Đồ án Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 110 / 35 kV

Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ môn Hệ thống Điện -------------------------------- Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự do – Hạnh phúc --------***-------- Nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp Họ và tên: Lớp : I. Đầu đề thiết kế: Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 110 / 35 kV. (Sơ đồ trạm cho như hình vẽ) II. Các số liệu ban đầu: Trạm biến áp 110/35 kV có: Kích thước trạm là 100x64m Bốn lộ 110 kV đi vào Hai máy biến áp Điện trở suất của đất là rđ = 0,8.102 W.m Điện trở của cột đường dây RC = 10 W Cùng sơ đồ mặt bằng đi kèm III. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán Tính toán phạm vi bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp. Tính toán nối đất cho trạm. Tính toán chỉ tiêu chống sét cho đường dây 110 kV. Tính toán bảo vệ chống sóng truyền vào trạm 35 kV. IV. Các bản vẽ và đồ thị minh hoạ Bảy bản vẽ A0 kèm theo. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày hoàn thành đồ án: Cán bộ hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp: TS. Nguyễn Minh chước Sinh viên thực hiện Mục lục Chương mở đầu: Quá điện áp khí quyển và tình hình chống sét ở Việt Nam 1. Hiện tượng phóng điện của sét - nguồn, phát sinh quá điện áp khí quyển. 1.1. Quá trình phóng điện của sét 1.2. Tham số của phóng điện sét. 1.3. Cường độ hoạt động của sét. 2. Tình hình giông sét ở Việt Nam. 3. Kết luận : Chương 1: Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp I. Khái niệm chung II. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp III. Tính toán thiết kế các phương án bố trí cột chống sét 1.Các công thức sử dụng để tính toán 2. Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột chống sét bảo vệ trạm biến áp 3. Vạch các phương án bảo vệ 3.1- Phương án 1 3.2 Phương án 2 3.3 Kết luận chung Chương 2 : Tính toán nối đất trạm biến áp I.Giới thiệu chung II- Các số liệu dùng để tính toán nối đất. III- tính toán hệ thống nối đất 1. Tính toán nối đất an toàn. 2. Nối đất chống sét 3. Nối đất bổ xung. 3.1. Điện trở của thanh. 3.2. Điện trở của cọc. 3.3. Điện trở bổ xung. 3.4. Tổng trở vào của hệ thống nối đất khi có nối đất bổ xung. Chương 3: Bảo vệ chống sét đường dây tải điện I.Các yêu cầu chung 1. Đặt vấn đề 2. Tính toán số lần cắt điện do sét II. Các tham số của đường dây 110kV lộ kép và các số liệu tính toán 1. Các tham số của đường dây 110kV lộ đơn 2. Các số liệu tính toán III. Tính toán các tham số sét đánh vào đường dây 1. Số lần sét đánh vào đường dây 2. Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 3.Tính toán suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt 4. Tính toán suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột 5. Điện áp đặt lên cách điện pha A trong trường hợp sét đánh vào đỉnh cột Chương 4: Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm từ đường dây 110kV I - Khái niệm chung 1. Khái quát chung 2 . Đặc điểm 3.Khoảng cách giới hạn II- phương pháp tính toán quá điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm III. Sơ đồ tính toán sóng truyền trạm. 1-Tính thời gian truyền sóng giữa các nút. 2-Tính điện áp tại các nút 3. Kiểm tra an toàn của các thiết bị trong trạm Chương mở đầu Quá điện áp khí quyển và tình hình chống sét ở Việt Nam Nghiên cứu giông sét và các biện pháp bảo vệ chống sét đã có một lịch sử lâu dài, những hệ thống thiết bị áp dụng những thành tựu tiên tiến, đảm bảo phòng chống sét một cách hữu hiệu, an toàn, đáp ứng được nhu cầu thực tiễn đòi hỏi. Tuy nhiên giông sét là hiện tượng tự nhiên : mật độ, thời gian và cường độ hoạt động mang tính ngẫu nhiên. Vì vậy trong nghiên cứu chống sét vẫn còn tồn tại một số vấn đề cần giải quyết. 1. Hiện tượng phóng điện của sét - nguồn, phát sinh quá điện áp khí quyển. 1.1. Quá trình phóng điện của sét Sét là một trường hợp phóng điện tia lửa khi khoảng cách giữa các điện cực rất lớn (trung bình khoảng 5km). Quá trình phóng điện của sét giống như quá trình xảy ra trong trường không đồng nhất. Khi các lớp mây được tích điện (khoảng 80% số trường hợp phóng điện sét xuống đất diện tích của mây có cực âm tính). Tới mức độ có thể tạo nên cường độ lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng điện tiên đạo và dòng gọi là tia tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.107 cm/s, của các lần sau nhanh hơn và đạt tới 2.108 cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau trung bình là ba lần). Tia tiên đạo là môi trường plama có điện dẫn rất lớn. Đầu tia nối với một trong các trung tâm điện tích của lớp mây điện nên một phần điện tích của trung tâm này đi vào trong tia tiên đạo và phân bố có thể xem như gần đều dọc theo chiều dài tia. Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tuỳ thuộc vào tình hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì địa điểm này nằm ngay ở phía dưới đầu tia tiên đạo. Trường hợp mặt đất có nhiều nơi điện dẫn khác nhau thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao. Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất vì ở đây cường độ trường có trị số lớn nhất và như vậy là địa điểm sét đánh trên mặt đất đã được định sẵn. Tính chất chọn lọc của phóng điện đã được vận dụng trong việc bảo vệ trống sét đánh thẳng cho công trình. 1.2. Tham số của phóng điện sét. Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét. Hiện nay đã tích luỹ được khá nhiều số liệu thực nghiệm về tham số này (đo bằng thỏi sắt từ hoặc bằng máy hiện sóng cao áp). Kết quả đo lường cho thấy biên độ dòng điện sét (Is) biến thiên trong phạm vi rộng từ vài kA tới hàng trăm kA và được phân bố theo quy luật thực nghiệm sau : Vi = Vi : xác suất xuất hiện sét có biên độ dòng điện ³ is Quy luật này cũng được biểu thị trên đường cong (hình 1) 60 20 40 60 80 100 0 20 40 80 % Vi KA Is Hình 1 Độ dốc trung bình : a = ( Tds : độ dài đầu sóng) Xác suất của độ dốc trung bình của dòng điện sét (Hình 2) 0,6 10 20 30 40 50 0 0,2 0,4 0,8 KA/ms a 1,0 Ua Hình 2 Dạng sóng có đầu sóng xiên góc ở (hỉnh 3) dùng khi quá trình cần xét xảy ra ở đầu sóng hoặc trong các trường hợp mà thời gian diễn biến tương đối ngắn so với độ dài sóng. Trong các trường hợp này sự giảm dòng điện sau trị số cực đại không có ý nghĩa nên khi t > Tds có thể xem dòng điện không thay đổi và bằng trị số biên độ. Ngược lại khi quá trình xảy ra trong thời gian dài (t >>Tds) như khi tính toán về hiệu ứng dòng điện sét có thể không sét đến giai đoạn đầu sóng và dạng sóng tính toán được chọn theo dạng hàm số mũ (hình 4). Is = a.t Is = a.Tds Hình 3 Tds Is Is/2 T = is =Is t t is is Hình 4 Ts 1.3. Cường độ hoạt động của sét. Cường độ hoạt động của sét được biểu thị bằng số ngày có giông sét hàng năm (Nng.s) hoặc tổng số thời gian kéo dài của giông sét trong năm tính theo thời gian (Ng.s). Theo số liệu thống kê của nhiều nước, số ngày sét hàng năm ở vùng xích đạo khoảng 100 á 150 ngày, vùng nhiệt đới từ 75 á 100 ngày, vùng ôn đới khoảng 30 á 50 ngày. * Mật độ sét : - Là số lần có sét đánh trên diện tích 1km2 trên mặt đất ứng với 1 ngày sét. ms = 0,1 á 0,15 Số lần sét đánh trên diện tích 1m2 mặt đất trong 1 năm sẽ là : N = ms. nng.S = (0,1 á 0,15) nng.S 2. Tình hình giông sét ở Việt Nam. Việt Nam là một nước khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, hoạt động của giông sét có cường độ mạnh. Thực tế sét đã gây nhiều cản trở đến đời sống, xã hội con người. Theo đề tài KC - 03 - 07 của Viện Năng lượng, số ngày giông sét trên miền Bắc nước ta thường dao động trong khoảng từ 70 á 100 ngày và số lần giông từ 150 á 300 lần, vùng giông sét nhiều nhất trên miền Bắc là vùng Tiên Yên - Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ 250 á 300 lần. Tập trung trong khoảng từ 100 á 110 ngày. Tháng nhiều giông nhất là các tháng 7, 8 có tới 25ngày/tháng. Nơi ít giông nhất miền Bắc là vùng Quảng Bình, hàng năm chỉ có khoảng 80 ngày giông. Nhìn chung ở Bắc bộ mùa giông tập trung trong khoảng từ tháng 5 á tháng 6, ở phía Tây của Trung Bộ và Bắc Bộ mùa giông tương đối sớm hơn. Bắt đầu vào tháng 4 quá trình diễn biến của mùa giông thường có xê dịch trong khoảng tháng 5, tháng 6 là nhiều nhất. ở miền Nam cũng khá nhiều giông, hàng năm trung bình quan sát được từ 40 á 50 ngày (đến 100 ngày tuỳ nơi) khu vực nhiều giông nhất là vùng Đồng bằng Nam Bộ, số ngày giông hàng năm trung bình lên tới 120 á 140 ngày (Sài Gòn : 138 ngày, Hà Tiên : 129 ngày). ở Bắc Bộ chỉ có khoảng trên dưới 100 ngày. Mùa đông ở Nam Bộ từ tháng 4 á tháng 9 trừ tháng 11 có số ngày giông trung bình 10 ngày/1 tháng. Còn suốt 6 tháng từ tháng 5 á 11 mỗi tháng đều quan sát được trung bình từ 15 á 20 ngày giông. ở Tây Nguyên, trong mùa đông thường chỉ 2 á 3 tháng số ngày giông đạt tới 1 á 5 ngày. Đó là các tháng 4, 5, 9. Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan sát được chừng 15 ngày giông. Qua khảo sát số liệu ở trên ta thấy rằng tình hình giông sét trên 3 miền khác nhau nhưng có những vùng lân cận nhau, mật độ giông sét tương đối giống nhau. Để tổng kết tình hình giông sét ở Việt Nam một cách hệ thống qua kết quả nghiên cứu của đề tài KC-03-07 người ta đã lập được bản đồ phân vùng giông trong đó nêu rõ toàn thể lãnh thổ Việt Nam có thể phân thành 5 vùng 147 khu vực. STT Vùng Ngày giông trung bình (ngày/năm) giơ giông trung bình (ngày/năm) Mật độ sét trung bình (lần/km) tháng giông cực đại 1 Đồng bằng ven biển Miền Bắc 81,4 215,6 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 95,2 3,35 5,8 5 Đồng bằng Miền Nam 60,1 89,32 5,37 5,9 Bảng 1 : Thông số về giông sét ở các vùng Từ các số liệu về ngày giờ giông, số liệu đo lường nghiên cứu thực hiện qua các giai đoạn, có thể tính toán để đưa ra số liệu dự kiến về mật độ phóng điện xuống đất cho các khu vực như ở bảng 2. Qua số liệu nghiên cứu ở trên ta thây rằng Việt Nam là nước có số ngày giông nhiều, mật độ sét lớn. Vì vậy giông sét là hiện tượng thiên nhiên gây ra nhiều thiệt hại cho lưới điện và các công trình quan trọng của Việt Nam. Số ngày giông Khu vực ven biển miền Bắc Khu vực trung du miền Bắc Khu vực cao nguyên miền Ttrung Khu vực ven biển miền Trung Khu vực ven biển miền Nam 20 á 40 2,43 á 4,86 2,4 á 4,2 1,2 á 2,4 1,22 á 2,44 1,26 á 2,52 40 á 60 4,86 á 7,29 4,2 á 6,3 2,4 á 3,6 2,44 á 3,65 2,52 á 3,78 60 á 80 7,29 á 9,27 6,3 á 8,4 3,6 á 4,8 3,65 á 4,87 3,78 á 5,04 80 á 100 9,27 á 12,15 8,4 á 10,5 4,8 á 6,0 4,87 á 6,09 5,04 á 6,3 100 á 120 12,15 á 14,5 10,5 á 12,6 6,0 á 7,2 6,09 á 7,31 6,3 á 7,36 Bảng 2 : Số ngày giông sét ở các khu vực 3. Kết luận : Sau khi nghiên cứu tình hình giông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của giông sét tới hoạt động của lưới điện ta thấy rằng việc bảo vệ các trạm điện và các đường dây trên không là rất cần thiết. ở những vùng lãnh thổ khác nhau, do điều kiện khí hậu và trang thiết bị kỹ thuật khác nhau nên đặc điểm về giông sét, tính chất và mức độ tác hại do giông sét gây ra cũng khác nhau. Vì vậy, việc tiếp thu các kết quả nghiên cứu về các thông số giông sét đặc tính hoạt động giông sét của từng vùng, từng khu vực để có những biện pháp chống sét cho hiệu quả và thích hợp. Chương 1 bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp I.Mở đầu Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống điện nhất là hệ thống điện lớn vì khi cần truyền tải đi xa người ta phải nâng cao điện áp cao để cho hiệu quả kinh tế (tổn thất điện áp nhỏ ). Đối với trạm biến áp theo thiết kế trong đồ án này thì các thiết bị điện của trạm được đặt ngoài trời (như máy biến áp, máy cắt, máy biến áp đo lường…) nên khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề (làm hỏng đến các thiết bị trong trạm và gây nên những tổn thất vê kinh tế cho những ngành công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện và ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt của con người). Do vậy trạm biến áp thường có yêu cầu bảo vệ rất cao. Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta dùng hệ thống cột chống sét, dây thu sét. Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện tích để định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên dưới hệ thống này. Cột chống sét làm bằng sắt, bê tông hay cột gỗ. Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi có dòng điện sét đi qua thì điện áp xuất hiện trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ngược đến các thiết bị khác gần đó. Bởi vì khi có sét đánh vào bộ phận chống sét thì trên đó có một điện áp dư, nếu điện áp dư này đủ lớn thì nó có thể phóng điện qua các thiết bị khác lân cận. Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật. II. Tính toán thiết kế các phương án bố trí cột chống sét Dựa vào đặc điểm của trạm ta có thể đặt cột chống sét độc lập hay trên kết cấu của trạm biến áp. Ta bố trí sơ bộ cột chống sét và số lượng cột chống sét trên cơ sở tận dụng các độ cao của các thiết bị kết cấu của trạm. 1.Các công thức sử dụng để tính toán a) Cột chống sét *) Độ cao cột chống sét: h =hx + ha (1-1) Trong đó: + hx : độ cao của vật được bảo vệ. + ha : độ cao tác dụng của cột chống sét, được xác định theo từng nhóm cột. (ha ³ D/8 m). (với D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột) *) Phạm vi bảo vệ của cột chống sét - Phạm vi bảo vệ của một cột chống sét độc lập sẽ là một miền xác định bởi mặt ngoài của một hình chóp nón tròn xoay có đường sinh là đường cong và bán kính bảo vệ đối với vật cao hx được tính như sau: Trong đó: - h: là độ cao của cột thu sét - rx: là bán kính của phạm vi bảo vệ ở đô cao hx Tuy nhiên việc sử dụng công thức (1-2) trong thực tế thì mà người ta chia ra các trường hợp sau để tính toán dạng công thức đơn giản hoá: + Nếu hx Ê 2/3h (1-3) + Nếu hx > 2/3h (1- 4) Trong thực tế có những công trình rất rộng do đó đòi hỏi độ cao của một cột là rất lớn gây khó khăn cho thi công nên người ta thường phối hợp nhiều cột chống sét với nhau. - Phạm vi bảo vệ của nhiều cột phối hợp với nhau lớn hơn nhiều so với phạm vi bảo vệ của nhiều cột độc lập. Trước tiên xét trường hợp hai cột chống sét: phạm vi giữa hai cột được bảo vệ nếu a < 7.h (với a là khoảng cách giữa hai cột chống sét). Khi có hai cột chống sét đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là ho và được xác định theo công thức: Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột là rxo và được xác định như sau: Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của hai cột chống sét có cùng độ cao - Trường hợp hai cột chống sét có độ cao khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo vệ được xác định như sau: - Khi có hai cột chống sét 1 và 2 có độ cao h1 và h2 khác nhau: Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột chống sét có độ cao khác độ cao. - Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột chống sét 2’ có độ cao h2 , khi đó các khoảng cách a12 = a; a12’ = a'. Khi đó xác định được các khoảng cách x và a' như sau với giả sử h2 > h1. + Nếu h1 > 2.h2/3: a’ = a- 0,75(h2 – h1) (1-7) + Nếu h1 2.h2/3: a’ = a – 1,5.h2 (1-8) Đối với trường hợp khi có hai cột chống sét cao bằng nhau ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là ho : (1-9) Tương tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột 1 và 2 là: (1-10) + Nếu hx > 2.h0/3 ta có: r0x = 0,75.h0(1- hx/h0) (1-11) + Nếu hx 2h0/3 ta có; r0x = (1-12) - Xác định đường kính của ba cột chống sét: Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi một tam giác hoặc tứ giác thì độ cao của cột chống sét phải thoả mãn: D Ê 8ha Trong đó: + D: Là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác ( hoặc tứ giác), tạo bởi các chân cột. đó là phạm vi mà nhóm cột có thể bảo vệ được. + ha : Là độ cao tác dụng của cột chống sét. +Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột chống sét bao giờ cũng lớn hơn phạm vi bảo vệ của cột đơn cộng lại. Điều kiện để cho hai cột chống sét có thể phối hợp được với nhau để bảo vệ được vật có độ cao hx nào đó là: a Ê 7h. Để xác định đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác ta sử dụng các công thức tính diện tích tam giác sau: S = ; S = Trong đó: + p: là nửa chu vi tam giác (1;2;3): + R: là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;3). - Xác định đường kính của đường tròn đi qua bốn đỉnh của tứ giác: Ta có công thức xác định đường kính của hình chữ nhật sau: (1-14) b) Dây thu sét *) Độ cao của dây thu sét h = hx + ha (1-15) Trong đó: + hx là độ cao trung bình của dây dẫn. + ha là độ cao tác dụng của dây thu sét. *) Phạm vi bảo vệ của dây thu sét - Phạm vi bảo vệ của dây thu sét là một dải rộng dọc theo chiều dài của dây dẫn. *) Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét - Khi hx 2h/3: (1-16) - Khi hx 2h/3: (1-17) *) Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét Khi đặt hai dây thu sét cách nhau một khoảng s = 4h thì mọi điểm trên mặt đất được bảo vệ nếu khoảng cách s < 4h. Phần bên ngoài của phạm vi bảo vệ được xác định như trường hợp một dây, còn phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung qua ba điểm: hai điểm treo dây chống sét và điểm giữa có độ cao Hình 1.3: Phạm vi bảo vệ của dây chống sét 2. Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột chống sét bảo vệ trạm biến áp - Trạm có diện tích là: 100m x64m và bao gồm: + Hai máy biến áp T1 và T2 + 4 lộ 110kV đi vào. - Độ cao các thanh xà phía 110kV là 10,7m. 3. Vạch các phương án bảo vệ 3.1- Phương án 1 a)Sơ đồ bố trí các cột Phương án này ta sử dụng 15 cột thu sét để bảo vệ trạm. Để tận dụng độ cao của trạm ta đặt các cột thu sét trên các xà của trạm, sơ đồ bố trí cụ thể được vẽ chi tiết theo hình 1.4 sau: Hình 1.4: Sơ đồ bố trí các cột thu sét trong phương án 1 b)Xác định độ cao của các cột chống sét +Xét nhóm cột 1;2;4;5 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 2;3;5;6 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 4;5;7;8 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 5;6;8;9 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 7;8;10;11 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 8;9;11;12 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 10;11;13;14 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 11; 12;14;15 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: Qua tính toán độ cao tác dụng của các cột chống sét, có thể lấy chung một giá trị độ cao tác dụng tối thiểu của cột chống sét toàn trạm là chiều cao tác dụng của nhóm cột nào có giá trị lớn nhất. Do vậy ta lấy giá trị độ cao của cột chống sét chung là: ha = 4,69m cho cả hai mạng 110 kV và 35 kV. Với mạng 110 kV ta có: h = hx + ha = 10,7 + 4,69 = 15,39(m) Để tăng độ dự trữ bảo vệ ta chọn cột có độ cao h = 17m. Với mạng 35 kV ta có: h = hx + ha = 7,5 + 4,69 = 12,19(m) Để tăng độ dự trữ bảo vệ ta chọn cột có độ cao h = 14m. Ngoài ra vì có 3 cột đặt trên cột chiếu sáng có độ cao là 21m. *) Phạm vi bảo vệ của cột chống sét a) Phía 110 kV có độ cao cần bảo vệ là 10,7 m. + Bán kính bảo vệ ở độ cao 17m: hx =10,7 m < 2/3 h. Do vậy ta có: + Bán kính bảo vệ ở độ cao 21m: hx =10,7 m < 2/3 h. Do vậy ta có: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (1,2): Ta có: Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (2,3): Ta có: Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (1;4): Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (3;6): Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (4,7): a’= a – 0,75.(h1 – h2) = 27,5 – 0,75.( 21 - 17) = 24,5 Vì hx < 2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ như sau: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (6;9): a’= a – 0,75.(h1 – h2) = 27,5 – 0,75.( 21 - 17) = 24,5 Vì hx < 2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ như sau: b) Phía 35 kV có độ cao cần bảo vệ là 7,5 m nên: + Bán kính bảo vệ ở độ cao 14m: hx =7,5 m < 2/3 h. Do vậy ta có: + Bán kính bảo vệ ở độ cao 21m: hx =7,5 m < 2/3 h. Do vậy ta có: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (7,10): a’= a – 0,75.(h1 – h2) = 22 – 0,75.( 21 - 14) = 17,5 Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (9,12): a’= a – 0,75.(h1 – h2) = 22 – 0,75.( 21 - 14) = 17,5 Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (10,13): Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (12,15): Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (13,14): a’= a – 0,75.(h1 – h2) = 25,5 – 0,75.( 21 - 14) = 20,25 Vì hx <2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (14,15): a’= a – 0,75.(h1 – h2) = 25,5 – 0,75.( 21 - 14) = 20,25 Vì hx <2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: c) Kiểm tra khả năng bảo vệ đối với các thiết bị và công trình nằm ngoài phạm vi các cột Các thiết bị đều được an toàn khi đặt các cột bảo vệ như trên. * Nhận xét: các cột bảo vệ có chiều cao cụ thể như sau: h1 = h2 = h3 = h4= h5 =h6= 17m h7 = h9 = h14 = 21m h10 = h11 = h12 = h13= h15= 14 m Từ đó ta vẽ được phạm vi bảo vệ của các cột thu sét ở phương án 1. d) Tổng chiều dài các cột chống sét Trong phương án này sử dụng 15 cột chống sét: + 3 cột cao 21m trong đó tận dụng được độ cao có sẵn là 21m. + Các cột còn lại trồng độc lập. Vậy tổng chiều dài các cột phải xây dựng thêm là: H = 7.(17) + 5.14 = 189(m) 3.2 Phương án 2 a) Sơ đồ bố trí cột chống sét Phương án này ta sử dụng 12 cột thu sét. Để tận dụng độ cao của trạm ta đặt các cột thu sét trên xà của trạm, cụ thể như sau: + Cột 1; 2 : ta đặt trên xà của trạm với độ cao có sẵn là 10,7m + Cột 6; 8 : ta đặt trên xà của trạm với độ cao có sẵn là 7,5m + Cột 4; 5; 10: Sử dụng chiều cao có sẵn của cột đèn chiếu sáng với độ cao có sẵn là 21m. Các cột lại là các cột tự do. Sơ đồ bố trí các cột cụ thể như trên hình vẽ sau:  b) Xác định độ cao của cột chống sét + Xét các cột (1;2;3) cũng như nhóm cột (1,2,4) Ta có: Nhóm cột này tạo thành tam giác có các cạnh như sau: a12 = 34m a13 = =30,23 m a23 = =30,23 m áp dụng công thức Hêrông cho tam giác khi biết ba cạnh để tìm bán kính đường tròn ngoại tiếp. D = 2.R = 2.18,3 = 36,6(m) Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: + Xét các cột (1;3; 4) Ta có: Nhóm cột này tạo thành tam giác có các cạnh như sau: a14 == 51m a13 = =30,23 m a43 = =36,8 m áp dụng công thức Hêrông cho tam giác khi biết ba cạnh để tìm bán kính đường tròn ngoại tiếp. D = 2.R = 2.25,8 = 51,6(m) Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: + Xét các cột (2;3; 5) Ta có: Nhóm cột này tạo thành tam giác có các cạnh như sau: a25 == 51m a23 = =30,23 m a35 = =36,8 m áp dụng công thức Hêrông cho tam giác khi biết ba cạnh để tìm bán kính đường tròn ngoại tiếp. D = 2.R = 2.25,8 = 51,6(m) Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 4;6;7;11 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 11;5;7;8 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 6;7;9;10 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 7;8;10;12 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: So sánh hai độ cao ha ta lấy độ cao lớn nhất là: ha = 6,45m Phía điện áp 110 kV thì độ cao của thiết bị cao nhất cần bảo vệ là 10,7 m nên: Độ cao của các cột là: h = hx + ha = 10,7+ 6,45 = 17,15(m) Vậy ta chọn độ cao của các cột chống sét: h = 18m. Phía điện áp 35 kV thì độ cao của thiết bị cao nhất cần bảo vệ là 7,5 m nên: Độ cao của các cột là: h = hx + ha = 7,5+ 6,45 = 13,95(m) Vậy ta chọn độ cao của các cột chống sét: h = 15m. * Xác định phạm vi bảo vệ của các cột chống sét a) Phía điện áp 110 kV thì phạm vi bảo vệ như sau: +Phạm vi bảo vệ độ cao 10,7m của cột có độ cao 18 m là: +Phạm vi bảo vệ độ cao 10,7m của cột có độ cao 21 m là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (1,2): Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (1,4): Vì h1 > 2.h2/3: a’ = a- 0,75(h2 – h1) Nên ta có: a’ = 51 - 0,75.(21 - 18) = 48,75 Vì hx <2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (2,5): Vì h1 > 2.h2/3: a’ = a- 0,75(h2 – h1) Nên ta có: a’ = 51 - 0,75.(21 - 18) = 48,75 Vì hx <2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: Phía điện áp 35 kV thì phạm vi bảo vệ như sau: +Phạm vi bảo vệ độ cao 7,5 m của cột cao 15 m: +Phạm vi bảo vệ độ cao 7,5 m của cột cao 21 m là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (4,6): Vì h1 > 2.h2/3: a’ = a- 0,75(h2 – h1) Nên ta có: a’ = 22 - 0,75.(21 - 15) = 17,5 Vì hx <2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét:(5;8): Vì h1 > 2.h2/3: a’ = a- 0,75(h2 – h1) Nên ta có: a’ = 22 - 0,75.(21 - 15) = 17,5 Vì hx <2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (9,10): Vì h1 > 2.h2/3: a’ = a- 0,75(h2 – h1) Nên ta có: a’ = 25,5 - 0,75.(21 - 15) = 21 Vì hx <2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (10;12): Vì h1 > 2.h2/3: a’ = a- 0,75(h2 – h1) Nên ta có: a’ = 25,5 - 0,75.(21 - 15) = 21 Vì hx <2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (6,9): Vì hx < 2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (8,12): Vì hx < 2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: c) Kiểm tra khả năng bảo vệ đối với các thiết bị và công trình nằm ngoài phạm vi các cột Ta thấy tất cả các công trình đều nằm trong phạm vi bảo vệ của các cột chống sét. * Nhận xét: Với độ cao mới này ta kiểm tra lại thấy toàn bộ trạm đã được bảo vệ hoàn toàn. d) Tổng chiều dài các cột chống sét Trong phương án này sử dụng 12 cột chống sét: + 4 cột cao 18m , trong đó có 2 cột đặt trên độ cao có sẳn là 10,7 m. + 5 cột cao 15m , trong đó có 2 cột dặt trên độ cao có sẳn 7,5 m + 3 cột cao 21m được đặt trên cột đèn chiếu sáng của trạm có chiều cao có sẵn là 21m. Vậy tổng chiều dài các cột phải xây dựng thêm là: H = 2.(18 – 10,7) + 2.(15-7,5) + 2.18 + 3.15 = 110,6(m) 4. Kết luận chung + Phương án 1 Dùng 15 cột chống sét trong đó có 7 cột cao 17m và 3 cột cao 21m, 5 cột cao 14 m . Tổng chiều dài cần xây dựng là 189m. + Phương án 2 Dùng 12 cột chống sét trong đó có 4 cột cao 18m và 3 cột đặt trên cột chiếu sáng có độ cao 21m, 5 cột cao 15 m. Tổng chiều dài cần xây dựng là 110,6m. Ta thấy cả 2 phương án đều thoã mãn yêu cầu kĩ thuật đề ra. Tuy nhiên ta sẽ chọn phương án 2 bởi vì phương án này là có tính kinh tế nhất và thẩm mỹ nhất. Chương 2 Tính toán nối đất trạm biến áp I.Mở đầu Trong khi thiết kế một công trình điện nào thì việc thiết kế hệ thống nối đất là không thể bỏ qua được. Bởi vì hệ thống nối đất là một phần rất quan trọng trong việc bảo đảm an toàn và bảo vệ quá điện áp, do đó việc nối đất của trạm biến áp, các cột thu lôi, các đường dây, các thiết bị chống sét phải được tính toán cụ thể trong khi thiết kế. Trong hệ thống có các loại nối đất sau: Nối đất làm việc Nhiệm vụ chính là đảm bảo chế độ làm việc bình thường của các thiết bị, hoặc một số bộ phận của thiết bị theo chế độ làm việc đã quy định sẵn. Đó là nối đất điểm trung tính máy biến áp, trong hệ thống điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất, nối đất của máy biến áp đo lường và các kháng điện dùng trong bù ngang trên các đường dây cao áp truyền tải điện… Nối đất chống sét Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất (khi sét đánh vào cột chống sét hay đường dây chống sét) để giữ cho điện thế mọi điểm trên thân cột không quá lớn tránh trường hợp phóng điện ngược từ cột thu lôi đến các các công trình được bảo vệ. Dòng điện sét có giá trị rất lớn (có giá trị đến hàng trăm kA) nếu không có khả năng tản nhanh dòng điện này thì trên hệ thống nối đất có một điện áp lớn và có khả năng gây nên phóng điện ngược tới các công trình xung quanh. Nối đất an toàn Có tác dụng đảm bảo an toàn cho con người khi cách điện bị hư hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách nối đất các bộ phận kim loại không mang điện (như vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, các giá đỡ kim loại). Do trong quá trình vận hành thì dưới tác dộg của môi trường, của điện áp cao…làm cho cách điện bị hư hỏng do lão hoá nên trên các bộ phận kim loại sẽ có một điện thế. Điện thế này có thể gây nguy hiểm cho con người. Do đó phải nối đất các bộ phận này là để giữ điện thế thấp và bảo đảm an toàn cho con người có thể vô ý tiếp xúc với chúng. Về nguyên tắc là phải tách rời các hệ thống nối đất nói trên nhưng trong thực tế ta chỉ dùng một hệ thống nối đất chung cho các nhiệm vụ. Bởi vì nhiều khi việc tách rời từng hệ thống nối đất là không thể thực hiện được (như đối với trạm nhỏ thì không thể tách rời được). Do đó để có thể nói chung các hệ thống nối đất này thì phải thoả mãn yêu cầu của cả ba hệ thống nối đất này (ta phải chọn điện trở nhỏ nhất trong tất cả ba loại nối đất). Khi điện trở nối đất càng nhỏ thì có thể tản dòng điện với mật độ lớn, tác dụng của nối đất tốt hơn an toàn hơn. Nhưng để đạt được trị số điện trở nối đất nhỏ thì rất tốn kém do vậy trong tính toán ta phải thiết kế sao cho kết hợp được cả hai yếu tố là đảm bảo về kỹ thuật và hợp lý về kinh tế. Một số yêu cầu về kỹ thuật của điện trở nối đất: + Đối với các thiết bị điện nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất phải thoả mãn: R Ê 0,5W. + Đối với các thiết bị có điểm trung tính không trực tiếp nối đất thì: + Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện với đất và chỉ có một hệ thống nối đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì: + Khi dùng nối đất tự nhiên nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn yêu cầu của các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé thì khong cần nối đất nhân tạo nữa. Còn nếu điện trở nối đất tự nhiên không thoả mãn đối với các thiết bị cao áp có dòng ngắn mạch chạm đất lớn thì ta phải tiến hành nối đất nhân tạo và yêu cầu trị số của điện trở nối đất nhân tạo là: RNT Ê 1W. Hệ thống nối đất gồm có các điện cực chôn trong đất và nối với thiết bị. Vì vậy mức độ tản dòng điện sét là phụ thuộc vào trạng thái của đất (do đất là môi trường rất phức tạp, điện trở suất cuả đất phụ thuộc thành phần của đất như tỉ lệ các loại muối, axit hoà tan trong đất, điều kiện khí hậu…). Cho nên độ dẫn điện của đất là luôn luôn thay đổi. ở Việt nam khí hậu thay đổi theo từng mùa rất mạnh (mùa khô thì độ ẩm giảm trong khi mùa mưa thì độ ẩm rất lớn) vì vậy độ ẩm của đất cũng thay đổi theo dẫn đến điện trở suất cuả đất cũng biến đổi trong phạm vi rộng. Do vậy trong tính toán thiết kế về nối đất thì trị số điện trở suất của đất dựa theo kết quả đo lường thực địa và sau đó phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa với mục đích là tăng cường an toàn. Công thức hiệu chỉnh như sau: rtt = rđ.Km Trong đó: rtt: là điện trở suất tính toán của đất. rđ: điện trở suất đo được của đất. Km : hệ số mùa của đất. Hệ số Km phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu của điện cực. Đối với trạm biến áp ta thiết kế có cấp điện áp 110/35kV và các cột thu lôi độc lập do đó ta sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu quả tản dòng điện tốt nhất. Mặt khác do đặt các cột thu lôi trên xà nên phần nối đất chống sét ta nối chung với mạch vòng nối đất của trạm. II- Các số liệu dùng để tính toán nối đất. Điện trở suất đo được của đất: rđ = 0,8.102 W.m. Điện trở nối đất cột đường dây: Rc = 10W. Dây chống sét sở dụng loại C-70 có điện trở đơn vị là: Ro =2,38W/km. Chiều dài khoảng vượt đường dây là: Đối với 110kV đã cho l = 200m. Dạng sóng tính toán của dòng điện sét: ta xét với dạng sóng chuẩn Is = Trong đó: + a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/ms + I: biên độ dòng điện sét I = 150kA + tđs: thời gian đầu sóng lấy bằng: Hình 2.1: Hình dạng sóng sét. IS(kA) Imax t(ms) tđs III- tính toán hệ thống nối đất 1. Tính toán nối đất an toàn. 1.1 Phía điện áp 110kV Trạm điện thiết kế có điện áp là 110/35kV, phía 110kV là mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất nên yêu cầu của nối đất an toàn là: R Ê 0,5 W. Thành phần điện trở nối đất R gồm hai thành phần: + Điện trở nối đất tự nhiên (Rtn). + Điện trở nối đất nhân tạo (Rnt). Đối với các thiết bị có điểm trung tính trực tiếp nối đất (có dòng chạm đất lớn) thì yêu cầu điện trở nối đất nhân tạo phải có trị số nhỏ hơn 1W. (2 – 1 ) (2 – 2 ) Vậy điều kiện nối đất là: Từ đó rút ra: a) Điện trở nối đất tự nhiên. Trong khi thiết kế việc tận dụng điện trở nối đất tự nhiên đem lại hiệu quả kinh tế. Đó là các hình thức nối đất đã có sẵn như các đường ống, các kết cấu kim loại của công trình chôn trong đất, móng bê tông cốt thép… Ta có công thức tính giá trị RTN như sau: Trong đó:+ RTN là điện trở nối đất tự nhiên do ta lợi dụng cột thu sét và dây chống sét. + n là số đường dây vào trạm: n = 4 + Rcs là điện trở của dây chống sét trong một khoảng vượt:Rcs= R0.l ta dùng dây C70 nên: R0 = 2,38W/km. + l là chiều dài một khoảng vượt: l = 200m + RC là điện trở nối đất của cột: RC = 10W Thay tất cả các thông số trên vào công thức (2-2) ta có: Vậy Rtn= 0,4 < 0,5 (W), RNT < 1 (W) b) Tính điện trở nối đất nhân tạo. * Tính nối đất mạch vòng quanh trạm: Mạch vòng bao quanh trạm có hình chữ nhật có kích thước như sau: Chiều dài l1 = 64m Chiều rộng l2 = 40,5m Để nối đất mạch vòng ta sử dụng thanh dẫn dẹt có kích thước: 50´5mm. Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của trạm như hình (1.2 ): Hình 2.2: Sơ đồ nối đất mạch vòng của trạm Ta có công thức tính điện trở mạch vòng của trạm theo công thức sau: Tính điện trở của mạch vòng quanh trạm Rm.v : Trong đó:+ rtt = rđo.Kmùa (t) là điện trở suất tính toán của mạch vòng. Tra bảng (2- 1) : Kmùa (T) = 1,6 Vậy ta có: rtt = r.Kmùa(T) = 80.1,6 = 120 (W.m). + L là chu vi mạch vòng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(40,5 + 64) = 209(m). + d là đường kính thanh nối: d = b/2 = 50/2 = 25 (m.m) = 2,5.10-2 m. +t là độ chôn sâu: t = 0,8m. + k là hệ số phụ thuộc hình dạng của hệ thống nối đất hay phụ thuộc vào tỉ lệ l1/l2. Ta có: Căn cứ vào bảng 2-5 ta vẽ được quan hệ giữa k và l2/l1 theo đồ thị sau: từ đó ta tìm được giá trị của k: k = 5,8 Hình 2.3: Quan hệ giữa k và tỉ lệ l2/l1 Thay số vào biểu thức (4-3) ta có: Nhận xét: ta thấy rằng Rm.v > 1 (W) vì vậy ta phải đóng cọc để giảm điện trở nối đất của hệ thống. * Tính điện trở đóng cọc quanh trạm: Để đóng cọc quanh trạm ta sử dụng loại thép góc 50x50x5mm, chiều dài l =2,5m. Sơ đồ bố trí mạch vòng cọc trong hệ thống nối đất của trạm như hình sau: Hình 2.4: Sơ đồ đóng cọc trong trạm. Với:+a: là khoảng cách giữa các cọc theo chu vi mạch vòng. +l: chiều dài cọc l = 2,5m. +t: độ chôn sâu cọc t = 0,8m. Hình 2.5: Hình dạng cọc sử dụng trong hệ thống nối đất Đối với một cọc điện trở tản xoay chiều được xác định theo công thức sau: Trong đó: + Cọc có kích thước: l = 2,5m. + r: là điện trở suất của đất đối với cọc: r = rđo.Kmùa (c) rđo = 80 (W.m); Kmùa (c) = 1,4. (Tra bảng (2-1) ) à rtt = 80.1,4 = 112(W.m). + d: là đường kính cọc được tính như sau: d = 0,95.b = 0,95.50. 10-3 = 4,75. 10-2m. + t: là độ chôn sâu: t = 0,8m. Giá trị t/ được tính: Thay số liệu vào công thức (2- 5 ) ta có: Vậy ta có điện trở của một cọc là: RC = 35,444W. Khi có nhiều cọc chôn theo mạch vòng thì ta có điện trở nối đất nhân tạo được tính theo công thức sau: Trong đó: + Rc : là điện trở tản nối đất của cọc (W). + Rm.v : là điện trở tản nối đất của mạch vòng (W). + n : là số cọc sử dụng trong hệ thống nối đất. + hm.v và hc : tương ứng là hệ số sử dụng mạch vòng, hệ số sử dụng cọc phụ thuộc vào số cọc và tỷ số a/l. Theo công thức (2-5) ta chỉ mới biết Rc và R mv vậy ta phải tìm số cọc để RNT đạt giá trị nhỏ nhất và phải đảm bảo sao cho RNT . Mặt khác thì hmv và hc phụ thuộc số cọc ta sử dụng trong hệ thống nối đất. Bằng cách cho ứng với mỗi giá trị của n ta tính được mỗi giá trị RNT. Bằng cách thay đổi các giá trị của n ta sẽ có các giá trị của RNT tương ứng theo công thức (2-5). - Xét n1 = 50; ta có: a/l = 2,296 Từ đó ta tra được: hC = 0,59; hT = 0,3 Ta tính được: Ta thấy rằng n = 50 cọc thì giá trị RNT = 0,969 W đã thoả mãn điều kiện trên. Vậy ta đóng 50 cọc vào hệ thống nối đất nhân tạo. Khi đó : RHT =. Vậy đảm bảo yêu cầu kĩ thuật là: RHT <0,5 W 1.2 Phía điện áp 35 kV như sau: Mạch vòng bao quanh trạm có hình chữ nhật có kích thước như sau: Chiều dài l1 = 64m Chiều rộng l2 = 59,5m Để nối đất mạch vòng ta sử dụng thanh dẫn dẹt có kích thước: 50´5mm. Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của trạm như hình (1.2 ): Hình 2.2: Sơ đồ nối đất mạch vòng của trạm Ta có công thức tính điện trở mạch vòng của trạm theo công thức sau: Tính điện trở của mạch vòng quanh trạm Rm.v : Trong đó:+ rtt = rđo.Kmùa (t) là điện trở suất tính toán của mạch vòng. Tra bảng (2- 1) : Kmùa (T) = 1,6 Vậy ta có: rtt = r.Kmùa(T) = 80.1,6 = 120 (W.m). + L là chu vi mạch vòng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(59,5 + 64) = 247(m). + d là đường kính thanh nối: d = b/2 = 50/2 = 25 (m.m) = 2,5.10-2 m. +t là độ chôn sâu: t = 0,8m. + k là hệ số phụ thuộc hình dạng của hệ thống nối đất hay phụ thuộc vào tỉ lệ l1/l2. Ta có: Căn cứ vào bảng 2-5 ta vẽ được quan hệ giữa k và l2/l1 theo đồ thị sau: từ đó ta tìm được giá trị của k: k = 5,8 Hình : Quan hệ giữa k và tỉ lệ l2/l1 Thay số vào biểu thức (4-3) ta có: Vì Rmv = 1,29 W < R0 = 4 W nên hệ thống nối đất cho cột như đã tính đạt yêu cầu. 2. Nối đất chống sét 2.1. Phía điện áp 110 kV. Khi có dòng điện sét 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 của điện cảm mất dần và điện áp phân bố sẽ đều hơn. Nếu thời gian này T<<tđs thì ta coi như là nối đất tập trung, nếu thời gian này xấp xỉ hoặc lớn hơn tđs thì lúc này hệ thống nối đất như là đường dây dài và ta phải xét quá trình quá độ trong đường dây dài này. Lúc này ta thay thế mạch có đầy đủ các phần tử để xét. Hình 2.6: Sơ đồ thay thế đầy đủ của hệ thống nối đất Tuy nhiên giá trị của điện cảm lớn hơn rất nhiều so với giá trị cảm của nó và ảnh hưởng của thành phần điện dung là rất nhỏ hơn so với thành phần điện dẫn nên trong sơ đồ thay thế ta bỏ qua thành phần điện trở và điện dung. Từ đó ta có sơ đồ thay thế như hình sau: Hình 2.6: Sơ đồ tính toán thực tế của hệ thống nối đất. Thời gian quá độ của quá trinh phân bố lại điện áp trong hệ thống phụ thuộc vào hằng số thời gian T L0.G0.l2 Trong đó: + L0 là giá trị điện cảm đơn vị (2-6) + L là chu vi của trạm. + r là bán kính tiết diện thanh điện cực (r = d/2=1,25cm). + G0 là giá trị điện dẫn đơn vị. G0 =1/R.l (2-7) + l là chiều dài điện cực: l = L/2. + R là điện trở xoay chiều tính cho mùa sét. * Tính toán các tham số L0 và G0 - Xác định L0: từ công thức (2-6) ta có - Xác định G0: Ta có công thức tính R như sau: (2-8) Điện trở cọc tính cho mùa sét: Điện trở thanh tính cho mùa sét: Trong đó các giá trị của , , , tra theo bảng 2-1(hướng dẫn làm đồ án tốt nghiệp _ Nguyễn Minh Chước) Từ đó ta tính được R theo công thức (2-8): theo kết quả tra trên ta có: Từ đó ta tra được: hC = 0,59; hT = 0,3 Ta tính được: * Tính tổng trở vào của hệ thống nối đất Z(0,tđs) Tính tổng trở vào của hệ thống nối đất, tính toán phân bố dài khi không xét quá trình phóng điện trong đất. Từ sơ đồ thay thế ở hình 2.8 ta thiết lập được hệ phương trình vi phân: (2-9) Giải hệ phương trình vi phân (2-9) ta được điện áp tại một điểm bất kì trên điện cực với dạng sóng của đầu vào của bộ phận nối đất là dạng sóng xiên góc. Ta tính toán với dạng sóng chuẩn: Is = Với: + a là độ dốc của dòng sét (a = 30kA/ms) + I là biên độ của dòng sét ( I = 150kA) + tđs là thời gian đầu sóng (ms) (2-10) Trong đó: + + Tk = T1/k2 Do coi hệ thống nối đất là sự gép song song của hai tia nên tổng trở xung kích của hệ thống nối đất tại thời điểm t = tđs sẽ là : (2-11) Từ công thức trên ta thấy tổng trở xung kích của nối đất gồm hai thành phần: +Thành phần biến thiên theo thời gian t (thành phần cảm ứng ). +Thành phần ổn định có trị số bằng trị số điện trở xoay chiều là:1/(2.G0.l) Tổng trở xung kích của hệ thống nối đất tiến tới trị số ổn định càng nhanh thì trị số điện trở tản càng ngắn. Chiều dài của điện cực càng lớn thì điện áp ở đầu cuối càng bé điều này chứng tỏ các phần ở cuối của điện cực phát huy tác dụng kém . Để tính Z(0, tđ.s) xét chuỗi: (2-12) Vì : e-3 =0,05 ; e-4 =0,018 ; e-5 = 0,0067 ; e-6 = 0,00247 Nên ta chỉ xét đến e-4. Từ e-4 rất bé so với số hạng trước nên ta có thể bỏ qua, tức là tính với k sao cho Ta có nên . Vậy: Hệ số k là nguyên dương nên ta có: Với: tđ.s = 5ms, ta có: Như vậy ta sẽ tính toán với k lớn nhất là 5, tức là k =1á5 Ta có các kết quả như bảng (2-1 ): K 1 2 3 4 5 22.600 5,650 2,511 1,413 0,226 tđs/Tk 0,221 0,885 1,991 3,540 22,124 0,851 0,524 0,234 0,075 0 0,851 0,131 0,026 0,005 0 Từ bảng (2-1 ) ta tính được: Thay các giá trị vào (2-11) ta được: Kiểm tra điều kiện nhằm đảm bảo an toàn cách điện cho máy biến áp với các giá trị : I =150kA ; Z(0, tđ,s) = 3,01W ứng với 2 giá trị trên tại thời điểm dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất thì thế tại điểm dòng điện sét đi vào là: Uxk= Is, Z(0,tđs) = 150.3,01 = 451,5 (kV) Vậy ta có: Uxk = 451,5 kV < U50% = 465kV 2.2 Nối đất chống sét cho phía điện áp 35 kV. Tiêu chuẩn của nối đất chống sét cho trạm biến áp 35 kV 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 chổ nối của cột thu sét đến chỗ nối đất của các thiết bị trong trạm. Theo quy định thì khoảng cách yêu cầu là: SK >5 m Sd >3 m Trong tính toán lấy dòng điện sét Is = 150 kA; a = 30 kA/ms, điện áp trên bộ phận nối đất được xác định. Đồng thời tính Rd < 10, Epd = 300kV/s, Edpd = 500 kV/m từ đây ta xác định được: Sk ³ Sd ³ Từ cách bố trí cột ta có: Sk =5 m; Sd = 3m Chiều cao cần bảo vệ là 8m Từ đó: Rxk < W Sd Rxk < 3/0,5 = 6 W Vậy muốn bảo đảm yêu cầu của chống sét cho trạm 35 kV ta phải thiết kế để hệ thống nối đất có điện trở nối đất xung kích. Nhỏ hơn 6W Ta dùng hệ thống cọc Để đóng cọc quanh trạm ta sử dụng loại thép góc 50x50x5mm, chiều dài l =2,5m. Sơ đồ bố trí mạch vòng cọc trong hệ thống nối đất của trạm như hình sau: Hình 2.4: Sơ đồ đóng cọc trong trạm. Với:+a: là khoảng cách giữa các cọc theo chu vi mạch vòng. +l: chiều dài cọc l = 2,5m. +t: độ chôn sâu cọc t = 0,8m. Hình dạng cọc sử dụng trong hệ thống nối đất Đối với một cọc điện trở tản xoay chiều được xác định theo công thức sau: Trong đó: + Cọc có kích thước: l = 2,5m. + r: là điện trở suất của đất đối với cọc: r = rđo.Kmùa (c) rđo = 80 (W.m); Kmùa (c) = 1,2. (Tra bảng (2-1) ) à rtt = 80.1,2 = 96(W.m). + d: là đường kính cọc được tính như sau: d = 0,95.b = 0,95.50. 10-3 = 4,75. 10-2m. + t: là độ chôn sâu: t = 0,8m. Giá trị t/ được tính: Thay số liệu vào công thức (2- 5 ) ta có: Vậy ta có điện trở của một cọc là: RC = 30,38W. Xác định số cọc phải đóng: n= Trong đó: n- Số cọc phải đóng. hc- Hệ số sử dụng cọc. Vì nên tra bảng phụ lục 6.6 sách “Hệ thống cung cấp điện …” ta được hc =0,73. R0- Điện trở của thiết bị nối đất theo quy định (R0 =10W) Vậy: n = Vậy số cọc cần đóng là 5 cọc. Tính điện trở của thanh ngang gồm có 5 cọc nên có chiều dài là L = 5.4 = 20m nên có: RT = Khi đó: Trong đó: + Rc : là điện trở tản nối đất của cọc (W). + RT : là điện trở tản nối đất của thanh. + n : là số cọc sử dụng trong hệ thống nối đất. + hT và hc : tương ứng là hệ số sử dụng thanh, hệ số sử dụng cọc phụ thuộc vào số cọc và tỷ số a/l. Với a/l = 2 nên ta có: Tra bảng phụ lục sách “Kỹ thuật điện cao áp ...” ta được hc = 0,73; ht = 0,48. Vậy: Rnđ = Vì Rnd = 5,52 W < RYC = 6 W nên hệ thống nối đất cho cột như đã tính đạt yêu cầu. Vậy thoả mãn điều kiện chống sét.Chương 3 Bảo vệ chống sét đường dây tải điện I.Các yêu cầu chung 1. Đặt vấn đề Trong hệ thống điện thì các trạm biến áp được bảo vệ với độ tin cậy rất cao nên sự cố trạm sét đánh trực tiếp là rất bé. Trong khi đó đường dây tải điện là phần tử dài rất lớn và đi qua các vùng có cường độ sét hoạt động khác do vậy khả năng sét đánh vào đường dây lớn hơn rất nhiều so với trạm biến áp. Vì vậy có thể coi sự cố do sét chủ yếu là đối với đường dây tải điện. Quá điện áp khí quyển gây nên phóng điện trên cách điện và truyền sóng quá điện áp vào trạm gây nên sự cố phá hoại cách điện của trạm (điều này đặc biệt nguy hiểm khi sét đánh gần trạm do vậy các đoạn đường dây gần trạm phải được tăng cường cách điện). Quá điện áp khí quyển có thể xuất hiện do sét đánh vào đường dây hoặc do sét đánh xuống mặt đất gần đó gây nên quá điện áp cảm ứng trên đường dây. Trường hợp nguy hiểm nhất là sét đánh thẳng vào dây dẫn vì đường dây phải chịu toàn bộ năng lượng của dòng sét vì vậy trường hợp này được chọn để tính toán cho đường dây tải điện. Do quá điện áp khí quyển có trị số rất lớn nên không thể chọn mức cách điện của đường dây đáp ứng hoàn toàn yêu cầu của quá điện áp khí quyển. Trong thực tế thường chọn cách điện với theo yêu cầu kinh tế nhưng suất cắt do sét nằm trong khoảng cho phép. Việc bảo vệ chống sét đường dây thường không thể đạt tuyệt đối được do vốn đầu tư quá lớn cho tăng cường về cách điện đường dây, hoặc dùng các thiết bị bảo vệ chống sét phức tạp, đắt tiền... Do đó phương hướng đúng đắn là việc tính toán mức độ bảo vệ chống sét của đường dây phải xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế, nghĩa là một mặt làm cho số lần cắt điện đường dây do sét gây ra giảm đến mức thấp nhất có thể, một mặt đảm bảo tính chất kinh tế của biện pháp chống sét. Điều này có nghĩa là ta phải tìm ra được phương thức bảo vệ đường dây tương ứng với trường hợp tổn hại do sét gây ra là lớn nhất. 2. Tính toán số lần cắt điện do sét Với độ treo cao của dây trên cùng là h thì đường dây sẽ thu hút về phía mình các phóng điện sét trên dải đất rộng 6h và chiều dài L. Số lần có phóng điện xuống đất trên diện tích 1km2 ứng với một ngày sét là (0,10,15). Vậy số lần sét đánh thẳng trong một năm là: Trong đó: + ms là số lần phóng điện sét xuống đất trên diện tích 1km2 ứng với một ngày sét. + h là chiều cao trung bình của dây dẫn cao nhất. + nngs số ngày sét hằng năm nơi có đường dây đi qua. nngs = 75 ngày Trong dòng điện sét thì hai tham số quan trọng nhất là biên độ và độ dốc của dòng điện sét. Các tham số của dòng điện sét phân bố tản mạn, không phải tất cả các lần có sét đánh vào đường dây đều gây nên phóng điện trên cách điện đường dây mà chỉ có những cú sét có biên độ lớn hơn mức cách điện của đường dây thì mới gây nên phóng điện. Khả năng phóng điện được đặc trưng bởi số xác suất phóng điện Vpđ. Số lần xảy ra phóng điện trên cách điện trong một năm: (3-2) Tuy nhiên không phải số lần máy cắt nhảy bằng số lần có phóng điện vì thời gian tác dụng của quá điện áp khí quyển rất ngắn khoảng 100μs trong khi thời gian làm việc của bảo vệ rơ le thường không bé hơn một nữa chu kì tần số công nghiệp (bằng 0,01s). Phóng điện xung kích chỉ gây nên cắt máy cắt khi nó hình thành hồ quang duy trì bởi điện áp của lưới điện. Xác suất hình thành hồ quang phụ thuộc nhiều yếu tố trong đó yếu tố quan trọng nhất là gradien của điện áp làm việc dọc theo đường phóng điện. (3-3) Trong đó: +η xác suất chuyển từ phóng điện tia lửa thành hồ quang duy trì. + Elv cường độ điện trường trên cách điện của đường dây. + Ulv điện áp làm việc của đường dây. + lpđ là chiều dài phóng điện. Hình 3.1: Quan hệ h = f(Elv) Số lần cắt điện trong một năm là: (3-4) Để so sánh khả năng chịu sét của các đường dây có tham số khác nhau đi qua những vùng có cường độ sét khác nhau người ta tính trị số suất cắt của đường dây tính cho đường dây có chiều dài 100km. (lần/100km/năm) (3-5) Từ công thức (3-5) ta thấy để giảm số lần cắt của máy cắt do sét thì giảm trị số của Vpđ, η. Việc giảm trị số Vpđ được thực hiện bằng cách treo dây chống sét và tăng cường cách điện( thêm bát sứ) của đường dây. Việc treo dây chống sét trong thực tế cho thấy là biện pháp hữu hiệu giảm được số lần cắt của máy cắt điện đường dây tuy nhiên có các lưu ý sau: + Dây chống sét làm nhiệm vụ chống sét đánh thẳng vào đường dây. + Việc treo dây chống sét không thể đảm bảo có mức chịu sét tuyệt đối (kể cả trường hợp không tính sét đánh vòng qua dây chống sét). Bởi vì khi sét đánh vào dây chống sét thì nó sẽ có một điện áp giáng trên toàn bộ nối đất cột điện, nếu điện trở nối đất có giá trị lớn thì điện áp giáng lớn và có thể gây nên phóng điện ngược tới dây dẫn. Như vậy tác dụng của dây chống sét còn phụ thuộc vào tình hình nối đất của cột điện. Tại những vùng đất xấu có điện trở suất cao lớn hơn 5.104W.cm thì dây chống sét sẽ không phát huy tác dụng mà thường người ta thường cố gắng giảm trị số h. Giảm h (xác suất hình thành hồ quang duy trì) khi giảm được cường độ điện trường dọc theo đường phóng điện bằng cách tăng chiều dài của đường phóng điện (ví dụ như dùng xà gỗ hoặc tăng chiều dài chuỗi sứ….). II. Các tham số của đường dây 110kV và các số liệu tính toán 1. Các tham số của đường dây 110kV lộ đơn - Dây dẫn loại AC-150 có d = 17mm. - Dây chống sét loại AC-70 có d = 11,4mm treo cao 21m. - Chuỗi sứ gồm 7 bát P- 4,5 có chiều cao của mỗi bát là 170mm Chiều dài của chuỗi sứ: l = 7.170 = 119(cm) = 1,19(m) - Khoảng vượt đường dây là l = 200m. - Độ võng: f = 3m - Độ võng của dây dẫn: f = 5m Hình 3.2: Cột trung gian. c) Chiều cao của dây dẫn: bằng các kết quả tính toán về độ dài chuỗi sứ ta tính được độ cao của các pha như sau: + Chiều cao của dây chống sét: 20m + Xà pha A: 17,2m + Xà pha B: 13,7m + Xà pha C: 13,7m + Chiều dài của xà pha A: 1,7m + Chiều dài của xà pha B, C: 2,5m Từ đó ta tính được độ cao của các dây treo: + Dây pha A: hA = 17,2 -1,2 =16(m) + Dây pha B,C : hB = hC = 13,7 -1,2 =12,5(m) 2) Các số liệu tính toán a) Độ cao trung bình của dây dẫn + Độ cao trung bình của pha A: + Độ cao trung bình của pha B, C: b) Độ cao trung bình của dây chống sét c) Tổng trở sóng của dây dẫn Tổng trở sóng của dây dẫn được xác định theo công thức sau : (3-7) Trong đó: + h là độ cao trung bình của dây dẫn. + r là bán kính của dây dẫn. + Tổng trở sóng của dây thu sét + Tổng trở sóng pha A: + Tổng trở sóng pha B, C: d) Góc bảo vệ + Tính góc bảo vệ pha A: + Tính góc bảo vệ pha B, C: Nhận xét: ta thấy các góc bảo vệ a < 310 vậy nên thoả mãn yêu cầu về chống sét. e) Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét được xác định như sau: (3-8) Trong đó:+h2 là độ treo cao của dây chống sét. + r2 là bán kính của dây dẫn. +d12 là khoảng cách giữa dây chống sét và dây dẫn pha A. +D12 là khoảng cách giữa dây chống sét và ảnh của dây dẫn pha Hình 3.3: Dây dẫn và ảnh của nó. + Hệ số ngẫu hợp giữa pha A và dây chống sét: - Khi chưa tính đến vầng quang thì hệ số ngẫu hợp pha A và dây chống sét được xác định như sau: Ta có: + hcstb = 18m + + - Khi tính đến vầng quang: + Hệ số ngẫu hợp giữa pha B, C và dây chống sét: - Khi chưa tính đến vầng quang thì hệ số ngẫu hợp pha B, C và dây chống sét được xác định như sau: Ta có: + hcstb = 18m + + - Khi tính đến vầng quang: Nhận xét: từ kết quả tính toán ta thấy hệ số ngẫu hợp giữa pha A và dây chống sét là lớn nhất, góc bảo vệ của pha A cũng lớn nhất do vậy: + Để tính suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn thì ta chỉ xét cho pha A _là pha có góc bảo vệ lớn nhất. + Để tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét ta tính cho pha có quá điện áp khí quyển đặt lên lớn nhất hay pha có hệ số ngẫu hợp bé nhất đó là pha B, C. + Để tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột ta phải xác định quá điện áp khí quyển đặt lên các pha và ta tính trường hợp nguy hiểm nhất tức là pha có Ucđ(a,t) lớn nhất. III. Tính toán các tham số sét đánh vào đường dây 1. Số lần sét đánh vào đường dây Khi sét đánh vào dây dẫn thì có các khả năng sau: + Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn (Na). + Sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột (Nđc). + Sét đánh vào khoảng vượt (Nkv). N = Na + Nc + Nkv (3-9) a) Tính số lần sét vòng qua dây dẫn vào khoảng vượt Xác suất sét đánh vòng qua dây chống vào dây dẫn là: Va (3-10) Trong đó:+ a là góc bảo vệ pha A (aA = 23,020) + h là chiều cao cột điện (h = 20m). Thay số vào công thức trên ta tính được: Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào pha B là: (lần/100km.năm) b) Số lần sét đánh vào đỉnh cột và khoảng vượt 2. Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn - Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn được tính theo công thức sau: ndd = Na.Vpđ.h (3-11) Trong đó: + Vpđ là xác suất phóng điện do quá điện áp đường dây khi có sét đánh vào đường dây dẫn, tham số này được xác định như sau: (3-12) Với: + Zdd là tổng trở sóng của dây dẫn pha B. +U50% là điện áp phóng điện xung kích của các điện đường dây. U50% = 660kV Từ đó ta xác định được: +h là xác suất hình thành hồ quang. Xác suất hình thành hồ quang phụ thuộc chủ yếu vào gradien điện áp làm việc dọc đường phóng điện. h = f(Elv) = f(Ulv/lpđ) Với :+Ulv là điện áp làm vịêc bằng giá trị điện áp pha. +lpđ là chiều dài phóng điện, lấy bằng chiều dài chuỗi sứ (lpđ = 1,19m). Từ đó ta có: Bằng cách tra đồ thị hình 1.2 ta có ứng với Elv = 48,067 có h = 0,58. Từ các tham số đã tính được ta thay vào công thức tính suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. ndd = Na.Vpđ.h = 0,1701.0,8076.0,58 = 0,08 (lần/100km/năm) Nhận xét: từ kết quả tính được ta thấy để giảm ndd bằng cách giảm h (tăng chiều dài chuỗi sứ) hoặc giảm góc bảo vệ a (tăng độ cao cột thu sét) hoặc tăng chiều cao cột. 3.Tính toán suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt Hình 3.4: Trường hợp sét đánh vào khoảng vượt Khi sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét, để cho đơn giản ta giả thiết tại vị trí sét đánh dòng điện sét sẽ chia đều hai bên như hình vẽ. Trong mỗi cột điện dòng điện sét có giá trị là a.t/2. Ta giả thiết rằng dòng điện sét có dạng xiên góc, phương trình của dòng điện sét là: Is = Khi tính toán ta sẽ phải tính với các giá trị khác nhau của dòng điện sét. Cụ thể ta tính với: a = 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100 kA/ms t = 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10ms Ta sẽ tính toán với các giá trị của R = 15 W Khi đường dây tải điện bị sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét thì sẽ sinh ra các điện áp là: điện áp tác dụng lên cách điện không khí giữa dây dẫn và dây chống sét, điện áp tác dụng lên cách điện của chuỗi sứ. Khi các giá trị này dủ lớn thì sẽ gây ra phóng trên cách điện đường dây gây nên sự cố mất điện. Ta sẽ lần lượt xét từng loại điện áp. Thành phần điện áp tác dụng lên cách điện không khí sẽ được tính bằng công thức: (3-12) Trong đó: +kd là hệ số ngẫu hợp giữ dây dẫn và dây chống sét +a là độ dốc dòng điện sét. +l là khoảng vượt đường dây. Như vậy điện áp tác dụng lên cách điện không khí sẽ phụ thuộc vào a và l. Trong thiết kế và xây dựng đường dây người ta thường chọn khoảng cách l đủ lớn để tránh chạm dây, nên khả năng xẩy ra phóng điện ở giữa khoảng vượt là rất nhỏ, cho nên khả năng cắt điện đường dây là không đáng kể. Do đó sẽ bỏ qua không tính toán loại điện áp này mà chỉ tìm hiểu về điện áp tác dụng lên cách điện chuỗi sứ. a) Điện áp cách điện đặt lên chuỗi sứ Ucđ. Điện áp tác dụng lên chuỗi sứ khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét là: (3-13) Dòng điện sét có dạng is(t) = a.t do đó ta tính được: (3-14) Điện áp làm việc được xác định theo công thức sau: Điện áp tại đỉnh cột điện khi sét đánh vào khoảng vượt có sét đến ảnh hưởng của vầng quang. Công thức tính toán: (3-15) Trong đó:+ a là độ dốc của dòng điện sét. +Lcsc là điện cảm của thân cột điện tính từ mặt đất tới điểm treo dây chống sét. Giá trị của Lcscđược xác định theo công thức sau: Lcsc = l0.hc. (3-16) l0 là điện cảm đơn vị của thân cột (l0 = 0,6mH/m) hc chiều cao của cột. Do đó ta tính được: Lcsc = 0,6.20 = 12 (mH). +RC là điện trở nối đất của cột đường dây. + K là hệ số ngẫu hợp của dây chống sét đối với dây dẫn có sét đến ảnh hưởng của vầng quang. Hệ số ngẫu hợp giữa dây chống sét với dây dẫn pha A và với dây dẫn pha B,C khác nhau. Ta sẽ lấy k nào có giá trị nhỏ hơn bởi khi đó thì điện áp cách điện Ucđ(t) đặt lên cách điện chuỗi sứ sẽ lớn hơn. Ta có kC = 0,1274. Sau khi xác định được các thành phần trên ta thay vào công thức tính Ucđ(a,t) ta có: Từ đó ta có bảng kết quả tính điện áp Ucđ(a,t) như sau: Ta thấy Ucđ(a,t) phụ thuộc vào thời gian t và độ dốc đầu sóng của dòng điện sét a và giá trị của điện trở nối đất R. Giá trị của Ucđ(a,t) được cho ở bảng 4,2, Từ bảng này ta vẽ được đồ thị hình 4-5, Trên đồ thị biểu diễn quan hệ của Ucđ(a,t) ta vẽ cả đặc tính phóng điện của chuỗi sứ (đặc tính V-S) theo bảng số liệu sau: Bảng 3-1: Đặc tính V-S của chuỗi sứ, T(ms) 1 2 3 4 5 6 7 8 Π-4,5 1020 930 860 805 790 775 755 740 Ta có kết quả của Ucđ(a,t) như sau: Bảng 3.2: Ta có bảng sau: t a 1 2 3 4 5 6 7 8 10 117,8 183,2 248,7 314,1 379,6 445,0 510,5 575,9 20 235,6 366,5 497,4 628,3 759,2 890,1 1020,9 1151,8 30 353,4 549,7 746,1 942,4 1138,7 1335,1 1531,4 1727,7 40 471,2 733,0 994,8 1256,5 1518,3 1780,1 2041,9 2303,7 50 589,0 916,2 1243,5 1570,7 1897,9 2225,1 2552,4 2879,6 60 706,8 1099,5 1492,1 1884,8 2277,5 2670,2 3062,8 3455,5 70 824,6 1282,7 1740,8 2199,0 2657,1 3115,2 3573,3 4031,4 80 942,4 1466,0 1989,5 2513,1 3036,6 3560,2 4083,8 4607,3 90 1060,2 1649,2 2238,2 2827,2 3416,2 4005,2 4594,2 5183,2 100 1178,0 1832,5 2486,9 3141,4 3795,8 4450,3 5104,7 5759,2 a = 100 a = 60 a = 50 a = 40 a = 30 a = 20 a = 10 a = 70 a = 80 a = 90 Hình 3.5: Đồ thị của Ucđ(a,t) khi R =15W Ta nhận thấy rằng khi điện áp đặt lên cách điện chuỗi lớn hơn điện áp phóng điện thì sẽ phóng điện, Từ đồ thị ta xác định được các cặp giá trị (ai,ti) là giao điểm của Ucđ(a,t) với đặc tính V-S của chuỗi sứ, Ta xác định được cặp thông số nguy hiểm (Ii,ai) với Ii = ai.ti Ta có bảng kết quả như sau: Bảng 3.3 a(kA/ms) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 ti(R =15)(ms) 0,71 0,87 1,03 1,28 1,54 1,91 2,40 3,22 4,73 9,33 Ii(R=15)(kA) 70,75 78,16 82,42 89,61 92,31 95,65 96,07 96,58 94,67 93,27 Vi 0.066 0.050 0.043 0.032 0.029 0.026 0.025 0.025 0.027 0.028 Va 0.000 0.000 0.001 0.002 0.004 0.010 0.025 0.064 0.160 0.400 DVa 0.0002 0.0004 0.0010 0.0024 0.0061 0.0153 0.0383 0.0959 0.2399 0.3995 DVpđ(10-3) 0.0103 0,019 0,041 0,0788 0,178 0,392 0,67 0.92 1.02 3,01 Phần bên phải là tập hợp những điểm đặc trưng cho các lần sét đánh vào đường dây có gây lên phóng điện, Còn phần bên trái là tập hợp những điểm an toàn. b) Xắc suất phóng điện Vpđ Xắc suất phóng điện Vpđ là xắc suất để cho cặp thông số nguy hiểm của phóng điện sét (I,a) thuộc miền nguy hiểm (MNH),Ta có: (3-17) (3-18) Mặt khác ta đã biết: (3-19) V1 là xắc suất để cho dòng điện I lớn hơn một giá trị Ii nào đó: (3-20) (3-21) Từ đó ta xác định được: dVpđ=V1.dVa hay DVpđ=V1. DVa (3-22) Nên ta có: Từ đồ thị ta xác định được các cặp giá trị (a,t) là tọa độ của giao điểm giữ đặc tính V-S của chuỗi sứ và Ucđ, Từ được các cặp giá trị này ta xác định được I = a,t, V1,Va, DVa, DVpđ. Từ bảng 3.3 ta có: *Ucđ khi đó là : 42,3.10-4 Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt: nkv = Nkv .V pđ.h = 60,75.3,10-4.0,58 = 0,1987(lần/100km,năm) Nhận xét: Từ các kết quả tính toán ttrên ta thấy khi giá trị điện trở nối đất càng lớn thì suât cắt đường dây càng lớn. Để giảm suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt bằng cách giảm điện trở nối đất của cột. Điều này có ý nghĩa rất lớn khi đường dây đi qua vùng có điện trở suất bé.`` 3) Tính toán suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột Sơ đồ khi sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột như sau: Hình 3.6: Trường hợp sét đánh vào đỉnh cột Khi có sét đánh vào đỉnh cột thì dòng điện sét sẽ đi vào bộ phận nối đất của cột điện bị sét đánh đồng thời một phần nhỏ sẽ đi vào bộ phận nối đất của các cột lân cận. Thời gian để có phản xạ từ cột lân cận về là: Khi có quá điện áp khí quyển tác dụng lên cách điện của đường dây thì điện áp đặt lên các pha là không giống nhau do vậy ta phải xác định điện áp đặt lên từng pha để xem xét trường hợp nào có giá trị lớn nhất. Điện áp đặt trên cách điện các pha được xác định trên công thức sau: (3-23) Trong đó: +Ulv là thành phần điện áp làm việc của đường dây (Ulv=57,2kV), +kvq là hệ số ngẫu hợp có tính đến ảnh hưởng của vầng quang, - pha A thì kA = 0,219 - pha B,C thì kB = 0,1247 + là thành phần điện áp cảm ứng trên dây dẫn các pha gây nên bởi điện trường bởi điện tích trong khe sét và trong cột điện, (3-24) +ic là dòng điện sét đi vào thân cột, + là thành phần từ của điện áp cảm ứng xuất hiện trên dây dẫn do hỗ cãm giữa dây dẫn và dây chống sét gây ra, (3-25) do ta xét với dạng sóng: i = a,t nên ta có (3-26) +β là tốc độ tương đối của phóng điện ngược của dòng sét (β = 0,3), v = β,c = 0,3,300 = 90(m/μs) +Lddc trị số điện cảm của phần cột điện tính từ mặt đất tới độ treo cao của dây dẫn, Công thức tính toán: Lddc = l0,hdd Với:+l0 là điện cảm đơn vị của thân cột (l0 = 0,6 mH/m), +hdd là độ cao treo dây dẫn, + là điện cảm của cột điện, tính từ mặt đất tới độ cao treo dây chống sét, = l0.hc = 0,6.20 = 12(mH) +Mcs(t) là hỗ cảm giữa mạch khe sét và mạch vòng dây chống sét, (3-27) Do vậy ta có: 3,1 Tính Ucd(a,t) của pha A Độ treo cao của dây pha A tại vị trí cột trung gian là: hA = 16m Ta sẽ tính toán giá trị của từng thành phần của pha của Ucđ(A) với dạng sóng chuẩn (a = 30kA/μs; t = 5μs), * Thành phần điện áp cảm ứng Ucưđ Điện áp cảm ứng điện Uđcư được xác định như sau: (3-29) Trong đó:+H = hc + hdd = 20 + 16 = 36(m) +Dh = hc- hdd = 20 – 16 = 4(m), +β là tốc độ tương đối của phóng điện ngược của sét, lấy β = 0,3 +c vận tốc truyền sóng trong không khí (c = 300m/μs), +v là vận tốc phát triển của phóng điện ngược khe sét với: v = β.c = 0,3.300 = 90(m/μs) +a là độ dốc đầu sóng (a = 30kA/μs). Từ các tham số trên ta thay vào công thức tính Uđcư ta được: *Hỗ cảm giữa khe phóng điện sét với mạch vòng dây dẫn và đất Công thức tính: (3-30) Thay số liệu vào ta có: * Hỗ cảm Mcs(t) Công thức tính: * Dòng điện sét đi trong cột ic(t) Dòng điện sét đi vào cột được xác định bởi công thức: (3-21) Trong đó:+Lsc điện cảm của dây chống sét (không tính tới ảnh hưởng của vầng quang) Với:+lkv là chiều dài khoảng vượt, +Zdd là tổng trở sóng của dây dẫn, Thay vào biểu thức is(t) ta được : Do đó độ biến thiên của dòng điện sét trong cột là: Thay các vào công thức tính Ucđ(a,t) pha A ta có : Ucđ(a,t) = 57,2 + 645,22 + 108,25.11(1 – 0,219) + 30.(9,48 - 0,219.12,973) + (0,6.14,48 - 0,219.12).17,7 = 1775,7(kV) 3,2 Tính Ucd(a,t) của pha B, C Ta sẽ tính toán giá trị của từng thành phần của pha của Ucđ(t) với dạng sóng chuẩn (a = 30kA/μs và t = 5μs). Độ treo cao của dây pha B, C tại vị trí cột trung gian là: hB = 12m * Thành phần điện áp cảm ứng Ucưđ Ta có:+H = hc + hdd = 20 + 12 = 32(m) +Dh = hc - hdd = 20 – 12 = 8(m), +kc = 0,1274 Từ các tham số trên ta thay vào công thức tính Uđcư ta được: *Hỗ cảm giữa khe phóng điện sét với mạch vòng dây dẫn và đất Công thức tính hỗ cảm: Thay các vào công thức tính Ucđ(a,t) pha B ta có : Ucđ(a,t) = 57,2 + 492,56 + 108,25.11.(1 – 0,1274) + 30.(6,42 - 0,1274.12,97) + (0,6.10,81 - 0,1274.12).17,7 = 1687,81(kV) Từ đó ta có bảng tổng kết sau: Các giá trị Pha A Pha B Ulv (kV) 57,2 57,2 Ucư (kV) 645,22 492,56 Kvq 0,219 0,1274 ic (kA) 108,25 108,25 dic/dt (kA/μs) 17,7 17,7 Mdd (μH) 8,886 6,486 Mcs (μH) 12,973 12,973 LCdd (μH) 9,48 6,42 Lccs (μH) 12,6 12,6 Lcs ( μH) 270,35 270,35 RC (Ω) 16 16 Ucđ (kV) 1775,7 1687,81 Nhận xét: ta thấy điện áp đặt lên cách điện của pha A lớn hơn điện áp đặt lên pha B và C nên ta lấy pha A để tính toán điện áp tác dụng lên chuỗi sứ khi sét đánh vào đỉnh cột, 3.4 Điện áp đặt lên cách điện pha A trong trường hợp sét đánh vào đỉnh cột a) Thành phần điện áp cảm ứng điện Uđcư Với a và t thay đổi Uđcư được tính tương tự như phần trước Tùy theo giá trị của a và t ta sẽ xác định được giá trị khác nhau của Ucưđ. Giá trị của Ucưđ được tính ở bảng sau: Bảng 3.5: Giá trị của Ucưđ(a,t) t a 1,00 1,33 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 10,00 113,47 130,16 155,14 180,95 199,71 214,46 226,61 236,95 245,92 20,00 226,93 260,32 310,28 361,90 399,42 416,10 453,22 473,91 491,85 30,00 340,40 390,48 465,42 542,85 599,13 624,16 679,83 710,86 737,77 40,00 453,87 520,64 620,55 723,80 798,84 832,21 906,44 947,81 983,69 50,00 567,33 650,80 775,69 904,75 998,55 1040,26 1133,05 1184,76 1229,61 60,00 680,80 780,96 930,83 1085,70 1198,26 1248,31 1359,66 1421,72 1475,54 70,00 794,26 911,12 1085,97 1266,65 1397,97 1456,36 1586,27 1658,67 1721,46 80,00 907,73 1041,28 1241,11 1447,60 1597,68 1664,41 1812,87 1895,62 1967,38 90,00 1021,20 1171,44 1396,25 1628,55 1797,39 1872,47 2039,48 2132,57 2213,30 100,00 1134,66 1301,59 1551,38 1809,51 1997,10 2080,52 2266,09 2369,53 2459,23 b)Thành phần điện áp cảm ứng từ Ta có: (3-32) Trong đó:+Lddc = l0.hdd = 0,6.16 = 9,6(mH) + là tốc độ biến thiên của dòng điện sét trong cột, nó phụ thuộc vào tình trạng trước và sau khi có phản xạ từ cột lân cận trở về, +Mdd(t) là hỗ cảm phụ thuộc vào t ,Ta có: => Tùy theo giá trị của t mà ta có được các giá trị khác nhau của Mdd(t). Các giá Mdd(t) trị cho ở bảng 3.6 c) Thành phần điện áp Ulv Điện áp làm việc được tính như những phần trước: Ulv = 57,2kV d) Thành phần điện áp Ucs Công thức tính toán : (3-33) Trong đó:+Mcs(t) là sức điện động cảm ứng xuất hiện trên dây chống sét gây lên bởi dòng điện sét, Mcs(t) phụ thuộc vào t, ta có: (3-34) Tùy theo giá trị của t ta có được giá trị của Mcs(t) cho ở bảng 3-6 Bảng 3.6: Giá trị của Mcs(t) và Mdd(t) t(ms) 1,00 1,33 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 Mcs(t) 7,67 8,49 9,77 11,14 12,16 12,97 13,65 14,22 14,73 Mdd(t) 5,55 6,18 7,16 8,20 8,96 9,57 10,08 10,51 10,88 + giá trị thay đổi phụ thuộc vào có hay không có phản xạ từ cột lân cận trở về, *Trước khi có phản xạ từ cột lân cận trở về Khi chưa có phản xạ tương ứng với khoảng thời gian t < 1,33μs (tính ở phần trước) ** Dòng điện trong cột ic(a,t) Để tính dòng điện đi trong cột ic(a,t) ta sử dụng sơ đồ thay thế như trên hình 3.7. Trong đó:+Lccs là điện cảm của cột bị sét đánh +R là điện trở nối đất của cột điện, +Zvqcs là tổng trở sóng của dây chống sét có xét đến ảnh hưởng của vầng quang: Zvqcs = Zcs/λ = 527,19/1,3 = 405,53(Ω), +Mcs(t) nguồn điện áp Hình 3.7: Sơ đồ thay thế khi chưa có sóng phản xạ về, Từ sơ đồ trên ta tính được dòng điện đi trong cột điện bị sét đánh ic(t) có giá trị là: (3-35) + Khi R = 15W Thay vào biểu thức ic(a,t) ta có: ** Tốc độ biến thiên của dòng điện sét trong cột: diC/dt Ta có: + Khi R = 15W Giá trị của tương ứng với các R khác nhau được cho ở các bảng * Sau khi có phản hồi từ cột lân cận trở về, Do ta chỉ xét hai khoảng vượt lân cận cột bị sét đánh, nên đoạn dây chống sét của khoảng vượt được thay thế bởi điện cảm Lcs, Sơ đồ thay thế như sau: Hình 3.8: Sơ đồ thay thế khi có sóng phản xạ từ cột lân cận, Trong đó:+RC/2 là 1/2 lần điện trở nối đất của cột bên cạnh , + là điện cảm của một khoảng vượt dây chống sét không kể đến ảnh hưởng của vầng quang Lcs = 270,35mH ** Dòng điện trong cột (3-38) +Khi R = 15W Do đó dòng điện trong cột khi có phản xạ trở về từ các cột lân cận )  Bảng3.7: Giá trị ic (t) t a 1,00 1,33 1,33 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 10 8,4 11,5 10,7 15,4 21,8 27,5 32,5 37,1 41,1 44,8 20 16,9 23,0 21,4 30,9 43,6 54,9 65,1 74,2 82,3 89,6 30 25,3 34,4 32,1 46,3 65,4 82,4 97,6 111,3 123,4 134,4 40 33,8 45,9 42,9 61,7 87,2 109,9 130,2 148,3 164,6 179,2 50 42,2 57,4 53,6 77,1 109,0 137,4 162,7 185,4 205,7 224,0 60 50,7 68,9 64,3 92,6 130,8 164,8 195,3 222,5 246,9 268,7 70 59,1 80,4 75,0 108,0 152,6 192,3 227,8 259,6 288,0 313,5 80 67,6 91,8 85,7 123,4 174,4 219,8 260,4 296,7 329,2 358,3 90 76,0 103,3 96,4 138,9 196,2 247,3 292,9 333,8 370,3 403,1 100 84,5 114,8 107,1 154,3 218,0 274,7 325,5 370,9 411,5 447,9 ** Tốc độ biến thiên của dòng điện sét Biểu thức tính toán như sau : (kA/ms) Trong đó:+Giá trị của Mcs(t) lấy ở trong bảng 3-6 +Lcs = 270,35mH +a2 tính tương tự phần trước +Khi R = 15W (kA/ms) Bảng 3.8: Bảng giá trị của dis/dt. t a 1,00 1,33 1,33 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 10 9,31 8,67 7,52 6,95 6,21 5,56 4,99 4,48 4,03 3,62 20 18,62 17,34 15,04 13,91 12,42 11,13 9,98 8,96 8,05 7,24 30 27,93 26,00 22,57 20,86 18,63 16,69 14,97 13,44 12,08 10,87 40 37,24 34,67 30,09 27,82 24,84 22,25 19,96 17,92 16,11 14,49 50 46,55 43,34 37,61 34,77 31,05 27,81 24,95 22,41 20,14 18,11 60 55,86 52,01 45,13 41,72 37,27 33,38 29,94 26,89 24,16 21,73 70 65,17 60,67 52,65 48,68 43,48 38,94 34,93 31,37 28,19 25,35 80 74,48 69,34 60,17 55,63 49,69 44,50 39,92 35,85 32,22 28,97 90 83,79 78,01 67,70 62,59 55,90 50,06 44,91 40,33 36,25 32,60 100 93,10 86,68 75,22 69,54 62,11 55,63 49,90 44,81 40,27 36,22 Các giá trị của được tính ở ở các bảng sau, Từ các kết quả tính được ta vẽ được đồ thị Ucđ = f(a,t) trên đồ thị này ta cũng vẽ đường đặc tính V-S của chuỗi sứ, Kết quả tính giá trị của Ucđ(a,t) trong các bảng sau: Bảng giá trị Ucđ(a,t) Bảng 3.9: Bảng giá trị Ucđ(a,t). Ucd 1,00 1,33 1,33 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 10 343,7 398,0 384,7 469,7 574,6 662,9 739,2 806,1 865,4 918,2 20 630,1 738,8 712,1 882,1 1092,1 1268,5 1408,3 1555,1 1673,6 1779,1 30 916,6 1079,6 1039,6 1294,6 1609,5 1874,2 2083,9 2304,0 2481,8 2640,1 40 1203,0 1420,3 1367,0 1707,0 2126,9 2479,9 2759,5 3052,9 3290,0 3501,0 50 1489,5 1761,1 1694,5 2119,5 2644,4 3085,6 3435,0 3801,8 4098,2 4362,0 60 1775,9 2101,9 2021,9 2531,9 3161,8 3691,2 4110,6 4550,8 4906,4 5222,9 70 2062,4 2442,7 2349,4 2944,4 3679,3 4296,9 4786,2 5299,7 5714,6 6083,9 80 2348,8 2783,5 2676,9 3356,9 4196,7 4902,6 5461,7 6048,6 6522,8 6944,8 90 2635,3 3124,3 3004,3 3769,3 4714,1 5508,3 6137,3 6797,5 7331,0 7805,8 100 2921,7 3465,0 3331,8 4181,8 5231,6 6113,9 6812,9 7546,5 8139,2 8666,7 **Xác suất phóng điện khi sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột: Từ đồ thị biểu diễn quan hệ Ucđ = f(a,t) ta xác định được các điểm mà đường cong (V-S) cắt đường Ucd(ai,ti) tại các điểm (Ucdi;ti), Từ các điểm cắt đó ta xác định được đường cong nguy hiểm Ii = ai,ti, Từ cách tính đó ta có bảng kết quả sau: Bảng 3.10: A(kA/s) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 T 0 0 0,014 0,08 0,362 0,509 0,729 1,1 2,2 5,52 I(R=15W) 0 0 1,12 5,53 21,7 25,43 29,16 32,9 43,9 54,8 Vi 1 1 0.958 0.809 0.435 0.377 0.327 0.284 0.186 0.123 Va 0.000 0.000 0.001 0.002 0.004 0.010 0.025 0.064 0.160 0.400 DVa 0,0002 0,0003 0,001 0,0025 0,0061 0,0153 0,0383 0,0953 0,2399 0,3995 DVpđ 0.0002 0.0004 0.0009 0.0020 0.0027 0.0058 0.0105 0.0202 0.0246 0.0389 Ta thấy phía bên phải đường cong là miền nguy hiểm (MNH). Khi sét có tham số nằm trong miền náy thì sẽ xãy cắt điện. Vậy xác suất để có phóng điện khi sét đánh đỉnh cột và lân cận đỉnh cột là xác suất để dòng điện sét có biện độ lớn hơn một giá trị Ii nào đó và có độ dốc lớn hơn một độ dốc ai nào đó. Việc xác định xác suất phóng điện tương tự như trường hợp sét đánh vào khoảng vượt. Ta xác định Vpđ bằng công thức sau: Vpđ = SV1.DVa + Khi R = 15W Ta tính được: Vpđ = 6,7915,10-2 Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột, nc = N.npđ .h = 60,75.0,58.6,7915.10-2 = 3,19(lần/100km,năm) Suất cắt tổng cộng do sét đánh vào đường dây: n = nc + nkv + ndd = 3,4489(lần/100km,năm) Chỉ tiêu chống sét của đường dây tải điện: n =1/nc = 0,28995(năm/1 lần cắt điện) Nhận xét: - Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn không phụ thuộc vào điện trở nối đất mà phụ thuộc vào góc bảo vệ (α ). Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và khoảng vượt lại phụ thuộc vào điện trở nối đất của cột. Nếu ta thực hiện được nối đất đủ bé thì lúc này suất cắt tổng giảm đáng kể và có thể giảm đến gần bằng suất cắt do sét đánh vào dây dẫn (bởi vì suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và khoảng vượt là không đáng kể). Chương 4 bảo vệ chống sóng truyền vào trạm 110/35 từ đường dây 110kV I – Giới thiệu chung 1. Khái quát chung Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm có yêu cầu rất cao, cao hơn nhiều so với đường dây tải điện. Bởi vì trong trạm có các thiết bị đắt tiền và quan trọng như máy biến áp, máy cắt, các thiết bị đo lường, thiết bị bảo vệ. Mặt khác phóng điện trên cách điện trong trạm tương đương với ngắn mạch trên thanh góp và ngay cả khi có phương tiện bảo vệ hiện đại cũng có thể đưa đến sự cố làm máy cắt nhảy gây nên gián đoạn cấp điện. Mặt khác thì có sóng truyền vào trạm từ đường dây có biên độ lớn hoặc độ dốc lớn có thể phá hỏng các thiết bị trong trạm. Ngoài ra mặc dù trong kết cấu của thiết bị thường cố gắng sao cho mức cách điện trong thiết bị bền hơn mức cách điện ngoài, nhưng trong quá trình vận hành có sự già cỗi cách điện, nên sự phối hợp có thể bị phá hoại và dưới tác dụng của quá điện áp có thể xảy ra chọc thủng điện môi mà không chỉ phóng điện men theo bề mặt ngoài. Tuy không thể đạt mức an toàn tuyệt đối nhưng khi tính toán chọn các biện pháp phối hợp chống sét giảm xác suất sự cố tới mức thấp nhất và nâng cao khả năng chịu sét của trạm, số năm vận hành an toàn không xuất hiện quá điện áp nguy hiểm với cách điện của trạm phải đạt hàng chục đến hàng trăm năm . Nội dung của chống sóng truyền vào trạm biến áp bao gồm: bảo vệ chống sét đánh thẳng, bảo vệ chống sóng truyền từ đường dây vào trạm. Bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm được tính toán trong chương trước. Để bảo vệ chống sóng truyền vào trạm người ta dùng các loại sau như: chống sét van, chống sét ống, khe hở cách điện. Tuy nhiên hiện nay ta ít dùng hai loại sau do chúng có những nhược điểm cố hữu như: độ dốc của đường đặc tính V-S lớn hoặc không có bộ phận dập hồ quang (đối với khe hở cách điện). Mức cách điện xung kích của trạm được chọn theo trị số điện áp dư của chống sét van và có chiều hướng ngày càng giảm thấp do chất lượng của chống sét van ngày càng được nâng cao. Bởi vậy mức cách điện của trạm không phụ thuộc vào mức cách điện của đường dây mà còn thấp hơn nhiều. Quá điện áp do sét đánh thẳng vào dây chống sét sẽ gây phóng điện ngược tới dây dẫn hoặc dưới hình thức cảm ứng khi có sét đánh gần đường dây sẽ lan truyền từ bị sét đánh vào trạm. Trong quá trình đó, nếu còn giữ trị số quá điện áp lớn hơn mức cách điện của đường đây thì nó sẽ gây nên phóng điện (nghĩa là biên độ của quá điện áp giảm dần tới mức điện áp xung kích của đường dây (U)). Để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của chống sét van ta cần hạn chế dòng qua chống sét van phải nằm trong phạm vi cho phép của nó 5á10kA. Dòng điện sét quá lớn có thể phá hỏng chống sét van. 2 . Đặc điểm Chỉ tiêu chống sóng truyền vào trạm là một chỉ tiêu quan trọng, nó cho phép đánh giá mức độ an toàn của cách điện trạm với sóng quá điện áp. Tuy nhiên do tham số của sóng quá điện áp truyền vào trạm là rất khác nhau, nó phụ thuộc vào tham số của dòng điện sét, kết cấu của trạm, vị trí bị sét đánh (khi sét đánh xa trạm thì do khoảng cách tới là lớn nên có thể không còn gây nguy hiểm đến trạm nữa)... vì vậy việc tính toán quá điện áp trong trạm không phải là một vài sóng mà phải tính toán với sóng có các tham số khác nhau. Do đó để xác định một cách chính xác thì khối lượng tính toán là rất lớn. Sau khi tính toán ta dựa vào đó tìm tham số giới hạn nguy hiểm của sóng truyền vào trạm. Với trị số tới hạn của tham số sóng sét, biết phân bố xác suất chúng ta có thể tính được chỉ tiêu sóng truyền vào trạm. Tuy nhiên không giống như tham số của dòng điện sét, tham số sóng truyền vào trạm không có phân bố xác suất chung cho các sóng sét truyền đến trạm vì nó rất khác nhau đối với từng lưới và từng trạm cụ thể .Việc xác định phân bố này đối với từng trạm cũng rất phức tạp nên người ta phải dùng một số giả thiết để đơn giản hoá: +Do khoảng cách trong trạm là không lớn và điện áp chọn là U50% của chuỗi sứ nên coi quá trình sóng truyền vào trạm là không biến dạng (biên độ và độ dốc của sóng là không đổi). Một khó khăn nữa của việc tính toán bảo vệ chống sóng truyền vào trạm là khối lượng tính toán lớn. Trước hết bài toán truyền sóng trong trạm với một sóng có tham số cho trước truyền vào từ đường dây đã là khá phức tạp (khi sơ đồ thay thế có nhiều nút), khối lượng tính toán lớn. Thực tế người ta sử dụng phương pháp đo trực tiếp trên máy mô hình hay trên máy tính điện tử. Với những trạm đơn giản hơn người ta có thể tính toán bằng phương pháp lập bảng. Trong đồ án này ta sẽ tính toán với nhiều dạng sóng khác nhau để từ đó ta tìm được mối quan hệ U và ang.h bằng đồ thị. So sánh sóng quá điện áp này với đặc tính phóng điện của thiết bị tương ứng để đánh giá khả năng phóng điện. Coi rằng trạm sẽ rất an toàn nếu tất cả các đường cong điện áp xuất hiện trên cách điện đều nằm dưới đặc tính V- S của chúng. 4.Khoảng cách giới hạn Như nói ở trên thì ta không thể bảo vệ trạm một cách tuyệt đối mà chỉ có thể hạn chế sự cố đến mức thấp nhất. Trong các phương án bảo vệ trạm thì chỉ bảo vệ được sóng quá điện áp tới một độ dốc nhất định, nếu vượt quá giá trị đó thì trạm bị nguy hiểm. Giá trị đó gọi là độ dốc tới hạn: ath. Tương ứng với ath ta có giá trị lth. Khi sét đánh trong phạm vi chiều dài l xth sẽ gây nên phóng điện trong trạm vì sóng truyền vào trạm có độ dốc a ath. Vì thế đoạn đường dây này thường phải được tăng cường bảo vệ nhằm giảm xác suất sét đánh vào dây dẫn hoặc phóng điện ngược từ dây chống sét vào dây dẫn. II- phương pháp tính toán quá điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm Việc tính toán quá điện áp do sóng truyền vào trạm có thể được thực hiện trên các mô hình hoặc tính toán trực tiếp nhờ quy tắc Petersen và nguyên lý sóng đẳng trị. Dùng phương pháp mô hình thì có thể cho phép xác định được đường cong tính toán nguy hiểm cho bất kỳ một trạm có kết cấu phức tạp. Nó giải quyết được vấn đề bảo vệ trạm một cách chính xác nhanh chóng. Phương pháp tính toán trực tiếp phức tạp hơn phương pháp mô hình và chỉ dùng khi trạm có kết cấu đơn giản. Cơ sở của phương pháp tính toán trực tiếp là lập sơ đồ thay thế, dựa trên quy tắc sóng đẳng trị, sử dụng sơ đồ Petersen và phương pháp lập bảng của các sóng tới để lần lượt tính toán trị số điện áp tại các nút chính. Trên cơ sở coi rằng khi có một sóng tới truyền đến một nút thì tại nút đó sẽ có sóng phản xạ và sóng khúc xạ. Vì sóng truyền vào trạm từ những khoảng cách không lớn giữa các nút nên có thể coi quá trình truyền sóng là quá trình không biến dạng. Do sóng không biến dạng và truyền đi với vận tốc không đổi V trên đường dây nên: nếu có một sóng nào đó truyền từ nút m nào đó tới nút x, tại m sóng có dạng Umx(t) thì khi tới x sóng có dạng: Umx(t) = U(t-Dt) Hình 4.1: Sơ đồ truyền sóng giữa hai nút Từ đây ta nhận thấy rằng sóng tới tại điểm x có biên độ bằng sóng tới tại điểm m nhưng chậm sau so với m một khoảng thời gian là Dt. Việc xác định sóng khúc xạ và sóng phản xạ tại một nút dễ dàng, giải thích được nhờ quy tắc Petersen và quy tắc sóng đẳng trị. Theo quy tắc Petersen: một sóng truyền trên đường dây có tổng trở sóng Zm đến một tổng trở tập trung Zx ở cuối đường dây thì sóng phản xạ và khúc xạ được tính nhờ sơ đồ tương đương với thông số tập trung như ở hình 1.2 ở dưới: Hình 4.2: Sơ đồ thay thế Petersen Với sơ đồ này sóng khúc xạ Ux được tính như phần tử Zx còn sóng phản xạ là: Umx = Ux- Ut Trong đó: + Ut là sóng tới. + Umx là sóng từ nút m tới nút x. + Nếu Zm và Zx là các thông số tuyến tính và Ut là hàm thời gian có ảnh phức hoặc toán tử, ta có thể tìm Ux bằng phương pháp phức hoặc phương pháp toán tử. + Nếu Zx là điện dung tập trung và Ut có dạng đường cong bất kì thì Ux được xác định bằng phương pháp giải gần đúng (như phương pháp tiếp tuyến). + Nếu Zx là điện trở phi tuyến (như chống sét van) thì Ux được xác định bằng phương pháp đồ thị. Trường hợp nút x có nhiều đường dây đi đến thì có thể lập sơ đồ Peterxen dựa trên quy tắc sóng đẳng trị . Quy tắc sóng đẳng trị: khi có nhiều đường dây nối cùng vào một nút như hình 1.3 các đường dây này có tổng trở sóng là Z1,Z2,…,Zn và dọc theo chúng có các dạng sóng bất kỳ U1x,U2x,..,Unx truyền về phía điểm nút x. Giả thiết rằng giữa các phần tử này không phát sinh hỗ cảm và quy ước chiều dòng đi về phía điểm nút x là chiều dương thế thì ta có phương trình như sau: Ux= U1x+ Ux1= U2x+ Ux2=…=Umx+ Uxm. Hình 4.3: Sơ đồ nút có nhiều đường dây nối vào Với: Umx = Zm ´ imx Uxm= - Zm ´ ixm. Từ đó ta có: ix = ix =2. (4-5) chia hai vế phương trình này cho ta sẽ được: Ux = 2.Uđt-ix.Zđt (4-6) Trong đó: + Ux là điện áp tại nút x + ix là dòng điện đi vào phần tử Zx + Zđt = Z1//Z2//Z3//…//Zn + Uđt = Từ các biểu thức trên ta có thể rút ra được qui tắc Petersen: để tính toán trị số điện áp và dòng điện ở điểm nút ta có thể thay thế các tham số phân bố bằng các tham số tập trung tạo thành mạch vòng bao gồm tổng trở Zđt và Zx ghép nối tiếp với nguồn E(t) = 2.Uđt(t) có trị số bằng tổng các sóng khúc xạ tại điểm nút với giả thiết Zx= Ơ. Sơ đồ thay thế như trên hình sau: Hình 4.4: Sơ đồ xác định điện áp tại phần tử Zx cuối đường dây. 3- Xác định điện áp trên Zx khi đó là điện dung Khi tổng trở Zx chỉ có tụ điện với điện dung C thì phương trình điện áp được viết như sau: 2Uđt(t) = Uc(t) + Zđt.ic(t) (4-7) Trong đó: + Uc(t) là điện áp trên điện dung C + ic(t) là dòng điện đi qua điện dung C +Zđt là tổng trở sóng đẳng trị của n đường dây tới nút x. Sơ đồ Petersen: Hình 4-5: Sơ đồ xác định điện áp trên điện dung. Mà ta có: q = Uc.C dq = ic.dt Do đó ta có: ic(t) = Thay vào công thức (4-7) ta có: 2Uđt = Uc(t) + Zđt. (4-8) Từ công thức (4-8) ta rút ra được dạng sai phân: (4-9) Với Tc = C.Zđt khi Tc >> Dt thì: (4-10) từ đó ta rút ra được: Uc(t +Dt) = Uc(t) + DUc (4-11) Với điều kiện đầu: Uc(0) = 0 4- Xác định điện áp và dòng điện trong chống sét van a)Đặc tính chọn loại chống sét van Việc tính toán chống sóng truyền vào trạm chính là việc tính toán để lựa chọn chống sét van. Chống sét van được chia làm hai loại là: chống sét van có khe hở và chống sét van không khe hở. Ta chọn loại chống sét van không khe hở bởi vì nó có nhiều ưu diểm hơn so với loại chống sét van có khe hở. Xét đặc tính của chống sét van (V-A) được viết dưới dạng: Ucsv = A.Ia (4-12) Khi cho a các giá trị khác nhau ta thu được đồ thị như hình sau: Hình 4.6: Đặc tính V-A của chống sét van Hệ số phi tuyến của chống sét van SiC biến thiên trong phạm vi (0,180,24) còn hệ số phi tuyến của chống sét van ZnO biến thiên trong phạm vi (0,020,03) như trên hình 4-6. Trong đó: + Miền II ứng với miền làm việc của chống sét van (có dòng điện I 1kA) thì điện áp dư của loại chống sét van có điện trở phi tuyến làm bằng ZnO thấp hơn loại chống sét van có điện trở làm bằng SiC. Như vậy nếu sử dụng loại chống sét van dùng điện trở phi tuyến làm bằng ZnO sẽ có độ an toàn cao hơn (có điện áp dư thấp khả năng nguy hiểm đến các thiết bị khác trong trạm giảm xuống) do đó làm giảm thấp mức cách điện xung kích trong trạm. + Miền I ứng với khi không có quá điện áp, dòng điện rò trên điện trở ZnO rất bé so dòng rò trên điện trở SiC và bé đến mức có thể nối trực tiếp loại điện trở này vào lưới điện mà không cần dao cách ly bằng khe hở như chống sét van cổ điển (dùng điện trở phi tuyến SiC ). b)Xác định điện áp trên chống sét van Sơ đồ Petersen xác định điện áp trong trường hợp này như sau: Hình4.7: Sơ đồ thay thế Petersen cho chống sét van Từ đó ta có phương trình điện áp: 2.Uđt = Zđt.icsv + A.iacsv (4-13) trong đó ta lấy: A = 243 và a = 0,02. Mặt khác ta đã biết đặc tính ( V-A) của chống sét van: Ucsv = f(icsv) = A.iacsv Hình 4.8: Đồ thị xác định U(t) và i(t) từ đặc tính V-A Vì Ucsv và Icsv phụ thuộc hoàn toàn vào đặc tính V-S của nó nên ta có cách tính Ucsv và icsv theo phương pháp đồ thị như sau: +Phần bên phải vẽ đường đặc tính (V-A): Ucsv= f(icsv), điện trở phi tuyến và điện áp giáng trên tổng trở Zđt(Zđt.icsv), sau đó xây dựng đường cong ( Ucsv+Zđt.icsc) bằng cách cộng các giá trị trên hai đườngUcsv và icsv.Zđt tương ứng với một giá trị icsv nào đó. +Phần bên phải ta vẽ quan hệ 2.Uđt=f(t) (hình vẽ 4-8) Ưng với bất kỳ một sóng nào đó ta đều xác định được một điểm a nào đó trên đường 2Udt(t), từ điểm a ta dóng sang bên trái song song với trục OI, gặp đường (Ucsv+icsv.Zdt) ở điểm b, từ điểm b ta dóng xuống song song với trục OU, gặp đường Ucsv=f(icsv) tại điểm c, từ điểm c ta dóng song song với trục Ot gặp đường dóng thẳng từ điểm a xuống song song với OU tại d, d chính là giá trị Ucsv(t) ứng với giá trị 2Udt(t) của điểm a, từ c ta tiếp tục dóng thẳng xuống trục Oi cắt trục Oi tại g, từ g ta chuyển sang toạ độ I mới ta có điểm h(với ig=ih) từ h ta dóng song song với Ot và gặp đường dóng thẳng từ a xuống tại e, e chính là giá trị icsv(t) ứng với giá trị 2Udt(t) của điểm a. Thay đổi nhiều giá trị của a khác nhau và làm theo cách tương tự ta có đường cong đặc tính Ucsv(t) và Icsv. III. Sơ đồ tính toán sóng truyền trạm. Đầu tiên ta thay thế sơ đồ của trạm, sau đó qua cách phân tích sơ đồ thay thế ta rút ra được sơ đồ nguy hiểm nhất (qua phân tích trạng thái vận hành của trạm và sơ đồ một sợi của trạm). Tính toán qua trình sóng truyền vào trạm đối với sơ đồ nguy hiểm nhất, ta được số liệu về trường hợp nguy hiểm nhất đối với trạm. Trên cơ sơ các số liệu đã tính toán được ta vạch ra phương án bảo vệ trạm trong trường hợp nguy hiểm nhất (hay xác định mức độ bảo vệ trạm cao nhất). Sơ đồ xuất phát thường rất phức tạp, do đó để quá trình tính toán không phức tạp cần có sự đơn giản hoá hợp lý (ta chỉ qua tâm đến một số nút quan trọng trong trạm như: điểm đặt máy biến áp, điểm đặt chống sét van, thanh góp, điểm đặt máy cắt). Ta tiến hành trình tự sau: Dựa vào sơ đồ nguyên lý lập sơ đồ thay thế ở trạng thái sóng. Trong sơ đồ này đường dây và thanh góp có tổng trở sóng Z= 400(), tốc độ truyền sóng trên đường dây v = 300(m/às), các thiết bị khác được thay thế bằng điện dung tập trung của nó, các giá trị điện dung này được tra bảng (4-1) . Sóng truyền từ phía đường dây 35kV là dạng sóng xiên góc, biên độ cực đại bằng điện áp U50% của cách điện đường dây (U50%= 465 kV . Coi rằng tổng trở của các đoạn dây và thanh góp có giá trị: Z = 400() Từ đó ta tính được các giá trị điện cảm và điện dung đơn vị của thanh góp: Thành phần điện cảm bỏ qua như trên đã nêu và chọn sơ đồ trạm theo các yêu cầu trên: Hình 4.9: Sơ đồ dây trạm Trong trường hợp bình thường, sóng sét truyền trên đường dây nối vào thanh góp sẽ bị phân tán, nên tác dụng lên cách điện của trạm khong nguy hiểm. Ta nhận thấy rằng trạng thái vận hành nguy hiểm nhất là trạng thái chỉ vận hành với 1 đường dây và một máy biến áp. Ta có sơ đồ như sau: Cg 300 60 60 500 1500 60 CSV 60 60 500 5 12 12 13 5 5 5 15 12 12 Hình 4.10: Quy điện dung về các nút theo quy tắc mômen ta có: Hình 4.11 Giá trị của các phần tử lấy theo bảng 4-1( theo ): ta lấy các giá trị trong bài theo bảng sau: Bảng 4.1: Giá trị điện dung của các phần tử thay thế: Loại thiết bị Đặc tính của thiết bị Điện dung(pF) Máy biến áp điện lực Máy biến áp lớn có bù điện dung 1500 Máy biến áp đo lường 300 Máy cắt ở trạng thái đóng 500 Dao cách ly ở trạng thái đóng 60 Thanh góp 900 Khi đó ta có: Điểm nút 1: C1 =(pF) Là điện dung quy đổi của MC và DCL đường dây được di chuyển theo quy tắc mômen. Điểm nút 2: C2 =(pF) Là điện dung quy đổi của thanh góp, MC và DCL theo quy tắc mômen. Điểm nút 3: C3 =(pF) Là điện dung quy đổi của MBA, MC và DCL theo quy tắc mômen. Điểm nút 4: C4 =(pF) Là điện dung quy đổi của MC và DCL gần chống sét van theo quy tắc mômen. Điểm cần xét: -Điểm trước dao cách đường dây: điểm 1 -Điểm tại thanh góp: điểm 2. -Điểm tại nơi đặt máy biến áp: điểm 3 -Điểm tại nơi đặt chống sét van: điểm 4 Với khoảng cách giữa các điểm như sau: L12 = 39 m khoảng cách giữa điểm 1 và điểm 2 L23 = 41 m khoảng cách giữa điểm 2 và điểm 3 L24 = 15m khoảng cách giữa điểm 2 và điểm 4 1-Tính thời gian truyền sóng giữa các nút. Sơ đồ thay thế ở tình trạng vận hành nguy hiểm nhất như trên hình 4-12. Đối với trạm 35kV ta có U50%= 465(kV) và tính toán với sóng có độ dốc đầu sóng a =300kV/ms Vậy ta có: tđs Ta tính toán với sóng tam giác. Vậy sóng truyền vào trạm có dạng: Thời gian để sóng từ 1 đến 2 là: t12 = Thời gian để sóng đi từ 2 đến 3 là: t23 = Thời gian để sóng đi từ 2 đến 4 là: t24 = Để thuận tiện cho việc tính toán ta chọn bước thời gian là ước số của t12, t23 ,t24l là: Dt = 0,01(ms). Ta chọn gốc tại nút 1 là t = 0(ms) Thời gian để sóng truyền tới nút 2 là: t = 0,13(ms) Thời gian để sóng truyền tới nút 3 là: t = 0,27(ms) Thời gian để sóng truyền tới nút 4 là: t = 0,18(ms) 2-Tính điện áp tại các nút 2.1 Nút I Tại nút là nút đặt thanh góp với đường dây tới, do vậy ta có: Zđt = Điện dung: C1 = 429,2pF Hằng số thời gian nạp mạch: TC1 = Zđt.C1 =200.429,2.10-6 = 0,86(ms) Ta có tỉ số: Hệ số khúc xạ tại nút I là: Hình 4.12: Sơ đồ tính điện áp tại nút 1 Từ sơ đồ Petersen ta có: 2.Uđt = U01 + U’21 Trong đó: + U01 là sóng từ đường dây truyền tới điểm 1. + U là sóng tới nút 1 do sóng phản xạ U21 đi từ nút 2 nhưng chậm pha sau thời gian là t = 2.t12 = 0,26 (ms) hay U = U21(t- 0,26) Trong khoảng thời gian t < 2.t12 thì U’21= 0 do chưa có sóng phản xạ từ nút 2 về nút 1. Do đó ta có: 2.Uđt= U01 Trong khoảng thời gian t 2.t12 khi này có sóng phản xạ từ 2 về 1. Biết được , 2.Uđt, Zđt ta tính được điện áp tại nút 1 theo phương pháp tiếp tuyến liên tiếp: U1(t+ Dt) = U1(t) + DU1(t) Mà ta có: Hay: U1(t+Dt) = U1(t) + Sóng truyền từ nút 1 đến nút 2: U12 = U1 - U 2.2 Nút II Tại nút là nút đặt thanh góp trạm biến áp có 3 đường dây tới, do vậy ta có: Zđt = Điện dung: C2 = 1593,7pF Hằng số thời gian nạp mạch: TC2 = Zđt.C2 =133,33.1593,7.10-6 = 0,212(ms) Ta có tỉ số: Hệ số khúc xạ tại nút II là: Hình 4.13: Sơ đồ tính điện áp tại nút 2 Từ sơ đồ Petersen ta có: 2.Uđt = am2.U’m2 = 0,667 .(U’12 + U’32 + U’42 ) Trong đó: + U, U, U là sóng phản xạ từ nút 1, 3, 4 truyền về nút 2 nhưng chậm pha sau thời gian là U = U21(t- 0,26) U= U(t – 2.t23) = U(t – 0,28) U = U(t – 2.t42) = U(t – 0,1) Hay: U2(t+Dt) = U2(t) + 2.3 Nút III Tại nút III có đặt máy biến áp, chỉ có một đường dây đi đến nên ta có: Zđt = Z = 400(W) Thời gian nạp mạch: TC3 = Zđt.C3 = 400.1757,1.10-6 = 0,7(ms) Hệ số khúc xạ tại nút 3 là: Ta có sơ đồ Petersen như sau: `` Hình 4.14: Sơ đồ tính điện áp tại nút III Ta có từ sơ đồ Petersen: 2.Uđt = 2. Tương tự như trên ta có: U4(t + Dt) = U4(t) + Trong đó: 2.4 Nút IV Sơ đồ thay thế Petersen: Rcsv C Hình 4.15: Sơ đồ tính điện áp tại nút 4 Tại nút IV có đặt chống sét van và có 2 đường dây tới nên ta có: Zđt = Hệ số khúc xạ tại nút 4: Chống sét van có đặc tính như sau: UCSV =K.Ia = 243. I0,02 Từ sơ đồ Petersen ta có phương trình: Ta có phương trình như sau: 2.Uđt = Ucsv + Zđt.(IC + ICSV) 2.Uđt =Zđt . Phương trình sai phân: 2.Uđt =Zđt . 2.Uđt (t + Dt)= Từ đó bằng tinh toán ta tính được điện áp và dòng điện của chống sét van. Từ kết quả tính được ta vẽ được đồ thị điện áp và dòng điện của chống sét van. Cũng từ đó ta kiểm tra được chống sét van có bị phá hỏng bởi dòng điện hay không (dòng qua chống sét van không được quá 10kA). Kết quả ta tính với sóng sét có thông số trên có dạng như sau: Đồ thị ta có điện áp U1 có dạng như sau: Đồ thị ta có điện áp U2 có dạng như sau: Ta có đồ thị điện áp nút U3 như sau: Ta có đồ thị dòng chống sét van như sau: *Nhận xét: - Từ các đồ thị trên ta thấy khi sóng sét có thông số biên độ U = 465kV và độ dốc đầu sóng a = 300kV/ms tryền vào trạm, trạm vẫn đảm bảo an toàn. Tài liệu tham khảo 1. Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp Kỹ thuật Điện Cao áp. Tác giả: Nguyễn Thị Minh Chước. NXB: Xưởng in Giao Thông. 2. Giáo trình Kỹ thuật điện cao áp Tác giả: Võ Viết Đạn NXB: Khoa học tại chức trường ĐHBK HN. 3. Nhà máy điện và trạm biến áp. Tác giả: Nhóm tác giả. NXB: KHKT 4. Chống sét cho nhà máy và các công trình Tác giả: Viễn Sum NXB: KHKT 5. lưới điện và hệ thống điện Tác giả: Trần Bách. NXB: KHKT