Đồ án Kỹ thuật điện cao áp

0 3 12.19 7.45 14.90 22.35 29.80 37.25 44.70 52.15 59.60 67.05 74.50 4 13.33 7.03 14.06 21.10 28.13 35.16 42.19 49.22 56.26 63.29 70.32 5 14.24 6.65 13.29 19.94 26.59 33.23 39.88 46.52 53.17 59.82 66.46 6 15.00 6.29 12.57 18.86 25.15 31.44 37.72 44.01 50.30 56.59 62.87 7 15.66 5.95 11.90 17.85 23.81 29.76 35.71 41.66 47.61 53.56 59.51 8 16.23 5.64 11.27 16.91 22.54 28.18 33.82 39.45 45.09 50.73 56.36 9 16.73 5.34 10.68 16.02 21.36 26.70 32.04 37.38 42.72 48.06 53.40 10 17.19 5.06 10.12 15.18 20.24 25.30 30.36 35.42 40.48 45.54 50.60 15 18.96 3.88 7.76 11.64 15.52 19.40 23.27 27.15 31.03 34.91 38.79 20 20.24 2.98 5.97 8.95 11.93 14.91 17.90 20.88 23.86 26.84 29.83 25 21.23 2.30 4.59 6.89 9.19 11.49 13.78 16.08 18.38 20.67 22.97 Bảng 3-9: Giá trị ( Rc=10) Khi chưa có sóng phản xạ a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 3.36 92.8 185.7 278.5 371.3 464.1 557.0 649.8 742.6 835.4 928.3 0,5 6.49 139.1 278.3 417.4 556.6 695.7 834.8 974.0 1113.1 1252.3 1391.4 1 8.33 186.0 372.1 558.1 744.2 930.2 1116.2 1302.3 1488.3 1674.3 1860.4 1,33 9.24 217.1 434.3 651.4 868.5 1085.7 1302.8 1519.9 1737.1 1954.2 2171.3 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 9.24 200.2 400.5 600.7 801.0 1001.2 1201.4 1401.7 1601.9 1802.2 2002.4 2 10.65 249.6 499.3 748.9 998.5 1248.2 1497.8 1747.4 1997.1 2246.7 2496.4 3 12.19 319.8 639.5 959.3 1279.0 1598.8 1918.6 2238.3 2558.1 2877.8 3197.6 4 13.33 385.9 771.8 1157.7 1543.6 1929.5 2315.4 2701.3 3087.2 3473.1 3859.0 5 14.24 448.4 896.7 1345.1 1793.4 2241.8 2690.2 3138.5 3586.9 4035.2 4483.6 6 15.00 507.4 1014.8 1522.2 2029.5 2536.9 3044.3 3551.7 4059.1 4566.5 5073.9 7 15.66 563.2 1126.4 1689.6 2252.8 2816.0 3379.2 3942.4 4505.7 5068.9 5632.1 8 16.23 616.0 1232.0 1848.0 2464.1 3080.1 3696.1 4312.1 4928.1 5544.1 6160.1 9 16.73 666.0 1332.0 1998.0 2664.0 3329.9 3995.9 4661.9 5327.9 5993.9 6659.9 10 17.19 713.3 1426.6 2139.9 2853.2 3566.5 4279.8 4993.1 5706.4 6419.7 7133.0 15 18.96 914.8 1829.5 2744.3 3659.0 4573.8 5488.5 6403.3 7318.0 8232.8 9147.5 20 20.24 1068.4 2136.8 3205.2 4273.6 5342.0 6410.5 7478.9 8547.3 9615.7 10684.1 25 21.23 1185.7 2371.4 3557.1 4742.7 5928.4 7114.1 8299.8 9485.5 10671.2 11856.9 Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trong dây chống sét gây ra ta cũng có 2 trường hợp. + Khi + Khi . Ta cũng tính được ic(a,t), như ở thành phần điện áp giáng trên cột. Kết quả tính toán với các giá trị a,t khác nhau cho ở bảng. Bảng 3-10: Giá trị ( Rc=10) Khi chưa có sóng phản xạ a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 3.36 -37.6 -75.2 -112.8 -150.5 -188.1 -225.7 -263.3 -300.9 -338.5 -376.1 0,5 6.49 -45.9 -91.8 -137.6 -183.5 -229.4 -275.3 -321.2 -367.0 -412.9 -458.8 1 8.33 -51.2 -102.4 -153.6 -204.7 -255.9 -307.1 -358.3 -409.5 -460.7 -511.9 1,33 9.24 -54.0 -108.0 -161.9 -215.9 -269.9 -323.9 -377.9 -431.8 -485.8 -539.8 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 9.24 -49.8 -99.6 -149.5 -199.3 -249.1 -298.9 -348.8 -398.6 -448.4 -498.2 2 10.65 -53.2 -106.5 -159.7 -212.9 -266.1 -319.4 -372.6 -425.8 -479.0 -532.3 3 12.19 -57.0 -114.0 -171.1 -228.1 -285.1 -342.1 -399.2 -456.2 -513.2 -570.2 4 13.33 -60.0 -119.9 -179.9 -239.8 -299.8 -359.8 -419.7 -479.7 -539.6 -599.6 5 14.24 -62.4 -124.8 -187.1 -249.5 -311.9 -374.3 -436.6 -499.0 -561.4 -623.8 6 15.00 -64.4 -128.9 -193.3 -257.8 -322.2 -386.7 -451.1 -515.5 -580.0 -644.4 7 15.66 -66.3 -132.5 -198.8 -265.0 -331.3 -397.5 -463.8 -530.0 -596.3 -662.5 8 16.23 -67.9 -135.7 -203.6 -271.4 -339.3 -407.2 -475.0 -542.9 -610.8 -678.6 9 16.73 -69.3 -138.6 -207.9 -277.3 -346.6 -415.9 -485.2 -554.5 -623.8 -693.1 10 17.19 -70.6 -141.3 -211.9 -282.6 -353.2 -423.8 -494.5 -565.1 -635.8 -706.4 15 18.96 -75.9 -151.9 -227.8 -303.7 -379.6 -455.6 -531.5 -607.4 -683.3 -759.3 20 20.24 -79.8 -159.6 -239.4 -319.1 -398.9 -478.7 -558.5 -638.3 -718.1 -797.9 25 21.23 -82.8 -165.6 -248.3 -331.1 -413.9 -496.7 -579.5 -662.2 -745.0 -827.8 Từ các thành phần điện áp ta tính được Ucđ(a,t). Kết quả tính toán với các a,t khác nhau cho ở bảng. Bảng 3-11: Giá trị ( Rc=10) Khi chưa có sóng phản xạ a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 105.91 154.71 203.42 252.03 300.73 349.53 398.24 446.95 495.66 544.46 0,5 276.07 495.05 714.02 933.00 1151.88 1370.76 1589.73 1808.70 2027.68 2246.55 1 375.06 693.01 1010.87 1328.93 1646.78 1964.64 2282.60 2600.44 2918.30 3236.26 1,33 429.85 802.60 1175.35 1547.99 1920.74 2293.40 2666.04 3038.89 3411.54 3784.19 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 417.15 777.15 1137.08 1497.10 1857.03 2216.96 2576.98 2936.91 3296.93 3656.86 2 503.37 949.58 1395.72 1841.86 2288.10 2734.25 3180.38 3626.62 4072.77 4519.00 3 611.88 1166.42 1721.07 2275.62 2830.27 3384.93 3939.48 4494.14 5048.70 5603.36 4 705.84 1354.57 2003.26 2651.94 3300.63 3949.31 4598.00 5246.68 5895.36 6544.04 5 790.33 1523.40 2256.55 2989.61 3722.76 4455.91 5188.97 5922.12 6655.18 7388.34 6 867.49 1677.70 2487.95 3298.10 4108.34 4918.59 5728.84 6539.08 7349.34 8159.59 7 938.58 1820.06 2701.49 3582.91 4464.34 5345.77 6227.19 7108.71 7990.14 8871.57 8 1004.75 1952.39 2899.98 3847.68 4795.26 5742.87 6690.46 7638.06 8585.65 9533.25 9 1066.63 2076.03 3085.45 4094.85 5104.17 6113.58 7123.00 8132.41 9141.84 10151.24 10 1124.54 2191.81 3259.12 4326.43 5393.73 6461.04 7528.34 8595.66 9662.96 10730.26 15 1366.93 2676.51 3986.21 5295.82 6605.52 7915.12 9224.82 10534.43 11844.13 13153.74 20 1549.63 3042.10 4534.55 6027.01 7519.45 9011.99 10504.46 11996.90 13489.35 14981.80 25 1759.39 3461.63 5163.84 6865.97 8568.18 10270.42 11972.58 13674.83 15377.08 17079.23 Ta có đồ thị biểu diễn mối quan hệ của Ucđ(t) và đặc tính phi tuyến V–S của chuỗi sứ . 0 5000 10000 15000 20000 25000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 U(KV) t(s) a=90(kA/s) a=80(kA/s) a=100(kA/s) a=60(kA/s) a=70(kA/s) a=50(kA/s) a=40(kA/s) a=30(kA/s) a=20(kA/s) a=10(kA/s) V - S Hình 3 – 10: Đồ thị Ucđ(a,t) Từ đồ thị này ta xác định được các cặp thông số (Ii,ai) là giao của đường cong Ucđ(a,t) và đặc tuyến V - S. Dựa vào các cặp thông số này ta xác định được đường cong nguy hiểm I = f(a) từ đó xác định được miền nguy hiểm và xác suất phóng điện . Bảng 3-12: Đặc tính xác suất phóng điện ( Rc=10) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 8.75 3.18 1.71 1.12 0.83 0.61 0.57 0.41 0.38 0.24 87.5 63.6 51.3 44.8 41.5 36.6 39.9 32.8 34.2 24 0.0350 0.0874 0.1401 0.1797 0.2039 0.2460 0.2168 0.2846 0.2697 0.3987 0.3995 0.1596 0.0638 0.0255 0.0102 0.0041 0.0016 0.0006 0.0003 0.0001 0.2399 0.0959 0.0383 0.0153 0.0061 0.0024 0.0010 0.0004 0.0002 0.0001 0.0084 0.0084 0.0054 0.0027 0.0012 0.0006 0.0002 0.0001 4E-05 4E-05 Suất cắt điện của đường dây khi sét đánh vào đỉnh cột: (lần/100km.năm). SUẤT CẮT TỔNG CỘNG DO SÉT ĐÁNH VÀO ĐƯỜNG DÂY. Suất cắt điện do sét đánh vào đường dây. (lần/100km.năm) Chỉ tiêu chống sét của đường dây tải điện. (năm/1lần cắt điện). *Trường hợp 2: Rc=15 Tương tự như trường hợp Rc= 10 ta có các kết quả sau : a).Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn (lần/100km.năm) b). Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt. Khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét, để đơn giản cho tính toán ta giả thiết sét đánh vào chính giữa khoảng vượt, dòng điện sét chia đều sang hai bên như hình vẽ. hc=22,8m A B C A h c=22,8m i s /2 i s /2 C B A Hình 3. 11: Sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét. Lấy với dạng sóng xiên góc. Lúc này trên dây chống sét và mỗi cột sẽ có dòng điện là . Khi tính toán ta cần tính với các giá trị khác nhau của dòng điện sét. Khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét thì đường dây tải điện sinh ra các điện áp là: Điện áp tác dụng lên cách điện không khí giữa dây dẫn và dây chống sét. Điện áp tác dụng lên cách điện của chuỗi sứ. Nếu các điện áp này đủ lớn thì sẽ gây ra phóng điện sét trên cách điện làm cắt điện trên đường dây. Suất cắt điện do quá điện áp tác dụng lên cách điện không khí giữa dây dẫn và dây chống sét (ta xét với pha B hoặc C vì hệ số ngẫu hợp của 2 pha này nhỏ hơn pha của pha A). (3-39) Trong đó: Kvq: hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét có kể đến vầng quang. a: độ dốc dòng điện sét. l: khoảng vượt của đường dây. Từ đó ta có thể tính được xác suất phóng điện,xác suất hình thành hồ quang,suất cắt điện trong trường hợp này. Trong thiết kế và thi công đường dây, thường chọn khoảng cách giữa các dây đủ lớn để tránh chạm dây nên khả năng xảy ra phóng điện trong trường hợp này ít xảy ra và dù có xảy ra thì xác suất hình thành hồ quang cũng rất nhỏ. Vì vậy suất cắt trong trương hợp này có thể bỏ qua. Suất cắt điện do quá điện áp tác dụng lên chuỗi sứ. Điện áp tác dụng lên chuỗi sứ khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét là: (3-40) Trong đó: Ulv là điện áp làm việc. (3-41) Uc(t): điện áp tại đỉnh cột. (3-42) Với dạng sóng xiên góc,xét với thời gian thì: (3-43) Ta có: Rc là điện trở nối đất cột điện. Lc: điện cảm thân cột Kvq: hệ số ngẫu hợp có kể đến ảnh hưởng của vầng quang pha B(C) với dây chống sét Thay vào công thức 3-43 ta có: Theo 3-18 thì: Ta thấy Ucđ(t) = f(a,t). Vì vây ta cần kiểm tra với nhiều giá trị a, t như sau a = 10, 20, 30, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100(kA/). t = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20,25(). Ta có bảng sau : Bảng 3-13: Giá trị Ucđ(a,t) tác dụng lên chuỗi sứ (Rc=15) a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 156.7 256.1 355.6 455.0 554.5 653.9 753.4 852.8 952.3 1051.8 2 198.7 340.1 481.6 623.0 764.5 905.9 1047.4 1188.8 1330.3 1471.8 3 240.7 424.1 607.6 791.0 974.5 1157.9 1341.4 1524.8 1708.3 1891.8 4 282.7 508.1 733.6 959.0 1184.5 1409.9 1635.4 1860.8 2086.3 2311.8 5 324.7 592.1 859.6 1127.0 1394.5 1661.9 1929.4 2196.8 2464.3 2731.8 6 366.7 676.1 985.6 1295.0 1604.5 1913.9 2223.4 2532.8 2842.3 3151.8 7 408.7 760.1 1111.6 1463.0 1814.5 2165.9 2517.4 2868.8 3220.3 3571.8 8 450.7 844.1 1237.6 1631.0 2024.5 2417.9 2811.4 3204.8 3598.3 3991.8 9 492.7 928.1 1363.6 1799.0 2234.5 2669.9 3105.4 3540.8 3976.3 4411.8 10 534.7 1012.1 1489.6 1967.0 2444.5 2921.9 3399.4 3876.8 4354.3 4831.8 15 744.7 1432.1 2119.6 2807.0 3494.5 4181.9 4869.4 5556.8 6244.3 6931.8 20 954.7 1852.1 2749.6 3647.0 4544.5 5441.9 6339.4 7236.8 8134.3 9031.8 25 1164.7 2272.1 3379.6 4487.0 5594.5 6701.9 7809.4 8916.8 10024.3 11131.8 Đồng thời ta cũng có bảng đặc tính V-S của chuỗi sứ như sau(Tra tài liệu hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp). Bảng 3-14: Đặc tính phóng điện của chuỗi sứ(Rc=15) t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 25 U 1330 1200 1200 1120 1050 1050 1050 1050 1050 1050 1050 1050 1050 Dựa vào bảng 3-12 và 3-13 ta vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ của Ucđ(t) và đặc tính phi tuyến V – S của chuỗi sứ . 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 t(s) U(KV) a=10(kA/s) a=20(kA/s) a=100(kA/s) a=90(kA/s) a=80(kA/s) a=70(kA/s) a=60(kA/s) a=50(kA/s) a=40(kA/s) a=30(kA/s) V - S Hình 3 – 12: Đồ thị Ucđ(a,t). - Khi điện áp đặt trên chuỗi sứ lớn hơn điện áp phóng điện của chuỗi sứ thì sẽ có phóng điện - Trên đồ thị ta xác định được các cặp giá trị (ai ; ti ) là giao điểm của các đường Ucđ (ai ; ti ) với đường đặc tính vôn - giây của chuỗi sứ. Sau đó ta tìm được cặp thông số nguy hiểm với : Ii = ai . ti Ta lập bảng kết quả sau : a(kA/ms) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ti(ms) 7,15 4,53 3,47 2,68 2,12 1,89 1,62 1,31 1,27 1,08 I = ai.ti (kA) 71,5 90,6 14,1 107,2 106 113,4 113,4 104,8 114,3 108 Với các giá trị Ii , ai tính được ở bảng trên ta xây dựng đường cong nguy hiểm . 0 20 40 60 80 100 120 140 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Miền nguy hiểm I (kA) a(kV/s) Hình 3-13: Đồ thị I = f(a) xác định miền nguy hiểm (3-44) Ta có bảng sau: Bảng 3- 15: Đặc tính xác suấtt phóng điện (Rc=15) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 7.15 4.53 3.47 2.68 2.12 1.89 1.62 1.31 1.27 1.08 71.5 90.6 104.1 107.2 106 113.4 113.4 104.8 114.3 108 0.0646 0.0311 0.0185 0.0165 0.0172 0.0130 0.0130 0.0180 0.0125 0.0160 0.3995 0.1596 0.0638 0.0255 0.0102 0.0041 0.0016 0.0006 0.0003 0.0001 0.2399 0.0959 0.0383 0.0153 0.0061 0.0024 0.0010 0.0004 0.0002 0.0001 Thông qua các kết quả tính toán cho ở bảng 3-15 ta có: Suất cắt điện của đường dây khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét. (lần/100km.năm). c). Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột. Để đơn giản và dễ tính toán ta giả thiết sét chỉ đánh vào đỉnh cột điện, khi đó phần lớn dòng điện sét sẽ đi vào nối đất cột điện, phần nhỏ còn lại sẽ đi theo dây chống sét vào các bộ phận nối đất của các cột lân cận như hình vẽ. hc=22.8m A A C B A hc=22.8m ics ics B C B C Hình 3-14: Sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chống sét. Trong trường hợp này ta phải tính toán suất cắt cho pha có quá điện áp đặt lên cách điện lớn nhất Ucđ(t) max. Do đó ta phải tiến hành tính toán điện áp đặt lên cách điện đối với từng pha. Ucđ(t) được xác định theo công thức sau: (3-45) Theo công thức trên điện áp xuất hiện trên cách điện khi sét đánh vào đỉnh cột bao gồm. Thành phần điện áp giáng trên cột. (3- 46) Thành phần điện áp cảm ứng từ xuất hiện do hỗ cảm của dây dẫn và kênh sét gây ra. (3-47) (3-48) Với: hdd là độ cao của dây dẫn H = hc + hdd : hệ số vận tốc của dòng điện sét được lấy = 0,3 = .c với c là vận tốc truyền sóng c = 300m/. Khi tính toán với dạng sóng xiên góc is= a.t ta có thể tính theo công thức sau: (3-49) Thành phần điện áp cảm ứng do cảm ứng tĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích của dòng điện sét. (3-50) Trong đó: a là độ dốc đầu sóng của sóng xiên góc. K: hệ số ngẫu hợp có kể đến ảnh hưởng của vầng quang. Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trên dây chống sét gây ra. (3-51) Với: (3-52) Thành phần điện áp làm việc. (3-53) Ta lần lượt đi tính các thành phần đối với các pha. Để tính được các thành phần điện áp ta cần phải tính được dòng điện đi vào cột ic(t) và thành phần biến thiên dòng điện theo thời gian . Khi tính toán dòng điện này ta có thể dựa vào sơ đồ tương đương của mạch dẫn dòng điện sét trong hai trường hợp như sau: + Khi chưa có sóng phản xạ từ cột bên cạnh về = i c i s i cs i cs i c R c M cs (t) L c cs 2 di s dt i s vq Zcs Hình 3- 15: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi chưa có sóng phản xạ. Trong đó là điện cảm của cột. Rc : điện trở nối đất cột điện. Z: tổng trở sóng dây chống sét có kể đến ảnh hưởng của vầng quang. Từ sơ đồ ta tính được: (3-54) (3-55) (3-56) + Khi có sóng phẩn xạ từ cột lân cận về = ic is ics ics ic is R c M cs (t) Lcs L c cs 2 di s dt 2 vq Zcs Hình 3-16: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi có sóng phản xạ. Với: Lcs : là điện cảm của một khoảng vượt dây chống sét không kể đến ảnh hưởng của vầng quang. (3-57) Ta có (3-58) (3-59) (3-60) Điện áp đặt lên cách điện pha A. Để so sánh Ucđ(a,t) ta sẽ tiến hành so sánh với 1 giá trị cụ thể như sau: a= 10kA/; t = 3 Ta có các thông số đối với pha A như sau. Từ các thông số trên ta tính được các giá trị của các thành phần điện áp như sau: Ở thời gian này có sóng phản xạ từ cột lân cận về do đó điện áp đặt lên cách điện được tính theo sơ đồ hình 3-9. Thành phần điện áp giáng trên cột. Thành phần điện áp cảm ứng do hỗ cảm giữa dây dẫn và kênh sét. Thành phần điện áp cảm ứng do cảm ứng tĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích dòng điện sét. Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trong dây chống sét gây ra. Thành phần điện áp làm việc. Điện áp tác dụng lên cách điện pha A. Điện áp tác dụng lên cách điện pha B hoặc C. Ta có các thông số đối với pha B hoặc C như sau: Ta có : Thành phần điện áp giáng trên cột. Thành phần điện áp cảm ứng do hỗ cảm giữa dây dẫn và kênh sét. Thành phần điện áp cảm ứng do cảm ứng tĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích dòng điện sét. Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trong dây chống sét gây ra. Thành phần điện áp làm việc. Điện áp tác dụng lên cách điện pha B. Kết luận: Vậy pha A có Ucđ(t) lớn hơn nên ta sẽ tiếp tục tính toán điện áp đặt lên cách điện chuỗi sứ trong trường hợp tổng quát là với pha A. Tính toán quá điện áp đặt lên chuỗi sứ Ucđ(a,t). Để tính được Ucđ(a,t) ta cần phải tính các thành phần điện áp như sau: Thành phần điện áp làm việc: Thành phần điện áp cảm ứng do cảm ứng tĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích dòng điện sét. Kết quả tính toán với các a,t khác nhau cho ở bảng sau: Bảng 3-16: Giá trị (Rc=15) Khi chưa có sóng phản xạ a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 -21.46 -42.92 -64.38 -85.84 -107.31 -128.77 -150.23 -171.69 -193.15 -214.61 0.5 84.46 168.93 253.39 337.86 422.32 506.79 591.25 675.71 760.18 844.64 1 127.02 254.03 381.05 508.07 635.08 762.10 889.12 1016.13 1143.15 1270.17 1,33 146.32 292.65 438.97 585.29 731.61 877.94 1024.26 1170.58 1316.91 1463.23 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 146.32 292.65 438.97 585.29 731.61 877.94 1024.26 1170.58 1316.91 1463.23 2 175.35 350.69 526.04 701.38 876.73 1052.08 1227.42 1402.77 1578.12 1753.46 3 205.47 410.94 616.41 821.87 1027.34 1232.81 1438.28 1643.75 1849.22 2054.69 4 227.42 454.85 682.27 909.69 1137.12 1364.54 1591.96 1819.39 2046.81 2274.23 5 244.71 489.42 734.13 978.84 1223.55 1468.26 1712.98 1957.69 2202.40 2447.11 6 258.97 517.95 776.92 1035.89 1294.86 1553.84 1812.81 2071.78 2330.76 2589.73 7 271.11 542.23 813.34 1084.45 1355.56 1626.68 1897.79 2168.90 2440.01 2711.13 8 281.68 563.36 845.04 1126.72 1408.40 1690.09 1971.77 2253.45 2535.13 2816.81 9 291.04 582.08 873.12 1164.15 1455.19 1746.23 2037.27 2328.31 2619.35 2910.38 10 299.43 598.87 898.30 1197.74 1497.17 1796.61 2096.04 2395.48 2694.91 2994.34 15 331.93 663.86 995.79 1327.72 1659.65 1991.57 2323.50 2655.43 2987.36 3319.29 20 355.12 710.24 1065.37 1420.49 1775.61 2130.73 2485.86 2840.98 3196.10 3551.22 25 418.43 836.87 1255.30 1673.74 2092.17 2510.60 2929.04 3347.47 3765.91 4184.34 Thành phần điện áp cảm ứng do hỗ cảm giữa dây dẫn và kênh sét. Kết quả tính toán với các a,t khác nhau cho ở bảng. Bảng 3-17: Giá trị (Rc=15) Khi chưa có sóng phản xạ a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 14.97 29.93 44.90 59.87 74.84 89.80 104.77 119.74 134.71 149.67 0,5 41.21 82.42 123.63 164.84 206.06 247.27 288.48 329.69 370.90 412.11 1 56.04 112.08 168.12 224.16 280.20 336.24 392.28 448.31 504.35 560.39 1,33 63.23 126.45 189.68 252.90 316.13 379.36 442.58 505.81 569.03 632.26 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 63.23 126.45 189.68 252.90 316.13 379.36 442.58 505.81 569.03 632.26 2 74.42 148.84 223.26 297.68 372.10 446.52 520.94 595.36 669.78 744.20 3 86.41 172.82 259.23 345.64 432.04 518.45 604.86 691.27 777.68 864.09 4 95.32 190.64 285.97 381.29 476.61 571.93 667.26 762.58 857.90 953.22 5 102.42 204.84 307.26 409.68 512.10 614.52 716.94 819.36 921.79 1024.21 6 108.32 216.64 324.96 433.28 541.60 649.91 758.23 866.55 974.87 1083.19 7 113.37 226.73 340.10 453.46 566.83 680.19 793.56 906.92 1020.29 1133.65 8 117.77 235.55 353.32 471.10 588.87 706.65 824.42 942.20 1059.97 1177.75 9 121.69 243.38 365.07 486.76 608.45 730.14 851.83 973.52 1095.22 1216.91 10 125.21 250.42 375.64 500.85 626.06 751.27 876.48 1001.70 1126.91 1252.12 15 138.90 277.80 416.70 555.60 694.50 833.40 972.30 1111.20 1250.10 1389.00 20 148.71 297.43 446.14 594.86 743.57 892.28 1041.00 1189.71 1338.42 1487.14 25 180.86 361.72 542.58 723.45 904.31 1085.2 1266 1446.9 1627.8 1808.6 Thành phần điện áp giáng trên cột. Để tính được phần này ta cần tính ic(a,t), trong hai trường hợp. + Khi chưa có sóng phản xạ về + Khi có sóng phản xạ về Kết quả tính toán cho ở bảng. Bảng 3-18: Giá trị (Rc=15) Khi chưa có sóng phản xạ   a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 3.36 -0.72 -1.43 -2.15 -2.86 -3.58 -4.29 -5.01 -5.73 -6.44 -7.16 0,5 6.49 3.81 7.63 11.44 15.25 19.06 22.88 26.69 30.50 34.32 38.13 1 8.33 8.40 16.80 25.20 33.60 41.99 50.39 58.79 67.19 75.59 83.99 1,33 9.24 11.44 22.88 34.32 45.76 57.20 68.64 80.07 91.51 102.95 114.39 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 9.24 11.10 22.20 33.30 44.40 55.50 66.60 77.71 88.81 99.91 111.01 2 10.65 16.15 32.30 48.45 64.59 80.74 96.89 113.04 129.19 145.34 161.49 3 12.19 23.14 46.28 69.42 92.56 115.70 138.84 161.98 185.12 208.26 231.40 4 13.33 29.55 59.11 88.66 118.21 147.76 177.32 206.87 236.42 265.98 295.53 5 14.24 35.45 70.90 106.34 141.79 177.24 212.69 248.14 283.58 319.03 354.48 6 15.00 40.87 81.75 122.62 163.50 204.37 245.24 286.12 326.99 367.87 408.74 7 15.66 45.87 91.74 137.62 183.49 229.36 275.23 321.10 366.98 412.85 458.72 8 16.23 50.48 100.96 151.44 201.92 252.39 302.87 353.35 403.83 454.31 504.79 9 16.73 54.73 109.45 164.18 218.91 273.63 328.36 383.08 437.81 492.54 547.26 10 17.19 58.64 117.29 175.93 234.58 293.22 351.86 410.51 469.15 527.80 586.44 15 18.96 74.13 148.25 222.38 296.51 370.63 444.76 518.89 593.01 667.14 741.27 20 20.24 84.48 168.96 253.44 337.93 422.41 506.89 591.37 675.85 760.33 844.81 25 21.23 91.39 182.79 274.18 365.58 456.97 548.36 639.76 731.15 822.54 913.94 Bảng 3-19: Giá trị (Rc=15) Khi chưa có sóng phản xạ   a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 3.36 9.33 18.66 27.99 37.32 46.65 55.98 65.31 74.64 83.97 93.30 0,5 6.49 9.33 18.66 27.99 37.32 46.65 55.98 65.31 74.64 83.97 93.30 1 8.33 9.33 18.66 27.99 37.32 46.65 55.98 65.31 74.64 83.97 93.30 1,33 9.24 9.33 18.66 27.99 37.32 46.65 55.98 65.31 74.64 83.97 93.30 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 9.24 7.93 15.86 23.80 31.73 39.66 47.59 55.52 63.45 71.39 79.32 2 10.65 7.48 14.95 22.43 29.90 37.38 44.86 52.33 59.81 67.29 74.76 3 12.19 6.87 13.73 20.60 27.47 34.34 41.20 48.07 54.94 61.81 68.67 4 13.33 6.32 12.64 18.97 25.29 31.61 37.93 44.25 50.58 56.90 63.22 5 14.24 5.83 11.66 17.48 23.31 29.14 34.97 40.79 46.62 52.45 58.28 6 15.00 5.38 10.75 16.13 21.51 26.88 32.26 37.64 43.01 48.39 53.77 7 15.66 4.96 9.93 14.89 19.86 24.82 29.78 34.75 39.71 44.67 49.64 8 16.23 4.58 9.17 13.75 18.34 22.92 27.51 32.09 36.68 41.26 45.85 9 16.73 4.24 8.47 12.71 16.95 21.18 25.42 29.65 33.89 38.13 42.36 10 17.19 3.92 7.83 11.75 15.66 19.58 23.49 27.41 31.32 35.24 39.15 15 18.96 2.65 5.30 7.95 10.60 13.24 15.89 18.54 21.19 23.84 26.49 20 20.24 1.80 3.59 5.39 7.19 8.99 10.78 12.58 14.38 16.18 17.97 25 21.23 1.22 2.44 3.66 4.89 6.11 7.33 8.55 9.77 10.99 12.22 Bảng 3-20: Giá trị (Rc=15) Khi chưa có sóng phản xạ a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 3.36 87.2 174.5 261.7 348.9 436.1 523.4 610.6 697.8 785.1 872.3 0,5 6.49 155.2 310.3 465.5 620.6 775.8 931.0 1086.1 1241.3 1396.4 1551.6 1 8.33 223.9 447.9 671.8 895.8 1119.7 1343.7 1567.6 1791.6 2015.5 2239.5 1,33 9.24 269.6 539.1 808.7 1078.2 1347.8 1617.3 1886.9 2156.4 2426.0 2695.5 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 9.24 249.8 499.6 749.4 999.2 1249.0 1498.8 1748.6 1998.4 2248.2 2497.9 2 10.65 320.7 641.5 962.2 1282.9 1603.7 1924.4 2245.1 2565.8 2886.6 3207.3 3 12.19 419.2 838.4 1257.6 1676.8 2096.0 2515.2 2934.4 3353.6 3772.8 4192.0 4 13.33 509.7 1019.3 1529.0 2038.7 2548.4 3058.0 3567.7 4077.4 4587.1 5096.7 5 14.24 592.9 1185.8 1778.7 2371.6 2964.5 3557.5 4150.4 4743.3 5336.2 5929.1 6 15.00 669.6 1339.1 2008.7 2678.3 3347.8 4017.4 4687.0 5356.5 6026.1 6695.6 7 15.66 740.2 1480.4 2220.6 2960.8 3701.0 4441.2 5181.4 5921.6 6661.8 7402.0 8 16.23 805.3 1610.6 2416.0 3221.3 4026.6 4831.9 5637.3 6442.6 7247.9 8053.2 9 16.73 865.4 1730.8 2596.1 3461.5 4326.9 5192.3 6057.6 6923.0 7788.4 8653.8 10 17.19 920.8 1841.5 2762.3 3683.1 4603.9 5524.6 6445.4 7366.2 8286.9 9207.7 15 18.96 1139.7 2279.4 3419.1 4558.8 5698.6 6838.3 7978.0 9117.7 10257.4 11397.1 20 20.24 1286.1 2572.2 3858.3 5144.4 6430.5 7716.6 9002.7 10288.7 11574.8 12860.9 25 21.23 1383.7 2767.5 4151.2 5534.9 6918.7 8302.4 9686.1 11069.9 12453.6 13837.3 Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trong dây chống sét gây ra ta cũng có 2 trường hợp. + Khi + Khi . Ta cũng tính được ic(a,t), như ở thành phần điện áp giáng trên cột. Kết quả tính toán với các giá trị a,t khác nhau cho ở bảng: Bảng 3-21: Giá trị (Rc=15) Khi chưa có sóng phản xạ a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 3.36 -36.9 -73.9 -110.8 -147.7 -184.6 -221.6 -258.5 -295.4 -332.3 -369.3 0,5 6.49 -45.2 -90.3 -135.5 -180.7 -225.8 -271.0 -316.2 -361.4 -406.5 -451.7 1 8.33 -50.5 -100.9 -151.4 -201.8 -252.3 -302.7 -353.2 -403.6 -454.1 -504.5 1,33 9.24 -53.2 -106.5 -159.7 -212.9 -266.2 -319.4 -372.6 -425.8 -479.1 -532.3 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t M 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 9.24 -48.8 -97.5 -146.3 -195.0 -243.8 -292.5 -341.3 -390.0 -438.8 -487.5 2 10.65 -51.7 -103.5 -155.2 -207.0 -258.7 -310.5 -362.2 -413.9 -465.7 -517.4 3 12.19 -55.0 -109.9 -164.9 -219.8 -274.8 -329.7 -384.7 -439.6 -494.6 -549.6 4 13.33 -57.3 -114.7 -172.0 -229.4 -286.7 -344.1 -401.4 -458.8 -516.1 -573.5 5 14.24 -59.2 -118.5 -177.7 -237.0 -296.2 -355.5 -414.7 -474.0 -533.2 -592.5 6 15.00 -60.8 -121.7 -182.5 -243.3 -304.1 -365.0 -425.8 -486.6 -547.4 -608.3 7 15.66 -62.2 -124.4 -186.5 -248.7 -310.9 -373.1 -435.2 -497.4 -559.6 -621.8 8 16.23 -63.4 -126.7 -190.1 -253.4 -316.8 -380.1 -443.5 -506.8 -570.2 -633.6 9 16.73 -64.4 -128.8 -193.2 -257.6 -322.0 -386.4 -450.8 -515.2 -579.6 -644.0 10 17.19 -65.3 -130.7 -196.0 -261.4 -326.7 -392.1 -457.4 -522.7 -588.1 -653.4 15 18.96 -69.0 -138.0 -207.0 -276.0 -345.0 -414.0 -483.0 -552.0 -621.0 -690.0 20 20.24 -71.6 -143.3 -214.9 -286.5 -358.2 -429.8 -501.4 -573.1 -644.7 -716.3 25 21.23 -73.7 -147.4 -221.1 -294.8 -368.5 -442.2 -515.9 -589.6 -663.3 -737.0 Từ các thành phần điện áp ta tính được Ucđ(a,t). Kết quả tính toán với các a,t khác nhau cho ở bảng. Bảng 3-22: Giá trị (Rc=15) Khi chưa có sóng phản xạ a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 101.01 144.81 188.62 232.43 276.23 320.03 363.84 407.65 451.56 495.26 0,5 292.87 528.55 764.22 999.80 1235.58 1471.26 1706.83 1942.50 2178.18 2413.85 1 413.66 770.31 1126.77 1483.43 1839.88 2196.54 2553.00 2909.64 3266.10 3622.76 1,33 483.15 908.90 1334.85 1760.69 2186.54 2612.40 3038.34 3464.19 3890.04 4315.89 Khi có sóng phản xạ từ cột lân cận về a t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,33 467.75 878.40 1288.95 1699.59 2110.14 2520.80 2931.34 3341.99 3752.54 4163.09 2 575.97 1094.73 1613.50 2132.16 2651.03 3169.70 3688.46 4207.23 4726.00 5244.76 3 713.28 1369.46 2025.54 2681.71 3337.78 3993.96 4650.04 5306.22 5962.30 6618.38 4 832.34 1607.29 2382.44 3157.48 3932.63 4707.57 5482.72 6257.77 7032.91 7807.85 5 938.03 1818.76 2699.59 3580.32 4461.15 5341.98 6222.82 7103.55 7984.39 8865.12 6 1033.29 2009.19 2985.28 3961.37 4937.36 5913.35 6889.44 7865.43 8841.53 9817.42 7 1119.68 2182.16 3244.74 4307.21 5369.69 6432.17 7494.75 8557.22 9619.70 10682.18 8 1198.55 2340.01 3481.46 4622.92 5764.27 6905.74 8047.19 9188.65 10330.00 11471.36 9 1270.93 2484.66 3698.29 4912.01 6125.74 7339.47 8553.10 9766.83 10980.57 12194.29 10 1337.34 2617.29 3897.44 5177.49 6457.63 7737.58 9017.72 10297.88 11577.82 12857.96 15 1598.73 3140.26 4681.79 6223.32 7764.95 9306.47 10848.00 12389.53 13931.06 15472.59 20 1775.53 3493.77 5212.11 6930.45 8648.68 10367.01 12085.36 13803.49 15521.82 17240.16 25 1966.49 3875.89 5785.18 7694.49 9603.88 11513.17 13422.47 15331.86 17241.16 19150.46 Ta có đồ thị biểu diễn mối quan hệ của Ucđ(t) và đặc tính phi tuyến V–S của chuỗi sứ . 0 5000 10000 15000 20000 25000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 U(KV) t(s) a=90(kA/s) a=20(kA/s) a=10(kA/s) a=30(kA/s) a=40(kA/s) a=50(kA/s) a=60(kA/s) a=70(kA/s) a=80(kA/s) a=100(kA/s) V_S Hình 3 – 15: Đồ thị Ucđ(a,t) Từ đồ thị này ta xác định được các cặp thông số (Ii,ai) là giao của đường cong Ucđ(a,t) và đặc tuyến V - S. Dựa vào các cặp thông số này ta xác định được đường cong nguy hiểm I = f(a) từ đó xác định được miền nguy hiểm và xác suất phóng điện . Bảng 3-23: Đặc tính xác suất phóng điện (Rc=15) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 5,95 2,34 1,21 0,87 0,59 0,48 0,41 0,37 0,25 0,21 59.5 46.8 36.3 34.8 29.5 28.8 28.7 29.6 22.5 21 0.1023 0.1664 0.2489 0.2636 0.3229 0.3317 0.3330 0.3217 0.4223 0.4473 0.3995 0.1596 0.0638 0.0255 0.0102 0.0041 0.0016 0.0006 0.0003 0.0001 0.2399 0.0959 0.0383 0.0153 0.0061 0.0024 0.0010 0.0004 0.0002 0.0001 0.0245 0.016 0.0095 0.004 0.002 0.0008 0.0003 0.0001 7E-05 5E-05 Suất cắt điện của đường dây khi sét đánh vào đỉnh cột: (lần/100km.năm). SUẤT CẮT TỔNG CỘNG DO SÉT ĐÁNH VÀO ĐƯỜNG DÂY. Suất cắt điện do sét đánh vào đường dây. (lần/100km.năm) Chỉ tiêu chống sét của đường dây tải điện. (năm/1lần cắt điện). Nhận xét : Chỉ tiêu chống sét của đường dây khi Rc= 10 ( n= 0,528 năm/1 lần cắt điện ) lớn hơn rất nhiều so với khi Rc= 15 ( n= 0,21 năm/1 lần cắt điện ). Chương IV Bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm 4.1. Mở đầu Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc đánh xuống mặt đất gần đường dây gây nên quá điện áp khí quyển tác dụng lên cách điện hệ thống. Những sóng xuất hiện bởi sét đánh vào đường dây hoặc gần đường dây không gây ra phóng điện mà truyền vào trạm sẽ gây ra nguy hiểm đối với các thiết bị. Nó có thể chọc thủng lớp điện môi gây phóng điện trên cách điện đưa đến sự cố trong hệ thống điện. Bởi vậy khi nghiên cứu biện pháp bảo vệ chống sét cho hệ thống điện cần phải dựa trên cơ sở của sự tính toán phân tích các quá trính truyền sóng trên đường dây. Trong trạm biến áp có những thiết bị rất quan trọng, giá thành cao, cách điện của các thiết bị này lại rất yếu. Vì vậy bảo vệ quá điện áp do sét đánh từ đường dây truyền vào trạm có yêu cầu rất cao. Để bảo vệ chống sóng truyền vào trạm người ta dùng chống sét ống, chống sét van tăng cường bảo vệ cho đoạn đường dây gần trạm hoặc sử dụng đường dây cáp, tụ điện, kháng điện... Bảo vệ chống sóng truyền từ đường dây vào trạm nhằm đảm bảo các chỉ tiêu an toàn của cách điện với sóng quá điện áp. Với các trạm đơn giản thì việc tính toán các chỉ tiêu có thể thực hiện một cách tương đối dễ dàng. Còn đối với các trạm phức tạp thì khối lượng tính toán tương đối lớn và việc tính toán cũng rất khó khăn. Do đó khi tính toán sóng truyền vào trạm người ta đưa ra một số giả thiết để đơn giản hoá. Để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của chống sét van ta cần hạn chế dòng qua chống sét van không quá 510kA, dòng điện sét quá lớn sẽ gây nên điện áp dư tăng cao, ảnh hưởng tới cách điện trong nội bộ trạm và có thể làm hỏng chống sét van. Trên cơ sở cấu trúc trạm xác định các chỉ tiêu bảo vệ chống sóng truyền vào trạm, đây là những số liệu quan trọng, nó cho phép đánh giá mức độ an toàn với sóng quá điện áp của trạm. Do tham số của sóng từ đường dây truyền vào trạm rất khác nhau (phụ thuộc vào tham số của dòng điện sét, vào kết cấu của đường dây, vị trí sét đánh ...), do đó việc tính toán quá điện áp trong trạm không phải với một hay một vài sóng nhất định mà phải tính với nhiều tham số khác nhau. Dựa vào đó tìm ra tham số tới hạn nguy hiểm của sóng sét truyền vào trạm, vượt quá trị số này sẽ xảy ra phóng điện ở ít nhất một thiết bị nào đó trong trạm. Do trạm được bảo vệ với mức an toàn cao nên khi xét độ bền cách điện của các thiết bị không kể đến hiệu ứng tích luỹ và đặc tính cách điện được lấy với điện áp xung kích. Thường sóng quá điện áp xuất hiện trên cách điện có độ dài sóng lớn: biên độ bằng điện áp dư trên chống sét vẫn xếp chồng với một điện áp nhảy vọt hoặc dao động. Vì thế phải lấy điện áp thí nghiệm phóng điện xung kích với sóng cắt và toàn sóng so sánh với toàn bộ đường cong sóng quá điện áp. 4.2. Phương pháp tính toán quá điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm. Việc tính toán quá điện áp do sóng truyền vào trạm có thể được thực hiện trên các mô hình hoặc tính toán trực tiếp. Dùng phương pháp mô hình thì có thể cho phép xác định đường cong tính toán nguy hiểm cho bất kỳ một trạm có kết cấu phức tạp. Nó cho phép giải quyết vấn đề một cách chính xác và nhanh chóng. Phương pháp tính toán trực tiếp phức tạp hơn và chỉ dùng cho trạm có kết cấu đơn giản. Cơ sở của phương pháp tính toán trực tiếp là lập sơ đồ thay thế và dựa trên quy tắc sóng đẳng trị và phương pháp lập bảng của các sóng tới để lần lượt tính toán trị số điện áp tại các nút chính. Ta biết rằng qua trình truyền sóng sẽ hoàn toàn xác định được nếu ta xác định được sự biến dạng của sóng khi truyền trên đường dây, xác định được sóng phản xạ và khúc xạ khi truyền tới các nút. Do sóng truyền trong trạm trên những khoảng cách không lớn giữa các nút nên ta có thể coi quá trình truyền sóng là không biến dạng. Sóng được truyền đi với tốc độ không đổi v trên đường dây nên nếu có một sóng từ nút m nào đó tới nút x, tại nút m sóng có dạng , thì khi tới x sóng sẽ có dạng với . U mx v l m x U mx Hình 4.1: Quá trình truyền sóng giữa hai nút. Từ đó thấy rằng, nếu dùng phương pháp lập bảng, các giá trị của sóng phản xạ tại nút m được ghi trong một cột thì cột giá trị sóng đó tới nút x giống như cột sóng phản hồi tại nút m và chỉ lùi một khoảng thời gian. Việc xác định sóng phản xạ và khúc xạ tại một nút dễ dàng giải được nhờ quy tắc sóng Petersen và nguyên lý sóng đẳng trị. Z Theo quy tắc Petersen, một sóng truyền trên đường dây có tổng trở sóng Z đến một tổng trở tập trung Zx ở cuối đường dây thì sóng phản xạ và khúc xạ ở cuối đường dây có thể tính được nhờ sơ đồ tương đương với thông số tập trung như sau. Z U Zx x x Zx 2Ut Ux Hình 4. 2. Sơ đồ tương đương của quy tắc Petersen. Với sơ đồ này, sóng khúc xạ Ux được tính như điện áp trên phần tử Zx còn sóng phản xạ được tính theo công thức (4.1) Ut: là sóng tới nút x. + Nếu Z và Zx là các thông số tuyến tính, Ut là hàm thời gian có ảnh phức hoặc toán tử thì có thể tìm Ux bằng phương pháp toán tử. + Nếu Zx là điện dung tập trung và Ut có dạng đường cong bất kỳ thì Ux được xác định bằng một trong những phương pháp giải gần đúng, ví dụ như phương pháp tiếp tuyến. + Nếu Zx là phi tuyến (chẳng hạn như tổng trở của chống sét van) thì phải xác định Ux bằng phương pháp đồ thị. Trường hợp nút x có nhiều đường dây đi tới thì có thể lập sơ đồ Petersen bằng cách áp dụng quy tắc sóng đẳng trị. Trong trường hợp này sơ đồ tương đương vẫn giống như khi có một đường dây chỉ khác trị số nguồn phải lấy là 2Uđt và tổng trở sóng phải lấy là Zđt với 2Uđt và Zđt xác định theo các công thức sau: (4.2) Trong đó: : sóng tới x từ nút m ( ở đây phải tính trị số của sóng khi đã tới x ). : là hệ số khúc xạ. (4.3) : tổng trở sóng của đường dây nối nút m và nút x. (4.4) Sóng khúc xạ Ux cũng được tính bằng các phương pháp như đối với trường hợp có một đường dây tuỳ theo tính chất của Zx. x Zx 1 2 n m Zdt Zx x 2Udt Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý sóng đẳng trị. * Xác định điện áp tại điểm nút bằng phương pháp đồ thị. Nếu như điểm nút có ghép điện cảm, điện dung hoặc phần tử phi tuyến và sóng tới có dạng bất kỳ thì việc xác định điện áp điểm nút bằng phương pháp toán học thường rất phức tạp. Trong các trường hợp này người ta dùng phương pháp đồ thị. a). Tác dụng của sóng bất kỳ lên điện trở phi tuyến đặt ở cuối đường dây. Giả thiết sóng tới Ut(t) truyền theo đường dây có tổng trở sóng Z tác dụng lên điện trở phi tuyến có đặc tính V – A: UR = f(iR) như hình sau: Hình 4.4: Đặc tính điện trở phi tuyến Từ sơ đồ Petersen Hình 4.5: Sơ đồ thay thế theo quy tắc Petersen. Ta có phương trình: ( 4.5 ) Để xác định điện áp ta dùng phương pháp đồ thị được biểu diễn như hình sau. Hình 4. 6: Phương pháp cộng đồ thị. Phần bên phải vẽ đường đặc tính V – A của điện trở phi tuyến và điện áp giáng trên tổng trở sóng Z có giá trị bằng iR.Z, sau đó xây dựng đường cong UR + iR.Z. Phần bên trái vẽ quan hệ 2Ut(t). ứng với một giá trị bất kỳ của sóng tới sẽ xác định được điểm a trên đường cong 2Ut(t) và điểm b trên đường UR + iR.Z. Từ b dóng thẳng xuống gặp đường đặc tính V – A sẽ được điểm c cho cặp nghiệm (UR,iR). Quan hệ của UR(t) theo thời gian được vẽ bằng cách từ điểm c kéo đường thẳng ngang cho gặp đường thẳng đứng vẽ từ điểm a chúng giao nhau ở điểm d, đó là một điểm của đường cong UR(t). Độ chênh lệch giữa hai đường cong Ut(t) và UR(t) cho ta sóng phản xạ từ phía điện trở phi tuyến trở về đường dây. Quan hệ i(t) được vẽ bằng cách từ điểm c xác định được iR. Với trị số iR này xác định sang trục toạ độ mới như hình vẽ. Từ UR(t) ở điểm d đã xác định ở trên ta xác định được điểm e là một điểm của iR(t) bằng cách từ d kẻ đường thẳng với Oi nó cắt đường thẳng qua I song song với Ot ở e. Làm tương tự với các điểm khác ta sẽ xác định được đường cong iR(t). b). Sóng bất kỳ tác dụng lên chống sét van đặt cuối đường dây. Chống sét van là thiết bị bán dẫn điện với các điện trở phi tuyến (M đến ). Phổ biến là loại điện trở phi tuyến trên cơ sở ôxit kẽm ZnO. Với loại chống sét van này thì nó luôn làm việc kể cả khi điện áp làm việc. Dưới tác dụng của điện áp danh định lưới điện, dòng điện rò qua nó là rất bé (nhỏ hơn 10mA). Nhưng khi có điện áp lớn đặt vào thì điện trở sẽ giảm mạnh. Điều này được thể hiện rất rõ trong đặc tính V-A của chống sét van ZnO. Hình 4.7: Đặc tính V – A của chống sét van ZnO. thay đổi trong khoảng từ 0,02 0,03 Với trạm 110 KV ta chọn chống sét van có đặc tính V – A như sau: Cách xác định điện trở trên chống sét van cũng là cách xác định điện áp trên điện trở phi tuyến. c). Sóng bất kỳ tác dụng lên điện dung đặt cuối đường dây (phương pháp tiếp tuyến). Thực chất phương pháp này là giải đồ thị bằng phương trình vi phân dạng: (4.6) Xét với điện dung ở cuối đường dây và giả thiết điện dung được nạp sẵn tới điện áp Uco. Ta có sơ đồ Petersen như hình sau: Ut Z Z 2Ut C C Uco Ic Hình 4.8: Sơ đồ Petersen. Từ sơ đồ Peterxen ta có: Đặt (4.7) (4.8) (4.9) Thường chọn các khoảng đều nhau nhưng có độ chính xác cần thiết làm sao cho các khoảng phân chia trùng với các điểm đặc biệt. 4.3. tính toán bảo vệ khi có sóng quá điện áp truyền vào trạm. .Mô tả trạm cần bảo vệ. Hình 4.9: Sơ đồ một sợi đơn giản của trạm. 4.3.2 .Lập sơ đồ thay thế tính toán trạng thái sóng của trạm. Sơ đồ nối điện của trạm phía 110kV. Hình 4 – 10: Sơ đồ nối điện chính phía 110kV. Các thiết bị chính cần được bảo vệ + Máy biến áp. + Thanh góp + Chống sét van. + Máy cắt 4.3.3. Lập sơ đồ thay thế tính toán trạng thái sóng của trạm. Sơ đồ xuất phát thường rất phức tạp do đó để quá trình tính toán không phức tạp lắm ta cần có sự đơn giản hoá hợp lý. Dựa vào sơ đồ đầy đủ phân tích sơ bộ tìm ra trạng thái bất lợi nhất. Thường đó là trạng thái vận hành mà thiết bị cần bảo vệ (máy biến áp, máy cắt ...) ở xa chống sét van, quá trình lan truyền sóng trên đường dây qua ít các nút có điện dung tập trung và nhiều đường dây rẽ nhánh. Với sơ đồ trạm đã cho ta có sơ đồ như hình sau. Hình 4.11: Sơ đồ trạng thái sóng nguy hiểm. Sơ đồ thay thế trạng thái sóng nguy hiểm. Sơ đồ thay thế được lập như sau. Dựa vào trạng thái sóng nguy hiểm lập sơ đồ thay thế ở trạng thái sóng nguy hiểm. Trong sơ đồ này đường dây thanh góp được thay thế bằng mạch gồm nhiều chuỗi phần tử hình điện cảm và điện dung được lấy theo tổng trở sóng và tốc độ truyền sóng của chúng. Trong tính toán thường lấy gần đúng tổng trở sóng Z = 400 cho cả đường dây và thanh góp. Tốc độ truyền sóng lấy v = 300m/s. Các thiết bị khác được thay bằng các điện dung tập trung tương đương của nó. Các giá tri điện dung này có thể tra trong các bảng. Ta có sơ đồ thay thế như hình sau: Hình 4.12: Sơ đồ thay thế trạng thái sóng nguy hiểm. Trong sơ đồ hình 4.12 điện dung có các giá trị như sau. Máy biến áp: Dao cách ly: Thanh góp : : chiều dài thanh góp. Máy cắt : Biến điện áp: Các giá trị này được tra trong tài liệu hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp của tác giả Nguyễn Minh Chước. Sơ đồ trạng thái sóng rút gọn. Từ sơ đồ thay thế trạng thái sóng nguy hiểm ta rút gọn sơ đồ về 5 điểm như sau. + Điểm 1: điểm đặt tại chống sét van 1 + Điểm 2: điểm đặt tai thanh góp . + Điểm 3: điểm đặt tại chống sét van 2 + Điểm 4: điểm đặt tại máy biến áp. Từ sơ đồ ta có khoảng cách giữa các điểm như sau. + Khoảng cách giữa điểm 1 và điểm 2: L12= 15m. + Khoảng cách giữa điểm 2 và điểm 3 : L23 = 6m. + Khoảng cách giữa điểm 3 và điểm 4: L34 = 3m. Ta có sơ đồ thay thế trạng thái sóng nguy hiểm sau khi được rút gọn như hình 4 – 13. Hình 4 – 13: Sơ đồ thay thế rút gọn của trạng thái sóng nguy hiểm. Trong sơ đồ hình 4 – 13 điện dung nhận các giá trị như sau. +) C1 = CBU + CCL1 + CMC + CCL2 + CTG+CCL3 +) C2 = CMBA = 1500(pF) Thiết lập phương pháp tính điện áp với tất cả các nút trên sơ đồ rút gọn. Thời gian truyền sóng giữa các nút: Thời gian truyền sóng giữa nút 1 và nút 2. Thời gian truyền sóng giữa nút 2 và nút 3. Thời gian truyền sóng giữa nút 3 và nút 4. Ta chọn . Để thuận tiện cho việc tính toán điện áp tại các nút ta lấy thời điểm sóng tới nút 1 làm gốc thời gian. Vì vậy theo con đường truyền sóng, gốc thời gian của các nút sau chậm hơn nút trước nó một khoảng thời gian bằng thời gian truyền từ nút trước. t(1)= t() t(2)= t(1) – t12 = t – 0,05() t(3)= t(2)-t23= t – 0,05 – 0,02 = t – 0,07() t(4)= t(3)-t34= t – 0,07 – 0,01 = t – 0,08() Tính toán điện áp tại các nút: Nút 1 Là nút có hai đường dây đi tới với tổng trở sóng Z = 400. Tổng trở tập trung là điện trở phi tuyến của chống sét van. Từ đây ta có sơ đồ Petersen như hình 4 – 14. Hình 4 – 14: Sơ đồ petersen tại nút 1. Theo các công thức 4 – 2, 4 – 3, 4 – 4 ta có: Theo sơ đồ petersen: 2Udt = Icsv.Zdt + Ucsv (Ucsv=295.I) Khi t < 2t12 = 2.0,05 = 0,1() ( gốc thời đối với nút 1) Thì U’21= 0 nên: 2Uđt = U’01 Khi t >2t12 = 0,1() ( gốc thời gian đối với nút 1). Thì U’21 0 nên: 2Uđt = U’01+ U’21 Để tính được 2Uđt ở thời gian này ta phải quan tâm tới nút 2. Ta tạm dừng tính nút 1 và đi tính nút 2 trong khoảng thời gian 2t12. Sau khi tính được điện áp tại nút 2 ta quay trở lại tính điện áp tại nút 1. U’21 = U21(t – 0,05) U21 = U2 – U’12 Do tổng trở tập trung là điện trở phi tuyến nên ta sử dụng phương pháp đồ thị. Nút 2 Là nút có hai đường dây đi tới với tổng trở sóng Z = 400. Tổng trở tập trung là điện dung C1 . Từ đây ta có sơ đồ Petersen như hình 4 – 15. Hình 4 – 15: Sơ đồ Petersen tại nút 2. Tương tự trên ta có: Khi t < 2.t23 = 2.0,02 = 0,04() (gốc thời gian nút 2) t < 0,05 + 2.t23 = 0,05 + 0,04 = 0,09() (gốc thời gian nút 1) Thì U’32= 0 nên: 2Uđt = U’12 U’12=U12(t – 0,05) U12= U1 – U’21 Khi t > t23 = 2.0,02 = 0,04() (gốc thời gian nút 2) t > 0,05 + 2.t23 = 0,05 + 0,04 = 0,09() (gốc thời gian nút 1) Thì U’32 0 nên: Để tính được 2Uđt ở thời gian này ta phải quan tâm tới nút 3.Ta tạm dừng tính nút 2 và đi tính nút 3. Sau khi tính được điện áp tại nút 3 ta quay trở lại tính điện áp tại nút 2. U’32 = U32(t – t23) U’32 = U32(t – 0,02) U32 = U3 – U’23 Do tổng trở tập trung tại nút 2 là điện dung C1 = 1213,24pF. Nên theo phương pháp tiếp tuyến ta có: T = Zđt.C1 = 200.1213,24.10-12 = 0,24 Theo công thức 4 – 8. Với U2(0) = 0 (gốc thời gian đối với nút 2) Nút 3 Là nút có hai đường dây đi tới với tổng trở sóng Z = 400. Tổng trở tập trung là điện trở phi tuyến của chống sét van. Từ đây ta có sơ đồ Petersen như hình 4 – 16. Ut Z CSV II Z 2Uđt III U=f(I) Zđt Hình 4 – 16: Sơ đồ petersen tại nút 3. Giống với nút 1 ta có : Theo sơ đồ petersen: 2Udt = Icsv.Zdt + Ucsv (Ucsv=295.I) Khi t < t34 = 2.0,01 = 0,02() (gốc thời gian nút 3) t < 0,07+2.t34 = 0,07+ 0,02 = 0,09() (gốc thời gian nút 1). Thì U’43= 0 nên: 2Uđt = U’23 U’23 = U23(t – 0,02) U23= U2 – U’32 Khi t > 0,02() (gốc thời gian nút 3). t > 0,09() (gốc thời gian nút 1). Thì U’43 0 nên: 2Uđt = U’23+ U’43 Để tính được 2Uđt ở thời gian này ta phải quan tâm tới nút 4. Ta tạm dừng tính nút 3 và đi tính nút 4. Sau khi tính được điện áp tại nút 4 ta quay trở lại tính điện áp tại nút 3. U’43 = U43(t – 0,01) U43 = U4 – U’34 Do tổng trở tập trung tại nút 3 là phần tử phi tuyến nên ta sử dụng phương pháp đồ thị. Từ 2Uđt ta tìm được U3. Nút 4 Là nút có một đường dây đi tới với tổng trở sóng Z = 400. Tổng trở tập trung là điện dung C. Từ đây ta có sơ đồ Petersen như hình 4 – 17. Ut Z Zđt 2Uđt C 2 C 2 Uco V Hình 4 – 17: Sơ đồ Petersen tại nút 5. Theo các công thức 4 – 2, 4 – 3, 4 – 4 ta có: U’34 = U34(t - ) U’34= U34(t – 0,01) U34= U3 – U’43 Do tổng trở tập trung tại nút 4 là điện dung C2 = 1500pF. Nên theo phương pháp tiếp tuyến ta có: T = Zđt.C2 = 400.1500.10-6 = 0,6 Theo công thức 4 – 8. Với U4(0) = 0 (gốc thời gian tại nút 4) Các đặc tính cách điện tại các nút cần bảo vệ. Đặc tính chịu đựng của máy biến áp 110KV. Tra trong giáo trình kỹ thuật điện cao áp ta có đặc tính cách điện của máy biến áp theo điện áp chịu đựng cực đại như hình 4 - 18 . Từ đồ thị trên ta xác định được điện áp chịu đựng của cách điện máy biến áp như sau. Bảng 4 – 1: Điện áp chịu đựng của máy biến áp theo thời gian t() 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 U(KV) 310 850 1050 1030 1020 1010 990 970 950 930 930 0 200 400 600 800 1000 1200 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 U(KV) t() Hình 4 – 18: Đồ thị điện áp chịu đựng của máy biến áp. - Đặc tính V – A của chống sét van. Hình 4 - 19: Đặc tính V – A của chống sét van - Đặc tính cách điện của thanh góp Đặc tính cách điện của thanh góp chính là đặc tính phóng điện của chuỗi sứ Bảng 4 – 2: Đặc tính V-S của thanh góp. t() 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 U(kV) 1330 1200 1200 1120 1050 1050 1050 1050 1050 1050 1050 1050 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 t(s) U(KV) Hình 4 – 20: Đồ thị đặc tính V-S của thanh góp. Dạng sóng quá điện áp truyền vào trạm. Với trạm cần bảo vệ ta tiến hành tính toán với dạng sóng xiên góc có biên độ bằng điện áp U50% cách điện đường dây. Ta có phương trình dạng sóng như sau. a: độ dốc đầu sóng (kV/) U50%: điện áp phóng điện U50% của đường dây. Với đường dây 110kV ta có U50%= 660kV. Ta sẽ lần lượt tiến hành với các sóng có độ dốc khác nhau. Chọn tính toán với: a = 300(kV/) a = 600(kV/) a = 900(kV/) Bảng tính và đồ thị điện áp tại các nút. Dựa vào các phương trình điện áp đã lập tại các nút ta có bảng tính giá trị điện áp tại các nút trong bảng 4 – 3, 4 – 4, 4 – 5 phần phụ lục. Từ bảng này ta có đồ thị điện áp trên các thiết bị như trang sau. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 0 1 2 3 4 1- U1 2-U2 3-U3 4-U4 5-Umba 6-Utg 6 5 1 2 3 4 U(kV) t(s) Hình 4 – 21: Đồ thị điện áp với a = 300kV/s. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 0 1 2 3 4 1- U1 2-U2 3-U3 4-U4 5-Umba 6-Utg 6 5 1 2 3 4 t(s) U(kV) Hình 4 – 22: Đồ thị điện áp với a = 600kV/s. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 0 1 2 3 4 1- U1 2-U2 3-U3 4-U4 5-Umba 6-Utg 6 5 1 2 3 4 t(s) U(kV) Hình 4 – 23: Đồ thị điện áp với a = 900kV/s. Nhận xét: Khi có sóng truyền vào trạm thì: Điện áp tại cac nút luôn nhỏ hơn đặc tính phóng điện của chuỗi sứ. Điện áp trên máy biến áp nhỏ hơn đưòng cong chịu đựng của máy biến áp. Dòng trên chống sét van nhỏ hơn 10kA. Vậy trạm được bảo vệ an toàn. MỤC LỤC