đồ án tốt nghiệp môn cao áp, chương 12 pdf

Chng 12:
Tính suất cắt của đ-ờng dây
110kV do sét đánh vào khoảng
v-ợt
Theo sách h-ớng dẫn thiết kế Kỹ thuật điện cao áp thì số lần
sét đánh vào khoảng v-ợt là:
N
kv
= N / 2 (
III 19)
Trong đó: N là số lần sét đánh vào đ-ờng dây đã đ-ợc tính ở
trên mục (III.1.4) N = 120 lần / 100km. năm.
Vậy N
kv
= 120 / 2 = 60 lần / 100km. năm.
Trong 60 lần sét đánh vào khoảng v-ợt thì xác suất hình thành
hồ quang khi phóng điện đã đ-ợc xác định tại mục
III.2 đ-ợc
=0,48. Suất cắt của đ-ờng dây 110kV do sét đánh vào khoảng v-ợt
nh- sau:
n
kv
= N
kv
. V
pđ
.

(III 20)
Để tính V
pđ

ta phải xác định xác suất phóng điện trên cách điện
của đ-ờng dây.
III.2.3.1- Ph-ơng pháp xác định Vpđ.
Ta coi dòng điện sét có dạng xiên gócvới biên độ I
s
= a. t.
Quá điện áp sét xuất hiện trên cách điện của đ-ờng dây gồm hai
thành phần:
lv
cd
cd
U)a,I(U)t(U



Trong đó:
+
:)a,I(U
cd

là thành phần quá điện áp do dòng sét gây
ra phụ
thuộc vào biên độ (I) và độ dốc sét (a).
+ U
lv
: điện áp làm việc của đ-ờng dây
Xác suất các dòng điện sét có biên độ I
I
s
và độ dốc a a

s
là:
)
,
a
,
I
(
a,I
ss
eV
910126

(III
22)
Tại thời điểm t
i
nào đó điện áp trên cách điện lớn hơn hoặc
bằng điện áp chịu đựng cho phép của cách điện, lấy theo đặc tính
vôn giây (V- S) của chuỗi sứ, thì phóng điện sẽ xảy ra:

iii
ipdlviicdicd
t.aI
)t(UU)a;I.(U)t(U
( III
23)
U
pđ
(t
i
) điện áp phóng điện lấy theo đặc tính vôn giây ( V S )
tại t
i
.
Do coi dòng điện có dạng I = a. t thì thành phần U
cđ
'
(I,a) tỷ lệ
với độ dốc a. có thể đặt: U
cđ
'
(I,a) = Z.a
(III 24)
Vậy: U
pđ
(t
i
) = Z.a
i
+ U

lv
(III
25)
Hay ta có độ dốc đầu sóng nguy hiểm a
i
tại thời điểm t
i
:
Z
U)t(U
a
lvipd
i

(III
26)
Z là hằng số đối với I và a nên có thể tính đ-ợc:

a
U)t(U
Z
lvipd

(III
27)
Từ ( 2 26 ) và ( 2 27 ) ta có:
a
)t(U
U)t(U
a

icd
lvipd
i



Mặt khác ta có :
iii
t.aI


Dựa vào các cặp (I
i
,a
i
) vẽ đ-ờng cong nguy hiểm hình (III 8)
(III 28
)
Miền nguy
hiểm
I
a
Hình (III 7):
Đ-ờng cong nguy hiểm
Xác suất phóng điện đ-ợc tính theo xác suất xuất hiện ở miền
bên phải phía trên đ-ờng cong nguy hiểm ở hình (III 8)
Từ đ-ờng cong nguy hiểm ta có thể xác định đ-ợc:


1

0
aipd
dV.VV , với:
910126 ,
a
a
,
I
i
ii
eV;eV



Bằng ph-ơng pháp gần đúng và tuyến tính hoá đ-ờng cong nguy
hiểm chia đ-ờng cong thành: n = ( 10
15 ) khoảng, ta có:



n
i
aIpd
ii
V.VV
1
Sau khi xác định đ-ợc V
pđ
, thay số vào ( III 20 ) ta có suất
cắt do sét đánh vào khoảng v-ợt của đ-ờng dây 110kV.

( III
29)
III.2.3.2- Trình tự tính toán.
Để đơn giản hoá trong tính toán, coi nh- sét đánh vào khoảng
giữa của dây chống sét trong khoảng v-ợt, khi đó dòng điện sét
đ-ợc chia đều cho hai phía của dây chống sét nh- hình (III 9 ).
a.t/2
a.t/2
Hình (III 8) :
Sét đánh vào dây chống sét giữa khoảng v-ợt.
R
C
R
C
R
C
Nh- giả thiết dòng điện sét có dạng xiên góc:






dsds
ds
s
t nếu.a
t nếut.a
I
Ta sẽ tính toán I

s
ứng với các giá trị trong bảng (III 1) sau
đây:
a(kA /
s)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
t (s)
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10
Điện áp trên dây chống sét tại đỉnh cột có trị số U
cs
là:


cccccccs
Lt.R
a
L
a
R
t.a
dt
t.a
d
.LR
t.a
U

2
2
2
2
2
Trong đó:
+ R
c
: điện trở nối đất cột
+ L
c
: điện trở thân cột tính theo chiều cao vị trí dây chống sét.
L
c
= h
cs
. L
0
L
0
: điện cảm đơn vị dài của cột ( L
0
= 0,6 H/m )
Với h
cs

= 16,2m ta có L
c
=18,84.0,6 = 11,304 H
Điện áp trên dây dẫn là U
dd
có kể đến ảnh h-ởng của vầng
quang:
U
dd
= - K
vq
.U
cs
+ U
lv
Trong đó:
+ U
lv
là điện áp trung bình của pha.
kV,
,
U
.U.
dt.t.sin.U.
U
lv
lv
1757
3
2

110
143
2
3
22
3
21
0








K
vq
: hệ số ngẫu hợp của dây dẫn pha với dây chống sét có kể
đến ảnh h-ởng của vầng quang.
Điện áp đặt trên chuỗi cách điện là tổng đại số của U
dd
và U
cs
:
U
cđ
= U
cs
+ U

dd
= U
cs
- K
vq
. U
cs
+ U
lv

( III 31 )
U
cđ
= U
cs
. (1- K
vq
) + U
lv
(III 32
)
( III 30
)



lvvqcccd
UK.Lt.R.
a
U 1

2
Từ biểu thức (III 32 ) ta thấy khi K
vq
nhỏ thì U
cđ
lớn do vậy
theo tài liệu h-ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp cao áp thì khi tính toán
phải tính với pha có hệ số ngẫu hợp nhỏ nhất ở mục (III.1.3.3 ) ta
có:
147,0;224,0

vq
csC
vq
csB
vq
csA
KKK
Ta tính U
cđ
với K
vq
= 0,147; R
c
= 11 .
U
cđ
= a/2. (11 t + 11,304 ). (1-
0,147) + 57,17
(kV)

Cho các giá trị a khác nhau ta tính đ-ợc điện áp đặt lên chuỗi
cách điện của đ-ờng dây nh- trên bảng ( III 2 )
a
t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
10 148 191 233 276 319 361 404 447 489 532
20 239 324 409 495 580 665 751 836 921 1007
30 330 458 586 714 842 970 1097 1225 1353 1481
40 421 591 762 932 1103 1274 1444 1615 1785 1956
50 511 725 938 1151 1364 1578 1791 2004 2217 2431
60 602 858 1114 1370 1626 1882 2138 2394 2650 2905
70 693 992 1290 1589 1887 2186 2485 2783 3082 3380
80 784 1125 1466 1808 2149 2490 2831 3172 3514 3855
90 875 1259 1643 2026 2410 2794 3178 3562 3945 4330
100 966 1392 1819 2245 2672 3098 3525 3951 4377 4804
Bảng ( III 2 ): Giá trị U
cđ
khi sét đánh vào khoảng v-ợt, khi
độ dốc a thay
đổi và ở các thời điểm khác nhau với R
c
= 11

Từ các giá trị trên ta vẽ đ-ờng U
cđ
= f(t) và a, trên hình vẽ còn
thể hiện đ-ờng đặc tính (V- S) của chuỗi cách điện
Hình III_9 : Biểu diễn quan hệ Ucđ = f(a,t)_ Sét đánh vào khoảng vượt
1 2 3 4
5
6 7 8 9 10

t ( s)
Đặc tính V__-S của chuỗi sứ
a = 10 (kA/ s)
a

=

2
0

(
k
A
/
s
)
a
=
30
(
kA
/
s
)
a

=

5
0

(
k
A
/
s
)
a
=

40

(
kA
/
s
)
a

=

6
0

(
k
A
/
s
)

a

=

8
0
(kA
/
s
)
a

=

9
0

(
k
A
/
s
)
a

=

1
0
0

(
k
A/
s
)
a

=

7
0
(kA
/
s
)
2000
1600
1200
800
400
0
cđ
§-êng ®Ỉc tÝnh v«n – gi©y (V – S) cđa chi c¸ch ®iƯn sÏ c¾t
c¸c hµm U
c®
= f(a; t; R
c
) t¹i c¸c vÞ trÝ mµ tõ ®ã ta cã thêi gian x¶y
ra phãng ®iƯn trªn chi sø nh- h×nh (III – 9).

§Ỉc tun v«n – gi©y (V-S) cđa chi sø ®-ỵc tra trong b¶ng
25 s¸ch h-íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiƯp kü tht ®iƯn cao ¸p
B¶ng (III– 3 ):
§Ỉc tÝnh v«n – gi©y (V-S) cđa chi c¸ch ®iƯn
t(s)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
U
p®
(kV) 1020 960 900 855 830 810 805 800 797 795
0
10
20
30
60
50
40
100
90
80
70
10
20
30 40
50
60 70 80 90 100
I(KA)
Hỡnh III_10 : Bieồu dieón ủửụứng cong nguy hieồm
Mien nguy hieồm
Trong hình III-10 d-ới đây ta l-u ý các điểm sau :
- Xác suất phóng điện V

pđ
là xác suất mà tại đó có các cặp thông
số (I
i
;a
i
) thuộc miền nguy hiểm


N)I;a(PV
pd


- Các cặp số (I
i
; a
i
) nằm trong miền giới hạn nguy hiểm thì sẽ
xảy ra phóng điện. Do đó xác suất phóng điện trên cách điện chính
là xác suất để cho cặp số (I
i
; a
i
) thuộc miền nguy hiểm.
dV
pđ
= P (a a
i
) P (I I
i

). (
III 33 )
Trong đó:
+ P(I I
i
): là xác suất để cho dòng điện I lớn hơn giá trị dòng
điện I
i
nào đó.
+ P(a
a
i
): là xác suất để cho độ dốc a lớn hơn giá trị a
i
nào đó
để gây ra phóng điện
P(a
a
i
) = P( a
i
da a a
i
+ da ) = dVa
Với:

i
,
a
a

aaPeV
i


910
Thay vào biểu thức ( 2 34 ) đ-ợc:
dV
pđ
= V
i
.dV
a



1
0
aIpd
dV.VV
Bằng ph-ơng pháp sai phân xác định đ-ợc:



n
1i
aiIipd
VVV
Với :
9,10
a

a
1,26
I
I
ii
eV;eV


Do trong tính toán về đ-ờng cong thông số nguy hiểm ta chỉ
tính với 10 giá trị của a và I nên phải tiến hành ngoại suy để phủ
kín các giá trị của chúng.
Ta có kết quả số liệu của V
pđ
tính nh- sau :
a
( kA/

s)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Ii (kA)

119 116 114 112 110 108 105 104 99 80 0
(III34
)
VIi
0 0,01
1
0,01
2

0,01
3
0,01
4
0,01
5
0,01
6
0,01
7
0,01
8
0,01
9
0,02
3
0,
47
Vai
1 0,4
0,15
9
0,06
4
0,02
6
0,01
0
0,00
4

0,00
2
0,00
1
0,00
03
0,00
01
0
Vai =
Vai
Va+i
0,6
0,24
1
0,09
5
0,03
8
0,01
6
0,00
6
0,00
2
0,00
1
0,00
07
0,00

02
0,00
01
0
Vai.
ai
V
0 0,00
601
0,00
112
0,00
043
0,00
021
0,00
007
0,00
003
0,00
002
00
000
1
0,00
005
0,00
000
5
0

Ta đ-ợc các kết quả nh- bảng (III 4 ). Tính đ-ợc V
p.đ
=
0,00109.
III.2.3.3- Tính suất cắt tổng do sét đánh vào khoảng v-ợt
đ-ờng dây tải điện 110kV.
Suất cắt do sét đánh vào khoảng v-ợt đ-ợc xác định theo công
thức:
n
kv
= N
kv
. V
pđ
. (lần / 100km. năm ) (
III 35 )
N
kv
= N/ 2 = 120/ 2 = 60
Vậy: n
kv
= 60. 0,00109. 0,48 = 0,0314 ( lần / 100km. năm )