: Hình vẽ 2-5 Sóng tác dụng lên điện dung đặt cuối đường dây Thực chất của phương pháp này là cách giải bằng đồ thị phương trình vi phân dạng: (2-7) Ví dụ với sơ đồ trên là sơ đồ sóng truyền vào trạm biến áp cùng với giả thiết điện dung C đã được nạp sẵn tới điện áp UC0 phương trình điện áp được viết: hoặc với T=CZ Nếu biết trước đường cong điện áp nguồn U(t) thì ta vẽ được hàm số 2U(t). Trên hệ tọa độ phụ lệch so với khoảng thời gian T tiến hành việc xác định điện áp UC (t) trước tiên chia trục hoành thành nhiều khoảng thời gian bằng nhau, sau đó từ điểm UC0 (trị số Uc tại t=0) vẽ đường xiên góc tới trị số của hàm số 2U(t) tại thời điểm đầu tiên, và thừa nhận là trong khoảng thời gian hàm UC(t) trùng với đường xiên đó. Tiếp tục từ điểm 1 của đường Uc(t) vẽ đường xiên tới trị số của hàm số 2U(t) của ở đầu khoảng thời gian =và cũng thừa nhận trong khoảng thời gian này hàm UC(t) trùng với đường xiên đó. Các bước tiếp theo cũng được tiến hành tương tự và điện áp Uc(t) có dạng đường gãy khúc. Hình vẽ 2-6 xác định điện áp Uc(t) bằng phương pháp tiếp tuyến II.3 Trình tự tính toán: II.3.1 Lập sơ đồ thay thế rút gọn trạng thái nguy hiểm nhất của trạm: Khi lập sơ đồ tính toán cần xác định chế độ vận hành nguy hiểm nhất về mặt bảo vệ sóng truyền vào trạm, điều đó bảo đảm số liệu tính toán cho khả năng xác định mức độ bảo vệ an cao toàn nhất. Sơ đồ xuất phát thường rất phức tạp, do đó để quá trình tính toán không phức tạp lắm cần có sự đơn giản hóa hợp lý. Có thể tiến hành theo tình tự sau: Dựa vào sơ đồ nguyên lý lập sơ đồ thay thế của trạm ở trang thái sóng. Trong sơ đồ này đường dây, thanh góp được thay thế bằng các đoạn của đường dây dài với sóng của chúng trong tính toán thường lấy gần đúng tổng trở sóng Z=400 cho cả đường dây và thanh góp. Tốc độ truyền sóng lấy v=300m/μs. Các thiết bị khác được thay thế bằng các điện dung tập trung tương đương của nó. Có thể lấy trị số theo bảng: Bảng 2-1: Loại thiết bị Đặc tính của thiết bị Điện dung T. số giới hạn T. Số trung bình Máy biến áp điện lực Công suất lớn, có bù điện dung 1000-3000 1500 Công suất bé, không bù điện dung 300-1000 500 Máy biến áp đo lường 200-500 300 Máy cắt điện Ở trạng thái đóng 300-800 500 Ở trạng thái mở 200-500 300 Dao cách ly Ở trạng thái đóng 40-80 60 Ở trạng thái mở 30-60 40 Sứ xuyên Kiểu tụ điện 150-300 200 Kiểu khác 100-200 150 - Căn cứ vào sơ đồ đầy đủ với chiều dài các đoạn dây, thanh góp đã biết phân tích sơ bộ tìm ra trạng thái vận hành bất lợi nhất, thường là các trạng thái mà thiết bị bảo vệ ở xa chống sét van, quá trình truyền sóng trên đường dây ít qua các nút có điện dung tập trung và có nhiều đường dây rẽ nhánh. - Tiến hành đơn giản hóa sơ đồ theo nguyên tắc sau: các nút rất gần nhau như điểm nối vào thanh góp có thể nhập chung thành một nút nhằm làm giảm khối lượng tính toán. Các điện dung tập trung không nằm ở các vị trí cần xác định điện áp nút hoặc ở các nút rẽ nhánh của đường truyền sóng có thể di chuyển về các nút gần nhất theo nguyên tắc mômen, nghĩa là mỗi điện dung được chia thành 2 phần chuyển về hai nút gần nhất với với trị số tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ nó đến nút. Sóng truyền từ đường dây 220 kV vào trạm là sóng xiên góc biên độ bằng điện áp cách điện U50% của đường dây (chính là U50% của chuỗi sứ 220 kV và bằng 1140 kV), độ dốc đầu sóng là a=300 kA/μs. Thanh góp và dây nối trong trạm được thay thế bằng nhiều chuỗi phần tử dạng , điện cảm và điện dung của được lấy theo trị số tổng trở sóng. Trong tính toán thường lấy gần đúng tổng trở sóng Z=400 Ω cho cả đường dây và thanh góp. Tốc độ truyền sóng lấy bằng v = 300m/μs Điện cảm trên một đơn vị dài của thanh góp: Điện dung trên một đơn vị dài của thanh góp: C = Sơ đồ đẳng trị của trạm được đơn giản hóa theo nguyên tắc sau: Chọn theo điều kiện tính toán nguy hiểm nhất, nặng nề nhất đối với cách điện của trạm. Ví dụ trạm có nối với 2 đường dây thì giả thiết sóng đi vào một đường dây còn đường dây kia hở mạch. Tập trung điện dung vào các điểm nút chính cần xét như điểm đặt dao cách ly đường dây, thanh góp, điểm đặt máy biến áp, chống sét van v.v… Điện dung được phân bố về các điểm gần nhất theo định luật mômem tức là phân làm hai phần tỷ lệ nghịch với khoảng cách tới các nút gần đó. Trạm mà ta cần tính toán bảo vệ chống sóng truyền vào từ đường dây có sơ đồ nguyên lý sau (hình vẽ): Hình vẽ 2-7 Sơ đồ nguyên lý trạm Trạng thái vận hành nguy hiểm nhất là trạng thái mà trạm chỉ vận hành với một máy biến áp AT1 và một đường dây 1 các đường dây 2, 3, 4 hở mạch và máy biến áp AT2 nghỉ. Vì theo nguyên tắc sóng đẳng trị thì khi có nhiều đường dây nối vào và có sóng qúa điện áp truyền vào trạm từ một đường dây thì biên độ và độ dốc của sóng đẳng trị sẽ giảm cho nên không nguy hiểm bằng trường hợp các đường dây khác hở mạch và sóng truyền vào từ một đường dây. Ta có sơ đồ thay thế đầy đủ và sơ đồ thay thế ở trạng thái nguy hiểm sau: + Sơ đồ thay thế đầy đủ: Hình vẽ 2-8 Sơ đồ thay thế đầy đủ + Sơ đồ thay thế ở trạng thái nguy hiểm: Hình vẽ 2-9 Sơ đồ thay thế ở trạng thái nguy hiểm Tiến hành tính điện dung của các điểm trong sơ đồ rút gọn về sơ đồ 4 điểm như sau: + Điểm 1 là điểm đặt tại dao cách ly đường dây có sóng sét truyền qua + Điểm 2 là điểm đặt tại thanh góp 220 kV của trạm biến áp. + Điểm 3 là điểm đặt tại chống sét van. + Điểm 4 là điểm đặt tại máy biến áp đang có sóng sét truyền đến. Điện dung thanh góp là: CTG = (pF) Do tính điện dung thanh góp cho nên thanh góp ta gộp thanh góp vào 1 điểm: Hình vẽ 2-10 Sơ đồ rút gọn Khoảng cách dữa các điểm như sau: + Điểm 1-2 L1-2 = 34 m + Điểm 2-3 L1-2 = 17 m + Điểm 2-4 L1-2 = 68 m Ta quy đổi điện dung về các điểm cần xét theo quy tắc momen lực: Hình vẽ 2-11 Quy tắc mômen lực = (pF) = (pF) = (pF) = = 1774 (pF) II.3.2 Thiết lập phương pháp tính điện áp các nút trên sơ đồ rút gọn: A, Thời gian chuyền sóng giữa các nút: - Thời gian truyền sóng giữa nút 1 – 2: (μs) - Thời gian truyền sóng giữa nút 2 – 3: (μs) - Thời gian truyền sóng giữa nút 2 – 4: (μs) Chọn Δt = 0,03 (μs) và gốc thời gian t = 0 tại nút 1. B, Tính điện áp tại nút 1: Nút 1 có 2 đường dây đi tới cùng tổng trở sóng Z = 400Ω tổng trở tập trung tại nút 1 là tụ điện dung C = 343 pF, ta có sơ đồ thay thế peterson như sau (hình vẽ 2-12): Hình vẽ 2-12 Sơ đồ tính điện áp nút 1 Tổng trở sóng đẳng trị là: Zđt = (Ω) => - Khi t < 2t12 = (μs) thì U’12 = 0 Nên: 2Uđt = U’01 - Khi t > 2t12 = (μs) thì U’12 Nên: 2Uđt = U’01 + U’21 Để tính được 2Uđt ở thời gian này ta phải quan tâm tới nút 2. Ta tạm dừng tính nút 1 và tính nút 2 trong khoảng thời gian 2t12. Sau khi tính được điện áp nút 2 ta quay trở lại tính điện áp nút 1. U’21 = U21(t–0,12) Với U21 = U2 – U’12 Điên áp nút 1 được tính bằng phương pháp tiếp tuyến: T1 = Zđt.C = = 0,0686 (μs) ΔU1 = 0,437(2Uđt – U1(t)) U1(t+Δt) = ΔU1 + U1(t) C, Tính điện áp tại nút 2: Nút 2 có 3 đường dây đi tới cùng tổng trở sóng Z = 400Ω tổng trở tập trung tại nút 2 là tụ điện dung C = 1774 pF, ta có sơ đồ thay thế peterson như sau: Hình vẽ 2-13 Sơ đồ tính điện áp nút 2 Tổng trở sóng đẳng trị là: Zđt = (Ω) => - Khi t < t12 +2t23 = (μs) thì U’42 = 0, U’32 = 0. Nên: 2Uđt = 0,667U’12 - Khi t12 +2t23 < t < t12 +2t24 = (μs) thì U’32 , U’42 = 0. Nên: 2Uđt = 0,667(U’12 + U’32) - Khi t > t12 + 2t24 = (μs) thì U’42 , U’32 . Nên: 2Uđt = 0,667(U’12 + U’32+ U’42) Để tính được 2Uđt ở trong khoảng thời gian t > t12 +2t24 ta phải qua tâm tới nút 3, 4. Ta tạm dừng tính nút 2 và tính nút 3, 4 trong khoảng thời gian từ t = t12 đến t = t12 + t24. Sau khi tính được điện áp nút 3, 4 ta quay trở lại tính điện áp nút 2. U’32 = U32(t–0,12) Với U32 = U3 – U’23 U’42 = U42(t–0,24) Với U42 = U4 – U’24 Điện áp nút 2 có thể tính được bằng phương pháp tiếp tuyến. T2 = Zđt.C = = 0,236 μs ΔU2 = 0,127(2Uđt – U2(t)) U2(t+Δt) = ΔU2 + U2(t) D, Tính điện áp tại nút 3: Nút 3 có 1 đường dây đi tới với tổng trở sóng Z = 400Ω, tổng trở tập trung tại nút 3 là tụ điện dung C = 161 pF mắc song song với chống sét van, ta có sơ đồ thay thế peterson như sau (hình vẽ 2-14): Hình vẽ 2-14 Sơ đồ tính điện áp nút 3 Tổng trở sóng đẳng trị là: Zđt = 400 (Ω) => U’23 = U23(t–0,12) Với U23 = U2 – U’32 Ta có phương trình ứng với sơ đồ peterson như sau: 2Uđt = IZ + Ucsv = (Ic + Icsv)Z + Ucsv Ta nhận thấy khi chống sét van chưa phóng điện thì tác dụng của tụ là chủ yếu, còn khi chống sét van phóng điện thì điện áp trên chống sét van và cũng là ở trên tụ là ổn định, như vậy tác dụng của tụ yếu đi và tác dụng của chống sét van là chủ yếu. Như vậy đối với nút 3 thì ta sẽ xác định điện áp trên chống sét van theo phương pháp tiếp tuyến trong thời gian đầu và theo phương pháp đồ thị trong thời gian sau khi chống sét van làm việc. - Trước khi chống sét van làm việc: 2Uđt = IZ + Ucsv = Ic Z + Ucsv= Ic Z + Uc T3 = Zđt.C3 = = 0,064 μs ΔU3 = 0,466(2Uđt – U3(t)) U3(t+Δt) = ΔU3 + U3(t) - Sau khi chống sét van làm việc: 2Uđt = IZ + Ucsv = IcsvZ + Ucsv = 485+ ZI Phương trình này giải theo phương pháp đồ thị. E, Tính điện áp tại nút 4: Nút 4 có 1 đường dây đi tới với tổng trở sóng Z = 400Ω, tổng trở tập trung tại nút 4 là tụ điện dung C = 1672 pF, ta có sơ đồ thay thế peterson như sau (hình vẽ 2-15): Hình vẽ 2-15 Sơ đồ tính điện áp nút 4 Tổng trở sóng đẳng trị là: Zđt = 400 (Ω) => U’24 = U24(t–0,24) Với U24 = U2 – U’42 Điện áp nút 4 có thể tính được bằng phương pháp tiếp tuyến: T4 = Zđt.C = = 0,6688 μs ΔU4 = 0,0449(2Uđt – U4(t)) U4(t+Δt) = ΔU4 + U4(t) Sau khi xác định được điện áp nút 3, 4 tại các thời điểm từ t12 đến t12 + t24 ta đã xác định được tất cảc các sóng phản xạ tại tất cả các nút cho thời điểm tiếp theo và từ lúc này ta xác định lần lượt các điện áp trên tất cảc các nút theo thời gian. II.3.3 Các đặc tính cách điện tại các nút cần bảo vệ: A, đặc tính điện áp chịu đựng của máy biến áp 220 kV. Tra trong giáo trình kỹ thuật điện cao áp ta có đặc tính chịu qúa áp của máy biến áp 220 kV. Bảng 2-2: t(μs) 0 1 1.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 U/Umax 0,31 0,78 1 0,97 0,94 0,87 0,81 0,76 0,73 0.71 0.71 0.71 U(kV) 310 780 1000 970 940 870 810 760 730 710 710 710 Hình vẽ 2-16 đặc tính chịu đựng của máy biến áp B, Đặc tính V-S của thanh góp: Bảng 2-3: t(μs) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 U(kV) 1740 1580 1440 1360 1220 1180 1180 1180 1180 1180 1180 Hình vẽ 2-17 Đặc tính V-S của thanh góp C, Điện áp tại các nút: Dựa vào các phương trình điện áp đã lập tại các nút ta có số liệu tính toán được biểu diễn trong đồ thị (hinh vẽ 2-18) điện áp và trong các bảng sau: Hình vẽ 2-18 Điện áp tại các nút theo thời gian Từ đồ thị cho thấy điện áp tại các nút đều nằm dưới đường đặc tính chịu đựng của thanh góp và máy biến áp vì vậy thanh góp và máy biến áp được bảo vệ an toàn. Hình vẽ 1-19 Dòng điện qua chống sét van Kết luận: Dòng điện cực đại qua chống sét van là: Icsvmax = 5,35 kA < 10 kA cho nên đảm bảo cho chống sét van hoạt động bình thường. Sóng khúc xạ sẽ giảm đi khi số đường dây tăng lên và ngược lại. Khi sóng lan truyền từ bất kỳ một đường dây nào đó vào trạm thì theo sơ đồ Peterson điện áp của thanh góp của trạm sẽ giảm đi (n – 1) lần nếu như có n lộ đường dây nối vào thanh góp. Trong các phần tính toán ở trên ta đã tính cho trường hợp nguy hiểm nhất là trường hợp vận hành chỉ với một đường dây và một máy biến áp, kết quả cho thấy các thiết bị trong trạm được bảo vệ an toàn. Với trường hợp cụ thể là vận hành với 5 lộ đường dây nối vào trạm và cùng với 2 máy biến áp cũng vận hành thì càng đảm bảo an toàn cho trạm khi có sóng lan truyền từ đường dây vào trạm. Vậy với chống sét van đã chọn và cách bố trí thiết bị trong trạm như đã thiết kế là hợp lý đảm bảo cho trạm biến áp vận hành an toàn. Chương III: TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP 220/110 kV III.1 Mở đầu: Khi các thiết bị điện trong trạm biến áp bị sét đánh trực tiếp thì sẽ đưa đến các hậu quả nghiêm trọng: gây nên hư hỏng các thiết bị điện, dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn bộ trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản xuất điện năng và làm ảnh hưởng đến các ngành kinh tế quốc dân khác. Đối với nhà máy điện và các trạm biến áp ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào thiết bị điện cần phải chú ý bảo vệ các công trình khác như: Đoạn dây nối từ xà cuối của trạm ra cột đầu tiên của đường dây. Đoạn dây dẫn hay thanh dẫn nối máy phát điện và máy biến áp. Gian máy của các loại nhà máy điện kiểu hở, các thiết bị thu đựng khí Hidro ngoài trời, các thiết bị chứa dung dịch điện phân ngoài trời. Kho dầu, các thùng dầu để ngoài trời, kho xăng. Đối với các công trình dễ cháy nổ thì không những cần bảo vệ chống sét đánh trực tiếp mà phải đề phòng sự phát sinh tia lửa do điện áp gây nên, vì vậy khi tiến hành thiết kế bảo vệ đối với phần này cần nghiên cứu thêm qui trình đối với các công trình dễ cháy nổ. Để bảo vệ sét đánh trực tiếp ở các nhà máy điện và trạm biến áp cần dùng cột thu lôi. Các cột thu lôi có thể được đặt độc lập hoặc trong các điều kiện cho phép có thể đặt trên các kết cấu của trạm, nhà máy. Thông thường để giảm vốn đầu tư và cũng là để tận dụng độ cao ở các trạm biến áp và nhà máy điện người ta cố gắng đặt các cột thu lôi trên các kết cấu trong trạm, trên các cột đèn pha dùng để chiếu sáng, trên mái nhà … Cột thu lôi độc lập thường đắt hơn nên chỉ dùng khi không tận dụng được độ cao khác. Nếu đặt cột thu lôi trên các kết cấu của trạm phân phối điện ngoài trời và dùng dây chống sét để bảo vệ cho đoạn dây dẫn nối từ xà cuối của trạm đến cột đầu tiên của đường dây thì chúng sẽ được nối đất chung vào hệ thống nối đất của trạm. Vì vậy khi sét đánh vào dây thu lôi hay vào dây chống sét thì toàn bộ dòng điện sét sẽ đi vào hệ thống nối đất của trạm và do đó làm tăng thế của các thiết bị được lối đất chung với hệ thống nối đất của trạm. Độ tăng đó lớn thì có thể gây nên nguy hiểm cho các thiết bị ấy, do vậy chỉ trong điều kiện cho phép mới được đặt cột thu lôi trên các công trình trong trạm hoặc dùng dây chống sét ở trong trạm. Khi thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp và nhà máy điện ngoài các yêu cầu kỹ thuật còn phải chú ý đến các mặt kinh tế và mỹ thuật. III.2 Các yêu cầu kỹ thuật : Đối với các trạm phân phối ngoài trời từ 110 kV trở lên do có mức cách điện cao nên có thể đặt cột thu lôi trên kết cấu của trạm phân phối. Các trụ của các kết cấu trên đó có đặt côt thu lôi phải được ngắn nhất và sao cho dòng điện sét Is khuếch tán vào trong đất theo 3 đến 4 thanh cái của hệ thống nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số của điện trở nối đất. Nơi yếu nhất của trạm phân phối ngoài trời điện áp 110 kV trở lên là cuộn dây của máy biến áp, vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa 2 điểm nối vào hệ thống nối đất của cột thu lôi và vỏ máy biến áp theo đường điện phải lớn hơn 15 m. Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm phân phối ngoài trời 110 kV trở lên phải thực hiện các yêu cầu sau: + Ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có nối đất bổ xung (dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở khuếch tán không được quá 4 Ω (ứng với dòng điện tần số công nghiệp). + Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm trên có đặt cột thu lôi và bộ phận mang điện không được bé hơn chiều dài của chuỗi sứ. Có thể nối cột thu lôi độc lập vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp điện áp 110 kV nếu như các yêu cầu trên được thực hiện. Khi dùng cột thu lôi độc lập phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu lôi đến các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu lôi đến vật được bảo vệ. Khi dùng cột đèn chiếu sáng để làm giá đỡ cho cột thu lôi phải cho dây dẫn điện đến đèn vào ống chì và chôn vào trong đất. Có thể nối dây chống sét bảo vệ đoạn đến trạm vào hệ thống nối đất của trạm nếu như khoảng cách từ chỗ nối đất của trạm đến điểm nối đất của máy biến áp lớn hơn 15 m. Để đảm bảo về mặt cơ tính và để chống ăn mòn cần phải theo đúng qui định về loại vật liệu, tiết diện dây dẫn dùng trên mặt đất và dưới đất: Loại vật liệu Dây dẫn dòng điện sét dùng trên mặt đất Dây dẫn dòng điện sét dùng dưới đất Thép mạ tròn Φ 8 mm Φ 10 mm Thép dẹt mạ kẽm 20x2,5 mm 30x3,5 mm Cáp thép Không được dùng Không được dùng Thanh đồng tròn Φ 8 mm Φ 8 mm Thanh đồng dẹt 20x2,5 mm 20x2,5 mm Dây đồng xoắn Không được dùng Không được dùng Thanh nhôm tròn Không được dùng Không được dùng III.3 Đặc điểm về kết cấu côt thu lôi: Trong nhưng điều kiện cho phép, như trên đã nói, nếu tận dụng được các độ cao của các công trình trong trạm như các xà để làm giá đỡ cho cột thu lôi. Ví dụ đối với các trạm biến áp 110 kV trở lên thì cột thu lôi thường đặt trên các xà và để nối cột thu lôi với hệ thống nối đất thì dùng ngay xà ấy nếu là xà sắt hay dùng cốt sắt ở bên trong nếu là cột bê tông cốt sắt. Đối với cột thu lôi độc lập nếu: + Độ cao h của cột thu lôi không quá 20 m thì dùng các ống kim loại ghép lại. + Độ cao h lớn hơn 20 m thì dùng loại kết cấu kim loại kiểu mạng để làm giá đỡ bộ phận thu sét. Nhưng kinh tế nhất là dùng cột thu lôi có giá đỡ bằng gỗ nếu như độ cao h của cột thu lôi không quá 20 m và giá đỡ bằng cột bê tông cốt thép đối với cột thu lôi cao quá 20 m, khi đó nên tận dụng cốt thép của cột làm dây dẫn dòng điện sét từ phần thu sét đến hệ thống nối đất. Trong trường hợp dùng giá đỡ bằng gỗ phải dùng dây dẫn riêng đặt dọc theo giá đỡ. Cột thu lôi được thiết kế để làm việc ở trạng thái tự do không được làm việc ở trạng thái căng. Khi chọn tiết diện các phần tử của cột thu lôi dựa trên sự phát nóng của chúng và trong trong tính toán có thể bỏ qua sự tản nhiệt ra môi trường xung quanh. Kích thước tiêu chuẩn của một số loại kim thu sét: + Kim bằng thép tròn: Chiều cao có ích ha (mm) Đường kính nhỏ nhất (mm)  200 ~ 1000 12 1000 ~ 2000 16 2000 ~ 3000 19 + Kim bằng thép ống: Chiều cao có ích ha (mm) Đường kính nhỏ nhất (mm)  2000 ~ 3000 16 3000 ~ 4000 22 4000 ~ 5000 25 III.4 Phạm vi bảo vệ của cột thu lôi: III.4.1 phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập: Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là miền được giới hạn bởi mặt ngoài hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình. (3-1) Để rễ dàng thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn giản hóa, được tính theo công thức sau: + Nếu thì (3-2) + Nếu thì (3-3) Hình 3-1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập Chú ý các công thức trên chỉ đúng khi cột thu lôi cao dưới 30 m. Hiệu quả của cột thu lôi cao quá 30 m có giảm sút do độ cao định hướng của sét giữ hằng số. Có thể dùng các công thức trên để tính phạm vi bảo vệ nhưng phải hiệu chỉnh kết quả bằng cách nhân với hệ số hiệu chỉnh và trên hình vẽ dùng các hoành độ 0,75hp và 1,5hp. III.4.2 Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi: Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi thì lớn hơn nhiều so với phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột đơn cộng lại. Nhưng để hai cột thu lôi có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa chúng phải thỏa mãn điều kiện a < 7h. + Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu lôi có cùng độ cao: Khi hai cột thu lôi có cùng độ cao h đặt cách nhau khoảng cách a (a < 7h) thì độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu lôi h0 được tính như sau: => Hình 3-2 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi cùng độ cao Các phần bên ngoài giống như các trường hợp một cột còn phần bên trong được giới hạn bởi vòng tròn đi qua 3 điểm hai đỉnh cột và điểm ở giữa có độ cao h0, mặt cắt thẳng đứng theo mặt phẳng vuông góc đặt giữa hai cột của phạm vi bảo vệ được vẽ giống như một cột có độ cao h0, từ hai mặt cắt này có thể vẽ được phạm vi bảo vệ của các mức cao khác nhau. Khi độ cao vượt qúa 30 m cũng có các hiệu chỉnh tương tự như trên và độ cao h0 cũng được tính theo . + Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu lôi không cùng độ cao: Cách vẽ phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có chiều cao khác nhau được trình bày như hình vẽ. Trước tiên ta vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao sau đó qua đỉnh cột thấp vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở điểm 3 điểm này được xem là đỉnh cột thu sét giả định, nó sẽ cùng với cột thấp hình thành đôi cột có độ cao bằng nhau với khoảng cách a’. Hình 3-3 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi không cùng độ cao Cột thấp hơn có độ cao h2 và cột cao hơn có độ cao h1. - Khi h2 > thì: a' = a - Khi h2 < thì: a' = a Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu lôi h0 được tính như sau: => Khi độ cao vượt qúa 30 m cũng có các hiệu chỉnh tương tự như trên và độ cao h0 cũng được tính theo . + Phạm vi bảo vệ của nhóm cột thu lôi: Khi công trình cần được bảo vệ chiếm khu vực rộng lớn, nếu chỉ dùng một vài cột thu lôi thì phải rất cao gây nhiều khó khăn cho thi công, lắp ráp. Trong các trường hợp này sẽ dùng nhiều cột phối hợp bảo vệ. Phần ngoài của phạm vi bảo vệ được xác định như của từng đôi cột (yêu cầu khoảng cách , không cần vẽ phạm vi bảo vệ bên trong đa giác hình thành bởi các cột thu lôi mà chỉ kiểm tra điều kiện an toàn. Vật có độ cao hx nằm trong đa giác sẽ được bảo vệ nếu thỏa mãn điều kiện: Trong đó: D: là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu lôi. ha: là độ cao hiệu dụng của cột thu lôi, là phần cột vượt cao hơn so với mức cao hx. Nếu độ cao vượt qua 30 m cần hiệu chỉnh theo: III.5 Trình tự tính toán: Số liệu tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp: Biên độ dòng điện sét Is = 150 kA. Độ dốc của dòng điện sét 30 kA/μs. Điện cảm đơn vị của cột thu lôi L0 =1,7 μH/m. Cường độ điện trường cho phép trong không khí là: Ecpk= 500kV/m. Cường độ điện trường cho phép trong đất là: Ecpd = 300kV/m . Trình tự hành: Xem xét toàn bộ các cột thu lôi ở những vị trí đã chọn. Tính độ cao tác dụng ha của các cột xác định đường kính D vòng tròn ngoại tiếp tam giác qua 3 đỉnh cột (hoặc ngoại tiếp tứ giác). Để cho toàn bộ diện tính giới hạn bởi tam giác (hoặc tứ giác ấy) được bảo vệ thì . Lấy chung một độ cao tác dụng lớn nhất cho toàn trạm. Tính độ cao h của cột thu lôi: h = ha + hx, Trong đó : hx độ cao của vật được bảo vệ. Kiểm tra lại khả năng bảo vệ đối với các vật nằm ngoài phạm vi bảo vệ : + Tính bán kính bảo vệ của một cột thu lôi: Nếu thì Nếu thì + Tính bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu lôi: Tính độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu lôi h0: a là khoảng cách giữa 2 cột thu lôi Tính rx như trên theo độ cao h0. Vẽ các khu vực bảo vệ theo kích thước đã tính. Kiểm tra lại nếu có vật được bảo vệ nào nằm ngoài khu vực bảo vệ thì cần phải tăng độ cao cột thu lôi hoặc bố trí thêm cột và tính toán theo trình tự trên. Nếu dùng cột thu lôi độc lập thì phải kiểm tra khoảng cách giữa cột thu lôi đến các bộ phận của trạm, phải tính khoảng cách trong không khí Sk và khoảng cách trong đất Sd. Cho là sóng dòng điện có dạng xiên góc với độ dốc trung bình là: = a Khi sét đánh vào cột thu lôi thì điện thế tại điểm cách mặt đất một đọan l0 bằng chiều cao của vật được bảo vệ là: Trong đó: Is – là biên độ dòng điện sét Rđ – là điện trở nối đất xung kích của cột thu lôi L – điện cảm phần dây dẫn có chiều dài l0 : L= L0l0 Để tránh hiện tượng phóng điện từ cột thu lôi sang vật bảo vệ có độ cao l0 thì yêu cầu. Trong đó Vpđ là điện áp phóng điện xung kích của cách điện của vật được bảo vệ. Để thực hiện yêu cầu trên thì khoảng cách trong không khí Sk giữa vật được bảo vệ và cột thu lôi phải: Mặt khác do có dòng điện Is đi vào Rđ của cột thu lôi cho nên để tránh phóng điện từ hệ thống nối đất của cột đến vật ở trong đất thì yêu cầu: III.6 Các phương án bối trí hệ thống thu sét: Số liệu dùng để tính toán: - Trạm phân phối 220 kV có diện tích là: 77,5 x 154 m, Độ cao các thanh xà là 17 m và 11m. - Trạm phân phối 110 kV có diện tích là: 61,5 x 137 m. Độ cao các thanh xà là 11m và 8 m. III.6.1 Phương án 1 bố trí cột như hình vẽ 3-4: Phía 220 kV bố trí 15 (cột 1 đến cột 15) cột đặt trên xà bên trong trạm. Phía 110 kV bố trí 5 (cột 16 đến cột 20) cột đặt trên xà bên trong trạm. Xác định độ cao hiệu dụng của các cột thu sét: Để tính được độ cao tác dụng ha của các cột chống sét trên mặt bằng bản vẽ coi những nhóm cột đó như những đa giác hình học, từ đó xác định được bán kính đường tròn ngoại tiếp đa giác đó. Bên phía 220 kV ta có: - Xét nhóm cột (1, 7, 8) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = L1-7 = 38 m b = L1-8 = 33 m c = L7-8 = 37,6 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = =42 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) Hình 3-4 Bố trí hệ thống cột chống sét phương án 1 - Xét nhóm cột (8, 9, 10) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 34 m b = 53,7 m c = 53,7 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = =56,6 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (7, 8, 10) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 37,6 m b = 53,7 m c = 37,1 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = ==53,7(m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (2, 7, 10) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 24 m b = 50 m c = 37 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = =52,6 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (1, 2, 7) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 51 m b = 38 m c = 24 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = =53,8 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (2, 6, 10) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 38 m b = 50 m c = 47,4 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = =53 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (5, 11, 12) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 47,4 m b = 38 m c = 50 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 53 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (9, 10, 13) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 53,8 m b = 31,5 m c = 46,9 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 54 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (10, 13, 14) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 46,9 m b = 44,5 m c = 41,6 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 51,4 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (10, 11, 14) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 41,6 m b = 41,6 m c = 34 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 45,6 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (11, 14, 15) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 41,6 m b = 41,6 m c = 34 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 45,6 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (11, 12, 15) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 41,6 m b = 38 m c = 27 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 42,6 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (2, 3, 6) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác vuông có cạnh huyền bằng đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác : D = 38 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (6, 10, 11) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác vuông có cạnh huyền bằng đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác : D = 47,4 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (6, 5, 11) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác vuông có cạnh huyền bằng đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác : D = 47,4 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (3, 4, 5,6) ta có: Nhóm 4 cột này tạo thành một hình chữ nhật có đường chéo bằng đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác : D = 38 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 4 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) Phía 110 kV : - Xét nhóm cột (13, 16, 17) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 36,6 m b = 49,2 m c = 40 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 50 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (13, 14, 17) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 44,5 m b = 49,2 m c = 37,6 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 51,4 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (14,17,18) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 46,2 m b = 40 m c = 37,6 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 48,3 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (14,15,18) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 46,2 m b = 36,3 m c = 34 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 46,6 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (15, 18, 20) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 37,5 m b = 36,3 m c = 46 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 47 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (15, 12, 20) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 37,5 m b = 27 m c = 38,9 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 40,8 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (18, 19, 20) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác vuông có cạnh huyền bằng đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác: D = 47,4 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) Nhóm cột a b c p D ha Nhóm đa giác Trạm 220 kV 1,7,8 33 38 37,6 54,3 42 5,25  Tam giác 8,9,10 34 53,7 53,7 70,7 56,6 7,08  Tam giác 7,8,10 38 53,7 37,1 64,2 53,7 6,72  Tam giác 1,2,7 51 38 24 56,5 53,8 6,73  Tam giác 2,7,10 24 50 37 55,5 52,6 6,58  Tam giác 2,6,10 38 50 47,4 67,7 53 6,62  Tam giác 2,3,6 38 4,75 Tam giác vuông 6,10,11 47,4 5,93 Tam giác vuông 6,5,11 47,4 5,92 Tam giác vuông 5,11,12 47 38 50 67,7 53 6,62  Tam giác 3,4,5,6 0 38 4,75 Hình chữ nhật 9,10,13 54 31,5 46,9 66,1 54 6,76  Tam giác 10,13,14 47 44,5 41,6 66,5 51,4 6,42  Tam giác 10,14,11 42 34 41,6 58,6 45,6 5,7  Tam giác 11,14,15 42 34 41,6 58,6 45,6 5,7  Tam giác 11,12,15 42 38 27 53,3 42,6 5,33  Tam giác Trạm 110 kV 13,16,17 37 49,2 40 62,9 50 6,25  Tam giác 13,14,17 45 49,2 37,6 65,7 51,4 6,43  Tam giác 14,17,18 46 40 37,6 61,9 48,3 6,04  Tam giác 14,15,18 46 36,3 34 58,3 46,6 5,83  Tam giác 15,18,20 38 36,3 46 59,9 47,2 5,9  Tam giác 15,12,20 38 27 38,9 51,7 40,9 5,11  Tam giác 18,19,20 47,4 5,93 Tam giác vuông Qua tính toán cụ thể độ cao tác dụng cho từng nhóm cột ta nhận thấy: Đối với trạm 220 kV thì hamax = 7,08 m vì ta chọn ha chung cho cả trạm nên chọn ha chung cho cả trạm 220 kV là 7,5 m. Đối với trạm 110 kV thì ta chọn hamax = 7 m cho cả trạm. Nhưng đối với trạm 110 kV thì khi ta chọn độ cao của hệ thống chống sét cũng cần kiểm tra khả năng bảo vệ của nó với các thanh xà và thanh cái cao 8 m nằm ngoài vùng bảo vệ. Vùng bảo vệ ngoài của 2 cột 16, 17 (2 cột 17,18 va 2 cột 18,19) phải bảo vệ được độ cao 8 m của thanh cái cho nên cao độ phải thỏa mãn: => (m) => h = 15,3+ (m) Phía 220 kV cần bảo vệ cho độ cao lớn nhất là hx = 17 m cho nên độ cao của cột thu sét phía 220 kV là: h = ha+hx = 17 + 7,5 = 24,5 (m) Phía 110 kV kết hợp 2 điều kiện trên ta chọn độ cao của cột thu sét là 21,5 m. Tính bán kính bảo vệ của 1 cột thu lôi: Bên phía 220 kV bảo vệ bằng cột thu lôi cao 24,5 m và các độ cao cần bảo vệ là 17 m và 11 m Ta có: (m) - Bán kính bảo vệ ở độ cao hx = 17 m > 16,3 m là: (m) - Bán kính bảo vệ ở độ cao hx = 11 m < 16,3 m là: (m) Bên phía 110 kV bảo vệ bằng cột thu lôi cao 21,5 m và các độ cao cần bảo vệ là 11 m và 8 m Ta có: (m) - Bán kính bảo vệ ở độ cao hx = 11 m < 14,3 m là: (m) - Bán kính bảo vệ ở độ cao hx = 8 m < 14,3 m là: (m) Tính bán kính bảo vệ ở khu vực giữa 2 cột xung quanh trạm: - Xét cặp cột 1, 2 ta có: h1= h2 = 24,5 m, a = 51 m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: (m) Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: + Độ cao 17 m: hx = 17 m > m Nên (m) + Độ cao 11 m: hx = 11 m < m Nên (m) - Xét cặp cột 2, 3 , cặp cột 3,4, cặp cột14, 15 và cặp cột 8, 9 ta có: h1= h2 = 24,5 m, a = 34 m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: (m) Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: + Độ cao 17 m: hx = 17 m > m Nên (m) + Độ cao 11 m: hx = 11 m < m Nên (m) - Xét cặp cột 4,5 ta có: h1= h2 = 24,5 m, a = 17 m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: (m) Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: + Độ cao 17 m: hx = 17 m > m Nên (m) + Độ cao 11 m: hx = 11 m < m Nên (m) - Xét cặp cột 5, 12 ta có: h1= h2 = 24,5 m, a = 50 m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: (m) Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: + Độ cao 17 m: hx = 17 m > m Nên (m) + Độ cao 11 m: hx = 11 m < m Nên (m) - Xét cặp cột 1, 8 ta có: h1= h2 = 24,5 m, a = 33 m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: (m) Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: + Độ cao 17 m: hx = 17 m > m Nên (m) + Độ cao 11 m: hx = 11 m < m Nên (m) - Xét cặp cột 9, 13 ta có: h1= h2 = 24,5 m, a = 31,5 m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: (m) Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: + Độ cao 17 m: hx = 17 m > m Nên (m) + Độ cao 11 m: hx = 11 m < m Nên (m) - Xét cặp cột 13, 14 ta có: h1= h2 = 24,5 m, a = 45 m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: (m) Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: + Độ cao 17 m: hx = 17 m > m Nên (m) + Độ cao 11 m: hx = 11 m < m Nên (m) - Xét cặp cột 12, 15 ta có: h1= h2 = 24,5 m, a = 24 m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: (m) Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: + Độ cao 17 m: hx = 17 m > m Nên (m) + Độ cao 11 m: hx = 11 m < m Nên (m) Bên phía 110 kV ta chỉ phải tính bán kính bảo vệ với chiều cao 11 m và 8 m. - Xét cặp cột 13, 16 ta có: h1= 24,5 m h2 = 21 m a = 37 m Hai cột này có chiều cao khác nhau và h2 > h1 nên ta có : a' = a= (m) Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: (m) Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: + Độ cao 11 m: hx = 11 m > m Nên (m) + Độ cao 8 m: hx =8 m < m Nên (m) - Xét cặp cột 12, 20 ta có: h1= 24,5 m h2 = 21 m a = 38,9 m Hai cột này có chiều cao khác nhau và h2 > h1 nên ta có : a' = a= (m) Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: (m) Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: + Độ cao 11 m: hx = 11 m > m Nên (m) + Độ cao 8 m: hx =8 m < m Nên (m) - Xét cặp cột 16, 17, cặp cột 17,18 và cặp cột 18,19 ta có: h1= h2 = 21 m, a = 40 m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: (m) Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: + Độ cao 11 m: hx = 11 m > m Nên (m) + Độ cao 8 m: hx = 11 m < m Nên (m) - Xét cặp cột 19, 20 ta có: h1= h2 = 21 m, a = 22,5 m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: (m) Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là: + Độ cao 11 m: hx = 11 m < m Nên (m) + Độ cao 8 m: hx = 11 m < m Nên (m) Cuối cùng ta có bảng kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của từng cặp cột thu sét : Cặp cột h1 h2 a h0 r017 r011 r08 1,2 24,5 24,5 51 17,2 0,15 5,2 2,3 24,5 24,5 34 19,6 1,95 8,8 3,4 24,5 24,5 34 19,6 1,95 8,8 8,9 24,5 24,5 34 19,6 1,95 8,8 14,15 24,5 24,5 34 19,6 1,95 8,8 4,5 24,5 24,5 17 22 3,75 12,4 5,12 24,5 24,5 50 17,4 0,3 5,5 1,8 24,5 24,5 33 19,8 2,1 9 9,13 24,5 24,5 31,5 20 2,25 9,4 13,14 24,5 24,5 45 18 0,75 6,4 12,15 24,5 24,5 24 21 3 10,9 13,16 24,5 21 37 16 3,75 9 12,20 24,5 21 38,9 15,8 3,6 8,7 16,17 21 21 40 15,3 3,2 7,9 17,18 21 21 40 15,3 3,2 7,9 18,19 21 21 40 15,3 3,2 7,9 19,20 21 21 22,5 17,8 6 11,7 Vậy phương án I đặt 20 cột thu lôi trong đó có 15 cột cao 24,5 m (6 cột đặt trên xà cao 11 m và 9 cột đặt trên xà cao 17 m) và 5 cột cao 21 m (đều đặt trên xà cao 11m). Tổng chiều dài: L1 = 6(24,5 - 11) + 9(24,5 - 17) + 5(21 - 11) = 198,5 m Ta có phạm vi bảo vệ của phương án 1 như sau: - ___ Phạm vi bảo vệ của cột chống sét ở độ cao 17 m. - ---- Phạm vi bảo vệ của cột chống sét ở độ cao 11 m. - Phạm vi bảo vệ của cột chống sét ở độ cao 8 m. Hình 3-5 Phạm vi bảo vệ của phương án 1 Phương án 2 bố trí cột như hình vẽ: Phía 220 kV bố trí 15 (cột 1 đến cột 15) cột đặt trên xà bên trong trạm. Phía 110 kV bố trí 14 (cột 16 đến cột 29) cột đặt trên xà bên trong trạm. Hình 3-6 Bố trí hệ thống cột chống sét phương án 2 Xác định độ cao hiệu dụng của các cột thu sét: Để tính được độ cao tác dụng ha của các cột chống sét trên mặt bằng bản vẽ coi những nhóm cột đó như những đa giác hình học từ đó xác định được bán kính đường tròn ngoại tiếp đa giác đó. Bên phía 220 kV ta có: - Xét nhóm cột (1, 7, 8) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = L1-7 = 38 m b = L1-8 = 33 m c = L7-8 = 37,6 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = =42 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (8, 9, 10) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 34 m b = 38 m c = 38 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = =42,5 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (7, 8, 10) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 37,6 m b = 38 m c = 33 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = ==42(m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (2, 6, 7) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 24 m b = 47,4 m c = 53,5 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = ==53,5 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (1, 2, 7) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 51 m b = 38 m c = 24 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = =53,8 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (7, 11, 6) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 24 m b = 47,4 m c = 53,5 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = ==53,5 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (3, 5, 6) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 33 m b = 38 m c = 37,6 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 42 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (6, 5, 12) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 50 m b = 37,6 m c = 48 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 53 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (6,11,13) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 24 m b = 48 m c = 53,7 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 53,7 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (11, 12, 15) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 53,7 m b = 51 m c = 27 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 54,4 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (10, 9, 13) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 38 m b = 31,5 m c = 39,4 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 42,4 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (10, 13, 14) ta có) Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là: a = 39,4 m b = 51 m c = 44,5 m Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là: (m) Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là: D = = = 52,9 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (10,14,11) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác vuông có cạnh huyền bằng đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác : D = 51 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (10, 14, 15) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác vuông có cạnh huyền bằng đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác : D = 51 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (7, 10, 11) ta có: Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác vuông có cạnh huyền bằng đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác : D = 47,4 (m) Độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện tích của chúng phải thỏa mãn: (m) - Xét nhóm cột (2, 3, 6) ta có: