Đang tải... (xem toàn văn)
BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP
1 Đồ án kỹ thuật điện cao áp ĐẶT VẤN ĐỀ Trong hệ thống điện trạm biến áp và đường dây điện là 2 phần tử quan trọng, làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối năng lượng điện.Bảo vệ trạm biến áp và đường dây là nhiệm vụ quan trọng để việc cung cấp năng lượng điện được liên tục và ổn định. Bảo vệ chống sét trạm biến áp,đường dây bao gồm các phần: + Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp: các trạm biến áp được bảo vệ bằng dây chống sét (treo trên các thiết bị và các xà đỡ dây, thanh cái) hoặc các cột chống sét kiểu Franklin. + Mạng lưới nối đất: để tản dòng điện sét trong đất hạn chế các phóng điện ngược trên các công trình cần bảo vệ. + Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào đường dây . + Bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm. Yêu cầu đề ra là thiết kế chống sét cho trạm phân phối 110/22kV Mỹ Xá với số liệu sau : Sơ đồ: 110kV Sơ đồ một thanh góp . 22kV được bọc chì chôn xuống đất. Độ cao cần bảo vệ: Trạm 110kV là 11m và 8m. Máy biến áp: TM 110/22kV. Có 2 đường dây 110kV vào trạm. Điện trở suất của đất: 95 Ωm. Sơ đồ mặt bằng, mặt cắt đi kèm. 1 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 1 2 Đồ án kỹ thuật điện cao áp CHƯƠNG I: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 1.1. CÁC YÊU CẦU: Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ. Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các yêu cầu cụ thể, hệ thống các cột thu sét có thể được đặt trên các độ cao có sẵn như xà, cột đèn chiếu sáng . hoặc được đặt độc lập. Khi đặt hệ thống cột thu sét trên kết cấu của trạm sẽ tận dụng được độ cao vốn có của công trình nên sẽ giảm được độ cao của cột thu sét. Tuy nhiên đặt hệ thống thu sét trên các thanh xà của trạm thì khi có sét đánh sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phần điện cảm của cột. Phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang các phần tử mang điện khi cách điện không đủ lớn. Do đó điều kiện để đặt cột thu sét trên hệ thống các thanh xà trạm là mức cách điện cao và điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ. Đối với trạm phân phối ngoài trời từ 110kV trở lên do có cách điện cao nên có thể đặt cột thu sét trên các kết cấu của trạm phân phối. Các trụ của kết cấu trên đó có đặt cột thu sét thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm phân phối theo đường ngắn nhất và sao cho dòng điện I S khuếch tán vào đất theo 3 - 4 cọc nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất. Nơi yếu nhất của trạm phân phối ngài trời điện áp 110kV trở lên là cuộn dây của máy biến áp. Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp thì 2 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 2 3 Đồ án kỹ thuật điện cao áp yêu cầu khoảng cách giữa hai điểm nối đất vào hệ thống nối đất của cột thu sét và vỏ máy biến áp theo đường điện phải lớn hơn 15m. Khi bố trí cột thu sét trên xà của trạm phân phối ngoài trời 110kV trở lên cần chú ý nối đất bổ sung ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu sét vào hệ thống nối đất nhằm đảm bảo điện trở khuếch tán không được quá 4Ω. Khi dùng cột thu sét độc lập phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu sét đến các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu sét đến vật được bảo vệ. Việc lắp đặt các cột thu sét làm tăng xác suất sét đánh vào diện tích công trình cần bảo vệ, do đó cần chọn vị trí lắp đặt các cột thu sét một cách hợp lý. Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt khi có dòng điện sét chạy qua. Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện đến đèn phải được cho vào ống chì và chèn vào. 1.2. PHẠM VI BẢO VỆ CỦA HỆ THỐNG THU SÉT: 1.2.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét. Cột thu sét là thiết bị không phải để tránh sét mà ngược lại dùng để thu hút phóng điện sét về phía nó bằng cách sử dụng các mũi nhọn nhân tạo sau đó dẫn dòng điện sét xuống đất. Sử dụng các cột thu sét với mục đích là để sét đánh chính xác vào một điểm định sẵn trên mặt đất chứ không phải là vào điểm bất kỳ nào trên công trình.Cột thu sét tạo ra một khoảng không gian gần cột thu sét (trong đó có vật cần bảo vệ), ít có khả năng bị sét đánh gọi là phạm vi bảo vệ . a. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập là miền được giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình. 3 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 3 4 Đồ án kỹ thuật điện cao áp )( 1 6,1 X X X hh h h r − + = (1-1) Trong đó : h: độ cao cột thu sét. h X : độ cao cần bảo vệ. h a =h-h X : độ cao hiệu dụng cột thu sét. r X : bán kính của phạm vi bảo vệ. Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn giản hoá đường sinh của hình chóp có dạng đường gẫy khúc như hình sau: h 0,2h h x 1,5h 0,75h 0,75h 1,5h r x Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét. Bán kính được tính toán theo công thức sau: Nếu hh X 3 2 ≤ thì ) 8,0 1(5,1 h h hr x X −= (1.2) Nếu hh X 3 2 > thì )1(75,0 h h hr x X −= (1.3) Các công thức trên chỉ đúng khi cột thu sét cao dưới 30m. Hiệu quả của cột thu sét cao trên 30m giảm đi do độ cao định hướng của sét giữ hằng số. Có thể dùng các công thức trên để tính toán phạm vi bảo vệ nhưng phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh h p 5,5 = và trên hoành độ lấy các giá trị hp75,0 và hp5,1 . b. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét. 4 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 4 5 Đồ án kỹ thuật điện cao áp Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn tổng phạm vi bảo vệ các cột đơn cộng lại. Nhưng để các cột thu lôi có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn ha 7≤ (trong đó h là độ cao của cột thu sét). Phần bên ngoài khoảng cách giữa hai cột có phạm vi bảo vệ giống như của một cột. Phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm: 2 đỉnh cột và điểm có độ cao h 0 - độ cao lớn nhất giữa hai cột được bảo vệ xác định theo công thức: 7 0 a hh −= (1.4) 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: Nếu 0 3 2 hh x ≤ thì ) 8,0 1.(.5,1 0 00 h h hr x x −= (1.5) Nếu 0 3 2 hh x > thì )1.(.75,0 0 00 h h hr x x −= (1.6) Khi độ cao của cột thu sét vượt quá 30m thì có các hiệu chỉnh hệ số h p 5,5 = ; trên hoành độ lấy các giá trị hp75,0 và hp5,1 ; khi đó h 0 tính theo công thức : p a hh 7 0 −= (1.7) h 0,2h 0,75h a h o h x 1,5h r x R r 0x 5 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 5 6 Đồ án kỹ thuật điện cao áp Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau. c. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau. Trường hợp hai cột thu sét có độ cao 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 thấp (cột 1) và cột cao (cột 2) riêng rẽ. Qua đỉnh cột thấp (cột 1) vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở điểm 3 điểm này được xem là đỉnh của một cột thu sét giả định. Cột 1 và cột 3 hình thành đôi cột có độ cao bằng nhau (h 1 ) với khoảng cách a’. Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi 3 có độ cao h 1 . 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 1 là a ' và x như sau: x1 R 2 1 1 h 1,5h1 0,75 0,2h1 h1 R x0 0,75h2 1,5h2 hx h2 0,2h2 R x2 x a ho 3 a' 6 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 6 7 Đồ án kỹ thuật điện cao áp Hình 1.3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau. )1(75,0 1 2 1 h h hx −= (1.8) xaa −= ' (1.9) Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ 2 cột có độ cao bằng nhau. d. Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột thu sét (số cột >2). Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi một đa giác thì độ cao tác dụng của cột thu lôi phải thoả mãn: a hD 8 ≤ (1.10) Trong đó: D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột. h a =h- h x : độ cao hiệu dụng của cột thu sét. Nhóm cột tam giác có ba cạnh là a, b,c có: ))()((4 2 cpbpapp abc RD −−− == (1.11) với p là nửa chu vi : 2 cba p ++ = (1.12) Nhóm cột tạo thành hình chữ nhật: 22 baD += (1.13) với a, b là độ dài hai cạnh hình chữ nhật. Độ cao tác dụng của cột thu sét h a phải thoả mãn điều kiện: 8 D h a ≥ (1.14) D a b c D 7 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 7 8 Đồ án kỹ thuật điện cao áp a b Hình1.4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột tạo thành tam giác và chữ nhật. 1.2.1. Phạm vi bảo vệ của dây thu sét. a. Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét. Phạm vi bảo vệ của dây thu sét là một dải rộng. Chiều rộng của phạm vi bảo vệ phụ thuộc vào mức cao h x được biểu diễn như sau : 0,6h 0,2h 0,8h h a b a' c 1,2h 2 b x h x Hình1.5 : Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét. Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét tương tự cột thu sét ta có các hoành độ 0,6h và 1,2h. Nếu hh x 3 2 ≤ thì ) 8,0 1.(.2,1 h h hb x x −= (1.15) Nếu hh x 3 2 > thì )1.(.6,0 h h hb x x −= (1.16) Khi độ cao cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được hiệu chỉnh theo p. 8 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 8 9 Đồ án kỹ thuật điện cao áp b. Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét. Để phối hợp bảo vệ bằng hai dây thu sét thì khoảng cách giữa hai dây thu sét phải thoả mãn điều kiện : hS 4≤ Với khoảng cách trên thì dây có thể bảo vệ được các điểm có độ cao h 0 . 4 0 S hh −= (1.17) Phần ngoài của phạm vi bảo vệ giống phạm vi bảo vệ của một dây, còn phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua ba điểm là hai điểm treo dây thu sét và điểm có độ cao h 0 . h 0,2h 0,6h s h o h x 1,2h bx R Hình 1.6: Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét. 1.3. PHƯƠNG ÁN BẢO VỆ CỦA HỆ THỐNG THU SÉT 1.3.1. Phương án 1. 1.3.1.1. Sơ đồ mặt bằng bố trí cột thu sét. Ta bố trí các cột thu sét như sau: Phía 110kV đặt 4 cột: Hai cột 1, 4 đặt trên xà cao 11m ; hai cột 2, 3 được xây dựng độc lập. 9 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 9 10 Đồ án kỹ thuật điện cao áp AT1 AT2 Hình 1.7: Sơ đồ mặt bằng bố trí cột thu sét 10 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 10 [...]... nhỏ không nguy hiểm cho người tiếp xúc Nối đất chống sét Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất khi sét đánh vào cột thu lôi hay đường dây Hạn chế hình thành và lan truyền của sóng quá điện áp do phóng điện sét gây nên Nối đất chống sét còn có nhiệm vụ hạn chế hiệu điện thế giữa hai điểm bất kỳ trên cột điện và đất Nếu không, mỗi khi có sét đánh vào cột chống sét hoặc trên đường dây, sóng... vi bảo vệ của các cặp cột biên : NHÓM CỘT CẠNH NHAU 110kV Cặp cột Độ cao cột a h0 (m) (m) (m) (m) 1-2 16,00 25 12,43 2-3 16,00 28 3-4 16,00 4-1 16,00 r0x 2/3*h0 (m) hx=11m hx=8m 8,29 1,07 3,65 12 8 0,75 3 25 12,43 8,29 1,07 3,65 28 12 8 0,75 3 1.3.1.3 Phạm vi bảo vệ phương án 1 Vì phạm vi bảo vệ cho dộ cao h x =11m đã được bảo vệ nên với độ cao h x =8m chắc chắn được bảo vệ nên ta không vẽ phạm vi bảo. .. cao lớn nhất cần bảo vệ là hx=11m và ha=4,69m ta chọn ha=5m Do đó độ cao thực tế của các cột thu sét phía 110kV là : h0 = hx + ha = 11 + 5 = 16(m) và ở đây dùng xà để làm giá đỡ cho cột thu lôi b) Phạm vi bảo vệ của từng cột : Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 16m Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m Do h x = 11 > 2 11 16 = 10,67 r011 = 0,75.16.(1 − ) = 3,75(m) 3 16 vậy Bán kính bảo vệ ở độ cao 8m 11... 54(m) Tổng chiều dài dây chống sét: l d = 2.( 25 + 28) = 106(m) * NHẬN XÉT: Qua tính toán ta thấy cả 2 phương án trên đều thoả mãn nhu cầu kỹ thuật đề ra Phương án 1: Có chiều dài cột phải xây dựng là 42m Phương án 2: Có chiều dài cột phải xây dựng là 54m, dây chống sét là 106m Mặt khác nếu chọn phương án 2 phải thêm cột, dây néo, do vậy ta chọn phương án 1 chống sét đánh trực tiếp vào trạm 22 Sinh viên... võng: Độ cao cột treo dây thu sét : h2 = h02 + f = 17,25 + 0,177 = 17,427(m) Vậy chọn độ cao treo dây thu sét là h=19m a.)Phạm vi bảo vệ của dây thu sét: Ta chỉ tính cho vị trí cao nhất ứng với đỉnh cột(vì độ chênh lệch giữa vị trí cao nhất và thấp nhấp không đáng kể) Bảo vệ ở độ cao 11m: Do hx = 11 < 11 2 2 bx = 1,2.19.(1 − ) = 6,3(m) h = 19 = 12,67 0,8.19 3 3 thì Bảo vệ ở độ cao 8m: Do hx = 8 < 8... 10,8(m) h = 19 = 12,67 0,8.19 3 3 thì Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai dây12 và 34 h0 = h − S1 28 = 19 − = 12 4 4 Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai dây14 và 23 h0 = h − S2 25 = 19 − = 12,75 4 4 b.)Phạm vi bảo vệ của từng cột thu sét phía 110kV: 19 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 19 20 Đồ án kỹ thuật điện cao áp Ta đăt cột thu sét bao biên có độ cao 19m 11 2 r011 = 1,5.19.(1 − ) = 7,87... 19 = 12,67 0,8.19 3 Do vậy 1.3.2.3 Phạm vi bảo vệ của phương án 2: Ta chỉ cần vẽ phạm vi bảo vệ cho độ cao h x =11m 20 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 20 21 Đồ án kỹ thuật điện cao áp AT2 AT1 Hình 1.10 Phạm vi bảo vệ của phương án 2 21 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 21 22 Đồ án kỹ thuật điện cao áp 1.3.2.4 Kết luận: Phương án có phạm vi bảo vệ thoả mãn yêu cầu đặt ra Tổng số cột :... vẽ phạm vi bảo vệ cho h x =8m.Phạm vi bảo vệ cho phương án 1 như hình vẽ sau: 12 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 12 13 Đồ án kỹ thuật điện cao áp 13 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 13 14 Đồ án kỹ thuật điện cao áp AT2 AT1 Hình 1.8: Phạm vi bảo vệ phương án 1 14 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 14 15 Đồ án kỹ thuật điện cao áp 1.3.1.4 Kết luận: Phương án bảo vệ thoả mãn yêu... thu sét 15 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 15 16 Đồ án kỹ thuật điện cao áp AT2 AT1 Hình 1.9: Sơ đồ mặt bằng bố trí dây thu sét 16 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 16 17 Đồ án kỹ thuật điện cao áp Trạm 110kV có treo 4 dây chống sét C-70 , 2 dây 12 và 34 dài l= 25m, 2 dây 14 và 23 dài 28m Khoảng cách giữa hai dây 12 và 34 là S=28m, khoảng cách giữa 2 dây 14 và 23 là 25m Để bảo vệ toàn... bằng kim loại có nguy cơ bị tiếp xúc với dòng điện (hư hỏng cách điện) nối với hệ thống nối đất Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên vật nối đất có trị số bé Hệ thống nối đất là một phần quan trọng trong việc bảo vệ quá điện áp Tuỳ theo nhiệm vụ và hiệu quả mà hệ thống nối đất được chia làm ba loại Nối đất làm việc Nhiệm vụ chính là đảm bảo sự làm việc bình thường
