Tài liệu kỹ Thuật Điện Cao Áp

Đồ án tốt nghiệp áp Kỹ thuật điện cao CHƯƠNG MỞ ĐẦU HIỆN TƯỢNG GIÔNG SÉT- ẢNH HƯỞNG CỦA GIÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng bao gồm: Nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó phần tử có số lượng khá lớn và quan trọng là trạm biến áp và đường dây. Trong quá trình vận hành các phần tử này chịu nhiều sự tác động của thiên nhiên như mưa gió, bão và đặc biệt nguy hiểm là chịu ảnh hưởng của sét đánh. Khi có sét đánh vào trạm biến áp hoặc đường dây nó có thể gây hư hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn đến việc ngừng cung cấp điện liên tục và gây thiệt hại lớn đến nền kinh tế quốc dân. Để nâng cao mức độ an toàn cung cấp điện liên tục giảm chi phí thiệt hại khi vận hành chúng ta phải tính toán bảo vệ chống sét cho hệ thống điện. 1. HIỆN TƯỢNG GIÔNG SÉT. Giông sét là hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi khoảng cách giưa các điện cực khá lớn. Hiện tượng phóng điện của giông sét bao gồm hai loại chính đó là: + Phóng điện giữa các đám mây tích điện với nhau. + Phóng điện giữa các đám mây tích điện xuống đất. Trong phạm vi đồ án này chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất. Hiện tượng này gây nhiều trở ngại cho con người. Các đám mây được tính điện với mật độ điện tích lớn có thể tạo ra cường độ điện lớn sẽ hình thành giông sét phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này là giai đoạn phóng điện tiên đạo và dòng gọi là tia tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.107 cm/s, của các lần sau nhanh hơn và đạt đến 2.108 cm/s (trong một đợt), sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau, trung bình là 3 lần. Điều này được giải thích bởi cùng lớp mây điện có thể hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lần lượt phóng điện xuống đất. Tiên đạo là một môi trường plasma có điện dẫn rất lớn. Đầu tia được nối với một trong các trung tâm điện tích của lớp mây điện nên một phần điện tích của trung tâm này đi vào trung tâm tiên đạo và phân bố có thể xem như gần đều dọc theo chiều dài tia. Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất, mà địa điểm tâp kết tuỳ thuộc vào tình hình dẫn điện của đất. Những vùng đất có điện dẫn đồng nhất, thì địa điểm này nằm ngay ở phía dưới đầu tia tiên đạo .Trường hợp mặt đất có nhiều nơi điện dẫn khác nhau, thì điện dẫn trong đất sẽ tập trung về nơi có địên dẫn cao. Ví dụ: ao hồ, sông lạch ở vùng đất đá. ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 1 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất, vì ở đấy cường độ điện trường có trị số lớn nhất và như vậy là địa điểm sét đánh trên mặt đất đã định sẵn. Tính chất chọn lọc của phóng điện đã được vận dụng trong việc bảo vệ chống sét đánh thẳng cho các công trình. Cột thu sét có độ cao lớn và trị số điện trở nối đất bé sẽ thu hút các phóng điện sét về phía mình, do đó tạo nên khu vực an toàn quanh nó. Nếu ở phía mặt đất, điện tích khác dấu được tập chung dễ dàng và có điều kiện thuận lợi để tạo nên khu vực trường mạnh (ví dụ như đỉnh cột điện đường dây cao áp ) thì có thể đồng thời xuất hiện tia tiên đạo từ phía mặt đất phát triển ngược chiều với tia tiên đạo từ phía lớp mây điện. Khi tia tiên đạo phát triển tới gần mặt đất thì trường trong khoảng không gian giữa các điện cực sẽ có trị số lớn và có quá trình ion hoá mãnh liệt dẫn tới sự hình thành dòng plasma với mật độ ion lớn hơn nhiều so với của tia tiên đạo. Do có điện dẫn bản thân rất cao, nên đầu dòng sẽ có điện thế mặt đất và như vậy toàn bộ hiêu số điện thế giữa tia tiên đạo với mặt đất được tập trung vào khu vực giữa nó với đầu tia tiên đạo. Trường trong khu vực này tăng cao và gây ion hoá mãnh liệt … dòng plasma được kéo dài và di chuyển ngược về phía trên. Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng điện ngược. Tốc độ phát triển của phóng điện ngược thay đổi trong giới hạn 1,5.109 ÷ 1,5.1010 (cm/s) tức là (0,05 ÷ 0,5) tốc độ ánh sáng. Trong giai đoạn này điện tích của lớp mây điện sẽ theo dòng điện ở nơi sét đánh. Nhưng tốc độ phát triển của phóng điện ngược là v và mật độ điện trường của điện tích trong tia tiên đạo bằng δ , thì trong một đơn vị thời gian điện tích đi vào trong đất sẽ là δ .v và đó cũng là công thức tính dòng điện sét: is = δ .v Công thức trên tính cho trường hợp sét đánh vào nơi nối đất tốt ( có trị số điện trở nhỏ không đáng kể). Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét. Dòng điện này có biên độ và độ dốc dọc theo hàm số biến thiên trong phạm vi rộng từ vài KA đến vài trăm KA. Dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của sét ứng với giai đoạn phóng điện ngược. Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây ra quá điện áp khí quyển và gây hậu quả nghiêm trọng. Bằng hình vẽ minh hoạ và các giai đoạn phát triển của sóng điện sét và biến thiên của dòng điện theo thời gian: a- Giai đoạn phóng điện tiên đạo b- Hình thành khu vực ion hoá mãnh liệt gần mặt đất c- d: Giai đoạn phóng điện ngược ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 2 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 1- Tia tiên đạo; 2- Khu vực ion hoá mãnh liệt; 3- Dòng của phóng điện ngược 2- Tình hình giông sét ở việt nam Việt nam là một nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ sét khá mạnh. Theo tài liệu nghiên cứu trên mỗi miền đất nước có những đặc điểm giông sét khác nhau: Miền Bắc: có số ngày giông sét dao động từ 70 ÷ 100 ngày trong một năm. Như vậy mỗi ngày có thể xảy ra 2 ÷ 3 cơn giông. Vùng giông nhiều nhất là Móng Cái, ở đây có tới 250 ÷ 300 lần giông tập trung trong khoảng 100 ÷ 110 ngày, tháng có nhiều giông nhất là tháng 7 và 8. Ở một số vùng có địa hình thuận lợi là vùng chuyển tiếp giữa vùng núi và vùng đồng bằng, số trường hợp giông cũng lên tới 100 ngày trong năm. Số vùng còn lại có số cơn giông lên từ 150 ÷ 200 lần trong năm tập trung trong khoảng 90 đến 100 ngày. Nơi ít giông nhất la Quảng Bình chỉ có dưới 880 ngày giông. Nếu xét dạng diễn biến của giông trong năm ta có thể nhận thấy mùa giông không hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng. Nhìn chung ở Bắc Bộ tập trung vào tháng 5 và tháng 9. Trên vùng duyên hải Trung Bộ, ở phía Bắc là khu vực tương đối nhiều giông vào tháng 4, từ tháng 5 đến tháng 8 có số ngày giông là 10 ngày/tháng. Tháng nhiều giông nhất là tháng 5 ta quan sát được 12 ÷ 15 ngày. Những ngày đầu tháng 4 và cuối tháng 10 giông còn lại ít, từ 2 ÷ 5 ngày giông. Ở phía nam duyên hải Trung Bộ, khu vực nhiều giông nhất là đồng bằng Nam Bộ từ 120 ÷ 140 ngày/năm. Như ở thành phố Hồ Chí Minh là 138 ngày/năm. Mùa đông ở miền Nam kéo dài hơn miền Bắc từ tháng 4 đến tháng 11. Khu vực Tây Nguyên mùa đông ngắn hơn và do vậy số lần sét đánh cũng ít hơn. Tháng nhiều giông nhất là tháng 5 mà cũng chỉ quan sát được khoảng 15 ngày giông ở miền Bắc Tây Nguyên, 10 đến 12 ngày ở phỉa Nam Tây Nguyên. Các tỉnh như Kon-tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, Plây-ku 17 ngày. Số ngày giông trong các tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam có ghi ở bảng 1-1. Nhận xét: Từ bảng 1-1 chúng ta thấy Việt Nam là một nước chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét, đây là đều bất lợi cho hệ thống điện Việt Nam đòi hỏi ngành điện phải đầu tư cho chống sét rất nhiều. Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kế phải chú trọng tính toán khi thiết kế các công trình điện sao cho hệ thống vận hành kinh tế hiệu quả bảo đảm tính cung cấp điện liên tục. Hiệu quả và có độ tin cậy. ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 3 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp áp Kỹ thuật điện cao Bảng 1-1: Số ngày dông trong các tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam. Tháng TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Cả 12 năm 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 địa điểm 1 2 I Phía Bắc 1 Hà nội 0.0 0,3 2,9 7,9 16 16 20 20 11 3,1 0,6 0,9 99 2 Hải phòng 0.0 0,1 7,0 7,0 13 19 21 23 17 4,4 1,0 0,0 111 3 Ninh bình 0.0 0,4 8,4 8,4 16 21 20 21 14 5,0 0,7 0,0 112 4 Cao bằng 0,2 0,6 4,2 5,9 12 17 20 19 10 11 0,5 0,0 94 5 Lạng sơn 0,2 0,4 2,6 6,9 12 14 18 21 10 2,8 0,1 0,0 90 6 Móng cái 0,0 0,4 3,9 6,6 14 19 24 24 13 4,2 0,2 0,0 112 7 Bắc cạn 0,1 0,3 3,0 7,0 12 18 20 21 10 2,8 0,2 0,1 97 8 Lai châu 0,4 1,8 1,3 12 15 16 14 14 5,8 3,4 1,9 0,3 93 9 đIửn biên 0,2 2,7 12 12 17 21 17 18 8,3 5,3 1,1 0,0 112 10 Hòn gai 0,1 0,0 1,7 1,3 10 15 16 20 15 2,2 0,2 0,0 87 11 Hà giang 0,1 0,6 5,1 8,4 15 17 22 20 9,2 2,8 0,9 0,0 102 12 Sa pa 0,6 2,6 6,6 12 13 15 16 18 7,3 9,0 0,9 0,3 97 13 Lào cai 0,4 1,8 7,0 10 12 13 17 19 8,1 2,5 0,7 0,0 93 14 Yên bái 0,2 0,6 4,1 9,1 15 17 21 20 11 4,2 0,2 0,0 104 15 Tuyên quang 0,2 0,0 4,0 9,2 15 17 22 21 11 4,2 0,5 0,0 106 16 Thái nguyên 0,0 0,3 3,0 7,7 13 17 17 22 12 3,3 0,1 0,0 97 17 Phú thọ 0,0 0,6 4,2 9,4 16 17 22 21 11 3,4 0,5 0,0 107 18 Sơn la 0,0 1,0 14 14 16 18 15 16 6,2 6,2 1,0 0,2 99 19 Nghĩa lộ 0,2 0,5 9,2 9,2 14 15 19 18 10 5,2 0,0 0,0 93 20 Thanh hoá 0,0 0,2 7,3 7,3 16 16 18 18 13 3,3 0,7 0,0 100 21 Vinh 0,0 0,5 6,3 6,9 17 13 13 19 15 5,6 0,2 0,0 95 22 Con cung 0,0 0,2 13 13 17 14 13 20 14 5,2 0,2 0,0 103 23 Đồng hới 0,0 0,3 6,9 6,3 15 7,7 9,6 9,6 11 5,3 0,3 0,0 70 ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 4 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp áp 24 Cửa tùng Kỹ thuật điện cao 0,0 0,2 7,8 7,8 18 10 12 12 12 5,3 0,3 0,0 85 II Phía nam 1 Hà tĩnh 2,7 1,3 10 20 29 9,7 7,4 9,0 9,7 15 15 4,3 128 2 Huế 0,0 0,2 1,9 4,9 10 6,2 5,3 5,1 4,8 2,3 0,3 0,0 41,8 3 Đà nẵng 0,0 0,3 2,5 6,5 14 11 9,3 12 8,9 9,7 0,5 0,0 69,5 4 Quảng ngãi 0,0 0,3 1,2 5,7 10 13 9,7 1,0 7,8 0,7 0,0 0,0 59,1 5 Sóc trăng 0,2 0,0 0,7 7,0 19 16 14 15 13 1,5 4,7 0,7 104 6 Sài gòn 1,4 1,0 2,5 10 22 19 17 16 19 15 11 2,4 138 7 Bảo lộc 1,8 3,4 11 13 10 5,2 3,4 2,8 7,2 7,0 4,0 0,0 70,2 8 Plâycu 0,3 1,7 5,7 12 16 9,7 7,7 8,7 17 3,0 2,0 0,1 90,7 9 Đà lạt 0,6 1,6 3,2 6,8 10 8,0 6,3 4,2 6,7 3,8 0,8 0,1 52,1 10 Kontum 0,2 1,2 6,8 10 14 8,0 3,4 0,2 8,0 4,0 1,2 0,0 58,2 11 Nha trang 0,0 0,1 0,6 3,2 8,2 5,2 4,6 5,8 8,5 2,3 0,6 0,1 39,2 12 Phan thiết 0,2 0,0 0,2 4,0 13 7,2 8,8 7,4 9,0 6,8 1,8 0,2 59,0 13 Quy nhơn 0,0 0,3 0,6 3,6 8,6 5,3 5,1 7,3 9,6 3,3 0,6 0,0 43,3 3. Ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện Việt Nam. Như chúng ta đã biết biên độ của sét có thể đạt tới hàng trăm KA. Đây là nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi có dòng điện sét đi vào đó. Thực tế đã có dây tiếp đất nhưng không tốt, khi có dòng điện sét tác dụng sẽ bị nóng chảy và đứt thậm chí có những cách điên bằng sứ khi có dòng điên sét tác dụng đã bị vỡ và chảy ra như nhũ thạch. Phóng điện sét còn kèm theo việc di chuyển trong không gian lượng điện tích lớn do đó tạo ra điện trường rất mạnh. Đây là nguồn gây ra nhiễu vô tuyến và các thiết bị điện tử, ảnh hưởng của nó rất rộng, ở cả nơi cách xa hàng trăm km. Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ sinh ra sóng điện từ truyền theo dọc gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điên của đường dây. Khi cách điện của đường dây hỏng sẽ gây nên ngắn mạch cấc pha, ngắn mạch pha đứt, buộc các thiết bị đầu đường dây phải làm việc. Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể dễ gây nên mất ổn định trong hệ thống. Nếu hệ thống tự động ở các nhà máy làm việc không nhanh có thể rã lưới. Sóng sét có thể truyền từ đường dây vào trạm biến áp hoặc sét có thể đánh thẳng vào trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm vì nó tương đương với việc ngắn mạch trên thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng. Mặt khác khi có phóng điện sét vào trạm biến áp, nếu chống sét vạn ở đầu cực máy biến áp làm việc ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 5 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp không hiệu quả thì cách điện của máy máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn cho hệ thống điện. Đối với nhà máy điện và trạm biến áp ngoài trời việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào thiết bị điện còn phải chú ý bảo vệ các công trình khác như: + Đoạn thanh dẫn nối từ nhà máy phát điện vào máy biến áp. + Gian máy của các loại nhà máy kiểu hở, các thùng đựng hydrô, các thiết bị thu đựng khí ngoài trời, các thiết bị chứa dung dịch điện ngoài trời . .. Đối với các công trình dễ cháy nổ thì không ngững bảo vệ sét đánh trực tiếp mà còn sự phát sinh do điện áp gây nên. Vì vậy, khi tiến hành thiết kế bảo vệ đối với phần này phải nghiên cứu thêm quy trình để chống cháy nổ. Để bảo vệ sét đánh trực tiếp ở các nhà máy điện và trạm biến áp thì ta cần dùng cột thu lôi. Các cột thu lôi có thể đặt độc lạp hoặc điều kiện cho phép ta có thể đặt trên trạm và các nhà máy hoặc trên các xà. Thông thường để giảm chi phí thì người ta thường tận dụng bằng cách đặt các cột thu lôi trong các kết cấu trong trạm, trên các cột đèn pha dùng để chiếu sáng trên máy nhà... Do vậy, người ta thường tận dụng tối đa các vị trí đặt cột. Kết luận : Sau khi nghiên cứu sự ảnh hưởng giông sét đến hệ thống điện nói chung và trạm biến áp nói riêng ta thấy rằng việc tính toán nối đất chống sét cho trạm biến áp và lưới điện là rất quan trọng và cần thiết, nhằm nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện, hạn chế được những thiệt hại đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn góp phần vào công cuộc xây dựng đổi mới đất nước hiện nay. ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 6 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp áp Kỹ thuật điện cao CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP 110/220 KV I) Khái niệm Trạm biến áp là một bộ phận không thể thiếu trong hệ thống truyền tải và phân phối điện. Đối với trạm 110/220 KV thì các thiết bị đặt ngoài trời. Nên khi có sét đánh vào trạm sẽ gây hậu quả nặng nề không chỉ làm hư hỏng các thiết bị trong trạm mà còn gây nên hậu quả nghiêm trọng cho các ngành công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện. Vì thế trạm biến áp đòi hỏi yêu cầu bảo vệ rất cao. Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta thường dùng hệ thống cột thu lôi hoặc dây thu sét. Tác dụng của hai hệ thống này là tập trung điện tích để định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó tạo ra khu vực an toàn bên dưới và xung quanh trạm biến áp trong phạm vi nhất định. Hệ thu sét gồm các dây dẫn tiếp địa để dẫn dòng sét kim thu sét vào hệ thống nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của bộ phận thu sét phải để tản dòng điện một cách nhanh nhất bảo đảm sao cho khi dòng điện sét đi qua thì điện áp trên cột thu sét không đủ lớn để gây phóng điện ngược đến các thiết bị gần đó. Trong khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm cần phải quan tâm chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý đảm bảo về các yêu cầu mỹ thuật, kỹ thuật. - Các yêu cầu về kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp. - Tất cả các thiết bị bảo vệ cần được nằm chon trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ. Hệ thống bảo vệ ở đây ta dùng cột thu lôi và dây thu sét có thể đặt độc lập hoặc trên xà. Khi đặt hệ thống thu lôi trên các xà sẽ tận dụng được độ cao. Nhưng mức cách điện của trạm phải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị. Vì đặt các kim thu sét trên các xà của trạm sẽ gây điện áp giáng trên điện trở nối đất và thêm một phần điện cảm của cột. Phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ thống thu sét đến các phần tử mang điện trong trạm. Khi mức cách điện không đủ lớn. Do đó điều kiện để đặt các cột thu lôi trên các xà của trạm là mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phân nối đất nhỏ. Đối với trạm phân phối có điện áp từ 220 KV trở lên có mức cách điện khá cao có thể đặt cột thu lôi trên các kết cấu của trạm. Các kết cấu đó phải được nối đất vào hệ thống nối đất của trạm theo đường ngắn nhất sao cho dòng điện khuếch tán vào đất theo 3 đến 4 cọc nối đất. Mặt khác còn có nối đất bổ xung ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 7 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp để cải thiện trị số điện trở nối đất. Khâu yếu nhất trong trạm phân phối từ điện áp 220 KV là cuộn dây máy biến áp. Vì vậy dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách từ điểm nối vào hệ thống cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp phải lớn hơn 15 m theo đường điện. Việc chọn tiết diện dây dẫn dòng diện sét phải đủ lớ để đảm bảo tính ổn định nhiệt khi có dòng sét chạy qua. II- Tính toán thiết kế và các phương án bố trí cột thu lôi. -Với yêu cầu thiết kế hệ thống chống sét cho trạm 110/220 KV và dựa vào độ cao của thiết bị ta bố trí cột thu lôi và tính toán độ cao của chúng. 1- Các công thức tính toán phạm vi bảo vệ của các cột thu sét. - Chiều cao của cột thu lôi: h = hx + h a Trong đó: hx : Độ cao của vật cần bảo vệ. h a : Độ cao tác dụng cột thu lôi được xác định theo ha ≥ D 8 + D: Đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi chân cột. - Nếu h > 30 m thì h a ≥ D 8P (P: Hệ số hiệu chỉnh). * Phạm vi của cột thu lôi độc lập. rx = 1,6 ( h - hx ). h 1+ x h + Nếu hx > h 2 h thì r x = 0,75h.(1- x ) h 3 + Nếu hx < h 2 h thì r x = 1,5h.(1- x ) 3 0,8.h - Khi có 2 cột chống sét đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là hc. hc = h - a 7 - Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối 2 chân cột là rxo được xác định: rxo = 0,75.hc.(1 - ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com hx ) h0 8 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp áp Kỹ thuật điện cao - Nếu độ cao của vật cần bảo vệ là: hx ≤ rxo = 1,5.hc.(1 - 2 hc thì : 3 hx ) 0,8h0 - Các công thức trên chỉ dùng trong trường hợp cột thu sét cao tới 30 m. Nếu cột cao quá 30 m vẫn có thể sử dụng các công thức trên nhưng phải nhân 5,5 và thêm hình vẽ dùng các hoành độ 0,75.h.p và h thêm hệ số hiệu chỉnh P = 1,5.h.p. a 7P + Độ cao h 0 = h - - Nếu khoảng cách giữa hai cột là a > 7.h thì hai cột độc lập. - Nếu khoảng cách giữa hai cột là a = 7.h thì giữa hai cột bảo vệ được vật có độ cao h x = 0. - Nếu khoảng cách giữa hai cột là a < 7.h thì hai cột bảo vệ được vật có độ cao là h 0 . Formatted: Font: Times New Roman R 0,2.h 0,2.h 0 h h 0 1,5.h 0,75.h 1,5.h 0 0,75.h 0 1,5.h Đây là phạm vi bảo vệ của hai cột chống sét có độ cao bằng nhau. * Trường hợp hai cột chống sét có độ cao khác nhau thì phạm vi bảo vệ được xác định như sau: - Giả sử có hai cột có độ cao là h 1 và h 2 (h 1 < h 2 ) đặt cách nhau một khoảng là a ≤ 7.h (h 1, h 2 < 30 m), vật cần bảo vệ có độ cao là h x. ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 9 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp áp - Nếu hx < Kỹ thuật điện cao h 2 .h2 thì rx2 = 1,5. h2(1- x ) 3 0,8.h2 2 3 - Nếu hx > .h2 thì rx2 = 0,75.h2(1- hx ) h2 Từ đỉnh của cột một có độ cao là h1 ta kẻ đường thẳng song song với mặt đất cắt đường sinh của cột hai có độ cao là h2 tại điểm A. Giả sử điểm A là đỉnh của cột mới xác định độ cao bằng h1 và cách cột một một khoảng là a’ cách cột hai một khoảng là b’. Với b’ = rh 1 - Nếu h1 > h 2 .h2 thì rh 1 = 0,75.h2.(1- 1 ) 3 h2 - Nếu h1 < h 2 .h2 thì rh 1 = 1,5.h2.(1- 1 ) 3 0,8.h2 ⇒ a’ = a – b’ - Xác định phạm vi bảo vệ giữa hai cột có độ cao bằng nhau h1 = h1’ có khoảng cách là a’ ta có phạm vi bảo vệ cột ở độ cao lớn nhất giữa hai cột 1 và A là: h0 = h1 - a' 7 Nếu hx > 2 h . h0 thì r0x = 0,75.h0.(1- x ) 3 h0 Nếu hx ≤ 2 h .h0 thì r0x = 1,5.h0.(1- x ) 3 0,8.h0 Sau khi tính toán phạm vi bảo vệ của các cột có độ cao là h2 và cặp cột có độ cao là h1 ta nối liền lại xác định được miền giới hạn của phạm vi bảo vệ giữa hai cột có độ cao khác nhau là h1 và h2. ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 10 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp áp Kỹ thuật điện cao Formatted: Font: Times New Roman 0,2.h h 0,2.h 2 1 h 2 1 2 0,75.h 1,5.h 1 h x 2 0,75.h 1,5.h 1 2 1 R R x2 x1 Phạm vi bảo vệ của hai cột chống sét có độ cao khác nhau. 2. Các công thức tính toán phạm vi bảo vệ của dây thu sét. a. Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét. - Xác định giống như phạm vi bảo vệ của cột thu sét. Nhưng hoành độ của dây thu sét là 0,6 và 1,2. Hình vẽ minh hoạ phạm vi bảo vệ của một dây thu sét. ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 11 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp áp Kỹ thuật điện cao Formatted: Font: Times New Roman hx 0,2.h2 2 2 0 h b x h 0,2.h 0,6.h 1,2.h - Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở mức cao hx được tính theo: - Khi hx > 2 h .h thì bx = 0,6.h.(1- x ) 3 h - Khi hx ≤ h 2 .h thì bx =1,2.h.(1- x ) 0,8.h 3 - Nếu h > 30 m thì bx.P ( P: Hệ số hiệu chỉnh) b. Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét. Do nửa chiều dộng của khu vực bảo vệ có xác súât 100% phóng điện vào dây thu sét B = 2.h. nên khi dùng hai dây đặt cách nhau a = 4.h thì mọi điểm ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 12 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp trên mặt đất giữa hai dây này sẽ được bảo vệ an toàn. Nếu khoảng cách a < 4.h thì có thể bảo vệ cho các điểm giữa hai dây có mức cao tới h0 = h - a 4 Từ h0 ta tính được b0x - Nếu hx > h 2 .h0 thì b0x = 0,6.h0.(1- x ) h0 3 - Nếu hx ≤ 2 h .h0 thì b0x = 1,2.h0.(1- x ) 3 0,8h0 Phần bên ngoài của phạm vi bảo vệ được xác định như trường hợp 1 dây còn phần bên ngoài trong được giới hạn bởi vòng cung vẽ qua ba điểm: 2 điểm treo dây thu sét và điểm giữa có độ cao h0 = h - a . 4 - Do dây thu sét thường được bảo vệ chống sét cho đường dây cao áp vì độ treo cao trung bình của dây dẫn thường lớn hơn 2 độ treo cao của đây thu 3 hx = 0,8) h sét (Tỉ lệ Nên có thể không cần đề cập đến phạm vi bảo vệ mà biểu thị bằng góc α . Góc bảo vệ α là góc giữa đường thẳng đứng với đương nối liền dây thu sét và (tg α gh = dây dẫn. Có thể tính toán được trị số giới hạn của góc α là 310 0 0 0,6) . Nhưng thực tế chỉ lấy khoảng từ 20 đến 25 . * Phạm vi bảo vệ của 2 dây thu sét. Formatted: Font: Times New Roman R 0,6.h 1,2.h 0 h h =h-a/4 0,2.h h 0 a * Kết luận. Phần dẫn điện của hệ thống thu sét phải có đủ tiết diện để thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt khi có dòng sét đi qua. Để chống ăn mòn phần dẫn điện cần được phun sơn hoặc tráng kẽm và không nên dùng loại dây xoắn. Các mối dọc theo mạch điện của hệ thống thu sét phải đảm bảo có tiếp xúc tốt. Nếu không có thể quá nóng hoặc có phóng điện tia lửa. Thường dùng phương pháp hàn điện hoặc bắt bu lông. ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 13 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp d. Các số liệu dung tính toán thiết kế hệ thống thu sét bảo vệ trạm 110/220 KV. - Với trạm 220 KV gồm đường dây có điện tích là: (55,5x150)m2. Độ cao xà cần bảo vệ là 17 và 11 m. - Với trạm 110 KV gồm đường dây có điện tích là: (53,5x150)m2. Độ cao xà cần bảo vệ là 11 và 8 m. - Phần đặt máy biến áp là: (18x150)m2. 3. Tính toán phạm vi bảo vệ: - Dùng cột thu sét để bảo vệ trạm như hình vẽ 1) PHƯƠNG ÁN 1. Formatted: Font: Times New Roman 17 17 17 17 17 17 17 17 38 2 3 4 5 10 9 8 7 6 12 14 10 11 10 9 5.5 10 13 KV NHμ §I£ï HμNH 8 7 19 7 17 17 17 1 NHμ NGHØ CA 5.5 12 17 16 4 18 15 BÓ N¦íC CH - Phía 220 KV dùng 13 10 cột. Với cột 1, 42, 93, 114, 125, 13, được đặt trênn các cột đènxà có độ cao là 25,517 m. Cột N26, N37, N58, N69, N710, N8 được đặt trên các thanh xà cố có độ cao là 11 m. Cột N10 được đặt trên thanh xà có độ cao là 16,5 m . ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 14 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp áp - Phía 110 KV: Dùng 7 8 cột. Trong đó Kỹ thuật điện cao + Cột N1411, N1512, N1914, N20 15, 16, 17, 18 được đặt trên các cột đèn có độ cao là 15,58 m. + Cột N16, N17, N1813 được đặt trên các thanh xà có độ cao là 8 11 (m). Vậy chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 220 KV là hx = 11 m và hx = 16,517 m - Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 110 KV là hx = 11 m và hx = 8 m. * Tính toán độ cao hữu ích của cột thu lôi: Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi tam giác hoặc tứ giác thì độ cao của cột thu lôi phải thoả mãn điều kiện. D ≤ 8.ha hay ha ≥ D 8 Trong đó. D: Là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác hoặc tứ giác. ha: Độ cao hữu ích của cột thu lôi. - Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột bao giờ cũng lớn hơn phạm vi bảo vệ của một cột đơn cộng lại. Điều kiện để cho hai cột thu lôi phối hợp với nhau được là a ≤ 7.h. Trong đó: a – Khoảng cách giữa hai cột chống sét. h – Chiều cao toàn bộ cột chống sét. <1> Xác định khoảng cách cột và điều kiện chọn ha. * Xét nhóm cột N1, N2, N8, tạo thành tam giác thường a1-8 = 52,5 m a2-8 = 78,6 m a1-2 = 72,52 m Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác thường là. D= Trong đó: a, b, c là ba cạnh của tam giác P là nửa chu vi của tam giác: P = Vậy. P128 = = = 101,81 (m). D= = 81 m ha128 = = = 10,125 (m). ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 15 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp * Xét nhóm cột N2, N7, N8 tạo thành tam giác vuông có. A28 = 47 m a78 = 63 m Vậy D = = 78,6 (m) ha278 = = 9,825 (m) * Xét nhóm cột N2, N3, N6, N7 tạo thành tứ giác có: a23 = 63 (m) a67 = 63 (m) a27 = a36 = 47 (m) Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo là: D = = 78,6 (m) ha = = 9,825 (m) * Xét nhóm cột N3, N4, N6 tạo thành tam giác có a34 = 72,52 m a36 = 47 m a46 = 79,92 m P = = 99,72 (m) Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác là: D= = 80,94 (m) ha = = 10,12 (m) Xét nhóm cột N4, N5, N6 tạo thành tam giác thường có: a45 = 50,8 m a56 = 63 m a46 = 79,92 m - Nửa chu vi của tam giác là: p = = 96,86 (m) Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác là: D= = 79,94 (m) ha456 = = = 9.993 (m) * Xét nhóm cột N7, N8, N9 tạo thành tam giác có: ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 16 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp áp a78 = 63 m Kỹ thuật điện cao a89 = 57,43 m a79 = 90,97 m - Nửa chu vi của tam giác là: P = = 105,7 (m) Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác. D= = 91,87 (m) h a789= = 11,48 (m) * Xét nhóm cột N7, N9, N10 tạo thành tam giác có: a710 = 41 m a79 = 90,97 m a910 = 72,92 m - Nửa chu vi của tam giác là: P = = 102,45 (m) Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác. D= = 93,08 (m) h a7910= = 11,635 (m) *Xét nhóm cột N7, N10, N11 tạo thành tam giác có: a710 = 41(m ) a1011 = 35,62 (m ) a711 = 65,02 (m ) - Nửa chu vi của tam giác là: P = = 70,82 (m) Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác. D= = 93,08 (m) ha 7.10.11 = = =9,038 (m) * Xét nhóm cột N6 , N10, N11 tạo thành một tam giác có: a10.11 = 35,62 (m) a6.10 = 75,166 (m ) ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 17 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp áp a6.11 = 65,02 (m) Kỹ thuật điện cao - Nửa chu vi của tam giác là: P = = 87,9 (m) Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác. D= = 75,22 (m) ha 6.10.11 = = =9,4 (m) * Xét nhóm cột N6 , N11, N12 tạo thành một tam giác có: a6.11 = 65,02 (m) a6.12 = 65,02 (m ) a11.12 =63 (m) - Nửa chu vi của tam giác là: P = = 96,52 (m) Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác. D= = 74,32 (m) ha 6.11.12 = = =9,29 (m) * Xét nhóm cột N5, N6, N12 tạo thành một tam giác có: a6.12 = 65,02 (m) a5.12 = 65,02 (m) a5.6 = 63 (m) Ta nhận thấy nhóm cột (N5, N6, N12) có các kích thước bằng nhóm cột (N6 , N11, N12) nên ha 5.6.12 = 9,29 (m) * Xét nhóm cột N5, N12, N13 tạo thành một tam giác có: a5.12 = 65,02 (m) a5.13 = 56,88 (m) a12.13 = 39,5(m) - Nửa chu vi của tam giác là: P = = 80,07 (m) Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác. D= ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 18 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp áp = 68,6 (m) Kỹ thuật điện cao ha 5.12.13 = = =8,57 (m) Qua tính toán độ cao hiệu dụng của các cặp cột thu sét trong trạm phía điện áp 220 KV ta chọn chung một giá trị lớn nhất là 11,635. a) Tính độ cao của cột thu sét phía điện áp 220 KV áp dụng công thức: h = hx + ha h = 16,5 + 11,635 = 28,135 (m) Vậy ta chọn cột thu sét có độ cao là 29 m. - Phạm vi bảo vệ của cột thu sét cao 29 m + Bán kính bảo vệ cho độ cao hx =11 (m) Vì hx =11 (m) < = 19,33 (m) Nên Rx =1,5.h.(1-) =1,5.29.(1- ) = 22,875 (m) + Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 16,5 (m) Vì hx =16,5 m < .h = .29 = 19,33 (m) Nên Rx = 1,5.h.(1- ) = 12,56 (m) b) Tính phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu sét biên. * Xét cặp cột N4, N3 có: a = 72,52 m h = 29 m - Độ cao bảo vệ lớn nhất ở khu vực giữa hai cột là: h0 = h - = 29 - = 18,64 (m) - Bán kính kính bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là: - Độ cao bảo vệ hx = 11 m Vì hx = 11 m < . h0 = .18,64 = 12,43 (m) Nên R0x = 1,5.h0.(1- 0 = 1,5.18,64.(1- ) = 7,335 Độ cao bảo vệ hx = 16,65 (m) Vì hx = 16,65 m > .h0 = 12,43 (m) Nên R0x = 0,75.h0.(1- ) = 0,75.18,64.(1- ) = 1,605 (m) * Xét cặp cột N3- N2 có a = 63 m h = 29 m Độ cao bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là: ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 19 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp áp h0 = h- = 29 - = 20 (m) Kỹ thuật điện cao Bán kính bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là: Với hx = 11 m Vì hx = 11 m <.h0 = . 20 = 13,33 (m) Nên R0x = 1,5.h0.(1-) = 1,5.20.(1- ) = 9,357 (m) Với hx = 16,5 (m) Vì hx = 16,5 m > .h0 = .20 = 13,33 (m) Nên R0x = 0,75.h0.(1- ) = 0,75.20.(1- ) * Xét cặp cột N2 – N1 có a = 72,52 m h = 29 m Độ cao lớn nhất giữa hai cột là: h0 = h - = 20 - = 18,64 (m) Bán kính bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là: Với hx = 11 m Vì hx = 11 m < .h0 = 12,43 (m) Nên R0x = 1,5.h0.(1- ) = 1,5.18,64.(1- ) = 7,335 (m) Với hx = 16, 5 m Vì hx =16,5 m >.h0 = 12,43 (m) Nên R0x = 0,75.h0.(1- ) = 0,75.18,64.(1- ) = 1,605 (m) * Xét cặp cột N1 – N8 có a = 52,5 m h = 29 m Độ cao lớn nhất giữa hai cột là: h0 = h - = 29 - = 21,5 (m) - Bán kính bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là: Độ cao bảo vệ hx = 11 m Vì hx =11 m <.h0 = .21,5 =14,33 (m) Nên R0x = 1,5.h0.(1- ) = 1,5.21,5(1- ) = 3,75 (m) Độ cao bảo vệ hx = 16,5 m ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 20 https://fb.com/tailieudientucntt