Tải bản đầy đủ (.pdf) (16 trang)

Đồ án tốt nghiệp - Cao áp (P4) ppt

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (344.14 KB, 16 trang )

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 61
Chương 4
TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM 110/35 KV

4.1- GIỚI THIỆU CHUNG VÀ MỘT SỐ VẦN ĐỀ KỸ THUẬT KHI TÍNH

TOÁN NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP.

Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế
trên vật nối đất có trị số bé. Hệ thống nối đất là một phần quan trọng trong việc
bảo vệ quá điện áp, do đó việc nối đất của trạm biến áp, các cột thu lôi, các
đường dây, các thiết bị chống sét phải được tính toán cụ thể
trong khi thiết kế.
Nối đất làm việc.

Nhiệm vụ chính là đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị, hoặc một
số bộ phận của thiết bị yêu cầu phải làm việc ở chế độ nối đất trực tiếp. Thường
là nối đất điểm trung tính máy biến áp. Trong hệ thống điện có điểm trung tính
trực tiếp nối đất, nối đất của máy biến áp
đo lường và các kháng điện dùng trong
bù ngang trên các đường dây cao áp truyền tải điện.
Nối đất chống sét.

Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất (khi sét đánh vào cột thu lôi
hay đường dây) để giữ cho điện thế mọi điểm trên thân cột không quá lớn tránh
trường hợp phóng điện ngược từ cột thu lôi đến các thiết bị cần được bảo vệ.
Nối đất an toàn.

Có tác dụng đảm bảo an toàn cho con người khi cách điện bị hư hỏng. Thực
hiện nối đất an toàn bằng cách nối đất các bộ phận kim loại không mang điện


như vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, các giá đỡ kim loại để khi cách điện bị hư
hỏng do lão hoá thì trên các bộ phận kim loại sẽ có một điện thế nhỏ không nguy
hiểm (nếu không nối đất thì điệ
n thế này sẽ làm nguy hiểm đến con người khi
chạm vào chúng). Do đó nối đất các bộ phận này là để giữ điện thế thấp và bảo
đảm an toàn cho con người khi tiếp xúc với chúng.Về nguyên tắc là phải tách rời
các hệ thống nối đất nói trên nhưng trong thực tế ta chỉ dùng một hệ thống nối
đất chung cho các nhiệm vụ. Song hệ thống nối đất chung phải đảm bảo yêu cầu
của các thiết bị khi có dòng ngắn mạch chạm đất lớn do vậy yêu cầu điện trở nối
đất phải nhỏ.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 62
Khi điện trở nối đất càng nhỏ thì có thể tản dòng điện với mật độ lớn, tác
dụng của nối đất tốt hơn an toàn hơn. Nhưng để đạt được trị số điện trở nối đất
nhỏ thì rất tốn kém do vậy trong tính toán ta phải thiết kế sao cho kết hợp được
cả hai yếu tố là đảm bảo về kỹ
thuật và hợp lý về kinh tế.
Một số yêu cầu về kỹ thuật của điện trở nối đất:
+ Đối với các thiết bị điện nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất phải
thoả mãn: R ≤ 0,5Ω.(Theo tiêu chuẩn nối đất an toàn trang 189 giáo trình kỹ
thuật điện cao áp).
+ Đối với các thiết bị có đ
iểm trung tính không trực tiếp nối đất thì:

Ω≤
I
R
250

+ Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện với đất và chỉ có một hệ

thống nối đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì:

Ω≤
I
125
R
+ Khi dùng nối đất tự nhiên nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn yêu
cầu của các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé thì khong cần nối đất nhân
tạo nữa. Còn nếu điện trở nối đất tự nhiên không thoả mãn đối với các thiết bị
cao áp có dòng ngắn mạch chạm đất lớn thì ta phải tiến hành nối đất nhân tạo và
yêu cầ
u trị số của điện trở nối đất nhân tạo là: R ≤ 1Ω.
Bất kỳ một hệ thống nối đất nào cũng phải có các điện cực chôn trong đất và
nối với thiết bị mà ta cần nối đất (điện cực thường sử dụng là các cọc sắt thẳng
đứng hay các thanh dài nằm ngang) các điện cực này được chôn trong đất
có mức tản dòng điện sét phụ thuộc vào trạng thái của đất (vì đất là môi
trường không đồng nh
ất, khá phức tạp, nó phụ thuộc vào thành phần của đất như
các loại muối, a xít chứa trong đất ). Điều kiện khí hậu cũng ảnh hưởng đến
độ dẫn điện của đất.
Ở Việt nam khí hậu thay đổi theo từng mùa độ ẩm của đất cũng thay đổi theo
dẫn đến điện trở suất cuả đất cũng biến đổi trong phạ
m vi rộng. Do vậy trong
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 63
tính toán thiết kế về nối đất thì trị số điện trở suất của đất dựa theo kết quả đo
lường thực địa và sau đó phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích là tăng
cường an toàn.
Công thức hiệu chỉnh như sau:
ρ

tt
= ρ
đ
.K
m

Trong đó:

ρ
tt
: là điện trở suất tính toán của đất.

ρ
đ
: điện trở suất đo được của đất.
K
m
: hệ số mùa của đất.
Hệ số K phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu của điện cực.
Đối với trạm biến áp ta thiết kế có cấp điện áp 110/35kV và các cột thu lôi
độc lập do đó ta sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu quả tản dòng
điện tốt nhất.
Mặt khác do đặt các cột thu lôi trên xà nên phần nối
đất chống sét ta nối
chung với mạch vòng nối đất của trạm.

4.2- CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT.

Điện trở suất đo được của đất:
ρ

đ
= 1,3.10
4
Ω/cm =1,3.10
2
Ω/m.
Điện trở nối đất cột đường dây: R
c
= 20 Ω.
Dây chống sét sở dụng loại C- 70 có điện trở đơn vị là: R
o
=2,38Ω/km.
Chiều dài khoảng vượt đường dây là:
Đối với 110kV: l = 150m.
Dạng sóng tính toán của dòng điện sét:




τ≥=
τ<=
dss
dss
khiII
tkhit.aI

Trong đó:
a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/
μs
I: biên độ dòng điện sét I = 150kA


τ
đs
: thời gian đầu sóng lấy bằng 5μs =
s
a
I
s
ds
μ===τ 5
30
150

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 64

I
s
τ
®s
I t
H×nh (4–1) :
D¹ng sãng cña dßng sÐt.


4.3- TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN.

Trạm điện thiết kế có điện áp là 110/35kV, phía 110kV là mạng điện có
trung tính trực tiếp nối đất nên yêu cầu của nối đất an toàn là: R ≤ 0,5 Ω.
Thành phần điện trở nối đất R gồm hai thành phần:

+ Điện trở nối đất tự nhiên (R
tn
).
+ Điện trở nối đất nhân tạo (R
nt
).
Đối với các thiết bị có điểm trung tính trực tiếp nối đất (có dòng chạm đất
lớn) thì yêu cầu điện trở nối đất nhân tạo phải có trị số nhỏ hơn 1Ω.
Vậy điều kiện nối đất là:




Ω≤
Ω≤
)(R
)(,R//R
t.n
t.nn.t
1
50

Từ đó rút ra:

)(
,R
,.R
R
n.
t

n.t
t.n
Ω


50
50


4.3.1- Điện trở nối đất tự nhiên.

R
t.n
= 1,25 Ω (đã cho trước).

4.3.2- Điện trở nối đất nhân tạo.

)(,
,,
,.,
,R
,.R
R
n.
t
n.t
t.n
Ω=

=


≤ 8330
50251
50251
50
50

Ta sẽ tính toán thiết kế hệ thống nối đất theo điều kiện điện trở nối đất
nhân tạo là: R
n.t.yc
≤ 0,833 Ω.
(4 – 1 )
(4 – 2 )

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 65
4.3.3- Tính nối đất nhân tạo của trạm 110kV.
Đối với trạm biến áp 110kV khi thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo ta sử dụng
hình thức nối đất theo mạch vòng có chôn cọc.
Mạch vòng bao quanh trạm có hình chữ nhật ABCD có kích thước như sau:
Chiều dài l
1
= 57m ; Chiều rộng l
2
= 56,55m.
Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của trạm như hình (4 –2 ):










Hệ thống nối đất mạch vòng của trạm ta chọn cọc loại thép góc 50x50x5,
chiều dài l =2,5m với lý do là để thuận lợi cho việc thi công mà vẫn đảm bảo độ
dẫn điện tốt. Mạch vòng nối giữa các cọc dùng loại sắt dẹt có kích thước 50x5.
Sơ đồ bố
trí mạch vòng cọc trong hệ thống nối đất của trạm như hình (4 – 3
):
a: là khoảng cách giữa các cọc theo chu vi mạch vòng.
l: chiều dài cọc l = 2,5m.
t: độ chôn sâu cọc t =0,8m.







B
A
D
C
Hình (4 – 2 ): Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của trạm.
l
1
l
t

a
l=2,5m
Hình (4 – 3 ): Sơ đồ bố trí mạch vòng cọc trong hệ thống nối đất của trạm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 66


Điện trở tản nhân tạo đối với mạch vòng có chôn cọc được xác định theo
công thức sau:

)(
R n.R
R.R
R
v.mcv.mc
v.mc
t.n
34 −
η+η
=
Trong đó:
R
c
: là điện trở tản nối đất của cọc (Ω).
R
m.v
: là điện trở tản nối đất của mạch vòng (Ω).
n : là số cọc sử dụng.
η
m.v

và η
c
: tương ứng là hệ số sử dụng mạch vòng, sử dụng cọc phụ thuộc
vào số cọc và tỷ số
l
a

Tính điện trở của mạch vòng quanh trạm R
m.v
:

)()(
d.t
L.k
ln
L
R
v.m
44
2
2
−Ω






π
ρ

=
Trong đó:
ρ = ρ
đo
.K
mùa (thanh)
là điện trở suất tính toán của mạch vòng.Tra bảng (2–1)
sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có:
K
mùa (thanh)
= 1,6 vậy ρ = ρ.1,6 = 2,08.10
2
(Ω.m).
L là chu vi mạch vòng: L = 2.(l
1
+ l
2
) = 2.(57+56,55) = 227,1m.
d là đường kính thanh nối: d = b/2 = 50/2 = 25 (m.m) = 2,5.10
-2
m.
t là độ chôn sâu (để đảm bảo cho ρ ổn định ) : t = 0,8m.
k là hệ số phụ thuộc hình dạng của hệ thống nối đất . Ta có:

1007951
5556
57
2
1
≈== ,

,l
l

Tra bảng (2 – 5) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” được k =
5,53.
Thay số vào biểu thức (4 – 3) ta có:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 67
).(,
.,.,
,.,
ln
,.,.
.,
d.t
L.k
ln
L
R
v.m
Ω=








=







π
ρ
=

42
105280
1227535
12271432
10082
2
2
222

Ta nhận thấy điện trở của mạch vòng xung quanh trạm lớn hơn điện trở nhân
tạo cho phép để tính toán thiết kế (R

= 0,833 Ω).Vậy phải dùng thêm số cọc
vào hệ thống mạch vòng để giảm trị số điện trở nối đất của hệ thống. Qua kết
quả tính toán R
m.v
chứng tỏ rằng ta chọn hình thức nối đất an toàn bằng mạch
vòng có chôn cọc là hợp lý.
Tính điện trở nối đất của một cọc (dùng cọc sắt góc √ ).
Đối với cọc điện trở tản xoay chiều được xác định theo công thức sau:


)(
lt.
lt.
ln.
d
l.
ln.
l
R
coc
54
4
4
2
12
2









+

+







π
ρ
=






Trong đó:
Cọc có kích thước: l = 2,5m.
ρ là điện trở suất của đất đối với cọc: ρ = ρ
đo
.K
mùa (cọc)
.
ρ
đo
=1,3.10
2
(Ω.m). K
mùa (cọc)
= 1,4.
(Tra bảng (2-1) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA”)


Æ ρ = 1,3.10
2
.1,4 = 1,82.10
2
(Ω.m).
d là đường kính cọc (m) được tính như sau:
d = 0,95.b = 0,95.50. 10
-3
= 4,75. 10
-2
m.
t là độ chôn sâu: t = 0,8m. Giá trị t
/
được tính:

)m(,,
,
,
l
t 05280
2
52
80
2
=+=+=


Thay số liệu vào (4 – 5 ) ta có:
t
'


0,8m
l
Hình (4 – 4): Các kích thước nối đất cọc
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 68
Ω=









+
+








=

657
520524

520524
2
1
10754
522
521432
10821
2
2
,
,,.
,,.
ln.
.,
,.
ln.
,.,.
.,
R
coc

Vậy điện trở của một cọc là 57,6 Ω.
Sau khi tính được R
c
và R
mv
ta tính điện trở nhân tạo theo công thức (4–3) .
Trong công thức này ta chỉ mới biết R
c
và R

mv
vậy ta phải tìm số cọc để R
nt

đạt giá trị nhỏ nhất và phải đảm bảo nhỏ hơn hoặc bằng giá trị tính toán cho
phép R
nt
≤ 0,833 Ω. η
mv
và η
c
phụ thuộc số cọc ta sử dụng trong mạch vòng.
Ta xét từng trường hợp theo tỷ số
l
a
với các thông số là:
L (chu vi mạch vòng) = 227,1m.
l (chiều dài cọc) = 2,5m.
* Khi
30,
l
a
=
(có nghĩa là khoảng cách giữa các cọc a = l =0,75m.
Ta có số cọc chôn theo chu vi mạch vòng là:

303
750
1227
1

1
===
,
,
a
L
n
cọc.
Tra bảng 4 phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có:
η
c
= 0,21.
Theo bảng 6 trong phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp
KTĐCA” ta có:
η
thanh
= 0,185.
Điện trở nhân tạo trong trường hợp này là:

.,
,.,.,.,
,.,
R
)(
t.n
Ω=
+
= 8460
422103031850657
42657

1

Khi
250,
l
a
= (Có nghĩa là khoảng cách giữa hai cột a = 0,625m)
Ta có số cọc chôn theo chu vi là:

364
6250
1227
2
2
===
,
,
a
L
n cọc
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 69
Tra bảng 4 và bảng 6 trong phần phụ lục sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp
KTĐCA” kết hợp với phương pháp nội suy như hình (4 – 5) ta có :

η
c
= 0,19 ; η
thanh
= 0,17

Điện trở nhân tạo trong trường hợp này là:

.,
,.,.,.,
,.,
R
)(
t.n
Ω=
+
= 7860
19042364170657
42657
2

Từ kết quả tính toán có:
R
n.t(1)
= 0,846.Ω > R
nhân tạo yêu cầu
= 0,833. Ω.
Phương án này không đảm bảo do giá trị điện trở nối đất lớn hơn giá trị điện
trở yêu cầu nên bị loại.
R
n.t(2)
= 0,786 Ω < 0,833 Ω = R
nhân tạo yêu cầu
Phương án này đảm bảo yêu cầu do giá trị điện trở nối đất nhỏ hơn giá trị
điện trở yêu cầu.
Vậy ta chọn R

n.t(2)
= 0,786 Ω. Số cọc là 364 cọc. Khoảng cách giữa các cọc
là a = 0,625 m.
4.4- TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT.
Khi có dòng điện sét đi vào bộ phận nối đất, nếu tốc độ biến thiên của dòng
điện theo thời gian rất lớn thì trong thời gian đầu điện cảm sẽ ngăn cản không
cho dòng điện đi tới các phần cuối của điện cực khiến cho điện áp phân bố
không đều, sau một thời gian, ảnh hưởng của điện cảm mất d
ần và điện áp phân
bố sẽ đều hơn.
Thời gian của quá trình quá độ nói trên phụ thuộc vào hằng số thời gian.
T =L.g.l
2
(4 – 6 )
Từ (4–6) ta thấy: T tỷ lệ với trị số điện cảm tổng L.l và điện dẫn tổng
R
l.g
1
=
của điện cực.
Từ biểu thức (4–6) ta thấy khi dòng điện tản trong đất là dòng điện một chiều
hoặc xoay chiều tần số công nghiệp thì ảnh hưởng của L không đáng kể và bất
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 70
kỳ hình thức nối đất nào ( thẳng đứng hoặc nằm ngang ) cũng đều biểu thị bởi trị
số điện trở tản.
Khi dòng điện tản trong đất là dòng điện sét, tham số biểu thị của nối đất tuỳ
thuộc vào tương quan giữa hằng số thời gian T và thời gian đầu sóng của dòng
điện. Khi T<<
τ

đ.s
(khi dòng điện đạt trị số cực đại) thì cần xét quá trình quá độ
đã kết thúc và nối đất thể hiện như một điện trở tản. Trường hợp này ứng với các
hình thức nối đất dùng cọc hoặc thanh có chiều dài không lớn lắm và goị là nối
đất tập trung.
Nếu điện cực dài, hằng số thời gian có thể đạt tới mức
τ
đ.s
và tại thời điểm
dòng điện đạt trị số cực đại, quá trình quá độ chưa kết thúc và như đã phân tích
tác dụng của điện cảm, nối đất sẽ thể hiện như một tổng trở Z có giá trị rất lớn
so với điện trở tản. Trường hợp này gọi là nối đất phân bố dài.
Trong tính toán thiết kế trạm biến áp 110kV, th
ường thì phần nối đất nối
chung với mạch vòng nối đất an toàn của trạm. Như vậy sẽ gặp trường hợp nối
đất phân bố dài, tổng trở xung kích Z
x.k
có thể lớn gấp nhiều lần so với điện trở
tản xoay chiều làm tăng điện áp giáng trên bộ phận nối đất và có thể gây phóng
điện ngược đến các phần mang điện của trạm. Do đó ta phải tính toán, kiểm tra
theo yêu cầu của nối đất chống sét trong trường hợp có dòng điện sét đi vào hệ
thống nối đất.
4.4.1- Dạng sóng tính toán của dòng điện sét.
Trong tính toán thiết kế ta chọn sóng tính toán của dòng điện sét là dạng
sóng xiên góc có biên độ không đổi (xem hình 4-1) .
Dạng sóng tính toán của dòng điện sét: + I
s
= a.t khi t < τ
đs


+ I
s
= I khi t ≥ τ
đs

Trong đó: + a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/
μs
+ I: biên độ dòng điện sét I = 150kA
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 71
+ τ
đs
: thời gian đầu sóng lấy bằng 5μs ;






μ===τ s
a
I
s
ds
5
30
150

4.4.2- Yêu cầu kiểm tra.
Ta kiểm tra theo điều kiện nhằm đảm bảo an toàn cho cách điện của máy

biến áp : I.Z(0,
τ
đ.s
) ≤ U
0,5
.
Trong đó:
I : là trị số dòng điện sét lấy bằng 150kV.
Z(0,
τ
đ.s
): là tổng trở xung kích nối đất tại thời điểm ngay chỗ dòng điện
sét đi vào điện cực.
U
0,5
: trị số điện áp phóng điện xung kích bé nhất của máy biến áp
U
0,5
(MBA) = 460kV.
4.4.3- Tính toán lại trị số điện trở nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét.
Do việc dùng hệ thống nối đất an toàn làm hệ thống nối đất chống sét nên ta
phải tính toán lại trị số điện trở nối đất nhân tạo theo yêu cầu nối đất chống sét.
Tra bảng 19- 2 sách kỹ thuật điện cao áp ta chọn hệ số mùa sét là:
K
m.v
= 1,2 ; K
coc
= 1,15.
Dựa vào công thức (4–4) và (4–5) ta thấy R
m.v

và R
coc.
sẽ tỷ lệ thuận với k
mùa

, do ρ đo không đổi.
Vậy điện trở của mạch vòng là:

.8,1
6,1
4,2.2,1
K.
R.K
R
)toμn an.(v.m
)toμn an(v.m)sÐt.(v.m
v.m
Ω===

Điện trở của cọc là:

.3,47
4,1
6,57.15,1
K.
R.K
R
)toμn an.(cäc
)toμn an(cäc)sÐt.(cäc
cäc

Ω===

Điện trở nối đất nhân tạo tính cho nối đất chống sét là:

)74(
.R.n.R
R.R
R
cäcv.mv.mcäc
v.mcäc
)sÐt(t.n

η+η
=
Trong đó:
R
m.v
và R
cọc
ta vừa tính được.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 72
n là số cọc đã tính được n = 364 cọc.

η
cọc
và η
m.v
đã tính được ở phần nối đất nhân tạo ứng với n = 364 cọc ta


η
cọc
= 0,19. ; η
m.v
= 0,17.
Vậy:
.647,0
19,0.8,1.36417,0.3,47
8,1.3,47
.R.n.R
R.R
R
cäcv.mv.mcäc
v.mcäc
)sÐt(t.n
Ω=
+
=
η+η
=
Vậy điện trở nối đất nhân tạo tính cho nối đất chống sét là:
R
n.t sét
=0,647Ω.
4.4.4- Tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét Z(0;
τ
đ.s
).
Để tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét ta xét các điều kiện sau:
+ Bỏ qua nối đất tư nhiên.

+ Bỏ qua các thanh nối cân bằng điện áp trong trạm biến áp.
+ Trong tính toán, để đơn giản ta bỏ qua quá trình phóng điện tia lửa trong
đất và giả thiết điện trở suất của đất không đổi.
+ Bỏ qua thành phần điện trở, điện dung của điệ
n cực nối đất vì trở rất nhỏ
so với thành phần điện kháng và điện dẫn ứng với tần số dòng điện sét.
Ta xem mạch nối vòng đất gồm hai tia dài ghép song song với nhau.






Hình (4 – 6):
Mạch vòng nối đất gồm hai tia dài ghép song song
Ta có sơ đồ thay thế:
l =L/2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 73

Hình (4–7):
Sơ đồ thay thế của mỗi tia.
Với L và g là điện cảm và điện dẫn trên một đơn vị dài.








Ω
=
m.
1
l.R
1
g
0

R là điện trở nối đất ổn định của cực nối đất R = 0,647
Ω.

.)m/H(3,0
r
l
ln.2,0L
0
μ






−=

Với r là bán kính cực nối đất:

.m.,mm,
b

r
2
10251512
4
50
4

====
Thay số vào ta có:

.m/H,,
.,
,
ln.,L μ=








−=

761310
10251
55113
20
2
0


Vì điện dẫn ghép song song nên ta có:







Ω
===

m.
1
10.8,6
55,113.647,0.2
1
l.R,2
1
g
3
t.n
0

Tính toán phân bố dài khi không xét quá trình phóng điện trong đất.
Từ sơ đồ thay thế có thể thành lập được hệ phương trình vi phân:

)(
t
I

L
x
U
84 −


=



Giải hệ phương trình trên ta được điện áp tại điểm bất kỳ và thời điểm bất kỳ
trên điện cực.

)94(
l
x.k
cos.e1
k
1
.T2t
l.g
a
)t,x(U
1k
T
t
2
1
0
k












∑⎟





π










−+=


=


L
0
L
0
L
0
I
s
/2
g
0
g
0
g
0
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 74
Với hằng số thời gian
22
2
00
k
.k
l.g.L
T
π
=

Ta có
2
2
00
1
l.g.L
T
π
=
nên
2
1
k
T
T
k
=
. Từ đó suy ra tổng trở xung kích ở hai
đầu vào nối đất:
)104(e1
k
1
.
T.2
l
l.g
a
)t,0(Z
1k
T

t
2
ds
1
0
k























τ

+=

=


Tổng trở xung kích của nối đất ở đầu vào thời điểm t =
τ
đ.s
và xét tới hai tia
ghép song song là:
)114(e1
k
1
.
T.2
l
l.g
a
.
2
1
),0(Z
1k
T
t
2
ds
1
0
ds

k























τ
+=τ

=



Để tính Z(0,
τ
đ.s
) xét chuỗi:

∑∑∑

=

=
τ

τ

−=

11
222
11
kk
TT
k
e
kk
e
k
ds
k
ds


Vì : e
-3
=0,05 ; e
-4
=0,018 ; e
-5
= 0,0067 ; e
-6
= 0,00247
Nên ta chỉ xét đến e
-4
. Từ e
-4
rất bé so với số hạng trước nên ta có thể bỏ qua,
tức là tính với k sao cho
4≤
τ
k
ds
T

Ta có
2
1
k
T
T
k
= nên
4

2
1

τ
k
T
ds
. Vậy:
ds
.T
k
τ

4
1
2

Hệ số K là nguyên dương nên ta có:
ds
T.
K
τ

1
4

Với:
).s(65,15
14,3
55,11310.8,6.76,1

l.g.L
T
2
23
2
2
00
1
μ==
π
=


τ
đ.s
= 5μs, ta có: 533
5
65154
,
,.
K =≤
Như vậy ta sẽ tính toán với K lớn nhất là 3, tức là K =1
÷3.
Ta có các kết quả như bảng (4 – 1 ):
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 75
k 1 2 3

)s(T
k

μ

15,65 3,9125 1,738

k
ds
T
τ

0,32 1,278 2,876

k
ds
T
e
τ


0,726 0,2786 0,056

2
k
e
k
T/ds
τ−

0,726 0,06965 0,006

Từ bảng (4 – 1 ) ta tính được:

80
3
1
2
,
k
e
k
ds
T
=

τ


Thay các giá trị vào (4 – 11) ta được:
361
3
1
2
1
1
1
22
3
1
2
,
k
=++=



.,,,(
,.
, ,
.),(Z
ds
Ω=






−+=τ

27280361
5
65152
1
551131086
1
2
1
0
3

Kiểm tra điều kiện nhằm đảm bảo an toàn cách điện cho máy biến áp với các
giá trị : I =m .150kA ; Z(0,
τ

đ.s
) = 2,27Ω.
Ứng với 2 giá trị trên tại thời điểm dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất thì
thế tại điểm dòng điện sét đi vào là:
U
sét
= I. Z(0, τ
đ.s
) = 150.2,27= 340,5kV.
Vậy U
sét
= 340,5kV < U
50%
= 460kV.
Nhận xét:
Do điện trở nối đất đạt yêu cầu nên không phải nối đất bổ xung cho hệ thống
chống sét.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 76
4.5- KẾT LUẬN.
Hệ thống nối đất nhân tạo mạch vòng có chôn cọc như phương án đã chọn là
364 cọc, khoảng cách giữa các cọc là 0,625m, R
n.t
= 0,786 Ω < 0,833 Ω = R
n.t.y.c
.
Mạch vòng nhân tạo đảm bảo an toàn cách điện cho máy biến áp khi có dòng
điện sét.
Sau khi kiểm tra lại nối đất theo yêu cầu chống sét đã đảm bảo điện áp giáng
trên máy biến áp khi dòng sét đi vào U

sét
= 340,5kV < U
50%
= 460kV, ta không
phải tính toán nối đất bổ xung nữa.



×