Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án kỹ thuật điện cao áp tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực k...
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 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. 2 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 2 3 Đồ án kỹ thuật điện cao áp 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. (1-1) Trong đó : h: độ cao cột thu sét. h X : độ cao cần bảo vệ. 3 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 3 h 0,2h hx 1,5h 0,75h 0,75h 1,5h rx 4 Đồ án kỹ thuật điện cao áp 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: Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét. Bán kính được tính toán theo công thức sau: Nếu thì (1.2) Nếu thì (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 và trên hoành độ lấy các giá trị và . 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 (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: (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 thì (1.5) Nếu thì (1.6) Khi độ cao của cột thu sét vượt quá 30m thì có các hiệu chỉnh hệ số ; trên hoành độ lấy các giá trị và ; khi đó h 0 tính theo công thức : (1.7) 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. 6 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 6 7 Đồ án kỹ thuật điện cao áp 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' Hình 1.3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau. (1.8) (1.9) Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ 2 cột có độ cao bằng nhau. 7 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 7 D a b c D a b 8 Đồ án kỹ thuật điện cao áp 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: (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: (1.11) với p là nửa chu vi : (1.12) Nhóm cột tạo thành hình chữ nhật: (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: (1.14) 8 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 8 0,6h 0,2h 0,8h h a b a' c 1,2h 2 bx hx 9 Đồ án kỹ thuật điện cao áp 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 : 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 thì (1.15) Nếu thì (1.16) Khi độ cao cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được hiệu chỉnh theo p. b. Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét. 9 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 9 10 Đồ án kỹ thuật điện cao áp Để phối hợp bảo vệ bằng hai dây thu sét thì khoảng cách giữa hai dây thu sét phải thoả mãn điều kiện : Với khoảng cách trên thì dây có thể bảo vệ được các điểm có độ cao h 0 . (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 . Hình 1.6: Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét. 10 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 10 [...]... HTĐ2-K47 14 15 Đồ án kỹ thuật điện cao áp AT2 AT1 Hình 1.8: Phạm vi bảo vệ phương án 1 15 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 15 16 Đồ án kỹ thuật điện cao áp 1.3.1.4 Kết luận: Phương án bảo vệ thoả mãn yêu cầu đặt ra Tổng số cột : 4 cột cao 16m Tổng chiều dài: 1.3.2 Phương án 2 1.3.2.1 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 AT2 AT1... biên có độ cao 19m 20 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 20 21 Đồ án kỹ thuật điện cao áp Do Do vậy 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 =11m 21 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 21 22 Đồ án kỹ thuật điện cao áp AT2 AT1 Hình 1.10 Phạm vi bảo vệ của phương án 2 22 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 22 23 Đồ án kỹ thuật điện cao áp 1.3.2.4...11 Đồ án kỹ thuật điện cao áp 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 11 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 11 12 Đồ án kỹ thuật điện cao áp AT2 AT1 Hình 1.7: Sơ đồ mặt bằng bố trí cột thu... 29 30 Đồ án kỹ thuật điện cao áp 12 10 8 5,7 4 2 0 1,27 2 3 4 l1/l2 Hình 2.1: Hệ số hình dạng Tra đồ thị ta có: Vậy điện trở mạch vòng là: nên điện trở nối đất chưa đạt yêu cầu, do đó phải đóng cọc vào hệ thống nối đất Chọn cọc dài 3m đường kính 6 cm Điện trở của cọc được tính theo công thức: Trong đó : t=h+l/2 = 2,3 m 30 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 30 31 Đồ án kỹ thuật điện cao áp ρ=95... phương án 1 chống sét đánh trực tiếp vào trạm 23 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 23 24 Đồ án kỹ thuật điện cao áp CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM 2.1 YÊU CẦU KỸ THUẬT KHI NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP Nối đất là đem các bộ phận 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... I là dòng điện khi có chạm đất một pha (cả mạng trên không và mạng cáp): I = 3.Uf.ω C Trong đó: C là điện dung của một pha của hệ thống nối đất Uf là điện áp pha * Nếu hệ thống có thiết bị bù thì dòng điện tính toán I là phần dòng điện còn lại hay chưa được bù của dòng điện ngắn mạch chạm đất trong mạng khi đã cắt 25 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 25 26 Đồ án kỹ thuật điện cao áp đi thiết... Thanh Lớp HTĐ2-K47 32 33 Đồ án kỹ thuật điện cao áp với đường đây trên không Vì điện trở bản thân cực bé hơn rất nhiều so với điện cảm của nó, ảnh hưởng của điện dung C cũng rất nhỏ so với ảnh hưởng của điện dẫn G nên có thể bỏ qua do đó ta có sơ đồ thay thế : L G L 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... Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 31 32 Đồ án kỹ thuật điện cao áp Ở đây phải đề cập đến cả hai quá trình đồng thời xảy ra khi có dòng điện tản trong đất: - Quá trình quá độ của sự phân bố điện áp dọc theo chiều dài điện cực - Quá trình phóng điện trong đất Khi chiều dài điện cực ngắn (nối đất tập trung) thì không cần xét quá trình quá độ mà chỉ cần xét quá trình phóng điện trong đất Ngược lại khi nối đất... HTĐ2-K47 18 19 Đồ án kỹ thuật điện cao áp Tải trọng tổng hợp: Ta có: Kiểm tra điều kiện ta thấy l < lgh + Với khoảng vượt l1 =25m Phương trình trạng thái ứng vơi θmin có dạng: Ta có phương trình : có nghiệm Độ võng: Độ cao cột treo dây thu sét : + Với khoảng vượt l2 =28m Phương trình trạng thái ứng vơi θmin có dạng: 19 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 19 20 Đồ án kỹ thuật điện cao áp Ta có phương... dài cực r: bán kính cực, ở phần trước Gọi Z(x,t) là điện trở xung kích của nối đất kéo dài, nó là hàm số của không gian x và thời gian t (2.10) Trong đó U(x,t); I(x,t) là dòng điện và điện áp xác định từ hệ phương trình vi phân: (2.11) 33 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 33 34 Đồ án kỹ thuật điện cao áp Giải hệ phương trình này ta được điện áp tại điểm bất kỳ và tại thời điểm t trên điện cực: . HTĐ2-K47 14 15 Đồ án kỹ thuật điện cao áp AT1 AT2 Hình 1.8: Phạm vi bảo vệ phương án 1 15 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 15 16 Đồ án kỹ thuật điện cao áp 1.3.1.4. Kết luận: Phương án bảo vệ. các cột phía 110kV cao 16m. Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m. Do vậy Bán kính bảo vệ ở độ cao 8m. Do vậy 13 Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47 13 14 Đồ án kỹ thuật điện cao áp c). Phạm vi bảo. 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