Bài tập dài môn Cao Áp Lời nói đầu Sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất hay giữa các đám mây mang các điện tích trái dấu. Sét không những mang đến hậu quả nghiêm trọng đối với con người khi bị sét tác động mà với các thiết bị phân phối cũng vậy. Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng bao gồm NMĐ - đường dây - TBA và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó có phần tử có số lượng lớn và khá quan trọng đó là các TBA, đường dây. Trong quá trình vận hành các phần tử này chịu ảnh hưởng rất nhiều sự tác động của thiên nhiên như mưa, gió, bão và đặc biệt nguy hiểm khi bị ảnh hưởng của sét. Khi có sự cố sét đánh vào TBA, hoặc đường dây nó sẽ gây hư hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn tới việc ngừng cung cấp điện và gây thiệt hại lớn tới nền kinh tế quốc dân. Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm chi phí thiệt hại và nâng cao độ an toàn khi vận hành chúng ta phải tính toán và bố trí bảo vệ chống sét cho HTĐ Vì vậy việc thiết kế bảo vệ chống sét là một việc rất quan trọng đối với những sinh viên nghành hệ thống điện.Dưới sự hướng dẫn của thầy Trần Hoàng Hiệp thì em đã hoàn thành bài tập dài Cao áp. Tuy nhiên em không thể tránh khỏi những sai sót, do vậy em mong được sự đóng góp cho em về bài tập dài này. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy đã hướng dẫn cho em hoàn thành bài tập dài này. 1 Bài tập dài môn Cao Áp CHƯƠNG I BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP TRẠM BIẾN ÁP A. Lý thuyết chung 1.1 Đặt vấn đề: Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện. Đối với trạm biến áp 220/110kV thì các thiết bị điện của trạm được đặt ngoài trời nên khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn gây nên những hậu quả cho những ngành công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện . Do vậy trạm biến áp thường có yêu cầu bảo vệ cao Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi. Tác dụng cuả hệ thống này là tập trung điện tích để định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên dưới hệ thống này. Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ngược đến các thiết bị khác gần đó. Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật. 2 Bài tập dài môn Cao Áp 1.2 Yêu cầu kĩ thuật đối với hệ thống thu sét: + Công trình cần bảo vệ an toàn phải được nằm gọn trong phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét.Hệ thống này có thể đặt ngay trên bản thân công trình hoặc đặt cách ly tùy thuộc vào hoàn cảnh và điều kiện cụ thể. Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng được độ cao của phạm vi bảo vệ và sẽ giảm được độ cao của cột thu lôi. Nhưng mức cách điện của trạm phải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị. Vì đặt kim thu sét trên các thanh xà của trạm thì khi có phóng điện sét, dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phần điện cảm của cột, phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ thống thu sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi mà mức cách điện không đủ lớn. Do đó điều kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà của trạm là mức cách điện cao và 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 và độ dài chuỗi sứ lớn) do đó có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm và các kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm theo đường ngắn nhất sao cho dòng điện sét khuyếch tán vào 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 ngoài trời điện áp từ 110kV trở lên là 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 vào hệ thống của cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đường 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.Để chống ăn mòn phần dẫn điện cần phải sơn hoặc tráng kẽm và không nên dùng loại dây xoắn.Các mối nối dọc theo mạch điện của hệ thống thu sét phải đảm bảo có tiếp xúc tốt ,nếu không tại các nơi này có thể quá nóng hoặc có phóng điện tia lửa. 3 Bài tập dài môn Cao Áp Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện phải được cho vào ống chì và chôn trong đất. 1.3 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và bố trí cột thu sét Cột thu sét là thiết bị không phải để tránh sét mà ngược lại dùng để thu hút phóng điện sét về phía nó bằng cách sử dụng các mũi nhọn nhân tạo sau đó dẫn dòng điện sét xuống đất. Sử dụng các cột thu sét với mục đích là để sét đánh chính xác vào một điểm định sẵn trên mặt đất chứ không phải là vào điểm bất kỳ nào trên công trình. Cột thu sét tạo ra một khoảng không gian gần cột thu sét (trong đó có vật cần bảo vệ), ít có khả năng bị sét đánh gọi là phạm vi bảo vệ. 1.3.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập là miền được giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình: 1,6 x x x h h r h h h − = + Trong đó: h: độ cao cột thu sét. h x : độ cao cần bảo vệ. h-h x = h a : độ cao hiệu dụng cột thu sét, được xác định theo từng nhóm cột ( h a ≤ D/8m ). ( Với D là đường kính ngoại tiếp vòng tròn đa giác tạo bởi các chân cột) r x : bán kính của phạm vi bảo vệ. 4 Bài tập dài môn Cao Áp Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng dạng đơn giản hoá đường sinh của hình chóp có dạng đường gẫy khúc như hình sau: a' b c a h 0,8h 0,2h 0,75h 1,5h R Hình 1.1. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét. Bán kính được tính toán theo công thức sau: Nếu x 2 h 3 h ≤ thì 1,5 (1 ) 0,8 x x h r h h = − Nếu x 2 h 3 h > thì 0,75 (1 ) x x h r h h = − Các công thức trên chỉ đúng khi cột thu sét cao dưới 30m. Hiệu quả của cột thu sét cao trên 30m giảm đi do độ cao định hướng của sét giữ hằng số. Có thể dùng các công thức trên để tính toán phạm vi bảo vệ nhưng phải nhân 5 Bài tập dài môn Cao Áp thêm hệ số hiệu chỉnh h 5,5 P = và trên hình vẽ dùng hoành độ 0,75h.p và 1,5h.p. Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu sét thì lớn hơn tổng phạm vi bảo vệ các cột đơn cộng lại. Nhưng để các cột thu lôi có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn a ≤ 7h (trong đó h là độ cao của cột thu sét). 1.3.2 Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét a. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có cùng độ cao. Phần bên ngoài khoảng cách giữa hai cột có phạm vi bảo vệ giống như của một cột. Phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm là hai đỉnh cột và điểm có độ cao h 0 - phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột được xác định theo công thức: 0 7 a h h = − h 0,2h 0,75h a h o h x 1,5h r x R r 0x Hình 1.2. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao giống nhau. Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột là r 0x và được xác định như sau: 6 Bài tập dài môn Cao Áp Nếu 0 2 3 x h h ≤ thì 0 0 0 1,5 (1 ) 0,8 x x h r h h = − Nếu 0 2 3 x h h > thì 0 0 0 0,75 (1 ) x x h r h h = − Khi độ cao của cột thu sét vượt quá 30m thì có các hiệu chỉnh hệ số h 5,5 P = , trên hoành độ lấy các giá trị 0,75h.p và 1,5h.p; khi đó h 0 lấy theo công thức: 0 7 a h h p = − b. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau. Trường hợp hai cột thu sét có độ cao h 1 và h 2 khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo vệ được xác định như sau: Vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao (cột 1) có độ cao h 1 và cột thấp (cột 2) có độ cao h 2 riêng rẽ. Qua đỉnh cột thấp (cột 2) vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở điểm 3 điểm này được xem là đỉnh của một cột thu sét giả định. Cột 2 và cột 3 hình thành đôi cột có độ cao bằng nhau và bằng h 2 với khoảng cách a’. Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi 3 có độ cao h 2 . Điểm này được xem như đỉnh của một cột thu sét giả định. Ta xác định được các khoảng cách giữa hai cột có cùng độ cao h 2 là a’ và x như sau: 7 Bài tập dài môn Cao Áp h 2 0,2h 2 0,75h 2 a' h o 1,6h 2 3 0,75h 1 1,6h 1 a x h 1 2 1 Hình 1.3. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau. Nếu 2 1 2 3 h h ≤ thì 2 1 1 1,5 (1 ) 0,8 h x h h = − Nếu 2 1 2 3 h h > thì 2 1 1 0,75 (1 ) h x h h = − 'a a x = − Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ của hai cột có độ cao bằng nhau h 2 c. Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột thu sét ( số cột > 2 ). Khi công trình cần bảo vệ chiếm một diện tích rộng lớn thì người ta thường dùng một hệ thống nhiều cột thu sét để bảo vệ. Để xác định phạm vi bảo vệ, ta chia hệ thống cột thu sét thành từng nhóm ba hoặc bốn cột thu sét ở gần nhau. Bên ngoài diện tích của đa giác đi qua chân các cột thu sét, phạm vi bảo vệ được xác định như giữa hai cột thu sét với nhau. 8 Bài tập dài môn Cao Áp Hình1.4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột tạo thành tam giác và chữ nhật. Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi một đa giác thì độ cao của cột thu lôi phải thoả mãn: . 8( ) a x D h p h h p ≤ = − Trong đó: D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột. Nhóm cột tam giác có ba cạnh là a, b,c có: 2 2. 4 ( )( )( ) 2 ( )( )( ) abc abc D R p p a p b p c p p a p b p c = = = − − − − − − Với p là nửa chu vi: 2 a b c p + + = Nhóm cột tạo thành hình chữ nhật: 2 2 D a b = + Với a, b là độ dài hai cạnh hình chữ nhật. Chiều cao tác dụng của cột thu sét h a phải thoả mãn điều kiện: 8 a D h ≥ 9 Bài tập dài môn Cao Áp B. Tính toán 1.1 Bố trí cột thu sét Theo sơ đồ kết cấu của trạm thì ta biết được mặt bằng mà chưa biết cụ thể vị trí đặt các thiết bị trong trạm. Với thông tin này ta chỉ cần bố trí cột chống sét sao cho các cột có thể bảo vệ được phần diện tích mặt bằng của trạm với độ cao h X là được.Với h x là chiều cao của trạm cần được bảo vệ. Đối với trạm 220 kV xà cao: 16,5m và 11,5m nên chọn độ cao cần bảo vệ h x = 16,5m Đối với trạm 110 kV xà cao: 11m và 7,5m nên chọn độ cao cần bảo vệ h x = 11m Diện tích mặt bằng: l 1 =78+136 = 214 m. l 2 = 104 m Điện trở suất của đất 80 Ω.m Với kết cấu của trạm ta có phương án bố trí các cột có khoảng cách giữa các cột như hình vẽ sau. 10 [...]... NHÓM CỘT CÓ ĐỘ CAO KHÁC NHAU Cặp r0x Độ cao cột a x a' ho (m) (m) (m) (m) (m) (m) hx=11 m 8-9 26-20 68 2,3 65,7 12,6 1,2 13-14 26-20 68 2,3 65,7 12,6 1,2 cột Qua tính toán cho thấy phương án trên thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật đề ra,thỏa mãn điều kiện bảo vệ cho trạm biến áp 15 Bài tập dài môn Cao Áp 16 Bài tập dài môn Cao Áp 17 Bài tập dài môn Cao Áp CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 2.1 YÊU CẦU... 2, 3, 6, 7, 8, 11, 12, 13 cao 25 m Còn các cột còn lại cao 22 m Cột 1 2 3 4 h(m) 25 25 25 22 Tổng 5 22 6 7 8 9 25 25 25 22 357 m 10 22 11 25 12 25 1.2 Tính toán và vẽ phạm vi bảo vệ của các cột thu sét Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kv cao 25m + Bán kính bảo vệ của từng cột ở độ cao 16,5m: 2 2 〈 h = 25 = 16, 7 3 Do hx=16,5 3 m 11 13 25 14 22 15 22 Bài tập dài môn Cao Áp Bán kính bảo vệ của từng.. .Bài tập dài môn Cao Áp Trạm 220 kV Đường kính của vòng tròn qua 4 đỉnh của các nhóm cột 1, 2, 6, 7 là: D = 39 2 + 522 = 65m Chiều cao cần bảo vệ hx = 16,5 m Nên chiều cao tối thiểu của cột chống sét là: h1,2,6,7 ≥ D 65 + hx = + 16,5 = 24, 6m 8 8 Trạm 110 kV Đường kính của vòng tròn qua 4 đỉnh của các nhóm cột 3, 4, 9, 8 là: D = 682 + 522 = 85, 6m Chiều cao cần bảo vệ hx = 11 m Nên chiều cao tối... tới phần điện dung C vì 25 Bài tập dài môn Cao Áp ngay cả trong trường hợp sóng xung kích, dòng điện dung cũng rất nhỏ so với dòng điện trở tản L L G G L G L G Hình 2.3: Sơ đồ đẳng trị rút gọn Trong đó: L : điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài G: điện dẫn của điện cực trên một đơn vị dài  l  L = 0, 2  ln − 0,31÷µ H / m  r  (2.7) Với: l : chiều dài điện cực (chiều dài mỗi tia) Vì nối đất chống... Với số cọc cần thiết là: n = 5 cọc, lcọc = 3 (m), a = 6(m) 32 (2.16) Bài tập dài môn Cao Áp Như vậy ta có tỉ số a/l = 1 Tra bảng 3 phụ lục (trang 82) sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kĩ thuật điện cao áp ta được hệ số sử dụng của cọc là ƞ C = 0,72 Tra bảng 5 phụ lục (trang 84) sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kĩ thuật điện cao áp ta được hệ số sử dụng của cọc là ƞT = 0,74 Thay số vào công thức (2.16)... nối đất - Hệ thống nối đất gồm nhiều cọc bố trí dọc theo chiều dài hình tia hoặc theo chu vi mạch vòng: RHT = RT RC RC ηT + n.RT ηC Trong đó: RC : điện trở tản của một cọc 22 (2.5) Bài tập dài môn Cao Áp RT : điện trở tản của thanh n : số cọc ƞT : hệ số sử dụng của tia dài hoặc của mạch vòng ƞC : hệ số sử dụng của cọc Đối với trạm biến áp khi thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo ta sử dụng hình thức... hằng số thời gian T và thời gian đầu sóng 24 Bài tập dài môn Cao Áp của dòng điện Khi T = =2,3( m) Khoảng cách từ cột 4 tới cột giả tưởng là: a’=a-rx=68 – 2,3=65,7m Chiều cao lớn nhất của khu vực bảo vệ... ( µ s ) 22 7 − τ ds Tk / K 2 ( µs) 0,93 0,19 0,06 0,02 0,07 0,002 0,001 Bài tập dài môn Cao Áp  1  2.T1 ∞ 1 ∑ K 2 1 − e−τ ds / TK  1 + 2.G.l  τ ds k =1  1  2.66,8  = 1+ (1,5 − 1,273)  −3 2.3,1.10 318  5   = 3,58( Ω) ⇒ Z (0,τ ds ) MV = ( ) Do máy biến áp là phần tử yếu nhất nên ta chỉ cần kiểm tra với máy biến áp Điện áp tại điểm dòng điện sét đi vào là : Us = I.Z(0;τđs) = 150.3,58= 537(... 7 (m) 2 2 〉 h0 = 12,3 = 8, 2 3 Do hx=11 3 m 13 Bài tập dài môn Cao Áp Bán kính bảo vệ của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi (4-5) ở độ cao hx=11m là: r0 x = 0,75.h0 (1 − hx 11 ) 0, 75.12,3.(1 − )≈ h0 = 12,3 1( m) Tính toán cho cặp cột 5-10 Bán kính bảo vệ của từng cột là 12,4m Chiều cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi (5-10) ở độ cao hx=11m a 52 h − = 22 − = 14, 6 h0 7 7 ( m) = . trạm biến áp 15 Bài tập dài môn Cao Áp 16 Bài tập dài môn Cao Áp 17 Bài tập dài môn Cao Áp CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP. 2.1 YÊU CẦU KĨ THUẬT KHI NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP. Nối. dẫn cho em hoàn thành bài tập dài này. 1 Bài tập dài môn Cao Áp CHƯƠNG I BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP TRẠM BIẾN ÁP A. Lý thuyết chung 1.1 Đặt vấn đề: Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng. cùng độ cao h 2 là a’ và x như sau: 7 Bài tập dài môn Cao Áp h 2 0,2h 2 0,75h 2 a' h o 1,6h 2 3 0,75h 1 1,6h 1 a x h 1 2 1 Hình 1.3. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác