Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp -1- Đồ án – Kỹ thuật điện cao áp 1- ĐầU Đề THIếT Kế Bảo vệ chống sét trạm biến áp và đường dây Trạm biến áp + Sơ đồ 110kV 2TG+TGV 220kV 2TG+TGV + Độ cao cần bảo vệ 110kV 11 m 220kV 16.5m + Mặt bằng: …………………………… + Mặt cắt : …………………………… + Máy biến áp 2AT 110/220kV + Đường dây vào trạm 110kV 2 220kV 5 + Điện trở suất của đất 80Ω.m đường dây + Cấp điện áp 220kV + Cột Loại cột Sắt Chiều cao cột 26,8m Độ treo cao dây dẫn pha A………………20,8m Độ treo cao dây dẫn pha B………………16,8m Độ treo cao dây dẫn pha C………………16,8m Góc bảo vệ pha A 250 Góc bảo vệ pha B 15,60 Góc bảo vệ pha C 15,60 + Dây dẫn Loại dây AC-240 Độ võng của dây dẫn …6m…… + Dây chống sét Loại dây C70 -2- Số dây chống sét 1 Độ võng dây chống sét …4m……. + Cách điện Loại cách điện Treo Đặc tính 14 + Khoảng vượt Phía 220 kV: 290m + Điện trở nối đất cột điện 9; 16; 23Ω + Vùng ô nhiễm II + Số ngày giông sét 80 2- Nội dung các phần tính toán - Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp - Tính toán nối đất cho trạm biến áp - Tính toán chỉ tiếu chống sét của đường dây 220kV - Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp từ phía đường dây 220 kV 3- các bản vẽ - Phạm vi bảo vệ của cột thu sét, các phương án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp - Các kết quả tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét của trạm - Phương pháp và kết quả tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây - Các kết quả tính toán bảo vệ trạm biến áp chống sóng truyền. 4- cán bộ hướng dẫn : 5- Ngày giao nhiệm vụ thiết kế : 6- Ngày hoàn thành nhiệm vụ Nộp quyển Bảo vệ Cán bộ hướng dẫn (Ghi rõ họ tên và ký tên) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------------------- BẢN NHẬN XẫT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Phạm Văn Kiên Ngành: Hệ Thống Điện Khoá: 1 Hải Dương Giáo viên hướng dẫn: Giáo viên duyệt : -3- Nội dung thiết kế tốt nghiệp: ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ................................................................................ 1. Nhận xét của giáo viên : ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... .............................................................................................. Ngày tháng năm Giáo viên duyệt ( Ký, ghi rõ họ và tên ) Lời nói đầu * * * -4- Đất nước đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá, ngành điện giữ một vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân. Trong cuộc sống điện năng rất cần cho phục vụ sản xuất và sinh hoạt. Cùng với sự phát triển của xã hội đòi hỏi việc cung cấp điện phải đảm bảo liên tục và có chất luợng cao. Xuất phát từ thực tế đó việc đảm bảo cho các trạm biến áp và đường dây truyền tải làm việc an toàn, không gặp sự cố, không gây gián đoạn cung cấp điện đặc biệt quan trọng. Nhằm hoàn thiện kiến thức đã được học và bước đầu làm quen với thực tế em đã được khoa Điện và bộ môn Hệ Thống Điện trường đại học Bách Khoa Hà Nội giao nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp với đề tài: ”Bảo vệ chống sét cho đường dây và trạm biến áp 110/220kV”. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của các thầy, cô giáo trong bộ môn đặc biệt là trong suốt quá trình hoàn thành đồ án. Hà nội tháng 6-2007 Sinh viên Phạm Văn Kiên Mục lục đặt vấn đề .................................................................................................................................... 6 chương I ...................................................................................................................................... 6 bảo vệ chống sét đánh trực tiếp................................................................................................... 6 1.1. Các yêu cầu: .................................................................................................................... 6 1.2. Phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét: .............................................................................. 7 1.2.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét. ............................................................................... 7 1.2.1. Phạm vi bảo vệ của dây thu sét. ............................................................................ 12 1.3. Phương án bảo vệ của hệ thống thu sét: ........................................................................ 13 1.3.1. Phương án 1. .......................................................................................................... 13 1.3.2. Phương án 2. .......................................................................................................... 17 1.3.3. Phương án 3. .......................................................................................................... 21 chương ii ................................................................................................................................... 25 Tính toán nối đất cho trạm ........................................................................................................ 25 2.1. Yêu cầu kỹ thuật khi nối đất trạm biến áp. ................................................................... 25 -5- 2.2- Các số liệu dùng để tính toán nối đất. ........................................................................... 27 2.2.1. Nối đất an toàn. ...................................................................................................... 28 2.2.2. Nối đất chống sét. .................................................................................................. 32 2.2.3. Nối đất bổ sung. ..................................................................................................... 37 Chương iii ................................................................................. Error! Bookmark not defined. Bảo vệ chống sét đường dây ..................................................... Error! Bookmark not defined. 3.1. Mở đầu .......................................................................... Error! Bookmark not defined. 3.2. Các chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây ...................... Error! Bookmark not defined. 3.2.1.Cường độ hoạt động của sét ................................... Error! Bookmark not defined. 3.2.2. Số lần sét đánh vào đường dây. ............................. Error! Bookmark not defined. 3.2.3. Số lần phóng điện do sét đánh vào đường dây ...... Error! Bookmark not defined. 3.2.4. Số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây ........... Error! Bookmark not defined. 3.2.5. Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng. ............... Error! Bookmark not defined. 3.3. Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây ............. Error! Bookmark not defined. 3.3.1. Mô tả đường dây cần bảo vệ ................................. Error! Bookmark not defined. 3.3.2. Độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở, hệ số ngẫu hợp của đường dây. . Error! Bookmark not defined. 3.3.3. Tính số lần sét đánh vào đường dây. .................... Error! Bookmark not defined. 3.3.4. Suất cắt do sét đánh vào đường dây. ..................... Error! Bookmark not defined. chương IV ................................................................................. Error! Bookmark not defined. Bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm Error! Bookmark not defined. 4.1. Mở đầu. ......................................................................... Error! Bookmark not defined. 4.2. Phương pháp tính toán quá điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm. ..................................................................................... Error! Bookmark not defined. 4.2.1. Tác dụng của sóng bất kỳ lên điện trở phi tuyến đặt ở cuối đường dây. ....... Error! Bookmark not defined. 4.2.2. Sóng bất kỳ tác dụng lên chống sét van đặt cuối đường dây.Error! Bookmark not defined. 4.2.3. Sóng bất kỳ tác dụng lên điện dung đặt cuối đường dây (phương pháp tiếp tuyến). ......................................................................................... Error! Bookmark not defined. 4.3.Tính toán bảo vệ khi có sóng quá điện áp truyền ........... Error! Bookmark not defined. 4.3.1.Mô tả trạm cần bảo vệ. ........................................... Error! Bookmark not defined. -6- 4.3.2. Lập sơ đồ thay thế tính toán trạng thái sóng của trạm. ........ Error! Bookmark not defined. tài liệu tham khảo ...................................................................... Error! Bookmark not defined. Phụ lục ...................................................................................... Error! Bookmark not defined. đặt vấn đề Trong hệ thống điện trạm biến áp được dùng rất rộng rãi, làm nhiệm vụ truyền tải điện năng từ lưới điện có điện áp U1 sang lưới điện có điện áp U2 phục vụ cho việc truyền tải và phân phối năng lượng điện. Do vậy quá trình vận hành của trạm biến áp ảnh hưởng lớn tới việc cung cấp và chất lượng điện năng. Bảo vệ chống sét trạm biến áp 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 sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm. Yêu cầu đề ra là thiết kế chống sét cho trạm 110/220kV với số liệu sau : Sơ đồ: 110kV Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng. 220kV Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng. Độ cao cần bảo vệ: 220kV là 16,5 m 110kV là 11 m Máy biến áp: 2AT 110/220 kV Đường dây vào trạm: 110kV 2 220kV 5 Điện trở suất của đất: 80 Ω.m Sơ đồ mặt bằng, mặt cắt đi kèm. -7- 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 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 khuyếch 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 trong 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 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 -8- 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 sét 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 6,1 X X X hh h h r − + = (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 dạng đơn giản hoá đường sinh của hình chóp có dạng đường gẫy khúc như hình sau: -9- Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét. Bán kính được tính toán theo công thức sau: Nếu hhX 3 2≤ thì ) 8,0 1(5,1 h h hr xX −= (1.2) Nếu hhX 3 2> thì )1(75.0 h hhr xX −= (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 h p 5,5= và trên hoành độ lấy các giá trị hp75,0 và hp5,1 . b. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau. 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 ha 7≤ (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 là hai đỉnh cột và điểm có độ cao h0 - phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột được xác định theo công thức: 70 ahh −= (1.4) Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột là rx0 và được xác định như sau: Rx 0,2h a b c 0,75h 1,5h 0,8h h -10- Nếu 03 2 hhx ≤ thì )8,01.(.5,1 000 h hhr xx −= (1.5) Nếu 03 2 hhx > thì )1.(.75,0 0 00 h h hr xx −= (1.6) Khi độ cao của cột thu sét vượt quá 30m thì có các hiệu chỉnh hệ số h p 5,5= ; trên hoành độ lấy các giá trị hp75,0 và hp5,1 ; khi đó h0 tính theo công thức p ahh 70 −= (1.7) Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao giống 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 cao (cột 1) và cột thấp (cột 2) riêng rẽ. Qua đỉnh cột thấp (cột 2) 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 2 và cột 3 hình thành đôi cột có độ cao bằng nhau và bằng h2 với khoảng cách a’. Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi 3 có độ 0,75h a 1,5h R rox 1 2 hx h0 h rx -11- cao h2. 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 h2 là a' và x như sau: Hình 1.3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau. Nếu 12 3 2 hh ≤ ta có công thức : ) 8.0 1(5.1 1 2 1 h hhx −= Nếu 12 3 2 hh > ta có công thức: )1(75,0 1 2 1 h hhx −= (1.8) xaa −=' (1.9) Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ cột 1. 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 của cột thu lôi phải thoả mãn: ahD 8≤ (1.10) Trong đó: D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột. Nhóm cột tam giác có ba cạnh là a, b,c có: + ))()((4 22 cpbpapp abcRD −−−×== (1.11) với p là nửa chu vi : 2 cbap ++= (1.12) Nhóm cột tạo thành hình chữ nhật: 22 baD += (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: 8 Dha ≥ (1.14) 0,2h1 0,8h1 h1 ho 2 1 3 0,75h2 a' x 0,75h1 1,5h2 a 1,5h1 0,8h2 0,2h2 h2 -12- 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 : D a b c D a b 0,6h 0,2h 0,8h h a b a'c 1,2h 2bx -13- 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 hhx 3 2≤ thì ) 8,0 1.(.2,1 h h hb xx −= (1.15) Nếu hhx 3 2> thì )1.(.6,0 h hhb xx −= (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 hS 4≤ Với khoảng cách trên thì dây có thể bảo vệ được các điểm có độ cao h0. 40 Shh −= (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. 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 220kV đặt 12 cột Phía 110kV đặt 8 cột: Hai cột 15, 19, đặt trên xà cao 11 m;các cột 13, 14, 16, 17, 18, 20 được xây dựng. 0,2h 0,8h h ho 0,6h 1,2hS bx 1 2 -14- 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 : . 8 Dha ≥ phía 220kV: NHểM CỘT ĐỘC LẬP PHÍA 220kV Loại cột Nhúm cột a (m) b (m) D (m) ha (m) ha.max (m) Chữ nhật 1-2-6-5 34.00 35.30 49.01 6.13 6.13 5-6-9-10 34.00 34.00 48.08 6.01 Từ bảng trên ta thấy độ cao lớn nhất cần bảo vệ là hx=16.5 m và hmax=6.13m. Ta chọn ha=6.5 m Do đó độ cao thực tế của các cột thu sét phía 220 kV là : )(235.65.160 mhhh ax =+=+= phía 110kV: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 2019 17 13 16 18 N hμ § iÒ u K hi Ón -15- NHểM CỘT ĐỘC LẬP PHÍA 110kV Loại cột Nhúm cột a (m) b (m) D (m) ha (m) ha.max (m) Chữ nhật 17-18-19- 20 35,80 42,30 55,42 6,93 6,93 13-14-15- 16 35,80 29,30 46,26 5,78 15-16-17- 18 35,80 24,70 43,49 5,43 Nhúm cột a (m) b (M) c (m) p (m) D (m) ha (m) ha.max (m) Tam giỏc 4-17-19 44,45 42,30 56,33 71,54 57,04 7,13 7,13 8-12-15 50,37 44,87 34,00 64,62 51,49 6,43 12-13-15 29,3 48,24 44,87 61,21 49,31 6,16 Từ bảng trên ta thấy độ cao lớn nhất cần bảo vệ là hx=11m và hmax=7,13m. Ta chọn ha=7.5 m. Do đó độ cao thực tế của các cột thu sét phía 110kV là : )(5,185.7110 mhhh ax =+=+= b). Phạm vi bảo vệ của từng cột : Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 23m. Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m Do 33.1523. 3 211 =<=xh vậy )(88.13)23.8,0 111.(23.5,15,010 mr =−= Bán kính bảo vệ ở độ cao 16.5m. Do 33.1523. 3 25.16 =>=xh vậy )(88.4)23 5.161.(23.75,05.016 mr =−= Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 18,5m. Bán kính bảo vệ ở độ cao 11 Do 33,125,18. 3 211 =<=xh vậy )(13.7)5,18.8,0 111.(5,18.5,107 mr =−= c). Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên : Ta chỉ xét đại diện các cột : -16- NHểM CỘT CẠNH NHAU 220kV Cặp cột Độ cao cột (m) a (m) h0 (m) 2/3*h0 (m) r0x (m) hx=16.5 1-2 23,00 34.0 18.14 12.10 1.23 1-5 23,00 35.30 17.96 11.97 1.09 5-9 23,00 34.00 18.14 12.10 1.23 110kV Cặp cột Độ cao cột (m) a (m) h0 (m) 2/3*h0 (m) r0x (m) hx=11 19-20 18,50 35.80 13.39 8.92 1.79 20-18 18,50 42.30 12.46 8.30 1.09 18-16 18,50 24.70 14.97 9.98 2.98 16-14 18,50 29.30 14.31 9.54 2.49 14-13 18,50 35.80 13.39 8.92 1.79 NHểM CỘT Cể ĐỘ CAO KHÁC NHAU Cặp cột Độ cao cột (m) a (m) x (m) a' (m) h'o (m) r0x (m) hx=11 4-19 23-18.5 44.45 3.38 41.07 12.63 1.22 12-13 23-18.5 48.24 3.38 44.86 12.09 0.82 1.3.1.3. Phạm vi bảo vệ phương án 1. -17- 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: 20 cột trong đó có 12 cột 23 m , 8 cột 18.5 m. Tổng chiều dài : 12.(23-16.5)+2.(18.5-11)+6.18,5=197.5 m. 1.3.2. Phương án 2. 1.3.2.1. Sơ đồ mặt bằng bố trí cột thu sét. Ta bố trí các cột thu sét như sau: Phía 220kV đặt 9 cột:Sáu cột 1, 3, 4, 6, 7, 9 đặt trên xà ; 3 cột 2, 5, 8 được xây dựng. Phía 110kV đặt 6 cột: Hai cột 12,14 đặt trên xà cao .Con lại bốn cột 10,11,13,15 được xây dựng. N hμ § iÒ u K hi Ón 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 2019 17 13 16 18 -18- Hình 1.9: Sơ đồ mặt bằng bố trí cột thu sét 1.3.2.2. Tính toán cho phương án 2 a). Tính độ cao tác dụng của cột thu sét: phía 220kV: NHểM CỘT ĐỘC LẬP PHÍA 220kV Loại cột Nhúm cột a (m) b (m) D (m) ha (m) ha.max (m) Chữ nhật 1-2-4-5 51 35.3 62.02 8.86 9.17 2-5-6-3 51 35.3 62.02 8.86 4-7-8-5 51 39 64.20 9.17 5-6-8-9 51 39 64.20 9.17 Từ bảng trên ta thấy độ cao lớn nhất cần bảo vệ là hx=16.5 m và hmax=9.17 m. ta chọn ha=9.5m. Do đó độ cao thực tế của các cột thu sét phía 220kV là : )(265.95.160 mhhh ax =+=+= phía 110kV: NHểM CỘT ĐỘC LẬP PHÍA 110kV Loại cột Nhúm cột a (m) b (m) D (m) ha (m) ha.max (m) N h Đ iÒ u K hi Ón 1 3 4 6 11 15 2 7 8 9 5 14 12 13 10 -19- Chữ nhật 12-13-15- 14 35.8 48.55 60.32 8.62 8.62 10-11-13- 12 35.8 47.75 59.68 8.53 Nhúm cột a (m) b (m) c (m) p (m) D (m) ha (m) ha.max (m) Tam giỏc 3-14-12 44.45 48.55 60.45 76.73 61.21 7.65 7.65 9-10-12 46.39 54.77 47.81 74.49 57.89 7.23 6-9-12 38.94 54.77 44.34 69.13 55.31 6.91 3-6-12 35.36 60.44 44.34 70.07 61.04 7.63 Từ bảng trên ta thấy độ cao lớn nhất cần bảo vệ là hx=11m và hmax=7.65m. Ta chọn ha=8m. Do đó độ cao thực tế của các cột thu sét phía 110kV là : )(198110 mhhh ax =+=+= b). Phạm vi bảo vệ của từng cột : Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 26m. Bán kính bảo vệ ở độ cao 16.5m. Do 33.1726. 3 25.16 =<=xh vậy )(06.8)26.8,0 5.161.(26.5,15.016 mr =−= Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m. Do 33.1726. 3 211 =<=xh vậy )(38.18)26.8,0 111.(26.5,1011 mr =−= Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 19 m. Bán kính bảo vệ ở độ cao 11 m. Do 67.1219. 3 211 =<=xh vậy )(88.7)19.8,0 111.(19.5,1016 mr =−= c). Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên : NHểM CỘT CẠNH NHAU 220kV Cặp cột Độ cao cột (m) a (m) h0 (m) 2/3*h0 (m) r0x (m) -20- hx=16.5m 1-2 26 51 18.71 12.48 1.66 2-3 26 51 18.71 12.48 1.66 1-4 26 35.3 20.96 13.97 3.34 4-7 26 39 20.43 13.62 2.95 7-8 26 51 17.71 12.48 1.66 8-9 26 51 18.71 12.48 1.66 NHểM CỘT CẠNH NHAU 110kV Cặp cột Độ cao cột (m) a (m) h0 (m) 2/3*h0 (m) r0x (m) hx=11m 10-11 19 35.8 13.89 9.26 2.16 11-13 19 47.75 12.18 8.12 0.88 13-15 19 48.55 12.06 7.04 0.80 15-14 19 35.8 13.89 9.26 2.16 NHểM CỘT Cể ĐỘ CAO KHÁC NHAU Cặp cột Độ cao cột (m) a (m) x (m) a' (m) h'o (m) r0x (m) hx=11 m 3-14 26-19 44.45 5.25 39.20 13.40 1.80 9-10 26-19 48.24 5.25 42.99 12.86 1.40 1.3.2.3. Phạm vi bảo vệ của phương án 2: -21- Hình 1.10 Phạm vi bảo vệ 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: 15 cột trong đó có 9 cột 26 m , 6 cột 19 m. Tổng chiều dài cột: 9.(26-16.5)+2.(19-11)+4.19=177.5 m. 1.3.3. Phương án 3. 1.3.3.1. Sơ đồ mặt bằng bố trí cột thu sét: Phía 220kV có treo 3 dây chống sét C-70 khoảng cách giữa hai dây lần lượt là: S14=35.3 m; S47=34 m. Để bảo vệ toàn bộ xà trong trạm thì )(33.25 4 3.355.16 40 mShh =+=+≥ . Do dây thu sét bị võng nên độ cao của cột treo dây phải tính đến độ võng của dây. Độ võng của dây chống sét là f=4 m. Vậy độ cao cột treo dây thu sét : )(33.29433.251 mfhh =+=+= Chọn độ cao của cột thu sét la h1= 29.5 (m) Phía 110kV đặt 3 cột: Khoảng cách giửa các dây thu sét là:S36=35.3 m;S6 10=43.15 m. Để bảo vệ toàn bộ xà trong trạm thì )(79.21 4 15.4311 40 mShh =+=+≥ Tính đến độ võng của dây ta chọn độ cao treo dây của dây thu sét là: 1 3 4 6 11 15 2 7 8 9 5 14 12 13 10 N h Đ iÒ u K hi Ón -22- )(79.25479.211 mfhh =+=+= Ta chọn h1 = 26 m. Hình 1.11 Sơ đồ mặt bằng bố trí cột thu sét và dây chống sét 1.3.3.2. Tính toán cho phương án 3 a.)Phạm vi bảo vệ của dây thu sét: -Phía 220 kV Tính cho hai vị trí cao nhất và thấp nhất. Tại vị trí đầu cột: Bảo vệ ở độ cao 16.5m: Do 67.195.29. 3 2 3 25.16 ==<= hhx thì ).(65.10)5,29.8,0 5.161.(5.29.2,1 mbx =−= Bảo vệ ở độ cao 11m: Do 67.195.29. 3 2 3 211 ==<= hhx thì ).(9.18)5,29.8,0 111.(5,29.2,1 mbx =−= Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai dây: .68.20 4 3.355,29 40 mShh =−=−= Tại vị trí thấp nhất: )(5,2545,29' mfhh =−=−= Bảo vệ ở độ cao 16.5 m: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 N hμ § iÒ u K hi Ón -23- Do 175,25. 3 2 3 25.16 ==<= hhx t hì ).(85.5)5,25.8,0 5.161.(5,25.2,1 mbx =−= Bảo vệ ở độ cao 11m: Do 175,25. 3 2 3 211 ==<= hhx thì ).(1.14)5,25.8,0 111.(5,25.2,1 mbx =−= Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai dây: )(67,16 4 3.355,25 4 '0 m Shh =−=−= -Phía 110 kv Tại vị trí đầu cột: Bảo vệ ở độ cao 11 m: Do 33,1726. 3 2 3 211 ==<= hhx thì ).(7,14)26.8,0 111(26.2,1 mbx =−= Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai dây: .21,15 4 15,4326 40 mShh =−=−= Tại vị trí thấp nhất: )(22426' mfhh =−=−= Bảo vệ ở độ cao 11 m: Do 67.1422. 3 2 3 211 ==<= hhx t hì ).(9.9)22.8,0 111.(22.2,1 mbx =−= b.)Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét: Nhóm cột độc lập -Phía 220 kV Ta đặt cột thu sét bao biên có độ cao 29,5m. Do 67,195,29. 3 211 =≤=xh vậy )(63,23)5,29.8,0 111.(5,29.5,1011 mr =−= Do 67,195,29. 3 25.16 =≤=xh vậy )(31,13)5,29.8,0 5.161.(5,29.5,15.016 mr =−= -phía 110kV: Ta đặt cột thu sét bao biên có độ cao 26 m. Do 33,1726. 3 211 =≤=xh vậy )(38,18)26.8,0 111.(26.5,1011 mr =−= -24- c). Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên : NHểM CỘT CẠNH NHAU 220kV Cặp cột Độ cao cột (m) a (m) h0 (m) 2/3*h0 (m) r0x (m) hx=16.5m 1-4 29.50 35.30 24.46 16.3 5.97 4-7 29.50 34.00 24.64 16.43 6.11 NHểM CỘT CẠNH NHAU 110kV Cặp cột Độ cao cột (m) a (m) h0 (m) 2/3*h0 (m) r0x (m) hx=11m 3-6 26.00 35.3 20.96 13.97 10.82 6-9 26.00 43.15 19.84 13.22 9.14 1.3.3.3. Phạm vi bảo vệ của phương án 3: -25- Hình 1.12 Phạm vi bảo vệ phương án 3 1.3.3.4. Kết luận: Phương án có phạm vi bảo vệ thoả mãn yêu cầu đặt ra. Tổng số cột: 9 cột trong đó có 6 cột 29,5 m , 3 cột 26 m. Tổng chiều dài cột: 6.(29.5-16.5)+3.(26-11)=123 m. Tổng chiều dài dây thu sét :181,7.2+102+80.3=545.7m. * NHận xét: Cả ba phương án trên đều thoả mãn nhu cầu kỹ thuật đề ra. Qua tính toán ta thấy phương án 2 có chiều dài cột tính toán nhỏ nhất do vậy chi phí xây dựng cũng nhỏ nhất vì vậy ta chọn phương án 2 để thiết kế. 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 N h Đ iÒ u K hi Ón -26- 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. -27- + Đối với các thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất yêu cầu điện trở nối đất phải thoả mãn: Ω≤ 5,0R + Đối với các thiết bị có điểm trung tính cách điện thì: Ω≤ ttI R 250 . + 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: Ω≤ ttI R 125 . + 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: Ω≤ 1R . Thực tế dù RTN ≤ 0,5 Ω thì ta vẫn phải nối đất nhân tạo vì RTN có thể xảy ra biến động như đất đây chống sét tại khoảng vượt gần trạm. + 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, a xít ... 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: mdoTT K.ρρ = (2.1) Trong đó: ρtt: là điện trở suất tính toán của đất. ρđo: 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: md Ω= 80ρ . Điện trở nối đất cột đường dây: )(23);(16);(9 321 Ω=Ω=Ω= ccc RRR . Dây chống sét sử dụng loại C- 70 có điện trở đơn vị là: kmr /38,20 Ω= . Chiều dài khoảng vượt đường dây là: ml 290= . Phía 220 kv -28- ml 200= . Phía 110 kv Điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vượt là : )(69,010.290.38,2. 30220 Ω=== −lrRcs . )(476,010.200.38,2. 30110 Ω=== −lrRcs . Số lộ trong trạm: Phía 220 kv 5=n . Phía 110 kv 2=n . 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 : Ω≤+== 5,0 . // TNNT TNNT TNNTHT RR RRRRR . (2.2) Trong đó : RTN: điện trở nối đất tự nhiên. RNT: điện trở nối đất nhân tạo Ω≤ 1NTR . a) Điện trở nối đất tự nhiên. Nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống chống sét đường dây và cột điện 110kV và 220kV tới trạm. Ta có công thức sau: 4 1 2 1 .1 ++ = cs c c TN R R R n R . (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. -Phía 220 kv )(434,0 4 1 69,0 9 2 1 9. 5 1 1_220 Ω= ++ =TNR . )(599,0 4 1 69,0 16 2 1 16. 5 1 2_220 Ω= ++ =TNR -29- )(73,0 4 1 69,0 23 2 1 23. 5 1 3_220 Ω= ++ =TNR -Phía 110 kv )(922,0 4 1 476,0 9 2 1 9. 2 1 1_110 Ω= ++ =TNR . )(265,1 4 1 476,0 16 2 1 16. 2 1 1_110 Ω= ++ =TNR )(539,1 4 1 476,0 23 2 1 23. 2 1 1_110 Ω= ++ =TNR RTN_1 = (RTN220_1) // (RTN110_1) = 0,295 )(Ω . RTN_2 = (RTN220_2) // (RTN110_2) = 0,431 )(Ω . RTN_3 = (RTN220_3) // (RTN110_3) = 0,495 )(Ω . Ta thấy các giá trị điện trở RTN<0,5Ω đạt yêu cầu về lý thuyết. Tuy vậy nối đất tự nhiên có nhiều thay đổi vì vậy để đảm bảo an toàn ta phải nối đất nhân tạo. b. Điện trở nối đất nhân tạo. Nối đất có các hình thức cọc dài 2-3m bằng sắt tròn hay sắt 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: td LK l R . .ln ..2 2 π ρ= . (2.4) Trong đó : L: chiều dài tổng của điện cực. d: đường kính điện cực khi điện cực dùng sắt tròn. Nếu dùng sắt dẹt thì trị số d thay bằng 2 b với b là chiều rộng của sắt dẹt. -30- 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: CTTC CT HT RnR RRR ηη ... . += . (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 khi thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo ta sử dụng hình thức nối đất mạch vòng xung quanh trạm bằng các thanh dẹt. Mạch vòng cách móng tường bao quanh trạm mỗi chiều 1m. Điện trở mạch vòng của trạm là: td LK L RMV . .ln ..2 2 π ρ= (2.6) Trong đó: L: chu vi mạch vòng Với sơ đồ mặt bằng trạm đã cho ta cần quy đổi mạch vòng trạm về mạch vòng hình chữ nhật có các cạnh là l5, l6. L5, l6 được xác định nhờ hệ phương trình: L1 L2 L3 L4 -31- ⎩⎨ ⎧ =×+ =+++ MV MV Sllll Lxllxll 4321 3421 . 22 LMV= 625 m SMV= 19272.5 (m2) Thay vào hệ phương trình trên ta giải được: ⎩⎨ ⎧ = = )(95.227 )(55.84 6 5 ml ml 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. muadott k.ρρ = Tra bảng với thanh ngang chôn sâu t = 0,8m ta có kmùa = 1,6. ).(1286,1.80 mtt Ω==ρ d: đường kính thanh làm mạch vòng. Chọn thanh có bề rộng là b = 4cm. )(10.2 2 10.4 2 2 2 mbd − − === K: hệ số hình dạng phụ thuộc hình dáng của hệ thống nối đất. Giá trị của )( 6 5 l lfK = được cho ở bảng sau: l5/l6 1 1.5 2 3 4 K 5.53 5.81 6.42 8.17 10.4 Bảng 2.1: Bảng )( 6 5 l lfK = Ta có đồ thị sau: -32- Hình 2.1: Hệ số hình dạng )( 6 5 l lfK = 7.2 55.84 95.227 6 5 == l l . Tra đồ thị ta có: 82,6=K Vậy điện trở mạch vòng là: )(617,0 10.2.8,0 625.82,6ln 625..2 128 2 2 Ω== −πMVR Ω<= 1617,0MVR đạt yêu cầu. Ta có điện trở nối đất của hệ thống: )(199.0 617,0295,0 617,0.295,0. // 1_ 1_ 1_1_ Ω=+=+= = TNNT TNNT TNNTHT RR RR RRR )(253.0 617,0431,0 617,0.431,0. // 2_ 2_ 2_2_ Ω=+=+= = TNNT TNNT TNNTHT RR RR RRR )(274.0 617,0495,0 617,0.495,0. // 3_ 3_ 3_3_ Ω=+=+= = TNNT TNNT TNNTHT RR RR RRR Max( Ω<= 5,0274,0)HTR 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: Hệ số hình dạng 0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 5 l1/l2 K -33- - 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 : ρα . 1 IR Rxk xk == (2.7) hoặc ở dạng tổng quát: ),( ρα Ifxk = (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. Trong mọi trường hợp đều có thể bỏ qua điện trở tác dụng R vì nó bé so với trị số điện trở tản, đồng thời cũng không cần xét tới phần điện dung C vì ngay cả trong trường hợp sóng xung kích, dòng điện dung cũng rất nhỏ so với dòng điện qua điện trở tản. L R G C L R L R L R G C G C G C L G L G L G L G -34- 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. ( )[ ] ⎟⎠⎞⎜⎝⎛−= mHrlL μ31,0ln.2,0 (2.9) Với: l: chiều dài cực. r: bán kính cực ở phần trước nếu cực là thép dẹt có bề rộng b(m). Do đó 4 br = Gọi Z(x,t) là điện trường xung kích của nối đất kéo dài, nó là hàm số của không gian và thời gian. ),( ),(),( txI txUtxZ = (2.10) Trong đó U(x,t); I(x,t) là dòng điện và điện áp xác định từ hệ phương trình vi phân: ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ =∂ ∂− ∂ ∂=∂ ∂− UG x I t IL x U . . (2.11) Giải hệ phương trình này ta được điện áp tại điểm bất kỳ và tại thời điểm t trên điện cực: ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= ∑∞ = − 1 21 ..cos.11..2 . ),( k T t l xke k Tt lG atxU K π (2.12) Tổng trở xung kích ở đầu vào của nối đất: ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= ∑∞ = − 1 2 1 11..2 . ),0( k T t Ke kt Tt lG atZ (2.13) Với: 22 2 . .. πk lGLTK = ; 2 2 1 .. π lGLT = ; 21K TTK = 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. -35- 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 110/220kV 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. Lúc này mạch vòng được xem như hai tia ghép song song. Chiều dài mỗi tia là: )(5.312 2 625 2 mLl === Điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài là: ( )[ ] ⎟⎠⎞⎜⎝⎛−= mHrlL μ31,0ln.2,0 Có bán kính điện cực )(10.1 4 10.4 42 2 2 mbdr − − ==== Vậy: ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= − mHL μ07.231,010.1 5.312ln.2,0 2 Điện dẫn của điện cực trên một đơn vị dài: MVSRl G ..2 1= (2.14) Với setmua ATmua MVAT MVS kk RR . . .= (2.15) kmua.AT=1,6 và kmua.set=1,2 )(462,02,1. 6,1 617,0 Ω==MVSR ).1(10.46,3 462,0.5,312.2 1 3 mG Ω== − 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: ⎩⎨ ⎧ >= <= dsds ds S tkhiaI tkhiat I ττ τ . (2.16) Biên độ dòng điện sét được quy định là kAI 150= . Độ dốc của dòng sét là skAa μ/30= . -36- Thời gian đầu sóng là )(5 30 150 s a I ds μτ === Tổng trở xung kích của hệ thống nối đất nhân tạo là: ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= ∑∞ = − 1 2 1 11..21 . 1),0( k T ds ds K ds e k T lG Z τ ττ (2.17) Do coi mạch vòng là sự ghép song song của hai tia nên: ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= ∑∞ = − 1 22 1 11..21 ..2 1),0( k T ds MVds K ds e kk T lG Z τ ττ (2.18) Để xác định được Z∑(0,τds) ta xét chuỗi số sau: ∑∞ = ==++++= 1 2 2222 645,16 ...1... 2 1 1 11 k kk π (2.19) ∑∞ = −−− − ++++= 1 2222 ......21 .1 21 k TTT T k eeee k K dsdsds K ds ττττ (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: 4≥ K ds T τ (2.21) ds ds K ds Tkhay k TT τ ττ 12 2 1 .4 4 ≥≥= ; ds Tk τ 1.2≥ )(93,705,312.10.46,3.07,2.. 2 23 2 2 1 s lGLT μππ === − 53,7 5 93,70.2.2 1 ==≥ ds Tk τ I = a . I s (A ) t( s ) -37- Ta lấy giá trị k từ 1-8: K 1 2 3 4 5 6 7 8 K2 1 4 9 16 25 36 49 64 TK 70.9393 5 17.7348 4 7.8821 5 4.4337 1 2.8375 7 1.9705 4 1.4477 4 1.1084 3 K ds T τ 0.07048 0.28193 0.6343 4 1.1277 2 1.7620 7 2.5373 8 3.4536 5 4.5109 0 K ds Te τ− 0.93194 0.75433 0.5302 8 0.3237 7 0.1716 9 0.0790 7 0.0316 3 0.0109 9 2K e K ds T τ− 0.93194 0.18858 0.05892 0.0202 4 0.0068 7 0.0022 0 0.0006 5 0.0001 7 Bảng 2.2: Bảng tính toán chuỗi số ∑∞ = − 1 2 . 1 k TK ds e k τ Ta có ∑∞ = − = 1 2 2,1. 1 k TK ds e k τ Vậy: )(3,6)2,1645,1.( 5 93,70.21 5.312.10.46,3.2 1),0( 3 Ω=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+= −MVdsZ τ 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: MBAdsXKd UZIU %50),0(. <= τ (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 110%50U =460kV; 220 %50U = 900 kV. Vậy lấy U50%MBA = 460 kV. Kiểm tra điểu kiện: )(9453,6.150 kVU d == > 110%50U =460 kV. Có MBAd UU %50> vậy cần phải tiến hành nối đất bổ sung. 2.2.3. Nối đất bổ sung. Trong nối đất bổ sung ta sử dụng dạng nối đất tập trung gồm thanh và cọc tại chõn cỏc cột thu sột. Do việc xỏc định Zbs bằng lý thuyết lại rất khú khăn nờn ta chọn hỡnh thức nối đất bổ sung như sau: -38- Chọn thanh nối đất bổ sung là loại thộp dẹt cú: Chiều dài lT = 12(m). Bề rộng bT = 0,04(m). Dọc theo chiều dài thanh cú chụn 3 cọc trũn cú: Chiều dài cọc lcọc = 3(m). Đường kớnh d = 0,04(m). Khoảng cỏch giữa hai cọc a = 6(m). Độ chụn sõu t = 8(m). Nối đất được tớnh toỏn cho chống sột nờn ta lấy hệ số kmựa như sau: Đối với thanh ngang chụn sõu t = 0,8(m); kmựa = 1,2. Đối với cọc dài 3m chụn sõu t = 0,8(m); kmựa = 1,15. Sơ đồ nối đất của hệ thống khi cú nối đất bổ sung như sau: Hình 2.4: Sơ đồ nối đất bổ sung. Điện trở thanh Cụng thức sử dụng để tớnh toỏn: T T T Ttt T dt lk l R . .ln. ..2 2 . π ρ= (2.23) Trong đú: l: chiều dài của thanh l = 12(m). t: độ chụn sõu của thanh làm tia t = 0,8(m) ρtt.T: điện trở suất tớnh toỏn của đất đối với thanh làm tia chụn ở độ sõu t ).(962,1.80.. mkmuaoTtt Ω=== ρρ d: đường kớnh thanh làm tia. Chọn thanh dẹt cú bề rộng b = 0,04(m) nờn: )(10.2210.42 22 mbd −− === k: hệ số hỡnh dỏng lấy 1=k do nối đất là tia ngang. t=0,8mlT lcọc a -39- Vậy điện trở của thanh bổ sung là: )(59,11 02,0.8,0 12.1ln. 12..2 96 2 Ω== πTR Điện trở cọc ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ − ++= coc coccoc coc ttC lt lt d l l '.4 '.4 ln. 2 1.2ln. ..2 R C π ρ (2.24) Trong đú : ρttC: điện trở suất của đất đối với cọc chụn ở độ sõu t=0,8(m). ).(9215,1.80. mkmuaottC Ω=== ρρ d: đường kớnh của cọc: md 04,0= . )(3,28,0 2 3 2 ' mtlt coc =+=+= Điện trở bổ sung của cọc là: )(1,26 33,2.4 33,2.4ln. 2 1 04,0 3.2ln 3..2 92 Ω=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ − ++= πCR Điện trở bổ sung Cụng thức sử dụng để tớnh toỏn: TCCT CT bs RnR RRR ηη ... . += (2.25) Trong đú: n: số cọc ηT,ηC: hệ số sử dụng của thanh và cọc. Với n=3; lcọc = 3(m); a=6(m); a/l=2. Tra bảng 3 phần phụ lục(trang 82) sỏch hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp ta được: ηC=0,87. Tra bảng 5 phần phụ lục(trang 84) sỏch hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp ta được: ηT=0,89. Điện trở bổ sung là: )(65,5 89,0.1,263.87,0.59,11 1,26.59,11 Ω=+=bsR Tổng trở của hệ thống khi cú nối đất bổ sung Ta cú cụng thức tớnh tổng trở xung kớch khi cú nối đất bổ sung như sau -40- BA e XR R R RR RR Z T X k Kbs setNT setNT setNTbs setNTbs dsXHbs dsK += + ++= −∞ = ∑ . cos 1 .2. ),0( 12 2 . 1 2 )( )( )( )( τ πτ (2.26) Trong đú: )(43,0 462,065,5 462,0.65,5. )( )( Ω=+=+= setNTbs setNTbs RR RR A 12 2 . 1 2 )( )( . cos 1 .2 T X k Kbs setNT setNT dsK e XR R R B τ π∑∞ = + = Xột chuỗi số 1 2 2 . 1 2 )( )( . cos 1 .2 T X k Kbs setNT setNT dsK e XR R R B τ π−∞ = ∑ + = Tương tự như trờn ta chỉ xột đến số hạng e -4 với T1 = 70,93μs và τds = 5μs Ta tớnh đến Xk sao cho: 4. 1 2 2 ≥ T X dsk τ π 66,23 5 93,70..2..2 1 ==≥ πτπ dsK TX Trong đú XK là nghiệm của phương trỡnh: KK K bs setNT K XX X R R tgX .08,0. 65,5 462,0 .)( −=−= −= Giải phương trình trên bằng phương pháp đồ thị và xác định được nghiệm như sau : X1=2,91; X2=5,85; X3= 8,81; X4= 11,81; X5 = 14,84; X6 = 17,89 X7 = 20,96; X8 = 24,04; X9 = 27,14 -41- Hình 2 – 7: Đồ thị xác định nghiệm phương trình tgXk = - 0,08.Xk. Ta thấy X7 = 24,04 >23,66 lên ta chỉ xét đến X7 Ta có T1 = 70,93(μs); Rbs = 5,65 (Ω); RMVS = 0,462 (Ω). k 1 2 3 4 5 6 7 Xk 2.8874 5.802 8.7573 11.7529 14.7812 17.8359 20.96 cos(Xk) -0.96787 0.886447 -0.78539 0.686981 -0.60043 0.528761 -0.51383 kX 2cos 1 1.067503 1.272608 1.621192 2.118903 2.773842 3.576686 3.787517 kbx MVS XR R 2cos 1+ 1.149273 1.354377 1.702962 2.200673 2.855612 3.658456 3.869287 1 2 . T X dsK e τ π ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛− 0.942135 0.786095 0.577929 0.372478 0.209702 0.102856 0.043241 BK 0.757464 0.536299 0.313575 0.156393 0.067854 0.025978 0.010326 Bảng 2.3: Bảng tính toán chuỗi số 1 2 2 . 1 2 )( )( . cos 1 .2 T X k Kbs setNT setNT dsK e XR R R B τ π−∞ = ∑ + = =1,85 Tổng trở xung kích là : )(28,285,143,0),0( Ω=+=+= BAZ dsXK τ Điện áp khi có dòng điện đi vào nối đất tại thời điểm dòng điện sét đạt giá trị cực đại là: )(34228,2.150),0(.max kVZIU dsXK === τ Ta thấy kVUkVU MBA 460342 %50max =<= thoả mãn yêu cầu.