Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Lời nói đầu Điện sống ngành then chốt, mũi nhọn quan trọng thiếu đợc trớc công công nghiệp hóa, đại hóa nớc ta Trải qua nhiều năm, ngày dới vận hội mới, thời kì đổi đất nớc, lại cần quan tâm ngành lợng đặc biệt ngành điện Đó nhu cầu cấp thiết toàn xã hội Đặc thù hệ thống nguồn điện thờng đặt xa trung tâm tiêu thụ điện nên phải chuyển qua máy biến áp tăng giảm áp nớc ta, có thời tiết nhiệt đới gió mùa mà hệ thống điện lại trải dài từ Bắc vào Nam, phải qua nhiều vùng có khí hậu khác đặc biệt nơi có độ ẩm cao, mật độ giông sét nhiều thiệt hại giông sét gây cho ngành điện ngành khác kinh tế quốc dân lớn Vì cần phải đầu t, nghiên cứu tìm giải pháp tối u để bảo vệ chống giông sét cho nhà máy điện cho trạm biến áp Với yêu cầu cấp bách cần thiết, qua đồ án tốt nghiệp em đợc hoàn thành gồm thuyết minh vẽ thiét kế chống sét cho trạm biến áp 220/110 kV Trong trình làm thiết kế trình độ thời gian có hạn nên đồ án em không tránh khỏi sai sót, mong đợc bảo thầy cô môn Hệ thống điện, trờng đại học Bách Khoa Hà Nội Cũng qua đồ án này, em xin chân thành cảm ơn sụ tận tình hớng dẫn cô giáo Nguyễn Minh Chớc nh thầy, cô giáo môn giảng dạy em suốt trình học tập trờng hớng dẫn giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp Hà Nội, ngày tháng năm 2008 Sinh viên Đỗ Xuân Hạnh Đỗ Xuân Hạnh 49 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Chơng Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 1.1.Mở đầu Giông sét tợng xảy thiên nhiên Quá trình phóng điện bắt đầu xảy đám mây mang điện tích đủ lớn tiến lại gần đám mây mang điện tích dơng tiến lại gần vật có độ cao mặt đất nh : Cột điện, nhà cao tầng mặt đất vùng lòng đất có chứa quặng kim loại Sét thờng phân bố không vùng, miền lãnh thổ thời kỳ theo mùa năm Theo thống kê nhà nghiên cứu cho thấy mùa hè giông sét nhiều hơn, vùng có mỏ quặng kim loại tần suất sét đánh nhiều Sét đánh trực tiếp vào công trình mặt đất gây hậu nghiêm trọng nh cháy, nổ, phá vỡ kết cấu công trình Đối với thiết bị điện, nhà máy điện, nhà phân phối trời bị sét đánh gây h hỏng thiết bị dẫn đến làm ngừng ( giãn đoạn) việc cung cấp điện thời gian dài gây ảnh hởng đến tính ổn định hệ thống điện, ảnh hởng đến kinh tế khác Sét đánh trực tiếp gây nguy hiểm đến tính mạng nhân viên sửa chữa, vận hành thiết bị Xuất phát từ yêu cầu trên, để bảo vệ cho trạm điện phân phối trời không bị sét đánh trực tiếp, cần dùng cột thu lôi Cột thu lôi thiết bị cao trạm, đầu cao mũi nhọn tạo vùng có điện trờng mạnh nhằm thu hút dòng sét dẫn dòng điện sét xuống tản vào đất theo hện thống nối đất Cột thu lôi đợc đặt độc lập điều kiện cho phép đặt kết cấu trạm nhng phải đảm bảo yêu cầu, điều kiện cho phép kỹ thuật đảm bảo kinh tế 1.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng Tất thiết bị cần bảo vệ phải nằm phạm vi an toàn hệ thống bảo vệ Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt trạm yêu cầu cụ thể mà hệ thống cột thu lôi đặt độc lập, đặt kết cấu của xà trạm hay đặt cột đèn chiếu sáng trạm Nh ng phải đảm bảo vị trí đặt cột thu lôi không ảnh hởng tới đờng lại trạm nh ảnh hởng đến trình sửa chữa xử lý cố Ngoài cần đảm bảo mỹ quan, số lợng cột để giảm vốn đàu t Với mục đích bảo vệ tốt, giảm vốn đầu t thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào nhà máy điện, trạm biến áp trời, ngời ta thờng cố gắng bố trí cột thu lôi độ cao có sẵn nh xà cột đèn nhng có trờng hợp phải Đỗ Xuân Hạnh 50 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp dùng cột thu lôi độc lập tận dụng đợc, tuỳ theo đặc điểm điều kiện kỹ thuật trạm nhà máy Nếu đặt cột thu lôi kết cấu trạm biến áp trời dùng dây chống sét để bảo vệ cho đoạn dây dẫn nối từ xà cuối trạm đến cột đờng dây chúng đợc nối đất chung vào hệ thống nối đất trạm Vì sét đánh vào cột thu lôi hay đoạn đờng dây chống sét toàn dòng điện sét vào hệ thống nối đất trạm, làm tăng thiết bị đợc nối đất chung với hệ thống nối đất trạm Độ tăng đủ lớn gây nguy hiểm cho thiết bị Do điều kiện cho phép đợc đặt cột thu lôi kết cấu công trình trạm dùng dây chống sét trạm Đối với trạm biến áp trời điện áp 110kV có mức cách điện cao nên đặt cột thu lôi kết cấu trạm phân phối, biến áp Các trụ kết cấu có đặt cột thu lôi phải đợc ngắn cho dòng sét IS khuyếch tán vào đất theo ữ hệ thống nối đất Ngoài trụ kết cấu phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất Trạm biến áp trời điện áp từ 110 kV trở lên nơi yếu cuộn dây máy biến áp Vì dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp yêu cầu khoảng cách điểm nối vào hệ thống nối đất cột thu lôi điểm nối vào vỏ máy biến áp theo đờng điện phải lớn 15m Khi bố trí cột thu lôi xà trạm biến áp trời 110kV trở lên phải thực điều kiện sau: + Tại vị trí kết cấu mà 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 khuyếch tán nhỏ (ứng với đờng điện tần số công nghiệp) Khoảng cách không khí giã kết cấu trạm có đặt cột thu lôi tới phận mang điện không đợc nhỏ chiều dài chuỗi sứ + Nếu bố trí cột thu lôi xà trạm 35kV phải tăng cờng cách điện lên mức cách điện cấp 110kV + Trên đầu cuộn dây 6-10kV máy biến áp phải đặt chống sét van, thiết bị chống sét đặt vỏ máy + Để bảo vệ cuộn dây 35kV cần đặt chống sét van Khoảng cách theo đờng điện chỗ nối vào hệ thống nối đất vỏ máy biến áp chống sét van (theo đờng điện) phải nhỏ 5m + Khi dùng cột thu lôi độc lập cần ý tới khoảng cách cột thu lôi đến phận trạm để tránh khả phóng điện từ cột thu lôi đến vật đợc bảo vệ + Khi dùng cột đèn chiếu sáng để làm giá đỡ cho cột thu lôi phải cho đờng dây dẫn điện đến đèn vào ống chì chôn dới đất Đỗ Xuân Hạnh 51 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp - Đối với nhà máy điện dùng sơ đồ đợc đặt cột thu lôi xà máy biến áp máy phát điện máy biến áp đợc nối với cầu, bọc kín hai đầu đợc nối đất Nếu cầu có phân đoạn không đợc phép đặt cột thu lôi xà máy biến áp Với máy bù đồng áp dụng điều - Có thể nối dây chống sét đoạn bảo vệ đến trạm vào hệ thống nối đất trạm nh khoảng cách từ chỗ nối đất trạm đến điểm nối đất máy biến áp lớn 15m Để đảm bảo mặt tính (độ bền học) để chống ăn mòn, cần phải theo qui định loại vật liệu, tiết diện dây dẫn dùng mặt đất dới đất theo bảng sau: Loại vật liệu Dây dẫn dòng điện sét dùng mặt đất Dây dẫn dòng điện sét dùng dới đất Thép tròn mạ kẽm 8mm 10mm Thép dẹt mạ kẽm 20 ì 2,5 mm2 30 ì 3,5 mm2 Không đợc dùng Không đợc dùng Thanh đồng tròn 8mm 8mm Thanh đồng dẹt 20 ì 2,5 mm2 20 ì 2,5 mm2 Dây đồng xoắn Không đợc dùng Không đợc dùng Thanh nhôm tròn Không đợc dùng Không đợc dùng Cáp thép ( Bảng 1-1 trang 3- hớng dẫn TKĐATN-Nguyễn Minh Chớc-HN 2002) Kết cấu cột thu lôi: Trong điều kiện cho phép, nên tận dụng độ cao công trình trạm nh xà, cột đèn chiếu sángđể làm giá đỡ cho cột thu lôi Đối với cột thu lôi độc lập: - Độ cao h cột thu lôi không 20m dùng ống kim loại ghép lại - Độ cao h lớn 20m dùng loại kết cấu kim loại kiểu mạng để làm giá đỡ phận thu sét 1.3 Tính toán thiết kế phơng án bố trí cột thu sét Yêu cầu: Thiết kế hệ thống chống set cho trạm biến áp trời 110/220kV,dựa vào độ cao kết cấu trạm ta bố trí vị trí cột thu sét chọn chiều cao chúng cho phù hợp 1.3.1 Các công thức tính toán để xác định pham vi bảo vệ cột thu lôi: Đỗ Xuân Hạnh 52 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Tính toán lạ chọn chiều cao cột thu sét ,phạm vi bảo vệ cột chọn Chiều cao cột thu sét (m): h=hx+ha Trong : hx độ cao cuẩ vật cần bảo vệ độ cao tác dụng cột thu lôi xác định theo nhóm cột (2,3 hay 4cột) với công thức xác định: D 8ha hay D/8 (D đờng kính đờng tròn ngoại tiếp đa giác qua đỉnh cột nhóm cột xét ) +Lấy chung độ cao tác dụng lớn toàn trạm +Kiểm tra lại khả bảo vệ vật nằm bên phạm vi bảo vệ +Đối với cột thu lôi độc lập : Khi hx < h: rx = 1,5h(1 - hx ) 0,8h (1.1) - Khi hx h: rx = 0,75h(1 - hx ) h (1.2) - 0,2h h hx 1,5h 0,75h 0,75h 1,5h rx Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ cột thu sét Trong đó: h - độ cao cột thu sét rx- bán kính phạm vi bảo vệ mức cao hx h - hx- độ cao hiệu dụng cột thu sét Các công thức áp dụng độ cao cột thu sét cao dới 30 m Hiệu cột cao 30 m có giảm sút độ cao định hớng sét giữ số Khi độ cao cột thu sét vợt 30 m phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh p: Đỗ Xuân Hạnh 53 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp 5,5 h 1.3.2 Phạm vi bảo vệ hai cột: Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có kích thớc lớn nhiều so với tổng số phạm vi bảo vệ hai cột đơn.Khu vực có xác suất 100% phóng điện vào cột thu sét có bán kinh R=3,5h.Nhng để hai cột thu lôi phối hợp bảo vệ cho điểm mặt đất không bị sét đánh khoảng giũa hai cột khoảng cách a giũa hai cột phải thoả mãn điều kiện ah2,hai cột đặt cách khoảng a Đỗ Xuân Hạnh 54 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Trứoc tiên vẽ phạm vi bảo vệ cột có độ cao h 1,sau qua đỉnh cột h2 vẽ đờng ngang gặp đờng sinh phạm vi bảo vệ cột cao điểm , ,điểm coi nh đỉnh cột thu sét giả định Cột 3và cột tạo thành cặp cột có độ caonh cách khoảng a .Cách xác định phạm vi bảo vệ cột cột nh trình baỳ Ta nhận thất khoảng cách từ cột 1đến cột3 b bán kính bảo vệ cột h1.Đối với chiều cao cần bảo vệ h 2,do tính khoảng cách b nhờ việc so sánh điểm có độ cao so với 2/3h1.Nếu h3 < 2/3h1 b đợc tính b=1,5h1(1- hx/0,8h1) Nếu h3 2/3h1 b=0,75h1(1-hx/h1) Từ ta tính đợc a=a-b Độ cao lớn khu vực bảo vệ cột cột ho ho= h2-a/7 Bán kính bảo vệ cột h0 đợc xác định tơng tự nh cột có độ cao h0 h1 h2 h0 b 1,5h1 a' a r1x r0x 0,75h2 1,5h2 r 2ĩ Hình 1.3: Phạm vi bảo vệ hai cột có chiều cao khác 1.3.3.Phạm vi bảo vệ nhiều cột: Việc bố trí cột thu sét thành nhóm cột để chúng phối hợp bảo vệ Các nhóm cột hình thành đa giác mà đỉnh chúng chân cột Đỗ Xuân Hạnh 55 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp r0x1-3 r0x1-2 r0x2-3 Hình 1.4: Phạm vi bảo vệ nhiều cột Các thiết bị có độ cao h x nằm đa giác đợc bảo vệ thoả mãn điều kiện: D 8(h - hx) = 8ha Trong : cột thu sét (1.6) D : Đờng kính đờng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành = h - hx : Độ cao hiệu dụng cột thu sét, phần vợt cao so với độ cao vật cần bảo vệ Đối với cột vị trí bất kỳ, ta tính toán bảo vệ cho ba cột Nếu độ cao cột vợt 30 m, điều kiện bảo vệ đợc hiệu chỉnh theo: D 8(h - hx).p = 8ha.p (1.7) 1.3.4 Các số liệu để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp 110/220 kV: Trạm biến áp có mặt với kích thớc :136 (m) *133(m) Trong trạm đợc bố trí gồm : Hai máy biến áp 220/110(kV) Độ cao cần bảo vệ phía 220(kV) 16,5 (m) Độ cao cần bảo vệ phía 110(kV) 10,5(m) Sơ đồ bố trí mặt trang sau 1.3.5 Phơng thức tính toán : Đỗ Xuân Hạnh 56 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Sau khảo sát sơ đồ mặt trạm,vị trí bố trí thiết bị trạm yêu cầu cần bảo vệ cho thiết bị ,ta đa phơng án tính toán ,sau chọn phơng án tối u để ứng dụng Trong đề tài ta đa hai phơng án để tính toán 1.3.5.1 Phơng án Căn vào mặt sơ đồ ta bố trí 19 cột thu sét đợc lắp đặt nh sau : Cột (1;2;3;4;5;6 ;7;8;9) đợc lắp đặt trễn xà đỡ 220(kV) Cột (10;11;12;13;14;15;16;17;18;19) đợc lắp xà đỡ 110(kV) Tính độ cao tác dụng cột thu lôi Độ cao tác dụng cột thu lôi đợc ký hiệu ha.Muốn tính ta cân xét : Để cho toàn diện tích giới hạn tam giác (hay tứ giác) đợc bảo vệ D 8ha hay D/8 Đỗ Xuân Hạnh 57 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Khi tính đợc cặp cột có độ cao ta chọn cột có độ cao lớn để tính bảo vệ cho toàn trạm 2.Phạm vi bảo vệ cột có độ cao : Phía 220(kV) -Xét nhóm cột:(1;2;5;6) (2,3,4,5).Phạm vi bảo vệ nhóm cột đờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật đợc tạo vị trí cột (1;2;5;6), hình chữ nhật có khoảng cách cột : a = 34m ; b = 34,5 Vậy đờng kính đờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật : D= a + a = 342 + 34,52 = 48,44(m) Độ cao tác dụng hacủa nhóm cột (1;2;5;6) bảo vệ hoàn toàn diện tích giới hạn chúng phải thoả mãn điều kiện : D/8 = 48,44/8 = 6,055(m) -Xét nhóm cột:(5; 6;7;8) (4,5,8,9) Phạm vi bảo vệ nhóm cột đờng tròn ngoại tiếp hình vuông đợc tạo vị trí cột (5;6;7;8), hình chữ nhật có khoảng cách cột : a = 34m ; b = 34 Vậy đờng kính đờng tròn ngoại tiếp hình vuông : D= a + a = 342 + 342 = 48,08(m) Độ cao tác dụng hacủa nhóm cột (5;6;7;8) bảo vệ hoàn toàn diện tích giới hạn chúng phải thoả mãn điều kiện : D/8 = 48,08/8 = 6,01(m) -Xét nhóm cột (13;14;15;16) (12,13,16,17);(11,12,17,18);(10,11,18,19) Phạm vi bảo vệ nhóm cột đờng tròn ngoại tiếp hình vuông đợc tạo vị trí cột (13;14;15;16), hình chữ nhật có khoảng cách cột : a = 30m ; b=30,5 Vậy đờng kính đờng tròn ngoại tiếp tứ giác đờng chéo hình chữ nhật tạo cột (13;14;15;16.) D = a + a = 302 + 30,52 = 42,78(m) Độ cao tác dụng hacủa nhóm cột (13;14;15;16)bảo vệ hoàn toàn diện tích giới hạn chúng phải thoả mãn điều kiện: D/8 = 42,78 / = 5,35(m) Đỗ Xuân Hạnh 58 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp U cd kỹ thuật điện cao áp dic (7,584 0,2469.12) + dt (3 51) d (t ) + 57,17 a.{M dd (t ) 0,2469.M cs (t )} + U cu (t ) = ic Rc (1 0,2469) + 3.4.2.2 - Điện áp giáng chuỗi cách điện pha B; C a/ Thành phần Ucuđ(t) theo công thức (3-44) (3-48) Với = 0,3; KB-csvq = 0,1583 ; hdd = hddB = 9,14m ; H = hcs+ hddB = 20 + 9,14 = 29,14m h = hcs- hddB = 20-9,14 = 10,86 m 0,1583 20 0,1.9,14.a (90.t + 20) (90.t + 10,86).(90.t + 29,14) d U cu (t ) = ữ 0,3 ln 9,14 (1 + 0,3)2.20 10,86.29,14 d (t ) = 1,99.a.ln (0,149t + 0,033) 8100.t + 3600t + 316,46 (3 52) U cu b /Thành phần Ucut (t) : Lcdd = L0hddB = 5,484àH U cut ( t ) = M dd ( t ) di s di + Lddc c dt dt (3 53) 90t + 29,14 10,86 29,14 ln + dd (1 + 0,3).29,14 2.9,14 10,86 M = 1,828 ln(2,371t + 0,769) + 0,413 dd M = 0,2.9,14 ln (3 54) c / Thành phần điện áp dây dẫn gây dòng điện sét dây chống sét: k,Ucs(t) U cu (t ) = i c R c + Lcs c di c di + M cs (t ) s dt dt Theo tính toán pha A ta xác định đợc ; Lcs Theo công thức ( 46 ) ta có : 90.t + 2.20 + = ln(1,73t + 0,769) + ( H ) 2.(1 + 0,3).20 M cs = 0,2.20 ln d/ Nh với pha B,C ta có : Đỗ Xuân Hạnh 130 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp U cd (t) = ic R c (1 K) + di c dd (L c K.Lcsc ) + a.(M dd (t) + K.M cs (t)) + U dcu (t) + U lv dt Với: KB-csvq = 0,1583 U cd B (C ) dic (5,484 0,1583.12) + dt d (t ) + 57,17 a.{M dd (t ) 0,1583.M cs (t )} + U cu (t ) = ic Rc (1 0,1583) + 3.4.2.3- So sánh điện áp giáng chuỗi cách điện pha A pha B, thời gian tác động độ dốc dòng điện sét, thời gian tác động độ dốc dòng điện sét, chuỗi cách điện pha có điện áp giáng lớn pha có xác suất phóng điện lớn hơn, Chọn thông số dòng điện sét tính toán : t = 5às; a =30kA/às, a/ Tính toán với pha A: Thay t a vào công thức (3 48): Uc(30,5) = 450,57 (kV), M dd (t ) = 0,2.12,64 ln 90.5 + 32,64 7,36 32,64 ln + 1ữ = 7,576( H ) (1 + 0,3).32,64 2.12,64 7,36 90.5 + 2.20 + = 12,97( H ) 2.(1 + 0,3).20 M cs = 0,2.20 ln Thay t , a chọn R =10 vào công thức ( 49 ) ( 50 ): 30 0,053.5 = 113,82 (kA) ic (t ) = 351,9 2.12,97 e ữ 2.10 dic 30 0,053.5 = 19,88(kA / s) = 351,9 2.12,97 0,053.e dt 2.10 Thay giá trị Ucdd(t); Mdd(t) ; Mcs(t) ; ic(t) ; di c vào ( 51 ): dt UcđA (t) = (1-0,2469).10.113,82+19,88.(7,584 - 0, 2469.12)+ Đỗ Xuân Hạnh môn hệ thóng điện 131 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp + 30 (7,576- 0, 2469.12,97) + 450,57 + 57,17 = 1587,99 (kV), b/Tính toán với pha B: d (t ) = 2,28.30.ln (0,149.5 + 0,033) 8100.52 + 3600.5 + 316,46 = 352,32 U cu = 1,828 ln(2,371.5 + 0,769) + 0,413 = 5,39(à H) dd M cs = ln(1,73.5 + 0,769) + ( H ) = 12,97(à H) 30 ic (t ) = 351,9 2.12,97 ) e0,053.5 ữ = 113,82 (kA) ( 2.10 dic 30 = 351,9 2.12,97 ) 0,053.e0,053.5 = 19,88 (kA/às) ( dt 2.10 M Thay giá trị vừa tính toán vào công thức ta có: UcđB(t) = (1 - 0,1583).10.113,82 + 19,88 (5,484 - 0,1583.12) + + 30.(5,39 - 0,1583.12,97) + 352,32+57,17 = 1538,88 (kV) So sánh điện áp cách điện đờng dây bị phóng điện ta thấy: UcđA = 1587,99 kV > UcđB(C) =1538,88 kV, Vậy với tham số dòng điện sét chuỗi cách điện pha A phải chịu điện áp lớn so với pha B Pha C, Do ta tính xác suất phóng điện sét đánh vào đỉnh cột với thông số kỹ thuật pha A, 3,4,3-Tính xác suất phóng điện, Trong biểu thức tính ic(t) di c ta phải tính trớc Mcs(t) với khoảng chia dt nhỏ thời gian: M 90.t + 32,64 7,36 32,64 ln + 1ữ( H ) 7,36 (1 + 0,3).32,64 2.12,64 (t ) = 2,528 ( ln(2,12t + 0,769) + 0,566 ) ( H ) dd M (t ) = 0,2.12,64 ln dd 90.t + 2.20 + = 4.ln(1,73t + 0,769) + 1)( H ) 2.(1 + 0,3).20 M cs = 0,2.20 ln Đỗ Xuân Hạnh 132 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Bảng (3 8): Giá trị tính toán Mcs(t) Mdd(t) với giá trị t T(às) Mdd(t) Mcs(t) 1,33 4,113 4,661 5,504 6,396 7,054 7,576 7,664 8,487 9,768 11,14 12,159 12,97 Từ kết bảng ( - ) ta tính i c(t); 10 8,008 8,377 8,699 8,985 9,241 13,645 14,22 14,727 15,174 15,577 di c theo a R với khoảng thời dt gian t 1,33às t 1,33às, ta tính ic(t) ; Với t 1,33à s : di c theo công thức (339) công dt thức (3 40) Z a ic (t ) = Zcs t 2.M cs (t ) cs ; Zcs = 527,85 + 2.10 = 25,085 2.10,92 a 527,85 ic (t ) = 527,85.t 2.M cs (t ) 527,85 + 2.10 25,085 dic a.Zcs a.527,85 = = = 0,963.a dt Zcs + 2.Rc 527,85 + 2.10 di c *Với t 1,33à s:ta xác định ic(t) theo công thức (349) (3-50): dt t a Lcs 2.M cs (t ) (1 e ) ic (t ) = 2.Rc a 351,9 2M cs (t ) (1 e0,053.t ) ic (t ) = 2.10 = 0,053 t dic a. 2.e a.0,053e0,053.t = Lcs 2M cs (t ) = [351,9 2M cs (t )] dt 2.Rc 2.10 Kết tính toán thu đợc bảng (3 9) (3 10 ) Đỗ Xuân Hạnh 133 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp Đỗ Xuân Hạnh kỹ thuật điện cao áp 134 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Bảng 3-9:Giá trị iC(a,t) trớc sau có sóng phản xạ t=1 Mdd(t) 10 4,661 5,504 6,396 7,054 7,576 8,008 8,377 8,699 8,985 9,241 7,664 8,487 8,487 9,768 11,140 12,159 12,971 13,645 14,222 14,727 15,174 15,577 8,97 12,12 12,12 16,71 28,11 37,71 47,32 56,93 66,54 76,16 85,78 95,40 17,94 24,24 24,24 33,43 56,23 75,42 94,63 113,85 133,08 152,32 171,55 190,79 26,91 36,36 34,19 50,14 72,68 93,87 113,82 132,63 150,39 167,14 182,97 197,93 35,88 48,48 45,59 66,86 96,91 125,16 151,76 176,85 200,51 222,86 243,97 263,91 44,86 60,60 56,99 83,57 121,14 156,45 189,70 221,06 250,64 278,57 304,96 329,88 53,83 72,72 68,39 100,28 145,37 187,74 227,64 265,27 300,77 334,29 365,95 395,86 62,80 84,84 79,79 117,00 169,59 219,03 265,58 309,48 350,90 390,00 426,94 461,84 71,77 96,96 91,18 133,71 193,82 250,32 303,52 353,69 401,03 445,72 487,93 527,81 80,74 109,09 102,58 150,42 218,05 281,61 341,47 397,90 451,16 501,43 548,92 593,79 89,71 121,21 113,98 167,14 242,28 312,90 379,41 442,11 501,28 557,15 609,91 659,77 a=40 a=50 a=60 4,661 a=10 a=30 1,33 4,113 Mcs(t) a=20 1,33 a=70 a=80 a=90 a=100 Đỗ Xuân Hạnh bộ135 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Bảng 3-10:Giá trị t=1 1,33 1,33 dic ( a, t ) )trớc sau có sóng phản xạ dt 10 Mdd(t) 7,66 8,49 8,49 9,77 11,14 12,16 12,97 13,65 14,22 14,73 15,17 15,58 Mcs(t) 8,97 12,12 12,12 16,71 28,11 37,71 47,32 56,93 66,54 76,16 85,78 95,40 a=10 9,63 9,63 8,09 7,59 6,68 5,93 5,23 4,59 4,00 3,46 2,97 2,51 19,26 19,26 16,18 15,18 13,37 11,85 10,46 9,18 8,00 6,92 5,93 5,03 a=30 28,89 28,89 24,28 22,77 20,05 17,78 15,69 13,77 12,00 10,38 8,90 7,54 a=40 38,52 38,52 32,37 30,36 26,73 23,71 20,92 18,36 16,01 13,84 11,86 10,05 a=50 48,15 48,15 40,46 37,95 33,42 29,63 26,15 22,95 20,01 17,31 14,83 12,56 a=60 57,78 57,78 48,55 45,54 40,10 35,56 31,38 27,54 24,01 20,77 17,80 15,08 a=70 67,41 67,41 56,64 53,13 46,78 41,49 36,61 32,13 28,01 24,23 20,76 17,59 a=80 77,04 77,04 64,74 60,73 53,47 47,42 41,84 36,72 32,01 27,69 23,73 20,10 a=90 86,67 86,67 72,83 68,32 60,15 53,34 47,07 41,31 36,01 31,15 26,70 22,62 a=100 96,3 96,3 80,92 75,91 66,83 59,27 52,30 45,90 40,01 34,61 29,66 25,13 a=20 Đỗ Xuân Hạnh bộ136 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp *Ta tính điện áp dây chống sét: U cs (a, t ) : * Trớc có sóng phản xạ: t < 1,33( s) Ta có: U cs (a, t ) = ics (a, t ).Zcs = 527,85 + 2.10 = 25,085 2.10,82 vq a.Rc t Zcs a M cs (t ) ics (t ) = vq + cs + vq Zcs + 2.Rc 2.1 Lc Zcs + 2.Rc M (t ) 10.t 527,85 ics (t ) = a.( + cs + 527,85 + 2.10 2.25,085 10,92 527,85 + 2.10 ics (t ) = a.(0,0182.t + 0,00182.M cs (t ) + 0,0192) U cs (t ) = 527,85.a.(0,0182.t + 0,00182.M cs (t ) + 0,0192) * Sau có sóng phản xạ: t > 1,33( s) Ta có:Điện áp dây chống sét: dic cs U cs (t ) = ic (a, t ).Rcs + Lcs c dt + a.M (t ) di U cs (t ) = 10.ic (a, t ) + 10,92 c + a.M cs (t ) dt Ta có bảng giá trị U cs (a, t ) :(Bảng 3-11) t ( a, t ) : *Ta tính thành phần từ điện áp cảm ứng : U cu t U cu (t) = Lddc di c di + M dd (t) s ; dt dt Với Lcdd = Lo.hddA = 7,584(àH) t (t) = Ldd di c + M (t) dis = 7,584 di c + a.M (t) Ucu c dt dd dd dt dt t (a, t ) :( Bảng 3-12) Ta có bảng giá trị U cu *Từ thành phần điện áp ta tính đợc Ucđ(a,t), di cs dd cs d U cd (t ) = i c R c (1 K) + c (Ldd c K.L c ) + a.( M (t ) + K.M (t ) + U cu (t ) + U lv dt cs Thay giá trị ULV ; RC; K ; Ldd c ; Lc vào phơng trình ta có: di d (t ) + 57,17 U (t ) = 7,531.ic + 4,888 c + a.(M dd (t ) 0,2469.M cs (t )) + U cu cd dt Vậy ta có bảng giá trị Ucđ(a,t) (bảng 3-13): Đỗ Xuân Hạnh 137 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Bảng 3-11:Giá trị U cs (a, t ) trớc sau có sóng phản xạ t=1 Mdd(t) a=20 a=30 a=40 a=50 a=60 a=70 a=80 a=90 a=100 1,33 10 7,66 8,49 8,49 9,77 11,14 12,16 12,97 13,65 14,22 14,73 15,17 15,58 8,97 12,12 12,12 16,71 28,11 37,71 47,32 56,93 66,54 76,16 85,78 95,40 283,60 345,56 330,78 417,17 635,26 818,96 1003,46 1188,67 1374,52 1560,95 1747,92 1935,37 567,20 691,12 661,55 834,33 1270,53 1637,92 2006,92 2377,34 2749,04 3121,91 3495,84 3870,75 850,80 1036,68 970,65 1251,50 1789,20 2264,22 2729,08 3184,53 3631,17 4069,57 4500,21 4923,53 1134,40 1382,24 1294,20 1668,67 2385,61 3018,95 3638,77 4246,03 4841,57 5426,10 6000,28 6564,70 1418,00 1727,80 1617,75 2085,84 2982,01 3773,69 4548,46 5307,54 6051,96 6782,62 7500,35 8205,88 1701,60 2073,36 1941,30 2503,00 3578,41 4528,43 5458,16 6369,05 7262,35 8139,15 9000,42 9847,05 1985,20 2418,91 2264,85 2920,17 4174,81 5283,17 6367,85 7430,56 8472,74 2268,80 2764,47 2588,40 3337,34 4771,21 6037,91 7277,54 8492,07 9683,13 9495,67 10852,1 10500,4 12000,5 2552,40 3110,03 2911,95 3754,50 5367,61 6792,65 8187,24 9553,58 10893,52 12208,7 13500,6 14770,58 2836,00 3455,59 3235,50 4171,67 5964,01 7547,39 9096,93 10615,0 12103,92 13565,2 15000,6 16411,75 Mcs(t) a=10 1,33 Đỗ Xuân Hạnh bộ138 môn hệ thóng điện 11488,23 13129,40 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp t (a, t ) trớc sau có sóng phản xạ Bảng 3-12:Giá trị U cu t=1 Mdd(t) a=20 a=30 a=40 a=50 a=60 a=70 a=80 a=90 a=100 1,33 10 7,66 8,49 8,49 9,77 11,14 12,16 12,97 13,65 14,22 14,73 15,17 15,58 8,97 12,12 12,12 16,71 28,11 37,71 47,32 56,93 66,54 76,16 85,78 95,40 149,67 157,90 146,24 155,25 162,08 166,54 169,38 171,26 172,57 173,52 174,24 174,83 299,34 315,80 292,47 310,49 324,17 333,08 338,75 342,53 345,14 347,03 348,48 349,65 449,01 473,70 438,71 465,74 486,25 499,63 508,13 513,79 517,71 520,55 522,71 524,48 598,68 631,60 584,94 620,99 648,33 666,17 677,51 685,05 690,28 694,06 696,95 699,30 748,35 789,50 731,18 776,23 810,42 832,71 846,88 856,32 862,85 867,58 871,19 874,13 898,02 947,40 877,41 931,48 972,50 999,25 1016,26 1027,58 1035,42 1041,09 1045,43 1048,96 1047,69 1105,30 1023,65 1086,73 1134,59 1165,79 1185,64 1198,84 1207,99 1214,61 1219,66 1223,78 1197,36 1263,20 1169,88 1241,97 1296,67 1332,33 1355,02 1370,11 1380,56 1388,12 1393,90 1398,61 1347,03 1421,10 1316,12 1397,22 1458,75 1498,88 1524,39 1541,37 1553,13 1561,64 1568,14 1573,43 1496,70 1579,00 1462,35 1552,47 1620,84 1665,42 1693,77 1712,64 1725,70 1735,16 1742,38 1748,26 Mcs(t) a=10 1,33 Đỗ Xuân Hạnh bộ139 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Bảng 3-13:Giá trị Ucđ(a,t) trớc sau có sóng phản xạ t=1 Mdd(t) a=20 a=30 a=40 a=50 a=60 a=70 a=80 a=90 a=100 1,33 10 7,66 8,49 8,49 9,77 11,14 12,16 12,97 13,65 14,22 14,73 15,17 15,58 8,97 12,12 12,12 16,71 28,11 37,71 47,32 56,93 66,54 76,16 85,78 95,40 375,96 408,36 389,18 431,80 505,63 565,17 621,34 675,49 728,35 780,38 831,85 882,95 694,75 759,55 721,19 806,44 954,09 1073,17 1185,51 1293,81 1399,54 1503,59 1606,53 1708,72 1013,53 1110,74 1036,87 1181,07 1314,75 1436,08 1537,84 1624,83 1699,91 1764,94 1821,24 1869,81 1332,32 1461,93 1363,44 1555,71 1733,95 1895,72 2031,40 2147,39 2247,49 2334,19 2409,26 2474,03 1651,11 1813,13 1690,01 1930,34 2153,14 2355,36 2524,96 2669,94 2795,07 2903,45 2997,29 3078,24 1969,90 2164,32 2016,58 2304,97 2572,33 2815,00 3018,51 3192,50 3342,65 3472,70 3585,31 3682,45 2288,69 2515,51 2343,14 2679,61 2991,53 3274,64 3512,07 3715,05 3890,23 4041,96 4173,34 4286,67 2607,48 2866,70 2669,71 3054,24 3410,72 3734,27 4005,63 4237,61 4437,81 4611,21 4761,36 4890,88 2926,26 3217,89 2996,28 3428,88 3829,92 4193,91 4499,18 4760,16 4985,39 5180,47 5349,38 5495,09 3245,05 3569,08 3322,85 3803,51 4249,11 4653,55 4992,74 5282,71 5532,96 5749,72 5937,41 6099,31 Mcs(t) a=10 1,33 Đỗ Xuân Hạnh bộ140 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Từ bảng 3-13 ta vẽ đợc quan hệ UCd hàm f(a,t) sét đánh vào đỉnh cột U(kV) 6500 a=100(kA/ s ) 5900 a=90(kA/ s ) 5300 a=80(kA/ s) 4700 a=70(kA/ s ) 4100 3500 a=60(kA/ s ) 2900 a=50(kA/ s ) 2300 a=40(kA/ s ) 1700 a=30(kA/ s ) 1100 a=20(kA/ s ) V-S 500 -100 a=10(kA/s) 10 t( s ) Từ đồ thị ta xác định giá trị tơng ứng giao điểm U cd(a,t) V-S , Với ai(kA/às) ;ti(às) tơng ứng cho ta Ii(kA),Ta có bảng sau: ai(kA/às) ti(às) Ii(kA) 10 8,5 85 Đỗ Xuân Hạnh 20 2,9 58 30 30 40 0,66 26,4 50 0,5 25 60 0,3 18 70 0,2 14 80 0,1 90 0 môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Đờng cong I=f(a) có dạng đồ thị sau: U(kV ) 95 90 85 80 75 70 65 60 Miền nguy hiểm 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 -5 10 Cho biên độ dòng sét nhận giá trị khác từ 10 đến 100kA tính đợc điện áp đặt lên cách điện đờng dây, Kết tính đợc ghi bảng trên, Trong hình 3-11 dới ta lu ý điểm sau : - Xác suất phóng điện Vpđ xác suất mà có cặp thông số (I i;ai) thuộc miền nguy hiểm Vpd = P{ (a; I ) N} - Các cặp số (Ii ; ai) nằm miền giới hạn nguy hiểm xảy phóng điện, Do xác suất phóng điện cách điện xác suất cặp số (Ii ; ai) thuộc miền nguy hiểm, Vpđ = P (a ai),P (I Ii ), ( 33 ) Trong đó: + P(I Ii ): xác suất dòng điện I lớn giá trị dòng điện I i đó, Đỗ Xuân Hạnh môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp + P(a ai): xác suất độ dốc a lớn giá trị a i để gây phóng điện + P(a ai) = P( a a + a ) = Va Với: a i Va = e 10,9 = P ( a a i ) Thay vào biểu thức ( 33 ) đợc: Vpđ = Vi, Va Vpd = VI Va Bằng phơng pháp sai phân xác định đợc: n ( 34 ) Vpd = VIi Vai i =1 Với : VI = e Ii 26,1 ; Va = e a i 10, a i +1 ; Va = e 10 , - e10,9 Ta đợc kết nh bảng 6: Bảng 3-6: Xác suất phóng điện sét đánh vào khoảng vợt , 10 20 30 40 50 60 70 ai(kA/às) 8,5 2,9 1,25 0,66 0,5 0,3 0,2 ti(às) 85 58 37,5 26,4 25 18 14 Ii(kA) V1.10-3 Va 10-3 80 0,1 38,5 108,37 237,69 363,68 383,72 501,75 584,85 736,01 399,54 159,64 63,78 25,48 10,18 4,07 1,63 0,649 90 0 1000 0,259 Va.10-3 239,9 95,86 38,30 15,30 6,11 2,44 0,981 0,390 0,259 pđ.10-4 92,36 103,88 92,22 55,64 23,45 12,24 5,74 2,59 2,87 n ta có: Vpd = VIi Vai =390,99,10-4 i =1 Vậy ta có: Suất cắt sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột: nc = N V = 66.390,99.104.0,63 = 1,626 (lần/100km,năm) kv pd 3,5 Tính suất cắt tổng sét đánh vào đờng dây tải điện 110kV, Suất cắt toàn đờng dây có sét đánh trực tiếp đợc xác định bởi: Đỗ Xuân Hạnh môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp n = nc + nkv + n (lần /100km,năm) Ta tính đợc suất cắt ndd ; nkv ; nđc phần trên: n = 1,26 + 22,12,10-3 + 0,0925= 1,3746 (lần/100km,năm) Chỉ tiêu chống sét: m=1/n = 1/1,3746 = 0,727(năm/1 lần cắt) Đỗ Xuân Hạnh môn hệ thóng điện [...]... thống chống sét cột đờng dây tải điện Các kết cấu kim loại của trạm nh móng nhà,tờng trạm Trong phạm vi cuả đề tài ta chỉ xét nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống chống sét của đờng dây11 0kV, 22 0kV tới trạm 2.4.2.1 Điện trở nối đất tự nhiên của hệ thống dây chống sét cột Đỗ Xuân Hạnh 80 bộ môn hệ thóng điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp Điện trở nối đất tự nhiên của hệ thống dây chống sét cột... quá độ cha kết thúc,nối đất thể hiện nh một tổng trở Z và có trị số rất lớn so với trị số điện trở tản,trờng hợp này đợc gọi lầ nối đất phân bố dài Trong khi ta thiết kế bảo vệ chống sét cho các trạm biến áp thờng thì hệ thông chống sét đợc nối chung với mạch vòng của nối đất an toàn tạo thành một hệ thống nối đất chung (chỉ áp dụng cho cấp điện áp từ 110 kV trở lên).Vì vậy nối đất chống sét sẽ là nối... tự nhiên của chống sét đờng dây đã đạt yêu cầu.Tuy nhiên để đảm bảo an toàn khi ta dùng chung nối đất chống sét với nối đất an toàn vào cùng môt hệ thống nên ta vẫn phải nối đất nhân tạo 2.4.3 Điện trở nối đất nhân tạo Đối với nối đất nhân tạo cho trạm biến áp thì có nhiều cách thức khác nhau nh nối đất kiểu lới và kiểu mạch vòng Với trạm đã cho ta sử dụng nối đất mạch vòng xung quanh trạm bằng các... u để tính toán cho các phần sau Chơng Hai thiết kế hệ thống nối đất chống sét trạm biến áp 2.1 Giới thiệu chung và một số vấn đề kỹ thuật khi tính toán nối đất: Tác dụng của hệ thống nối đất trong hệ thống điện là để tản dòng điện sét xuống đất,đảm bảo điện thế trên các vật nối đất nhỏ.Hệ thống nối đất là một phần quan trọng trong việc bảo vệ quá điện áp, do đó việc nối đất của trạm biến Đỗ Xuân Hạnh... kỹ thuật điện cao áp áp,các cột thu sét, các đờng dây,các thiết bị chống sét phảI đợc tính toán cụ thể khi thiết kế Trong hệ thống điện có 3 loại nối đất khác nhau: Nối đất làm việc Nối đất an toàn Nối đất chống sét -Nối đất làm việc: Nối đất có nhiệm vụ đảm bảo sự làm việc bình thờng của các thiết bị ở trạng thái đã quy định Loại này gồm có : Nối đất của các trung tính của máy biến áp (trong hệ thống... nối đất bé nhất Đối với nối đất của hệ thống thu sét ở trong trạm biến áp, khi bộ phận thu sét đợc đặt ngay trên xà trạm thì phần nối đất chống sét buộc phải nối đất chung với mạch vòng nối đất an toàn của trạm Nh vậy sẽ gặp trờng hợp nối đất phân bố dài, tổng trở xung kích có thể lớn gấp nhiều lần so với trị số điện trở tản xoay chiều làm tăng điện áp giáng trên bộ phận nối đất và có thể gây nên phóng... 2.4.4.Nối đất chống sét: Ta có 2.4.4.1- Dòng điện sét trong hệ thống nối đất: Khi có dòng điện sét đi vào bộ phận nối đất và nếu tốc độ biến thiên của dòng điện sét theo thời gian rất lớn thì trong thời gian đầu của điện cảm của khu Đỗ Xuân Hạnh bộ môn hệ thóng điện 83 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp vực nối đất sẽ ngăn cản không cho dòng điện đi tới phân cuối của điện cực khiến cho điện áp phân bố... điện Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp mang điện của trạm Do đó, việc thực hiện nối đất chung nối đất chống sét và nối đất an toàn thờng chỉ thực hiện ở trạm biến áp 11 0kV và điện áp cao hơn Điện trở nối đất của hệ thống này yêu cầu không đợc quá 0,5 Trị số điện trở nối đất càng bé thì tác dụng của nối đất càng cao Nhng việc giảm trị số điện trở nối đất sẽ làm cho giá thành xây dựng tăng lên nhiều... điều kiện: ha D/8 = 71,64 / 8 = 8,955(m) 3.Chọn độ cao tác dụng chung cho toàn trạm : Sau khi tính toán độ cao tác dụng chung của toàn trạm ,cho các nhóm cột thu lôi ta chọn lấy độ cao tác dụng lớn nhất của các nhóm trên Ta chọn độ cao tác dụng ha chung cho toàn trạm là ha = 10,13 (m) 4.Chọn độ cao của cột thu lôi cho trạm - Phía 220 (kV) :độ cao cần bảo vệ là h x = 16,5 (m),ta chọn độ cao của cột thu... trên các bộ phận này sẽ có xuất hiện điện thế nhng do đã đợc nối đất nên giữ đợc mức điện thế thấp, do đó đảm bảo an toàn cho ngời khi tiếp xúc với chúng -Nối đất chống sét : Nối đất chống sét nhằm tản dòng điện sét trong đất (khi có sét đánh vào cột thu sét hoặc trên đờng dây) để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên thân cột không quá lớn, do đó hạn chế đợc các phóng điện ngợc tới công trình cần bảo vệ