Đề án Mạng điện cao áp - 0677

ong đất và nối với thiết bị mà ta cần nối đất (điện cực thường sử dụng là các cọc sắt thẳng đứng hay các thanh dài nằm ngang) các điện cực này được chôn trong đất . Mức tản dòng điện phụ thuộc vào trạng thái của đất (vì đất là môi trường không đồng nhất, khá phức tạp, nó phụ thuộc vào thành phần của đất như các loại muối, a xít ... chứa trong đất ). Điều kiện khí hậu cũng ảnh hưởng đến độ dẫn điện của đất. Ở Việt nam khí hậu thay đổi theo từng mùa , độ ẩm của đất cũng thay đổi theo dẫn đến điện trở suất cuả đất cũng biến đổi trong phạm vi rộng. Do vậy trong tính toán thiết kế về nối đất thì trị số điện trở suất của đất dựa theo kết quả đo lường thực địa và sau đó phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích là tăng cường an toàn. Công thức hiệu chỉnh như sau: rtt = rđ.Km Trong đó: rtt: là điện trở suất tính toán của đất. rđ: điện trở suất đo được của đất. Km : hệ số mùa của đất. Hệ số K phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu của điện cực. Đối với trạm biến áp ta thiết kế có cấp điện áp 110kV và các cột thu lôi độc lập do đó ta sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu quả tản dòng điện tốt nhất. Mặt khác do đặt các cột thu lôi trên xà nên phần nối đất chống sét ta nối chung với mạch vòng nối đất của trạm. II.2- CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT. Điện trở suất đo được của đất: rđ = 0,95.104 W.cm =0,95.102 W.m. Điện trở nối đất cột đường dây: Rc = 11 W. Dây chống sét sở dụng loại C- 70 có điện trở đơn vị là: Ro =2,38W/km. Chiều dài khoảng vượt đường dây là: Đối với 110kV: l = 190m. Dạng sóng tính toán của dòng điện sét: Trong đó: a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/ms I: biên độ dòng điện sét I = 150kA tđs: thời gian đầu sóng lấy bằng 5ms = II.3- TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN. Trạm điện thiết kế có điện áp là 110kV, đây là mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất nên yêu cầu của nối đất an toàn là: R £ 0,5 W. Thành phần điện trở nối đất R gồm hai thành phần: + Điện trở nối đất tự nhiên (Rtn). + Điện trở nối đất nhân tạo (Rnt). Đối với các thiết bị có điểm trung tính trực tiếp nối đất (có dòng chạm đất lớn) thì yêu cầu điện trở nối đất nhân tạo phải có trị số nhỏ hơn 1W. (II – 1 ) (II – 2 ) Vậy điều kiện nối đất là: Từ đó rút ra: II.3.1- Điện trở nối đất tự nhiên. Trong phạm vi đề tài này chúng ta sẽ xét đến nối đất tự nhiên là hệ thống nối đất cột đường dây 110 kV tới trạm áp dụng công thức : Trong đó:Rc là điện trở nối đất của cột điện (Rc=11 W ) Rc s là điện trở của dây chống sét trong 1 khoảng vượt . Rc s =r0cs.L=2,38.190.10-3=0,452( W ) n=2 II.3.2- Điện trở nối đất nhân tạo. Ta sẽ tính toán thiết kế hệ thống nối đất theo điều kiện điện trở nối đất nhân tạo là: Rn.t.yc £ 0,993 W. II.3.3- Tính nối đất nhân tạo của trạm 110kV. Ta sử dụng một mạch vòng nối đất cho trạm 110 kV Mạch vòng bao quanh trạm có hình chữ nhật ABCD có kích thước như sau: Chiều dài l1 = 94m ; Chiều rộng l2 = 36m. Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của trạm như hình (II –2 ): l1 D A l2 C B Hình (II – 2 ): Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của trạm. Hệ thống nối đất mạch vòng của trạm ta chọn thanh thép dẹt loại ( 40x4 )mm Độ chon sâu của mạch vòng là t = 0,8m Điện trở tản nhân tạo đối với mạch vòng có chôn cọc được xác định theo công thức sau: Trong đó: Rc : là điện trở tản nối đất của cọc (W). Rm.v : là điện trở tản nối đất của mạch vòng (W). n : là số cọc sử dụng. hm.v và hc : tương ứng là hệ số sử dụng mạch vòng, sử dụng cọc phụ thuộc vào số cọc và tỷ số Tính điện trở của mạch vòng quanh trạm Rm.v : Trong đó: r = rđo.Kmùa (thanh) là điện trở suất tính toán của mạch vòng.Tra bảng (2–1) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có: Kmùa (thanh) = 1,6 vậy r = r.1,6 = 0,95.1,6.102=1,52.102 (W.m). L là chu vi mạch vòng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(94+36) = 260m. d là đường kính thanh nối: d = b/2 = 0,04/2 = 0,02m t là độ chôn sâu (để đảm bảo cho r ổn định ) : t = 0,8m. k là hệ số phụ thuộc hình dạng của hệ thống nối đất . Ta có: Tra bảng (2 – 5) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” được k =8,38. Thay số vào biểu thức (II – 3) ta có: Ta nhận thấy điện trở của mạch vòng xung quanh trạm lớn hơn điện trở nhân tạo cần thiết khi thiết kế (Rnđ = 0,993 W).Vậy phải dùng thêm số cọc vào hệ thống mạch vòng để giảm trị số điện trở nối đất của hệ thống. Qua kết quả tính toán Rm.v chứng tỏ rằng ta chọn hình thức nối đất an toàn bằng mạch vòng có chôn cọc là hợp lý. Tính điện trở nối đất của một cọc (dùng cọc sắt góc L ). Đối với cọc điện trở tản xoay chiều được xác định theo công thức sau: t' 0,8m l Hình (II – 4): Các kích thước nối đất cọc Trong đó: Cọc có kích thước: l = 3m. r là điện trở suất của đất đối với cọc: r = rđo.Kmùa (cọc) . rđo =0,9.102 (W.m); Kmùa (cọc) = 1,4. (Tra bảng (2-1) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA”) à r = 0,95.102.1,4 = 1,33.102 (W.m). d là đường kính cọc (m) được tính như sau: d = 5. 10-2m. t là độ chôn sâu: t = 0,8m. Giá trị t/ được tính: Thay số liệu vào (II – 5 ) ta có: Vậy điện trở của một cọc là 43,87 W. Sau khi tính được Rc và Rmv ta tính điện trở nhân tạo theo công thức (II–3) . Trong công thức này ta chỉ mới biết Rc và R mv vậy ta phải tìm số cọc để Rnt đạt giá trị nhỏ nhất và phải đảm bảo nhỏ hơn hoặc bằng giá trị tính toán cho phép Rnt £ 0,993 W. hmv và hc phụ thuộc số cọc ta sử dụng trong mạch vòng. Ta xét từng trường hợp theo tỷ số với các thông số là: L (chu vi mạch vòng) = 260m. cách giữa các cọc a = 2.l =6m. Ta có số cọc chôn theo chu vi mạch vòng là: cọc. Do vậy ta chọn 50 cọc l (chiều dài cọc) = 3 m. * Khi (có nghĩa là khoảng ta chọn 50 cọc Tra bảng 4 phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có: hc = 0,58. Theo bảng 6 trong phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có: hthanh = 0,28. Điện trở nhân tạo trong trường hợp này là: Vậy Rnt1>Rnt yc=0,928 Phương án này không đảm bảo yêu cầu. * Khi (có nghĩa là khoảng cách giữa các cọc a = l =3m. Ta có số cọc chôn theo chu vi mạch vòng là: cọc.Do vậy ta chọn 100 cọc Tra bảng 4 phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có: hc = 0,39. Theo bảng 6 trong phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có: hthanh = 0,19. Điện trở nhân tạo trong trường hợp này là: Vậy Rnt2<Rnt yc=0,993 Phương án này đảm bảo yêu cầu do giá trị điện trở nối đất nhỏ hơn giá trị điện trở yêu cầu. Vậy ta chọn Rn.t(2) = 0,974 W. Số cọc là 100 cọc. Khoảng cách giữa các cọc là a = 3 m. * Ngoài việc nối đất cho phía 110 kV thì ta có thể nối đất cho các cột thu lôi độc lập hoặc ta cần tính toán nói đất làm việc cho phía hạ áp 22 kV . II _3 : Ở đây ta sẽ tính toán nối đất làm việc cho phía hạ áp 22 kV : Yêu cầu nối đất an toàn phía 22 kV là :Ryc£ 4 W Mạch vòng bao quanh trạm có hình chữ nhật EFGH có kích thước như sau: l1 F E l2 H G Hình (II – 3 ): Sơ đồ nối đất mạch vòng Chiều dài l1 = 35m ; Chiều rộng l2 = 20m. Kmùa (thanh) = 1,6 vậy r = r.1,6 = 0,9.1,6.102=1,44.102 (W.m). L là chu vi mạch vòng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(35+20) = 110m. d là đường kính thanh nối: d = b/2 = 50/2 = 25 (m.m) = 2,5.10-2 m. t là độ chôn sâu (để đảm bảo cho r ổn định ) : t = 0,8m. k là hệ số phụ thuộc hình dạng của hệ thống nối đất . Ta có: Tra bảng (2 – 5) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” được k =6,78. Thay số vào biểu thức (II – 3) ta có: Rn t=Rmv=1,317 (W) < Ryc= 4 (W) II.4- TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT. Tính toán nối đất chống sét cho phía 110 kV Khi có dòng điện sét đi vào bộ phận nối đất, nếu tốc độ biến thiên của dòng điện theo thời gian rất lớn thì trong thời gian đầu điện cảm sẽ ngăn cản không cho dòng điện đi tới các phần cuối của điện cực khiến cho điện áp phân bố không đều, sau một thời gian, ảnh hưởng của điện cảm mất dần và điện áp phân bố sẽ đều hơn. Thời gian của quá trình quá độ nói trên phụ thuộc vào hằng số thời gian. T =L.g.l2 (II – 6 ) Từ (II–6) ta thấy: T tỷ lệ với trị số điện cảm tổng L.l và điện dẫn tổng của điện cực. Từ biểu thức (II–6) ta thấy khi dòng điện tản trong đất là dòng điện một chiều hoặc xoay chiều tần số công nghiệp thì ảnh hưởng của L không đáng kể và bất kỳ hình thức nối đất nào ( thẳng đứng hoặc nằm ngang ) cũng đều biểu thị bởi trị số điện trở tản. Khi dòng điện tản trong đất là dòng điện sét, tham số biểu thị của nối đất tuỳ thuộc vào tương quan giữa hằng số thời gian T và thời gian đầu sóng của dòng điện. Khi T<< tđ.s (khi dòng điện đạt trị số cực đại) thì cần xét quá trình quá độ đã kết thúc và nối đất thể hiện như một điện trở tản. Trường hợp này ứng với các hình thức nối đất dùng cọc hoặc thanh có chiều dài không lớn lắm và goị là nối đất tập trung. Nếu điện cực dài, hằng số thời gian có thể đạt tới mức tđ.s và tại thời điểm dòng điện đạt trị số cực đại, quá trình quá độ chưa kết thúc và như đã phân tích tác dụng của điện cảm, nối đất sẽ thể hiện như một tổng trở Z có giá trị rất lớn so với điện trở tản. Trường hợp này gọi là nối đất phân bố dài. Trong tính toán thiết kế trạm biến áp 110kV, thường thì phần nối đất nối chung với mạch vòng nối đất an toàn của trạm. Như vậy sẽ gặp trường hợp nối đất phân bố dài, tổng trở xung kích Zx.k có thể lớn gấp nhiều lần so với điện trở tản xoay chiều làm tăng điện áp giáng trên bộ phận nối đất và có thể gây phóng điện ngược đến các phần mang điện của trạm. Do đó ta phải tính toán, kiểm tra theo yêu cầu của nối đất chống sét trong trường hợp có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất. II.4.1- Dạng sóng tính toán của dòng điện sét. Trong tính toán thiết kế ta chọn sóng tính toán của dòng điện sét là dạng sóng xiên góc có biên độ không đổi (xem hình II-1) . Dạng sóng tính toán của dòng điện sét: + Is = a.t khi t < tđs + Is = I khi t ³ tđs Trong đó: + a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/ms + I: biên độ dòng điện sét I = 150kA + tđs: thời gian đầu sóng lấy bằng 5ms ; II.4.2-Yêucầu kiểm tra Ta kiểm tra theo điều kiện nhằm đảm bảo an toàn cho cách điện của máy biến áp : I.Z(0, tđ.s ) £ U0,5. Trong đó: I : là trị số dòng điện sét lấy bằng 150kV. Z(0, tđ.s ): là tổng trở xung kích nối đất tại thời điểm ngay chỗ dòng điện sét đi vào điện cực. U0,5 : trị số điện áp phóng điện xung kích bé nhất của máy biến áp U0,5 (MBA) = 460kV. II.4.3-Tính toán lại trị số điện trở nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét. Do việc dùng hệ thống nối đất an toàn phía 110 kV làm hệ thống nối đất chống sét nên ta phải tính toán lại trị số điện trở nối đất nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét. Tra bảng 19- 2 sách kỹ thuật điện cao áp ta chọn hệ số mùa sét là: Km.v = 1,2 ; Kcoc = 1,15. Dựa vào công thức (II-4);(II-5) thấy Rm.v và Rcoc. sẽ tỷ lệ thuận với kmùa , do r đo không đổi. Vậy điện trở của mạch vòng là: Điện trở của cọc là: Điện trở nối đất nhân tạo tính cho nối đất chống sét là: Trong đó: Rm.v và Rcọc ta vừa tính được. n là số cọc đã tính được n = 100 cọc hcọc và hm.v đã tính được ở phần nối đất nhân tạo ứng với n = 100 cọc ta có hcọc = 0,39. ; hm.v = 0,19. Vậy: Vậy điện trở nối đất nhân tạo tính cho nối đất chống sét là: Rn.t sét =0,8W. II.4.4- Tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét Z(0; tđ.s). Để tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét ta xét các điều kiện sau: + Bỏ qua nối đất tư nhiên. + Bỏ qua các thanh nối cân bằng điện áp trong trạm biến áp. + Trong tính toán, để đơn giản ta bỏ qua quá trình phóng điện tia lửa trong đất và giả thiết điện trở suất của đất không đổi. + Bỏ qua thành phần điện trở, điện dung của điện cực nối đất vì trở rất nhỏ so với thành phần điện kháng và điện dẫn ứng với tần số dòng điện sét. Ta xem mạch nối vòng đất gồm hai tia dài ghép song song với nhau. l =L/2 Hình (II – 6): Mạch vòng nối đất gồm hai tia dài ghép song song Ta có sơ đồ thay thế: Hình (II–7): Sơ đồ thay thế của mỗi tia. Với L và g là điện cảm và điện dẫn trên một đơn vị dài. R là điện trở nối đất ổn định của cực nối đất R = 0,8W. Với r là bán kính cực nối đất: Thay số vào ta có: Vì điện dẫn ghép song song nên ta có: Tính toán phân bố dài khi không xét quá trình phóng điện trong đất. Từ sơ đồ thay thế có thể thành lập được hệ phương trình vi phân: Giải hệ phương trình trên ta được điện áp tại điểm bất kỳ và thời điểm bất kỳ trên điện cực. Với hằng số thời gian Ta có nên . Từ đó suy ra tổng trở xung kích ở hai đầu vào nối đất: Tổng trở xung kích của nối đất ở đầu vào thời điểm t = tđ.s và xét tới hai tia ghép song song là: Để tính Z(0, tđ.s) xét chuỗi: Vì : e-3 =0,05 ; e-4 =0,018 ; e-5 = 0,0067 ; e-6 = 0,00247 Nên ta chỉ xét đến e-4. Từ e-4 rất bé so với số hạng trước nên ta có thể bỏ qua, tức là tính với k sao cho Ta có nên . Vậy: Hệ số K là nguyên dương nên ta có: Với: tđ.s = 5ms, ta có: Như vậy ta sẽ tính toán với K nhỏ nhất là 4. Ta có các kết quả như bảng (II – 1 ): k 1 2 3 4 Tk 13,58 3,395 1,509 0,849 0,368 1,473 3,313 5,889 0,7351 0,2920 0,0627 0,0072 /k2 0,7351 0,073 0,0070 0,0005 Từ bảng (II – 1 ) ta tính được: Và ta tính được Thay các giá trị vào (II – 11) ta được: Kiểm tra điều kiện nhằm đảm bảo an toàn cách điện cho máy biến áp với các giá trị : I =m .150kA ; Z(0, tđ.s) = 3,021W. Ứng với 2 giá trị trên tại thời điểm dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất thì thế tại điểm dòng điện sét đi vào là: Usét = I. Z(0, tđ.s) = 150.3,021= 453,15kV. Vậy Usét = 453,15kV < U50% = 460kV. Nhận xét: Do điện trở nối đất đạt yêu cầu nên không phải nối đất bổ xung cho hệ thống chống sét. B , Tính toán nối đất chống sét cho phía 22 kV Trạm 22 kV là trạm được thiết kế gồm có : các đường cáp ngầm được lấy từ phía 22 kV của MBA 110 kV , được dẫn vào bộ tủ phân phối được đặt trong nhà . Do vậy để bảo vệ nối đất chống sét 22 kV ta dùng nối đất cho các cột thu sét và dòng sét được tản xuống đất nhờ vào hệ thống nối đất kiểu tia và cọc được nối với nhau . t' 0,8m l Hình (II – 4): Các kích thước nối đất cọc Trong đó: Chiều dàI của cọc l = 2,5m và cọc được làm bằng thép góc 40x40x4mm b = 40mm ( bề rộng của cọc ) r là điện trở suất của đất đối với cọc: r = rđo.Kmùa (cọc) . rđo =0,95.102 (W.m); Kmùa (cọc) = 1,4. (Tra bảng (2-1) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA”) à r = 0,95.102.1,4 = 1,33.102 (W.m). d là đường kính cọc (m) được tính như sau: d = 0,038m. t là độ chôn sâu: t = 0,8m. Giá trị t/ được tính: Thay số liệu vào (II – 5 ) ta có: Tính đIện trở thanh nằm ngang làm bằng thép dẹt : Rt = t _ độ chôn sâu : t = 0,8 k _ hệ số hình dạng ( tia ngang ) d _ là đường kính quy đổi của thanh thép dẹt với b = 40mm Vậy d = a _ độ dài của thanh : a = 10m Vậy : Rt = Ngoài ra phía 22 kV thì hệ thống nối đất chống sét phải nối đất riêng biệt với nối đất an toàn . Hệ thống nối đất phải đảm bảo đIều kiện không gây phóng điện từ hệ thống nối đất chống sét sang hệ thống nối đất an toàn từ cột thu sét sang thiết bị . Để không gây phóng đIện trong không khí thì yêu cầu khoảng cách : SKK > 5m ; Sđất > 3m Trong tính toán dòng đIện sét IS = 150 KA và = 30 KA/ Cho nên UK < Ud < Có : UK = 150.RXK + 501 Ud = 150.RXK Vậy : SK > Sd > Lấy : Trị số đIện cảm theo đon vị dài có trị số L0 = 1,7 Do đó : SK > 0,3.RXK + 0,11 Sd > 0,5.RXK Từ cách bố trí cột ta có : Sd = 5m Vậy RXK = Vì vậy ta phảI tính toán thiết kế sao cho RXK < 10 mới đạt yêu cầu kỹ thuật . Ta có sơ đồ thay thế : Có IS = 3IC + 2IT Ud = Rxk . IS = Ud = Tính toán Ud bằng phương pháp đồ thị Trị số xung kích cọc xkc Tra bảng 9 _ trang 86 ( sách hướng dãn thiết kế tốt nghiệp ) ta có : 5 KA 0,87 10 KA 0,8 IS = 20 KA = 0,71 40 KA 0,57 Trị số xung kích của thanh 5 KA 0,75 10 KA 1 IS = 20 KA = 0,9 40 KA 0,8 Trị số nxk từ bảng 10 trang 87 sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp , ta tra đượ hệ số sử dụng với dòng xung kích là 0,8 . Từ các giá trị IS (KA) ta tính được giá trị UdT và UdC tương ứng với chúng : IS ( KA ) 10 20 30 0,8 0,71 0,57 Rxkc ( ) 30,36 26,95 21,63 UĐ( c ) (KV) 360,67 652,58 1236,14 1 0,9 0,8 Rxkc ( ) 15,6 14,04 12,48 UĐ( t) (KV) 234,41 382,18 684,4 Với giá trị IC = 10,20,40 KA ta dóng lên đường cong UĐC rồi sẻ ngang cắt đường UĐt và hạ vuông góc với trục I ta được các giá trị IT và IS cho các trường hợp : IS = 3 IC + It Uđc ( KV ) 360,67 652,58 1236,14 Ic ( KA ) 10 20 40 It ( KA ) 18,4 39,2 67 Is ( KA ) 66 138 260 Từ các giá trị UĐC và IS ta sẽ thu được đồ thị quan hệ giữa Ud và ta xác định được Ud bằng cách tính từ I= 150 KA dóng lên đồ thị và dóng sang trục U ta có : Ud = 998,73 KV Vậy điện trở xung kích là : Rxk = Vậy điện trở xung kích Rxk = 6,658 < 10 đã đạt yêu cầu đề ra . Nếu không đạt thì ta phải tính toán lại khoảng cách phóng điện trong đất giữa nối đất an toàn và nối đất chống sét . * Kết luận : Trong tính toán nối đất cho TBA 110/22 kV Văn Điển thì ta có thể tổng kết như sau : + Phía 110 kV thì các thiết bị của trạm đều được nói đất Nối đất an toàn gồm có nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo . Trạm được thiết kế có dây chống sét để bảo vệ sét đánh trục tiếp vào đường dây và các thiết bị trong trạm , phần điện trở nối đất tự nhiên là điện trở của hệ thống dây chống sét cột như ta đã tính được hệ thống nối đất nhân tạo ta dùng mạch vòng hình chữ nhật có kích thước L = 260m , mạch vòng ta dùng thanh thép dẹt 40x4, được chôn sâu t = 0,8m , do không đạt trị số điện trở theo yêu cầu nên ta phải đóng thêm cọc dọc theo mạch vòng nhằm mục đích giảm đIện trở của hệ thống nối đất ( số cọc phải đóng thêm là 100 cọc ) Mỗi cọc dài 3m , gồm các thanh sắt góc L 50x50 được chôn sâu cách mặt đất 0,8m. Nhờ đó trạm được bảo vệ một cách an toàn cho người và các thiết bị trong trạm . + Phía 22kV gồm có các tủ phân phối được đặt trong nhà nên nối đất an toàn cho phía 22 kV ta dùng mạch vòng hình chữ nhật có chu vi L = với bề rộng của thép dùng làm mạch vòng b = 0,05m , chôn sâu cách mặt đất t = 0,8m Điện trở mạch vòng Rmv = đảm bảo yêu cầu kỹ thuật nên không phải đóng thêm cọc . b . Về tính toán nối đất chống sét cho trạm : + Trạm 110 kV bộ phận thu sét được đặt trên xà cho nên phần nối đất chống sét buộc phải nối chung với mạch vòng nối đất an toàn của trạm như vậy sẽ gặp trường hợp nối đất phân bố dài và tổng trở Zxk có thể rất lớn và lớn hơn rất nhiều so với đIện trở xoay chiều . Do đó ta phải tính toán , kiểm tra yêu cầu của nối đất chống sét trường hợp có dòng sét đi vào hệ thống nối đất . + Phía 22 kV thì nối đất chống sét tách riêng biệt với nối đất an toàn và khoảng cách phóng điện trong đất Sđ > 3m , trong không khí SK > 5m . Để dẫn dòng điện sét từ cột thu lôi xuống đất nhờ có đóng cọc kiểu tia _ cọc được nối với nhau . Cọc được đóng bằng thép góc L 40x40x4mm , chiều dài cọc là 2,5m , độ chôn sâu t = 2,05m , Rc = 37,95W Thanh được dùng bằng thép dẹt b = 40mm , độ dài thanh là 10m , độ chôn sâu t = 0,8m , Rc = 15,6W II.5- KẾT LUẬN. Hệ thống nối đất đã thiết kế ở trên đảm bảo an toàn cho toàn bộ thiết bị trạm khi có sét đánh trực tiếp vào trạm .Qua kết quả tính toán ở trên ta thấy rằng mạch vòng nối đất nhân tạo như đã thiết kế tính toán thoả mãn được các yêu cầu kỹ thuật của nối đất an toàn và nối đất làm việc cũng như nối đất chống sét. ChươngIII: TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY Đường dây trong HTĐ làm nhiệm vụ truyền tải điện năng đến các hộ dùng điện. Đường dây là phần tử phải hứng chịu nhiều phóng điện sét nhất so với các phần tử khác trong HTĐ. Khi đường dây bị phóng điện sét nếu biên độ dòng sét lớn tới mức làm cho quá điện áp xuất hiện lớn hơn điện áp phóng điện xung kích của cách điện sẽ dẫn đến phóng điện và gây ngắn mạch đường dây, buộc máy cắt đầu đường dây phải tác động. Như vậy việc cung cấp điện bị gián đoạn. Nếu điện áp nhỏ hơn trị số phóng điện xung kích của cách điện đường dây thì sóng sét sẽ truyền từ đường dây vào trạm biến áp và sẽ dẫn tới các sự cố trầm trọng tại trạm biến áp. Mặt khác việc bảo vệ đường dây đến mức an toàn tuyệt đối cũng không thể thực hiện được vì vốn vào đường dây quá lớn như tăng cường cách điện đường dây , đặt thiết bị bảo vệ chống sét… Vì vậy bảo vệ chống sét cho đường dây phải xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế kết hợp với yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu cung cấp điện của đường dây đó. III.1- LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN. III.1.1- Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét được thể hiện như ( hình III-1 ) Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở mức cao h2 cũng được tính theo công thức sau: + Khi hx > 2/3h thì bx = 0,6h (1-hx/h ) (III – 1) + Khi hx £ h thì bx = 1,2h (1- hx/0,8h ) (III – 2) Chiều dài của phạm vi bảo vệ dọc theo chiều dài đường dây như hình (III– 2 ). Có thể tính toán được trị số giới hạn của góc a là a = 310, nhưng trong thực tế thường lấy khoảng a = 20 0 ¸ 250. III.1.2- Xác suất phóng điện sét và số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây. Với độ treo cao trung bình của dây trên cùng (dây dẫn hoặc dây chống sét ) là h, đường dây sẽ thu hút về phía mình các phóng điện của sét trên dải đất có chiều rộng là 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây (l). Từ số lần phóng điện sét xuống đất trên diện tích 1 km2 ứng với một ngày sét là 0,1¸0,15 ta có thể tính được tổng số lần có sét đánh thẳng vào đường dây (dây dẫn hoặc dây chống sét). N =(0,6¸0,9). h .10-3.l.nng.s (III – 3) Trong đó: + h: độ cao trung bình của dây dẫn hoặc dây chống sét (m). + l: chiều dài đường dây (km ). + nng. s:số ngày sét /năm trong khu vực có đường dây đi qua. Vì các tham số của phóng điện sét : biên độ dòng điện (Is) và độ dốc của dòng điện (a = dis /dt), có thể có nhiều trị số khác nhau, do đó không phải tất cả các lần có sét đánh lên đường dây đều dẫn đến phóng điện trên cách điện. Chỉ có phóng điện trên cách điện của đường dây nếu quá điện áp khí quyển có trị số lớn hơn mức cách điện xung kích của đường dây. Khả năng phóng điện được biểu thị bởi xác suất phóng điện ( Vp đ ). Số lần xảy ra phóng điện sẽ là: Npđ = N. Vpđ = ( 0,6¸0,9 ). h . 10-3. l . nng s. Vpđ . ( III – 4 ) Vì thời gian tác dụng lên quá điện áp khí quyển rất ngắn khoảng 100 ms mà thời gian của các bảo vệ rơle thường không bé quá một nửa chu kỳ tần số công nghiệp tức là khoảng 0,01s. Do đó không phải cứ có phóng điện trên cách điện là đường dây bị cắt ra. Đường dây chỉ bị cắt ra khi tia lửa phóng điện xung kích trên cách điện trở thành hồ quang duy trì bởi điện áp làm việc của đường dây đó. Xác suất hình thành hồ quang (h ) phụ thuộc vào Gradien của điện áp làm việc dọc theo đường phóng điện : h = ¦(Elv) ; Elv = Ulv/lpđ (kV/m ). Trong đó: + h: xác suất hình thành hồ quang. + Ulv: điện áp làm việc của đường dây ( kV ). + lpđ: chiều dài phóng điện ( m). Do đó số lần cắt điện do sét của đường dây là: ncđ = Npđ. h. = (0,6¸0,9). h. nng .s. Vpđ. h. (III – 5) Để so sánh khả năng chịu sét của đường dây có các tham số khác nhau, đi qua các vùng có cường độ hoạt động của sét khác nhau người ta tính trị số " suất cắt đường dây" tức là số lần cắt do sét khi đường dây có chiều dài 100km. ncđ = ( 0,06¸0,09). h. nng s. Vpđ .h. (III – 6) Đường dây bị tác dụng của sét bởi ba nguyên nhân sau: + Sét đánh thẳng vào đỉnh cột hoặc dây chống sét lân cận đỉnh cột. + Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. + sét đánh vào khoảng dây chống sét ở giữa khoảng cột. Cũng có khi sét đánh xuống mặt đất gần đường dây gây quá điện áp cảm ứng trên đường dây, nhưng trường hợp này không nguy hiểm bằng ba trường hợp trên. Khi đường dây bị sét đánh trực tiếp sẽ phải chịu đựng toàn bộ năng lượng của phóng điện sét, do vậy sẽ tính toán dây chống sét cho đường dây với ba trường hợp trên. Cuối cùng ta có số lần cắt do sét của đường dây. ncđ = nc + nkv + ndd ( III – 7) Trong đó: + nc : số lần cắt do sét đánh vào đỉnh cột. +nkv: số lần cắt do sét đánh vào khoảng vượt. + ndd: số lần cắt do sét đánh vào dây dẫn. III.1.2.1 - Các số liệu chuẩn bị cho tính toán. Đường dây tính toán l = 100km. Xà đỡ kiểu cây thông, lắp trên cột bê tông đơn. Dây chống sét treo tại đỉnh cột. Dây dẫn được treo bởi chuỗi sứ P- 4,5 gồm 7 bát sứ, mỗi bát sứ cao170mm. Dây chống sét dùng dây thép C-70 có d = 11mm ; r = 5,5mm. Dây dẫn dùng dây AC-150mm có d = 17mm; r = 8,5mm. Khoảng vượt là 190m. III.1.2.2 - Xác định độ treo cao trung bình của dây chống sét và dây dẫn. Độ treo cao trung bình của dây được xác định theo công thức: hdd = h – 2/3f . (III – 8) Trong đó: + h: độ cao của dây tại đỉnh cột hay tại khoá néo của chuỗi sứ. + f: độ võng của dây chống sét hay dây dẫn. l: chiều dài khoảng vượt của đường dây = 190m. fdd = 3,5 m fcs = 3 m. Độ treo cao trung bình của dây dẫn theo (3-8) là: hddcs = hcs – 2/3 fcs = 18,84 - 2/3.3,5 = 16,5 m hddtbA = hddA – 2/3 fdd = 14 - 2/3.3 =12 m hddtbB = hddB – 2/3 fdd = 11 - 2/3.3,5 = 9 m. III.1.2.3- Tổng trở sóng của dây chống sét và dây dẫn. Zdd = 60.ln (2.hdd / r). ( III– 10 ) ZddA = 60. ln [ ( 2. 12) / (8,5. 10-3 ) ] = 476,75 W. ZddB = 60. ln [ ( 2. 9 ) / ( 8,5. 10-3 ) ] = 459,48 W. Với dây chống sét ta phải tính tổng trở khi có vầng quang và khi không có vầng quang. + Khi không có vầng quang: Zdcs =60. ln [ ( 2. 16,5 ) / ( 5,5. 10-3 )] = 521,97 W + Khi có