Đề tài Thiết kế hệ thống chống sét cho một trạm biến áp và đường dây cao áp dẫn tới trạm

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 1 Thiết kế hệ thống chống sét cho một trạm biến áp và đường dây cao áp dẫn tới trạm. MỞ ĐẦU GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HIỆN TƯỢNG SÉT Ở VIỆT NAM. Qua việc nghiên cứu giông sét và các biện pháp bảo vệ chống sét cho các công trình, thiết bị đã có lịch sử từ lâu đời. Ngày nay người ta đã tìm ra được những biện pháp, những hệ thống thiết bị và những kỹ thuật tiên tiến để phòng chống sét một cách hữu hiệu và an toàn. Tuy nhiên giông sét là hiện tượng tự nhiên. Mật độ, thời gian và cường độ sét mang tính ngẫu nhiên cho nên việc nghiên cứu chống sét là rất quan trọng đối với các công trình. Ở những vùng khác nhau, do điều kiện khí hậu và thiết bị kỹ thuật khác nhau nên các đặc điểm về giông sét gây ra những tác hại khác nhau. Tuỳ theo từng vùng mà có những biện pháp thích hợp để phòng chống sét có hiệu quả. A.Tình hình giông sét ở việt nam: Theo đề tài KC-03-07 của Viện năng lượng trong một năm số ngày giông trên Miền bắc nước ta thường giao động trong khoảng từ 70 đến 110 ngày và số lần giông từ 150 đến 300 lần, như vậy vào mùa mưa trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2 đến 3 cơn giông. Vùng giông nhiều nhất trên Miền Bắc là vùng Tiên Yên, Móng Cái; Tại đây hàng năm có từ 100 đến 110 ngày, tháng nhiều giông nhất là các tháng VII, VIII có tới 25 ngày/ tháng. Một số vùng khác có địa hình chuyển tiếp giữa cồng bằng số lần giông cũng nhiều tới 200 lần với số ngày giông khoảng trên 100 ngày, các vùng còn lại từ 150 đến 200 cơn giông mỗi năm tập chung khoảng 90 đến 100 ngày. Nơi ít giông nhất là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có 80 ngày giông. Xét về dạng diễn biến của mùa giông trong năm ta thấy mùa giông không ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 2 hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng. Nói chung ở Bắc Bộ mùa mưa bão tập chung khoảng từ tháng 5 đến tháng 9. ở phía tây Bắc Bộ mùa giông tập trung trong khoảng từ đầu tháng 4 đến tháng 8. Ở các nơi khác thuộc Bắc Bộ tháng 5, tháng 9 ở Hà Tĩnh, Quảng Bình . Vùng Duyên hải trung bộ ở phần phía bắc đến Quảng Ngãi là khu vực tương đối nhiều giông trong tháng 4 và từ tháng 5 đến tháng 8. Số ngày giông tập trung xấp xỉ 10 ngày/tháng. Tháng nhiều giông nhất (tháng 5 ) quan sát được 12 đến 15 ngày. Những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10) mỗi tháng chỉ gặp từ 2 đến 5 lần giông. Phía nam Duyên Hải trung bộ (từ Bình định trở vào) là khu vực ít giông nhất thường chỉ có tháng 5 số ngày giông chỉ xấp xỉ hoặc lớn hơn 10 ngày (Tuy hoà 10 ngày, Nha Trang 8 ngày, Phan Thiết 13 ngày) còn các tháng khác của mùa đông mỗi tháng chỉ quan sát được từ 5 đến 7 ngày giông. Miền Nam cũng khá nhiều giông hàng năm trung bình quan sát được từ 40 đến 50 ngày đến trên 100 ngày tuỳ từng nơi. Khu vực nhiều giông nhất là vùng đồng bằng Nam Bộ số ngày giông trung bình hàng năm lên tới 120 đến 140 ngày (Sài Gòn 138 ngày, Hà Tiên 129 ngày). ở Bắc Bộ chỉ vào khoảng 100 ngày. Mùa giông ở Nam bộ từ tháng 4 đến tháng 11, trừ tháng đầu mùa là tháng 4 tháng cuối mùa là tháng 11 số ngày giông trung bình là 10 ngày trên mỗi tháng còn các tháng 5 tháng 6 đến tháng 10 mỗi tháng quan sát trung bình gặp trên 20 ngày giông (sài gòn 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày). Tây Nguyên mùa giông thường chỉ có 2, 3 tháng số ngày giông đạt tới 10 đến 15 ngày đó là các tháng 4, tháng 5 và tháng 9. Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan sát được chừng 15 ngày giông. ở bắc Tây Nguyên 10 đến 12 ngày, nam Tây Nguyên (P Lây Cu 17 ngày Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày) còn các tháng khác trong mùa đông mỗi tháng trung bình từ 5 đến 7 ngày giông. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 3 Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng tình hình giông sét trên ba miền khác nhau, những vùng lân cận lại có mật độ giông sét tương đối giống nhau. Kết quả nghiên cứu đề tài KC-03-07 người ta đã lập được bản đồ phân vùng giông toàn Việt nam có thể phân thành 5 vùng 147 khu vực. Các thông số cho ghi ở bảng 1. Bảng 1 : Vùng Ngày giông trung bình (ngày/năm) Giờ giông trung bình (giờ/năm) Mật độ sét trung bình Tháng giông cực đại 1. Đồng bằng ven biển Miền Bắc 81,1 215,6 6,47 8 2. Miền núi trung du Miền Bắc 61,6 219,1 6,33 7 3. Cao nguyên Miền Trung 47,6 126,21 3,31 5;8 4. Ven biển Miền Trung 44,0 95,2 3,55 5;8 5. Đồng bằng Miền Nam 60,1 89,32 5,37 5;9 Từ các số liệu về ngày giờ giông số lượng đo lường nghiên cứu đã thực hiện qua các giai đoạn có thể tính toán đưa ra các số liệu dự kiến về mật độ phóng điện xuống các khu vực (bảng 2) Bảng 2 : Số ngày giông Khuvực đồng bằng ven biển miền bắc Khuvực miền núi trung du miền bắc Khu vực cao nguyên miền trung Khu vực ven biển miền trung Khu vực đồng bằng miền nam 20 ÷ 40 2,43 ÷ 4,68 2,1 ÷ 4,2 1,2 ÷ 2,4 1,22 ÷ 2,44 1,26 ÷ 2,52 4o ÷ 60 4,86 ÷ 7,92 4,2 ÷ 6,3 2,4 ÷ 3,6 2,44 ÷ 3,65 2,52 ÷ 3,78 60 ÷ 80 7,92 ÷ 9,72 6,3 ÷ 8,4 3,6 ÷ 4,8 3,65 ÷ 4,87 3,78 ÷ 5,04 80 ÷ 100 9,72 ÷ 12,1 8,4 ÷ 10,5 4,8 ÷6,0 4,87 ÷ 6,09 5,04 ÷ 6,3 100 ÷ 120 12,15÷14,58 10,5 ÷12,6 6,0 ÷7,2 6,09 ÷ 7,31 6,3 ÷ 5,76 ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 4 Qua nghiên cứu ở trên ta thấy Việt Nam là nước có số ngày giông nhiều và mật độ phóng điện lớn cho nên dòng sét cũng gây nên những thiệt hại đáng kể cho lưới điện và các công trình xây dựng ở Việt Nam B. Ảnh hưởng của giông sét Ở Việt Nam trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KC-03-07 đã lắp đặt các vật ghi sét và bộ ghi tổng hợp trên các đường dây tải điện trong nhiều năm liên tục. Kết quả thu thập tình hình sự cố lưới điện 220kV Miền Bắc từ năm 1987÷1992 (bảng 3 ) Bảng 3 : Loại sự cố năm Dưới 220KV ĐDK phả lại ÷ Hà đông Tổng số Vĩnh cửu Tổng số Vĩnh cửu Do sét 1987 2 1 2 1 1 1988 5 2 5 2 1 1989 24 3 6 2 1 1990 25 4 2 1 1 1991 30 2 3 1 1 1992 19 4 4 4 3 Tổng số 106 16 38 11 8 Trong tổng số sự cố vĩnh cửu của đường dây không 220 kV Phả Lại ÷ Hà Đông nguyên nhân do sét là 8/11 chiếm 72,7%. Sở dĩ lấy kết quả sự cố của đường dây Phả Lại ÷ Hà Đông làm kết quả chung cho sự cố lưới điện Miền Bắc vì đây là đường dây quan trọng của Miền Bắc vì sự cố đường dây này ảnh hưởng rất lớn đến tình hình chuyên tải điện của Miền Bắc. Kết luận : Qua những nghiên cứu tình hình giông sét ở Việt Nam và những tác hại của sét gây nên đối với lưới điện, cho nên việc bảo vệ chống sét cho đường dây điện và các trạm biến áp là không thể thiếu được khi thiết kế ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 5 lưới điện. Vì vậy việc đầu tư nghiên cứu chống sét là cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện ở nước ta. CHƯƠNG I : TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 1.1 :Giới thiệu chung. ƒ Khi các thiết bị điện của trạm phân phối điện ngoài trời bị sét đánh trực tiếp thì sẽ gây những hậu quả ngiêm trọng : gây nên hư hỏng các thiết bị điện, dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn bộ trạm trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản xuất điện năng và các ngàng kinh tế quốc dân khác. ƒ Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho công trình thường dùng các hệ thống thu sét như: cột thu sét, dây thu sét. Hệ thống thu sét gồm các bộ phận thu sét (kim, dây ), bộ phận nối đất và các dây dẫn liên hệ hai bộ phận với nhau. Cột thu sét có thể đặt độc lập hoặc trong những điều kiện cho phép có thể đặt trên các kết cấu của trạm và nhà máy. ƒ Thông thường để giảm vốn đầu tư và để tận dụng các độ cao ở các trạm biến áp người ta có thể đặt cột thu sẻt trên các xà đỡ, các cột đèn chiếu sáng, trên mái nhà... Cột thu lôi độc lập thường đắt hơn nên chỉ dùng khi không thể tận dụng các độ cao khác. ƒ Nếu đặt cột thu lôi trên các kết cấu trạm phân phối điện ngoài trời và dùng dây chống sét để bảo vệ cho đoạn dây dẫn nối từ xà cuối cùng 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 thu lôi hay đoạn dây chống sét ấy thì toàn bộ dòng điện sét sẽ đi vào hệ thống nối đất của trạm và do đó làm tăng thế các thiết bị được nối đất chung với hệ thống nối đất của trạm. Độ tăng thế đó lớn thì có thể gây nguy hiểm cho các thiết bị, do vậy chỉ trong điều kiện ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 6 cho phép mới được đặt cột thu lôi trên các công trình trong trạm hoặc dùng dây chống sét ở trong trạm. ƒ Tác dụng bảo vệ của hệ thống thu sét là ở chỗ tập trung điện tích ở đỉnh bộ phận thu sét, tạo nên điện trường lớn nhất giữa nó với đầu tia tiên đạo. Do đó thu hút các phóng điện sét và hình thành khu vực an toàn ở bên dưới, chung quanh hệ thống thu sét. Bộ phận nối đất của hệ thống thu sét cần có điện trở nối đất bé để việc tập trung điện tích cảm ứng trong đất được dễ dàng và khi có dòng điện sét đi qua điện áp trên các bộ phận của hệ thống thu sét sẽ không đủ gây nên phóng điện ngược từ nó tới công trình đặt gần. . Khi thiết kế hệ thống chống sét phải chú ý so sánh về các mặt kỹ thuật, mỹ thuật và vấn đề nối đất của cột thu lôi. Đối với trạm phân phối ngoài trời 110kV trở nên do có mức cách điện cao nên có thể đặt cột thu lôi trên các kết cấu của trạm phân phối ,các trụ của các kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi phải được ngắn nhất và sao cho dòng điện sét khuếch tán vào trong đất theo 3÷4 thanh cái của hệ thống nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của các kết cáu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất. Khi bố trí cột thu sét của trạm phân phối ngoài trời 110kV trở lên phải0 thực hiện các điều 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 nhằm đảm bảo điện trở không được quá 4Ω. + Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm 35kV phải tăng cường cách điện của nó lên đến mức cách điện của cấp 110kV . +Trên đầu ra của cuộn dây 6÷10kV cần đặt các chống sét van . +Để bảo vệ cuộn dây 35kV cần đặt chống sét van. Khoảng cách giữa chỗ nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp và của chống sét van phải nhỏ hơn 5m . + 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 vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp110kV nếu các yêu cầu trên được thực hiện . Khi dùng cột thu lôi độc lập phảI chú ý ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 7 đến khoảng cach giữa các cột thu lôi đến các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu lôi đến vật được bảo vệ. Đối với các nhà máy điện dùng sơ đồ bộ thì chỉ được đặt cột thu lôi trên xà máy biến áp khi máy phát điện và máy biến áp được lối với nhau bằng cầu bọc kín và hai đầu được lối đất. Nếu cầu có phân đoạn thì không được phép đặt cột thu lôi trên xà máy biến áp. Để đảm bảo về mặt cơ khí và để trống ăn mòn cần phải theo đúng qui định về loại vật liệu, tiếp diện dây dẫn dùng trên mặt đất và dưới đất. 1.2. Yêu cầu đối vơí cột tròng sét và dây thu sét. Cột thu sét lên dùng giá đỡ bằng cột bê tông cốt thép để làm dây dẫn dòng điện sét từ kim thu sét đến hệ thống lối đất để giảm vốn đầu tư. + Cột thu lôi được thiết kế làm việc ở trạng thai tự do không làm việc ở trạng thá căng. + Khi trọn các phần tử của cột thu lôi (phần thu và dây dẫn dòng điện sét) dựa trên sự phát nóng của chúng và trong tính toán có thể bỏ qua sự tản nhiệt ra môi trường xung quanh. Kim thu sét phải nhỏ và nhọn để tập trung điện tích tạo lên trường lớn nhất với tia tiên đạo ... do đó thu hút dòng điện sét và hình thành khu vực an toàn ở bên dưới và xung quanh hệ thống thu sét. + Dây thu sét phải có tiết diện nhỏ và bề mặt dẫn điện tốt để đảm bảo dòng điện sét chạy qua, tập trung điện tích và thu hút dòng điện sét về phía mình không gây ảnh hưởng đến phần tử nằm trong phạm vi bảo vệ đem lại sự an toàn cho các thiết bị đó. - Khi bố trí dây thu sét để bảo vệ cho đường dây cao áp thì tuỳ theo cách bố trí dây đãn trên cột có thể treo một hoặc hai thu sét. Các dây trống sét được treo trên đường dây tải điện sao cho dây dẫn của cả ba pha đều nằm trong phạm vi bảo vệ của các dây đó. 1.3. Tính toán hệ thống chống sét. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 8 1.3.1.Các công thức sử dụng trong tính toán bảo vệ chống sét. a. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét: Phạm vi bảo vệ của cột thu sét là miền giới hạn bởi mặt ngoài hình chóp tròn xoay có bán kính đáy được xác định bởi phương trình : ) -( 1 6,1 x x hh h hrx + = (1-1) Trong đó : - h là độ cao cột thu sét. - rx là bán kính của phạm vi bảo vệ ở mức cao xh . - hx là độ cao của vật cần được bảo vệ. - h - hx là độ cao hiệu dụng của cột thu sét. Để dễ dàng thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn giản hoá (hình 1-1) đường sinh hình chóp có dạng gấp khúc. Khi đó bán kính bảo vệ được tính toán theo công thức sau đây : - Khi xh ≤ h3 2 ; xr = 1,5h (1 - h hx 8,0 ) ( 1 - 2 ) - Khi xh ≥ h3 2 ; xr = 0,75h (1 - h hx ) ( 1 - 3 ) Các công thức trên chỉ dùng trong trường hợp cột thu sét cao tới 30m. Khi cột có độ cao trên 30m thì phải nhân theo hệ số hiệu chỉnh P với P = h 5,5 và trên hình vẽ dùng các hoành độ 0,75h.P và 1,5h.P ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 9 Hình 1.2 . Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét . b. Phạm vi bảo vệ cuả hai cột thu sét có cùng độ cao. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có kích thước lớn hơn nhiều so với tổng số phạm vi bảo vệ của hai cột đơn. Bằng thực nghiệm người ta đã chứng minh được khu vực có xác suất 100% phóng điện vào cột thu sét có bán kính r =3,5h. Như vậy khi hai cột thu sét đặt cách nhau a = 2R = 7h thì bất kỳ điểm nào trên mặt đất trong khoảng giữa hai cột sẽ không bị sét đánh. Từ đó suy ra nếu hai cột thu sét đặt cách nhau khoảng cách a < 7h thì sẽ bảo vệ được độ cao 0h xác định bởi : h - 0h = 7 a ⇒ 0h = h - 7 a ( 1 - 4 ) Mặt cắt thẳng đứng đi qua hai cột thu sét của phạm vi bảo vệ cho trên hình ( 1-3): Mặt bằng của phạm vi bảo vệ ở mức cao hx ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 10 Hình 1. 3 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có cùng độ cao. c. Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao khác nhau. Cột 1 có độ cao h1. Cột 2 có độ cao h2 (h1< h2) Khoảng cách giữa 2 cột là a. Ta có cách vẽ phạm vi bảo vệ : Hình 1. 4 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao khác nhau. Khi độ cao cột thu sét vượt quá 30m cũng có hiệu chỉnh tương tự như trên và: 0h = h - p a 7 Cách vẽ phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có chiều cao khác nhau đựoc trình bày trên ( hình 1 - 4 ). Trước tiên vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao, sau đó qua đỉnh cột thấp vẽ đường thẳng gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ cột ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 11 cao ở điểm 3, điểm này được xem là đỉnh của cột giả định nó sẽ cùng với cột thấp ( cột 2 ) hình thành đôi cột có độ cao bằng nhau ( 2h ) với khoảng cách a / Khoảng cách giữa cột 1 với cột giả định là LΔ . Khi đó : a’= a - LΔ Nếu h2 > 3 2 h1 Thì: LΔ = 0.75 h1( 1- h2/h1) Nếu h2 ≤ 3 2 h1 Thì: LΔ =1,5 h1 (1- h2/ h1) d.Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét. Khi công trình cần được bảo vệ chiếm khu vực rộng lớn, nếu chỉ dùng vài cột thì phải rất cao gây nhiều khó khăn cho việc thi công, lắp giáp. Trong trường hợp này ta nên bố trí nhiều cột thu sét để phối hợp cùng bảo vệ . Vật có độ cao hx nằm trong đa giác hình thành bởi các cột sẽ được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện: D ≤ 8 ( h - xh ) = 8 ah ( 1 - 5 ) Trong đó: - D : đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi đỉnh các cột thu sét. - ah = h - xh : độ cao hiệu dụng cột thu sét, là phần vượt cao hơn so với mức cao xh Khi các cột thu sét bố trí bất kỳ cần phải kiểm tra điều kiện bảo vệ an toàn cho từng cặp ba cột đặt gần nhau. Nếu độ cao vượt quá 30m điều kiện bảo vệ ở (1-5) được hiệu chỉnh theo ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 12 D ≤ 8 (h- xh ) p = 8 ah p Khi xét các nhóm cột bảo vệ gồm có ba cột hợp với nhau thành một tam giác có ba cạnh là a, b, c thì D được tính như sau : D = ))()((.2 .. cpbpapp cba −−− (m) (1 - 7) Trong đó : p là nửa chu vi tam giác ABC. P = .2 cba ++ a) b) Hình 1 . 4 a.Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét b.Phạm vi bảo vê của 4 cột thu sét !.3.2 Các thiết bị trong trạm và nhiệm vụ tính toán : a. Kích thước trạm : ™ Trạm có kích thước : • Chiều dài : 50m. • Chiều rộng : 35m. ™ Phía 110 kV có : • Hai lộ 110 kV dẫn điện vào trạm. • Thiết bị phân phối cao áp gồm hai hệ thống thanh góp có chiều dài 18,5 m. • Hai maý biến áp có độ cao 4 m. • Chiều cao của xà kéo dây cao nhất là 11 m. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 13 • Chiều cao thanh góp cứng là 8m. • Nhà điều khiển cao 5m , chiều dài 27 m , chiều rộng 7 m đặt các thiết bị phân phối, thiết bị dự phòng và thiết bị điều khiển toàn bộ trạm. • Các thiết bị khác như dao cách li, máy cắt... nằm dưới hai hệ thống thanh góp nên ta không cần xét đến. *Nhiệm vụ của chúng ta là phải bố trí cột thu sét trên mặt bằng của trạm sao cho đảm bảo chống sét đánh trực tiếp cho tất cả các thiết bị trong trạm. Bao gồm : dự tính số lượng, vị trí đặt cột thu sét, độ cao của từng cột. Phạm vi bảo vệ của một cột, phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột và phạm vi bảo vệ của toàn bộ hệ thống thu sét. *Ta bố trí các phương án như sau: ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 14 1.4 Vạch phương án và tính toán các phương án. 1.4.1 Phương án 1: *Trong phương án này ta bố trí 4 cột thu sét A,B,C ,D đặt trực tiếp trên xà đỡ dây và 2 cột E,F đặt trên nóc nhà đIều khiển. Vị trí của các cột như trên hình vẽ 1.7 a.Tính độ cao của cột phía 110 kV. +Độ cao của thiết bị cần bảo vê hx = 11 m. -Xét nhóm 4 cột ABCD. Các cột này tạo thành hình chữ nhật với khoảng cách các cột : AD = BC =18,5 m AB = CD = 27 m Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi 4 đỉnh cột được bảo vệ thì : D ≤ 8 ha Trong đó : D: là đường kíng đường tròn ngoại tiếp tứ giác ABCD. ha : là độ cao tác dụng của các cột Ta có D= 22 ADAB + = 22 5,1827 + = 32,73 m. Ta có : ha ≥ 8 D ⇒ ha ≥ 8 73,32 ⇒ ha ≥ 4,09. Vậy độ cao tác dụng nhỏ nhất đảm bảo phạm vi bảo vệ là 4,09 m ⇒ Độ cao của cột thu lôi tối thiểu là : h1= ha +hx = 4,09 + 11 = 15,09 m . Do đó ta chọn chiều cao của các cột thu sét A,B,C,D là 15,5 m b.Tính độ cao của các cột phía máy biến áp và nhà điều khiển. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 15 +Độ cao của thiết bị cần bảo vệ là : hx = 5m. -Xét nhóm 4 cột CDEF. Bốn cột này tạo thành một hình chữ nhật với khoảng cách giữa các cột là : DE = CF = 25,5 m. EF = CD = 27 m. Để đảm bảo toàn bộ diện tích giới hạn bởi 4 đỉnh cột được bảo vệ thì : D ≤ 8 ha Trong đó : D là đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật CDEF D = 22 CDCF + = 22 275,25 + =37,14 m. ha : là độ cao tác dụng của các cột . ⇒ ha ≥ 8 D ⇒ ha ≥ 8 14,37 ⇒ ha ≥ 4,64. Vậy độ cao tác dụng tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là 4,64 m. ⇒Độ cao tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là: h2 =hx + ha = 5 + 4.64 = 9,64 m. Vậy ta lấy độ cao của cột EF là 10 m. Kết luận : Toàn bộ trạm ta bố trí 6 cột thu sét. Bên phía máy biến áp và nhà điều khiển để đảm bảo an toàn ta bố trí 2 cột E và F có độ cao là 10 m. Bốn cột A,B,C,D có độ cao 15,5 m. • Tính toán phạm vi bảo vệ . - Phạm vi bảo vệ của cột cao 15,5 m là: Ta có : 3 2 h = 3 2 . 15,5 = 10.33 m . hx = 11 m > 3 2 h . ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 16 Vậy nên bán kính bảo vệ của cột được tính theo công thức : rx = 0,75 h0 ( 1 - h hx ) = 0,75 . 15.5 ( 1 - 5,15 11 ) = 3,375 m. - Phạm vi bảo vệ của cột cao 10 m là : Ta có : 3 2 h = 3 2 . 10 = 6,667 m . hx = 5 m < 3 2 h . Vậy bán kính bảo vệ của cột được tính theo công thức : rx = 1,5 h ( 1- h hx 8.0 ) = 1,5. 10 (1 - 10.8,,0 5 ) =5,625 m . - Phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột A và B là : Ta có : h = 15,5 m . Khoảng cách giữa 2 cột : a = 27 m Với 7h = 7. 15,5 = 108,5 m . ⇒ a < 7 h + Độ cao thấp nhát được bảo vệ giữa 2 cột là : h0 = h - 7 a =15,5 - 7 27 = 11,643 m . + Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là : Ta có : 3 2 h0 = 3 2 . 11,643 = 7,762 m . ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 17 hx = 11 m > 3 2 h0 . ⇒ r0x = 0.75 .h0 ( 1- 0h hx ). = 0,75. 11,643. ( 1 - 643,11 11 ) = 0,482 m . - Phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột A và D : Ta có h = 15,5 m Khoảng cách giữa 2 cột : a= 18,5 m Với 7h = 7 . 15,5 = 108,5 m . ⇒ a < 7 h. + Độ cao thấp nhất được bảo vệ giữa 2 cột là: ho = h - 7 a = 15,5 - 7 5,18 = 12,857 m . +Bán kính bảo vệ của 2 cột là : Ta có ; 3 2 ho = 3 2 .12,857 = 8,571 m . hx = 11 m > 3 2 ho ⇒ rox = 0,75 ho (1 - ho hx ) = 0,75. 12,857 ( 1 - 857,12 11 ) = 1,393 m . - Phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột B và C . Ta có hai cột B và C có khoảng cách , độ cao và của thiết bị cần bảo vệ bằng của 2 cột A và D nên có giá trị bằng phạm vi bảo vệ của 2 cột A và D . ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 18 Với : h0 =12,857 m rox = 1,393 m. - Phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột E và F Ta có : h = 10 m. Khoảng cách giữa 2 cột : a = 27 m. Với 7h = 7 .10 = 70 m ⇒ a < 7h + Độ cao thấp nhất được bảo vệ giữa 2 cột là : h0 = h - 7 a =10 - 7 27 = 6,143 m . + Bán kính bảo vệ của 2 cột là : Ta có : 3 2 ho = 3 2 . 6,143 = 4,095 m . hx = 5m > 3 2 h ⇒ rox = 0,75 ho ( 1- ho hx ) = 0,75 .6,143 ( 1 - 143,6 5 ) =0,886 m.- - Phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột D và E là : Ta có : Khoảng cách giữa 2 cột : a = 25,5 m. Chiều cao cột D là : h1 = 15,5 m. Chiều cao cột E là : h2 = 10 m . 3 2 h1 = 3 2 . 15,5 = 10,333 m . ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 19 3 2 h1 > h2. + Độ cao thấp nhất được bảo vệ giữa 2 cột là : h0 = h2 - 7 ,a ,a = a - ΔL a: là khoảng cách giữa 2 cột : a = 25,5 m. ΔL = 1,5 .h1 ( 1- 1 2 8.0 h h ) = 1,5 . 15,5 (1 - 5,15.8,0 10 ) = 4,5 m . ⇒ h0 = 10 - 7 21 = 7 m. + Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là : Ta có : 3 2 oh = 3 2 .7 = 4,67 m hx = 5 m > 3 2 ho ⇒ rox = 0,75 ho ( 1 - oh hx ) =0,75 .7 ( 1- 7 5 ) = 1,5 m. -Phạm vi bảo vệ giữa 2 cột C và F . Ta có 2 cột C và E có cùng chiều cao cột thu sét , chiều cao vật cần bảo vệ và khoảng cách giữa 2 cột bằng 2 cột D và E nên phạm vi bảo vệ giữa 2 cột C và F bằng phạm vi bảo vệ giữa 2 cột D và E với : ho = 7 m. rox = 1,5 m ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 20 Kết Luận :Trong phương án I ta có 6 cột thu sét với : + Chiều cao cột A,B,C,D là 15,5 m. + Chiều cao cột E,F là 10 m. + Bán kính bảo vệ của cột A,B,C,D là 3,375 m. + Bán kính bảo vệ của cột E,F là 5,625 m. + Độ cao thấp nhất được bảo vệ giữa 2 cột và bán kính bảo vệ tương hỗ của 2 cột có giá trị trong bảng sau . Cột ho(m) rox(m) A và B 11,643 0,482 A và D 12,857 1,393 B và C 12,857 1,393 C và F 7 1,5 F và E 6,143 0,886 E và D 7 1,5 *Vẽ mặt bằng, mặt cắt của phạm vi bảo vệ: + Mặt bằng hình 1.8. + Mặt cắt hinh 1.9. 1.4.2.Phương án 2 * Trong phương án này ta bố trí 4 cột thu sét A,B,C ,D đặt trực tiếp trên xà đỡ dây và 2 cột E,F đặt trên nóc nhà điều khiển. Vị trí của các cột như trên hình vẽ 1.10. a.Tính độ cao của cột phía 110 kV. +Độ cao của thiết bị cần bảo vê hx = 11 m. -Xét nhóm 4 cột ABCD. Các cột này tạo thành hình chữ nhật với khoảng cách các cột : AB = CD =18 m ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 21 AD = BC = 27 m Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi 4 đỉnh cột được bảo vệ thì : D ≤ 8 ha Trong đó : D: là đường kính đường tròn ngoại tiếp tứ giác ABCD. ha : là độ cao tác dụng của các cột Ta có D= 22 ADAB + = 22 5,1818 + = 25,812 m. Ta có : ha ≥ 8 D ⇒ ha ≥ 8 812,25 ⇒ ha ≥ 3,227 m . Vậy độ cao tác dụng nhỏ nhất đảm bảo phạm vi bảo vệ là 3,227 m ⇒ Độ cao của cột thu lôi tối thiểu là : h1= ha +hx = 3,227 + 11 = 14,227 m . Do đó chiều cao của các cột thu sét A,B,C,D ta lấy là 14,5 m b.Tính độ cao của các cột phía máy biến áp và nhà điều khiển. +Độ cao của thiết bị cần bảo vệ là : hx = 5m. -Xét nhóm 3 cột DEF. Ba cột này tạo thành một tam giác thường với khoảng cách giữa các cột là : EF = 27 m. DE = 22 HDEH + . Với H là điểm cho trên hình vễ 1.10 ta có: ⇒ DE = 22 5,45,18 + =19,04 m DF = 22 IDFI + Với I là điểm cho trên hình vẽ 1.10 ta có: ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 22 ⇒ DF = 22 5,225,18 + =29,129 m . Để đảm bảo toàn bộ diện tích giới hạn bởi 3 đỉnh cột được bảo vệ thì : D ≤ 8 ha Trong đó : D là đường kính đường tròn ngoại tiếp hình tam giác DEF ha : là độ cao tác dụng của các cột . ⇒ ha ≥ 8 D + Tính D D = ))()((2 .. DFPDEPEFPP DFDEEF −−− Với P là nửa chu vi của tam giác DEF P = 2 DFDEEF ++ = 2 129,2904,1927 ++ = 35,585 m. ⇒ D = 129,29585,35)(04,19585,35)(27585,35(585,352 129,29.04,19.27 −−− = 42,7 m . ⇒ ha ≥ 8 7,42 ⇒ ha ≥ 5,34 m. Vậy độ cao tác dụng tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là 5,34 m. ⇒Độ cao tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là: h2 = hx + ha = 5 + 5,34 = 10,34 m. - Xét nhóm 3 cột CEF . Ta thấy nhóm 3 cột này cũng tạo thành một tam giác thường bằng tam giác tạo thành từ nhóm 3 cột DEF và độ cao cần bảo vệ như nhau nên độ cao tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là như nhau. Vậy ta lấy độ cao của cột EF là 10,5m. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 23 Kết luận : Toàn bộ trạm ta bố trí 6 cột thu sét. Bên phía máy biến áp và nhà điều khiển để đảm bảo an toàn ta bố trí 2 cột E và F có độ cao là 10,5 m. Bốn cột A,B,C,D có độ cao 14,5 m. • Tính toán phạm vi bảo vệ . - Phạm vi bảo vệ của cột cao 14,5 m là: Ta có : 3 2 h = 3 2 . 14,5 = 9,667 m hx = 11 m > 3 2 h . Vậy nên bán kính bảo vệ của cột được tính theo công thức : rx = 0,75 h ( 1 - h hx ) = 0,75 . 14.5 ( 1 - 5,14 11 ) = 2,625 m. Theo sơ đồ mặt bằng của trạm vì ta bố trí cột thu sét ở giữa xà đỡ dây nên khoảng cách từ đầu xà đến giữa xà là 4,5 m. Ta phải bảo vệ toàn xà vì vậy bán kính bảo vệ tối thiểu phải là 4,5 m. Vì vậy với độ cao 14,5 m không đảm bảo phạm vi bảo vệ. Giả sử ta tăng cột lên cao 17m ta có : 3 2 h = 3 2 . 17 = 11,333 m . hx = 11 m < 3 2 h . Vậy bán kính bảo vệ của cột được tính theo công thức : rx = 1,5 h ( 1- h hx 8.0 ) = 1,5. 17 (1 - 17.8,0 11 ) = 4,875 m. (Thoả mãn) Vậy ta lấy chiều cao cột A,B,C,D là 17 m. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 24 - Phạm vi bảo vệ của cột cao 10,5 m là : Ta có : 3 2 h = 3 2 . 10,5 = 7 m . hx = 5 m < 3 2 h . Vậy bán kính bảo vệ của cột được tính theo công thức : rx = 1,5 h ( 1- h hx 8.0 ) = 1,5. 10,5 (1 - 5,10.8,0 5 ) = 6,375 m . Theo sơ đồ mặt bằng của trạm thì phạm vi bảo vệ của cột E và F tối thiểu cũng phải bằng chiều rộng của nhà điều khiển thì mới đảm bảo yêu cầu. Chiều rộng của nhà điều khiển là 7m vì vậy bán kính bảo vệ tối thiểu của cột E,F là 7m. Với độ cao của cột là 10,5 m không đảm bảo vậy giả sử ta tăng chiều cao của cột lên là 11,5m . Ta có: 3 2 h = 3 2 . 11,5 = 7,667 m . hx = 5 m < 3 2 h . Vậy bán kính bảo vệ của cột được tính theo công thức : rx = 1,5 h ( 1- h hx 8.0 ) = 1,5. 11,5 (1 - 5,11.8,0 5 ) = 7,875 m . (Thoả mãn ) Vậy ta lấy chiều cao cột E,F là 11,5 m. - Phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột E và F là : Ta có : h = 11,5 m . Khoảng cách giữa 2 cột : a = 27 m ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 25 Với 7h = 7. 11,5 = 80,5 m . ⇒ a < 7 h + Độ cao thấp nhát được bảo vệ giữa 2 cột là : h0 = h - 7 a =11,5 - 7 27 = 7,643 m . + Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là : Ta có : 3 2 h0 = 3 2 . 7,643 = 5,095 m . hx = 5 m < 3 2 h . Vậy bán kính bảo vệ của cột được tính theo công thức : rx = 1,5 h ( 1- h hx 8.0 ) = 1,5. 7,643 (1 - 643,7.8,0 5 ) = 2,09 m. Theo sơ đồ mặt bằng của trạm thì phạm vi bảo vệ của cột E và F phải bảo vệ toàn bộ nhà điều khiển thì mới đảm bảo yêu cầu. Chiều rộng của nhà điều khiển là 7m vì vậy bán kính bảo vệ tương hỗ tối thiểu của cột 2 cột E và F phải là 7 m. Với độ cao của cột là 11,5 m không đảm bảo vậy giả sử ta tăng chiều cao của cột lên là 15m . Ta có: + Độ cao thấp nhát được bảo vệ giữa 2 cột là : h0 = h - 7 a =15 - 7 27 = 11,143 m . + Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là : ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 26 Ta có : 3 2 h0 = 3 2 . 11,143 = 7,429 m . hx = 5 m < 3 2 h . Vậy bán kính bảo vệ của cột được tính theo công thức : rx = 1,5 h ( 1- h hx 8.0 ) = 1,5. 11.143 (1 - 143,11.8,0 5 ) = 7,34 m. (Thoả mãn) Vậy ta lấy chiều cao cột E,F là 15 m. - Bán kính bảo vệ của cột cao 15m là: Ta có: 3 2 h = 3 2 . 15 = 10 m . hx = 5 m < 3 2 h . Vậy bán kính bảo vệ của cột được tính theo công thức : rx = 1,5 h ( 1- h hx 8.0 ) = 1,5. 15 (1 - 15.8,0 5 ) =13,125 m. - Phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột A và D : Ta có h = 17 m Khoảng cách giữa 2 cột : a= 18,5 m Với 7h = 7 . 17 = 119 m . ⇒ a < 7 h. + Độ cao thấp nhất được bảo vệ giữa 2 cột là: ho = h - 7 a ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 27 = 17 - 7 5,18 = 14,357 m . +Bán kính bảo vệ của 2 cột là : Ta có ; 3 2 ho = 3 2 .14,357 = 9,571 m . hx = 11 m > 3 2 ho ⇒ rox = 0,75 ho (1 - ho hx ) = 0,75. 14,357 ( 1 - 357,14 11 ) = 2,531 m . - Phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột B và C . Ta có hai cột B và C có khoảng cách , độ cao và của thiết bị cần bảo vệ bằng của 2 cột A và D nên có giá trị bằng phạm vi bảo vệ của 2 cột A và D . Với : h0 =14,357 m rox = 2,531 m. - Phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột Avà B Ta có : h = 17 m. Khoảng cách giữa 2 cột : a = 18 m. Với 7h = 7 .17 = 119 m ⇒ a < 7h + Độ cao thấp nhất được bảo vệ giữa 2 cột là : h0 = h - 7 a =17 - 7 18 = 14,429 m . + Bán kính bảo vệ của 2 cột là : ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 28 Ta có : 3 2 ho = 3 2 . 14,429 = 9,619 m. hx = 11m > 3 2 ho ⇒ rox = 0,75 ho ( 1- ho hx ) = 0,75 .14,429 ( 1 - 429,14 11 ) =2,572 m.- - Phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột D và E là : Ta có : Khoảng cách giữa 2 cột : a = 19,04 m. Chiều cao cột D là : h1 = 17 m. Chiều cao cột E là : h2 = 15 m . 3 2 h1 = 3 2 . 17 = 11,33 m . 3 2 h1 < h2. + Độ cao thấp nhất được bảo vệ giữa 2 cột là : h0 = h2 - 7 ,a ,a = a - ΔL a: là khoảng cách giữa 2 cột : a = 19,04 m. ΔL = 0,75 ( h1 – h2 ) = 0,75 (17 –15 ) =1,5 m . ⇒ ,a = 19,04 – 1,5 =17,54 m. ⇒ h0 = 15 - 7 54,17 = 12,494 m. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 29 + Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là : Ta có : 3 2 oh = 3 2 .12,494 = 8,33 m hx = 5 m < 3 2 ho ⇒ rox = 1,5 ho ( 1 - o x h h 8,0 ) =0,75 .12,494 ( 1- 494,12.8,0 5 ) = 9,366 m. -Phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột C và F . Ta có 2 cột C và F có cùng chiều cao cột thu sét , chiều cao vật cần bảo vệ và khoảng cách giữa 2 cột bằng 2 cột D và E nên phạm vi bảo vệ giữa 2 cột C và F bằng phạm vi bảo vệ giữa 2 cột D và E với : ho = 12,494 m. rox = 9,366 m Kết Luận :Trong phương án II ta có 6 cột thu sét với : + Chiều cao cột A,B,C,D là 17 m. + Chiều cao cột E,F là 15 m. + Bán kính bảo vệ của cột A,B,C,D là 4,875 m. + Bán kính bảo vệ của cột E,F là 13,125 m. + Độ cao thấp nhất được bảo vệ giữa 2 cột và bán kính bảo vệ tương hỗ của 2 cột có giá trị trong bảng sau . Cột ho(m) rox(m) ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 30 A và B 14,429 2,572 A và D 14,357 2,531 B và C 14,357 2,531 C và F 12,494 9,366 F và E 11,143 7,34 E và D 12,494 9,366 *Vẽ mặt bằng, mặt cắt của phạm vi bảo vệ: + Mặt bằng hình 1.11. + Mặt cắt hinh 1.12. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 31 1.2.3.Phương án 3. • Ta bố trí hai dây thu sét dọc theo các điểm ABC và DEF. Bốn cột ABDE dặt trên xà đỡ của hệ thống hai thanh góp 110KV hai cột C và F đặt trên nóc nhà điều khiển. • Vị trí của các cột đỡ dây như trên hình vẽ 1.13, 1.14 - Vì khoảng cách giữa các cột nhỏ lên ta không cần tính đến độ võng của dây chống sét. - Tính độ cao của dây thu sét phía thanh góp 110kV. + Khoảng cách giữa hai dây : S =27m + Chiều cao cần bảo vệ: hx =11m +Giả sử ta thiết kế hai dây có độ cao bằng nhau để cho toàn bộ diện tích nằm trong hai dây được bảo vệ an toàn thì : S ≤ 4ha ha: là độ cao tác dụng của dây ⇒ ha ≥ 4 S = 4 27 =6,75m Vậy độ cao tác dụng tối thiểu để đảm bảo phạm vi bảo vệ là 6,75m ⇒ Độ cao tối thiểu của dây thu sét là : h = ha + hx = 6,75+11=17,75m - Tính chiều cao của dây thu sét phía máy biến áp và nhà điều khiển : Khoảng cách giữa hai dây : S=27m Độ cao cần bảo vệ hx= 5m Giả sử ta thiết kế hai dây có độ cao bằng nhau để toàn bộ diện tích giới hạn bởi hai dây được bảo vệ thì: S ≤ 4ha ⇒ ha ≥ 4 s = 4 27 = 6,75 ⇒ Độ cao tối thiểu của dây thu sét là : ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 32 h = ha + hx = 6,75+5 =11,75 Vậy ta bố trí bốn cột đỡ dây ABDE bên phía hai hệ thống thanh góp 110kV cao 18m và hai cột C và F trên nóc nhà điều khiển cao 12m . • Tính phạm vi bảo vệ - Phạm vi bảo vệ của một dây cao 18m: Ta có mh 1218 3 2 3 2 =+ hx=11m < h3 2 ⇒ Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở độ cao hx là: bx= 1,2 h (1- h hx 8,0 ) = 1,2 18(1- 818,0 11 ) = 5,1m - Phạm vi bảo vệ giữa hai dây có độ cao 18m + Điểm thấp nhất của phạm vi bảo vệ giữa hai dây là h0= h- 4 s =18- 4 27 =11,25m +Chiều rộng nhỏ nhất ở hai đầu dây chống sét là: Ta có 25,11. 3 2 3 2 0 =h = 7,5 m. hx = 11 m > 03 2 h ⇒ b0x = 0,6. h0 .( 1 - 0h hx ) = 1,2. 12 (1 - 25,11 11 ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 33 = 0,15 m. - Phạm vi bảo vệ của 1 dây cao 12 m . Ta có: mh 812. 3 2 3 2 == hx = 11m < h3 2 ⇒ Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở độ cao hx là ; bx = 1,2 h (1- h hx 8,0 ) = 1,2. 12 ( 1- 12.8,0 5 ) = 6,9m . - Phạm vi bảo vệ giữa 2 dây có độ cao 12m. + Điểm thấp nhất của phạm vi bảo vệ giữa 2 dây là: 40 Shh −= = 12 - 4 27 = 5,25m. + Chiều rộng nhỏ nhất ở hai đầu dây chống sét là; Ta có: mh 5,325,5. 3 2 3 2 0 == hx = 5m > 03 2 h ⇒ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= 0 00 16,0 h hxhb x = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − 25,5 5125,5.6,0 = 0,15m. • Vẽ mặt bằng , mặt cắt của phạm vi bảo vệ: + Mặt bằng ( Hình 1.15) + Mặt cắt ( hình 1.16). ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 34 1.5. So sánh các phương án đưa ra phương án tối ưu. • Phương án 1. - Trong phương án này ta dùng 6 cột thu sét trong đó: + Bốn cột được đặt trực tiếp trên xà đỡ dây ở độ cao 11. 4 cột có độ cao 15,5m ⇒ Chiều cao cột cần dựng là : h1 = 15,5 - 11 = 4,5m. +Hai cột đặt trên nóc nhà điều khiển ở độ cao 5m có chiều cao là 10m ⇒ Chiều cao cột cần dựng là : h2 = 10 - 5 = 5m . Ta có tổng chiều cao cột cần dựng trong phương án I là: h = 4.h1 +2.h2 = 4.4,5 + 2.5 = 28m. - Nhận xét: Trong phương án này các cột có độ cao tương đối đồng đều thuận tiện cho việc lắp đặt và bảo quản. Phạm vi bảo vệ đảm bảo an toàn cho các thiết bị trong trạm . • Phương án 2. - Trong phương án này ta bố trí 6 cột thu sét trong đó: + Bốn cột được đặt trực tiếp trên xà đỡ dây ở độ cao 11m. 4 cột có độ cao 17m ⇒ Chiều cao một cột cần dựng là: h1 = 17 – 11 = 6m. + Hai cột đặt trên nóc nhà đIều khiển ở độ cao 5mcó chiều cao là 15m. ⇒ Độ cao một cột cần dựng là: h2 = 15 – 5 = 10m. Ta có tổng chiều cao cột cần dựng trong phương án này là: h = 4.h1 + 2.h2 = 4. 6 + 2. 10 = 44m. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 35 - Nhận xét: Trong phương án này chiều cao các cột tương đối đồng đều . Nhưng chiều cao 2 cột trên nóc nhà điều khiển tương đối lớn so với độ cao cần bảo vệ. Phạm vi bảo vệ đảm bảo an toàn cho mọi thiết bị trong trạm. * Phương án 3. - Trong phương án này ta bố trí hai dây thu sét dọc theo hai hệ thống thanh góp tới nhà điều khiển. Cột đỡ dây gồm 6 cột trong đó 4 cột đặt trực tiếp trên xà đỡ dây ở độ cao 11m và 2 cột đặt trên nóc nhà điều khiển ở độ cao 5m. + Chiều dài của dây thu sét : h = 2 .44 = 88m. + Độ cao của cột đỡ dây: Bốn cột đặt trên xà đỡ dây cao 18m ⇒ độ cao một cột cần dựng là : h1 = 18 – 11 = 7m. Hai cột đặt trên nóc nhà điều khiển có độ cao 12m ⇒ Chiều cao một cột cần dựng là: h2 = 12 – 5 = 7m. ⇒ Tổng độ cao của cột đỡ dây cần dựng là: h = 4.h1 + 2. h2 = 4. 7 + 2. 7 = 42m. - Nhận xét: Trong phương án này độ cao của cột đỡ dây tương đối đồng đều dễ lắp đặt và bảo quản, phạm vi bảo vệ đảm bảo an toàn cho mọi thiết bị trong trạm. Nhưng phải lắp đặt cả phần cột đỡ và phần dây tương đối dàI do vậy không có lợi về mặt kinh tế. * Kết luận: Trong 3 phương án trên xét về mặt kinh tế và kỹ thuật thì phương án I có vốn đầu tư nhỏ nhất và phạm vi bảo vệ đảm bảo an toàn cho mọi thiết bị trong trạm. hai phương án còn lại vốn đầu tư lớn hơn. Vì vậy ta chọn phương án I để thiết kế và thi công cho trạm. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 36 CHƯƠNG II THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT. *Nhiệm vụ chung. -Nhiệm vụ của hệ thống nối đất là tản dòng điện sét xuống đất để đảm bảo dòng điện trên thiết bị chống sét có trị số bé. Trong việc bảo vệ quá điện áp, nối đất của trạm biến áp, của các cột thu lôi, của đường dây và của thiết bị chống sét rất quan trọng. Trong hệ thống điện có 3 loại nối đất khác nhau: +Nối đất làm việc: Nhiệm vụ của loại nối đất này là đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị hoặc của một số bộ phận của thiết bị theo chế độ làm việc đã được quy định sẵn. Loại nối đất này gồm có nối đất điểm trung tính của máy biến áp trong hệ thống có điểm trung tính nối đất, nối đất của máy biến áp đo lường và của kháng điện nằm trong bù ngang trên các đường dây tải điện đi xa. +Nối đất an toàn hay còn gọi là nối đất bảo vệ: Có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người khi cách điện bị hư hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem nối đất mọi bộ phận bình thường không mang điện ( vỏ máy, thùng máy biến áp, máy cắt điện, các giá đỡ, chân sứ...).Khi cách điện bị hỏng, trên các bộ phận này sẽ xuất hiện điện thế nhưng do đã được nối đất nên giữ được mức điện thế thấp...do đó đảm bảo an toàn cho người khi tiếp xúc với chúng. +Nối đất chống sét: Mục đích tản dòng điện sét vào trong đất ( khi có sét đánh vào cột thu sét hoặc dây thu sét ) để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên thân cột không quá lớn...do đó hạn chế được các phóng điện ngược tới công trình cần bảo vệ. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 37 - Ở các nhà máy điện và trạm biến áp về nguyên tắc phải tách rời các hệ thống nối đất với nhau để đề phòng khi dòng điện ngắn mạch lớn hay dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất làm việc sẽ không gây điện thế cao trên hệ thống nối đất an toàn. Nhưng trong thực tế điều đó khó thực hiện cho nên thường chỉ dùng một hệ thống nối đất. Do đó hệ thống nối đất chung phải thoả mãn các yêu cầu của mọi thiết bị, hệ thống nối đất cần có điện trở nối đất bé nhất. Điện trở nối đất của hệ thống này yêu sầu không được quá 0,5 Ω . -Để đảm bảo về yêu cầu nối đất cũng như để giảm khối lượng kim loại trong việc xây dựng hệ thống nối đất nên tận dụng các loại nối đất tự nhiên như: + Ống nước chôn dưới đất hay các ống kim loại khác ( không chứa các chất dễ nổ, cháy ), + Hệ thống dây chống sét – cột thu sét . + Kết cấu kim loại của các công trình . - Khi dùng nối đất tự nhiên phải tuân theo các quy định của quy phạm. Nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn các yêu cầu của thiết bị có dòng điện ngắn mạch chạm đất bé thì không cần làm thêm nối đất nhân tạo nữa. Nhưng đối với các thiết bị có dòng ngắn mạch lớn thì cần phải nối đất nhân tạo và yêu cầu trị số điện trở nối đất nhân tạo vẫn phải nhỏ hơn 1Ω. 2.1. Phương pháp nối đất, các tham số ảnh hởng đến điện trở nối đất và hiện tợng phóng điện xung kích. 2.1.1.Phương pháp nối đất. -Hệ thống nối đất bao gồm các điện cực được chôn trong đất để làm giảm nối đất theo tiêu chuẩn của từng loại đất. Các điện cực thường là các thanh dài nằm ngang hoặc cột thẳng đứng để điện áp bước nhỏ, lối đất có thể là mạch vòng hoặc lới vuông. Khi tính toán ta phân làm 2 loại: +Nối đất tự nhiên: ta sử dụng các nối đất có sẵn như dây chống sét,cột thu sét, các kết cấu kim loại của công trình. +Nối đất nhân tạo : Nhằm mục đích đảm bảo điện trở nối đất của công trình khi nối đất tự nhiên không đảm bảo được. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 38 2.1.2.Các tham số ảnh hưởng đến nối đất. - Các tham số ảnh hưởng gồm: Kích thước hình học của điện cực, cách bố trí điện cực, trị số điện trở xuất của đất . *Ảnh hưởng của kích thớc hình học:Trong trờng hợp tổng quát bất kỳ dạng nối đất nào cũng có sơ đồ thay thế như đường dây dài với tham số : r, l, g, c. ( hình 2.1 ). Hình 2.1 Khi tính toán có thể bỏ qua r vì điện trở tác dụng của nối đất có thể nhỏ hơn nhiều so với điện trở tản của nối đất và bỏ qua điện dung c vì dòng điện dung cũng nhỏ ngay cả trường hợp sóng sung kích. Điện cảm L và điện dẫn G phụ thuộc vào kích thước hình học của điện cực hệ thống nối đất. Sơ đồ thay thế rút gọn có dạng như hình 2.2 Hình 2.2. Khi có điện cảm L thì tác dụng của nó đối với dòng điện đi vào hệ thống nối đất khác nhau, với dòng điện có tốc độ biến thiên nhỏ như dòng điện công ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 39 nghiệp thì giá trị L nhỏ và có thể gây tác dụng không đáng kể. Với dòng điện có tốc độ biến thiên lớn như dòng điện sét thì giá trị điện cảm rất lớn, điện cảm đối với dòng điện thể hiện ở thời gian quá độ. T là thời gian mà dòng điện tính từ lúc chưa ổn định đến ổn định. Với dòng điện sét thời gian quá độ T được tính từ thời điểm dòng điện bắt đầu đi vào hệ thống nối đất đến khi kết thúc quá trình quá độ. Thời gian tỷ lệ với điện cảm và điện dẫn của các hệ thống nối đất T ≡ L.g.l2 . Khi dòng điện đi trong đất là dòng điện sét, tham số biểu thị của nối đất với dòng điện thể hiện ở τđs và thời gian T. Khi T ≥ τđs dòng điện đạt cực đại quá trình chưa kết thúc, điện cảm L không thể bỏ qua trong tính toán và phản ứng của nối đất là một tổng trở có giá trị lớn hơn nhiều. Trong trường hợp này tương tự như đường dây nối đất gọi là nối đất phân bồ dài . Khi T < τđs dòng điện đạt cực đại thời gian quá độ kết thúc và nối đất thể hiện như một điện trở tản. Trường hợp này ứng với nối đất tập trung. *Ảnh hưởng của cách bố trí điện cực : Cách bố trí điện cực có ảnh hưởng rất lớn đến trị số của điện trở tản của hệ thống nối đất. Điều này thể hiện ở chỗ điện trường trong đất của các điện cực khác nhau nhiều so với trường hợp một cực đơn , có ngĩa là điện trở một cực của hệ thống nối đất tỷ lệ với điện trở một cực qua hệ số. *Ảnh hởng của trị số điện trở xuất của đất . Đất là môi trường phức tạp không đồng nhất về mặt kết cấu và thành phần do đó điện trở xuất của đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố thành phần : độ ẩm, nhiệt độ của đất . Do khí hậu các mùa thay đổi nên giá trị điện trở xuất của đất cũng thay đổi. Vì vậy khi thiết kế hệ thống nối đất trị số tính toán điện trở xuất của đất ta phải thay đổi lấy trị số lớn nhất. Trị số đó được tính toán bởi công thức: ρ = ρ đo. Kmùa Trong đó : ρđo : Điện trở xuất đo được của đất. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 40 Kmùa: hệ số mùa. Hệ số mùa mỗi loại đất khác nhau có trị số khác nhau. 2.1.3. Hiện tượng phóng điện xung kích. Khi có dòng điện sét đi vào điện cực nối đất thì gây ra một điện trường lớn đến một thời hạn thì xảy ra quá trình phóng điện trong đất. Các tia lửa điện phát triển xung quang điện cực tạo ra vùng hồ quang, cực nối đất xem như là to ra và điện trở nối đất giảm. Điện trở nối đất được tính bằng công thức: Rxk = αxk. R ; Với αxk < 1 là hệ số xung kích. 2.2.Yêu cầu đối với hệ thống nối đất. Bộ phận nối đất của hệ thống thu sét cần có điện trở nối đất bé để việc tập trung điện tích cảm ứng phía mặt đất đợc đẽ dàng và khi có dòng điện sét đi qua, điện áp trên các bộ phận của hệ thống thu sét sẽ không đủ để gây phóng điện ng- ợc từ nó tới các công trình đặt gần. 2.3.Tính toán nối đất cho trạm. 2.3.1.Tính toán nối đất an toàn. -Trạm 110kVyêu cầu điện trở nối đất của hệ thống Ê 0,5 Ω. -Điện trở nối đất gồm 2 phần : +Điện trở nối đất tự nhiên . +Điện trở nối đất nhân tạo . a. Tính toán điện trở nối đất tự nhiên. Trạm thiết kế có dây chống sét dùng để bảo vệ đường dây được kéo vào tận xà của trạm. Nên điện trở nối đất tự nhiên là điện trở hệ thống dây thu sét cột . Điện trở của dây chống sét cột được tính bởi công thức: =CSCR 4 1 2 1 ++ CS C C R R R Trong đó: Rcsc: Điện trở của dây chống sét. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 41 Rc: Điện trở nối đất của cột điện điện đường dây: Rc = 12 Ω Với dây chống sét ta có : Ro = 2,83 Ω/ Km. Đường dây 110 kV khoảng cách giữa các cột là l = 180 m = 0,18 km. Rcs = R0 . lkv = 2,83 . 0,18 = 0,51 Ω ⇒ Rcsc = 4 1 51,0 12 2 1 12 ++ = 0,232 Ω Rtn = n RCSC . ( n là số lộ đường dây ) ị Rtn = 2 032,2 =1,016 Ω Ta có Rtn = 1,016 Ω Theo điều kiện điện điện trở nối đất của hệ thống : ( ) ( )⎩⎨ ⎧ Ω≤ Ω≤ 21 15,0// nt nttn R RR Từ (1) ta có : NTTN RR 11 + ≤ 5,0 1 . ⇒ NTTN NTTN RR RR + . ≤ 0,5 Với Rnt = 1,066 Ω ta có : NT NT R R +016,1 .016,1 ≤ 0,5 ⇒ NTR ≤ 0,984 Ω Với Rtn Ê 0,984 Ω thoả mãn điều kiện (2 ).Vậy ta phải tính điện trở nối đất nhân tạo . Nếu Rnt Ê 0,984 Ω thì thoả mãn yêu cầu điện trở nối đất của hệ thống . b.Tính toán hệ thống nối đất nhân tạo . ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 42 Hệ thống nối đất nhân tạo bao gồm thanh mạch vòng bao quanh trạm đồng thời đặt các thanh phụ làm nhiệm vụ cân bằng thế và nối đất an toàn các thiết bị trong trạm. Trong tính toán ta bỏ qua điện trở của các thanh cân bằng áp này. Trong trạm ta bố trí các thanh cân bằng áp như trên hình vễ (hình 2.3). Ta đặt mạch vòng cách tường bảo vệ quanh trạm là 1 m. Hình 2.3 : Sơ đồ hệ thống nối đất nhân tạo. - Công thức tính điện trở nối đất của mạch vòng: Rmv = td KL L tt 2 ln 2Π ρ Trong đó: ρtt: là điện trở suất tính toán. L : Là chu vi mạch vòng . K : Là hệ số phụ thuộc sơ đồ nối đất. t : Là độ chôn sâu. Ta lấy t = 0,8 m d : Là đường kính điện cực. Ta chọn thanh dẹt có kích thước 50 X 5 cm thì: d = 2 b = 2 50 =25 cm = 0,25 m. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 43 ρtt = ρđo - Km Dựa vào bảng 19-2 sách Kỹ Thuật Điện Cao áp của tác giả Võ Viết Đạn với t = 0,8 m ta có Km = 1,4. ị ρtt = 80 . 1,4 = 112 Ω Ta có : l1 = 50 m l2 = 35 m ⇒ L = ( l1 + l2). 2 = ( 48 + 33 ). 2 = 162 m. Tỷ số 2 1 l l = 33 48 =1,45 Tra bảng 2.6 sách Hướng Dẫn Thiết Kế Tốt Nghiệp Kỹ Thuật Điện Cao áp của tác giả Nguyễn Minh Chước ta có K = 5,75. ị Rmv = 25,0.8,0 162.75,5ln 14,3.2 112 2 = 1,43 Ω Nhận xét : Rmv > 0,984 Ω không thoả mãn yêu cầu điện trở nối đất của hệ thống do đó ta phải bổ xung thêm cọc. Gọi số cọc là n. ηc,ηmv là hệ số sử dụng của cọc và mạch vòng. Ta có: Rnt = mvccmv cmv RnR RR ηη ... . + - Điện trở của cọc được xác định bởi công thức : Rc = ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ − ++Π lt lt d l l tt 4 .4ln 2 1.2ln .2 ρ Trong đó: ρtt: là điện trở xuất tính toán. ρtt = ρđ . Km Ta thiết kế cọc chôn sâu cách mặt đất 0,8 m. Dựa vào bảng 19.2 sách Kỹ Thuật điện Cao áp của tác giả Võ Viết Đạn ta lấy Km = 1,4. ị ρtt = 80 . 1,4 = 112 Ω ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 44 l : Là chiều dài cọc: Ta lấy l = 3 m. d: Là đường kính của cọc: Ta lấy d = 0,05 m t : Là khoảng cách từ mặt đất tới điểm giữa của cọc. t = 2 l + h = m3,28,0 2 3 =+ ịRc = ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ − ++ 33,2.4 33,2.4ln 2 1 05,0 3.2ln 14,3.2 112 = 30,472 Ω - Ta xác định ηc, ηmv: + cho l a =3 ị a = 3 . l =9 m. n = 18 9 162 == a L cọc Lấy n = 18 cọc Tra bảng 4 trang 83 sách Hướng Dẫn Thiết Kế Tốt Nghiệp Kỹ Thuật Điện Cao áp (HDTKTNKTĐCA ) của tác giả Nguyễn Minh Chước ta có ηc = 0,73. Tra bảng 6 trang 84 sách HDTKTNKTĐCA ta có: ηmv = 0,46 . ⇒ Rnt = mvccmv cmv RnR RR ηη ... . + = 46,0.472,3018.73,0.43,1 472,30.43,1 + = 1,328. Rnt > 0,984Ω ị Không thoả mãn yêu cầu của hệ thống. + Cho l a = 2 ị a = 2.l = 2. 3 =6 m n = 27 6 162 == a L cọc Vậy n = 27 cọc Tra bảng 4 trang 83 sách HDTKTNKTĐCA ta có : ηc = 0,61. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 45 Tra bảng 6 trang 84 sách HDTKTNKTĐCA ta có: ηmv = 0,3. ị Rnt = 3,0.472,3027.61,0.43,1 472,30.43,1 + =1,32 Ω Rnt > 0,984 Ω ị Không thoả mãn yêu cầu của hệ thống. + Cho l a =1 ị a =l = 3m n = 3 162= a L =54 Lấy n = 54 cọc. Tra bảng 4 trang 83 sách HDTKTNKTĐCA ta có: ηc = 0,38. Tra bảng 6 trang 84 sách HDTKTNKTĐCA ta có: ηmv = 0,2. ị Rnt = 2,0.472,3054.38,0.43,1 472,30.43,1 + = 1,3 Ω Rnt > 0,984 Ω ị Không thoả mãn yêu cầu của hệ thống . + Cho l a = 0,5 ị a = 0,5 . l = 0,5. 3 = 1,5 m. n = 5,1 152= a L =108 cọc. Lấy n = 108 cọc Tra bảng 4 trang 83 sách HDTKTNKTĐCA ta có: ηc = 0,27. Xác định ηmv: Từ trên ta có : 3= l a thì ηmv = 0,46 2= l a thì ηmv = 0,3 1= l a thì ηmv = 0,2 Ta có đồ thị: Từ đồ thị ta có với 5,0= l a thì ηmv = 0,17 ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 46 ⇒ Ω=+= 93,017,0.472,30108.27,0.43,1 472,30.43,1 ntR Rnt < 0,984 Ω thoả mãn yêu cầu của hệ thống nối đất. Vậy ta bố trí 113 cọc bổ xung vào hệ thống mạch vòng . 2.3.2. Điện trở nối đất xung kích . Do ảnh hưởng của mùa sét nên điện trở nối đất xung kích được tính tương ứng với hệ số mùa K ms. + Điện trở của mạch vòng là : td KL L KR dmsmvms 2 ln 2 . Π= ρ Với hệ số mùa sét Kms tra trong bảng 19.2 sách Kỹ Thuật Điện Cao áp của tác giả Võ Viết Đạn. Với mạch vòng nằm ngang độ chôn sâu 0,8 m. Ta chọn :Kms = 1,25. Trong tính toán nối đất an toàn ta có : L =162 m ρđ = 8,0. K = 5,75. d = 0,25. ⇒ 25,0.8,0 162.75,5ln 162.14,3.2 80.25,1 2=mvmsR = 1.33 Ω + Cùng với Rc = 30,472 Ω và số cọc là 108 cọc ta tính điện trở nối đất nhân tạo theo yêu cầu của điện trở xung kích . Ta có: mvmvcmv cmv ntxk RnR RR R ηη += .. . Với ηmv = 0,17 . ηc = 0,27, ⇒ 17,0.472,30108.27,0.277,1 33,1.472,30 +=ntxkR = 0,989 Ω. Ta có tổng trở xung kích tại thời điểm t = τđs. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 47 Z ( ) ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= ∑∞ = − 1 2 1 0 1121 2 1,0 K T ds ds K ds e K T lg τ ττ _ Giả thiết dòng điện đi theo hình 2.1 và điện cực này xem như có 2 nhánh ghép song song cách xa nhau. Khi đó chiều dài mỗi nhánh : l = mL 81 2 162 2 == - Điện cảm trên một đơn vị dài L0 của 1 nhánh là: ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −= 31,0ln2,00 r ll Với r = m125,0 2 25,0 = ⇒ ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −= 31,0 125,0 81ln2,00l = 1,234 - Điện dẫn trên một đơn vị dài g0 của 1 nhánh : lR g ntxk .2 1 0 = Rntxk : là điện trở nhằm tạo tính yêu cầu nối đất xung kích. l : là chiều dài 1 nhánh. ⇒ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ Ω== mg 10062,0 81.989,0.2 1 0 Từ đó ta có : 2 2 2 2 00 1 14,3 81.0062,0.23,1.. =Π= lgl T ⇒ T1 = 5,074 μs. 30 150== a I s dsτ = 5 μs. Ta có : ∑∑∑ ∞ = −∞ = −∞ = −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ − 1 2 1 2 1 2 111 K T K T K K e K e K K ds K ds τ τ ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 48 = ∑∞ = − −Π 1 2 2 6 K T K e K dsτ Đặt A = K ds T K e K τ−∞ = ∑ 1 2 1 ⇒ A = 222 .....32 K eeee K ds K ds K ds K ds TTT T τττ τ −−−− ++++ Với 21K TTK = Trong đó :T1 = 5,074 μs. ⇒ 21 1 074,5=KT = 5,074 μs. 22 2 074,5=KT = 1,269 μ 23 3 074,5=KT = 0,564 μs. Ta có: Với TK2 = 1,269 μs thì: 269,1 5= K ds T τ = 3,94 > 3 Vì vậy: K ds Te τ− ≅ 0 Vì vậy để xác định A ta cần tính đến TK2 = 1,269 μs. ⇒ A = 2 074,5 5 2 074,5 5 21 −− + ee A = 0,372 + 0,0049 = 0,3771 Ta có : ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −Π+= 3771,0 65 074,5.21 81.062,0.2 1,0 2 dsZ τ = 3,554 Ω - Biên độ dòng điện sét Is = 150 kA. Ta có điện áp tại đầu cực tại thời điểm τđs là : ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 49 U (0, τđs ) = Is . Z (0, τđs ) = 150 . 3,554 ⇒ U (0, τđs ) = 533,13 kV Với U (0, τđs ) = 533,13 kV lớn hơn nhiều so với điện áp phóng điện của chuỗi sứ là U50% = 460 kV Vậy ta phải nối đất bổ xung. Có ngĩa là tại chỗ dòng điện sét đi vào ta phải nối thêm một bộ phận nối đất. Hình thức của loại nối đất này đó là nối đất tâp trung. Vì vậy khi tính đến điện trở xung kích cần phải chú ý đến ảnh hưởng của nó. 2.3.3.Nối đất bổ xung. Trong trạm có nhiều điểm cần nối đất bổ xung nhưng để đơn giản ta chỉ xét nối đất bổ xung tại 1 điểm và giả thiết sóng xung kích đi vào hệ thống nối đất tại điểm ấy . Như vậy phần nối đất bổ xung ta dùng một thanh ngang dài 15m chôn sâu t= 0,8m , dùng loại thép dẹt có b = 0,04m và 5 cọc thép dài 3m loại thép góc L60 × 60 × 60 ×6 mm được bố trí như hình 2.4. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 50 Hình 2.4. - Điện trở của thanh ngang ở tần số công ngiệp là: td Kl l KR dmsT 2 ln .2 . Π= ρ Trong đó: Kms = 1,25 ρđ = 80 Ω l = 15 m K = 1 02,0 2 04,0 2 === bd m t = 0,8 m ⇒ 8,0.02,0 15.1ln 15.14,3.2 80.25,1 2=TR = 10,139 Ω - Điện trở của 1 cọc : ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ − ++Π= lt lt d l l R ttC , , 4 4ln 2 12ln .2 ρ Trong đó : mt 3,2 2 38,0, =+= ρtt = ρđ . Kms với Kms = 1,15 d = 0,95b = 0,95. 0,06 = 0,057 m ⇒ ρtt = 80. 1,15 = 92 Ω ⇒ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − ++= 33,2.4 33,2.4ln 2 1 057,0 3.2ln 3.14,3.2 92 CR = 24,391 Ω. Vậy điện trở nối đất của hệ thống nối đất hình tia có chôn cọc là: CTTC Tc Bxxk RnR RR R ηη ... . += Trong đó: Rc, RT là điện trở nối đất của cọc và thanh hình tia n = 5 là hệ số cọc. μc, μT là hệ số sử dụng của cọc và thanh. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 51 a là khoảng cách giữa các cọc. a = 3m. L là chiều dài mỗi cọc . L = 3m. Ta có tỷ số 1= l a Tra bảng 3 và bảng 5 sách Hướng Dẫn Thiết Kế Tốt Nghiệp Kỹ Thuật Điện Cao áp của tác giả Nguyễn Minh Chước ta có: ηc = 0,73. μT = 0,74 ⇒ 73,0.139,10.574,0.391,24 391,24.139,10 +=BxxkR = 4,492 Ω. - Tính toán điện trở nối đất khi có nối đất bổ xung. Giả sử sóng cùng đi vào hệ thống nối đất như trước thì ta có: ( ) ∑∞ = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ Π− + ++= 1 2 2 cos 1 2. ,0 K T x Bx Ntxk k Ntxk ntxkBx NtxkBx ds K dsk e R R x R RR RRZ τ τ Trong đó: Rntck: là điện trở nối đất nhân tạo xung kích. Rbx: Là điện trở nối đất bổ xung. T1 = 0,574 μs. Ta xác định được: 1 2 T x dsk τ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ Π Để đảm bảo được chính xác ta lấy giá trị: 1 2 T x dsk τ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ Π ≤ 3 . ⇒ ⎟⎟⎠ ⎞⎜⎜⎝ ⎛ 074,5.14,3 5 2Kx ≤ 3. ⇒ xK ≤ 5,48 xK là ngiệm phương trình: tgx = - x R R Bx Ntxk . ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 52 ⇒ tgx = - x 492,4 989,0 = -0,22 x Để giải phương trình ta dùng phương pháp đồ thị. Giao điểm của đường thẳng y = tg x và y = -0,22 x sẽ là ngiệm của phương trình. Với các ngiệm ta chỉ lấy thoả mãn với điều kiện trong khoảng: 0 < xk < 5,48 - Ta có đồ thị: y = tg x và y = 0,22 x Giá trị thoả mãn 0 < xk < 5,48 là xk = 2,62 Vậy: ( ) 2 2,62 5 3,14 5,074 ds 2 4,429.0,989 2.0,989 Z 0, e 14,429 0,989 0,22 cos 2,62 ⎛ ⎞−⎜ ⎟⎝ ⎠τ = ++ + = 1,4 Ω. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 53 Điện áp tại đầu cực nối đất khi có dòng điện đi vào với Is = 150kA là: U( 0,τđs ) = Is. Z(0,τđs ) =150 . 1,45 =217,5 kV. Vậy U( 0,τđs ) = 217,5 kV < U50% = 460 kV (Điện áp phóng điện của chuỗi sứ ). Như vậy hệ thống nối đất được thoả mãn. Kết luận: Sau khi tính toán ta thấy để đảm bảo yêu cầu của hệ thống nối đất trong trạm ta cần phải thiết kế hệ thống nối đất mạch vòng có chôn cọc nối đất và bổ xung một hệ thống thanh và cọc dạng tia là hợp lí. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 54 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY 110KV 3.1.Yêu cầu đối với bảo vệ chống sét đường dây. - Đường dây tải điện là phần tử dài nhất trong hệ thống điện nên dễ xảy ra hiện tượng sét đánh và chịu tác động của quá điện áp khí quyển. Quá điện áp khí quyển có thể dẫn đến cắt máy cắt đường dây ảnh hưởng đến sự cung cấp của lưới điện đồng thời có thể phá hoại cách điện của các thiết bị trong trạm nên ta phải tiến hành ngiên cứu chống sét cho đường dây tải điện. Đặc biệt là những đường dây gần trạm với tham số lớn gây nguy hiểm cho cách điện, thiết bị trong trạm . - Quá điện áp xuất hiện trên đường dây là do sét đánh trực tiếp vào dây dẫn, vào dây chống sét ,vào cột của đường dây hoặc đánh xuống đất trong phạm vi gần đường dây gây cảm ứng lên đường dây. Khi xét đến chỉ tiêu kinh tế ta không thể chọn theo mức cách điện đường dây đáp ứng được yêu cầu quá điện áp khí quyển, vị trí của quá điện áp khí quyển là rất lớn mà chỉ có chọn theo mức độ hợp lí về kinh tế và kỹ thuật. - Với độ treo cao trung bình của dây chống sét là h đường dây chống sét sẽ thu hút về phía mình các phóng điện sét trên dải đất có chiều rộng là 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây. +Tổng số lần sét đánh vào đường dây hàng năm được tính theo công thức : N = (0,6÷ 0,9).htb.L.nngs.10-3 (3-1) Trong đó : - htb là chiều cao trung bình của dây chống sét (m). - L là chiều dài đường dây(Km). - nngs là số ngày có sét hàng năm trong khu vực có đường dây đi qua. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 55 + Tuỳ theo vị trí sét đánh quá điện áp xuất hiện trên cách điện của đường dây khác nhau. Ta phân biệt như sau: - Số lần sét đánh vào đỉnh cột và khu vực gần cột: Nđc = 2 N Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: Nα = N.Vα Vα :là xác xuất đánh vào dây dẫn phụ thuộc vào góc α. Ta có :lg Vα = 490 −hcα + hc là độ cao của cột + α là góc bảo vệ . - số lần sét đánh vào điểm giữa khoảng vựơt Nkv = N – Nđc - Nα +Khi bị sét đánh quá điện áp tác dụng vào cách điện của đường dây có thể gây ra phóng điện. Nó đặc trưng bởi xác xuất phóng điện Vpđ và tương ứng với số lần phóng điện : Npđ = N . Vpđ + Khi có phóng điện trên cách điện của đường dây, máy cắt có thể bị cắt ra nếu có xuất hiện hồ quang tần số công nghiệp tại nơi phóng điện. 3.2. Các thông số tính toán chỉ tiêu chống sét cho đường dây tải điện . 3.2.1. Các thông số ban đầu. - Đường dây tải điện 110 kV với số lộ là 2 lộ đơn. - Loại cột sắt. - Chuỗi sứ 7 bát chọn loại Π - 4,5 dài 1,2 m. - Dây dẫn AC – 95. - Dây chống sét C – 70. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 56 - Khoảng vượt lkv = 180m. - Điện trở xuất của đất ρ = 75 Ωm. - Điện trở nối đất Rc = 12Ω. - Số ngày sét đánh trong 1 năm: nngs = 95 ngày/năm. - Nhiệt độ lớn nhất 40oC. - Góc bảo vệ pha A: αA = 230. - Góc bảo vệ pha B,C: αB,C = 200. 3.2.2.Các số liệu tính toán. - Dây chống sét C 70 chọn đường kính dcs = 11,4mm; r = 5,7 mm. - Chiều cao cột hc = 18m. - Điện áp phóng điện của chuỗi sứ U50% = 660 kV. - Hệ số hiệu chỉnh vầng quang 110 kV là λ = 1,3. - Chiều cao của dây chống sét: hcs = 18 m. - Chiều cao của pha A là: hA =14,2 m. - Chiều cao của pha B và pha C là h(B,C) = 11,2 m. 1. Độ cao trung bình của dây chống sét. tbcsh = hcs - csf3 2 Trong đó: fcs : Là độ võng của dây chống sét. * Tính fcs. - Theo chương 7 trang 159 sách thiết kế cấp điện của tác giả Ngô Hồng Quang và Vũ Văn Tẩm ta có: max 1 2 8 . δ glf kvcs = Với : lkv là chiều dài khoảng vượt . g1 là tỷ tải do trọng lượng bản thân dây. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 57 1000 0 1 gg = , N/m.mm2. g0 là trọng lượng riêng của chất cấu tạo dây.N/dm3 Với dây thép ta có g0 =77N/dm3. ⇒ 1000 77 1 =g = 77 . 10-3 N/m.mm2. Tính δθmax. Tacó phương trình trạng tháI: )( 2424 . minmax 0 0 2 0 2 3 2 max2 max0 2 1 2 max θθβ α δβδδβδ θθ −−−=− cbao kv c kv glgl g3 là tỷ tải tổng hợp: 22213 ggg += N/m.mm2. g2 là tỷ tải do áp lực gió gây nên: 3 2 2 10..16 ....81,8 F vdc F Pg α== α: là hệ số biểu thị sự phân bố không đồng của gió trên đỉnh cột. α = 1 ; v = 20 m/s. d: là đường kính dây dẫn, với dây C 70 chọn d = 11 mm. F: là tiết diện của dây dẫn: F = 70 mm2. C: là hệ số bề mặt của không khí phụ thuộc bề mặt chịu gió. Với dây có d < 20 mm thì c = 1,1. ⇒ 32 10.70.16 20.11.1,1.1.81,9=g = 42,4. 10-3 N/m.mm2. ⇒ ( ) 623 10.4277 −+=g = 87,71. 10-3 N/m.mm2. Theo bảng 7.4 sách thiết kế cấp điện ta có: α0 = 12. 10-6 C0 1 E = 19,6. 104 N/mm ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 58 ⇒ 40 10.6,19 11 == E β = 5,1. 10-6 mm2/ N. === 5,2 540 n gh cp δδ 216N/ mm2. + Khoảng vượt tới hạn: ( ) ( )( ) 622 6 2 1 2 3 min 10.779,87 52510.12.24216 24 − − − −=− −= gg l baocpth θθαδ = 386,67m Khoảng vượt của cột là l = 180 m < lth = 386,67 m ⇒ ứng suất lớn nhất sẽ xuất hiện trong dây khi θmin. Lấy δmin = δcp =216 N/mm2. ⇒ Ta có phương trình: ( )540 10.1,5 10.2,1 216.10.1,5.24 10.9,87.180216 ..10.1,5.24 10.77.180 6 6 26 622 2 max 6 622 max −−−=− − − − − − − θ θ δδ ⇒ δ2θmax ( δθmax – 95,1 ) = 1569441,176 GiảI phương trình ta có: δθmax = 158 N/mm2. ⇒ Độ võng của dây là: m gl f kvcs 974,1158.8 10.77.180 8 . 32 max 2 1 === − θδ ⇒ Độ cao trung bình của dây thu sét: cscstbcs fhh 3 2−= = 18 - m684,16974,1 3 2 = 2. Độ treo cao trung bình của dây dẫn. Ta dùng cột hình Π có 1 dây chống sét bố trí như hình vẽ 3.1 . ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 59 * Tính độ võng của dây dẫn điện. - Theo chương 7 trang 159 sách thiết kế cấp điện của tác giả Ngô Hồng Quang và Vũ Văn Tẩm ta có: max 1 2 8 . δ glf kvdd = Với : lkv là chiều dài khoảng vượt . g1 là tỷ tải do trọng lượng bản thân dây. F FgFgg BBAA 1000 .. 03,11 += , N/m.mm2. gA là trọng lượng riêng của nhôm: gA = 26,5 N/dm3 gB là trọng lượng riêng của thép: gB = 77 N/dm3 FA : là tiết diện của nhôm: FA = 95,4 mm2. FB : là tiết diện của thép: FB = 15,9 mm2. F: là tiết diện của dây dẫn: F = FA + FB = 111,3 mm2. ⇒ 31 10.7,343,111.1000 9,15.775,94.5,2603,1 −=+=g N/m.mm2. Tính δθmax. Tacó phương trình trạng thái: )( 2424 . minmax 0 0 2 0 2 3 2 max2 max0 2 1 2 max θθβ α δβδδβδ θθ −−−=− ACbao kv Ac kv glgl δθmax là ứng xuất tương ứng. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 60 lkv là chiều dài khoảng vượt. β0 : là hệ số kéo dài đàn hồi của vật liệu làm dây dẫn. AFe aEE a + += 10β EFe: là mô đun đàn hồi của vật liệu thép: EFe = 196.103 N/mm2. EA: là mô đun đàn hồi của vật liệu nhôm: EA = 61,6.103 N/mm2. 6 5,4.1 5,4.6 === A Fe F F a 330 10.6,61.610.196 61 + +=β = 12,376.10-6 mm2/N g3 là tỷ tải tổng hợp: 22213 ggg += N/m.mm2. g2 là tỷ tải do áp lực gió gây nên: 3 2 2 10..16 ....81,9 F vdc F Pg α== α: là hệ số biểu thị sự phân bố không đồng của gió trên đỉnh cột v = 31,5 mm , ⇒ α = 1 C: là hệ số bề mặt của không khí phụ thuộc bề mặt chịu gió. Với dây có d > 20 mm thì c = 1,2. d = 31,5 mm , F = 111,3 mm2 ⇒ 3 2 2 10.3,113.16 20.5,31.2,1.1.81,9=g = 83,07.10-3 N/m.mm2. ⇒ g3 = ( ) 3622 10.645,8910.07,837,34 −− =+ N/m.mm2. α0: là hệ số giãn nở dài của dây phức hợp. α0 = AFe AAFeFe EaE EaE . ... ª + + αα ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 61 αFe: là hệ số giãn nở dài của thép: αFe =12.10-6 C0 1 αA: là hệ số giãn nở dài của dây nhôm: αA =23.10-6 C0 1 33 3636 0 10.6,61.610.196 10.6,61.10.23.610.196.10.12 + +=⇒ −− α = 19,2 .10-6 C0 1 θmax: là nhiệt độ lớn nhất: θmax = 400C. θbao: là nhiệt độ khi bão : θbao = 25 0C. - Tính ứmg suất dây AC- 95 theo trạng thái θmin và θbao với : 2/5,78 2 157 mmN n ACgh Accp === δδ ( )( )[ ] 0 min00min . 1 βθθααδδθ AAAgh EE−−−= θ0 : Nhiệt độ môi trường chế tạo dây: Lấy θ0 =15 0C. θmin : Là nhiệt độ nhỏ nhất: θmin = 50C. δθmin = [78,5-(23.10-6-19,2.10-6)(15- 5).61,6.103] 63 10.316,12.10.6,61 1 − = 99,9 N/mm2. δbão = [δcp – ( αA - αAC)(δ0 - δbão).EA] A AC E E ( )( )[ ] 0 0 . 1 βθθααδ AAbaoACAAcp EE−−−= δbão : là nhiệt độ khi bão. Lấy δbão = 25 0C. ⇒ δbão=[78,5-(23.10-6-19,2.10-6)(15-25).61,6.103] 63 10.376,12.10.6,61 1 − = 106,04 N/mm2. Khoảng vượt tới hạn của dây AC – 95 là: ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 62 ( ) ( ) 2323 6 2 min 1 2 3 min 9,99 10.7,39 04,106 10.645,89 525.10.23.2424 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛−⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛−⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= −− − θαα θθα ACACbao baoA th gg l ⇒ lth = 135,647 m. Khoảng vượt của cột là l = 180 m > lth = 135,647 m ⇒ ứng suất lớn nhất sẽ xuất hiện trong dây khi có bão: δmax = δbao = 106,04 N/mm2. Độ võng lớn nhất xuất hiện lúc δmax và v = 0 m/s. ⇒ Ta có phương trình: ( ) ( )2540 10.376,12 10.2,19 04,106.10.376,12.24 10.645,87.180106 ..10.376,12.24 10.7,34.180 6 6 26 622 2 max 6 232 max −−−=− − − − − − − θ θ δδ ⇒ δ2θmax ( δθmax – 8,25 ) = 123883,444 Giải phương trình ta có: δθmax = 53 N/mm2. ⇒ Độ võng của dây là: m gl f kvdd 654,253.8 10.7,34.180 8 . 32 max 2 1 === − θδ + Độ cao trung bình của dây dẫn pha A là : hdd(tb) = hdd - 3 2 fdd hdd(tb) = 14,2 - 3 2 . 2,654 = 12,43 (m) + Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha (B,C) hdd(tb) = hdd - 3 2 fdd (m) (3-7) hdd(tb) = 11,2 - 3 2 . 2,654 = 9,43 (m) 3. Tổng trở sóng của dây dẫn được tính theo công thức ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 63 Zdd = 60.ln dd )tb(dd r h.2 (Ω) (3-8) a. Tổng trở sóng của dây dẫn pha A : Zdd = 60.ln 310.75,6 43,12.2 − = 492,688 (Ω) b. Tổng trở sóng của dây dẫn pha B và pha C : Zdd = 60.ln 310.75,6 43,9.2 = 476,155 (Ω) 4. Tổng trở sóng của dây chống sét : a. Khi không có vầng quang : Zcs = 60.ln cs )tb(cs r h.2 (Ω) (3-9) Zcs = 60.ln 310.7,5 684,16.2 − = 520,49 (Ω) b. Khi có vầng quang : Do ảnh hưởng của vầng quang điện sẽ làm điện dung tăng lên do đó làm tổng trở sóng giảm đi vì vậy ta phải chia cho hệ số hiệu chỉnh λ Đường dây 110 kV dùng dây chống sét treo toàn tuyến. Tra trong bảng 3-3 sách hướng dẫn thiết kế KTĐCA ta chọn λ = 1,3. Vậy ta có : Zcs(vq) = 379,4003,1 49,520 ==λ csZ Ω (3-10) 5. Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn với dây chống sét : ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 64 Hình 3 - 2 Hệ số ngẫu hợp của dây dẫn và dây chống sét được xác định theo công thức : K = 2 2 2 2 2 ln ln r h d D K K (3-11) Trong đó: D2K và d2K là các khoảng cách được biểu thị trên hình vẽ (3-2). D2K= 2)tb(dd)tb(cs2xμ )h+h(+)l( (m) (3-12) d2K = 2)tb(dd)tb(cs2xμ )h_h(+)l( (m) - L xà : là chiều dài xà treo dây dẫn - h2 và r2 là chiều cao trung bình và bán kính của dây chống sét - h2 = hcs(tb) = 16,684 (m) ; r2 = 5,7.10-3 (m) a. Tính hệ số ngẫu hợp của pha A với dây chống sét. Ta có : hdd(tbA = 12,43 (m) - Chiều dài xà treo dây A: Ta có: αA =230 Chiều cao từ cột thu sét đến pha A: 18- 14,2= 3,8 (m) Gọi chiều dài xà là X ta có: tgα = 8,3 X ⇒ tg230= 8,3 X ⇒ X=1,613 m Vậy ta tính được giá trị D2A và d2A: D2A = 22 )43,12684,16(613,1 ++ = 29,16 (m) d2A = 22 )43,12-684,16(613,1 + = 4,55 (m) Hệ số ngẫu hợp của pha A là : ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 65 KA = 0057,0 684,16.2ln 55,4 16,29ln = 675,8 858,1 = 0,214 Khi có ảnh hưởng của vầng quang hệ số ngẫu hợp của pha A là : KAvq = KA.λ = 0,214.1,3 = 0,278 b. Tính hệ số ngẫu hợp của pha B và C đối với dây chống sét ta có : hdd(tb) B,C = 9,43 (m) ; + Tính chiều dài xà treo dây B , C. Ta có góc bảo vệ pha B, C là αB = αC = 200. Chiều cao từ cột thu sét đến pha B, C là: 18 – 11,2 = 6,8 m. Gọi chiều dài xà là L ta có: tg 200 = 8,0 L ⇒ L = 6,8. tg 200 = 2,475m. Vậy ta có chiều dài xà là 2,475m. Vậy ta tính được các giá trị D2B,C và d2B,C : D2B,C = 22 )43,9684,16(475,2 ++ = 26,231 (m) d2B,C = 22 )43,9-684,16(475,2 + = 7,665 (m) Hệ số ngẫu hợp của pha B,C là : KB,C = 3_10.7,5 684,16.2ln 665,7 231,26ln = 0,142 (m) Khi có ảnh hưởng của vầng quang, hệ số ngẫu hợp của pha B và C sẽ là: KB,Cvq = KB,C. λ = 0,142.1,3 = 0,184 3.3. Tính toán các chỉ tiêu. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 66 3.3.1. Xác định tổng số lần sét đánh vào đường dây trong 1 năm với chiều dài 100 Km . N = (0,6÷ 0,9).h.L.nngs.10-3 (lần/100Km năm) Theo các số liệu ở trên ta có: N= (0,6÷0,9). 16,684. 110,95. 10-3 N= ( 95,1÷ 142,65 ) (lần /100Km năm) Ta chọn khả năng nguy hiểm nhất là có vùng xảy ra nhiều sét để tính. Ta lấy giá trị N= 142,65 (lần/100 Km năm ) là tổng số lần sét đánh vào đường dây. 3.3.2. Tính suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn (ncđ ) Ta có: ncđ = N. Vα. η. Vpđ - Xác suất này sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: lg Vα = (α. 90 h cs ) - 4 (3-13) Trong đó : - α là góc bảo vệ của dây chống sét đối với dây dẫn. - hcs: chiều cao của dây chống sét ở cột (chiều cao cột điện). ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 67 Hình 3 - 4 Có thể xem tại nơi sét đánh , mạch của khe sét được ghép nối tiếp với tổng trở sóng của dây dẫn có trị số bằng : Zdd / 2 (dây dẫn 2 phía ghép song song ). Vì tổng trở sóng của dây dẫn khá lớn ( Zdd = 400÷500 Ω ) nên dòng điện sét giảm đi nhiều so với khi sét đánh vào nơi có nối đất tốt. I= Is. 2 Z +Z Z dd 0 0 ≈ 2 Is (3-14) Khe sÐt Zdd Is 2 Is 4 Is 4 Zdd Hình 3 - 4 Từ đó ta tính được điện áp dây dẫn khi bị sét đánh : Udd = 4 . ddZI (3-15) Trong đó Zdd là tổng trở sóng của dây dẫn. Nếu điện áp dây dẫn lớn hơn mức cách điện xung kích của chuỗi cách điện thì sẽ có phóng điện trên cách điện, gây sự cố ngắn mạch 1 pha chạm đất. N(1) do sét : Udd ≥ U0,5 (3-16) U0,5 trị số phóng điện xung kích bế nhất của chuỗi cách điện. Vậy 4 . ddZI ≥ U0,5 Độ lớn của dòng điện sét đủ lớn để gây lên phóng điện trên cách điện đường dây là: ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 68 I ≥ dd dd Z U.4 (3-17) Vậy xác suất phóng điện là : Vpd = P {I ≥ dd 5,0 Z U.4 }= dd 0,5 26,1.Z -4.U e (3-18) Suất cắt do sét đánh vào dây dẫn được xác định theo công thức : ncđ = Ndd. Vpđ. η (3-19) Trong đó : - Ndd là số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn trên chiều dài 100 Km - Ndd = N.Vα - N là tổng số lần sét đánh trên đường dây chiều dài 100 Km trong một năm - N= 142,65 lần/100 Km năm. - Vα là xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét xác định theo công thức (3-13). - η là xác suất hình thành hồ quang - Vpđ là xác suất phóng điện Vpđ = dd 0,5 26,1.Z -4.U e - Zdd là tổng trở riêng của dây dẫn được xác định theo công thức (3-8) Zdd = 60ln dd dd r h2 Trong đó : - hdd là độ cao trung bình của dây dẫn - rdd là bán kính của dây dẫn Đường dây 110 kVđược tính toán với dây dẫn AC-95 có : r = 6,75 mm = 6,75.10-3 m Ta có : npđdd = N. Vα. ..1,26 .4 5,0 ddZ U e − (lần / 100 Km năm) (3-20) ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 69 Theo công thức (3-20) ta có nhận xét : ™ Khi chiều cao trung bình của dây dẫn tăng thì Zdd tăng do đó dd 5,0 Z.1,26 U.4 giảm và dẫn đến 0,5 dd -4.U 26,1.Ze tăng (nghĩa là Vpđ tăng), từ đó ta có ndd tăng. Với lý do như vậy ta chọn pha B (pha trên cùng ) làm pha tính toán cho suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. Vì pha này có góc α lớn và hdd lớn αA = 230 Zdd = 429,688 Ω ™ Tính toán suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào pha A Theo công thức (3-13): lg Vα = (α. 90 h cs ) - 4 Với : αA = 230 ; hcs = 18 (m) Ta có : lg Vα = 90 1823 - 4 = -2,9158 Vậy Vα = 0,0012 ™ Tính xác suất hình thành hồ quang η : η = f(ELV) (3-21) η phụ thuộc vào cường độ điện trường (Elv) đưọc xác định theo công thức : Elv = ®p fa l U (kV/ m) Trong đó : - U pha là giá trị hiệu dụng của điện áp pha (kV) Ufa = 3 110 = 63,508 kV - lpđ là chiều dài mạch phóng điện lấy bằng chiều dài chuỗi sứ lpđ = 1,2m ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 70 Ta có : Elv = 2,1 508,63 = 52,92 (kV / m) Tra bảng (21-1) sách giáo trình KTĐCA và dùng phương pháp ngoại suy ta có η= 0,61. Vậy ta có xác suất hình thành hồ quang η= 0,61 Tính xác suất phóng điện Vpđ = dd 0,5 26,1.Z -4.U e Trong đó : - U0,5 là trị số điện áp phóng điện xung kích bé nhất của chuỗi cách điện đường dây. Tra bảng 3 sách hướng dẫn tốt nghiệp KTĐCA U0,5 = 660 kV - Zddlà tổng trở sóng riêng của dây dẫn pha B đã tính được ở trên là - Zdd (A) = 492,688Ω - Vậy xác suất phong điện Vpđ là : Vpđ = dd 0,5 26,1.Z -4.U e = 688,492.1,26 660.4− e = 0,8144 Tổng số sét đánh vào đường dây là N = 142,65 (lần/100Km năm ) Elv = ®p fa l U (kV/ m) Thay các giá trị Vα , η, -4.660 26,1.494,77e ,N vào công thức (3-21) ta có suất cắt do sét đánh vào dây dẫn là : Ncd = N. Vα,.η. 4.660 26,1.492,688e − ncd = 142,65. 0,0012. 0,61. 0,08144 = 0,085 lần/ 100 Km năm 3.3.3. Tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt: Tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt như sau : Nckv = Nkv.Vpđ.η (lần / 100 Km năm) trong đó : N kv số lần sét đánh vào khoảng vượt η xác suất hình thành hồ quang. Vpđ xác suất phóng điện. 1. Tính số lần sét đánh vào khoảng vượt ( Nkv) ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 71 Nkv = Nc = N/2 Nc :Tổng số lần sét đánh trong khoảng cột N :Tổng số lần sét đánh vào đường dây xét cho chiều dài 100 Km trong năm Vậy Nkv được xác định : Nkv = Nc = 2 65,142 = 71,325 (lần / 100 Km năm) 2. Tính xác suất hình thành hồ quang η Ở mục 3-3.2 áp dụng phương pháp ngoại suy vào hàm η = f(Elv) ở hình 3-5 ta đã tính được giá trị η = 0,61 3. Tính xác suất phóng điện (Vpđ) Khi sét đánh vào dây chống sét trong khoảng vượt để đơn giản ta giả thiết sét đánh vào điểm giữa khoảng vượt dòng điện sét sẽ chia đều về hai phía như hình vẽ (3-6) Hình 3 - 6 ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 72 Ở mỗi cột dòng điện có giá trị là at/2 giả thiết dòng điện sét có dạng xiên góc ta có phương trình của dòng điện sét : is = at nếu t < Τđs I nếu t ≥ Tđs Ta sẽ tính toán cho các giá trị a = 10,20,30,40,50,60,70,80,90,100 (kA/ μs) t = 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 (μs) ; Rc = 12 Ω a- Điện áp tại đầu cột D trên hình (3-6) có trị số bằng : UD = 2 at .R + Lccs. dt ) 2 at (d = 2 at .R + 2 a . Lccs = 2 a (t.R + Lccs) (3-23) Trong đó : - R là điện trở nối đất của cột điện - a là độ dốc dòng sét (kA/ μs) - Lccs là điện cảm thân cột tính từ mặt đất lên đến dây chống sét - Lccs = hcs. L0 ( Với hcs = 18 m ) - L0 điện cảm thân cột có giá trị là 0,6 (μH/m) Vậy : Lccs =18 .0,6 = 10,8 (μH) b. Điện áp xuất hiện trên dây dẫn : Udd = Kvq. UD + Ulv (3-24) Trong đó : - Ulv là điện áp làm việc của đường dây. Ulv được tính như sau : Ulv = T 2 . ∫T 0 3 2 U.sinωt.dt = Π 2 . 3 2 .U = 0,52U (KV) (3-25) Ulv = 0,52. 110 = 57,2 (kV) Ud -là điện áp tại điểm D Kvq là hệ số ngẫu hợp (khi kể đến ảnh hưởng vầng quang) giữa dây dẫn pha với dây chống sét ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 73 c. Điện áp đặt lên chuỗi sứ Điện áp đặt lên chuỗi cách điện là tổng đại số của các thành phần trên Ucđ = UD - Kvq.UD + Ulv (kV) = UD(1 - Kvq)+ Ulv (kV) = 2 a (1 - Kvq)(t.R + Lccs) + Ulv (kV) (3-26) Đối với loại cột điện ta thiết kế thì hệ số Kvq pha B hoặc pha C bé hơn so với của pha A Kvq(B,C) = 0,184 < Kvq (A) = 0,287 Do đó trong tính toán ta sẽ tính với pha B hoặc pha C. Vậy ta có Kvq=0,184 . Thay các trị số vào công thức (3-26) Lccs = 10,8 (μH) ; Ulv = 57,2 (kV) Ta có Ucđ = 2 a (1 - 0,184 )(t.R +10,8 ) + 57,2 Ucđ = 0,408 .a.(t.R +10,8 ) + 57,2 (3-27) Giá trị Ucđ khi sét đánh vào khoảng vượt với độ dốc a thay đổi ở các thời điểm t khác nhau với Rc = 12 Ω , ta lập được bảng sau (bảmg 3-1): ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 74 Bảng 3-1 a (kA/μs) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 150,22 4 119,18 4 248,11 4 297,10 4 346,06 4 395,02 4 443,98 4 492,94 4 541,09 4 590,864 20 243,04 8 338,72 439,08 8 537,08 8 634,92 8 732,84 8 830,76 8 928,68 8 1026,6 1 1124,53 30 336,27 2 483,15 2 630,03 2 776,91 2 923,79 2 1070,6 7 1217,5 5 1364,4 3 1511,3 1 1658,19 40 429,29 6 625,13 6 820,97 6 1016,8 2 1212,6 6 1408,5 1604,3 4 1800,1 8 1996,0 2 2191,86 50 522,32 767,12 1011,9 2 1256,7 2 1501,5 2 1746,3 2 1991,1 2 2235,9 2 2480,7 2 2725,52 60 615,33 4 909,10 4 1202,8 6 1496,6 2 1790,3 8 2084,1 4 2377,9 0 2671,6 6 2965,4 2 3259,18 4 70 708,36 8 1051,0 9 1393,8 1 1736,5 3 2079,2 5 2421,1 7 2764,6 9 3107,4 1 3450,1 3 3792,85 80 801,39 2 1193,0 7 1584,5 7 1976,4 3 2368,1 1 2740,2 1 3151,4 7 3543,1 5 3943,8 3 4326,15 90 894,41 6 1335,0 6 1775,7 2216,3 4 2656,9 8 3097,6 2 3538,2 6 3978.9 4419,5 4 4860,18 100 987,44 1477,0 4 1966,6 4 2456,2 4 2945,8 4 3435,4 4 3925,0 4 4414,6 4 4904,2 4 5393,84 Từ các số liệu tính được ở bảng 3-1 ta vẽ được hàm Ucđ= f(a,t) như hình vẽ (3-8) Trên hình vẽ 3-8 ta kết hợp vẽ đặc tuyến phóng điện của chuỗi sứ theo các số liệu ở bảng 3-2 Bảng 3-2 ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 75 t(μs) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 7Π- 4,5 1020 930 860 815 790 790 780 780 770 Khi Ucđ ≥ Upđcs sử dụng đồ thị trên hình (3-8) thì xác định được các tham số để tại đó xảy ra phóng điện trên chuỗi sứ. Giả thiết phóng điện xảy ra ở thời điểm t = Tđs thì cặp (Ii, ai) ta xác định được cặp thông số nguy hiểm (Ii, ai) qua công thức : Ii = ai. ti (kA) Từ cặp số (Ii, ai) ta vẽ được đường cong nguy hiểm (Hình 3-9) Xác suất phóng điện Vpđ là xác suất để cho cặp thông số của phóng điện sét (ai, Ii) thuộc miền nguy hiểm (MNH) có thể viết Vpđ = p {a,I∈MNH} hay dVpđ = p{a = ai}.p{I ≥ Ii} Ta dã biết : p{I ≥ Ii} = 1,26 iI e − = VI Vi là xác suất để dòng điện I lớn hơn giá trị Ii nào đó p = {a = ai} ≈ P{ai - da ≤ a ≤ ai + da}= dVa Va là xác suất để độ dốc a lớn hơn độ dốc ai nào đó Va = P{a ≥ ai}= 9,10 ia e − Từ đó ta tính được : dVpđ = Vi. dVa hay Vpđ = ∫ I IV 0 . dVa Với VI = 1,26 iI e − , Va = 9,10 ia e − ở đây ta sẽ xác định Vpđ bằng phương pháp Vpđ = ∑ = n i IiV 1 .ΔVai ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 76 Với các công thức tính toán đã trình bày ở trên , ứng với các giá trị của a ta có bảng kết quả ghi ở bảng sau - Bảng 3-3: Các giá trị ứng với R = 12 Ω Dựa vào các tính toán ở bảng 3-3 ta có các giá trị Vpđ ứng với R = 12 Ω ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 77 Bảng 3-3 a (kA/àS) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 tpi 13,3 6,5 4,25 3,19 2,55 2,1 1,8 1,43 1,25 1,1 Ii (kA) 133 130 127,5 112,6 125,25 122,6 127 114,4 110,7 110 VIi 0,00468 0,0059 0,0071 0,0074 0,0083 0,0093 0,0105 0,0125 0,0144 0,0148 Vai 0,399 0,1596 0,0638 0,0255 0,010 0,004 0,0016 0,00065 0,00026 0,0001 .Vai= Vai - Vai+1 0,2394 0,0958 0,0383 0,0155 0,006 0,0024 0,0009 0,00039 0,00016 0,0001 VIi..Vai 1,12.10- 3 0,56.10 -3 0,27.10 - 3 0,115.10 -3 0.05.10 -3 0,022.10 -3 0,009.10 -3 0,005.10 -3 0,0023.10- 3 0,0015.10 -3 Vpđ = ∑ = Δ 10 1 . i aiIi VV = 2,163.10 -3. 4. Tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt Ta tính theo công thức sau nkv = Nkv.Vpđ. η - Với điện trở nối đất Rc= 12 Ω nkv = 71,325. 2,163.10-3. 0,61 = 0,094 (lần / 100 Km năm) 3.3.4. Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột (nc) Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột ( nc) ta áp dụng công thức: nc = Nc.Vpđ. η (lần / 100 Km năm) (3-30) Trong đó : - Nc số lần sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột trong thời gian 1 năm trên chiều dài 100 Km - Vpđ là xác suất phóng điện - η là xác suất hình thành hồ quang ngắn mạch ổn định Để tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột ta sẽ lần lượt tính toán các giá trị Nc , Vpđ, η 1. Tính giá trị Nc : ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 78 Như ở phần 3.3.3 đã tính số lần sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột bằng số lần sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét và bằng 1/2 tổng số lần sét đánh vào đường dây. Ta có Nc = Nkv = N/2 = 71,325 (lần/100 Km năm) 2. Tính xác suất hình thành hồ quang η : Ở mục III-4 “ tính suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn” bằng phương pháp ngoại suy hàm n= f (Elv ) Hình 3-5 ta xác định được η= 0,61 3. Tính xác xuất phóng điện Vpđ: a. Điện áp cách điện của đường dây Ucđ(t): Hình 3 - 10 Hình vẽ (3 - 10). Sét đánh vào đỉnh cột đường dây có treo dây chống sét để đơn giản xét trường hợp sét đánh ngay trên đỉnh cột điện Hình (3 - 10). Phần lớn dòng điện sét đi vào đất qua nối đất của cột điện phần còn lại sẽ theo dây chống sét đi vào các bộ phận nối đất của các cột lân cận. Điện áp tác dụng lên cách điện đường dây gồm các thành phần : ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 79 * Điện áp giáng trên bộ phận nối đất cột điện icRc. Trong đó : - Rc là điện trở cột điện ( Rc = 12 Ω) - ic là dòng điện sét đi vào thân cột * Thành phần từ của điện cảm ứng, ý nghĩa của nó giống như khi có sét đánh xuống đất. Trong trường hợp này thành phần từ của điện áp cảm ứng được biểu thị ở dạng tổng các điện áp gây ra bởi dòng điện đi trong cột và trong khe phóng điện sét : Ucư(t) = lcdd. dt dic + Ndd (t). dt dis (3-31) Trong đó : - Hệ số Lcdd : trị số điện cảm của phần cột điện tính từ mặt đất tới mức treo dây dẫn : lcdd = L0. hdd - L0 điện cảm thân cột có giá trị L0 = 0,6 (μH/ m) - hdd là độ treo cao của dây dẫn ở vị trí cột (m ) * Hàm số Mdd (t) là hỗ cảm giữa khe phóng điện sét với mạch vòng “ dây dẫn - đất”. Trị số hỗ cảm là hàm của thời gian và chiều dài khe sét tăng cùng sự phát triển của phóng điện ngược : Mdd(t) = 0,2 hdd[ ln H HtV )1( . β+ + - ddh h 2 Δ ln h H Δ +1 ] (3-32) - hdd : độ treo cao dây dẫn ở cột (m) - H = hc + hdd - Δh = hc - hdd - hc : độ cao của cột điện (m) - V = β. c Với : + C là vận tốc truyền sóng trong không khí C = 300 m/ μs + V là vận tốc phát triển của phóng điện ngược của khe sét + β là tốc độ tương đối của phóng điện ngược của dòng điện sét ; lấy β = 0,3. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 80 Do đó : V = β. c = 0,3. 300 = 90 (m/ μs) + dt dic là tốc độ biến thiên của dòng điện trong cột, sự biến thiên có thay đổi trước và sau khi có phản xạ từ cột lân cận về. + dt dis = a là độ dốc của sóng sét (kA/ μs) Thành phần điện của điện áp cảm ứng gây ra bởi điện trường của khe hở phóng điện sét. Thành phần này được xác định giống như ở trường hợp sét đánh xuống đất , ký hiệu là Ucư (t) Ucđư (t) = (1- dd csvq h hK − ) β ddha.1,0 . ln[ Hhh HtVhtVhtV c c ....)1( ).)(.()(.( 2 Δ+ +Δ++ β (3- 34) Trong đó : - (1- dd csvq h hK − ) nói lên rằng Ucưđ giảm do tác dụng của dây chống sét - hc là độ cao của cột - hdd là độ treo cao của dây dẫn (m) - β là tốc độ tương đối phóng điện ngược của dòng điện sét (lấy β =0,3) - H = hc+ hdd (m) - h = hc - hdd - V = β. c = 0,3.300 = 90 (m/ μs) ( c là tốc độ truyền sóng bằng 300 (m/ μs), V là tốc độ phát triển của khe phóng điện ngược (m/s) ) - Kvq = K.λ ( Kvq là hệ số sét ngẫu hợp khi có xét vầng quang, λ là hệ số hiệu chỉnh do vầng quang λ =1,3 ) - a là độ dốc dòng điện sét (kA/ μs) ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 81 Thành phần điện áp trên dây dẫn gây ra bởi dòng điện đi trong dây chống sét. Nếu điện áp trên dây chống sét là Ucs (t) thì thành phần này sẽ bằng Kvq.Ucs(t) Với Kvq đã giải thích ở trên. Ucs(t) được xác định bởi công thức Ucs(t) = R. ic.+ Lccs. dt dic + a. Mcs(t) (3-35) Trong đó : ƒ - Lccs là điện cảm của thân cột từ mặt đất đến độ treo cao của dây chống sét ƒ Lc cs = L0. hcs ƒ hcs là độ treo cao của dây chống sét ở vị trí cột. ƒ L0 Đã được chọn là 0,6(μH/ m) ƒ a. Mcs(t) điện áp do hỗ cảm giữa mạch khe sét với mạch dây chống sét đất : a. Mcs(t) =Mcs(t) dt dis - Mcs(t) là hỗ cảm giữa mạch khe sét và mạch dây chống sét đất , hỗ cảm này cũng biến thiên theo sự phát triển của khe sét tức là biến thiên theo thời gian Mcs(t) = 0,2.hc.[ln )1(2 2. β+ + c c h htV +1] (3-36) Điện áp làm việc của đường dây như đã tính ở phần 3-5 “ tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt” ta có Ulv = . 3 2 .2Π Uđm Với Uđm là điện áp định mức của đường dây, Uđm = 110 kV Vậy Ulv = . 3 2 .2Π 110 = 57,2 kV ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 82 Ba thành phần đầu của điện áp tác dụng lên cách điện đường dây có cùng dấu và khi phóng điện sét có cực tính âm thì chúng sẽ làm cho dây dẫn có điện thế dương so với cột điện. thành phần thứ tư ngược dấu nên làm giảm điện áp tổng trên cách điện , còn thành phần cuối cùng chọn cùng dấu với ba thành phần đầu vì cần tính theo điều kiện nguy hiểm nhất. Tóm lại khi sét đánh lên dây chống sét ở khu vực đỉnh cột điện áp trên cách điện được xác định theo biểu thức : Ucđ (t) = ic.R + Ucưđ(t) + Ucưt (t) - Kvq. Ucs(t) + Ulv (3-37) Hay là : Ucđ (t) = ic.R + Ucưđ(t) + Lcdd. dt dic + Mdd(t) dt sdi - Kvq - Ucs(t) +Ulv (3-38) b. Tính điện áp tác dụng lên chuỗi sứ pha A khi có sét đánh vào đỉnh cột : a. Thành phần điện áp Ucưđ (t) (kV) Ucưđ (t) đựơc tính theo công thức Ucưđ(t) = (1- dd csvq h hK . ) β ddha.1,0 . ln[ Hhh HtVhtVhtV c c ....)1( ).)(.()(.( 2 Δ+ +Δ++ β ] Trong đó : - KvqA = 0,278 ; H = hcs + hdd = 32,2 (m) - hcs = 18 (m) ; Δh = hcs - hd = 3,8 (m) - hdd =14,2 (m) ; β = 0,3 V = β. c = 0,3. 300 = 90 (m/ μs) Thay số vào ta có : Ucưđ(t) = (1- 2,14 18.278,0 ) 3,0 18.1,0 a . ln[ 2,32.8,3.18.)3,01( )2,32.90)(8,3.90()(18.90( 2+ +++ ttt ] Ucưđ(t) = 3,886.a.ln(0,267.t +0,0535) )2,3290)(8,390( ++ tt *. Thành phần điện làm việc của dây dẫn : ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 83 Như trên ta đã tính được : Ulv = 0,52.U = 0,52.110 = 57,2 kV *. Thành phần điện áp Ucs (kV) Ucs(t) = ic. R +Lccs. dt sdi + a.Mcs(t) ( kV) Với: Lccs = L0.hcs = 0,6.18 = 10,8 (μH) Mcs(t) = 0,2.hc. [ln )1(2 2. β+ + c c h htV +1] Trong đó : hc = hcs = 18 (m) ; V = 90(m/ μs) ; β = 0,3 Vậy Mcs(t) = 0,2.18. [ln 3,1.18.2 18.2.90 +t +1] = 3,6 [ln 8,46 18.2.90 +t +1] ic là dòng điện sét trong cột trước và sau phản xạ có khác nhau *. Thành phần điện áp Ucư(t) kV: Ucư (t) = Lcdd dt dic + Mdd(t) dt sdi = Lcdd dt dic + Mdd(t).a (kV) Các giá trị ở đây đã giải thích ở mục 1 phần III mục 3-6 Lcdd = L0.hdd = 0,6. 14,2 = 8,52 (μH) Mdd (t) = 0,2. hdd [ln H HtV ).1( . β+ + - ddh h 2 Δ ln h H Δ + 1] Thay giá trị của H, V, Δh, hdd, β ta có Mdd(t) = 0,2. 14,2 [ln 2,32).3,01( 2,32.90 + +t - 2,14.2 8,3 ln 8,3 2,32 + 1] = 2,84 [ ln( 2,15.t + 0,77) + 0,714] - dt cdi là độ dốc biến thiên dòng điện trong cột , sự biến thiên có thay đổi trước và sau khi có phản xạ từ cột lân cận về ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 84 *. Biểu thức tổng quát điện áp đặt lên chuỗi cách điện pha A : Khi sét đánh vào đỉnh cột sau khi đã xác định được các thành phần ta có : Ucđ (a,t) = Ulv + Ucư(t) + ic.R + Lcdd dt dic + a. Mdd(t) - Kvq[ic.R + + Lccs dt dic + a. Mcs(t)] (kV) Ucđ (a,t) = Ulv + Ucưđ(t) + ic.R(1- Kvq) + a( Mdd(t) - Kvq. Mcs(t) ) + + dt dic (Lcdd - Kvq. Lccs) Trong trường hợp trên ic và dt dic sẽ được tính theo hai trường hợp : ™ Trước khi có phản xạ từ cột lân cận bị sét đánh t ≤ c l2 : - với c là tốc độ truyền sóng c = 300 m/ μs - l là chiều dài khoảng vượt l = 180 m nên c l2 = 300 180.2 = 1,2 (μs) Để tính toán dòng điện trong cột và dt cdi ta vẽ sơ đồ thay thế trong trường hợp này ( hình 3-11) i = ats 2is ic Lc R cs a.M (t)cs Zcs 2 vq Hình 3 - 11 ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 85 Từ sơ đồ 3- 11 ta tính được dòng điện trong cột ic ic(t) = RZ a vq cs .2+ [ vqcsZ .t - 2Mcs(t) - 1α vq csZ ] (KA) Trong đó : α1 = cs c vq cs L RZ 2 2+ Với vqcsZ = 400,379 Ω ; Lccs = 10,8 (μH). Đã tính ở phần trước. Thay vào ta có α1 α1 = 8,10.2 2379,400 R+ = 18,536 + 0,0926 R Vậy ta có ic ứng với các giá trị R thay đổi là : ic(t) = R a .2379,400 + [400,379.t - 2Mcs(t) - R0926,0536,18 379,400 + ] (kA) - Tính dt cdi khi t ≤ c l2 = 1,2 (μs) Ta có dt cdi = RZ Za vq cs vq cs 2 . + = R a 2379,400 379,400. + (kA/ μs) ™ Sau khi có phản xạ từ cột lân cận về bị sét đánh với t ≥ 1,2 (μs) - do chỉ xét hai khoảng vượt lân cận bị sét đánh nên đoạn dây chống sét của khoảng vượt được thay thế bởi độ cảm Lcs và có sơ đồ mạch thay thế trong trường hợp này như hình vẽ 3-12 ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 86 i = ats 2ics Lc R cs a.M (t)cs 2 Lc R cs 2 Hình (3-12) Trong sơ đồ hình 3-12 độ cảm Lcs được tính theo công thức : Lcs = c lZ cs . (μH) ng đó Vâỵ : Lcs = 300 180.49,520 = 312,294 (μH) - Dòng điện ic(t) được tính ic(t) = a( 1- c cs cs csc cs LL tML + + 5,0 )]([ ).(1 - e-α2t )/ α2 Trong đó : α2 = cs ccs LL R 2 2 + Thay giá trị Lcs và Lccs vào ta có : α2 = 8,10.2294,312 2 + R = 0.006 R Vậy ta có dòng điện trong cột sau khi có phản xạ về là : ic = a( 1- 8,10294,312.5,0 )1 8,46 3690(ln6,38,10 + +++ t ).(1 - e-0,006 Rt)/ 0,006.R (kA) dt cdi được tính theo biểu- thức : dt cdi = a( 1- c cs cs csc cs LL tML + + 5,0 )]([ ). e-α2t ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 87 Vậy dt cdi = a( 1- 8,10294,312.5,0 )1 8,46 3690(ln6,38,10 + +++ t ).e-0,006Rt g. Sau khi tính được các giá trị ic(t) và dt cdi trước và sau khi có phản xạ ta thay tất cả các giá trị tìm được vào công thức : Ucđ (a,t) = Ulv + Ucưđ(t) + ic.R(1- Kvq) + a( Mdd(t) - Kvq. Mcs(t) ) + dt cdi (Lcdd - Kvq. Lccs) Với các giá trị : t = 0,5; 1; 1,66; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 (μs) a = 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100 (kA/ μs) R = 12 (Ω) * Với t ≤ 1,2 ta có : Ucđ (a,t) = 57,2 + 3,886.a.ln[(0,267t + 0,0535 ). )2,3290)(8,390( ++ tt ] + 0,0204 a [400,379 .t – 7,2(ln 8,46 3690 +t +1) –13,5] + a.{2,84[ln(2,15.t + 0,77) + 0,714] -[ln 8,46 3690 +t +1]} +5,2a. * Với t ≥ 1,2 ta có : Ucđ (a,t) = 57,2 + 3,886.a.ln[(0,267.t + 0,0535). )2,3290)(8,390( ++ tt ] + + 120,333.a( 1- 947,166 )1 8,46 3690(ln6,38,0 +++ t ).(1 - e-0,072Rt) + + a{2,84 . [ln 2,15t + 0,77) +0,714] - 1.[ln 8,46 3690 +t + 1]} + + 5,52.a.( 1- 947,166 )1 26,52 3690(ln6,38,10 +++ t ).e-0,072Rt Ta có giá trị của Ucđ(a,t) của pha A được ghi ở các bảng (3-6). ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 88 t a Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ 0,1 0,5 1 1,2 1,2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 129,49 233,54 316,77 345,1 340,8 6 430,5 8 514,9 7 602,1 6 733,7 9 736,3 3 794,3 1 847,0 6 895,6 5 940,5 3 20 201,78 409,58 576,34 633 624,52 503,96 972,74 1147,1 2 1288,3 8 1415,4 6 1531,4 2 1636,9 2 1734,1 1823,8 6 30 274,07 586,22 835,91 920,9 908,18 1177,3 1430,5 1692,0 8 1903,9 7 2094,5 9 2268,5 3 2426,7 8 2572,5 5 2707,1 9 40 346,36 762,56 1095,48 1208, 8 1191,8 4 1550,7 2 1888,2 8 2237,0 4 2519,5 6 2773,7 2 3005,6 4 3216,6 4 3411, 3590,5 2 50 415,65 938,9 1355,05 1496, 7 1475,5 1924,1 2346,0 5 2782 3135,1 5 3452,8 5 3742,7 5 4006,5 4249,4 5 4473,8 5 60 490,94 1125,2 4 1614,62 1784, 6 1759,1 6 2297,4 8 2803,8 2 3326,9 6 3750,7 4 4131,9 8 4479,8 6 4796,3 6 5087,9 557,18 70 563,23 1291,5 8 1874,19 2072, 5 2042,8 2670,8 6 2361,5 9 3871,9 2 4366,3 3 4811,1 1 5216,9 7 5586,2 2 5926,3 5 6240,5 1 80 635,52 1467,9 2 2133,76 2360, 4 2326,4 8 3044,2 4 3719,3 6 4416,8 8 4981,9 2 5490,2 4 5954,0 8 6376,0 8 6764,8 7123,8 4 90 707,81 1644,2 6 2393,33 2648, 3 2610,1 4 3417,6 2 4177,1 3 4961,8 4 5597,5 1 6169,3 7 6691,1 9 7165,9 4 7603,2 5 5007,1 7 00 780,1 1820,6 2652,9 2936, 2 2893, 8 3791 4643, 9 5506, 8 6213, 1 6848, 5 7428, 3 7955, 8 441,7 890,5 3. Tính xác suất phóng điện của chuỗi sứ pha A. Từ hình vẽ (3-12) vẽ quan hệ Ucđ = f(a,t) và Upđ = f(t) khi Ucđ ≥Upđ thì ta có thời gian phóng điện tpđ ở các độ dốc khác nhau của dòng sét. Từ đó ta có xác định được đường cong nguy hiểm Ia (Hình 3-13). Như đã biết xác suất để biên độ I của dòng sét lớn hơn giá trị Ii nào đó và xác suất để độ dốc a của dòng sét lớn hơn giá trị độ dốc ai nào đó được xác định theo công thức : V Ii = p{I ≥ Ii} = 1,26 iI e − Vai = p{a ≥ ai} = 9,10 ia e − Và tương tự ở phần sét đánh vào khoảng vượt ta có Vpđ = ∑ = n i 1 VIi . ΔVai ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 89 Trong tính toán về đường cong thông số nguy hiểm ta mới tính được 10 giá trị của a và I nên ta phải tiến hành ngoại suy để phủ kín giá trị của chúng. Với tính toán ở trên ta có bảng kết quả (3- 5). Ii = Ti. ai (kA) Bảng 3- 5 a (kA/μs 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ti (μs) 6,8 2,5 1,42 0,95 0,7 0,5 0,45 0,4 0,32 0,3 Ii (kA) 68 50 42,6 38 35 30 30 32 28,8 30 V Ii 0,054 0,093 0,159 0,171 0,173 0,191 0,2 0,216 0,2518 0,3049 Vai 0,3995 0,1596 0,0637 8 0,0254 8 0,0101 8 0,0040 6 0,0018 3 0,00064 0,00025 0,00001 .Vai= Vai- Vai+1 0,2399 0,0958 6 0,0383 2 0,0153 0,0061 2 0,0024 3 0,0009 8 0,00039 0,00015 0,00001 V Ii..Vai 0,0130 5 0,0089 0,0061 0,0026 3 0,0011 0,0004 6 0,0002 0,000084 0,000038 0,00000 3 Từ đó ta có : Với R = 12 Ω thì Vpđ = ∑ = n i 1 VIi . ΔVai = 0,03256 4. Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột Ta có. R = 12 Ω thì Vpđ = 0,03256 Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột được tính theo công thức 3-12 nc = Nc.Vpđ.η Trong đó N c = 71,325 ( lần / 100 Km năm ) - Khi Rc = 12 Ω suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột là : ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 90 nc = 71,325.0,03256. 0,61 = 1,4656( lần / 100 Km năm ) 3.4. Suất cắt tổng do sét đánh vào đường dây tải điện : Suất cắt tổng do sét đánh vào đường dây tải điện được tính theo công thức n = nc + nkv + ndd Với các giá trị nc , nkv , ndd đã tính được ta có : - Khi Rc = 12 Ω Ta có: n = nc + nkv + ndd = 1,4656+ 0,094 + 0,085 = 1,59556 (lần / 100 Km năm ) 3.5. Chỉ tiêu chống sét cho đường dây tải điện : m = 1/n ( năm / lần sự cố ) Thay các giá trị n vào ta có : - m = 1/ 1,59556 = 0,6275 ( năm/ lần sự cố) 3.6. Nhận xét Qua tính toán toàn bộ chương III ta có những nhận xét như sau : * Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn không phụ thuộc vào giá trị điện trở nôí đất mà chỉ phụ thuộc vào góc bảo vệ của dây chống sét với dây dẫn. * Cùng với một giá trị R nối đất của cột thì suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột luôn lớn hơn suất cắt do sét đánh vào khoảng cột. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Sách giáo trình kỹ thuật điện cao áp (GS, PTS Võ Viết Đạn). 2. Sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp (TS Nguyễn Thị Minh Chước ). 3. Chống sét cho nhà và công trình (Viễn Sum ). 4. Giáo trình mạng và hệ thống điện (Nguyễn Văn Đạm). 5. Thiết kế cấp điện ( Ngô Hồng Quang và Vũ Văn Tầm ) ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 92 ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 93 MỤC LỤC Trang Lời nói đầu ...................................................................................................... 1 Giới thiệu chung về tình hình sét ở Việt Nam ................................................ 2 A. Tình hình giông sét ở Việt Nam ........................................................... 2 B. Ảnh hưởng của giông sét ...................................................................... 5 Chương I. Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp ............................... 6 1.1. Giới thiệu chung ............................................................................. 6 1.2.Yêu cầu đối với cột thu sét và dây chống sét .................................... 8 1.3. Tính toán hệ thống chống sét ........................................................... 8 1.3.1.Các thiết bị trong trạm và nhiệm vụ tính toán .......................... 8 1.3.2. Các công thức sử dụng trong tính toán bảo vệ chống sét ........ 13 1.4.Vạch phương án và tính toán các phương án .................................... 14 1.4.1.Phương án I ............................................................................... 14 1.4.2.Phương án II .............................................................................. 21 1.4.3.Phương án III ............................................................................ 32 1.5.So sánh các phương án đưa ra phương án tối ưu ............................. 35 Chương II. Thiết kế và tính toán hệ thống nối đất .................................... 37 Giới thiệu chung ....................................................................................... 38 2.1. Phương pháp nối đất, các tham số ảnh hưởng đến điện trở nối đấtvà hiện tượng phóng đIện xung kích ............................. 38 2.1.1. Phương pháp nối đất ................................................................. 38 2.1.2. Các tham số ảnh hưởng đến nối đất .......................................... 38 2.1.3. Hiện tượng phóng điện xung kích ............................................. 40 2.2. Yêu cầu đối với hệ thống nối đất ....................................................... 41 ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 94 2.3. Tính toán nối đất cho trạm ................................................................. 41 2.3.1. Tính toán nối đất an toàn ..............