đồ án tốt nghiệp môn cao áp, chương 2 doc

Ch-ơng 2:
bảo vệ chống sét đánh trực
tiếp
trạm biến áp 110/22 KV
I.1-Khái niệm chung.
Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền
tải và phân phối điện năng .
Đối với trạm biến áp 110 KV thì các thiết bị điện của trạm đ-ợc
đặt ngoài trời, khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những
hậu quả nặng nề không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong
trạm mà còn gây nên những hậu quả cho những ngành công nghiệp
khác do bị ngừng cung cấp điện . Do vậy trạm biến áp th-ờng có
yêu cầu bảo vệ khá cao.
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp
ng-ời ta dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi. Tác dụng cuả hệ
thống này là tập trung điện tích để định h-ớng cho các phóng điện
sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên d-ới hệ thống này.
Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ
kim thu sét vào hệ nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này
thì trị số điện trở nối đất của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng
điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi có dòng điện sét đi
qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng
điện ng-ợc đến các thiết bị khác gần đó.
Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
vào trạm ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp
lý và đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật.
I.2- Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ
chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp.
Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải đ-ợc nằm trọn trong phạm vi
bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ. Hệ thống bảo vệ trạm 110 kV
ở đây ta dùng hệ thống cột thu lôi, hệ thống này có thể đ-ợc đặt

ngay trên bản thân công trình hoặc đặt độc lập tùy thuộc vào các
yêu cầu cụ thể.
Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng đ-ợc
độ cao của phạm vi bảo vệ và sẽ giảm đ-ợc độ cao của cột thu lôi.
Nh-ng mức cách điện của trạm phải đảm bảo an toàn trong điều
kiện phóng điện ng-ợc từ hệ thống thu sét sang thiết bị. Vì đặt kim
thu sét trên các thanh xà của trạm thì khi có phóng điện sét, dòng
điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên
một phần điện cảm của cột, phần điện áp này khá lớn và có thể gây
phóng điện ng-ợc từ hệ thống thu sét đến các phần tử mang điện
trong trạm khi mà mức cách điện không đủ lớn. Do đó điều kiện để
đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà của trạm là mức cách
điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ.
Đối với trạm phân phối có điện áp từ 110kV trở lên có mức cách
điện khá cao (cụ thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn và độ dài
chuỗi sứ lớn ) do đó có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của
trạm và các kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi thì phải nối đất vào hệ
thống nối đất của trạm theo đ-ờng ngắn nhất sao cho dòng điện sét
khuyếch tán vào đất theo 3 đến 4 thanh nối đất với hệ thống , mặt
khác phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất.
Khâu yếu nhất trong trạm phân phối ngoài trời điện áp từ 110kV
trở lên là cuộn dây máy biến áp, vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo
vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa điểm nối vào hệ
thống của cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy
biến áp là phải lớn hơn 15m theo đ-ờng điện .
Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính
ổn định nhiệt khi có dòng điện sét chạy qua.
Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì
các dây dẫn điện phải đ-ợc cho vào ống chì và chôn trong đất.
I.3- Tính toán thiết kế, các ph-ơng án bố trí cột thu lôi.

Với yêu cầu thiết kế hệ thống chống sét cho trạm 110kV và dựa
vào độ cao của các thiết bị ta có thể bố trí đ-ợc các cột thu lôi và
tính đ-ợc độ cao của chúng.
I.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán.
- Độ cao cột thu lôi:
h =h
x
+ h
a
(I
1)
Trong đó: + h
x
: độ cao của vật đ-ợc bảo vệ.
+ h
a
: độ cao tác dụng của cột thu lôi, đ-ợc xác định
theo từng
nhóm cột. (h
a
D/8 m).
(với D là đ-ờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các
chân cột)
- Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là:
)2()(
1
6,1


Ihh

h
h
r
x
x
x
- Nếu h
x
2/3h thì: )
h8,0
h
1.(h5,1r
x
x
(I 3)
- Nếu h
x
> 2/3h thì: )
h
h
1.(h75,0r
x
x
(I - 4)
Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn từng
cột đơn cộng lại. Nh-ng để các cột thu lôi có thể phối hợp đ-ợc thì
khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn a
7h ( trong đó h là độ
cao của cột thu lôi ).
Khi có hai cột thu lôi đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao

lớn nhất giữa hai cột là h
o
và đ-ợc xác định theo công thức:
)5(
7
I
a
hh
o
Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đ-ờng nối
hai chân cột là r
xo
và đ-ợc xác định nh- sau:
)(
1
6,1
0 x
o
x
xo
hh
h
h
r

( I-6 )
Hình (I 1 ):
Tr-ờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao bằng nhau .

r

x
0,2h
h
1,5h
0,75h
r
xo
r
x
h
o
=h-a/7
R
h
x
0
a
- Tr-ờng hợp hai cột thu lôi có độ cao khác nhau thì việc xác
định phạm vi bảo vệ đ-ợc xác định nh- sau:
- Khi có hai cột thu lôi A và B có độ cao h
1
và h
2
nh- hình vẽ
d-ới đây:
(Hình I 2 ):
Tr-ờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao khác
nhau
a
'

2
h
2
1
h
1
3
R
a
- Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h
2
, khi
đó các khoảng cách AB = a; BC = a
'
. Khi đó xác định đ-ợc các
khoảng cách x và a
'
nh-
sau:
)7().(
1
6,1
-ax-aa'
).(
1
6,1
21
1
2
21

1
2






Ihh
h
h
hh
h
h
x
Đối với tr-ờng hợp khi có hai cột thu lôi cao bằng nhau ta có
phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là h
o
:
7
a
hh
o

T-ơng tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột B
và C là:
)hh.(
h
h
,

ah
7
a'
hh
o 21
1
2
22
1
61



)hh.(
h
h
,
r
xoxo



1
2
1
61