Đề tài Tính toán thiết kế chống sét cho đường dây và trạm biến áp 110/22KV

1 Đồ án : Tính toán thiết kế chống sét cho đường dây và trạm biến áp 110/22KV Hệ thống điện là một hệ thống quan trọng của hệ thống năng lượng Việt Nam và không thể thiếu được trước công cuộc hiện đại hoá, công nghiệp hoá Đất nước. Do nguồn điện thường đặt xa nơi tiêu thụ điện năng nên phải chuyển qua các trạm biến áp tăng hoặc giảm điện áp. Đối với nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, mà hệ thống điện lại kéo dài từ Bắc vào Nam do đó phải đi qua nhiều vùng khí hậu khác nhau đặc biệt là những nới có độ ẩm cao, mật độ giông sét nhiều. Thiệt hại do sét gây ra cho ngành điện và nền kinh tế quốc dân là rất lớn. Vì vậy chúng ta phải đầu tư vào nghiên cứu, tìm ra những giải pháp để chống sét đánh vào các nhà máy, trạm biến áp, đường dây để giảm đến mức tối thiểu thiệt hại do sét gây ra cho nền kinh tế. Với yêu cầu như vậy, đồ án thiết kế của em gồm bản thuyết minh này và kèm theo bản vẽ thiết kế về bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 110/22/0,4KV và đường dây 110KV. Do thời gian có hạn nên việc thiết kế của em không tránh khỏi những sai sót, em mong được sự chỉ bảo giúp đỡ của các thầy cô giáo bộ môn hệ thống điện. Đồng thời em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Đình Thắng đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án thiết kế naỳ và em cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo bộ môn đã quan tâm chỉ bảo, hướng dẫn chúng em trong việc thiết kế đồ án tốt nghiệp. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn! Ngày 29 tháng 4 năm 2003 Sinh viên thiết kế 2 Đoàn Văn Minh CHƯƠNG MỞ ĐẦU ------o0o----- TÌNH HÌNH GIÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ TỚI LƯỚI ĐIỆN iệc nghiên cứu giông sét và biện pháp chống sét có lịch sử lâu dài cùng với sự phát triển của ngành điện. Ngày nay người ta đã tìm ra được các phương pháp, những hệ thống thiết bị và kỹ thuật cao để đề phòng sét đánh một cách hữu hiệu và an toàn. Tuy nhiên mật độ, thời gian xẩy ra sét đánh không thể dự đoán được trước nên việc nghiên cứu chống sét là rất quan trọng đặc biệt là ngành điện . I - TÌNH HÌNH GIÔNG SÉT Ở VIỆT NAM. - Theo đề tài KC - 03 - 07 ở viện Năng Lượng, trong một năm số ngày sét đánh ở miềm Bắc khoảng từ 70 - 100 ngày và số lần có giông từ 150 - 300 lần. Vùng có giông nhiều nhất trên miền Bắc là khu vực: Móng Cái, Tiên Yên (Quảng Ninh) hàng năm có từ 100 - 110 ngày giông sét, tháng 7 - 8 có thể có đến 25 ngày giông trên một tháng. - Một số vùng có địa hình chuyển tiếp giữa các vùng núi và vùng đồng bằng, số lần giông cũng đến 200 lần/ 1 năm, với số ngày cũng đến 100 ngày/năm. Nơi ít giông nhất là Quảng Bình, hàng năm chỉ có khoảng 80 ngày giông. Xét về diễn biến của mùa giông trong năm, mùa giông không hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng. Nói chung ở miềm Bắc mùa giông tập trung từ tháng 4 đến tháng 9, ở miền Tây Bắc tập trung khoảng từ tháng 5 đến tháng 8 trong năm. V 3 - Trên vùng duyên hải Trung Bộ ở phía Bắc đến Quảng Ngãi là khu vực tương đối nhiều giông trong tháng 4 đến tháng 8 số ngày giông xấp xỉ 10 ngày/tháng. Tháng nhiều nhất là tháng 5 có thể từ 12 đến 15 ngày. Những ngày đầu mùa và cuối mùa chỉ có 2 đến 5 ngày/ tháng. - Từ Bình Định trở vào là khu vực ít giông nhất thường chỉ có vào tháng 5 với số ngày xấp xỉ bằng 10 ngày (Tuy hoà: 10 ngày; Nha Trang 8 ngày; Phan Thiết: 13 ngày), còn các tháng khác của mùa đông chỉ quan sát được từ 5 đến 7 ngày giông sét. - Ở Miền Nam cũng có khá nhiều giông hàng năm quan sát được từ 40 - 50 ngày tuỳ từng nơi. Khu vực nhiều nhất là đồng bằng Nam Bộ, số ngày giông sét có thể lên tới 120 đến 140 ngày. Mùa đông ở Nam Bộ từ tháng 4 đến tháng 11 số ngày giông trung bình 10 ngày/tháng còn từ tháng 5 đến tháng 10 có khoảng trên 20 ngày giông ( Sài Gòn: 22 ngày; Hà Tiên: 28 ngày) - Ở Tây Nguyên mùa dông thường chỉ có từ các tháng 4,5 và tháng 9. Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan sát được 15 ngày giông và ở Tây Nguyên trung bình số ngaỳ giông từ 10 - 12 ngày(Plây cu: 17 ngày; Kon Tum: 14 ngày, Đà Lạt: 10 ngày) còn các tháng khác của Mùa đông trung bình có từ 5 đến 7 ngày/tháng. - Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng trung bình giông sét 3 miền Bắc - Trung - Nam, những vùng lân cận lại có mật độ tương đối giống nhau. Kết quả nghiên cứu người ta đã lập được bản đồ - phân vùng sét Việt Nam (các thống số cho trong bảng 1-1). Bảng 1-1: Vùng Ngày giông trung bình (ngày/năm) Giờ giông trung bình(h/năm) Mật độ sét trung bình Tháng giông cực đại ĐồngBằngven biển Miềm Bắc 81,1 215,6 6,47 8 Miền núi trung 61,6 219,1 6,33 7 4 du Bắc Bộ. Cao nguyên MiềnTrung 47,6 216,21 3,31 5,8 Ven biển MiềnTrung 40,0 95,2 3,55 5,8 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 và mật độ phóng điện xuống các khu vực (số liệu dự báo trong bảng 1-2 ). Bảng 1-2: Số ngày dông Đồng bằng ven biển Miền núi trung du Bắc Bộ Cao nguyên miền trung Ven biển miền trung 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 40 ÷ 60 4,68 ÷ 7,92 4,2 ÷ 6,3 2,4 ÷ 3,6 2,44 ÷ 3,65 2,52 ÷ 3,78 60 ÷ 80 7,92 ÷ 9,82 6,3 ÷ 8,4 3,6 ÷ 4,8 3,65 ÷ 4,87 3,78 ÷ 5,06 80 ÷ 100 9,82 ÷ 12,15 8,4 ÷ 10,5 4,8 ÷ 6,0 4,87 ÷ 6,09 5,06 ÷ 6,3 100 ÷ 120 12,15÷14,58 10,5 ÷ 12,6 6,0 ÷ 7,2 6,09 ÷ 7,31 6,3 ÷ 7,76 II. SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA GIÔNG SÉT TỚI HỆ THỐNG ĐIỆN: - Ở Việt Nam, trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KC - 03 - 07 đã lắp đặt các thiết bị 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 220 KV ở miền Bắc từ năm 1987 đến năm 1992 được ghi trong bảng 3. - Trong tổng hợp sự cố vĩnh cửu của đường dây trên 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 định ở Miền Bắc vì đây là đường dây quan trọng của Miền Bắc và sự cố đường dây 5 này ảnh hưởng rất lớn đến tình hình truyền tải điện năng trên lưới điện. Ngoài ra theo đề tài nghiên cứu khoa học - nghiên cứu giải pháp kỹ thuật hoàn thiện hệ thống chống sét bảo vệ lưới điện trung áp của Viện Năng Lượng đã tập trung thống kê, phân biệt tình hình sự cố lưới điện 35 đến 110 KV của Miền Bắc nói chung và lưới điện quốc gia nói riêng từ năm 1976 đến năm 1982. Kết quả thống kê được thể hiện ở bảng 1- 3. Bảng 1- 3: Năm Dưới 220 KV Đường dây Phả Lại - Hà Đông Tổng số Vĩnh cửu Tổng số Vĩnh cửu Do sét 1987 1988 1989 1990 1991 1992 2 5 24 25 30 19 1 2 3 4 2 1 2 5 6 2 3 4 1 2 2 1 1 4 1 1 1 1 1 3 Tổng số 105 16 22 11 8 - Từ thống kê này cho ta thấy rằng: Tổng sự cố do sét gây ra đối với đường dây trung áp là lớn hơn tổng số của đường dây cao áp, nhưng tác hại của nó mang lại đối với hệ thống điện là rất lớn. Số lần sự cố lưới điện 35KV chiếm tỷ lệ khá lớn đến 54%. Bảng 1- 4: Năm theo dõi Cấp điện áp KV Tổng chiều dài đường dây (Km) Suất sự cố (lần /100Km) Tổng số Do sét 1979 110 35 1050 3400 8,5 11,5 1,85 6,00 1980 110 35 1100 3400 6,8 10,7 1,46 5,40 1981 110 1150 5,6 2,50 6 35 3800 7,7 1,20 1982 110 35 3300 11200 6,9 10,8 2,50 5,10 *Kết luận: Qua nghiên cứ tình hình giông sét ở Việt Nam và những thiệt hại do sé gây ra cho lưới điện là rất lớn nên việc đảm bảo chống sét cho đường dây điện và trạm biến áp là rất cần thiết nhằm giảm đến mức thấp nhất sự cố cắt điện đường dây. Vì vậy việc đầu tư nghiên cứu chống sét là rất quan trọng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và trong vận hành lưới điện quốc gia. CHƯƠNG I ------o0o----- TÍNH TOÁN TRỐNG SÉT ĐÁNH TRỰCTIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP rong hệ thống điện (HTĐ), trạm biến áp (TBA) đóng vai trò quan trọng. Nó quyết định rất lớn về độ tin cậy cung cấp điện của toàn HTĐ và một yếu tố quan trọng dẫn đến sự mất ổn định của HTĐ trong nhiều yếu tố là do sóng sét quá điện áp truyền vào trạm từ đường dây và do sét đánh trực tiếp vào trạm. - Qua thống kê, người ta thấy số lần sự cố của HTĐ do bị sét đánh chiếm tỷ lệ rất lớn so với các trường hợp khác. Vì vậy việc tính toán bảo vệ TBA do sét đánh để hạ đến mức tối thiểu là một nhiệm vụ hết sức quan trọng và cần thiết. Khi bị sét đánh vào trạm, các thiết bị điện sẽ bị hư hỏng và có thể dẫn đến việc cung cấp điện bị ngừng toàn bộ , động thời có thể làm ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sản xuất điện năng và các ngành kinh tế khác. - Để đảm bảo chống sét đánh trực tiếp vào trạm cần dùng các cột thu sét và dây chống sét. Các cột thu sét này có thể được đặt độc lập hoặc trong điều kiện cho phép ta vận dụng chiều cao của các cột, xà cột đèn chiếu sáng. Riêng cột độc lập thường tốn kém hơn về kinh tế nên chỉ dùng khi không thể tận dụng được chiều cao của các cột, xà... T 7 - Nếu đặt các cột thu sét trên các kết cấu của trạm phân phối ngoài trời và dùng dây chống sét để bảo vệ cho doạn dây dẫn nối từ sà cuối cùng của trạm đến cột đầu tiên của đường dây thì chúng sẽ được nối đất chung với hệ thống nối đất chung của trạm và độ tăng lớn nhỏ này còn tuỳ thuộc vào thông số của dòng điện sét và điện trở nối đất xung kích của hệ thống. Khi điện áp này vượt quá giới hạn cho phép thì có thể gây nên nguy hiểm cho các thiết bị điện, do vậy chỉ trong điều kiện cho phép mới được đặt cột thu sét trên các công trình trong trạm hoặc dây chống sét ở trong trạm. - Khi thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp, ngoài các yêu cầu về kỹ thuật cần phải chú ý đến vấn đề kinh tế và vấn đề mỹ thuật. I. CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT: - Với mục đích giảm vốn đầu tư khi thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp ngoài trời, người ta thường bố trí cột trên các độ cao có sẵn như cột, xã... đối với trạm 110KV do có mức cách định cao nên các cột thu sét có thể đặt trực tiếp trên các kết cấu của trạm. Các trụ của các kết cấu trên đó có đặt các cột thu sét phải là ngắn nhất sao cho dòng điện sét (Is) khuyếch tán vào đất theo 3 ÷ 4 thanh cái của hệ thống nối đất. - Đối với trạm 22KV khi bố trí cột thu sét trực tiếp trên xà thì phải tăng cường cách điện đến câp 110KV, do vậy sẽ có tổn thất về kinh tế. Khi dùng cột thu sét độc lập thì phải chú ý đến khoàng cách giữa các cột thu sét tới các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột đến các thiết bị bảo vệ. Khi dùng cột đến chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu sét thì phải cho dây dẫn điện đến bảng đèn vào ống chì và chôn dưới đất. - Để đảm bảo cho cơ giới và chống ăn mòn kim loại cần phải theo đúng quy định về các loại vật liệu, tiết diện dây khi dùng trên mặt đất và dưới đất. 8 II. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ THIẾT KẾ TRẠM 110/22KV: -Trạm có kích thước: 60 x 100m2 -Tổng diện tích trạm: 6000m2 - Chiều cao lớn nhất cần được bảo vệ phía 110KV là 11m phía 22KV là 8m - Trong trạm có 2 máy biến áp 110/22KV, có 2 lộ đường dây 110KV đi vào và 5 lộ đường dây 22KV đi ra. - Trên các lộ 110KV đã có dây chống sét nên các thiết bị của trạm nằm dưới đoạn đường dây vào trạm đến xà đón dây đều được bảo vệ nên ta thiết kế chống sét cho phía 110KV có thể không cần tính đến phạm vi này. - Trong phần thiết kế này ta đưa ra các phương án bố trí cột thu sét để bảo vệ trạm biến áp ngoài trời theo các yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật và kinh tế sau đó chọn phương án hợp lý để tính toán. III - PHẠM VI BẢO VỆ CỦA CỘT THU SÉT: 1. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét (H1-1): - Bán kính bảo vệ cho độ cao hx là: 9 )hh( h h 1 6,1 r x x x − + = Trong đó: h - Là độ cao của cột. hx - Là độc cao cần bảo vệ. h - hx = ha - Là chiều cao hiệu dụng của cột. Nếu hth 3 2 3 ≤ thì )8,01(5,1 h h h xx −=λ hhx 3 2> thì ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= h hx x 175,0λ - Nếu chiều cao của cột h > 30m thì ta phải kể đến hệ số điều chỉnh nghĩa là: Prmhr xx .)30( => (với P là hệ số hiệu chỉnh) .5,5 h P = 2. Phạm vi bảo vệ của hai cột và nhiều cột thu sét : - Nếu hai cột có chiều cao bằng nhau: giả sử 2 cột cách nhau một khoảng là a. + Nếu a = 7h thì bất kỳ điểm nào trên mặt đất ở giữa hai cột sẽ được bảo vệ an toàn. + Nếu a = 7h thì cột bảo vệ được độ cao là 0 0 h h được xác định từ h). . 77 00 ahhahh −=⇒=− + Ta xem h0 như độ cao một cột và tính phạm vi bảo vệ cho độ cao hx ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −=→> ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −=→≤ 0 00 0 000 175,0 3 2 8,0 15,1 3 2 h hhrhh h h hrhh x oxx x xx 10 + Khi cột thu sét có h> 30 thì P ahh 70 −= Hình 1-2 -Nếu hai cột có độ cao khác nhau: Hình 1 - 3 - Nếu có nhiều cột: Ta phải xác định cho từng nhóm cột gần nhau (3 hay 4 cột) phối hợp bảo vệ thu sét sao cho đỉnh các cột cùng nằm trên một đường tròn ngoại tiếp, các cột đó tạo thành một tam giác hoặc đa giác thì phần bên trong sẽ được bảo vệ hoàn toàn nếu: 11 ax hhhD 8)(8 =−≤ Trong đó: D - Đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác do các cột tạo thành. h – Là chiều cao của các cột thu sét. hx - Là chiều cao của vật cần bảo vệ. Hình 1- 4 IV. KHOẢNG CÀCH AN TOÀN TRONG KHÔNG KHÍ VÀ ĐẤT. - Khoảng cách an toàn trong không khí SK. - Biên độ điện cứ xung (Dmax) trong trường hợp chung xác định theo công thức: [ ] )KV()WL(RR 2 axIm maxU 22XKXK ++= Trong đó: Imax - Dòng điện sét tính toán (KA) RXK - Điện trở xung kích của bộ phận nối đất (R) L - Độ cảm ứng của dây dẫn từ bộ phận nổi đất đến điểm khảo sát )( Hμ còn gọi là hệ số điện cảm. 12 - Khi ta thay Imax = 150 KA; độ bền cách điện của không khí là 500KV/m và ax IW Im 2 ′= với S KAI μ60=′ thì ta sẽ được công thức tính toán dùng để xác định khoảng cách an toàn cho phép của không khí như sau: [ ] [ ] )(8,015,0 150 60.215,0 )()( 2.500 150 500 max 22 2 2 22 mLRRLRR KVWLRRUS XKXKXKXK XKXKx ++=⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛++= ++== - Khoảng cách an toàn trong đất Sđ - Tiêu chuẩn khoảng cách an toàn Sđ được xác định bằng biểu thức sau: Sđ= a.Rxk Trong đó: a- Hệ số phụ thuộc trị số dòng điện sét chọn trong tính toán với Imax = 150 thì a = 0,5. Rxk- Trị số điện trở tản xung kích của dòng điện sét đi qua bộ phận nối đất )(Ω xk0,5RdS =⇒ Hình 1- 5 13 V. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP. 1 - Bố trí các cột thu sét : 2 - Xác định chiều cao hiệu dụng của cột : - Tìm đường kính D của đường tròn ngoại tiếp đa giác đi qua đỉnh thu cột sét sao cho diện tích đa giác đó được bảo vệ cho hx, áp dụng toàn trạm. Ta phải tính độ cao L của cột thu sét: h = hx + ha. 3- Kiểm tra khả năng bảo vệ đối với vật nằm ngoài phạm vi cột thu sét bảo vệ: - Tính bán kính bảo vệ của một cột thu sét. - Tính bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét và tính bán kính r0x mà h0 bảo vệ được. - Vẽ khu vực bảo vệ theo kích thước đã tính được. 4. Kiểm tra lại toàn bộ: - Kiểm tra lại toàn bộ bản vẽ thiết kế nếu có độ cao xà nào đó mà cần bảo vệ còn nằm ngoài bán kính bảo vệ ro x thì cần phải xem xét lại thiết kế: tăng độ cao cột hoặc bố trí thêm cột sao cho các độ cao cần được bảo vệ phải nằm trong phạm vi bảo vệ của các cột thu sét. VI. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CỘT: 1. Phương án 1: Bố trí 10 cột thu sét trong đó có 2 cột thu sét đặt thêm 2 đầu của xà đòn dây đầu trạm còn 8 cột dựng độc lập a. Xét các cặp cột: - Các cặp cột 1 - 2 -10 ta có: 14 )m(30l )m(8l 101 21 = = − − Do tạo thành một tam giác vuông nên: )m(05,31830l 22102 =+=− )m(88,3 8 31 8 D h )m(31 )05,3153,34)(3053,34)(853,34(53,342 05,31.30.8 D )m(05,31 2 05,31308 P h ===⇒ =−−−= =++= với hx =11m cho nên chiều cao của các cột là : 11+3,88=14,88(m) Vậy ta chọn chiều cao các cột là 19 (m) - Các cột 2 - 3 - 10: )m(04,413028l )m(05,31l )m(30l 22 103 102 32 =+= = = − − − Do các cột này tạo thành một tam giác thường nên. )m(15,5 8 21,41 8 D h )m(21,41 )04,4105,51)(05,3105,51)(3005,51(05,512 05,41.05,31.30 D )m(05,51 2 04,4105,3130 P a === =−−−= =++= Với hh = 11m chiều cao của các cột thu sét là 11+5,15 = 16,15 (m) Vậy ta chọn chiều cao cột là 19 (m). - Các cột 3 -4 -10. 15 Ta c )m(56l )m(04,41l )m(99,343018l 104 103 22 43 = = =+= − − − Do các cột tạo thành một tam giác thường nên: )m(02,7 8 15,56 8 D h )m(15,56 )5602,66)(04,4102,66)(99,3402,66(02,662 56.04,41.99,34 D )m(02,66 2 5604,4199,34 P a === =−−−= =++= Với hx = 11m ta có chiều cao của các cột là : 11+7,02 = 18,02(m) Vậy ta chọn chiều cao cột là 19 (m) - Các cột 4-5-9-10: )m(56ll )m(30ll 95104 10954 == == −− −− Do các cột tạo thành hình chữ nhật nên: )m(94,7 8 53,63 8 D h )m(53,635630D a 22 ===⇒ =+= Chiều cao của các cột thu sét với hx = 11m là 11+ 7,94 = 18,94m Vậy ta chọn chiều cao của các cột là :19(m). - Các cột 5 - 6 -7: )m(28l )m(33l 76 65 = = − − Do các cột tạo thành một tam giác vuông nên: 16 )m(41,5 8 28,43 8 D h )m(28,43 )28,4314,52)(2814,52)(3314,52(14,522 28,43.28.33 D )m(14,52 2 28,432833 P )m(28,432833l a 22 75 === =−−−= =++= =+=− Với hx = 8m chiều cao của các cột là: 8+ 5,41=13,41(m) Vậy ta chọn chiều cao của các cột là : 16 (m) - Các cột 5 - 7 - 9: )m(28,433328L )m(56l )m(28,43l 22 97 95 75 =+= = = − − − Do các cột tạo thành một tam giác nên ta có: ).m(09,7 8 76,56 8 D h )m(76,56 )28,4328,71)(5628,71)(28,4328,71(28,712 28,43.56.28,43 D )m(28,71 2 28,435628,43 P a === =−−−= =++= Với hx = 8m chiều cao của các cột là: 8+ 7,09 = 15,09(m) Vậy ta chọn chiều cạo của các cột là: 16(m) -Các cột 7 - 8 -9: )m(28,43l )m(33l )m(28l 97 98 87 = = = − − − Do tạo thành tam giác thường nên: 17 )m(41,5 8 28,43 8 D h )m(28,43 )28,4314,52)(3314,52)(2814,52(14,522 28,43.33.28 D )m(14,52 2 28,433328 P a ===⇒ =−−−= =++= Với hx = 8m cho nên chiều cao của các cột thu sét là 8+5,41=13,41(m). Vậy ta chọn chiều cao của các cột là: 16(m). * Vậy ta xác định được: +Các cột 1-2-3 -4 -10 cao là 19 m +Các cột 5 - 6 -7 - 8 -9 cao là: 16m. b. Xét các cặp cột bao quanh trạm: - Cặp cột 1 -2: + Bán kính bảo vệ của mỗi cột ở độ cao 19m là: ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= h h hr xx 8,0 15,1 vì )m(67,12h 3 2 m11h 1x =<= = )m(88,7 19.8,0 11 119.5,1 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − +Phạm vi bảo vệ giữa hai cột là: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =−=−= o x oox 1o h8,0 h 1h5,1r )m(86,17 7 8 19 7 a hh vì )m(91,11h 3 2 m11h 0x =<= = )m(17,6 86,17.8,0 11 186,17.5,1 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − 18 - Cặp cột 2-3: + Bán kính bảo vệ của mỗi cột ở độ cao 19m là 7,88 (m) +Phạm vi bảo vệ giữa hai cột là: vì )m(86,3 14,16 11 114,16.75,0 h h 1h75,0r )m(76,10h 3 2 m11h )m(14,16 7 20 19 7 a hh o x 0x0 0x o =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −=⇒ =>= =−=−= - Cặp cột 3-4: + Bán kính bảo vệ của mỗi cột ở độ cao 19m là 7,88m +Phạm vi bảo vệ giữa 2 cột là: vì: )m(25,2 14 11 114.75,0 h h 1h75,0r )m(33,9h 3 2 m11h )m(14 7 99,34 19 7 a hh 0 x 0x0 0x 10 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =>= =−=−= - Cặp cột 4-5: + Bán kính bảo vệ của cột 4 là 7,88m Bán kính bảo vệ của cột 5 là: Vì: )m(75,3 16 11 116.75,0 h h 1h75,0r )m(67,10h 3 2 m11h 5 x 5x 2x =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =>= + Phạm vi bảo vệ giữa 2 cột: vì 2 cột có độ cao khác nhau nên bán kính bảo vệ của cột 5 với độ cao hx = 16(m) là: 19 Vì: )m(25,2 19 16 119.75,0 h h 1h75,0r )m(67,12h 3 2 m16h 4 x 44 4x =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =>= )m(75,2725,230raa 4 =−=−=′ 7 75,27 16 7 a hh 50 −=′−= Vì: )m(06,3 04,12.8,0 8 104,12.5,1 h8,0 h 1h5,1r )m(03,8h 3 2 m8h 0 x 0x0 ox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =<= -Cặp cột 5-6: + Bán kính bảo vệ của cột 5,6 là 3,75 (m) + Phạm vi bảo vệ giữa hai cột: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =−=−= 0 x oox o h h 1h.75,0r )m(29,11 7 33 16 7 a hh vì )m(53,7h 3 2 m8h ox =>= )m(47,2 29,11 8 129,11.75,0rox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⇒ -Cặp cột 6-7: + Bán kính bảo vệ của mỗi cột cao 16m là: 3,75 (m) + Phạm vi bảo vệ giữa hai cột: 20 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =−=−= o x oox 60 h h 1h75,0r )m(12 7 28 16 7 a hh Vì )m(8h 3 2 m8h 0x === )m(3 12 8 112.75,0rox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= -Cặp cột 7-8: + Bán kính bảo vệ của cột cao 16m là 3,75(m) + Phạm vi bảo vệ giữa hai cột: )m(12 7 28 16 7 a hh 60 =−=−= ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= 0 x 0ox h h 1h75,0r Vì: )m(8h 3 2 )m(8h 0x === )m(3 12 8 112.75,0rox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⇒ - Cặp cột 8- 9: +Bán kính bảo vệ của các cột ở độ cao 16m là 3,75(m) +Phạm vi bảo vệ giữa hai cột là: 21 )m(46,2 28,11 8 128,11.75,0 )m(52,7h 3 2 m8hvi h h 1h75,0r )m(28,11 7 33 16 7 a hh ox o x oox 8o =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= =>=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =−=−= -Cặp cột 9 -10 + Bán kính bảo vệ của cột 9 cao 16m là 3,75m. Bán kính bảo vệ của 10 cột cao 19m là 7,88m +Phạm vi bảo vệ giữa 2 cột: Vì 2 cột có độ cao khác nhau nên bán kính bảo vệ của cột 10 với độ cao h h =16m là: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= 10 x 1010 h h 1h75,0r Vì: )m(67,12h 3 2 m16h 10x =>= )m(25,2 19 16 119.75,0rox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⇒ )m(75,2725,230raa 10 =−=−=′ )m(04,12 7 75,27 16 7 a hh 90 =−=−= Vì: )m(03,8h 3 2 m8h 0x =<= )m(06,3 04,12.8,0 8 104,12.5,1 h8,0 h 1h5,1r o x 0ox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −=⇒ -Cặp cột 10 -1: + Bán kính bảo vệ của mỗi cột cao 19m là 7,88(m) 22 + Phạm vi bảo vệ giữa 2 cột: )m(71,14 7 30 19 7 a hh 100 =−=−= Vì: )m(8,9h 3 2 m11h 0x =>= )m(78,2 71,14 11 171,14.75,0 h h 1h75,0r o x 0ox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −=⇒ *Từ các số liệu tính toán trên ta có bảng sau: Bảng 1-6 STT Các cặp cột hx(m) ho(m) rox(m) 1 1-2 11 17,86 6,17 2 2-3 11 16,14 3,84 3 3-4 11 14 2,25 4 4-5 8 12,04 3,06 5 5-6 8 11,29 2,47 6 6-7 8 12 3 7 7-8 8 12 3 8 8-9 8 11,28 2,46 9 9-10 8 12,04 3,06 10 10-1 11 14,71 2,78 - Từ bảng số liệu trên ta vẽ phạm vi bảo vệ của các cột thu sét (theo sơ đồ bố trí cột thu sét) 23 24 2 - Phương án 2: Bố trí 12 cột thu sét trong đó 2 cột đặt trên xà đơn ở đầu trạm, cột còn lại đặt độc lập. a. Xét các cặp cột: - Cặp cột 1 - 2 - 11 )m(8l 21 =− )m(30l 111 =− Do các cột tạo thành một tam giác vuông nên: )m(88,3 8 31 8 D h )m(31 )05,3153,34)(3053,34)(853,34(53,342 05,31.30.8 D )m(53,34 2 05,31308 P )m(05,31308l a 22 112 ===⇒ =−−−= =++= =+=− Với hx = 11m chiều cao của các cột là: 11+ 3,88 = 14,88 (m) Vậy ta chọn chiều cao của các cột là 18 (m) - Các cột 2 -3 -11: )m(04,412830l )m(05,31l )m(30l 22 113 112 32 =+= = = − − − Do các cột tạo thành một tam giác cho nên: )m(15,5 8 21,41 8 D h )m(21,41 )04,4105,51)(05,3105,51)(3005,51(05,512 04,41.05,31.30 D )m(05,51 2 04,4105,3130 P a ===⇒ =−−−= =++= 25 Với hx = 11m chiều cao của các cột là: 11+ 5,15 = 16,15(m).Vậy chọn chiều cao của các cột là 18(m) - Các cột 3 -11- 12: )m(73,292810l )m(40l )m(04,41l 22 1211 123 113 =+= = = − − − Do các cột tạo thành tam giác thường nên: )m(45,5 8 58,43 8 D h )m(58,43 )73,2942,55)(4042,55)(05,4142,55(42,552 73,29.40.05,41 D )m(42,55 2 73,294005,41 P a ===⇒ =−−−= =++= Với hx = 11m thì chiều cao của các cột là: 11+ 5,45 = 16,45(m). Vậy ta chọn chiều cao của các cột là18 (m) - Các cột 3 - 4 -12: )m(83,482840l )m(40l )m(28l 22 124 123 43 =+= = = − − − Do các cột tạo thành tam giác thường nên: )m(1,6 8 8,48 8 D h )m(8,48 )83,4842,58)(4042,58)(2842,58(42,582 83,48.40.28 D )m(42,58 2 83,484028 P a ===⇒ =−−−= =++= 26 Với hx = 11m thì chiều cao của các cột là: 11+ 6,1 = 17,1 (m). Vậy ta chọn chiều cao của các cột là: 18(m) - Các cột 4 -5 -12: )m(73,291028l )m(83,48l )m(30l 22 125 124 54 =+= = = − − − Do các cột tạo thành tam giác thường nên ta có: )m(48,6 8 86,51 8 D h )m(86,51 )63,2928,54)(83,4828,54)(3028,54(28,542 73,29.83,48.30 D )m(28,54 2 75,2983,4830 P a ===⇒ =−−−= =++= Với hx = 11m chiều cao của các cột là: 11+6,48 = 17,48 (m) Vậy ta chọn chiều cao các cột là 18 (m) - Các cột: 5 -6 -12: )m(41,342028l )m(73,29l )m(30l 22 126 125 65 =+= = = − − − Do các cột tạo thành tam giác thường nên ta có: )m(57,4 8 54,36 8 D h )m(54,36 )41,3407,47)(73,2907,47)(3007,47(07,472 41,34.73,29.30 D )m(07,47 2 41,3473,2930 P a ===⇒ =−−−= =++= Với hx = 8m chiều cao của các cột là: 11+4,57 =15,57 (m) 27 Vậy ta chọn chiều cao các cột là: 18 (m) - Các cột 10 -11-12: )m(41,343028l )m(30l )m(73,29l 22 1210 1110 1211 =+= = = − − − Do các cột tạo thành tam giác cân nên: )m(57,4 8 54,36 8 D h )m(54,36 )41,3407,47)(73,2907,47)(3007,47(07,472 41,34.73,29.30 D )m(07,47 2 41,3473,2930 P a ===⇒ =−−−= =++= Với hx = 11m chiều cao của các cột là: 11+4,57 =15,57(m). Vậy ta chọn chiều cao của các cột là 18(m) -Các cột 6 -7 - 8: )m(28l )m(33l 87 76 = = − − Do các cột tạo thành tam giác vuông nên: )m(41,5 8 28,43 8 D h )m(28,43 )28,4314,52)(2814,52)(3314,52(14,522 28,43.28.33 D )m(14,52 2 28,432833 P )m(28,432833l a 22 86 ===⇒ =−−−= =++= =+=− Với hx = 8 m chiều cao của các cột là: 8+5,41= 13,41m Vậy ta chọn chiều cao của các cột là 16 (m) 28 - Các cột 6 -8 -10: )m(56l )m(28,432833l )m(28,43l 106 22 108 86 = =+= = − − − Do các cột tạo thành tam giác thường nên: 09,7 8 76,56 8 D h )m(76,56 )5628,71)(28,4328,71)(28,4328,71(28,712 56.28,43.28,43 D 28,71 2 5628,4328,43 P a ===→ =−−−= =++= Với hx = 8m thì chiều cao của các cột là: 8+7,09 = 15,09(m) Vậy ta chọn chiều cao của các cột là 16(m) - Các cột 8 -9 - 10: )m(28,43l )m(28l )m(33l 108 98 109 = = = − − − Do các cột tạo thành tam giác vuông nên: )m(41,5 8 28,43 8 D h )m(28,43 )28,4314,52)(2814,52)(3314,52(14,522 28,43.28.33 D )m(14,52 2 28,432833 P a ===→ =−−−= =++= Với hx =8(m) thì chiều cao của các cột là 8+5,41=13,41(m) Vậy ta chọn chiều cao của các cột là 16(m) 29 * Vậy ta xác định được: + các cột 1 - 2 -3 -4 - 5 - 11 - 12 cao 18 (m) + các cột 6 - 7 - 8 -9 - 10 cao16 (m) b. Xét các cặp cột bao quanh trạm: -Cặp cột 1 - 2: + Bán kính bảo vệ của mỗi cột ở độ cao 18 (m) Vì: m12h 3 2 m11h 1x =<= )m(38,6 18.8,0 11 118.5,1 h8,0 h 1h5,1r xx =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= + Phạm vi bảo vệ giữa 2 cột : ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =−=−= 0 x 0ox 10 h8,0 h 1h5,1r )m(86,16 7 8 18 7 a hh Vì: )m(24,11h 3 2 m11h 0x =<= )m(39,4 86,16.8,0 11 186,16.5,1rox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −==⇒ -Cặp cột 2 -3: + Bán kính bảo vệ của cột ở độ cao 18 m với hx = 11m là 6,38m . + Phạm vi bảo vệ giữa hai cột 30 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =−=−= 0 x 0x0 0 h h 1h75,0r )m(14,15 7 20 18 7 a hh Vì: )m(09,10h 3 2 m11h 0x =>= )m(11,3 14,15 11 114,15.75,0rox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⇒ - Cặp cột 3 - 4: + Bán kính bảo vệ của cột ở độ cao 18m với hx = 11m là 6,38 (m) + Phạm vi bảo vệ của 2 cột ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =−=−= o x oox 3o h h 1h75,0r )m(14 7 28 18 7 a hh Vì )m(33,9h 3 2 m11h ox =>= )m(25,2 14 11 114.75,0rox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⇒ - Cặp cột 4 - 5: + Bán kính bảo vệ của cột 4 ở độ cao h = 18m là 6,38m +Phạm vi bảo vệ giữa 2 cột: )m(71,13 7 30 18 7 a hh 10 =−=−= Vì )m(14,9h 3 2 m11h 0x =>= 31 )m(03,2 71,13 11 1h75,0r 0ox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⇒ - Cặp cột 5 - 6: + Bán kính bảo vệ của cột 5 cao 14m và hx= 8m là 6,38(m) Bán kính bảo vệ của Cột 6 ở độ cao 16 m là: Vì: )m(67,10h 3 2 m8h 0x =<= )m(9 16.8,0 8 116.5,1 h8,0 h 1h5,1r 6 x 6x =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= + Phạm vi bảo vệ của 2 cột: Vì 2 cột có độ cao khác nhau nên bán kính bảo vệ của cột 5 ở độ cao hx = 16(m) là: Vì )(43,7 3 28 mhmh xx =>= Vì: )m(12h 3 2 m16h 5x =>= ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =−=′−= =−=−=′→ =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −=⇒ 0 x 0ox 60 5 5 x 55 h h 1h75,0r )m(93,11 7 5,28 16 7 a hh )m(5,285,130raa )m(5,1 18 16 118.75,0 h h 1h75,0r Vì: )m(93,11h 3 2 m8h 0x =>= )m(95,2 93,11 8 193,11.75,0rox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⇒ - Cặp cột 6-7: 32 + Bán kính bảo vệ của cột cao 16m là 9 (m) + Phạm vi bảo vệ giữa hai cột: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =−=−= o x oox 6o h h 1h75,0r )m(28,11 7 33 16 7 a hh Vì )m(52,7h 3 2 m8h 0x =>= )m(46,2 28,11 8 128,11.75,0rox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⇒ -Cặp cột 7- 8: + Bán kính bảo vệ của cột cao 16m là 9 (m) + Phạm vi bảo vệ giữa hai cột. ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =−=−= o x 0ox 7o h h 1h75,0r )m(12 7 28 16 7 a hh Vì )m(8h 3 2 m8h 0x === )m(3 12 8 112.75,0rox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⇒ -Cặp cột 8 -9: + Bán kính bảo vệ của cột cao 16m là 9 (m) + Phạm vi bảo vệ giữa hai cột. ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =−=−= o x 0ox 8o h h 1h75,0r )m(12 7 28 16 7 a hh Vì )m(8h 3 2 m8h 0x === 33 )m(3 12 8 112.75,0rox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⇒ -Cặp cột 9 -10: + Bán kính bảo vệ của cột cao 16m là 9m + Phạm vi bảo vệ của 2 cột: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =−=−= 0 x oox 9o h h 1h75,0r )m(28,11 7 33 16 7 a hh Vì )m(52,7h 3 2 m8h xx =>= )m(46,2 28,11 8 128,11.75,0rox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⇒ -Cặp cột 10 -11: + Bán kính bảo vệ của cột 11 cao 18m là 6,38 (m). Bán kính bảo vệ của cột 10 cao 16m là 9 (m). + Phạm vi bảo vệ giữa 2 cột: vì 2 cột có độ cao khác nhau cho nên bán kính bảo vệ ở cột 11 với độ cao hx = h10 = 16m là: ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= 11h h 1h75,0r x1111 vì )m(12h3 2 m16h 11x =>= )m(5,1 18 16 118.75,0r11 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⇒ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =−=−= =−=−=′ 0 x 0x0 100 11 h h 1h75,0r )m(93,11 7 5,28 16 7 'a hh )m(5,285,130raa vì )m(95,7h 3 2 m8h 0x =>= 34 )m(95,2 93,11 8 193,11.75,0rox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⇒ -Cặp cột 11-1: + Bán kính bảo vệ của cột cao18m là 6,38m +Phạm vi bảo vệ giữa hai cột: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= =−=−= o x oox o h h 1h75,0r )m(71,13 7 30 18 7 a hh Vì )m(14,9h 3 2 m11h ox =>= )m(03,2 71,13 11 171,13.75,0rox =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⇒ * Từ những số liệu tính toán trên ta có bảng tổng kết sau đây: Bảng 1-8 STT Các cặp cột h0 (m) hx = (m) r0x (m) 1 1 - 2 16,86 11 4,39 2 2 - 3 15,14 11 3,11 3 3 - 4 14 11 2,25 4 4 - 5 13,71 11 2,03 5 5 - 6 11,93 8 2,95 6 6 - 7 11,28 8 2,46 7 7 - 8 12 8 3 8 8- 9 12 8 3 9 9 - 10 11,28 8 2,46 35 10 10 -11 11,93 8 2,95 11 11-1 13,71 11 2,03 Từ bảng số liệu trên ta vẽ được phạm vi bảo vệ của các cột thu sét (theo sơ đồ bố trí cột thu sét) 36 * So sánh 2 phương án: + Về mặt kỹ thuật thì cả 2 phương án đều đảm bảo thiết kế bảo vệ trạm + Về mặt kinh tế thì phương án 1 kinh tế hơn vì phương án 1 chỉ phải dựng 10 cột trong đó có 8 cột độc lập so với phương án 2 là phải dựng tới 12 cột trong đó có tới 10 cột phải dựng độc lập. Do vậy ta chọn phương án 1 để thiết kế thi công bảo vệ trạm biến áp 110/22KV. 37 CHƯƠNG II -----o0o----- TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TOÀN TRẠM hiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo an toàn cho vật cần nối có trị số bé. Trong HTĐ người ta chia làm 3 loại nối như sau: - Nối đất làm việc: Nhiệm vụ là đảm bảo cho sự làm việc bình thường của thiết bị theo chế độ đã được quy định sẵn. Loại nối đất này gồm nối đất điểm trung tính MBA đo lường và của kháng dòng trong bù ngang trên các đường dây tải điện. - Nối đất an toàn (nối đất bảo vệ): có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người và thiết bị khi cách điện bị hư hỏng tức là nối đất mỗi bộ phận kim loại bình thường không mang điện như: vỏ MBA, máy cắt, các giã đỡ kim loại... khi cách điện hư hỏng trên các bộ phận này sẽ xuất hiện điện như thế nhưng do được nối đất nên giữ được mức điện thế thấp đảm bảo an toàn cho người và thiết bị khi tiếp xúc với những bộ phận này. - Nối đất chống sét: Mục đích là nhằm đảm bảo tản dòng điện sét vào trong đất khi có sét đánh xuống cột thu sét hoặc trên đường dây. Do đó sẽ hạn chế được dòng điện sét tới các thiết bị điện cần được bảo vệ. - Ở trạm biến áp về nguyên tắc phải thiết kế tách rời 2 hệ thống nối đất là nối đất làm việc và nối đất chống sét. Để đề phòng khi có dòng ngắn mạch lớn hay dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất làm việc lớn hay nhỏ sẽ không gây nên điện thế cao trên hệ thống nối đất an toàn. - Trong thực tế công việc này rất khó thực hiện được vì nhiều lí do nên người ta thường chỉ dùng một hệ thống nối đất chung để thực hiện cả 2 nhiệm N 38 vụ. Vì lẽ đó nên hệ thống nối đất chung là phải đảm bảo yêu cầu của cả 2 loại nối đất, nghĩa là phải có điện trở nối đất nhỏ hơn hoặc bằng điện trở nối đất nhỏ nhất của một trong hai hệ thống nối đất kể trên. - Các yếu tố cần chung cho hệ thống nối đất. + Bộ phận nối đất có trị số điện trở nối đất càng nhỏ thì sẽ thực hiện được càng tốt nhiệm vụu tản dòng điện sét trong đất và điện thế trên các thiết bị được nối đất ở mức ổn định. Tuy nhiên việc giảm điện trở nối đất sẽ làm cho chi phí về đầu tư xây dựng tăng lên nhiều (do số lượng kim loại tăng…). Do đó cần phải có quy định tiêu chuẩn trị số cho phép của điện trở nối đất. * Với các thiết bị điện nối đất trực tiếp thì điện trở nối đất yêu cầu là R )(5,0 Ω≤ * Với các thiết bị có điểm trung bình tính nối đất trực tiếp thì điện trở nối đất yêu cầu là IR /250≤ (nếu hệ thống nối đất chỉ dùng cho các thiết bị cao áp) * Với hệ thống có điểm trung tính cách điện và hệ thống nối đất cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì điện trở yêu cầu là: IR /125≤ (nhưng R chỉ được )(10 Ω≤ Dòng điện I tuỳ theo mỗi trường hợp có trị số khác nhau. + Đối với nối đất an toàn thì điện trở được chọn sao cho các giá trị điện áp bước và điện áp tiếp xúc trong mọi trường hợp đều phải không vượt quá trị số cho phép. + Ngoài việc đảm bảo trị số điện trở nối đất quy định và giảm điện trở nối đất của hệ thống nối đất còn cần phải chú ý đến việc cải thiện sự phân bố điện thế trên toàn bộ diện tích trạm. - Hệ số mùa: Ta biết rằng đất là một môi trường phức tạp không đồng nhất về kết cấu và thành phần mà chủ yếu là do khí hậu. Do vậy thiết kế hệ 39 thống nối đất cần tập trung và chú ý đến trị số lớn nhất về trị số tính toán điện trở suất của đất có thể cả trong các mùa. Kd .0ρρ = K là hệ số mùa ρđ0: Điện trở suất được theo mùa - Phương pháp nối đất: Theo chức năng người ta phân làm nhiều loại. Hệ thống nối đất bao gồm các điện cực trong đất để làm giảm điện trở nối đất theo tiêu chuẩn của từng loại nối đất. Các điện cực thường là các thanh dài nằm ngang hoặc cọc thẳng đứng để điện áp bước nhỏ. Khi tính toán ta phân ra làm các loại nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo. Nối đất tự nhiên là sử dụng các nối đất có sẵn như dây chống sét, cột thu sét, các kết cấu kim loại của công trình các đường ống nước. Còn nối đất nhân tạo nhằm mục đích thoả mãn các yêu cầu nối đất của các công trình khi nối đất tự nhiên không đảm bảo được. - Các tham số ảnh hưởng đến nối đất : + Ảnh hưởng của kích thước hình học + Ảnh hưởng của các bố trí điện cực. + Ảnh hưởng của trị số điện trở đất. + Hiện tượng phóng điện xung kích: Khi có dòng xét đi vào điện cực nối đất, thì gây ra một điện trường lớn trên bề mặt điện cực và trong đất. Điện trường đạt đến độ giới hạn thì xảy ra quá trình phóng điện trong đất. Các tia lửa điện phóng điện phát triển xung quanh 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: αχ =R 40 Với 1<XCα là hệ số xung kính. Tính toán nối đất cho trạm được thiết kế: trạm thiết kế là trạm 110/22KV ta tách ra làm 2 phần: 110KV và 22KV để thiết kế. I. TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT AN TOÀN : 1. Nối đất an toàn cho trạm 110KV: Phần trạm 110KV là mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất nên yêu cầu của nối đấtan toàn là Ω≤ 5,0R . Điện trở nối đất gồm 2 phần. Điện trở nối đất tự nhiên (ở trạm 110KV sử dụng là dây chống sét và cột chống sét) và điện trở nối đất nhân tạo yêu cầu Ω< 1ntR a- Tính toán điện trở nối đất tự nhiên: Trạm được thiết kế có dây chống sét dùng để bảo vệ đường dây được kéo vào đến xà đón dây của trạm nên phần điện trở nối đất tự nhiên là điện trở của hệ thống dây chống sét cột và nó được tính theo công thức: 4 1 2 1 ++ = cs c c CSC R R R R Trong đó: + Rcs làđiện trở của dây chống sét ( ta dùng loại C- 70 có điện trở trên một đơn vị dài là Ω= 38,2oR ) )(595,010.250.38,2 3 Ω=== −KVocs LRR + Rc là điện trở nối đất của cột )11( Ω=cR n R R notn csc)( =⇒ với n- số lộ đường dây )(14,1 2 1. 4 1 595,0 11 2 1 111. 4 1 2 1 Ω= ++ = ++ = n R R R cs c c 41 b- Hệ thống nối đát nhân tạo của nối đất an toàn: Hệ thống nối đất an toàn ta sử dụng mạch vòng hình chữ nhật có kích thích như sau: Hình 2-1 Mạch vòng được chôn dưới phần điện tích trạm 110KV ở độ sâu 0,8m. Phần mạch vòng này cách tường rào 5m. Ta chọn loại thép dẹp 50 x 1mm = b = 50 mm = 0,05 m để làm mạch vòng. Ta có: dt KL L R ttmv . ln 2 2 π ρ= L- Chu vi mạch vòng L = ( 50+60).2 = 220 m t- độ chèn sâu của mạch vòng t = 0,8 m. d- Đường kính quy đổi của thanh dẹt )(025,0 2 05,0 md == K- Hệ số phụ thuộc tỷ lệ 2,1 2 1 = L L tra bảng ta được K = 5,64. tK mdott ..ρρ = với 6,1. =tmχ 42 )(52,4 025,0.8,0 220.64,5.ln. 220.2 10.28,1 )(10.28,1)(10.28,16,1.10.8,0 22 244 Ω==⇒ Ω=Ω== πmvR mcm Ta thấy )(1)(52,1 Ω>Ω=mvR cho nên ta ta phải đóng cọc dọc theo mạch vòng để giảm điện trở của hệ thống nối đất. Ta đóng các cọc dọc theo mạch vòng cứ 3m mọt cọc và mỗi cọc dài 3m có đường kính là 40mm và như vậy số cọc là 74 3 220 = ( cọc). )(57,28 38,0.4 38,0.4ln 2 1 10.40 3.2ln 3.2 10.8,0 ) 4 4 2 12( 2 3 2 Ω=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − ++= − ++= −π π ρ lt ltn d lm l Rc Điện trở tản của hệ thống nối đất được tính như sau: 74..52,1.57,28 52,1.57,28 .. ctcmvtc mvc nt nRR RRR ηηηη +=+= Tra bảng ta được: ⎩⎨ ⎧ = = 4,0 22,0 c t η η )(1)(85,0 4,0.48,11222,0.57,28 43,43 Ω<Ω=+=→ ntR thoả mãn. Vậy điện trở nối đất của hệ thống là: )(49,0 14,185,0 14,1.85,0. Ω=+=+= tnnt thnt HT RR RR R Như vậy thoả mãn điều kiện )(5,0 Ω≤HTR 2- Nối đất an toàn cho trạm 22KV: Hệ thống nối đất an toàn ta sử dụng mạch vòng hình chữ nhật có kích thước như sau: 43 Hình 2-2 Mạch vòng được chôn dưới phần diện tích trạm 22KV ở độc sâu 0,8m phần mạch vòng này được cách tường rào 5m Ta chọn loại thép dẹp 50 x 1mm = b = 50mm = 0,05m để làm mạch vòng. Ta có: dt KL L R ttm −Π= 2 ln 2 ρ ϑ Trong đó: L - Chu vi mạch vòng: L= (30+50) 2 = 160(m) t - Độ chôn sâu của mạch vòng t = 0,8m d - Đường kính quy đổi của thành dẹp )(025,0 2 05,0 md == K - hệ số phụ thuốc tỷ lệ 67,12 =LL Tra bảng ta được K = 6,05 Kmttt .0ρρ = với Kmt = 1,6 )(10.28,1)(10.28,1116.10.8,0 444 mcm Ω=Ω== )(38,2 025,0.8,0 160.05,6 160.2 10.28,1 22 Ω=Π=⇒ LnRmϑ Như vậy Ω<Ω= 438,2ϑmR cho nên đảm bảo yêu cầu mà không phải đóng cọc. 44 II. TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT CHO TRẠM: 1. Mở đầu: Khi có dòng điện đi vào bộ phận nối đất nếu tốc độ biến thiên của dòng điện theo thời gian rất lớn thì trong thời gian đầu điện cảm sẽ ngăn cản không cho dòng điện đi tới các phần cuối của điện cực, khiến cho điện áp phân bố không đều, sau một thời gian ảnh hưởng điện cảm mất dần và điện áp sẽ phân bố đều hơn. Thời gian của quá trình quá độ nói trên phụ thuộc vào hằng số thời gian: 2LglT = (T là tỷ trọng với điện cảm tổng L .1 và điện dẫn gl của điện cực) Từ biểu thức trên cho thấy khi dòng điện tản trong đất là dòng một chiều hoặc xoay chiều tần số công nghiệp ảnh hưởng của L không đáng kể và bất kỳ hình thức nối đất nào (thẳng đứng hoặc nằm ngang) cũng đều biểu thị biir trị số điện trở tản. Khi dòng điện tản trong đất là dòng điện sét tham số biểu thị bởi nối đất tuỳ thuộc vào tương quan hằng số thời gian T và thời gian đầu sóng điện. Khi T<< Tđs (khi dòng điện đạt đến trị số cực đại) thì cần xét quá trình quá độ đã kết thúc và nối đất đã thể hiện như một điện trở tản. Trường hợp này ứng với các hình thức nối đất dùng cọc hoặc thanh nằm ngang có chiều dài không lớn lắm và được gọi là nối đất tập trung. Nếu điểm cực dài hằng số thời gian có thể đạt tới mức Tđs và tại thời điểm dòng điện đạt trị số cực đại - Quá trình quá độ chưa kết thúc và như đã phân tích tác dụng của điện cảm nối đất sẽ được thể hiện như một tổng trở Z có trị số rất lớn so với trị số điện trở tản, trường hợp này gọi là nối đất phân bố dài. Trong tính toán thiết kế trạm 110/22KV bộ phận thu sétư đặt trên xà của trạm thì phần nối đất chống xét buộc phải nối chung với mạch vòng nối 45 đất an toàn của trạm. Như vậy sẽ gặp trường hợp nối đất phân bố dài, tổng trở xung kích ZXK có thể rất lớn và lớn gấp nhiều lần so với trị số điện trở tản xoạy chiều là điện ngược lên các phần mang điện của trạm. Do đó ta phải tính toán kiểm tra yêu cầu của nối đất chống sét trường hợp có dòng điện sét đi vaò hệ thống nối đất. + Dạng sóng tính toán của dòng điện sét. Trong tính toán thiết kế ta chọn dạng sóng tính toán cảu dòng điện sét là sóng xiên góc có biên độ không đổi. Dạng sóng tính toán của dòng điện sét được biểu diễn như sau: ⎩⎨ ⎧ ≤= .)( TdsikhiI Tdsikhiat tis Hình 2-3 Trong đó: a - Độc dốc dòng điện sét quy định a = tgα = 30(KA/μs). I = 150KA - Biên độ dòng điện sét đối với trạm biến áp Như vậy thời gian đầu sóng: )(5 30 150 s a IT ds μ=== * Các yêu cầu kỹ thuật đối với nối đất chống sét t i 46 Ta sẽ kiểm tra theo điều kiện đẩm bảo an toàn cho cách điện của máy biến áp ( ở đây ta xét điện áp ở tại thời điểm khi có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất). %50),0(. UTZI dc < Trong đó: I- Biên độ của dòng điện sét lấy bằng 150 (KA) Z(0,Tđs)- Tổng trở xung kích tại thời t = Tđs và ngay tại chỗ dòng điện sét đi vào điện cực. U50%- Trị số điện áp phóng điện xung kích đặt lên cách điện của máy biến áp. - Nếu điều kiện trên không thoả mãn thì phải tiến hành tính toán nối đất bổ xung tại nơi đi vào hệ thống nối đất ( tức là nối thêm 1 điện trở song song với hệ thống nhằm mục đích làm giảm tổng trở xung kính ). 2- Tính toán nối đất chống sét cho trạm 110 KV: - Do ta dùng nối đất an toàn làm nối đất chống sét cho nên trước hết ta phải hiệu chỉnh lại trị số Rnt ( điện trở nhân tạo) theo yêu cầu của nối đất chống sét có nghĩa là ta phải hiệu chỉnh hệ số mùa của nối đất an toàn theo hệ số màu của nối đất chống sét ( Tra bảng 19 - 2 giáo trình kỹ thuật điện cao áp). Kmùa( NĐCS ) = 1,4 - Đối với thanh chôn sâu 0,8m Theo tính toán của phần nối đất an toàn: )1()( . ln. 2 )(. )( 2 Ω= dt KL L NDATKS NDATR mdmv o π Còn đối với đất chống sét. Ta có: )2( . ln 2 )(. )( 2 dt KL L NDCSKS NDCSR mdmv o π= Chia cả hai vế của ( 2) cho ( 1) ta được: 47 )(33,152,1. 6,1 4,1)(. 6,1 4,1)( 6,1 4,1 )( )( )( )( Ω===⇒ == NDATRNDCSR NDATK NDCSK NDATR NDCSR mvmv m m mv mv Vậy điện trở nối đất nhân tạo ứng với nối đát chống sét là: )(83,0 74.4,0.33,122,0.57,28 33,1.57,28 .).(. )(. )( Ω=+=+= nNDCSRR NDCSRR NDCSR cmvtc mvc nt ηη a- Tính toán tổng trở sóng xung kích: - Để tính toán tổng trở sóng xung kích ta có vài giả thiết sau: + Bỏ qua điện trở nối đất tự nhiên. +Bỏ qua các thanh nối đất cân bằng áp trong trạm biến áp + Trong quá trình tính toán để dơn giản hoá ta bỏ qua quá trình phóng tia lửa điện trong đất và giả thiết điện trở suất của đất là không đổi. Mặt khác điện trở của bản thân vật liệu dùng là nối đất bé hơn rất nhiều so với điện kháng ωL của nó ( ứng với trị số dòng điện sét) và ảnh hưởng đến điện dung C của điện nối đất cũng rất nhỏ hơn nhiều so với ảnh hưởng của điện dẫn nối đất. Như vậy ta có thể coi mạch vòng nói đất gồm hai tai dài L1 và L2 ghép song song với nhau và mỗi tia có chiều dài là: )(110 2 220 221 mLLL ==== 48 Hình2-4 Sơ đồ thay thế của 1 tia hệ thống nối đất. Hình2-5 Dựa vào sơ đồ thay thế trên ta có các giá trị điện cảm Lo và điện dẫn Go được tính toán như sau: Go - Điện dẫn của điện cực tính trên một đơn vị dài ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ Ω=⇒ mlNDCSRGo nt 1 )(2 1 Lo- điện cẩm của điện cực nối đất tính trên 1 đơn vị dài ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡−=⇒ m H p lLo μ)31,0(ln2,0 Trong đó: l = L1 = L2 = 110 (m) ( chiều dài một tia) )(83,0)( Ω=NDCSRnt - Điện trở nối đất nhân tạo ứng với nối đất chống sét. P- Bán kính của cực nối đất do ta chọn b = 40 mm. )(10.2020 2 3 mmmbp −===→ GoGoGoGo Lo Lo Lo Lo 49 Thay các thông số vào ta tính được. )(641,131,0 10.20 100ln2,0 110.610.6,0 100.83,0.2 1 3 32 m HLo m Go μ=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ Ω=== − −− Tính toán phân bố dài khi không xét đến quá trình phóng điện trong đất từ sơ đồ thay thế ta có thể lập được hệ phương trình vi phân như sau: ⎜⎜ ⎜⎜ ⎝ ⎛ =∂ ∂− ∂ ∂=∂ ∂− gU X I t iL X U . Giải hệ phương trình trên ta được điện áp tại thời điểm bất kỳ trên điện cực: ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ Π−+= ∑∞ = − l XKe K T lG aU K T t tx t cos)1(121 . 1 2 1 0 ),( Với hằng số thời gian: 22 2 00 .K lGLTK Π= với ∞÷=1K Mặt khác: .2 1 2 2 00 1 K TTlGLT K =⇒Π= Tổng trở xung kíchđầu vào điện cực nối đất (đối với 1 tia) ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ −+= ∑ = −0 1 2 1 0 ).0( )1( 1211 K K t t te Kt T lG Z Tổng trở xung kích tương đương đầu vào điện cực nối đất gồm hai tia ghép song song tại thời điểm: .5 sTt ds μ== 50 ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ −+== ∑∞ = − 1 2 1 0 )5,(),0( )1( 1211 2 1 K T T ds ot K ds e KT T lG ZZ Để tính )5,0(Z ta xét chuỗi: ∑ ∑ ∑∞ = ∞ = ∞ = −− ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ =− 1 1 1 222 1)1( K K K T T T T K e KK e K ds K ds ∑∞ = =Π= 1 2 2 6433,16 1 K K (sổ tay toán học) ∑∞ = −−−− ++++= 1 2222 21K T T T T T T T T K eee K e K ds K ds K ds K ds LL Ta có: e-3 = 0,0497 e-4 = 0,0183 e-5 = 0,0067 e-6 = 0,0024 e-7 = 0,00091 Cho nên ta lấy cấp chính xác là 0,001 thì khi 7> K ds T T thì ta coi: 02 ≈ − K e K ds T T Do đó giới hạn: 7≤ K ds T T Mặt khác ta có: . 2 7 12 1 2 1 ds ds K T TKK T T K TT ≤≤≤⇒= Với )(98,9 1.14,3 100.641,1.10.6 . 22 23 2 1 2 2 0 1 sK lGLT o μ==Π= − (vì K là số nguyên dương ) 51 74,3 5 98,9.7 =⇒→ K Vậy ta chỉ tính đến giá trị K < 3,74→ Tính K = 1 3÷ Với K = 1 3÷ ta có các giá trị 2 1 .K T Tds tương ứng là: 2 1 1 .1 KT TK ds→= Thay các giá trị vừa tính được ở trên vào biểu thức của Z(0,5) ta được: )(093,2)641,036,1( 5 98,9.21 110.10.6 1. 2 1 3)5,0( Ω=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+=Z Với )(93,2)5,0( Ω=Z ta kiểm tra điều kiện nối đất chống sét xem có thoả mãn không nếu không thoả mãn thì ta phải tiến hành nối đất bổ sung. )460)110(43993,2.150. %50)5,0( KVKVUZI s =<== Ta thấy điều kiện nối đất chống sét hoàn toàn thoả mãn nên ta không phải nối đất bổ sung. 3. Tính toán nối đất chống sét cho trạm 22KV: Tiêu chuẩn của nối đất chống sét cho trạm 22KV được xác định bởi các điều kiện sau: - Không phóng điện trong không khí giữa các cột thu sét và công trình. - Không phóng điện trong đất từ nối đất của cột thu sét đến các thiết bị của trạm, khoảng cách yêu cầu: mSmS dK 3;5 >> Trong tính toán lấy dòng điện sét Is = 150KA; a = 30KA/ ,Sμ điện áp trên bộ phận nối đất được xác định. ∑ ∑∞ 1= 3 1= 2 54− 2 2− 50− 22 − 22 1 3 22 1 2 2 1 1 6410=3+2+== 54=3989 5=3= 2=2989 5=→2= 50=1989 5=→1= K K KT T T T ds ds ds ee e K e K e K K T T K K T T K K ds K ds , ,. , . . , . ,. , . , , . 52 d d Pd K Pddsd K K Pd K PddSQ SEURIU SEU dt dÝLRIU .. ... =<= =<+= Đồng thời tính m KVEm KVER dPdPdd 500,300,10 ==Ω< từ đây ta xác định được sK và Sđ XK XK d Pd d XK XK d Pd K K RR E UdS LRLR E US 5,0 300 150 1,03,0 500 50150 ==≥ +=+=> Từ cách bố trí cột ta có: SK = 6,5m ; Sđ = 5m ( )31,02,00 −= rLLnP với L = 10hx (với hx = 8m) = 10.8=80(m) 41,131,0 05,0 802,00 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=→ LnP Ta có: LRS xkk 1,03,0 +> với L- chiều dài cọc = 2,5m. )(10 5,0 5 5,0 5,0 )(83,20 3,0 5,2.1,50,6 Ω== Ω=<→ d xkxkd xk SRRS R Vậy muốn bảo đảm yêu cầu của chống sét trạm 22KV ta phải thiết kế hệ thống nối đất có điện trở nối đất xung kích nhỏ hơn Ω10 . Để nối đất cho các cột thu sét phía 22KV ta dùng nối đất kiểu tia và cọc được nối với nhau. Tính điện trở cọc: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ − ++= lt lt d l L R ttc / / 4 4ln 2 12ln 2π ρ 53 Hình 2-6 Trong đó: L- Chiều dài cọc = 2,5 m và cọc được làm bằng thép góc 4040.4mm. mhlt 05,28,0 2 5,2 2 / =+=+= d- Đường kính của cọc = 0,95.40.10-3= 0,038 m )(71,40 5,205,2.4 5,205,2.4ln 2 1 038,0 5,2.2ln 5,2.14,3.2 45,1.10.8,0 2 Ω=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − ++=⇒ cR Tính điện trở thanh nằm ngang bằng thép dẹt : dt Ka a R ttt . ln 2 2 Π= ρ Trong đó: t = 0,8 m - Là độ chôn sâu . K = 1 – Là hệ số hình dáng ( tia ngang). D - Là đường kính quy đổi của thanh thép dẹp với b = 40 mm mmmbd 02,020 2 ===→ a = 10 m - Là độ dài của thanh . 54 )(81,17 02,0.8,0 10.1ln 10.14,3.2 6,1.10.8,0 22 Ω==⇒ tR Ta có sơ đồ thay thế: Hình2-7 xk xktt xk xkcc d xk xktt xk XKCC sXQd tcs n RI n RIU n RI n RI IRU III αα ==⇒ === += .. . 23 Tính toán Ud bằng phương pháp đồ thị. * Trị số xung kích của cọc xkcα : Tra bảng 9- trang 86 ( sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp) ta có các dòng vẽ đồ thị biểu diễn quan hệ xkcα và điện trở suất của đất sét. Từ đồ thị này xácđịnh được xkcα ứng với các trường hợp dòng điện sét: ⎪⎪⎭ ⎪⎪⎬ ⎫ = KA KA KA KA T 40 205 10 5 với rcmd 410.8,0=ρ thì ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ = 57,0 71,0 80,0 87,0 XKCα xkn 1 xkt R 2 2It 3Ic Is n 1 xk R xkc 2 55 Hình 2-8 Trị số xung kích của tia XKTα . Tra bàng 10 (trang 87 - sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp) ta có các dòng sét vẽ được đồ thị quan hệ XKCα và dρ . Từ đồ thị ta có: IS = 5KA 10KA 20KA 40KA Thì XKTα = 1,05 0,93 0,83 0,74 Hình2-9 0,8 2 4 6 8 10 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 Is = 40(KA) Is = 20(KA) Is = 10(KA) Is = 5(KA) ρ ® (10 .cm) 4 kxc 0,8 2 4 6 8 10 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 Is = 40(KA) Is = 20(KA) Is = 10(KA) Is = 5(KA) ρ ® (10 .cm) 4 kxt 56 * Trị số XKη từ bảng 10 (trang 87 - sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp) ta tra được hệ số sử dụng với các dòng điện xung kích là 0,8. Từ các giá trị IS(KA) ta tính được các gía trị Uđt tương ững với chúng như bảng 2-11 Bảng 2-10 Is (KA) 5 10 20 40 XKCα 0,87 0,8 0,171 0,57 RXKC )(Ω 32,174 47,976 42,579 34,183 Uđc(KV) 326,087 399,70 1064,467 1709,145 XKCα 1,05 0,93 0,85 0,74 RXKC )(Ω 19,221 25,882 23,655 20,594 Uđt(KV) 182,634 323,524 59,387 1029,71 Với các giá trị IC = 5;10; 20;40 KA ta gióng lên đường cong Uđc rồi xẻ ngang cắt đường Uđt và hạ vuông góc với trục I ta được các giá trị Iđ và tính được IS = 3IC + 2I Hình 2-11 1200 600 I(KA) U(KV) 1800 5 10 25 40 U®t = f(It) U®c = f(Ic) 57 Uđc(KV) 326,087 599,70 1064,467 1709,146 IC(KA) 5 10 20 40 It (KA) 11 19 42 67 IS (KA) 37 68 144 254 Bảng 2-13 Từ các giá trị Uđc và IS ta sẽ thu được đồ thị quan hệ giữa Uđ và IS và ta xác định Uđ bằng cách từ I = 150KA dóng lên đồ thị và dóng sang trụ U ta có Uđ = 1200KV )(8 150 1200 Ω==⇒ XKR Phương án nối đất đảm bảo yêu cầu kỹ thuật với cột thu sét độc lập phía trạm 22KV. Từ các phần tính toán trên, ta vẽ được sơ đồ nối đất cho toàn trạm Hình 2-14 ⇒ Phương án nối đất đảm bảo yêu cầu kỹ thuật với cột thu sét độc lập phía trạm 22KV. Từ các phần tính toán trên ta sẽ được sơ đồ nối cho toàn trạm Bảng tổng kết số lượng kim loại dùng cho toàn trạm I(KA) U(KV) 60 120 180 240 600 1200 1800 Ud = f(Is) 58 Thép dẹp 50 x 1mm 300m Cọc 40 x 40 x 4mm 24 cọc = 60m 59 Hình 2.12. Sơ đồ nối đất toàn trạm 110/22kV 60 III. TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CỘT ĐƯỜNG DÂY 110KV: 1- Nhiệm vụ: Nhiệm vụ chủ yếu của nối cột đường dây là để thoát dòng điện sét khi có sét đánh vào đường dây chống sét. Ngoài ra đối với các đường dây 3 ÷ 20KV khi đi qua khu vực đông dân cư thì nối đất còn có nhiệm vụ bảo vệ an toàn còn trong hệ thống đường dây có dòng ngắn mạch lớn ( KVU dm 110≥ ) do trong hệ thống điện có rơ le bảo vệ tác động nhanh do đó ở đây nhiệm vụ bảo vệ an toàn không đặt ra. Như ta đã biết khi có sét đánh dòng sét rất lớn có thể làm hỏng đường dây và trạm, do vậy nối đất cột điện trường dây là hết sức cần thiết trong xây dựng và vận hành hệ thống điện. Gọi R là RXK là điện trở nối đất ổn định và điện trở nối đất xung kích, ta có: RRXK .α= với R là hệ số xung kích Thường đối với đường dây người ta quy định điện trở nối đất ứng với tần số công nghiệp. Đối với điện trở nối đất của đường dây cũng cần phải chú ý đến quá trình sóng điện áp và sóng điện lan truyền đến các cực. Do đó tác dụng của điện cảm của cực trong việc khuyếch tán dòng điện sét nên đối với nối đất của cột đường dây cũng chia ra là nối đất tập trung và nối đất kéo dài. Điện trở nối đất của đường dây phụ thuộc vào điện trở xuất của đất ς , điều đó xuất phát từ chỗ nếu điện trở suất cao thì dòng điện sẽ bé và các vùng ấy việc thiết kế xây dựng và lắp đặt hệ thống đất sẽ gặp rất nhiều khó khăn và giá thành xây dựng rất cao. Trị số quy định của điện trở nối đất ở tần số công nghiệp cho bảng dưới đây: 61 Điện trở suất của đất ρ Điện trở của cột )(Ω )(10.1 4 cmΩ≤ρ < 10 44 10.510.1 ≤≤ ρ < 15 54 10.110.5 ≤< ρ < 20 ρ<510.1 < 30 Bảng 2-15 * Chú ý: +Nếu cột cao hơn 40m thì R phải bé hơn 2 lần so với các giá trị trong bảng, với Ω= 410.5dρ thì các cột gần trạm yêu cầu phải có R < 20 )(Ω + Khi tính toán thì dρ phải hiệu chỉnh theo mùa, điều kiện khí hậu. + Khi thiết kế, xây dựng các đường dây ta có thể lợi dụng các cột sắt của các móng hay phần cột chèn dưới đất để làm vật nối đất đó là nối đất tự nhiên. Việc tận dụng nối đất tự nhiên sẽ tiết kiệm từ 50 ÷ 10% vật liệu. Đối với những vùng đất có Ω< 410.3dρ thì khi tính toán nối đất cột và đường dây có thể chỉ cần nối đất tự nhiên cũng có thể đảm bảo trị số nối đất quy định. Tuy nhiên ở đây ta không sử dụng đến nối đất tự nhiên này trong tính toán mà chỉ tiến hành nối đất nhân tạo. 2. Hình thức nối đất nhân tạo: - Hình thức nối đất căn cứ vào hình dạng của móng cột đường dây. + Với móng “Lọ mực” thì chỉ cần đặt thêm mạch vòng dưới hố móng hoặc làm thêm tia - cọc là đủ. 62 + Với loại “móng cọc” thì có thể chôn cọc ngày vào lỗ móng hay dùng nối đất dạng tia - cọc. Đối với tia thì độ dài giới hạn là: Chiều dài giới hạn của tia Điện trở suất của đất )( mΩ 40m 410.5≤ς 60m 410.25≤ς 100m 410.100≤ς Bảng 2-16 - Ta chọn móng lọ mực để làm móng cho cột đường dây có treo một dây chống sét 110KV và ta tiến hành tính toán nối đất với dạng là tia - cọc. Ta có điện trở )(10.8.0 4 cmΩ=ρ nên ta tính toán nối đất sao cho điện trở nối đất của cột đường dây là R<15 )(Ω Ta giả thiết rằng tất cả các cột đường dây đều được thiết kế xây dựng trên một vùng đất có điện trở suất là tương đối như trước: )(10.8,0)(10.8.0 24 mcm Ω=Ω=ρ - Sơ đồ móng đường dây: + móng cột đường dây là móng lọ mực có 4 trụ 1 hố + Nối đất bằng tia - cọc Hình 2-17 3 - Các phương án nối đất: a. phương án 1: 63 - Tia dài 6m bằng thép có b = 40mm = 0,04m tia được chôn sâu 1,5m - Cọc dùng loại cọc bằng thép góc 40 x 40 x4mm )(038,0)(38940.040.95,0 mmmdd ===→=→ Khoảng cách các cọc là 3m, chiều dài cọc là 3m - Hệ số mùa: Kmt = 1,6 ; Kmc = 1,45 * Điện trở của thanh nối: bt l l R ttt . 2ln .2 2 Π= ρ Trong đó: )(10.28,16,1.10.8.0 22 mtt Ω==ρ l = 6m, t = 1,5m ; b = 0,04m )(09,24 04,0.5,1 6.2ln 6.14,3.2 10.28,1 22 Ω==⇒ tR * Điện trở của cọc thép góc 40 x 40 x 4mm ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −′ +′+Π= 14 14ln 2 12ln 2 t t d l l R ttc ρ Trong đó: )(10.16,145,1.10.8.0 22 mtt Ω==ρ l = 3m t/ = 1/2 = 1,5m d = 0,04m )(23,34 35,1.4 35,1.4ln 04,0 3.2ln 3.14,3.2 10.16,1 2 Ω=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ − ++=⇒ cR * Điện trở của hệ thống nối đất tia - cọc: 64 ctc ct nt nRR RRR ηη .. . += Trong đó: n - Là số cọc cần sử dụng là 2 cọc cη và tη - Là hệ số sử dụng được xác định trong bảng sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp cao áp với a/l =1 Ta có: 85,0 87,0 = = c t η η )(61,11 2.87,0.09,2485,0.23,34 23,34.09,24 Ω=+=⇒ ntR Ta thấy rằng Ω<Ω= 1561,11HTR do vậy hệ thống nối đất nhân tạo như trên là đạt yêu cầu. b. Phương án 2: - Gồm 2 tia mỗi tia dài 6m chèn sâu 1,5m - Cọc bằng thép góc 40 x 40 x 4mm gồm 3 cọc có chiều dài 3m và được bố trí như hình dưới. - Hệ số mùa: Kmt= 1,6; Kmc= 1,45. * Điện trở của thanh nối bt l l R ttt . 2ln 2 2 π ρ= với : )(10.28,1 2 mtt Ω=ρ l = 6m t = 1,5 m b = 0,04 m )(09,24 04,0.5,1 6.2ln 6.2 10.28,1 22 Ω==⇒ πtR * Điện trở của cọc thép 40 x 40 x 4mm ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ − ++= lt lt d l l R ttc / / 4 4ln 2 12ln 2π ρ 65 Với: )(10.16,145,1.10.8,0 22 Ω==ttρ L = 3 ( m) D = 0,038( m) T/ = 1,5 m )(55,34 35,1.4 35,1.4ln 2 1 038,0 3.2ln 3.14,3.2 10.16,1 2 Ω=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ − ++=⇒ cR Điện trở của hệ thống nối đất tia cọc: nRR RR R cttc tc HT ... . ηη += Trong đó: n = 4 ( là số lượng cọc sử dụng) tη và cη tra trong bảng 3,5 sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp với 2= l a . )(5,8 4.74,0.09,2477,0.55,34 09,24.55,34 74,0 77,0 Ω=+=⇒ ⎩⎨ ⎧ = = HT c t R η η Ta thấy rằng Ω<= 155,8HTR do vậy hệ thống nối đát nhân tạo như trên là đật yêu cầu. * Kết luận: cả hai phương án nối đất nhân tạo trên đều đẩm bảo yêu cầu Ω=< 15ycR . Tuy nhiên ta chọn phương án một làm phương án thiết kế nối đất cột đường dây 110Kv vì có trị số điện trở yêu cầu, để thiết kế tốn ít vật liệu, giá thành rẻ... CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 110KV 66 Đường dây tải điện là phần tử dài nhất của HTĐ nên thường bị sét đấnh và chịu tác động của điện áp khí quyển, có thể dẫn đến cắt máy, cắt đường dây ảnh hưởng tới sự cung cấp điện của lưới đồng thời phá hoại thiết bị trong trạm. Do đó ta phải nghiên cứu chống sét cho đường dây tải điện, đặc biệt là những đoạn gần trạm, vì khi sét đánh có thêr tạo nên sáng truyền vào trạm gây nguy hiểm cho người và thiết bị trong trạm. Qua điện áp khí quyển xuất hiện trên đường dây là do sét đánh trực tiếp vào đường dây dẫn, dây chống sét, cột hoặc xuống đất gần đường dây. Khi xét đến chỉ tiêu kinh tế ta chỉ có thể chọn theo mức độ hợp lý về kinh tế và kỹ thuật, tan không thể chọn được mức cách điện theo yêu cầu của quá điện áp khí quyển vì trị số của nó là lớn. Với mức độ treo cao trung bình của dây trên cùng ( dây chống sét) là h, đường dây sẽ thu về các phóng điện sét trên dãi đất rộng 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây. Tổng số lần sét đánh thẳng lên đường dây hằng năm được tính là: ngsTB nLhN ..10.)9,06,0( 3÷= Trong đó: hTB- Độ cao trung bình của dây cao nhất ( m) Nngs- số ngày sét đánh hằng năm trong khu vực dây đi qua 10070 ÷=ngsN ngày. L- chiều dài đường dây ( km) Do tham số dòng sét đánh là khác nhau, không phải lần nào cũng dẫn đến phóng điện trên cách điện. Để xảy ra phóng điện khi sét đánh thì trị số quá điện 67 áp khí quyển phải lớn hơn mức cách điện xung kích của đường dây. Do vậy số lần phóng điện trên trên cách điện phụ thuộc vào giá trị xác suất phóng điện rpđ và số lần phóng điện được xác định: pdngsTbpdpd rnLhNrN ....),,( 3−1090÷60== Phóng điện trên cánh điện chỉ gây cắt điện khi phóng điện xung kích trên cách điện chuyển thành hoò quang duy trì bởi điện áp làm việc xác suất trở thành hồ quang η phụ thuộc vào građien điện áp làm việc dọc theo đường dây phóng điện: ).( LoEfη = với )(. mKVL U LoE pd LV= Trong đó: ULV- điện áp làm việc của đường dây. Lpđ- chiều dài đường phóng điện. Vậy số lần cắt điện hàng năm do sét đấnh vào đường dây tải điện là: ηrnLhηrNN pdngstbpdc .....),,(.. 3−1090÷60== Để so sánh khả năng chịu sét của đường dây tải điện có tham số khác nhau người ta dùng trị số suâts cắt đường dây tức là số lần cắt khi đường dây có chiều dài L = 100km được tính là: ηrhn pdtbcd ..).,,( 90÷60= Do đó để giảm số lần cắt diện ta phải giảm rpđ hoặc η . + Giảm rpđ: bằng cách tăng cường cách điện đường dây và treo dây chống sét. Treo dây chống sét là có hiệu quả nhất. Với vùng đất có cmς Ω510> thì dây chống sét sẽ không phát huy tác dụng. 68 Giảmη : giảm được η khi giảm được cường độ điện trường dọc theo đường phóng điện hay phiải tăng Lpđ( tăng số bát sứ). Ta thấy rằng đường dây 110KV đi qua vùng có sét đánh hoạt động mạnh cần được bảo vệ bằng dây chống sét. Đường dây 22KV có trung tính cách điện và cách điện của đường dây là rất yếu nên không treo dây chống sét. I.ĐƯỜNG DÂY 110KV. 1.Tham số cột đường dây 110KV - Dây dẫn dùng loại AC - 185 có đường kính d = 18,8 mm = 18,8.10-3m pha A1, A2 treo cao 20,8m, B1 và B2 treo cao 17,8 m, C1 và C2 treo cao 14,8 m.Cột đường dây 110kv - 2lộ - 1 dây chống sét. 69 Hình 3-1:Cột đường dây 110KV- 2 lộ- 1 dây chống sét - Dây chống sét là dây thép C- 70 có đường kính d = 11,4 mm, r = 5,7 mm treo ở độ cao h = 25 m. - Độ võng của dây chống sét là fcs= 6 m. độ võng của dây dẫn điện là fdd= 8,5 m. - Chuỗi cách điện dùng loại sứ treo 54− ,Π có 7 bát sứ. - Khoảng vượt đường dây là lKV= 200m. - U50% cách điện 110Kv là 650 Kv/7 bát sứ. - Hệ số hiệu chỉnh vầng quang ở cấp điện áp 110Kv là 31= ,λ 2. Các số liệu tính toán: - Độ treo trung bình của dây chống sét. Hcstb= hcs- 2/3 fcs= 25 - 6(2/3)o= 21 m. - Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha A1, A2. mfhh ddAtbAA 1315=5832−820=32−=21 ,,).(,)( - Độ treo cao trung bình của dây dẫn B1, B2. )(,,)(,)( mfhh ddBtbBB 1312=5832−817=32−=21 - Độ treo cao trung bình của dây dẫn C1, C2. )(,,).(,)( mfhh ddctbCC 139=5832−814=32−=21 - Tổng trở sóng của dây dẫn được tính theo công thức: r h Zdd 260= ln. 70 Trong đó: h - độ treo cao trung bình của dây dẫn. + r là bán kính của dây dẫn: r=1049=2 10818 3−3− .,., - Tổng trở sóng của dây dẫn pha A1, A2 )Ω(,., ,. ln. . .ln. 612484=1049 1315260=260= 3−21r h Z tbAAdd - Tổng trở sóng của dây dẫn B1, B2 )Ω(, ., ,. lnln 352471=1049 1312260=260= 3−21r h Z tbBBdd - Tổng trở sóng của dây dẫn pha C1, C2. )Ω(, ., ,. .ln . ln 305454=1049 139260=260 3−21r h Z tbCCdd - Tổng trở sóng của dây chống sét: )Ω(, ., . ln . ln 297534=1075 21260=260= 3−r h Z cstbcs - Tổng trở sóng của dây chống sét khi có vầng quang: )Ω(, , , 998410=31 297534== λ Z Z csvqcs - Góc bảo vệ pha A1, A2: h lx arctgαA ∆ = Trong đó: lx- chiều dài xà treo dây pha tính từ tâm cột. Ac hhh −=∆ là ký hiệu giữa chiều cao cột và chiều cao dây dẫn các pha. oA arctgα 4625=820−25 2=2−1 ,, 71 - Góc bảo vệ pha B1, B2: oB arctgα 2924=817−25 253=2−1 ,, , - Góc bảo vệ pha C1, C2: oC arctgα 3916=814−25 3=2−1 ,, Ta thấy rằng các góc bảo vệ các pha đến < 30o. Vậy đảm bảo yêu cầu về chống sét nên ta chọn loại cột sắt và treo dây dẫn, dây chống sét như trên đẻ tính toán. * Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét. - Hệ số ngẫu hợp pha A1-2 và dây chống sét: 2 2 12 12 2= r h d D Ko ln ln D12- khoảng cách giữa dây chống sét và ảnh hưởng cảu pha A1-2 d12- khoảng cách giữa dây chống sét và dây dẫn pha A1-2 h2- bán kính dây chống sét. ( ) ( ) ( ) ( ) mlhhd mlhhD x x 26=2+1315−21=+−= 18536=2+21+1315=++= 2222 1212 2222 2112 ,, ,, ⇒ Ta có: 1980= 1075 212 26 18536 =2= 3− 2 2 12 12 , ., . ln , , ln ln ln r h d D Ko Khi có ảnh hưởng của vầng quang thì: 72 2576=311980== ,,.,.λKK oorq - Hệ số ngẫu hợp giữa pha B1-2 và dây chống sét. ( ) ( ) ( ) ( ) mlhhd mlhhD x x 459=253+1312−21=+−= 2933=253+1312+21=++= 2222 1212 2222 2112 ,,, ,,, ⇒ Ta có: 1410= 1075 212 459 2933 =2= 3− 2 2 12 12 , ., . ln , , ln ln ln r h d D Ko Khi có ảnh hưởng của vầng quang thì: 1830=311410==0 ,,.,λKK orq - Hệ số ngẫu hợp giữa pha C1-2 và dây chống sét. ( ) ( ) ( ) ( ) )(,, ,, mlhhd mlhhD x x 2412=3+139−21=+−= 330=3+139+21=++= 2222 1212 2222 2112 ⇒ Ta có: 1010= 1075 212 2412 330 =2= 3− 2 2 12 12 , ., . ln , , ln ln ln r h d D Ko Khi có ảnh hưởng của vầng quang thì: 1310=311010== 00 ,,.,.λKK rq Qua tính toán ta thấy rằng hệ số ngẫu hợp giữa dây chống sét và pha A1-2 là lớn nhất do đó: + Để tính suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vàodây dẫn ta xét cho pha A1-2 có góc bảo vệ α lớn và treo cao hơn. 73 + Để tính sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét ta tính cho pha có điện áp khí quyển đặt lên lớn hơn tức là pha có hệ số ngẫu hợp nhỏ hơn. + Để tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột ta phải xác định quá điện áp khí quyển đặt lên cách điện các pha và ta tính với trường hợp nguy hiểm tức là có Ucđ(a,t) lớn hơn. II.TÍNH TOÁN THAM SỐ KHI SÉT ĐÁNH LÊN ĐƯỜNG DÂY 110KV 1.Số lần sét đánh vào đường dây: Công thức tính: LnhN ngscstb ...),,( 3−1090÷60= Trong đó: + hcstb=21 m + L - chiều dài đường dây tải điện lấy 110 km + nngs- số ngày sét đánh trong năm lấy 100ngày ⇒ Ta có: 189÷126=100100102190÷60= 3− ...),,(N lần / năm. Mà: N = Nα + Nc +NKV Trong đó: Nα- số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn . Nc- số lần sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột. NKV- số lần sét đánh vào khoảng vượt. 2. Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét nào dây dẫn. Đặc trưng cho số xác suất 2V không những chỉ phụ thuộc vào góc bảo vệ α ma còn tăng theo chiều cao cột được tính là: 4−90= hc U α αlg α là góc bảo vệ tính với pha A1 - 2 = 25,460 hc là chiều cao của cột = 25m aUU 3−2 1062=⇒5852−=4−90 25= .,,lg 25,46α 74 Vậy số lần sét đánh vòng qua dòng dây chống sét vào pha A12 là: mnkmlÇnNUN ¨//(,,.. 100490=6210189== 3−22 Ta lấy N = 189 là giá trị lớn nhất để tính. 3. Số lần sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận và khoảng trượt )¨/(, mKmnlÇnNNN KVdc 100594=2 189=2== 4. Tính suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. Theo công thức: ηUNn Pddd ..2= Vpđ là xác suất phóng điện do quá điện áp đường dây khi có sét đánh vào dây dẫn. η là xác suất hình thành hồ quang. * Tính Vpđ : Khi sét đánh vào dây dẫn mạch của khe sắt ghép nối tiếp với tổng trở sóng này có trị số là Zdd/2 (ta giả sử sét đánh vào chính giữa đường dây). Ta có: 2=⇒2≈ 2+ = 0 0 0 S cdd dd cc I IZZvíi Z Z Z II . Điện áp trên dây khi sét đánh vào là: 4= ddS dd ZI U . Khi điện áp trên dây dẫn Udd vượt qua mức điện xung kích của chuỗi cách điện %50≥ UUdd thì dây đến phóng điện trên chuỗi cách điện. %50≥4 U Z I ddS nên dd S Z U I % . 504≥ Khi đó xác suất phóng điện khi quá áp trên đường dây chính là xác suất để cho: 8650===⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ 4≥= 4≥ 612484126 504−126 504−50 50 ,,., % , % % % U Z U dd Spd dd S dd Z U IfV Z U I ll Với Zdd là tổng trở sóng pha A1-2 75 * Tính η : trị sốη phụ thuộc vào tỉ số cs LV LV l U E = + ULV- điện áp làm việc + lcs- chiều dài chuỗi sứ. KvU π U dddmLV 2157=110143 2 3 2=23 2= ,. , ... Ở cấp điện áp 110 Kv ta chọn loại sứ cách điện cho đường dây là loại sứ 54− ,π có 7 bát sứ. mlcs 21=⇒ , Ta có: )/(, , , kmkv l U E cs lv LV 6847=21 2157== Từ bảng xác suất hình thành hồ quang ( trang 205 - sách kỹ thuật điện cao áp) ta có Bảng 3-2: Elv 50 30 20 10 η 0,6 0,45 0,25 0,01 Theo bảng số liệu trong bảng ta vẽ được đồ thị biểu diễn quan hệ ELV và η . Sau đó ELV ta xác định được giá trị η tương ứng là ELV= 47,68(kv/km) ⇒ η =0,58. Thay vào công thức: 260=58049== ,,.,.. oηVNn pdαdd (lần/100 km.năm) Ta thấy rằng để giảm ndd có thể giảm η bằng cách tăng cường chuỗi cách điện ... hoặc giảm αN bằng cách giảm góc bảo vệ α tăng độ cao dây chống sét. Hình 3-3 76 5. Tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt: Khi có sét đánh vào dây chống sét trong khoảng thì tại vị trí sét đánh coi như dòng điện sét sẽ chia đều cho 2 phần của dây chống sét. Giả thiết là sóng sét có dạng xiên góc, phương trình dòng điện do sét là: Is= at nếu t < Tđs Is= I nếu dcTt ≥ Khi tính toán ta phải tính với các giá trị khác nhau của dòng sét với a = 10,...100 )( sμ KA và t = 1,2 ...10 )( sμ và giá trị Ω11=cR . Khi có sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét sẽ sinh ra các điện áp là điện áp tác dụng lên cách điện không khí giữa dây dẫn và dây chống sét, điện áp tác dụng lên cách điện chuỗi sứ. Thành phần điện áp tác dụng lên cách điện không khí phụ thuộc vào độ dốc dòng điện sét, và khoảng cách giữa dây dẫn và dây chống sét. Trong thiết kế và trong xây dựng người ta đặt khoảng cách giữa dây dẫn và dây chống sét khá lớn để tránh chạm dây nên khả năng phóng điện trong khoảng vượt do thành phần điện áp tác dụng lên cách điện không khí lớn hơn mức cho phép, đồng thời nếu có thì xác suất hình thành hồ quang là rất nhỏ, do đó khả năng cắt điện đường dây là không đáng kể, vì vậy trong tính toán ta bỏ qua thành phần này. ELV 40302010 50 0,1 0,25 0,45 0,57 77 a. Điện áp tác dụng lên cách điện của chuổi sứ. Điện áp tác dụng lên chuỗi sứ khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét là: LVCSCctcd Ukdt tdis L atR U +−1⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 2+2= )( )(. )( - Dòng điện sét có dạng is(t) = at nên có: LVcscccd Uk a L atR tU +−1⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 2+2= )(. . )( Trong đó các thành phần của Ucđ được xác định như ở phần sau. b. Điện áp làm việc ( đã tính ở phần trước) )(,. , . kvULV 2157=110143 2 3 2= c. Điện áp tại đỉnh cột khi sét đánh vào khoảng vượt khi có ảnh hưởng của hồ quang. ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 2+2−1= a L atR kU csc c . . )( Trong đó: a- độ dốc của dòng điện sét. Lccs- điện cảm của thân cột điện tính từ mặt đất lên đến điểm treo dâychống sét và Lccs= Lo.hc. Với Lo là điện cảm đơn vị của thân cột: )(, m HμL 60=0 ; hc- chiều cao cột điện. HμLcsc 15=2560=⇒ ., Rc- điện trở nối đất của cột đường dây Ω11=cR k- hệ số ngẫu hợp của dây chống sét đối với dây dẫn có ảnh hưởng của hồ quang ( k của dây dẫn pha A ≠ K pha B). 78 Trong công thức trên ta thấy tỷ lệ nghịch với K, vậy ta sẽ lấy giá trị K nhỏ hơn để tính với U lớn, ta có: KA1-2= 0,275. KB1-2= 0,183. KC1-2=0,131. Và ta lấy KC1-2 là hệ số ngẫu hợp để tính toán. Từ đó ta có: 2157+15+1143450= 2157+15+43450= 2157+⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 215+21310−1= +−1⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 2+2= ,)(., ,).(., , . ),( )( . )( ta tRa aatR Uk a L atR atU c c LV cs c c cd Như vậy khi thay Ω11=R vào ta được biểu thức tính Ucđ theo a và t ta được kết quả sau: a t 1 )( sμ 2 )( sμ 3 )( sμ 4 )( sμ 5 )( sμ 6 )( sμ 7 )( sμ 8 )( sμ 9 )( sμ 10 )( sμ 10 170,18 217,98 265,77 313,57 361,36 490,16 456,96 504,75 552,54 600,34 20 283,15 378,74 474,33 569,92 665,51 761,10 866,69 952,28 1077,87 1143,36 30 396,12 539,51 862,99 826,28 969,66 1113,05 1256,43 1399,82 1543,20 1686,59 40 509,09 700,27 891,45 1082,63 1273,81 1464,99 1656,17 1847,35 2038,53 2229,71 50 622,06 861,04 1100,01 1338,99 1577,96 1816,94 2055,91 2294,89 2533,86 2772,84 60 735,03 1021,80 1308,57 1595,34 1822,11 2168,88 2455,65 2742,42 3029,19 3315,96 70 848,00 1182,57 1517,13 1851,70 2186,26 2520,83 2855,39 3189,96 3524,52 3859,09 80 960,97 1343,33 1725,69 2108,05 2490,41 2872,77 3255,13 3637,49 4019,82 4402,21 90 1073,94 1504,10 1934,25 2364,41 2794,56 3224,72 3654,87 4085,03 4515,18 4945,34 100 1186,91 1664,86 2142,81 2620,76 3098,71 3576,66 4054,61 4532,56 5010,51 5488,46 Từ giá trị Ω11=cR ta có bảng đặc tính Vcđ(a,t) phụ thuộc vào thời gian và độ dốc đầu sóng sét a. Từ bảng này ta vẽ được đồ thị Vcđ theo a,t và vẽ được đặc tính phóng điện của chuỗi sứ. 79 80 Đồ thị giá trị của Ucđ theo a và t với Ω11=cR với sét đánh vào khoảng vượt. Ta có bảng sau: t(MS) 1 2 3 4 5 6 7 8 Ucs(KV ) 1020 930 860 818 790 780 770 770 Bảng giá trị điện áp phóng điện của chuỗi sứ Ucs(KV) Từ đồ thị ta xác định được các giá trị ai và ti là giao điểm của Ucđ vứi đặc tính V - S của chuỗi sứ, do đó ta sẽ xác dịnh được các cặp thông số nguy hiểm (Ii;ai). Sau đó ta xác định được đường cong nguy hiểm I = f(a). d. Xác suất phóng điện Vpđ: là xác suất để cặp thông số (I,a) của phóng điện sét thuộc miền nguy hiểm. Vpđ= f{I,a} thuộc miền nguy hiểm 3 hay dVpđ=f{a = ai}* { }iIIf ≥ mà { } 1126 1− ==≥ rIIf Ii ,l ( r1 là xác suất để dòng điện sét lớn hơn độ dốc i Ii nào đó ) aaiaii drdaadafaaf =+≤≤−== )()( ( dra là xác suất để dòng điện sét lớn hơn độ dốc ai nào đó ) 910 1−=≥= ,)( Iia aafr l Từ đó ta xác định được dVpđ= r1dra hay Vpđ= Str1dra, ta chia đoạn t÷0 làm thành thành phần nhỏ khi đó: ∑= aipd rrV ∆ với 1+−= aiai VVV∆ 81 Từ đồ thị Ucđ với Ω11=cR ta xác định được các cặp giá trị (a,t) từ đó xác định được I, Vi, Va, aV∆ như trong bảng sau: a(KA/ )sμ 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T( )sμ 11,8 6,7 3,7 2,8 2,3 1,8 1,5 1,2 0 0 I(KA) 118 134 111 112 115 108 105 96 0 0 V1(10-1 0,11 0,05 0,14 0,14 0,12 0,16 0,18 0,25 0 0 Va 0,0019 0,0005 0,0037 0,0034 0,0026 0,0049 0,065 0,0149 0 0 )(∆ 2−10aV 1,0014 0,9968 1,0003 1,0008 0,9977 0,9984 0,9976 1,0149 0 0 )( 6−10aVΔV1 110,15 49,84 140,04 140,11 119,72 178,49 178,49 253,73 0 0 Với Ω11=cR ta có: ∑ 6−1 10821151== .,.∆. apd VVV Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt: 06530=6010821151594== 6− ,,..,.,.. ηVNN pddcKV (lần/100km.năm) Do đó ta có thể có đồ thị I = f(a) là giới hạn của miền nguy hiểm: a )( sμ KV Miền nguy hiểm I(kA) 82 83 6. Tính toán suát cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột. Ta xét trường hợp sét đánh vào đỉnh cột: khi đó dòng điện sẽ đi vào bộ phận nối đất của cột điện, đồng thời một phần nhỏ sẽ đi vào bộ phận nối đất của các cột lân cận. Khi có quá áp khí quyển tác dụng lên cách điện đường dây thì đối với các pha khác là không giống nhau, ta phải tính toán điện áp đặt lên cách điện từng pha và xét trường hợp có giá trị lớn nhất. a. Điện áp đắt lên cách điện các pha. Giả sử ta tính Ucđ (a;t) với 1 giá trị a = 30 )( sμ KV Và t = 5 )( sμ với Ω11=cR , khi đó cách điện lên mỗi pha được tính bởi công thức sau: [ ] [ ] t ticcs c dd ctcstddcc d culvtacd d d KLLKMMakRiUUU x )( )()();( )(. −+−+−1++= Trong đó: + ULV- thành phần điện áp làm việc của đường dây 57,12Kv. + K- hệ số ngẫu hợp có ảnh hưởng của hồ quang với pha. KA1-2= 0,257; KB1-2= 0,183; KC1-2= 0,131. + ddcL - trị số điện cảm của phần cột điện tính từ mặt đất tới độ cao của đường dây: ddcL = L0.hdd. + L0- điện cảm đơn vị của thân cột điện ta lấy m HμL 60=0 , + hdd- độ treo cao của dây dẫn pha: A1-2: hdd= 20,8 ⇒ ddcL = 0,6.20,8 = 12,48 Hμ + B1-2: HμLmh ddcdd 6810=81760=⇒817= ,,.,, C1-2: hdd= 14,8 m ⇒ ddcL =0,6.14,8 = 8,88 Hμ 84 + cscL - trị số điện cảm phần cột điện tính từ mặt đất tới độ treo cao dây chống sét. HμhLL cscsc 15=25×60== 0 ,. + Mdd(t)- hỗ cảm giữa khe phóng điện sét với mạch vòng dây dẫn và đất được tính: ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 1+2−+1 +20= h H h h Hβ HV hM dd t ddtdd ∆ ln ∆ )( ln,)( . V- vận tốc phát triển với phóng điện ngược khe với Vt= β .C β - tốc độ tương đối phóng điện ngược của sét (β= 0,3) C- tốc độ truyền sóng trong không khí ( C = 300 sμ m ) ⇒ Vt= 0,3.300.5 = 450 ( sμm ) ( lấy t = 5) . H = hc+ hdd: Pha A1-2: H = 25 + 20,8 = 45,8 (m) B1-2: H = 25 + 17,8 = 42,8 (m) C1-2: H = 25 + 14,8 = 39,8 (m) . h∆ = hc- hdd: Pha A1-2: h∆ =25 - 20,8 = 4,2 (m) B1-2: h∆ = 25 - 17,8 = 7,2 (m) C1-2: h∆ = 25 - 14,8 = 10,2 (m) ⇒ Với pha A1-2: HμM Add 9811=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 1+24 845 8202 24−84530+1 845+4582020=2−1 , , , ln ,. , ,),( , ln,., ⇒ Với pha B1-2: HμMBdd 6410=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 1+27 842 8172 27−84230+1 842+45081720=2−1 , , , ln ,. , ,),( , ln,., ⇒ Với pha C1-2: HMCdd μ765=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 1+210 839 8142 210−83930+1 839+45081450=2−1 , , , ln ,. , ,),( , ln,., + Mcs(t)- trở cảm giữa mạch khe sét và mạnh dây chống sét được tính: 85 Hμ β hVt hcM ctcs 215=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 1+2530+12 252+5100302520=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 1++12 2+10= , ),( ..., ln., )( ln,)( + Udcư- thành phần điện cảm ứng lên đường dây và các pha gây ra bỡi diện trường của các điện tích khe sét và trong cột. Hhhβ HvthVthvt β ha h h kU c cdd dd cs dcu .∆)( ))(∆()( ln .., ).( 2+1 +++10−1= ⇒ Với pha A1-2: KvU Adcu 655855=845422530+1 845+53003024+53003025+530030 30 8203010 820 252570−1= 22−1 ,,...),( ),..,)(,..,()..,( ln , ,.., ) , .,( ⇒ Với pha B1-2: KvU Bdcu 096756=842272530+1 842+59027+59025+590 30 8173010 817 251830−1= 22−1 ,,.,..),( ),.)(,.().( ln , ,.., ) , .,( ⇒ Với pha C1-2: KvU Cdcu 214643=8392102530+1 839+590210+59025+590 30 81410300 148 251310−1= 22−1 ,,.,..),( ),.)(,.().( ln , ,., ).,( + is làthành phần dòngđiện sét đi vào trong thân cột được xác định bởi công thức: tα c tcscs ts R ML ai 2−−12 2−= l(. )()( ) Với: + Lcs- điện cảm của dây chống sét C LZ L cscs .= + L- là chiều dài khoảng vượt L = 200 m. + Zcs- tổng trở sóng của dây chống sét Zcs= 410,998 )Ω( + C- tốc độ truyền sóng C = 300 sμ m ⇒ HμLcs 247=300 200998410= ., 86 + 0720=152+274 112=2+ 2=2 ,. . cs ccs c LL R α Vậy ta có: KAi tc 12112=−1112 2152−27430= 50720− ,).( . ,.. ., )( l + Độ biến thiên dòng điện sét : tα c tcscs t tic α R MLa d d .)()( .. . 2−22 2−= l Thay vào ta có: 718=0720112 2152−27430= 50720− ,.,. . ,.. .,)( l t tic d d Bây giờ ta thay các tham số đã tính được và các tham số cho trước sμtsμ KAaRc 5=30=11= ;;Ω vào công thức tính Ucđ ta tính được điện áp đặt lên cách điện các pha: ⇒ Điện áp đặt lên cách điện pha A1-2 ),( taU Acd 2−1 = 57,12 + 855,655 + 102,68.11(1 - 0,257) +30 [11,98 - 0,257.15,2] + (12,48 - 0,257.15)18,7 = 2155,474 Kv ⇒ Điện áp đặt lên cách điện pha B1-2 ),( taU Bcd 2−1 = 57,12 + 756,096 + 102,68.11( 1- 0,183) + 30 [10,64 - 0,183.152] + (10,68 - 0,183.15) 18,7 = 2120,138 Kv ⇒ Điện áp đặt lên cách điện pha C1-2 ),( taU Ccd 2−1 = 57,12 + 643,214 + 102,68.11 (1- 0,131) + 30 [5,76 - 0,131.15,2] + (8,88 - 0,131.15).18,7 = 1924,227 Kv Qua tính toán ở trên ta thấy điện áp đặt lên cáchđiện pha A1-2 là lớn nhất so với các pha khác nên ta lấy pha A1-2 đểtính toán điện áp tác dụng lên chuỗi sứ khi sét đánh vào đỉnh cột đường dây điện. b. Điện áp đặt lên cách điện pha A1-2 trong trường hợp vào đỉnh cột. Điện áp đặt lên cách điện pha A1-2 được tính bởi công thức: cscctcdcLVtcd KVRiUUUU −+++= −−)( 87 Trong đó: ULV= 57,21 KV ( đã tính) dcU − - thành phần điện áp cảm ứng điện. 982585 845+9024+9025+90794= 845242530+1 845+9024+9025+90 30 82010 820 252570−1= +1 +++10−1= 2 2 , ),)(,()( ln, ,.,..),( ),)(,()( ln , ,.., ) , .,( .∆.)( ))(∆()( ln .., ).(− ttt a ttta Hhhβ Hvthvthvt β ha h h kU c cdd dd csd c Với các giá trị của a = 10, 20, 30….100 sμ KA và t = 1, 2, 3….10 (s) Thay Uđcư ta có kết quả bảng sau: A t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 148,49 204,41 239,1 263,75 285,12 301,75 315,92 328,26 339,19 349,00 20 296,97 408,83 478,24 527,49 570,24 603,51 631,85 656,53 678,39 698,00 30 445,46 613,25 957,65 791,25 855,36 905,26 947,77 984,79 1017,58 1047,00 40 593,95 817,66 1197,06 1054,99 1140,48 1207,02 1263,69 1313,05 1356,77 1396,00 50 742,44 1022,08 1436,47 1318,75 1425,59 1508,77 1579,62 1641,31 1695,96 1745,00 60 890,92 1226,49 1675,88 1582,49 1710,71 1810,53 1895,54 1969,58 2035,16 2094,01 70 1039,41 1430,91 1915,29 1846,25 1995,83 2112,28 2211,48 2297,84 2374,35 2443,01 80 1187,89 1635,33 2154,71 2109,99 2280,95 2414,04 2527,40 2626,10 2713,54 2792,01 90 1336,39 1839,74 2154,71 2373,75 2566,07 2715,79 2843,33 2954,37 3052,73 3141,01 100 1484,87 2044,16 2394,12 2637,49 2851,19 3017,55 3159,25 3282,63 3391,93 3494,02 tcU − là thành phần điện cảm từ. Ta có: )(− .. tdd t icdd c t c Mad d LU += Trong đó: ddcU - điện cảm cột tính từ mặt đát đến xà treo dây dãn. 88 t ic d d - tốc độ biến thiên của dòng điện sét đánh vào đỉnh cột, giá trị này phụ thuộc vào sự biến thiên đó là có phản xạ hay chưa có từ cột lân cận trở về. 1+240−5459 845+906164= , , , .(ln,)( t M tdd Thay các giá trị t = 0, 1, 2, 3….10 sμ vào công thức Mdd(t) ta có kết quả ở bảng sau: T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Mdd(t) 6,592 8,707 10,102 11,145 11,98 12,673 12,267 13,783 14,25 14,666 Thành phần điện áp ic Rc: - Khi chưa có phản xạ từ cột lân cận trở về c Lt 2≤ Với L là chiều dài khoảng vượt = 200 m C là vận tốc truyền sóng = 300 sμ sμt 331=300 2002≤ ,. + Dòng điện trong cột ic(t): ta có sơ đồ thay thế như hình vẽ: ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −2−2+= lα Z MZ RZ a i cstcstcs ccs taC )()(),( i 4314=152 112+998410=2 2+=1 ,. ., cs c ccs L RZ α 89 Thay vào biểu thức tính ic(a,t) ta có bảng kết quả Tốc độ biến thiên: t aa t a Z tRZ a d d cs ccst ic 94920=998432 998410=112+998410=2+= , , , ).,( . )( Giá trị t ic d d được tính trong bảng kết quả . Ta có sơ đồ thay thế: i: C LZ L cscs .= Zcs- tổng trở sóng của dây chống sét không có ảnh hưởng của hồ quang HμLcs 198356=300 200297534= ,., Is Rc i Zcs 2 c rq c2i Is Rc i Zcs 2 c rq c2i Lcs 2 Lc cs 90 91 + Dòng điện đi trong cột ic(a,t) là: ( )( ) 0570=152+198356 112=2+ 2= −12−2=1 2 − 2 , ., . )() CS CCS c tα cscs c c LL R αvíi etML R a tai Giá trị MCS(t) ở bảng sau: ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 1+65 50+905= ttMCS ln)( Bảng 3.7 T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 MCS(t ) 9,19 9,24 9,28 9,29 9,32 9,33 9,34 9,35 9,36 9,37 Bảng 3.8 a(KA/ )sμ 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T( )sμ 11,3 4,9 3,5 2,4 1,6 1,3 0 0 0 0 I(KA) 113 98 105 9,6 80 78 0 0 0 0 V1(10-1) 0,132 0,234 0,179 0,253 0,466 0,504 0 0 0 0 Va .10-3 0,031 0,125 0,066 0,149 0,649 0,780 0 0 0 0 )(∆ 2−10aV 0,906 1,059 0,917 0,5 0,869 1,78 0 0 0 0 )( 6−10aVΔV1 11,96 24,78 16,41 12,65 40,49 89,71 0 0 0 0 Ta có: 02220=6010196189==⇒10196== 66∑ ,,.....∆ ηVNnVVV pdcaiPd (lần/100Km.năm) 92 7. Tính xác suất phóng điện khi sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột. 34150=2540+06530+02220=++= ,,,,ddKVc nnnn (lần/100km.năm) ⇒ chỉ tiêu chống sét đường dây tải điện 932=34150 1=1= , ,n m (lần /100km.năm) * Kết luận : ta thấy rằng suất cắt điện trên đường dây 110KV là có thể chấp nhận được (không cao quá), tham số của cột là đảm bảo chỉ tiêu về suất cắt cho đường dây khi có sét đánh vào nó. Vậy để giảm số lần cắt điện do sét có thể dùng các biện pháp sau đây. - Giảm xác suất phóng điện VPđ bằng cách giảm điện trở nối đất cột điện và tăng cường cách điện đường dây. - Giảm trị số góc bảo vệ α để giảm khả năng sét đánh vào dây dẫn. Trường hợp sét đánh vào dây dẫn được xem là nguy hiểm nhất. Vì rất dễ gây phóng điện, như ở đường dây 110KV xác suất phóng điện có thể đạt tới 80%, ở đường dây điện áp cao hơn xác suất này vẫn còn giữ các trị số khá lớn. Tuy nhiên cần phải bảo vệ se yêu cầu cột phải cao và như thế sẽ làm tăng giá thành. Bảng giá trị củûa d-it/ dt =0,949 a/t t a 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 9,492 18,98 4 28,47 6 37,96 8 47,46 0 56,95 2 66,44 4 75,93 6 85,42 8 94,92 0 2 4,746 9,492 14,23 8 18,98 4 23,73 0 28,47 6 33,22 2 37,96 8 42,71 4 47,46 0 3 3,164 6,328 9,494 12,65 6 15,82 0 18,98 4 22,14 8 25,31 2 18,47 6 31,64 0 4 2,373 4,746 7,121 9,492 11,86 5 14,23 8 16,61 1 18,98 4 21,35 7 23,73 93 5 1,898 3,797 5,696 7,594 9,492 11,39 0 13,28 9 15,18 7 17,08 6 18,98 4 6 1,582 3,164 4,747 6,328 7,910 9,492 11,07 4 12,65 6 14,23 8 15,82 0 7 1,356 2,712 4,069 5,424 6,780 8,136 9,492 10,84 8 12,20 4 13,56 0 8 1,187 2,373 3,560 4,746 5,933 7,119 8,306 9,492 10,67 9 11,86 5 9 1,055 2,109 3,165 4,219 5,273 6,328 7,383 8,437 9,492 10,54 7 10 0,949 1,898 2,848 3,797 4,746 5,695 6,644 7,594 8,543 9,492 BẢNG GIÁ TRỊ CỦA [ ]142,0M2t998,410 998,432 a )ait(i )t(csc −−= t a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 9,064 18,554 28,044 37,535 47,026 56,517 66,009 75,500 84,992 94,483 20 18,128 37,108 56,088 75,071 94,052 113,03 5 132,01 7 151,00 0 169,98 3 188,96 6 30 12,192 55,661 84,131 112,60 5 141,07 7 169,55 2 198,02 6 226,50 0 254,97 5 283,44 9 40 36,257 74,115 112,17 5 150,14 1 188,10 3 226,06 9 264,03 5 302,00 0 339,96 6 377,93 2 50 45,321 92,769 140,21 9 187,67 6 235,12 9 282,58 6 330,04 4 377,50 1 424,95 8 472,41 5 60 54,385 111,32 3 168,26 3 225,21 2 282,15 5 339,10 4 396,05 2 453,00 0 509,94 9 566,89 8 70 63,449 129,87 6 196,30 7 262,74 7 329,18 1 395,62 1 462,06 1 528,50 1 594,94 1 661,38 1 94 80 72,513 148,43 0 224,31 5 300,28 2 376,20 6 452,13 8 528,06 9 604,00 1 679,93 3 755,86 5 90 81,577 166,98 4 252,39 4 337,81 7 423,23 2 508,65 5 594,07 8 679,50 1 764,92 4 850,34 8 100 90,642 185,53 8 280,43 8 375,55 3 470,25 8 565,17 3 660,08 7 755,00 2 849,91 6 944,83 1 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Kỹ thuật điện cao áp của VÕ VIẾT ĐẠN 2. Huớng dẫn kỹ thuật điện cao áp của NGUYỄN THỊ MINH CHƯỚC 3. Nhà máy điện và trạm biến áp của NGUYỄN HỮU KHÁI 4. Chống sét cho nhà và công trình của VIỄM SUM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ----------*******------------- NHIỆM VỤ THIẾT KẾ KỸ THUẬT Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Đình Thắng 96 Họ và tên sinh viên : Đoàn Văn Minh Ngành học : Hệ thống điện I/ - Đầu đề thiết kế: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHỐNG VÀ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22KV. II/- Dự liệu ban đầu: Trạm biến áp 110/22 KV có: - 2 lộ 110 KV vào. - 5 lộ 22 KV ra. - 1 lộ 0,4 KV ra. - 2 MBA 110/22KV. - Kích thước trạm: 60 x 100m2. - Điện trở suất đất 10.8,0=dρ 4(Ω cm) - Điện trở nối đất của cột đường dây 110KV là Rc =11(Ω). III/- Nội dung thiết kế. 1- Chương mở đầu: Tình hình giông sét ở Việt Nam sự ảnh hưởng của hệ thống điện. 2- Chương 1: Tính toán chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp. 3- Chương 2: Tính toán hệ thống nối đất cho trạm. 4- Chương 3: Tính toán chỉ tiêu chống sét cho đường dây 110KV. IV/- Các loại bản vẽ thiết kế: ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… V/- Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày / /2003 VI/- Ngày hoàn thành thiết kế: Ngày / /2003 Ngày tháng năm 2003 97 CHỦ NHIỆM KHOA ..................................... GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) ( Ký và ghi rõ họ tên) NGUYỄN ĐÌNH THẮNG Hoàn thành ngày 29 tháng 4 năm2003 Sinh viên thiết kế Đoàn Văn Minh KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 98 MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................... Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG MỞ ĐẦU: TÌNH HÌNH GIÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ TỚI LƯỚI ĐIỆN ......................................................................................................................... 2 I - Tình hình giông sét ở việt nam. ...................................................... 2 II. Sự ảnh hưởng của giông sét tới hệ thống điện: .............................. 4 CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN TRỐNG SÉT ĐÁNH TRỰCTIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP ..... 6 I. Các yêu cầu kỹ thuật: ....................................................................... 7 II. Giới thiệu sơ lược về thiết kế trạm 110/22KV: .............................. 8 III. Phạm vi bảo vệ của cột Thu sét: ................................................... 8 1. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét (H1-1): ............................. 8 2. Phạm vi bảo vệ của hai cột và nhiều cột thu sét : ..................... 9 IV. Khoảng càch an toàn trong không khí và đất. ............................ 11 V. trình tự tính toán chống sét đánh trực tiếp. .................................. 13 1 - Bố trí các cột thu sét : ............................................................ 13 2 - Xác định chiều cao hiệu dụng của cột : ................................. 13 3- Kiểm tra khả năng bảo vệ đối với vật nằm ngoài phạm vi cột thu sét bảo vệ: ............................................................................. 13 4. Kiểm tra lại toàn bộ: ............................................................... 13 VI. lựa chọn phương án bố trí cột: .................................................... 13 1. Phương án 1: ........................................................................... 13 2 - Phương án 2: .......................................................................... 24 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TOÀN TRẠM .................................................. 37 I. Tính toán nối đất an toàn : ............................................................. 40 1. Nối đất an toàn cho trạm 110KV: ............................................ 40 2- Nối đất an toàn cho trạm 22KV: .............................................. 42 II. tính toán nối đất chống sét cho trạm: ........................................... 44 1. Mở đầu: ................................................................................... 44 2- Tính toán nối đất chống sét cho trạm 110 KV: ...................... 46 3. Tính toán nối đất chống sét cho trạm 22KV: .......................... 51 III. Tính toán nối đất cột đường dây 110KV: ................................... 60 1- Nhiệm vụ: ............................................................................... 60 99 2. Hình thức nối đất nhân tạo: ..................................................... 61 3 - Các phương án nối đất: .......................................................... 62 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 110KV ...... 65 I.Đường dây 110Kv. .......................................................................... 68 1.Tham số cột đường dây 110KV ............................................... 68 2. Các số liệu tính toán: .............................................................. 69 II.Tính toán tham số khi sét đánh lên đường dây 110kv .................. 73 1.Số lần sét đánh vào đường dây: ............................................... 73 2. Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét nào dây dẫn. ............ 73 3. Số lần sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận và khoảng trượt .... 74 4. Tính suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. ..................................................................................................... 74 5. Tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt: ........................... 76 6. Tính toán suát cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột. ..................................................................................................... 83 7. Tính xác suất phóng điện khi sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột. ....................................................................................... 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................................. 95