Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 220/110 KV

i lớp đất ở dưới sâu thì sự dao động ít hơn. Vì vậy khi thiết kế một hệ thống nối đất cần chú ý đến trị số tính toán điện trở suất của đất. r = rđo. kmùa Trong đó: rđo là điện trở suất đo được đã cho kmùa là hệ số mùa (phụ thuộc vào dạng cực và độ chôn sâu của nối đất và khi đo đất khô hay ẩm ) II. Tính toán nối đất an toàn. Đây là trạm biến áp 220/110 KV là mạng có điểm trung tính trực tiếp nối đất yêu cầu đối với nối đất an toàn phải. R Ê 0,5 ( Phần điện trở nối đất R này bao gồm hai thành phần. Phần điện trở nối đất tự nhiên ( Rtn ) Phần điện trở nối đất nhân tạo ( Rnt) Do vậy điều kiện của điện trở nối đất là Rnt // Rtn Ê 0,5( ) R nt Ê 1,0 ( 1. Điện trở nối đất tự nhiên Trạm thiết kế có dây chống sét dùng để bảo vệ đường dây kéo vào tận xà trạm. Do vậy phần điện trở nối đất tự nhiên là điện trở của hệ thống dây chống sét, cột liên hệ với trạm. a.Điện trở nối đất tự nhiên của đường dây 220KV Xét đường dây 220KV được bảo vệ bằng dây chống sét toàn tuyến (m ỏ 20) Số lượng đường dây là 2, dùng cột sắt mỗi đường dây có hai dây chống sét có kết cấu giống nhau. Chiều dài khoảng vượt. l = 300m = 0,3 km. Dây chống sét dùng loại PC - 70 có R0 = 2,38 (/km) Rc: điện trở nối đất của cột vì r =0,9. 104 <1. 104 . Nên ta lấy Rc =10 + Điện trở nối đất của hai dây chống sét trong một khoảng vượt Rcs = R0 l = (2-1) = 0,375( + Điện trở của dây chống sét -cột của một đường dây 220KV vào trạm. (2-2) + Điện trở của hai dây chống sét cột của hai lộ đường dây 220KV. = . 1,75 = 0, 875 b.Điện trở nối đất của đường dây 110 KV Xét đường đây 110 KV vào trạm. -Các đường dây được boả vệ bằng dây chống sét toàn tuyến (m >20) -Có ba đường dây vào trạm dùng dây chống sét -Các cột đều có điện trở nối đất. RC = 10 (W) -Dây chống sét dùng loại Pc-17 có R0 = 2,38 (W/km) -Chiều dài khoảng vượt. l = 200m = 0,2km (2-1) + Điện trở nối đất của hai dây chống sét trong một khoảng vượt. + Điện trở của dây chống sét – cột của một đường dây 110 KV vào trạm (2-2) + Điện trở dây chống sét - cột của ba lộ đường dây 110 Kv c.Điện trở nối đất dây chống sét - cột của tất cả các đường dây nối vào trạm Kết luận: Mặc dù trạm có nối đất tự nhiên bằng 0,31 < 0,5 W nhưng do điện trở tự nhiên thường xuyên biến đổi. Để đảm bảo an toàn với trạm này vẫn cần phải có nối đất nhân tạo với yêu cầu. Rnt Ê1 W 2.Điện trở nối đất nhân tạo a.Phương pháp tính toán và các thông số. Song song với việc thực hiện yêu cầu với điện trở nối đất Rnt // Rtn Ê 0,5 (W) Rnt Ê 1,0 (W) Sẽ phải sử dụng biện pháp cân bằng điện để tạo nên sự phân bố điện áp đều trên bề mặt đất, làm giảm điện áp bước, và điện áp tiếp xúc Với mục đích đó em dùng nối đất mạch vòng bố trí dọc theo chu vi trạm để làm tăng điện áp của phần mặt đất phía bên trong và như vậy sẽ giảm được trị số điện áp tiếp xúc và điện áp bước. Mạch vòng bao quanh trạm có dạng hình chữ nhật ABCD có kích thước. l1=200 m l2=150 m Sơ đồ nối mạch vòng của trạm biến áp như hình vẽ (2-1) Tại hệ thống nối đất này em chọn sắt chạy dọc sung quanh chu vi trạm. 200m 150m Hình 2-1 Có d= + Điện trở mạch vòng xác định theo công thức. Trong đó: r = rđo.Kmùa là điện trở suất tính toán của mạch vòng.Tra bảng (2–1) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có: Kmùa = 1,6 vậy r = rđ.1,6 = 0,9.1,6.102=1,44.102 (W.m). L là chu vi mạch vòng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(150+ 200) = 700m. d là đường kính thanh nối: d = 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: k= Tra bảng (2 – 6) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” được k =5,81. Thay số vào biểu thức (ta có: Nhận xét: Dựa vào sơ đồ trạm và trên cơ sở mục đích yêu cầu của nối đát an toàn ta có Rnt =0,603 bảo đảm thoả mãn điều kiện nối đất an toàn của trạm.Ngoài ra còn tận dụng được các dạng nối đất tự nhiên. III.TíNH TOáN NốI ĐấT CHốNG SéT 1.Mở ĐầU Khi có dòng điện đi vào bộ phận nối đất nếu tốc độ biến thiên của dòng điện theo thời gian là rất lớn thì trong thời gian đầu điện cảm sẽ ngăn khômg cho dòng điện đi đến phần cuối của điện cực khiến cho điện áp phân bố không đều. Sau một thời gian ảnh hưởng của điện cảm mất dần điện áp sẽ phân bố nhiều hơn. Thời gian của quá trình quá độ nói trên phụ thuộc vào hằng số thời gian. T= L.g.l2 (2-5) (T tỉ lệ với điện cảm tổng Ll và điện dẫn tổng gl của điện cực ) + .Từ biểu thức trên ta thấy khi dòng điện tản trong đất là dòng một chiều hay xoay chiều tần số công nghiệp. + ảnh hưởng của L không đáng kể vào bất kỳ hình thức nối đất nào (thẳng đứng hay nằm ngang )cùng đều biểu thị trị số điện tản. Khi dòng điện tản trong đất là dòng điện sét tham số biểu thị của nối đất phụ thuộc vào tương quan giữa hằng số thời gian T và thời gian đầu sóng dòng điện khi T<< Tđs (khidòng 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 hình thức nối đất dùng cọc hoặc thanh ngang có chiều dài không lớn lắm và được gọi là 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. Qúa 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 trị số rất lớn so với trị số dòng điện tản. Đây được gọi là trường hợp nối đất phân bố dài. 2.Dạng sóng tính toán của dòng điện sét Trong quá trình tính toán thiết kế ta chọn dạng sóng tính toán của dòng điện sét là sóng siên góc có biên độ không đổi. Dạng sóng tính toán của dòng điện sét được tính tóan như sau. Is = Khi tính toán thiết kế được biên độ và độ dốc a của dòng điện sét được qui định là: a = tga=30(kA/ms) I: biên độ dòng điện sét I = 150kA(với trạm biến áp cao áp) tđs: thời gian đầu sóng lấy bằng 5ms 3.Yêu cầu kiểm tra. Kiểm tra điều kiện nhằm đảm bảo an toàn cho MBA. Bởi vì trong trạm BA thì MBA là phần tử chính quan trọng nhất nhưng mức cách điện lại kém ( cách điện của cuộn dây ). Do vậy U50% CủA MBA là mức giới hạn trên để kiểm tra. Uxk =I.Z(0,tđs) Ê U50% Trong đó: I là trị số dòng điện lấy bằng 150KA Z(0,tđ) tổng trở xung kích nối đất tại thời điểm ngay chỗ dòng điện sét đi vào điện cực U50% trị số điện áp phóng điện xung kích nhỏ nhất của MBA là U50% của MBA 110KV ở đây U50%(MBA) = 460 KV 4.Tính toán nối đất chống sét. a.Tính toán lại trị số điện trở nhân tạo theo yêu cầu của nối đất chống sét. Tra bảng 19-2 sách KTĐCA ta chọn được hệ số mùa sét là. kt =1,2 Dựa vào công thức ( 2-4) và nhận thấy rằng kt tỉ lệ thuận với rtt =rđo.kmùa. + Điện trở thanh dẫn mạch vòng là. Như vậy Rnđ nhân tạo tính cho nối đất chống sét Rnt=0,47 W b.Tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét Để tính toán tổng trở đầu vào của nối đất chống sét ta sét tới các điều kiện. + Bỏ qua nối đất tự nhiên + Bỏ qua các thanh nối cân bằng điện áp trong trạm + Để đơn giản bỏ qua các quá trình phóng tia lửa điện trong đất và giả thiết điện trở suất của đất là không đổi. Mặt khác điện trở của bản thânvật liệu dùng làm nối đất nhỏ hơn rất nhiều so với điện cảm wL của nó ( cùng với tần số dòng điện sét ) và ảnh hưởng của điện dung C của điện cực đối với đất cũng nhỏ hoen rất nhiều so với điện dẫn nối đất. Vì vậy ta xem mạch vòng nối đất gồm hai tia có cchiều dài l ghép song song (l=) và L là chu vi mạch vòng. A B C D Hình 2-3 Giả thiết khi có dòng điện sét xuống hệ thống nối đất từ góc trạm. Có nghĩa là dòng điện sét sẽ đi theo 2 mạch mỗi mạch có chiều dài. l=(m) Mạch vòng này được rút gọn bằng điện cảm L0 và điện dẫn G0 (Bỏ qua điện dung) Lo Lo G0 G0 G0 Hình: 2-4 Ta có L0 là điện cảm tính đối với l đơn vị chiều dài của điện cực. L0 = 0,2 (ln-0,31) (2-6) Trong đó: l là chiều dài điện cực l = 350m. r bán kính của cực. R = d = . 0,02 = 0,01 (m) Thay số vào ta có L0 = 0,2 (ln-0,31) = 2,030 (mH/m) G0 điện dẫn đối với đơn vị chiều dài của điện cực. G0 = (2-7) Điền trở xung kích kéo dài Z(0,t) được xác định Z(0,t) = U(0,t)/I(0,t) = (2-8) Từ công thức (2-8)ta có tổng trở xung kích nối đất của hai điện cực song song (hệ thống mạch vòng -thanh). Z(0, td.s)= (2-9) Xét chuỗi (a) (tra sổ tay toán học) (b) Ta có: e-3=0,0479, e-4=0,0183, e-5=0,0067, e-6=0,0025, e-7=0,00091.Từ e-4 trở đi thì các phần tử của phân số có thay đổi rất nhỏ hầu như không thay đổi so với số hạng trước nó do vậy một cách gần đúng ta chỉ tính tới k sao cho. Ta có: Tk= hay Suy ra: k2Ê. K Là một số nguyên dương hay k= Thay số vào biểu thức T1 ta Có . với tđs =5ms ta có. ị chọn k=8 với k=1 đến 8 thay vào công thức Tk=T1/K2 Với T1=75,66ms, tđs=5ms. Ta có bảng kết quả chuỗi a K K2 K2 1 1 75,66 0,936 0,936 2 4 18,915 0,767 0,19175 3 9 8,406 0,551 0,06122 4 16 4,728 0,347 0,02168 5 25 3,062 0,191 0,00764 6 36 2,101 0,092 0,00255 7 49 1,544 0,039 0,00079 8 64 1,182 0,014 0,00021 Bảng 2-1 Từ bảng kết quả trên ta có. Thay số vào công thức (2-9) ta có giá trị tổng trở xung kích của hệ thống nối đất tại thời điểm: t =tđs. 5.Kiểm tra điều kiện an toàn cho cách điện của máy biến áp. Ta có: Ud = Is.Z(0,tđs) =150.6,57=985,5 (kv) Vậy: *Nhận sét: Hệ thống nối đất nhân tạo mạch vòng –thanh chỉ đạt được yêu cầu nối đất làm việc và nối đất an toàn, nhưng không đạt yêu cầu tiêu chuẩn của nối đất chống sét.Để đảm bảo an toàn cho cách điện của MBA và thiết bị ta phải có biện pháp khắc phục. Để giảm điện trở nối đất đồng thời đảm bảo theo yêu cầu của nối đất chống sét ta có những biện pháp sau. + M ột là đóng cọc với thanh làm thành mạch vòng thanh -cọc. + Hai là dùng nối đất bổ xung Ta chọn phương án đóng cọc kết hợp với thanh tạo thành mạch vòng thanh -cọc.Như vậy thi công sẽ đơn giản hơn, đỡ tốn kém hơn so với nối đất bổ xung vì trong trạm bố trí nhiều thiết bị như móng cột, hầm cáp, v...v. Nên việc đào bới để chôn cọc thanh nối đất bổ xung sẽ phức tạp hơn so với đóng cọc theo chu vi trạm ở phần đất lưu không. 6.Tính điện trở nối đất hệ thống thanh vòng cọc ở phần( 4-a)ta tính được điện trở mạch vòng thanh Rmv=0,47W. 150m 200m Hình 2-5 (Nối đất thanh cọc) Thanh cọc 2,5m b.Tính điện trở cọc. Đối với cọc, điện trở tản xoay chiều được tính theo công thức. (2-10) Trong đó: l là chiều dài cọc l = 2,5m r là điện trở suất của đất đối với cực Ta tính được r = rđo.Kc =1,15 Vậy r = 0,9.104.1,15 = 1,035.104W.cm = 1,035.102W.m + d là đường kính cọc -Cọc được làm bằng sắt 50x50x5 d được tính như sau. D = 0,95.50.10-3 = 4,75.10-2 (m) + t là độ chôn sâu t = 0,8m 50 l t t’ Hình 2-6 (Cọc nối đất) Giá trị của t’ được tính t’ =m Thay số liệu vừa tính được vào công thức (2-10) ta có điện trở nối đất của một cọc trong hệ thống nối đất của trạm là: Sau khi tính được Rmv và Rc ta tính được điện trở nối đất nhân tạo của hệ thống. Theo công thức này ta chỉ mới biết Rc và Rmv Vậy ta phải tìm số cọc để Rnt đạt giá trị nhỏ nhất và đảm bảo để sau khi tính toán nối đất chống sét mà vẫn đảm bảo được tiêu chuẩn nối đất cống sét. ở đây Rc và Rmv chúng phụ thuộc vào số cọc ta xét. Vậy ta xét từng trường hợp theo tỉ số với các thông số là: Chu vi mạch vòng là L=700m. Khoảng cách giữa các cọc là a cọc có chiều dài là 2,5m. số cọc số cọc số cọc Tra bảng 4-6 sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA ta có hệ số sử dụng nối đất mạch vòng thanh cọc + Số cọc n1 =280 Tra được hmv1 = 0,16, hc = 0,34 + Số cọc n2 =140 Tra được hmv2 = 0,19, hc = 0,37 + Số cọc n3 =93 Tra được hmv3 = 0,2, hc = 0,39 Điện trở nối đất nhân tạo của hệ thống khi số cọc là n1, n2, n3 Ta có bảng số liệu Bảng 2-2 Số cọc n Rmv (W) hmv (W) Rc (W) hc (W) Rnt (W) 280 0,47 0,16 32,77 0,34 0,308 140 0,47 0,19 32,77 0,37 0,503 93 0,47 0,2 32,77 0,39 0,652 Điện trở nối đất tính cho nối đất chống sét là Trong đó: Rc=32,77 (W) Rmv = 0,47 (W) n là số cọc đã biết n = 280 cọc ;hmv = 0,16 ;hc = 0,34 Ta tính được: Điện trở ổn định cho một điện cực R = 2Rnt Tổng dẫn nối đất tính cho một điện cực là G0= Điện cảm theo đơn vị dài của điện cực được tính theo công thức (2-6) Trong đó: Thay số vào công thức (2-6) ta có Điện cảm theo một đơn vị dài của điện cực là. Các thông số đã diễn giải phần tính nối đất chống sét. Tính toán hoàn toàn tương tự như trên ta có. hay K là một số nguyên dương hay Thay vào biểu thức T1 ta có. T1=114,18 (ms) Với tđs =5ms.ta có Ta chọn k =10. Ta tính với k =1 đến 10. Thay số vào công thức . với T1= 114,18 ; tđs =5 mH.Ta có bảng kết quả chuỗi (a) . K K2 TK e-5/TK 1 1 114,18 0,957 0,957 2 4 28,54 0,839 0,2097 3 9 12,68 0,674 0,0748 4 16 7,13 0,495 0,0309 5 25 4,56 0,334 0,O133 6 36 3,17 0,206 0,0057 7 49 2,33 0,116 0,0023 8 64 1,78 0,060 0,0009 9 81 1,40 0,028 0,0003 10 100 1,14 0,012 0,0001 Bảng: 2-2 Từ bảng kết quả trên ta nhận thấy. Thay vào công thức (2-9) ta có. Kiêm tra yêu cầu của nối đất chống sét Ud =I. Z(0,tđs) =150.5,27 =790,5 ( kv) Ta nhận thấy rằng. U50%(110kv) < Ud =790,5 (kv). Vậy hệ thống nối đất chống sét sau khi đóng thêm cọc bổ xung không đạt yêu cầu về nối đất chống sét. 7.Nối đất bổ xung. Sau khi đóng thêm cọc dọc theo mạch vòng, nối đất chống sét vẫn chưa đạt yêu cầu.Vì vậy phải đóng thêm nối đất bổ xung. Tức là cần phải đóng thêm vài cọc ở các chỗ đi vào mạch nối đất của các dây tiếp địa cột thu lôi ( nối đấy tập trung). a.Xác định điện trở của nối đất bổ xung. Để nối đất bổ xung ta sử dụng hình thức nối đất hình tia có chôn cọc -Chọn thanh nối đất bổ xung là thép dẹt có chiều dài: lT =11-1=10 (m) Có bề rộng : bT=0,04 (m) Vậy đường kính của thanh: Độ chôn sâu của thanh làm tia: h= 0,8 (m) Dọc theo chiều dài của thanh có chôn ba cọc tròn có chiều dài cọc:lc=2,5(m). Cọc là loại cọc tròn có đường kính: dc =0,05(m) + Nối đất được tính toán cho chống sét nên ta lấy hệ số mùa của thanh và cọc như sau. KT =1,25 ; KC =1,15 . h=0,8m a lc 1m lT lc t Hình:2-7 Sơ đồ nối đất của tia. + Điện trở nối đất của thanh Ta có công thức tính toán. Trong đó : rT Điện trở suất tính toán của nối đất với thanh làm tia chôn ở độ sâu h. rT =r. KT =0,9.104.1,25.10-2 =112,5 (W) K là hệ số hình dáng, do nối đất là tia ngang nên lấy: k=1 Thay các giá trị vào công thức ta được. + Theo(6-b) trên thì đện trở nối đất của cọc là. Rc =32,77(W) *Điện trở nối đất bổ xung được tính theo công thức. Trong đó: n là số cọc hT,hC là hệ số sử dụng của thanh và của cọc + Với n=3,lc =2,5 m ; a=5m Nên ta có a/lc =2 (m) Tra bảng 3 và bảng 5 (phần phụ lục-HDTN).Ta được hC=0,86 và hT =0,92 Thay các giá trị trên vào công thức ta được b.Tổng trở của hệ thống nối đất khi có nối đất bồ xung. Sử dụng công thức toán tử laplace ta tìm được công thức tính tổng trở xung kích của hệ thống nối đất như sau. Trong đó: Xét chuỗi: Trong chuỗi này ta chỉ tính đến e-4 (vì từ e-5 trở đi có giá trị rất nhỏ). Có nghĩa là ta tính với xk sao cho. .Hay ta có LÂ GÂ GÂ GÂ Hình: 2-8 Do coi mạch vòng của hệ thống nối đất là sự ghép song song của hai tia có cùng độ dài l =350m. Nên ta có sơ đồ hệ thống nối đất như sau Trong sơ đồ trên: LÂ là điện cảm tương đương của một đơn vị dài và LÂ =L/2 GÂ là điện dẫn tương đương của đơn vị dài và GÂ = 2G Do đó ta có: T1 =114,18 ms Trong đó Xk là nghiệm của phương trình. giải phương trình trên bằng phương pháp đồ thị và sác định được nghiệm như sau. Từ phương trình đồ thị hình (2-9). Ta có. X1 = 2,99 Rad X2 = 6,01 Rad X3 = 9,05 Rad X4 = 12,03 Rad X5 = 15,12 Rad X6 = 18,15 Rad X7 = 21,19 Rad X8 = 24,28 Rad X9 = 26,12 Rad CosX1 = -0,98 CosX2 = 0,96 CosX3 = -0,93 CosX4 = 0,86 CosX5 = -0,83 CosX6 = 0,77 CosX7 = -0,7 CosX8 = 0,67 CosX9 = 0,54 Từ K³10 thì XK > 30,01 nên ta lấy 9 nghiệm như trên. Lập bảng giá trị của chuỗi số với các XK (K=1đ9) vừa được ở trên ta có bảng kết quả K 1 2 3 4 5 6 7 8 9 XK 2,99 6,01 9,05 12,03 15,12 18,15 21,19 24,28 26,12 1,041 1,085 1,156 1,352 1,451 1,686 2,04 2,227 3,429 0,961 0,851 0,695 0,525 0,362 0,231 0,136 0,072 0,048 BK 0,547 0,465 0,357 0,232 0,149 0,082 0,0402 0,0195 0,0085 Từ bảng kết quả ta có: Ta tính được Zbs(0,tds) = A + B = 0,294 + 1,9002 = 2,1942 (W) C.Kiểm tra yêu cầu của nối đất chống sét Điều kiện kiểm tra Ud = I. Zbs(0,tds) Ud = 150.2,1942 = 329,13 (Kv) Điện áp xung kích: Zbs(0,tds) = 460 Kv Ta nhận thấy Ud < U 50%(110). Vậy sau khi nối đất bổ xung thì nối đất chống sét đạt yêu cầu. Chương III tính toán chống sét cho đường dây 220kv A.Tính toán chống sét đường dây 220kv 3.1. Yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đường dây Đường dây tải điện là phần tử dài nhất trong hệ thống điện, qua nhiều vùng khác nhau. Hơn nữa Việt Nam là nước nhiệt đới gió mùa nên xảy ra nhiều giông sét do đó vấn đề xác định số lần cắt điện do sét đánh là vấn đề cần phải quan tâm nhất là đối với đường dây tải điện thì sự cố do sét đánh là nhiều nhất. Sét đánh vào đường dây gây ra điện áp khí quyển, sóng quá điện áp không những gây ra hư hỏng cách điện mà còn làm hư hỏng các thiết bị của trạm khi sóng truyền vào. Quá điện áp thường xảy ra khi sét đánh trực tiếp vào đường dây và vùng lân cận đường dây. Vị trí số quá điện áp khí quyển rất lớn nên không thể chọn mức cách điện của đường dây đáp ứng được hoàn toàn yêu cầu của quá điện áp khí quyển mà chỉ chọn theo mức độ hợp lý về mặt kinh tế và kỹ thuật do đó yêu cầu cầu đối với bảo vệ chống sét đường dây không phải là loại trừ hoàn toàn sự cố do sét mà chỉ giảm bớt sự cố giới hạn hợp lý. Với độ treo cao trung bình của dây trên cùng ( Dây dẫn hoặc dây chống sét) là h. Đường dây sẽ thu hút về nó các phóng điện của sét trên dải đất có chiều rộng là 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây L. Tổng số lần sét đánh vào đường dây được tính theo công thức: N = (0,6 á 0,9) h.L nngs. 10-3 (3-1). Trong đó: + h là chiều cao trung bình của dây dẫn trên cùng (m) + L là chiều dài đường dây (Km) + nngs là số ngày có sét hàng năm trong khu vực có đường dây đi qua. Vì tham số của dòng điện sét. Biên độ Is, độ dốc của dòng điện Có thể có nhiều trị số khác nhau, do đó không phải tất cả các lần sét đánh lên đường dây đều dẫn đến phóng điện trên cách điện. Để có phóng điện thì điện áp do sét gây nên phải có trị số lớn hơn mức cách điện xung kích của đường dây. Khả năng này được biểu thị bằng xác xuất phóng điện (Vpđ), như vậy số lần xảy ra phóng điện trên cách điện là: Npđ = N. Vpđ = (0,6 á 0,9) h.L.nngs.Vpđ10-3 (3-2) Phóng điện xung kích chỉ gây nên cắt điện cho đường dây khi tia lửa phóng điện xung kích trên cách điện chuyển thành hồ quang. Xác suất chuyển thành hồ quang h phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó yếu tố quan trọng nhất là Građien của điện áp làm việc dọc theo đường phóng điện. h = f(Elv) ; Upđ: Điện áp làm việc đường day Ipđ: Chiều dài phóng điện Vậy số lần cắt điện hàng năm của đường dây sẽ là: Ncđ = (0,6 á 0,9)h.L.nngs.h.Vpđ.10-3 (3-3) Để so sánh khả năng chịu sét của đường dây có các tham số khác nhau đi qua những vùng cường độ hoạt động của sét khác nhau, người ta tin trị số cắt đường dây ( Tức là số lần cắt) có chiều dài 100Km, từ đó: n = (0,6á0,9)h.L.nngs.h.Vpđ.10-3(lần/100Km năm) (3-4) Từ (3-4) ta thấy có khả năng giảm thấp số lần cắt điện do sét đánh - Tức là giảm Vpđ hoặc h việc giảm Vpđ được thực hiện bằng cách treo dây chống sét là biện pháp hiệu quả trong việc giảm số lần cắt điện đường dây. Nhưng yêu cầu chú ý những điểm sau: Dây chống sét làm nhiệm vụ chống sét đánh thẳng vào dây dẫn nhưng chưa phải là an toàn tuyệt đối mà vẫn còn khả năng sét đánh vòng qua dây chống sét và dây dẫn. Mặt khác khi sét đánh vào dây chống sét gây nên điện áp tác dụng lên bộ phận nối đất của cột điện. Nếu dòng điện sét và điện trở của cột lớn thì điện áp tác dụng lên cách điện có khả năng vượt qúa mức cách điện xung kích của nó, gây nên phóng điện ngược tới dây dẫn. Như vậy dây chống sét phát huy tác dụng nhiều hay ít phụ thuộc vào tình hình nối đất của cột điện. Trong các vùng nối đất xấu (r ³ 105Wcm) dây chống sét không còn phát huy tác dụng nên có thể không dùng ngay cả các đường 110á330Kv. Cùng với những lý do trên các đường dây có điện áp thấp (từ 35Kv trở xuống) cũng không treo dây chống sét, vì các đường dây này có mức cách điện không cao nên khi sét đánh vào dây chống sét thường đưa tới phóng điện ngược lại vào dây dẫn. Giảm xác suất hình thành hồ quang h được thực hiện bằng giảm cường độ điện trường dọc theo đường phóng điện, như dùng cột xà gỗ để tăng chiều dài đường phóng điện,... Trong trường hợp này Građien điện áp làm việc có thể giảm tới khoảng 0,1á0,2kv/m dùng cách điện gỗ còn làm tăng tác dụng mức cách điện xung kích của đường dây nên xác suất phóng điện Vpđ cũng giảm thấp. Các thông số của cột đường dây như sau - Dây chống sét loại dây C-70 có đường kính d = 11mm, r =5,5mm - Dây dẫn là dây nhôm lõi thứ AC - 70 Có d = 11,4mm, r = 5,7mm - Chuỗi sứ 13 bát sứ P - 4,5 - Các góc pha aA = 24,70 aB(c) = 19,80 15,1m 18,1m 23,5m A 24,70 19,80 B C Hình 3-1 Hệ số hiệu chỉnh vầng quang 220 Kv là l = 1,4 Chiều cao của pha B và Pha C là : h(BC) = 15,1m Chiều cao của pha A là: h(A) = 18,1m Chiều cao của dây chống sét là: h(cs) = 23,5m Độ võng của dây chống sét là: f(cs) = 3m Độ võng của dây dẫn là: f(dd) = 5m 3-2. Các số liệu tính toán 1. Độ treo cao trung bình của dây chống sét. hcs(tb) = hcs- fcs (3-6) hcs(tb) = 23,5 -.3 = 21,5(m) 2. Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha(B,C) hdd(tb) = hdd- fdd (3-7) hdd(tb)= 15,1 - .5 = 11,76(m) 3.Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha A hdd(tb) = hdd - fdd(m) hdd(tb) = 18,1 -.5=14,76 (m) 4.Tổng trở sóng của dây dẫn được tinh theo công thức (3-8) a)Tổng trở của dây dẫn pha A b)Tổng trở sóng dây dẫn của pha B và pha C 5.Tổng trở sóng của dây chống sét a.Khi không có vầng quang 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 l Tra bảng 3-3 sách hướng dẫn thiết kế KTĐCA ta chọn l=1,4 Vậy ta có: (3-10) 6.Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn với dây chống sét htbcs =21,5m h2= htbcs = 21,5m D2K Lxà D2K htbdd htbcs htbcs K 2’ 2 Hình 3-2 Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn với dây chống sét được xác định theo công thức: (3-11) Trong đó: D2K và d2K là khoảng cách được biểu thị trên hình vẽ(3-2) (3-12) + lxà: chiều dài xà treo dây dẫn + h2 và r2 là chiều cao trung bình và bán kính của dây chống sét a.Tính hệ số ngẫu hợp của pha A với dây chống sét ta có: hdd(tb)A=14,76(m) ; lxàA = tg24,70.5,4 = 2,46(m) Vậy ta tính được giá trị của D2A và d2A Hệ số ngẫu hợp của pha A là: Khi có ảnh hưởng của vầng quang, hệ số ngẫu hợp của pha A là: .l = 0,181. 1,4 = 0,253 b.Tính hệ số ngẫu hợp của pha B và C đối với dây chống sét ta có: hdd(tb)B,C = 11,76m lxàB,C = tg19,80.8,4 = 3,02(m) Vậy ta tính được giá trị của D2B,C và d2B,C Hệ số ngẫu hợp của pha B và C là: Khi có ảnh hưởng của vầng quang hệ số ngẫu hợp của pha B và C sẽ là. = 0,132.1,4 = 0,1848 Tổng số lần sét đánh vào đường dây hàng năm được tính theo công thức (3-1) với chiều dài 100km sẽ được (lần/100km năm) Số ngày sét đánh hàng năm trong khu vực có đường dây đi qua theo một số kết quả bước đầu nghiên cứu sét ở nước ta lấy bằng 60 ngày/ năm ở trên ta đã tính được độ treo cao trung bình của dây chống sét là hcs(tb) = 21,5(m) Vậy: Ta chọn khả năng nguy hiểm nhất là vùng có xảy ra nhiều sét để tính. Ta lấy giá trị N = 116,1( lần / 100km năm) là tổng số lần sét đánh vào đường dây. 3-3. Tính suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn (ndd) Dây chống sét có nhiệm vụ bảo vệ chống sét đánh thẳng vào dây tải điện nhưng chưa phải là an toàn tuyệt đối mà vẫn có khả năng sét đánh vào dây dẫn. Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét xuống dây dẫn(Va), không những phụ thuộc vào góc bảo vệ mà còn tăng theo chiều cao cột điện. Xác suất này được biểu thị bằng công thức kinh nghiệm: (3-13) Trong đó: + a là góc bảo vệ của dây chống sét đối với dây dẫn. + hcs: chiều cao dây chống sét ở các cột(chiều cao cột điện) RC RC Hình 3-3 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(W)) Nên dòng điện sét giảm đi nhiều so với khi sét đánh vào nơi có nối đất tốt. (3-14) Is/2 Is/4 Is/4 Zdd Zdd Khe sét Hình:3-4 Từ đó ta tính điện áp dây dẫn khi bị sét đánh (3-15) Trong đó: Zdd là tổng trở sóng của dây dẫn Nếu điện áp của 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 một pha chạm đất. N(1) do sét ; Udd ³ U0,5 (3-16) U0,5 trị số phóng điện xung kích bé nhất của chuỗi cách điện Vậy ³ U0,5 Độ lớn của dòng điện sét đủ lớn để gây nên phóng điện trên cách điện đường dây là: (3-17) Vậy xác suất phóng điện là: Vpđ = P{ } = (3-18) Suất cắt vào dây dẫn được xác định theo công thức: Ndd = N.Vpđ.h (3-19) Trong đó: +