Đồ án Tính toán thiết kế chống sét cho đường dây và trạm biến áp 110-22KV

chỗ dòng điện sét đi vào điện cực. U50%- Trị số điện áp phóng điện xung kích đặt lên cách điện của máy biến áp. - Nếu điều kiện trên không thoả mãn thì phải tiến hành tính toán nối đất bổ xung tại nơi đi vào hệ thống nối đất ( tức là nối thêm 1 điện trở song song với hệ thống nhằm mục đích làm giảm tổng trở xung kính ). 2- Tính toán nối đất chống sét cho trạm 110 KV: - Do ta dùng nối đất an toàn làm nối đất chống sét cho nên trước hết ta phải hiệu chỉnh lại trị số Rnt ( điện trở nhân tạo) theo yêu cầu của nối đất chống sét có nghĩa là ta phải hiệu chỉnh hệ số mùa của nối đất an toàn theo hệ số màu của nối đất chống sét ( Tra bảng 19 - 2 giáo trình kỹ thuật điện cao áp). Kmùa( NĐCS ) = 1,4 - Đối với thanh chôn sâu 0,8m Theo tính toán của phần nối đất an toàn: )1()( . ln. 2 )(. )( 2 Ω= dt KL L NDATKS NDATR mdmv o π Còn đối với đất chống sét. Ta có: )2( . ln 2 )(. )( 2 dt KL L NDCSKS NDCSR mdmv o π= Chia cả hai vế của ( 2) cho ( 1) ta được: 47 )(33,152,1. 6,1 4,1)(. 6,1 4,1)( 6,1 4,1 )( )( )( )( Ω===⇒ == NDATRNDCSR NDATK NDCSK NDATR NDCSR mvmv m m mv mv Vậy điện trở nối đất nhân tạo ứng với nối đát chống sét là: )(83,0 74.4,0.33,122,0.57,28 33,1.57,28 .).(. )(. )( Ω=+=+= nNDCSRR NDCSRR NDCSR cmvtc mvc nt ηη a- Tính toán tổng trở sóng xung kích: - Để tính toán tổng trở sóng xung kích ta có vài giả thiết sau: + Bỏ qua điện trở nối đất tự nhiên. +Bỏ qua các thanh nối đất cân bằng áp trong trạm biến áp + Trong quá trình tính toán để dơn giản hoá ta bỏ qua quá trình phóng tia lửa điện trong đất và giả thiết điện trở suất của đất là không đổi. Mặt khác điện trở của bản thân vật liệu dùng là nối đất bé hơn rất nhiều so với điện kháng ωL của nó ( ứng với trị số dòng điện sét) và ảnh hưởng đến điện dung C của điện nối đất cũng rất nhỏ hơn nhiều so với ảnh hưởng của điện dẫn nối đất. Như vậy ta có thể coi mạch vòng nói đất gồm hai tai dài L1 và L2 ghép song song với nhau và mỗi tia có chiều dài là: )(110 2 220 221 mLLL ==== 48 Hình2-4 Sơ đồ thay thế của 1 tia hệ thống nối đất. Hình2-5 Dựa vào sơ đồ thay thế trên ta có các giá trị điện cảm Lo và điện dẫn Go được tính toán như sau: Go - Điện dẫn của điện cực tính trên một đơn vị dài ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ Ω=⇒ mlNDCSRGo nt 1 )(2 1 Lo- điện cẩm của điện cực nối đất tính trên 1 đơn vị dài ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡−=⇒ m H p lLo μ)31,0(ln2,0 Trong đó: l = L1 = L2 = 110 (m) ( chiều dài một tia) )(83,0)( Ω=NDCSRnt - Điện trở nối đất nhân tạo ứng với nối đất chống sét. P- Bán kính của cực nối đất do ta chọn b = 40 mm. )(10.2020 2 3 mmmbp −===→ GoGoGoGo Lo Lo Lo Lo 49 Thay các thông số vào ta tính được. )(641,131,0 10.20 100ln2,0 110.610.6,0 100.83,0.2 1 3 32 m HLo m Go μ=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ Ω=== − −− Tính toán phân bố dài khi không xét đến quá trình phóng điện trong đất từ sơ đồ thay thế ta có thể lập được hệ phương trình vi phân như sau: ⎜⎜ ⎜⎜ ⎝ ⎛ =∂ ∂− ∂ ∂=∂ ∂− gU X I t iL X U . Giải hệ phương trình trên ta được điện áp tại thời điểm bất kỳ trên điện cực: ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ Π−+= ∑∞ = − l XKe K T lG aU K T t tx t cos)1(121 . 1 2 1 0 ),( Với hằng số thời gian: 22 2 00 .K lGLTK Π= với ∞÷=1K Mặt khác: .2 1 2 2 00 1 K TTlGLT K =⇒Π= Tổng trở xung kíchđầu vào điện cực nối đất (đối với 1 tia) ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ −+= ∑ = −0 1 2 1 0 ).0( )1( 1211 K K t t te Kt T lG Z Tổng trở xung kích tương đương đầu vào điện cực nối đất gồm hai tia ghép song song tại thời điểm: .5 sTt ds μ== 50 ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ −+== ∑∞ = − 1 2 1 0 )5,(),0( )1( 1211 2 1 K T T ds ot K ds e KT T lG ZZ Để tính )5,0(Z ta xét chuỗi: ∑ ∑ ∑∞ = ∞ = ∞ = −− ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ =− 1 1 1 222 1)1( K K K T T T T K e KK e K ds K ds ∑∞ = =Π= 1 2 2 6433,16 1 K K (sổ tay toán học) ∑∞ = −−−− ++++= 1 2222 21K T T T T T T T T K eee K e K ds K ds K ds K ds LL Ta có: e-3 = 0,0497 e-4 = 0,0183 e-5 = 0,0067 e-6 = 0,0024 e-7 = 0,00091 Cho nên ta lấy cấp chính xác là 0,001 thì khi 7> K ds T T thì ta coi: 02 ≈ − K e K ds T T Do đó giới hạn: 7≤ K ds T T Mặt khác ta có: . 2 7 12 1 2 1 ds ds K T TKK T T K TT ≤≤≤⇒= Với )(98,9 1.14,3 100.641,1.10.6 . 22 23 2 1 2 2 0 1 sK lGLT o μ==Π= − (vì K là số nguyên dương ) 51 74,3 5 98,9.7 =⇒→ K Vậy ta chỉ tính đến giá trị K < 3,74→ Tính K = 1 3÷ Với K = 1 3÷ ta có các giá trị 2 1 .K T Tds tương ứng là: 2 1 1 .1 KT TK ds→= Thay các giá trị vừa tính được ở trên vào biểu thức của Z(0,5) ta được: )(093,2)641,036,1( 5 98,9.21 110.10.6 1. 2 1 3)5,0( Ω=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+=Z Với )(93,2)5,0( Ω=Z ta kiểm tra điều kiện nối đất chống sét xem có thoả mãn không nếu không thoả mãn thì ta phải tiến hành nối đất bổ sung. )460)110(43993,2.150. %50)5,0( KVKVUZI s =<== Ta thấy điều kiện nối đất chống sét hoàn toàn thoả mãn nên ta không phải nối đất bổ sung. 3. Tính toán nối đất chống sét cho trạm 22KV: Tiêu chuẩn của nối đất chống sét cho trạm 22KV được xác định bởi các điều kiện sau: - Không phóng điện trong không khí giữa các cột thu sét và công trình. - Không phóng điện trong đất từ nối đất của cột thu sét đến các thiết bị của trạm, khoảng cách yêu cầu: mSmS dK 3;5 >> Trong tính toán lấy dòng điện sét Is = 150KA; a = 30KA/ ,Sμ điện áp trên bộ phận nối đất được xác định. ∑ ∑∞ 1= 3 1= 2 54− 2 2− 50− 22 − 22 1 3 22 1 2 2 1 1 6410=3+2+== 54=3989 5=3= 2=2989 5=→2= 50=1989 5=→1= K K KT T T T ds ds ds ee e K e K e K K T T K K T T K K ds K ds , ,. , . . , . ,. , . , , . 52 d d Pd K Pddsd K K Pd K PddSQ SEURIU SEU dt dÝLRIU .. ... =<= =<+= Đồng thời tính m KVEm KVER dPdPdd 500,300,10 ==Ω< từ đây ta xác định được sK và Sđ XK XK d Pd d XK XK d Pd K K RR E UdS LRLR E US 5,0 300 150 1,03,0 500 50150 ==≥ +=+=> Từ cách bố trí cột ta có: SK = 6,5m ; Sđ = 5m ( )31,02,00 −= rLLnP với L = 10hx (với hx = 8m) = 10.8=80(m) 41,131,0 05,0 802,00 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=→ LnP Ta có: LRS xkk 1,03,0 +> với L- chiều dài cọc = 2,5m. )(10 5,0 5 5,0 5,0 )(83,20 3,0 5,2.1,50,6 Ω== Ω=<→ d xkxkd xk SRRS R Vậy muốn bảo đảm yêu cầu của chống sét trạm 22KV ta phải thiết kế hệ thống nối đất có điện trở nối đất xung kích nhỏ hơn Ω10 . Để nối đất cho các cột thu sét phía 22KV ta dùng nối đất kiểu tia và cọc được nối với nhau. Tính điện trở cọc: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ − ++= lt lt d l L R ttc / / 4 4ln 2 12ln 2π ρ 53 Hình 2-6 Trong đó: L- Chiều dài cọc = 2,5 m và cọc được làm bằng thép góc 4040.4mm. mhlt 05,28,0 2 5,2 2 / =+=+= d- Đường kính của cọc = 0,95.40.10-3= 0,038 m )(71,40 5,205,2.4 5,205,2.4ln 2 1 038,0 5,2.2ln 5,2.14,3.2 45,1.10.8,0 2 Ω=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − ++=⇒ cR Tính điện trở thanh nằm ngang bằng thép dẹt : dt Ka a R ttt . ln 2 2 Π= ρ Trong đó: t = 0,8 m - Là độ chôn sâu . K = 1 – Là hệ số hình dáng ( tia ngang). D - Là đường kính quy đổi của thanh thép dẹp với b = 40 mm mmmbd 02,020 2 ===→ a = 10 m - Là độ dài của thanh . 54 )(81,17 02,0.8,0 10.1ln 10.14,3.2 6,1.10.8,0 22 Ω==⇒ tR Ta có sơ đồ thay thế: Hình2-7 xk xktt xk xkcc d xk xktt xk XKCC sXQd tcs n RI n RIU n RI n RI IRU III αα ==⇒ === += .. . 23 Tính toán Ud bằng phương pháp đồ thị. * Trị số xung kích của cọc xkcα : Tra bảng 9- trang 86 ( sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp) ta có các dòng vẽ đồ thị biểu diễn quan hệ xkcα và điện trở suất của đất sét. Từ đồ thị này xácđịnh được xkcα ứng với các trường hợp dòng điện sét: ⎪⎪⎭ ⎪⎪⎬ ⎫ = KA KA KA KA T 40 205 10 5 với rcmd 410.8,0=ρ thì ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ = 57,0 71,0 80,0 87,0 XKCα xkn 1 xkt R 2 2It 3Ic Is n 1 xk R xkc 2 55 Hình 2-8 Trị số xung kích của tia XKTα . Tra bàng 10 (trang 87 - sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp) ta có các dòng sét vẽ được đồ thị quan hệ XKCα và dρ . Từ đồ thị ta có: IS = 5KA 10KA 20KA 40KA Thì XKTα = 1,05 0,93 0,83 0,74 Hình2-9 0,8 2 4 6 8 10 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 Is = 40(KA) Is = 20(KA) Is = 10(KA) Is = 5(KA) ρ ® (10 .cm) 4 kxc 0,8 2 4 6 8 10 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 Is = 40(KA) Is = 20(KA) Is = 10(KA) Is = 5(KA) ρ ® (10 .cm) 4 kxt 56 * Trị số XKη từ bảng 10 (trang 87 - sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp) ta tra được hệ số sử dụng với các dòng điện xung kích là 0,8. Từ các giá trị IS(KA) ta tính được các gía trị Uđt tương ững với chúng như bảng 2-11 Bảng 2-10 Is (KA) 5 10 20 40 XKCα 0,87 0,8 0,171 0,57 RXKC )(Ω 32,174 47,976 42,579 34,183 Uđc(KV) 326,087 399,70 1064,467 1709,145 XKCα 1,05 0,93 0,85 0,74 RXKC )(Ω 19,221 25,882 23,655 20,594 Uđt(KV) 182,634 323,524 59,387 1029,71 Với các giá trị IC = 5;10; 20;40 KA ta gióng lên đường cong Uđc rồi xẻ ngang cắt đường Uđt và hạ vuông góc với trục I ta được các giá trị Iđ và tính được IS = 3IC + 2I Hình 2-11 1200 600 I(KA) U(KV) 1800 5 10 25 40 U®t = f(It) U®c = f(Ic) 57 Uđc(KV) 326,087 599,70 1064,467 1709,146 IC(KA) 5 10 20 40 It (KA) 11 19 42 67 IS (KA) 37 68 144 254 Bảng 2-13 Từ các giá trị Uđc và IS ta sẽ thu được đồ thị quan hệ giữa Uđ và IS và ta xác định Uđ bằng cách từ I = 150KA dóng lên đồ thị và dóng sang trụ U ta có Uđ = 1200KV )(8 150 1200 Ω==⇒ XKR Phương án nối đất đảm bảo yêu cầu kỹ thuật với cột thu sét độc lập phía trạm 22KV. Từ các phần tính toán trên, ta vẽ được sơ đồ nối đất cho toàn trạm Hình 2-14 ⇒ Phương án nối đất đảm bảo yêu cầu kỹ thuật với cột thu sét độc lập phía trạm 22KV. Từ các phần tính toán trên ta sẽ được sơ đồ nối cho toàn trạm Bảng tổng kết số lượng kim loại dùng cho toàn trạm I(KA) U(KV) 60 120 180 240 600 1200 1800 Ud = f(Is) 58 Thép dẹp 50 x 1mm 300m Cọc 40 x 40 x 4mm 24 cọc = 60m 59 Hình 2.12. Sơ đồ nối đất toàn trạm 110/22kV 60 III. TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CỘT ĐƯỜNG DÂY 110KV: 1- Nhiệm vụ: Nhiệm vụ chủ yếu của nối cột đường dây là để thoát dòng điện sét khi có sét đánh vào đường dây chống sét. Ngoài ra đối với các đường dây 3 ÷ 20KV khi đi qua khu vực đông dân cư thì nối đất còn có nhiệm vụ bảo vệ an toàn còn trong hệ thống đường dây có dòng ngắn mạch lớn ( KVU dm 110≥ ) do trong hệ thống điện có rơ le bảo vệ tác động nhanh do đó ở đây nhiệm vụ bảo vệ an toàn không đặt ra. Như ta đã biết khi có sét đánh dòng sét rất lớn có thể làm hỏng đường dây và trạm, do vậy nối đất cột điện trường dây là hết sức cần thiết trong xây dựng và vận hành hệ thống điện. Gọi R là RXK là điện trở nối đất ổn định và điện trở nối đất xung kích, ta có: RRXK .α= với R là hệ số xung kích Thường đối với đường dây người ta quy định điện trở nối đất ứng với tần số công nghiệp. Đối với điện trở nối đất của đường dây cũng cần phải chú ý đến quá trình sóng điện áp và sóng điện lan truyền đến các cực. Do đó tác dụng của điện cảm của cực trong việc khuyếch tán dòng điện sét nên đối với nối đất của cột đường dây cũng chia ra là nối đất tập trung và nối đất kéo dài. Điện trở nối đất của đường dây phụ thuộc vào điện trở xuất của đất ς , điều đó xuất phát từ chỗ nếu điện trở suất cao thì dòng điện sẽ bé và các vùng ấy việc thiết kế xây dựng và lắp đặt hệ thống đất sẽ gặp rất nhiều khó khăn và giá thành xây dựng rất cao. Trị số quy định của điện trở nối đất ở tần số công nghiệp cho bảng dưới đây: 61 Điện trở suất của đất ρ Điện trở của cột )(Ω )(10.1 4 cmΩ≤ρ < 10 44 10.510.1 ≤≤ ρ < 15 54 10.110.5 ≤< ρ < 20 ρ<510.1 < 30 Bảng 2-15 * Chú ý: +Nếu cột cao hơn 40m thì R phải bé hơn 2 lần so với các giá trị trong bảng, với Ω= 410.5dρ thì các cột gần trạm yêu cầu phải có R < 20 )(Ω + Khi tính toán thì dρ phải hiệu chỉnh theo mùa, điều kiện khí hậu. + Khi thiết kế, xây dựng các đường dây ta có thể lợi dụng các cột sắt của các móng hay phần cột chèn dưới đất để làm vật nối đất đó là nối đất tự nhiên. Việc tận dụng nối đất tự nhiên sẽ tiết kiệm từ 50 ÷ 10% vật liệu. Đối với những vùng đất có Ω< 410.3dρ thì khi tính toán nối đất cột và đường dây có thể chỉ cần nối đất tự nhiên cũng có thể đảm bảo trị số nối đất quy định. Tuy nhiên ở đây ta không sử dụng đến nối đất tự nhiên này trong tính toán mà chỉ tiến hành nối đất nhân tạo. 2. Hình thức nối đất nhân tạo: - Hình thức nối đất căn cứ vào hình dạng của móng cột đường dây. + Với móng “Lọ mực” thì chỉ cần đặt thêm mạch vòng dưới hố móng hoặc làm thêm tia - cọc là đủ. 62 + Với loại “móng cọc” thì có thể chôn cọc ngày vào lỗ móng hay dùng nối đất dạng tia - cọc. Đối với tia thì độ dài giới hạn là: Chiều dài giới hạn của tia Điện trở suất của đất )( mΩ 40m 410.5≤ς 60m 410.25≤ς 100m 410.100≤ς Bảng 2-16 - Ta chọn móng lọ mực để làm móng cho cột đường dây có treo một dây chống sét 110KV và ta tiến hành tính toán nối đất với dạng là tia - cọc. Ta có điện trở )(10.8.0 4 cmΩ=ρ nên ta tính toán nối đất sao cho điện trở nối đất của cột đường dây là R<15 )(Ω Ta giả thiết rằng tất cả các cột đường dây đều được thiết kế xây dựng trên một vùng đất có điện trở suất là tương đối như trước: )(10.8,0)(10.8.0 24 mcm Ω=Ω=ρ - Sơ đồ móng đường dây: + móng cột đường dây là móng lọ mực có 4 trụ 1 hố + Nối đất bằng tia - cọc Hình 2-17 3 - Các phương án nối đất: a. phương án 1: 63 - Tia dài 6m bằng thép có b = 40mm = 0,04m tia được chôn sâu 1,5m - Cọc dùng loại cọc bằng thép góc 40 x 40 x4mm )(038,0)(38940.040.95,0 mmmdd ===→=→ Khoảng cách các cọc là 3m, chiều dài cọc là 3m - Hệ số mùa: Kmt = 1,6 ; Kmc = 1,45 * Điện trở của thanh nối: bt l l R ttt . 2ln .2 2 Π= ρ Trong đó: )(10.28,16,1.10.8.0 22 mtt Ω==ρ l = 6m, t = 1,5m ; b = 0,04m )(09,24 04,0.5,1 6.2ln 6.14,3.2 10.28,1 22 Ω==⇒ tR * Điện trở của cọc thép góc 40 x 40 x 4mm ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −′ +′+Π= 14 14ln 2 12ln 2 t t d l l R ttc ρ Trong đó: )(10.16,145,1.10.8.0 22 mtt Ω==ρ l = 3m t/ = 1/2 = 1,5m d = 0,04m )(23,34 35,1.4 35,1.4ln 04,0 3.2ln 3.14,3.2 10.16,1 2 Ω=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ − ++=⇒ cR * Điện trở của hệ thống nối đất tia - cọc: 64 ctc ct nt nRR RRR ηη .. . += Trong đó: n - Là số cọc cần sử dụng là 2 cọc cη và tη - Là hệ số sử dụng được xác định trong bảng sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp cao áp với a/l =1 Ta có: 85,0 87,0 = = c t η η )(61,11 2.87,0.09,2485,0.23,34 23,34.09,24 Ω=+=⇒ ntR Ta thấy rằng Ω<Ω= 1561,11HTR do vậy hệ thống nối đất nhân tạo như trên là đạt yêu cầu. b. Phương án 2: - Gồm 2 tia mỗi tia dài 6m chèn sâu 1,5m - Cọc bằng thép góc 40 x 40 x 4mm gồm 3 cọc có chiều dài 3m và được bố trí như hình dưới. - Hệ số mùa: Kmt= 1,6; Kmc= 1,45. * Điện trở của thanh nối bt l l R ttt . 2ln 2 2 π ρ= với : )(10.28,1 2 mtt Ω=ρ l = 6m t = 1,5 m b = 0,04 m )(09,24 04,0.5,1 6.2ln 6.2 10.28,1 22 Ω==⇒ πtR * Điện trở của cọc thép 40 x 40 x 4mm ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ − ++= lt lt d l l R ttc / / 4 4ln 2 12ln 2π ρ 65 Với: )(10.16,145,1.10.8,0 22 Ω==ttρ L = 3 ( m) D = 0,038( m) T/ = 1,5 m )(55,34 35,1.4 35,1.4ln 2 1 038,0 3.2ln 3.14,3.2 10.16,1 2 Ω=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ − ++=⇒ cR Điện trở của hệ thống nối đất tia cọc: nRR RR R cttc tc HT ... . ηη += Trong đó: n = 4 ( là số lượng cọc sử dụng) tη và cη tra trong bảng 3,5 sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp với 2= l a . )(5,8 4.74,0.09,2477,0.55,34 09,24.55,34 74,0 77,0 Ω=+=⇒ ⎩⎨ ⎧ = = HT c t R η η Ta thấy rằng Ω<= 155,8HTR do vậy hệ thống nối đát nhân tạo như trên là đật yêu cầu. * Kết luận: cả hai phương án nối đất nhân tạo trên đều đẩm bảo yêu cầu Ω=< 15ycR . Tuy nhiên ta chọn phương án một làm phương án thiết kế nối đất cột đường dây 110Kv vì có trị số điện trở yêu cầu, để thiết kế tốn ít vật liệu, giá thành rẻ... CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 110KV 66 Đường dây tải điện là phần tử dài nhất của HTĐ nên thường bị sét đấnh và chịu tác động của điện áp khí quyển, có thể dẫn đến cắt máy, cắt đường dây ảnh hưởng tới sự cung cấp điện của lưới đồng thời phá hoại thiết bị trong trạm. Do đó ta phải nghiên cứu chống sét cho đường dây tải điện, đặc biệt là những đoạn gần trạm, vì khi sét đánh có thêr tạo nên sáng truyền vào trạm gây nguy hiểm cho người và thiết bị trong trạm. Qua điện áp khí quyển xuất hiện trên đường dây là do sét đánh trực tiếp vào đường dây dẫn, dây chống sét, cột hoặc xuống đất gần đường dây. Khi xét đến chỉ tiêu kinh tế ta chỉ có thể chọn theo mức độ hợp lý về kinh tế và kỹ thuật, tan không thể chọn được mức cách điện theo yêu cầu của quá điện áp khí quyển vì trị số của nó là lớn. Với mức độ treo cao trung bình của dây trên cùng ( dây chống sét) là h, đường dây sẽ thu về các phóng điện sét trên dãi đất rộng 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây. Tổng số lần sét đánh thẳng lên đường dây hằng năm được tính là: ngsTB nLhN ..10.)9,06,0( 3÷= Trong đó: hTB- Độ cao trung bình của dây cao nhất ( m) Nngs- số ngày sét đánh hằng năm trong khu vực dây đi qua 10070 ÷=ngsN ngày. L- chiều dài đường dây ( km) Do tham số dòng sét đánh là khác nhau, không phải lần nào cũng dẫn đến phóng điện trên cách điện. Để xảy ra phóng điện khi sét đánh thì trị số quá điện 67 áp khí quyển phải lớn hơn mức cách điện xung kích của đường dây. Do vậy số lần phóng điện trên trên cách điện phụ thuộc vào giá trị xác suất phóng điện rpđ và số lần phóng điện được xác định: pdngsTbpdpd rnLhNrN ....),,( 3−1090÷60== Phóng điện trên cánh điện chỉ gây cắt điện khi phóng điện xung kích trên cách điện chuyển thành hoò quang duy trì bởi điện áp làm việc xác suất trở thành hồ quang η phụ thuộc vào građien điện áp làm việc dọc theo đường dây phóng điện: ).( LoEfη = với )(. mKVL U LoE pd LV= Trong đó: ULV- điện áp làm việc của đường dây. Lpđ- chiều dài đường phóng điện. Vậy số lần cắt điện hàng năm do sét đấnh vào đường dây tải điện là: ηrnLhηrNN pdngstbpdc .....),,(.. 3−1090÷60== Để so sánh khả năng chịu sét của đường dây tải điện có tham số khác nhau người ta dùng trị số suâts cắt đường dây tức là số lần cắt khi đường dây có chiều dài L = 100km được tính là: ηrhn pdtbcd ..).,,( 90÷60= Do đó để giảm số lần cắt diện ta phải giảm rpđ hoặc η . + Giảm rpđ: bằng cách tăng cường cách điện đường dây và treo dây chống sét. Treo dây chống sét là có hiệu quả nhất. Với vùng đất có cmς Ω510> thì dây chống sét sẽ không phát huy tác dụng. 68 Giảmη : giảm được η khi giảm được cường độ điện trường dọc theo đường phóng điện hay phiải tăng Lpđ( tăng số bát sứ). Ta thấy rằng đường dây 110KV đi qua vùng có sét đánh hoạt động mạnh cần được bảo vệ bằng dây chống sét. Đường dây 22KV có trung tính cách điện và cách điện của đường dây là rất yếu nên không treo dây chống sét. I.ĐƯỜNG DÂY 110KV. 1.Tham số cột đường dây 110KV - Dây dẫn dùng loại AC - 185 có đường kính d = 18,8 mm = 18,8.10-3m pha A1, A2 treo cao 20,8m, B1 và B2 treo cao 17,8 m, C1 và C2 treo cao 14,8 m.Cột đường dây 110kv - 2lộ - 1 dây chống sét. 69 Hình 3-1:Cột đường dây 110KV- 2 lộ- 1 dây chống sét - Dây chống sét là dây thép C- 70 có đường kính d = 11,4 mm, r = 5,7 mm treo ở độ cao h = 25 m. - Độ võng của dây chống sét là fcs= 6 m. độ võng của dây dẫn điện là fdd= 8,5 m. - Chuỗi cách điện dùng loại sứ treo 54− ,Π có 7 bát sứ. - Khoảng vượt đường dây là lKV= 200m. - U50% cách điện 110Kv là 650 Kv/7 bát sứ. - Hệ số hiệu chỉnh vầng quang ở cấp điện áp 110Kv là 31= ,λ 2. Các số liệu tính toán: - Độ treo trung bình của dây chống sét. Hcstb= hcs- 2/3 fcs= 25 - 6(2/3)o= 21 m. - Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha A1, A2. mfhh ddAtbAA 1315=5832−820=32−=21 ,,).(,)( - Độ treo cao trung bình của dây dẫn B1, B2. )(,,)(,)( mfhh ddBtbBB 1312=5832−817=32−=21 - Độ treo cao trung bình của dây dẫn C1, C2. )(,,).(,)( mfhh ddctbCC 139=5832−814=32−=21 - Tổng trở sóng của dây dẫn được tính theo công thức: r h Zdd 260= ln. 70 Trong đó: h - độ treo cao trung bình của dây dẫn. + r là bán kính của dây dẫn: r=1049=2 10818 3−3− .,., - Tổng trở sóng của dây dẫn pha A1, A2 )Ω(,., ,. ln. . .ln. 612484=1049 1315260=260= 3−21r h Z tbAAdd - Tổng trở sóng của dây dẫn B1, B2 )Ω(, ., ,. lnln 352471=1049 1312260=260= 3−21r h Z tbBBdd - Tổng trở sóng của dây dẫn pha C1, C2. )Ω(, ., ,. .ln . ln 305454=1049 139260=260 3−21r h Z tbCCdd - Tổng trở sóng của dây chống sét: )Ω(, ., . ln . ln 297534=1075 21260=260= 3−r h Z cstbcs - Tổng trở sóng của dây chống sét khi có vầng quang: )Ω(, , , 998410=31 297534== λ Z Z csvqcs - Góc bảo vệ pha A1, A2: h lx arctgαA ∆ = Trong đó: lx- chiều dài xà treo dây pha tính từ tâm cột. Ac hhh −=∆ là ký hiệu giữa chiều cao cột và chiều cao dây dẫn các pha. oA arctgα 4625=820−25 2=2−1 ,, 71 - Góc bảo vệ pha B1, B2: oB arctgα 2924=817−25 253=2−1 ,, , - Góc bảo vệ pha C1, C2: oC arctgα 3916=814−25 3=2−1 ,, Ta thấy rằng các góc bảo vệ các pha đến < 30o. Vậy đảm bảo yêu cầu về chống sét nên ta chọn loại cột sắt và treo dây dẫn, dây chống sét như trên đẻ tính toán. * Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét. - Hệ số ngẫu hợp pha A1-2 và dây chống sét: 2 2 12 12 2= r h d D Ko ln ln D12- khoảng cách giữa dây chống sét và ảnh hưởng cảu pha A1-2 d12- khoảng cách giữa dây chống sét và dây dẫn pha A1-2 h2- bán kính dây chống sét. ( ) ( ) ( ) ( ) mlhhd mlhhD x x 26=2+1315−21=+−= 18536=2+21+1315=++= 2222 1212 2222 2112 ,, ,, ⇒ Ta có: 1980= 1075 212 26 18536 =2= 3− 2 2 12 12 , ., . ln , , ln ln ln r h d D Ko Khi có ảnh hưởng của vầng quang thì: 72 2576=311980== ,,.,.λKK oorq - Hệ số ngẫu hợp giữa pha B1-2 và dây chống sét. ( ) ( ) ( ) ( ) mlhhd mlhhD x x 459=253+1312−21=+−= 2933=253+1312+21=++= 2222 1212 2222 2112 ,,, ,,, ⇒ Ta có: 1410= 1075 212 459 2933 =2= 3− 2 2 12 12 , ., . ln , , ln ln ln r h d D Ko Khi có ảnh hưởng của vầng quang thì: 1830=311410==0 ,,.,λKK orq - Hệ số ngẫu hợp giữa pha C1-2 và dây chống sét. ( ) ( ) ( ) ( ) )(,, ,, mlhhd mlhhD x x 2412=3+139−21=+−= 330=3+139+21=++= 2222 1212 2222 2112 ⇒ Ta có: 1010= 1075 212 2412 330 =2= 3− 2 2 12 12 , ., . ln , , ln ln ln r h d D Ko Khi có ảnh hưởng của vầng quang thì: 1310=311010== 00 ,,.,.λKK rq Qua tính toán ta thấy rằng hệ số ngẫu hợp giữa dây chống sét và pha A1-2 là lớn nhất do đó: + Để tính suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vàodây dẫn ta xét cho pha A1-2 có góc bảo vệ α lớn và treo cao hơn. 73 + Để tính sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét ta tính cho pha có điện áp khí quyển đặt lên lớn hơn tức là pha có hệ số ngẫu hợp nhỏ hơn. + Để tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột ta phải xác định quá điện áp khí quyển đặt lên cách điện các pha và ta tính với trường hợp nguy hiểm tức là có Ucđ(a,t) lớn hơn. II.TÍNH TOÁN THAM SỐ KHI SÉT ĐÁNH LÊN ĐƯỜNG DÂY 110KV 1.Số lần sét đánh vào đường dây: Công thức tính: LnhN ngscstb ...),,( 3−1090÷60= Trong đó: + hcstb=21 m + L - chiều dài đường dây tải điện lấy 110 km + nngs- số ngày sét đánh trong năm lấy 100ngày ⇒ Ta có: 189÷126=100100102190÷60= 3− ...),,(N lần / năm. Mà: N = Nα + Nc +NKV Trong đó: Nα- số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn . Nc- số lần sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột. NKV- số lần sét đánh vào khoảng vượt. 2. Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét nào dây dẫn. Đặc trưng cho số xác suất 2V không những chỉ phụ thuộc vào góc bảo vệ α ma còn tăng theo chiều cao cột được tính là: 4−90= hc U α αlg α là góc bảo vệ tính với pha A1 - 2 = 25,460 hc là chiều cao của cột = 25m aUU 3−2 1062=⇒5852−=4−90 25= .,,lg 25,46α 74 Vậy số lần sét đánh vòng qua dòng dây chống sét vào pha A12 là: mnkmlÇnNUN ¨//(,,.. 100490=6210189== 3−22 Ta lấy N = 189 là giá trị lớn nhất để tính. 3. Số lần sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận và khoảng trượt )¨/(, mKmnlÇnNNN KVdc 100594=2 189=2== 4. Tính suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. Theo công thức: ηUNn Pddd ..2= Vpđ là xác suất phóng điện do quá điện áp đường dây khi có sét đánh vào dây dẫn. η là xác suất hình thành hồ quang. * Tính Vpđ : Khi sét đánh vào dây dẫn mạch của khe sắt ghép nối tiếp với tổng trở sóng này có trị số là Zdd/2 (ta giả sử sét đánh vào chính giữa đường dây). Ta có: 2=⇒2≈ 2+ = 0 0 0 S cdd dd cc I IZZvíi Z Z Z II . Điện áp trên dây khi sét đánh vào là: 4= ddS dd ZI U . Khi điện áp trên dây dẫn Udd vượt qua mức điện xung kích của chuỗi cách điện %50≥ UUdd thì dây đến phóng điện trên chuỗi cách điện. %50≥4 U Z I ddS nên dd S Z U I % . 504≥ Khi đó xác suất phóng điện khi quá áp trên đường dây chính là xác suất để cho: 8650===⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ 4≥= 4≥ 612484126 504−126 504−50 50 ,,., % , % % % U Z U dd Spd dd S dd Z U IfV Z U I ll Với Zdd là tổng trở sóng pha A1-2 75 * Tính η : trị sốη phụ thuộc vào tỉ số cs LV LV l U E = + ULV- điện áp làm việc + lcs- chiều dài chuỗi sứ. KvU π U dddmLV 2157=110143 2 3 2=23 2= ,. , ... Ở cấp điện áp 110 Kv ta chọn loại sứ cách điện cho đường dây là loại sứ 54− ,π có 7 bát sứ. mlcs 21=⇒ , Ta có: )/(, , , kmkv l U E cs lv LV 6847=21 2157== Từ bảng xác suất hình thành hồ quang ( trang 205 - sách kỹ thuật điện cao áp) ta có Bảng 3-2: Elv 50 30 20 10 η 0,6 0,45 0,25 0,01 Theo bảng số liệu trong bảng ta vẽ được đồ thị biểu diễn quan hệ ELV và η . Sau đó ELV ta xác định được giá trị η tương ứng là ELV= 47,68(kv/km) ⇒ η =0,58. Thay vào công thức: 260=58049== ,,.,.. oηVNn pdαdd (lần/100 km.năm) Ta thấy rằng để giảm ndd có thể giảm η bằng cách tăng cường chuỗi cách điện ... hoặc giảm αN bằng cách giảm góc bảo vệ α tăng độ cao dây chống sét. Hình 3-3 76 5. Tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt: Khi có sét đánh vào dây chống sét trong khoảng thì tại vị trí sét đánh coi như dòng điện sét sẽ chia đều cho 2 phần của dây chống sét. Giả thiết là sóng sét có dạng xiên góc, phương trình dòng điện do sét là: Is= at nếu t < Tđs Is= I nếu dcTt ≥ Khi tính toán ta phải tính với các giá trị khác nhau của dòng sét với a = 10,...100 )( sμ KA và t = 1,2 ...10 )( sμ và giá trị Ω11=cR . Khi có sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét sẽ 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 chuỗi sứ. Thành phần điện áp tác dụng lên cách điện không khí phụ thuộc vào độ dốc dòng điện sét, và khoảng cách giữa dây dẫn và dây chống sét. Trong thiết kế và trong xây dựng người ta đặt khoảng cách giữa dây dẫn và dây chống sét khá lớn để tránh chạm dây nên khả năng phóng điện trong khoảng vượt do thành phần điện áp tác dụng lên cách điện không khí lớn hơn mức cho phép, đồng thời nếu có thì xác suất hình thành hồ quang là rất nhỏ, do đó khả năng cắt điện đường dây là không đáng kể, vì vậy trong tính toán ta bỏ qua thành phần này. ELV 40302010 50 0,1 0,25 0,45 0,57 77 a. Điện áp tác dụng lên cách điện của chuổi sứ. Điện áp tác dụng lên chuỗi sứ khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét là: LVCSCctcd Ukdt tdis L atR U +−1⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 2+2= )( )(. )( - Dòng điện sét có dạng is(t) = at nên có: LVcscccd Uk a L atR tU +−1⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 2+2= )(. . )( Trong đó các thành phần của Ucđ được xác định như ở phần sau. b. Điện áp làm việc ( đã tính ở phần trước) )(,. , . kvULV 2157=110143 2 3 2= c. Điện áp tại đỉnh cột khi sét đánh vào khoảng vượt khi có ảnh hưởng của hồ quang. ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 2+2−1= a L atR kU csc c . . )( Trong đó: a- độ dốc của dòng điện sét. Lccs- điện cảm của thân cột điện tính từ mặt đất lên đến điểm treo dâychống sét và Lccs= Lo.hc. Với Lo là điện cảm đơn vị của thân cột: )(, m HμL 60=0 ; hc- chiều cao cột điện. HμLcsc 15=2560=⇒ ., Rc- điện trở nối đất của cột đường dây Ω11=cR k- hệ số ngẫu hợp của dây chống sét đối với dây dẫn có ảnh hưởng của hồ quang ( k của dây dẫn pha A ≠ K pha B). 78 Trong công thức trên ta thấy tỷ lệ nghịch với K, vậy ta sẽ lấy giá trị K nhỏ hơn để tính với U lớn, ta có: KA1-2= 0,275. KB1-2= 0,183. KC1-2=0,131. Và ta lấy KC1-2 là hệ số ngẫu hợp để tính toán. Từ đó ta có: 2157+15+1143450= 2157+15+43450= 2157+⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 215+21310−1= +−1⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 2+2= ,)(., ,).(., , . ),( )( . )( ta tRa aatR Uk a L atR atU c c LV cs c c cd Như vậy khi thay Ω11=R vào ta được biểu thức tính Ucđ theo a và t ta được kết quả sau: a t 1 )( sμ 2 )( sμ 3 )( sμ 4 )( sμ 5 )( sμ 6 )( sμ 7 )( sμ 8 )( sμ 9 )( sμ 10 )( sμ 10 170,18 217,98 265,77 313,57 361,36 490,16 456,96 504,75 552,54 600,34 20 283,15 378,74 474,33 569,92 665,51 761,10 866,69 952,28 1077,87 1143,36 30 396,12 539,51 862,99 826,28 969,66 1113,05 1256,43 1399,82 1543,20 1686,59 40 509,09 700,27 891,45 1082,63 1273,81 1464,99 1656,17 1847,35 2038,53 2229,71 50 622,06 861,04 1100,01 1338,99 1577,96 1816,94 2055,91 2294,89 2533,86 2772,84 60 735,03 1021,80 1308,57 1595,34 1822,11 2168,88 2455,65 2742,42 3029,19 3315,96 70 848,00 1182,57 1517,13 1851,70 2186,26 2520,83 2855,39 3189,96 3524,52 3859,09 80 960,97 1343,33 1725,69 2108,05 2490,41 2872,77 3255,13 3637,49 4019,82 4402,21 90 1073,94 1504,10 1934,25 2364,41 2794,56 3224,72 3654,87 4085,03 4515,18 4945,34 100 1186,91 1664,86 2142,81 2620,76 3098,71 3576,66 4054,61 4532,56 5010,51 5488,46 Từ giá trị Ω11=cR ta có bảng đặc tính Vcđ(a,t) phụ thuộc vào thời gian và độ dốc đầu sóng sét a. Từ bảng này ta vẽ được đồ thị Vcđ theo a,t và vẽ được đặc tính phóng điện của chuỗi sứ. 79 80 Đồ thị giá trị của Ucđ theo a và t với Ω11=cR với sét đánh vào khoảng vượt. Ta có bảng sau: t(MS) 1 2 3 4 5 6 7 8 Ucs(KV ) 1020 930 860 818 790 780 770 770 Bảng giá trị điện áp phóng điện của chuỗi sứ Ucs(KV) Từ đồ thị ta xác định được các giá trị ai và ti là giao điểm của Ucđ vứi đặc tính V - S của chuỗi sứ, do đó ta sẽ xác dịnh được các cặp thông số nguy hiểm (Ii;ai). Sau đó ta xác định được đường cong nguy hiểm I = f(a). d. Xác suất phóng điện Vpđ: là xác suất để cặp thông số (I,a) của phóng điện sét thuộc miền nguy hiểm. Vpđ= f{I,a} thuộc miền nguy hiểm 3 hay dVpđ=f{a = ai}* { }iIIf ≥ mà { } 1126 1− ==≥ rIIf Ii ,l ( r1 là xác suất để dòng điện sét lớn hơn độ dốc i Ii nào đó ) aaiaii drdaadafaaf =+≤≤−== )()( ( dra là xác suất để dòng điện sét lớn hơn độ dốc ai nào đó ) 910 1−=≥= ,)( Iia aafr l Từ đó ta xác định được dVpđ= r1dra hay Vpđ= Str1dra, ta chia đoạn t÷0 làm thành thành phần nhỏ khi đó: ∑= aipd rrV ∆ với 1+−= aiai VVV∆ 81 Từ đồ thị Ucđ với Ω11=cR ta xác định được các cặp giá trị (a,t) từ đó xác định được I, Vi, Va, aV∆ như trong bảng sau: a(KA/ )sμ 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T( )sμ 11,8 6,7 3,7 2,8 2,3 1,8 1,5 1,2 0 0 I(KA) 118 134 111 112 115 108 105 96 0 0 V1(10-1 0,11 0,05 0,14 0,14 0,12 0,16 0,18 0,25 0 0 Va 0,0019 0,0005 0,0037 0,0034 0,0026 0,0049 0,065 0,0149 0 0 )(∆ 2−10aV 1,0014 0,9968 1,0003 1,0008 0,9977 0,9984 0,9976 1,0149 0 0 )( 6−10aVΔV1 110,15 49,84 140,04 140,11 119,72 178,49 178,49 253,73 0 0 Với Ω11=cR ta có: ∑ 6−1 10821151== .,.∆. apd VVV Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt: 06530=6010821151594== 6− ,,..,.,.. ηVNN pddcKV (lần/100km.năm) Do đó ta có thể có đồ thị I = f(a) là giới hạn của miền nguy hiểm: a )( sμ KV Miền nguy hiểm I(kA) 82 83 6. Tính toán suát cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột. Ta xét trường hợp sét đánh vào đỉnh cột: khi đó dòng điện sẽ đi vào bộ phận nối đất của cột điện, đồng thời một phần nhỏ sẽ đi vào bộ phận nối đất của các cột lân cận. Khi có quá áp khí quyển tác dụng lên cách điện đường dây thì đối với các pha khác là không giống nhau, ta phải tính toán điện áp đặt lên cách điện từng pha và xét trường hợp có giá trị lớn nhất. a. Điện áp đắt lên cách điện các pha. Giả sử ta tính Ucđ (a;t) với 1 giá trị a = 30 )( sμ KV Và t = 5 )( sμ với Ω11=cR , khi đó cách điện lên mỗi pha được tính bởi công thức sau: [ ] [ ] t ticcs c dd ctcstddcc d culvtacd d d KLLKMMakRiUUU x )( )()();( )(. −+−+−1++= Trong đó: + ULV- thành phần điện áp làm việc của đường dây 57,12Kv. + K- hệ số ngẫu hợp có ảnh hưởng của hồ quang với pha. KA1-2= 0,257; KB1-2= 0,183; KC1-2= 0,131. + ddcL - trị số điện cảm của phần cột điện tính từ mặt đất tới độ cao của đường dây: ddcL = L0.hdd. + L0- điện cảm đơn vị của thân cột điện ta lấy m HμL 60=0 , + hdd- độ treo cao của dây dẫn pha: A1-2: hdd= 20,8 ⇒ ddcL = 0,6.20,8 = 12,48 Hμ + B1-2: HμLmh ddcdd 6810=81760=⇒817= ,,.,, C1-2: hdd= 14,8 m ⇒ ddcL =0,6.14,8 = 8,88 Hμ 84 + cscL - trị số điện cảm phần cột điện tính từ mặt đất tới độ treo cao dây chống sét. HμhLL cscsc 15=25×60== 0 ,. + Mdd(t)- hỗ cảm giữa khe phóng điện sét với mạch vòng dây dẫn và đất được tính: ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 1+2−+1 +20= h H h h Hβ HV hM dd t ddtdd ∆ ln ∆ )( ln,)( . V- vận tốc phát triển với phóng điện ngược khe với Vt= β .C β - tốc độ tương đối phóng điện ngược của sét (β= 0,3) C- tốc độ truyền sóng trong không khí ( C = 300 sμ m ) ⇒ Vt= 0,3.300.5 = 450 ( sμm ) ( lấy t = 5) . H = hc+ hdd: Pha A1-2: H = 25 + 20,8 = 45,8 (m) B1-2: H = 25 + 17,8 = 42,8 (m) C1-2: H = 25 + 14,8 = 39,8 (m) . h∆ = hc- hdd: Pha A1-2: h∆ =25 - 20,8 = 4,2 (m) B1-2: h∆ = 25 - 17,8 = 7,2 (m) C1-2: h∆ = 25 - 14,8 = 10,2 (m) ⇒ Với pha A1-2: HμM Add 9811=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 1+24 845 8202 24−84530+1 845+4582020=2−1 , , , ln ,. , ,),( , ln,., ⇒ Với pha B1-2: HμMBdd 6410=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 1+27 842 8172 27−84230+1 842+45081720=2−1 , , , ln ,. , ,),( , ln,., ⇒ Với pha C1-2: HMCdd μ765=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 1+210 839 8142 210−83930+1 839+45081450=2−1 , , , ln ,. , ,),( , ln,., + Mcs(t)- trở cảm giữa mạch khe sét và mạnh dây chống sét được tính: 85 Hμ β hVt hcM ctcs 215=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 1+2530+12 252+5100302520=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 1++12 2+10= , ),( ..., ln., )( ln,)( + Udcư- thành phần điện cảm ứng lên đường dây và các pha gây ra bỡi diện trường của các điện tích khe sét và trong cột. Hhhβ HvthVthvt β ha h h kU c cdd dd cs dcu .∆)( ))(∆()( ln .., ).( 2+1 +++10−1= ⇒ Với pha A1-2: KvU Adcu 655855=845422530+1 845+53003024+53003025+530030 30 8203010 820 252570−1= 22−1 ,,...),( ),..,)(,..,()..,( ln , ,.., ) , .,( ⇒ Với pha B1-2: KvU Bdcu 096756=842272530+1 842+59027+59025+590 30 8173010 817 251830−1= 22−1 ,,.,..),( ),.)(,.().( ln , ,.., ) , .,( ⇒ Với pha C1-2: KvU Cdcu 214643=8392102530+1 839+590210+59025+590 30 81410300 148 251310−1= 22−1 ,,.,..),( ),.)(,.().( ln , ,., ).,( + is làthành phần dòngđiện sét đi vào trong thân cột được xác định bởi công thức: tα c tcscs ts R ML ai 2−−12 2−= l(. )()( ) Với: + Lcs- điện cảm của dây chống sét C LZ L cscs .= + L- là chiều dài khoảng vượt L = 200 m. + Zcs- tổng trở sóng của dây chống sét Zcs= 410,998 )Ω( + C- tốc độ truyền sóng C = 300 sμ m ⇒ HμLcs 247=300 200998410= ., 86 + 0720=152+274 112=2+ 2=2 ,. . cs ccs c LL R α Vậy ta có: KAi tc 12112=−1112 2152−27430= 50720− ,).( . ,.. ., )( l + Độ biến thiên dòng điện sét : tα c tcscs t tic α R MLa d d .)()( .. . 2−22 2−= l Thay vào ta có: 718=0720112 2152−27430= 50720− ,.,. . ,.. .,)( l t tic d d Bây giờ ta thay các tham số đã tính được và các tham số cho trước sμtsμ KAaRc 5=30=11= ;;Ω vào công thức tính Ucđ ta tính được điện áp đặt lên cách điện các pha: ⇒ Điện áp đặt lên cách điện pha A1-2 ),( taU Acd 2−1 = 57,12 + 855,655 + 102,68.11(1 - 0,257) +30 [11,98 - 0,257.15,2] + (12,48 - 0,257.15)18,7 = 2155,474 Kv ⇒ Điện áp đặt lên cách điện pha B1-2 ),( taU Bcd 2−1 = 57,12 + 756,096 + 102,68.11( 1- 0,183) + 30 [10,64 - 0,183.152] + (10,68 - 0,183.15) 18,7 = 2120,138 Kv ⇒ Điện áp đặt lên cách điện pha C1-2 ),( taU Ccd 2−1 = 57,12 + 643,214 + 102,68.11 (1- 0,131) + 30 [5,76 - 0,131.15,2] + (8,88 - 0,131.15).18,7 = 1924,227 Kv Qua tính toán ở trên ta thấy điện áp đặt lên cáchđiện pha A1-2 là lớn nhất so với các pha khác nên ta lấy pha A1-2 đểtính toán điện áp tác dụng lên chuỗi sứ khi sét đánh vào đỉnh cột đường dây điện. b. Điện áp đặt lên cách điện pha A1-2 trong trường hợp vào đỉnh cột. Điện áp đặt lên cách điện pha A1-2 được tính bởi công thức: cscctcdcLVtcd KVRiUUUU −+++= −−)( 87 Trong đó: ULV= 57,21 KV ( đã tính) dcU − - thành phần điện áp cảm ứng điện. 982585 845+9024+9025+90794= 845242530+1 845+9024+9025+90 30 82010 820 252570−1= +1 +++10−1= 2 2 , ),)(,()( ln, ,.,..),( ),)(,()( ln , ,.., ) , .,( .∆.)( ))(∆()( ln .., ).(− ttt a ttta Hhhβ Hvthvthvt β ha h h kU c cdd dd csd c Với các giá trị của a = 10, 20, 30….100 sμ KA và t = 1, 2, 3….10 (s) Thay Uđcư ta có kết quả bảng sau: A t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 148,49 204,41 239,1 263,75 285,12 301,75 315,92 328,26 339,19 349,00 20 296,97 408,83 478,24 527,49 570,24 603,51 631,85 656,53 678,39 698,00 30 445,46 613,25 957,65 791,25 855,36 905,26 947,77 984,79 1017,58 1047,00 40 593,95 817,66 1197,06 1054,99 1140,48 1207,02 1263,69 1313,05 1356,77 1396,00 50 742,44 1022,08 1436,47 1318,75 1425,59 1508,77 1579,62 1641,31 1695,96 1745,00 60 890,92 1226,49 1675,88 1582,49 1710,71 1810,53 1895,54 1969,58 2035,16 2094,01 70 1039,41 1430,91 1915,29 1846,25 1995,83 2112,28 2211,48 2297,84 2374,35 2443,01 80 1187,89 1635,33 2154,71 2109,99 2280,95 2414,04 2527,40 2626,10 2713,54 2792,01 90 1336,39 1839,74 2154,71 2373,75 2566,07 2715,79 2843,33 2954,37 3052,73 3141,01 100 1484,87 2044,16 2394,12 2637,49 2851,19 3017,55 3159,25 3282,63 3391,93 3494,02 tcU − là thành phần điện cảm từ. Ta có: )(− .. tdd t icdd c t c Mad d LU += Trong đó: ddcU - điện cảm cột tính từ mặt đát đến xà treo dây dãn. 88 t ic d d - tốc độ biến thiên của dòng điện sét đánh vào đỉnh cột, giá trị này phụ thuộc vào sự biến thiên đó là có phản xạ hay chưa có từ cột lân cận trở về. 1+240−5459 845+906164= , , , .(ln,)( t M tdd Thay các giá trị t = 0, 1, 2, 3….10 sμ vào công thức Mdd(t) ta có kết quả ở bảng sau: T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Mdd(t) 6,592 8,707 10,102 11,145 11,98 12,673 12,267 13,783 14,25 14,666 Thành phần điện áp ic Rc: - Khi chưa có phản xạ từ cột lân cận trở về c Lt 2≤ Với L là chiều dài khoảng vượt = 200 m C là vận tốc truyền sóng = 300 sμ sμt 331=300 2002≤ ,. + Dòng điện trong cột ic(t): ta có sơ đồ thay thế như hình vẽ: ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −2−2+= lα Z MZ RZ a i cstcstcs ccs taC )()(),( i 4314=152 112+998410=2 2+=1 ,. ., cs c ccs L RZ α 89 Thay vào biểu thức tính ic(a,t) ta có bảng kết quả Tốc độ biến thiên: t aa t a Z tRZ a d d cs ccst ic 94920=998432 998410=112+998410=2+= , , , ).,( . )( Giá trị t ic d d được tính trong bảng kết quả . Ta có sơ đồ thay thế: i: C LZ L cscs .= Zcs- tổng trở sóng của dây chống sét không có ảnh hưởng của hồ quang HμLcs 198356=300 200297534= ,., Is Rc i Zcs 2 c rq c2i Is Rc i Zcs 2 c rq c2i Lcs 2 Lc cs 90 91 + Dòng điện đi trong cột ic(a,t) là: ( )( ) 0570=152+198356 112=2+ 2= −12−2=1 2 − 2 , ., . )() CS CCS c tα cscs c c LL R αvíi etML R a tai Giá trị MCS(t) ở bảng sau: ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 1+65 50+905= ttMCS ln)( Bảng 3.7 T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 MCS(t ) 9,19 9,24 9,28 9,29 9,32 9,33 9,34 9,35 9,36 9,37 Bảng 3.8 a(KA/ )sμ 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T( )sμ 11,3 4,9 3,5 2,4 1,6 1,3 0 0 0 0 I(KA) 113 98 105 9,6 80 78 0 0 0 0 V1(10-1) 0,132 0,234 0,179 0,253 0,466 0,504 0 0 0 0 Va .10-3 0,031 0,125 0,066 0,149 0,649 0,780 0 0 0 0 )(∆ 2−10aV 0,906 1,059 0,917 0,5 0,869 1,78 0 0 0 0 )( 6−10aVΔV1 11,96 24,78 16,41 12,65 40,49 89,71 0 0 0 0 Ta có: 02220=6010196189==⇒10196== 66∑ ,,.....∆ ηVNnVVV pdcaiPd (lần/100Km.năm) 92 7. Tính xác suất phóng điện khi sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột. 34150=2540+06530+02220=++= ,,,,ddKVc nnnn (lần/100km.năm) ⇒ chỉ tiêu chống sét đường dây tải điện 932=34150 1=1= , ,n m (lần /100km.năm) * Kết luận : ta thấy rằng suất cắt điện trên đường dây 110KV là có thể chấp nhận được (không cao quá), tham số của cột là đảm bảo chỉ tiêu về suất cắt cho đường dây khi có sét đánh vào nó. Vậy để giảm số lần cắt điện do sét có thể dùng các biện pháp sau đây. - Giảm xác suất phóng điện VPđ bằng cách giảm điện trở nối đất cột điện và tăng cường cách điện đường dây. - Giảm trị số góc bảo vệ α để giảm khả năng sét đánh vào dây dẫn. Trường hợp sét đánh vào dây dẫn được xem là nguy hiểm nhất. Vì rất dễ gây phóng điện, như ở đường dây 110KV xác suất phóng điện có thể đạt tới 80%, ở đường dây điện áp cao hơn xác suất này vẫn còn giữ các trị số khá lớn. Tuy nhiên cần phải bảo vệ se yêu cầu cột phải cao và như thế sẽ làm tăng giá thành. Bảng giá trị củûa d-it/ dt =0,949 a/t t a 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 9,492 18,98 4 28,47 6 37,96 8 47,46 0 56,95 2 66,44 4 75,93 6 85,42 8 94,92 0 2 4,746 9,492 14,23 8 18,98 4 23,73 0 28,47 6 33,22 2 37,96 8 42,71 4 47,46 0 3 3,164 6,328 9,494 12,65 6 15,82 0 18,98 4 22,14 8 25,31 2 18,47 6 31,64 0 4 2,373 4,746 7,121 9,492 11,86 5 14,23 8 16,61 1 18,98 4 21,35 7 23,73 93 5 1,898 3,797 5,696 7,594 9,492 11,39 0 13,28 9 15,18 7 17,08 6 18,98 4 6 1,582 3,164 4,747 6,328 7,910 9,492 11,07 4 12,65 6 14,23 8 15,82 0 7 1,356 2,712 4,069 5,424 6,780 8,136 9,492 10,84 8 12,20 4 13,56 0 8 1,187 2,373 3,560 4,746 5,933 7,119 8,306 9,492 10,67 9 11,86 5 9 1,055 2,109 3,165 4,219 5,273 6,328 7,383 8,437 9,492 10,54 7 10 0,949 1,898 2,848 3,797 4,746 5,695 6,644 7,594 8,543 9,492 BẢNG GIÁ TRỊ CỦA [ ]142,0M2t998,410 998,432 a )ait(i )t(csc −−= t a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 9,064 18,554 28,044 37,535 47,026 56,517 66,009 75,500 84,992 94,483 20 18,128 37,108 56,088 75,071 94,052 113,03 5 132,01 7 151,00 0 169,98 3 188,96 6 30 12,192 55,661 84,131 112,60 5 141,07 7 169,55 2 198,02 6 226,50 0 254,97 5 283,44 9 40 36,257 74,115 112,17 5 150,14 1 188,10 3 226,06 9 264,03 5 302,00 0 339,96 6 377,93 2 50 45,321 92,769 140,21 9 187,67 6 235,12 9 282,58 6 330,04 4 377,50 1 424,95 8 472,41 5 60 54,385 111,32 3 168,26 3 225,21 2 282,15 5 339,10 4 396,05 2 453,00 0 509,94 9 566,89 8 70 63,449 129,87 6 196,30 7 262,74 7 329,18 1 395,62 1 462,06 1 528,50 1 594,94 1 661,38 1 94 80 72,513 148,43 0 224,31 5 300,28 2 376,20 6 452,13 8 528,06 9 604,00 1 679,93 3 755,86 5 90 81,577 166,98 4 252,39 4 337,81 7 423,23 2 508,65 5 594,07 8 679,50 1 764,92 4 850,34 8 100 90,642 185,53 8 280,43 8 375,55 3 470,25 8 565,17 3 660,08 7 755,00 2 849,91 6 944,83 1 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Kỹ thuật điện cao áp của VÕ VIẾT ĐẠN 2. Huớng dẫn kỹ thuật điện cao áp của NGUYỄN THỊ MINH CHƯỚC 3. Nhà máy điện và trạm biến áp của NGUYỄN HỮU KHÁI 4. Chống sét cho nhà và công trình của VIỄM SUM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ----------*******------------- NHIỆM VỤ THIẾT KẾ KỸ THUẬT Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Đình Thắng 96 Họ và tên sinh viên : Đoàn Văn Minh Ngành học : Hệ thống điện I/ - Đầu đề thiết kế: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHỐNG VÀ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22KV. II/- Dự liệu ban đầu: Trạm biến áp 110/22 KV có: - 2 lộ 110 KV vào. - 5 lộ 22 KV ra. - 1 lộ 0,4 KV ra. - 2 MBA 110/22KV. - Kích thước trạm: 60 x 100m2. - Điện trở suất đất 10.8,0=dρ 4(Ω cm) - Điện trở nối đất của cột đường dây 110KV là Rc =11(Ω). III/- Nội dung thiết kế. 1- Chương mở đầu: Tình hình giông sét ở Việt Nam sự ảnh hưởng của hệ thống điện. 2- Chương 1: Tính toán chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp. 3- Chương 2: Tính toán hệ thống nối đất cho trạm. 4- Chương 3: Tính toán chỉ tiêu chống sét cho đường dây 110KV. IV/- Các loại bản vẽ thiết kế: ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… V/- Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày / /2003 VI/- Ngày hoàn thành thiết kế: Ngày / /2003 Ngày tháng năm 2003 97 CHỦ NHIỆM KHOA ..................................... GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) ( Ký và ghi rõ họ tên) NGUYỄN ĐÌNH THẮNG Hoàn thành ngày 29 tháng 4 năm2003 Sinh viên thiết kế Đoàn Văn Minh KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 98 MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................... Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG MỞ ĐẦU: TÌNH HÌNH GIÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ TỚI LƯỚI ĐIỆN ......................................................................................................................... 2 I - Tình hình giông sét ở việt nam. ...................................................... 2 II. Sự ảnh hưởng của giông sét tới hệ thống điện: .............................. 4 CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN TRỐNG SÉT ĐÁNH TRỰCTIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP ..... 6 I. Các yêu cầu kỹ thuật: ....................................................................... 7 II. Giới thiệu sơ lược về thiết kế trạm 110/22KV: .............................. 8 III. Phạm vi bảo vệ của cột Thu sét: ................................................... 8 1. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét (H1-1): ............................. 8 2. Phạm vi bảo vệ của hai cột và nhiều cột thu sét : ..................... 9 IV. Khoảng càch an toàn trong không khí và đất. ............................ 11 V. trình tự tính toán chống sét đánh trực tiếp. .................................. 13 1 - Bố trí các cột thu sét : ............................................................ 13 2 - Xác định chiều cao hiệu dụng của cột : ................................. 13 3- Kiểm tra khả năng bảo vệ đối với vật nằm ngoài phạm vi cột thu sét bảo vệ: ............................................................................. 13 4. Kiểm tra lại toàn bộ: ............................................................... 13 VI. lựa chọn phương án bố trí cột: .................................................... 13 1. Phương án 1: ........................................................................... 13 2 - Phương án 2: .......................................................................... 24 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TOÀN TRẠM .................................................. 37 I. Tính toán nối đất an toàn : ............................................................. 40 1. Nối đất an toàn cho trạm 110KV: ............................................ 40 2- Nối đất an toàn cho trạm 22KV: .............................................. 42 II. tính toán nối đất chống sét cho trạm: ........................................... 44 1. Mở đầu: ................................................................................... 44 2- Tính toán nối đất chống sét cho trạm 110 KV: ...................... 46 3. Tính toán nối đất chống sét cho trạm 22KV: .......................... 51 III. Tính toán nối đất cột đường dây 110KV: ................................... 60 1- Nhiệm vụ: ............................................................................... 60 99 2. Hình thức nối đất nhân tạo: ..................................................... 61 3 - Các phương án nối đất: .......................................................... 62 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 110KV ...... 65 I.Đường dây 110Kv. .......................................................................... 68 1.Tham số cột đường dây 110KV ............................................... 68 2. Các số liệu tính toán: .............................................................. 69 II.Tính toán tham số khi sét đánh lên đường dây 110kv .................. 73 1.Số lần sét đánh vào đường dây: ............................................... 73 2. Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét nào dây dẫn. ............ 73 3. Số lần sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận và khoảng trượt .... 74 4. Tính suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. ..................................................................................................... 74 5. Tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt: ........................... 76 6. Tính toán suát cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột. ..................................................................................................... 83 7. Tính xác suất phóng điện khi sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột. ....................................................................................... 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................................. 95