Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp Bài Tập Dài Môn Kỹ Thuật Điện Cao Áp Giáo viên hướng dẫn: Ths Trần Hoàng Hiệp Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Tài Lớp: Đ2-H2 Đề TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110 kV I Số liệu ban đầu:  Trạm biến áp: phía 220 kV có diện tích 82x79 m2  Phía 110 kV có diện tích 82 x 104 m2  Điện trở suất đất: ρ d = 87Ω.m  Đường dây: - Trạm 220 kV có lộ - Trạm 110 kV có lộ - Dây dẫn : ACO – 240 - Dây chống sét: C – 70  Chiều dài khoảng vượt đường dây 110 kV: l = 300 m  Chiều dài khoảng vượt đường dây 220 kV: l = 250 m  Khi tính nối đất: Rc = Ω II Nội dung tính toán: Phần 1:  Chương I: Tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 220/110 kV  Chương II: Tính toán hệ thống nối đất cho trạm biến áp 220/110 kV Phần II: Các vẽ liên quan Phần Chương Tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 220/110 kV I.1 Cơ sở lý thuyết chung: I.1.1 Những yêu cầu hệ thống thu sét: Các thiết bị phân phối điện đặt trời đường dây, trạm biến áp dễ bị điện áp điện áp khí (sét đánh trực tiếp, cảm ứng hay lan truyền đường dây), điện áp nội Trong đó, điện áp khí sét đánh nguy hiểm gây thiệt hại nghiêm trọng cho công trình hệ thống điện Vì vậy, bảo vệ chống sét đánh trực tiếp yêu cầu hàng đầu thiết kế vận hành mạng điện Hệ thống thu sét phận công trình quan trọng nhằm bảo vệ phận hệ thống điện đường dây, trạm biến áp khỏi hư hỏng bị sét SVTH: Nguyễn Văn Tài Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp đánh Đối với đường dây, để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp người ta sử dụng hệ thống dây chống sét Đối với trạm biến áp nhà máy điện người ta sử dụng cột thu lôi Các cột thu lôi đặt độc lập điều kiện cho phép đặt kết cấu trạm nhà máy Yêu cầu hệ thống thu sét phải có điện trở nối đất đủ nhỏ để đảm bảo tản nhanh dòng điện sét xuống đất, tránh tượng phóng ngược dòng điện sét từ thiết bị sang thiết bị khác, từ cột thu sét hay dây chống sét sang công trình mang điện đặt lân cận Khi thiết kế bảo vệ chống sét cần đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, kinh tế mỹ thuật - Đối với trạm phân phối trời từ 110 kV trở lên có mức cách điện cao nên đặt cột thu lôi kết cấu trạm phân phối Các trụ cột kết cấu có đặt cột thu lôi phải ngắn cho dòng điện sét IS khuếch tán vào đất theo 3÷4 hệ thống nối đất Ngoài trụ kết cấu phải có nối đất bổ sung để cải thiện số điện trở nối đất - Nơi yếu trạm phân phối trời với điện áp từ 110 kV trở lên cuộn dây máy biến áp, dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp yêu cầu khoảng cách hai điểm nối vào hệ thống nối đất cột thu lôi vỏ máy biến áp theo đường điện phải lớn 15m - Khi bố trí cột thu lôi xà trạm phân phối trời 110 kV trở lên phải thực điểm sau: + Ở chỗ nối kết cấu có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có nối đất bổ sung (dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở khuếch tán không 4Ω (ứng với dòng điện tần số công nghiệp) + Khi bố trí cột thu lôi xà trạm 35kV phải tăng cường cách điện lên đến mức cách điện cấp 110 kV + Trên đầu cuộn dây – 10kV máy biến áp phải đặt cột chống sét van (CSV), thiết bị chống sét đặt vỏ máy + Để bảo vệ cuộn dây 35 kV cần đặt cột chống sét van Khoảng cách chỗ nối vào hệ thống nối đất vỏ máy biến áp chống sét van (theo đường điện) phải nhỏ 5m Khoảng cách tăng lên điểm nối đất chống sét van vào hai điểm nối đất vỏ máy biến áp kết cấu có đặt cột thu lôi + Khoảng cách không khí kết cấu trạm có đặt cột thu lôi phận mang điện không bé chiều dài chuỗi sứ - Có thể nối cột thu lôi độc lập vào hệ thống nối đất trạm phân phối cấp điện áp 110kV yêu cầu thực - Không nên đặt cột thu lôi kết cấu trạm phân phối20 ÷ 35 kV, không nên nối cột thu lôi vào hệ thống nối đất trạm 20 ÷ 35 kV SVTH: Nguyễn Văn Tài Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp - Khi dùng cột thu lôi độc lập phải ý đến khoảng cách cột thu lôi đến phân trạm để tránh khả phóng điện từ cột thu lôi đến vật bảo vệ - Khi dùng cột đèn chiếu sáng để làm giá đỡ cho cột thu lôi phải cho dây dẫn điện đến đèn vào ống chì chôn vào đất - Đối với nhà máy điện dùng sơ đồ đặt cột thu lôi xà máy biến áp máy phát điện máy biến áp nối với cầu bọc kín hai đầu nối đất Nếu cầu có phân đoạn không phép đặt cột thu lôi xà máy biến áp Với máy bù đồng áp dụng điều - Có thể nối dây chống sét bảo vệ đoạn đến trạm vào hệ thống nối đất trạm khoảng cách từ chỗ nối đất trạm đến điểm nối đất máy biến áp lớn 15m - Để đảm bảo mặt tính (độ bền học) chống ăn mòn cần phải theo quy định loại vật liệu, tiết diện dây dẫn dùng mặt dất đất phải theo bảng sau: Loại vật liệu Dây dẫn dòng điện sét dùng mặt đất Dây dẫn dòng điện sét dùng mặt đất Thép tròn mạ kẽm φ mm φ 10 mm Thép dẹt mạ kẽm 20 x 2,5 mm2 30 x 3,5 mm2 Không dùng Không dùng Thanh đồng tròn φ mm φ mm Thanh đồng dẹt 20x2,5 mm2 20x2,5 mm2 Dây đồng xoắn Không dùng Không dùng Thanh nhôm tròn Không dùng Không dùng Cáp thép I.1.2 Cách xác định phạm vi bảo vệ hệ thống thu sét: I.1.2.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét: Phạm vi bảo vệ cột thu sét có độ cao h tính cho độ cao h x hình chóp tròn xoay có đường sinh xác định sau: 1,6 = ⋅ (h − h x ) hx 1+ h rx Trong đó: - h: chiều cao cột thu sét - hx: chiều cao cần bảo vệ - h – hx: chiều cao hiệu dụng SVTH: Nguyễn Văn Tài Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp Trong tính toán, đường sinh đưa dạng đường gãy khúc abc xác định sau: Hình 1.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét đó: - ab: đường thẳng nối từ đỉnh cột đến điểm mặt đất cách xa chân cột khoảng 0,75h - bc: đường thẳng nối điểm có độ cao thân cột 0,8h đến điểm mặt đất cách chận cột 1,5h • Khi: hx ≤ h Thì: rx = 1,5h(1• hx ) = 1,5h – 1,875hx 0,8h Khi: hx ≥ h Thì: rx = 0,75h(1- SVTH: Nguyễn Văn Tài hx ) = 0,75h – 0,75hx h Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp Các công thức để sử dụng cho HTTS có độ cao h < 30m Khi h ≥ 30m ta cần hiệu chỉnh công thức theo hệ số p 5,5 p= h I.1.2.2.2 Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét: I.1.2.2.2.1 Hai cột thu sét có độ cao nhau: Xét cột thu sét có độ cao h1 = h2 = h, cách khoảng a hx O1 O O2 O1 O O2 h0 h + Khi a = 7h vật nằm mặt đất khoảng cột không bị sét đánh vào + Khi a < 7h khoảng cột bảo vệ cho độ cao lớn h xác định sau: a h0 = h Phạm vi bảo vệ: - Phần ngoài: giống cột - Phần giữa: cung tròn qua điểm 1,2,3 (điểm điểm đặt cột giả tưởng có độ cao h0 +) Tính toán phạm vi bảo vệ: - Bán kính bảo vệ cột: rx1 = rx2 = rx - Bán kính bảo vệ hai cột: r0x a - Độ cao lớn bảo vệ hai cột: h0 = h Nếu: SVTH: Nguyễn Văn Tài Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp ≤ h0 hx Thì: r0x = 1,5h0.(1 - hx ) 0,8h Nếu: hx ≥ h Thì: r0x = 0,75h0.(1 - hx ) h0 Các công thức áp dụng hệ thống chống sét có độ cao nhỏ 30m Nếu hệ thống chống sét có độ cao lớn 30m công thức cần hiệu chỉnh theo hệ số p nêu mục I.1.2.2.2.2 Hai cột thu sét có độ cao khác nhau: Xét cột thu sét có độ cao h h2, cách khoảng a bố trí hình vẽ: + Xác định phạm vi bảo vệ: - Phần ngoài: giống cột - Phần trong: từ đỉnh cột h1 dóng đường thằng nằm ngang cắt phạm vi bảo vệ cột h2 3’, với 3’ vị trí đặt cột giả tưởng có độ cao h1 - Phần giữa: giống hai cột có độ độ cao h1 ( O1O 3' = a ' = O1O − O '3 O = a − x , x bán kính bảo vệ cột cao h2 cho cột giả tưởng h 1' ) + Tính toán phạm vi bảo vệ: - Tính bán kính bảo vệ cột rx1, rx2 - Tính bán kính bảo vệ hai cột rox - Khoảng cách cột thấp cột giả tưởng a’ = a – x (trong x bán kính bảo vệ cột cao h cho cột giả tưởng có độ cao h1) - Độ cao lớn bảo vệ 1, 3’ a' h 01−3' = h1 I.1.2.3 Phạm vi bảo vệ cho nhiều cột thu sét: +) Phạm vi bảo vệ cho cột thu sét: Phạm vi bảo vệ cho cột thu sét có độ cao h1 = h2 = h3 = h bảo vệ cho độ cao hx minh họa hình vẽ SVTH: Nguyễn Văn Tài Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp Trong đó: - rx1 = rx2 = rx3 = rx: bán kính bảo vệ cột - rox1-2 = r0x1-3 = r0x3-2: bán kính bảo vệ chung cột 1-2, 2-3, 3-1 +) Phạm vi bảo vệ cho cột thu sét: Phạm vi bảo vệ cho cột thu sét có độ cao h = h2 = h3 = h4 = h bảo vệ cho độ cao hx minh họa hình vẽ Với: rx1 = rx2 = rx3 = rx4 = rx rox1-2 = r0x3-4: bán kính bảo vệ chung cột 1-2, 3-4 rox1-4 = r0x2-3: bán kính bảo vệ chung cột 1-4, 2-3 Điều kiện để công trình nằm miền giới hạn cột thu sét bảo vệ an toàn là: D ≤ 8.(h-hx)) - đó: D đường tròn ngoại tiếp phần mặt có dạng hình tam giác, chữ nhật; h: chiều cao cột thu sét; hx: chiều cao cần bảo vệ I.2 Tính toán: Theo sơ đồ kết cấu trạm, ta biết diện tích mặt trạm mà chưa biết vị trí thiết bị trạm Vì cần bố trí cột thu sét cho bảo vệ phần diện tích mặt có độ cao hx Đối với phía 220 kV: hx = 16,5m Đối với phía 110 kV: hx = 11m Ta thực tính toán cho phía Ta xét phương án đặt vị trí cột thu sét cho trạm biến áp Phương án A Trong phương án này, ta sử dụng 15 cột thu sét bố trí mặt trạm biến áp hình vẽ 47 10 13 14 11 50 50 15 50 60 97 SVTH: Nguyễn Văn Tài 12 110 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp I.2.1A Tính toán phạm vi bảo vệ cho phía 220 kV: Điều kiện cần để công trình bảo vệ an toàn là: D ≤ 8.(h-hx) Suy ra: D h ≥ hx + Ta kiểm tra phạm vi bảo vệ nhóm cột (5,8,9,6) tạo thành hình vuông bảo vệ cho độ cao 16.5m Đường kính D1 đường tròn ngoại tiếp qua đỉnh cột là: D= e + f = 412 + 412 = 57,983 m (Với:e = f = 56 = 69 = 41 m khoảng cách cột 5,6 6,9) Độ cao tác dụng tổi thiểu cột bảo vệ hoàn toàn diện tích giới hạn chúng là: 57,983 = = 7,248m Độ cao cột thu lôi là: h = hx + = 16,5 + 7,5 = 24m I.2.2A Tính toán phạm vi bảo vệ cho phía 110 kV: Xét nhóm cột (11,14,12,15) tạo thành hình chữ nhật bảo vệ cho độ cao 11m + Cạnh (11,14) = 63m = a + Cạnh (11,12) = 41m = b Đường kính D đường tròn ngoại tiếp qua đỉnh cột là: D = a + b = 63 + 412 = 75,166 m Độ cao tác dụng tối thiểu cột bảo vệ hoàn toàn diện tích giới hạn chúng là: 75,166 = 9,396 m = Độ cao cột thu lôi là: h = hx + = 11 + 9,5 = 20,5 m Xác định phạm vi bảo vệ nhóm cột cho trạm biến áp: rx:: bán kính bảo vệ cột 1,2,3,4,5,6,7,8,9 cho độ cao 16,5m h = 24 m chiều cao cột thu sét phía 220 kV 2 Do: hx = 16,5> h = 24 = 16 nên: 3 rx = 0,75h – 0,75hx = 0,75.24 – 0,75.16,5 = 5,625 m r0x1-4 = r0x3-6 = r0: bán kính bảo vệ chung cột 1-4 3-6 h01 = h03-6 = h0: độ cao lớn bảo vệ cột 1-4 3-6 Ta có: a 38 =18,571m h0 = h - = 24 − 7 SVTH: Nguyễn Văn Tài Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp Do: hx = 16,5> GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp 2 h0 = 18,571 = 12,381m nên: 3 r0 = 0,75.18,571 – 0,75.16,5 = 1,553 m + Xác định bán kính bảo vệ chung cột (1,2), (2,3), (6,9), (4,7) r0x1-2 Khoảng cách cột a = 41 m h0: độ cao lớn bảo vệ cột a 41 = 24 − =18,143m 7 2 Do: hx = 16,5> h0 = 18,143 = 12,095 nên: 3 h0 = h - r0 = 0,75.18,143 – 0,75.16,5 = 1,232 m + Xác định bán kính bảo vệ chung cột (7,10), (9,12), ta cần tính toán cho cột 10, gọi r0x7-10 cột có chiều cao khác Chiều cao cột 7: h7 = 24 m Chiều cao cột 10: h10 = 20,5 m Gọi 10’ cột giả tưởng có chiều cao cột 10 Ta có: h10’ = 20,5 m > 2 ⋅ h7 = ⋅ 24 = 16 3 Như bán kính bảo vệ cột cho cột giả tưởng 10 ’ tính sau: x = 0,75(h7 − h10 ' ) = 0,75.(24 − 20,5) = 2,625m Khoảng cách cột 10 cột giả tưởng 10’ là: a’ = a – x = 41 – 2,625 = 38,375 m Độ cao lớn bảo vệ cột 10 cột giả tưởng 10’ Ta có: Bán kính bảo vệ cột 10 cột giả tưởng 10’ cho độ cao hx = 11 m là: Khoảng cách cột a’= 38,375 m Độ cao lớn nhât bảo vệ cột là: h0 = h - a 38,375 = 20,5 − = 15,018m 7 2 Do: hx = 11> h0 = 15,018 = 10,012m nên: 3 r0 = 0,75.15,018 – 0,75.11 = 3,0135 m SVTH: Nguyễn Văn Tài Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp + Xác định bán kính bảo vệ chung cột (10,13), (12,15), gọi r0x10-13 Đây bán kính bảo vệ hai cột có chiều cao h10 = h13 = 20,5m Khoảng cách cột a = 63 m Độ cao lớn nhât bảo vệ cột là: h0 = h a 63 = 20,5 − = 11,5m 7 Do: hx = 11> h0 = 11,5 = 7,667 m nên: r0 = 0,75.11,5 – 0,75.11 = 0,375 m + Xác định bán kính bảo vệ chung cột (13,14), (14,15).,gọi r0x13-14 Khoảng cách cột a = 41 m Độ cao lớn nhât bảo vệ cột là: h0 = h - a 41 = 20,5 − = 14,643m 7 2 Do: hx = 11> h0 = 14,643 = 9,762m nên: 3 r0x13-14 = 0,75.14,643 – 0,75.11 = 2,732 m Ta vẽ phạm vi bảo vệ cột thu sét cho mặt hình vẽ: Phương án B Trong phương án này, ta sử dụng 20 cột thu sét bố trí mặt trạm biến áp hình vẽ SVTH: Nguyễn Văn Tài 10 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp điểm thân cột không lớn hạn chế phóng điện ngược tới công trình cần bảo vệ Ở nhà máy điện trạm biến áp nguyên tắc phải tách rời hai hệ thống nối đất làm việc nối đất an toàn để phòng dòng điện ngắn mạch lớn hay dòng điện sét vào hệ thống nối đất làm việc không gây điện cao hệ thống nối đất an toàn Nhưng thực tế điều khó thực nhiều lý do, thường dùng hệ thống nối đất để làm hai nhiệm vụ Do hệ thống nối đất chung phải thỏa mãn yêu cầu thiết bị, cần có điện trở nối đất bé Điện trở nối đất hệ thống yêu cầu không 0,5Ω Để đảm bảo yêu cầu nối đất để giảm nhẹ khối lượng kim loại việc xây dựng hệ thống nối đất, nên tận dụng loại nối đất tự nhiên như: - Ống nước chôn đất hay ống kim loại khác (không chứa chất gây cháy nổ) - Hệ thống dây chống sét – cột - Kết cấu kim loại công trình Khi dùng nối đất tự nhiên phải tuân theo qui định qui phạm Nếu điện trở nối đất tự nhiên thỏa mãn yêu cầu thiết bị có dòng điện ngắn mạch chạm đất bé không cần làm thêm nối đất nhân tạo Nhưng thiết bị có dòng điện ngắn mạch lớn cần phải nối đất nhân tạo yêu cầu trị số điện trở nhân tạo phải nhỏ 1Ω II.2 Trị số cho phép điện trở nối đất: Trị số điện trở nối đất bé tác dụng nối đất cao Nhưng việc giảm trị số điện trở nối đất làm tăng giá thành xây dựng lên nhiều số lượng kim loại tăng lên, cần phải qui định trị số cho phép điện trở nối đất Đối với hệ thống nối đất làm việc, trị số phải thỏa mãn yêu cầu tình trạng làm việc thiết bị Theo qui trình: - Đối với thiết bị nối đất trực tiếp yêu cầu điện trở nối đất phải thỏa mãn: R ≤ 0,5 Ω - Đối với thiết bị có điểm trung tính không nối đất trực tiếp yêu cầu: R≤ 250 Ω I hệ thống nối đất dùng cho thiết bị cao áp - Nếu hệ thống có điểm trung tính cách điện hệ thống nối đất cho thiết bị cao áp hạ áp yêu cầu: SVTH: Nguyễn Văn Tài 13 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp R≤ GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp 125 Ω không 10 Ω I Dòng điện I tùy theo trường hợp có trị số khác nhau: - Trong hệ thống thiết bị bù dòng điện tính toán I dong điện có chạm đất pha: I = 3U f ωC (4-1) Trong đó: C điện dung pha hệ thống nối đất - Nếu hệ thống có thiết bị bù dòng điện tính toán I phần dòng điện lại hay chưa bù dòng điện ngắn mạch chạm đất mạng cắt thiết bị bù có công suất lớn nhất, ý không 30 A - Dòng điện tính toán hệ thống nối đất mà có nối thiết bị bù lấy 125% dòng điện định mức thiết bị bù Ngoài việc đảm bảo trị số điện trở nối đất qui định giảm nhỏ điện trở nối đất trạm nhà máy, cần phải ý đến việc cải thiện phân bố trên toàn diện tích trạm II.3 Hệ số mùa Đất môi trường phức tạp không đồng kết cấu thành phần, điện trở suất đất phụ thuộc phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần, độ ẩm, nhiệt độ đất Do khí hậu mùa thay đổi nên độ ẩm, nhiệt độ đất luôn thay đổi, đặc biệt lớp đất trên, lớp đất sâu dao động độ ẩm Vì thiết kế hệ thống nối đất, trị số tính toán điện trở suất đất cần ý đến trị số lớn có mùa tính theo: ρ = ρ đo K (4-2) Trong : K hệ số mùa Trong tập ta có điện trở suất đất ρ = 87Ωm II.4 Tính toán nối đất: Với cấp điện áp lớn 110 kV nối đất an toàn phải thỏa mãn điều kiện là: điện trở nối đất hệ thống phải có giá trị R ≤ 0,5 Ω Điều kiện xuất phát từ việc cấp điện áp lớn 110 kV dòng điện ngắn mạch lớn, chạm vỏ rò điện dòng điện lớn gây nguy hiểm Ở cấp điện áp 110 kV trở lên có trị số điện trở tản bé có mức cách điện cao nên thực nối đất an toàn nối đất chống sét chung Điện trở nối đất hệ thống phải thỏa mãn điều kiện sau: RHT = RNT // RTN = SVTH: Nguyễn Văn Tài RNT RTN ≤ 0,5 Ω RNT + RTN 14 (4-3) Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp Trong đó: RTN : điện trở nối đất tự nhiên RNT : điện trở nối đất nhân tạo RNT ≤ Ω II.4.1 Nối đất tự nhiên: Nối đất tự nhiên bao gồm dạng sau: - Các hệ thống ống dẫn nước, ống kim loại chôn đất không chứa chất dễ cháy, nổ - Hệ thống dây chống sét, điện trở nối đất, cột điện đường dây mà nối vào hệ thống nối đất trạm - Các kết cấu kim loại trạm móng nhà, tường trạm Trong phạm vi đồ án ta xét nối đất tự nhiên trạm hệ thống dây chống sét - điện trở cột điện đường dây 110 kV, 220 kV tới trạm Ta có công thức tính toán điện trở hệ thống dây chống sét cột với số lượng cột lớn 20 cột là: Rcs = Rc Rc 1 + + Rcs (4-4) Trong đó: Rcs điện trở dây chống sét khoảng vượt Rc điện trở nối đất cột Dây chống sét dùng dây C-70 có điện trở đơn vị r0=2,38Ω/km Có lộ đường dây 220 kV, khoảng vượt L1 = 250 m Có lộ đường dây 110 kV, khoảng vượt L2 = 300 m Điện trở nối đất cột điện Ω Giả thiết khoảng vượt đường dây cấp điện áp khoảng vượt khoảng cột đường dây ta có: Rcs1 = r0 L1 = 2,38 ⋅ 250 ⋅ 10 −3 = 0,595 (Ω) Rcs = r0 L2 = 2,38 ⋅ 300 ⋅ 10 −3 = 0,714 (Ω) Điện trở nối đất tự nhiên lộ đường dây 220 kV: RTN = Rc 1 = = 0,588 31 Rc (Ω) + + + + 0,595 Rcs Điện trở nối đất tự nhiên lộ đường dây 110 kV: RTN = SVTH: Nguyễn Văn Tài Rc 1 = = 0,477 41 Rc (Ω) + + + + , 714 Rcs 15 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp Điện trở nối đất tự nhiên hệ thống nối đất trạm: RTN = RTN ⋅ RTN 0,588 ⋅ 0,477 = = 0,263 (Ω) RTN + RTN 0,588 + 0,477 RTN = 0,263 Ω < 0,5 Ω nên ta lấy trị số trị số điện trở hệ thống nối đất an toàn Trong lưới điện trung tính cách đất trị số điện trở nối đất đảm bảo không cần thực nối đất nhân tạo, nhiên lưới 220 kV lưới 110 kV lưới trung tính nối đất dòng điện ngắn mạch lớn ta phải thực nối đất nhân tạo yêu cầu điện trở nối đất nhân tạo RNT ≤ Ω đảm bảo yêu cầu nối đất chống sét II.4.2 Nối đất nhân tạo: Ta phải thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo với yêu cầu RNT ≤ Ω Nối đất nhân tạo phạm vi đồ án ta dùng nối đất dạng mạch vòng xung quanh trạm, Phía 110 kV có khích thước 82 x 79 m Phia 220 kV có khích thước 82 x 104 m Chu vi mạch vòng: L=2(l1+l2)(m) Với l1=79+104=183 (m) l2=82 (m) Vậy L=2(183+82)=530 (m) Điện trở tản xoay chiều mạch vòng: ρ tt K ⋅ L2 Rmv = ln ⋅π ⋅ L t ⋅d (4-6) Trong đó: L: chiều dài tổng điện cực (chu vi mạch vòng) t: độ chôn sâu làm mạch vòng, lấy t = 0,8 m ρ tt : điện trở suất tính toán đất làm mạch vòng chôn độ sâu t ρ tt = ρ đo k mùa , lấy hệ số mùa với độ chôn sâu 0,8 m kmùa = 1,6 ρ tt = 87 ⋅ 1,6 = 139,2 d: SVTH: Nguyễn Văn Tài (Ω.m) đường kính làm mạch vòng (nếu thanh dẹt có bề rộng b d=b/2) Ta chọn dẹt 40*4(mm) có bề rộng b = cm, d =2 cm 16 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp l1 K: l1 hệ số hình dáng phụ thuộc vào tỉ số l Giá trị K=f( l ) 2 cho bảng: l1/l2 1,5 K 5,53 5,81 6,42 8,17 10,4 l Xác định K phương pháp đồ thị (hình vẽ - 2) với tỉ số l = 2,232 K=6,826 Hình vẽ 4-2 Hệ số hình dáng Như trị số điện trở tản xoay chiều mạch vòng nối đất nhân tạo: 139,2 6,826 ⋅ 530 ρ tt K ⋅ L2 ln Rmv = ln = ⋅ π ⋅ 530 0,8 ⋅ 0,02 ⋅π ⋅ L t ⋅d = 0,778 (Ω) RNT = Rmv = 0,778 Ω < Ω R HT = R NT RTN 0,778.0,263 = = 0,197 ≤ 0,5 đảm bảo yêu cầu nối R NT + RTN 0,778 + 0,263 đất an toàn Tuy nhiên cần kiểm tra thêm điều kiện nối đất chống sét, đảm bảo điều kiện nối đất chống sét không cần phải tiến hành nối đất bổ sung, không đảm bảo yêu cầu nối đất chống sét cần phải tiến hành nối đất bổ sung II.4.3 Nối đất chống sét: Khi có dòng điện sét vào phận nối đất tốc độ biến thiên dòng điện sét theo thời gian lớn thời gian đầu điện cảm khu vực nối đất SVTH: Nguyễn Văn Tài 17 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp lớn ngăn cản không cho dòng điện sét tới phần cuối điện cực khiến cho điện áp phân bố không Trong thời gian sau ảnh hưởng điện cảm dần điện áp phân bố Thời gian trình độ nói phụ thuộc vào số thời gian T = L ⋅ g ⋅ l Như T tỷ lệ với trị số điện cảm tổng ( L ⋅ l ) điện dẫn tổng ( g ⋅ l ) điện cực Từ công thức ta thấy dòng tản đất dòng điện chiều dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp ảnh hưởng L không đáng kể hình thức nối đất (thẳng đứng hay nằm ngang) biểu thị trị số điện trở tản Khi dòng điện vào đất dòng điện sét, tham số biểu thị nối đất tùy thuộc vào tương quan số thời gian T thời gian đầu sóng dòng điện Với T U50%MBA = 460 kV nên phương án nối đất mạch vòng nhân tạo chưa đảm bảo yêu cầu nối đất chống sét, để đảm bảo an toàn cho thiết bị ta phải tìm phương án nối đất khác Và phương án là: + Phương án nối đất bổ sung gồm cọc Trong nối đất bổ sung ta sử dụng dạng nối đất tập trung gồm cọc Do việc xác định Zbx lý thuyết khó khăn ta chọn hình thức nối đất bổ sung sau: Chọn nối đất bổ sung loại thép dẹt có: + Chiều dài lT = m + Bề rộng bT = 0,04 m Dọc theo chiều dài có chôn cọc tròn có: + Chiều dài cọc lcọc = m + Đường kính d=0,04 m + Độ chôn sâu t= 0,8 m Khoảng cách cọc a= m Sơ đồ nối đất bổ sung sau: m m m 2,8 m m Hình 4-5 Sơ đồ nối đất bổ sung thanh-cọc Nối đất chống sét ta lấy hệ số kmùa sau: + Đối với ngang chôn sâu t= 0,8 m kmùa = 1,25 + Đối với cọc dài m chôn sâu t= 0,8 m kmùa = 1,15 Điện trở thanh: RT = SVTH: Nguyễn Văn Tài ρ ttT K ⋅ lT2 ln ⋅ π ⋅ lT t ⋅ d T (4-11) 22 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp Trong đó: lT chiều dài lT = m t độ chôn sâu làm tia, lấy t = 0,8 m ρ tt điện trở suất tính toán đất làm tia chôn độ sâu t ρ ttT = ρ đo k mùa , lấy hệ số mùa với độ chôn sâu 0,8m kmùa = 1,25 ρ tt = 87 ⋅ 1,25 = 108,75 d (Ω.m) đường kính làm mạch vòng (nếu thanh dẹt có bề rộng b d=b/2) Ta chọn có bề rộng b = cm, d =2 cm K hệ số hình dáng lấy K= nằm ngang Thay vào công thức ta có: RT = ρ ttT K ⋅ lT2 108,75 62 ln = ln ⋅ π ⋅ lT t ⋅ dT ⋅ π ⋅ 0,8 ⋅ 0,02 (Ω) = 22.266(Ω) Điện trở cọc: Điện trở cọc: Rcsét = ρ ttc 2πlcoc  2lcoc 4t '+lcoc  + ln ln  d 4t '−lcoc   Trong đó: ρ tt điện trở suất tính toán đất, ρ tt = ρ ⋅ k mùasét d đường kính cọc d = 0,04 m t’ = t + lcọc/2 = 0,8 + 2/2 = 1,8 (m) Thay vào công thức ta có: Rcsét = 87 ⋅ 1,15  ⋅ ⋅ 1,8 +  ln + ln 2π  0,04 ⋅ 1,8 −  = 38,936 (Ω) Điện trở bổ sung: Điện trở bổ sung tính theo công thức: Rbx = RT ⋅ RC RT ⋅ n ⋅ η c + RCη t Trong đó: n SVTH: Nguyễn Văn Tài số cọc 23 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp ηT, ηC hệ số sử dụng cọc Tra bảng tìm ηT, ηC ta có với tỉ số a/l =1 số cọc n = thì: ηT = 0,77 ηC = 0,76 thay giá trị vào công thức ta có: RT ⋅ RC 22,266 ⋅ 38,936 = RT ⋅ n ⋅ η c + RCη t 22,266 ⋅ ⋅ 0,76 + 38,936 ⋅ 0,77 Rbx = = 10,737 (Ω) Tổng trở vào hệ thống nối đất có nối đất bổ sung: Tổng trở vào hệ thống có nối đất bổ sung tính sau: xk2 τ đs ∞ − 2⋅ R R ⋅ RNTsét Z XK (0,τ đs ) = bx NTsét + ∑ e π T1 = A + B Rbx + RNTsét k =1 RNTsét + Rbx cos X k (4-12) Trong đó: Rbx RNTsét 10,737 ⋅ 0,608 A= R +R = 10,737 + 0,608 =0,575(Ω) bx NTsét ∞ B= ∑ k =1 xk2 τ đs − 2⋅ ⋅ RNTsét e π T1 RNTsét + Rbx cos X k Trong chuỗi số ta xét đến e − x 2k τ đs ⋅ π T1 trị nhỏ có nghĩa ta tính Xk cho: ≈e −4 từ e −5 trở có giá X k2 τ đs T1 ⋅ ≤ => X k ≤ 2π τ đs π T1 Khi lập sơ đồ thay ta coi hệ thống nối đất có dạng hình chữ nhật tính toán xem hệ thống gồm phần song song với có độ dài, sơ đồ thay sau: L' G' Hình vẽ 4-6 Trong đó: L’ SVTH: Nguyễn Văn Tài điện cảm tương đương đơn vị dài L’ = L/2 24 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp G’ GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp điện dẫn tươn đương đơn vị dài G’ = 2G Ta có: L 2Gl L' G ' l LGl 2 T1 = = = = 43,605 (μs) 2 π π π X k ≤ 2π T1 43,605 = 18,555 = 2π τ đs Trong Xk nghiệm phương trình: tgX k = − RNTsét 0,608 Xk =− = −0,057 X k Rbx 10,737 Giải phương trình phương pháp đồ thị ta xác định nghiệm sau: Đồ thị: Hình vẽ 4-7 k Xk Cos(Xk) 2,906 -0,972 B= ∑ SVTH: Nguyễn Văn Tài k =1 5,802 0,886 8,756 11,792 14,824 17,821 -0,785 0,715 -0,634 0,516 X k2 τ đs − 2⋅ ⋅ RNTsét e π T1 RNTsét + Rbx cos X k 25 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp X2 − 2k ⋅ ⋅ 0,608 e π 43, 605 ∑ = k =1 0,608 + 10,737 cos X k 6 ∑ = k =1 1,216 0,057 + cos X k e − 0,012 X k Ta có bảng sau: k Xk 2,906 cos ( X k ) RNTsét + Rbx cos ( X k ) 1,05 2 , 012 X k 2 5,80 8,756 11,792 14,824 17,821 1,274 1,623 1,956 2,488 3.756 1,115 1,331 1,68 2,013 2,545 3,813 0,10 0,92 1,669 2,637 3,811 0,399 0,188 0,072 0,022 0,28 0,114 0,034 0,007 e −0,012 X k 0,904 Bk 0,986 0,40 0,66 0,61 Từ bảng ta có: B= ∑B k =1 k = 2,309 Từ tính được: Z XK (0,τ đs ) = A + B =0,575 + 2,309 = 2,884(Ω) Điện áp có dòng điện vào nối đất thời điểm t = τ đs (thời điểm dòng điện sét đạt giá trị cực đại) là: Uđ = IZXK(0,τđs)=150.2,884 = 432,6 (kV) < U50%MBA = 460 kV Vì giá trị Ud < U50%MBA nên hệ thống nối đất bổ sung đảm bảo yêu cầu nối đất chống sét Kết luận: Như với việc kiểm tra phương án nối đất mạch vòng kết hợp với đóng xung quanh mạch vòng phương án nối đất mạch vòng có nối đất bổ sung, phương án nối đất mạch vòng có nối đất bổ sung đảm bảo yều cầu nối đất an toàn nối đất chống sét Vậy ta sử dụng phương án để thực nối đất cho trạm Trong chương ta chọn phương án chống sét cho trạm phương án có 15 cột chống sét số lượng sắt thép dùng nối đất bổ sung là: SVTH: Nguyễn Văn Tài 26 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp L2 = 15 ⋅ (6 + ⋅ 2) = 180 (m) Như số lượng sắt thép dùng hệ thống nối đất là: LΣ = L + L2 = 530 + 180 = 710 (m) Sơ đồ nối đất cho toàn trạm: 10 11 AT1 AT2 Nhà phân ph?i 10 kV 12 15 14 13 20 19 16 17 18 Hình vẽ 4-8 Sơ đồ nối đất toàn trạm SVTH: Nguyễn Văn Tài 27 [...]... thiết bị cao áp - Nếu như hệ thống có điểm trung tính cách điện và hệ thống nối đất cho cả các thiết bị cao áp và hạ áp thì yêu cầu: SVTH: Nguyễn Văn Tài 13 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp R≤ GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp 125 Ω nhưng không được quá 10 Ω I Dòng điện I tùy theo từng trường hợp sẽ có trị số khác nhau: - Trong hệ thống không có thiết bị bù thì dòng điện tính toán I là dong điện khi có... dòng điện sét đi vào bộ phận nối đất và tốc độ biến thiên của dòng điện sét theo thời gian rất lớn trong thời gian đầu điện cảm của khu vực nối đất SVTH: Nguyễn Văn Tài 17 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp rất lớn sẽ ngăn cản không cho dòng điện sét đi tới phần cuối của điện cực khiến cho điện áp phân bố không đều Trong thời gian về sau ảnh hưởng của điện cảm mất dần và điện. .. dòng điện ngắn mạch lớn, khi chạm vỏ hoặc khi rò điện thì dòng điện sẽ rất lớn gây nguy hiểm Ở cấp điện áp 110 kV trở lên do có trị số điện trở tản bé và có mức cách điện cao nên có thể thực hiện nối đất an toàn và nối đất chống sét chung Điện trở nối đất của hệ thống phải thỏa mãn các điều kiện sau: RHT = RNT // RTN = SVTH: Nguyễn Văn Tài RNT RTN ≤ 0,5 Ω RNT + RTN 14 (4-3) Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện. .. tính máy biến áp trong hệ thống có điểm trung tính nối đất, nối đất của máy biến áp đo lường và nối đất của điện kháng dùng trong bù ngang trên các đường dây tải điện đi xa của hệ thống điện - Nối đất chống sét: nối đất chống sét nhằm tản dòng điện sét trong đất (khi có sét đánh vào cột chống sét trên đường dây) để giữ cho điện SVTH: Nguyễn Văn Tài 12 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths... SVTH: Nguyễn Văn Tài 19 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp L G GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp L G L G L G G Hình vẽ 4-4 Sơ đồ thay thế 1 tia Trong sơ đồ thay thế trên thì: L là điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài G là điện dẫn tác dụng của điện cực theo đơn vị dài Với: 1 1 −3 G = 2 R l = 2 ⋅ 0,608 ⋅ 265 = 3,103 ⋅ 10 1/(Ωm) mvsét l r L= 0,2(ln − 0,31) Trong đó: l r chiều dài cực bán kính cực, với... Nguyễn Văn Tài 20 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp + Thành phần biến thiên theo thời gian t + Thành phần ổn định có trị số bằng trị số điện trở xoay chiều Tổng trở xung kích của hệ thống nối đất tiến tới trị số ổn định càng nhanh thì trị số điện trở tản càng ngắn Chiều dài của điện cực càng lớn thì điện áp ở đầu cuối càng bé chứng tỏ các phần cuối của điện cực phát huy... và khi tính toán thì xem hệ thống gồm 2 phần song song với nhau và có cùng độ dài, sơ đồ thay thế như sau: L' G' Hình vẽ 4-6 Trong đó: L’ SVTH: Nguyễn Văn Tài là điện cảm tương đương của một đơn vị dài và L’ = L/2 24 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp G’ GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp là điện dẫn tươn đương của một đơn vị dài G’ = 2G Ta có: L 2Gl 2 L' G ' l LGl 2 2 T1 = = = = 43,605 (μs) 2 2 2 π π π... kV - Dạng sóng tính toán của dòng điện sét SVTH: Nguyễn Văn Tài 18 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp Trong thiết kế ta chọn dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xiên góc có biên độ không đổi cho dưới đây: Khi t ≥ τ đs I S = at  I S = aτ đs Khi t > τ đs Biên độ của dòng điện sét thường được dùng để tính là I = 150 kA Độ dốc của dòng điện sét là: 300 (kA/μs) Như vậy... thanh ngang chôn sâu t= 0,8 m thì kmùa = 1,25 + Đối với cọc dài 2 m chôn sâu t= 0,8 m thì kmùa = 1,15 Điện trở của thanh: RT = SVTH: Nguyễn Văn Tài ρ ttT K ⋅ lT2 ln 2 ⋅ π ⋅ lT t ⋅ d T (4-11) 22 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp Trong đó: lT là chiều dài thanh lT = 6 m t độ chôn sâu của thanh làm tia, lấy t = 0,8 m ρ tt điện trở suất tính toán của đất đối với thanh làm tia chôn... + + + + 2 0 , 714 4 2 Rcs 4 15 Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp GVHD: Ths Trần Hoàng Hiệp Điện trở nối đất tự nhiên của hệ thống nối đất của trạm: RTN = RTN 1 ⋅ RTN 2 0,588 ⋅ 0,477 = = 0,263 (Ω) RTN 1 + RTN 2 0,588 + 0,477 RTN = 0,263 Ω < 0,5 Ω nên ta lấy luôn trị số này là trị số điện trở của hệ thống nối đất an toàn Trong lưới điện trung tính cách đất khi trị số điện trở nối đất đã đảm bảo thì