Thiết kế hệ thống chống sét cho một trạm biến áp và đường dây dẫn tới trạm

ds e K T lg τ ττ _ Giả thiết dòng điện đi theo hình 2.1 và điện cực này xem như có 2 nhánh ghép song song cách xa nhau. Khi đó chiều dài mỗi nhánh : l = mL 81 2 162 2 == - Điện cảm trên một đơn vị dài L0 của 1 nhánh là: ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −= 31,0ln2,00 r ll Với r = m125,0 2 25,0 = ⇒ ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −= 31,0 125,0 81ln2,00l = 1,234 - Điện dẫn trên một đơn vị dài g0 của 1 nhánh : lR g ntxk .2 1 0 = Rntxk : là điện trở nhằm tạo tính yêu cầu nối đất xung kích. l : là chiều dài 1 nhánh. ⇒ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ Ω== mg 10062,0 81.989,0.2 1 0 Từ đó ta có : 2 2 2 2 00 1 14,3 81.0062,0.23,1.. =Π= lgl T ⇒ T1 = 5,074 μs. 30 150== a I s dsτ = 5 μs. Ta có : ∑∑∑ ∞ = −∞ = −∞ = −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ − 1 2 1 2 1 2 111 K T K T K K e K e K K ds K ds τ τ ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 48 = ∑∞ = − −Π 1 2 2 6 K T K e K dsτ Đặt A = K ds T K e K τ−∞ = ∑ 1 2 1 ⇒ A = 222 .....32 K eeee K ds K ds K ds K ds TTT T τττ τ −−−− ++++ Với 21K TTK = Trong đó :T1 = 5,074 μs. ⇒ 21 1 074,5=KT = 5,074 μs. 22 2 074,5=KT = 1,269 μ 23 3 074,5=KT = 0,564 μs. Ta có: Với TK2 = 1,269 μs thì: 269,1 5= K ds T τ = 3,94 > 3 Vì vậy: K ds Te τ− ≅ 0 Vì vậy để xác định A ta cần tính đến TK2 = 1,269 μs. ⇒ A = 2 074,5 5 2 074,5 5 21 −− + ee A = 0,372 + 0,0049 = 0,3771 Ta có : ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −Π+= 3771,0 65 074,5.21 81.062,0.2 1,0 2 dsZ τ = 3,554 Ω - Biên độ dòng điện sét Is = 150 kA. Ta có điện áp tại đầu cực tại thời điểm τđs là : ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 49 U (0, τđs ) = Is . Z (0, τđs ) = 150 . 3,554 ⇒ U (0, τđs ) = 533,13 kV Với U (0, τđs ) = 533,13 kV lớn hơn nhiều so với điện áp phóng điện của chuỗi sứ là U50% = 460 kV Vậy ta phải nối đất bổ xung. Có ngĩa là tại chỗ dòng điện sét đi vào ta phải nối thêm một bộ phận nối đất. Hình thức của loại nối đất này đó là nối đất tâp trung. Vì vậy khi tính đến điện trở xung kích cần phải chú ý đến ảnh hưởng của nó. 2.3.3.Nối đất bổ xung. Trong trạm có nhiều điểm cần nối đất bổ xung nhưng để đơn giản ta chỉ xét nối đất bổ xung tại 1 điểm và giả thiết sóng xung kích đi vào hệ thống nối đất tại điểm ấy . Như vậy phần nối đất bổ xung ta dùng một thanh ngang dài 15m chôn sâu t= 0,8m , dùng loại thép dẹt có b = 0,04m và 5 cọc thép dài 3m loại thép góc L60 × 60 × 60 ×6 mm được bố trí như hình 2.4. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 50 Hình 2.4. - Điện trở của thanh ngang ở tần số công ngiệp là: td Kl l KR dmsT 2 ln .2 . Π= ρ Trong đó: Kms = 1,25 ρđ = 80 Ω l = 15 m K = 1 02,0 2 04,0 2 === bd m t = 0,8 m ⇒ 8,0.02,0 15.1ln 15.14,3.2 80.25,1 2=TR = 10,139 Ω - Điện trở của 1 cọc : ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ − ++Π= lt lt d l l R ttC , , 4 4ln 2 12ln .2 ρ Trong đó : mt 3,2 2 38,0, =+= ρtt = ρđ . Kms với Kms = 1,15 d = 0,95b = 0,95. 0,06 = 0,057 m ⇒ ρtt = 80. 1,15 = 92 Ω ⇒ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − ++= 33,2.4 33,2.4ln 2 1 057,0 3.2ln 3.14,3.2 92 CR = 24,391 Ω. Vậy điện trở nối đất của hệ thống nối đất hình tia có chôn cọc là: CTTC Tc Bxxk RnR RR R ηη ... . += Trong đó: Rc, RT là điện trở nối đất của cọc và thanh hình tia n = 5 là hệ số cọc. μc, μT là hệ số sử dụng của cọc và thanh. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 51 a là khoảng cách giữa các cọc. a = 3m. L là chiều dài mỗi cọc . L = 3m. Ta có tỷ số 1= l a Tra bảng 3 và bảng 5 sách Hướng Dẫn Thiết Kế Tốt Nghiệp Kỹ Thuật Điện Cao áp của tác giả Nguyễn Minh Chước ta có: ηc = 0,73. μT = 0,74 ⇒ 73,0.139,10.574,0.391,24 391,24.139,10 +=BxxkR = 4,492 Ω. - Tính toán điện trở nối đất khi có nối đất bổ xung. Giả sử sóng cùng đi vào hệ thống nối đất như trước thì ta có: ( ) ∑∞ = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ Π− + ++= 1 2 2 cos 1 2. ,0 K T x Bx Ntxk k Ntxk ntxkBx NtxkBx ds K dsk e R R x R RR RRZ τ τ Trong đó: Rntck: là điện trở nối đất nhân tạo xung kích. Rbx: Là điện trở nối đất bổ xung. T1 = 0,574 μs. Ta xác định được: 1 2 T x dsk τ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ Π Để đảm bảo được chính xác ta lấy giá trị: 1 2 T x dsk τ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ Π ≤ 3 . ⇒ ⎟⎟⎠ ⎞⎜⎜⎝ ⎛ 074,5.14,3 5 2Kx ≤ 3. ⇒ xK ≤ 5,48 xK là ngiệm phương trình: tgx = - x R R Bx Ntxk . ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 52 ⇒ tgx = - x 492,4 989,0 = -0,22 x Để giải phương trình ta dùng phương pháp đồ thị. Giao điểm của đường thẳng y = tg x và y = -0,22 x sẽ là ngiệm của phương trình. Với các ngiệm ta chỉ lấy thoả mãn với điều kiện trong khoảng: 0 < xk < 5,48 - Ta có đồ thị: y = tg x và y = 0,22 x Giá trị thoả mãn 0 < xk < 5,48 là xk = 2,62 Vậy: ( ) 2 2,62 5 3,14 5,074 ds 2 4,429.0,989 2.0,989 Z 0, e 14,429 0,989 0,22 cos 2,62 ⎛ ⎞−⎜ ⎟⎝ ⎠τ = ++ + = 1,4 Ω. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 53 Điện áp tại đầu cực nối đất khi có dòng điện đi vào với Is = 150kA là: U( 0,τđs ) = Is. Z(0,τđs ) =150 . 1,45 =217,5 kV. Vậy U( 0,τđs ) = 217,5 kV < U50% = 460 kV (Điện áp phóng điện của chuỗi sứ ). Như vậy hệ thống nối đất được thoả mãn. Kết luận: Sau khi tính toán ta thấy để đảm bảo yêu cầu của hệ thống nối đất trong trạm ta cần phải thiết kế hệ thống nối đất mạch vòng có chôn cọc nối đất và bổ xung một hệ thống thanh và cọc dạng tia là hợp lí. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 54 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY 110KV 3.1.Yêu cầu đối với bảo vệ chống sét đường dây. - Đường dây tải điện là phần tử dài nhất trong hệ thống điện nên dễ xảy ra hiện tượng sét đánh và chịu tác động của quá điện áp khí quyển. Quá điện áp khí quyển có thể dẫn đến cắt máy cắt đường dây ảnh hưởng đến sự cung cấp của lưới điện đồng thời có thể phá hoại cách điện của các thiết bị trong trạm nên ta phải tiến hành ngiên cứu chống sét cho đường dây tải điện. Đặc biệt là những đường dây gần trạm với tham số lớn gây nguy hiểm cho cách điện, thiết bị trong trạm . - Quá điện áp xuất hiện trên đường dây là do sét đánh trực tiếp vào dây dẫn, vào dây chống sét ,vào cột của đường dây hoặc đánh xuống đất trong phạm vi gần đường dây gây cảm ứng lên đường dây. Khi xét đến chỉ tiêu kinh tế ta không thể chọn theo mức cách điện đường dây đáp ứng được yêu cầu quá điện áp khí quyển, vị trí của quá điện áp khí quyển là rất lớn mà chỉ có chọn theo mức độ hợp lí về kinh tế và kỹ thuật. - Với độ treo cao trung bình của dây chống sét là h đường dây chống sét sẽ thu hút về phía mình các phóng điện sét trên dải đất có chiều rộng là 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây. +Tổng số lần sét đánh vào đường dây hàng năm được tính theo công thức : N = (0,6÷ 0,9).htb.L.nngs.10-3 (3-1) Trong đó : - htb là chiều cao trung bình của dây chống sét (m). - L là chiều dài đường dây(Km). - nngs là số ngày có sét hàng năm trong khu vực có đường dây đi qua. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 55 + Tuỳ theo vị trí sét đánh quá điện áp xuất hiện trên cách điện của đường dây khác nhau. Ta phân biệt như sau: - Số lần sét đánh vào đỉnh cột và khu vực gần cột: Nđc = 2 N Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: Nα = N.Vα Vα :là xác xuất đánh vào dây dẫn phụ thuộc vào góc α. Ta có :lg Vα = 490 −hcα + hc là độ cao của cột + α là góc bảo vệ . - số lần sét đánh vào điểm giữa khoảng vựơt Nkv = N – Nđc - Nα +Khi bị sét đánh quá điện áp tác dụng vào cách điện của đường dây có thể gây ra phóng điện. Nó đặc trưng bởi xác xuất phóng điện Vpđ và tương ứng với số lần phóng điện : Npđ = N . Vpđ + Khi có phóng điện trên cách điện của đường dây, máy cắt có thể bị cắt ra nếu có xuất hiện hồ quang tần số công nghiệp tại nơi phóng điện. 3.2. Các thông số tính toán chỉ tiêu chống sét cho đường dây tải điện . 3.2.1. Các thông số ban đầu. - Đường dây tải điện 110 kV với số lộ là 2 lộ đơn. - Loại cột sắt. - Chuỗi sứ 7 bát chọn loại Π - 4,5 dài 1,2 m. - Dây dẫn AC – 95. - Dây chống sét C – 70. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 56 - Khoảng vượt lkv = 180m. - Điện trở xuất của đất ρ = 75 Ωm. - Điện trở nối đất Rc = 12Ω. - Số ngày sét đánh trong 1 năm: nngs = 95 ngày/năm. - Nhiệt độ lớn nhất 40oC. - Góc bảo vệ pha A: αA = 230. - Góc bảo vệ pha B,C: αB,C = 200. 3.2.2.Các số liệu tính toán. - Dây chống sét C 70 chọn đường kính dcs = 11,4mm; r = 5,7 mm. - Chiều cao cột hc = 18m. - Điện áp phóng điện của chuỗi sứ U50% = 660 kV. - Hệ số hiệu chỉnh vầng quang 110 kV là λ = 1,3. - Chiều cao của dây chống sét: hcs = 18 m. - Chiều cao của pha A là: hA =14,2 m. - Chiều cao của pha B và pha C là h(B,C) = 11,2 m. 1. Độ cao trung bình của dây chống sét. tbcsh = hcs - csf3 2 Trong đó: fcs : Là độ võng của dây chống sét. * Tính fcs. - Theo chương 7 trang 159 sách thiết kế cấp điện của tác giả Ngô Hồng Quang và Vũ Văn Tẩm ta có: max 1 2 8 . δ glf kvcs = Với : lkv là chiều dài khoảng vượt . g1 là tỷ tải do trọng lượng bản thân dây. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 57 1000 0 1 gg = , N/m.mm2. g0 là trọng lượng riêng của chất cấu tạo dây.N/dm3 Với dây thép ta có g0 =77N/dm3. ⇒ 1000 77 1 =g = 77 . 10-3 N/m.mm2. Tính δθmax. Tacó phương trình trạng tháI: )( 2424 . minmax 0 0 2 0 2 3 2 max2 max0 2 1 2 max θθβ α δβδδβδ θθ −−−=− cbao kv c kv glgl g3 là tỷ tải tổng hợp: 22213 ggg += N/m.mm2. g2 là tỷ tải do áp lực gió gây nên: 3 2 2 10..16 ....81,8 F vdc F Pg α== α: là hệ số biểu thị sự phân bố không đồng của gió trên đỉnh cột. α = 1 ; v = 20 m/s. d: là đường kính dây dẫn, với dây C 70 chọn d = 11 mm. F: là tiết diện của dây dẫn: F = 70 mm2. C: là hệ số bề mặt của không khí phụ thuộc bề mặt chịu gió. Với dây có d < 20 mm thì c = 1,1. ⇒ 32 10.70.16 20.11.1,1.1.81,9=g = 42,4. 10-3 N/m.mm2. ⇒ ( ) 623 10.4277 −+=g = 87,71. 10-3 N/m.mm2. Theo bảng 7.4 sách thiết kế cấp điện ta có: α0 = 12. 10-6 C0 1 E = 19,6. 104 N/mm ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 58 ⇒ 40 10.6,19 11 == E β = 5,1. 10-6 mm2/ N. === 5,2 540 n gh cp δδ 216N/ mm2. + Khoảng vượt tới hạn: ( ) ( )( ) 622 6 2 1 2 3 min 10.779,87 52510.12.24216 24 − − − −=− −= gg l baocpth θθαδ = 386,67m Khoảng vượt của cột là l = 180 m < lth = 386,67 m ⇒ ứng suất lớn nhất sẽ xuất hiện trong dây khi θmin. Lấy δmin = δcp =216 N/mm2. ⇒ Ta có phương trình: ( )540 10.1,5 10.2,1 216.10.1,5.24 10.9,87.180216 ..10.1,5.24 10.77.180 6 6 26 622 2 max 6 622 max −−−=− − − − − − − θ θ δδ ⇒ δ2θmax ( δθmax – 95,1 ) = 1569441,176 GiảI phương trình ta có: δθmax = 158 N/mm2. ⇒ Độ võng của dây là: m gl f kvcs 974,1158.8 10.77.180 8 . 32 max 2 1 === − θδ ⇒ Độ cao trung bình của dây thu sét: cscstbcs fhh 3 2−= = 18 - m684,16974,1 3 2 = 2. Độ treo cao trung bình của dây dẫn. Ta dùng cột hình Π có 1 dây chống sét bố trí như hình vẽ 3.1 . ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 59 * Tính độ võng của dây dẫn điện. - Theo chương 7 trang 159 sách thiết kế cấp điện của tác giả Ngô Hồng Quang và Vũ Văn Tẩm ta có: max 1 2 8 . δ glf kvdd = Với : lkv là chiều dài khoảng vượt . g1 là tỷ tải do trọng lượng bản thân dây. F FgFgg BBAA 1000 .. 03,11 += , N/m.mm2. gA là trọng lượng riêng của nhôm: gA = 26,5 N/dm3 gB là trọng lượng riêng của thép: gB = 77 N/dm3 FA : là tiết diện của nhôm: FA = 95,4 mm2. FB : là tiết diện của thép: FB = 15,9 mm2. F: là tiết diện của dây dẫn: F = FA + FB = 111,3 mm2. ⇒ 31 10.7,343,111.1000 9,15.775,94.5,2603,1 −=+=g N/m.mm2. Tính δθmax. Tacó phương trình trạng thái: )( 2424 . minmax 0 0 2 0 2 3 2 max2 max0 2 1 2 max θθβ α δβδδβδ θθ −−−=− ACbao kv Ac kv glgl δθmax là ứng xuất tương ứng. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 60 lkv là chiều dài khoảng vượt. β0 : là hệ số kéo dài đàn hồi của vật liệu làm dây dẫn. AFe aEE a + += 10β EFe: là mô đun đàn hồi của vật liệu thép: EFe = 196.103 N/mm2. EA: là mô đun đàn hồi của vật liệu nhôm: EA = 61,6.103 N/mm2. 6 5,4.1 5,4.6 === A Fe F F a 330 10.6,61.610.196 61 + +=β = 12,376.10-6 mm2/N g3 là tỷ tải tổng hợp: 22213 ggg += N/m.mm2. g2 là tỷ tải do áp lực gió gây nên: 3 2 2 10..16 ....81,9 F vdc F Pg α== α: là hệ số biểu thị sự phân bố không đồng của gió trên đỉnh cột v = 31,5 mm , ⇒ α = 1 C: là hệ số bề mặt của không khí phụ thuộc bề mặt chịu gió. Với dây có d > 20 mm thì c = 1,2. d = 31,5 mm , F = 111,3 mm2 ⇒ 3 2 2 10.3,113.16 20.5,31.2,1.1.81,9=g = 83,07.10-3 N/m.mm2. ⇒ g3 = ( ) 3622 10.645,8910.07,837,34 −− =+ N/m.mm2. α0: là hệ số giãn nở dài của dây phức hợp. α0 = AFe AAFeFe EaE EaE . ... ª + + αα ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 61 αFe: là hệ số giãn nở dài của thép: αFe =12.10-6 C0 1 αA: là hệ số giãn nở dài của dây nhôm: αA =23.10-6 C0 1 33 3636 0 10.6,61.610.196 10.6,61.10.23.610.196.10.12 + +=⇒ −− α = 19,2 .10-6 C0 1 θmax: là nhiệt độ lớn nhất: θmax = 400C. θbao: là nhiệt độ khi bão : θbao = 25 0C. - Tính ứmg suất dây AC- 95 theo trạng thái θmin và θbao với : 2/5,78 2 157 mmN n ACgh Accp === δδ ( )( )[ ] 0 min00min . 1 βθθααδδθ AAAgh EE−−−= θ0 : Nhiệt độ môi trường chế tạo dây: Lấy θ0 =15 0C. θmin : Là nhiệt độ nhỏ nhất: θmin = 50C. δθmin = [78,5-(23.10-6-19,2.10-6)(15- 5).61,6.103] 63 10.316,12.10.6,61 1 − = 99,9 N/mm2. δbão = [δcp – ( αA - αAC)(δ0 - δbão).EA] A AC E E ( )( )[ ] 0 0 . 1 βθθααδ AAbaoACAAcp EE−−−= δbão : là nhiệt độ khi bão. Lấy δbão = 25 0C. ⇒ δbão=[78,5-(23.10-6-19,2.10-6)(15-25).61,6.103] 63 10.376,12.10.6,61 1 − = 106,04 N/mm2. Khoảng vượt tới hạn của dây AC – 95 là: ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 62 ( ) ( ) 2323 6 2 min 1 2 3 min 9,99 10.7,39 04,106 10.645,89 525.10.23.2424 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛−⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛−⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= −− − θαα θθα ACACbao baoA th gg l ⇒ lth = 135,647 m. Khoảng vượt của cột là l = 180 m > lth = 135,647 m ⇒ ứng suất lớn nhất sẽ xuất hiện trong dây khi có bão: δmax = δbao = 106,04 N/mm2. Độ võng lớn nhất xuất hiện lúc δmax và v = 0 m/s. ⇒ Ta có phương trình: ( ) ( )2540 10.376,12 10.2,19 04,106.10.376,12.24 10.645,87.180106 ..10.376,12.24 10.7,34.180 6 6 26 622 2 max 6 232 max −−−=− − − − − − − θ θ δδ ⇒ δ2θmax ( δθmax – 8,25 ) = 123883,444 Giải phương trình ta có: δθmax = 53 N/mm2. ⇒ Độ võng của dây là: m gl f kvdd 654,253.8 10.7,34.180 8 . 32 max 2 1 === − θδ + Độ cao trung bình của dây dẫn pha A là : hdd(tb) = hdd - 3 2 fdd hdd(tb) = 14,2 - 3 2 . 2,654 = 12,43 (m) + Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha (B,C) hdd(tb) = hdd - 3 2 fdd (m) (3-7) hdd(tb) = 11,2 - 3 2 . 2,654 = 9,43 (m) 3. Tổng trở sóng của dây dẫn được tính theo công thức ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 63 Zdd = 60.ln dd )tb(dd r h.2 (Ω) (3-8) a. Tổng trở sóng của dây dẫn pha A : Zdd = 60.ln 310.75,6 43,12.2 − = 492,688 (Ω) b. Tổng trở sóng của dây dẫn pha B và pha C : Zdd = 60.ln 310.75,6 43,9.2 = 476,155 (Ω) 4. Tổng trở sóng của dây chống sét : a. Khi không có vầng quang : Zcs = 60.ln cs )tb(cs r h.2 (Ω) (3-9) Zcs = 60.ln 310.7,5 684,16.2 − = 520,49 (Ω) b. Khi có vầng quang : Do ảnh hưởng của vầng quang điện sẽ làm điện dung tăng lên do đó làm tổng trở sóng giảm đi vì vậy ta phải chia cho hệ số hiệu chỉnh λ Đường dây 110 kV dùng dây chống sét treo toàn tuyến. Tra trong bảng 3-3 sách hướng dẫn thiết kế KTĐCA ta chọn λ = 1,3. Vậy ta có : Zcs(vq) = 379,4003,1 49,520 ==λ csZ Ω (3-10) 5. Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn với dây chống sét : ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 64 Hình 3 - 2 Hệ số ngẫu hợp của dây dẫn và dây chống sét được xác định theo công thức : K = 2 2 2 2 2 ln ln r h d D K K (3-11) Trong đó: D2K và d2K là các khoảng cách được biểu thị trên hình vẽ (3-2). D2K= 2)tb(dd)tb(cs2xμ )h+h(+)l( (m) (3-12) d2K = 2)tb(dd)tb(cs2xμ )h_h(+)l( (m) - L xà : là chiều dài xà treo dây dẫn - h2 và r2 là chiều cao trung bình và bán kính của dây chống sét - h2 = hcs(tb) = 16,684 (m) ; r2 = 5,7.10-3 (m) a. Tính hệ số ngẫu hợp của pha A với dây chống sét. Ta có : hdd(tbA = 12,43 (m) - Chiều dài xà treo dây A: Ta có: αA =230 Chiều cao từ cột thu sét đến pha A: 18- 14,2= 3,8 (m) Gọi chiều dài xà là X ta có: tgα = 8,3 X ⇒ tg230= 8,3 X ⇒ X=1,613 m Vậy ta tính được giá trị D2A và d2A: D2A = 22 )43,12684,16(613,1 ++ = 29,16 (m) d2A = 22 )43,12-684,16(613,1 + = 4,55 (m) Hệ số ngẫu hợp của pha A là : ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 65 KA = 0057,0 684,16.2ln 55,4 16,29ln = 675,8 858,1 = 0,214 Khi có ảnh hưởng của vầng quang hệ số ngẫu hợp của pha A là : KAvq = KA.λ = 0,214.1,3 = 0,278 b. Tính hệ số ngẫu hợp của pha B và C đối với dây chống sét ta có : hdd(tb) B,C = 9,43 (m) ; + Tính chiều dài xà treo dây B , C. Ta có góc bảo vệ pha B, C là αB = αC = 200. Chiều cao từ cột thu sét đến pha B, C là: 18 – 11,2 = 6,8 m. Gọi chiều dài xà là L ta có: tg 200 = 8,0 L ⇒ L = 6,8. tg 200 = 2,475m. Vậy ta có chiều dài xà là 2,475m. Vậy ta tính được các giá trị D2B,C và d2B,C : D2B,C = 22 )43,9684,16(475,2 ++ = 26,231 (m) d2B,C = 22 )43,9-684,16(475,2 + = 7,665 (m) Hệ số ngẫu hợp của pha B,C là : KB,C = 3_10.7,5 684,16.2ln 665,7 231,26ln = 0,142 (m) Khi có ảnh hưởng của vầng quang, hệ số ngẫu hợp của pha B và C sẽ là: KB,Cvq = KB,C. λ = 0,142.1,3 = 0,184 3.3. Tính toán các chỉ tiêu. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 66 3.3.1. Xác định tổng số lần sét đánh vào đường dây trong 1 năm với chiều dài 100 Km . N = (0,6÷ 0,9).h.L.nngs.10-3 (lần/100Km năm) Theo các số liệu ở trên ta có: N= (0,6÷0,9). 16,684. 110,95. 10-3 N= ( 95,1÷ 142,65 ) (lần /100Km năm) Ta chọn khả năng nguy hiểm nhất là có vùng xảy ra nhiều sét để tính. Ta lấy giá trị N= 142,65 (lần/100 Km năm ) là tổng số lần sét đánh vào đường dây. 3.3.2. Tính suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn (ncđ ) Ta có: ncđ = N. Vα. η. Vpđ - Xác suất này sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: lg Vα = (α. 90 h cs ) - 4 (3-13) Trong đó : - α là góc bảo vệ của dây chống sét đối với dây dẫn. - hcs: chiều cao của dây chống sét ở cột (chiều cao cột điện). ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 67 Hình 3 - 4 Có thể xem tại nơi sét đánh , mạch của khe sét được ghép nối tiếp với tổng trở sóng của dây dẫn có trị số bằng : Zdd / 2 (dây dẫn 2 phía ghép song song ). Vì tổng trở sóng của dây dẫn khá lớn ( Zdd = 400÷500 Ω ) nên dòng điện sét giảm đi nhiều so với khi sét đánh vào nơi có nối đất tốt. I= Is. 2 Z +Z Z dd 0 0 ≈ 2 Is (3-14) Khe sÐt Zdd Is 2 Is 4 Is 4 Zdd Hình 3 - 4 Từ đó ta tính được điện áp dây dẫn khi bị sét đánh : Udd = 4 . ddZI (3-15) Trong đó Zdd là tổng trở sóng của dây dẫn. Nếu điện áp dây dẫn lớn hơn mức cách điện xung kích của chuỗi cách điện thì sẽ có phóng điện trên cách điện, gây sự cố ngắn mạch 1 pha chạm đất. N(1) do sét : Udd ≥ U0,5 (3-16) U0,5 trị số phóng điện xung kích bế nhất của chuỗi cách điện. Vậy 4 . ddZI ≥ U0,5 Độ lớn của dòng điện sét đủ lớn để gây lên phóng điện trên cách điện đường dây là: ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 68 I ≥ dd dd Z U.4 (3-17) Vậy xác suất phóng điện là : Vpd = P {I ≥ dd 5,0 Z U.4 }= dd 0,5 26,1.Z -4.U e (3-18) Suất cắt do sét đánh vào dây dẫn được xác định theo công thức : ncđ = Ndd. Vpđ. η (3-19) Trong đó : - Ndd là số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn trên chiều dài 100 Km - Ndd = N.Vα - N là tổng số lần sét đánh trên đường dây chiều dài 100 Km trong một năm - N= 142,65 lần/100 Km năm. - Vα là xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét xác định theo công thức (3-13). - η là xác suất hình thành hồ quang - Vpđ là xác suất phóng điện Vpđ = dd 0,5 26,1.Z -4.U e - Zdd là tổng trở riêng của dây dẫn được xác định theo công thức (3-8) Zdd = 60ln dd dd r h2 Trong đó : - hdd là độ cao trung bình của dây dẫn - rdd là bán kính của dây dẫn Đường dây 110 kVđược tính toán với dây dẫn AC-95 có : r = 6,75 mm = 6,75.10-3 m Ta có : npđdd = N. Vα. ..1,26 .4 5,0 ddZ U e − (lần / 100 Km năm) (3-20) ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 69 Theo công thức (3-20) ta có nhận xét : ™ Khi chiều cao trung bình của dây dẫn tăng thì Zdd tăng do đó dd 5,0 Z.1,26 U.4 giảm và dẫn đến 0,5 dd -4.U 26,1.Ze tăng (nghĩa là Vpđ tăng), từ đó ta có ndd tăng. Với lý do như vậy ta chọn pha B (pha trên cùng ) làm pha tính toán cho suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. Vì pha này có góc α lớn và hdd lớn αA = 230 Zdd = 429,688 Ω ™ Tính toán suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào pha A Theo công thức (3-13): lg Vα = (α. 90 h cs ) - 4 Với : αA = 230 ; hcs = 18 (m) Ta có : lg Vα = 90 1823 - 4 = -2,9158 Vậy Vα = 0,0012 ™ Tính xác suất hình thành hồ quang η : η = f(ELV) (3-21) η phụ thuộc vào cường độ điện trường (Elv) đưọc xác định theo công thức : Elv = ®p fa l U (kV/ m) Trong đó : - U pha là giá trị hiệu dụng của điện áp pha (kV) Ufa = 3 110 = 63,508 kV - lpđ là chiều dài mạch phóng điện lấy bằng chiều dài chuỗi sứ lpđ = 1,2m ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 70 Ta có : Elv = 2,1 508,63 = 52,92 (kV / m) Tra bảng (21-1) sách giáo trình KTĐCA và dùng phương pháp ngoại suy ta có η= 0,61. Vậy ta có xác suất hình thành hồ quang η= 0,61 Tính xác suất phóng điện Vpđ = dd 0,5 26,1.Z -4.U e Trong đó : - U0,5 là trị số điện áp phóng điện xung kích bé nhất của chuỗi cách điện đường dây. Tra bảng 3 sách hướng dẫn tốt nghiệp KTĐCA U0,5 = 660 kV - Zddlà tổng trở sóng riêng của dây dẫn pha B đã tính được ở trên là - Zdd (A) = 492,688Ω - Vậy xác suất phong điện Vpđ là : Vpđ = dd 0,5 26,1.Z -4.U e = 688,492.1,26 660.4− e = 0,8144 Tổng số sét đánh vào đường dây là N = 142,65 (lần/100Km năm ) Elv = ®p fa l U (kV/ m) Thay các giá trị Vα , η, -4.660 26,1.494,77e ,N vào công thức (3-21) ta có suất cắt do sét đánh vào dây dẫn là : Ncd = N. Vα,.η. 4.660 26,1.492,688e − ncd = 142,65. 0,0012. 0,61. 0,08144 = 0,085 lần/ 100 Km năm 3.3.3. Tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt: Tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt như sau : Nckv = Nkv.Vpđ.η (lần / 100 Km năm) trong đó : N kv số lần sét đánh vào khoảng vượt η xác suất hình thành hồ quang. Vpđ xác suất phóng điện. 1. Tính số lần sét đánh vào khoảng vượt ( Nkv) ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 71 Nkv = Nc = N/2 Nc :Tổng số lần sét đánh trong khoảng cột N :Tổng số lần sét đánh vào đường dây xét cho chiều dài 100 Km trong năm Vậy Nkv được xác định : Nkv = Nc = 2 65,142 = 71,325 (lần / 100 Km năm) 2. Tính xác suất hình thành hồ quang η Ở mục 3-3.2 áp dụng phương pháp ngoại suy vào hàm η = f(Elv) ở hình 3-5 ta đã tính được giá trị η = 0,61 3. Tính xác suất phóng điện (Vpđ) Khi sét đánh vào dây chống sét trong khoảng vượt để đơn giản ta giả thiết sét đánh vào điểm giữa khoảng vượt dòng điện sét sẽ chia đều về hai phía như hình vẽ (3-6) Hình 3 - 6 ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 72 Ở mỗi cột dòng điện có giá trị là at/2 giả thiết dòng điện sét có dạng xiên góc ta có phương trình của dòng điện sét : is = at nếu t < Τđs I nếu t ≥ Tđs Ta sẽ tính toán cho các giá trị a = 10,20,30,40,50,60,70,80,90,100 (kA/ μs) t = 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 (μs) ; Rc = 12 Ω a- Điện áp tại đầu cột D trên hình (3-6) có trị số bằng : UD = 2 at .R + Lccs. dt ) 2 at (d = 2 at .R + 2 a . Lccs = 2 a (t.R + Lccs) (3-23) Trong đó : - R là điện trở nối đất của cột điện - a là độ dốc dòng sét (kA/ μs) - Lccs là điện cảm thân cột tính từ mặt đất lên đến dây chống sét - Lccs = hcs. L0 ( Với hcs = 18 m ) - L0 điện cảm thân cột có giá trị là 0,6 (μH/m) Vậy : Lccs =18 .0,6 = 10,8 (μH) b. Điện áp xuất hiện trên dây dẫn : Udd = Kvq. UD + Ulv (3-24) Trong đó : - Ulv là điện áp làm việc của đường dây. Ulv được tính như sau : Ulv = T 2 . ∫T 0 3 2 U.sinωt.dt = Π 2 . 3 2 .U = 0,52U (KV) (3-25) Ulv = 0,52. 110 = 57,2 (kV) Ud -là điện áp tại điểm D Kvq là hệ số ngẫu hợp (khi kể đến ảnh hưởng vầng quang) giữa dây dẫn pha với dây chống sét ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 73 c. Điện áp đặt lên chuỗi sứ Điện áp đặt lên chuỗi cách điện là tổng đại số của các thành phần trên Ucđ = UD - Kvq.UD + Ulv (kV) = UD(1 - Kvq)+ Ulv (kV) = 2 a (1 - Kvq)(t.R + Lccs) + Ulv (kV) (3-26) Đối với loại cột điện ta thiết kế thì hệ số Kvq pha B hoặc pha C bé hơn so với của pha A Kvq(B,C) = 0,184 < Kvq (A) = 0,287 Do đó trong tính toán ta sẽ tính với pha B hoặc pha C. Vậy ta có Kvq=0,184 . Thay các trị số vào công thức (3-26) Lccs = 10,8 (μH) ; Ulv = 57,2 (kV) Ta có Ucđ = 2 a (1 - 0,184 )(t.R +10,8 ) + 57,2 Ucđ = 0,408 .a.(t.R +10,8 ) + 57,2 (3-27) Giá trị Ucđ khi sét đánh vào khoảng vượt với độ dốc a thay đổi ở các thời điểm t khác nhau với Rc = 12 Ω , ta lập được bảng sau (bảmg 3-1): ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 74 Bảng 3-1 a (kA/μs) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 150,22 4 119,18 4 248,11 4 297,10 4 346,06 4 395,02 4 443,98 4 492,94 4 541,09 4 590,864 20 243,04 8 338,72 439,08 8 537,08 8 634,92 8 732,84 8 830,76 8 928,68 8 1026,6 1 1124,53 30 336,27 2 483,15 2 630,03 2 776,91 2 923,79 2 1070,6 7 1217,5 5 1364,4 3 1511,3 1 1658,19 40 429,29 6 625,13 6 820,97 6 1016,8 2 1212,6 6 1408,5 1604,3 4 1800,1 8 1996,0 2 2191,86 50 522,32 767,12 1011,9 2 1256,7 2 1501,5 2 1746,3 2 1991,1 2 2235,9 2 2480,7 2 2725,52 60 615,33 4 909,10 4 1202,8 6 1496,6 2 1790,3 8 2084,1 4 2377,9 0 2671,6 6 2965,4 2 3259,18 4 70 708,36 8 1051,0 9 1393,8 1 1736,5 3 2079,2 5 2421,1 7 2764,6 9 3107,4 1 3450,1 3 3792,85 80 801,39 2 1193,0 7 1584,5 7 1976,4 3 2368,1 1 2740,2 1 3151,4 7 3543,1 5 3943,8 3 4326,15 90 894,41 6 1335,0 6 1775,7 2216,3 4 2656,9 8 3097,6 2 3538,2 6 3978.9 4419,5 4 4860,18 100 987,44 1477,0 4 1966,6 4 2456,2 4 2945,8 4 3435,4 4 3925,0 4 4414,6 4 4904,2 4 5393,84 Từ các số liệu tính được ở bảng 3-1 ta vẽ được hàm Ucđ= f(a,t) như hình vẽ (3-8) Trên hình vẽ 3-8 ta kết hợp vẽ đặc tuyến phóng điện của chuỗi sứ theo các số liệu ở bảng 3-2 Bảng 3-2 ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 75 t(μs) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 7Π- 4,5 1020 930 860 815 790 790 780 780 770 Khi Ucđ ≥ Upđcs sử dụng đồ thị trên hình (3-8) thì xác định được các tham số để tại đó xảy ra phóng điện trên chuỗi sứ. Giả thiết phóng điện xảy ra ở thời điểm t = Tđs thì cặp (Ii, ai) ta xác định được cặp thông số nguy hiểm (Ii, ai) qua công thức : Ii = ai. ti (kA) Từ cặp số (Ii, ai) ta vẽ được đường cong nguy hiểm (Hình 3-9) Xác suất phóng điện Vpđ là xác suất để cho cặp thông số của phóng điện sét (ai, Ii) thuộc miền nguy hiểm (MNH) có thể viết Vpđ = p {a,I∈MNH} hay dVpđ = p{a = ai}.p{I ≥ Ii} Ta dã biết : p{I ≥ Ii} = 1,26 iI e − = VI Vi là xác suất để dòng điện I lớn hơn giá trị Ii nào đó p = {a = ai} ≈ P{ai - da ≤ a ≤ ai + da}= dVa Va là xác suất để độ dốc a lớn hơn độ dốc ai nào đó Va = P{a ≥ ai}= 9,10 ia e − Từ đó ta tính được : dVpđ = Vi. dVa hay Vpđ = ∫ I IV 0 . dVa Với VI = 1,26 iI e − , Va = 9,10 ia e − ở đây ta sẽ xác định Vpđ bằng phương pháp Vpđ = ∑ = n i IiV 1 .ΔVai ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 76 Với các công thức tính toán đã trình bày ở trên , ứng với các giá trị của a ta có bảng kết quả ghi ở bảng sau - Bảng 3-3: Các giá trị ứng với R = 12 Ω Dựa vào các tính toán ở bảng 3-3 ta có các giá trị Vpđ ứng với R = 12 Ω ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 77 Bảng 3-3 a (kA/àS) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 tpi 13,3 6,5 4,25 3,19 2,55 2,1 1,8 1,43 1,25 1,1 Ii (kA) 133 130 127,5 112,6 125,25 122,6 127 114,4 110,7 110 VIi 0,00468 0,0059 0,0071 0,0074 0,0083 0,0093 0,0105 0,0125 0,0144 0,0148 Vai 0,399 0,1596 0,0638 0,0255 0,010 0,004 0,0016 0,00065 0,00026 0,0001 .Vai= Vai - Vai+1 0,2394 0,0958 0,0383 0,0155 0,006 0,0024 0,0009 0,00039 0,00016 0,0001 VIi..Vai 1,12.10- 3 0,56.10 -3 0,27.10 - 3 0,115.10 -3 0.05.10 -3 0,022.10 -3 0,009.10 -3 0,005.10 -3 0,0023.10- 3 0,0015.10 -3 Vpđ = ∑ = Δ 10 1 . i aiIi VV = 2,163.10 -3. 4. Tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt Ta tính theo công thức sau nkv = Nkv.Vpđ. η - Với điện trở nối đất Rc= 12 Ω nkv = 71,325. 2,163.10-3. 0,61 = 0,094 (lần / 100 Km năm) 3.3.4. Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột (nc) Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột ( nc) ta áp dụng công thức: nc = Nc.Vpđ. η (lần / 100 Km năm) (3-30) Trong đó : - Nc số lần sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột trong thời gian 1 năm trên chiều dài 100 Km - Vpđ là xác suất phóng điện - η là xác suất hình thành hồ quang ngắn mạch ổn định Để tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột ta sẽ lần lượt tính toán các giá trị Nc , Vpđ, η 1. Tính giá trị Nc : ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 78 Như ở phần 3.3.3 đã tính số lần sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột bằng số lần sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét và bằng 1/2 tổng số lần sét đánh vào đường dây. Ta có Nc = Nkv = N/2 = 71,325 (lần/100 Km năm) 2. Tính xác suất hình thành hồ quang η : Ở mục III-4 “ tính suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn” bằng phương pháp ngoại suy hàm n= f (Elv ) Hình 3-5 ta xác định được η= 0,61 3. Tính xác xuất phóng điện Vpđ: a. Điện áp cách điện của đường dây Ucđ(t): Hình 3 - 10 Hình vẽ (3 - 10). Sét đánh vào đỉnh cột đường dây có treo dây chống sét để đơn giản xét trường hợp sét đánh ngay trên đỉnh cột điện Hình (3 - 10). Phần lớn dòng điện sét đi vào đất qua nối đất của cột điện phần còn lại sẽ theo dây chống sét đi vào các bộ phận nối đất của các cột lân cận. Điện áp tác dụng lên cách điện đường dây gồm các thành phần : ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 79 * Điện áp giáng trên bộ phận nối đất cột điện icRc. Trong đó : - Rc là điện trở cột điện ( Rc = 12 Ω) - ic là dòng điện sét đi vào thân cột * Thành phần từ của điện cảm ứng, ý nghĩa của nó giống như khi có sét đánh xuống đất. Trong trường hợp này thành phần từ của điện áp cảm ứng được biểu thị ở dạng tổng các điện áp gây ra bởi dòng điện đi trong cột và trong khe phóng điện sét : Ucư(t) = lcdd. dt dic + Ndd (t). dt dis (3-31) Trong đó : - Hệ số Lcdd : trị số điện cảm của phần cột điện tính từ mặt đất tới mức treo dây dẫn : lcdd = L0. hdd - L0 điện cảm thân cột có giá trị L0 = 0,6 (μH/ m) - hdd là độ treo cao của dây dẫn ở vị trí cột (m ) * Hàm số Mdd (t) là hỗ cảm giữa khe phóng điện sét với mạch vòng “ dây dẫn - đất”. Trị số hỗ cảm là hàm của thời gian và chiều dài khe sét tăng cùng sự phát triển của phóng điện ngược : Mdd(t) = 0,2 hdd[ ln H HtV )1( . β+ + - ddh h 2 Δ ln h H Δ +1 ] (3-32) - hdd : độ treo cao dây dẫn ở cột (m) - H = hc + hdd - Δh = hc - hdd - hc : độ cao của cột điện (m) - V = β. c Với : + C là vận tốc truyền sóng trong không khí C = 300 m/ μs + V là vận tốc phát triển của phóng điện ngược của khe sét + β là tốc độ tương đối của phóng điện ngược của dòng điện sét ; lấy β = 0,3. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 80 Do đó : V = β. c = 0,3. 300 = 90 (m/ μs) + dt dic là tốc độ biến thiên của dòng điện trong cột, sự biến thiên có thay đổi trước và sau khi có phản xạ từ cột lân cận về. + dt dis = a là độ dốc của sóng sét (kA/ μs) Thành phần điện của điện áp cảm ứng gây ra bởi điện trường của khe hở phóng điện sét. Thành phần này được xác định giống như ở trường hợp sét đánh xuống đất , ký hiệu là Ucư (t) Ucđư (t) = (1- dd csvq h hK − ) β ddha.1,0 . ln[ Hhh HtVhtVhtV c c ....)1( ).)(.()(.( 2 Δ+ +Δ++ β (3- 34) Trong đó : - (1- dd csvq h hK − ) nói lên rằng Ucưđ giảm do tác dụng của dây chống sét - hc là độ cao của cột - hdd là độ treo cao của dây dẫn (m) - β là tốc độ tương đối phóng điện ngược của dòng điện sét (lấy β =0,3) - H = hc+ hdd (m) - h = hc - hdd - V = β. c = 0,3.300 = 90 (m/ μs) ( c là tốc độ truyền sóng bằng 300 (m/ μs), V là tốc độ phát triển của khe phóng điện ngược (m/s) ) - Kvq = K.λ ( Kvq là hệ số sét ngẫu hợp khi có xét vầng quang, λ là hệ số hiệu chỉnh do vầng quang λ =1,3 ) - a là độ dốc dòng điện sét (kA/ μs) ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 81 Thành phần điện áp trên dây dẫn gây ra bởi dòng điện đi trong dây chống sét. Nếu điện áp trên dây chống sét là Ucs (t) thì thành phần này sẽ bằng Kvq.Ucs(t) Với Kvq đã giải thích ở trên. Ucs(t) được xác định bởi công thức Ucs(t) = R. ic.+ Lccs. dt dic + a. Mcs(t) (3-35) Trong đó : ƒ - Lccs là điện cảm của thân cột từ mặt đất đến độ treo cao của dây chống sét ƒ Lc cs = L0. hcs ƒ hcs là độ treo cao của dây chống sét ở vị trí cột. ƒ L0 Đã được chọn là 0,6(μH/ m) ƒ a. Mcs(t) điện áp do hỗ cảm giữa mạch khe sét với mạch dây chống sét đất : a. Mcs(t) =Mcs(t) dt dis - Mcs(t) là hỗ cảm giữa mạch khe sét và mạch dây chống sét đất , hỗ cảm này cũng biến thiên theo sự phát triển của khe sét tức là biến thiên theo thời gian Mcs(t) = 0,2.hc.[ln )1(2 2. β+ + c c h htV +1] (3-36) Điện áp làm việc của đường dây như đã tính ở phần 3-5 “ tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt” ta có Ulv = . 3 2 .2Π Uđm Với Uđm là điện áp định mức của đường dây, Uđm = 110 kV Vậy Ulv = . 3 2 .2Π 110 = 57,2 kV ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 82 Ba thành phần đầu của điện áp tác dụng lên cách điện đường dây có cùng dấu và khi phóng điện sét có cực tính âm thì chúng sẽ làm cho dây dẫn có điện thế dương so với cột điện. thành phần thứ tư ngược dấu nên làm giảm điện áp tổng trên cách điện , còn thành phần cuối cùng chọn cùng dấu với ba thành phần đầu vì cần tính theo điều kiện nguy hiểm nhất. Tóm lại khi sét đánh lên dây chống sét ở khu vực đỉnh cột điện áp trên cách điện được xác định theo biểu thức : Ucđ (t) = ic.R + Ucưđ(t) + Ucưt (t) - Kvq. Ucs(t) + Ulv (3-37) Hay là : Ucđ (t) = ic.R + Ucưđ(t) + Lcdd. dt dic + Mdd(t) dt sdi - Kvq - Ucs(t) +Ulv (3-38) b. Tính điện áp tác dụng lên chuỗi sứ pha A khi có sét đánh vào đỉnh cột : a. Thành phần điện áp Ucưđ (t) (kV) Ucưđ (t) đựơc tính theo công thức Ucưđ(t) = (1- dd csvq h hK . ) β ddha.1,0 . ln[ Hhh HtVhtVhtV c c ....)1( ).)(.()(.( 2 Δ+ +Δ++ β ] Trong đó : - KvqA = 0,278 ; H = hcs + hdd = 32,2 (m) - hcs = 18 (m) ; Δh = hcs - hd = 3,8 (m) - hdd =14,2 (m) ; β = 0,3 V = β. c = 0,3. 300 = 90 (m/ μs) Thay số vào ta có : Ucưđ(t) = (1- 2,14 18.278,0 ) 3,0 18.1,0 a . ln[ 2,32.8,3.18.)3,01( )2,32.90)(8,3.90()(18.90( 2+ +++ ttt ] Ucưđ(t) = 3,886.a.ln(0,267.t +0,0535) )2,3290)(8,390( ++ tt *. Thành phần điện làm việc của dây dẫn : ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 83 Như trên ta đã tính được : Ulv = 0,52.U = 0,52.110 = 57,2 kV *. Thành phần điện áp Ucs (kV) Ucs(t) = ic. R +Lccs. dt sdi + a.Mcs(t) ( kV) Với: Lccs = L0.hcs = 0,6.18 = 10,8 (μH) Mcs(t) = 0,2.hc. [ln )1(2 2. β+ + c c h htV +1] Trong đó : hc = hcs = 18 (m) ; V = 90(m/ μs) ; β = 0,3 Vậy Mcs(t) = 0,2.18. [ln 3,1.18.2 18.2.90 +t +1] = 3,6 [ln 8,46 18.2.90 +t +1] ic là dòng điện sét trong cột trước và sau phản xạ có khác nhau *. Thành phần điện áp Ucư(t) kV: Ucư (t) = Lcdd dt dic + Mdd(t) dt sdi = Lcdd dt dic + Mdd(t).a (kV) Các giá trị ở đây đã giải thích ở mục 1 phần III mục 3-6 Lcdd = L0.hdd = 0,6. 14,2 = 8,52 (μH) Mdd (t) = 0,2. hdd [ln H HtV ).1( . β+ + - ddh h 2 Δ ln h H Δ + 1] Thay giá trị của H, V, Δh, hdd, β ta có Mdd(t) = 0,2. 14,2 [ln 2,32).3,01( 2,32.90 + +t - 2,14.2 8,3 ln 8,3 2,32 + 1] = 2,84 [ ln( 2,15.t + 0,77) + 0,714] - dt cdi là độ dốc biến thiên dòng điện trong cột , sự biến thiên có thay đổi trước và sau khi có phản xạ từ cột lân cận về ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 84 *. Biểu thức tổng quát điện áp đặt lên chuỗi cách điện pha A : Khi sét đánh vào đỉnh cột sau khi đã xác định được các thành phần ta có : Ucđ (a,t) = Ulv + Ucư(t) + ic.R + Lcdd dt dic + a. Mdd(t) - Kvq[ic.R + + Lccs dt dic + a. Mcs(t)] (kV) Ucđ (a,t) = Ulv + Ucưđ(t) + ic.R(1- Kvq) + a( Mdd(t) - Kvq. Mcs(t) ) + + dt dic (Lcdd - Kvq. Lccs) Trong trường hợp trên ic và dt dic sẽ được tính theo hai trường hợp : ™ Trước khi có phản xạ từ cột lân cận bị sét đánh t ≤ c l2 : - với c là tốc độ truyền sóng c = 300 m/ μs - l là chiều dài khoảng vượt l = 180 m nên c l2 = 300 180.2 = 1,2 (μs) Để tính toán dòng điện trong cột và dt cdi ta vẽ sơ đồ thay thế trong trường hợp này ( hình 3-11) i = ats 2is ic Lc R cs a.M (t)cs Zcs 2 vq Hình 3 - 11 ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 85 Từ sơ đồ 3- 11 ta tính được dòng điện trong cột ic ic(t) = RZ a vq cs .2+ [ vqcsZ .t - 2Mcs(t) - 1α vq csZ ] (KA) Trong đó : α1 = cs c vq cs L RZ 2 2+ Với vqcsZ = 400,379 Ω ; Lccs = 10,8 (μH). Đã tính ở phần trước. Thay vào ta có α1 α1 = 8,10.2 2379,400 R+ = 18,536 + 0,0926 R Vậy ta có ic ứng với các giá trị R thay đổi là : ic(t) = R a .2379,400 + [400,379.t - 2Mcs(t) - R0926,0536,18 379,400 + ] (kA) - Tính dt cdi khi t ≤ c l2 = 1,2 (μs) Ta có dt cdi = RZ Za vq cs vq cs 2 . + = R a 2379,400 379,400. + (kA/ μs) ™ Sau khi có phản xạ từ cột lân cận về bị sét đánh với t ≥ 1,2 (μs) - do chỉ xét hai khoảng vượt lân cận bị sét đánh nên đoạn dây chống sét của khoảng vượt được thay thế bởi độ cảm Lcs và có sơ đồ mạch thay thế trong trường hợp này như hình vẽ 3-12 ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 86 i = ats 2ics Lc R cs a.M (t)cs 2 Lc R cs 2 Hình (3-12) Trong sơ đồ hình 3-12 độ cảm Lcs được tính theo công thức : Lcs = c lZ cs . (μH) ng đó Vâỵ : Lcs = 300 180.49,520 = 312,294 (μH) - Dòng điện ic(t) được tính ic(t) = a( 1- c cs cs csc cs LL tML + + 5,0 )]([ ).(1 - e-α2t )/ α2 Trong đó : α2 = cs ccs LL R 2 2 + Thay giá trị Lcs và Lccs vào ta có : α2 = 8,10.2294,312 2 + R = 0.006 R Vậy ta có dòng điện trong cột sau khi có phản xạ về là : ic = a( 1- 8,10294,312.5,0 )1 8,46 3690(ln6,38,10 + +++ t ).(1 - e-0,006 Rt)/ 0,006.R (kA) dt cdi được tính theo biểu- thức : dt cdi = a( 1- c cs cs csc cs LL tML + + 5,0 )]([ ). e-α2t ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 87 Vậy dt cdi = a( 1- 8,10294,312.5,0 )1 8,46 3690(ln6,38,10 + +++ t ).e-0,006Rt g. Sau khi tính được các giá trị ic(t) và dt cdi trước và sau khi có phản xạ ta thay tất cả các giá trị tìm được vào công thức : Ucđ (a,t) = Ulv + Ucưđ(t) + ic.R(1- Kvq) + a( Mdd(t) - Kvq. Mcs(t) ) + dt cdi (Lcdd - Kvq. Lccs) Với các giá trị : t = 0,5; 1; 1,66; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 (μs) a = 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100 (kA/ μs) R = 12 (Ω) * Với t ≤ 1,2 ta có : Ucđ (a,t) = 57,2 + 3,886.a.ln[(0,267t + 0,0535 ). )2,3290)(8,390( ++ tt ] + 0,0204 a [400,379 .t – 7,2(ln 8,46 3690 +t +1) –13,5] + a.{2,84[ln(2,15.t + 0,77) + 0,714] -[ln 8,46 3690 +t +1]} +5,2a. * Với t ≥ 1,2 ta có : Ucđ (a,t) = 57,2 + 3,886.a.ln[(0,267.t + 0,0535). )2,3290)(8,390( ++ tt ] + + 120,333.a( 1- 947,166 )1 8,46 3690(ln6,38,0 +++ t ).(1 - e-0,072Rt) + + a{2,84 . [ln 2,15t + 0,77) +0,714] - 1.[ln 8,46 3690 +t + 1]} + + 5,52.a.( 1- 947,166 )1 26,52 3690(ln6,38,10 +++ t ).e-0,072Rt Ta có giá trị của Ucđ(a,t) của pha A được ghi ở các bảng (3-6). ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 88 t a Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ 0,1 0,5 1 1,2 1,2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 129,49 233,54 316,77 345,1 340,8 6 430,5 8 514,9 7 602,1 6 733,7 9 736,3 3 794,3 1 847,0 6 895,6 5 940,5 3 20 201,78 409,58 576,34 633 624,52 503,96 972,74 1147,1 2 1288,3 8 1415,4 6 1531,4 2 1636,9 2 1734,1 1823,8 6 30 274,07 586,22 835,91 920,9 908,18 1177,3 1430,5 1692,0 8 1903,9 7 2094,5 9 2268,5 3 2426,7 8 2572,5 5 2707,1 9 40 346,36 762,56 1095,48 1208, 8 1191,8 4 1550,7 2 1888,2 8 2237,0 4 2519,5 6 2773,7 2 3005,6 4 3216,6 4 3411, 3590,5 2 50 415,65 938,9 1355,05 1496, 7 1475,5 1924,1 2346,0 5 2782 3135,1 5 3452,8 5 3742,7 5 4006,5 4249,4 5 4473,8 5 60 490,94 1125,2 4 1614,62 1784, 6 1759,1 6 2297,4 8 2803,8 2 3326,9 6 3750,7 4 4131,9 8 4479,8 6 4796,3 6 5087,9 557,18 70 563,23 1291,5 8 1874,19 2072, 5 2042,8 2670,8 6 2361,5 9 3871,9 2 4366,3 3 4811,1 1 5216,9 7 5586,2 2 5926,3 5 6240,5 1 80 635,52 1467,9 2 2133,76 2360, 4 2326,4 8 3044,2 4 3719,3 6 4416,8 8 4981,9 2 5490,2 4 5954,0 8 6376,0 8 6764,8 7123,8 4 90 707,81 1644,2 6 2393,33 2648, 3 2610,1 4 3417,6 2 4177,1 3 4961,8 4 5597,5 1 6169,3 7 6691,1 9 7165,9 4 7603,2 5 5007,1 7 00 780,1 1820,6 2652,9 2936, 2 2893, 8 3791 4643, 9 5506, 8 6213, 1 6848, 5 7428, 3 7955, 8 441,7 890,5 3. Tính xác suất phóng điện của chuỗi sứ pha A. Từ hình vẽ (3-12) vẽ quan hệ Ucđ = f(a,t) và Upđ = f(t) khi Ucđ ≥Upđ thì ta có thời gian phóng điện tpđ ở các độ dốc khác nhau của dòng sét. Từ đó ta có xác định được đường cong nguy hiểm Ia (Hình 3-13). Như đã biết xác suất để biên độ I của dòng sét lớn hơn giá trị Ii nào đó và xác suất để độ dốc a của dòng sét lớn hơn giá trị độ dốc ai nào đó được xác định theo công thức : V Ii = p{I ≥ Ii} = 1,26 iI e − Vai = p{a ≥ ai} = 9,10 ia e − Và tương tự ở phần sét đánh vào khoảng vượt ta có Vpđ = ∑ = n i 1 VIi . ΔVai ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 89 Trong tính toán về đường cong thông số nguy hiểm ta mới tính được 10 giá trị của a và I nên ta phải tiến hành ngoại suy để phủ kín giá trị của chúng. Với tính toán ở trên ta có bảng kết quả (3- 5). Ii = Ti. ai (kA) Bảng 3- 5 a (kA/μs 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ti (μs) 6,8 2,5 1,42 0,95 0,7 0,5 0,45 0,4 0,32 0,3 Ii (kA) 68 50 42,6 38 35 30 30 32 28,8 30 V Ii 0,054 0,093 0,159 0,171 0,173 0,191 0,2 0,216 0,2518 0,3049 Vai 0,3995 0,1596 0,0637 8 0,0254 8 0,0101 8 0,0040 6 0,0018 3 0,00064 0,00025 0,00001 .Vai= Vai- Vai+1 0,2399 0,0958 6 0,0383 2 0,0153 0,0061 2 0,0024 3 0,0009 8 0,00039 0,00015 0,00001 V Ii..Vai 0,0130 5 0,0089 0,0061 0,0026 3 0,0011 0,0004 6 0,0002 0,000084 0,000038 0,00000 3 Từ đó ta có : Với R = 12 Ω thì Vpđ = ∑ = n i 1 VIi . ΔVai = 0,03256 4. Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột Ta có. R = 12 Ω thì Vpđ = 0,03256 Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột được tính theo công thức 3-12 nc = Nc.Vpđ.η Trong đó N c = 71,325 ( lần / 100 Km năm ) - Khi Rc = 12 Ω suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột là : ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 90 nc = 71,325.0,03256. 0,61 = 1,4656( lần / 100 Km năm ) 3.4. Suất cắt tổng do sét đánh vào đường dây tải điện : Suất cắt tổng do sét đánh vào đường dây tải điện được tính theo công thức n = nc + nkv + ndd Với các giá trị nc , nkv , ndd đã tính được ta có : - Khi Rc = 12 Ω Ta có: n = nc + nkv + ndd = 1,4656+ 0,094 + 0,085 = 1,59556 (lần / 100 Km năm ) 3.5. Chỉ tiêu chống sét cho đường dây tải điện : m = 1/n ( năm / lần sự cố ) Thay các giá trị n vào ta có : - m = 1/ 1,59556 = 0,6275 ( năm/ lần sự cố) 3.6. Nhận xét Qua tính toán toàn bộ chương III ta có những nhận xét như sau : * Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn không phụ thuộc vào giá trị điện trở nôí đất mà chỉ phụ thuộc vào góc bảo vệ của dây chống sét với dây dẫn. * Cùng với một giá trị R nối đất của cột thì suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột luôn lớn hơn suất cắt do sét đánh vào khoảng cột. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Sách giáo trình kỹ thuật điện cao áp (GS, PTS Võ Viết Đạn). 2. Sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp (TS Nguyễn Thị Minh Chước ). 3. Chống sét cho nhà và công trình (Viễn Sum ). 4. Giáo trình mạng và hệ thống điện (Nguyễn Văn Đạm). 5. Thiết kế cấp điện ( Ngô Hồng Quang và Vũ Văn Tầm ) ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 92 ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 93 MỤC LỤC Trang Lời nói đầu ...................................................................................................... 1 Giới thiệu chung về tình hình sét ở Việt Nam ................................................ 2 A. Tình hình giông sét ở Việt Nam ........................................................... 2 B. Ảnh hưởng của giông sét ...................................................................... 5 Chương I. Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp ............................... 6 1.1. Giới thiệu chung ............................................................................. 6 1.2.Yêu cầu đối với cột thu sét và dây chống sét .................................... 8 1.3. Tính toán hệ thống chống sét ........................................................... 8 1.3.1.Các thiết bị trong trạm và nhiệm vụ tính toán .......................... 8 1.3.2. Các công thức sử dụng trong tính toán bảo vệ chống sét ........ 13 1.4.Vạch phương án và tính toán các phương án .................................... 14 1.4.1.Phương án I ............................................................................... 14 1.4.2.Phương án II .............................................................................. 21 1.4.3.Phương án III ............................................................................ 32 1.5.So sánh các phương án đưa ra phương án tối ưu ............................. 35 Chương II. Thiết kế và tính toán hệ thống nối đất .................................... 37 Giới thiệu chung ....................................................................................... 38 2.1. Phương pháp nối đất, các tham số ảnh hưởng đến điện trở nối đấtvà hiện tượng phóng đIện xung kích ............................. 38 2.1.1. Phương pháp nối đất ................................................................. 38 2.1.2. Các tham số ảnh hưởng đến nối đất .......................................... 38 2.1.3. Hiện tượng phóng điện xung kích ............................................. 40 2.2. Yêu cầu đối với hệ thống nối đất ....................................................... 41 ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 94 2.3. Tính toán nối đất cho trạm ................................................................. 41 2.3.1. Tính toán nối đất an toàn ............................................................ 41 2.3.2. Điện trở nối đất xung kích ........................................................ 47 2.3.3.Nối đất bổ xung .......................................................................... 50 Chương III. Tính toán chống sét của đường dây 110 kV .......................... 55 3.1.Yêu cầu đối với bảo vệ chống sét đường dây .................................... 55 3.2.Các thông số tính toán chỉ tieu chống sét cho đường dây ................. 56 3.2.1.Các thông số ban đầu ................................................................. 56 3.2.2. Các số liệu tính toán .................................................................. 57 3.3. Tính toán các chỉ tiêu ....................................................................... 67 3.3.1.Xác định tổng số lần sét đánh vào đường dây trong 1 năm với chiều dài 100 Km ........................................... 67 3.3.2. Tính xuất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn ..... 68 3.3.3.Tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt ............................... 72 3.3.4. Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc khu vực lân cận đỉnh cột 78 3.4. Tổng số lần cắt đIện do sét đánh vào đường dây tảI đIện ................ 91 3.5. Chỉ tiêu chống sét của đường dây tải điện ........................................ 91 3.6. Nhận xét ............................................................................................ 91 Tài liệu tham khảo ........................................................................................ 93