đồ án tốt nghiệp môn cao áp, chương 7 docx

Chng 7: tính toán nối đất
chống sét
A. Tính toán nối đất chống sét cho phía 110 kV
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 h-ởng của điện cảm mất dần 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
(II 6 )
Từ (II6) 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 (II6) ta thấy khi dòng điện tản trong đất là dòng
điện một chiều hoặc xoay chiều tần số công nghiệp thì ảnh h-ởng
của L không đáng kể và bất 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 t-ơng quan giữa hằng số thời gian T và
thời gian đầu sóng của dòng điện. Khi T<<

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 nh- một điện trở tản. Tr-ờng 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

đ.s
và tại
thời điểm dòng điện đạt trị số cực đại, quá trình quá độ ch-a kết
thúc và nh- đã phân tích tác dụng của điện cảm, nối đất sẽ thể hiện
nh- một tổng trở Z có giá trị rất lớn so với điện trở tản. Tr-ờng hợp
này gọi là nối đất phân bố dài.
Trong tính toán thiết kế trạm biến áp 110kV, th-ờng thì phần
nối đất nối chung với mạch vòng nối đất an toàn của trạm. Nh- vậy
sẽ gặp tr-ờng 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 ng-ợc đến
các phần mang điện của trạm. Do đó ta phải tính toán, kiểm tra
theo yêu cầu của nối đất chống sét trong tr-ờng hợp có dòng điện
sét đi vào hệ thống nối đất.
II.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 II-1) .
Dạng sóng tính toán của dòng điện sét: + I
s
= a.t khi t <
đs
+ I
s
= I khi t

đs
Trong đó: + a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/s
+ I: biên độ dòng điện sét I = 150kA
+
đs
: thời gian đầu sóng lấy bằng 5s
;







s
a
I
s
ds
5
30
150
II.4.2-Yêucầu kiểm tra
Ta kiểm tra theo điều kiện nhằm đảm bảo an toàn cho cách điện
của máy biến áp : I.Z(0,

đ.s
) U
0,5
.

Trong đó:
I : là trị số dòng điện sét lấy bằng 150kV.
Z(0,

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.
II.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 phía 110 kV 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 (II-4);(II-5) thấy R
m.v
và R
coc.

sẽ tỷ lệ thuận
với k
mùa
, do đo không đổi.
Vậy điện trở của mạch vòng là:
.037,1
6,1
382,1.2,1
.
.
).(.
)(.).(.
.

toànanvm
toananvmsétvm
vm
K
RK
R
Điện trở của cọc là:
.36,36
4,1
87,43.15,1
.
.
).(
)().(

toànancoc

toanancocsétcoc
coc
K
RK
R
Điện trở nối đất nhân tạo tính cho nối đất chống sét là:
)7(


.
)(.


II
RnR
RR
R
cocvmvmcoc
vmcoc
séttn

Trong đó:
R
m.v
và R
cọc
ta vừa tính đ-ợc.
n là số cọc đã tính đ-ợc n = 100 cọc

cọc

và
m.v
đã tính đ-ợc ở phần nối đất nhân tạo ứng với n =
100 cọc ta có

cọc
= 0,39. ;
m.v
= 0,19.
Vậy:
.8,0
037,1.39,0.10019,0.36,36
1037.36,36


.
)(.





cocvmvmcoc
vmcoc
séttn
RnR
RR
R

Vậy điện trở nối đất nhân tạo tính cho nối đất chống sét là:

R
n.t sét
=0,8.
II.4.4- Tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét Z(0;

đ.s
).
Để tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét ta xét các điều
kiện sau:
+ Bỏ qua nối đất t- 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 điện 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 (II 6):
Mạch vòng nối đất gồm hai tia dài ghép song
song
Ta có sơ đồ thay thế:

L
0
L
0
L
0
I

s
/2
g
0
g
0
g
0
Hình (II7): Sơ đồ thay thế của mỗi tia.
Với L và g là điện cảm và điện dẫn trên một đơn vị dài.
l =L/2








m.
1
l.R
1
g
0
R là điện trở nối đất ổn định của cực nối đất R = 0,8.
.)/(31,0ln.2,0
0
mH
r

l
L








Với r là bán kính cực nối đất:
.m.,mm,
b
r
2
10251512
4
50
4


Thay số vào ta có:
./65,131,0
10.25,1
130
ln.2,0
2
0
mHL

Vì điện dẫn ghép song song nên ta có:









mlR
g
tn
.
1
10.8,4
130.8,0.2
1
2
1
3

.
0
Tính toán phân bố dài khi không xét quá trình phóng điện trong
đất.
Từ sơ đồ thay thế có thể thành lập đ-ợc hệ ph-ơng trình vi phân:
)8(





II
t
I
L
x
U
Giải hệ ph-ơng trình trên ta đ-ợc điện áp tại điểm bất kỳ và thời
điểm bất kỳ trên điện cực.
)9(
.
cos.1
1
.2
.
),(
1
2
1
0

II
l

xk
e
k
Tt
lg
a
txU
k
T
t
k

Với hằng số thời gian
22
2
00
k
.
k
l.g.L
T


Ta có
2
2
00
1
l.g.L
T

nên
2
1
k
T
T
k

. Từ đó suy ra tổng trở xung
kích ở hai đầu vào nối đất:
)10(1
1
.
.2
1
.
1
),0(
1
2
1
0

IIe
k
T
lg
tZ
k
T
t
ds
k

Tổng trở xung kích của nối đất ở đầu vào thời điểm t =
đ.s
và
xét tới hai tia ghép song song là:

)11(1
1
.
.2
.
1
.
2
1
),0(
1
2
1
0

IIe
k
T
l
lg
Z
k
T
t
ds
ds
k


Để tính Z(0,
đ.s
) xét chuỗi:

1 1
222
11
k k
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 tr-ớc nên ta
có thể bỏ qua, tức là tính với k sao cho
4

k
ds
T
Ta có
2
1
k
T
T
k
nên
4
2
1


k
T
ds
. Vậy:
ds
.T
k


4

1
2

Hệ số K là nguyên d-ơng nên ta có:
ds
T
k

1
.4

Với: ).(58,13
14,3
13010.8,4.65,1
2
23
2
2
00
1
s
lgL
T





đ.s
= 5s, ta có: 3,3

5
58,13.4
k
Nh- vậy ta sẽ tính toán với K nhỏ nhất là 4.
Ta có các kết quả nh- bảng (II 1 ):
k 1 2 3 4
T
k
13,58 3,395 1,509 0,849
k
ds
T

0,368 1,473 3,313 5,889
k
ds
T
e


0,7351 0,2920 0,0627 0,0072
k
ds
T
e


/k
2
0,7351 0,073 0,0070 0,0005

Từ bảng (II 1 ) ta tính đ-ợc: 8156,0
4
1
2



k
e
k
ds
T

Và ta tính đ-ợc
6
1
2
1
2





k
k
Thay các giá trị vào (II 11) ta đ-ợc:
.021,3)8156,0
6
.(

5
25,16.2
1
142.10.4,4
1
.
2
1
),0(
2
3











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

đ.s
) = 3,021.
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,
đ.s
) = 150.3,021= 453,15kV.
VËy U
sÐt
= 453,15kV < U
50%
= 460kV.
NhËn xÐt:
Do ®iÖn trë nèi ®Êt ®¹t yªu cÇu nªn kh«ng ph¶i nèi ®Êt bæ xung
cho hÖ thèng chèng sÐt.