Đề tài Kỹ thuật điện cao áp

g án II. Bảng kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của từng cột thu sét. Cột F Độ cao h(m) Độ cao cần bảo vệ hx(m) Bán kính bảo vệ ở độ cao tương ứng F1-F8 26,5 17 7,875 10,5 20,062 F9=F11 20,5 10,5 11,062 7,5 16,678 Bảng kết quả tính toán phạm vi bảo vệ thu sét của từng cặp cột thu sét. Cặp cột F-F. Chiều cao cột tương ứng h-h(m). Khoảng cách(m). Chiều cao cần bảo vệ hx(m). Bán kính bảo vệ ở độ cao bảo vệ hx(m). 1-2 26,5-26,5 38 17 3,053 10,5 11,919 1-3 (2-4) 26,5-26,5 42,5 17 2,571 10,5 10,954 3-5 (4-6) 26,5-26,5 45,77 17 2,220 10,5 10,254 7-9 20,5-20,5 32 10,5 4,204 7,5 9,829 8-9 20,5-20,5 40 10,5 3,213 7,5 8,115 5-8 (6-7) 26,5-20,5 50 10,5 1,312 Kết luận. -Tổng số cột: 9 cột gồm +6 cột cao 26,5m (Trong đó có 5 cột đặt trên xà cao 17m. Và 1 cột đặt độc lập). +3 cột cao 20,5m ( Trong đó có 1 cột đặt trên xà cao 10,5m. Và 2 cột đặt độc lập) -Tổng chiều dài: L = 5.(26,5-17) + 26,5 + 2.20,5 + (20,5-10,5) = 125m. -Sơ đồ phạm vi bảo vệ trong hình dưới cho thấy phương án này đảm bảo về mặt kỹ thuật. 8m 8m 8m 8m 8m 8m 8m 8m 8m 18,88m 14,8m 8,2m 8,2m 29,5m 29,5m 13m 13m 160m 100m F1 F2 F3 F4 F5 F6 F8 F9 F7 10,5m 17m 17m 10,5m R11,919 R3,053 Phạm vi bảo vệ ở độ cao 17m R2,571 R10,954 R10,254 R2,220 R1,312 R3,213 R8,115 R4,204 R9,829 Phạm vi bảo vệ ở độ cao 10,5m Phạm vi bảo vệ ở độ cao 7,5m SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CỘT THU SÉT PHƯƠNG ÁN II I.5.So sánh và tổng kết các phương án -Cả 2 phương án đều chấp nhận về mặt kỹ thuât: Phương án I ta sử dụng 11 cột thu sét với tổng chiều dài 229m. Phương án II ta sử dụng 9 cột thu sét với tổng chiều dài 125m. So sánh 2 phương án ta chọn phương án II là phương án bố trí cột thu sét chống sét đánh trực tiếp cho trạm. Chương II Tính toán nối đất cho trạm 220/110 kV 2.1. Khái niệm chung: Tác dụng của nối đất trong hệ thống điện là để tản dòng điện xuống đất, đảm bảo điện thế trên các vật nối đất nhỏ. Việc thực hiện nối đất để bảo vệ quá điện áp, nối đất của trạm biến áp, của các cột thu sét, của các đường dây và các thiết bị chống sét là rất quan trọng. Đối với các thiết bị cao áp thường có hai loại nối đất: - Nối đất an toàn. - Nối đất làm việc •Nối đất an toàn: có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người khi cách điện của thiết bị hư hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem nối đất mọi bộ phận kim loại bình thường không mang điện (vỏ máy, thùng máy biến áp, các giá đỡ kim loại... ). Khi cách điện bị hư hỏng trên các bộ phận này sẽ xuất hiện điện thế nhưng do đã được nối đất nên mức điện thế thấp. Do đó đảm bảo an toàn cho người khi tiếp xúc với chúng. •Nối đất làm việc: có nhiệm vụ đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị hoặc một số bộ phận của thiết bị làm việc theo chế độ đã được qui định sẵn. Loại nối đất này bao gồm: nối đất điểm trung tính MBA trong HTĐ có điểm trung tính nối đất, nối đất của MBA đo lường và của các kháng điện bù ngang trên các đường dây tải điện đi xa, và các thiết bị chống sét... •Riêng với nối đất chống sét có nhịêm vụ rất quan trọng : là tản dòng điện sét trong đất (khi có sét đánh vào cột thu sét hoặc trên đường dây) để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên thân cột không quá lớn.... Do đó cần hạn chế các phóng điện ngược trên các công trình cần bảo vệ. ở các NMĐ và TBA về nguyên tắc là phải tách rời 2 hệ thống nối đất bảo vệ và làm việc để đề phòng khi có dòng điện ngắn mạch quá lớn (hay dòng điện sét) đi vào hệ thống nối đất làm việc sẽ không gây điện thế cao trên hệ thống nối đất an toàn. Tuy nhiên trên thực tế khó thực hiện vì nhiều lí do, nên thường chỉ dùng 1 hệ thống để làm 2 nhiệm vụ. Vì vậy hệ thống nối đất chung ấy phải thoả mãn yêu cầu của các thiết bị cần có điện trở nối đất bé nhất. Điện trở nối đất của hệ thống này yêu cầu không được quá 0,5. Để đảm bảo về yêu cầu nối đất cũng như để giảm khối lượng kim loại trong việc xây dựng hệ thống nối đất, nên tận dụng các loại nối đất tự nhiên như: + Ống nước chôn dưới đất hay các ống kim loại khác (không được chứa các chất dễ gây cháy nổ). + Hệ thống dây chống sét – cột chống sét. + Kết cấu kim loại các công trình. Khi dùng hệ thống nối đất tự nhiên phải tuân theo những qui định của qui phạm. Nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn các yêu cầu của thiết bị có dòng ngắn mạch bé thì không cần làm thêm nối đất nhân tạo nữa. Nhưng đối với các thiết bị có dòng điện ngắn mạch lớn thì cần phải nối đất nhân tạo và yêu cầu trị số điện trở nhân tạo < 1. •Các tham số dùng để tính toán: Điện trở suất của đất = 1,0. 10 4 (cm) Điện trở nối đất cột đường dây : Rc = 12 Trong thực tế đất là một môi trường phức tạp và không đồng nhất về thành phần. Điện trở suất của đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần, nhiệt độ, độ ẩm....Do khí hậu của các mùa thay đổi nên độ ẩm, nhiệt độ của đất luôn thay đổi.Vì vậy trong khi thiết kế hệ thống nối đất thì với mỗi loại điện cực nối đất khác nhau ta phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa: =đo.kmùa *Với nối đất an toàn và làm việc: Khi dùng thanh ngang chôn sâu 0,8 (m) thì: kmùa = 1,6 Khi dùng cọc dài 2 ¸ 3 (m) chôn sâu 0,8 (m) thì: kmùa = 1,4 *Với nối đất chống sét thì: Khi dùng thanh ngang chôn sâu 0,8 (m) thì: kmùa = 1,25 Khi dùng cọc dài 2 ¸ 3 (m) chôn sâu 0,8 (m) thì: kmùa = 1,25 Với k tra bảng 2-1, trang 12, sách “Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp”. 2.2. Tính nối đất an toàn: - Với cấp điện áp lớn hơn 110 kV nối đất an toàn phải thoả mãn điều kiện là: Điện trở nối đất của hệ thống phải có giá trị R 0,5 - Điều kiện này xuất phát từ việc ở cấp điện áp lớn hơn 110 kV dòng ngắn mạch lớn, khi chạm vỏ hay khi rò điện thì dòng điện sẽ rất lớn gây nguy hiểm cho con người và thiết bị khác. ở cấp điện áp Uđm 110 kV do có độ dự trữ cách điện cao nên ta sử dụng chung nối đất an toàn, nối đất làm việc thành một hệ thống. Điện trở nối đất của hệ thống phải thoả mãn các điều kiện sau: RHT = RTN // RNT = Trong đó: + RTN: Điện trở nối đất tự nhiên + RNT: Điện trở nối đất nhân tạo và RNT 1 (Ω) 2.2.1. Nối đất tự nhiên: Nối đất tự nhiên bao gồm các dạng sau: Các hệ thống ống dẫn nước, các ống kim loại chôn dưới đất không chứa các chất dễ cháy nổ. Hệ thống dây chống sét cộng với điện trở nối đất cột điện đường dây mà được nối vào hệ thống nối đất trạm. Các kết cấu kim loại của trạm như: móng nhà, tường trạm... Trong phạm vi của đề tài ta chỉ xét nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống dây chống sét – cột đường dây 110 kV, 220 kV tới trạm. Ta có công thức tính toán trạm như sau: RTN = Trong đó: n: số lộ đường dây có treo dây chống sét. Rc: điện trở nối đất của cột: Rc = 12 Rcs: điện trở dây chống sét trong khoảng vượt Rcs = N: số dây chống sét trong một lộ: N = 1. Dây chống sét ta sử dụng loại C-70 có r0 = 2,38 (Ω) Khoảng vượt của đường dây 110 kV là : l110 = 200 (m) và của đường dây 220 kV là : l220 = 250 (m). Giả thiết các khoảng vượt có độ dài như nhau thì: Do kết cấu của trạm có 2 lộ 110 kV và 4 lộ 220 kV nên điện trở nối đất tự nhiên là: Áp dụng công thức: RTN = -Phía 220kV: -Phía 110kV: Từ đó ta có điện trở tự nhiên tổng: Nhận xét: Ta thấy rằng RTN > 0,5W không đạt yêu cầu về nối đất an toàn do đó ta cần tiến hành thiết kế nối đất nhân tạo. 2.2.2. Nối đất nhân tạo: Ta phải thiết kế một hệ thống nhân tạo với yêu cầu RNT 1 (Ω ). Đối với nối đất nhân tạo cho trạm biến áp thì có nhiều cách thức khác nhau như: nối đất kiểu lưới, kiểu mạch vòng... Ta sẽ sử dụng nối đất dạng mạch vòng xung quanh trạm bằng các thanh dẹt. Do trạm đang thiết kế có hình dạng không phải là hình chữ nhật nên phải qui đổi: L1 L2 Giả sử 2 cạnh của hình chữ nhật là l1 và l2. Ta có: l1 + l2 = 240 l1 x l2 = 9720 { Ta chọn l1 là chiều dài, l2 là chiều rộng nên ta tìm được: l1 = 188,41 (m) ; l2 = 51,59 (m) Vậy ta sử dụng mạch vòng nối đất hình chữ nhật có các kích thước như sau: l1 = 188,41 (m) ; l2 = 51,59 (m) Công thức tính điện trở mạch vòng: Trong đó: - L: chu vi mạch vòng: L = (l1 + l2)x2 = (188,41 + 51,59)x2 = 480 (m) - t: Độ chôn sâu của thanh làm mạch vòng. Lấy t = 0,8 (m) - utt: Điện trở suất tính toán của đất đối với thanh làm mạch vòng chôn ở độ sâu t: rtt = rđo.kmùa = 1,0.104 . 1,6= 1,6.104 (Ωcm) - d: Đường kính thanh làm mạch vòng (nếu là thanh dẹt có bề rộng là b thì ). Ta chọn thanh có bề rộng là b = 4 (cm). Do đó: d = 2 (cm) - k: Hệ số phụ thuộc vào tỷ số .Giá trị của được cho ở bảng sau: Bảng 2-1: Giá trị l1/l2 1 1,5 2 3 4 k 5,53 5,81 6,42 8,17 10,4 K l1 l2 Hình 2-1: Đồ thị Ta có: . Tư đồ thị ta xác định được k = 9,3. Thay các giá trị đã xác định ở trên vào công thức tính RMV ta có: RMV = 0,715 < 1 (Ω). Khi đó: RHT = RNT// RTN = Vì RHT = 0,361< 0,5W nên đã đạt yêu cầu. Tuy nhiên ta cần phải kiểm tra với trị số điện trở của mạch vòng nhân tạo như trên đã đảm bảo về yêu cầu của nối đất chống sét hay chưa? Nếu như đã đảm bảo về điều kiện của nối đất chống sét thì ta không cần phải tiến hành nối đất bổ xung, còn nếu không đảm bảo yêu cầu của nối đất chống sét thì ta cần phải tiến hành nối đất bổ xung. 2.2.3. Nối đất chống sét: 1a. Dòng điện sét trong hệ thống nối đất: Khi có dòng điện sét đi vào bộ phận nối đất và tốc độ biến thiên của dòng điện sét theo thời gian rất lớn trong thời gian đầu của điện cảm của khu vực nối đất sẽ ngăn cản không cho dòng điện đi tới phần cuối của điện cực khiến cho điện áp phân bố không đều.Trong thời gian về sau ảnh hưởng của điện cảm mất dần và điện áp sẽ phân bố đều hơn .Thời gian của quá trình quá độ trên phụ thuộc vào hằng số thời gian T = L.g.l2 Từ công thức trên ta thấy rằng khi dòng điện tản trong đất là dòng 1 chiều hay dòng 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 trị số của điện trở tản. Khi dòng điện đi vào trong đất là dòng điện sét, tham số biểu thị nối đất tuỳ thuộc vào tương quan giữa hằng số thời gian T và thời gian đầu sóng của dòng điện. Khi T << tđs thì tới lúc cần xét (khi dòng điện sét đạt trị số cực đại ) quá trình quá độ đã kết thúc và nối đất thể hiện như một điện trở tản. Trong trường hợp này ứng với hình thức nối đất tập trung. Nếu điện cực dài, hằng số thời gian có thể đạt tới mức tđs và tại thời điểm dòng điện đạt trị số cực đại, quá trình quá độ chưa kết thúc, nối đất thể hiện như một tổng trở Z và có trị số rất lớn so với trị số điện trở tản.Trường hợp này gọi là nối đất phân bố dài. Trong khi ta thiết kế bảo vệ chống sét cho các TBA thường thì hệ thống nối đất chống sét được nối chung với nối đất an toàn tạo thành hệ thống nối đất chung ( chỉ áp dụng cho cấp điện áp Uđm 110 kV). Do vậy nối đất chống sét là nối đất phân bố dài. Khi có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất, tổng trở xung kích ZXK có thể lớn gấp nhiều lần so với điện trở nối đất và có thể gây phóng điện ngược tới các thiết bị điện của trạm. Do đó ta phải tính toán kiểm tra yêu cầu của nối đất chống sét khi có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất. 1b.Các yêu cầu cần kiểm tra: Đối với TBA 220/110(kV) khi có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất thì dòng điện sét I đi vào phải thỏa mãn điều kiện : Uđ = I.ZXK (0, tđs) < U50%MBA Trong đó : - I : Là biên độ của dòng điện sét . - ZXK(0, tđs): Là tổng trở xung kích ở đầu vào của nối đất. - U50%MBA: Là trị số điện áp phóng điện xung kích nhỏ nhất của MBA. Đối với MBA 110(kV) U50%MBA= 460(kV). Đối với MBA 220(kV) U50%MBA= 900(kV). Vậy điều kiện của nối đất chống sét là: Uđ < U50%MBA= 460(kV). 1c.Dạng sóng tính toán của dòng điện sét: Trong tính toán thiết kế ta chọn dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xiên góc có biên độ không đổi . Phương trình của dòng điện sét có dạng như sau: a.t khi t < tđs IS = I khi t > tđs Biên độ của dòng sét được qui định là I = 150(kA) I = tđs.a (kA) Độ dốc của dòng sét là: a = 30 (kA/ms) Thời gian đầu sóng là: tđs = I/a = 150/30 = 5 (ms) Khi tính toán được giá trị tại chỗ dòng điện sét đi vào nối đất Uđ ta phải so sánh với U50%MBA= 460(kV). Nếu Uđ không thỏa mãn thì ta phải tiến hành nối đất bổ xung. Dạng sóng của dòng điện sét được cho như đồ thị dưới đây: IS(A) I t(s) tđs Hình 2-2: Đồ thị dạng sóng của dòng điện sét 1d.Kiểm tra phương án mạch vòng nối đất nhân tạo theo yêu cầu của nối đất chống sét.Tổng trở đầu vào của nối đất chống sét: Do việc sử dụng một hệ thống nối đất chung cho cả nối đất an toàn và nối đất chống sét nên ta phải tính toán lại điện trở nối đất nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét . Như đã nói ở phần 2.1 ở trên, với nối đất chống sét : Khi dùng thanh ngang chôn sâu 0,8(m) thì kmùa=1,25. Khi dùng cọc dài 2(m) ¸3(m) chôn sâu 0,8(m) thì kmùa=1,15(m). Nên ta có: Với: + RMV(set), Rcoc(set), RNT(set): Điện trở mạch vòng, điện trở nối đất cọc, điện trở nối đất nhân tạo theo yêu cầu của nối đất chống sét. Vì ở đấy nối đất nhân tạo chỉ cần một mạch vòng xung quanh trạm là đủ.Ta không cần đóng thêm cọc nên ta có. Để tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét ta xét các điều kiện sau : +Bỏ qua nối đất tự nhiên . +Trong tính toán đẻ đơn giản ta bỏ qua điện trở tác dụng R.Vì nó rất nhỏ so với điện cảm của nó và vì ảnh hưởng của điện dung cũng rất nhỏ nên ta bỏ qua điện dung C . +Không xét quá trình phóng điện trong đất (không xét đến hiện tượng giảm điện áp và giảm mật độ dòng điện ở các phần xa của điện cực ). +Ta xem mạch vòng của hệ thống nối đất là sự gép song song của hai tia.Chiều dài của một tia là: l=L/2 Với L=561 (m) là chu vi của mạch vòng l = Sơ đồ thay thế cuả một tia là G L Hình 2-3: Sơ đồ thay thế của 1 tia Trong đó: + L: Là điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài . + G: Là điện dẫn của điện cực theo đơn vị dài . Ta có: (H/m). (W) Trong đó : - l: Là chiều dài cực . - R: Là bán kính cực .ở phần trước ta đã chọn mạch vòng là thép dẹt có bề rộng b =4 (cm) d = 2 (cm). Do đó: r = b/4 = 1 (cm) = 0,01 (m) Ta có : (H/m). (1/(W.m). Từ sơ đồ thay thế ta có hệ phương trình vi phân : Giải hệ phương trình này ta được điện áp tại điểm bất kỳ và tại thời điểm t trên điện cực: Từ đó ta suy ra tổng trở xung kích ở đầu vào của nối đất . Với : (hằng số thời gian) ; Do coi hệ thống nối đất là sự gép song song của hai tia nên tổng trở xung kích của hệ thống nối đất tại thời điểm t= tđs sẽ là : Từ công thức trên ta thấy tổng trở xung kích của nối đất gồm: + Thành phần biến thiên theo thời gian t (thành phần cảm ứng ). + Thành phần ổn định có trị số bằng trị số điện trở xoay chiều là: 1/(2.G.l) Tổng trở xung kích của hệ thống nối đất tiến tới trị số ổn định càng nhanh thì trị số điện trở tản càng ngắn .Chiều dài của điện cực càng lớn thì điện áp ở đầu cuối càng bé, điều này chứng tỏ các phần ở cuối của điện cực phát huy tác dụng kém . Để xác định được ZS(0, tđs),ta xét các chuỗi số sau: Chuỗi số : Chuỗi số: Trong chuỗi số này ta chỉ xét đến số hạng chứa e-4( Từ số hạng e-5 trở đi có giá trị rất nhỏ so với các số hạng trước nên ta có thể bỏ qua ).Tức là ta tính với k sao cho : kÎZ+.Ta có : hay (kÎZ+) Ta chọn k trong khoảng từ 1¸5 (kÎZ+) Với k = 1¸5 (kÎZ+) ta có bảng kết quả sau : K Tk(ms) 1 30,700 0,162 0,850 0,8500 2 7,500 0,666 0,513 0,1282 3 3,333 1,500 0,223 0,0247 4 1,875 2,666 0,069 0,0043 5 1,200 4,166 0,015 0,0004 Bảng 2-2 Từ bảng trên ta tính được: = 0,85 + 0,1282 + 0,0272 + 0,0043 + 0,0004 = 1,0076 Vậy : Khi đó: Uđ = I.ZS(0, tđs)=150. =1023,3 (kV). Nhận thấy: Uđ=1023,3 (kV) > U50%MBA= 460 (kV) nên phương án nối đất mạch vòng nhân tạo chưa đảm bảo về yêu cầu nối đất chống sét. Vì vậy taq phải tiến hành nối đất bổ xung 1.e. Nối đất bổ xung: Trong nối đất bổ xung ta sử dụng dạng nối đất tập trung gồm thanh và cọc tại chân các thiết bị. Do việc xác định Zbx bằng lý thuyết lại rất kho khăn nên ta chọn hình thức nối đất bổ xung như sau: Chọn thanh nối đất bổ xung là loại thép dẹt có: Chiều dài: lT =12 (m). Bề rộng: bT = 0,04(m). Dọc theo chiều dài thanh có chôn 3 cọc tròn có : Chiều dài cọc: lcọc = 3 (m). Đường kính : d = 0,04 (m). Khoảng cách giữa hai cọc : a = 6 (m). Độ chôn sâu: t = 0,8(m). Sơ đồ nối đất của hệ thống khi có nối đất bổ xung như hình vẽ (2-4) ở dưới : Nối đất được tính toán cho chống sét nên ta lấy hệ số kmùa như sau: Đối với thanh ngang chôn sâu t=0,8(m); kmùa= 1,25. Đối với cọc dài 2m chôn sâu t = 0,8(m); kmùa= 1,15. kmùa tra bảng 2-1 trang 12 sách “Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp-Kỹ Thuât Điện Cao Áp”. Sơ đồ nối đất bổ xung như sau: l(T) = 12(m) l(coc) = 3(m) t = 0,8m Hình 2-4: Sơ đồ mô tả nối đât bổ sung a1.Điện trở của thanh. Công thức sử dụng để tính toán : Trong đó : + lT: Chiều dài của thanh l = 12 (m). + t: Độ chôn sâu của thanh làm tia t = 0,8(m). -điện trở suất tính toán của đất đối với thanh làm tia chôn ở độ sâu t. rtt = rđo.kmùa = 1,0.104 . 1,25= 1,25.104 (Ωcm) = 125 (Ωm) + d: Đường kính thanh làm tia.Vì ta chọn thanh dẹt có bề rộng b = 0,04 (m) nên d = b/2 = 0,02(m). + k: Hệ số hình dáng. Lấy k=1. Do nối đất là tia ngang . Thay các giá trị vào công thức ta được: Vậy điện trở của thanh bổ xung là: RT = 15,102 (W). a2.Điện trở của cọc: Công thức sử dụng để tính toán: Trong đó : +: Là điện trở suất của đất đối với cọc chôn ở độ sâu t=0,8(m). rtt = rđo.kmùa = 1,0.104 . 1,15= 1,15.104 (Ωcm) = 115 (Ωm) + d: Là đường kính cọc :d = 0,04(m); Thay các giá trị vào công thức trên ta được: Vậy điện trở bổ xung của cọc là: RC = 34,716 (W). a3.Điện trở bổ xung: Điện trở bổ xung được tính theo công thức: Trong đó: + n: Là số cọc. +: Là hệ số sử dụng của thanh và của cọc . Với n =3; lcọc = 3 (m); a = 6(m); a/l = 2(m). Tra bảng 3 phần phụ lục sách “Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp” trang 82 ta được: . Tra bảng 5 phần phụ lục sách “Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp” trang 84 ta được: . Thay các giá trị trên vào công thức ta được: b.Tổng trở vào của hệ thống nối đất khi có nối đất bổ xung: Sử dụng phép toán tử Laplace ta tìm được công thức tính tổng trở xung kích của hệ thống nối đất như sau : Trong đó : Xét chuỗi số : . Trong chuỗi số này ta chỉ tính đến e-4 (vì từ e-5trở đi có giá trị rất nhỏ ) tức là ta tính với XK sao cho : G’ L’ ….. ….. ….. Do coi mạch vòng của hệ thống nối đất là sự ghép song song của hai tia có cùng độ dài l = 280,5 (m) nên ta có sơ đồ hệ thống nối đất như sau : Hình 2-5: Sơ đồ hệ thống nối đất. Trong sơ đồ thay thế trên : +L’: Là điện cảm tương đương của một đơn vị dài và L’= L/2. +G’: Là điện dẫn tương đương của đơn vị dài và G’=2.G. Do đó ta có: T1 = 30,7 Trong đó XK là nghiệm của phương trình: Giải phương trình trên bằng phương pháp đồ thị và ta xác định được nghiệm như sau : y x x1 x2 x4 x5 x7 x3 x6 Hình 2-6: Đồ thị xác định nghiệm phương trình tgXk = -0,104Xk K 1 2 3 4 5 6 XK 2,847 5,634 8,650 11,565 14,538 17,565 Cos(XK) - 0,957 0,798 - 0,717 0,544 - 0,396 0,290 Bảng 2-3 Ta có bảng kết quả: Bảng 2-4 K 1 2 3 4 5 6 XK 2,847 5,634 8,650 11,565 14,538 17,565 1,092 1,570 1,945 3,379 6,377 11,891 1,196 1,674 2,049 3,483 6,481 11,995 0,874 0,592 0,291 0,109 0,030 0,006 BK 1,133 0,548 0,220 0,048 0,0072 0,00079 Từ bảng 2-5 trên ta có: = 1,9569 W Vì vậy ta tính được: ZXK(0,tđs) = A + B = 0,702 + 1,9569 = 2,6589 (Ω) Điện áp khi có dòng điện đi vào nối đất tại thời điểm t = tđs (thời điểm dòng điện sét đạt giá trị cực đại) là: Ud =I.ZXK(0,tđs)=150. 2,6589 = 398,84 (kV)<U50%MBA= 460 (kV). Vì giá trị của Ud < U50%MBA nên hệ thống nối đất bổ xung như trên đảm bảo yêu cầu của nối đất chống sét. *Kết luận: Như vậy với việc thiết kế thêm nối đất bổ xung thì đã đảm bảo yêu cầu nối đất chống sét. Vì vậy máy biến áp được bảo vệ an toàn khi sét đánh vào trạm. Chương III Tính chỉ tiêu chống sét cho đường dây 220kV 3.1. Yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đường dây 220kV: Trong hệ thống điện thì đường dây tải điện là phần tử dài nhất. Do vậy thường bị sét đánh và chịu tác dụng của quá điện áp khí quyển do sét gây ra. Quá điện áp khí quyển không những gây nên phóng điện trên cách điện đường dây mà còn truyền sóng vào trạm, gây sự cố phá hoại cách điện của thiết bị điện trong trạm. Chính vì lí do đó mà ta phải tiến hành nghiên cứu chống sét cho đường dây tải điện, đặc biệt là những đoạn đường dây gần đến trạm thì phải được tính toán bảo vệ cẩn thận, vì khi sét đánh vào đoạn dây gần trạm thì sẽ tạo nên sóng truyền vào trạm có tham số lớn, gây nguy hiểm cho cách điện của thiết bị trong trạm. Quá điện áp khí quyển có thể là do sét đánh thẳng vào đường dây hoặc đánh xuống đất gần đường dây tạo nên quá điện áp cảm ứng trên đường dây. Ta có thể thấy rằng trường hợp sét đánh thẳng vào đường dây là nguy hiểm nhất vì đường dây phải chịu toàn bộ năng lượng của phóng điện sét, do đó được chọn để tính toán chống sét cho dường dây. Trị số quá điện áp cảm ứng thường rất lớn nên ta không thể chọn được mức cách điện đường dây đáp ứng được yêu cầu của quá điện áp khí quyển mà ta chỉ có thể chọn theo mức độ hợp lý về mặt kinh tế và kỹ thuật. Vì vậy yêu cầu đối với bảo vệ chống sét đường dây không phải là để loại trừ hoàn toàn sự cố do sét đánh mà chỉ giảm sự cố tới một giá trị hợp lý. Trong phạm vi của đồ án chỉ tập trung vào cách tính toán số lần cắt điện do sét , trên cơ sở đó xác định được phương hướng và biện pháp để giảm số lần cắt điện.Với độ treo cao trung bình của dây dẫn trên cùng ( dây dẫn hoặc dây chống sét ) là h, đường dây sẽ thu hút về phía mình các phóng điện sét trên dải đất có chiều dài là 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây. Tổng số lần sét đánh lên đường dây hàng năm được tính theo công thức: N = ( 0,1 0,15).nngs .6htb .L .10-3 ( lần / km năm ) Trong đó: + 0,10,15 : số lần có sét đánh trên 1 km2 đất ứng với 1 ngày sét. + htb : độ treo cao của dây dẫn tính theo trung bình L : chiều dài đường dây (km) . Thường lấy L = 100 Km nngs : số ngày sét đánh trong một năm ở khu vực có đường dây đi qua (ngày). suy ra : N = ( 0,6 0,9).nngs . htb .L .10-3 ( lần / km năm ) Với miền nhiệt đới như Việt Nam thì : nngs= 75100 ngày. Do tham số của dòng điện sét có thể khác nhau, có nhiều giá trị khác nhau cho nên không phải tất cả những lần sét đánh đều dẫn đến phóng điện trên cách điện của đường dây. Để xảy ra phóng điện do sét đánh thì trị số điện áp khí quyển phải lớn hơn mức cách điện xung kích của đường dây. Như vậy số lần phóng điện trên cách đường dây sẽ phụ thuộc vào giá trị xác suất phóng điện Vpđ và số lần phóng điện trên cách điện sẽ được xác định theo công thức sau : Npđ =N.Vpđ = ( 0,6 0,9).nngs . htb .L .10-3.Vpđ Mặt khác, phóng điện xung kích chỉ gây nên cắt điện đường dây khi tia lửa phóng điện xung kích trên cách điện chuyển thành hồ quang điện duy trì bởi điện áp làm việc của lưới điện. Xác suất chuyển từ tia lửa phóng điện xung kích thành hồ quang phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó yếu tố quan trọng nhất là điện áp làm việc dọc theo đường phóng điện. Ta có : = f(Elv) với Elv = ( kv/m) Ulv : điện áp làm việc của đường dây . Lpđ : chiều dài đường phóng điện. Cuối cùng ta có: số lần cắt điện hàng năm của đường dây tải điện do bị sét đánh: Nc = Npđ.=( 0,6 0,9).nngs . htb .L .10-3.Vpđ. Để so sánh khả năng chịu sét của đường dây tải điện có các tham số khác nhau , đi qua những vùng có cường độ sét khác nhau người ta thường dùng trị số suất cắt đường dây tức là số lần cắt khi đường dây có chiều dài L = 100 km. Khi đó suất cắt ký hiệu là ncđ : ncđ = ( 0,06 0,09).nngs . htb .Vpđ. Từ công thức trên ta thấy rằng để giảm số lần cắt điện do sét ,phải giảm Vpđ hoặc giảm * Giảm Vpđ: được thực hiện bằng cách tăng cường cách điện đường dây và treo dây chống sét. Treo dây chống sét là biện pháp rất có hiệu quả trong việc giảm số lần cắt điện đường dây.Tuy nhiên cũng cần phải chú ý tới một số điểm sau đây: - Dây chống sét làm nhiệm vụ chống sét đánh thẳng vào dây dẫn, nhưng vẫn còn khả năng sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn ( Vỏ ) không những chỉ phụ thuộc vào góc ỏ mà còn tăng theo chiều cao của cột điện. - Khi sét đánh vào dây chống sét sẽ gây nên quá điện áp tác dụng mà chủ yếu là điện áp giáng lên bộ phận nối đất của cột điện. Nếu có phóng điện sét mà điện trở nối đất cột đường dây khá lớn thì điện áp tác dụng lên cách điện có khả năng vượt qua mức cách điện xung kích của nó và gây nên phóng điện ngược tới dây dẫn. Từ những chú ý đó ta thấy rằng việc treo dây chống sét chỉ phát huy tác dụng tốt khi nối đất cột điện đường dây tốt. Tại những vùng đất xấu có điện trở suất cao lớn hơn 5.105 (Ωcm) thì dây chống sét sẽ không phát huy tác dụng. *Giảm : Xác suất hình thành hồ quang giảm khi giảm được cường độ điện trường dọc theo đường phóng điện, ví dụ như dùng cột xà gỗ, tăng chiều dài chuỗi sứ cách điện ... Đối với đường dây 220 kV là đường dây tải điện có treo dây chống sét. Do vậy khi bị sét đánh thì chủ yếu sét đánh vào dây chống s