Đồ án Tốt nghiệp TÌm hiểu kỹ thuật điện cao áp

---------------  --------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP -------------------------- đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 1 Ch−ơng 1 : hiện t−ợng dông sét vμ ảnh h−ởng của dông sét đến hệ thống điện việt nam Hệ thống điện lμ một bộ phận của hệ thống năng l−ợng bao gồm NMĐ - đ−ờng dây - TBA vμ các hộ tiêu thụ điện. Trong đó có phần tử có số l−ợng lớn vμ khá quan trọng đó lμ các TBA, đ−ờng dây. Trong quá trình vận hμnh các phần tử nμy chịu ảnh h−ởng rất nhiều sự tác động của thiên nhiên nh− m−a, gió, bão vμ đặc biệt nguy hiểm khi bị ảnh h−ởng của sét. Khi có sự cố sét đánh vμo TBA, hoặc đ−ờng dây nó sẽ gây h− hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn tới việc ngừng cung cấp điện vμ gây thiệt hại lớn tới nền kinh tế quốc dân. Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm chi phí thiệt hại vμ nâng cao độ an toμn khi vận hμnh chúng ta phải tính toán vμ bố trí bảo vệ chống sét cho HTĐ. 1.1 - Hiện t−ợng dông sét 1.1.1 - Khái niệm chung: Dông sét lμ một hiện t−ợng của thiên nhiên, đó lμ sự phóng tia lửa điện khi khoảng cách giữa các điện cực khá lớn (trung bình khoảng 5km). Hiện t−ợng phóng điện của dông sét gồm hai loại chính đó lμ phóng điện giữa các đám mây tích điện vμ phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất. Trong phạm vi đồ án nμy ta chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất (phóng điện mây - đất). Với hiện t−ợng phóng điện nμy gây nhiều trở ngại cho đời sống con ng−ời. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 2 Các đám mây đ−ợc tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra c−ờng độ điện tr−ờng lớn sẽ hình thμnh dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn nμy lμ giai đoạn phóng điện tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.10 7cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng 2.10 8 cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau bởi vì trong cùng một đám mây thì có thể hình thμnh nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lần l−ợt phóng điện xuống đất). Tia tiên đạo lμ môi tr−ờng Plasma có điện tích rất lớn. Đầu tia đ−ợc nối với một trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâm nμy đi vμo trong tia tiên đạo. Phần điện tích nμy đ−ợc phân bố khá đều dọc theo chiều dμi tia xuống mặt đất. D−ới tác dụng của điện tr−ờng của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mμ địa điểm tập kết tùy thuộc vμo tình hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất có địên dẫn đồng nhất thì điểm nμy nằm ngay ở phía d−ới đầu tia tiên đạo. Còn nếu vùng đất có điện dẫn không đồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao. Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đ−ờng sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất vμ nh− vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất đã đ−ợc định sẵn. Do vậy để định h−ớng cho các phóng điện sét thì ta phải tạo ra nơi có mật độ tập trung điện diện tích lớn. Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các công trình đ−ợc dựa trên tính chọn lọc nμy của phóng điện sét. Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ng−ợc lμ ν vμ mật độ điện tr−ờng của điện tích trong tia tiên đạo lμ δ thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi vμ trong đất sẽ lμ: is = ν. δ đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 3 Công thức nμy tính toán cho tr−ờng hợp sét đánh vμo nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ không đáng kể). Tham số chủ yếu của phóng điện sét lμ dòng điện sét, dòng điện nμy có biên độ vμ độ dốc phân bố theo hμng biến thiên trong phạm vi rộng (từ vμi kA đến vμi trăm kA) dạng sóng của dòng điện sét lμ dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của sét ứng với giai đoạn phóng điện ng−ợc (hình 1-1) - Khi sét đánh thẳng vμo thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khí quyển vμ gây hậu quả nghiêm trọng nh− đã trình bμy ở trên. ρ.S α.S ρ.Smin ρ.Smin Hình 1-1 : Sự biến thiên của dòng diện sét theo thời gian 1.1.2 - Tình hình dông sét ở Việt Nam: Việt Nam lμ một trong những n−ớc khí hậu nhiệt đới, có c−ờng độ dông sét khá mạnh. Theo tμi liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất n−ớc Việt nam có một đặc điểm dông sét khác nhau : + ỏ miền Bắc, số ngμy dông dao động từ 70 ữ 110 ngμy trong một năm vμ số lần dông từ 150 ữ 300 lần nh− vậy trung bình một ngμy có thể xảy ra từ 2 ữ 3 cơn dông. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 4 + Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc lμ Móng Cái. Tại đây hμng năm có từ 250 ữ300 lần dông tập trung trong khoảng 100 ữ 110 ngμy. Tháng nhiều dông nhất lμ các tháng 7, tháng 8. + Một số vùng có địa hình thuận lợi th−ờng lμ khu vực chuyển tiếp giữa vùng núi vμ vùng đồng bằng, số tr−ờng hợp dông cũng lên tới 200 lần, số ngμy dông lên đến 100 ngμy trong một năm. Các vùng còn lại có từ 150 ữ 200 cơn dông mỗi năm, tập trung trong khoảng 90 ữ 100 ngμy. + Nơi ít dông nhất trên miền Bắc lμ vùng Quảng Bình hμng năm chỉ có d−ới 80 ngμy dông. Xét dạng diễn biến của dông trong năm, ta có thể nhận thấy mùa dông không hoμn toμn đồng nhất giữa các vùng. Nhìn chung ở Bắc Bộ mùa dông tập chung trong khoảng từ tháng 5 đến tháng 9. Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, ở phần phía Bắc (đến Quảng Ngãi) lμ khu vực t−ơng đối nhiều dông trong tháng 4, từ tháng 5 đến tháng 8 số ngμy dông khoảng 10 ngμy/ tháng, tháng nhiều dông nhất (tháng 5) quan sát đ−ợc 12 ữ 15 ngμy (Đμ Nẵng 14 ngμy/ tháng, Bồng Sơn 16 ngμy/tháng ...), những tháng đầu mùa (tháng 4) vμ tháng cuối mùa (tháng 10) dông còn ít, mỗi tháng chỉ gặp từ 2 ữ 5 ngμy dông. Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vμo) lμ khu vực ít dông nhất, th−ờng chỉ có trong tháng 5 số ngμy dông khoảng 10/tháng nh− Tuy Hoμ 10ngμy/tháng, Nha Trang 8 ngμy/tháng, Phan Thiết 13 ngμy/tháng. ở miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120 ữ 140 ngμy/năm, nh− ở thμnh phố Hồ Chí Minh 138 ngμy/năm, Hμ Tiên 129 ngμy/ năm. Mùa dông ở miền Nam dμi hơn mùa dông ở miền Bắc đó lμ từ tháng 4 đến tháng 11 trừ tháng đầu mùa (tháng 4) vμ tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngμy dông đều quan sát đ−ợc trung bình có từ 15 ữ 20 ngμy/tháng, tháng 5 lμ tháng nhiều dông nhất trung bình gặp trên 20 ngμy dông/tháng nh− ở thμnh phố Hồ Chí Minh 22 ngμy, Hμ Tiên 23 ngμy. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 5 ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn hơn vμ số lần dông cũng ít hơn, tháng nhiều dông nhất lμ tháng 5 cũng chỉ quan sát đ−ợc khoảng 15 ngμy dông ở Bắc Tây Nguyên, 10 ữ 12 ở Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngμy, Đμ Lạt 10 ngμy, PLâycu 17 ngμy. Số ngμy dông trên các tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam xem bảng 1-1. Từ bảng trên ta thấy Việt Nam lμ n−ớc phải chịu nhiều ảnh h−ởng của dông sét, đây lμ điều bất lợi cho H.T.Đ Việt nam, đòi hỏi ngμnh điện phải đầu t− nhiều vμo các thiết bị chống sét. Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhμ thiết kế phải chú trọng khi tính toán thiết kế các công trình điện sao cho HTĐ vận hμnh kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục vμ tin cậy. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 6 Bảng 1-1 : Số ngμy dông trong tháng: Tháng Địa điểm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cả năm Phía Bắc Cao bằng 0,2 0,6 4,2 5,9 12 17 20 19 10 11 0,5 0,0 94 Bắc Cạn 0,1 0,3 3,0 7,0 12 18 20 21 10 2,8 0,2 0,1 97 Lạng Sơn 0,2 0,4 2,6 6,9 12 14 18 21 10 2,8 0,1 0,0 90 Móng Cái 0,0 0,4 3,9 6,6 14 19 24 24 13 4,2 0,2 0,0 112 Hồng Gai 0,1 0,0 1,7 1,3 10 15 16 20 15 2,2 0,2 0,0 87 Hμ Giang 0,1 0,6 5,1 8,4 15 17 22 20 9,2 2,8 0,9 0,0 102 Sa Pa 0,6 2,6 6,6 12 13 15 16 18 7,3 3,0 0,9 0,3 97 Lμo Cai 0,4 1,8 7,0 10 12 13 17 19 8,1 2,5 0,7 0,0 93 Yên Bái 0,2 0,6 4,1 9,1 15 17 21 20 11 4,2 0,2 0,0 104 Tuyên Quang 0,2 0,0 4,0 9,2 15 17 22 21 11 4,2 0,5 0,0 106 Phú Thọ 0,0 0,6 4,2 9,4 16 17 22 21 11 3,4 0,5 0,0 107 Thái Nguyên 0,0 0,3 3,0 7,7 13 17 17 22 12 3,3 0,1 0,0 97 Hμ Nội 0,0 0,3 2,9 7,9 16 16 20 20 11 3,1 0,6 0,9 99 Hải Phòng 0,0 0,1 7,0 7,0 13 19 21 23 17 4,4 1,0 0,0 111 Ninh Bình 0,0 0,4 8,4 8,4 16 21 20 21 14 5,0 0,7 0,0 112 Lai Châu 0,4 1,8 13 12 15 16 14 14 5,8 3,4 1,9 0,3 93 Điện Biên 0,2 2,7 12 12 17 21 17 18 8,3 5,3 1,1 0,0 112 Sơn La 0,0 1,0 14 14 16 18 15 16 6,2 6,2 1,0 0,2 99 Nghĩa Lộ 0,2 0,5 9,2 9,2 14 15 19 18 10 5,2 0,0 0,0 99 Thanh Hoá 0,0 0,2 7,3 7,3 16 16 18 18 13 3,3 0,7 0,0 100 Vinh 0,0 0,5 6,9 6,9 17 13 13 19 15 5,6 0,2 0,0 95 Con Cuông 0,0 0,2 13 13 17 14 13 20 14 5,2 0,2 0,0 103 Đồng Hới 0,0 0,3 6,3 6,3 15 7,7 9,6 9,6 11 5,3 0,3 0,0 70 Cửa Tùng 0,0 0,2 7,8 7,8 18 10 12 12 12 5,3 0,3 0,0 85 Phía Nam Huế 0,0 0,2 1,9 4,9 10 6,2 5,3 5,1 4,8 2,3 0,3 0,0 41,8 Đμ Nẵng 0,0 0,3 2,5 6,5 14 11 9,3 12 8,9 3,7 0,5 0,0 69,5 Quảng Ngãi 0,0 0,3 1,2 5,7 10 13 9,7 1,0 7,8 0,7 0,0 0,0 59,1 Quy Nhơn 0,0 0,3 0,6 3,6 8,6 5,3 5,1 7,3 9,6 3,3 0,6 0,0 43,3 Nha Trang 0,0 0,1 0,6 3,2 8,2 5,2 4,6 5,8 8,5 2,3 0,6 0,1 39,2 Phan Thiết 0,2 0,0 0,2 4,0 13 7,2 8,8 7,4 9,0 6,8 1,8 0,2 59,0 Kon Tum 0,2 1,2 6,8 10 14 8,0 3,4 0,2 8,0 4,0 1,2 0,0 58,2 Playcu 0,3 1,7 5,7 12 16 9,7 7,7 8,7 17 9,0 2,0 0,1 90,7 Đμ Lạt 0,6 1,6 3,2 6,8 10 8,0 6,3 4,2 6,7 3,8 0,8 0,1 52,1 Blao 1,8 3,4 11 13 10 5,2 3,4 2,8 7,2 7,0 4,0 0,0 70,2 Sμi Gòn 1,4 1,0 2,5 10 22 19 17 16 19 15 11 2,4 138 Sóc Trăng 0,2 0,0 0,7 7,0 19 16 14 15 13 1,5 4,7 0,7 104 Hμ Tiên 2,7 1,3 10 20 23 9,7 7,4 9,0 9,7 15 15 4,3 128 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 7 1.2- ảnh h−ởng của dông sét đến h.t.đ việt nam: - Nh− đã trình bμy ở phần tr−ớc biên độ dòng sét có thể đạt tới hμng trăm kA, đây lμ nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua vật nμo đó. Thực tế đã có dây tiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị nóng chảy vμ đứt, thậm chí có những cách điện bằng sứ khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ vμ chảy ra nh− nhũ thạch, phóng điện sét còn kèm theo việc di chuyển trong không gian l−ợng điện tích lớn, do đó tạo ra điện từ tr−ờng rất mạnh, đây lμ nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến vμ các thiết bị điện tử , ảnh h−ởng của nó rất rộng, ở cả những nơi cách xa hμng trăm km. - Khi sét đánh thẳng vμo đ−ờng dây hoặc xuống mặt đất gần đ−ờng dây sẽ sinh ra sóng điện từ truyền theo dọc đ−ờng dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của đ−ờng dây. Khi cách điện của đ−ờng dây bị phá hỏng sẽ gây nên ngắn mạch pha - đất hoặc ngắn mạch pha  pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đ−ờng dây phải lμm việc. Với những đ−ờng dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể gây mất ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhμ máy điện lμm việc không nhanh có thể dẫn đến rã l−ới. Sóng sét còn có thể truyền từ đ−ờng dây vμo trạm biến áp hoặc sét đánh thẳng vμo trạm biến áp đều gây nên phóng điện trên cách điện của trạm biến áp , điều nμy rất nguy hiểm vì nó t−ơng đ−ơng với việc ngắn mạch trên thanh góp vμ dẫn đến sự cố trầm trọng. Mặt khác, khi có phóng điện sét vμo trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áp lμm việc không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn. Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự cố l−ới điện, vì vậy dông sét lμ mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của l−ới điện. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 8 *Kết luận: Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam vμ ảnh h−ởng của dông sét tới hoạt động của l−ới điện. Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho l−ới điện vμ trạm biến áp lμ rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hμnh l−ới điện. ch−ơng2: tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đ−ờng dây Đ−ờng dây trong HTĐ lμm nhiệm vụ truyền tải điện năng đến các hộ dùng điện. Đ−ờng dây lμ phần tử phải hứng chịu nhiều phóng điện sét nhất so với các phần tử khác trong HTĐ. Khi đ−ờng dây bị phóng điện sét nếu biên độ dòng sét lớn tới mức lμm cho quá điện áp xuất hiện lớn hơn điện áp phóng điện xung kích của cách điện sẽ dẫn đến phóng điện vμ gây ngắn mạch đ−ờng dây, buộc máy cắt đầu đ−ờng dây phải tác động. Nh− vậy việc cung cấp điện bị gián đoạn. Nếu điện áp nhỏ hơn trị số phóng điện xung kích của cách điện đ−ờng dây thì sóng sét sẽ truyền từ đ−ờng dây vμo trạm biến áp vμ sẽ dẫn tới các sự cố trầm trọng tại trạm biến áp. Vì vậy bảo vệ chống sét cho đ−ờng dây phải xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế kết hợp với yêu cầu kỹ thuật vμ yêu cầu cung cấp điện của đ−ờng dây đó. 2.1- lý thuyết tính toán. 2.1.1- Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét đ−ợc thể hiện nh− ( hình 2-1 ) đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 9 hx Hình 2-1: Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét 1,2h 0,6h hx h 0,2h Dây chống sét Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở mức cao h2 cũng đ−ợc tính theo công thức sau: + Khi hx > 2/3h thì bx = 0,6h (1-hx/h ) (2  1) + Khi hx ≤ h thì bx = 1,2h (1- hx/0,8h (2  2) Chiều dμi của phạm vi bảo vệ dọc theo chiều dμi đ−ờng dây nh− hình (2 2 ). đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 10 C B A α 2 α 1 Hình 2-2: Góc bảo vệ của một dây chống sét. Có thể tính toán đ−ợc trị số giới hạn của góc α lμ α = 310, nh−ng trong thực tế th−ờng lấy khoảng α = 20 0 ữ 250. 2.1.2- Xác suất phóng điện sét vμ số lần cắt điện do sét đánh vμo đ−ờng dây. Với độ treo cao trung bình của dây trên cùng (dây dẫn hoặc dây chống sét ) lμ h, đ−ờng dây sẽ thu hút về phía mình các phóng điện của sét trên dải đất có chiều rộng lμ 6h vμ chiều dμi bằng chiều dμi đ−ờng dây (l). Từ số lần phóng điện sét xuống đất trên diện tích 1 km2 ứng với một ngμy sét lμ 0,1ữ0,15 ta có thể tính đ−ợc tổng số lần có sét đánh thẳng vμo đ−ờng dây (dây dẫn hoặc dây chống sét). N=(0,6ữ0,9). h .10-3.l.nng.s (2  3) Trong đó: + h: độ cao trung bình của dây dẫn hoặc dây chống sét (m). + l: chiều dμi đ−ờng dây (km ). + nng. s:số ngμy sét /năm trong khu vực có đ−ờng dây đi qua. Vì các tham số của phóng điện sét : biên độ dòng điện (Is) vμ độ dốc của dòng điện (a = dis /dt), có thể có nhiều trị số khác nhau, do đó không phải tất cả các lần có sét đánh lên đ−ờng dây đều dẫn đến phóng điện trên cách đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 11 điện. Chỉ có phóng điện trên cách điện của đ−ờng dây nếu quá điện áp khí quyển có trị số lớn hơn mức cách điện xung kích của đ−ờng dây. Khả năng phóng điện đ−ợc biểu thị bởi xác suất phóng điện ( Vp đ ). Số lần xảy ra phóng điện sẽ lμ: Npđ = N. Vpđ = ( 0,6ữ0,9 ). h . 10-3. l . nng s. Vpđ . ( 2  4 ) Vì thời gian tác dụng lên quá điện áp khí quyển rất ngắn khoảng 100 μs mμ thời gian của các bảo vệ rơle th−ờng không bé quá một nửa chu kỳ tần số công nghiệp tức lμ khoảng 0,01s. Do đó không phải cứ có phóng điện trên cách điện lμ đ−ờng dây bị cắt ra. Đ−ờng dây chỉ bị cắt ra khi tia lửa phóng điện xung kích trên cách điện trở thμnh hồ quang duy trì bởi điện áp lμm việc của đ−ờng dây đó. Xác suất hình thμnh hồ quang (η ) phụ thuộc vμo Gradien của điện áp lμm việc dọc theo đ−ờng phóng điện : η = ƒ(Elv) ; Elv = Ulv/lpđ (kV/m ). Trong đó: + η: xác suất hình thμnh hồ quang. + Ulv: điện áp lμm việc của đ−ờng dây ( kV ). + lpđ: chiều dμi phóng điện ( m). Do đó số lần cắt điện do sét của đ−ờng dây lμ: Ncđ = Npđ. η. = (0,6ữ0,9). h. nng .s. vpđ. η. (2  5) Để so sánh khả năng chịu sét của đ−ờng dây có các tham số khác nhau, đi qua các vùng có c−ờng độ hoạt động của sét khác nhau ng−ời ta tính trị số " suất cắt đ−ờng dây" tức lμ số lần cắt do sét khi đ−ờng dây có chiều dμi 100km. ncđ = ( 0,06ữ0,09). h. nng s. Vpđ .η. (2  6) Đ−ờng dây bị tác dụng của sét bởi ba nguyên nhân sau: + Sét đánh thẳng vμo đỉnh cột hoặc dây chống sét lân cận đỉnh cột. + Sét đánh vòng qua dây chống sét vμo dây dẫn. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 12 + sét đánh vμo khoảng dây chống sét ở giữa khoảng cột. Cũng có khi sét đánh xuống mặt đất gần đ−ờng dây gây quá điện áp cảm ứng trên đ−ờng dây, nh−ng tr−ờng hợp nμy không nguy hiểm bằng ba tr−ờng hợp trên. Khi đ−ờng dây bị sét đánh trực tiếp sẽ phải chịu đựng toμn bộ năng l−ợng của phóng điện sét, do vậy sẽ tính toán dây chống sét cho đ−ờng dây với ba tr−ờng hợp trên. Cuối cùng ta có số lần cắt do sét của đ−ờng dây. ncđ = nc + nkv + ndd ( 2  7) Trong đó: + nc : số lần cắt do sét đánh vμo đỉnh cột. +nkv: số lần cắt do sét đánh vμo khoảng v−ợt. + ndd: số lần cắt do sét đánh vμo dây dẫn. 2.1.2.1 - Các số liệu chuẩn bị cho tính toán. Đ−ờng dây tính toán l = 150km. (Ninh Bình  Hμ Đông) Xμ đỡ kiểu cây thông, lắp trên cột bê tông đơn. Dây chống sét treo tại đỉnh cột. Dây dẫn đ−ợc treo bởi chuỗi sứ Π- 4,5 gồm 7 bát sứ, mỗi bát sứ cao170mm. Dây chống sét dùng dây thép C-70 có d = 11mm ; r = 5,5mm. Dây dẫn dùng dây AC-120mm có d = 19mm; r = 9,5mm. Khoảng v−ợt lμ 150m. 2.1.2.2 - Xác định độ treo cao trung bình của dây chống sét vμ dây dẫn. Độ treo cao trung bình của dây đ−ợc xác định theo công thức: hdd = h  2/3f . (2  8) Trong đó: + h: độ cao của dây tại đỉnh cột hay tại khoá néo của chuỗi sứ. + f: độ võng của dây chống sét hay dây dẫn. fdd = γ. l2/ 8. σ. (2  9) đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 13 γ = p/s =492/120. 1000 = 0,0041. (p : khối l−ợng 1km dây AC- 120 ,p=492 Kg/Km ; s: tiết diện dây AC-120 , s= 120 mm2.) σ : hệ số cơ của đ−ờng dây ở nhiệt độ trung bình , σ = 7,25. 16,2m 12m 1,5m 3m 3m C B A 9,0m 1,2m 1,75m Hình 2-3: Độ cao dây chống sét vμ dây dẫn. l: chiều dμi khoảng v−ợt của đ−ờng dây = 150m. fdd = 0,0041.150 2/8. 7,25 = 1,5905 m ≈ 1,6 m ở đây ta lấy fdd = 1,8 m. fcs = 1,5 m. Độ treo cao trung bình của dây dẫn theo (2-9) lμ: hdd cs = hcs  2/3 fcs = 16,2  2/3.1,5 = 15,2m. hdd tbA = hdd A  2/3 fdd = 12  2/3. 1,8 = 10,8 m. hdd tbB = hdd B  2/3 fdd = 9  2/3. 1,8 = 7,8 m. 2.1.2.3- Tổng trở sóng của dây chống sét vμ dây dẫn. Zdd = 60.ln (2.hdd / r). ( 2  10 ) Zdd A = 60. ln [ ( 2. 10,8) / (9,5. 10-3 ) ] = 463,75 Ω. Zdd B = 60. ln [ ( 2. 7,8 ) / ( 9,5. 10-3 ) ] = 444,22 Ω. Với dây chống sét ta phải tính tổng trở khi có vầng quang vμ khi không có vầng quang. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 14 + Khi không có vầng quang: Zd cs =60. ln [ ( 2. 15,2 ) / ( 5,5. 10-3 )] = 517 Ω + Khi có vầng quang, ta phải chia Zd cs cho hệ số hiệu chỉnh vầng quang. λ = 1,3 ( tra bảng 3-3 sách h−ớng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp). Zdvq cs = Zd cs / λ = 517/1,3 = 397,69 Ω. 2.1.2.4 - Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn chống sét với các dây pha. Công thức (2  11) đ−ợc xác định theo hình (2  4). 2' h2 D12 1 (A;B;C) d12 2 Hình 2-4: Phép chiếu g−ơng qua mặt đất . )( r h ln d D ln K 112 2 2 2 12 12 −= Trong đó: + h2: độ cao trung bình của dây chống sét. + D12: khoảng cách giữa dây pha vμ ảnh của dây chống sét. + d12: khoảng cách giữa dây chống sét vμ dây pha. + h1: độ cao trung bình của dây dẫn pha. + λ: hệ số hiệu chỉnh vầng quang (λ = 1,3) đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 15 Theo kết quả tính tr−ớc ta có: hdd A = 10,8m ; hdd B = hdd C = 7,8m ; hdd cs = 15,2m. áp dụng định lý Pitago ta có khoảng cách từ dây chống sét đến các dây pha vμ từ dây pha đến ảnh của dây chống sét nh− hình ( 2  5). Với pha A: m,,,)IA()ID(d 4645124 222212 =+=+= D 'K BC 1,75m A D 4, 2m 12 m 9m 16 ,2 m 16 ,2 m K 1,5m Hình 2-5: Xác định khoảng cách theo phép chiếu g−ơng qua mặt đất. m,,)IE()IA(D 046242451 222212 =+=+= Với pha B,C: m,,,)IB()ID(d 41775127 222212 =+=+= m,,)IE()IB(D 081818751 222212 =+=+= đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 16 Hệ số ngẫu hợp giữa pha A vμ dây chống sét : áp dụng công thức (2  11): 197680 1055 2152 464 524 3 , ., ,. ln , , ln K == − Khi có vầng quang: KA-cs vq = KA-cs. λ = 1,3. 0,19768 = 0,257. Hệ số ngẫu hợp pha B (hoặc pha C )với dây chống sét: 10 1055 2152 417 0818 3 , ., ,. ln , , ln KK csCcsB === − −− Khi có vầng quang : 1303110 ,,.,KK vq csC vq csB === −− 2.1.2.5- Góc bảo vệ của chống sét. Từ hình (2  2 ) ta có: 065193570 24 51 ,, , , tg AA =α⇒==α 066132430 27 751 ,, , , tgtg CBCB =α=α⇒==α=α 2.1.2.6- Số lần sét đánh vμo đ−ờng dây. áp dụng công thức (2-4) với l = 100km ; hddcs = 15,2 m ; nng.s= 70ngμy/ năm ; mật độ sét = 0,15. Ta có: N = 0,15. 6 . 15,2. 70. 100. 10-3 = 96 lần/ 100km. năm. Từ cơ sở lý thuyết vμ các kết quả trên ta tiến hμnh tính toán suất cắt cho đ−ờng dây với ba khả năng đã nêu đối với đ−ờng 110kV. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 17 2.2 - tính suất cắt của đ−ờng dây 110kv do sét đánh vòng qua dây chống sét vμo dây dẫn. Đ−ờng dây có U ≥ 110kV đ−ợc bảo vệ bằng dây chống sét, tuy vậy vẫn có những tr−ờng hợp sét đánh vòng qua dây chống sét vμo dây dẫn. Tuy xác suất nμy nhỏ nh−ng vẫn đ−ợc xác định bởi công thức sau: 4 90 h Vlg cs −α=α (2-15) Trong đó: α: góc bảo vệ của dây chống sét ( độ). hcs : chiều cao cột đỡ dây chống sét ( m). Khi dây dẫn bị sét đánh, dòng trên dây dẫn lμ IS/4, vì mạch của khe sét sẽ đ−ợc nối với tổng trở sóng của dây dẫn có trị số nh− hình (2  6 ) Zdd /2 Zdd / 2 Is / 4 Is/4 Is / 2 Is Z0 Hình (2  6): Dòng điện sét khi sét đánh vμo dây dẫn. Có thể coi dây dẫn hai phía ghép song song vμ Zdd = (400ữ500) Ω nên dòng điện sét giảm đi nhiều so với khi sét đánh vμo nơi có nối đất tốt. Ta có dòng điện sét ở nơi đánh lμ: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 18 )( I Z Z Z II s dd s 1322 20 0 −≈ + = Z0: Tổng trở sóng của khe sét. Điện áp lúc đó trên dây dẫn lμ: 4 Z.I U ddsdd = (2-14) Khi Udd ≥ U50%s của chuỗi sứ thì có phóng điện trên cách điện gây sự cố ngắn mạch 1 pha N(1 ) từ ( 2  14) ta có thể viết: s % dds U Z.I 504 ≥ Hay độ lớn của dòng điện sét có thể gây nên phóng điện trên cách điện lμ: dd s % s Z U I 50 4≥ Ta có xác suất phóng điện trên cách điện lμ: )152(eeV dd s %50s Z.1,26 U.4 1,26 I pd −== −− Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vμo dây dẫn: Nα = N. Vα (2  16) Trong đó: N: tổng số lần phóng điện sét của 100 km đ−ờng dây đã đ−ợc xác định tại mục 2.1.4 lμ: 96 lần / 100km. năm. Vα: Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vμo dây dẫn đ−ợc xác định theo ( 2  12) Xác suất hình thμnh hồ quang η phụ thuộc vμo gradien của điện áp lμm việc dọc theo đ−ờng phóng điện ( Elv): )172()m/kV( l U E pd lv lv −= đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 19 + lpđ: Chiều dμi đ−ờng phóng điện lấy bằng chiều dμi chuỗi sứ ( m ). + Ulv: Điện áp pha của đ−ờng dây. )m/kV(, ,. E lv 952213 110 == Dựa vμo bảng (21  1) sách giáo trình kỹ thuật điện cao áp vẽ đồ thị vμ bằng ph−ơng pháp nội suy ta có: η = 0,63 Bảng 2  1: Xác định hình thμnh hồ quang: )m/kV( l U E pd lv lv = 50 30 20 10 η (đơn vị t−ơng đối) 0,6 0,45 0,25 0,1 Ta có suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vμo dây dẫn: ndd = Nvα. vpđη (2  18) η0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 60 50 40 30 20 10 0 Elv (kV /m) Hình (2  7): nội suy để xác định η đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 20 Từ ( 2  18) ta thấy vα vμ vpđ đều phụ thuộc tỷ lệ chiều cao cột h hay độ cao dây dẫn vμ góc bảo vệ α, độ cao dây dẫn tăng hoặc α tăng đều lμm cho ndd tăng, vậy ta chọn pha A lμ pha có góc bảo vệ α lớn nhất vμ hddA lớn hơn so với pha B vμ pha C để tính suất cắt cho đ−ờng dây. Pha A có αA = 19,65 0; hddA = 10,8m. Zdd A = 463,75 Ω ; hcs= 16,2m. Thay các số liệu trên vμo công thức ( 2  12 ) ta có: 31075601234 90 2166519 −=α⇒−=−=α .,V,,.,Vlg Xác suất phóng điện trên cách điện pha A theo công thức ( 2  15 ) 804075463126 6604 126 4 126 50 ,eeeV ,., . Z., U. , I pd dd s %s ==== −−− U50%c = 660kV đối với đ−ờng dây 110kV [ tra bảng ( 9  5) Kỹ thuật điện cao áp ]. Thay số vμo (2  18 ) ta có: ndd = 96. 0,756.10 -3. 0,804. 0,63. = 0,03676 lần / 100km. năm. 2.3- Tính suất cắt của đ−ờng dây 110kV do sét đánh vμo khoảng v−ợt. Theo sách h−ớng dẫn thiết kế Kỹ thuật điện cao áp thì số lần sét đánh vμo khoảng v−ợt lμ: Nkv= N / 2 ( 2  19) Trong đó: N lμ số lần sét đánh vμo đ−ờng dây đã đ−ợc tính ở trên mục (2.1.4) N = 96 lần / 100km. năm. Vậy Nkv = 96 / 2 = 48 lần / 100km. năm. Trong 48 lần sét đánh vμo khoảng v−ợt thì xác suất hình thμnh hồ quang khi phóng điện đã đ−ợc xác định tại mục [ 2.2 ] bằng ph−ơng pháp nội suy đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 21 trên hình (2-7) đ−ợc η = 0,63. Suất cắt của đ−ờng dây 110kV do sét đánh vμo khoảng v−ợt nh− sau: nkv = Nkv. Vpđ. η (2  20) Để tính Vpđ ta phải xác định xác suất phóng điện trên cách điện của đ−ờng dây. 2.3.1- Ph−ơng pháp xác định Vpđ. Ta coi dòng điện sét có dạng xiên gócvới biên độ Is = a. t. Quá điện áp sét xuất hiện trên cách điện của đ−ờng dây gồm hai thμnh phần: lvcdcd U)a,I(U)t(U +′= Trong đó: + :)a,I(Ucd′ lμ thμnh phần quá điện áp do dòng sét gây ra phụ thuộc vμo biên độ (I) vμ độ dốc sét (a). + Ulv : điện áp lμm việc của đ−ờng dây Xác suất các dòng điện sét có biên độ I ≥ Is vμ độ dốc a ≥ as lμ: ) , a , I ( a,I ss eV 910126 +−= (2  22) Tại thời điểm ti nμo đó điện áp trên cách điện lớn hơn hoặc bằng điện áp chịu đựng cho phép của cách điện, lấy theo đặc tính vôn  giây (V- S) của chuỗi sứ, thì phóng điện sẽ xảy ra: ( 2  23) ⎭⎬ ⎫ ⎩⎨ ⎧ = =+′= iii ipdlviicdicd t.aI )t(UU)a;I.(U)t(U Upđ(ti) điện áp phóng điện lấy theo đặc tính vôn giây ( V  S ) tại ti . Do coi dòng điện có dạng I = a. t thì thμnh phần Ucđ' (I,a) tỷ lệ với độ dốc a. có thể đặt: Ucđ ' (I,a) = Z.a (2  24) Vậy: Upđ (ti) = Z.ai + Ulv (2  25) Hay ta có độ dốc đầu sóng nguy hiểm ai tại thời điểm ti: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 22 Z U)t(U a lvipd i −= (2  26) Z lμ hằng số đối với I vμ a nên có thể tính đ−ợc: a U)t(U Z lvipd −= (2  27) Từ ( 2  26 ) vμ ( 2  27 ) ta có: a )t(U U)t(U a icd lvipd i ′ −= ( 2  28 ) Mặt khác ta có : iii t.aI = Dựa vμo các cặp (Ii,ai ) vẽ đ−ờng cong nguy hiểm hình (2  8) Miền nguy hiểm I a Hình (2  8): Đ−ờng cong nguy hiểm Xác suất phóng điện đ−ợc tính theo xác suất xuất hiện ở miền bên phải phía trên đ−ờng cong nguy hiểm ở hình (2  8) Từ đ−ờng cong nguy hiểm ta có thể xác định đ−ợc: , với: ∫= 1 0 aipd dV.VV 910126 , a a , I i ii eV;eV −− == Bằng ph−ơng pháp gần đúng vμ tuyến tính hoá đ−ờng cong nguy hiểm chia đ−ờng cong thμnh: n = ( 10 ữ 15 ) khoảng, ta có: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 23 ∑ = Δ= n i aIpd ii V.VV 1 Sau khi xác định đ−ợc Vpđ , thay số vμo ( 2  20 ) ta có suất cắt do sét đánh vμo khoảng v−ợt của đ−ờng dây 110kV. 2.3.2- Trình tự tính toán. Để đơn giản hoá trong tính toán, coi nh− sét đánh vμo khoảng giữa của dây chống sét trong khoảng v−ợt, khi đó dòng điện sét đ−ợc chia đều cho hai phía của dây chống sét nh− hình (2  9 ). a.t/2 a.t/2 Hình (2  9) : Sét đánh vμo dây chống sét giữa khoảng v−ợt. R CR C R C Nh− giả thiết dòng điện sét có dạng xiên góc: ⎢⎣ ⎡ τ≥τ τ<= dsds ds s t nếu.a t nếut.a I Ta sẽ tính toán Is ứng với các giá trị trong bảng (2  1) sau đây: a(kA / μs) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 t (μs) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Điện áp trên dây chống sét tại đỉnh cột có trị số Ucs lμ: ( )cccccccs Lt.RaLaRt.adt t.a d .LR t.a U +=+= ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ += 222 2 2 ( 2  30 ) ( 2  29 ) Trong đó: + Rc: điện trở nối đất cột đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 24 + Lc: điện trở thân cột tính theo chiều cao vị trí dây chống sét. Lc = hcs. L0 L0: điện cảm đơn vị dμi của cột ( L0 = 0,6 μH/m ) Với hcs = 16,2m ta có Lc=16,2.0,6 = 9,72 μH Điện áp trên dây dẫn lμ Udd có kể đến ảnh h−ởng của vầng quang: Udd = - Kvq.Ucs + Ulv Trong đó: + Ulv lμ điện áp trung bình của pha. kV,.. , U .U. dt.t.sin.U. U lv lv 1757 3 2110 143 2 3 22 3 21 0 == π= ω π= ∫ π Kvq: hệ số ngẫu hợp của dây dẫn pha với dây chống sét có kể đến ảnh h−ởng của vầng quang. Điện áp đặt trên chuỗi cách điện lμ tổng đại số của Udd vμ Ucs: Ucđ = Ucs + Udd = Ucs- Kvq. Ucs + Ulv ( 2  31 ) Ucđ = Ucs. (1- Kvq ) + Ulv ( ) ( ) lvvqcccd UK.Lt.R.aU +−+= 12 ( 2  32 ) Từ biểu thức ( 2  32 ) ta thấy khi Kvq nhỏ thì Ucđ lớn do vậy theo tμi liệu h−ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp cao áp thì khi tính toán phải tính với pha có hệ số ngẫu hợp nhỏ nhất ở mục ( 2.1.3.3 ) ta có: 1302570 ,KK;,K vq csC vq csB vq csA === −−− Ta tính Ucđ với Kvq = 0,13; Rc = 20 Ω. Ucđ = a/2. (20. t + 9,72 ). (1- 0,257) + 57,17 (kV) Cho các giá trị a khác nhau ta tính đ−ợc điện áp đặt lên chuỗi cách điện của đ−ờng dây nh− trên bảng ( 2  2 ) Bảng ( 2  2 ): Giá trị Ucđ khi sét đánh vμo khoảng v−ợt, khi độ dốc a thay đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 25 đổi vμ ở các thời điểm khác nhau với Rc = 20 Ω a t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 168 242 316 390 465 539 613 688 762 836 20 278 427 575 724 872 1021 1170 1318 1467 1615 30 388 611 834 1057 1280 1503 1726 1949 2172 2394 40 499 796 1093 1390 1688 1985 2282 2579 2876 3174 50 609 981 1352 1724 2095 2467 2838 3210 3581 3953 60 720 1165 1611 2057 2503 2949 3394 3840 4286 4732 70 830 1350 1870 2390 2910 3431 3951 4471 4991 5511 80 940 1535 2129 2724 3318 3912 4507 5101 5696 6290 90 1051 1720 2388 3057 3726 4394 5063 5732 6400 7069 100 1161 1904 2647 3390 4133 4876 5619 6362 7105 7848 10 Từ các giá trị trên ta vẽ đ−ờng Ucđ = f(t) vμ a, trên hình vẽ còn thể hiện đ−ờng đặc tính (V- S) của chuỗi cách điện Đ−ờng đặc tính vôn  giây (V  S) của chuỗi cách điện sẽ cắt các hμm Ucđ = f(a; t; Rc) tại các vị trí mμ từ đó ta có thời gian xảy ra phóng điện trên chuỗi sứ nh− hình (2  11). Đặc tuyến vôn  giây (V-S) của chuỗi sứ đ−ợc tra trong bảng 25 sách h−ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Bảng ( 2  3 ): Đặc tính vôn  giây (V-S) của chuỗi cách điện t(μs) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Upđ (kV) 1020 960 900 855 830 810 805 800 797 795 Từ các giá trị trên ta vẽ đ−ợc đ−ờng f(t) vμ a, trên hình vẽ nμy còn thể hiện đ−ờng đặc tính vôn  giây (V-S) của chuỗi cách điện. Ta có đồ thị hình (2  11) Từ đồ thị hình (2  10 ) ta có: ti = 0,53; 0,61; 0,73; 0,88; 1,13; 1,42; 1,95; 2,9; 4,88; 11,9 Tại thời điểm phóng điện ti t−ơng ứng các độ dốc đầu sóng ai ta có trị số sét nguy hiểm: Ii = ai. ti , từ cặp số của (I ; a) ta vẽ đ−ợc đ−ờng cong thông số nguy hiểm hình (2  10). đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 26 100 80 60 40 20 0 Miền nguy I ( kA ) Miền nguy ể 10 20 30 40 50 60 70 80 90 a (kA/μs) Hình(2 10): Đ−ờng cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vμo khoảng v−ợt. Trong hình 2-11 d−ới đây ta l−u ý các điểm sau : - Xác suất phóng điện Vpđ lμ xác suất mμ tại đó có các cặp thông số (Ii;ai) thuộc miền nguy hiểm { }N)I;a(PVpd ∈= - Các cặp số (Ii ; ai) nằm trong miền giới hạn nguy hiểm thì sẽ xảy ra phóng điện. Do đó xác suất phóng điện trên cách điện chính lμ xác suất để cho cặp số (Ii ; ai) thuộc miền nguy hiểm. dVpđ = P (a ≥ ai) P (I ≥ Ii ). ( 2  33 ) Trong đó: + P(I ≥ Ii ): lμ xác suất để cho dòng điện I lớn hơn giá trị dòng điện Ii nμo đó. + P(a ≥ ai): lμ xác suất để cho độ dốc a lớn hơn giá trị ai nμo đó để gây ra phóng điện đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 27 Hình 211: Điện áp đặt lên cách điện của đ−ờng dây khi sét đánh vμo khoảng v−ợt Ucđ (a,t) với Rc = 20 Ω vμ đặc tính vôn  giây (V- S) của chuỗi cách điện Upđ (t). + P(a ≥ ai) = P( ai  da ≤a≤ ai + da ) = dVa Với: ( )i, a a aaPeV i ≥== − 910 Thay vμo biểu thức ( 2  34 ) đ−ợc: dVpđ = Vi.dVa μa=100kA/ s 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 1 2 3 4 5 Đặc tính (v- s) μa=90kA/ μa=80kA/ s μa=70kA/ s μa=60kA/ s a=50kA/μ μa=40kA/ s μa=30kA/ s μa=20kA/ s μa=10kA/ 1 2 3 4 5 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 28 ∫=⇒ 1 0 aIpd dV.VV Bằng ph−ơng pháp sai phân xác định đ−ợc: ∑ Δ= = n 1i aiIipd VVV ( 2  34 ) Với : 9,10 a a 1,26 I I ii eV;eV −− == Do trong tính toán về đ−ờng cong thông số nguy hiểm ta chỉ tính với 10 giá trị của a vμ I nên phải tiến hμnh ngoại suy để phủ kín các giá trị của chúng. Ta đ−ợc các kết quả nh− bảng (2  4 ). Tính đ−ợc Vp.đ = 0,00767. 2.3.3- Tính suất cắt tổng do sét đánh vμo khoảng v−ợt đ−ờng dây tải điện 110kV. Suất cắt do sét đánh vμo khoảng v−ợt đ−ợc xác định theo công thức: nkv = Nkv . Vpđ . η (lần / 100km. năm ) ( 2  35 ) Nkv = N/ 2 = 96/ 2 = 48 Vậy: nkv = 48. 0,00767. 0,63 = 0,204 ( lần / 100km. năm ) 2.4- tính suất cắt của đ−ờng dây110kV do sét đánh vμo đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột. Đối với đ−ờng dây có dây chống sét bảo vệ, phần lớn thì sét đánh vμo dây chống sét ở khoảng v−ợt vμ đánh vμo khu vực đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột. Để đơn giản ta xét tr−ờng hợp sét đánh ngay đỉnh cột nh− hình (2  12 ): IcsIcs I≈0 ic icic R RR đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 29 2.4.1- Lý thuyết tính toán. Khi sét đánh vμo đỉnh cột đ−ờng dây có treo dây chống sét, đa số dòng điện sét sẽ đi vμo đất qua bộ phận nối đất của cột, phần còn lại theo dây chống sét đi vμo các bộ phận nối đất của các cột lân cận. Điện áp trên cách điện của đ−ờng dây khi sét đánh vμo đỉnh cột có treo dây chống sét lμ: lvcs d cu isddiCdd ccccd U)t(kU)t(Udt d )t(M dt d LRi)t(U +−+++= ( 2  36 Trong biểu thức trên điện áp xuất hiện trên cách điện gồm: + Thμnh phần điện áp giáng trên điện trở vμ điện cảm của cột do dòng sét đi trong cột gây ra: dt d LRi icddccc + +Thμnh phần điện của điện áp cảm ứng xuất hiện trên dây dẫn do hỗ cảm giữa dây dẫn vμ kênh sét gây ra: dt d )t(M isdd+ +Thμnh phần từ cuả điện áp cảm ứng xuất hiện trên dây dẫn do hỗ cảm giữa dây dẫn vμ kênh sét gây ra: d cuU+ +Thμnh phần điện áp do dòng điện đi trong dây chống sét gây ra, k lμ hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn vμ dây chống sét : kUcs +Điện áp lμm việc trung bình của đ−ờng dây : Ulv đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 30 Dấu trừ (-) thể hiện điện áp nμy ng−ợc dấu với thμnh phần điện áp khác trong công thức (2  36).Vì vậy thμnh phần nμy lμm giảm điện áp trên cách điện khi bị sét đánh. 2.4.1.1- Các thμnh phần điện áp giáng trên điện trở vμ điện cảm của cột do dòng điện sét đi trong cột gây ra. Các thμnh phần điện áp giáng trên điện trở vμ điện cảm của cột do dòng điện sét đi trong cột vμ điện áp trên dây chống sét liên quan với nhau vì chúngphụ thuộc vμo điện áp đi trong cột vμ dây chống sét. Để tính toán các thμnh phần nμy có thể dựa vμo sơ đồ t−ơng đ−ơng của mạch dẫn dòng điện sét. Ta chia lμm hai tr−ờng hợp: a/ Tr−ờng hợp 1: Khi ch−a có sóng phản xạ từ cột bên trở về: v l. t kv 2≤ Trong đó : + lkv: lμ chiều dμi khoảng v−ợt +ν = c. β với: c lμ tốc độ ánh sáng ; β: tốc độ phóng điện ng−ợc t−ơng đối của dòng sét. Sơ đồ t−ơng đ−ơng của mạch dẫn dòng điện sét nh− hình ( 2  13 ) ic ics ics is 2 vq csZ dt di tM scs ).( 2ics Rc cs cL is ic Hình ( 2  13 ): Sơ đồ t−ơng đ−ơng mạch đẫn dòng sét khi ch−a có sóng phản xạ tới đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 31 Trong sơ đồ dòng sét đ−ợc coi nh− một nguồn dòng, còn thμnh phần từ của điện áp cảm ứng trên dây chống sét nh− một nguồn áp. Mcs lμ hỗ cảm giữa kênh sét vμ mạch vòng " dây chống sét - đất ". ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +Δ Δ−β+ += 1 h H ln h2 h H).1( Ht.v ln.h.2,0)t(M cs cs cs (2-37) Trong đó: +hcs : độ cao dây chống sét ; hdd: độ treo cao của dây dẫn ; hc: độ cao của cột. +H = hdd + hcs ; +Δh = hc - hdd ; +β : tốc độ phóng điện ng−ợc t−ơng đối của dòng sét. Theo sách h−ớng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp ta có β = 0,3. +ν = β.c với c lμ tốc độ ánh sáng c = 3.108 m/s = 300m/μs +Lc cs ; Lc dd : lμ điện cảm của cột từ mặt đất tới dây chống sét hoặc dây dẫn. ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −Δ Δ+= 1 h H ln h2 h r H2 lnh.2,0L ddtd dd dd c ( 2  38 ) Khi tính cho dây chống sét ta chỉ việc thay hdd bởi hcs rtd: Bán kính t−ơng đ−ơng của dây tiếp địa từ cột xuống cọc nối đất chính lμ dây dẫn dòng sét trong thân cột. Từ sơ đồ thay thế dây chống sét đ−ợc biểu thị bởi tổng trở sóng của dây chống sét, có xét đến ảnh h−ởng của vầng quang. Từ sơ đồ hình ( 2  13 ) ta viết hệ ph−ơng trình nh− sau: Ph−ơng trình mạch vòng(*) Ph−ơng trình thế nút(**) ⎪⎭ ⎪⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ ==+ =+++ (**)t.aiii (*) Z .i)t(M.a dt di .LR.i scsc vq cs scs ccs cc 2 0 2 2 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 32 Giải hệ ph−ơng trình nμyđ−ợc kết quả lμ: ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ α−−= 1 2 vq cs cs vq csvq cs c Z )t(Mt.Z Z a )t(i (2  39 ) c vq cs vq csc cs c c vq cs R.Z Z.a dt di L. R.Z 2 2 2 1 + = +=α Tổng trở sóng của dây chống sét Zcs đ−ợc xác định bởi: cs tb cs cs r h. ln.Z 2 60= (2  40 ) Trong đó: 2 3 2 ds r fhh cs cscs tb cs = −= Điện áp giáng trên dây chống sét Ucs (t) =ics (t).Zcs b/ Tr−ờng hợp 2: Khi có sóng phản xạ từ cột bên trở về: t > 2lkv / v: Tr−ờng hợp nμy tính chính xác phải áp dụng ph−ơng pháp đặc tính, ở đây để đơn giản ta tính gần đúng tức lμ có thể thay dây chống sét bằng điện cảm tập trung nối tiếp với điện trở của đất của hai cột bên cạnh nh− hình ( 2  14 ) 2ics 2 csL dt di tM scs ).( 2ics Rc cs cL is ic 2 csR đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 33 Hình 214: Sơ đồ t−ơng đ−ơng mạch dẫn dòng điện khi có sóng phản xạ tới Lcs : lμ điện cảm của một khoảng v−ợt dây chống sét khong kể đến ảnh h−ởng của vầng quang. c i.Z L kvcs.ocs = ( 2  41 ) Trong đó: + Zo.cs : lμ tổng trở sóng của dây chống sét không kể đến ảnh h−ởng của vầng quang . + lkv : chiều dμi khoảng v−ợt + c : tốc độ ánh sáng c =300/μs Từ sơ đồ ta xác định đ−ợc: [ ] [ ] )(e.. R )t(ML.a dt di )()e.( R )t(ML.a )t(i t.cscsc t.cscs c 432 2 2 4221 2 2 2 2 2 −α−= −−−= α− α− c cscs L.L R 2 2 2 + =α 2.4.1.2-Thμnh phần điện của điện áp cảm ứng. Khi không có dây chống sét: ( ) ( ) ( ) ( ) )(H.h. Ht.V.ht.V.ht.V ln. a.h., )t(U cvdddcu 442 1 10 2 − Δβ+ +Δ++ β= Khi có dây chống sét: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= dd csd o.cu d cu h h K1).t(U)t(U (2-45) Với K lμ hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn với dây chống sét. 2.4.1.3-Thμnh phần từ của điện áp cảm ứng: Độ dốc của dòng sét a = (dic/dt) có thể coi lμ một hằng số đối với mỗi dòng điện sét. Do đó để tính thμnh phần từ của điện áp cảm ứng ta phải xác định Mdd(t). đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 34 )( h H ln. h h H).( Ht.v lnh,)t(M dd dd dd 4621 21 20 −⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +Δ Δ−β+ += 2.4.1.4-Xác định suất phóng điện Vpđ : Từ các giá trị điện áp giáng trên chuỗi cách điện vμ từ đặc tuyến vôn  giây của chuỗi sứ ta có các giá trị thời gian xảy ra phóng điện (ti) . Biên độ dòng điện sét nguy hiểm sẽ lμ: Ii = ai. ti Từ đây ta có xác suất phóng điện lμ: )472( V.VV n 1i aIpd ii −∑ Δ= = Suất cắt do sét đánh vμo đỉnh cột: nc = Vpđ . Nc .η 2.4.2-Trình tự tính toán. Số lần sét đánh vμo đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột. Nc =N/2 = 96/2 = 48 lần /100km.năm Xác suất hình thμnh hồ quang: η = 0,63 Xác định Vpđ : Để xác định Vpđ ta phải xác định điện áp đặt trên chuỗi cách điện khi sét đánh vμo đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột. Rc = 20Ω Lc dd = Lo.hdd = 0,6.12 = 7,2μH với Lo lμ điện cảm đơn vị dμi thân cột. v = β.c = 0,3.300 = 90 m/μs lμ vận tốc phóng điện ng−ợc của dòng điện sét (theo sách h−ớng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp ta có β = 0,3 ; c lμ vận tốc ánh sáng c = 300m/μs). Ulv vận tốc trung bình của đ−ờng dây. kV, . .. U lv 17573 11022 =π= Các thμnh phần còn lại của điện áp trong công thức ( 2  36 ) đều phụ thuộc vμo độ dốc a, thời gian t vμ độ cao của dây dẫn. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 35 2.4.2.1- Điện áp giáng trên chuỗi cách điện của pha A. a/ Thμnh phần điện của điện áp cảm ứng: Thay công thức( 2  43 ) vμo công thức ( 2  44 ) ta có: )( H.h.h.)( )Ht.v).(ht.v().ht.v( ln. a.h., . h h.K )t(U c c A dd A dd csd cu 482 1 10 1 2 −⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ Δβ+ +Δ++ β⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= Trong đó: +Hệ số ngẫu hợp khi có ảnh h−ởng của vầng quang pha A : KA-cs vq = 0,257 (đã tính ở 2.1.3.3 ). + hcs =hc =16,2m ; hdd = hdd A = 12m. H = hcs + hdd = 16,2+12 = 28,8m ; Δh = hcs  hdd =16,2  12 = 4,2m. β = 0,3 ;lấy a = 10 ; t = 3μs. Ta có bảng (2  4 ) b/ Thμnh phần từ của điện áp cảm ứng: dt di )t(M dt di .L)t(U sdd cdd c t cu += ; Lc dd = Lo.hdd A = 7,2μH áp dụng công thức ( 2  46 ) ta có: 9581 24 228 122 24 228301 2283901220 , , , ln. . , ,).,( ,. ln..,)t(M dd =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +−+ += a =dis/dt : độ dốc đầu sóng của sét dic/dt: tốc độ biến thiên của dòng điện đi trong thân cột có xét tới sự thay đổi tr−ớc vμ sau phản xạ của sóng sét từ cột lân cận trở về. c/ Điện áp trên dây dẫn gây ra bởi dòng điện sét đi trong dây chống sét K.Ucs(t).: dt di ).t(M dt di .LR.i)t(U ccsccscsscs ++= Lc cs = Lo . hcs = 9,72μH đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 36 - Ta phải tìm ic vμ dic /dt trong hai tr−ờng hợp: + Tr−ờng hợp 1: Tr−ớc khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về đó lμ khoảng thời gian t ≤ 2.lkv /c (lkv = 150m lμ chiều dμi khoảng v−ợt ). t ≤ 2.150 /300 =1μs. Theo công thức ( 2  39 ) vμ ( 2  40 ) ta có: ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ α−−= 1 2 vq cs cs vq csvq cs c Z )t(Mt.Z Z a )t(i c vq cs vq csc R.Z Z.a dt di 2+= trong đó : csc c vq cs L. R.Z 2 2 1 +=α Nhận xét: Khi R; a; t thay đổi thì ic (t) vμ dic /dt thay đổi. + Tr−ờng hợp 2: Khi có sóng sét phản xạ từ cột lân cận trở về : Đó lμ thời gian t > 2.lkv hay t > 2.150 /300 = 1μs. Theo công thức ( 2  42 ) vμ ( 2  43 ) ta có: [ ] )492( )e1.( R2 )t(M2L.a )t(i t.cscsc 2 −−−= α− Vμ : [ ] )502( e.. R2 )t(M2L.a dt di t. 2 cscsc 2 −α−= α− Trong đó: 1440 729219257 202 2 2 2 ,,., . L.L R. cs ccs c =+=+ =α Viết lại biểu thức điện áp trên chuỗi cách điện: lvcs d cu isddiCdd ccccd U)t(kU)t(Udt d )t(M dt d LRi)t(U +−+++= Với dis / dt = a ta có : )t(M.a dt di LRi)t(U cscddccccs ++= Ta có: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 37 lv d cu csddcs c dd c c cccd U)t(U)t(M.K)t(M.(a)L.KL(dt di )K(Ri)t(U ++++−+−= 1 Với K lμ hệ số ngẫu hợp của pha A với dây chống sét có kể đến ảnh h−ởng của vầng quang KA-csv q = 0,254 Thay số vμo ta có: 17,57)t(U)}t(M.257,0)t(M.{a )72,9.257,02,7( dt di )257,01(Ri)t(U d cu csdd c cccd +++ +−+−= (2  51) 2.4.2.2 - Điện áp giáng trên chuỗi cách điện của pha B; C. a/ Thμnh phần Ucu đ(t) theo công thức (2-) vμ (2-) Với β = 0,3; KB-csvq = 0,257 ; hdd = hddB = 9 m ; H = hcs+ hdd B = 16,2 + 9 = 25,2m Δh = hcs- hddB = 7,2m )(,tt.),t,(ln.a.,)t(U ,.,.,.),( ),t.).(,t.().,t.( ln. , .a.,,., )t(U d cu d cu 5224411829168100054030072 22824216301 22890249021690 30 910 9 21617201 2 2 −⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +++= ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ + +++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= b /Thμnh phần Ucu t (t) : Lc dd = L0hdd B = 5,4μH )( dt di .L dt di ).t(M)t(U cddc sddt cu 532 −+= [ ]19305077045281 5421 27 228 92 27 228301 22890920 +−+= −⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−+ += ,ln,),t,ln(,M )( , , ln . , ,).,( ,t ln.,M dd dd c / Thμnh phần điện áp trên dây dẫn gây ra bởi dòng điện sét đi trong dây chống sét: k.Ucs(t) dt di )t(M dt di .LR.i)t(U scsccsccccu ++= Theo tính toán pha A ta đã xác định đ−ợc α1 ; α2 Lcs đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 38 Theo công thức ( 2  3 ) ta có : [ ]193220770452243 5521 27 228 2162 27 228301 2289021620 +−+= −⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−+ += ,ln.,),t,ln(.,M )( , , ln ,. , ,).,( ,t ln,.,M cs cs d/ Với pha B,C ta có : 17,57)t(U)}t(M.257,0)t(M.{a )72,9.257,02,7( dt di )257,01(Ri)t(U d cu csdd c cc )C(B cd +++ +−+−= 2.4.2.3- So sánh điện áp giáng trên chuỗi cách điện pha A vμ pha B. ở cùng một thời gian tác động vμ cùng một độ dốc của dòng điện sét, ở cùng một thời gian tác động vμ cùng độ dốc của dòng điện sét, nếu chuỗi cách điện của pha nμo có điện áp giáng lớn hơn thì pha đó có xác suất phóng điện lớn hơn. Chọn thông số của dòng điện sét tính toán : t = 3μs; a =10kA/μs. a/ Tính toán với pha A: Thay t vμ a vμo các công thức ( 2  52 ); ( 2  53 ) ; ( 2  54 ): kV5,146)t(U dcu = 23,91 2,4 2,28 ln 2,16.2 2,4 2,28).3,01( 2,283.90 ln2,16.2,0)t(M 63,61 2,4 2,28 ln. 12.2 2,4 2,28).3,01( 2,283.90 ln12.2,0)t(M cs dd =⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−+ += =⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−+ += Thay t ; a đã chọn vμ R =20Ω vμo công thức ( 2  39 ) vμ ( 2  40 ): [ ]( ) s/kA,),.,( ,, e. dt di kV,e.,, . )t(i ., c ., c μ=−+= =−−= − − 65239219257 72919257 10 830123919257 202 10 31440 31440 Thay các giá trị Uc− dd(t); Mdd(t) ; Mcs(t) ; ic(t) ; dic/dt vμo ( 2  5 0): Ucđ A (t) = (1-0,254).20.30,8+5,6.(7,2-0,254.9,72)+ đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 39 +10. (6,63+0,254. 9,23)+146,5+57,17 = 716,3kV b/Tính toán với pha B: ( ) kV, ,.,.,.),( ,.).(,.(.,. ln. , .., . ,., )t(U dcu 15124 22527216301 22539027390216390 30 91010 9 1302161 2 = ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ + +++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= ( ) ( ) 595469219257 729219257 10 85201469219257 202 10 4691 27 225 2162 27 22531 22539021620 23651 27 225 92 27 22531 225390920 31440 31440 ,),.,( ,., e. dt di ,e.,., . )t(i , , , ln ,. , ,., ,. ln,.,)t(M , , , ln. . , ,, ,. ln.,)t(M ., c ., c cs dd =−+= =−−= =⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−+= =⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−+ += − Thay các giá trị vừa tính toán vμo công thức ta có: Ucđ B(t) = (1-0,13)20.20,85+5,59(5,4- 0,13.9,72)+10(5,236+0,13.9,46) +124,15+57,17 = 631,9kV. So sánh điện áp trên cách điện khi đ−ờng dây bị phóng điện ta thấy: Ucđ A = 716,3kV > Ucđ B = 631,9kV. Vậy với cùng một tham số của dòng điện sét thì chuỗi cách điện của pha A phải chịu điện áp lớn hơn so với pha B vμ Pha C. Do đó ta sẽ tính xác suất phóng điện khi sét đánh vμo đỉnh cột với các thông số kỹ thuật của pha A. 2.4.3-Tính xác suất phóng điện. Trong biểu thức tính ic(t) vμ dic/dt ta phải tính tr−ớc Mcs(t) với các khoảng chia nhỏ của thời gian (với t = 3μs). 41,81 2,4 2,28 ln 2,16.2 2,4 2,28).3,01( 2,28t.90 ln2,16.2,0)t(M 63,61 2,4 2,28 ln. 12.2 2,4 2,28).3,01( 2,28t.90 ln12.2,0)t(M cs dd =⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−+ += =⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−+ += Bảng (2 5): Giá trị tính toán của Mcs(t) vμ Mdd(t) "với t = 3μs " đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 40 t(μs) 0,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Mdd(t) 3,26 4,41 5,76 6,63 7,26 7,76 8,2 8,53 8,83 9,1 9,4 Mcs(t) 3,86 5,41 7,24 8,41 9,26 9,94 10 11 11,4 11,7 12 Từ kết quả trong bảng ( 2- 4 ) ta tính ic(t); dic/dt theo a vμ R với 2 khoảng thời gian lμ t ≤ 1μs vμ t ≥ 1μs. a/ Với t ≤ 1μs ta tính ic(t) ; dic /dt theo công thức (249) vμ công thức (2 50) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+= =+=α⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ α−+ = 522 2 397 202387 522 7292 2023972 2 1 1 , )t(M. t. . a )t(i , ,. . ; )t(M. t.Z RZ a )t(i cs c csvq cs c vq cs c a., . .a R.Z Z.a dt di c vq cs vq csc 9080 202397 397 2 =+=+ = b/ Với t ≥ 1μs ta xác định ic(t) vμ dic /dt theo công thức ( 2  49 ) vμ (2  50) ta đ−ợc kết quả ở bảng (2  6 ) vμ bảng (2  7 ): [ ] [ ] )e1.()t(M219,257 20.2 a )t(i 144,0 )e1.(L R.2 a )t(i t.144,0 csc 2 t. )t(M.2cs c c 2 cs − α− − −−= =α −= [ ] 729219257 2 2 14402 ,., e.a )t(ML. LL e,a dt di t., cscsc cscs t. c +=−+ = −α− Cho biên độ dòng sét nhận các giá trị khác nhau từ 10 đến 100kA chúng ta tính đ−ợc điện áp đặt lên cách điện của đ−ờng dây. Kết quả tính đ−ợc ghi ở bảng (2  8). Từ bảng (2  8) vẽ dồ thị Ucd (t , a) vμ đặc tính (v - s) ta d−ợc các giá trị Ti vμ các số liệu tính toán ở bảng (2  9). Từ bảng (2  9) ta tính đ−ợc Vpđ = 0,0397. Tính suất cắt do sét đánh vμo đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 41 nc = Nc. Vpđ . η (lần / 100km. năm ) Nc = N / 2 = 96 / 2 = 48 Vậy: n = 48. 0,0397. 0,63 = 1,2 ( lần / 100km. năm ). 2.5- Tính suất cắt tổng do sét đánh vμo đ−ờng dây tải điện 110kV. Suất cắt toμn bộ đ−ờng dây khi có sét đánh trực tiếp đ−ợc xác định bởi: n = ndd + nkv + nđc (lần /100km.năm) Ta đã tính đ−ợc suất cắt ndd ; nkv ; nđc ở các phần trên: n = 0,03676 + 0,204 + 1,2 = 1,44 (lần/100km.năm) 2.6- Tính chỉ tiêu chống sét cho đ−ờng dây tải điện110kV Hμ Đông Phủ Lý  Ninh Bình. Chỉ tiêu chống sét cho đ−ờng dây lμ số năm vận hμnh an toμn giữa hai lần sự cố liên tiếp, ta đã tính đ−ợc suất cắt đ−ờng dây khi bị sét đánh. Chỉ tiêu chống sét cho đ−ờng dây Hμ Đông  Phủ Lý  Ninh Bình có l = 150km lμ: 04,15,1.77,0 100 150 . 44,1 1 100 150 . n 1 m ==== (Năm / lần sự cố ) Nhận xét: Sau khi tính toán suất cắt cho đ−ờng dây tải điện 110kV ta thấy: - Suất cắt của đ−ờng dây do sét đánh vòng qua dây chống sét vμo dây dẫn không phụ thuộc vμo trị số điện trở nối đất của cột điện, nh−ng lại phụ thuộc vμo góc bảo vệ α, do đó để giảm số lần cắt điện do sét đánh vòng qua dây chống sét vμo dây dẫn thì phải giảm góc bảo vệ α. - Khi sét đánh vμo khoảng v−ợt thì khả năng phóng điện trên cách điện của đ−ờng dây phụ thuộc vμo trị số của điện trở nối đất. Nếu điện trở nối đất nhỏ thì khả năng phóng điện lμ rất ít vì khi sét đánh vμo dây chống sét đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 42 trong khoảng v−ợt sẽ gây ra các sóng quá điện áp truyền về cột điện, sóng nμy gặp điện trở nối đất nhỏ nên điện áp đi vμo bộ phận nối đất đ−ợc giảm thấp. - Khi sét đánh vμo đỉnh cột thì phần lớn dòng điện sét sẽ đi vμo hệ thống nối đất của cột điện. Phần còn lại sẽ theo dây chống sét đi vμo hệ thống nối đất của cột điện bên cạnh. Do vậy trị số của điện trở nối đất ảnh h−ởng lớn đến trị số điện áp tác dụng lên cách điện của đ−ờng dây. Vậy để giảm số lần cắt điện đ−ờng dây do sét thì phải giảm điện trở nối đất của cột điện vμ tăng c−ờng cách điện cho đ−ờng dây. Ch−ơng 3 bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp 110/35 kV. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 43 3.1-Khái niệm chung. Trạm biến áp lμ một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải vμ phân phối điện. Đối với trạm biến áp 110/35kV thì các thiết bị điện của trạm đ−ợc đặt ngoμi trời nên khi có sét đánh trực tiếp vμo trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề không những chỉ lμm hỏng đến các thiết bị trong trạm mμ còn gây nên những hậu quả cho những ngμnh công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện . Do vậy trạm biến áp th−ờng có yêu cầu bảo vệ khá cao. Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp ng−ời ta dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi. Tác dụng cuả hệ thống nμy lμ tập trung điện tích để định h−ớng cho các phóng điện sét tập trung vμo đó, tạo ra khu vực an toμn bên d−ới hệ thống nμy. Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vμo hệ nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống nμy thì trị số điện trở nối đất của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ng−ợc đến các thiết bị khác gần đó. Ngoμi ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vμo trạm ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý vμ đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật. 3.2- Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vμo trạm biến áp. Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải đ−ợc nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toμn của hệ thống bảo vệ. Hệ thống bảo vệ trạm 110/35kV ở đây ta dùng hệ thống cột thu lôi, hệ thống nμy có thể đ−ợc đặt ngay trên bản thân công trình hoặc đặt độc lập tùy thuộc vμo các yêu cầu cụ thể. Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng đ−ợc độ cao của phạm vi bảo vệ vμ sẽ giảm đ−ợc độ cao của cột thu lôi. Nh−ng mức cách đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 44 điện của trạm phải đảm bảo an toμn trong điều kiện phóng điện ng−ợc từ hệ thống thu sét sang thiết bị. Vì đặt kim thu sét trên các thanh xμ của trạm thì khi có phóng điện sét, dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất vμ trên một phần điện cảm của cột, phần điện áp nμy khá lớn vμ có thể gây phóng điện ng−ợc từ hệ thống thu sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi mμ mức cách điện không đủ lớn. Do đó điều kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xμ của trạm lμ mức cách điện cao vμ trị số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ. Đối với trạm phân phối có điện áp từ 110kV trở lên có mức cách điện khá cao (cụ thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn vμ độ dμi chuỗi sứ lớn) do đó có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm vμ các kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi thì phải nối đất vμo hệ thống nối đất của trạm theo đ−ờng ngắn nhất sao cho dòng điện sét khuyếch tán vμo đất theo 3 đến 4 cọc nối đất, mặt khác mỗi trụ phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất. Khâu yếu nhất trong trạm phân phối ngoμi trời điện áp từ 110kV trở lên lμ cuộn dây máy biến áp vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa điểm nối vμo hệ thống của cột thu lôi vμ điểm nối vμo hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp lμ phải lớn hơn 15m theo đ−ờng điện . 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 lμm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện phải đ−ợc cho vμo ống chì vμ chôn trong đất. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 45 3.3- Tính toán thiết kế, các ph−ơng án bố trí cột thu lôi. Với yêu cầu thiết kế hệ thống chống sét cho trạm 110kV vμ dựa vμo độ cao của các thiết bị ta có thể bố trí đ−ợc các cột thu lôi vμ tính đ−ợc độ cao của chúng. 3.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán. - Độ cao cột thu lôi: h =hx + ha (3  1) Trong đó: + hx : độ cao của vật đ−ợc bảo vệ. + ha : độ cao tác dụng của cột thu lôi, đ−ợc xác định theo từng nhóm cột. (ha ≥ D/8 m). (với D lμ đ−ờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột) - Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập lμ: )23()hh( h h 1 6,1 r x x x −− + = - Nếu hx ≤ 2/3h thì: )h8,0 h 1.(h5,1r xx −= (3 3) - Nếu hx > 2/3h thì: )h h 1.(h75,0r xx −= (3-4) Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn từng cột đơn cộng lại. Nh−ng để các cột thu lôi có thể phối hợp đ−ợc thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn a ≤ 7h ( trong đó h lμ độ cao của cột thu lôi ). Khi có hai cột thu lôi đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột lμ ho vμ đ−ợc xác định theo công thức: )( a hho 537 −−= Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đ−ờng nối hai chân cột lμ rxo vμ đ−ợc xác định nh− sau: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 46 )( h h , r o x xo 63 1 61 − + = Hình (3  1 ): Tr−ờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao bằng nhau . rx 0,2h h 1,5h 0,75h rxo rx ho=h-a/7 R hx 0 a - Tr−ờng hợp hai cột thu lôi có độ cao khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo vệ đ−ợc xác định nh− sau: - Khi có hai cột thu lôi A vμ B có độ cao h1 vμ h2 nh− hình vẽ d−ới đây: (Hình 3  2 ): Tr−ờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao khác a' 2 h2 1 h1 3 R a đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 47 - Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h2 , khi đó các khoảng cách AB = a; BC = a'. Khi đó xác định đ−ợc các khoảng cách x vμ a' nh− sau: )()hh.( h h , -ax-aa' )hh.( h h , x 73 1 61 1 61 21 1 2 21 1 2 −− + == − + = Đối với tr−ờng hợp khi có hai cột thu lôi cao bằng nhau ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột lμ ho : 7 a hho −= T−ơng tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột B vμ C lμ: )hh.( h h , ah 7 a' hho 21 1 2 22 1 61 − + +−=−= )hh.( h h , r xoxo −+ = 1 21 61 3.3.2- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp 110/35kV. - Trạm có diện tích lμ: 57 x 58,350m vμ bao gồm: + Hai máy biến áp T1 vμ T2 + 2 lộ 110kV vμ 6 lộ 35kV. - Độ cao các thanh xμ phía 110kV lμ 10m vμ 8m. - Độ cao các thanh xμ phía 35kV lμ 9m vμ 7m. - Ngoμi ra trạm còn có 3 cột chiếu sáng cao 21m. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 48 3.3.3- Trình tự tính toán. Trạm biến áp E35 Phủ Lý đ−ợc hai đ−ờng 110kV cấp, một đ−ờng từ Hμ Đông cấp về, một đ−ờng từ Ninh Bình cấp lên, hai đ−ờng 110kV nμy đ−ợc nối với nhau qua máy cắt liên lạc giữa hai hệ thống thanh góp. Trạm có cấp điện áp 110/35kV vμ có hai máy biến áp T1 ; T2 đ−ợc nối với hai lộ đ−ờng dây vμo 110kV vμ sáu lộ đ−ờng dây 35kV. Phía 110kV có hai hệ thống thanh góp vμ có máy cắt liên lạc. Sau khi khảo sát sơ bộ sơ đồ mặt bằng trạm, vị trí bố trí các thiết bị trong trạm vμ yêu cầu bảo vệ của mỗi thiết bị, ta đ−a ra hai ph−ơng án đặt cột thu lôi nh− sau: 3.3.3.1- Ph−ơng án 1. - Các cột thu lôi phía trạm 110kV đ−ợc bố trí độc lập lμ cột số 5 có độ cao lμ 21m; các cột số 1 đến số 4 đ−ợc bố trí trên các thanh xμ có độ cao 10m vμ các cột nμy có độ cao lμ 21m ( tính từ xμ đến kim thu sét lμ 6m, kim thu sét cao 5m) - Các cột thu lôi phía 35kV đ−ợc bố trí trên các thanh xμ có độ cao 9m, cột cao thêm 7m, kim thu sét cao 5m lμ các cột số 6;7;8;9. Ngoμi ra còn hai cột thu lôi độc lập cao 21m lμ cột số 10 vμ 11. Hình ( 3  3 ) 5 1 0 2 Hình (33): Đ−ờng tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột thu Tính độ cao tác dụng của cột thu lôi: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 49 Để bảo vệ đ−ợc một diện tích giới hạn bởi một tam giác (hoặc tứ giác) thì độ cao của cột thu lôi phải thoả mãn: D ≤ 8ha Trong đó: - D: Lμ đ−ờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác ( hoặc tứ giác), tạo bởi các chân cột. đó lμ phạm vi mμ nhóm cột có thể bảo vệ đ−ợc. - ha : Lμ độ cao tác dụng của cột thu lôi. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi bao giờ cũng lớn hơn phạm vi bảo vệ của cột đơn cộng lại. Điều kiện để cho hai cột thu lôi có thể phối hợp đ−ợc với nhau để bảo vệ đ−ợc vật có độ cao hx nμo đó lμ: a ≤ 7h Với a lμ khoảng cách giữa hai cột thu lôi. - Xét nhóm cột 1;2;5. Phạm vi bảo vệ của nhóm cột nμy lμ đ−ờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 1;2;5. (1 ữ 2 = 26m; từ điểm giữa 1ữ2 với 5 = 8,5m ) Vμ đ−ờng kính vòng tròn lμ: Xét tam giác (1;2;5) , ta có: (1;2)=26 m ; (0;5)=8,5 m, suy ra : m53,155,813)2;0()5;0()5;2( 2222 =+=+= Ta có công thức để tính đ−ờng kính đ−ờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5): )( )cp).(bp).(ap.(p. c.b.a r 83 4 −−−−= Trong đó: + p lμ nửa chu vi tam giác (1;2;5): 2 cba p ++= + r lμ bán kính đ−ờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5). Thay số vμo (3 8 ) ta có: Bán kính đ−ờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5) lμ: 5328 2 5315531526 , ,, p =++= m., ),,).(,,).(,.(,. ,.,. r 214 531553285315532826532853284 5315531526 =−−−= đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 50 Đ−ờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5) lμ: D =14,2. 2 = 28,4m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 1;2;5 bảo vệ đ−ợc hoμn toμn diện tích giới hạn bởi chúng lμ: m., ,D ha 5538 428 8 === - Xét nhóm cột (3;4;5) ta có: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột nμy lμ đ−ờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 3;4;5. (3 ữ 4 = 17m; khoảng cách từ 5 đến (3ữ4)= 20,35m ). Đoạn (4ữ5): m.,, 9205204 22 =+= Đoạn (3ữ5): m.,, 272452013 22 =+= 31 2 272492017 =++= ,,p m., ),).(,).(.(. ,.,. r 5512 272431920311731314 272492017 =−−−= Đ−ờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (3;4;5) lμ: D =12,55. 2 = 25,1m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 3;4;5 bảo vệ đ−ợc hoμn toμn diện tích giới hạn bởi chúng lμ: m., ,D ha 1438 125 8 === - Xét nhóm cột (6;7;11) ta có: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột nμy lμ đ−ờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 6;7;11. Có: (6 ữ 7) = 15m; (6ữ11) = 15m ); (7ữ11) = 15.1,41 = 21,2m 625 2 2211515 , , p =++= m., ),,).(,).(,.(,. ,.. r 610 22162515625156256254 2211515 =−−−= đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 51 Đ−ờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11) lμ: D = 10,6. 2 =21,2m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 6;7;11 bảo vệ đ−ợc hoμn toμn diện tích giới hạn bởi chúng lμ: m., ,D ha 6528 221 8 === Vì tam giác (8;9;10)bằng tam giác (6;7;11) nên ta có độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 8;9;10 bảo vệ đ−ợc hoμn toμn diện tích giới hạn bởi chúng lμ: m., ,D ha 6528 221 8 === Các cột 2;5;3. Có: (2 ữ 5) = 19m; (3ữ5) = 24m ); (2ữ3) = 28,85m 935 2 85282419 , , p =++= m., ),,).(,).(,.(,. ,.. r 7514 852893524935199359354 85282419 =−−−= Đ−ờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11) lμ: D = 14,75. 2 =29m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 2;5;3 bảo vệ đ−ợc hoμn toμn diện tích giới hạn bởi chúng lμ: m., D ha 638 29 8 === Qua tính toán độ cao tác dụng của các cột thu lôi, có thể lấy chung một giá trị độ cao tác dụng tối thiểu của cột thu lôi toμn trạm lμ chiều cao tác dụng của nhóm cột nμo có giá trị lớn nhất. Do vậy ta lấy: ha = 3,6m. Tính độ cao cột thu lôi  chọn kim thu sét: Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vμo trạm biến áp đ−ợc xác định bởi: Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 52 + hx: độ cao của vật đ−ợc bảo vệ. + ha: độ cao tác dụng của cột thu lôi. Đối với phía 110kV các thanh xμ cao 10m (hx = 10m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi lμ: h = hx + ha =10 + 3,6 = 13,6m. Vì chủng loại chung của cột ly tâm cốt sắt có độ cao 12m ;16 m, mặt khác do có các cột chiếu sáng có độ cao lμ 21m, nên ta chọn loại cột 16m. Kim thu sét ta chọn loại sắt ống có chiều cao lμ 5m. Do đó độ cao cột thu lôi lμ: h = 16 + 5 = 21m. Vậy độ cao bảo vệ phía 110kV lμ: 21m. Đối với phía 35kV các thanh xμ cao 9m (hx = 9m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi lμ: h = hx + ha =9 + 3,55 = 12,6m. Ta cũng chọn độ cao bảo vệ phía 35kV lμ: 21m. Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi: * Bán kính bảo vệ của cột thu lôi cao 21m: - Bán kính bảo vệ ở độ cao 10m: hx =10 m < 2/3 h = 14 m. Nên: m, ., ., h., h h.,r xx 75122180 1012151 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= - Bán kính bảo vệ ở độ cao 9m: m, ., ., h., h h.,r xx 625142180 912151 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= - Bán kính bảo vệ ở độ cao 8m: m, ., ., h., h h.,r xx 5162180 812151 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= - Bán kính bảo vệ ở độ cao 7m: m, ., ., h., h h.,r xx 375182180 712151 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= * Phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu lôi: - Xét cặp cột 1;2. Khoảng cách giữa hai cột lμ: a = 26m. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 53 Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi lμ: m, a hho 3177 2621 7 =−=−= Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi lμ: ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 11,5m. Nên : .m, ,., .,., h., h h.,r o x oxo 2731780 10131751 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= ở độ cao 8m: hx = 8m < 2/3h = 11,5m .m, ,., .,., h., h .h.,r o x oxo 951031780 8131751 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= - Xét cặp cột 1;5: khoảng cách giữa hai cột lμ : .m,,, ; a ; 53155813582 21 222 2 51 =+=+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi lμ: m, ,a hho 78187 531521 7 =−=−= Bán kính của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi lμ: ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 12,52m. .m, ,., .,., h., h .h.,r o x oxo 429781880 101781851 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= ở độ cao 8m: hx = 8 < 2/3ho = 12,52m. .m, ,., .,., h., h .h.,r o x oxo 1713781880 81781851 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= T−ơng tự nh− cặp cột 1;5, cặp cột 2;5 có: ở độ cao 10m: rxo = 9,42m ; ở độ cao 8m : rxo =13,17m. - Xét cặp cột 3;4: khoảng cách giữa hai cột lμ: a =17m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi lμ: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 54 m, a hho 57187 1721 7 =−=−= ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 12,38m. .m, ,., .,., h., h .h.,r o x oxo 85512571880 81571851 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= ở độ cao 8m: hx = 8m < 2/3ho = 12,38m. .m, ,., .,., h., h .h.,r o x oxo 85512571880 81571851 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= - Xét cặp cột 3;5: khoảng cách giữa hai cột lμ: .m,,a 272452013 22 =+= Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi lμ: .m, ,a hho 53177 272421 7 =−=−= ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 11,688m. .m, ,., .,., h., h .h.,r o x oxo 5457531780 101531751 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= ở độ cao 8m: hx = 8m <2/3 ho = 11 688m. .m, ,., .,., h., h .h.,r o x oxo 29511531780 81531751 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= - Xét cặp cột 4;5: khoảng cách giữa hai cột lμ: .m,,a 88205204 22 =+= Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi lμ: .m ,a hho 187 882021 7 =−=−= ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 11,688m. .m, ., .., h., h .h.,r o x oxo 2581880 1011851 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 55 ở độ cao 8m: hx = 8m < 2/3ho = 11,688m. .m ., .., h., h .h.,r o x oxo 121880 811851 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= - Xét cặp cột 2;3: khoảng cách giữa hai cột lμ: a =28,85m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi lμ: .m, ,a hho 878167 852821 7 =−=−= ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 11,25m. .m, ,., .,., h., h .h.,r o x oxo 56768781680 1018781651 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= ở độ cao 8m: hx = 8m < 2/3ho = 11,25m. .m, ,., .,., h., h .h.,r o x oxo 3108781680 818781651 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= - Xét cặp cột 6;7: khoảng cách giữa hai cột lμ: a = 15m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi lμ: .m, a hho 28197 1221 7 =−=−= ở độ cao 9m: hx = 9m < 2/3ho = 12,85m. m, ,., .,., h., h h.,r o x oxo 04512281980 91281951 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −== ở độ cao 7m: hx = 7m < 2/3ho = 12,85m. .m, ,., .,., h., h .h.,r o x oxo 79515281980 7 1281951 80 151 =⎟⎟⎠ ⎞⎜⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= - Xét cặp cột 6;11: khoảng cách giữa hai cột lμ: a = 15m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi lμ: .m, a hho 28197 1221 7 =−=−= T−ơng tự nh− cặp cột 6;7 ta có: - ở độ cao 9m: rxo =12,045m. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 56 - ở độ cao 7m: rxo =15,795m. - Xét cặp cột 7;11: khoảng cách giữa hai cột lμ: m21,212.152.aa )76( === − Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi lμ: .m, ,a hho 969177 212121 7 =−=−= ở độ cao 9m: hx = 9m < 2/3ho = 11,979m. .m, ,., .,., h., h .h.,r o x oxo 07109691780 919691751 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= ở độ cao 7m: hx = 9m < 2/3ho = 11,979m. .m, ,., .,., h., h .h.,r o x oxo 83139691780 719691751 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= - Xét cặp cột 8;9: khoảng cách giữa hai cột lμ: a = 15m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi lμ: .m, a hho 28197 1221 7 =−=−= T−ơng tự cặp cột 6;7 ta có: - ở độ cao 9m: rxo = 12,045m. - ở độ cao 7m: rxo = 15,795m. - Xét cặp cột 9;10: khoảng cách giữa hai cột lμ: a = 15m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi lμ: .m, a hho 28197 1221 7 =−=−= T−ơng tự cặp cột 6;7 ta có: - ở độ cao 9m: rxo = 12,045m. - ở độ cao 7m: rxo = 15,795m. - Xét cặp cột 8;10: khoảng cách giữa hai cột lμ: .m21,212.152.aa )98( === − Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi lμ: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 57 .m,,ahho 969177 212121 7 =−=−= ở độ cao 9m: hx = 9m < 2/3ho = 11,979m. .m, ,., .,., h., h .h.,r o x oxo 07109691780 919691751 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= ở độ cao 7m: hx = 9m < 2/3ho = 11,979m. .m, ,., .,., h., h .h.,r o x oxo 83139691780 719691751 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= - Xét cặp cột 7;8: khoảng cách giữa hai cột lμ: a = 10m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi lμ: .m, a hho 57197 1021 7 =−=−= ở độ cao 9m: hx = 9m < 2/3ho = 13m. .m, ,., .,., h., h .h.,r o x oxo 4812571980 91571951 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= ở độ cao 7m: hx = 7m < 2/3ho = 13m. .m, ,., .,., h., h .h.,r o x oxo 2316571980 71571951 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= Nhận xét: Quá tính toán ở trên ta vẽ phạm vi bảo vệ của hệ thống cột thu lôi cho toμn trạm. Cụ thể đ−ợc trình bμy ở hình (3  5 ). Từ hình vẽ (3  5 ) ta thấy rằng toμn bộ các thiết bị của trạm đều nằm trong phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi. Vậy với cách bố trí thu lôi nh− ph−ơng án I lμ đảm bảo về mặt kỹ thuật. Bảng (31) vμ bảng (3-2) trình bμy kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu lôi ở ph−ơng án I . Bảng 3-1 : Kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu lôi Vị trí các cột h (m) hx (m) ha=h-hx rxo (m) ho (m) đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 58 1-2 21 10 11 7,2 17,3 1-2 21 8 13 10,95 17,3 1-5 21 10 11 9,42 18,78 1-5 21 8 13 13,17 18,78 2-5 21 10 11 9,42 18,78 2-5 21 8 13 13,17 18,78 2-3 21 10 11 6,567 16,878 2-3 21 8 13 10,3 16,878 3-4 21 10 11 9,1 18,57 3-4 21 8 13 12,855 18,57 3-5 21 10 11 7,545 17,53 3-5 21 8 13 11,295 17,53 4-5 21 10 11 8,25 18,0 4-5 21 8 13 12,0 18,0 6-7 21 9 12 12,045 19,28 6-7 21 7 14 15,595 19,28 6-11 21 9 12 12,045 19,28 6-11 21 7 14 15,595 19,28 7-11 21 9 12 10,07 17,969 7-11 21 7 14 13,83 17,969 8-9 21 9 12 12,045 19,28 8-9 21 7 14 15,595 19,28 9-10 21 9 12 12,045 19,28 9-10 21 7 14 15,595 19,28 8-10 21 9 12 10,07 17,969 8-10 21 7 14 13,83 17,969 Bảng 32 : Kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu lôi ph−ơng án I đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 59 Vị trí các cột h (m) hx (m) ha=h-hx rx (m) 1 21 10 11 12,75 1 21 8 13 16,5 2 21 10 11 12,75 2 21 8 13 16,5 3 21 10 11 12,75 3 21 8 13 16,5 4 21 10 11 12,75 4 21 8 13 16,5 5 21 10 11 12,75 5 21 8 13 16,5 6 21 9 12 14,625 6 21 7 14 18,375 7 21 9 12 14,625 7 21 7 14 18,375 8 21 9 12 14,625 8 21 7 14 18,375 9 21 9 12 14,625 9 21 7 14 18,375 10 21 9 12 14,625 10 21 7 14 18,375 11 21 9 12 14,625 11 21 7 14 18,375 3.3.3.2- Ph−ơng án 2. - Các cột thu lôi phía trạm 110kV đ−ợc bố trí độc lập lμ cột số 5 có độ cao lμ 21m; các cột số 1 đến số 4 đ−ợc bố trí trên các thanh xμ có độ cao đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 60 10m vμ các cột nμy có độ cao lμ 21m ( tính từ xμ đến kim thu sét lμ 6m, kim thu sét cao 5m) - Các cột thu lôi phía 35kV đ−ợc bố trí trên các thanh xμ có độ cao 9m, cột cao thêm 7m, kim thu sét cao 5m lμ các cột số 6;7;8;9. Ngoμi ra còn hai cột thu sét độc lập cao 21m lμ cột số 10 vμ 11 ta đặt ở vị trí mới nh− hình ( 3  6 ). Tính độ cao tác dụng của cột thu lôi: Cách tính đ−ợc tiến hμnh t−ơng tự nh− ở ph−ơng án 1. Xét nhóm cột (1;2;5) (2;3;5) (3;4;5): T−ơng tự nh− ở ph−ơng án 1 ta có bảng ( 3  3 ): Nhóm cột Đ−ờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (D) Độ cao tối thiểu để nhóm cột bảo vệ đ−ợc hoμn toμn diện tích giới hạn bởi chúng (ha) (1;2;5) 28,4m 3,55m (3;4;5) 25,1m 3,14m (2;3;5) 29m 3,6m Xét nhóm cột (6;7;11) ta có: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột nμy lμ đ−ờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột (6;7;11). Đoạn (6ữ7) = 15m. Đoạn (6ữ11) = (7ữ11) .m.,, 77161557 22 =+= 2724 2 7716771615 , ,, p =++= .m, ),,).(,,).(,.(,. .... r 379 771627247716272415272427244 7716771615 =−−−= Đ−ờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11)lμ: D =9,37.2 = 18,75m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột (6;7;11) bảo vệ đ−ợc hoμn toμn diện tích giới hạn bởi chúng lμ: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 61 .m, ,D ha 3428 7518 8 === T−ơng tự ta có nhóm cột (8;9;10) có các giá trị nh− nhóm cột (6;7;11): ha =2,34m. Tính độ cao của cột thu lôi  kim thu sét: - Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vμo trạm biến áp đ−ợc xác định bởi: Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi. + hx: độ cao của vật đ−ợc bảo vệ. + ha: độ cao tác dụng của cột thu lôi. - Đối với phía 110kV các thanh xμ cao 10m (hx = 10m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi lμ: h = hx + ha =10 + 3,6 = 13,6m. Vì chủng loại chung của cột ly tâm cốt sắt có độ cao 12m; 16m, mặt khác do có các cột chiếu sáng có độ cao lμ 21m, nên ta chọn loại cột 16m. Kim thu sét ta chọn loại sắt ống có chiều cao lμ 5m. Do đó độ cao cột thu lôi lμ: h = 16 + 5 = 21m. Vậy độ cao bảo vệ phía 110kV lμ: 21m. - Đối với phía 35kV các thanh xμ cao 9m (hx = 9m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi lμ: h = hx + ha =9 + 3,6 = 12,6m. Ta cũng chọn độ cao bảo vệ phía 35kV lμ: 21m. Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi: * Bán kính bảo vệ của cột thu lôi cao 21m: ở các độ cao (10;9;8;7)m nh− đã tính ở phần 1 ta có bảng (3 4 ). * Phạm vi bảo vệ của các cặp cột (1;2), (1;5), (2;5), (3;4), (3;5), (4;5), (2;3) nh− bảng (3  5 ). Xét cặp cột (6;7) vμ (8;9) có: ở độ cao 9m nh− ở ph−ơng án1 ta có bảng ( 3  4 ) : Vị trí các cột h (m) hx (m) ha=h-hx rxo (m) ho (m) đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 62 6-7 21 9 12 12,045 19,28 6-7 21 7 14 15,595 19.28 8-9 21 9 12 12,045 19,28 8-9 21 7 14 15,595 19.28 Xét cặp cột (6;11) khoảng cách giữa hai cột lμ: a = 16,77m. Độ cao lớn nhất của khu vực đ−ợc bảo vệ giữa hai cột thu lôi lμ: .m, ,a hho 6187 771621 7 =−=−= ở độ cao 9m: hx = 9m < 2/3ho = 12,4m. .m, ,., .,., h., h .h,r o x oxo 325881680 9181651 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= ở độ cao 7m: hx = 7m < 2/3ho = 12,4m. .m, ,., .,., h., h .h,r o x oxo 0751281680 7181651 80 151 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= Vì cặp cột (6;11), (7;11), (8;10), (9;10) nh− nhau nên ta có bảng (3  5 ): Vị trí các cột h (m) hx (m) ha=h-hx rxo (m) ho (m) 6-11 21 9 12 8,325 16,8 6-11 21 7 14 12,075 16,8 7-11 21 9 12 8,325 16,8 7-11 21 7 14 12,075 16,8 8-10 21 9 12 8,325 16,8 8-10 21 7 14 12,075 16,8 9-10 21 9 12 8,325 16,8 9-10 21 7 14 12,075 16,8 Nhận xét: Qua tính toán ở trên ta có các bảng ( 3  7) vμ ( 3  8 ) vẽ phạm vi bảo vệ của hệ thống cột thu lôi cho toμn trạm. Cụ thể đ−ợc trình bμy ở hình (3  7). đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 63 Từ hình vẽ (3  7) ta thấy rằng toμn bộ các thiết bị của trạm đều nằm trong phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi. Vậy với cách bố trí thu lôi nh− ph−ơng án I lμ đảm bảo về mặt kỹ thuật. Bảng (36): Kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu lôi ở ph−ơng án 2 Vị trí các cột h (m) hx (m) ha=h-hx rx (m) 1 21 10 11 12,75 1 21 8 13 16,5 2 21 10 11 12,75 2 21 8 13 16,5 3 21 10 11 12,75 3 21 8 13 16,5 4 21 10 11 12,75 4 21 8 13 16,5 5 21 10 11 12,75 5 21 8 13 16,5 6 21 9 12 14,625 6 21 7 14 18,375 7 21 9 12 14,625 7 21 7 14 18,375 8 21 9 12 14,625 8 21 7 14 18,375 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 64 9 21 9 12 14,625 9 21 7 14 18,375 10 21 9 12 14,625 10 21 7 14 18,375 11 21 9 12 14,625 11 21 7 14 18,375 Bảng(37): Kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu lôi ở ph−ơng án 2 Vị trí các cột h (m) hx (m) ha=h-hx rxo (m) ho (m) 1-2 21 10 11 7,2 17,3 1-2 21 8 13 10,95 17,3 1-5 21 10 11 9,42 18,78 1-5 21 8 13 13,17 18,78 2-5 21 10 11 9,42 18,78 2-5 21 8 13 13,17 18,78 2-3 21 10 11 6,567 16,878 2-3 21 8 13 10,3 16,878 3-4 21 10 11 9,1 18,57 3-4 21 8 13 12,855 18,57 3-5 21 10 11 7,545 17,53 3-5 21 8 13 11,295 17,53 4-5 21 10 11 8,25 18,0 4-5 21 8 13 12,0 18,0 6-7 21 9 12 12,045 19,28 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 65 6-7 21 7 14 15,595 19,28 6-11 21 9 12 8,325 16,8 6-11 21 7 14 12,075 16,8 7-11 21 9 12 8,325 16,8 7-11 21 7 14 12,075 16,8 8-9 21 9 12 12,045 19,28 8-9 21 7 14 15,595 19,28 9-10 21 9 12 8,325 16,8 9-10 21 7 14 12,075 16,8 8-10 21 9 12 8,325 16,8 8-10 21 7 14 12,075 16,8 3.4 -Kết luận. Qua quá trình tính toán trên ta thấy cả hai ph−ơng án đều đảm bảo yêu cầu về mặt kỹ thuật, nh−ng ph−ơng án I do các cột 10 ;11 nằm ra ngoμi gần t−ờng bao trạm nên đảm bảo về mỹ quan vμ cách xa các thiết bị mang điện tạo không gian thông thoáng. Ngoμi ra do nằm gần t−ờng bao xung quanh trạm nên ta có thể lợi dụng lắp đặt hệ thống chiếu sáng cho trạm. Do vậy ta chọn ph−ơng án I. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 66 Ch−ơng 4 Tính toán nối đất cho trạm 110/35 kv 4.1- Giới thiệu chung vμ một số vần đề kỹ thuật khi tính toán nối đất trạm biến áp. Nhiệm vụ của nối đất lμ tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên vật nối đất có trị số bé. Hệ thống nối đất lμ một phần quan trọng trong việc bảo vệ quá điện áp, do đó việc nối đất của trạm biến áp, các cột thu lôi, các đ−ờng dây, các thiết bị chống sét phải đ−ợc tính toán cụ thể trong khi thiết kế. Nối đất lμm việc. Nhiệm vụ chính lμ đảm bảo sự lμm việc bình th−ờng của thiết bị, hoặc một số bộ phận của thiết bị yêu cầu phải lμm việc ở chế độ nối đất trực tiếp. Th−ờng lμ nối đất điểm trung tính máy biến áp. Trong hệ thống điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất, nối đất của máy biến áp đo l−ờng vμ các kháng điện dùng trong bù ngang trên các đ−ờng dây cao áp truyền tải điện. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 67 Nối đất chống sét. Có tác dụng lμm tản dòng điện sét vμo trong đất (khi sét đánh vμo cột thu lôi hay đ−ờng dây) để giữ cho điện thế mọi điểm trên thân cột không quá lớn tránh tr−ờng hợp phóng điện ng−ợc từ cột thu lôi đến các thiết bị cần đ−ợc bảo vệ. Nối đất an toμn. Có tác dụng đảm bảo an toμn cho con ng−ời khi cách điện bị h− hỏng. Thực hiện nối đất an toμn bằng cách nối đất các bộ phận kim loại không mang điện nh− vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, các giá đỡ kim loại để khi cách điện bị h− hỏng do lão hoá thì trên các bộ phận kim loại sẽ có một điện thế nhỏ không nguy hiểm (nếu không nối đất thì điện thế nμy sẽ lμm nguy hiểm đến con ng−ời khi chạm vμo chúng). Do đó nối đất các bộ phận nμy lμ để giữ điện thế thấp vμ bảo đảm an toμn cho con ng−ời khi tiếp xúc với chúng.Về nguyên tắc lμ phải tách rời các hệ thống nối đất nói trên nh−ng 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 cμng nhỏ thì có thể tản dòng điện với mật độ lớn, tác dụng của nối đất tốt hơn an toμn hơn. Nh−ng để đạt đ−ợc trị số điện trở nối đất nhỏ thì rất tốn kém do vậy trong tính toán ta phải thiết kế sao cho kết hợp đ−ợc cả hai yếu tố lμ đảm bảo về kỹ thuật vμ hợp lý về kinh tế. Một số yêu cầu về kỹ thuật của điện trở nối đất: + Đối với các thiết bị điện nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất phải thoả mãn: R ≤ 0,5Ω.(Theo tiêu chuẩn nối đất an toμn trang 189 giáo trình kỹ thuật điện cao áp). + Đối với các thiết bị có điểm trung tính không trực tiếp nối đất thì: Ω≤ I R 250 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 68 + Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện với đất vμ chỉ có một hệ thống nối đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp vμ hạ áp thì: Ω≤ I 125 R + Khi dùng nối đất tự nhiên nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn yêu cầu của các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé thì khong cần nối đất nhân tạo nữa. Còn nếu điện trở nối đất tự nhiên không thoả mãn đối với các thiết bị cao áp có dòng ngắn mạch chạm đất lớn thì ta phải tiến hμnh nối đất nhân tạo vμ yêu cầu trị số của điện trở nối đất nhân tạo lμ: R ≤ 1Ω. Bất kỳ một hệ thống nối đất nμo cũng phải có các điện cực chôn trong đất vμ nối với thiết bị mμ ta cần nối đất (điện cực th−ờng sử dụng lμ các cọc sắt thẳng đứng hay các thanh dμi nằm ngang) các điện cực nμy đ−ợc chôn trong đất có mức tản dòng điện sét phụ thuộc vμo trạng thái của đất (vì đất lμ môi tr−ờng không đồng nhất, khá phức tạp, nó phụ thuộc vμo thμnh phần của đất nh− các loại muối, a xít ... chứa trong đất ). Điều kiện khí hậu cũng ảnh h−ởng đến độ dẫn điện của đất. 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 l−ờng thực địa vμ sau đó phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích lμ tăng c−ờng an toμn. Công thức hiệu chỉnh nh− sau: ρtt = ρđ.Km Trong đó: ρtt: lμ điện trở suất tính toán của đất. ρđ: điện trở suất đo đ−ợc của đất. Km : hệ số mùa của đất. Hệ số K phụ thuộc vμo dạng điện cực vμ độ chôn sâu của điện cực. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 69 Đối với trạm biến áp ta thiết kế có cấp điện áp 110/35kV vμ các cột thu lôi độc lập do đó ta sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu quả tản dòng điện tốt nhất. Mặt khác do đặt các cột thu lôi trên xμ nên phần nối đất chống sét ta nối chung với mạch vòng nối đất của trạm. 4.2- Các số liệu dùng để tính toán nối đất. Điện trở suất đo đ−ợc của đất: ρđ = 1,3.104 Ω/cm =1,3.102 Ω/m. Điện trở nối đất cột đ−ờng dây: Rc = 20 Ω. Dây chống sét sở dụng loại C- 70 có điện trở đơn vị lμ: Ro =2,38Ω/km. Chiều dμi khoảng v−ợt đ−ờng dây lμ: Đối với 110kV: l = 150m. Dạng sóng tính toán của dòng điện sét: ⎩⎨ ⎧ τ≥= τ<= dss dss khiII tkhit.aI Trong đó: a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/μs I: biên độ dòng điện sét I = 150kA τđs: thời gian đầu sóng lấy bằng 5μs = s a Is ds μ===τ 530 150 Is τđs I t Hình (41) : Dạng sóng của dòng sét. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 70 4.3- trình tự tính toán. Trạm điện thiết kế có điện áp lμ 110/35kV, phía 110kV lμ mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất nên yêu cầu của nối đất an toμn lμ: R ≤ 0,5 Ω. Thμnh phần điện trở nối đất R gồm hai thμnh phần: + Điện trở nối đất tự nhiên (Rtn). + Điện trở nối đất nhân tạo (Rnt). Đối với các thiết bị có điểm trung tính trực tiếp nối đất (có dòng chạm đất lớn) thì yêu cầu điện trở nối đất nhân tạo phải có trị số nhỏ hơn 1Ω. Vậy điều kiện nối đất lμ: (4  1 ) (4  2 ) ⎩⎨ ⎧ Ω≤ Ω≤ )(R )(,R//R t.n t.nn.t 1 50 Từ đó rút ra: )( ,R ,.R R n.t n.t t.n Ω−≤ 50 50 4.3.1- Điện trở nối đất tự nhiên. Rt.n = 1,25 Ω (đã cho tr−ớc). 4.3.2- Điện trở nối đất nhân tạo. )(, ,, ,., ,R ,.R R n.t n.t t.n Ω=−=−≤ 833050251 50251 50 50 Ta sẽ tính toán thiết kế hệ thống nối đất theo điều kiện điện trở nối đất nhân tạo lμ: Rn.t.yc ≤ 0,833 Ω. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 71 4.3.3- Tính nối đất nhân tạo của trạm 110kV. Đối với trạm biến áp 110kV khi thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo ta sử dụng hình thức nối đất theo mạch vòng có chôn cọc. Mạch vòng bao quanh trạm có hình chữ nhật ABCD có kích th−ớc nh− sau: Chiều dμi l1 = 57m ; Chiều rộng l2 = 56,55m. Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của trạm nh− hình (4 2 ): B A D C Hình (4  2 ): Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của l1 l Hệ thống nối đất mạch vòng của trạm ta chọn cọc loại thép góc 50x50x5, chiều dμi l =2,5m với lý do lμ để thuận lợi cho việc thi công mμ vẫn đảm bảo độ dẫn điện tốt. Mạch vòng nối giữa các cọc dùng loại sắt dẹt có kích th−ớc 50x5. Sơ đồ bố trí mạch vòng cọc trong hệ thống nối đất của trạm nh− hình (4  3 ): a: lμ khoảng cách giữa các cọc theo chu vi mạch vòng. l: chiều dμi cọc l = 2,5m. t: độ chôn sâu cọc t =0,8m. t a l=2,5m Hình (4  3 ): Sơ đồ bố trí mạch vòng cọc trong hệ thống nối đất của đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 72 Điện trở tản nhân tạo đối với mạch vòng có chôn cọc đ−ợc xác định theo công thức sau: )( R..n.R R.R R v.mcv.mc v.mc t.n 34 −η+η= Trong đó: Rc : lμ điện trở tản nối đất của cọc (Ω). Rm.v : lμ điện trở tản nối đất của mạch vòng (Ω). n : lμ số cọc sử dụng. ηm.v vμ ηc : t−ơng ứng lμ hệ số sử dụng mạch vòng, sử dụng cọc phụ thuộc vμo số cọc vμ tỷ số l a Tính điện trở của mạch vòng quanh trạm Rm.v : )()( d.t L.k ln L.. R v.m 442 2 −Ω⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ π ρ= Trong đó: ρ = ρđo.Kmùa (thanh) lμ điện trở suất tính toán của mạch vòng.Tra bảng (2 1) sách h−ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA ta có: Kmùa (thanh) = 1,6 vậy ρ = ρ.1,6 = 2,08.102 (Ω.m). L lμ chu vi mạch vòng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(57+56,55) = 227,1m. d lμ đ−ờng kính thanh nối: d = b/2 = 50/2 = 25 (m.m) = 2,5.10-2 m. t lμ độ chôn sâu (để đảm bảo cho ρ ổn định ) : t = 0,8m. k lμ hệ số phụ thuộc hình dạng của hệ thống nối đất . Ta có: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 73 1007951 5556 57 2 1 ≈== , ,l l Tra bảng (2  5) sách h−ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA đ−ợc k = 5,53. Thay số vμo biểu thức (4  3) ta có: ).(, .,., ,., ln ,.,. ., d.t L.k ln L.. R v.m Ω=⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ π ρ= − 42105280 1227535 12271432 10082 2 2 222 Ta nhận thấy điện trở của mạch vòng xung quanh trạm lớn hơn điện trở nhân tạo cho phép để tính toán thiết kế (Rnđ = 0,833 Ω).Vậy phải dùng thêm số cọc vμo hệ thống mạch vòng để giảm trị số điện trở nối đất của hệ thống. Qua kết quả tính toán Rm.v chứng tỏ rằng ta chọn hình thức nối đất an toμn bằng mạch vòng có chôn cọc lμ hợp lý. Tính điện trở nối đất của một cọc (dùng cọc sắt góc √ ). Đối với cọc điện trở tản xoay chiều đ−ợc xác định theo công thức sau: )( lt. lt. ln. d l. ln. l.. R coc 544 4 2 12 2 −⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −′ +′+⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ π ρ= t' 0,8m l Hình (4  4): Các kích th−ớc nối đất cọc Trong đó: Cọc có kích th−ớc: l = 2,5m. ρ lμ điện trở suất của đất đối với cọc: ρ = ρđo.Kmùa (cọc) . ρđo =1,3.102 (Ω.m). Kmùa (cọc) = 1,4. (Tra bảng (2-1) sách h−ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA) ặ ρ = 1,3.102.1,4 = 1,82.102 (Ω.m). đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 74 d lμ đ−ờng kính cọc (m) đ−ợc tính nh− sau: d = 0,95.b = 0,95.50. 10-3 = 4,75. 10-2m. t lμ độ chôn sâu: t = 0,8m. Giá trị t/ đ−ợc tính: )m(,, , , l t 05280 2 5280 2 =+=+=′ Thay số liệu vμo (4  5 ) ta có: Ω=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ − ++ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡= − 657520524 520524 2 1 10754 522 521432 10821 2 2 , ,,. ,,. ln. ., ,. ln. ,.,. ., R coc Vậy điện trở của một cọc lμ 57,6 Ω. Sau khi tính đ−ợc Rc vμ Rmv ta tính điện trở nhân tạo theo công thức (4 3) . Trong công thức nμy ta chỉ mới biết Rc vμ R mv vậy ta phải tìm số cọc để Rnt đạt giá trị nhỏ nhất vμ phải đảm bảo nhỏ hơn hoặc bằng giá trị tính toán cho phép Rnt ≤ 0,833 Ω. ηmv vμ ηc phụ thuộc số cọc ta sử dụng trong mạch vòng. Ta xét từng tr−ờng hợp theo tỷ số l a với các thông số lμ: L (chu vi mạch vòng) = 227,1m. l (chiều dμi cọc) = 2,5m. * Khi 30, l a = (có nghĩa lμ khoảng cách giữa các cọc a = l =0,75m. Ta có số cọc chôn theo chu vi mạch vòng lμ: 303 750 1227 1 1 === , , a L n cọc. Tra bảng 4 phần phụ lục sách h−ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA ta có: ηc = 0,21. Theo bảng 6 trong phần phụ lục sách h−ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA ta có: đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 75 ηthanh = 0,185. Điện trở nhân tạo trong tr−ờng hợp nμy lμ: ., ,.,.,., ,., R )(t.n Ω=+= 8460422103031850657 42657 1 Khi 250, l a = (Có nghĩa lμ khoảng cách giữa hai cột a = 0,625m) Ta có số cọc chôn theo chu vi lμ: 364 6250 1227 2 2 === , , a L n cọc Tra bảng 4 vμ bảng 6 trong phần phụ lục sách h−ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA kết hợp với ph−ơng pháp nội suy nh− hình (4  5) ta có : ηc = 0,19 ; ηthanh = 0,17 Điện trở nhân tạo trong tr−ờng hợp nμy lμ: ., ,.,.,., ,., R )(t.n Ω=+= 786019042364170657 42657 2 Từ kết quả tính toán có: Rn.t(1) = 0,846.Ω > Rnhân tạo yêu cầu = 0,833. Ω. Ph−ơng án nμy không đảm bảo do giá trị điện trở nối đất lớn hơn giá trị điện trở yêu cầu nên bị loại. Rn.t(2) = 0,786 Ω < 0,833 Ω = Rnhân tạo yêu cầu Ph−ơng án nμy đảm bảo yêu cầu do giá trị điện trở nối đất nhỏ hơn giá trị điện trở yêu cầu. Vậy ta chọn Rn.t(2) = 0,786 Ω. Số cọc lμ 364 cọc. Khoảng cách giữa các cọc lμ a = 0,625 m. 4.4- tính toán nối đất chống sét. Khi có dòng điện sét đi vμo bộ phận nối đất, nếu tốc độ biến thiên của dòng điện theo thời gian rất lớn thì trong thời gian đầu điện cảm sẽ ngăn cản không cho dòng điện đi tới các phần cuối của điện cực khiến cho điện đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 76 áp phân bố không đều, sau một thời gian, ảnh h−ởng của điện cảm mất dần vμ điện áp phân bố sẽ đều hơn. Thời gian của quá trình quá độ nói trên phụ thuộc vμo hằng số thời gian. T =L.g.l2 (4  6 ) Từ (46) ta thấy: T tỷ lệ với trị số điện cảm tổng L.l vμ điện dẫn tổng R l.g 1= của điện cực. Từ biểu thức (46) ta thấy khi dòng điện tản trong đất lμ dòng điện một chiều hoặc xoay chiều tần số công nghiệp thì ảnh h−ởng của L không đáng kể vμ bất kỳ hình thức nối đất nμo ( thẳng đứng hoặc nằm ngang ) cũng đều biểu thị bởi trị số điện trở tản. Khi dòng điện tản trong đất lμ dòng điện sét, tham số biểu thị của nối đất tuỳ thuộc vμo t−ơng quan giữa hằng số thời gian T vμ thời gian đầu sóng của dòng điện. Khi T<< τđ.s (khi dòng điện đạt trị số cực đại) thì cần xét quá trình quá độ đã kết thúc vμ nối đất thể hiện nh− một điện trở tản. Tr−ờng hợp nμy ứng với các hình thức nối đất dùng cọc hoặc thanh có chiều dμi không lớn lắm vμ goị lμ nối đất tập trung. Nếu điện cực dμi, hằng số thời gian có thể đạt tới mức τđ.s vμ tại thời điểm dòng điện đạt trị số cực đại, quá trình quá độ ch−a kết thúc vμ nh− đã phân tích tác dụng của điện cảm, nối đất sẽ thể hiện nh− một tổng trở Z có giá trị rất lớn so với điện trở tản. Tr−ờng hợp nμy gọi lμ nối đất phân bố dμi. Trong tính toán thiết kế trạm biến áp 110kV, th−ờng thì phần nối đất nối chung với mạch vòng nối đất an toμn của trạm. Nh− vậy sẽ gặp tr−ờng hợp nối đất phân bố dμi, tổng trở xung kích Zx.k có thể lớn gấp nhiều lần so với điện trở tản xoay chiều lμm tăng điện áp giáng trên bộ phận nối đất vμ có thể gây phóng điện ng−ợc đến các phần mang điện của trạm. Do đó ta phải tính toán, kiểm tra theo yêu cầu của nối đất chống sét trong tr−ờng hợp có dòng điện sét đi vμo hệ thống nối đất. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 77 4.4.1- Dạng sóng tính toán của dòng điện sét. Trong tính toán thiết kế ta chọn sóng tính toán của dòng điện sét lμ dạng sóng xiên góc có biên độ không đổi (xem hình 4-1) . Dạng sóng tính toán của dòng điện sét: + Is = a.t khi t < τđs + Is = I khi t ≥ τđs Trong đó: + a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/μs + I: biên độ dòng điện sét I = 150kA + τđs: thời gian đầu sóng lấy bằng 5μs ; ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ μ===τ s a Is ds 530 150 4.4.2- Yêu cầu kiểm tra. Ta kiểm tra theo điều kiện nhằm đảm bảo an toμn cho cách điện của máy biến áp : I.Z(0, τđ.s ) ≤ U0,5. Trong đó: I : lμ trị số dòng điện sét lấy bằng 150kV. Z(0, τđ.s ): lμ tổng trở xung kích nối đất tại thời điểm ngay chỗ dòng điện sét đi vμo điện cực. U0,5 : trị số điện áp phóng điện xung kích bé nhất của máy biến áp U0,5 (MBA) = 460kV. 4.4.3- Tính toán lại trị số điện trở nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét. Do việc dùng hệ thống nối đất an toμn lμm hệ thống nối đất chống sét nên ta phải tính toán lại trị số điện trở nối đất nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét. Tra bảng 19- 2 sách kỹ thuật điện cao áp ta chọn hệ số mùa sét lμ: Km.v = 1,2 ; Kcoc = 1,15. Dựa vμo công thức (44) vμ (45) ta thấy Rm.v vμ Rcoc. sẽ tỷ lệ thuận với kmùa , do ρ đo không đổi. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 78 Vậy điện trở của mạch vòng lμ: .8,1 6,1 4,2.2,1 . . ) .(. ) (.).(. . Ω=== toànanvm toànanvmsétvm vm K RK R Điện trở của cọc lμ: .3,47 4,1 6,57.15,1 K. R.K R )toμn an.(cọc )toμn an(cọc)sét.(cọc cọc Ω=== Điện trở nối đất nhân tạo tính cho nối đất chống sét lμ: )74( .R.n.R R.R R cọcv.mv.mcọc v.mcọc )sét(t.n −η+η= Trong đó: Rm.v vμ Rcọc ta vừa tính đ−ợc. n lμ số cọc đã tính đ−ợc n = 364 cọc. ηcọc vμ ηm.v đã tính đ−ợc ở phần nối đất nhân tạo ứng với n = 364 cọc ta có ηcọc = 0,19. ; ηm.v = 0,17. Vậy: .647,0 19,0.8,1.36417,0.3,47 8,1.3,47 .R.n.R R.R R cọcv.mv.mcọc v.mcọc )sét(t.n Ω=+=η+η= Vậy điện trở nối đất nhân tạo tính cho nối đất chống sét lμ: Rn.t sét =0,647Ω. 4.4.4- Tính tổng trở đầu vμo của nối đất chống sét Z(0; τđ.s). Để tính tổng trở đầu vμo của nối đất chống sét ta xét các điều kiện sau: + Bỏ qua nối đất t− nhiên. + Bỏ qua các thanh nối cân bằng điện áp trong trạm biến áp. + Trong tính toán, để đơn giản ta bỏ qua quá trình phóng điện tia lửa trong đất vμ giả thiết điện trở suất của đất không đổi. + Bỏ qua thμnh phần điện trở, điện dung của điện cực nối đất vì trở rất nhỏ so với thμnh phần điện kháng vμ điện dẫn ứng với tần số dòng điện sét. Ta xem mạch nối vòng đất gồm hai tia dμi ghép song song với nhau. l đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 79 Hình (4  6): Mạch vòng nối đất gồm hai tia dμi ghép song song Ta có sơ đồ thay thế: L0 L0 L0Is/2 g0 g0g0 Hình (47): Sơ đồ thay thế của mỗi tia. Với L vμ g lμ điện cảm vμ điện dẫn trên một đơn vị dμi. ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ Ω= m. 1 l.R 1 g 0 R lμ điện trở nối đất ổn định của cực nối đất R = 0,647Ω. .)m/H(3,0 r l ln.2,0L 0 μ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= Với r lμ bán kính cực nối đất: .m.,mm, b r 210251512 4 50 4 −==== Thay số vμo ta có: .m/H,, ., , ln.,L μ=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= − 76131010251 5511320 20 Vì điện dẫn ghép song song nên ta có: ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ Ω=== − m. 1 10.8,6 55,113.647,0.2 1 l.R,2 1 g 3 t.n 0 Tính toán phân bố dμi khi không xét quá trình phóng điện trong đất. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 80 Từ sơ đồ thay thế có thể thμnh lập đ−ợc hệ ph−ơng trình vi phân: )( t I L x U 84 −∂ ∂=∂ ∂ Giải hệ ph−ơng trình trên ta đ−ợc điện áp tại điểm bất kỳ vμ thời điểm bất kỳ trên điện cực. )94( l x.k cos.e1 k 1 .T2t l.g a )t,x(U 1k T t 21 0 k − ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ∑ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ π ⎟⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −+= ∞ = − Với hằng số thời gian 22 2 00 k .k l.g.L T π= Ta có 2 2 00 1 l.g.L T π= nên 2 1 k T Tk = . Từ đó suy ra tổng trở xung kích ở hai đầu vμo nối đất: )104(e1 k 1 . T.2 l l.g a )t,0(Z 1k T t 2 ds 1 0 k − ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ∑ ⎟⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −τ+= ∞ = − Tổng trở xung kích của nối đất ở đầu vμo thời điểm t = τđ.s vμ xét tới hai tia ghép song song lμ: )114(e1 k 1 . T.2 l l.g a . 2 1 ),0(Z 1k T t 2 ds 1 0 ds k − ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ∑ ⎟⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −τ+=τ ∞ = − Để tính Z(0, τđ.s) xét chuỗi: ∑ ∑∑ ∞ = ∞ = τ−τ− −=− 1 1 222 11 k k TT k e kk e k ds k ds Vì : e-3 =0,05 ; e-4 =0,018 ; e-5 = 0,0067 ; e-6 = 0,00247 Nên ta chỉ xét đến e-4. Từ e-4 rất bé so với số hạng tr−ớc nên ta có thể bỏ qua, tức lμ tính với k sao cho 4≤τ k ds T Ta có 2 1 k T Tk = nên 4 2 1 ≤τ k T ds . Vậy: ds .T k τ≤ 412 đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 81 Hệ số K lμ nguyên d−ơng nên ta có: ds T. K τ≤ 14 Với: ).s(65,15 14,3 55,11310.8,6.76,1l.g.L T 2 23 2 2 00 1 μ==π= − τđ.s = 5μs, ta có: 5335 65154 , ,. K =≤ Nh− vậy ta sẽ tính toán với K lớn nhất lμ 3, tức lμ K =1ữ3. Ta có các kết quả nh− bảng (4  1 ): k 1 2 3 )s(T k μ 15,65 3,9125 1,738 k ds T τ 0,32 1,278 2,876 k ds Te τ− 0,726 0,2786 0,056 2k e kT/ds τ− 0,726 0,06965 0,006 Từ bảng (4  1 ) ta tính đ−ợc: 80 3 1 2 , k e k ds T =∑ τ− Thay các giá trị vμo (4  11) ta đ−ợc: 361 3 1 2 111 22 3 1 2 , k =++=∑ .,,,( ,. ,.., .),(Z ds Ω=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+=τ − 272803615 651521 551131086 1 2 10 3 Kiểm tra điều kiện nhằm đảm bảo an toμn cách điện cho máy biến áp với các giá trị : I =m .150kA ; Z(0, τđ.s) = 2,27Ω. đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 82 ứng với 2 giá trị trên tại thời điểm dòng điện sét đi vμo hệ thống nối đất thì thế tại điểm dòng điện sét đi vμo lμ: Usét = I. Z(0, τđ.s) = 150.2,27= 340,5kV. Vậy Usét = 340,5kV < U50% = 460kV. Nhận xét: Do điện trở nối đất đạt yêu cầu nên không phải nối đất bổ xung cho hệ thống chống sét. 4.5- Kết luận. Hệ thống nối đất nhân tạo mạch vòng có chôn cọc nh− ph−ơng án đã chọn lμ 364 cọc, khoảng cách giữa các cọc lμ 0,625m, Rn.t = 0,786 Ω < 0,833 Ω = Rn.t.y.c . Mạch vòng nhân tạo đảm bảo an toμn cách điện cho máy biến áp khi có dòng điện sét. Sau khi kiểm tra lại nối đất theo yêu cầu chống sét đã đảm bảo điện áp giáng trên máy biến áp khi dòng sét đi vμo Usét = 340,5kV < U50% = 460kV, ta không phải tính toán nối đất bổ xung nữa.