Đồ án Thiết kế hệ thống chống sét cho 1 trạm biến áp và đường dây cao áp dẫn tới trạm

ại nối đất này là đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị hoặc của một số bộ phận của thiết bị theo chế độ làm việc đã được quy định sẵn. Loại nối đất này gồm có nối đất điểm trung tính của máy biến áp trong hệ thống có điểm trung tính nối đất, nối đất của máy biến áp đo lường và của kháng điện nằm trong bù ngang trên các đường dây tải điện đi xa. +Nối đất an toàn hay còn gọi là nối đất bảo vệ: Có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người khi cách điện bị hư hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem nối đất mọi bộ phận bình thường không mang điện ( vỏ máy, thùng máy biến áp, máy cắt điện, các giá đỡ, chân sứ...).Khi cách điện bị hỏng, trên các bộ phận này sẽ xuất hiện điện thế nhưng do đã được nối đất nên giữ được mức điện thế thấp...do đó đảm bảo an toàn cho người khi tiếp xúc với chúng. +Nối đất chống sét: Mục đích tản dòng điện sét vào trong đất ( khi có sét đánh vào cột thu sét hoặc dây thu sét ) để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên thân cột không quá lớn...do đó hạn chế được các phóng điện ngược tới công trình cần bảo vệ. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 37 - Ở các nhà máy điện và trạm biến áp về nguyên tắc phải tách rời các hệ thống nối đất với nhau để đề phòng khi dòng điện ngắn mạch 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. Nhưng trong thực tế điều đó khó thực hiện cho nên thường chỉ dùng một hệ thống nối đất. Do đó hệ thống nối đất chung phải thoả mãn các yêu cầu của mọi thiết bị, hệ thống nối đất cần có điện trở nối đất bé nhất. Điện trở nối đất của hệ thống này yêu sầu không được quá 0,5 Ω . -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 chứa các chất dễ nổ, cháy ), + Hệ thống dây chống sét – cột thu sét . + Kết cấu kim loại của các công trình . - Khi dùng nối đất tự nhiên phải tuân theo các quy định của quy phạm. Nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn các yêu cầu của thiết bị có dòng điện ngắn mạch chạm đất bé thì không cần làm thêm nối đất nhân tạo nữa. Nhưng đối với các thiết bị có dòng ngắn mạch lớn thì cần phải nối đất nhân tạo và yêu cầu trị số điện trở nối đất nhân tạo vẫn phải nhỏ hơn 1Ω. 2.1. Phương pháp nối đất, các tham số ảnh hởng đến điện trở nối đất và hiện tợng phóng điện xung kích. 2.1.1.Phương pháp nối đất. -Hệ thống nối đất bao gồm các điện cực được chôn trong đất để làm giảm nối đất theo tiêu chuẩn của từng loại đất. Các điện cực thường là các thanh dài nằm ngang hoặc cột thẳng đứng để điện áp bước nhỏ, lối đất có thể là mạch vòng hoặc lới vuông. Khi tính toán ta phân làm 2 loại: +Nối đất tự nhiên: ta sử dụng các nối đất có sẵn như dây chống sét,cột thu sét, các kết cấu kim loại của công trình. +Nối đất nhân tạo : Nhằm mục đích đảm bảo điện trở nối đất của công trình khi nối đất tự nhiên không đảm bảo được. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 38 2.1.2.Các tham số ảnh hưởng đến nối đất. - Các tham số ảnh hưởng gồm: Kích thước hình học của điện cực, cách bố trí điện cực, trị số điện trở xuất của đất . *Ảnh hưởng của kích thớc hình học:Trong trờng hợp tổng quát bất kỳ dạng nối đất nào cũng có sơ đồ thay thế như đường dây dài với tham số : r, l, g, c. ( hình 2.1 ). Hình 2.1 Khi tính toán có thể bỏ qua r vì điện trở tác dụng của nối đất có thể nhỏ hơn nhiều so với điện trở tản của nối đất và bỏ qua điện dung c vì dòng điện dung cũng nhỏ ngay cả trường hợp sóng sung kích. Điện cảm L và điện dẫn G phụ thuộc vào kích thước hình học của điện cực hệ thống nối đất. Sơ đồ thay thế rút gọn có dạng như hình 2.2 Hình 2.2. Khi có điện cảm L thì tác dụng của nó đối với dòng điện đi vào hệ thống nối đất khác nhau, với dòng điện có tốc độ biến thiên nhỏ như dòng điện công ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 39 nghiệp thì giá trị L nhỏ và có thể gây tác dụng không đáng kể. Với dòng điện có tốc độ biến thiên lớn như dòng điện sét thì giá trị điện cảm rất lớn, điện cảm đối với dòng điện thể hiện ở thời gian quá độ. T là thời gian mà dòng điện tính từ lúc chưa ổn định đến ổn định. Với dòng điện sét thời gian quá độ T được tính từ thời điểm dòng điện bắt đầu đi vào hệ thống nối đất đến khi kết thúc quá trình quá độ. Thời gian tỷ lệ với điện cảm và điện dẫn của các hệ thống nối đất T ≡ L.g.l2 . Khi dòng điện đi trong đất là dòng điện sét, tham số biểu thị của nối đất với dòng điện thể hiện ở τđs và thời gian T. Khi T ≥ τđs dòng điện đạt cực đại quá trình chưa kết thúc, điện cảm L không thể bỏ qua trong tính toán và phản ứng của nối đất là một tổng trở có giá trị lớn hơn nhiều. Trong trường hợp này tương tự như đường dây nối đất gọi là nối đất phân bồ dài . Khi T < τđs dòng điện đạt cực đại thời gian quá độ kết thúc và nối đất thể hiện như một điện trở tản. Trường hợp này ứng với nối đất tập trung. *Ảnh hưởng của cách bố trí điện cực : Cách bố trí điện cực có ảnh hưởng rất lớn đến trị số của điện trở tản của hệ thống nối đất. Điều này thể hiện ở chỗ điện trường trong đất của các điện cực khác nhau nhiều so với trường hợp một cực đơn , có ngĩa là điện trở một cực của hệ thống nối đất tỷ lệ với điện trở một cực qua hệ số. *Ảnh hởng của trị số điện trở xuất của đất . Đất là môi trường phức tạp không đồng nhất về mặt kết cấu và thành phần do đó điện trở xuất của đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố thành phần : độ ẩm, nhiệt độ của đất . Do khí hậu các mùa thay đổi nên giá trị điện trở xuất của đất cũng thay đổi. Vì vậy khi thiết kế hệ thống nối đất trị số tính toán điện trở xuất của đất ta phải thay đổi lấy trị số lớn nhất. Trị số đó được tính toán bởi công thức: ρ = ρ đo. Kmùa Trong đó : ρđo : Điện trở xuất đo được của đất. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 40 Kmùa: hệ số mùa. Hệ số mùa mỗi loại đất khác nhau có trị số khác nhau. 2.1.3. Hiện tượng phóng điện xung kích. Khi có dòng điện sét đi vào điện cực nối đất thì gây ra một điện trường lớn đến một thời hạn thì xảy ra quá trình phóng điện trong đất. Các tia lửa điện phát triển xung quang điện cực tạo ra vùng hồ quang, cực nối đất xem như là to ra và điện trở nối đất giảm. Điện trở nối đất được tính bằng công thức: Rxk = αxk. R ; Với αxk < 1 là hệ số xung kích. 2.2.Yêu cầu đối với hệ thống nối đất. Bộ phận nối đất của hệ thống thu sét cần có điện trở nối đất bé để việc tập trung điện tích cảm ứng phía mặt đất đợc đẽ dàng và khi có dòng điện sét đi qua, điện áp trên các bộ phận của hệ thống thu sét sẽ không đủ để gây phóng điện ng- ợc từ nó tới các công trình đặt gần. 2.3.Tính toán nối đất cho trạm. 2.3.1.Tính toán nối đất an toàn. -Trạm 110kVyêu cầu điện trở nối đất của hệ thống Ê 0,5 Ω. -Điện trở nối đất gồm 2 phần : +Điện trở nối đất tự nhiên . +Điện trở nối đất nhân tạo . a. Tính toán điện trở nối đất tự nhiên. Trạm thiết kế có dây chống sét dùng để bảo vệ đường dây được kéo vào tận xà của trạm. Nên điện trở nối đất tự nhiên là điện trở hệ thống dây thu sét cột . Điện trở của dây chống sét cột được tính bởi công thức: =CSCR 4 1 2 1 ++ CS C C R R R Trong đó: Rcsc: Điện trở của dây chống sét. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 41 Rc: Điện trở nối đất của cột điện điện đường dây: Rc = 12 Ω Với dây chống sét ta có : Ro = 2,83 Ω/ Km. Đường dây 110 kV khoảng cách giữa các cột là l = 180 m = 0,18 km. Rcs = R0 . lkv = 2,83 . 0,18 = 0,51 Ω ⇒ Rcsc = 4 1 51,0 12 2 1 12 ++ = 0,232 Ω Rtn = n RCSC . ( n là số lộ đường dây ) ị Rtn = 2 032,2 =1,016 Ω Ta có Rtn = 1,016 Ω Theo điều kiện điện điện trở nối đất của hệ thống : ( ) ( )⎩⎨ ⎧ Ω≤ Ω≤ 21 15,0// nt nttn R RR Từ (1) ta có : NTTN RR 11 + ≤ 5,0 1 . ⇒ NTTN NTTN RR RR + . ≤ 0,5 Với Rnt = 1,066 Ω ta có : NT NT R R +016,1 .016,1 ≤ 0,5 ⇒ NTR ≤ 0,984 Ω Với Rtn Ê 0,984 Ω thoả mãn điều kiện (2 ).Vậy ta phải tính điện trở nối đất nhân tạo . Nếu Rnt Ê 0,984 Ω thì thoả mãn yêu cầu điện trở nối đất của hệ thống . b.Tính toán hệ thống nối đất nhân tạo . ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 42 Hệ thống nối đất nhân tạo bao gồm thanh mạch vòng bao quanh trạm đồng thời đặt các thanh phụ làm nhiệm vụ cân bằng thế và nối đất an toàn các thiết bị trong trạm. Trong tính toán ta bỏ qua điện trở của các thanh cân bằng áp này. Trong trạm ta bố trí các thanh cân bằng áp như trên hình vễ (hình 2.3). Ta đặt mạch vòng cách tường bảo vệ quanh trạm là 1 m. Hình 2.3 : Sơ đồ hệ thống nối đất nhân tạo. - Công thức tính điện trở nối đất của mạch vòng: Rmv = td KL L tt 2 ln 2Π ρ Trong đó: ρtt: là điện trở suất tính toán. L : Là chu vi mạch vòng . K : Là hệ số phụ thuộc sơ đồ nối đất. t : Là độ chôn sâu. Ta lấy t = 0,8 m d : Là đường kính điện cực. Ta chọn thanh dẹt có kích thước 50 X 5 cm thì: d = 2 b = 2 50 =25 cm = 0,25 m. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 43 ρtt = ρđo - Km Dựa vào bảng 19-2 sách Kỹ Thuật Điện Cao áp của tác giả Võ Viết Đạn với t = 0,8 m ta có Km = 1,4. ị ρtt = 80 . 1,4 = 112 Ω Ta có : l1 = 50 m l2 = 35 m ⇒ L = ( l1 + l2). 2 = ( 48 + 33 ). 2 = 162 m. Tỷ số 2 1 l l = 33 48 =1,45 Tra bảng 2.6 sách Hướng Dẫn Thiết Kế Tốt Nghiệp Kỹ Thuật Điện Cao áp của tác giả Nguyễn Minh Chước ta có K = 5,75. ị Rmv = 25,0.8,0 162.75,5ln 14,3.2 112 2 = 1,43 Ω Nhận xét : Rmv > 0,984 Ω không thoả mãn yêu cầu điện trở nối đất của hệ thống do đó ta phải bổ xung thêm cọc. Gọi số cọc là n. ηc,ηmv là hệ số sử dụng của cọc và mạch vòng. Ta có: Rnt = mvccmv cmv RnR RR ηη ... . + - Điện trở của cọc được xác định bởi công thức : Rc = ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ − ++Π lt lt d l l tt 4 .4ln 2 1.2ln .2 ρ Trong đó: ρtt: là điện trở xuất tính toán. ρtt = ρđ . Km Ta thiết kế cọc chôn sâu cách mặt đất 0,8 m. Dựa vào bảng 19.2 sách Kỹ Thuật điện Cao áp của tác giả Võ Viết Đạn ta lấy Km = 1,4. ị ρtt = 80 . 1,4 = 112 Ω ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 44 l : Là chiều dài cọc: Ta lấy l = 3 m. d: Là đường kính của cọc: Ta lấy d = 0,05 m t : Là khoảng cách từ mặt đất tới điểm giữa của cọc. t = 2 l + h = m3,28,0 2 3 =+ ịRc = ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ − ++ 33,2.4 33,2.4ln 2 1 05,0 3.2ln 14,3.2 112 = 30,472 Ω - Ta xác định ηc, ηmv: + cho l a =3 ị a = 3 . l =9 m. n = 18 9 162 == a L cọc Lấy n = 18 cọc Tra bảng 4 trang 83 sách Hướng Dẫn Thiết Kế Tốt Nghiệp Kỹ Thuật Điện Cao áp (HDTKTNKTĐCA ) của tác giả Nguyễn Minh Chước ta có ηc = 0,73. Tra bảng 6 trang 84 sách HDTKTNKTĐCA ta có: ηmv = 0,46 . ⇒ Rnt = mvccmv cmv RnR RR ηη ... . + = 46,0.472,3018.73,0.43,1 472,30.43,1 + = 1,328. Rnt > 0,984Ω ị Không thoả mãn yêu cầu của hệ thống. + Cho l a = 2 ị a = 2.l = 2. 3 =6 m n = 27 6 162 == a L cọc Vậy n = 27 cọc Tra bảng 4 trang 83 sách HDTKTNKTĐCA ta có : ηc = 0,61. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 45 Tra bảng 6 trang 84 sách HDTKTNKTĐCA ta có: ηmv = 0,3. ị Rnt = 3,0.472,3027.61,0.43,1 472,30.43,1 + =1,32 Ω Rnt > 0,984 Ω ị Không thoả mãn yêu cầu của hệ thống. + Cho l a =1 ị a =l = 3m n = 3 162= a L =54 Lấy n = 54 cọc. Tra bảng 4 trang 83 sách HDTKTNKTĐCA ta có: ηc = 0,38. Tra bảng 6 trang 84 sách HDTKTNKTĐCA ta có: ηmv = 0,2. ị Rnt = 2,0.472,3054.38,0.43,1 472,30.43,1 + = 1,3 Ω Rnt > 0,984 Ω ị Không thoả mãn yêu cầu của hệ thống . + Cho l a = 0,5 ị a = 0,5 . l = 0,5. 3 = 1,5 m. n = 5,1 152= a L =108 cọc. Lấy n = 108 cọc Tra bảng 4 trang 83 sách HDTKTNKTĐCA ta có: ηc = 0,27. Xác định ηmv: Từ trên ta có : 3= l a thì ηmv = 0,46 2= l a thì ηmv = 0,3 1= l a thì ηmv = 0,2 Ta có đồ thị: Từ đồ thị ta có với 5,0= l a thì ηmv = 0,17 ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 46 ⇒ Ω=+= 93,017,0.472,30108.27,0.43,1 472,30.43,1 ntR Rnt < 0,984 Ω thoả mãn yêu cầu của hệ thống nối đất. Vậy ta bố trí 113 cọc bổ xung vào hệ thống mạch vòng . 2.3.2. Điện trở nối đất xung kích . Do ảnh hưởng của mùa sét nên điện trở nối đất xung kích được tính tương ứng với hệ số mùa K ms. + Điện trở của mạch vòng là : td KL L KR dmsmvms 2 ln 2 . Π= ρ Với hệ số mùa sét Kms tra trong bảng 19.2 sách Kỹ Thuật Điện Cao áp của tác giả Võ Viết Đạn. Với mạch vòng nằm ngang độ chôn sâu 0,8 m. Ta chọn :Kms = 1,25. Trong tính toán nối đất an toàn ta có : L =162 m ρđ = 8,0. K = 5,75. d = 0,25. ⇒ 25,0.8,0 162.75,5ln 162.14,3.2 80.25,1 2=mvmsR = 1.33 Ω + Cùng với Rc = 30,472 Ω và số cọc là 108 cọc ta tính điện trở nối đất nhân tạo theo yêu cầu của điện trở xung kích . Ta có: mvmvcmv cmv ntxk RnR RR R ηη += .. . Với ηmv = 0,17 . ηc = 0,27, ⇒ 17,0.472,30108.27,0.277,1 33,1.472,30 +=ntxkR = 0,989 Ω. Ta có tổng trở xung kích tại thời điểm t = τđs. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 47 Z ( ) ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= ∑∞ = − 1 2 1 0 1121 2 1,0 K T ds ds K 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 thé