Đồ án Thiết kế chống sét cho trạm phân phối 110/22kV Mỹ Xá

ĐẶT VẤN ĐỀ Trong hệ thống điện trạm biến áp và đường dây điện là 2 phần tử quan trọng, làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối năng lượng điện.Bảo vệ trạm biến áp và đường dây là nhiệm vụ quan trọng để việc cung cấp năng lượng điện được liên tục và ổn định. Bảo vệ chống sét trạm biến áp,đường dây bao gồm các phần: + Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp: các trạm biến áp được bảo vệ bằng dây chống sét (treo trên các thiết bị và các xà đỡ dây, thanh cái) hoặc các cột chống sét kiểu Franklin. + Mạng lưới nối đất: để tản dòng điện sét trong đất hạn chế các phóng điện ngược trên các công trình cần bảo vệ. + Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào đường dây . + Bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm. Yêu cầu đề ra là thiết kế chống sét cho trạm phân phối 110/22kV Mỹ Xá với số liệu sau : Sơ đồ: 110kV Sơ đồ một thanh góp . 22kV được bọc chì chôn xuống đất. Độ cao cần bảo vệ: Trạm 110kV là 11m và 8m. Máy biến áp: TM 110/22kV. Có 2 đường dây 110kV vào trạm. Điện trở suất của đất: 95 Ωm. Sơ đồ mặt bằng, mặt cắt đi kèm. CHƯƠNG I: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 1.1. CÁC YÊU CẦU: Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ. Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các yêu cầu cụ thể, hệ thống các cột thu sét có thể được đặt trên các độ cao có sẵn như xà, cột đèn chiếu sáng... hoặc được đặt độc lập. Khi đặt hệ thống cột thu sét trên kết cấu của trạm sẽ tận dụng được độ cao vốn có của công trình nên sẽ giảm được độ cao của cột thu sét. Tuy nhiên đặt hệ thống thu sét trên các thanh xà của trạm thì khi có sét đánh sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phần điện cảm của cột. Phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang các phần tử mang điện khi cách điện không đủ lớn. Do đó điều kiện để đặt cột thu sét trên hệ thống các thanh xà trạm là mức cách điện cao và điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ. Đối với trạm phân phối ngoài trời từ 110kV trở lên do có cách điện cao nên có thể đặt cột thu sét trên các kết cấu của trạm phân phối. Các trụ của kết cấu trên đó có đặt cột thu sét thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm phân phối theo đường ngắn nhất và sao cho dòng điện IS khuếch tán vào đất theo 3 - 4 cọc nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất. Nơi yếu nhất của trạm phân phối ngài trời điện áp 110kV trở lên là cuộn dây của máy biến áp. Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa hai điểm nối đất vào hệ thống nối đất của cột thu sét và vỏ máy biến áp theo đường điện phải lớn hơn 15m. Khi bố trí cột thu sét trên xà của trạm phân phối ngoài trời 110kV trở lên cần chú ý nối đất bổ sung ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu sét vào hệ thống nối đất nhằm đảm bảo điện trở khuếch tán không được quá 4Ω. Khi dùng cột thu sét độc lập phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu sét đến các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu sét đến vật được bảo vệ. Việc lắp đặt các cột thu sét làm tăng xác suất sét đánh vào diện tích công trình cần bảo vệ, do đó cần chọn vị trí lắp đặt các cột thu sét một cách hợp lý. Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt khi có dòng điện sét chạy qua. Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện đến đèn phải được cho vào ống chì và chèn vào. 1.2. PHẠM VI BẢO VỆ CỦA HỆ THỐNG THU SÉT: 1.2.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét. Cột thu sét là thiết bị không phải để tránh sét mà ngược lại dùng để thu hút phóng điện sét về phía nó bằng cách sử dụng các mũi nhọn nhân tạo sau đó dẫn dòng điện sét xuống đất. Sử dụng các cột thu sét với mục đích là để sét đánh chính xác vào một điểm định sẵn trên mặt đất chứ không phải là vào điểm bất kỳ nào trên công trình.Cột thu sét tạo ra một khoảng không gian gần cột thu sét (trong đó có vật cần bảo vệ), ít có khả năng bị sét đánh gọi là phạm vi bảo vệ . a. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập là miền được giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình. (1-1) Trong đó : h: độ cao cột thu sét. hX: độ cao cần bảo vệ. ha=h-hX: độ cao hiệu dụng cột thu sét. rX: bán kính của phạm vi bảo vệ. Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn giản hoá đường sinh của hình chóp có dạng đường gẫy khúc như hình sau: h 0,2h hx 1,5h 0,75h 0,75h 1,5h rx Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét. Bán kính được tính toán theo công thức sau: Nếu thì (1.2) Nếu thì (1.3) Các công thức trên chỉ đúng khi cột thu sét cao dưới 30m. Hiệu quả của cột thu sét cao trên 30m giảm đi do độ cao định hướng của sét giữ hằng số. Có thể dùng các công thức trên để tính toán phạm vi bảo vệ nhưng phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh và trên hoành độ lấy các giá trị và . b. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét. Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn tổng phạm vi bảo vệ các cột đơn cộng lại. Nhưng để các cột thu lôi có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn (trong đó h là độ cao của cột thu sét). Phần bên ngoài khoảng cách giữa hai cột có phạm vi bảo vệ giống như của một cột. Phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm: 2 đỉnh cột và điểm có độ cao h0 - độ cao lớn nhất giữa hai cột được bảo vệ xác định theo công thức: (1.4) Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột là r0xvà được xác định như sau: Nếu thì (1.5) Nếu thì (1.6) Khi độ cao của cột thu sét vượt quá 30m thì có các hiệu chỉnh hệ số ; trên hoành độ lấy các giá trị và ; khi đó h0 tính theo công thức : (1.7) h 0,2h 0,75h a h o h x 1,5h r x R r 0x Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau. c. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau. Trường hợp hai cột thu sét có độ cao h1 và h2 khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo vệ được xác định như sau: Vẽ phạm vi bảo vệ của cột thấp (cột 1) và cột cao (cột 2) riêng rẽ. Qua đỉnh cột thấp (cột 1) vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở điểm 3 điểm này được xem là đỉnh của một cột thu sét giả định. Cột 1 và cột 3 hình thành đôi cột có độ cao bằng nhau (h1) với khoảng cách a’. Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi 3 có độ cao h1. Điểm này được xem như đỉnh của một cột thu sét giả định. Ta xác định được các khoảng cách giữa hai cột có cùng độ cao h1 là a' và x như sau: Hình 1.3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau. (1.8) (1.9) Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ 2 cột có độ cao bằng nhau. d. Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột thu sét (số cột >2). Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi một đa giác thì độ cao tác dụng của cột thu lôi phải thoả mãn: (1.10) Trong đó: D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột. ha=h- hx : độ cao hiệu dụng của cột thu sét. Nhóm cột tam giác có ba cạnh là a, b,c có: (1.11) với p là nửa chu vi : (1.12) Nhóm cột tạo thành hình chữ nhật: (1.13) với a, b là độ dài hai cạnh hình chữ nhật. Độ cao tác dụng của cột thu sét ha phải thoả mãn điều kiện: (1.14) D a b c D a b Hình1.4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột tạo thành tam giác và chữ nhật. 1.2.1. Phạm vi bảo vệ của dây thu sét. a. Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét. Phạm vi bảo vệ của dây thu sét là một dải rộng. Chiều rộng của phạm vi bảo vệ phụ thuộc vào mức cao hx được biểu diễn như sau : 0,6h 0,2h 0,8h h a b a' c 1,2h 2 bx hx Hình1.5 : Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét. Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét tương tự cột thu sét ta có các hoành độ 0,6h và 1,2h. Nếu thì (1.15) Nếu thì (1.16) Khi độ cao cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được hiệu chỉnh theo p. b. Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét. Để phối hợp bảo vệ bằng hai dây thu sét thì khoảng cách giữa hai dây thu sét phải thoả mãn điều kiện : Với khoảng cách trên thì dây có thể bảo vệ được các điểm có độ cao h0. (1.17) Phần ngoài của phạm vi bảo vệ giống phạm vi bảo vệ của một dây, còn phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua ba điểm là hai điểm treo dây thu sét và điểm có độ cao h0. h 0,2h 0,6h s h o h x 1,2h bx R Hình 1.6: Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét. 1.3. PHƯƠNG ÁN BẢO VỆ CỦA HỆ THỐNG THU SÉT 1.3.1. Phương án 1. 1.3.1.1. Sơ đồ mặt bằng bố trí cột thu sét. Ta bố trí các cột thu sét như sau: Phía 110kV đặt 4 cột: Hai cột 1, 4 đặt trên xà cao 11m ; hai cột 2, 3 được xây dựng độc lập. Hình 1.7: Sơ đồ mặt bằng bố trí cột thu sét 1.3.1.2. Tính toán cho phương án 1 a). Tính độ cao tác dụng của cột thu sét: Để tính được độ cao tác dụng ha của các cột thu sét ta cần xác định đường kính D của đường tròn ngoại tiếp tam giác (hoặc tứ giác) qua ba (hoặc bốn) đỉnh cột. Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi tam giác (hoặc bốn) đó được bảo vệ thì phải thoả mãn điều kiện Phía 110kV: Loại cột Nhóm cột a (m) b (m) D (m) ha (m) Chữ nhật 1-2-3-4 25 28 37,54 4,69 Từ bảng trên ta thấy độ cao lớn nhất cần bảo vệ là hx=11m và ha=4,69m. ta chọn ha=5m. Do đó độ cao thực tế của các cột thu sét phía 110kV là : và ở đây dùng xà để làm giá đỡ cho cột thu lôi. b). Phạm vi bảo vệ của từng cột : Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 16m. Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m. Do vậy Bán kính bảo vệ ở độ cao 8m. Do vậy c). Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên : NHÓM CỘT CẠNH NHAU 110kV Cặp cột Độ cao cột (m) a (m) h0 (m) 2/3*h0 (m) r0x (m) hx=11m hx=8m 1-2 16,00 25 12,43 8,29 1,07 3,65 2-3 16,00 28 12 8 0,75 3 3-4 16,00 25 12,43 8,29 1,07 3,65 4-1 16,00 28 12 8 0,75 3 1.3.1.3. Phạm vi bảo vệ phương án 1. Vì phạm vi bảo vệ cho dộ cao h=11m đã được bảo vệ nên với độ cao h=8m chắc chắn được bảo vệ nên ta không vẽ phạm vi bảo vệ cho h=8m.Phạm vi bảo vệ cho phương án 1 như hình vẽ sau: Hình 1.8: Phạm vi bảo vệ phương án 1 1.3.1.4. Kết luận: Phương án bảo vệ thoả mãn yêu cầu đặt ra. Tổng số cột : 4 cột cao 16m. Tổng chiều dài: 1.3.2. Phương án 2. 1.3.2.1. Sơ đồ mặt bằng bố trí dây thu sét. Hình 1.9: Sơ đồ mặt bằng bố trí dây thu sét Trạm 110kV có treo 4 dây chống sét C-70 , 2 dây 12 và 34 dài l= 25m, 2 dây 14 và 23 dài 28m. Khoảng cách giữa hai dây 12 và 34 là S=28m, khoảng cách giữa 2 dây 14 và 23 là 25m. Để bảo vệ toàn bộ xà trong trạm thì : ho = hxmax = 11m Xét 2 dây 12 và 34: Xét 2 dây 14 và 23: Do dây thu sét bị võng nên độ cao của cột treo dây phải tính đến độ võng của dây. 1.3.2.2. Tính toán cho phương án 2 Độ võng của dây Ứng suất cho phép: δcp = 31kg/mm2 Môđun đàn hồi: E=200.103kg/mm2 Hệ số dãn nở nhiệt: Nhiệt độ ứng với trạng thái bão: θbão=25oC Nhiệt độ ứng với trạng thái min: θmin=5oC Tải trọng do trọng lượng gây ra: g1=8.10-3kg/m.mm2 Tải trọng do gió gây ra (áp lực gió cấp 3 với v=30m/s) : có Tải trọng tổng hợp: Ta có: Kiểm tra điều kiện ta thấy l < lgh + Với khoảng vượt l1 =25m. Phương trình trạng thái ứng vơi θmin có dạng: Ta có phương trình : có nghiệm Độ võng: Độ cao cột treo dây thu sét : + Với khoảng vượt l2 =28m. Phương trình trạng thái ứng vơi θmin có dạng: Ta có phương trình : có nghiệm Độ võng: Độ cao cột treo dây thu sét : Vậy chọn độ cao treo dây thu sét là h=19m. a.)Phạm vi bảo vệ của dây thu sét: Ta chỉ tính cho vị trí cao nhất ứng với đỉnh cột(vì độ chênh lệch giữa vị trí cao nhất và thấp nhấp không đáng kể). Bảo vệ ở độ cao 11m: Do thì Bảo vệ ở độ cao 8m: Do thì Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai dây12 và 34 Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai dây14 và 23 b.)Phạm vi bảo vệ của từng cột thu sét phía 110kV: Ta đăt cột thu sét bao biên có độ cao 19m. Do vậy Do vậy 1.3.2.3. Phạm vi bảo vệ của phương án 2: Ta chỉ cần vẽ phạm vi bảo vệ cho độ cao h=11m Hình 1.10. Phạm vi bảo vệ của phương án 2 1.3.2.4. Kết luận: Phương án có phạm vi bảo vệ thoả mãn yêu cầu đặt ra. Tổng số cột : 4 cột cao 19m . Tổng chiều dài cột: Tổng chiều dài dây chống sét: * NHẬN XÉT: Qua tính toán ta thấy cả 2 phương án trên đều thoả mãn nhu cầu kỹ thuật đề ra. Phương án 1: Có chiều dài cột phải xây dựng là 42m. Phương án 2: Có chiều dài cột phải xây dựng là 54m, dây chống sét là 106m. Mặt khác nếu chọn phương án 2 phải thêm cột, dây néo, do vậy ta chọn phương án 1 chống sét đánh trực tiếp vào trạm. CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM 2.1. YÊU CẦU KỸ THUẬT KHI NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP. Nối đất là đem các bộ phận bằng kim loại có nguy cơ bị tiếp xúc với dòng điện (hư hỏng cách điện) nối với hệ thống nối đất. Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên vật nối đất có trị số bé. Hệ thống nối đất là một phần quan trọng trong việc bảo vệ quá điện áp. Tuỳ theo nhiệm vụ và hiệu quả mà hệ thống nối đất được chia làm ba loại. Nối đất làm việc. Nhiệm vụ chính là đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị, hoặc một số bộ phận của thiết bị yêu cầu phải làm việc ở chế độ làm việc đã được quy định sẵn. + Nối đất điểm trung tính máy biến áp. + 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 an toàn. Có nhiệm vụ 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. Khi cách điện bị hư hỏng do lão hoá thì trên các bộ phận kim loại sẽ có một điện thế nhưng do nối đất nên điện thế này có giá trị nhỏ không nguy hiểm cho người tiếp xúc. Nối đất chống sét. Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất khi sét đánh vào cột thu lôi hay đường dây. Hạn chế hình thành và lan truyền của sóng quá điện áp do phóng điện sét gây nên. Nối đất chống sét còn có nhiệm vụ hạn chế hiệu điện thế giữa hai điểm bất kỳ trên cột điện và đất. Nếu không, mỗi khi có sét đánh vào cột chống sét hoặc trên đường dây, sóng điện áp  có khả năng phóng điện ngược tới các thiết bị và công trình cần bảo vệ, phá huỷ các thiết bị điện và máy biến áp. 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. Song hệ thống nối đất chung phải đảm bảo yêu cầu của các thiết bị khi có dòng ngắn mạch chạm đất lớn do vậy yêu cầu điện trở nối đất phải nhỏ. 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: Trị số điện trở nối đất của nối đất an toàn được chọn sao cho các trị số điện áp bước và tiếp xúc trong mọi trường hợp đều không vượt quá giới hạn cho phép. + Đối với các thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất yêu cầu điện trở nối đất phải thoả mãn: + Đối với các thiết bị có điểm trung tính cách điện 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: . Dòng điện I tùy theo mỗi trường hợp sẽ có trị số khác nhau: * Trong hệ thống không có thiết bị bù thì dòng điện tính toán I là dòng điện khi có chạm đất một pha (cả mạng trên không và mạng cáp): I = 3.Uf.w. C Trong đó: C là điện dung của một pha của hệ thống nối đất. Uf là điện áp pha. * Nếu hệ thống có thiết bị bù thì dòng điện tính toán I là phần dòng điện còn lại hay chưa được bù của dòng điện ngắn mạch chạm đất trong mạng khi đã cắt đi thiết bị bù có công suất lớn nhất, nhưng chú ý là phần dòng điện ấy không được quá 30 A. * Dòng điện tính toán trong hệ thống nối đất mà trong đó có nối thiết bị bù được lấy bằng 125% dòng điện định mức của thiết bị bù. + 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 không 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: . + Trong khi thực hiện nối đất có thể tận dụng các hình thức nối đất sẵn có như các đường ống và các kết cấu kim loại của công trình chôn trong đất...Việc tính toán điện trở tản của các đường ống chôn trong đất hoàn toàn giống với điện cực hình tia. + Vì đất là môi trường không đồng nhất, khá phức tạp do đó điện trở suất của đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần của đất như các loại muối, axít ... chứa trong đất,độ ẩm , nhiệt độ và điều kiện khí hậu. Ở Việt nam khí hậu thay đổi theo từng mùa 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, mục đích là tăng cường an toàn. Công thức hiệu chỉnh như sau: (2.1) Trong đó: rtt: là điện trở suất tính toán của đất. rđo: 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. 2.2- CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT. Điện trở suất đo được của đất: . Điện trở nối đất cột đường dây: . Dây chống sét sử dụng loại C- 70 có điện trở đơn vị là: . Chiều dài khoảng vượt đường dây là: . Điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vượt là : . Số lộ trong trạm: . 2.2.1. Nối đất an toàn. Cho phép sử dụng nối đất an toàn với nối đất làm việc thành một hệ thống. Điện trở nối đất của hệ thống là : .  (2.2) Trong đó : RTN: điện trở nối đất tự nhiên. RNT: điện trở nối đất nhân tạo . a- Điện trở nối đất tự nhiên. Nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống chống sét đường dây và cột điện 110kV. Ta có công thức sau: . (2.3) Trong đó : n: số lộ dây. Rcs: điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vượt. Rc : điện trở nối đất của cột điện. . Ta thấy RTN>0,5Ω ,do vậy phải nối đất nhân tạo. Điện trở nói đất nhân tạo : W Þ Kết hợp với điều kiện khi nối đất nhân tạo thì RNT1(W) ta có điều kiện đối với điện trở nhân tạo là: RNT1(W). b. Điện trở nối đất nhân tạo. Nối đất có các hình thức cọc dài 2-3m bằng sắt tròn hay sắt góc chôn thẳng đứng. Thanh dài chôn nằm ngang ở độ sâu 0,5-0,8m đặt theo hình tia, mạch vòng hoặc tổ hợp của hai hình thức trên. - Đối với nối đất chôn nằm ngang có thể dùng công thức chung sau: . (2.4) Trong đó : L: chiều dài tổng của điện cực. d: đường kính điện cực khi điện cực dùng thanh sắt tròn. Nếu dùng sắt dẹt thì trị số thay bằng với b là chiều rộng của sắt dẹt. t: độ chôn sâu. K: hệ số hình dạng phụ thuộc sơ đồ nối đất. - Hệ thống nối đất gồm nhiều cọc bố trí dọc theo chiều dài tia hoặc theo chu vi mạch vòng: . (2.5) Trong đó: RC: điện trở tản của một cọc. RT: điện trở tản của tia hoặc của mạch vòng. n: số cọc. ηT: hệ số sử dụng của tia dài hoặc của mạch vòng. ηC: hệ số sử dụng của cọc. Đối với trạm biến áp Mỹ Xá khi thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo ta sử dụng hình thức nối đất mạch vòng xung quanh trạm bằng các thanh sắt tròn. Mạch vòng cách móng tường bao quanh trạm mỗi chiều 2m. Mạch vòng bao quanh trạm là hình chữ nhật có kích thước như sau: chiều dài l1 = 38m ; chiều rộng l2 = 30m. Điện trở mạch vòng của trạm là: (2.6) Trong đó: L: chu vi mạch vòng t: Độ chôn sâu của thanh, lấy t= 0,8m. ρtt: điện trở xuất tính toán của đất đối với thanh làm mạch vòng chôn ở độ sâu t. Tra bảng với thanh ngang chôn sâu t=0,8m ta có kmùa=1,6. d: đường kính thanh làm mạch vòng. Chọn thanh d=6cm. K: hệ số hình dạng phụ thuộc hình dáng của hệ thống nối đất. Giá trị của được cho ở bảng sau: l1/l2 1 1.5 2 3 4 K 5.53 5.81 6.42 8.17 10.4 Bảng 2.1: Bảng Ta có đồ thị sau: Hình 2.1: Hệ số hình dạng .Tra đồ thị ta có: Vậy điện trở mạch vòng là: nên điện trở nối đất chưa đạt yêu cầu, do đó phải đóng cọc vào hệ thống nối đất. Chọn cọc dài 3m đường kính 6 cm. Điện trở của cọc được tính theo công thức: Trong đó : t=h+l/2 = 2,3 m r=95 W.m l=3m d=6 cm k =1,4 h a l=3m Hình (2-2 ): Sơ đồ bố trí mạch vòng cọc trong hệ thống nối đất của trạm công thức tính điện trở của hệ thống mạch vòng và cột Rnt= trong đó n: số cọc c: hệ số sử dụng cọc t : hệ số sử dụng thanh chọn n=160 a==0,85 a/l=0,85/3=0,283 Tra bảng phụ lục ta có c=0,21 : t=0,14 vậy: Rnt==0,9 W <1W Vậy nối đất an toàn đã thỏa mãn. Ta có điện trở nối đất của hệ thống: đạt yêu cầu. 2.2.2. Nối đất chống sét. Ở đây phải đề cập đến cả hai quá trình đồng thời xảy ra khi có dòng điện tản trong đất: - Quá trình quá độ của sự phân bố điện áp dọc theo chiều dài điện cực. - Quá trình phóng điện trong đất. Khi chiều dài điện cực ngắn (nối đất tập trung) thì không cần xét quá trình quá độ mà chỉ cần xét quá trình phóng điện trong đất. Ngược lại khi nối đất dùng hình thức phân bố dài (tia dài hoặc mạch vòng) thì đồng thời phải xét cả hai quá trình có ảnh hưởng khác nhau đến hiệu quả nối đất. Điện trở tản xung kích của nối đất tập trung: Điện trở tản xung kích không phụ thuộc vào kích thước hình học của điện cực mà nó được quy định bởi biên độ dòng điện I, điện trở suất ρ và đặc tính xung kích của đất. Vì trị số điện trở tản xoay chiều nối đất tỷ lệ với ρ nên hệ số xung kích có giá trị : (2.7) hoặc ở dạng tổng quát: (2.8) Tính toán nối đất phân bố dài không xét đến quá trình phóng điện trong đất: Sơ đồ đẳng trị của nối đất được thể hiện như sau: Hình 2.2: Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất. Cho rằng điện trở suất của đất là không đổi, như vậy trong tính toán điện trở xung kích của nối đất kéo dài có thể dùng sơ đồ thay thế tương tự như đối với đường đây trên không .Vì điện trở bản thân cực bé hơn rất nhiều so với điện cảm của nó, ảnh hưởng của điện dung C cũng rất nhỏ so với ảnh hưởng của điện dẫn G nên có thể bỏ qua do đó ta có sơ đồ thay thế : Hình 2.3: Sơ đồ đẳng trị rút gọn Trong đó: L: điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài. G: điện dẫn của điện cực trên một đơn vị dài. (2.9) Với: l: chiều dài cực. r: bán kính cực, ở phần trước Gọi Z(x,t) là điện trở xung kích của nối đất kéo dài, nó là hàm số của không gian x và thời gian t. (2.10) Trong đó U(x,t); I(x,t) là dòng điện và điện áp xác định từ hệ phương trình vi phân: (2.11) Giải hệ phương trình này ta được điện áp tại điểm bất kỳ và tại thời điểm t trên điện cực: (2.12) Tổng trở xung kích ở đầu vào của nối đất: (2.13) Với: ; ; Tính toán nối đất phân bố dài khi có xét quá trình phóng điện trong đất. Việc giảm điện áp và mật độ dòng điện ở các phần xa của điện cực làm cho quá trình phóng điện trong đất ở các nơi này có yếu hơn so với đầu vào của nối đất. Do đó điện dẫn của nối đất (trong sơ đồ đẳng trị) không những chỉ phụ thuộc vào I, ρ mà còn phụ thuộc vào toạ độ. Tuy nhiên việc tính toán tổng trở sẽ rất phức tạp, vì vậy ta có thể bỏ qua trong phạm vi đồ án này. Tính toán cho trạm thiết kế: Đây là trạm 110kV nên cho phép nối đất chống sét nối chung vào với nối đất an toàn. Do đó nối đất chống sét là nối đất phân bố dài dạng mạch vòng. Giả thiết sét đi vào điểm như hình vẽ. Lúc này mạch vòng được xem như hai tia ghép song song. Chiều dài mỗi tia là: Điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài là: Có bán kính điện cực: Vậy: Điện dẫn của điện cực trên một đơn vị dài: (2.14) Với (2.15) kmua.AT=1,6 và kmua.set=1,2 Trong thiết kế tính toán ta chọn dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xiên góc có biên độ không đổi. Phương trình sóng có dạng sau: (2.16) Biên độ dòng điện sét được quy định là . Độ dốc của dòng sét là . Thời gian đầu sóng là Tổng trở xung kích của nối đất ở đầu vào thời điểm t = tđ.s và xét tới hai tia ghép song song là: (2.18) Để xác định được Z∑(0,τds) ta xét chuỗi số sau: (2.19) (2.20) Trong dãy số này ta chỉ xét đến số hạng chứa e-4, từ số e-5 trở đi có giá trị rất nhỏ so với các số hạng trước nên ta có thể bỏ qua. ta tính đến k sao cho: (2.21) Ta lấy giá trị k từ 1-3:  K 1 2 3 K2 1 4 9 TK 7,44 1,86 0,83 0,672 2,688 6,048 0,51 0,068 0,002 0,51 0,017 0 Bảng 2.2: Bảng tính toán chuỗi số Ta có: Vậy: Do máy biến áp là phần tử yếu nhất nên ta chỉ cần kiểm tra với máy biến áp. Khi có dòng điện sét đi vào nối đất để đảm bảo an toàn phải thoả mãn điều kiện: (2.22) Trong đó I: Biên độ của dòng sét. ZXK(0,τds): Tổng trở xung kích ở đầu vào nối đất của dòng điện sét. U50%MBA : Điện áp 50% của máy biến áp. Ta có U50%110=460kV.Kiểm tra điểu kiện: < 460(KV) Có vậy ta không phải tiến hành nối đất bổ sung. CHƯƠNG III: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY 3.1. MỞ ĐẦU Đường dây là phần tử dài nhất trên hệ thống điện nên thường bị sét đánh gây nên quá điện áp quá trình này có thể dẫn tới cắt máy cắt đường dây làm ảnh hưởng tới cung cấp điện. Mặt khác khi sét đánh vào đoạn dây gần trạm thì sẽ tạo nên sóng truyền vào trạm gây sự cố phá hoại cách điện của thiết bị điện trong trạm. Do đó ta phải tiến hành nghiên cứu chống sét cho đường dây tải điện ,đặc biệt là những đoạn đường dây gần đến trạm thì phải được tính toán bảo vệ cẩn thận. Vì thế đường dây cần được bảo vệ chống sét với mức an toàn cao. Quá điện áp khí quyển có thể là do sét đánh thẳng lên đường dây hoặc do sét đánh xuống đất gần đường dây tạo nên quá điện áp cảm ứng. Trị số của quá điện áp khí quyển là rất lớn nên không thể chọn mức cách điện của đường dây đáp ứng được hoàn toàn yêu cầu của quá điện áp mà chỉ có thể chọn theo mức hợp lý về mặt kinh tế và kỹ thuật. Do đó yêu cầu đối với bảo vệ chống sét đường dây không phải là an toàn tuyệt đối mà chỉ cần ở mức độ giới hạn hợp lý. Trong phần này ta sẽ tính toán các chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây, trên cơ sở đó xác định được các phương hướng và biện pháp để giảm số lần cắt điện của đường dây cần bảo vệ. 3.2. CÁC CHỈ TIÊU BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY Cường độ hoạt động của sét a) Số ngày sét Cường độ hoạt động của sét được biểu thị bằng số ngày có giông sét hàng năm (nngs). Các số liệu này được xác định theo số liệu quan trắc ở các đài trạm khí tượng phân bố trên lãnh thổ từng nước. Theo số liệu thống kê của nhiều nước ta có : - Số ngày sét hàng năm ở vùng xích đạo : 100 150 ngày. - Số ngày sét hàng năm ở vùng nhiệt đới : 75 100 ngày. - Số ngày sét hàng năm ở vùng ôn đới : 30 50 ngày. b) Mật độ sét Để tính toán số lần có phóng điện xuống đất cần biết về số lần có sét đánh trên diện tích 1km2 mặt đất ứng với một ngày sét, nó có trị số khoảng ms = 0,1 0,15 lần/km2.ngày sét. Từ đó sẽ tính được số lần sét đánh vào các công trình hoặc lên đường dây tải điện. Kết quả tính toán này cho một giá trị trung bình. Số lần sét đánh vào đường dây. Coi mật độ sét là đều trên toàn bộ diện tích vùng có đường dây đi qua, có thể tính số lần sét đánh trực tiếp vào đường dây trong một năm là: (3-1) Trong đó: ms: mật độ sét vùng có đường dây đi qua nng.s: số ngày sét trong một năm. h : chiều cao trung bình của các dây dẫn (m). L : chiều dài của đường dây (km). Lấy L = 100 km ta sẽ có số lần sét đánh vào 100km dọc chiều dài đường dây trong một năm. (3-2) Tuỳ theo vị trí sét đánh quá điện áp xuất hiện trên cách điện đường dây có trị số khác nhau. Người ta phân biệt số lần sét đánh trực tiếp vào đường dây có dây chống sét thành ba khả năng. - Sét đánh vào đỉnh cột (kể cả số lần sét đánh vào dây chống sét gần đỉnh cột) : (3-3) - Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn : (3-4) Trong đó N : tổng số lần sét đánh vào đường dây. : xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn, nó phụ thuộc vào góc bảo vệ và được xác định theo công thức sau: (3-5) Trong đó hc : chiều cao của cột (m). : góc bảo vệ (độ). - Sét đánh vào điểm giữa khoảng vượt (bao gồm sét đánh vào dây chống sét ở khoảng cách xa cột): (3-6) Số lần phóng điện do sét đánh vào đường dây Khi bị sét đánh, quá điện áp tác dụng vào cách điện của đường dây ( sứ và khoảng cách không khí giữa dây dẫn và dây chống sét ) có thể gây ra phóng điện. Khả năng phóng điện được đặc trưng bởi xác suất phóng điện . Như thế ứng với số lần sét đánh Ni số lần phóng điện : (3-7) Xác suất phóng điện phụ thuộc trị số của quá điện áp và đặc tính cách điện ( V-S ) của đường dây. (3-8) Số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây Khi có phóng điện trên cách điện của đường dây, máy cắt có thể bị cắt ra nếu có xuất hiện hồ quang tần số công nghiệp tại nơi phóng điện. Xác suất hình thành hồ quang phụ thuộc vào điện áp làm việc trên cách điện pha của đường dây và độ dài cách điện của đường dây. Có thể xác định theo bảng sau. Bảng 3.1: Bảng xác suất hình thành hồ quang 50 30 20 10 0,6 0,45 0,25 0,1 Với Ulv : điện áp pha làm việc. Lcs : chiều dài chuỗi sứ 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 10 20 30 50 70 Elv Hình3.1: Đồ thị Đối với đường dây dùng cột gỗ tính theo công thức (3-9) Etb : là cường độ trường trung bình trên tổng chiều dài cách điện ( kV/m). Cuối cùng có thể tính số lần cắt của đường dây tương ứng với số lần sét đánh Ni: (3-10) Số lần cắt điện tổng cộng của đường dây: (3-11) Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng. Số lần phóng điện do sét đánh gần đường dây gây phóng điện cảm ứng trên cách điện đường dây. (3-12) Trong đó ns : là số ngày sét trong một năm. h : độ treo cao trung bình của dây dẫn. U50% : điện áp phóng điện 50% của chuỗi sứ. Như vậy số lần đường dây bị cắt điện do quá điện áp cảm ứng (3-13) Đường dây 110kV trở lên do mức cách điện cao (U50% lớn) nên suất cắt do quá điện áp cảm ứng có trị số bé và trong cách tính toán có thể bỏ qua thành phần này. 3.3.TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY 3.3.1. Mô tả đường dây cần bảo vệ a). Kết cấu cột điện. Hình 3.2: Sơ đồ cột lộ đơn 110kV. Loại cột : cột đơn. Chiều cao cột : 22,8m. Chuỗi sứ : + Số lượng 8 bát + Loại có chiều dài 1 bát sứ là lsứ = 127mm. Độ cao treo dây dẫn pha A: 17,5m Độ cao treo dây dẫn pha B: 13,5m Độ cao treo dây dẫn pha C: 13,5m. b). Dây dẫn và dây chống sét. Dây dẫn AC – 240 Dây chống sét C – 70 Khoảng vượt lkv=200m c). Nối đất cột điện Điện trở suất của nối đất . Điện trở nối đất cột điện Rc = 10. 3.3.2. Độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở, hệ số ngẫu hợp của đường dây. a). Độ võng của dây. Độ võng của dây chống sét C – 70 có khoảng vượt lkv = 200m Các thông số sủa dây chống sét: Ứng suất cho phép: . Modul đàn hồi: . Hệ số giãn nở nhiệt: . Tải trọng do trọng lượng gây ra . Tải trọng do gió gây ra , tính với áp lực gió cấp 3 ( ) ta có: với , CXtra trong bảng gió cấp 3,ta có =0,7;Cx =1,2 Tải trọng tổng hợp Nhiệt độ ứng với trạng thái bão Nhiệt độ nhỏ nhất Từ đây ta tính được lgh: lkv = 200m < lgh Vậy phương trình trạng thái lấy lấy trạng thái ứng với làm trạng thái xuất phát. Phương trình trạng thái có dạng : Phương trình trạng thái : Độ võng của dây chống sét: Độ võng của dây dẫn AC – 240 khoảng vượt 200m. Các thông số sủa dây AC - 240: Ứng suất cho phép: . Modul đàn hồi: . Hệ số giãn nở nhiệt: . Tải trọng do trọng lượng gây ra . Tải trọng do gió gây ra , tính với áp lực gió cấp 3 ( ),ta có: Tải trọng do gió gây ra , tính với áp lực gió cấp 3 ( ) ta có: Tải trọng tổng hợp Nhiệt độ ứng với trạng thái bão . Nhiệt độ nhỏ nhất . Từ đây ta tính được lgh: lkv = 200m < lgh Vậy phương trình trạng thái lấy lấy trạng thái ứng với làm trạng thái xuất phát. Phương trình trạng thái có dạng : Phương trình trạng thái : Độ võng của dây dẫn: b). Độ treo cao trung bình của dây dẫn và dây chống sét Độ treo cao trung bình của dây chống sét Do điểm cao nhất của cột là 22,8m nên hcs = 22,8m. Độ treo cao trung bình của dây chống sét là: Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha A ( hAtb). Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha A là: Góc bảo vệ pha A: Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha B, C ( hBtb, hCtb). Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha B là: Góc bảo vệ pha B: Tương tự: = c). Tổng trở sóng của dây dẫn. Tổng trở sóng của dây dẫn được tính theo công thức: (3-14) Trong đó: r là bán kính dây dẫn. h: là độ treo cao trung bình của dây dẫn. Tổng trở sóng pha A. Dây dẫn pha A là dây AC-240 có r = 8,74.10-3m nên: Tổng trở sóng pha B, C. Dây dẫn pha B, C là dây AC-240 có r = 8,74.10-3m nên: Tổng trở sóng dây chống sét. Dây chống sét là dây C – 70 có r = 4,72.10-3m nên ta tính được tổng trở sóng của dây chống sét như sau: Khi không kể đến ảnh hưởng của vầng quang. Khi có kể đến ảnh hưởng của vầng quang. : là hệ số hiệu chỉnh khi xuất hiện vầng quang được tra từ bảng với cấp điện áp 110kV: =1,3 () d). Hệ số ngẫu hợp Hình 3.3: Sơ đồ xác đinh hệ số ngẫu hợp. Khi chưa có vầng quang thì hệ số ngẫu hợp K được tính như sau với dây dẫn 1 và dây chống sét 2. (3-15) Trong đó: h2 là độ treo cao của dây chống sét . r2: bán kính của dây chống sét. d12: khoảng cách giữa dây chống sét và dây dẫn. D12: khoảng cách giữa dây dẫn và ảnh của dây chống sét. Khi xét đến ảnh hưởng của vầng quang điện : (3-16) Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn pha A và dây chống sét. Với pha A ta có: Độ treo cao trung bình của dây dẫn h1 = 14,81m. Độ treo cao trung bình của dây chống sét h2 = 21,6m. Độ dài của xà lxà = 2,5m Bán kính dây chống sét r2 = 4,72.10-3m Ta tính được: Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn pha B(C) và dây chống sét. Với pha B, C ta có: Độ treo cao trung bình của dây dẫn h1 = 10,81m. Độ treo cao trung bình của dây chống sét h2 = 21,6m. Độ dài của xà lxà = 2,5m Bán kính dây chống sét r2 = 4,72.10-3m Ta tính được: e). Nhận xét Khi tính toán các chỉ tiêu chống sét do các pha có các thông số khác nhau nên trong mỗi trường hợp ta chọn trường hợp nguy hiểm nhất để tính. Khi sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn ta chỉ xét cho pha A (pha có góc bảo vệ lớn nhất). Khi sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét ta tính cho pha B hoặc C (pha có hệ số ngẫu hợp nhỏ hơn). Khi sét đánh vào đỉnh cột ta sẽ tính với pha có Ucđ(a,t) lớn nhất. 3.3.3. Tính số lần sét đánh vào đường dây. Nếu gọi N là tổng số lần sét đánh trên đường dây và với nngs= 95ngày/năm; hcs = 21,6m ta có: (lần/100km.năm). Ta lấy khả năng nguy hiểm nhất để tính N = 184,68lần/100km.năm. Trong đó: Ndd: số lần sét đánh vào dây dẫn. Nđc: số lần sét đánh vào đỉnh cột. Nkv: số lần sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét. a). Số lần sét dánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. Trong trường hợp này ta tính với dây dẫn pha A. Trước tiên ta cần đi xác định xác suất phóng điện với các thông số như sau: . Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét: =3,09.10-3 Số lần sét đánh vào dây dẫn: (lần/100km.năm) b). Số lần sét đánh vào đỉnh cột và khoảng vượt. Số lần sét đánh vào đỉnh cột và khoảng vượt: Nđc=Nkv= = 92,06(lần/100km.năm) 3.3.4. Suất cắt do sét đánh vào đường dây. Trong trường hợp này ta tính với Rc=10 và Rc= 15 * Trường hợp 1: Rc=10 a).Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn Số lần cắt của đường dây : Trong đó: là xác suất phóng điện được xác định như sau: Ta có: ; tra bảng 9-5 (KTĐ cao áp) ta có điện áp phóng điện xung kích bé nhất của chuỗi sứ ở điện áp 110KV : : xác suất hình thành hồ quang xác định như sau: lpd: chiều dài phóng điện, lấy bằng chiều dài chuỗi sứ lsứ: độ cao một bát sứ. n: số bát sứ của chuỗi sứ. Từ đồ thị 3.1 ta có (lần/100km.năm) b). Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt. Khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét, để đơn giản cho tính toán ta giả thiết sét đánh vào chính giữa khoảng vượt, dòng điện sét chia đều sang hai bên như hình vẽ. hc=22,8m A B C A h c c=22,8m i s /2 i s /2 C B A Hình 3. 4: Sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét. Lấy với dạng sóng xiên góc. Lúc này trên dây chống sét và mỗi cột sẽ có dòng điện là . Khi tính toán ta cần tính với các giá trị khác nhau của dòng điện sét. Khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét thì đường dây tải điện 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. Nếu các điện áp này đủ lớn thì sẽ gây ra phóng điện sét trên cách điện làm cắt điện trên đường dây. *Suất cắt điện do quá điện áp tác dụng lên cách điện không khí giữa dây dẫn và dây chống sét (ta xét với pha B hoặc C vì hệ số ngẫu hợp của 2 pha này nhỏ hơn pha của pha A). (3-17) Trong đó: Kv: hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét có kể đến vầng quang. a: độ dốc dòng điện sét. l: khoảng vượt của đường dây. Từ đó ta có thể tính được xác suất phóng điện,xác suất hình thành hồ quang,suất cắt điện tronh trường hợp này. Trong thiết kế và thi công đường dây, thường chọn khoảng cách giữa các dây đủ lớn để tránh chạm dây nên khả năng xảy ra phóng điện trong trường hợp này ít xảy ra và dù có xảy ra thì xác suất hình thành hồ quang cũng rất nhỏ. Vì vậy suất cắt trong trương hợp này có thể bỏ qua. *Suất cắt điện do quá điện áp tác dụng lên chuỗi sứ. Điện áp tác dụng lên chuỗi sứ khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét là: (3-18) Trong đó: Ulv là điện áp làm việc. (3-19) Uc(t): điện áp tại đỉnh cột. (3-20) Với dạng sóng xiên góc, xét với thời gian thì: (3-21) Ta có: Rc là điện trở nối đất cột điện. Lc: điện cảm thân cột Kvq: hệ số ngẫu hợp có kể đến ảnh hưởng của vầng quang pha B(C) với dây chống sét Thay vào công thức 3-21 ta có: Theo 3-18 thì: Ta thấy Ucđ(t) = f(a,t). Vì vây ta cần kiểm tra với nhiều giá trị a, t như sau a = 10, 20, 30, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100(kA/). t = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20,25(). Ta có bảng sau : Bảng 3-2: Giá trị Ucđ(a,t) tác dụng lên chuỗi sứ ( Rc=10) a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 156.7 256.1 355.6 455.0 554.5 653.9 753.4 852.8 952.3 1051.8 2 198.7 340.1 481.6 623.0 764.5 905.9 1047.4 1188.8 1330.3 1471.8 3 240.7 424.1 607.6 791.0 974.5 1157.9 1341.4 1524.8 1708.3 1891.8 4 282.7 508.1 733.6 959.0 1184.5 1409.9 1635.4 1860.8 2086.3 2311.8 5 324.7 592.1 859.6 1127.0 1394.5 1661.9 1929.4 2196.8 2464.3 2731.8 6 366.7 676.1 985.6 1295.0 1604.5 1913.9 2223.4 2532.8 2842.3 3151.8 7 408.7 760.1 1111.6 1463.0 1814.5 2165.9 2517.4 2868.8 3220.3 3571.8 8 450.7 844.1 1237.6 1631.0 2024.5 2417.9 2811.4 3204.8 3598.3 3991.8 9 492.7 928.1 1363.6 1799.0 2234.5 2669.9 3105.4 3540.8 3976.3 4411.8 10 534.7 1012.1 1489.6 1967.0 2444.5 2921.9 3399.4 3876.8 4354.3 4831.8 15 744.7 1432.1 2119.6 2807.0 3494.5 4181.9 4869.4 5556.8 6244.3 6931.8 20 954.7 1852.1 2749.6 3647.0 4544.5 5441.9 6339.4 7236.8 8134.3 9031.8 25 1164.7 2272.1 3379.6 4487.0 5594.5 6701.9 7809.4 8916.8 10024.3 11131.8 Đồng thời ta cũng có bảng đặc tính V-S của chuỗi sứ như sau (Tra tài liệu hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp): Bảng 3-3: Đặc tính phóng điện của chuỗi sứ( Rc=10) t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 25 U 1330 1200 1200 1120 1050 1050 1050 1050 1050 1050 1050 1050 1050 Dựa vào bảng 3-2 và 3-3 ta vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ của Ucđ(t) và đặc tính phi tuyến V – S của chuỗi sứ . 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 t(s) U(KV) V - S a=100(kA/s) a=90(kA/s) a=80(kA/s) a=70(kA/s) a=60(kA/s) a=50(kA/s) a=40(kA/s) a=30(kA/s) a=20(kA/s) a=10(kA/s) Hình 3 – 5: Đồ thị Ucđ(a,t). - Khi điện áp đặt trên chuỗi sứ lớn hơn điện áp phóng điện của chuỗi sứ thì sẽ có phóng điện - Trên đồ thị ta xác định được các cặp giá trị (ai ; ti ) là giao điểm của các đường Ucđ (ai ; ti ) với đường đặc tính vôn - giây của chuỗi sứ. Sau đó ta tìm được cặp thông số nguy hiểm với : Ii = ai . ti Ta lập bảng kết quả sau : a(kA/ms) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ti(ms) 22,47 10,45 6,51 4,52 3,86 3,19 2,42 2,16 1,73 1,45 I = ai.ti (kA) 224,7 209 195,3 180,8 193 191,14 169,4 172,8 155,7 145 Với các giá trị Ii , ai tính được ở bảng trên ta xây dựng đường cong nguy hiểm . Miền nguy hiểm Hình 3-6: Đồ thị I = f(a) xác định miền nguy hiểm (3-22) Ta có bảng sau: Bảng 3- 4: Đặc tính xác suất phóng điện ( Rc=10) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 22.47 10.45 6.51 4.52 3.86 3.19 2.42 2.16 1.73 1.45 224.7 209 195.3 180.8 193 191.14 169.4 172.8 155.7 145 0.0002 0.0003 0.0006 0.0010 0.0006 0.0007 0.0015 0.0013 0.0026 0.0039 0.3995 0.1596 0.0638 0.0255 0.0102 0.0041 0.0016 0.0006 0.0003 0.0001 0.2399 0.0959 0.0383 0.0153 0.0061 0.0024 0.0010 0.0004 0.0002 0.0001 Thông qua các kết quả tính toán cho ở bảng 3-4 ta có: Suất cắt điện của đường dây khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét. (lần/100km.năm). c). Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột. Để đơn giản và dễ tính toán ta giả thiết sét chỉ đánh vào đỉnh cột điện, khi đó phần lớn dòng điện sét sẽ đi vào nối đất cột điện, phần nhỏ còn lại sẽ đi theo dây chống sét vào các bộ phận nối đất của các cột lân cận như hình vẽ. hc=22.8m A A C B A hc=22.8m ics ics B C B C Hình 3-7: Sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chống sét. Trong trường hợp này ta phải tính toán suất cắt cho pha có quá điện áp đặt lên cách điện lớn nhất Ucđ(t) max. Do đó ta phải tiến hành tính toán điện áp đặt lên cách điện đối với từng pha. Ucđ(t) được xác định theo công thức sau: (3-23) Theo công thức trên điện áp xuất hiện trên cách điện khi sét đánh vào đỉnh cột bao gồm. Thành phần điện áp giáng trên cột. (3- 24) Thành phần điện áp cảm ứng từ xuất hiện do hỗ cảm của dây dẫn và kênh sét gây ra. (3-25) (3-26) Với: hdd là độ cao của dây dẫn H = hc + hdd : hệ số vận tốc của dòng điện sét được lấy = 0,3 = .c với c là vận tốc truyền sóng c = 300m/. Khi tính toán với dạng sóng xiên góc is= a.t ta có thể tính theo công thức sau: (3-27) Thành phần điện áp cảm ứng do cảm ứng tĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích của dòng điện sét. (3-28) Trong đó: a là độ dốc đầu sóng của sóng xiên góc. K: hệ số ngẫu hợp có kể đến ảnh hưởng của vầng quang. Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trên dây chống sét gây ra. (3-29) Với: (3-30) Thành phần điện áp làm việc. (3-31) Ta lần lượt đi tính các thành phần đối với các pha. Để tính được các thành phần điện áp ta cần phải tính được dòng điện đi vào cột ic(t) và thành phần biến thiên dòng điện theo thời gian . Khi tính toán dòng điện này ta có thể dựa vào sơ đồ tương đương của mạch dẫn dòng điện sét trong hai trường hợp như sau: + Khi chưa có sóng phản xạ từ cột bên cạnh về = i c i s i cs i cs i c R c M cs (t) L c cs 2 di s dt i s vq Zcs Hình 3- 8: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi chưa có sóng phản xạ. Trong đó là điện cảm của cột. Rc : điện trở nối đất cột điện. Z: tổng trở sóng dây chống sét có kể đến ảnh hưởng của vầng quang. Từ sơ đồ ta tính được: (3-32) (3-33) (3-34) + Khi có sóng phẩn xạ từ cột lân cận về = ic is ics ics ic is R c M cs (t) Lcs L c cs 2 di s dt 2 vq Zcs Hình 3-9: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi có sóng phản xạ. Với: Lcs : là điện cảm của một khoảng vượt dây chống sét không kể đến ảnh hưởng của vầng quang. (3-35) Ta có (3-36) (3-37) (3-38) Điện áp đặt lên cách điện pha A. Để so sánh Ucđ(a,t) ta sẽ tiến hành so sánh với 1 giá trị cụ thể như sau: a= 10kA/; t = 3 Ta có các thông số đối với pha A như sau. Từ các thông số trên ta tính được các giá trị của các thành phần điện áp như sau: Ở thời gian này có sóng phản xạ từ cột lân cận về do đó điện áp đặt lên cách điện được tính theo sơ đồ hình 3-9. Thành phần điện áp giáng trên cột. Thành phần điện áp cảm ứng do hỗ cảm giữa dây dẫn và kênh sét. Thành phần điện áp cảm ứng do cảm ứng tĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích dòng điện sét. Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trong dây chống sét gây ra. Thành phần điện áp làm việc. Điện áp tác dụng lên cách điện pha A. Điện áp tác dụng lên cách điện pha B hoặc C. Ta có các thông số đối với pha B hoặc C như sau: Ta có : Thành phần điện áp giáng trên cột. Thành phần điện áp cảm ứng do hỗ cảm giữa dây dẫn và kênh sét. Thành phần điện áp cảm ứng do cảm ứng tĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích dòng điện sét. Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trong dây chống sét gây ra. Thành phần điện áp làm việc: Điện áp tác dụng lên cách điện pha B. Kết luận: Vậy pha A có Ucđ(t) lớn hơn nên ta sẽ tiếp tục tính toán điện áp đặt lên cách điện chuỗi sứ trong trường hợp tổng quát là với pha A. Tính toán quá điện áp đặt lên chuỗi sứ Ucđ(a,t). Để tính được Ucđ(a,t) ta cần phải tính các thành phần điện áp như sau: Thành phần điện áp làm việc: Thành phần điện áp cảm ứng do cảm ứng tĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích dòng điện sét. Kết quả tính toán với các a,t khác nhau cho ở bảng sau: Bảng 3-5: Giá trị ( Rc=10) . Khi chưa có sóng phản xạ a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 -21.46 -42.92 -64.38 -85.84 -107.31 -128.77 -150.23 -171.69 -193.15 -214.61 0.5 84.46 168.93 253.39 337.86 422.32 506.79 591.25 675.71 760.18 844.64 1 127.02 254.03 381.05 508.07 635.08 762.10 889.12 1016.13 1143.15 1270.17 1,33 146.32 292.65 438.97 585.29 731.61 877.94 1024.26 1170.58 1316.91 1463.23 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 146.32 292.65 438.97 585.29 731.61 877.94 1024.26 1170.58 1316.91 1463.23 2 175.35 350.69 526.04 701.38 876.73 1052.08 1227.42 1402.77 1578.12 1753.46 3 205.47 410.94 616.41 821.87 1027.34 1232.81 1438.28 1643.75 1849.22 2054.69 4 227.42 454.85 682.27 909.69 1137.12 1364.54 1591.96 1819.39 2046.81 2274.23 5 244.71 489.42 734.13 978.84 1223.55 1468.26 1712.98 1957.69 2202.40 2447.11 6 258.97 517.95 776.92 1035.89 1294.86 1553.84 1812.81 2071.78 2330.76 2589.73 7 271.11 542.23 813.34 1084.45 1355.56 1626.68 1897.79 2168.90 2440.01 2711.13 8 281.68 563.36 845.04 1126.72 1408.40 1690.09 1971.77 2253.45 2535.13 2816.81 9 291.04 582.08 873.12 1164.15 1455.19 1746.23 2037.27 2328.31 2619.35 2910.38 10 299.43 598.87 898.30 1197.74 1497.17 1796.61 2096.04 2395.48 2694.91 2994.34 15 331.93 663.86 995.79 1327.72 1659.65 1991.57 2323.50 2655.43 2987.36 3319.29 20 355.12 710.24 1065.37 1420.49 1775.61 2130.73 2485.86 2840.98 3196.10 3551.22 25 418.43 836.87 1255.30 1673.74 2092.17 2510.60 2929.04 3347.47 3765.91 4184.34 Thành phần điện áp cảm ứng do hỗ cảm giữa dây dẫn và kênh sét. Kết quả tính toán với các a,t khác nhau cho ở bảng. Bảng 3-6: Giá trị ( Rc=10) Khi chưa có sóng phản xạ a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 14.97 29.93 44.90 59.87 74.84 89.80 104.77 119.74 134.71 149.67 0,5 41.21 82.42 123.63 164.84 206.06 247.27 288.48 329.69 370.90 412.11 1 56.04 112.08 168.12 224.16 280.20 336.24 392.28 448.31 504.35 560.39 1,33 63.23 126.45 189.68 252.90 316.13 379.36 442.58 505.81 569.03 632.26 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 63.23 126.45 189.68 252.90 316.13 379.36 442.58 505.81 569.03 632.26 2 74.42 148.84 223.26 297.68 372.10 446.52 520.94 595.36 669.78 744.20 3 86.41 172.82 259.23 345.64 432.04 518.45 604.86 691.27 777.68 864.09 4 95.32 190.64 285.97 381.29 476.61 571.93 667.26 762.58 857.90 953.22 5 102.42 204.84 307.26 409.68 512.10 614.52 716.94 819.36 921.79 1024.21 6 108.32 216.64 324.96 433.28 541.60 649.91 758.23 866.55 974.87 1083.19 7 113.37 226.73 340.10 453.46 566.83 680.19 793.56 906.92 1020.29 1133.65 8 117.77 235.55 353.32 471.10 588.87 706.65 824.42 942.20 1059.97 1177.75 9 121.69 243.38 365.07 486.76 608.45 730.14 851.83 973.52 1095.22 1216.91 10 125.21 250.42 375.64 500.85 626.06 751.27 876.48 1001.70 1126.91 1252.12 15 138.90 277.80 416.70 555.60 694.50 833.40 972.30 1111.20 1250.10 1389.00 20 148.71 297.43 446.14 594.86 743.57 892.28 1041.00 1189.71 1338.42 1487.14 25 180.86 361.72 542.58 723.45 904.31 1085.2 1266 1446.9 1627.8 1808.6 Thành phần điện áp giáng trên cột. Để tính được phần này ta cần tính ic(a,t), trong hai trường hợp. + Khi chưa có sóng phản xạ về + Khi có sóng phản xạ về Kết quả tính toán cho ở bảng : Bảng 3-7: Giá trị ( Rc=10) Khi chưa có sóng phản xạ   a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 3.36 -0.74 -1.49 -2.23 -2.98 -3.72 -4.47 -5.21 -5.96 -6.70 -7.45 0,5 6.49 3.89 7.77 11.66 15.55 19.43 23.32 27.20 31.09 34.98 38.86 1 8.33 8.58 17.15 25.73 34.31 42.88 51.46 60.03 68.61 77.19 85.76 1,33 9.24 11.69 23.37 35.06 46.74 58.43 70.11 81.80 93.49 105.17 116.86 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 9.24 11.36 22.72 34.08 45.43 56.79 68.15 79.51 90.87 102.23 113.58 2 10.65 16.66 33.32 49.97 66.63 83.29 99.95 116.60 133.26 149.92 166.58 3 12.19 24.15 48.31 72.46 96.61 120.77 144.92 169.07 193.23 217.38 241.53 4 13.33 31.21 62.41 93.62 124.83 156.03 187.24 218.44 249.65 280.86 312.06 5 14.24 37.86 75.71 113.57 151.43 189.29 227.14 265.00 302.86 340.71 378.57 6 15.00 44.14 88.27 132.41 176.55 220.69 264.82 308.96 353.10 397.23 441.37 7 15.66 50.07 100.14 150.21 200.29 250.36 300.43 350.50 400.57 450.64 500.72 8 16.23 55.68 111.37 167.05 222.73 278.42 334.10 389.78 445.47 501.15 556.83 9 16.73 60.99 121.98 182.98 243.97 304.96 365.95 426.95 487.94 548.93 609.92 10 17.19 66.02 132.03 198.05 264.07 330.08 396.10 462.12 528.13 594.15 660.16 15 18.96 87.40 174.80 262.21 349.61 437.01 524.41 611.82 699.22 786.62 874.02 20 20.24 103.71 207.42 311.13 414.84 518.55 622.26 725.96 829.67 933.38 1037.09 25 21.23 116.16 232.31 348.47 464.63 580.78 696.94 813.10 929.25 1045.41 1161.57 Bảng 3-8: Giá trị ( Rc=10) Khi chưa có sóng phản xạ   a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 3.36 9.55 19.10 28.65 38.20 47.75 57.30 66.85 76.40 85.95 95.50 0,5 6.49 9.55 19.10 28.65 38.20 47.75 57.30 66.85 76.40 85.95 95.50 1 8.33 9.55 19.10 28.65 38.20 47.75 57.30 66.85 76.40 85.95 95.50 1,33 9.24 9.55 19.10 28.65 38.20 47.75 57.30 66.85 76.40 85.95 95.50 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 9.24 8.25 16.51 24.76 33.01 41.26 49.52 57.77 66.02 74.28 82.53 2 10.65 7.91 15.82 23.73 31.64 39.55 47.46 55.37 63.28 71.19 79.10 3 12.19 7.45 14.90 22.35 29.80 37.25 44.70 52.15 59.60 67.05 74.50 4 13.33 7.03 14.06 21.10 28.13 35.16 42.19 49.22 56.26 63.29 70.32 5 14.24 6.65 13.29 19.94 26.59 33.23 39.88 46.52 53.17 59.82 66.46 6 15.00 6.29 12.57 18.86 25.15 31.44 37.72 44.01 50.30 56.59 62.87 7 15.66 5.95 11.90 17.85 23.81 29.76 35.71 41.66 47.61 53.56 59.51 8 16.23 5.64 11.27 16.91 22.54 28.18 33.82 39.45 45.09 50.73 56.36 9 16.73 5.34 10.68 16.02 21.36 26.70 32.04 37.38 42.72 48.06 53.40 10 17.19 5.06 10.12 15.18 20.24 25.30 30.36 35.42 40.48 45.54 50.60 15 18.96 3.88 7.76 11.64 15.52 19.40 23.27 27.15 31.03 34.91 38.79 20 20.24 2.98 5.97 8.95 11.93 14.91 17.90 20.88 23.86 26.84 29.83 25 21.23 2.30 4.59 6.89 9.19 11.49 13.78 16.08 18.38 20.67 22.97 Bảng 3-9: Giá trị ( Rc=10) Khi chưa có sóng phản xạ a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 3.36 92.8 185.7 278.5 371.3 464.1 557.0 649.8 742.6 835.4 928.3 0,5 6.49 139.1 278.3 417.4 556.6 695.7 834.8 974.0 1113.1 1252.3 1391.4 1 8.33 186.0 372.1 558.1 744.2 930.2 1116.2 1302.3 1488.3 1674.3 1860.4 1,33 9.24 217.1 434.3 651.4 868.5 1085.7 1302.8 1519.9 1737.1 1954.2 2171.3 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 9.24 200.2 400.5 600.7 801.0 1001.2 1201.4 1401.7 1601.9 1802.2 2002.4 2 10.65 249.6 499.3 748.9 998.5 1248.2 1497.8 1747.4 1997.1 2246.7 2496.4 3 12.19 319.8 639.5 959.3 1279.0 1598.8 1918.6 2238.3 2558.1 2877.8 3197.6 4 13.33 385.9 771.8 1157.7 1543.6 1929.5 2315.4 2701.3 3087.2 3473.1 3859.0 5 14.24 448.4 896.7 1345.1 1793.4 2241.8 2690.2 3138.5 3586.9 4035.2 4483.6 6 15.00 507.4 1014.8 1522.2 2029.5 2536.9 3044.3 3551.7 4059.1 4566.5 5073.9 7 15.66 563.2 1126.4 1689.6 2252.8 2816.0 3379.2 3942.4 4505.7 5068.9 5632.1 8 16.23 616.0 1232.0 1848.0 2464.1 3080.1 3696.1 4312.1 4928.1 5544.1 6160.1 9 16.73 666.0 1332.0 1998.0 2664.0 3329.9 3995.9 4661.9 5327.9 5993.9 6659.9 10 17.19 713.3 1426.6 2139.9 2853.2 3566.5 4279.8 4993.1 5706.4 6419.7 7133.0 15 18.96 914.8 1829.5 2744.3 3659.0 4573.8 5488.5 6403.3 7318.0 8232.8 9147.5 20 20.24 1068.4 2136.8 3205.2 4273.6 5342.0 6410.5 7478.9 8547.3 9615.7 10684.1 25 21.23 1185.7 2371.4 3557.1 4742.7 5928.4 7114.1 8299.8 9485.5 10671.2 11856.9 Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trong dây chống sét gây ra ta cũng có 2 trường hợp. + Khi + Khi . Ta cũng tính được ic(a,t), như ở thành phần điện áp giáng trên cột. Kết quả tính toán với các giá trị a,t khác nhau cho ở bảng. Bảng 3-10: Giá trị ( Rc=10) Khi chưa có sóng phản xạ a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 3.36 -37.6 -75.2 -112.8 -150.5 -188.1 -225.7 -263.3 -300.9 -338.5 -376.1 0,5 6.49 -45.9 -91.8 -137.6 -183.5 -229.4 -275.3 -321.2 -367.0 -412.9 -458.8 1 8.33 -51.2 -102.4 -153.6 -204.7 -255.9 -307.1 -358.3 -409.5 -460.7 -511.9 1,33 9.24 -54.0 -108.0 -161.9 -215.9 -269.9 -323.9 -377.9 -431.8 -485.8 -539.8 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 9.24 -49.8 -99.6 -149.5 -199.3 -249.1 -298.9 -348.8 -398.6 -448.4 -498.2 2 10.65 -53.2 -106.5 -159.7 -212.9 -266.1 -319.4 -372.6 -425.8 -479.0 -532.3 3 12.19 -57.0 -114.0 -171.1 -228.1 -285.1 -342.1 -399.2 -456.2 -513.2 -570.2 4 13.33 -60.0 -119.9 -179.9 -239.8 -299.8 -359.8 -419.7 -479.7 -539.6 -599.6 5 14.24 -62.4 -124.8 -187.1 -249.5 -311.9 -374.3 -436.6 -499.0 -561.4 -623.8 6 15.00 -64.4 -128.9 -193.3 -257.8 -322.2 -386.7 -451.1 -515.5 -580.0 -644.4 7 15.66 -66.3 -132.5 -198.8 -265.0 -331.3 -397.5 -463.8 -530.0 -596.3 -662.5 8 16.23 -67.9 -135.7 -203.6 -271.4 -339.3 -407.2 -475.0 -542.9 -610.8 -678.6 9 16.73 -69.3 -138.6 -207.9 -277.3 -346.6 -415.9 -485.2 -554.5 -623.8 -693.1 10 17.19 -70.6 -141.3 -211.9 -282.6 -353.2 -423.8 -494.5 -565.1 -635.8 -706.4 15 18.96 -75.9 -151.9 -227.8 -303.7 -379.6 -455.6 -531.5 -607.4 -683.3 -759.3 20 20.24 -79.8 -159.6 -239.4 -319.1 -398.9 -478.7 -558.5 -638.3 -718.1 -797.9 25 21.23 -82.8 -165.6 -248.3 -331.1 -413.9 -496.7 -579.5 -662.2 -745.0 -827.8 Từ các thành phần điện áp ta tính được Ucđ(a,t). Kết quả tính toán với các a,t khác nhau cho ở bảng. Bảng 3-11: Giá trị ( Rc=10) Khi chưa có sóng phản xạ a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 105.91 154.71 203.42 252.03 300.73 349.53 398.24 446.95 495.66 544.46 0,5 276.07 495.05 714.02 933.00 1151.88 1370.76 1589.73 1808.70 2027.68 2246.55 1 375.06 693.01 1010.87 1328.93 1646.78 1964.64 2282.60 2600.44 2918.30 3236.26 1,33 429.85 802.60 1175.35 1547.99 1920.74 2293.40 2666.04 3038.89 3411.54 3784.19 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 417.15 777.15 1137.08 1497.10 1857.03 2216.96 2576.98 2936.91 3296.93 3656.86 2 503.37 949.58 1395.72 1841.86 2288.10 2734.25 3180.38 3626.62 4072.77 4519.00 3 611.88 1166.42 1721.07 2275.62 2830.27 3384.93 3939.48 4494.14 5048.70 5603.36 4 705.84 1354.57 2003.26 2651.94 3300.63 3949.31 4598.00 5246.68 5895.36 6544.04 5 790.33 1523.40 2256.55 2989.61 3722.76 4455.91 5188.97 5922.12 6655.18 7388.34 6 867.49 1677.70 2487.95 3298.10 4108.34 4918.59 5728.84 6539.08 7349.34 8159.59 7 938.58 1820.06 2701.49 3582.91 4464.34 5345.77 6227.19 7108.71 7990.14 8871.57 8 1004.75 1952.39 2899.98 3847.68 4795.26 5742.87 6690.46 7638.06 8585.65 9533.25 9 1066.63 2076.03 3085.45 4094.85 5104.17 6113.58 7123.00 8132.41 9141.84 10151.24 10 1124.54 2191.81 3259.12 4326.43 5393.73 6461.04 7528.34 8595.66 9662.96 10730.26 15 1366.93 2676.51 3986.21 5295.82 6605.52 7915.12 9224.82 10534.43 11844.13 13153.74 20 1549.63 3042.10 4534.55 6027.01 7519.45 9011.99 10504.46 11996.90 13489.35 14981.80 25 1759.39 3461.63 5163.84 6865.97 8568.18 10270.42 11972.58 13674.83 15377.08 17079.23 Ta có đồ thị biểu diễn mối quan hệ của Ucđ(t) và đặc tính phi tuyến V–S của chuỗi sứ . 0 5000 10000 15000 20000 25000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 U(KV) t(s) a=90(kA/s) a=80(kA/s) a=100(kA/s) a=60(kA/s) a=70(kA/s) a=50(kA/s) a=40(kA/s) a=30(kA/s) a=20(kA/s) a=10(kA/s) V - S Hình 3 – 10: Đồ thị Ucđ(a,t) Từ đồ thị này ta xác định được các cặp thông số (Ii,ai) là giao của đường cong Ucđ(a,t) và đặc tuyến V - S. Dựa vào các cặp thông số này ta xác định được đường cong nguy hiểm I = f(a) từ đó xác định được miền nguy hiểm và xác suất phóng điện . Bảng 3-12: Đặc tính xác suất phóng điện ( Rc=10) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 8.75 3.18 1.71 1.12 0.83 0.61 0.57 0.41 0.38 0.24 87.5 63.6 51.3 44.8 41.5 36.6 39.9 32.8 34.2 24 0.0350 0.0874 0.1401 0.1797 0.2039 0.2460 0.2168 0.2846 0.2697 0.3987 0.3995 0.1596 0.0638 0.0255 0.0102 0.0041 0.0016 0.0006 0.0003 0.0001 0.2399 0.0959 0.0383 0.0153 0.0061 0.0024 0.0010 0.0004 0.0002 0.0001 0.0084 0.0084 0.0054 0.0027 0.0012 0.0006 0.0002 0.0001 4E-05 4E-05 Suất cắt điện của đường dây khi sét đánh vào đỉnh cột: (lần/100km.năm). SUẤT CẮT TỔNG CỘNG DO SÉT ĐÁNH VÀO ĐƯỜNG DÂY. Suất cắt điện do sét đánh vào đường dây. (lần/100km.năm) Chỉ tiêu chống sét của đường dây tải điện. (năm/1lần cắt điện). *Trường hợp 2: Rc=15 Tương tự như trường hợp Rc= 10 ta có các kết quả sau : a).Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn (lần/100km.năm) b). Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt. Khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét, để đơn giản cho tính toán ta giả thiết sét đánh vào chính giữa khoảng vượt, dòng điện sét chia đều sang hai bên như hình vẽ. hc=22,8m A B C A h c=22,8m i s /2 i s /2 C B A Hình 3. 11: Sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét. Lấy với dạng sóng xiên góc. Lúc này trên dây chống sét và mỗi cột sẽ có dòng điện là . Khi tính toán ta cần tính với các giá trị khác nhau của dòng điện sét. Khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét thì đường dây tải điện 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. Nếu các điện áp này đủ lớn thì sẽ gây ra phóng điện sét trên cách điện làm cắt điện trên đường dây. Suất cắt điện do quá điện áp tác dụng lên cách điện không khí giữa dây dẫn và dây chống sét (ta xét với pha B hoặc C vì hệ số ngẫu hợp của 2 pha này nhỏ hơn pha của pha A). (3-39) Trong đó: Kvq: hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét có kể đến vầng quang. a: độ dốc dòng điện sét. l: khoảng vượt của đường dây. Từ đó ta có thể tính được xác suất phóng điện,xác suất hình thành hồ quang,suất cắt điện trong trường hợp này. Trong thiết kế và thi công đường dây, thường chọn khoảng cách giữa các dây đủ lớn để tránh chạm dây nên khả năng xảy ra phóng điện trong trường hợp này ít xảy ra và dù có xảy ra thì xác suất hình thành hồ quang cũng rất nhỏ. Vì vậy suất cắt trong trương hợp này có thể bỏ qua. Suất cắt điện do quá điện áp tác dụng lên chuỗi sứ. Điện áp tác dụng lên chuỗi sứ khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét là: (3-40) Trong đó: Ulv là điện áp làm việc. (3-41) Uc(t): điện áp tại đỉnh cột. (3-42) Với dạng sóng xiên góc,xét với thời gian thì: (3-43) Ta có: Rc là điện trở nối đất cột điện. Lc: điện cảm thân cột Kvq: hệ số ngẫu hợp có kể đến ảnh hưởng của vầng quang pha B(C) với dây chống sét Thay vào công thức 3-43 ta có: Theo 3-18 thì: Ta thấy Ucđ(t) = f(a,t). Vì vây ta cần kiểm tra với nhiều giá trị a, t như sau a = 10, 20, 30, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100(kA/). t = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20,25(). Ta có bảng sau : Bảng 3-13: Giá trị Ucđ(a,t) tác dụng lên chuỗi sứ (Rc=15) a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 156.7 256.1 355.6 455.0 554.5 653.9 753.4 852.8 952.3 1051.8 2 198.7 340.1 481.6 623.0 764.5 905.9 1047.4 1188.8 1330.3 1471.8 3 240.7 424.1 607.6 791.0 974.5 1157.9 1341.4 1524.8 1708.3 1891.8 4 282.7 508.1 733.6 959.0 1184.5 1409.9 1635.4 1860.8 2086.3 2311.8 5 324.7 592.1 859.6 1127.0 1394.5 1661.9 1929.4 2196.8 2464.3 2731.8 6 366.7 676.1 985.6 1295.0 1604.5 1913.9 2223.4 2532.8 2842.3 3151.8 7 408.7 760.1 1111.6 1463.0 1814.5 2165.9 2517.4 2868.8 3220.3 3571.8 8 450.7 844.1 1237.6 1631.0 2024.5 2417.9 2811.4 3204.8 3598.3 3991.8 9 492.7 928.1 1363.6 1799.0 2234.5 2669.9 3105.4 3540.8 3976.3 4411.8 10 534.7 1012.1 1489.6 1967.0 2444.5 2921.9 3399.4 3876.8 4354.3 4831.8 15 744.7 1432.1 2119.6 2807.0 3494.5 4181.9 4869.4 5556.8 6244.3 6931.8 20 954.7 1852.1 2749.6 3647.0 4544.5 5441.9 6339.4 7236.8 8134.3 9031.8 25 1164.7 2272.1 3379.6 4487.0 5594.5 6701.9 7809.4 8916.8 10024.3 11131.8 Đồng thời ta cũng có bảng đặc tính V-S của chuỗi sứ như sau(Tra tài liệu hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp). Bảng 3-14: Đặc tính phóng điện của chuỗi sứ(Rc=15) t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 25 U 1330 1200 1200 1120 1050 1050 1050 1050 1050 1050 1050 1050 1050 Dựa vào bảng 3-12 và 3-13 ta vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ của Ucđ(t) và đặc tính phi tuyến V – S của chuỗi sứ . 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 t(s) U(KV) a=10(kA/s) a=20(kA/s) a=100(kA/s) a=90(kA/s) a=80(kA/s) a=70(kA/s) a=60(kA/s) a=50(kA/s) a=40(kA/s) a=30(kA/s) V - S Hình 3 – 12: Đồ thị Ucđ(a,t). - Khi điện áp đặt trên chuỗi sứ lớn hơn điện áp phóng điện của chuỗi sứ thì sẽ có phóng điện - Trên đồ thị ta xác định được các cặp giá trị (ai ; ti ) là giao điểm của các đường Ucđ (ai ; ti ) với đường đặc tính vôn - giây của chuỗi sứ. Sau đó ta tìm được cặp thông số nguy hiểm với : Ii = ai . ti Ta lập bảng kết quả sau : a(kA/ms) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ti(ms) 7,15 4,53 3,47 2,68 2,12 1,89 1,62 1,31 1,27 1,08 I = ai.ti (kA) 71,5 90,6 14,1 107,2 106 113,4 113,4 104,8 114,3 108 Với các giá trị Ii , ai tính được ở bảng trên ta xây dựng đường cong nguy hiểm . 0 20 40 60 80 100 120 140 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Miền nguy hiểm I (kA) a(kV/s) Hình 3-13: Đồ thị I = f(a) xác định miền nguy hiểm (3-44) Ta có bảng sau: Bảng 3- 15: Đặc tính xác suấtt phóng điện (Rc=15) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 7.15 4.53 3.47 2.68 2.12 1.89 1.62 1.31 1.27 1.08 71.5 90.6 104.1 107.2 106 113.4 113.4 104.8 114.3 108 0.0646 0.0311 0.0185 0.0165 0.0172 0.0130 0.0130 0.0180 0.0125 0.0160 0.3995 0.1596 0.0638 0.0255 0.0102 0.0041 0.0016 0.0006 0.0003 0.0001 0.2399 0.0959 0.0383 0.0153 0.0061 0.0024 0.0010 0.0004 0.0002 0.0001 Thông qua các kết quả tính toán cho ở bảng 3-15 ta có: Suất cắt điện của đường dây khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét. (lần/100km.năm). c). Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột. Để đơn giản và dễ tính toán ta giả thiết sét chỉ đánh vào đỉnh cột điện, khi đó phần lớn dòng điện sét sẽ đi vào nối đất cột điện, phần nhỏ còn lại sẽ đi theo dây chống sét vào các bộ phận nối đất của các cột lân cận như hình vẽ. hc=22.8m A A C B A hc=22.8m ics ics B C B C Hình 3-14: Sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chống sét. Trong trường hợp này ta phải tính toán suất cắt cho pha có quá điện áp đặt lên cách điện lớn nhất Ucđ(t) max. Do đó ta phải tiến hành tính toán điện áp đặt lên cách điện đối với từng pha. Ucđ(t) được xác định theo công thức sau: (3-45) Theo công thức trên điện áp xuất hiện trên cách điện khi sét đánh vào đỉnh cột bao gồm. Thành phần điện áp giáng trên cột. (3- 46) Thành phần điện áp cảm ứng từ xuất hiện do hỗ cảm của dây dẫn và kênh sét gây ra. (3-47) (3-48) Với: hdd là độ cao của dây dẫn H = hc + hdd : hệ số vận tốc của dòng điện sét được lấy = 0,3 = .c với c là vận tốc truyền sóng c = 300m/. Khi tính toán với dạng sóng xiên góc is= a.t ta có thể tính theo công thức sau: (3-49) Thành phần điện áp cảm ứng do cảm ứng tĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích của dòng điện sét. (3-50) Trong đó: a là độ dốc đầu sóng của sóng xiên góc. K: hệ số ngẫu hợp có kể đến ảnh hưởng của vầng quang. Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trên dây chống sét gây ra. (3-51) Với: (3-52) Thành phần điện áp làm việc. (3-53) Ta lần lượt đi tính các thành phần đối với các pha. Để tính được các thành phần điện áp ta cần phải tính được dòng điện đi vào cột ic(t) và thành phần biến thiên dòng điện theo thời gian . Khi tính toán dòng điện này ta có thể dựa vào sơ đồ tương đương của mạch dẫn dòng điện sét trong hai trường hợp như sau: + Khi chưa có sóng phản xạ từ cột bên cạnh về = i c i s i cs i cs i c R c M cs (t) L c cs 2 di s dt i s vq Zcs Hình 3- 15: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi chưa có sóng phản xạ. Trong đó là điện cảm của cột. Rc : điện trở nối đất cột điện. Z: tổng trở sóng dây chống sét có kể đến ảnh hưởng của vầng quang. Từ sơ đồ ta tính được: (3-54) (3-55) (3-56) + Khi có sóng phẩn xạ từ cột lân cận về = ic is ics ics ic is R c M cs (t) Lcs L c cs 2 di s dt 2 vq Zcs Hình 3-16: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi có sóng phản xạ. Với: Lcs : là điện cảm của một khoảng vượt dây chống sét không kể đến ảnh hưởng của vầng quang. (3-57) Ta có (3-58) (3-59) (3-60) Điện áp đặt lên cách điện pha A. Để so sánh Ucđ(a,t) ta sẽ tiến hành so sánh với 1 giá trị cụ thể như sau: a= 10kA/; t = 3 Ta có các thông số đối với pha A như sau. Từ các thông số trên ta tính được các giá trị của các thành phần điện áp như sau: Ở thời gian này có sóng phản xạ từ cột lân cận về do đó điện áp đặt lên cách điện được tính theo sơ đồ hình 3-9. Thành phần điện áp giáng trên cột. Thành phần điện áp cảm ứng do hỗ cảm giữa dây dẫn và kênh sét. Thành phần điện áp cảm ứng do cảm ứng tĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích dòng điện sét. Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trong dây chống sét gây ra. Thành phần điện áp làm việc. Điện áp tác dụng lên cách điện pha A. Điện áp tác dụng lên cách điện pha B hoặc C. Ta có các thông số đối với pha B hoặc C như sau: Ta có : Thành phần điện áp giáng trên cột. Thành phần điện áp cảm ứng do hỗ cảm giữa dây dẫn và kênh sét. Thành phần điện áp cảm ứng do cảm ứng tĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích dòng điện sét. Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trong dây chống sét gây ra. Thành phần điện áp làm việc. Điện áp tác dụng lên cách điện pha B. Kết luận: Vậy pha A có Ucđ(t) lớn hơn nên ta sẽ tiếp tục tính toán điện áp đặt lên cách điện chuỗi sứ trong trường hợp tổng quát là với pha A. Tính toán quá điện áp đặt lên chuỗi sứ Ucđ(a,t). Để tính được Ucđ(a,t) ta cần phải tính các thành phần điện áp như sau: Thành phần điện áp làm việc: Thành phần điện áp cảm ứng do cảm ứng tĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích dòng điện sét. Kết quả tính toán với các a,t khác nhau cho ở bảng sau: Bảng 3-16: Giá trị (Rc=15) Khi chưa có sóng phản xạ a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 -21.46 -42.92 -64.38 -85.84 -107.31 -128.77 -150.23 -171.69 -193.15 -214.61 0.5 84.46 168.93 253.39 337.86 422.32 506.79 591.25 675.71 760.18 844.64 1 127.02 254.03 381.05 508.07 635.08 762.10 889.12 1016.13 1143.15 1270.17 1,33 146.32 292.65 438.97 585.29 731.61 877.94 1024.26 1170.58 1316.91 1463.23 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 146.32 292.65 438.97 585.29 731.61 877.94 1024.26 1170.58 1316.91 1463.23 2 175.35 350.69 526.04 701.38 876.73 1052.08 1227.42 1402.77 1578.12 1753.46 3 205.47 410.94 616.41 821.87 1027.34 1232.81 1438.28 1643.75 1849.22 2054.69 4 227.42 454.85 682.27 909.69 1137.12 1364.54 1591.96 1819.39 2046.81 2274.23 5 244.71 489.42 734.13 978.84 1223.55 1468.26 1712.98 1957.69 2202.40 2447.11 6 258.97 517.95 776.92 1035.89 1294.86 1553.84 1812.81 2071.78 2330.76 2589.73 7 271.11 542.23 813.34 1084.45 1355.56 1626.68 1897.79 2168.90 2440.01 2711.13 8 281.68 563.36 845.04 1126.72 1408.40 1690.09 1971.77 2253.45 2535.13 2816.81 9 291.04 582.08 873.12 1164.15 1455.19 1746.23 2037.27 2328.31 2619.35 2910.38 10 299.43 598.87 898.30 1197.74 1497.17 1796.61 2096.04 2395.48 2694.91 2994.34 15 331.93 663.86 995.79 1327.72 1659.65 1991.57 2323.50 2655.43 2987.36 3319.29 20 355.12 710.24 1065.37 1420.49 1775.61 2130.73 2485.86 2840.98 3196.10 3551.22 25 418.43 836.87 1255.30 1673.74 2092.17 2510.60 2929.04 3347.47 3765.91 4184.34 Thành phần điện áp cảm ứng do hỗ cảm giữa dây dẫn và kênh sét. Kết quả tính toán với các a,t khác nhau cho ở bảng. Bảng 3-17: Giá trị (Rc=15) Khi chưa có sóng phản xạ a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 14.97 29.93 44.90 59.87 74.84 89.80 104.77 119.74 134.71 149.67 0,5 41.21 82.42 123.63 164.84 206.06 247.27 288.48 329.69 370.90 412.11 1 56.04 112.08 168.12 224.16 280.20 336.24 392.28 448.31 504.35 560.39 1,33 63.23 126.45 189.68 252.90 316.13 379.36 442.58 505.81 569.03 632.26 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 63.23 126.45 189.68 252.90 316.13 379.36 442.58 505.81 569.03 632.26 2 74.42 148.84 223.26 297.68 372.10 446.52 520.94 595.36 669.78 744.20 3 86.41 172.82 259.23 345.64 432.04 518.45 604.86 691.27 777.68 864.09 4 95.32 190.64 285.97 381.29 476.61 571.93 667.26 762.58 857.90 953.22 5 102.42 204.84 307.26 409.68 512.10 614.52 716.94 819.36 921.79 1024.21 6 108.32 216.64 324.96 433.28 541.60 649.91 758.23 866.55 974.87 1083.19 7 113.37 226.73 340.10 453.46 566.83 680.19 793.56 906.92 1020.29 1133.65 8 117.77 235.55 353.32 471.10 588.87 706.65 824.42 942.20 1059.97 1177.75 9 121.69 243.38 365.07 486.76 608.45 730.14 851.83 973.52 1095.22 1216.91 10 125.21 250.42 375.64 500.85 626.06 751.27 876.48 1001.70 1126.91 1252.12 15 138.90 277.80 416.70 555.60 694.50 833.40 972.30 1111.20 1250.10 1389.00 20 148.71 297.43 446.14 594.86 743.57 892.28 1041.00 1189.71 1338.42 1487.14 25 180.86 361.72 542.58 723.45 904.31 1085.2 1266 1446.9 1627.8 1808.6 Thành phần điện áp giáng trên cột. Để tính được phần này ta cần tính ic(a,t), trong hai trường hợp. + Khi chưa có sóng phản xạ về + Khi có sóng phản xạ về Kết quả tính toán cho ở bảng. Bảng 3-18: Giá trị (Rc=15) Khi chưa có sóng phản xạ   a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 3.36 -0.72 -1.43 -2.15 -2.86 -3.58 -4.29 -5.01 -5.73 -6.44 -7.16 0,5 6.49 3.81 7.63 11.44 15.25 19.06 22.88 26.69 30.50 34.32 38.13 1 8.33 8.40 16.80 25.20 33.60 41.99 50.39 58.79 67.19 75.59 83.99 1,33 9.24 11.44 22.88 34.32 45.76 57.20 68.64 80.07 91.51 102.95 114.39 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 9.24 11.10 22.20 33.30 44.40 55.50 66.60 77.71 88.81 99.91 111.01 2 10.65 16.15 32.30 48.45 64.59 80.74 96.89 113.04 129.19 145.34 161.49 3 12.19 23.14 46.28 69.42 92.56 115.70 138.84 161.98 185.12 208.26 231.40 4 13.33 29.55 59.11 88.66 118.21 147.76 177.32 206.87 236.42 265.98 295.53 5 14.24 35.45 70.90 106.34 141.79 177.24 212.69 248.14 283.58 319.03 354.48 6 15.00 40.87 81.75 122.62 163.50 204.37 245.24 286.12 326.99 367.87 408.74 7 15.66 45.87 91.74 137.62 183.49 229.36 275.23 321.10 366.98 412.85 458.72 8 16.23 50.48 100.96 151.44 201.92 252.39 302.87 353.35 403.83 454.31 504.79 9 16.73 54.73 109.45 164.18 218.91 273.63 328.36 383.08 437.81 492.54 547.26 10 17.19 58.64 117.29 175.93 234.58 293.22 351.86 410.51 469.15 527.80 586.44 15 18.96 74.13 148.25 222.38 296.51 370.63 444.76 518.89 593.01 667.14 741.27 20 20.24 84.48 168.96 253.44 337.93 422.41 506.89 591.37 675.85 760.33 844.81 25 21.23 91.39 182.79 274.18 365.58 456.97 548.36 639.76 731.15 822.54 913.94 Bảng 3-19: Giá trị (Rc=15) Khi chưa có sóng phản xạ   a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 3.36 9.33 18.66 27.99 37.32 46.65 55.98 65.31 74.64 83.97 93.30 0,5 6.49 9.33 18.66 27.99 37.32 46.65 55.98 65.31 74.64 83.97 93.30 1 8.33 9.33 18.66 27.99 37.32 46.65 55.98 65.31 74.64 83.97 93.30 1,33 9.24 9.33 18.66 27.99 37.32 46.65 55.98 65.31 74.64 83.97 93.30 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 9.24 7.93 15.86 23.80 31.73 39.66 47.59 55.52 63.45 71.39 79.32 2 10.65 7.48 14.95 22.43 29.90 37.38 44.86 52.33 59.81 67.29 74.76 3 12.19 6.87 13.73 20.60 27.47 34.34 41.20 48.07 54.94 61.81 68.67 4 13.33 6.32 12.64 18.97 25.29 31.61 37.93 44.25 50.58 56.90 63.22 5 14.24 5.83 11.66 17.48 23.31 29.14 34.97 40.79 46.62 52.45 58.28 6 15.00 5.38 10.75 16.13 21.51 26.88 32.26 37.64 43.01 48.39 53.77 7 15.66 4.96 9.93 14.89 19.86 24.82 29.78 34.75 39.71 44.67 49.64 8 16.23 4.58 9.17 13.75 18.34 22.92 27.51 32.09 36.68 41.26 45.85 9 16.73 4.24 8.47 12.71 16.95 21.18 25.42 29.65 33.89 38.13 42.36 10 17.19 3.92 7.83 11.75 15.66 19.58 23.49 27.41 31.32 35.24 39.15 15 18.96 2.65 5.30 7.95 10.60 13.24 15.89 18.54 21.19 23.84 26.49 20 20.24 1.80 3.59 5.39 7.19 8.99 10.78 12.58 14.38 16.18 17.97 25 21.23 1.22 2.44 3.66 4.89 6.11 7.33 8.55 9.77 10.99 12.22 Bảng 3-20: Giá trị (Rc=15) Khi chưa có sóng phản xạ a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 3.36 87.2 174.5 261.7 348.9 436.1 523.4 610.6 697.8 785.1 872.3 0,5 6.49 155.2 310.3 465.5 620.6 775.8 931.0 1086.1 1241.3 1396.4 1551.6 1 8.33 223.9 447.9 671.8 895.8 1119.7 1343.7 1567.6 1791.6 2015.5 2239.5 1,33 9.24 269.6 539.1 808.7 1078.2 1347.8 1617.3 1886.9 2156.4 2426.0 2695.5 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 9.24 249.8 499.6 749.4 999.2 1249.0 1498.8 1748.6 1998.4 2248.2 2497.9 2 10.65 320.7 641.5 962.2 1282.9 1603.7 1924.4 2245.1 2565.8 2886.6 3207.3 3 12.19 419.2 838.4 1257.6 1676.8 2096.0 2515.2 2934.4 3353.6 3772.8 4192.0 4 13.33 509.7 1019.3 1529.0 2038.7 2548.4 3058.0 3567.7 4077.4 4587.1 5096.7 5 14.24 592.9 1185.8 1778.7 2371.6 2964.5 3557.5 4150.4 4743.3 5336.2 5929.1 6 15.00 669.6 1339.1 2008.7 2678.3 3347.8 4017.4 4687.0 5356.5 6026.1 6695.6 7 15.66 740.2 1480.4 2220.6 2960.8 3701.0 4441.2 5181.4 5921.6 6661.8 7402.0 8 16.23 805.3 1610.6 2416.0 3221.3 4026.6 4831.9 5637.3 6442.6 7247.9 8053.2 9 16.73 865.4 1730.8 2596.1 3461.5 4326.9 5192.3 6057.6 6923.0 7788.4 8653.8 10 17.19 920.8 1841.5 2762.3 3683.1 4603.9 5524.6 6445.4 7366.2 8286.9 9207.7 15 18.96 1139.7 2279.4 3419.1 4558.8 5698.6 6838.3 7978.0 9117.7 10257.4 11397.1 20 20.24 1286.1 2572.2 3858.3 5144.4 6430.5 7716.6 9002.7 10288.7 11574.8 12860.9 25 21.23 1383.7 2767.5 4151.2 5534.9 6918.7 8302.4 9686.1 11069.9 12453.6 13837.3 Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trong dây chống sét gây ra ta cũng có 2 trường hợp. + Khi + Khi . Ta cũng tính được ic(a,t), như ở thành phần điện áp giáng trên cột. Kết quả tính toán với các giá trị a,t khác nhau cho ở bảng: Bảng 3-21: Giá trị (Rc=15) Khi chưa có sóng phản xạ a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 3.36 -36.9 -73.9 -110.8 -147.7 -184.6 -221.6 -258.5 -295.4 -332.3 -369.3 0,5 6.49 -45.2 -90.3 -135.5 -180.7 -225.8 -271.0 -316.2 -361.4 -406.5 -451.7 1 8.33 -50.5 -100.9 -151.4 -201.8 -252.3 -302.7 -353.2 -403.6 -454.1 -504.5 1,33 9.24 -53.2 -106.5 -159.7 -212.9 -266.2 -319.4 -372.6 -425.8 -479.1 -532.3 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 9.24 -48.8 -97.5 -146.3 -195.0 -243.8 -292.5 -341.3 -390.0 -438.8 -487.5 2 10.65 -51.7 -103.5 -155.2 -207.0 -258.7 -310.5 -362.2 -413.9 -465.7 -517.4 3 12.19 -55.0 -109.9 -164.9 -219.8 -274.8 -329.7 -384.7 -439.6 -494.6 -549.6 4 13.33 -57.3 -114.7 -172.0 -229.4 -286.7 -344.1 -401.4 -458.8 -516.1 -573.5 5 14.24 -59.2 -118.5 -177.7 -237.0 -296.2 -355.5 -414.7 -474.0 -533.2 -592.5 6 15.00 -60.8 -121.7 -182.5 -243.3 -304.1 -365.0 -425.8 -486.6 -547.4 -608.3 7 15.66 -62.2 -124.4 -186.5 -248.7 -310.9 -373.1 -435.2 -497.4 -559.6 -621.8 8 16.23 -63.4 -126.7 -190.1 -253.4 -316.8 -380.1 -443.5 -506.8 -570.2 -633.6 9 16.73 -64.4 -128.8 -193.2 -257.6 -322.0 -386.4 -450.8 -515.2 -579.6 -644.0 10 17.19 -65.3 -130.7 -196.0 -261.4 -326.7 -392.1 -457.4 -522.7 -588.1 -653.4 15 18.96 -69.0 -138.0 -207.0 -276.0 -345.0 -414.0 -483.0 -552.0 -621.0 -690.0 20 20.24 -71.6 -143.3 -214.9 -286.5 -358.2 -429.8 -501.4 -573.1 -644.7 -716.3 25 21.23 -73.7 -147.4 -221.1 -294.8 -368.5 -442.2 -515.9 -589.6 -663.3 -737.0 Từ các thành phần điện áp ta tính được Ucđ(a,t). Kết quả tính toán với các a,t khác nhau cho ở bảng. Bảng 3-22: Giá trị (Rc=15) Khi chưa có sóng phản xạ a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 101.01 144.81 188.62 232.43 276.23 320.03 363.84 407.65 451.56 495.26 0,5 292.87 528.55 764.22 999.80 1235.58 1471.26 1706.83 1942.50 2178.18 2413.85 1 413.66 770.31 1126.77 1483.43 1839.88 2196.54 2553.00 2909.64 3266.10 3622.76 1,33 483.15 908.90 1334.85 1760.69 2186.54 2612.40 3038.34 3464.19 3890.04 4315.89 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 467.75 878.40 1288.95 1699.59 2110.14 2520.80 2931.34 3341.99 3752.54 4163.09 2 575.97 1094.73 1613.50 2132.16 2651.03 3169.70 3688.46 4207.23 4726.00 5244.76 3 713.28 1369.46 2025.54 2681.71 3337.78 3993.96 4650.04 5306.22 5962.30 6618.38 4 832.34 1607.29 2382.44 3157.48 3932.63 4707.57 5482.72 6257.77 7032.91 7807.85 5 938.03 1818.76 2699.59 3580.32 4461.15 5341.98 6222.82 7103.55 7984.39 8865.12 6 1033.29 2009.19 2985.28 3961.37 4937.36 5913.35 6889.44 7865.43 8841.53 9817.42 7 1119.68 2182.16 3244.74 4307.21 5369.69 6432.17 7494.75 8557.22 9619.70 10682.18 8 1198.55 2340.01 3481.46 4622.92 5764.27 6905.74 8047.19 9188.65 10330.00 11471.36 9 1270.93 2484.66 3698.29 4912.01 6125.74 7339.47 8553.10 9766.83 10980.57 12194.29 10 1337.34 2617.29 3897.44 5177.49 6457.63 7737.58 9017.72 10297.88 11577.82 12857.96 15 1598.73 3140.26 4681.79 6223.32 7764.95 9306.47 10848.00 12389.53 13931.06 15472.59 20 1775.53 3493.77 5212.11 6930.45 8648.68 10367.01 12085.36 13803.49 15521.82 17240.16 25 1966.49 3875.89 5785.18 7694.49 9603.88 11513.17 13422.47 15331.86 17241.16 19150.46 Ta có đồ thị biểu diễn mối quan hệ của Ucđ(t) và đặc tính phi tuyến V–S của chuỗi sứ . 0 5000 10000 15000 20000 25000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 U(KV) t(s) a=90(kA/s) a=20(kA/s) a=10(kA/s) a=30(kA/s) a=40(kA/s) a=50(kA/s) a=60(kA/s) a=70(kA/s) a=80(kA/s) a=100(kA/s) V_S Hình 3 – 15: Đồ thị Ucđ(a,t) Từ đồ thị này ta xác định được các cặp thông số (Ii,ai) là giao của đường cong Ucđ(a,t) và đặc tuyến V - S. Dựa vào các cặp thông số này ta xác định được đường cong nguy hiểm I = f(a) từ đó xác định được miền nguy hiểm và xác suất phóng điện . Bảng 3-23: Đặc tính xác suất phóng điện (Rc=15) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 5,95 2,34 1,21 0,87 0,59 0,48 0,41 0,37 0,25 0,21 59.5 46.8 36.3 34.8 29.5 28.8 28.7 29.6 22.5 21 0.1023 0.1664 0.2489 0.2636 0.3229 0.3317 0.3330 0.3217 0.4223 0.4473 0.3995 0.1596 0.0638 0.0255 0.0102 0.0041 0.0016 0.0006 0.0003 0.0001 0.2399 0.0959 0.0383 0.0153 0.0061 0.0024 0.0010 0.0004 0.0002 0.0001 0.0245 0.016 0.0095 0.004 0.002 0.0008 0.0003 0.0001 7E-05 5E-05 Suất cắt điện của đường dây khi sét đánh vào đỉnh cột: (lần/100km.năm). SUẤT CẮT TỔNG CỘNG DO SÉT ĐÁNH VÀO ĐƯỜNG DÂY. Suất cắt điện do sét đánh vào đường dây. (lần/100km.năm) Chỉ tiêu chống sét của đường dây tải điện. (năm/1lần cắt điện). Nhận xét : Chỉ tiêu chống sét của đường dây khi Rc= 10 ( n= 0,528 năm/1 lần cắt điện ) lớn hơn rất nhiều so với khi Rc= 15 ( n= 0,21 năm/1 lần cắt điện ). Chương IV Bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm 4.1. Mở đầu Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc đánh xuống mặt đất gần đường dây gây nên quá điện áp khí quyển tác dụng lên cách điện hệ thống. Những sóng xuất hiện bởi sét đánh vào đường dây hoặc gần đường dây không gây ra phóng điện mà truyền vào trạm sẽ gây ra nguy hiểm đối với các thiết bị. Nó có thể chọc thủng lớp điện môi gây phóng điện trên cách điện đưa đến sự cố trong hệ thống điện. Bởi vậy khi nghiên cứu biện pháp bảo vệ chống sét cho hệ thống điện cần phải dựa trên cơ sở của sự tính toán phân tích các quá trính truyền sóng trên đường dây. Trong trạm biến áp có những thiết bị rất quan trọng, giá thành cao, cách điện của các thiết bị này lại rất yếu. Vì vậy bảo vệ quá điện áp do sét đánh từ đường dây truyền vào trạm có yêu cầu rất cao. Để bảo vệ chống sóng truyền vào trạm người ta dùng chống sét ống, chống sét van tăng cường bảo vệ cho đoạn đường dây gần trạm hoặc sử dụng đường dây cáp, tụ điện, kháng điện... Bảo vệ chống sóng truyền từ đường dây vào trạm nhằm đảm bảo các chỉ tiêu an toàn của cách điện với sóng quá điện áp. Với các trạm đơn giản thì việc tính toán các chỉ tiêu có thể thực hiện một cách tương đối dễ dàng. Còn đối với các trạm phức tạp thì khối lượng tính toán tương đối lớn và việc tính toán cũng rất khó khăn. Do đó khi tính toán sóng truyền vào trạm người ta đưa ra một số giả thiết để đơn giản hoá. Để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của chống sét van ta cần hạn chế dòng qua chống sét van không quá 510kA, dòng điện sét quá lớn sẽ gây nên điện áp dư tăng cao, ảnh hưởng tới cách điện trong nội bộ trạm và có thể làm hỏng chống sét van. Trên cơ sở cấu trúc trạm xác định các chỉ tiêu bảo vệ chống sóng truyền vào trạm, đây là những số liệu quan trọng, nó cho phép đánh giá mức độ an toàn với sóng quá điện áp của trạm. Do tham số của sóng từ đường dây truyền vào trạm rất khác nhau (phụ thuộc vào tham số của dòng điện sét, vào kết cấu của đường dây, vị trí sét đánh ...), do đó việc tính toán quá điện áp trong trạm không phải với một hay một vài sóng nhất định mà phải tính với nhiều tham số khác nhau. Dựa vào đó tìm ra tham số tới hạn nguy hiểm của sóng sét truyền vào trạm, vượt quá trị số này sẽ xảy ra phóng điện ở ít nhất một thiết bị nào đó trong trạm. Do trạm được bảo vệ với mức an toàn cao nên khi xét độ bền cách điện của các thiết bị không kể đến hiệu ứng tích luỹ và đặc tính cách điện được lấy với điện áp xung kích. Thường sóng quá điện áp xuất hiện trên cách điện có độ dài sóng lớn: biên độ bằng điện áp dư trên chống sét vẫn xếp chồng với một điện áp nhảy vọt hoặc dao động. Vì thế phải lấy điện áp thí nghiệm phóng điện xung kích với sóng cắt và toàn sóng so sánh với toàn bộ đường cong sóng quá điện áp. 4.2. 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. Dùng phương pháp mô hình thì có thể cho phép xác định đường cong tính toán nguy hiểm cho bất kỳ một trạm có kết cấu phức tạp. Nó cho phép giải quyết vấn đề một cách chính xác và nhanh chóng. Phương pháp tính toán trực tiếp phức tạp hơn và chỉ dùng cho trạm có kết cấu đơn giản. Cơ sở của phương pháp tính toán trực tiếp là lập sơ đồ thay thế và dựa trên quy tắc sóng đẳng trị và phương pháp lập bảng của các sóng tới để lần lượt tính toán trị số điện áp tại các nút chính. Ta biết rằng qua trình truyền sóng sẽ hoàn toàn xác định được nếu ta xác định được sự biến dạng của sóng khi truyền trên đường dây, xác định được sóng phản xạ và khúc xạ khi truyền tới các nút. Do sóng truyền trong trạm trên những khoảng cách không lớn giữa các nút nên ta có thể coi quá trình truyền sóng là không biến dạng. Sóng được truyền đi với tốc độ không đổi v trên đường dây nên nếu có một sóng từ nút m nào đó tới nút x, tại nút m sóng có dạng , thì khi tới x sóng sẽ có dạng với . U mx v l m x U mx Hình 4.1: Quá trình truyền sóng giữa hai nút. Từ đó thấy rằng, nếu dùng phương pháp lập bảng, các giá trị của sóng phản xạ tại nút m được ghi trong một cột thì cột giá trị sóng đó tới nút x giống như cột sóng phản hồi tại nút m và chỉ lùi một khoảng thời gian. Việc xác định sóng phản xạ và khúc xạ tại một nút dễ dàng giải được nhờ quy tắc sóng Petersen và nguyên lý sóng đẳng trị. Z Theo quy tắc Petersen, một sóng truyền trên đường dây có tổng trở sóng Z đến một tổng trở tập trung Zx ở cuối đường dây thì sóng phản xạ và khúc xạ ở cuối đường dây có thể tính được nhờ sơ đồ tương đương với thông số tập trung như sau. Z U Zx x x Zx 2Ut Ux Hình 4. 2. Sơ đồ tương đương của quy tắc Petersen. Với sơ đồ này, sóng khúc xạ Ux được tính như điện áp trên phần tử Zx còn sóng phản xạ được tính theo công thức (4.1) Ut: là sóng tới nút x. + Nếu Z và Zx là các thông số tuyến tính, Ut là hàm thời gian có ảnh phức hoặc toán tử thì có thể tìm Ux bằng phương pháp toán tử. + Nếu Zx là điện dung tập trung và Ut có dạng đường cong bất kỳ thì Ux được xác định bằng một trong những phương pháp giải gần đúng, ví dụ như phương pháp tiếp tuyến. + Nếu Zx là phi tuyến (chẳng hạn như tổng trở của chống sét van) thì phải xác định Ux bằng phương pháp đồ thị. Trường hợp nút x có nhiều đường dây đi tới thì có thể lập sơ đồ Petersen bằng cách áp dụng quy tắc sóng đẳng trị. Trong trường hợp này sơ đồ tương đương vẫn giống như khi có một đường dây chỉ khác trị số nguồn phải lấy là 2Uđt và tổng trở sóng phải lấy là Zđt với 2Uđt và Zđt xác định theo các công thức sau: (4.2) Trong đó: : sóng tới x từ nút m ( ở đây phải tính trị số của sóng khi đã tới x ). : là hệ số khúc xạ. (4.3) : tổng trở sóng của đường dây nối nút m và nút x. (4.4) Sóng khúc xạ Ux cũng được tính bằng các phương pháp như đối với trường hợp có một đường dây tuỳ theo tính chất của Zx. x Zx 1 2 n m Zdt Zx x 2Udt Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý sóng đẳng trị. * Xác định điện áp tại điểm nút bằng phương pháp đồ thị. Nếu như điểm nút có ghép điện cảm, điện dung hoặc phần tử phi tuyến và sóng tới có dạng bất kỳ thì việc xác định điện áp điểm nút bằng phương pháp toán học thường rất phức tạp. Trong các trường hợp này người ta dùng phương pháp đồ thị. a). Tác dụng của sóng bất kỳ lên điện trở phi tuyến đặt ở cuối đường dây. Giả thiết sóng tới Ut(t) truyền theo đường dây có tổng trở sóng Z tác dụng lên điện trở phi tuyến có đặc tính V – A: UR = f(iR) như hình sau: Hình 4.4: Đặc tính điện trở phi tuyến Từ sơ đồ Petersen Hình 4.5: Sơ đồ thay thế theo quy tắc Petersen. Ta có phương trình: ( 4.5 ) Để xác định điện áp ta dùng phương pháp đồ thị được biểu diễn như hình sau. Hình 4. 6: Phương pháp cộng đồ thị. Phần bên phải vẽ đường đặc tính V – A của điện trở phi tuyến và điện áp giáng trên tổng trở sóng Z có giá trị bằng iR.Z, sau đó xây dựng đường cong UR + iR.Z. Phần bên trái vẽ quan hệ 2Ut(t). ứng với một giá trị bất kỳ của sóng tới sẽ xác định được điểm a trên đường cong 2Ut(t) và điểm b trên đường UR + iR.Z. Từ b dóng thẳng xuống gặp đường đặc tính V – A sẽ được điểm c cho cặp nghiệm (UR,iR). Quan hệ của UR(t) theo thời gian được vẽ bằng cách từ điểm c kéo đường thẳng ngang cho gặp đường thẳng đứng vẽ từ điểm a chúng giao nhau ở điểm d, đó là một điểm của đường cong UR(t). Độ chênh lệch giữa hai đường cong Ut(t) và UR(t) cho ta sóng phản xạ từ phía điện trở phi tuyến trở về đường dây. Quan hệ i(t) được vẽ bằng cách từ điểm c xác định được iR. Với trị số iR này xác định sang trục toạ độ mới như hình vẽ. Từ UR(t) ở điểm d đã xác định ở trên ta xác định được điểm e là một điểm của iR(t) bằng cách từ d kẻ đường thẳng với Oi nó cắt đường thẳng qua I song song với Ot ở e. Làm tương tự với các điểm khác ta sẽ xác định được đường cong iR(t). b). Sóng bất kỳ tác dụng lên chống sét van đặt cuối đường dây. Chống sét van là thiết bị bán dẫn điện với các điện trở phi tuyến (M đến ). Phổ biến là loại điện trở phi tuyến trên cơ sở ôxit kẽm ZnO. Với loại chống sét van này thì nó luôn làm việc kể cả khi điện áp làm việc. Dưới tác dụng của điện áp danh định lưới điện, dòng điện rò qua nó là rất bé (nhỏ hơn 10mA). Nhưng khi có điện áp lớn đặt vào thì điện trở sẽ giảm mạnh. Điều này được thể hiện rất rõ trong đặc tính V-A của chống sét van ZnO. Hình 4.7: Đặc tính V – A của chống sét van ZnO. thay đổi trong khoảng từ 0,02 0,03 Với trạm 110 KV ta chọn chống sét van có đặc tính V – A như sau: Cách xác định điện trở trên chống sét van cũng là cách xác định điện áp trên điện trở phi tuyến. c). Sóng bất kỳ tác dụng lên điện dung đặt cuối đường dây (phương pháp tiếp tuyến). Thực chất phương pháp này là giải đồ thị bằng phương trình vi phân dạng: (4.6) Xét với điện dung ở cuối đường dây và giả thiết điện dung được nạp sẵn tới điện áp Uco. Ta có sơ đồ Petersen như hình sau: Ut Z Z 2Ut C C Uco Ic Hình 4.8: Sơ đồ Petersen. Từ sơ đồ Peterxen ta có: Đặt (4.7) (4.8) (4.9) Thường chọn các khoảng đều nhau nhưng có độ chính xác cần thiết làm sao cho các khoảng phân chia trùng với các điểm đặc biệt. 4.3. tính toán bảo vệ khi có sóng quá điện áp truyền vào trạm. .Mô tả trạm cần bảo vệ. Hình 4.9: Sơ đồ một sợi đơn giản của trạm. 4.3.2 .Lập sơ đồ thay thế tính toán trạng thái sóng của trạm. Sơ đồ nối điện của trạm phía 110kV. Hình 4 – 10: Sơ đồ nối điện chính phía 110kV. Các thiết bị chính cần được bảo vệ + Máy biến áp. + Thanh góp + Chống sét van. + Máy cắt 4.3.3. Lập sơ đồ thay thế tính toán trạng thái sóng của trạm. Sơ đồ xuất phát thường rất phức tạp do đó để quá trình tính toán không phức tạp lắm ta cần có sự đơn giản hoá hợp lý. Dựa vào sơ đồ đầy đủ phân tích sơ bộ tìm ra trạng thái bất lợi nhất. Thường đó là trạng thái vận hành mà thiết bị cần bảo vệ (máy biến áp, máy cắt ...) ở xa chống sét van, quá trình lan truyền sóng trên đường dây qua ít các nút có điện dung tập trung và nhiều đường dây rẽ nhánh. Với sơ đồ trạm đã cho ta có sơ đồ như hình sau. Hình 4.11: Sơ đồ trạng thái sóng nguy hiểm. Sơ đồ thay thế trạng thái sóng nguy hiểm. Sơ đồ thay thế được lập như sau. Dựa vào trạng thái sóng nguy hiểm lập sơ đồ thay thế ở trạng thái sóng nguy hiểm. Trong sơ đồ này đường dây thanh góp được thay thế bằng mạch gồm nhiều chuỗi phần tử hình điện cảm và điện dung được lấy theo tổng trở sóng và tốc độ truyền sóng của chúng. Trong tính toán thường lấy gần đúng tổng trở sóng Z = 400 cho cả đường dây và thanh góp. Tốc độ truyền sóng lấy v = 300m/s. Các thiết bị khác được thay bằng các điện dung tập trung tương đương của nó. Các giá tri điện dung này có thể tra trong các bảng. Ta có sơ đồ thay thế như hình sau: Hình 4.12: Sơ đồ thay thế trạng thái sóng nguy hiểm. Trong sơ đồ hình 4.12 điện dung có các giá trị như sau. Máy biến áp: Dao cách ly: Thanh góp : : chiều dài thanh góp. Máy cắt : Biến điện áp: Các giá trị này được tra trong tài liệu hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp của tác giả Nguyễn Minh Chước. Sơ đồ trạng thái sóng rút gọn. Từ sơ đồ thay thế trạng thái sóng nguy hiểm ta rút gọn sơ đồ về 5 điểm như sau. + Điểm 1: điểm đặt tại chống sét van 1 + Điểm 2: điểm đặt tai thanh góp . + Điểm 3: điểm đặt tại chống sét van 2 + Điểm 4: điểm đặt tại máy biến áp. Từ sơ đồ ta có khoảng cách giữa các điểm như sau. + Khoảng cách giữa điểm 1 và điểm 2: L12= 15m. + Khoảng cách giữa điểm 2 và điểm 3 : L23 = 6m. + Khoảng cách giữa điểm 3 và điểm 4: L34 = 3m. Ta có sơ đồ thay thế trạng thái sóng nguy hiểm sau khi được rút gọn như hình 4 – 13. Hình 4 – 13: Sơ đồ thay thế rút gọn của trạng thái sóng nguy hiểm. Trong sơ đồ hình 4 – 13 điện dung nhận các giá trị như sau. +) C1 = CBU + CCL1 + CMC + CCL2 + CTG+CCL3 +) C2 = CMBA = 1500(pF) Thiết lập phương pháp tính điện áp với tất cả các nút trên sơ đồ rút gọn. Thời gian truyền sóng giữa các nút: Thời gian truyền sóng giữa nút 1 và nút 2. Thời gian truyền sóng giữa nút 2 và nút 3. Thời gian truyền sóng giữa nút 3 và nút 4. Ta chọn . Để thuận tiện cho việc tính toán điện áp tại các nút ta lấy thời điểm sóng tới nút 1 làm gốc thời gian. Vì vậy theo con đường truyền sóng, gốc thời gian của các nút sau chậm hơn nút trước nó một khoảng thời gian bằng thời gian truyền từ nút trước. t(1)= t() t(2)= t(1) – t12 = t – 0,05() t(3)= t(2)-t23= t – 0,05 – 0,02 = t – 0,07() t(4)= t(3)-t34= t – 0,07 – 0,01 = t – 0,08() Tính toán điện áp tại các nút: Nút 1 Là nút có hai đường dây đi tới với tổng trở sóng Z = 400. Tổng trở tập trung là điện trở phi tuyến của chống sét van. Từ đây ta có sơ đồ Petersen như hình 4 – 14. Hình 4 – 14: Sơ đồ petersen tại nút 1. Theo các công thức 4 – 2, 4 – 3, 4 – 4 ta có: Theo sơ đồ petersen: 2Udt = Icsv.Zdt + Ucsv (Ucsv=295.I) Khi t < 2t12 = 2.0,05 = 0,1() ( gốc thời đối với nút 1) Thì U’21= 0 nên: 2Uđt = U’01 Khi t >2t12 = 0,1() ( gốc thời gian đối với nút 1). Thì U’21 0 nên: 2Uđt = U’01+ U’21 Để tính được 2Uđt ở thời gian này ta phải quan tâm tới nút 2. Ta tạm dừng tính nút 1 và đi tính nút 2 trong khoảng thời gian 2t12. Sau khi tính được điện áp tại nút 2 ta quay trở lại tính điện áp tại nút 1. U’21 = U21(t – 0,05) U21 = U2 – U’12 Do tổng trở tập trung là điện trở phi tuyến nên ta sử dụng phương pháp đồ thị. Nút 2 Là nút có hai đường dây đi tới với tổng trở sóng Z = 400. Tổng trở tập trung là điện dung C1 . Từ đây ta có sơ đồ Petersen như hình 4 – 15. Hình 4 – 15: Sơ đồ Petersen tại nút 2. Tương tự trên ta có: Khi t < 2.t23 = 2.0,02 = 0,04() (gốc thời gian nút 2) t < 0,05 + 2.t23 = 0,05 + 0,04 = 0,09() (gốc thời gian nút 1) Thì U’32= 0 nên: 2Uđt = U’12 U’12=U12(t – 0,05) U12= U1 – U’21 Khi t > t23 = 2.0,02 = 0,04() (gốc thời gian nút 2) t > 0,05 + 2.t23 = 0,05 + 0,04 = 0,09() (gốc thời gian nút 1) Thì U’32 0 nên: Để tính được 2Uđt ở thời gian này ta phải quan tâm tới nút 3.Ta tạm dừng tính nút 2 và đi tính nút 3. Sau khi tính được điện áp tại nút 3 ta quay trở lại tính điện áp tại nút 2. U’32 = U32(t – t23) U’32 = U32(t – 0,02) U32 = U3 – U’23 Do tổng trở tập trung tại nút 2 là điện dung C1 = 1213,24pF. Nên theo phương pháp tiếp tuyến ta có: T = Zđt.C1 = 200.1213,24.10-12 = 0,24 Theo công thức 4 – 8. Với U2(0) = 0 (gốc thời gian đối với nút 2) Nút 3 Là nút có hai đường dây đi tới với tổng trở sóng Z = 400. Tổng trở tập trung là điện trở phi tuyến của chống sét van. Từ đây ta có sơ đồ Petersen như hình 4 – 16. Ut Z CSV II Z 2Uđt III U=f(I) Zđt Hình 4 – 16: Sơ đồ petersen tại nút 3. Giống với nút 1 ta có : Theo sơ đồ petersen: 2Udt = Icsv.Zdt + Ucsv (Ucsv=295.I) Khi t < t34 = 2.0,01 = 0,02() (gốc thời gian nút 3) t < 0,07+2.t34 = 0,07+ 0,02 = 0,09() (gốc thời gian nút 1). Thì U’43= 0 nên: 2Uđt = U’23 U’23 = U23(t – 0,02) U23= U2 – U’32 Khi t > 0,02() (gốc thời gian nút 3). t > 0,09() (gốc thời gian nút 1). Thì U’43 0 nên: 2Uđt = U’23+ U’43 Để tính được 2Uđt ở thời gian này ta phải quan tâm tới nút 4. Ta tạm dừng tính nút 3 và đi tính nút 4. Sau khi tính được điện áp tại nút 4 ta quay trở lại tính điện áp tại nút 3. U’43 = U43(t – 0,01) U43 = U4 – U’34 Do tổng trở tập trung tại nút 3 là phần tử phi tuyến nên ta sử dụng phương pháp đồ thị. Từ 2Uđt ta tìm được U3. Nút 4 Là nút có một đường dây đi tới với tổng trở sóng Z = 400. Tổng trở tập trung là điện dung C. Từ đây ta có sơ đồ Petersen như hình 4 – 17. Ut Z Zđt 2Uđt C 2 C 2 Uco V Hình 4 – 17: Sơ đồ Petersen tại nút 5. Theo các công thức 4 – 2, 4 – 3, 4 – 4 ta có: U’34 = U34(t - ) U’34= U34(t – 0,01) U34= U3 – U’43 Do tổng trở tập trung tại nút 4 là điện dung C2 = 1500pF. Nên theo phương pháp tiếp tuyến ta có: T = Zđt.C2 = 400.1500.10-6 = 0,6 Theo công thức 4 – 8. Với U4(0) = 0 (gốc thời gian tại nút 4) Các đặc tính cách điện tại các nút cần bảo vệ. Đặc tính chịu đựng của máy biến áp 110KV. Tra trong giáo trình kỹ thuật điện cao áp ta có đặc tính cách điện của máy biến áp theo điện áp chịu đựng cực đại như hình 4 - 18 . Từ đồ thị trên ta xác định được điện áp chịu đựng của cách điện máy biến áp như sau. Bảng 4 – 1: Điện áp chịu đựng của máy biến áp theo thời gian t() 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 U(KV) 310 850 1050 1030 1020 1010 990 970 950 930 930 0 200 400 600 800 1000 1200 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 U(KV) t() Hình 4 – 18: Đồ thị điện áp chịu đựng của máy biến áp. - Đặc tính V – A của chống sét van. Hình 4 - 19: Đặc tính V – A của chống sét van - Đặc tính cách điện của thanh góp Đặc tính cách điện của thanh góp chính là đặc tính phóng điện của chuỗi sứ Bảng 4 – 2: Đặc tính V-S của thanh góp. t() 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 U(kV) 1330 1200 1200 1120 1050 1050 1050 1050 1050 1050 1050 1050 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 t(s) U(KV) Hình 4 – 20: Đồ thị đặc tính V-S của thanh góp. Dạng sóng quá điện áp truyền vào trạm. Với trạm cần bảo vệ ta tiến hành tính toán với dạng sóng xiên góc có biên độ bằng điện áp U50% cách điện đường dây. Ta có phương trình dạng sóng như sau. a: độ dốc đầu sóng (kV/) U50%: điện áp phóng điện U50% của đường dây. Với đường dây 110kV ta có U50%= 660kV. Ta sẽ lần lượt tiến hành với các sóng có độ dốc khác nhau. Chọn tính toán với: a = 300(kV/) a = 600(kV/) a = 900(kV/) Bảng tính và đồ thị điện áp tại các